DE60116278T2 - Vorrichtung zur Reinigung des Abgases mit einem Stickoxidfallekatalysator - Google Patents

Vorrichtung zur Reinigung des Abgases mit einem Stickoxidfallekatalysator Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator (im folgenden NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator) für das Reinigen von Stickoxiden (NOx) aus Abgasen durch Absorption von NOx, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas des Verbrennungsmotors mager ist, und durch Ausstoßen und Reduzieren von NOx, wenn das Verhältnis fett ist.
  • Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung, die in allen mager verbrennenden Fahrzeugen eingesetzt werden kann und die mit einem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator und einem NOx-Sensor ausgestattet ist, so daß der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator jeweils nach einem angemessenen Zeitraum regeneriert werden kann, während der durch den NOx-Sensor erfaßte Wert für den Betrieb eines Motors mit einem Magerverbrennungssystem verwendet werden kann.
  • Ein Magerverbrennungssystem stellt eine der effektiven Technologien zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von Ottomotoren dar. Dieses System ist jedoch dahingehend von Problemen behaftet, daß der üblicherweise verwendete Drei-Wege-Katalysator nicht für die Reinigung von NOx eingesetzt werden kann, da in Abgas eine Menge Sauerstoff enthalten ist. Somit wurden Katalysatoren entwickelt, die NOx auch dann reinigen können, wenn das Abgas in einer mit Sauerstoff übersättigten Atmosphäre vorliegt.
  • Folglich wurde vor kurzem ein NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator entwickelt und auf den Markt gebracht, bei dem NOx im Bereich eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem Grundelement, wie Barium (Ba) oder dergleichen, absorbiert wird, und dann das absorbierte NOx im Bereich eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses desorbiert (ausgestoßen) und reduziert wird.
  • Als Beispiel eines herkömmlichen NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysators sei ein NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator mit einer NOx absorbierenden Substanz aufgeführt, wie er in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2600492 beschrieben ist. Die Anordnung eines aktiven Metalls auf der Oberfläche der Trägerschicht des NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysators sowie der Mechanismus zum Reduzieren und Reinigen von NOx sind in 4 gezeigt.
  • Der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 ist so aufgebaut, daß ein katalytisch aktives Metall 3 und eine NOx absorbierende Substanz (R) 4 mit NOx-Absorptionseigenschaften auf der auf dem Träger 6 gebildeten Trägerschicht 5 getragen sind. Die Trägerschicht 5 besteht aus einem porösen Beschichtungsmaterial, wie porösem Zeolith oder Aluminiumoxid (Al2O3) oder dergleichen. Das katalytisch aktive Metall 3 ist Platin (Pt) und besitzt katalytische Oxidationsfähigkeit. Die NOx absorbierende Substanz (R) 4 besteht aus Kalium (K), Barium (Ba), Lanthan (La) oder dergleichen. In Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas oder der Konzentration von Kohlenmonoxid absorbiert der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 NOx und stößt NOx aus und reinigt es. Mit anderen Worten, der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 übt zwei Eigenschaften aus: die Absorption von NOx und den Ausstoß und die Reinigung von NOx.
  • Der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 nutzt die Oxidationsfähigkeit des katalytischen Metalls 3, wie Platin, um durch in dem Abgas enthaltenen Sauerstoff Stickoxid (NO) in dem Abgas zu Stickstoffdioxid (NO2) zu oxidieren, wie es in 4(a) für den Betrieb mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gezeigt ist, wobei Sauerstoff (O2) wie bei normalen Dieselmotoren oder mager verbrennenden Benzinmotoren und dergleichen in dem Abgas enthalten ist. Das Stickstoffdioxid reagiert mit Barium 4 oder dergleichen, welches eine NOx absorbierende Substanz ist, unter Bildung von Nitrat (beispielsweise Ba(NO3)2 und dergleichen) zur Absorption. Durch die Absorption von Stickstoffdioxid wird NOx aus dem Abgas gereinigt.
