DE69912535T2

DE69912535T2 - Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69912535T2
Application number: DE69912535T
Authority: DE
Inventors: Naoto Toyota-shi Suzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: EP1353048A2; EP0971101A2; EP0971101B1; DE69925172T2; DE69912535D1; US6205773B1; EP1353048B1; DE69925172D1; EP0971101A3; EP1353048A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Abgasreinigungsvorrichtung, welche mit einem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator zum Entfernen von NOx-Komponenten aus dem Abgas von einer Maschine ausgerüstet ist.
2. Beschreibung zum Stand der Technik
Es ist eine Abgasreinigungsvorrichtung bekannt, welche einen NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator verwendet, welcher zumindest ein aus den folgenden aus Alkalimetallen ausgewähltes Element umfaßt, wie beispielsweise Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs, aus erdalkalischen Elementen, wie z. B. Barium Ba und Calcium Ca, und aus seltene Erden Elementen, wie z. B. Lanthan La und Yttrium Y, als auch aus Edelmetall wie z. B. Platin Pt.
Der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator arbeitet so, dass er NOx absorbiert und freisetzt, d. h. NOx in dem Abgas in der Form von Nitraten absorbiert, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des fließenden Abgases mager ist, das absorbierte NOx freisetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem hereinfließenden Abgas abnimmt, und das freigesetzte NOx durch Reduktion mit Reduktionskomponenten in dem Abgas reinigt.
Die Arbeit zum Absorbieren und Freisetzen von NOx durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator wird später überschrieben. Wenn jedoch Schwefeloxid (SOx) in dem Abgas vorliegt, absorbiert der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator das SOx in dem Abgas basierend auf demselben Mechanismus wie der bei der NOx-Absorption.
Jedoch bildet durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbiertes SOx stabile Sulfate, welche sich im allgemeinen nur sehr gering abbauen oder freisetzen lassen, und somit dazu neigen, sich in dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator aufzubauen. Wenn SOx in einer erhöhten Menge in dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, zeigt der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator eine verringerte NOx-Absorptionskapazität, und zwar bei einer Menge mit der SOx gehalten wird. Wenn SOx in einer erhöhten Menge in dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, wird es daher nicht länger möglich, das NOx bei einem ausreichenden Grad aus dem Abgas zu entfernen, d. h., das eine sogenannte SOx-Kontamination des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators auftritt.
Es ist eben bekannt, dass SOx, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbiert wurde, zugrundeliegend auf demselben Mechanismus zum Freisetzen und Reduzieren von NOx freigesetzt und reduziert werden kann. Da jedoch in dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltene Sulfate relativ stabil sind, kann SOx, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbiert wurde, nicht bei einer Temperatur (beispielsweise um 250°C) freigesetzt werden, bei welcher der Betrieb im allgemeinen durchgeführt wird, um NOx durch Reduktion freizusetzen und zu reinigen (hier im folgenden bezeichnet als „ein Regenerationsbetrieb" für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator). Um die SOx-Kontamination zu entfernen, muss daher der SOx-Kontamination Erholungsbetrieb regelmäßig durchgeführt werden, indem der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator auf eine Temperatur (beispielsweise 600°C oder höher) erwärmt wird, welche höher ist als die Temperatur, bei welcher der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gewöhnlich betrieben wird, und durch Verschieben des Luft-Treibstoffverhältnisses des hereinfließenden Abgases in Richtung zur fetten Seite (toward the rich side).
