DE69017617T2

DE69017617T2 - Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE69017617T2
Application number: DE69017617T
Authority: DE
Inventors: Sinya Hirota; Kenji Katoh; Sinichi Takeshima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-12-06
Filing date: 1990-12-05
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: EP0433772A3; EP0433772A2; EP0433772B1; DE69017617D1; CA2031560A1; CA2031560C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgas-Reinigungs- System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei das System mit einem Katalysator ausgestattet ist, der Stickoxide (in der Folge NOx genannt) unter oxydierenden Gas-Bedingungen und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen reduzieren kann. Insbesonders betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgas- Reinigungs-System, bei dem eine NOx-Reinigungs-Rate des Katalysators gesteigert ist.
Verschiedene Eigenschaften werden für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung eines Kraftfahrzeuges gefordert, beispielsweise ein hervorragendes Verbrauchsverhalten und ein kleiner Ausstoß von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen. Als ein Motor, der diese verschiedenen Forderungen erfüllen kann, wird eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung erkannt, die die Verbrennung des Kraftstoffes bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen durchführt (in der Folge Magermotor genannt). Bei dem Magermotor kann jedoch eine NOx-Reduktion durch einen Dreiweg- Katalysator nicht erwartet werden, und daher müssen alternative Mittel zur Reduktion von NOx entwickelt werden.
Aus dem Dokument JP-A - 01 171 675 ist ein allgemeines Abgas-Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung bekannt, die einen Katalysator aufweist, der dazu geeignet ist, NOx in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen auch unter oxydierenden Gas-Bedingungen zu reduzieren. Dieses Abgas- Reinigungs-System umfaßt weiters einen zweiten Katalysator, der aus einer anderen Art von Stoff ausgebildet ist, und ein Mittel zum Einführen des Abgases in diesen zweiten Katalysator, wenn die höhere Temperatur des Abgases erfaßt wird, um den ersten Katalysator zu schützen und um sein Wärme-Langzeitverhalten zu verbessern. Das Mittel zum Verhindern der thermischen Zersetzung (Verschlechterung) des Katalysators umfaßt ein Schaltventil, das umschaltet, wenn eine kritische Temperatur erfaßt wird, die, wenn sie überschritten wird, zu einer thermischen Zersetzung des Katalysators führen würde. Daher ist die kritische obere Grenztemperatur des Katalysators stets in dem Temperaturbereich des Katalysators zufolge des Zwecks der Regulierung der Temperatur enthalten. Durch dieses System ist es unmöglich, eine hohe NOx-Reinigungs-Rate bzw. NOx- Reduktions-Rate des Katalysators zu erzielen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abgas- Reinigungs-System zu schaffen, bei dem der Katalysator dazu geeignet ist, NOx unter oxydierenden Gas-Bedingungen und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen zu reduzieren, wobei eine NOx-Reinigungs-Rate des Katalysators gesteigert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale erreicht, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 definiert sind. Entsprechend diesen Merkmalen umfaßt das Reinigungs-System ein Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur- Anstiegs-Zustandes, um die Stickoxide innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches des Katalysators unterhalb der oberen Grenz-Temperatur zu reduzieren, die kritisch ist für die Reinigungswirkung des Katalysators, indem wiederholt ein Zyklus der Kühlung des Katalysators und dann des Stoppens der Kühlung durchgeführt wird, um zu ermöglichen, daß die Temperatur des Katalysators ansteigt.
Die Aufgabe der Erfindung kann insbesonders durch ein Abgas-Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erfüllt werden, umfassend eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, die dazu geeignet ist, eine Verbrennung des Kraftstoffes bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen durchzuführen, einen Katalysator, der in einer Abgasleitung des Motors eingebaut ist und der aus Zeolith aufgebaut ist, der mindestens eine Art von Metall trägt, die aus den Übergangsmetallen und Edelmetallen ausgewählt ist, um NOx, das im Abgas des Motors enthalten ist, unter oxydierenden Gas- Bedingungen und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen zu reduzieren (in der Folge Mager-NOx-Katalysator genannt), und ein Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator- Temperatur-Anstiegs-Zustandes durch wiederholte Durchführung eines Zyklus der Kühlung des Katalysators und dann des Stoppens der Kühlung um zu ermöglichen, daß die Temperatur des Katalysators ansteigt.
Entsprechend den Versuchen der Erfinder kann der Mager- NOx-Katalysator eine größere NOx-Reinigungs-Rate während eines Temperaturanstieges zeigen als während eines Absinkens der Temperatur. Da bei der vorliegenden Erfindung der Zyklus der Kühlung des Mager-NOx-Katalysators und dann des Stoppens der Kühlung, der einen Anstieg der Temperatur des Mager-NOx- Katalysators erlaubt, wiederholt wird, werden die Temperaturanstiege sicher und wiederholt erzeugt. Als ein Ergebnis wird die NOx-Reinigungs-Rate des Mager-NOx- Katalysators stark vergrößert.
Bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 27 definiert.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten besser hervor und werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsvarianten der Erfindung besser aufgenommen, die in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, in denen:
Fig. 1 ein schematisches System-Diagramm eines Abgas- Reinigungs-Systems in Übereinstimmung mit der ersten bis dritten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein detailliertes System-Diagramm in Übereinstimmung mit der ersten bis dritten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, das die Zusammenhänge der Steuer-Elemente in Übereinstimmung mit der ersten bis dritten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ein Steuerungs-Flußdiagramm der ersten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 ein Diagramm ist, das einen Flag-Vorgang der ersten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ein Steuer-Flußdiagramm der zweiten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7 ein Steuer-Flußdiagramm einer Abwandlung der zweiten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 ein Steuer-Flußdiagramm der dritten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 9 ein Diagramm ist, das einen Zusammenhang zwischen der Abgas-Temperatur und der NOx-Reinigungs-Rate ist;
Fig. 10 ein Diagramm ist, das eine Differenz zwischen einer NOx-Reinigungs-Kennlinie während eines Absinkens der Temperatur und einer NOx-Reinigungs-Kennlinie während des Verlaufs eines Temperaturanstieges zeigt;
Fig. 11 ein Diagramm ist, das die Zersetzung eines Mager- NOx-Katalysators zeigt;
Fig. 12 ein schematisches System-Diagramm eines Abgas- Reinigungs-Systems für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 13 ein detailliertes System-Diagramm der vierten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14 ein Steuer-Flußdiagramm der vierten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 15 ein gesamtes System-Diagramm der vierten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 16 ein Blockdiagramm eines NOx-Reduktions-Mechanismus eines Mager-NOx-Katalysators zeigt;
Fig. 17 ein Diagramm ist, das einen Zusammenhang zwischen der Temperatur eines Mager-NOx-Katalysators und der NOx- Reinigungs-Rate zeigt;
Fig. 18 ein System-Blockdiagramm eines Abgas-Reinigungs- Systems einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 19 ein detailliertes System-Diagramm der fünften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 20 ein Steuer-Flußdiagramm der fünften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 21 eine Zuordnung ist, die eine Beziehung zwischen der Temperatur des Abgases und der Zeitdauer des Pumpvorganges der Luft zeigt;
Fig. 22 eine Kurve ist, die eine NOx-Konzentrations- Kennlinie und eine Mager-NOx-Katalysator-Temperatur-Kennlinie in bezug auf die Zeit zeigt, die seit dem Beginn der Kühlung verstrichen ist;
Fig. 23 eine Kurve ist, die einen Zusammenhang zwischen der Temperatur eines Mager-NOx-Katalysators und der NOx- Reinigungs-Rate zeigt;
Fig. 24 eine Kurve ist, die einen detaillierten Zusammenhang zwischen der Temperatur des Abgases und der NOx- Reinigungs-Rate zeigt;
Fig. 25 ein schematisches System-Diagramm ist, das ein Abgas-Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit einer sechsten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 26 ein Steuer-Flußdiagramm der sechsten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 27 ein schematisches System-Diagramm ist, das ein Abgas-Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit einer siebenten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 28 ein schematischer Schnitt eines Mager-NOx- Katalysators mit zwei Abschnitten der siebenten Ausführungsvariante ist;
Fig. 29 ein schematischer Schnitt eines Mager-NOx- Katalysators mit drei Abschnitten der siebenten Ausführungsvariante ist;
Fig. 30 ein schematischer Schnitt eines Mager-NOx- Katalysators mit vier Abschnitten der siebenten Ausführungsvariante ist;
Fig. 31 ein schematischer Schnitt eines Mager-NOx- Katalysators mit fünf Abschnitten der siebenten Ausführungsvariante ist;
Fig. 32 ein Steuer-Flußdiagramm der siebenten Ausführungsvariante ist;
Fig. 33 eine Kurve ist, die eine Temperaturänderung eines Mager-NOx-Katalysators zeigt;
Fig. 34 eine Kurve ist, die einen Unterschied in der NOx- Reinigungs-Rate zwischen einem Fall zeigt, in dem der Katalysator gekühlt wird, und einen Fall, in dem der Katalysator nicht gekühlt wird;
Fig. 35 ein schematisches System-Diagramm für eine Brennkraftmaschine init innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit einer achten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 36 ein Steuer-Flußdiagramm der achten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 37 ein Flußdiagramms eines Unterprogramms ist, das in der Berechnung des Programms von Fig. 36 benötigt wird;
Fig. 38 eine Zuordnung ist, die einen Zusammenhang zwischen der Temperatur des Abgases und Motordrehzahl/Motorlast zeigt;
Fig. 39 eine Kurve ist, die einen Zusammenhang zwischen der Temperatur eines Mager-NOx-Katalysators und der NOx- Reinigungs-Rate zeigt, mit dem Zweck, die neunte und zehnte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zu erklären;
Fig. 40 ein schematisches System-Diagramm eines Abgas- Reinigungs-Systems für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit einer neunten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 41 ein Steuer-Flußdiagramm der neunten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 42 ein schematisches System-Diagramm eines Abgas- Reinigungs-Systems für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit einer zehnten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 43 ein Steuer-Flußdiagramm der zehnten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist.
Es werden in der Folge zehn Ausführungsvarianten erklärt werden. Zunächst werden die Zusammenhänge zwischen den Fig. und den Ausführungsvarianten der Erfindung erklärt werden.
Fig. 1 - 11 entsprechen der ersten bis dritten Ausführungsvariante, wobei eine Umgehungsleitung vorgesehen ist, die einen Mager-NOx-Katalysator umgeht, und der Abgasstrom wiederholt zwischen der Umgehungsleitung und dem Mager-NOx- Katalysator umgeschaltet wird, um wiederholt einen Zyklus der Kühlung des Katalysators und dann des Stoppens der Kühlung durchzuführen.
Fig. 12 - 17 entsprechen einer vierten Ausführungsvariante, in der ein Mager-NOx-Katalysator in der Form von Pellets aufgebaut ist, und die Katalysator-Pellets werden zwischen einem Katalysator-Behälter und einer Kühlkammer im Kreis geführt, um einen Zyklus der Kühlung des Katalysators und des Stoppens der Kühlung durchzuführen.
Fig. 18 - 24 entsprechen einer fünften Ausführungsvariante, in der Sekundärluft intermittierend in eine Abgasleitung an einer Stelle stromaufwärts eines Mager- NOx-Katalysators eingeblasen wird, um einen Zyklus der Kühlung eines Katalysators und des Stoppens der Kühlung wiederholt durchzuführen.
Fig. 25 - 34 entsprechen der sechsten und siebenten Ausführungsvariante, in der ein Mager-NOx-Katalysator in eine Mehrzahl von Abschnitte unterteilt ist, die parallel zueinander angeordnet sind, und wobei der Abgasstrom zwischen der Mehrzahl von Abschnitten umgeschaltet wird, um wiederholt einen Zyklus der Kühlung des Katalysators und dann des Stoppens der Kühlung durchzuführen.
Fig. 35 - 38 entsprechen einer achten Ausführungsvariante, wobei ein Mager-NOx-Katalysator in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt unterteilt ist, der stromabwärts des ersten Abschnittes angeordnet ist, und wobei eine Umgehungsleitung am ersten Abschnitt des Katalysators vorgesehen ist, so daß der Abgasstrom zwischen dem ersten Abschnitt des Katalysators und der Umgehungsleitung umgeschaltet wird, um wiederholt einen Zyklus der Kühlung des ersten Katalysators und dann des Stoppens der Kühlung durchzuführen.
Fig. 39 - 41 entsprechen der neunten und zehnten Ausführungsvariante, wobei dann, wenn die Temperatur des Mager- NOx-Katalysators eine erste Temperatur übersteigt, der Mager- NOx-Katalysator auf eine zweite Temperatur gekühlt wird, und dann der Zyklus wiederholt wird.
Jede Ausführungsvariante wird in der Folge detaillierter beschrieben werden.

