DE4342062B4

DE4342062B4 - Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE4342062B4
Application number: DE4342062A
Authority: DE
Inventors: Shinya Susono Hirota; Yasushi Susono Araki; Kiyoshi Mishima Kobashi; Tomohiro Oda; Fumitada Susono Murakami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1993-12-09
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2013-12-10
Also published as: US5406790A; DE4342062A1

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine mit einem Abgasrohr,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aufweist:
wenigstens ein NO_x-Absorptionsmittel (1, 1a, 1b), das in dem Abgasrohr (2, 2a, 2b) angeordnet ist und das eine NO_x-Komponente in dem Abgas absorbiert, wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NO_x-Absorptionsmittel strömt, mager ist und das absorbierte NO_x in einer Atmosphäre mit geringerer Sauerstoffkonzentration freisetzt;
eine Reduktionsmittelzuführvorrichtung (4) für die Zuführung des Reduktionsmittels zu dem wenigstens einen NO_x-Absorptionsmittel und für die Herstellung der Atmosphäre mit der geringeren Sauerstoffkonzentration des mindestens einen NO_x-Absorptionsmittels, um das mindestens eine NO_x-Absorptionsmittel zu regenerieren;
wenigstens ein in dem Abgasrohr (2, 2a, 2b) angeordnetes Abgasverschlussventil (6, 6a, 6b) für das Verschließen des Abgasrohres, um die Strömung des Abgasstromes in das wenigstens eine NO_x-Absorptionsmittel während der Regeneration des mindestens einen NO_x-Absorptionsmittels zu stoppen; und
Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) zur Erzeugung einer vorbestimmten Menge einer Abgas- oder...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, die effektiv eine NO_x-Komponente aus dem Abgas entfernen kann.
Ein 3-Wege-Reduktions- und Oxidationskatalysator wird im allgemeinen als ein Mittel zur Entfernung von Schadstoffen aus dem Abgas einer internen Verbrennungskraftmaschine verwendet. Der 3-Wege-Reduktions- und Oxidationskatalysator kann gleichzeitig drei Schadstoffe aus dem Abgas, d.h. CO, HC und NO_x (Stickstoffoxid), entfernen, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis ist.
Es ist jedoch bekannt, daß die Fähigkeit des 3-Wege-Reduktions- und Oxidationskatalysators zur Entfernung von NO_x in dem Abgas stark abfällt, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases größer wird als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis (d.h. es wird magerer). Deshalb ist es bei Verbrennungsmaschinen, die mit einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben werden, wie magere Benzinverbrennungsmaschinen oder Dieselmaschinen, sehr schwierig, NO_x aus dem Abgas durch den 3-Wege-Reduktions- und Oxidationskatalysator zu entfernen.

Zur Lösung dieses Problems offenbart die nicht-geprüfte, japanische Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 62-106826 ein Verfahren zur Entfernung von NO_x Komponenten aus dem Abgas einer Dieselmaschine unter Verwendung eines Katalysators (oder NO_x Absorptionsmittel), wobei eine NO_x Komponente in dem Abgas in Gegenwart von Sauerstoff absorbiert werden kann.

Bei dem in der obigen Publikation offenbarten Verfahren ist ein Behälter, der den Katalysator (oder das NO_x Absorptionsmittel) enthält, in dem Abgasrohr einer Dieselmaschine angeordnet, und das Abgas der Maschine wird während dem Betrieb der Maschine in den Behälter eingeführt. Da das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases der Dieselmaschine mager ist (d.h. die Konzentration der Sauerstoff-Komponente in dem Abgas ist hoch), absorbiert das NO_x Absorptionsmittel die NO_x-Komponente in dem Abgas.

Wenn die Fähigkeit des NO_x Absorptionsmittels aufgrund eines Anstiegs in der Menge des absorbierten NO_x in dem NO_x Absorptionsmittel abfällt, wird das in den Behälter strömende Abgas abgetrennt, und ein Reduktionsmittel, wie Wasserstoffgas, wird in den Behälter eingeführt. Durch den Stop des in den Behälter strömenden Abgases und durch die Einführung des Reduktionsmittels nimmt die Konzentration des Sauerstoffs in dem Behälter ab, wodurch das absorbierte NO_x von dem NO_x Absorptionsmittel freigesetzt und durch die Reaktion mit dem Reduktionsmittel zu Stickstoff reduziert wird. Durch Freisetzung des absorbierten NO_x durch das obige Verfahren nimmt das NO_x Absorptionsmittel seine ursprüngliche Kapazität für die Absorption von NO_x in dem Abgas wieder an. (Deshalb wird in dieser Beschreibung das Verfahren zur Bewirkung des Frei setzens des absorbierten Stickstoffes aus dem NO_x Absorptionsmittel und dessen Reduktion als "ein regeneratives Verfahren des NO_x Absorptionsmittels" bezeichnet.)

Da das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases der Dieselmaschine mager ist, d.h. die Sauerstoffkonzentration des Abgases ist hoch, wenn das Regenerationsverfahren in Gegenwart des in den Behälter strömenden Abgases durchgeführt wird, ist eine große Menge des Reduktionsmittels erforderlich, um den Sauerstoffgehalt des Abgases, das in den Behälter strömt, aufzunehmen, um so eine Atmosphäre mit einer geringen Sauerstoffkonzentration in dem Behälter zu erzeugen. Deshalb wird bei dem obigen Verfahren ein Regenerationsprozeß durchgeführt, bei dem das Reduktionsmittel eingeführt wird, während das in den Behälter strömende Abgas abgetrennt wird.

Durch Abtrennung des in den Behälter strömenden Abgases ist theoretisch zu berücksichtigen, daß bei dem obigen Verfahren die Menge des für das Regenerationsverfahren erforderliche Reduktionsmittel auf eine Summe des Betrages, der erforderlich ist, um den Sauerstoffgehalt in dem Abgas, das in dem Behälter verbleibt, aufzubrauchen, und des Betrages reduzierbar ist, der erforderlich ist, um das von dem NO_x Absorptionsmittel freigesetzte NO_x zu reduzieren.

Jedoch ist die Menge, die tatsächlich für den Regenerationsprozeß bei dem obigen Verfahren erforderlich ist, sehr viel größer als der obige theoretische Wert. Dieses Problem wird unter Bezug auf die 1A und 1B erläutert. Die 1A und 1B zeigen schematisch den Regenerationsprozeß, der in der nicht-geprüften, japanischen Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 62-106826 offenbart ist. In der 1A bezeichnet das Bezugszeichen 2 ein Abgasrohr der Dieselmaschine und 3 be zeichnet einen Behälter, der ein NO_x Absorptionsmittel 1 enthält und der mit dem Abgasrohr 2 verbunden ist. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Abgasverschlußventil, das stromauf zu dem Behälter 3 in dem Abgasrohr 2 angeordnet ist, um das in den Behälter strömende Abgas abzutrennen. Mit 4 ist eine Düse der Reduktionsmittelzuführvorrichtung bezeichnet, um ein Reduktionsmittel während des Regenerationsprozesses dem NO_x Absorptionsmittel 1 zuzuführen.

Wie oben erläutert, ist das Abgasverschlußventil 5 während des Regenerationsprozesses bei diesem Verfahren geschlossen, und das Reduktionsmittel wird von der Düse 4 unter einer Bedingung zugeführt, bei der keine Abgasströmung in dem Behälter 3 existiert. Aufgrund der Abwesenheit der Gasströmung, welche das Reduktionsmittel transportiert, bleibt das von der Düse 4 zugeführte Reduktionsmittel in der Region nahe der Düse 4 und bildet eine Masse mit einer hohen Konzentration des Reduktionsmittels. Dieses Reduktionsmittel diffundiert nach und nach in den Behälter, so daß eine einheitliche Mischung des in dem Behälter verbleibenden Abgases und des Reduktionsmittels gebildet wird. Bei Abwesenheit der Gasströmung in dem Behälter erfordert es jedoch eine lange Zeit, damit das Reduktionsmittel über das gesamte Volumen des Behälters diffundieren kann. Dies führt zu einem Anstieg der für den Regenerationsprozeß erforderlichen Zeit auf ein Niveau, das praktisch nicht akzeptabel ist.

Um somit die für das Regenerationsverfahren erforderliche Zeit zu reduzieren, ist es notwendig, das Reduktionsmittel weiter aus der Düse 4 zuzuführen und zwar über die Menge des Reduktionsmittels hinaus, die für die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels theoretisch erforderlich ist, so daß die Masse der hohen Konzentration des Reduktionsmittelgases das Abgas in dem Behälter ersetzt, anstatt in diesen Behälter hineinzudiffundieren. Die 1B zeigt schematisch den Wechsel in der Verteilung der Konzentration des Reduktionsmittels innerhalb des Behälters an. Die horizontale Achse in der 1B stellt die Entfernung von der Düse 4 gemäß 1A dar und die Kurven (1) bis (4) zeigen den zeitlichen Wechsel in der Verteilung des Reduktionsmittels. Aus den Kurven (1) bis (4) der 1B ist zu erkennen, daß das kontinuierlich aus der Düse zugeführte Reduktionsmittel das Abgas aus dem Behälter nach und nach verdrängt (Kurven (1) bis (3)) und daß schließlich der Behälter mit einer hohen Konzentration des Reduktionsmittelgases gefüllt ist.

Dies bedeutet, daß die Menge des Reduktionsmittels, das nach dem obigen Verfahren erforderlich ist, sehr viel größer ist als die Menge, die für die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels erforderlich ist. Aufgrund des höheren Verbrauches des Reduktionsmittels führt dies zu einem Anstieg in den laufenden Kosten der Vorrichtung sowie zu weiteren Problemen, wie überschüssiges Reduktionsmittel, das in dem Regenerationsverfahren nicht verbraucht wird und das nach Vollendung des Regenerationsverfahrens in die Atmosphäre freigesetzt wird, oder das mit NO_x kombiniert wird und so andere Schadstoffe bildet, wie Ammoniumgas.

