DE60008639T2

DE60008639T2 - Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60008639T2
Application number: DE60008639T
Authority: DE
Inventors: Kojiro Minato-ku Okada; Yasuki Minato-ku Tamura
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: KR20010015118A; EP1065351B1; DE60008639D1; US6644021B2; US20030106307A1; EP1065351A1; KR100385820B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors, welcher einen Okklusions- bzw. Absorptions-NOx-Katalysator in einem Abgaskanal aufweist.
In den letzten Jahren wurde ein Mager-Verbrennungsmotor, welcher bei einem mageren Kraftstoff/Luft-Verhältnis betrieben wird, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, in die Praxis übernommen. Wenn dieser Verbrennungsmotor bei dem mageren Kraftstoff/Luft-Verhältnis betrieben wird, kann ein Dreiwegkatalysator nicht ausreichend NOx(Stickstoffoxid) in dem Abgas des Motors aufgrund seiner Reinigungseigenschaften reinigen. In letzter Zeit wurde ein Absorptions-NOx-Katalysator entwickelt, der NOx in dem Abgas absorbiert, wenn der Verbrennungsmotor bei einem magerem Kraftstoff/Luft-Verhältnis betrieben wird, und der das absorbierte NOx emittiert und reduziert, während der Verbrennungsmotor bei einem stöchiometrischen oder fetten Kraftstoff/Luft-Verhältnis betrieben wird.
Dieser Absorptions-NOx-Katalysator hat die Eigenschaft, NOx in dem Abgas als Nitrat (X-NO₃) mit überschüssigem Oxid in dem Verbrennungsmotor zu absorbieren und das absorbierte NOx mit überschüssigem Kohlenmonoxid (CO) zu emittieren, um dadurch das NOx zu Stickstoff (N₂) zu reduzieren (Carbonat (X-CO₃) wird gleichzeitig erzeugt). Kraftstoff enthält jedoch eine Schwefel-(S)-Komponente, welche mit Oxid reagiert, so daß sie zu Schwefeloxid (SOx) wird. Der Absorptions-NOx-Katalysator absorbiert das SOx anstelle von NOx als Sulfat statt als Nitrat, und dieses verringert den Reinigungswirkungsgrad des Katalysators. Es hat sich herausgestellt, daß das von dem Katalysator absorbierte SOx bei einem fetten Kraftstoff/Luft-Verhältnis während der Katalysator auf hoher Temperatur gehalten wird, entreinigt wird (S-Reinigung). Beispielsweise offenbart die vorläufige Japanische Patentveröffentlichung Nr. 7-217474 die Berechnung der Menge des von dem Katalysator absorbierten SOx, und das Anheben der Temperatur des Katalysators und das kurzzeitige Anfetten des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses, wenn die Menge des absorbierten SOx einen zulässigen Betrag überschreitet und die Katalysatortemperatur niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist. Dieses emittiert das SOx und stellt den Reinigungswirkungsgrad des Absorptions-NOx-Katalysators wieder her.
Gemäß der vorläufigen Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-217474 wird jedoch das SOx von dem Absorptions-NOx-Katalysator emittiert, indem die Temperatur des Katalysators und angehoben wird und das Kraftstoff/Luft-Verhältnisses unabhängig von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors hinsichtlich Bedingungen, daß die Menge des absorbierten SOx einen zulässige Menge überschreitet und die Katalysatortemperatur niedrig ist, angefettet wird.
Aus diesem Grunde kann, wenn ein Fahrzeug in einem Stadtbereich und dergleichen mit wiederholter Beschleunigung und Abbremsung gefahren wird, der Absorptions-NOx-Katalysator nicht leicht auf einer hohen Temperatur gehalten werden, welche für die Emission des SOx erforderlich ist. Daher muß eine SOx-Emissionseinrichtung des Absorptions-NOx-Katalysators für eine lange Zeit arbeiten, obwohl sie nicht ausreichen das SOx emittieren kann. Insbesondere wird die Temperatur des Absorp tions-NOx-Katalysators selbst unter einen solchen Bedingung erhöht, daß es schwierig ist, die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators zu erhöhen, und es somit erforderlich ist, das Kraftstoff/Luft-Verhältnis anzufetten und die Temperatur des Katalysators für eine längere Zeit zu erhöhen, als in dem Falle, in welchem das Fahrzeug in einem stabilen Zustand fährt, in welchem sich der Katalysator auf einer relativ hohen Temperatur befindet. Darüber hinaus muß die Temperatur des Katalysators in einem großen Umfang erhöht werden. Dieses verschlechtert den Kraftstoffverbrauch.
Die Menge des von dem Katalysator absorbierten SOx hängt stark von einer Vielfalt von Faktoren, wie z. B. der Katalysatortemperatur, dem Kraftstoff/Luft-Verhältnis des Abgases, der Konzentration des Schwefels in dem Kraftstoff (unterschiedlicher Typen) und den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors ab. Es ist daher schwierig, genau die Menge des von dem Katalysator absorbierten SOx zu berechnen. Wenn das SOx von dem Absorptions-NOx-Katalysator gemäß der berechneten Menge des von dem Katalysator absorbierten SOx wie in dem Falle der vorläufigen Japanischen Patentanmeldung Nr. 7-217474 emittiert wird, kann die Abgaseigenschaft in dem Falle verschlechtert werden, in welchem die von dem Katalysator absorbierte berechnete Menge nicht genau berechnet werden kann. Ferner wird, wenn die Menge des absorbierten SOx unter Berücksichtigung eines Berechnungsfehler ermittelt wird, um nicht die Abgaseigenschaften zu verschlechtern, das SOx emittiert, wenn keine Notwendigkeit zur Emission von SOx besteht. Dieses verschlechtert den Kraftstoffverbrauch.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche eine stabile Regeneration der Katalysatorvorrichtung ermöglicht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche effizient eine Schwefelkomponente aus einer Katalysatorvorrichtung desorbiert, um dadurch die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu verhindern und die stabile Regeneration der Katalysatorvorrichtung zu ermöglichen.
Die vorstehende Aufgabe wird durch eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugt enthält die Regenerationseinrichtung eine Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung zum Steuern eines Zündzeitpunktes um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen, und eine Kraftstoff/Luft-Verhältnis-Steuereinrichtung zum Steuern eines Kraftstoff/Luft-Verhältnisses des Verbrennungsmotors; und wenn die Temperatur der Katalysatorvorrichtung nicht niedriger als die Einstelltemperatur ist, verzögert die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung den Zündzeitpunkt, und verändert die Kraftstoff/Luft-Verhältnis-Steuereinrichtung das Kraftstoff/ Luft-Verhältnis in einer solchen Weise, daß eine übermäßige Konzentration an Kraftstoff erzielt wird.