ERSTE BIS DRITTE AUSFÜHRUNGSVARIANTE

Wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt ein Abgas- Reinigungssystem für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit der ersten bis dritten Ausführungsvariante allgemein eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung 2, die dazu geeignet ist, die Verbrennung des Kraftstoffes bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen durchzuführen, einen Mager-NOx-Katalysator 4, der in einer Abgasleitung des Motors eingebaut ist, eine Umgehungsleitung 6, die mit der Abgasleitung so verbunden ist, daß sie den Mager- NOx-Katalysator 4 umgeht, ein Bypass-Ventil 8, das dazu ausgebildet ist, die Abgasströmung zwischen dem Mager-NOx- Katalysator 4 und der Umgehungsleitung 6 umzuschalten, Motor- Betriebszustand-Erfassungs-Mittel 10 zur Erfassung des Betriebszustandes des Motors, Katalysator-Temperatur- Erfassungs-Mittel 42 (siehe Fig. 2) zur Erfassung der Temperatur des Mager-NOx-Katalysators 4 oder des Abgases, sowie Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur- Anstiegs-Zustandes durch wiederholte Ausführung eines Kreislaufes der Kühlung des Katalysators 4 und dann einer Beendigung der Kühlung, um zu ermöglichen, daß die Temperatur des Katalysators 4 ansteigt. Das System umfaßt weiters Mittel zur Steuerung der Verbrennung 12, um eine Kraftstoff- Einspritzmenge und einen Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt auf der Basis des erfaßten Motor-Betriebszustandes zu berechnen und um die berechnete Kraftstoffeinspritzung und Zündung durchzuführen.
Das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator- Temperatur-Anstiegs-Zustandes umfaßt Bypass-Steuer-Mittel 14 zur Steuerung des Umschaltens des Bypass-Ventils 8.
Insbesonders schaltet in der ersten Ausführungsvariante das Bypass-Steuer-Mittel 14 das Bypass-Ventil 8 ein, um zu bewirken, daß das Abgas durch die Umgehungsleitung 6 strömt, wenn der Betriebszustand des Motors ein Zustand ist, in dem der NOx-Ausstoß klein ist und in dem die Katalysator-Temperatur gleich oder größer als eine erste vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 450ºC) ist, und schaltet das Bypass-Ventil 8 aus, um zu bewirken, daß das Abgas durch den Mager-NOx- Katalysator 4 strömt, wenn die Katalysator-Temperatur gleich oder kleiner als eine zweite vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 300ºC) ist, die kleiner ist als die erste vorbestimmte Temperatur.
In der zweiten Ausführungsvariante schaltet das Bypass- Steuer-Mittel 14 das Bypass-Ventil 8 ein, um zu bewirken, daß das Abgas durch die Umgehungsleitung 6 strömt, wenn der Motor- Betriebs-Zustand ein Zustand ist, in dem die Reinigung von NOx durch den Mager-NOx-Katalysator nicht erwartet werden kann und in dem die Katalysator-Temperatur gleich oder größer als eine erste vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 450ºC) ist, und schaltet das Bypass-Ventil 8 aus, um zu bewirken, daß das Abgas durch den Mager-NOx-Katalysator 4 strömt, wenn die Katalysator- Temperatur gleich oder kleiner als eine zweite vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 300ºC) ist, die kleiner ist als die erste vorbestimmte Temperatur.
In der dritten Ausführungsvariante wiederholt das Bypass- Steuer-Mittel das Einschalten und das Ausschalten des Bypass- Ventils 8 in regelmäßigen Abständen, wenn die Katalysator- Temperatur eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise 300ºC, übersteigt.
Fig. 2 stellt Bauteile eingehender dar, die den Ausführungsvarianten eins bis drei gemeinsam sind. Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, sind ein Drossel-Ventil 28 und ein Kraftstoff-Einspritzventil 16 in einer Einlaßleitung des Motors 2 angeordnet. In dem Fall eines Benzinmotors ist in jedem Zylinder eine Zündkerze angeordnet, obgleich eine Zündkerze in einem Dieselmotor nicht vorgesehen ist. Ein Dreiweg-Katalysator 22 kann in einem Abschnitt der Abgasleitung stromabwärts des Mager-NOx-Katalysators 4 angeordnet sein, obgleich der Dreiweg- Katalysator 22 nicht unbedingt notwendig ist.
Die Kraftstoff-Einspritzung, die Zündung und die Bypass- Steuerung werden in Übereinstimmung mit den Befehlen von einem Motor-Steuerungs-Computer 20 (in der Folge ECU genannt) durchgeführt. Die Signale von verschiedenen Motor- Betriebszustand-Erfassungs-Mitteln werden der ECU 20 zugeführt. Wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, umfaßt das Motor- Betriebszustand-Erfassungs-Mittel einen Kurbelwinkel-Sensor 26, der in einem Verteiler 24 aufgenommen ist. Das Ausgangssignal von dem Sensor 26 wird als Taktsignal für die Berechnung der Kraftstoff-Einspritzung und einer Motor-Drehzahl NE verwendet. Das Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel umfaßt weiters einen Ansaugdruck-Sensor 32, dessen Ausgangssignal als ein Signal eines Ansaugdruckes PM verwendet wird. Das Motor- Betriebszustand-Erfassungs-Mittel 10 umfaßt weiters einen Motor-Kühlwasser-Temperatur-Sensor 34, einen Kraftstoff-Luft- Verhältnis-Sensor 18, einen Drosselklappen-Öffnungs-Sensor 30, einen Abgas-Temperatur-Sensor 42 (der ein Katalysator-Einlaß- Gas-Temperatur-Sensor, ein Katalysator-Temperatur-Sensor oder ein Katalysator-Auslaß-Gas-Temperatur-Sensor sein kann) und einen Kohlenwasserstoff-Sensor 44.
Wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, umfaßt die ECU 20 eine Zentralrecheneinheit (CPU) 20a, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 2ºc, eine Eingabe-Schnittstelle 20d zum Empfang von Analog-Signalen, einen Analog/Digital-Wandler 20e, eine Eingabe-Schnittstelle 20f zum Empfang von Digital-Signalen, eine Ausgabe-Schnittstelle 20g und eine Energieguelle 20h. Die Berechnung wird in der CPU 20a durchgeführt und die Ausgaben werden über die Ausgabe- Schnittstelle 20g zu jedem Kraftstoff-Einspritz-Ventil 16 geschickt, um die Kraftstoff-Einspritzung zu steuern und zu der Zündung 40, um den Zündzeitpunkt zu steuern. Weiters werden die Ausgaben der ECU 20 zu einem Stellglied des Bypass-Ventils 8 geschickt, um die Bypass-Steuerung durchzuführen.
Die Berechnung in der CPU 20a wird in Übereinstimmung mit einem der Flußdiagramme durchgeführt, die in den Fig. 4 und 6 bis 8 dargestellt sind. Jedes Programm umfaßt einen ersten Abschnitt zur Steuerung der Kraftstoff-Einspritzung und des Zündzeitpunktes und einen zweiten Abschnitt zur Bypass- Steuerung. Der erste Abschnitt ist den Ausführungsvarianten eins bis drei der Erfindung gemeinsam.
Es wird nun der erste Abschnitt unter Bezugnahme auf beispielsweise Fig. 4 erklärt werden. In Fig. 4 werden in Schritt 102 die Signale vom Motor-Betriebszustand-Erfassungs- Mittel 10 eingelesen. Die Signale umfassen mindestens Signale der Motor-Drehzahl NE und des Einlaß-Druckes PM. Dann wird in Schritt 104 eine Basis-Kraftstoff-Einspritz-Menge TP auf der Basis des Einlaß-Druckes PM und der Motordrehzahl NE so berechnet, daß ein theoretisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis erhalten wird. Ebenso wird im Schritt 104 ein Zündzeitpunkt berechnet. Die Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge TP wird üblicherweise modifiziert, indem verschiedene Motor-Betriebs- Zustände in Betracht gezogen werden. Insbesonders werden in Schritt 106 ein Signal THW vom Motor-Kühlwasser-Temperatur- Sensor und andere Signale eingelesen. Dann werden in Schritt 108 die Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge TP und der Zündzeitpunkt verändert, wobei die Motor-Kühlwasser-Temperatur THW, der Motor-Drehzahl-Abänderungs-Faktor KLEANNE, der Einlaßdruck-Abänderungs-Faktor KLEANPM, der Beschleunigungs- Abänderungs-Faktor FACC, der Drosselklappen-Öffnungs- Abänderungs-Faktor FPOWER und der Katalysator-Überhitzungs- Verhinderungs-Faktor OTP in Betracht gezogen werden, wobei die folgende Gleichung verwendet wird:
TAU = TP * KLEANNE * KLEANPM * FWL *
(1 + FACC + FPOWER + OTP)
Dann wird in Schritt 110 TAU eingestellt und die Kraftstoff-Einspritzung wird über dem Zeitabschnitt TAU durchgeführt, und die Zündung wird durchgeführt. Diese Schritte 102 bis 110 stellen das Verbrennungs-Steuerungs-Mittel 12 von Fig. 1 dar.
Dann schreitet das Programm zu einem Bypass-Steuer- Programm vor, d. h., dem zweiten Abschnitt des Programms, in dem sich die Ausführungsvarianten eins bis drei voneinander unterscheiden.
In der ersten Ausführungsvariante wird der Mager-NOx- Katalysator 4 in Übereinstimmung mit einem Steuerablauf, der in Fig. 4 gezeigt ist, gekühlt, wenn eine NOx-Ausstoß-Menge klein ist und daher eine Reduktion von NOx nicht notwendig ist. Insbesonders wird in Schritt 202 die Abgas-Temperatur TEX eingelesen, dann schreitet das Programm zu einem Schritt 204 vor, in dem bestimmt wird, ob die Temperatur TEX größer als die erste vorbestimmte Temperatur T&sub4;&sub5;&sub0;, beispielsweise 450ºC ist, oder nicht. Wenn TEX größer ist als T&sub4;&sub5;&sub0;, schreitet das Programm zu einem Schritt 206 vor, und ein Flag F wird gesetzt. Wenn TEX in Schritt 204 gleich oder kleiner als T&sub4;&sub5;&sub0; ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 216 vor, in dem geprüft wird, ob der Flag F gesetzt ist oder nicht. Wenn in Schritt 216 bestimmt wird, daß der Flag F gesetzt ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 218 vor, in dem bestimmt wird, ob TEX größer ist als eine zweite vorbestimmte Temperatur T&sub3;&sub0;&sub0;, beispielsweise 300ºC, oder nicht. Wenn TEX gleich oder kleiner als T&sub3;&sub0;&sub0; ist, beispielsweise 300ºC, schreitet das Programm zu einem Schritt 220 vor, in dem der Flag F zurückgesetzt wird. Zufolge der oben beschriebenen Flag-Prozedur bewirkt das Setzen und das Zurücksetzen des Flags eine Hysterese-Schleife im Zyklus des Ansteigens und des Absenkens der Temperatur, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn der Flag F in einem gesetzten Zustand ist, und eine NOx-Abgas-Menge klein ist, wird das Bypass-Ventil 8 eingeschaltet, so daß das Abgas dazu gebracht wird, über die Umgehungsleitung 6 zu strömen, um zu ermöglichen, daß sich der Mager-NOx-Katalysator 4 durch die natürliche Wärmeabstrahlung abkühlt.
Um die oben beschriebene Kühlung durchzuführen, wenn der Flag F in einem gesetzten Zustand ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 208 vor, dann zu einem Schritt 210 und dann zu einem Schritt 212, in dein bestimmt wird, ob sich der Motor-Betriebs-Zustand in einem Zustand kleinen NOx-Ausstoßes, wie etwa einem Leerlauf zustand, einem Verzögerungszustand oder einem Kraftstoff-Nullförderungs-Zustand befindet oder nicht. Wenn eine NOx-Ausstoß-Menge klein ist, wird es zugelassen, daß das Abgas nicht durch den Mager-NOx-Katalysator 4 strömt. Daher schreitet das Programm zu einem Schritt 214 vor, in dem das Bypass-Ventil 8 eingeschaltet wird. Da das Abgas durch die Umgehungsleitung 6 strömt, während das Bypass-Ventil 8 "ON" ist, nimmt die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators 4 durch Wärmeabstrahlung allmählich ab. Wenn andererseits der Flag F in einem zurückgesetzten Zustand ist, schreitet das Programm zu einem Schritt "222" vor, in dem das Bypass-Ventil 8 ausgeschaltet ist. Da das Abgas während des "OFF"-Zustandes des Bypass-Ventils 8 durch den Mager-NOx-Katalysator 4 strömt, steigt die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators an. Nachdem das Programm in Schritt 214 oder 216 vollendet ist, schreitet das Programm zu einem letzten Schritt vor, in dem das Programm zu einem anderen Programm zurückkehrt. Die Schritte 202 bis 322 entsprechen dem Bypass-Steuer-Mittel 14 von Fig. 1.
In der zweiten Ausführungsvariante, wird die Steuerung der Abkühlung und des Temperatur-Anstieges des Mager-NOx- Katalysators 4 in Übereinstimmung mit einem Flußdiagramm durchgeführt, das in Fig. 6 gezeigt ist, wenn die Reduktion von NOx nicht erwartet werden kann und es daher nutzlos ist, das Abgas durch den Mager-NOx-Katalysator 4 strömen zu lassen. Da die Schritte 102 bis 110 von Fig. 6 den Schritten 102 bis 110 von Fig. 4 entsprechen, und da die Schritte 202 bis 206 und 214 bis 222 von Fig. 6 den Schritten 202 bis 206 und 214 bis 222 von Fig. 4 entsprechen, wird ihre Beschreibung hier ausgelassen werden. Von den Schritten von Fig. 6 unterscheiden sich nur die Schritte 302 und 304 von den Schritten von Fig. 4.
Insbesonders wird die Kohlenwasserstoff-Konzentration CHC des Abgases in Schritt 302 eingelesen, dann schreitet das Programm zu einem Schritt 304 vor, in dem bestimmt wird, ob CHC kleiner als eine vorbestimmte Kohlenwasserstoff-Konzentration "alpha" ist, oder nicht. Wenn CHC kleiner als die vorbestimmte Konzentration ist, kann eine NOx-Reduktion nicht erwartet werden. Daher schreitet das Programm zu einem Schritt 214 vor, in dem das Bypass-Ventil 8 eingeschaltet wird. Wenn andererseits in Schritt 302 bestimmt wird, daß CHC gleich oder größer als "alpha" ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 222 vor, in dem das Bypass-Ventil 8 ausgeschaltet wird.
Fig. 7 zeigt eine Abänderung der zweiten Ausführungsvariante, wobei das Abgas durch die Umgehungsleitung 6 strömen gelassen wird, wenn das Kraftstoff-Luft-Verhältnis fett ist, und daher eine NOx-Reduktion nicht erwartet werden kann. Insbesonders wird in Fig. 7 ein Kraftstoff-Luft- Verhältnis in Schritt 306 eingelesen. Dann wird im nächsten Schritt 308 bestimmt, ob das Kraftstoff-Luft-Verhältnis fett ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, daß das Kraftstoff-Luft- Verhältnis fett ist, kann eine NOx-Reduktion des Mager-NOx- Katalysators nicht erwartet werden, und das Programm schreitet zu dem Schritt 214 vor, in dem das Bypass-Ventil 8 eingeschaltet wird. Wenn in Schritt 308 bestimmt wird, daß das Kraftstoff-Luft-Verhältnis mager ist, schreitet das Programm zu Schritt 222 vor, in dem das Bypass-Ventil 8 ausgeschaltet wird. Da die anderen Schritte die gleichen sind, wie die von Fig. 6, wird ihre Beschreibung ausgelassen werden.
In der dritten Ausführungsvariante wird ein Zyklus von "ON" und "OFF" des Bypass-Ventils 8 in Übereinstimmung mit einem Flußdiagramm von Fig. 8 wiederholt durchgeführt. Da die Schritte 102 - 110 von Fig. 8 den Schritten 102 - 110 von Fig. 4 entsprechen, wird ihre Beschreibung ausgelassen werden.
In Fig. 8 wird in Schritt 402 bestimmt, ob der laufende Motor-Betriebszustand sich in einem Bypass-Zustand befindet oder nicht, und insbesonders, ob die Temperatur des Abgases TEX bei einer Temperatur zwischen 300ºC und 600ºC liegt, oder nicht. Wenn der Motor-Betriebszustand nicht im Bypass-Zustand ist, ist es sinnlos, den Bypass-ON/OFF-Zyklus zu wiederholen. Daher schreitet das Programm zu einem Schritt 426 vor, in dem ein Bypass-Zähler COFF gelöscht wird, dann zu einem Schritt 422, in dem ein Bypass-Zähler CON gelöscht wird, und dann zu einem Schritt 424, in dem das Bypass-Ventil 8 ausgeschaltet wird.
Wenn in Schritt 402 bestimmt wird, daß sich der Motor- Betriebszustand im Bypass-Zustand befindet, schreitet das Programm zu einem Schritt 404 vor, um den Bypass-"ON" und - "OFF"-Zyklus wiederholt durchzuführen. Wenn das Programm zum ersten Mal zum Schritt 404 kommt, sind die Bypass-Zähler COFF und CON in den Schritten 404 und 406 gelöscht worden, und daher schreitet das Programm zu Schritt 416 vor. In Schritt 416 wird der Bypass-Zähler CON auf "1" gesetzt, und dann wird in Schritt 412 der Bypass-Zähler COFF gelöscht, und letztlich wird in Schritt 414 das Bypass-Ventil 8 eingeschaltet.
Wenn das Programm im nächsten Berechnungszyklus zu einem Schritt 406 fortschreitet, wird der Bypass-Zähler CON negativ beurteilt und das Programm schreitet zu einem Schritt 408 vor, in dem der Bypass-Zähler CON um eins gesteigert wird. Bis der ansteigende Bypass-Zähler CON letztlich einen vorbestimmten Wert "beta" in Schritt 410 übersteigt, schreitet das Programm zu den Schritten 412 und 414 vor und das Bypass-Ventil 8 wird auf "ON" gehalten.
Wenn der erhöhte Bypass-Zähler CON letztlich in Schritt 410 "beta" übersteigt, schreitet das Programm zu einem Schritt 418 vor, in dem der Bypass-Zähler COFF um eins gesteigert wird. Da der Bypass-Zähler COFF im Schritt 404 des nächsten Berechnungszyklus auf "1" ist, schreitet das Programm von Schritt 404 zu einem Schritt 418 vor, in dem der Bypass-Zähler COFF um eins gesteigert wird. Dann schreitet das Programm zu einem Schritt 420 vor. Bis der ansteigende Bypass-Zähler COFF letztlich einen vorbestimmten Wert "gamma" übersteigt, schreitet das Programm zu einem Schritt 422 und dann zu einem Schritt 424 vor, und das Bypass-Ventil 8 wird auf "OFF" gehalten. Wenn der Bypass-Zähler COFF im Schritt 420 letztlich "gamma" übersteigt, schreitet das Programm zum Schritt 408 vor. Als ein Ergebnis bleibt das Bypass-Ventil für den Zeitraum "beta" auf "ON", dann setzt das Bypass-Ventil für einen Zeitraum "gamma" mit "OFF" fort, und ein Zyklus von "ON" und "OFF" wird wiederholt.
Während des "ON"-Abschnittes des Bypass-Ventils strömt das Abgas durch die Umgehungsleitung 6, und die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators 4 nimmt durch die natürliche Wärmeabstrahlung allmählich ab. Andererseits strömt während des "OFF"-Abschnittes des Bypass-Ventils das Abgas durch den Mager- NOx-Katalysator 4, und die Temperatur des Mager-NOx- Katalysators 4 steigt an, erwärmt durch das Abgas und zufolge der exothermen Reaktion der Kohlenwasserstoffe am Katalysator. Da ein Zyklus des Kühlens und Nicht-Kühlens wiederholt wird, werden die Verläufe des Ansteigens der Temperatur sicher und wiederholt erzeugt, und die NOx-Reinigungsrate des Mager-NOx- Katalysators wird stark vergrößert.
Der Betrieb der ersten bis vierten Ausführungsvariante wird nun erklärt werden.
Wenn die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators 4 oder des Abgases die erste Temperatur übersteigt (beispielsweise 450ºC), wird das Abgas durch die Umgehungsleitung 6 strömen gelassen, und die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators sinkt. Wenn die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators 4 auf die zweite Temperatur (beispielsweise 300ºC) abgesunken ist, wird das Abgas durch den Mager-NOx-Katalysator 4 strömen gelassen und die Temperatur des Mager-NOx-Katalysator 4 wird gesteigert.
Auf diese Weise wird die Temperatur des Mager-NOx- Katalysators 4 so gesteuert, daß sie in einem Temperaturbereich zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur liegt, wobei der Mager-NOx-Katalysator 4 eine hohe NOx- Reinigungsrate zeigen kann, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Da weiters bewirkt wird, daß die Temperatur des Mager-NOx- Katalysators 4 wiederholt absinkt und ansteigt, werden ansteigende Temperaturverläufe sicher erzeugt. Der ansteigende Temperaturverlauf steigert die NOx-Reinigungsrate des Mager- NOx-Katalysators weiter.
Als ein Ergebnis wird in jeder, der Ausführungsvarianten eins bis drei die NOx-Reinigungsrate stark gesteigert.