Ferner ist die für das Regenerationsverfahren erforderliche Zeit relativ lang, da eine große Menge des Reduktionsmittels von der Düse zugeführt werden muß, um das gesamte Volumen des Behälters zu füllen. Insbesondere wenn eine Flüssigkeit mit einem hohen Siedepunkt, wie Kerosin oder Gasöl, als Reduktionsmittel verwendet wird, ist die für das Regenerationsverfahren erforderliche Zeit sehr viel länger, da die Evaporation des flüssigen Reduktionsmittels eine wesentlich längere Zeit erfordert. Bei dem obigen Verfahren ist es so mit praktisch schwierig, ein Flüssigreduktionsmittel mit einem hohen Siedepunkt zu verwenden.

Ferner wird die Aktivität des NO_x Absorptionsmittels bezüglich der Freisetzung des absorbierten NO_x sehr stark, wenn die Temperatur des NO_x Absorptionsmittels sehr hoch wird. Wenn das Regenerationsverfahren bei einer hohen Temperatur durchgeführt wird, kann somit die für die Vollendung des Regenerationsverfahrens erforderliche Zeit reduziert werden. Wenn das Reduktionsmittel dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt wird, wird ein Teil des zugeführten NO_x Absorptionsmittels durch das NO_x Absorptionsmittel oxidiert, wobei durch diese Oxidation des Reduktionsmittels das NO_x Absorptionsmittel erhitzt wird. Bei dem obigen Verfahren ist jedoch ein Temperaturanstieg in dem NO_x Absorptionsmittel durch die Oxidation des Reduktionsmittels nicht ausreichend aufgrund der Abwesenheit von Sauerstoff, da die Atmosphäre des NO_x Absorptionsmittels auf einer hohen Konzentration des Reduktionsmittels während des Regenerationsprozesses gehalten wird.

Gemäß den Problemen in dem aufgezeigten Stand der Technik besteht somit eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, welche den Verbrauch des Reduktionsmittels reduzieren kann, welches für den Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels erforderlich ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die den Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels in einer kurzen Zeit durchführen kann.