Es ist möglich, eine Stillegungseinrichtung zum Beenden des Betriebs der Regenerationseinrichtung vorzusehen, wenn die Temperatur der Katalysatorvorrichtung keinen optimalen Katalysatortemperaturbereich für die Desorption der Schwefelkomponente selbst dann erreicht, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Betrieb der Regenerationseinrichtung verstreicht.
Es ist auch zu bevorzugen, eine Häufigkeitsberechnungseinrichtung vorzusehen, um eine Häufigkeit zu berechnen, mit welcher die absorbierte Schwefelkomponente in den Zustand der Emission gebracht wird; und ferner eine Betriebssteuereinrichtung, um einen Betrieb der Regenerationseinrichtung gemäß einer Ausgabe der Häufigkeitsberechnungseinrichtung zu steuern.
In diesem Falle besitzt die Häufigkeitsberechnungseinrichtung bevorzugt eine Desorptionshäufigkeits-Sensoreinrichtung zum Berechnen der Häufigkeit gemäß einer Regenerationsdauer und einer Fahrstrecke der Katalysatorvorrichtung bei einer spezifischen Katalysatortemperatur, bei der die Schwefelkomponente desorbiert werden kann.
Ferner betreibt die Betriebssteuereinrichtung die Regenerationseinrichtung, wenn eine Ausgabe der Häufigkeitsberechnungseinrichtung klein ist, und der Stillstand der Regenerationseinrichtung für eine vorbestimmte Zeitdauer andauert. Es ist möglich, eine Einstelltemperatur-Änderungseinrichtung vorzusehen, um die Einstelltemperatur gemäß der Ausgabe der Häufigkeitsberechnungseinrichtung zu ändern. In diesem Falle erhöht bevorzugt die Einstelltemperatur-Änderungseinrichtung die Einstelltemperatur, wenn die Häufigkeit zunimmt, oder hat einen Sensor in dem Abgaskanal angeordnet, um eine Abgastemperatur zu erfassen, und die Betriebssteuereinrichtung betreibt bevorzugt die Regenerationseinrichtung, wenn die Temperatur der Katalysatorvorrichtung, welche aus einer Ausgabe des Sensors berechnet wird, die Einstelltemperatur überschreitet.
Die Art dieser Erfindung sowie weitere Aufgaben und Vorteile davon werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Teile durchgängig durch die Figuren bezeichnen.
In den Figuren zeigen:
1 eine schematische Zeichnung, die den Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein Flußdiagramm, welches eine S-Reinigungssteuerung der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ein Zeitdiagramm, welches die S-Reinigungssteuerung darstellt;
4 einen Graph, welcher eine ansteigende Einstelltemperatur in Bezug auf eine S-Regenerationshäufigkeit darstellt;
5 einen Graph, welcher einen Reflexionskoeffizienten in Bezug auf einen berechneten Wert einer Katalysatortemperatur darstellt;
6 einen Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer S-Regenerationshäufigkeit und einem NOx-Emissionswert darstellt;
7 einen Graph, welcher die Menge des von dem NOx-Absorptionskatalysators absorbierten NOx darstellt, das nach einer S-Regeneration in Bezug auf ein S-Regenerations-Kraftstoff/Luft-Verhältnis zurückgewonnen wird; und
8 einen Graph, welcher eine Zeithäufigkeit der Katalysatortemperatur in dem Falle darstellt, in welchem die Ausführungsform bei einem normalen Fahren angewendet oder nicht angewendet wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hierin nachstehend beschrieben.
1 ist eine schematische Zeichnung, welche den Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; 2 ist ein Flußdiagramm, das eine S-Reinigungssteuerung der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform darstellt; 3 ist ein Zeitdiagramm, welches die S-Reinigungssteuerung darstellt; 4 ist ein Graph, welcher eine ansteigende Einstelltemperatur in Bezug auf eine S-Regenerationshäufigkeit darstellt; 5 ist ein Graph, welcher einen Reflexionskoeffizienten in Bezug auf einen berechneten Wert einer Katalysatortemperatur darstellt; 6 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer S-Regenerationshäufigkeit und einem NOx-Emissionswert darstellt; 7 ist ein Graph, welcher die Menge des von dem NOx-Absorptionskatalysators absorbierten NOx darstellt, das nach einer S-Regeneration in Bezug auf ein S-Regenerations-Kraftstoff/Luft-Verhältnis zurückgewonnen wird; und 8 ist ein Graph, welcher eine Zeithäufigkeit der Katalysatortemperatur in dem Falle darstellt, in welchem die Ausführungsform bei einem normalen Fahren eines Fahrzeugs angewendet oder nicht angewendet wird.
Der (hierin nachstehend als Motor bezeichnete) Verbrennungsmotor dieser Ausführungsform ist ein fremdgezündeter Vierzylinder-Benzinmotor mit Zylindereinspritzung, welcher Kraftstoff in einem Ansaugvorgang (Ansaugvorgang-Einspritzart) oder in einem Kompressionsvorgang (einem Kompressionsvorgang-Einspritzart) zum Verändern der Kraftstoffeinspritzarten (Betriebsarten) einspritzen kann. Dieser Zylindereinspritzungsmotor 11 kann leicht mit einem mageren Kraftstoff/Luft-Verhältnis sowie einem theoretischen Kraftstoff/ Luft-Verhältnis (stöchiometrischen Verhältnis) und einem fetten Kraftstoff/Luft-Verhältnis betrieben werden. Insbesondere kann in der Kompressionsvorgang-Einspritzart der Zylindereinspritzungsmotor 11 mit einem besonders mageren Kraftstoff/ Luft-Verhältnis betrieben werden.
In dieser Ausführungsform sind eine Zündkerze 13 und ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 14 an einem Zylinderkopf 12 jedes Zylinders in dem Motor 11 angebracht. Dieses Kraftstoffeinspritzventil 14 ermöglicht die Einsprit zung von Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer 15. Das Kraftstoffeinspritzventil 14 ist mit einer Kraftstoffzuführungsvorrichtung (einer Kraftstoffpumpe) über eine (nicht dargestellte) Kraftstoffleitung verbunden, und die Kraftstoffpumpe enthält einen Kraftstoffbehälter. Der Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter wird an das Kraftstoffeinspritzventil 14 mit einem hohen Kraftstoffdruck geliefert, und wird von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 in die Brennkammer 15 bei einem gewünschten Kraftstoffdruck eingespritzt. In diesem Falle wird die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs anhand des Kraftstoffausgabedruckes der Kraftstoffpumpe und einer Öffnungsdauer (einer Kraftstoffeinspritzdauer) des Kraftstoffeinspritzventils 14 bestimmt.