VIERTE AUSFÜHRUNGSVARIANTE

Wie dies in Fig. 12 dargestellt ist, umfaßt ein Abgas- Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsvariante allgemein eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung 1A, die dazu geeignet ist, eine Verbrennung von Kraftstoff bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen durchzuführen, einen Mager-NOx-Katalysator, der in Form von Pellets 21A aufgebaut ist, ein Katalysator-Konverter-Gehäuse 2A, um die Katalysator-Pellets 21A im Inneren aufzunehmen, eine Kühl-Kammer 11A, die mit dem Katalysator-Konverter-Gehäuse 2A in Verbindung steht, Kreislauf-Mittel 12A, um die Katalysator- Pellets 21A zwischen dem Konverter-Gehäuse 2A und der Kühl- Kammer 11A zirkulieren zu lassen, und Mittel 23A zur Steuerung der Zirkulationsgeschwindigkeit (siehe Fig. 13), um die Zirkulationsgeschwindigkeit der Katalysator-Pellets 21A zu steuern. Die Kühl-Kammer 11A und die Zirkulations-Mittel 12A, stellen das Mittel zur wiederholten Erzeugung des Katalysator- Temperatur-Anstiegs-Zustandes dar. Der Mager-NOx-Katalysator 21A wird in der Kühl-Kammer 11A gekühlt, und seine Temperatur wird im Konverter-Gehäuse 2A ansteigen gelassen.
Insbesonders ist, wie dies in den Fig. 13 und 15 dargestellt ist, der Mager-NOx-Katalysator 21A in dem Konverter-Gehäuse 2A eingebaut, das in der Abgasleitung 6A vorgesehen ist. Die Kühl-Kammer 11A steht mit dem Inneren des Konverter-Gehäuses 2A über Leitungen 11aA und 11bB in Verbindung. Das Zirkulations-Mittel 12A umfaßt eine Schraube 12bA, die von einem Motor 12aA angetrieben ist. Das veränderliche Widerstands-Mittel 23A ist in einer elektrischen Schaltung vorgesehen, die den Motor 12aA und eine Batterie 24A verbindet, so daß die Drehzahl der Schraube 12bA verändert wird, um dadurch die Zirkulationsgeschwindigkeit der Katalysator-Pellets 21A zu verändern. Der Widerstand wird durch Ausgaben eines Motor-Steuerungs-Computers (in der Folge ECU genannt) 14A verändert. Das variable Widerstands-Mittel 23A stellt das Zirkulations-Geschwindigkeits-Steuer-Mittel 22A dar.
Weiters ist in einer Abgasleitung 7A ein Drosselventil 8A eingebaut. Der Grad der Öffnung des Drosselventils 8A wird durch einen Drosselklappen-Öffnungs-Grad-Sensor 9A erfaßt, dessen Ausgabe für ein Motorlast-Signal PM verwendet wird. Die Temperatur T des Mager-NOx-Katalysator 21A wird durch einen Katalysator-Temperatur-Sensor 10A erfaßt. Ein Verteiler nimmt einen Kurbelwinkel-Sensor 13A auf, dessen Ausgabe als ein Signal für die Eingabe der Berechnung und als ein Signal zur Bestimmung der Motordrehzahl NE verwendet wird. Diese Signale werden der ECU zugeführt.
Die ECU 14A umfaßt einen Analog/Digital-Wandler 15A, eine Eingabe-Schnittstelle 16A, eine CPU 17A, einen ROM 18A, einen RAM 19A und eine Ausgabe-Schnittstelle 20A. Die CPU 17A ruft das Programm von Fig. 14 auf, das in dem ROM 18A gespeichert ist. In Fig. 14 werden in dem Schritt 101A die Motordrehzahl NE und die Motorlast PM eingelesen. Dann schreitet das Programm zu einem Schritt 102A vor, in dem ein optimaler Widerstand ROPT des veränderlichen Widerstands 23A berechnet wird, um eine optimale Zirkulations-Geschwindigkeit zu erhalten, die die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators 21A auf eine Temperatur steuert, die eine größte NOx-Reinigungs-Rate verwirklichen kann. Dann schreitet das Programm zu einem Schritt 103A vor, in dem der Widerstand des veränderlichen Widerstands-Mittels 23A auf den optimalen Widerstand ROPT eingestellt wird.
Die Arbeitsweise der vierten Ausführungsvariante wird nun erklärt. Das Abgas von der Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung 1A strömt durch die Abgasleitung 6A zum Katalysator-Konverter und wird durch den Mager-NOx-Katalysator 21A gereinigt. Da das Abgas eines Magermotors ein oxydierendes Gas enthält, werden HC und CO fast vollständig oxydiert (verbrannt), und üblicherweise sind die CO- und HC-Emissionen unterhalb der vorgeschriebenen Grenzwerte. NOx, das in dem Abgas enthalten ist, wird entsprechend einem Mechanismus gereinigt, der in Fig. 16 gezeigt ist.
Insbesonders wird eine gewisse aktive Spezies (beispielsweise eine Spezies wie etwa CO&supmin;) für die NOx- Reduktion durch den Mager-NOx-Katalysator 21A benötigt. Die aktive Spezies wird durch partielle Oxidation von noch unverbrannten Kohlenwasserstoffen hergestellt. Je niedriger die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators ist, desto mehr wird die partielle Oxidation gefördert (siehe Kennlinie H von Fig. 17), und desto mehr der aktiven Spezies wird erzeugt und in den Zellen des Katalysators gespeichert. Wenn jedoch die Temperatur des Katalysators zu niedrig ist, verliert der Mager-NOx- Katalysator seine Aktivität (siehe Kennlinie D von Fig. 17). Als ein Ergebnis hat die Mager-NOx-Reinigungs-Raten-Kennlinie die Form eines Berges, wie durch die Kurve B in Fig. 17 dargestellt ist.
Da die Temperatur des Katalysators gesteuert wird, um die Temperatur TOPT entsprechend der Spitze des Berges zu erreichen, indem die Zirkulations-Geschwindigkeit gesteuert wird, wird die NOx-Reduktions-Rate groß gehalten. Da weiters der Mager-NOx-Katalysator 21A abwechselnd gekühlt wird und dann seine Temperatur ansteigen gelassen wird, wenn er im Kreis geführt wird, wird die NOx-Reduktions-Rate weiter verbessert.