Gemäß der Erfindung wird eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine wie in Patentanspruch 1 definiert, bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen ausgeführt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den Zeichnungen näher erläutert.
Die 1A und 1B sind Zeichnungen zur Erläuterung des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels nach dem Stand der Technik.
Die 2A und 2B sind Zeichnungen zur Erläuterung des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels nach der Erfindung.
3 ist eine schematische Zeichnung, die eine Ausführungsform nach der Erfindung darstellt.
Die 4A und 4B sind Ansichten zur Erläuterung der Absorptions- und Freisetzungsoperation des NO_x durch das NO_x Absorptionsmittel.
Die 5B und 5C sind schematische Ansichten des Ventilelementes des Abgasverschlußventils.
6 ist eine schematische Ansicht des Umgehungsrohres des Abgasverschlußventiles.
Die 7 bis 11 zeigen andere Ausführungsformen der Erfindung.
Die 12 bis 14 sind Zeitdiagramme, die den Betrieb der Abgasverschlußventile und des Reduktionsmittelzuführsteuerventils erläutern.
15 zeigt ein Flußdiagramm des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels in der Ausführungsform nach 11.
Die 2A und 2B sind schematische Zeichnungen, die das Prinzip des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigen.
In der 2A bezeichnet das Bezugszeichen 2 ein Abgasrohr einer Verbrennungsmaschine, die mit einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird. 3 bezeichnet einen Behälter, der ein NO_x Absorptionsmittel 1 enthält und der mit dem Abgasrohr 2 verbunden ist. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Düse der Reduktionsmittelzuführvorrichtung für die Zuführung eines Reduktionsmittels zu dem NO_x Absorptionsmittel 1 während des Regenerationsverfahrens.
Bei dem Regenerationsprozeß des oben erwähnten Standes der Technik wird das Reduktionsmittel, wie oben erläutert, von der Düse 4 in Abwesenheit einer Gasströmung in den Behälter 3 zugeführt, und das zugeführte Reduktionsmittel bildet eine Masse des Reduktionsmittelgases in Nachbarschaft zu der Düse 4. Nach der Erfindung wird jedoch der Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels in Gegenwart des Trägergases, das mit F in der 2A dargestellt ist, durchgeführt. Damit wird die Masse des Reduktionsmittels, das von der Düse zugeführt wird, von dem Trägergas transportiert und tritt durch das NO_x Absorptionsmittel. Die Kurven (1) bis (4) der 2B zeigen den Wechsel in der Verteilung der Konzentration des Reduktionsmittels in dem NO_x Absorptionsmittel bei dem Regenerationsprozeß nach der Ausführungsform an. Aus den Kurven (1) bis (4) ist zu erkennen, daß zunächst das von der Düse 4 zugeführte Reduktionsmittel eine Masse mit einer hohen Konzentration des Reduktionsmittelgases an dem Ausgang der Düse (Kurve 1) bildet. Die Masse des Reduktionsmittels wird dann von der Düse 4 durch die Trägergasströmung F transportiert und tritt unter Diffusion durch das NO_x Absorptionsmittel von seinem einen Ende zu dem anderen Ende (Kurven (2) bis (4)).
Wenn die Masse des Reduktionsmittels hindurchtritt, kommen die entsprechenden Teile des NO_x Absorptionsmittels in Kon takt mit der Masse der hohen Konzentration des Reduktionsmittelgases und zwar aufeinanderfolgend von einem Ende zu dem anderen Ende des NO_x Absorptionsmittels. Durch den Kontakt mit dem Reduktionsmittel werden die entsprechenden Teile des NO_x Absorptionsmittels regeneriert. Dies bedeutet, daß bei dieser Ausführungsform das NO_x Absorptionsmittel nacheinander von der Einlaßseite des Reduktionsmittels zu der Auslaßseite regeneriert wird.
Die 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Abgasreinigungsvorrichtung nach der Erfindung. In der 3 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine interne Verbrennungskraftmaschine, die mit einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird. 2 bezeichnet ein Abgasrohr der Verbrennungsmaschine 10. Bei dieser Ausführungsform teilt sich das Abgasrohr 2 in zwei Abzweigabgasrohre 2a und 2b. Abgasverschlußventile 6a und 6b sind jeweils an den Abzweigabgasrohren 2a und 2b angeordnet. Behälter 3a und 3b, welche die NO_x Absorptionsmittel 1a und 1b enthalten, sind stromab von den Abgasverschlußventilen 6a und 6b an den Abzweigabgasrohren 2a und 2b angeordnet. Ferner sind an den Abzweigrohren 2a und 2b zwischen den Abgasverschlußventilen 6a, 6b und den Behältern 3a, 3b Düsen 4a und 4b der Reduktionsmittelzuführvorrichtung 4 vorgesehen, um das Reduktionsmittel den NO_x Absorptionsmitteln 1a und 1b zuzuführen.
Die in den Behältern 3a und 3b enthaltenen NO_x Absorptionsmittel 1a und 1b verwenden beispielsweise Aluminiumoxid als Träger, wobei auf diesem Träger bestimmte Metalle, wie Platin, und wenigstens eine Substanz angeordnet sind, die aus Alkalimetallen, wie Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Caesium Cs, Erdalkalimetalle, wie Barium Ba und Calcium Ca, und seltene Erdmetalle, wie Lanthanum La und Yttrium Y ausgewählt ist. Die NO_x Absorptionsmittel 1a und 1b absorbieren NO_x in dem einströmenden Abgas, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist und setzen das absorbierte NO_x frei, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases in den Behältern 3a und 3b kleiner wird.
In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases" ein Verhältnis der Luft und des Kraftstoffes (oder des Reduktionsmittels und anderen Kohlenwasserstoffen), die der Verbrennungsmaschine oder den Abgasrohren stromauf zu den NO_x Absorptionsmitteln zugeführt werden. Wenn keine Luft und kein Kraftstoff (oder Reduktionsmittel) den Abgasrohren stromauf zu den NO_x Absorptionsmitteln 1a und 1b zugeführt werden, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases gleich dem Luft-Kraftstoffbetriebsverhältnis der Verbrennungsmaschine (d.h. das Luft-Kraftstoffverhältnis der Luft-Kraftstoffmischung, die den Verbrennungskammern der Verbrennungsmaschine zugeführt wird).
Bei dieser Ausführungsform stellt die Verbrennungsmaschine, die mit einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird, beispielsweise eine Dieselverbrennungsmaschine dar, wobei das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases normalerweise ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis ist. Somit absorbieren die NO_x Absorptionsmittel 1a und 1b NO_x in dem einströmenden Abgas während dem normalen Betrieb der Verbrennungsmaschine 10. Wenn das Reduktionsmittel von den Düsen 4a und 4b den NO_x Absorptionsmitteln 1a und 1b zugeführt wird, dies wird im Detail später erläutert werden, nehmen die Konzentrationen des Sauerstoffs in den Behälter 3a und 3b ab und dies führt zu einem Freisetzen des absorbierten NO_x aus den NO_x Absorptionsmitteln 1a und 1b.
Wenn das NO_x Absorptionsmittel in dem Abgasrohr der Verbrennungsmaschine angeordnet ist, führt das NO_x Absorptionsmit tel tatsächlich die oben erwähnte Absorption und den Freisetzungsvorgang des NO_x durch. Obgleich der Mechanismus dieser Absorption und dieser Freisetzungsoperation des NO_x Absorptionsmittels nicht klar ist, wird angenommen, daß die Absorptions- und Freisetzungsoperation durch den Mechanismus vollzogen wird, der in den 4A und 4B dargestellt ist. Die 4A und 4B erläutern den Mechanismus der Absorption und der Freisetzung für den Fall, daß Platin Pt und Barium Ba auf dem Träger angeordnet sind, wobei zu berücksichtigen ist, daß ein ähnlicher Mechanismus auch durchgeführt werden kann, wenn andere Metalle, Alkalimetalle, Erdalkalimetalle oder seltene Erdmetalle verwendet werden.
Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, wird die Konzentration des Sauerstoffes in dem Abgas ziemlich hoch. In diesem Fall wird Sauerstoff O₂ gemäß der 4A auf der Oberfläche des Platins Pt in Form von O₂ ^– oder O^2– abgelagert. Das NO in dem einströmenden Abgas reagiert mit O₂ ^– oder O^2– auf der Oberfläche des Platins Pt und wird zu NO₂ (2NO + O₂ → 2NO₂). Dann wird ein Teil des hergestellten NO₂ auf dem Platin Pt oxidiert und in dem NO_x Absorptionsmittel absorbiert. Unter Bindung mit dem Bariumoxid BaO diffundiert es in das Absorptionsmittel in Form von Salpetersäureionen NO₃ ^–, wie dies in der 4A gezeigt ist. Auf diese Weise wird NO_x in dem NO_x Absorptionsmittel absorbiert.
Solange die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas hoch ist, wird auf der Oberfläche des Platins Pt NO_x hergestellt, und solange NO_x auf der Oberfläche des Platins Pt hergestellt wird und solange die NO_x Absorptionskapazität des Absorptionsmittels nicht gesättigt ist, wird NO_x in dem NO_x Absorptionsmittel absorbiert und Salpetersäureionen NO₃ ^– werden hergestellt.
Wenn andererseits die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas gering ist, nimmt die Herstellung des NO₂ ab und die Reaktion verläuft in einer entgegengesetzten Richtung (NO₃ ^– → NO₂), so daß Salpetersäureionen NO₃ ^– in dem Absorptionsmittel in Form von NO₂ aus dem NO_x Absorptionsmittel freigesetzt wird. Wenn gemäß 3 das Reduktionsmittel von den Düsen 4a und 4b dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt wird, nimmt die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas ab, und das NO_x wird von den NO_x Absorptionsmitteln 1a und 1b freigesetzt.
In diesem Fall reagieren die Komponenten, wie HC, CO, in dem Reduktionsmittel, das dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt wird, mit dem Sauerstoff O₂ in dem Abgas und Sauerstoff O₂ ^– oder O^2– auf dem Platin Pt wird oxidiert. Durch diese Oxidation des Reduktionsmittels wird die Sauerstoffkomponente, die nahe dem NO_x Absorptionsmittel existiert, verbraucht, und die Konzentration des Sauerstoffes in der Atmosphäre um das NO_x Absorptionsmittel wird herabgesetzt. Auch das von dem NO_x Absorptionsmittel freigesetzte NO₂ reagiert mit HC und CO in dem Reduktionsmittel, wie in 4B gezeigt, und wird zu N₂ reduziert. Wenn auf diese Weise das NO₂ auf der Oberfläche des Platins Pt mit HC und CO in dem Reduktionsmittel reagiert und wenn das NO₂ nicht weiter auf der Oberfläche des Platins Pt existiert, wird das NO₂ nacheinander aus dem Absorptionsmittel freigesetzt. Wenn demgemäß das Reduktionsmittel dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt wird, wird NO_x aus dem NO_x Absorptionsmittel innerhalb einer kurzen Zeit freigesetzt.
Dies bedeutet, daß die HC- und die CO-Komponente in dem Reduktionsmittel, das dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt wird, sofort mit O₂ ^– oder O^2– auf dem Platin Pt reagiert und oxidiert wird, wobei anschließend, wenn das HC und das CO noch verbleibt, nachdem das O₂ ^– oder O^2– auf dem Platin Pt verbraucht sind, das NO_x, das aus dem Absorptionsmittel freigesetzt wird, reduziert wird, womit verhindert wird, daß es in die Außenluft entlassen wird.
In der 3 weist die Reduktionsmittelzuführeinheit 4 Düsen 4a und 4b auf, um eine vorbestimmte Menge des Reduktionsmittels in die Abzweigabgasrohre 2a und 2b zu injizieren, die stromauf von den NO_x Absorptionsmitteln 1a und 1b angeordnet sind. Das nach der Erfindung verwendete Reduktionsmittel ist eine Substanz, die Komponenten, wie HC und CO, in dem Abgas herstellen kann, um das von den NO_x Absorptionsmitteln 1a und 1b freigesetzte NO_x zu N₂ zu reduzieren. Als Reduktionsmittel nach der Erfindung können somit reduzierende Gase, wie Wasserstoffgas oder Kohlenmonoxidgas, gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe, wie Propan, Propylen oder Butan, und flüssige Kraftstoffe, wie Benzin, Gasöl oder Kerosin, etc. verwendet werden.
Da bei dieser Ausführungsform als Verbrennungsmaschine 10 eine Dieselverbrennungsmaschine verwendet wird, wird das gleiche Gasöl wie der Kraftstoff der Maschine 10 als Reduktionsmittel verwendet. Das unter Druck stehende Gasöl wird von der Kraftstoffpumpe der Verbrennungsmaschine 10 (in 3 nicht gezeigt) der Reduktionsmittelzuführvorrichtung 4 zugeführt. Obgleich dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, weist die Reduktionsmittelzuführvorrichtung 4 ferner Steuerventile auf, welche die Menge des Gasöles steuern, die von den Zuführdüsen 4a und 4b injiziert werden.