Ein Saugeinlaß ist im wesentlichen in einer senkrechten Richtung in dem Zylinderkopf 12 jedes Zylinders angeordnet, und ein Ende jedes Ansaugkrümmers 16 ist mit jedem Saugeinlaß verbunden. Ein elektronisch gesteuertes (DBW – Drive-by-Wire) elektrisches Drosselklappenventil 17 ist mit dem anderen Ende des Ansaugkrümmers 16 verbunden. Das Drosselklappenventil 17 ist mit einem Drosselklappen-Sensor 18 versehen, welcher eine Drosselklappenöffnung θ erfaßt. Ein Abgasauslaß ist im wesentlichen in der horizontalen Richtung in dem Zylinderkopf 12 ausgebildet, und ein Ende des Auslaßkrümmers 19 ist mit dem Abgasauslaß verbunden, der mit dem Zylinderkopf 12 in einer solchen Weise verbunden ist, daß er mit jedem Abgasauslaß verbunden ist.
Der Motor 11 ist mit einem Kurbelwellenwinkel-Sensor 20 für die Erfassung eines Kurbelwellenwinkels versehen. Der Kurbelwellenwinkel-Sensor 20 ist in der Lage, eine Motordrehzahl Ne zu erfassen. Der Zylindereinspritzmotor 11 ist allgemein bekannt, und somit wird dessen Aufbau nicht im Detail beschrieben.
Ein Abgasrohr (ein Abgaskanal) 21 ist mit dem Auslaßkrümmer 19 des Motors 11 verbunden. Das Abgasrohr 21 ist mit einem (nicht dargestellten) Schalldämpfer über einen kleinen Dreiwegkatalysator 22 und eine Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung 23 verbunden, welche in der Nähe des Motors 11 angeordnet sind. Ein Hochtemperatursensor für die Erfassung einer Abgastemperatur ist an der Oberseite des Anstroms der Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung 23 vorgesehen, d. h., an der Oberseite des Anstroms des später beschriebenen Absorptions-NOx-Katalysators 25 in einem Bereich, zwischen dem kleinen Dreiwegkatalysator 22 und der Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung 23 in dem Abgasrohr 21.
Die Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung 23 weist die nachfolgenden zwei Katalysatoren auf: den Absorptions-NOx-Katalysator 25 und den Dreiwegkatalysator 26. Der Dreiwegkatalysator 26 befindet sich näher an dem Abstrom als der Absorptions-NOx-Katalysator 25. Wenn der Absorptions-NOx-Katalysator 25 ausreichend als Dreiwegkatalysator funktioniert, kann die Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung 23 nur den Absorptions-NOx-Katalysator 25 aufweisen. Der Absorptions-NOx-Katalysator 25 absorbiert NOx in oxidierter Atmosphäre sofort, und emittiert und reduziert das NOx zu N₂ (Stickstoff) oder dergleichen hauptsächlich in einer reduzierten Atmosphäre, in welcher CO vorliegt. Insbesondere weist der Absorptions-NOx-Katalysator 25 Edelmetall, wie z. B. Platin (Pt) und Rhodium (Rh), auf und besitzt ein Absorptionsmittel, das aus einem Alkalimetall und Erdalkalimetall, wie z. B. Barium (Ba), besteht. Ein NOx-Sensor 27 für die Erfassung der Konzentration des NOx ist an dem Abstrom der Abgasreinigungsvorrichtung 23 vorgesehen.
Es ist ferner eine Steuereinrichtung ECU (Electronic Control Unit) 28 vorgesehen, welche eine Eingabe/Ausgabe-Vor richtung, eine Speichervorrichtung (z. B. ROM, RAM, nicht flüchtiges RAM) und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Zeitgeberzähler und dergleichen aufweist. Die ECU 28 steuert vollständig die Abgasreinigungsvorrichtung dieser Ausführungsform einschließlich des Motors 11. Insbesondere ist eine Eingangsseite der ECU 28 mit einer Vielfalt von Sensoren, wie z. B. dem Hochtemperatursensor 24 und dem NOx-Sensor verbunden, und empfängt Erfassungsinformation aus diesen Sensoren. Andererseits ist eine Ausgangsseite der ECU 28 mit der Zündkerze 13 und dem Kraftstoffeinspritzventil 14 über eine Zündspule Verbunden. Optimale Werte einer Kraftstoffeinspritzmenge, eines Zündzeitpunktes und dergleichen, die gemäß der Sensorinformation aus den Sensoren berechnet werden, werden an die Zündspule, das Kraftstoffeinspritzventil 14 und dergleichen ausgegeben. Daher spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 14 eine geeignete Menge an Kraftstoff zum korrekten Zeitpunkt ein, und die Zündspule 13 zündet zu einem geeigneten Zeitpunkt.
Tatsächlich findet die ECU 28 einen Soll-Zylinderinnendruck, d. h., einen Soll-Mitteleffektivdruck Pe in Bezug auf die Motorbelastung anhand der Drosselklappenöffnungsinformation θ aus dem Drosselklappen-Sensor 18 und der Motorrotationsdrehzahlinformation Ne aus dem Kurbelwellenwinkel-Sensor 20. Die ECU legt auch die Kraftstoffeinspritzart mittels eines (nicht dargestellten) Kennfeldes gemäß dem Soll-Mitteleffektivdruck Pe und der Motorrotationsdrehzahlinformation Ne fest. Wenn beispielsweise der Soll-Mitteleffektivdruck Pe und die Motordrehzahl Ne niedrig sind, wird die Kompressionsvorgangeinspritzart als die Kraftstoffeinspritzart bestimmt, so daß der Kraftstoff in dem Kompressionsvorgang eingespritzt werden kann. Wenn der Soll-Mitteleffektivdruck Pe und die Motordrehzahl Ne hoch sind, wird die Saugvorgangeinspritzart als die Kraftstoffeinspritzart bestimmt, so daß der Kraftstoff in dem Saugvorgang eingespritzt werden kann.
Dann wird ein Soll-Kraftstoff/Luft-Verhältnis (Soll-A/F) als ein Sollwert aus dem Soll-Mitteleffektivdruck Pe und der Motordrehzahl Ne festgelegt, und eine geeignete Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs gemäß dem Soll-A/F bestimmt. Eine Katalysatortemperatur Tcat wird aus der Abgastemperaturinformation, die von dem Hochtemperatursensor 24 ermittelt wird, berechnet. Insbesondere wird ein Temperaturdifferenzkennfeld durch Experimente oder dergleichen gemäß einem Soll-Mitteleffektivdruck Pe und der Motorrotationsdrehzahl Ne erzeugt, um einen Fehler zu kompensieren, welcher sich aus der Anordnung des Hochtemperatursensors 24 und des Absorptions-NOx-Katalysators 25 ergibt, welche in einem gewissen Abstand angeordnet sind. Die Katalysatortemperatur Tcat wird eindeutig anhand der Ermittlung des Soll-Mitteleffektivdruckes Pe und der Motordrehzahl Ne ermittelt.