FÜNFTE AUSFÜHRUNGSVARIANTE

Wie dies in Fig. 18 gezeigt ist, umfaßt ein Abgas- Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsvariante allgemein eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung 1B, die dazu geeignet ist, eine Verbrennung von Kraftstoff bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen durchzuführen, einen Mager-NOx-Katalysator 2B, der in einer Abgasleitung des Motors eingebaut ist, ein Motor- Betriebszustand-Erfassungs-Mittel 3B zur Erfassung eines Betriebs-Zustandes des Motors, ein Bestimmungs-Mittel 4B zur Bestimmung, ob der erfaßte Motor-Betriebs-Zustand ein Leerlauf- Zustand oder ein Verzögerungs-Zustand ist oder nicht, und Kühl- Mittel 5B zur Kühlung des Mager-NOx-Katalysators 2B, wenn durch das Bestimmungs-Mittel 4B bestimmt wird, daß der Motor- Betriebszustand in einem Leerlauf-Zustand oder einem Verzögerungs-Zustand ist.
Durch verschiedene Versuche wurde von den Erfindern herausgefunden, daß die NOx-Reduktions-Rate des Mager-NOx- Katalysators 2B in einem Übergangszustand stark unterschiedlich von der in einem Normalzustand war. Wie dies in Fig. 22 dargestellt ist, wurde herausgefunden, daß dann, wenn Sekundärluft in das Abgas an einer Stelle stromaufwärts des Mager-NOx-Katalysators eingeführt wurde, um den Katalysator zu kühlen, das NOx im Abgas während einiger Minuten nach dem Stoppen der Kühlung verringert war. Insbesonders wurde herausgefunden, daß die NOx-Reduktions-Rate für einige Minuten von der Kennlinie B zu der Kennlinie C in Fig. 24 ansteigt.
Als Grund, warum die NOx-Reduktions-Rate ansteigt, wird der folgende angenommen: Während der Kühlung sinkt die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators ab und eine partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen wird im Katalysator gefördert. Als ein Ergebnis wird eine relativ große Menge der aktiven Spezies hergestellt und in den kleinen Zellen des Katalysators gespeichert. Da die Aktivität des Mager-NOx- Katalysators klein ist (siehe Kennlinie D von Fig. 24), wenn der Katalysator gekühlt wird, kann eine Abnahme des NOx- Ausstoßes trotz der gespeicherten aktiven Spezies nicht festgestellt werden. Nachdem jedoch die Kühlung gestoppt ist, steigt die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators allmählich an. Als ein Ergebnis steigt die NOx-Reduktions-Rate von der normalen Kennlinie B zu der Übergangs-Kennlinie C von Fig. 24 augenblicklich an, bis die gespeicherte aktive Spezies verbraucht ist. Nachdem die gesamte aktive Spezies verbraucht ist, kehrt die Reinigungs-Kennlinie zu der normalen Kennlinie B zurück.
In der fünften Ausführungsvariante wird die Übergangs- Kennlinie wiederholt erzeugt und in positiver Weise benützt. Insbesonders wird dann, wenn durch das Bestimmungs-Mittel 4B bestimmt wird, daß sich der von dem Motor-Betriebszustand- Erfassungs-Mittel 3B erfaßte Motor-Betriebszustand in einem Leerlauf- oder Verzögerungs-Zustand befindet, der Mager-NOx- Katalysator 2B durch das Kühl-Mittel 5B gekühlt, beispielsweise durch Sekundärluft, die in das Abgas eingeführt wird. Der Grund, warum das Kühlen in anderen Zuständen als dem Leerlauf- oder Verzögerungszustand nicht durchgeführt wird, ist der, daß die Abgasmenge und -temperatur in einem Beschleunigungs-Zustand groß sind und daher eine wirksame Kühlung nicht erhalten werden kann.
Da ein tatsächlicher Betriebszustand des Fahrzeuges die Wiederholung von Leerlauf, Verzögerung und Beschleunigung umfaßt, wird der Zyklus von Kühlung und dann Stoppen der Kühlung wiederholt durchgeführt. Als ein Ergebnis kann eine große Verbesserung der NOx-Reinigungs-Rate erblickt werden.
Fig. 19 zeigt ein System der fünften Ausführungsvariante in größerem Detail. In einer Abgasleitung 6B des Motors 1B ist der Mager-NOx-Katalysator 2B eingebaut. In einer Einlaßleitung 7B des Motors 1B ist ein Drosselventil 8 eingebaut, und ein Drossel-Sensor 9B zur Erfassung eines Drosselklappen- Öffnungsgrades des Ventils 8 ist mit dem Drosselventil 8 gekoppelt. Da der geschlossene Zustand des Drosselventils 8 als Leerlauf- oder Verzögerungszustand betrachtet werden kann, stellt das Drosselklappen-Öffnungsgrad-Signal ein Signal zur Erfassung des Leerlauf- oder Verzögerungszustandes dar. Weiters ist ein Abgas-Temperatur-Sensor 10B in der Abgasleitung 6B eingebaut. Der Drosselklappen-Sensor 9B und der Abgas-Sensor 10B stellen das Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel 3B von Fig. 18 dar.
Eine Sekundärluft-Zufuhr-Einrichtung 11B zur Einführung von Sekundärluft in das Abgas, um den Mager-NOx-Katalysator 2B zu kühlen, ist in der Abgasleitung 6B eingebaut. Die Einrichtung 11B umfaßt eine Luftpumpe 12B. Durch Steuerung der Betriebs zeit der Luftpumpe 12B kann der Kühl-Zeitraum des Mager-NOx-Katalysators 2B gesteuert werden. Die Sekundärluft- Zufuhr-Einrichtung 11B, die die Luftpumpe 12B umfaßt, stellt einen Abschnitt des Kühl-Mittels 5B von Fig. 18 dar.
Die Zufuhr von Sekundärluft wird durch einen Motor- Steuerungs-Computer (in der Folge ECU genannt) 14B von Fig. 19 gesteuert. Die ECU 14B umfaßt einen A/D-Wandler 15b zur Umwandlung der Analog-Signale vom Drosselklappen-Sensor 9B und vom Abgas-Temperatur-Sensor 10B in Digital-Signale, eine Eingabe-Schnittstelle 16B zur Aufnahme eines Digital-Signals von einem Kurbelwinkel-Sensor 13B, eine CPU 17B zur Durchführung von Berechnungen in Übereinstimmung mit einem Flußdiagramm von Fig. 20, einen ROM 18B zur Speicherung des Programms von Fig. 20 und einer Zuordnung von Fig. 21, einen RAM 19B und eine Ausgabe-Schnittstelle 20B.
Fig. 20 stellt ein Programm zur Steuerung der Sekundärluft-Zufuhr in das Abgas dar. Fig. 21 ist eine Zuordnung, die einen Zusammenhang zwischen der Temperatur T des Abgases und einem Pumpen-Betriebszeitraum tA darstellt, die in der Berechnung von Fig. 20 verwendet wird. In Fig. 20 bezeichnet ein Bezugszeichen A einen Drosselklappen- Öffnungsgrad und die Bedingung "A = 0" entspricht einem Leerlauf oder Verzögerungszustand. Weiters bezeichnet in Fig. 20 ein Bezugszeichen t die laufende Zeit eines Timers, ein Flag FAIR stellt den Betrieb der Luftpumpe dar und ein Flag FE stellt das Ende des Betriebs einer Luftpumpe dar. Insbesonders entspricht "1" und "0" des Flags FAIR "Betrieb" bzw. "Ende des Betriebs" der Luftpumpe dar, und "1" und "0" des Flags FE entspricht "Betrieb beendet" bzw. "Betrieb" der Luftpumpe.
An jedem vorbestimmten Kurbelwinkel wird in das Programm von Fig. 20 eingestiegen. In Schritt 101B wird der Öffnungsgrad A der Drosselklappe eingelesen. Im nächsten Schritt 102B wird bestimmt, ob der Flag FAIR "1" ist oder nicht. Wenn sich der Motor-Betriebszustand in einem Leerlauf oder Verzögerungszustand ändert, schreitet, da der Flag FAIR im vorangegangenen Berechnungszyklus auf "0" gesetzt worden ist, das Programm von Schritt 102B zu einem Schritt 101'B vor. In Schritt 101'B wird die Abgastemperatur T eingelesen, und dann schreitet das Programm zu 104B vor. In Schritt 104B wird bestimmt, ob Flag A "0" ist oder nicht, das heißt, ob das Drosselventil geschlossen ist oder nicht. Dabei stellt der Schritt 104B das Bestimmungs-Mittel 4B von Fig. 18 dar. Wenn der Motor-Betriebszustand in einen Leerlauf- oder Verzögerungszustand wechselt, wird, da A in Schritt 101B auf "0" gesetzt wurde, der Bezugswert A in Schritt 104B als "0" bestimmt, und das Programm schreitet zu einem Schritt 105B vor. Da der Flag FE in dem vorangegangenen Berechnungszyklus auf "0" gesetzt wurde, wird der Flag FE in Schritt 105B als "0" bestimmt, und das Programm schreitet zu einem Schritt 106B vor. In Schritt 106B wird der Flag FAIR als "0" bestimmt, und das Programm schreitet zu einem Schritt 107B vor, in dem der Flag FAIR auf "1" gesetzt wird. Dann schreitet das Programm zu einem Schritt 108B vor, in dem die Luftpumpe 12 eingeschaltet wird und in dem der Timer ebenfalls eingeschaltet wird. Zufolge der Steuerung durch diese Schritte beginnt die Luftpumpe 12B dann, wenn der Motor in einem Leerlauf- oder Verzögerungszustand ist, zu arbeiten, um den Mager-NOx-Katalysator 2B zu kühlen, und der Timer beginnt zu zählen. Dabei stellt der Schritt 108B einen Abschnitt des Kühl-Mittels 5B von Fig. 18 dar.
Im nächsten Zyklus der Berechnung, wenn das Programm zu Schritt 102B vorschreitet, wird bestimmt, daß der Flag FAIR "1" ist, da der Flag FAIR im vorigen Berechnungszyklus auf "1" gesetzt wurde. Dann schreitet das Programm zu einem Schritt 103B vor, in dem bestimmt wird, ob die gezählte Zeit des Timers eine vorbestimmte Betriebs zeit tA der Luftpumpe erreicht hat oder nicht, die in Beziehung mit der Abgastemperatur T bestimmt wird, wie dies in Fig. 21 gezeigt ist. Wenn der Zeitraum t kleiner als der vorbestimmte Wert tA ist, schreitet das Programm zu 104B, 105B und dann zu 106B vor. In Schritt 106B wird bestimmt, daß der Flag FAIR "1" ist, da der Flag FAIR im vorigen Zyklus der Berechnung auf "1" gesetzt wurde. Daher umgeht das Programm die Schritte 107B und 108B und schreitet zum letzten Schritt vor, in dem das Programm zu einem anderen Programm zurückkehrt. Als ein Ergebnis werden die Luftpumpe 12B und der Timer auf "ON" gehalten, und die Kühlung wird fortgesetzt.
Wenn die Betriebs zeit t des Timers letztlich den vorbestimmten Wert tA erreicht, schreitet das Programm von Schritt 103B zu einem Schritt 111B vor. In Schritt 111B wird Flag FAIR auf "0" gesetzt, und dann wird in Schritt 112B Flag FE auf "1" gesetzt. Dann schreitet das Programm zu einem Schritt 113B vor, in dem eine Luftpumpe 12B ausgeschaltet wird, und der Timer wird ebenfalls ausgeschaltet, um gelöscht zu werden. Demzufolge wird der Zeitraum der Kühlung auf einen Zeitraum tA beschränkt.
Nachdem der Betrieb der Luftpumpe beendet ist, das heißt, nachdem der Flag FE in Schritt 112B im vorigen Zyklus der Berechnung auf "1" gesetzt wurde, schreitet das Programm dann, wenn der Leerlauf- oder Verzögerungszustand fortgesetzt wird, über die Schritte 102B, 103B und 104B zu Schritt 105B im laufenden Berechnungszyklus vor. Da in Schritt 105B bestimmt wird, daß der Flag FE "1" ist, schreitet das Programm zum letzten Schritt vor, in dem das Programm zu einem anderen Programm zurückkehrt. Als ein Ergebnis werden die Luftpumpe und der Timer, der in Schritt 113B im vorigen Berechnungszyklus eingestellt worden ist, auf "OFF" gehalten.
Der Motor-Betriebszustand wird sich von dem Leerlauf- oder Verzögerungszustand in einen anderen Zustand ändern, beispielsweise in einen Beschleunigungszustand. In dem Beschleunigungszustand wird in Schritt 101B A eingelesen. Wenn das Programm zu Schritt 102B vorschreitet, wird bestimmt, daß der Flag FAIR "0" ist, da FAIR im vorigen Zyklus der Berechnung auf "0" gesetzt wurde, und das Programm schreitet über einen Schritt 101'B zu Schritt 104B vor. Da in Schritt 104B bestimmt wird, daß der Drosselklappen-Öffnungswinkel-Flag A nicht "0" ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 109B vor. Da der Flag FAIR im vorigen Zyklus auf "0" gesetzt wurde, schreitet das Programm zu Schritt 110B vor, in dem der Flag FE auf "0" gesetzt wird, und dann kehrt das Programm zurück. Da dieser Weg den Schritt 108B umgeht, wird die Luftpumpe 12B nicht eingeschaltet.
Wenn ein Beschleunigungs-Zustand beginnt, bevor ein Zeitraum tA nach dem Start des Betriebs der Luftpumpe verstrichen ist, wird in Schritt 109B bestimmt, daß der Flag FAIR "1" ist. Zu diesem Zeitpunkt schreitet das Programm von Schritt 109B zu Schritt 111B, und dann über Schritt 112B zu Schritt 113B, in dem die Luftpumpe 12B und der Timer ausgeschaltet werden und in dem die Kühlung des Mager-NOx- Katalysators 2B augenblicklich gestoppt wird.
Die Wirkungsweise der fünften Ausführungsvariante wird nun erklärt werden. Wenn der Motor-Betriebszustand in einen Leerlauf- oder Verzögerungszustand wechselt, wird die Luftpumpe 12B in Betrieb gesetzt, um die Kühlung des Mager-NOx- Katalysators 2B zu beginnen. Die Kühlung wird fortgesetzt, bis sich der Motor-Betriebszustand in einen anderen Zustand ändert oder bis der vorbestimmte Zeitraum tA von Fig. 21 verstrichen ist. Der Zeitraum tA ist so bestimmt, daß der Mager-NOx- Katalysator auf eine Temperatur gekühlt wird, bei der die größte NOx-Reinigungs-Rate erzielt wird. Insbesonders ist es vorteilhaft, den Mager-NOx-Katalysator auf etwa 300ºC zu kühlen. Falls der Katalysator auf 200ºC oder 400ºC gekühlt würde, würde die größte Reinigungswirkung nicht erzielt werden.
Wenn der Mager-NOx-Katalysator 2B gekühlt wird, wird die direkte Oxidation von Fig. 16 unterdrückt und die partielle Oxidation wird gefördert. Als ein Ergebnis steigt die Menge der aktiven Spezies, die in dem Mager-NOx-Katalysator 2B erzeugt wird, an, und die erzeugte aktive Spezies wird in den Zellen des Mager-NOx-Katalysators 2B gespeichert. Während der Kühlung wird die Reaktion zwischen der aktiven Spezies und NOx durch die Kennlinie D von Fig. 24 reguliert, und daher kann eine Verbesserung der NOx-Reduktion nicht festgestellt werden. Nachdem jedoch die Kühlung gestoppt wird, steigt die Temperatur des Katalysators allmählich an, wenn er dem Abgas von hohen Temperaturen ausgesetzt ist, und die NOx-Reinigungs-Rate wird bei relativ hohen Temperaturen stark verbessert, wie dies durch die Kennlinie C von Fig. 24 gezeigt ist. Dieser Anstieg der NOx-Reinigungs-Rate setzt sich für einige Minuten fort, und dann kehrt die Kennlinie zur Kennlinie B von Fig. 24 zurück.
In Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsvariante wird, da der Zyklus der Kühlung und des Anstiegs der Temperatur des Katalysators wiederholt wird, die NOx-Reinigungs-Rate insgesamt stark verbessert. Da weiters der Mager-NOx- Katalysator 2B wiederholt gekühlt wird, wird das Festsetzen von Ruß am Mager-NOx-Katalysator 2B unterdrückt, und die Lebensdauer des Mager-NOx-Katalysators 2B wird verbessert.