  • Wenn ein Zustand der Absorption von Stickstoffdioxid andauert, wird Barium 4 oder dergleichen, welches NOx-Absorptionsfähigkeit besitzt, vollständig in Nitrat umgewandelt, wodurch es die NOx-Absorptionsfähigkeit verliert. Um die NOx-Absorptionsfähigkeit wiederzugewinnen, wechselt daher der Betriebszustand des Motors kurzzeitig in den fetten Betrieb, wodurch ein als fettes bzw. "Rich-Spike"-Abgas bezeichnetes Abgas erzeugt wird, und das fette Abgas wird dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 zugeführt. Das fette Abgas ist ein Hochtemperatur-Abgas, das beim Betrieb bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahekommt) erzeugt wird, wobei die darin enthaltene Sauerstoff-(O2-) Konzentration nahezu Null ist.
  • Wie in 4(b) gezeigt, wird Sauerstoff (O2) in dem Abgas aufgrund des kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand eliminiert; wenn die Temperatur des Abgases steigt, setzt das Nitrat, das NOx absorbiert hat, Stickstoffdioxid (NO2) frei und wird wieder zu Barium (Ba), was der ursprüngliche Zustand ist. Da in dem Abgas kein Sauerstoff enthalten ist, wird das ausgestoßene Stickstoffdioxid in dem Abgas auf dem katalytischen Metall 3 mit Oxidationsfähigkeit, wie Platin (Pt), durch Reduktionsmittel, wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC), Wasserstoff (H2) oder dergleichen, reduziert und zu Wasser (H2O), Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2) gereinigt.
  • Wird das Abgas unter Verwendung des NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysators gereinigt, werden die Absorption von NOx im Betrieb mit magerer Verbrennung und der Ausstoß und die Reinigung von NOx im Betrieb mit fetter Verbrennung (kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand) wiederholt, um aus dem Motor ausgestoßenes NOx kontinuierlich zu reinigen.
  • Da der Betrieb des Motors bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der ein fettes Abgas für die Reduktion von NOx erzeugt, zu einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs führt, ist es andererseits notwendig, den kurzzeitigen Wechsel in den fetten Zustand so kurz wie möglich zu halten. Wenn daher regelmäßig das Verfahren des Ausführens eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand unter Verwendung eines Zeitgebers angewandt wird, verändert sich die NOx-Emission in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl des Motors oder der Belastung beträchtlich. Somit kann die Veränderung der NOx-Emission nicht in ausreichendem Maße unterstützt werden, was zu dem Schluß führt, daß dieses Verfahren nicht effektiv ist.
  • Aus diesen Gründen wird im verwandten Stand der Technik die als ECM bezeichnete Steu ervorrichtung des Computers zum Steuern des Motors verwendet, um einen kurzzeitigen Wechsel in den fetten Zustand gemäß dem in 5 gezeigten Steuerungsablauf zu steuern. Mit anderen Worten, die NOx-Konzentration zu jedem Zeitpunkt wird unter Verwendung von zuvor eingegebenen Aufzeichnungsdaten der NOx-Konzentration aus der eingegebenen Belastung und der Umdrehungszahl berechnet. In einem nächsten Schritt wird unter Verwendung der berechneten NOx-Konzentration und der eingegebenen Luftaufnahmemenge (Q) die Emission von NOx (NOxc) für jeden Betriebszustand des Motors berechnet, und anschließend wird die Emission von NOx (NOxc) integriert. Erreicht der integrierte Wert von NOx (NOxMasse) einen vorgegebenen Grenzwert (erster Referenzwert: NOxSL), wird ein kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand ausgeführt. (Siehe EP-A-733 787.)
  • Im verwandten Stand der Technik wird jedoch eine Steuerung mit einem festen vorgegebenen Grenzwert (erster Referenzwert: NOxSL) ausgeführt, obwohl die NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators mit der Verschlechterung des Katalysators im Laufe der Zeit abnimmt. Ein Problem besteht daher darin, daß zu dem Zeitpunkt, der für eine Regenerierung der NOx-Absorptionsfähigkeit am geeignetsten wäre, ein kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand nicht ausgeführt werden kann.