Die Abgasverschlußventile 6a und 6b sind beispielsweise Schmetterlingsventile, die mit Betätigungsvorrichtungen eines geeigneten Typs 61a und 61b betrieben werden. Bei dieser Ausführungsform weisen die Abgasverschlußventile 6a und 6b Stopper 62a und 62b auf, um ein volles Verschließen der Abgasverschlußventile zu verhindern. Beim Schließen bleiben somit die Abgasverschlußventile 6a und 6b mit einem vorbestimmten Maße geöffnet aufgrund der Stopper 62a und 62b, wodurch eine geringe Menge einer Abgasströmung erzeugt wird, die das Reduktionsmittel, welches von den Düsen 4a und 4b zugeführt wird, durch die NO_x Absorptionsmittel 1a und 1b transportiert.
Im folgenden wird der Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung nach 3 erläutert werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Regeneration der NO_x Absorptionsmittel 1a und 1b alternativ durchgeführt. Dies bedeutet für den normalen Betrieb, daß eines der Abgasverschlußventile 6a und 6b (zum Beispiel 6a) voll geöffnet ist und daß das Abgas aus der Maschine 10 durch das NO_x Absorptionsmittel 1a hindurchtritt, so daß das NO_x in dem Abgas in dem NO_x Absorptionsmittel 1a absorbiert wird. Nach Absorption des NO_x in dem Abgas für einen vorbestimmten Zeitraum wird das Abgasverschlußventil 6a geschlossen und das Abgasverschlußventil 6b wird voll geöffnet, so daß das Abgas aus der Maschine 10 durch das NO_x Absorptionsmittel 1b hindurchtritt, wodurch das NO_x in dem Abgas in dem NO_x Absorptionsmittel 1b absorbiert wird. Zur gleichen Zeit wird eine vorbestimmte Menge des Reduktionsmittels in das Abzweigabgasrohr 2a stromauf von dem NO_x Absorptionsmittel 1a aus der Düse 4a der Reduktionsmittelzuführvorrichtung 4 injiziert, um das NO_x Absorptionsmittel 1a zu regenerieren.
Wie oben erläutert, bildet das aus der Düse 4a zugeführte Reduktionsmittel eine Masse von hoher Konzentration des Reduktionsmittels nahe der Düse 4a. Bei dieser Ausführungsform weist jedoch das Abgasverschlußventil 6a den Stopper 62a auf, so daß eine kleine Menge des Abgases durch das Abgasverschlußventil 6a hindurchtritt, selbst dann, wenn das Abgasverschlußventil 6a geschlossen ist. Somit existiert eine Trägergasströmung durch das NO_x Absorptionsmittel 1a, wenn das Reduktionsmittel von der Düse 4a zugeführt wird. Die von dem Reduktionsmittel, das von der Düse 4a zugeführt wird, gebildete Masse wird durch obige Trägergasströmung transportiert und tritt durch das NO_x Absorptionsmittel 1a. Demgemäß gelangt die Masse des Reduktionsmittels, welches durch das NO_x Absorptionsmittel 1a hindurchtritt, in Kontakt mit den entsprechenden Abschnitten des NO_x Absorptionsmittels 1a und zwar aufeinanderfolgend von der Stromaufseite zu der Stromabseite. Wenn der Kontakt mit der Masse des Reduktionsmittels hergestellt ist, wird das absorbierte NO_x aus den entsprechenden Abschnitten des NO_x Absorptionsmittel 1a freigesetzt und von dem Reduktionsmittel reduziert. Demzufolge wird der entsprechende Abschnitt des NO_x Absorptionsmittel 1a nacheinander von der Stromaufseite zu der Stromabseite regeneriert. Wenn die Masse des Reduktionsmittels alle Abschnitte des NO_x Absorptionsmittels 1a passiert, d.h. wenn der gesamte Abschnitt des NO_x Absorptionsmittels 1a regeneriert wird, verbleibt das Abgasverschlußventil 1a in seiner geschlossenen Position. Wenn dann die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, wird das Abgasverschlußventil 1a voll geöffnet, um die Absorption des NO_x in dem Abgas durch das NO_x Absorptionsmittel 1a wieder zu starten. Das Abgasverschlußventil 1b wird geschlossen, um das Regenerationsverfahren des NO_x Absorptionsmittels 1b in der gleichen Weise zu starten.
Wie oben erläutert, bewegt sich die Masse des Reduktionsmittels, das von der Trägergasströmung transportiert wird, durch das NO_x Absorptionsmittel und kontaktiert die ent sprechenden Abschnitte des NO_x Absorptionsmittels nacheinander gemäß dieser Ausführungsform. Da es nicht notwendig ist, das gesamte Volumen der Behälter mit Reduktionsmitteln zu füllen, wird die Menge des Reduktionsmittels, das dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt wird, auf eine Summe des Betrages reduziert, der erforderlich ist, um die Sauerstoffkomponente in dem Trägergas zu verbrauchen, sowie auf den Betrag, der erforderlich ist, um das NO_x Absorptionsmittel zu regenerieren (d.h. die Menge, die für den Verbrauch des Sauerstoffs auf dem Platin Pt und für die Reduktion des aus dem Absorptionsmittel freigesetzten NO_x erforderlich ist).
Bei dieser Ausführungsform können die Schließwinkel der Abgasverschlußventile 6a und 6b durch Wechsel der Position der Stopper 62a und 62b bestimmt werden. Demgemäß kann die Geschwindigkeit der Masse des Reduktionsmittels, das sich durch das NO_x Absorptionsmittel bewegt (d.h. die Raumgeschwindigkeit des Reduktionsmittels), gemäß den Eigenschaften des NO_x Absorptionsmittels in geeigneter Weise festgesetzt werden, so daß die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels innerhalb einer kurzen Zeit vollendet werden kann.
Die Menge der Trägergasströmung (d.h. die Menge des in den Behälter strömenden Abgases, wenn das Rbgasverschlußventil geschlossen ist) wird gemäß den Typen und den Größen der NO_x Absorptionsmittel bestimmt, wobei jedoch im allgemeinen die Menge der Trägergasströmung auf einige Prozent der Menge der Abgasströmung bei dem normalen Betrieb der Verbrennungsmaschine festgesetzt wird. Demgemäß ist die Menge des Reduktionsmittels, das für den Verbrauch der Sauerstoffkomponente in dem Trägergas erforderlich ist, sehr klein, und die Menge des Reduktionsmittels, das für den Regenerationsprozeß erforderlich ist, wird nicht wesentlich durch die Gegenwart der Trägergasströmung anwachsen.
Da die Temperatur des NO_x Absorptionsmittels sehr schnell ansteigt aufgrund der Gegenwart der Trägergasströmung, ist die für die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels erforderliche Zeit verkürzt. Wenn die Masse des Reduktionsmittels durch das NO_x Absorptionsmittel hindurchtritt, wird eine Mischung des Reduktionsmittels und des Trägergases (in dieser Ausführungsform des Abgases) an der Grenze der Masse des Reduktionsmittels gebildet, wobei diese Mischung auch durch das NO_x Absorptionsmittel als die Masse des Reduktionsmittels hindurchtritt. Da die Konzentration des Sauerstoffes in dieser Mischung relativ hoch ist, reagiert die Reduktionsmittelkomponente in dieser Mischung mit dem Sauerstoff in dem Abgas durch die katalytische Aktion des Platins Pt in dem NO_x Absorptionsmittel. Demgemäß werden die entsprechenden Abschnitte des NO_x Absorptionsmittels durch die Oxidation des Reduktionsmittels erhitzt, und die Temperatur der entsprechenden Abschnitte des NO_x Absorptionsmittels steigt schnell an, wenn die Mischung hindurchtritt. Somit wird ein einheitlicher Temperaturanstieg des NO_x Absorptionsmittels erzielt, wenn die Mischung durch das NO_x Absorptionsmittel hindurchtritt. Durch diesen Temperaturanstieg wird die Freisetzung des NO_x aus den entsprechenden Abschnitten des NO_x Absorptionsmittels aktiviert. Demgemäß wird das absorbierte NO_x aus dem Absorptionsmittel innerhalb einer kurzen Zeit freigesetzt und durch die Masse der hohen Konzentration des Reduktionsmittels, das nacheinander durch das NO_x Absorptionsmittel hindurchtritt, reduziert. Auf diese Weise wird eine Freisetzung und eine Reduktion des absorbierten NO_x in dem NO_x Absorptionsmittel (d.h. der Regenerationsprozeß) effektiv in einer kurzen Zeit vollendet.
Die Erzeugung der Trägergasströmung während des Regenerationsprozesses ist insbesondere effektiv, wenn ein Flüs sigreduktionsmittel mit einem hohen Siedepunkt, wie Gasöl, verwendet wird. Wie oben erläutert, bildet das von der Düse injizierte Reduktionsmittel (Gasöl) eine Masse des Gasöles um die Düse. In Abwesenheit der Trägergasströrmung erfordert es einen langen Zeitraum, um den Nebel des Gasöles zu evaporieren und das gesamte Volumen des Behälters, der das NO_x Absorptionsmittel enthält, zu füllen.
Wenn jedoch eine Trägergasströmung existiert, wird die Masse des Nebels durch die Trägergasströmung transportiert und kontaktiert das NO_x Absorptionsmittel an der Grenze der Masse. Der Nebel des Gasöles wird oxidiert (verbrannt) durch die katalytische Aktion des NO_x Absorptionsmittels, wie dies oben erläutert wurde. Durch diese Oxidation des Gasöles wird nicht nur ein Temperaturanstieg des NO_x Absorptionsmittels erzielt, sondern es wird auch eine große Menge an nichtverbrannten HC und CO Komponenten erzeugt, die effektiv sind, um das von dem NO_x Absorptionsmittel freigesetzte NO_x zu reduzieren. Ferner evaporiert der Nebel des Gasöles, das die erhitzten Abschnitte des NO_x Absorptionsmittels kontaktiert, sehr schnell, um gasförmiges HC zu erzeugen. Durch die Erzeugung der Trägergasströmung kann somit der Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels innerhalb einer kurzen Zeit sogar dann vollendet werden, wenn ein Flüssigreduktionsmittel mit einem hohen Siedepunkt verwendet wird.
Obgleich die Trägergasströmung durch die Stopper 62a und 62b erzeugt wird, die es einer geringen Menge des Abgases erlauben, durch die Abgasverschlußventile 6a, 6b hindurchzutreten, können auch andere Mittel verwendet werden, um die Trägergasströmung zu erzeugen. Die 5A bis 5C zeigen Beispiele von anderen Mitteln, um dem Abgas der Verbrennungsmaschine zu erlauben, durch das Abgasverschlußventil selbst dann hindurchzutreten, wenn das Abgasverschlußventil voll geschlossen ist.
In den 5A bis 5C bezeichnet das Bezugszeichen 63 scheibenähnliche Ventilelemente des Abgasverschlußventiles. In der 5A ist die Form des Ventilelementes 63 so bestimmt, daß zwischen der Kante des Ventilelementes 63 und der inneren Wand 61 des Abgasrohres ein vorbestimmter Zwischenraum (in der 5A durch "L" gezeigt) gebildet wird.
Selbst wenn das Abgasverschlußventil voll geschlossen ist, kann somit eine kleine Menge des Abgases durch das Abgasverschlußventil hindurchtreten.
Die 5B und 5C zeigen Beispiele, bei denen Nuten 63A (5B) und Öffnungen 63B (5C) eines vorbestimmten Bereiches auf dem Ventilelement 63 des Abgasverschlußventiles gebildet sind, um dem Abgas zu erlauben, dazwischen hindurchzutreten.
Die 6 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Mittel zur Erzeugung der Trägerabgasströmung, wenn das Abgasverschlußventil voll geschlossen ist. Gemäß 6 ist ein Umgehungsrohr 64 vorgesehen, das die Abschnitte des Abgasrohres 21 stromauf und stromab von dem Abgasverschlußventil 6 verbindet, um dem Abgas der Verbrennungsmaschine zu erlauben, dadurch zu strömen, wenn das Abgasverschlußventil 6 voll geschlossen ist. In diesem Fall sind Stopper oder Nuten, Zwischenräume etc. auf dem Ventilelement des Abgasverschlußventiles nicht vorgesehen.
Obgleich die Abgasverschlußventile 6a und 6b in den Abgasrohren stromauf von den Behältern 3a und 3b angeordnet sind, welche gemäß 3 die NO_x Absorptionsmittel 1a und 1b enthalten, sind die Abgasverschlußventile 6a und 6b nicht notwendigerweise in den Abgasrohren stromauf der Behälter 3a und 3b angeordnet, solange eine vorbestimmte Menge der Abgasströmung durch die NO_x Absorptionsmittel 1a und 1b etabliert werden kann. 7 zeigt beispielsweise, daß die Abgasverschlußventile 6a und 6b in den Abgasrohren stromab von den Behältern 3a und 3b angeordnet werden können. Gemäß 8 können ferner die Abgasverschlußventile 6a und 6b sowohl stromauf wie auch stromab zu den Behältern 3a und 3b in den Abgasrohren angeordnet werden. Durch die stromauf und stromab zu jedem Behälter angeordneten Abgasverschlußventile kann die Geschwindigkeit der Trägergasströmung präziser gesteuert werden.