SECHSTE UND SIEBENTE AUSFÜHRUNGSVARIANTE

Ein Abgas-Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit der sechsten oder siebenten Ausführungsvariante umfaßt allgemein eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, die dazu geeignet ist, die Verbrennung von Kraftstoff bei mageren Kraftstoff- Luft-Verhältnissen durchzuführen, einen Mager-NOx-Katalysator, der in eine Mehrzahl von Abschnitten unterteilt oder abgeteilt ist, die parallel zueinander angeordnet sind, und ein Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur- Anstiegs-Zustandes durch abwechselnde Kühlung der Abschnitte des Katalysators, wenn die Temperatur des Mager-NOx- Katalysators relativ groß ist.
Insbesonders stellen die Fig. 25 und 26 die sechste Ausführungsvariante dar. Wie dies in Fig. 25 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Katalysator-Konverter-Gehäusen parallel zueinander angeordnet. Ein Katalysator-Abschnitt 2C ist in jedem Katalysator-Konverter-Gehäuse aufgenommen. Eine Mehrzahl von Zweigleitungen, die jeweils mit jedem Katalysator- Konverter-Gehäuse verbunden sind, verzweigen sich an einem Verbindungsabschnitt, in dem ein Schaltventil 4C eingebaut ist, um so den Strom des Abgases wahlweise in irgend eine der Zweigleitungen zu leiten. Eine Mehrzahl von Sekundärluft- Einlässen 6C ist vorgesehen, und jeder Sekundärluft-Einlaß ist in einem Abschnitt jeder Zweigleitung stromaufwärts des Katalysator-Abschnittes 2C vorgesehen. Ein Sekundärluft-Einlaß 6C führt Sekundärluft in eine Zweigleitung ein, wenn die Zweigleitung durch das Schalt-Ventil 4C verschlossen wird. In dem Abschnitt der Abgasleitung stromaufwärts des Schaltventils 4C ist ein Abgas-Temperatur-Sensor 12C vorgesehen. An einer stromabwärtigen Seite jedes Mager-NOx-Katalysators 2C kann ein Dreiweg-Katalysator 8C vorgesehen sein.
Fig. 26 stellt die Steuerung der Zufuhr von Sekundärluft dar. Sekundärluft Nr. 1 in Fig. 26 entspricht der Sekundärluft, die in eine erste Zweigleitung von Fig. 25 eingeführt wird, und Sekundärluft Nr. 2 in Fig. 26 entspricht der Sekundärluft, die in die zweite Zweigleitung von Fig. 25 eingeführt wird. Weiters entspricht das Schaltventil 4C auf "ON" einer ersten Stellung des Ventils 4C, die in Fig. 25 mit einer ausgezogenen Linie dargestellt ist, und das Schaltventil 4C auf "OFF" entspricht einer zweiten Stellung des Ventils 4C, die in Fig. 25 durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist.
In Fig. 26 wird in Schritt 101C die Abgastemperatur THE eingelesen. Dann wird im nächsten Schritt 102C bestimmt, ob die Abgastemperatur niedrig ist oder nicht. Wenn THE kleiner als eine vorbestimmte Temperatur THE0 ist (beispielsweise 300ºC), wird Sekundärluft nicht benötigt. Daher schreitet das Programm über Schritt 108C zu Schritt 103C vor. Im Schritt 103C ist das Schaltventil 4C ausgeschaltet, so daß das Abgas durch den Katalysator Nr. 1 strömt. Dann wird in Schritt 104 die Zufuhr von Sekundärluft Nr. 1 gestoppt und in Schritt 105C wird ein Flag FE1, der die Zufuhr oder Nicht-Zufuhr von Sekundärluft Nr. 1 bestimmt, auf "0" gesetzt. In gleicher Weise wird in Schritt 106C die Zuluft von Sekundärluft Nr. 2 gestoppt, und in Schritt 107C wird ein Flag FE2, der die Zufuhr oder Nicht-Zufuhr von Sekundärluft Nr. 2 bestimmt, auf "0" gesetzt. Dann wird in Schritt 108C der Flag Fair, der die Zufuhr oder Nicht-Zufuhr von Sekundärluft im nächsten Zyklus bestimmt, auf "1" gesetzt, was anzeigt, daß die Sekundärluft, die im nächsten Schritt einzudüsen ist, die Sekundärluft Nr. 1 ist.
Wenn THE in Schritt 102C THE0 zum ersten Mal übersteigt, schreitet das Programm von Schritt 102X zu einem Schritt 109C vor. Dann schreitet das Programm weiter über die Schritte 100C und 111C zu einem Schritt 112C vor, da der Flag FE1 in Schritt 105C auf "0" gesetzt wurde, der Flag FE2 in Schritt 107C auf "0" gesetzt wurde und der Flag Fair in Schritt 108C im vorigen Zyklus der Berechnung auf "1" gesetzt wurde. In Schritt 112C wird der Katalysator Nr. 1 gekühlt und das Schaltventil 4C geschaltet, um zu bewirken, daß das Abgas durch den Katalysator Nr. 2 strömt. Dann wird in Schritt 113C die Sekundärluft Nr. 1 eingeführt, und in den Schritten 114C und 115C wird der Flag FE1 auf "1" gesetzt und der Flag Fair wird auf "0" gesetzt. Dann schreitet das Programm zu einem Schritt 116C vor, in dem ein Pumpenausstoß in Übereinstimmung mit der Abgastemperatur THE bestimmt wird, und in Schritt 117C wird der Timer gelöscht.
Im nächsten Berechnungszyklus schreitet das Programm von Schritt 109C zu einem Schritt 118C vor, da der Flag FE1 in Schritt 114C des vorigen Zyklus der Berechnung auf "1" gesetzt wurde. In Schritt 118C wird bestimmt, ob die vom Timer gezählte Zeit t einen vorbestimmten Wert tA erreicht oder übersteigt oder nicht. Wenn t in Schritt 118C kleiner als tA ist, wird der laufende Zustand aufrechterhalten und das Programm schreitet zu dem letzten Schritt, der Rückkehr, vor. Wenn t in Schritt 118 tA erreicht oder übersteigt, schreitet das Programm zu einem Schritt 119C vor, in dem die Einführung von Sekundärluft Nr. 1 gestoppt wird. Dann wird im nächsten Schritt 120C der Flag FE1 auf "0" gesetzt.
Im nächsten Berechnungszyklus schreitet das Programm von Schritt 111C zu einem Schritt 121C vor, da der Flag Fair in Schritt 115C im vorigen Zyklus der Berechnung auf "0" gesetzt wurde. In Schritt 121C wird das Schaltventil 4C ausgeschaltet, um zu bewirken, daß das Abgas durch den Katalysator Nr. 1 strömt, und dann wird in Schritt 122C die Zufuhr von Sekundärluft Nr. 2 auf "ON" geschaltet. Dann wird in Schritt 123C der Flag FE2 auf "1" gesetzt, und in Schritt 124C wird der Flag Fair auf "1" gesetzt.
Im nächsten Zyklus der Berechnung schreitet das Programm von Schritt 110C zu einem Schritt 125C vor, da der Flag FE2 in Schritt 123C des vorigen Zyklus der Berechnung auf "1" gesetzt wurde. In Schritt 125C schreitet das Programm zum letzten Schritt, der Rückkehr, vor, bis die vom Timer gezählte Zeit t tA erreicht, und wenn t tA erreicht oder übersteigt, wird die Zufuhr von Sekundärluft Nr. 2 auf "OFF" geschaltet, und im nächsten Schritt 127C wird der Flag FE2 auf "0" gesetzt.
Auf diese Weise werden der Katalysator Nr. 1 und der Katalysator Nr. 2 abwechselnd in Zeitabständen tA durch Sekundärluft gekühlt. Die Sekundärluft-Einlässe 6C, die Sekundärluft, die durch diese Einlässe eingedüst wird, und die Programmschritte zum abwechselnden Eindüsen der Sekundärluft stellen das Mittel dar, das das Schaltventil 4C zwischen der Mehrzahl von Zweigleitungen abwechselnd schaltet, wenn die Abgastemperatur groß ist.
Fig. 27 bis 32 stellen die siebente Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung dar. In der siebenten Ausführungsvariante haben einige Bauelemente den gleichen Aufbau wie die der sechsten Ausführungsvariante, und eine Erklärung der Bauelemente mit demselben Aufbau wird weggelassen, indem die Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
Die Abschnitte, in denen sich die siebente Ausführungsvariante von der sechsten Ausführungsvariante unterscheidet, sind folgende: Das System entsprechend der siebenten Ausführungsvariante umfaßt ein einzelnes Katalysator- Konverter-Gehäuse. Der Mager-NOx-Katalysator 2C ist in einem mittleren Abschnitt des Katalysator-Konverter-Gehäuses eingebaut. Eine Trennwand 10C ist so vorgesehen, daß sie einen stromaufwärtigen Abschnitt des Inneren des Katalysator- Konverter-Gehäuses in eine Mehrzahl von Abschnitte unterteilt, so daß die Abschnitte parallel zueinander sind. Die Trennwand 10C wird den Katalysator unterteilen, da der Katalysator aus einem monolithischen Katalysator aufgebaut ist, der unabhängige Zellen aufweist, die sich axial parallel zueinander erstrecken. Ein Sekundärluft-Einlaß 6C ist für jeden Abschnitt vorgesehen, aber ein Schaltventil, das dem Ventil 4C der sechsten Ausführungsvariante entspricht, ist nicht vorgesehen. Wenn Sekundärluft in irgend einen Abschnitt eingeführt wird, wird der Abschnitt des Katalysators, der stromabwärts dieses einen Abschnittes angeordnet ist, gekühlt. Die Anzahl der Abschnitte ist gleich oder größer als zwei. Fig. 28 bis 31 zeigen die Gehäuse, in denen die Anzahl der Abschnitte zwei, drei, vier bzw. fünf ist. Das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes umfaßt ein Mittel, das abwechselnd Sekundärluft durch den Sekundärluft-Einlaß 6C einführt, wenn die Temperatur des Abgases groß ist.
Fig. 32 stellt ein Steuer-Flußdiagramm für die siebente Ausführungsvariante dar, das gleich dem der sechsten Ausführungsvariante ist, mit der Ausnahme, daß die Schritte 103C, 112C und 121C, die das Schaltventil der sechsten Ausführungsvariante betreffen, aus dem Flußdiagramm der siebenten Ausführungsvariante gelöscht sind. Daher wird eine Erklärung der Schritte der siebenten Ausführungsvariante weggelassen, indem die gleichen Schritte mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
Die Betriebsweise der sechsten und der siebenten Ausführungsvariante wird nun erklärt werden.
Wenn die Abgastemperatur niedrig ist, wird eine direkte Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid und Wasser nicht gefördert. Daher rnuß der Mager-NOx-Katalysator 2C nicht gekühlt werden, und die Sekundärluft zur Kühlung des Katalysators wird nicht zugeführt.
Wenn die Abgastemperatur groß ist, wird die Sekundärluft abwechselnd zugeführt, und die Abschnitte des Mager-NOx- Katalysators werden abwechselnd gekühlt. Zufolge dieser abwechselnden Kühlung wird die direkte Oxidation von Kohlenwasserstoffen in dem Abschnitt des Katalysators, der gekühlt wird, unterdrückt, und eine teilweise Oxidation der Kohlenwasserstoffe wird gefördert, um ein großes Ausmaß der aktiven Spezies in dem Katalysator während der Kühlung zu erzeugen. Wenn die Kühlung zu einem anderen Abschnitt des Katalysators umgeschaltet wird, wird der Abschnitt des Katalysators, der gekühlt worden ist, dem Abgas mit hohen Temperaturen ausgesetzt und zeigt eine große NOx-Reinigungs- Rate zumindest für einige Minuten. Da ein Zyklus der Kühlung und des Ermöglichens eines Temperaturanstiegs wiederholt wird, wie dies in Fig. 33 gezeigt ist, wird die Gesamt-NOx- Reinigungs-Rate des Mager-NOx-Katalysators 2C stark verbessert, wie dies in Fig. 34 gezeigt ist.
In Übereinstimmung mit der sechsten oder mit der siebenten Ausführungsvariante werden die folgenden Wirkungen erhalten.
Erstens ist die NOx-Reinigungs-Rate stark vergrößert, da die Abschnitte des Mager-NOx-Katalysators abwechselnd gekühlt werden, wenn die Abgastemperatur groß ist.
Zweitens wird die Lebensdauer des Katalysators vergrößert sein, da der Mager-NOx-Katalysator wiederholt gekühlt wird.
Drittens wird verhindert werden, daß die NOx-Reduktions- Fähigkeit des Katalysators zufolge von kohlenstoffhaltigen Ablagerungen abnimmt, da Kohlenstoff, der auf dem Mager-NOx- Katalysator abgelagert ist, verbrannt wird, wenn Sekundärluft zugeführt wird.