  • Darüber hinaus ist der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator für eine Verschlechterung aufgrund einer Schwefelvergiftung, die die NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators verringern kann, anfällig. Wenn daher ein kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand entsprechend der normalen Steuerung eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand ausgeführt wird, kann sich der Kraftstoffverbrauch verschlechtern.
  • Um die durch die Schwefelvergiftung verursachten negativen Auswirkungen zu verhindern, ist es erforderlich, durch regelmäßiges Ausführen des Betriebs im Regenerationsmodus, in dem ein Betrieb bei magerer Verbrennung verhindert und der Motor bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, die Desorption von Schwefel zu fördern. Da dies jedoch bei der Abgasreinigungsvorrichtung, die den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator aus dem Stand der Technik verwendet, nicht berücksichtigt wird, besteht ein Problem dahingehend, daß der Betrieb im Regenerationsmodus bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht ausgeführt werden kann.
  • Die voranschreitende Verschlechterung des Katalysators durch Schwefelvergiftung variiert in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Kraftstoffs oder dem Verlauf des Motorbetriebs. Um zu erfahren, wie groß das Ausmaß der Verschlechterung des Katalysators ist, ist es daher notwendig, den Zustand der Verschlechterung des Katalysators zu überwachen.
  • Zusammenfassung der Erfindung:
  • Im Hinblick auf diese Sachlage ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator für das Absorbieren sowie das Reduzieren und Reinigen von NOx aus dem Abgas bereitzustellen, wobei der durch den NOx-Sensor erfaßte Wert verwendet wird, um die mit der Verschlechterung des Katalysators ein hergehenden Schwankungen der NOx-Absorptionsfähigkeit (der Menge, die absorbiert werden kann) zu überwachen, so daß ein kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand zu geeigneten Zeitpunkten ausgeführt und die Reinigungsleistung in Bezug auf NOx in dem Abgas insgesamt bedeutend verbessert werden kann.
  • Ein weiteres Ziel besteht darin, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, wobei der durch den NOx-Sensor erfaßte Wert verwendet wird, um die durch Schwefelvergiftung verursachte Verringerung der NOx-Absorptionsfähigkeit zu überwachen, so daß der Betrieb im Regenerationsmodus oder der Betrieb bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu geeigneten Zeitpunkten, um die Desorption von Schwefel aus dem Katalysator zu unterstützen, durchgeführt wird.
  • Die Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator, mit der die oben beschriebenen Ziele erreicht werden, beinhaltet eine in der Abgasleitung des Verbrennungsmotors angeordnete, Stickoxide absorbierende Substanz für das Absorbieren von Stickoxiden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und für das Ausstoßen von Stickoxiden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder fett ist, sowie einen Edelmetallkatalysator und eine Steuervorrichtung zum Berechnen des integrierten Wertes von NOx aus der Motorbelastung, der Umdrehungszahl des Motors und der Luftaufnahmemenge, so daß ein kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand ausgeführt wird, wenn der integrierte Wert von NOx den vorbestimmten ersten Referenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein NOx-Sensor abstromig zu dem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator vorgesehen ist und daß die Steuervorrichtung den vorbestimmten ersten Referenzwert korrigiert, wenn der von dem NOx-Sensor unmittelbar nach dem kurzzeitigen Wechsel in den fetten Zustand erfaßte Wert den vorbestimmten zweiten Referenzwert überschreitet.
  • Der kurzzeitige Wechsel in den fetten Zustand ist eine spezielle Betriebssteuerung des Motors, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorübergehend in den fetten Zustand verschoben wird, um für das Ausstoßen und Reduzieren von NOx zum Regenerieren der NOx-Absorptionsfähigkeit Abgas mit niedriger Sauerstoffkonzentration zuzuführen. Der kurzzeitige Wechsel in den fetten Zustand findet für eine Dauer von ein bis zwei Sekunden statt, und zwar bevor die NOx-Absorption in die Sättigung geht.