In den obigen Ausführungsformen wird das Abgas aus der Verbrennungsmaschine zur Erzeugung der Trägergasströmung verwendet. Jedoch kann ein anderes Gas, wie Luft, anstelle des Abgases verwendet werden, um die Trägergasströmung zu erzeugen. Die 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Luftströmung als Trägergasströmung verwendet wird.
In der 9 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in 3 die gleichen Elemente. Gemäß 9 sind die Luftdüsen 7a und 7b in den Abgasrohren 2a bzw. 2b zwischen den Abgasverschlußventilen 6a, 6b und den Düsen 4a, 4b der Reduktionsmittelzuführvorrichtung 4 angeordnet. In diesem Fall sind keine Mittel für die Ermöglichung des Durchtritts des Abgases durch die Abgasverschlußventile 6a und 6b, die in den 5A bis 5C und in der 6 gezeigt sind, vorgesehen. Die Luftdüsen 7a und 7b sind mit einer Druckluft-Zuführquelle, wie eine Luftpumpe, über entsprechende Dosieröffnungen und Verschlußventile (in der Zeichnung nicht gezeigt) verbunden. Wenn der Regenerationsprozeß für eines der NO_x Absorptionsmittel durchgeführt wird, ist das Abgasverschlußventil 6a oder 6b, die stromauf von dem zu regenerierenden NO_x Absorptionsmittel angeordnet sind, geschlossen. Das Verschlußventil der Luftdüse, die stromab von diesem Abgasverschlußventil angeordnet ist, ist geöffnet, um eine vorbestimmte Menge der Luftströmung in das Abgasrohr zwischen dem Abgasverschlußventil und der Reduktionsmitteldüse einzuführen, um die Trägergasströmung zu bilden (in diesem Fall die Trägerluftströmung). Bei dieser Anordnung kann die Geschwindigkeit der Trägergas (Luft)-Strömung unabhängig von dem Betriebszustand der Maschine in konstanter Weise aufrechterhalten werden. Somit kann die Raumgeschwindigkeit des Reduktionsmittels, das dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt wird, in geeigneter Weise unabhängig von dem Betriebszustand der Maschine aufrechterhalten werden.
Obwohl gemäß der Ausführungsform von 9 die Trägerluftströmung und das Reduktionsmittel den NO_x Absorptionsmitteln von den stromauf gelegenen Abgasrohren zugeführt werden, können die Luftströmung und das Reduktionsmittel von der Stromabseite der Abgasrohre den NO_x Absorptionsmitteln zugeführt werden, wie dies in der 10 dargestellt ist. In diesem Falle sind die Reduktionsmittelzuführdüsen 4a, 4b, die Luftdüsen 7a, 7b und die Abgasverschlußventile 6a, 6b in dieser Reihenfolge stromab von den Behältern 3a, 3b in den Abgasrohren 2a, 2b angeordnet. Die Luft und das Reduktionsmittel strömen durch die NO_x Absorptionsmittel 3a und 3b in der entgegengesetzten Richtung zu der Abgasströmung und fließen durch das andere NO_x Absorptionsmittel nach Mischen mit dem Abgas stromauf von dem NO_x Absorptionsmittel.
Bei den oben erläuterten Ausführungsformen wird das Trägergas kontinuierlich dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt, so daß während des Regenerationsprozesses eine kontinuierliche Trägergasströmung erzeugt wird. Es ist jedoch möglich, das Trägergas diskontinuierlich dem NO_x Absorptionsmittel zuzuführen, so daß eine diskontinuierliche Strömung des Trägergases während des Regenerationsverfahrens des NO_x Absorptionsmittels erzeugt wird. Auch das Reduktionsmittel kann diskontinuierlich dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt werden. Wenn entweder das Reduktionsmittel oder das Trägergas oder wenn beide diskontinuierlich dem NO_x Absorptionsmittel zugeführt werden, ist es möglich, die Zeit der Zuführung des Trägergases und des Reduktionsmittels festzusetzen, so daß alternativ die Massen des Reduktionsmittels und des Trägergases durch das NO_x Absorptionsmittel hindurchtreten. Wenn beispielsweise das Reduktionsmittel von der Reduktionsmittelzuführdüse in Intervallen und das Trägergas kontinuierlich zugeführt werden, wird, wie später im Detail erläutert wird, die Masse der hohen Konzentration des Reduktionsmittels in der Trägergasströmung in Intervallen gebildet. Somit strömen alternativ die Masse des Reduktionsmittels und die Masse des Trägergases, das kein Reduktionsmittel enthält, in das NO_x Absorptionsmittel. Daher werden die entsprechenden Abschnitte des NO_x Absorptionsmittels erhitzt, wenn die Masse des Reduktionsmittels hindurchtritt aufgrund der Hitze, die durch die Oxidation des Reduktionsmittels an der Grenze der Masse des Reduktionsmittels erzeugt wird.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Abgasreinigungsvorrichtung unter Bezug auf die 11 erläutert, bei der entweder das Reduktionsmittel oder das Trägergas oder beide diskontinuierlich während dem Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels zugeführt werden. Die 11 zeigt die Ausführungsform der Abgasreinigungsvorrichtung, bei der das Abgas als Trägergas verwendet wird. 11 zeigt ferner den Fall an, bei dem nur ein Behälter, der das NO_x Absorptionsmittel enthält, in einem geraden Abgasrohr vorgesehen ist (der Ausdruck "gerades Abgasrohr" nach dieser Beschreibung bedeutet ein einziges Abgasrohr, das keine Abzweigabgasrohre aufweist). Jedoch kann das Prinzip des Betriebes der Abgasreinigungsvorrichtung nach 11 auch auf Fälle angewandt werden, bei denen mehrere Behälter in Abzweigabgasrohren (wie solche gemäß 3) angeordnet sind, sowie auf Fälle, bei denen Luft als Trägergas verwendet wird.
In der 11 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Verbrennungsmaschine, die mit einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis betrieben wird, wie eine Dieselverbrennungsmaschine, und 2 bezeichnet ein Abgasrohr der Verbrennungsmaschine 10. Gemäß 11 ist das Abgasrohr 2 ein gerades Abgasrohr, das keine Verzweigungen aufweist. Ein Behälter 3 enthält das zuvor erläuterte NO_x Absorptionsmittel 1 und ist mit dem Abgasrohr 2 verbunden. Ein Abgasverschlußventil 6 ist in dem Abgasrohr stromauf von dem Behälter 3 angeordnet. Das Abgasverschlußventil 12 ist ein Schmetterlingsventil, das, wenn es voll geöffnet ist, eine geringe Strömungsresistenz aufweist. Das Abgasverschlußventil 6 wird während einem normalen Betrieb der Verbrennungsmaschine in der voll geöffneten Position gehalten und wird auf einen vorbestimmten Winkel geschlossen, um die Abgasströmung in den Behälter 3 zu reduzieren, wenn der Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels 1 durchgeführt wird. Das Bezugszeichen 61 bezeichnet eine Betätigungsvorrichtung eines geeigneten Typs, wie eine Magnetbetätigungsvorrichtung oder eine Vakuumbetätigungsvorrichtung des Diaphragmatyps, das das Abgasverschlußventil 6 gemäß dem Steuersignal von dem Steuerkreislauf, der später erläutert wird, antreibt, um das Abgasverschlußventil 6 in seine voll geöffnete oder seine geschlossene Position zu überführen.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Reduktionsmittelzuführdüse 4a für die Zuführung des Reduktionsmittels zu dem NO_x Absorptionsmittel 1 in dem Abgasrohr 3 zwischen dem Abgasverschlußventil 6 und dem Behälter 3 angeordnet. Die Reduktionsmittelzuführdüse 4a kann stromauf von dem Abgasverschlußventil 6 in dem Abgasrohr 3 angeordnet sein. Da eine Dieselmaschine als die Verbrennungsmaschine 10 in dieser Ausführungsform verwendet wird, wird auch ein Gasöl als Reduktionsmittel verwendet. Das Reduktionsmittel (Gasöl) wird von der Kraftstoffölpumpe (nicht gezeigt) der Verbrennungsmaschine 10 zu der Reduktionsmittelzuführdüse über ein Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 zugeführt. Das Steuerventil 4 öffnet, wenn es ein Steuersignal von dem Steuerkreislauf 20 erhält, um das Gasöl von der Reduktionsmittelzuführdüse 4a in das Abgasrohr 3 stromauf von dem Behälter 3 zu injizieren.
Das Bezugszeichen 12 gemäß 11 zeigt einen Abgastemperatursensor an, der in dem Abgasrohr 2 stromab von dem Behälter 3 angeordnet ist. Der Abgastemperatursensor 12 erzeugt gemäß der Abgastemperatur ein Spannungssignal.
Der elektronische Steuerkreislauf 20 weist einen digitalen Computer auf, der eine ROM (read only memory) 21, eine RAM (random access memory) 22, eine CPU (Mikroprozessor) 23, einen Eingang 24 und einen Ausgang 25 aufweist, die über einen bidirektionalen Bus 26 miteinander verbunden sind. Der Steuerkreislauf 20 führt eine Grundsteuerung der Verbrennungsmaschine 10, wie eine Kraftstoffinjektionssteuerung, durch. Zusätzlich steuert die Steuereinheit 20 den Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels 1 in dieser Ausführungsform, wobei die Öffnung/Schließung des Abgasverschlußventils 6 und des Reduktionsmittelzuführsteuerventils 4 gesteuert wird. Für diesen Zweck wird ein die Abgastempe ratur darstellendes Signal dem Eingang 24 von einem Abgastemperatursensor 12 über einen Analog-Digitalkonverter (in der Zeichnung nicht gezeigt) zugeführt. Auch andere Signale, wie ein Beschleunigungssignal, das eine Betätigung eines Fahrpedals repräsentiert, und ein Maschinengeschwindigkeitssignal werden dem Eingang 24 des Steuerkreislaufes 20 zugeführt. Auf der anderen Seite ist der Ausgang 25 des Steuerkreislaufes 20 mit der Betätigungseinrichtung 61 des Abgasverschlußventils 6 und mit dem Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 verbunden und führt Signale zu, um die Aktion dieser Ventile zu steuern.
Da ein gerades Abgasrohr bei dieser Ausführungsform verwendet wird, muß die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels 1 durchgeführt werden, während es dem Abgas der Verbrennungsmaschine erlaubt ist, durch das NO_x Absorptionsmittel 1 während des Betriebes der Verbrennungsmaschine 10 hindurchzutreten. Wenn somit der Sauerstoffgehalt in dem gesamten, einströmenden Abgas erniedrigt werden muß, ist eine große Menge des Reduktionsmittels erforderlich. Bei dieser Ausführungsform werden das Reduktionsmittel und das Abgas in das NO_x Absorptionsmittel 1 so eingeführt, daß die Masse des Reduktionsmittels und die Masse des Abgases (präziser eine Masse der Mischung des Reduktionsmittels und des Abgases, wobei die Konzentration des Reduktionsmittels sehr hoch ist, und eine Masse des Gemisches des Reduktionsmittels und des Abgases, bei dem die Konzentration des Reduktionsmittels sehr gering ist) alternativ während des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels durch das NO_x Absorptionsmittel 1 hindurchtreten.
Bei dieser Ausführungsform bewegen sich somit die entsprechenden Massen des Reduktionsmittels während des Regenerationsprozesses in solch einer Weise durch das NO_x Absorp tionsmittel 1, daß die Massen des Reduktionsmittels zwischen die Massen des Abgases gesetzt werden. Wenn, wie oben erläutert, die entsprechenden Massen des Reduktionsmittels das NO_x Absorptionsmittel 1 passieren, wird das NO_x Absorptionsmittel 1 durch die Oxidation des Reduktionsmittels an den Grenzen der Massen erhitzt, wobei dann die Masse der hohen Konzentration des Reduktionsmittels den erhitzten Abschnitt des NO_x Absorptionsmittels kontaktiert. Daher wird das absorbierte NO_x aus dem erhitzten NO_x Absorptionsmittel schnell freigesetzt und durch den Kontakt mit der Masse der hohen Konzentration des Reduktionsmittels reduziert, wodurch die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels innerhalb einer kurzen Zeit vollendet werden kann. Die Menge des Reduktionsmittels, das für die Erzeugung der Massen des Reduktionsmittels erforderlich ist, ist sehr klein im Vergleich mit der Menge, die für die Herabsetzung des Sauerstoffgehaltes des gesamten Abgases erforderlich ist. Damit kann das Regenerationsverfahren des NO_x Absorptionsmittels innerhalb einer kurzen Zeit mit einem geringen Verbrauch des Reduktionsmittels bei dieser Ausführungsform durchgeführt werden.
Im folgenden wird das Verfahren zur Erzeugung der Massen des Reduktionsmittels und der Massen des Abgases, die alternativ durch das NO_x Absorptionsmittel hindurchtreten, erläutert. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Massen des Reduktionsmittels und die Massen des Abgases durch die Öffnungs- und Schließaktion des Abgasverschlußventils 6 und durch die zeitliche Bestimmung der Injektion des Reduktionsmittels von der Zuführdüse 4a erzeugt. Somit sind die folgenden drei Kombinationen der Aktion des Abgasverschlußventils 6 und der Abstimmung der Injektion des Reduktionsmittels möglich.