Es wird nun der Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung des Verbrennungsmotors gemäß dieser Ausführungsform beschrieben, die in dieser Weise aufgebaut ist. Der Absorptions-NOx-Katalysator 25 der Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung 23 erzeugt Nitrat aus dem NOx in dem Abgas, in welchem das Oxid im Überschuß vorhanden ist, beispielsweise dann, wenn der Motor durch die Verbrennung von besonders magerem Gas in einer mageren Betriebsart betrieben wird. Daher absorbiert und reinigt der Absorptions-NOx-Katalysator 25 das Abgas. Andererseits reagiert in dem Dreiwegkatalysator 26 das in dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 absorbierte Nitrat mit CO in dem Abgas, um Karbonat zu erzeugen, und das NOx wird in die Atmosphäre mit niedrigen Oxidkonzentrationen emittiert. Da die Absorption des NOx in dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 fortschreitet, wird die Oxidkonzentration verringert, indem das Kraftstoff/Luft-Verhältnis angefettet wird oder zusätzlich Kraftstoff eingespritzt wird, um dadurch das CO in das Abgas zu liefern und das NOx auf dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 zu emittieren, um somit die Funktionen zu erhalten.
Die in dem Kraftstoff und Motoröl enthaltene Schwefelkomponente (SOx) liegt auch in dem Abgas vor, und der Absorptions-NOx-Katalysator 25 absorbiert SOx ebenso wie das NOx in der Atmosphäre mit einer überschüssigen Oxidkonzentration. Insbesondere wird die Schwefelkomponente zu SOx oxidiert, wovon ein Teil mit einem Absorptionsmittel reagiert, welches ursprünglich zum Absorbieren von NOx in dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 verwendet wurde, um zu Sulfat zu werden, welches von dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 anstelle des NOx absorbiert wird.
Der Absorptions-NOx-Katalysator 25 hat eine Funktion der Emission des absorbierten SOx, wenn die Oxidkonzentration abgesenkt wird. Insbesondere reagiert ein Teil des in dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 absorbierten Sulfats mit dem CO in dem Abgas, um Karbonat zu erzeugen, und das SOx wird in der überschüssiges CO mit einer niedrigen Oxidkonzentration enthaltenden Atmosphäre desorbiert. Das Sulfat ist als Salz im Vergleich zu dem Nitrat stabiler, und nur ein Teil des Sulfats wird gelöst, wenn nur die Oxidkonzentration in der Atmosphäre abgesenkt wird. Somit nimmt die Menge der Sulfatrückstände in dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 im Verlauf der Zeit zu. Dieses verringert die Absorptionsfähigkeit des Absorptions-NOx-Katalysators 25 im Verlauf der Zeit und verschlechtert dessen Verhalten (S-Vergiftung).
Um die NOx-Absorptionsfähigkeit wiederherzustellen, kann die Menge des von dem Absorptions-NOx-Katalysators 25 absorbierten SOx berechnet werden, um den Zustand der S-Vergiftung zu berechnen, und das SOx kann emittiert werden, wenn die S- Vergiftung bis zu einem gewissen Grad fortschreitet. Die Menge des absorbierten SOx wird jedoch durch eine Vielfalt von Faktoren, wie z. B. die Katalysatortemperatur, das Abgas-Kraftstoff/Luft-Verhältnis, die S-Konzentration des Kraftstoffs (unterschiedlicher Typen) und die Motorbetriebsbedingungen beeinflußt. Es ist daher schwierig, korrekt die Menge des absorbierten SOx zu bestimmen. Zur Lösung dieses Problems wird in dieser Ausführungsform die Menge des durch den Absorptions-NOx-Katalysator 25 absorbierten SOx berechnet. In dieser Ausführungsform erhöht eine Regenerationseinrichtung die Temperatur des Katalysators und fettet das Kraftstoff/ Luft-Verhältnis an, um das absorbierte SOx zu emittieren und somit die NOx-Absorptionsfähigkeit wiederherzustellen. Die Regenerationseinrichtung hält den Grad der Regeneration für die Emission des SOx aus dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs. Insbesondere wird die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 erhöht und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis angefettet, um das SOx in dem Falle zu emittieren, in welcher die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 höher als eine Aktivierungstemperatur (z. B. 250 bis 350°C) und nicht niedriger als eine Temperatur (z. B. 650 bis 800°C), welche für die Desorption des absorbierten SOx geeignet ist, oder eine niedriger eingestellte Temperatur (z. B. 600°C) ist. Insbesondere wird eine Temperatursteigerungseinrichtung unterstützend etwas betrieben, wenn die Katalysatortemperatur in einem gewissen Umfang hoch ist, so daß die S-Regenerationsgeschwindigkeit den Katalysatortemperaturbereich erreichen kann. Dieses ermöglicht die effiziente Emission des SOx unter einer geringfügigen Anhebung der Temperatur (d. h., der Kraftstoffverbrauch wird nur in einem geringen Umfang verschlechtert).
Es wird nun eine S-Reinigungssteuerung unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von 2 und auf das Zeitdiagramm von
3 beschrieben. Zuerst wird die Katalysatortemperatur Tcat des Absorptions-NOx-Katalysators 25 aus der von dem Hochtemperatursensor 24 in einem Schritt S1 gemäß Darstellung in 2 erfaßten Temperaturinformation des Abgases berechnet. In diesem Falle wird ein Fehler zwischen dem Hochtemperatursensor 24 und der tatsächlichen Katalysatortemperatur anhand des Temperaturdifferenzkennfeldes kompensiert, das gemäß dem Solleffektivdruck Pe und der Motorrotationsdrehzahlinformation Ne wie vorstehend beschrieben zuvor erzeugt wurde.
In einem nächsten Schritt S2 wird eine S-Regenerationshäufigkeit, welche den Regenerationsgrad (S-Regeneration) des Absorptions-NOx-Katalysators 25 repräsentiert, aus der S-Vergiftung (mittels der Desorptionshäufigkeits-Erfassungseinrichtung) berechnet. Das Berechnungsverfahren der S-Regenerationshäufigkeit wird nachstehend beschrieben. Die S-Regenerationshäufigkeit wird gemäß der nachstehenden Gleichung (1) berechnet: S-Regenerationshäufigkeit (s/km) = S-Regenerationsdauer bei 700°C/Fahrstrecke (1)
Die S-Regenerationsdauer bei 700°C wird durch Umwandeln der S-Regenerationsdauer bei der berechneten Katalysatortemperatur Tcat des Absorptions-NOx-Katalysators 25 in die S-Regenerationsdauer bei der Katalysatortemperatur von 700°C gefunden. Die S-Regenerationsdauer bei 700°C wird durch die Fahrtstrecke dividiert, um die S-Regenerationsdauer pro 1 km der Fahrstrecke zu berechnen, mit anderen Worten, die S-Regenerationshäufigkeit. Wenn die S-Regenerationshäufigkeit gesteigert wird, kann das SOx ausreichend emittiert (gereinigt) werden. Dieses bedeutet, daß der Absorptions-NOx-Katalysator 25 ausreichend von der S-Vergiftung regeneriert wird.