  • In dieser einen Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator beinhaltenden Abgasreinigungsvorrichtung ist unmittelbar abstromig zu dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator ein NOx-Sensor für das Erfassen der Konzentration von NOx montiert, um den Zustand der Verschlechterung des Katalysators auf Grundlage der Konzentration von NOx, nachdem der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator durchlaufen wurde, zu überwachen. Der Grenzwert, der in Bezug auf den integrierten Wert der NOx-Emission den ersten Referenzwert darstellt, um zu bestimmen, ob ein kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand stattfinden soll oder nicht, kann unter Verwendung des gemessenen Wertes der NOx-Konzentration entsprechend der NOx-Absorptionsfähigkeit (der Menge, die absorbiert werden kann) verändert werden.
  • Daher kann die Häufigkeit, mit der die Verringerung der NOx-Absorptionsfähigkeit stattfindet (auftritt), gesteigert werden, und der kurzzeitige Wechsel in den fetten Zustand kann zu geeigneten Zeitpunkten durchgeführt werden. Mit anderen Worten, ein kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand kann zu geeigneten Zeitpunkten durchgeführt werden, indem der erste Referenzwert korrigiert wird, um entsprechend der NOx-Absorptionsfähigkeit den Zeitpunkt der Ausführung eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand zu bestimmen.
  • Die den Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator beinhaltende Abgasreinigungsvorrichtung ist so aufgebaut, daß die Steuervorrichtung den Betrieb im Regenerationsmodus bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausführt, wenn der vorbestimmte erste Referenzwert kleiner ist als der vorbestimmte dritte Referenzwert.
  • Der Betrieb im Regenerationsmodus ist ein Betrieb zum Regenerieren der NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysators, wobei der Betrieb beim theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis kontinuierlich, beispielsweise für 10 bis 30 Minuten, ausgeführt und ein Betrieb bei magerer Verbrennung verhindert wird.
  • Mit dieser Steuerung kann der Betrieb im Regenerationsmodus unter Verwendung des ersten Referenzwertes, der entsprechend der NOx-Absorptionsfähigkeit als Kriterium für die Festlegung des Beginns des Betriebs im Regenerationsmodus zu korrigieren ist, in geeigneter Weise gestartet werden.
  • Da dieser Betrieb im Regenerationsmodus eine Regeneration der NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators gestattet, kann die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs, die durch häufige Ausführung des kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand aufgrund von Schwefelvergiftung verursacht wird, verhindert werden. Die Steigerung der Häufigkeit des kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand wird durch eine Verringerung der NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators infolge einer zunehmenden Schwefelvergiftung des Katalysators durch eine lange Betriebszeit des Motors verursacht.
  • Darüber hinaus ist die einen Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator beinhaltende Abgasreinigungsvorrichtung so aufgebaut, daß die Steuervorrichtung bestimmt, daß der Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator nicht im normalen Zustand ist, wenn der von dem NOx-Sensor unmittelbar nach Durchführung des Betriebs im Regenerationsmodus erfaßte Wert den vorbestimmten vierten Referenzwert übersteigt. Bei diesem Aufbau kann die Abnormität des NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysators bestimmt werden, durch die der Bediener zu einer geeigneten Gegenmaßnahme veranlaßt wird.
  • Daher kann in der Abgasreinigungsvorrichtung mit dem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator der vorliegenden Erfindung die NOx-Absorptionsfähigkeit des Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysators ausgerechnet werden, und somit kann die NOx-Reinigungsrate immer auf einem hohen Niveau gehalten werden. Da die Häufigkeit der Ausführung von kurzzeitigen Wechseln in den fetten Zustand so gering wie möglich gehalten werden kann, kann die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindert werden.