1) Das Abgasverschlußventil 6 wird zu vorbestimmten Intervallen geöffnet und geschlossen, und das Reduktionsmit tel wird kontinuierlich von der Zuführdüse 4a injiziert.
2) Das Abgasverschlußventil 6 wird zu vorbestimmten Intervallen geöffnet und geschlossen, und das Reduktionsmittel wird von der Zuführdüse 4a gemäß der Öffnungs- und der Schließaktion des Abgasverschlußventils 6 injiziert.
3) Das Abgasverschlußventil 6 wird an einer vorbestimmten geöffneten Position gehalten, und das Reduktionsmittel wird zu vorbestimmten Intervallen von der Zuführdüse 4a injiziert.

Die 12 bis 14 stellen Zeitdiagramme dar, welche die Beziehungen der Öffnungs- und Schließaktionen des Abgasverschlußventils 6 (Kurve (1) in den entsprechenden Zeichnungen), die Abstimmung der Injektion des Reduktionsmittels von der Zuführdüse (Kurve (2)) und den Wechsel in der Strömung und in dem Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den Behälter 3 strömt (Kurve (3) und Kurve (4)), in den obigen drei Fällen zeigen. Die 12 zeigt den obigen Fall 1). Aus der Kurve (1) der 12 ist zu erkennen, daß das Abgasverschlußventil 6 in vorbestimmten Intervallen geöffnet und geschlossen wird und daß die Menge des einströmenden Abgases in den Behälter 3 zunimmt und abnimmt (Kurve (3)) gemäß der Öffnungs- und Schließaktion des Abgasverschlußventiles 6. Auf der anderen Seite wird das Reduktionsmittel kontinuierlich von der Zuführdüse 4a (Kurve (2)) injiziert. Wenn somit das Rbgasverschlußventil 6 geschlossen ist (der mit I in der Zeichnung bezeichnete Zeitraum), da die Geschwindigkeit des einströmenden Abgases gering wird, bildet das von der Zuführdüse 4a injizierte Reduktionsmittel eine Masse des Reduktionsmittels (d.h. eine Masse der Mischung des Reduktionsmittels und des Abgases, bei der die Konzentration des Reduktionsmittels sehr hoch ist) nahe der Zuführdüse 4a, und das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases nahe der Zuführdüse 4a wird fett (Kurve (4)). Wenn andererseits das Abgasverschlußventil 6 in eine vorbestimmte Position (der Zeitraum II in 12) geöffnet wird, da die Geschwindigkeit des einströmenden Abgases zunimmt, wird die Masse des Reduktionsmittels durch das einströmende Abgas mit transportiert, und das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases nahe der Zuführdüse 4a wird herabgesetzt, d.h. die Masse des Abgases, die eine relativ geringe Konzentration des Reduktionsmittels enthält, wird gebildet. Durch die wiederholte Öffnungs- und Schließaktion des Abgasverschlußventils 6 wird somit die Masse des Reduktionsmittels und die Masse des Abgases alternativ erzeugt, und diese Massen treten durch das NO_x Absorptionsmittel ein.
Im Falle der 12 enthalten die Massen des Abgases, die bei geöffnetem Abgasverschlußventil 6 gebildet werden, auch das Reduktionsmittel. Die Konzentration des Reduktionsmittels in diesen Massen des Abgases ist jedoch relativ gering, und das Luft-Kraftstoffverhältnis dieser Massen des Abgases ist bemerkenswert mager im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis.
Somit wird das Gesamtluft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases auf einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten, und die Gesamtmenge des dem NO_x Absorptionsmittel zugeführten Reduktionsmittels ist stark reduziert im Vergleich zu der Menge, die für die Aufrechterhaltung des Luft-Kraftstoffverhältnisses des gesamten, einströmenden Gases bei einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnisses notwendig ist. Da ferner die Massen des Abgases auch das Reduktionsmittel in einer relativ geringen Konzentration enthalten, tritt auch die Oxidation des Reduktionsmittels auf dem NO_x Absorptionsmittel auf, wenn die Massen des Abgases durch das NO_x Absorptionsmittel 1 hindurchtreten. Somit steigt in diesem Fall die Temperatur des NO_x Absorptionsmittels schneller an.
Die 13 zeigt den obigen Fall 2). In diesem Fall wird das Reduktionsmittel von der Zuführdüse 4a nur injiziert, wenn das Abgasverschlußventil 6 geöffnet ist (Kurven (1) und (2)). Im Unterschied zu dem obigen Fall 1) enthält die Masse des Abgases, die bei geöffnetem Abgasverschlußventil 6 gebildet wird, kein Reduktionsmittel. Demgemäß kann die Menge des Reduktionsmittels, das während dem Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels zugeführt wird, reduziert werden im Vergleich zu der Menge, die in dem Fall 1) erforderlich ist.
Die 15 zeigt den obigen Fall 3). In diesem Falle wird das Abgasverschlußventil 6 in einer vorbestimmten, geöffneten Position (Kurve (1)) gehalten, und die Menge des einströmenden Abgases ist konstant (Kurve (3)). Auf der anderen Seite wird das Reduktionsmittel von der Zuführdüse 4a in vorbestimmten Intervallen (Kurve (2)) injiziert. Somit werden die Massen des Reduktionsmittels und die Massen des Abgases, die kein Reduktionsmittel enthalten, alternativ in ähnlicher Weise wie im Falle 2) gebildet. Wenn die Menge des von der Zuführdüse 4a injizierten Reduktionsmittels zunimmt oder abnimmt gemäß vorbestimmten Intervallen, kann die Masse des Abgases, die eine relativ kleine Menge des Reduktionsmittels enthält, in ähnlicher Weise wie in dem Fall 1) gebildet werden.
Die Verfahren 1) bis 3) können während des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels unabhängig verwendet werden. Es können aber auch ein oder zwei dieser Verfahren während des Regenerationsprozesses gemäß der Bedingung des NO_x Absorptionsmittels verwendet werden (z.B. gemäß der Temperatur des NO_x Absorptionsmittels).
Die 15 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß 11 zeigt. Dieser Ablauf wird in vorbestimmten Intervallen von dem Steuerkreislauf 20 gemäß 11 durchgeführt.
Bei dieser Ausführungsform ist der Regenerationsprozeß der Verfahren 1) und 2) gemäß der Temperatur des NO_x Absorptionsmittels 1 ausgewählt worden. Der Steuerkreislauf 20 überwacht die Temperatur T_EX des Abgases stromab von dem NO_x Absorptionsmittel 1, die von dem Temperatursensor 12 erfaßt wird. Wenn die Temperatur T_EX geringer oder gleich einem vorbestimmten ersten Wert T₁ ist, wird vermerkt, daß die Temperatur des NO_x Absorptionsmittels 1 gering ist und daß somit die für die Vollendung des Regenerationsprozesses erforderliche Zeit länger wird. Daher wählt der Steuerkreislauf das obige Verfahren 1), um das NO_x Absorptionsmittel 1 durch kontinuierliche Injektion des Reduktionsmittels 1 von der Zuführdüse 4a schnell aufzuheizen.
Wenn andererseits die Temperatur T_EX größer ist als der Wert T₁, wählt der Steuerkreislauf das obige Verfahren 2), um den Verbrauch des Reduktionsmittels durch Injektion des Reduktionsmittels zu vorbestimmten Intervallen zu reduzieren. Wenn ferner die Temperatur T_EX größer als ein vorbestimmter zweiter Wert T₂ (wobei T₂ > T₁) wird, da die Temperatur des NO_x Absorptionsmittels ausreichend hoch ist, um den Regenerationsprozeß innerhalb einer kurzen Zeit zu vollenden, reduziert der Steuerkreislauf 20 die Menge des von der Zuführdüse 4a injizierten Reduktionsmittels, wobei weiterhin das obige Verfahren 2) verwendet wird, so daß eine weitere Reduktion des Verbrauches des Reduktionsmittels eintritt.
Bei Start des Ablaufs gemäß 15 werden die Abgastemperatur T_EX, die Betätigung A_CC des Beschleunigungspedals und die Maschinengeschwindigkeit N von den entsprechenden Sensoren bei Schritt 1501 erfaßt. Bei Schritt 1503 wird dann bestimmt, ob oder ob nicht die Bedingungen zur Durchführung des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels 1 zufriedenstellend sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Bedingungen zur Durchführung des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels die folgenden:

(A) Der Beschleunigungspedalhub A_CC ist kleiner als ein vorbestimmter Wert, und die Maschinengeschwindigkeit N ist zur gleichen Zeit größer als ein vorbestimmter Wert (d.h. ein Maschinenbremsbetrieb wird durchgeführt).
(B) Eine vorbestimmte Zeit ist vergangen, da der Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels 1 zuletzt durchgeführt wurde.

Nur wenn beide Bedingungen (A) und (B) zufriedenstellend sind, schreitet das Programm mit dem Schritt 1505 fort, um das Regenerationsverfahren des NO_x Absorptionsmittels 1 zu starten.
Da es bei dieser Ausführungsform notwendig ist, das Abgasverschlußventil 6 für die Regeneration des NO_x Absorptionsmittel 1 zu schließen, so daß der Einstrom des Abgases in das NO_x Absorptionsmittel reduziert wird, nimmt das Maschinenausgangsdrehmoment während des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels 1 ab. Um somit bei dieser Ausführungsform zu verhindern, daß die Antriebsfähigkeit von einem plötzlichen Wechsel in dem Maschinenausgangsdrehmoment beeinflußt wird, wird das Regenerationsverfahren nur durchgeführt, wenn eine Maschinenbremsung durchgeführt wird (obige Bedingung (A)).
Es wird auch bevorzugt, einen häufigen Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels zu vermeiden, um den Verbrauch des Reduktionsmittels zu erniedrigen. Somit wird bei dieser Ausführungsform der Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels nur durchgeführt, wenn das NO_x Absorptionsmittel 1 das NO_x in dem Abgas für länger als eine vorbestimmte Zeit (obige Bedingung (B)) absorbiert hat. Da die Menge des absorbierten NO_x in dem No_x Absorptionsmittel zunimmt, wenn das NO_x Absorptionsmittel NO_x in dem Abgas für eine längere Zeit absorbiert, wird angenommen, daß die Menge des absorbierten NO_x in dem NO_x Absorptionsmittel auf ein Niveau anwächst, das die Kapazität des NO_x Absorptionsmittels für die Absorption des NO_x in dem Abgas herabgesetzt wird, wenn das NO_x Absorptionsmittel NO_x in dem Abgas für mehr als eine vorbestimmte Zeit absorbiert hat. Somit wird der Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels 1 nur durchgeführt, wenn es bei dieser Ausführungsform notwendig wird, zu verhindern, daß die Kapazität des NO_x Absorptionsmittels 1 für die Absorption des NO_x abgesenkt wird durch einen Anstieg in der Menge des absorbierten NO_x in dem NO_x Absorptionsmittel.
Anstelle der obigen Bedingung (B) ist es auch möglich, die Menge des absorbierten NO_x in dem NO_x Absorptionsmittel direkt zu schätzen und den Regenerationsprozeß des NO_x Absorptionsmittels durchzuführen, wenn die geschätzte Menge des absorbierten NO_x in dem NO_x Absorptionsmittel 1 größer als ein vorbestimmter Wert wird. In diesem Fall wird die Menge des NO_x, die in der Maschine 10 erzeugt wird, durch ein Experiment erzielt und in der ROM 21 in dem Steuerkreislauf 20 als eine Funktion der Maschinenbetriebslast (d.h. dem Hub des Beschleunigungspedals A_CC) und der Maschinengeschwindigkeit N gespeichert. Die Menge des von der Maschine 10 erzeugten NO_x wird in regulären Intervallen von den Werten von A_CC und N unter Verwendung der obigen Funktion berechnet. Dann wird die Menge des NO_x, das während der Intervalle von dem NO_x Absorptionsmittel absorbiert wird, abgeschätzt als der Wert der Menge des von der Maschine erzeugten NO_x multipliziert mit einem vorbestimmten Faktor. Somit wird die Gesamtmenge des absorbierten NO_x in dem NO_x Absorptionsmittel 1 als ein kumulativer Wert der Menge des von dem NO_x Absorptionsmittel in jedem Berechnungszeitraum absorbierten NO_x erzielt.
Wenn bei Schritt 1503 beide Bedingungen (A) und (B) befriedigt sind, wird dann bei Schritt 1505 ein Kennzeichen F auf 1 gesetzt.
F ist ein Kennzeichen für die Steuerung des Betriebes des Abgasverschlußventils 6. Wenn der Wert des Kennzeichens F 1 ist, wird das Abgasverschlußventil 6 von einem Programm (nicht gezeigt) betrieben, das von dem Steuerkreislauf 20 zu vorbestimmten Intervallen durchgeführt wird, um das Ventil an den vorbestimmten Intervallen zu öffnen und zu schließen.
Bei Schritt 1507 wird dann bestimmt, ob oder ob nicht die Abgastemperatur T_EX größer oder gleich als der vorbestimmte erste Wert T₁ ist. Der Wert T₁ wird nahe der Temperatur gesetzt, an der das NO_x Absorptionsmittel einen aktiven Zustand einnimmt, und wird ferner gemäß den Typen des NO_x Absorptionsmittels bestimmt (zum Beispiel T₁ wird bei dieser Ausführungsform auf etwa 250°C gesetzt).
Wenn die Temperatur T_EX geringer als T₁ bei Schritt 1507 ist, ist es notwendig, die Temperatur des NO_x Absorptionsmittels in einer kurzen Zeit anzuheben, um das NO_x Absorptionsmittel 1 zu aktivieren. Deshalb führt das Programm den Schritt 1509 aus, der den Wert eines Kennzeichens G auf 1 setzt. G ist ein Kennzeichen für die Steuerung des Betriebes des Reduktionsmittelzuführsteuerventils 4. Wenn der Wert des Kennzeichens G 1 ist, wird das Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 kontinuierlich bis zu einem bestimmten Maße durch ein anderes Programm (nicht gezeigt) geöffnet, welches von dem Steuerkreislauf 20 durchgeführt wird. Das Reduktionsmittel wird so von der Zuführdüse 4a injiziert, um die Bedingung, wie in der 12 gezeigt, zu etablieren.
Wenn die Temperatur T_EX größer oder gleich T₁ bei Schritt 1507 ist, vollzieht das Programm den Schritt 1511, der den Wert des Zählers C um 1 anhebt. C ist ein Zähler, der die vergangene Zeit darstellt, seitdem die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels 1 gestartet wurde. Bei Schritt 1513 wird dann bestimmt, ob oder ob nicht die Temperatur T_EX größer oder gleich als der vorbestimmte zweite Wert T₂ ist. T₂ ist eine Temperatur, bei der die Freisetzungsaktion des NO_x Absorptionsmittels 1 des absorbierten NO_x aktiv wird, wobei T₂ bei etwa 400°C in dieser Ausführungsform beispielsweise festgesetzt ist.
Wenn die Temperatur T_EX geringer als T₂ bei Schritt 1513 ist, wird der Wert des Kennzeichens G, das oben erläutert wurde, bei Schritt 1515 auf 2 festgesetzt. Wenn der Wert des Kennzeichens G 2 ist, wird das Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 durch das oben erwähnte Programm in solch einer Weise betrieben, daß das Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 gemäß der Öffnungs- und Schließaktion des Abgasverschlußventils 6 öffnet und schließt. Das Reduktionsmittel wird so mit diskontinuierlich in einer synchronen Weise als Öffnungsaktion des Abgasverschlußventils 6 injiziert, um die Bedingungen, wie sie in der 13 gezeigt sind, zu etablieren.
Daher wird ein weiterer Temperaturanstieg des NO_x Absorptionsmittels 1 erzielt, während die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels 1 zur gleichen Zeit durchgeführt wird.
Wenn die Temperatur T_EX größer oder gleich als T₂ bei Schritt 1503 ist, wird der Wert des Kennzeichens D bei Schritt 1517 auf 3 gesetzt, da es nicht notwendig ist, die Temperatur des NO_x Absorptionsmittels 1 weiter anzuheben. Wenn der Wert des Kennzeichens D 3 ist, wird das Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 durch das oben erwähnte Programm in solch einer Weise betrieben, daß die Menge des Reduktionsmittels, die von der Reduktionsmittelzuführdüse 4a diskontinuierlich injiziert wird, auf einen Wert reduziert wird, der kleiner als die Menge ist, wenn das Kennzeichen G bei Schritt 1515 2 ist. Somit wird der Verbrauch des Reduktionsmittels während des Regenerationsprozesses abgesenkt.
Die Schritte 1521 bis 1525 zeigen den Betrieb zur Beendigung des Regenerationsprozesses des NO_x Absorptionsmittels 1. Diese Schritte werden ausgeführt, wenn die Bedingungen zur Durchführung des Regenerationsprozesses bei Schritt 1503 nicht befriedigt sind oder der Wert des Zählers C größer als ein vorbestimmter Wert CO bei Schritt 1519 wird (d.h., wenn eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, seitdem die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels 1 gestartet wurde). Der Wert CO entspricht der Zahl des Programmes, das während der Zeit durchgeführt wird, die für die Regeneration des NO_x Absorptionsmittels 1 notwendig ist. Der Wert wird gemäß den Typen und den Größen des NO_x Absorptionsmittels bestimmt.
Wenn die Schritte 1521 bis 1525 durchgeführt werden, werden die Werte der Kennzeichen F und G neu gesetzt (d.h. 0), und der Wert des Zählers C wird gelöscht. Wenn der Wert des Kennzeichens F gelöscht wird, befindet sich das Abgasverschlußventil 6 in seiner voll geöffneten Position, und wenn der Wert des Kennzeichens G gelöscht wird, befindet sich das Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 in seiner geschlossenen Position, um die Injektion des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführdüse 4a zu stoppen.
Bei der obigen Ausführungsform werden die Intervalle der Öffnung und der Schließung des Abgasverschlußventiles 6 konstant aufrechterhalten während des Zeitraumes des Regenerationsprozesses, wobei jedoch die Intervalle für das Öffnen und das Schließen des Abgasverschlußventils 6 gemäß der Temperatur des NO_x Absorptionsmittels geändert werden können. Wenn beispielsweise das Intervall kürzer festgesetzt wird, wenn die Temperatur des NO_x Absorptionsmittels gering ist, tritt die Masse des Reduktionsmittels in kurzen Intervallen durch das NO_x Absorptionsmittel, und das NO_x Absorptionsmittel wird sehr schnell aufgeheizt, da die Oxidation des Reduktionsmittels auf den NO_x Absorptionsmittel sehr oft auftritt. Anstelle des Öffnens und des Schließens des Abgasverschlußventils 6 ist es ferner durch Injektion des Reduktionsmittels zu vorbestimmten Intervallen möglich, den gleichen Effekt unter konstanter Aufrechterhaltung des Öffnungswinkels des Abgasverschlußventiles 6 zu erzielen.
Obgleich die Öffnungs- und Schließaktionen des Abgasverschlußventiles 6 und des Reduktionsmittelszuführsteuerventils 4 zu regulären Intervallen durchgeführt werden, ist es auch möglich, die Öffnungs- und Schließaktion des Abgasverschlußventiles 6 (oder des Reduktionsmittelzuführsteuerven tils 4) durch andere Faktoren zu steuern. Die Öffnungs- und Schließaktion des Abgasverschlußventiles 6 (oder des Reduktionsmittelzuführsteuerventils 4) kann beispielsweise durch den Ausgang eines O₂ Sensors gesteuert werden, der in dem Abgasrohr stromab von dem NO_x Absorptionsmittel 1 angeordnet ist und der ein Signal gemäß der Sauerstoffkonzentration des Abgases erzeugt.