ACHTE AUSFÜHRUNGSVARIANTE

Wie dies in Fig. 35 dargestellt ist, umfaßt ein Abgas- Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit der achten Ausführungsvariante eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung 1D, die dazu geeignet ist, die Verbrennung von Kraftstoff bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen durchzuführen, einen Mager-NOx-Katalysator 3D, der in einer Abgasleitung 2D des Motors angeordnet ist, die in einen ersten Abschnitt 3D (einen ersten Mager-NOx-Katalysator) und in einen zweiten Abschnitt 6D (einen zweiten Mager-NOx-Katalysator) unterteilt ist, die in Serie angeordnet sind, eine Umgehungsleitung 5D, die den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D umgeht, ein Bypass-Ventil 8D, das dazu ausgebildet ist, den Strom des Abgases zwischen dem ersten Mager-NOx-Katalysator 3D und der Bypass-Leitung 5D umzuschalten und ein Mittel in der Form eines Bypass-Ventil-Steuer-Mittels 90 zur wiederholten Erzeugung einer Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Bedingung durch wiederholte Durchführung eines Zyklus der Kühlung des ersten Mager-NOx-Katalysators 3D und dann des Stoppens der Kühlung, um zu ermöglichen, daß die Temperatur des ersten Mager-NOx- Katalysators 3D ansteigt. Insbesonders umfaßt das Mittel zur wiederholten Erzeugung der Katalysator-Temperatur-Anstiegs- Bedingung ein Mittel, das das Bypass-Ventil 8D abwechselnd umschaltet, wenn die Temperatur des Abgases groß ist.
Wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist, wird bewirkt, daß das Abgas durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D strömt, und NOx wird durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D reduziert. Bevor das Abgas, das durch den ersten Mager-NOx- Katalysator 3D geströmt ist, den zweiten Mager-NOx-Katalysator 6D erreicht, sinkt die Temperatur des Abgases auf eine Temperatur ab, bei der zweite Mager-NOx-Katalysator 6D eine ausreichende Aktivität zur NOx-Reduktion nicht zeigen kann.
Wenn andererseits die Temperatur des Abgases groß ist, wird das Bypass-Ventil 8D abwechselnd in Zeitabständen umgeschaltet und daher strömt das Abgas abwechselnd durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D und durch die Umgehungsleitung 5D. Wenn das Abgas durch die Umgehungsleitung 5D strömt, kühlt sich die Temperatur des Abgases zufolge der natürlichen Wärmeabstrahlung auf eine passende Temperatur ab, bevor das Gas den zweiten Mager-NOx-Katalysator 6D erreicht. Als ein Ergebnis wird eine partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen im zweiten Mager-NOx-Katalysator 6D gefördert, und NOx wird im zweiten Mager-NOx-Katalysator 6D gereinigt. Wenn das Abgas durch die Umgehungsleitung 5D strömt, sinkt die Temperatur des ersten Mager-NOx-Katalysators 3D zufolge der natürlichen Wärmeabstrahlung allmählich ab. Dann wird das Bypass-Ventil 8D umgeschaltet, um zu bewirken, daß das Abgas durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D strömt. Da der erste Mager-NOx- Katalysator 3D auf eine geeignete Temperatur abgekühlt worden ist, kann der erste Mager-NOx-Katalysator 3D eine große NOx- Reduktions-Fähigkeit zeigen, bevor er auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird. Wenn der erste Mager-NOx-Katalysator 3D auf eine hohe Temperatur ansteigt, schaltet das Bypass-Ventil 8D um, so daß das Abgas durch die Umgehungsleitung 5D strömt. Das oben beschriebene Umschalten wird wiederholt, um eine große NOx-Reduktions-Rate über einen weiten Bereich der Temperatur des Abgases zu erhalten.
Das Bypass-Ventil-Steuer-Mittel 9D umfaßt eine CPU ein ROM, ein RAM und Eingabe/Ausgabe-Schnittstellen. Ein Motorlast- Sensor-Signal Q/N und ein Motor-Drehzahl-Sensor-Signal NE werden dem Computer zugeführt und in dem RAM gespeichert. Der ROM speichert das Bypass-Ventil-Umschalt-Steuer-Programm und ein Unterprogramm und eine Zuordnung für das Programm, wie dies in den Fig. 36, 37 und 38 gezeigt ist. Die CPU ruft diese Programme vom ROM auf und führt die Berechnung durch.
In Fig. 36 werden in Schritt 101D die Eingaben der Motorlast Q/N und der Motordrehzahl NE eingelesen. Dann werden in Schritt 102D eine Abgastemperatur (oder eine Mager-NOx- Katalysator-Temperatur) TEX und ein WOT (weit offene Drosselklappe) - Flag FW aus den Eingaben Q/N und NE und der Verwendung der Zuordnung von Fig. 38 berechnet. In diesem Zusammenhang kann die Abgastemperatur unter Verwendung eines Temperatur-Sensors direkt gemessen werden. Weiters bedeutet "1" des FW-Flags, daß der Motor-Betriebszustand in einem Bereich A von Fig. 38 liegt, und daher, daß der laufende Zustand in einem Bereich fetter Kraftstoff-Luft-Verhältnisse liegt, und "0" des FW-Flags bedeutet, daß der Motor-Betriebszustand in einem Bereich B oder C von Fig. 38 liegt, und daher daß der laufende Zustand in einem Bereich magerer Kraftstoff-Luft-Verhältnisse ist. Weiters entspricht der Bereich B einem Bereich hoher Temperatur, und der Bereich C entspricht einem Bereich niedriger Temperatur.
Dann schreitet das Programm zu einem Schritt 103D vor, in dem bestimmt wird, ob der WOT-Flag FW "1" ist oder nicht, daß heißt es wird bestimmt, ob der laufende Motor-Betriebszustand in einem Vollast-Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Bereich ist oder nicht. Wenn in Schritt 103D FW "1" ist, ist das Kraftstoff- Luft-Verhältnis fett und daher kann eine NOx-Reduktion durch den Mager-NOx-Katalysator nicht erwartet werden, und zwar auch dann nicht, wenn das Abgas durch den Katalysator strömt. Um daher eine Zersetzung des Mager-NOx-Katalysators zufolge hoher Temperaturen zu verhindern, schreitet das Programm zu einem Schritt 107D vor, in dem das Bypass-Ventil 8D umgeschaltet wird, um zu bewirken, daß das Abgas durch die Umgehungsleitung 5D strömt, und weiters wird ein Bypass-Flag FB zurückgesetzt, und die Zählzeit t des Timers wird auf 0 gesetzt. In diesem Zustand strömt das Abgas durch die Umgehungsleitung 5D zu dem zweiten Mager-NOx-Katalysator 6D. Das Abgas wird durch den zweiten Mager-NOx-Katalysator 6D gereinigt, und dann durch den Dreiweg-Katalysators 7D, der stromabwärts des zweiten Mager- NOx-Katalysators 6D vorgesehen ist.
Wenn FW in Schritt 103D als "0" bestimmt wird, ist der Motor-Betriebszustand in einem Bereich magerer Kraftstoff-Luft- Verhältnisse, das Programm schreitet zu einem Schritt 104D vor, in dem bestimmt wird, ob die Abgas-Temperatur TEX größer als eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise 700ºC, ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, daß TEX kleiner oder gleich 700ºC ist, wird angenommen, daß die Temperatur des Mager-NOx- Katalysators bei Temperaturen ist, bei denen eine große Menge der aktiven Spezies erzeugt werden kann, und das Programm schreitet zu einem Schritt 106D vor. In Schritt 106D wird das Bypass-Ventil 8D geschaltet, um zu bewirken, daß das Abgas durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D strömt, und weiters wird der Bypass-Flag FB gesetzt, und der Zähler wird zurückgesetzt. In diesem Zustand strömt das Abgas durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D, wo eine große Menge der aktiven Spezies erzeugt wird.
Wenn die Temperatur des Abgases TEX in Schritt 104D größer als 700ºC ist, dann schreitet das Programm zu einem Schritt 105D vor, um eine thermische Zersetzung des Katalysators zu verhindern, da der erste Mager-NOx-Katalysator 3D NOx oberhalb von 700ºC nicht reduzieren kann. In Schritt 105D wird das Bypass-Ventil 8D abwechselnd geschaltet.
Fig. 37 zeigt ein Unterprogramm zum abwechselnden Schalten des Bypass-Ventils 8D. In Schritt 201D wird bestimmt, ob der Bypass-Flag FB "1" ist oder nicht. In diesem Zusammenhang bedeutet "1" des Flags FB, daß das Abgas durch die Bypass- Leitung 5D strömt, und "0" des Flags FB bedeutet, daß das Abgas durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D strömt.
Wenn im Schritt 201D bestimmt wird, daß der Bypass-Flag FB "1" ist, dann schreitet das Programm zu einem Schritt 202D vor, in dem bestimmt wird, ob die Zählzeit t des Timers einen vorbestimmten Wert tA übersteigt oder nicht. Wenn in Schritt 202D bestimmt wird, daß t tA übersteigt, dann schreitet das Programm zu einem Schritt 203D vor, in dem das Bypass-Ventil 8D geschaltet wird, um zu bewirken, daß das Abgas durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D strömt. Dann wird in Schritt 204D der Flag FW auf "0" gesetzt, und in Schritt 205D wird die Zählung des Timers gelöscht.
Wenn in Schritt 201D bestimmt wird, daß der Flag FB "0" ist, dann schreitet das Programm zu einem Schritt 206D vor, in dem bestimmt wird, ob die Zählzeit t des Timers den vorbestimmten Wert tA übersteigt, oder nicht. Wenn in Schritt 206D bestimmt wird, daß t tA übersteigt, dann schreitet das Programm zu einem Schritt 207D vor, in dem das Bypass-Ventil 8D geschaltet wird, um zu bewirken, daß das Abgas durch die Umgehungsleitung 5D strömt. Dann wird in Schritt 208D der Bypass-Flag auf "1" gesetzt, und in Schritt 209D wird der Timer gelöscht. Auf diese Weise wird das Bypass-Ventil 8D abwechselnd geschaltet.
Die Betriebsweise der achten Ausführungsvariante wird nun erklärt werden. Wenn die Abgastemperatur niedrig ist, wird das Bypass-Ventil 8D auf die Seite des ersten Mager-NOx- Katalysators geschaltet. In diesem Zustand ist die Temperatur des ersten Mager-NOx-Katalysators 3D eine Temperatur zwischen 300ºC und 500ºC, und der erste Mager-NOx-Katalysator 3D kann eine große NOx-Reduktions-Rate zeigen, so daß der Großteil des NOx durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D gereinigt wird.
Der Zustand der hohen Abgastemperatur wird in einen ersten Fall von Vollast-Kraftstoff-Luft-Verhältnissen und in einen zweiten Fall von Teillast-Kraftstoff-Luft-Verhältnissen unterteilt.
Wenn die Temperatur des Abgases hoch ist, und das Kraftstoff-Luft-Verhältnis nicht bei Vollast-Kraftstoff-Luft- Verhältnissen ist, wird das Bypass-Ventil 8D in Übereinstimmung mit dem Unterprogramm von Fig. 37 abwechselnd geschaltet. Wenn das Abgas durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3D strömt, steigt die Temperatur des ersten Mager-NOx-Katalysators an, und wenn das Abgas durch die Umgehungsleitung 5D strömt, sinkt die Temperatur des ersten Mager-NOx-Katalysators 3D zufolge der natürlichen Wärmeabstrahlung. Die NOx-Reduktionsrate des Mager- NOx-Katalysators bei dem ansteigenden Temperaturverlauf ist größer als bei dem abfallenden Temperaturverlauf, wie dies in Bezug auf die Fig. 10 erklärt ist. Da das Bypass-Ventil 8D abwechselnd geschaltet wird, werden die ansteigenden Temperaturverläufe im ersten Mager-NOx-Katalysator 3D sicher und wiederholt erzeugt, um die NOx-Reduktions-Rate des Katalysators stark zu verbessern.
Wenn die Temperatur des Abgases hoch ist und das Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei Vollast-Kraftstoff-Luft- Verhältnissen ist, besitzt der erste Mager-NOx-Katalysator 3D keine Fähigkeit zur NOx-Reduktion mehr, da der Mager-NOx- Katalysator eine NOx-Reduktions-Eigenschaft nur bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen zeigen kann. In diesem Zustand wird das Bypass-Ventil 8D geschaltet, um zu bewirken, daß das Abgas durch die Umgehungsleitung 5D zum zweiten Mager-NOx- Katalysator 6D und zum Dreiweg-Katalysator 7D strömt. Bevor das Abgas den zweiten Mager-NOx-Katalysator 6D erreicht, fällt die Abgas-Temperatur auf eine geeignete Temperatur. Daher wird das Abgas durch den zweiten Mager-NOx-Katalysator 6D in wirksamer Weise gereinigt.
In Übereinstimmung mit der achten Ausführungsvariante ist die NOx-Reinigungs-Rate verbessert, da die ansteigenden Temperaturverläufe des ersten Mager-NOx-Katalysators 3D sicher erzeugt werden.