  • Kurze Beschreibung der Figuren:
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 2 ist ein Flußdiagramm, das eine Steuerung zum Ausführen eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 3 ist ein Flußdiagramm einer Steuerung zum Ausführen des Regenerationsmodus gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 4(a) ist ein schematisches Diagramm des Aufbaus eines Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysators und eines Mechanismus zum Reinigen von NOx aus dem Abgas, welches zeigt, wie NOx im Verbrennungszustand bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis absorbiert wird,
  • 4(b) ist ein schematisches Diagramm des Aufbaus eines Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysators und eines Mechanismus zum Reinigen von NOx aus dem Abgas, welches zeigt, wie NOx im Verbrennungszustand bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgestoßen und reduziert wird, und
  • 5 ist ein Flußdiagramm, welches eine Steuerung zum Ausführen eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand gemäß dem Stand der Technik zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung:
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, ist eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 mit einem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator (NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator) in der Ausstoßleitung 11 des Verbrennungsmotors E angeordnet. Unmittelbar abstromig zu dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 ist ein NOx-Sensor 13 zum Erfassen der NOx-Konzentration im gereinigten Abgas Gc, nachdem es den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 durchströmt hat, vorgesehen.
  • Als NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 kann der in 4 gezeigte bekannte NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 verwendet werden. Der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 beinhaltet einen Träger 6, eine auf dem Träger 6 gebildete Trägerschicht 5, ein Katalysatormetall 3, welches von der Trägerschicht 5 getragen wird, und eine NOx absorbierende Substanz 4, die Stickoxide (NOx) absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und die Stickoxide ausstößt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist. Die Trägerschicht 5 ist ein aus einem porösen Beschichtungsmaterial, wie Aluminiumoxid oder dergleichen, gebildeter Katalysatorträger.
  • Obwohl das Katalysatormetall 3 Platin (Pt) oder dergleichen ist und in dem Temperaturbereich, der höher ist als die Aktivierungstemperatur, Reduktionsaktivität besitzt, kann auch ein anderes Katalysatormetall verwendet werden. Bei Platin liegt die Aktivierungstemperatur im Bereich von etwa 150°C–200°C.
  • Als NOx absorbierende Substanzen 4 können Barium (Ba), Calcium (Ca) und dergleichen verwendet werden. Wird Barium verwendet, so liegt die Temperatur, bei der der Ausstoß von NOx beginnt, im Bereich von 450°C. Wie in 4 gezeigt ist, kann die NOx absorbierende Substanz 4 von dem Katalysatorträger 5 getragen werden, doch es ist auch möglich, den Katalysatorträger 5 stattdessen aus der NOx absorbierenden Substanz 4 zu bilden.
  • Die Abgasreinigungsvorrichtung mit dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, daß die Steuerung für die Ausführung des kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand und die Steuerung für die Ausführung des Regenerationsmodus wie unten beschrieben ausgeführt werden.
  • Die Steuerung für die Ausführung des kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung wird gemäß dem in 2 beispielhaft gezeigten Flußdiagramm ausgeführt. Der kurzzeitige Wechsel in den fetten Zustand ist der Betriebszustand des Motors, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorübergehend in den fetten Zustand verschoben wird, bevor die NOx-Absorption gesättigt ist, um ein Abgas mit niedriger Sauerstoffkonzentration zu erzeugen, so daß NOx ausgestoßen und reduziert und so die NOx-Absorptionsfähigkeit regeneriert wird.
  • Der Steuerungsablauf findet gleichzeitig mit der Steuerung des Motorbetriebszustands statt, so daß er bei Beginn der Steuerung des Motorbetriebszustands anfängt und unterbrochen wird, wenn die Steuerung des Motorbetriebszustands endet, wobei, wenn der Steuerungsablauf mitten in der Steuerung unterbrochen wird, er dann bis zum Ende fortfährt und dort endet.
  • Bei Beginn des Steuerungsablaufs werden in Schritt S11 die Belastung und die Umdrehungszahl aus dem Belastungssensor und dem Umdrehungszahlsensor eingegeben, und dann wird in Schritt S12 die NOx-Konzentration zu beliebigen Zeitpunkten aus den Aufzeichnungsdaten der NOx-Konzentration, die im Vorfeld unter Verwendung der eingegebenen Belastung und der Umdrehungszahl des Motors eingegeben wurden, berechnet.