In diesem Fall ist das Abgasverschlußventil 6 geschlossen (oder das Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 ist geöffnet), wenn die von dem O₂ Sensor erfaßte Sauerstoffkonzentration größer als ein vorbestimmter Wert wird (beispielsweise der Wert, der dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht). Das Abgasverschlußventil 6 wird geöffnet (oder das Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 wird geschlossen), wenn die Sauerstoffkonzentration niedriger als der vorbestimmte Wert wird. Da durch die Steuerung der Öffnungs- und der Schließaktion des Abgasverschlußventiles 6 oder des Reduktionsmittelzuführsteuerventiles 4 in der oben erläuterten Weise das Abgas, das durch das Abgasverschlußventil 6 tritt, oder das Reduktionsmittel, das von dem Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4 injiziert wird, den O₂ Sensor nach einer bestimmten Zeitphase erreicht, wiederholt das Abgasverschlußventil 6 (oder das Reduktionsmittelzuführsteuerventil 4) die Öffnungs- und die Verschlußaktion gemäß dem Ausgang des O₂ Sensors. Wenn ferner die Sauerstoffkonzentration, bei der die Ventile geöffnet werden, und die Sauerstoffkonzentration, bei der die Ventile geschlossen werden, auf verschiedene Niveaus gesetzt werden, kann das durchschnittliche Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases während des Regenerationsprozesses auf einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis im Vergleich zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis aufrechterhalten werden, um so den Verbrauch des Reduktionsmittels während dem Regenerationsprozeß zu reduzieren.
Obgleich ferner die Trägerabgasströmung durch das Öffnen und das Schließen des Abgasverschlußventiles 6 in der obigen Ausführungsform erzeugt wird, kann die Trägerabgasströmung durch ein Umgehungsrohr erzeugt werden, das das Abgasrohr stromauf und stromab von dem Abgasverschlußventil verbindet. In diesem Fall ist ein Umgehungsventil in dem Umgehungsrohr vorgesehen, wobei sich das Umgehungsventil öffnet und schließt während des Regenerationsprozesses, um die Trägergasströmung zu erzeugen.
Aus der obigen Erläuterung ist zu verstehen, daß gemäß der Erfindung der Regenerationsprozeß in einer kurzen Zeit und mit einem kleineren Verbrauch des Reduktionsmittels durchgeführt wird, indem die Trägergasströmung erzeugt wird, die durch das NO_x Absorptionsmittel hindurchtritt, wenn das Reduktionsmittel zugeführt wird.
Obgleich die Erfindung unter Bezug auf spezifische Ausführungsformen und für den Zweck der Erläuterung beschrieben worden ist, ist zu verstehen, daß zahlreiche Modifikationen von Fachleuten angewandt werden können, ohne daß das Grundkonzept und der Umfang der Erfindung verlassen wird.
Obwohl beispielsweise die obigen Ausführungsformen die Fälle beschreiben, bei denen ein gerades Abgasrohr oder zwei Abzweigabgasrohre verwendet werden, kann die Erfindung auch auf einen Fall angewandt werden, bei dem mehr als zwei Abzweigabgasrohre verwendet werden. In den obigen Ausführungsformen wird die Abgasreinigungsvorrichtung für eine Dieselverbrennungsmaschine beschrieben, bei der ein Gasöl als Reduktionsmittel verwendet wird. Die Erfindung kann jedoch auch auf Maschinen angewandt werden, die keine Dieselverbrennungsmaschinen sind, oder auf eine Abgasreinigungsvorrichtung, bei der andere flüssige oder gasförmige Reduktionsmittel verwendet werden.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungsmaschine mit einem Abgasrohr, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aufweist: wenigstens ein NO_x-Absorptionsmittel (1, 1a, 1b), das in dem Abgasrohr (2, 2a, 2b) angeordnet ist und das eine NO_x-Komponente in dem Abgas absorbiert, wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das NO_x-Absorptionsmittel strömt, mager ist und das absorbierte NO_x in einer Atmosphäre mit geringerer Sauerstoffkonzentration freisetzt; eine Reduktionsmittelzuführvorrichtung (4) für die Zuführung des Reduktionsmittels zu dem wenigstens einen NO_x-Absorptionsmittel und für die Herstellung der Atmosphäre mit der geringeren Sauerstoffkonzentration des mindestens einen NO_x-Absorptionsmittels, um das mindestens eine NO_x-Absorptionsmittel zu regenerieren; wenigstens ein in dem Abgasrohr (2, 2a, 2b) angeordnetes Abgasverschlussventil (6, 6a, 6b) für das Verschließen des Abgasrohres, um die Strömung des Abgasstromes in das wenigstens eine NO_x-Absorptionsmittel während der Regeneration des mindestens einen NO_x-Absorptionsmittels zu stoppen; und Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) zur Erzeugung einer vorbestimmten Menge einer Abgas- oder Luftströmung als Trägergasströmung, um das zugeführte Reduktionsmittel durch das wenigstens eine NO_x-Absorptionsmittel während der Regeneration des mindestens einen NO_x-Absorptionsmittels zu transportieren.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung einer Trägergasströmung ein Mittel zur Zufuhr von Abgas aus der Verbrennungsmaschine (10) ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung einer Trägergasströmung ein Mittel zur Zufuhr von Luft als Trägergas ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrohr (2) sich in Abzweigabgasrohre (2a, 2b) aufteilt und dass das NO_x-Absorptionsmittel in jedem der Abzweigabgasrohre angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrohr ein gerades Abgasrohr ohne Verzweigungen ist und dass das NO_x-Absorptionsmittel in dem geraden Abgasrohr angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) zur Erzeugung einer Trägergasströmung eine kontinuierliche Strömung des Abgases durch das wenigstens eine NO_x-Absorptionsmittel (1, 1a, 1b) während der Regeneration des wenigstens einen NO_x-Absorptionsmittels erzeugen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) für die Erzeugung einer Trägergasströmung eine diskontinuierliche Strömung des Abgases durch das wenigstens eine NO_x-Absorptionsmittel während der Regeneration des wenigstens einen NO_x-Absorptionsmittels erzeugen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelzuführvorrichtung (4) das Reduktionsmittel zu dem wenigstens einen NO_x-Absorptionsmittel kontinuierlich während der Regeneration des wenigstens einen NO_x-Absorptionsmittels zuführt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelzuführvorrichtung (4) das Reduktionsmittel zu dem wenigstens einen NO_x-Absorptionsmittel diskontinuierlich während der Regeneration des wenigstens einen NO_x-Absorptionsmittels zuführt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) zur Erzeugung der Trägergasströmung Mittel aufweisen, die einer vorbestimmten Menge des Abgases ermöglichen, durch das wenigstens eine Abgasverschlussventil (6, 6a, 6b) hindurchzutreten, wenn das wenigstens eine Abgasverschlussventil geschlossen ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) zur Erzeugung einer Trägergasströmung mindestens ein Umgehungsrohr (64) aufweisen, welches das wenigstens eine Abgasverschlussventil (6) umgeht und das Abgasrohr (2) stromauf und stromab von dem wenigstens einen Abgasverschlussventil verbindet, um einer vorbestimmten Menge des Abgases zu ermöglichen, kontinuierlich dadurch zu strömen, wenn das wenigstens eine Abgasverschlussventil geschlossen ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) zur Erzeugung der Trägergasströmung mindestens ein Umgehungsrohr (64) aufweisen, welches das mindestens eine Abgasverschlussventil (6) umgeht und das Abgasrohr (2) stromauf und stromab von dem wenigstens einen Abgasverschlussventil (6) verbindet, und dass mindestens Umgehungsventil, das in dem wenigstens einen Umgehungsrohr angeordnet ist, vorgesehen ist, und dass eine diskontinuierliche Strömung des Abgases durch Öffnen und Schließen des mindestens einen Umgehungsventils erzeugt wird, wenn das wenigstens eine Abgasverschlussventil geschlossen ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) zur Erzeugung der Trägergasströmung Mittel aufweisen, um das wenigstens eine Abgasverschlussventil während der Regeneration des mindestens einen NO_x-Absorptionsmittels zu öffnen und zu schließen, so dass das Abgas diskontinuierlich von der Verbrennungsmaschine (10) in das mindestens eine NO_x-Absorptionsmittel strömt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) zur Erzeugung der Trägergasströmung eine kontinuierliche Luftströmung durch das wenigstens eine NO_x-Absorptionsmittel während der Regeneration des mindestens einen NO_x-Absorptionsmittels erzeugen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (62a, 62b; 63a, 63b) zur Erzeugung der Trägergasströmung eine diskontinuierliche Luftströmung durch das wenigstens eine NO_x-Absorptionsmittel während der Regeneration des wenigstens einen NO_x-Absorptionsmittels erzeugen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas aus der Verbrennungsmaschine (10) als Trägergas verwendet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Luft als Trägergas verwendet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft und das Reduktionsmittel von der Stromabseite des NO_x-Absorptionsmittels zugeführt werden und durch das NO_x-Absorptionsmittel in Richtung entgegengesetzt der Abgasströmung strömen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft und das Reduktionsmittel von der Stromaufseite des NO_x-Absorptionsmittels zugeführt werden und durch das NO_x-Absorptionsmittel in Richtung der Abgasströmung strömen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 16 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasverschlussventile (6a, 6b) in jedem der Abzweigabgasrohre stromauf von den NO_x-Absorptionsmitteln angeordnet sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasverschlussventile (6a, 6b) in jedem der Abzweigabgasrohre stromab von den NO_x-Absorptionsmitteln angeordnet sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 16, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasverschlussventile (6a, 6b) in jedem der Abzweigabgasrohre stromauf und stromab von den NO_x-Absorptionsmitteln angeordnet sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel, das von der Reduktionsmittelzuführvorrichtung (4) zugeführt wird, ein Flüssigreduktionsmittel ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel, das von der Reduktionsmittelzuführvorrichtung (4) zugeführt wird, ein flüssiger Kraftstoff der Verbrennungsmaschine (10) ist.