NEUNTE AUSFÜHRUNGSVARIANTE

Wie dies in Fig. 40 gezeigt ist, umfaßt ein Abgas- Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit der neunten Ausführungsvariante der Erfindung eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung 1E, die dazu geeignet ist, die Verbrennung von Kraftstoff bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen durchzuführen, einen Mager-NOx-Katalysator 2E, der an einer Stelle einer Abgas-Leitung des Motors angeordnet ist, an der die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators 2E über den Temperaturbereich (T&sub1; - T&sub2; von Fig. 39) ansteigt, was den Katalysator dazu befähigt eine große NOx-Reduktions-Rate in einen normalen Motor-Betriebszustand zu zeigen, ein Kühlmittel zur Kühlung des Mager-NOx-Katalysators (beispielsweise Sekundärluft-Einlaß-Mittel 3E), ein Katalysator-Temperatur- Erfassungs-Mittel 4E zur Erfassung der Temperatur des Mager- NOx-Katalysators 2E und Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes. Insbesonders umfaßt das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator- Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Mittel 6E, das die Kühlung des Katalysators 2E beginnt, in dem es das Kühlmittel 3E betätigt, wenn die Temperatur des Katalysators T&sub2; ansteigt, und das die Kühlung stoppt, wenn die Temperatur des Katalysators unter die Temperatur T&sub1; absinkt.
Das Mittel 6E ist als Motor-Steuerungs-Computer aufgebaut, der ein Programm von Fig. 41 speichert, und eine CPU des Computers führt Berechnungen in Übereinstimmung mit dem Programm durch.
In Fig. 41 wird in Schritt 101E die Temperatur TEX des Katalysators eingelesen. Als nächster Schritt 102E wird bestimmt, ob TEX gleich oder größer als T&sub2; ist. Wenn TEX gleich oder größer als T&sub2; ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 105E vor, in dem Sekundärluft durch den Sekundärluft-Einlaß 3E zugeführt wird. Dann, im Schritt 106E wird ein Sekundärluft- Zufuhr-Flag F auf "1" gesetzt. Wenn TEX in Schritt 102E kleiner als T&sub2; ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 103E vor, in dem bestimmt wird, ob der Flag F "0" ist oder nicht, das heißt es wird bestimmt, ob die Temperatur in einem steigenden Verlauf oder in einem fallenden Verlauf ist. Wenn F "1" ist, wird bestimmt, daß die Temperatur in einem fallenden Verlauf ist, da TEX zuvor T&sub2; überstiegen hat, und der Flag F in Schritt 106E auf "1" gesetzt wurde. Das Kühlen wird fortgesetzt, bis TEX T&sub1; erreicht. Wenn TEX unter T&sub1; fällt, schreitet das Programm zu einem Schritt 107E vor, in dem die Zufuhr der Sekundärluft gestoppt wird, und im Schritt 108E wird der Flag F auf "0" gesetzt. Wenn bestimmt wird, daß der Flag F "0" ist, ist die Temperatur in einem ansteigenden Verlauf vom Start des Motors, das Stoppen der Zufuhr von Sekundärluft wird fortgesetzt, um zu bewirken, daß die Temperatur des Katalysators schnell ansteigt.
In Übereinstimmung mit der neunten Ausführungsvariante wird die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators auf einen Temperaturbereich zwischen T&sub1; und T&sub2; geregelt, und der Mager- NOx-Katalysator wird wiederholt einem Zyklus der Kühlung und des Temperaturanstieges ausgesetzt. Als ein Ergebnis wird die NOx-Reinigungsrate des Mager-NOx-Katalysators stark verbessert.

ZEHNTE AUSFÜHRUNGSVARIANTE

Wie dies in Fig. 42 gezeigt ist, umfaßt ein Abgas- Reinigungs-System für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung in Übereinstimmung mit der zehnten Ausführungsvariante der Erfindung eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung 1F, die dazu geeignet ist, die Verbrennung von Kraftstoff bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen durchzuführen, einen Mager-NOx-Katalysator 2F, der an einer Stelle einer Abgas-Leitung des Motors angeordnet ist, an der die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators 2F auf die Temperatur (T&sub0; von Fig. 39) ansteigt, die den Katalysator dazu befähigt, eine größte NOx-Reduktions-Rate in einem normalen Betriebszustand des Motors zu zeigen, ein Kühlmittel zur Kühlung des Katalysators (beispielsweise ein Sekundärluft- Einlaß-Mittel 3F), ein Katalysator-Temperatur-Erfassungs-Mittel 4F zur Erfassung der Temperatur des Katalysators 2F und ein Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur- Anstiegs-Zustandes. Insbesonders umfaßt das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs- Zustandes ein Mittel 6F, das den Katalysator 2F kühlt, indem es das Kühlmittel 3F betätigt, wenn die Temperatur des Katalysators über T&sub2; ansteigt, und das die Kühlung stoppt, wenn die Temperatur des Katalysators unter T&sub3; fällt (T&sub1; ist kleiner als T&sub3; und T&sub3; ist gleich oder kleiner als T&sub0;). Das Kühlmittel kann eine Umgehungsleitung 8F, die den Mager-NOx-Katalysator 2F umgeht, und ein Bypass-Ventil 7F umfassen. Wenn das Abgas durch die Umgehungsleitung 8F strömt, sinkt die Temperatur des Katalysators.
Das Mittel 6F ist als Motor-Steuerungs-Cumputer aufgebaut, der ein Programm von Fig. 43 speichert, und eine CPU des Computers führt die Berechnungen in Übereinstimmung mit dem Programm durch.
In Fig. 43 wird in Schritt 101F die Temperatur TEX des Katalysators eingelesen. Als nächster Schritt 102F wird bestimmt, ob TEX gleich oder größer als T&sub2; ist. Wenn TEX gleich oder größer als T&sub2; ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 105F vor, in dem Sekundärluft durch den Sekundärluft-Einlaß 3F zugeführt wird. Dann, im Schritt 106F wird ein Sekundärluft- Zufuhr-Flag F auf "1" gesetzt. Wenn TEX in Schritt 102F kleiner als T&sub2; ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 103F vor, in dem bestimmt wird, ob der Flag F "0" ist oder nicht, das heißt es wird bestimmt, ob die Temperatur in einem steigenden Verlauf oder in einem fallenden Verlauf ist. Wenn F "1" ist, wird bestimmt, daß die Temperatur in einem fallenden Verlauf ist, da TEX zuvor T&sub2; überstiegen hat, und der Flag F in Schritt 106F auf "1" gesetzt wurde. Das Programm schreitet zu einem Schritt 104F vor und die Kühlung wird fortgesetzt bis TEX T&sub3; erreicht. Wenn TEX unter T&sub3; sinkt, schreitet das Programm zu einem Schritt 107F vor, in dem die Zufuhr von Sekundärluft gestoppt wird, und in Schritt 108F wird der Flag F auf "0" gesetzt. Wenn in Schritt 103F bestimmt wird, daß der Flag F "0" ist, ist der Katalysator in einem ansteigenden Temperaturverlauf von Start des Motors und das Stoppen der Zufuhr von Sekundärluft wird fortgesetzt, um zu bewirken, daß die Temperatur des Katalysators schnell ansteigt.
In Übereinstimmung mit der zehnten Ausführungsvariante wird die Temperatur des Mager-NOx-Katalysators auf T&sub0; geregelt, und ein Zyklus der Kühlung und Erwärmung des Katalysators wird dem Mager-NOx-Katalysator wiederholt erteilt. Als ein Ergebnis wird die NOx-Reinigungs-Rate des Mager-NOx-Katalysators stark verbessert.
Ein Abgas-Reinigungs-System für eine Brennkraft-Maschine mit innerer Verbrennung umfaßt einen Katalysator (4, 21A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F), der in einer Abgasleitung eines Motors (2, 1A, 1B, 1D, 1E, 1F) eingebaut ist und der aus Zeolith aufgebaut ist, der mindestens eine Art von Metall trägt, die aus den Übergangsmetallen und den Edelmetallen ausgewählt ist, um Stickoxide zu reduzieren, die in dem Abgas des Motors enthalten sind, und zwar unter oxydierenden Gas-Bedingungen und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen. Das System umfaßt weiters Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Zyklus der Kühlung des Katalysators (4, 21A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F) und dann des Stoppens der Kühlung, um zu ermöglichen, daß die Temperatur des Katalysators ansteigt, so daß die ansteigenden Temperaturverläufe des Katalysators sicher und wiederholt erzeugt werden. Da der Katalysator eine größere Fähigkeit der Reduktion von Stickoxiden im ansteigenden Temperaturverlauf zeigen kann als im abfallenden Temperaturverlauf, ist die NOx- Reinigungs-Rate zufolge der sicheren Erzeugung der ansteigenden Temperaturverläufe stark verbessert.