Die S-Regenerationsdauer bei 700°C wird gemäß der nachstehenden Gleichung (2) berechnet: S-Regenerationsdauer bei 700°C (n) = S-Regenerationsdauer bei 700°C (n –1) + S-Regenerationsgeschwindigkeitskoeffizient × Berechnungszyklus × A/F-Koeffizient (2)
Der S-Regenerationsgeschwindigkeitskoeffizient kompensiert die Schwankungen der S-Regenerationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 und wandelt die S-Regenerationsdauer bei jeder Katalysatortemperatur in die S-Regenerationsdauer bei 700°C (n) um. Die S-Regenerationsgeschwindigkeit nimmt mit der Zunahme in der Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 exponentiell zu. Daher ist die S-Regenerationsgeschwindigkeit 0, wenn die Katalysatortemperatur Tcat des Absorptions-NOx-Katalysators 25 niedrig ist, wie z. B. nicht höher als 580°C. Die S-Regenerationsgeschwindigkeit wird gemäß der nachstehenden Gleichung (3) berechnet, welche durch eine Exponentialfunktion angenähert wird: S-Regenerationsgeschwindigkeitkoeffizient = exp{–kk × (1/T1) – (1/T0)} (3)
In der vorstehenden Gleichung (3) stellt kk einen vorbestimmten Koeffizienten dar, der gemäß der S-Regenerationsreaktion in dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 eingestellt wird; T1 stellt die Katalysatortemperatur Tcat (K) des Absorptions-NOx-Katalysators 25 dar; und T0 stellt 973 (700 + 273) (K) dar.
In dieser Ausführungsform berechnet die ECU 28 nicht den S-Regenerationsgeschwindigkeitskoeffizienten durch die Exponentialfunktion, sondern findet den S-Regenerationsgeschwindigkeitskoeffizienten aus einem S-Regenerationskoeffizientenkennfeld zuvor in Bezug auf die Katalysatortemperatur berechneter Werte. Der A/F-Koeffizient zeigt den S-Regenera tionsgrad gemäß A/F an. Der A/F-Koeffizient ist 0, wenn das Kraftstoff/Luft-Verhältnis sich in einer Magerbetriebsart befindet, oder wenn der Kraftstoff abgeschaltet ist, und der A/F-Koeffizient ist 1 in den anderen Betriebsarten.
Die S-Regenerationshäufigkeit wird auf keinen kleineren Wert als einen vorbestimmten Wert D (z. B. 1,5 s/km) zurückgesetzt, so daß die S-Regenerationsdauer bei 700°C 0 Sekunden und die Fahrtstrecke 0 km sein kann. Insbesondere wird, wenn die S-Regenerationshäufigkeit nicht kleiner als der vorbestimmte Wert D ist, die Regeneration des Absorptions-NOx-Katalysators 25 stillgelegt, da er ausreichend gereinigt wird. Der Schwellenwert D für die Rückstellung der S-Regenerationshäufigkeit kann wie folgt ausgelegt sein. Gemäß Darstellung in 6 wird die Menge des ausgestoßenen NOx verringert, wenn die S-Regenerationshäufigkeit zunimmt, und somit wird die S-Regenerationshäufigkeit so eingestellt, daß die Menge des ausgegebenen NOx nicht größer als ein vom Abgas geregelter Wert werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß der Schwellenwert D nicht kleiner als etwa 1,5 s/km eingestellt werden sollte, obwohl er durch die Katalysatoreigenschaften und dem NOx-Abgasregelwert beeinflußt wird.
Wenn die S-Regenerationshäufigkeit gefunden ist, wird eine zunehmende Einstelltemperatur ZSTEMP (°C) in einem Schritt S3 berechnet. In diesem Falle wird ein Kennfeld von ZSTEMP in Bezug auf die S-Regenerationshäufigkeit im Voraus gemäß Darstellung in 4 erzeugt. Gemäß dem Kennfeld ist ZSTEMP auf 600°C eingestellt, wenn die S-Regenerationshäufigkeit klein ist, und ZSTEMP nimmt mit der Zunahme der S-Regenerationshäufigkeit zu. ZSTEMP ist 800°C bei dem vorbestimmten Wert D. Insbesondere wird der Anstieg der Einstelltemperatur ZSTEMP gemäß der S-Regenerationshäufigkeit (der Desorptionshäufigkeitsinformation der Desorptionshäufigkeits-Erfassungsein richtung) (von der Einstelltemperatur-Änderungseinrichtung) verändert.
Dann wird bei einem Schritt S4 ermittelt, ob die Katalysatortemperatur Tcat des Absorptions-NOx-Katalysators 25 nicht niedriger als ZSTEMP ist. Wenn die Katalysatortemperatur Tcat niedriger als ZSTEMP ist, wird die Routine beendet ohne irgend etwas zu tun. Andererseits geht, wenn die Katalysatortemperatur Tcat nicht niedriger als ZSTEMP ist, der Ablauf zu einem Schritt S5 in der Annahme über, daß die S-Reinigung leicht ist, da die S-Regenerationshäufigkeit klein und die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 in einem bestimmten Umfang angestiegen ist. In dem Schritt S5 wird die Steuerart auf eine S-Reinigungsbetriebsart (durch die Betriebssteuereinrichtung) umgeschaltet. Dieses startet die Entfernung des von dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 absorbierten SOx (S-Reinigung).