  • Die in Schritt S13 eingegebene Luftaufnahmemenge Q und die berechnete NOx-Konzentration werden in Schritt S14 dazu verwendet, die NOx-Emission NOxc für jeden Motorbetriebszustand zu berechnen, und werden dann in Schritt S15 zusammengefaßt, um den integrierten Wert von NOx (integrierte Menge: NOxMasse) zu erhalten. Wird der Motor vor der Regeneration angehalten, wird der integrierte Wert NOxMasse zu diesem Zeitpunkt gespeichert, und der gespeicherte Wert wird beim nächsten Starten als Basis für die Integration verwendet.
  • In Schritt S16 wird bestimmt, ob der integrierte Wert NOxMasse von NOx den vorbestimmten ersten Referenzwert NOxSL erreicht oder nicht. Wird er erreicht (JA), wird in Schritt S17 ein Startsignal für den kurzzeitigen Wechsel in den fetten Zustand ausgegeben, um einen kurzzeitigen Wechsel in den fetten Zustand auszuführen.
  • Wenn der integrierte Wert NOxMasse von NOx in Schritt S16 den vorbestimmten ersten Referenzwert NOxSL nicht erreicht (NEIN), mißt der Zeitgeber A die Zeitspanne zwischen den Meßzeiten, und nachdem diese gemessene Zeitdauer verstrichen ist, kehrt der Ablauf zu Schritt S11 zurück und wiederholt die Schritte S11–S16.
  • In der vorliegenden Erfindung wird, nachdem in Schritt S17 der kurzzeitige Wechsel in den fetten Zustand ausgeführt wurde, durch den Zeitgeber B die Zeitdauer des kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand gemessen, und nachdem die gemessene Zeitspanne verstrichen ist, wird in Schritt S21 unmittelbar nach dem Ende des kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand die NOx-Konzentration durch den unmittelbar abstromig zu dem Katalysator 2 angeordneten NOx-Sensor 13 gemessen.
  • Die NOx-Konzentration RSNOx unmittelbar nach Beendigung des kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand wird in Schritt S22 mit dem vorbestimmten zweiten Referenzwert RSSL verglichen, um den Zustand der Verschlechterung des Katalysators zu bestimmen (RSNOx > RSSL), und wenn er sich im verschlechterten Zustand befindet (RSNOx > RSSL)(JA), wird der Grenzwert NOxSL, welches der erste Referenzwert ist, in Schritt S23 korrigiert. Diese Korrektur wird durch Multiplizieren des Grenzwerts NOxSL des vorherigen Mals mit einem Koeffizienten KNOX (KNOX < 1) durchgeführt.
  • Wenn der Katalysator 2 sich in Schritt S22 nicht im verschlechterten Zustand befindet (RSNOx < RSSL)(NEIN), wird in Schritt S24 der integrierte Wert NOxMasse von NOx initialisiert, um die Steuerung zu wiederholen.
  • Bei der nachfolgenden Steuerung wird der integrierte Wert NOxMasse von NOx aus der Motorbelastung, der Umdrehungszahl des Motors und der Luftaufnahmemenge Q berechnet, und wenn der integrierte Wert NOxMasse von NOx den vorbestimmten ersten Referenzwert NOxSL überschreitet, wird die Steuerung zum Durchführen eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand aktiviert, und wenn der durch den NOx-Sensor erfaßte Wert RSNOx, der unmittelbar nach Durchführung eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand erhalten wird, den vorbestimmten zweiten Referenzwert RSSL überschreitet, kann der vorbestimmte erste Referenzwert NOxSL korrigiert werden.
  • Nun wird die Steuerung zum Ausführen des Regenerationsmodus gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Steuerung wird gemäß dem beispielhaft in 3 gezeigten Steuerungsablaufdiagramm ausgeführt.