Claims

1. Abgas-Reinigungs-System umfassend:

- eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung (2, 1A, 1B, 1D, 1E, 1F), die dazu geeignet ist, die Verbrennung von Kraftstoff bei mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnissen durchzuführen, und

einen Katalysator (4, 21A, 2B, 2C, 3D, 6D, 2E, 2F), der in einer Abgasleitung des Motors eingebaut ist und der aus Zeolith aufgebaut ist, der mindestens eine Art von Metall trägt, das aus den Übergangsmetallen und den Edelmetallen ausgewählt ist, um Stickoxyde, die in dem Abgas des Motors enthalten sind, unter oxydierenden Gas-Bedingungen und in der Gegenwart vom Kohlenwasserstoffen zu reduzieren,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Abgas-Reinigungs-System weiters umfaßt

-Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator- Temperatur-Anstiegs-Zustandes um die Stickoxyde innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches des Katalysators unterhalb der oberen Grenztemperatur, die für die Reinigungswirkung des Katalysators kritisch ist, stärker zu reduzieren, durch wiederholte Durchführung eines Zyklus der Kühlung des Katalysators (4, 21A, 2B, 2C, 3D, 6D, 2E, 2F) und dann des Stoppens der Kühlung, um zu ermöglichen, daß die Temperatur des Katalysators ansteigt.

2. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Umgehungsleitung (6), die mit der Abgasleitung so verbunden ist, daß sie den Katalysator (4) umgeht;

ein Bypaßventil (8), das dazu ausgebildet ist, die Strömung des Abgases zwischen dem Katalysator (4) und der Bypaßleitung (6) umzuschalten;

ein Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel (10) zur Erfassung eines Betriebszustandes des Motors (2); und

ein Katalysator-Temperatur-Erfassungs-Mittel (42) zur Erfassung der Temperatur des Katalysators (4).

3. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Bypaß-Steuer- Mittel (14) umfaßt, das das Bypaßventil (8) einschaltet, um zu bewirken, daß das Abgas durch die Umgehungsleitung (6) strömt, wenn der Ausstoß von Stickoxyden aus dem Motor klein ist oder wenn der Motor-Betriebszustand ein Zustand ist, in dem die Reinigung der Stickoxyde nicht erwartet werden kann und die Temperatur des Katalysators gleich oder größer als eine erste vorbestimmte Temperatur ist, und das das Bypaßventil (8) ausschaltet, um zu bewirken, daß das Abgas durch den Katalysator (4) strömt, wenn die Temperatur des Katalysators gleich oder kleiner als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, die kleiner ist als die erste vorbestimmte Temperatur.

4. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Bypaß-Steuer- Mittel (14) umfaßt, das das Einschalten und Ausschalten des Bypaßventils (8) in vorbestimmten Zeitabständen in einem Temperaturbereich oberhalb einer vorbestimmten Temperatur des Katalysators wiederholt.

5. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vorbestimmte Temperatur 450ºC ist und daß die zweite vorbestimmte Temperatur 300ºC ist.

6. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur 300ºC ist.

7. Abgas-Reinigungs-System nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Dreiweg-Katalysator (22), der in einem Abschnitt der Abgasleitung stromabwärts des die Stickoxyde reduzierenden Katalysators (4) eingebaut ist.

8. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (21A) in Form von Pellets aufgebaut ist, und daß es weiters umfaßt:

ein Katalysator-Konverter-Gehäuse (2A), um die Katalysator-Pellets (21A) darin aufzunehmen;

eine Kühl-Kammer (11A), die mit dem Katalysator-Konverter- Gehäuse (2A) in Verbindung steht;

ein Zirkulations-Mittel (12A), um die Katalysator-Pellets zwischen dem Konverter-Gehäuse (2A) und der Kühl-Kammer (11A) im Kreis zu führen; und

ein Zirkulations-Geschwindigkeits-Steuer-Mittel (23A) zur Steuerung der Geschwindigkeit der Zirkulation der Katalysator- Pellets, wobei das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes die Kühl-Kammer (11A) und das Zirkulations-Mittel (12A) umfaßt.

9. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkulations-Mittel (12A) eine drehbare Schraube (12bA) umfaßt, die von einem Motor (12aA) angetrieben wird.

10. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkulations-Geschwindigkeits-Steuer- Mittel (23A) einen veränderlichen Widerstand umfaßt, der in einer elektrischen Schaltung eingebaut ist, die den Motor (12aA) und eine Energieguelle (24A) miteinander verbindet.

11. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel (3B) zur Erfassung eines Betriebszustandes des Motors (1B);

ein Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel (4B) zur Bestimmung, ob der erfaßte Motor-Betriebszustand in einem Verzögerungs- oder Leerlauf-Zustand ist oder nicht; und

ein Kühl-Mittel (5B) zur Kühlung des Katalysators (2B), wobei das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator- Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Mittel umfaßt, das das Kühl- Mittel (5B) betätigt, um den Katalysator (2B) zu kühlen, wenn durch das Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel (4B) bestimmt wird, daß der Motor-Betriebszustand in einem Verzögerungs- oder Leerlaufzustand ist.

12. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel (3B) zur Erfassung eines Betriebszustandes des Motors (1B);

Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel (4B) zur Bestimmung, ob sich der erfaßte Betriebszustand des Motors in einem Verzögerungs- oder Leerlaufzustand befindet; und

Sekundärluft-Zufuhr-Mittel (5B) zum Einführen von Sekundärluft in einem Abschnitt der Abgas-Leitung stromaufwärts des Katalysators (2B),

wobei das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Mittel umfaßt, das das Sekundärluft-Zufuhr-Mittel (5B) betätigt, um Sekundärluft in die Abgasleitung des Motors einzuführen, wenn durch das Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel (4B) bestimmt wird, daß der Betriebszustand des Motors in einem Verzögerungs- oder Leerlaufzustand ist.

13. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Motor-Betriebszustand-Erfassungs-Mittel (3B) einen Drosselklappen-Sensor (9B) zur Erfassung eines Grades der Öffnung der Drosselklappe umfaßt.

14. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Mehrzahl von Abschnitten, in die der Katalysator (2C) unterteilt ist, wobei die Mehrzahl der Abschnitte des Katalysators (2C) parallel zueinander angeordnet ist; und

Katalysator-Kühl-Mittel (6C) zur Kühlung des Katalysators (2C),

wobei das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Mittel umfaßt, das das Katalysator-Kühl-Mittel (6C) betätigt, um die Katalysator-Abschnitte abwechselnd zu kühlen, wenn die Abgastemperatur groß ist.

15. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Mehrzahl von Katalysator-Konverter-Gehäusen, wobei der Katalysator (2C) in eine Mehrzahl von Abschnitte unterteilt ist und in jedem Katalysator-Konverter-Gehäuse ein Abschnitt des Katalysators aufgenommen ist;

eine Mehrzahl von Zweigleitungen, die jeweils mit einem entsprechenden Katalysator-Konverter-Gehäuse verbunden sind;

ein Schaltventil (4C), das an einem Verbindungsabschnitt der Zweigleitungen eingebaut ist, in den alle Zweigleitungen münden, um so die Strömung des Abgases wahlweise in eine der Zweigleitungen zu leiten;

eine Mehrzahl von Sekundärluft-Einlässen (6C), die jeweils in einem Abschnitt jeder Zweigleitung stromaufwärts des Katalysator-Konverter-Gehäuses vorgesehen sind,

wobei das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Mittel umfaßt, das das Schaltventil (4C) abwechselnd zwischen der Mehrzahl der Zweigleitungen schaltet, wenn die Temperatur des Abgases groß ist.

16. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein einzelnes Katalysator-Konverter-Gehäuse, wobei der Katalysator (2C) in einem mittleren Abschnitt eines Innenraumes des Katalysator-Konverter-Gehäuses angeordnet ist;

eine Trennwand (10C), die einen Abschnitt des Innenraums des Katalysator-Konverter-Gehäuses stromaufwärts des Katalysators (2C) in eine Mehrzahl von Abschnitte unterteilt, so daß die Abschnitte parallel zueinander sind;

eine Mehrzahl von Sekundärluft-Einlässen (6C), die jeweils für jeden Abschnitt des stromaufwärtigen Abschnittes des Innenraums des Katalysator-Konverter-Gehäuses vorgesehen sind,

wobei das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Mittel umfaßt, das abwechselnd Sekundärluft durch den Sekundärluft-Einlaß einführt, wenn die Temperatur des Abgases groß ist.

17. Abgas-Reinigungs-System nach einem der Ansprüche 13 oder 14, gekennzeichnet durch einen Dreiweg-Katalysator (3C), der stromabwärts des die Stickoxyde reduzierenden Katalysators (2C) vorgesehen ist.

18. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in einen ersten Abschnitt (3D) und einen zweiten Abschnitt (6D) unterteilt ist, weiters umfassend:

eine Umgehungsleitung (5D), die den ersten Abschnitt des Katalysators (3D) umgeht, wobei der zweite Abschnitt (6D) mit der Umgehungsleitung (5D) in Verbindung steht;

ein Bypaßventil (8D), das dazu ausgebildet ist, die Strömung des Abgases zwischen dem ersten Abschnitt des Katalysators (3D) und der Umgehungsleitung (5D) umzuschalten,

wobei das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Mittel umfaßt, das das Bypaßventil (8D) abwechselnd zwischen dem ersten Abschnitt des Katalysators (3D) und der Umgehungsleitung (5D) umschaltet, wenn die Temperatur des Abgases eine vorbestimmte Temperatur übersteigt.

19. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in einen ersten Abschnitt (3D) und einen zweiten Abschnitt (6D) unterteilt ist, der stromabwärts des ersten Abschnittes des Katalysators angeordnet ist, weiters umfassend:

eine Umgehungsleitung (5D), die den ersten Abschnitt des Katalysators (3D) umgeht;

20. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur 700ºC ist.

21. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Dreiweg-Katalysator (4D) stromabwärts des ersten Abschnittes des die Stickoxyde reduzierenden Katalysators (3D) vorgesehen ist und daß ein zweiter Dreiweg-Katalysator (7D) stromabwärts des zweiten Abschnittes des die Stickoxyde reduzierenden Katalysators (6D) vorgesehen ist.

22. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (2E) an einer Stelle der Abgasleitung angeordnet ist, an der die Temperatur des Katalysators dazu neigt, über einen Temperaturbereich zwischen der Temperatur T&sub1; und der Temperatur T&sub2; anzusteigen, in dem der Katalysator (2E) große NOx-Reinigungs-Raten bei einem normalen Betriebszustand des Motors zeigen kann, gekennzeichnet durch

ein Kühl-Mittel (3E) zur Kühlung des Katalysators;

ein Katalysator-Temperatur-Erfassungs-Mittel (4E) zur Erfassung der Temperatur des Katalysators (2E),

wobei das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Mittel erfaßt, das die Kühlung des Katalysators beginnt, indem es das Kühl- Mittel betätigt, wenn die von dem Katalysator-Temperatur- Erfassungs-Mittel erfaßte Temperatur des Katalysators über die Temperatur T&sub2; ansteigt, und das die Kühlung stoppt, wenn die Temperatur des Katalysators, die von dem Katalysator- Temperatur-Erfassungs-Mittel erfaßt wird, unter die Temperatur T&sub1; abfällt.

23. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, wobei der Katalysator (2F) an einer Stelle der Abgasleitung angeordnet ist, an der die Temperatur des Katalysators dazu neigt, auf eine Temperatur anzusteigen, an der der Katalysator (2F) die größte NOx-Reinigungs-Rate bei einem normalen Betriebszustand des Motors zeigen kann, gekennzeichnet durch

ein Kühl-Mittel (3F) zur Kühlung des Katalysators (2F);

ein Katalysator-Temperatur-Erfassungs-Mittel (4F) zur Erfassung der Temperatur des Katalysators (2F),

wobei das Mittel zur wiederholten Erzeugung eines Katalysator-Temperatur-Anstiegs-Zustandes ein Mittel umfaßt, das die Kühlung des Katalysators beginnt, indem es das Kühl- Mittel betätigt, wenn die von dem Katalysator-Temperatur- Erfassungs-Mittel erfaßte Temperatur des Katalysators über die Temperatur T&sub0; ansteigt, und das die Kühlung stoppt, wenn die Temperatur des Katalysators, die von dem Katalysator- Temperatur-Erfassungs-Mittel erfaßt wird, auf eine Temperatur abgesenkt wird, die gleich oder kleiner als die Temperatur T&sub0; ist.

24. Abgas-Reinigungs-System nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl-Mittel (3E, 3F) ein Sekundärluft-Zufuhr-Mittel umfaßt.

25. Abgas-Reinigungs-System nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl-Mittel (3E, 3F) eine Umgehungsleitung umfaßt, die den Katalysator umgeht, sowie ein Bypaßventil, um den Strom des Abgases zwischen dem Katalysator und der Umgehungsleitung umzuschalten.

26. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vorbestimmten Temperaturbereich unterhalb von 500ºC.

27. Abgas-Reinigungs-System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Temperaturbereich zwischen 350ºC und 450ºC liegt.