In einem Schritt S6 wird die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 durch Steuern (Verzögern) des Zündzeitpunktes (durch die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung) erhöht. Insbesondere wird das in den Absorptions-NOx-Katalysator 25 einströmende Abgas ausreichend durch Verzögern des Zündzeitpunktes erhöht, um dadurch schnell die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 auf eine Temperatur (z. B. 650 bis 800°C) anzuheben, welche für die S-Reinigung geeignet ist. In diesem Falle wird der Zündzeitpunkt gemäß der nachstehenden Gleichung (4) verzögert: Zündzeitpunkt = Basiszündzeitpunkt – ZSSA × Reflexionskoeffizient (4)
In dieser Gleichung wird ZSSA unter Bezugnahme auf ein Verzögerungskennfeld eingestellt, welches gemäß dem Soll-Mitteleffektivdruck Pe und der Motordrehzahlinformation Ne erzeugt wird. ZSSA wird gemäß einem Verzögerungsbetrag als eine Verbrennungsbegrenzung unter Berücksichtigung eines Sicherheitsabstandes ermittelt. Gemäß Darstellung in 5 wird der Reflexionskoeffizient unter Bezugnahme auf ein Kennfeld ermittelt, das gemäß einem Katalysatortemperaturberechnungswert, d. h., der Katalysatortemperatur Tcat erzeugt wird. Der Reflexionskoeffizient ist 0, wenn der Kraftstoff abgeschaltet ist, und die Drosselklappenöffnung nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
In einem nächsten Schritt S7 wird das Kraftstoff/Luft-Verhältnis gesteuert. Insbesondere wird das Fahren bei einem mageren Kraftstoff/Luft-Verhältnis verhindert, und nur das Fahren bei einem stöchiometrischen F/B oder einem fetten Verhältnis bei offenem Regelkreis erlaubt. Das Kraftstoff/Luft-Verhältnis kann stöchiometrisch oder fett sein. 7 stellt eine Beziehung zwischen dem S-Regenerationsgrad (der Menge des von dem Absorptionskatalysator 25 nach der S-Regeneration absorbierten NOx) und dem Kraftstoff/Luft-Verhältnis während der S-Regeneration (das S-Regenerations-A/F) dar. Die S-Regeneration wird durchgeführt, sofern nicht das Kraftstoff/Luft-Verhältnis mager ist, mit anderen Worten, wenn das Kraftstoff/Luft-Verhältnis stöchiometrisch oder fett ist. Somit hängt der S-Regenerationsgrad von dem Kraftstoff/Luft-Verhältnis während der S-Regeneration in einem kleinen Umfang ab, wenn das Kraftstoff/Luft-Verhältnis stöchiometrisch oder fett ist. Je fetter das Kraftstoff/Luft-Verhältnis ist, desto mehr verschlechtert sich der Kraftstoffverbrauch; und es wird um so mehr H₂S als Ursache von Geruch erzeugt, wenn das Kraftstoff/Luft-Verhältnis fetter ist. Aus diesem Grunde ist das Kraftstoff/Luft-Verhältnis während der S-Regeneration bevorzugt näher an dem stöchiometrischen Verhältnis. Es ist jedoch zu bevorzugen, das Kraftstoff/Luft-Verhältnis leicht anzufetten, d. h. zwischen 14 und 14,7 mit einem zulässigen Steuerfehler zu legen. Wie es aus 7 ersichtlich ist, ist der S-Regenerationsgrad niedrig, wenn die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 600°C während der S-Regeneration beträgt, obwohl die Regenerationsdauer zehnmal so lange wie in dem Falle ist, in welchem die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 650°C und 700°C ist. Somit wird der S-Regenerationsgrad stark durch die Katalysatortemperatur während der S-Regeneration beeinflußt.
In einem nächsten Schritt S8 wird, nachdem die Katalysatortemperatur Tcat niedriger als ein vorbestimmter Wert K (z. B. 650°C) für eine vorbestimmte Zeit C (z. B. 45 Sekunden) ist, die Zunahme der Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 beendet, und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis mager gemacht, um diese Routine zu beenden. Insbesondere wird, wenn die Katalysatortemperatur Tcat keine optimale Temperatur (z. B. 650°C) für die Desorption der Schwefelkomponente erreicht, selbst wenn die Art auf die S-Reinigungsbetriebsart umgeschaltet ist, die S-Reinigungsbetriebsart beendet, um die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs (durch die Stillegungseinrichtung) zu verhindern. Andererseits wird, wenn die Katalysatortemperatur Tcat den vorbestimmten Wert K oder mehr erreicht, bevor die vorbestimmte Zeit C abläuft, die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 erhöht, und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis kontinuierlich angefettet.
Die Routine der S-Reinigungssteuerung wird in der S-Reinigungsbetriebsart wiederholt. Wenn das durch die 600°C absorbierte SOx emittiert wird, wird die S-Regenerationshäufigkeit des Absorptions-NOx-Katalysators 25 erhöht und ZSTEMP ebenfalls gemäß dem Kennfeld in 4 erhöht. Wenn ZSTEMP die Katalysatortemperatur Tcat überschreitet, wird die Katalysatortemperatur Tcat des Absorptions-NOx-Katalysators 25 niedriger als ZSTEMP. Dann wird diese Routine beendet, um die S-Reinigungsbetriebsart zu beenden.
Es wird nun die Steuerung für die Umschaltung der Betriebsart auf die S-Reinigungsbetriebsart erläutert. Gemäß Darstellung in 3 wird die ansteigende Einstelltemperatur ZSTEMP auf 600°C eingestellt, wenn die S-Reinigungsbetriebsart AUS ist, und die S-Regenerationshäufigkeit klein ist. Die S-Reinigungsbetriebsart wird eingeschaltet (Ja im Schritt S4), wenn die Katalysatortemperatur Tcat so erhöht ist, daß sie ZSTEMP unter bestimmten Fahrbedingungen überschreitet, z. B. wenn das Fahrzeug beschleunigt wird und wenn das Fahrzeug auf einer Autobahn oder einer Bergstraße fährt. Dann wird die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 erhöht, und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis wird angefettet, indem der Zündzeitpunkt verzögert wird, und daher wird das durch den Absorptions-NOx-Katalysator 25 absorbierte SOx emittiert. Die S-Regeneration läuft ab, wenn sich die S-Reinigungsbetriebsart fortsetzt. Demzufolge werden die S-Regenerationsdauer bei 700°C und, die S-Regenerationshäufigkeit erhöht. Mit der Zunahme in der S-Regenerationshäufigkeit wird ZSTEMP gemäß dem Kennfeld in 4 erhöht, um schließlich die Katalysatortemperatur Tcat zu überschreiten.
Dann wird die S-Reinigungsbetriebsart ausgeschaltet (Nein im Schritt S4), um die Zunahme in der Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 zu beenden, und somit wird die Katalysatortemperatur Tcat abgesenkt. Wenn die Fahrstrecke bei der niedrigen Katalysatortemperatur vergrößert wird, wird die S-Regenerationshäufigkeit reduziert und ZSTEMP auf 600°C abgesenkt.
Die S-Reinigungsbetriebsart wird eingeschaltet (JA in dem Schritt S4), wenn die Katalysatortemperatur Tcat wieder erhöht wird, so daß sie ZSTEMP unter bestimmten Fahrbedingungen überschreitet. Wenn ein Fahrer ein Fahrzeug in einem Stadtbereich oder dergleichen unter wiederholter Beschleunigung und Abbremsung fährt, kann der Absorptions-NOx-Katalysator 25 nicht leicht zu einer hohen Temperatur zurückkehren, welche für die Emission des SOx erforderlich ist. Insbesondere bleibt die Katalysatortemperatur Tcat niedriger als 650°C, obwohl sie zuerst ZSTEMP (600°C) überschreitet. Die S-Regeneration kann in diesem Temperaturbereich nicht effizient ausgeführt werden. Daher wird die S-Reinigungsbetriebsart abgeschaltet (Nein im Schritt S4), um die Verzögerung des Zündzeitpunktes und die Anfettung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses zu beenden, wenn die Katalysatortemperatur Tcat dauernd niedriger als 650°C für die eingestellte Zeit C ist. Dieses verhindert die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs in dem Temperaturbereich, in welchem der S-Regenerationswirkungsgrad niedrig ist.