  • Der Betrieb im Regenerationsmodus dient dem Regenerieren der NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysators und setzt den Betrieb fort, wobei der Betrieb bei magerer Verbrennung für eine vorbestimmte Zeitdauer (beispielsweise etwa 10–30 Minuten) verhindert wird. Der Betrieb im Regenerationsmodus dient dazu, mit der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs umzugehen, die durch häufiges Ausführen eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand gemäß der oben beschriebenen Steuerung zum Durchführen eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand verursacht wird, wenn die NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators aufgrund des Voranschreitens der Schwefelvergiftung infolge eines Langzeitbetriebs reduziert wird.
  • Dieser Ablauf wird in Verbindung mit geeigneten Zeitintervallen oder einem bestimmten Schritt der oben beschriebenen Steuerung zum Ausführen eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand (beispielsweise unmittelbar nach Schritt S23) wiederholt aufgerufen und ausgeführt.
  • Zunächst wird zu Beginn des Steuerungsablaufs der Grenzwert NOxSL, welcher der vorbestimmte erste Referenzwert ist, in Schritt S31 überprüft. Überschreitet der Grenzwert NOxSL den vorbestimmten dritten Referenzwert RGSL (NEIN), wird bestimmt, daß der Betrieb im Regenerationsmodus nicht notwendig ist, und der Ablauf kehrt zurück. Ist der Grenzwert NOxSL dagegen kleiner als der vorbestimmte dritte Referenzwert RGSL (JA), so wird bestimmt, daß der ner als der vorbestimmte dritte Referenzwert RGSL (JA), so wird bestimmt, daß der Betrieb im Regenerationsmodus notwendig ist, und in Schritt S32 wird ein EIN-Signal für den Regenerationsmodus ausgegeben, um den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator zu regenerieren. Dieser Betrieb im Regenerationsmodus zählt die Zeit unmittelbar ab dem EIN-Schalten durch den Zeitgeber und endet, wenn der Betrieb im Regenerationsmodus für die vorbestimmte Zeitdauer ausgeführt wurde.
  • Wenn in Schritt S43 die Zeitdauer des Betriebs im Regenerationsmodus durch den Zeitgeber C gemessen wurde, und nachdem diese Zeit verstrichen ist, wird in Schritt S33 die NOx-Konzentration RSNOx auf der abstromigen Seite des Katalysators unmittelbar nach dem Ende des Regenerationsmodus gemessen, und wenn die NOx-Konzentration RSNOx geringer ist als der vorbestimmte vierte Referenzwert RSSL2 (JA) und in Schritt S34 somit bestimmt wird, daß die Regeneration des Katalysators abgeschlossen ist, wird der Grenzwert NOxSL zum Überprüfen des integrierten NOx-Wertes initialisiert, um in Schritt S36 den Grenzwert NOxSL auf den Anfangswert NOxSLO zurückzusetzen, und der Ablauf kehrt zurück.
  • Wenn jedoch die Bestimmung in Schritt S34 ergibt, daß die NOx-Konzentration RSNOx auf der abstromigen Seite des Katalysators unmittelbar nach dem Ende des Regenerationsmodus den vorbestimmten vierten Referenzwert RSSL2 überschreitet, ist eine Regenerierung der NOx-Reinigungsrate des Katalysators selbst im Regenerationsmodus nicht zu beobachten. In einem solchen Fall wird bestimmt, daß der Katalysator sich nicht im normalen Zustand befindet, was dann der Fall ist, wenn sich der Katalysator aus einem anderen Grund als durch Schwefelvergiftung verschlechtert, und der Ablauf fährt mit Schritt S35 fort, in dem die Verschlechterung des Katalysators diagnostiziert wird, die Prüflampe des Motors wird eingeschaltet, und dann kehrt der Ablauf zurück.
  • Mit einer solchen Steuerung, wie sie bislang beschrieben wurde, kann der Betrieb im Regenerationsmodus mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt werden, wenn der vorbestimmte erste Referenzwert NOxSL kleiner ist als der vorbestimmte dritte Referenzwert RGSL.