In der S-Reinigungsbetriebsart ist das Kraftstoff/Luft-Verhältnis auf die fette Kraftstoff/Luft-Verhältnisart eingestellt und wird an einer Umschaltung auf die magere Kraftstoff/Luft-Verhältnisart gehindert. Wenn die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 hoch ist, wird manchmal das magere Kraftstoff/Luft-Verhältnis im Voraus verhindert, um eine Erhitzungsverschlechterung des Absorptions-NOx-Katalysators 25 zu vermeiden.
Zur Durchführung der S-Reinigung wird die Drosselklappenöffnung θ in Bezug auf die Drosselklappenöffnung durch Betätigen des Drosselklappenventils 17 gemäß der Verzögerung des Zündzeitpunktes eingestellt, um die Menge der angesaugten Luft zu steuern. Dieses kompensiert die durch die Verzögerung des Zündzeitpunktes bewirkte Drehmomentabnahme, so daß das Drehmoment nahezu konstant gehalten werden kann. In diesem Falle wird die Drosselklappenöffnung gemäß der nachstehenden Gleichung (5) bestimmt: Drosselklappenöffnung = Basisdrosselklappenöffnung – ZSETV × Reflexionskoeffizient (5)
ZSETV wird unter Bezugnahme auf ein Drosselklappenöffnungs-Korrekturkennfeld ermittelt, das gemäß dem Soll-Mitteleffektivdruck Pe und der Motorrotationsdrehzahlinformation Ne erzeugt wurde. Der Reflexionskoeffizient wird unter Bezugnahme auf das Kennfeld in 5 gemäß vorstehender Beschreibung ermittelt. In diesem Falle kann der Reflexionskoeffizient unter Bezugnahme auf ein Kennfeld der Drosselklappenöffnung θ in Bezug auf den korrigierten Zündzeitpunkt (den Zündzeitpunkt nach der Verzögerung) ermittelt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Grad der Regeneration für die Emission von SOx aus dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 so gesteuert, daß er innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird. Insbesondere wird, wenn die Katalysatortemperatur Tcat des Absorptions-NOx-Katalysators 25 höher als eine Aktivierungstemperatur (z. B. 250 bis 350°C) ist und nicht niedriger als eine für die Desorption des absorbierten SOx geeignete Temperatur (650 bis 800°C) oder untere ansteigende Einstelltemperatur ZSTEMP ist, der Zündzeitpunkt verzögert, um die Temperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 zu erhöhen, und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis angefettet, um das SOx zu emittieren.
Somit wird, wenn sich der Absorptions-NOx-Katalysator 25 in einem gewissen Umfang auf einer hohen Temperatur befindet, dessen Temperatur unterstützend erhöht, um das SOx in einem geeigneten Katalysatortemperaturbereich, in welchem die S-Regenerationsgeschwindigkeit niedrig ist, und welcher für eine niedrige SOx-Emissionsgeschwindigkeit geeignet ist, zu emittieren und zu regenerieren. Aus diesem Grunde wird die S-Regeneration nicht zwangsweise in dem Falle durchgeführt, in welchem es eine lange Zeit dauert, die Temperatur des Absorp tions-NOx-Katalysators 25 von einer niedrigen Temperatur zu einer optimalen Temperatur für die Emission des SOx zu erhöhen. Dieses eliminiert die Notwendigkeit, das Kraftstoff/ Luft-Verhältnis anzufetten oder den Zündzeitpunkt für eine lange Dauer zu verzögern, oder den Zündzeitpunkt erheblich zu verzögern, um die Temperatur von der niedrigen Temperatur um einem großen Betrag zu erhöhen. Dieses verhindert die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs.
8 stellt einen Vergleich der Zeithäufigkeit der Katalysatortemperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 zwischen dem Fall, in welchem die S-Regenerationssteuerung durch unterstützendes Anheben der Temperatur während normaler Fahrt gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, und dem Fall dar, in welchem keine derartige S-Regeneration durchgeführt wird. Durch die S-Reinigungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zeithäufigkeit wesentlich erhöht, wenn die S-Regenerationstemperatur weniger als 650°C hoch ist, welche für die S-Regeneration geeignet ist. Die Zeithäufigkeit wird ebenfalls erhöht, wenn die S-Regenerationstemperatur nicht niedriger als 700°C ist. Dieses bedeutet, daß die S-Regeneration effizient durchgeführt werden kann.
Ferner wird, wenn die Katalysatortemperatur Tcat nicht die optimale Temperatur (z. B. nicht weniger als 650°C) für die Desorption der Schwefelkomponente in der S-Reinigungsbetriebsart erreicht, die S-Reinigungsbetriebsart nach dem Durchlauf der Einstelltemperatur C beendet. Demzufolge wird die S-Reinigungsbetriebsart nach dem Durchlauf der Einstelltemperatur C beendet, da der Absorptions-NOx-Katalysator 25 nicht leicht die optimale hohe Temperatur für die Emission des SOx erreichen kann, wenn das Fahrzeug in einem Stadtbereich oder dergleichen mit wiederholter Beschleunigung und Abbremsung betrieben wird. Dieses beschränkt den Vorgang der Aufrechterhaltung des fetten Kraftstoff/Luft-Verhältnisses und der Fortsetzung der Temperatursteigerung in dem Temperaturbereich, in welchem der S-Regenerationswirkungsgrad nicht gut ist, und verhindert somit die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform liegt die Aktivierungstemperatur des Absorptions-NOx-Katalysators 25 zwischen 250°C und 350°C, die Temperatur, die für die Desorption des absorbierten SOx geeignet ist, liegt zwischen 650°C und 800°C, und die ansteigende Einstelltemperatur ZSTEMP wird von 600°C gemäß der S-Regenerationshäufigkeit erhöht. Es kann jedoch jede Temperatur abhängig von den Eigenschaften des Absorptions-NOx-Katalysators 25, der Motorbetriebsart und der Abgastemperatur geeignet ermittelt werden. Die vorliegende Erfindung ist durch die Steuerung des Betriebs der Regenerationseinrichtung gemäß der Berechnungshäufigkeit gekennzeichnet, und daher müssen die Temperaturbedingungen nicht für den Start des Betriebs der Regenerationseinrichtung (Temperaturerhöhungseinrichtung) eingestellt werden. Insbesondere kann die Regenerationseinrichtung unabhängig von der Katalysatortemperatur in dem Falle betrieben werden, in welchem die Schwefelkomponente aufgrund einer kleinen Berechnungshäufigkeit nicht gereinigt wird. Die Temperaturerhöhungseinrichtung der vorliegenden Erfindung sollte nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt sein, sondern kann eine Zweistufen-Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff in einen Ausdehnungsvorgang oder eine Direkteinspritzeinrichtung zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in das Auslaßrohr 21 an der Anstromseite des Absorptions-NOx-Katalysators 25 sein. Es ist auch möglich, eine elektrische Erwärmungseinrichtung, wie z. B. einen elektrisch beheizten Katalysator, als die Temperaturerhöhungseinrichtung zu verwenden. Unter bestimmten Fahrbedingungen muß die Tempe raturerhöhungseinrichtung nicht betrieben werden, wenn die Temperatur des Katalysators bereits hoch ist, oder die Einrichtung für die Anfettung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses nicht betrieben werden, wenn das Kraftstoff/Luft-Verhältnis bereits fett ist.
Ferner wird die S-Reinigung in einer solchen Weise durchgeführt, daß der Grad der Regeneration für die Reinigung des SOx aus dem Absorptions-NOx-Katalysator 25 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird. Es ist auch möglich, zusätzlich eine herkömmliche Vorrichtung für die Durchführung der S-Reinigung durch Berechnen der Menge des durch den Absorptions-NOx-Katalysator 25 absorbierten SOx bereitzustellen. In diesem Falle ist es zu bevorzugen, die herkömmliche Vorrichtung sekundär zu verwenden. Beispielsweise ist es in Anbetracht des Kraftstoffverbrauchs und dergleichen zu bevorzugen, die herkömmliche Vorrichtung für den Zweck der Regeneration des Katalysators zwangsweise oder gemäß den berechneten Ergebnissen der SOx-Menge nur zu verwenden, wenn der Fahrer das Fahrzeug nicht in einer solchen Weise fährt, daß er die S-Reinigungssteuerung der vorliegenden Erfindung startet. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Motor 11 der fremdgezündete Reihenbenzinmotor mit Zylindereinspritzung, wobei jedoch der Motor 11 ein Magerverbrennungsmotor mit Krümmereinspritzung oder ein Dieselmotor unter der Bedingung sein kann, daß der Motor 11 einen Absorptions-NOx-Katalysator 25 besitzt.
Wie hierin vorstehend beschrieben, ermöglicht die Abgasreinigungsvorrichtung des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung die stabile Regeneration der Katalysatorvorrichtung und verhindert die Verschlechterung der Abgaseigenschaften, welche durch die Verschlechterung der Katalysatorvorrichtung bewirkt werden.
Es dürfte sich jedoch verstehen, daß keine Absicht einer Beschränkung der Erfindung auf die offenbarten spezifischen Formen vorliegt, sondern daß im Gegenteil die Erfindung alle Modifikationen, alternativen Konstruktionen und Äquivalente, welche in den Schutzumfang der Erfindung gemäß Beschreibung in den beigefügten Ansprüchen fallen, abdecken soll.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (11), die aufweist: eine Katalysatorvorrichtung (25), die in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors (11) vorgesehen ist, wobei die Katalysatorvorrichtung (25) eine Schwefelkomponente im Abgas absorbiert, wenn ein Kraftstoff/Luft-Verhältnis im Abgas mindestens mager ist; eine Regenerationseinrichtung zur Erhöhung einer Temperatur der Katalysatorvorrichtung (25), um die Schwefelkomponente aus der Katalysatorvorrichtung (25) zu desorbieren, wenn die Temperatur der Katalysatorvorrichtung nicht kleiner als eine Einstelltemperatur ist, die innerhalb eines solchen Temperaturbereichs festgelegt wird, daß die absorbierte Schwefelkomponente desorbiert werden kann; gekennzeichnet durch eine Häufigkeitsberechnungseinrichtung zur Berechnung einer Häufigkeit pro Streckeneinheit der Fahrstrecke, bei der die absorbierte Schwefelkomponente in den Zustand gebracht wird, daß sie emittiert wird; und eine Betriebssteuereinrichtung zur Steuerung eines Betriebs der Regenerationseinrichtung gemäß einer Ausgabe der Häufigkeitsberechnungseinrichtung.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (11) nach Anspruch 1, wobei: die Regenerationseinrichtung eine Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung zur Steuerung eines Zündzeitpunkts, um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen, und eine Kraftstoff/Luft-Verhältnis-Steuereinrichtung zur Steuerung eines Kraftstoff/Luft-Verhältnisses des Verbrennungsmotors (11) aufweist; und wenn die Temperatur der Katalysatorvorrichtung (25) nicht kleiner als die Einstelltemperatur ist, die Zündzeitpunkt-Steuereinrichtung den Zündzeitpunkt verzögert und die Kraftstoff/Luft-Verhältnis-Steuereinrichtung das Kraftstoff/Luft-Verhältnis in einer solche Weise verändert, daß eine übermäßige Konzentration des Kraftstoffs erzielt wird.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (11) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Stillegungseinrichtung zum Stellegen des Betriebs der Regenerationseinrichtung aufweist, wenn die Temperatur der Katalysatorvorrichtung (25) keinen optimalen Katalysatortemperaturbereich zur Desorption der Schwefelkomponente erreicht, obwohl eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Betrieb der Regenerationseinrichtung verstreicht.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Häufigkeitsberechnungseinrichtung eine Desorptionshäufigkeits-Sensoreinrichtung zur Berechnung einer Umwandlungsregenerationsperiode bei einer vorbestimmten Temperatur der Katalysatorvorrichtung aufweist.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (11) nach Anspruch 1, wobei: die Häufigkeitsberechnungseinrichtung eine Desorptionshäufigkeits-Sensoreinrichtung zur Berechnung der Häufigkeit gemäß einer Regenerationsperiode und einer Fahrstrecke der Katalysatorvorrichtung bei einer spezifischen Katalysatortemperatur aufweist, bei der die Schwefelkomponente desorbiert werden kann.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (11) nach Anspruch 1 oder 5, wobei: die Betriebssteuereinrichtung die Regenerationseinrichtung betreibt, wenn eine Ausgabe der Häufigkeitsberechnungseinrichtung klein ist und der Stillstandszustand der Regenerationseinrichtung für eine vorbestimmte Zeitspanne andauert.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (11) nach Anspruch 1, 5 oder 6, die ferner aufweist: eine Einstelltemperatur-Änderungseinrichtung zur Änderung der Einstelltemperatur gemäß der Ausgabe der Häufigkeitsberechnungseinrichtung.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (11) nach Anspruch 7, wobei: die Einstelltemperatur-Änderungseinrichtung die Einstelltemperatur erhöht, wenn sich die Häufigkeit erhöht.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (11) nach Anspruch 7 oder 8, die ferner aufweist: einen Sensor (24), der in dem Abgaskanal vorgesehen ist, um eine Abgastemperatur abzufühlen; und wobei die Betriebssteuereinrichtung die Regenerationseinrichtung betreibt, wenn die Temperatur der Katalysatorvorrichtung, die aus der Ausgangsgröße des Sensors berechnet wird, die Einstelltemperatur überschreitet.