  • Bei der Abgasreinigungsvorrichtung 3 mit dem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 kann der Zustand der Verschlechterung des Katalysators 2 anhand der durch den NOx-Sensor 13 gemessenen NOx-Konzentration RSNOx überwacht werden, so daß der erste Referenzwert NOxSL in Bezug auf den integrierten Wert NOxMasse der NOx-Emission entsprechend der gegenwärtigen NOx-Absorptionsfähigkeit variiert werden kann, um zu bestimmen, ob die Durchführung eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand möglich ist oder nicht.
  • Die Häufigkeit der Ausführung eines kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand kann daher bei einer Verringerung der NOx-Absorptionsfähigkeit erhöht werden, und somit kann ein kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand zu geeigneten Zeitpunkten durchgeführt werden.
  • Bei der Abgasreinigungsvorrichtung 3 wird der entsprechend der NOx-Absorptionsfähigkeit zu korrigierende erste Referenzwert NOxSL als Kriterium für die Bestimmung der Ausführung des Betriebs im Regenerationsmodus verwendet, so daß die Ausführung des Betriebs im Regenerationsmodus in geeigneter Weise stattfinden kann.
  • Da die NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators 2 durch den Betrieb im Regenerationsmodus regeneriert werden kann, kann die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs, die durch häufige kurzzeitige Wechsel in den fetten Zustand aufgrund von Schwefelvergiftung verursacht wird, verhindert werden.
  • Darüber hinaus kann, da die Abnormität des Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysators 2 bestimmt werden kann, der Bediener dazu gebracht werden, eine geeignete Gegenmaßnahme zu ergreifen.
  • Infolgedessen kann bei der Abgasreinigungsvorrichtung 1 mit dem Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator 2 gemäß der vorliegenden Erfindung die NOx-Absorptionsfähigkeit des Stickoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysators 2 ausgerechnet werden, und somit kann die NOx-Reinigungsrate immer auf einem hohen Niveau beibehalten werden. Da die Häufigkeit der Ausführung des kurzzeitigen Wechsels in den fetten Zustand so gering wie möglich gehalten werden kann, kann die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindert werden.

Claims (3)

  1. Abgasreinigungsvorrichtung (1) mit einem Stickstoffoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator, welche folgendes aufweist: einen Stickstoffoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator (2) mit einer Stickstoffoxide absorbierenden Substanz (4), die in der Abgasleitung (11) des Verbrennungsmotors (E) vorgesehen ist, um Stickstoffoxide zu absorbieren, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und Stickstoffoxide auszustoßen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht oder fett ist, und einem Edelmetallkatalysator (3) und eine Steuervorrichtung (10) für das Berechnen des integrierten Wertes von NOx (NOxMasse) aus der Motorbelastung, der Drehzahl des Motors und der Menge der aufgenommenen Luft, so daß ein kurzzeitiger Wechsel in den fetten Zustand ausgeführt wird, wenn der integrierte Wert von NOx (NOxMasse) einen vorbestimmten ersten Referenzwert (NOxSL) überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein NOx-Sensor (13) abstromig zu dem Stickstoffoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator (2) vorgesehen ist und daß die Steuervorrichtung (10) den vorbestimmten ersten Referenzwert (NOxSL) korrigiert, wenn der durch den NOx-Sensor (13) unmittelbar nach dem kurzzeitigen Wechsel in den fetten Zustand erfaßte Wert (RSNOx) einen vorbestimmten zweiten Referenzwert (RSSL) überschreitet.
  2. Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Stickstoffoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (10) bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Betrieb im Regenerationsmodus ausführt, wenn der vorbestimmte erste Referenzwert (NOxSL) kleiner ist als ein vorbestimmter dritter Referenzwert (RGSL).
  3. Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Stickstoffoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (10) bestimmt, daß der Stickstoffoxid-Absorptions-Reduktions-Katalysator (2) im abnormalen Zustand ist, wenn der durch den NOx-Sensor (13) unmittelbar nach dem Betrieb im Regenerationsmodus erfaßte Wert (RSNOx) einen vorbestimmten vierten Referenzwert überschreitet (RSSL2).
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