Eine Abgasreinigungsvorrichtung, welche den SOx-Kontamination Entfernungsbetrieb für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator ausführt, wird beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) No. 6-88518 gelehrt. Um den SOx kontaminierten NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gemäß der Vorrichtung der obigen Veröffentlichung zu erholen, wird das Abgas in einen stöchiometrischen Zustand oder einen fetten Zustand gesetzt, um die Sauerstoffkonzentration zu verringern, wenn die Temperatur des Abgases hoch wird.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) No. 8-61052 offenbart eine weitere Abgasreinigungsvorrichtung, zum Erholen des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators von der SOx Kontamination, indem der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator bei einer hohen Temperatur regeneriert wird. Um den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator, welcher in dem Abgasdurchgang einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, gemäß der Abgasreinigungsvorrichtung dieser Veröffentlichung von der SOx-Kontamination zu erholen, werden einige der Zylinder der Maschine bei einem fetten Luft-Treibstoffverhältnis betrieben, und der Rest der Zylinder wird bei einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis betrieben, um die SOx-Kontamination zu entfernen, wenn die Menge an SOx, welche in dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, höher als ein vorbestimmter Wert wird, und die Maschine in einem bestimmten Lastbereich (Zwischenglied zum hohen Lastbereich) betrieben wird. Indem einige Zylinder der Maschine bei einem fetten Luft-Treibstoffverhältnis und der Rest der Zylinder bei einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis betrieben werden, enthält ein Abgas von den fetten Luft-Treibstoffverhältnis Zylindern unverbrannten Treibstoff und ein Abgas von den mageren Luft-Treibstoffverhältnis Zylindern hohe Mengen an in den Katalysator fließenden Sauerstoff. Daher verbrennt der unverbrannte Treibstoff auf dem Katalysator, wobei die Temperatur des Katalysators ansteigt, und SOx, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, freigesetzt wird.
Gemäß den Vorrichtungen der o. g. ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 6-88518 und 8-610652, ist es jedoch nicht erlaubt, regelmäßig den SOx Kontamination Erholungsbetrieb durchzuführen, und ein Zustand, bei welchem die Reinigungseffizienz des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators aufgrund der SOx-Kontamination verringert wird, führt für ausgestreckte Zeitperioden fort. Gemäß den Vorrichtungen der oben erwähnten Veröffentlichungen, wird der Erholungsbetrieb von der SOx-Kontamination nicht ausgeführt, bis dass die Abgastemperatur der Maschine hoch wird, oder bis dass die Maschine unter einer bestimmten Bedingung betrieben wird, sogar wenn die Menge an SOx, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Durch Verwenden der Vorrichtungen der oben erwähnten Veröffentlichungen, fährt der Betrieb daher oft für ausgestreckte Zeitperioden in einem Zustand fort, bei welchem SOx in erhöhten Mengen durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, und zwar in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Maschine, und NOx, welches nicht gereinigt wurde, wird aufgrund eines Zusammenbruchs in der Reinigungseffizienz des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators in die freie Luft freigesetzt.
Beim Durchführen des oben erwähnten Erholungsbetriebes von der SOx-Kontamination des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators, wird SOx weiterhin durch in dem Treibstoff enthaltenen Schwefel gebildet, wenn die Maschine im Betrieb ist, und ein Unterschied tritt in dem Grad des Entfernens der SOx-Kontamination von dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator in Abhängigkeit von der SOx Konzentration in dem Abgas während dieser Periode auf. Wenn das Abgas in Abhängigkeit vom Stand der Technik in einen vorbestimmten stöchiometrischen Zustand oder einen fetten Zustand gesetzt wird, ohne die oben erwähnte Tatsache in Betracht zu ziehen, dann wird die SOx-Kontamination nicht in einem ausreichenden Grad entfernt oder das Abgas wird übermäßig fett, wodurch die Treibstoffeffizienz und die Abgasemission verschlechtert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der Probleme beim Stand der Technik wie oben dargelegt, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Mittel bereitzustellen, welches einen Zustand verhindert, bei welchem SOx in großen Mengen durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator für ausgedehnte Zeitperioden gehalten wird, während die Bedingung zum Erwärmen des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators zur Zeit des Durchführens des Erholungsbetriebes zum Entfernen der SOx-Kontamination von dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator begrenzt wird, und zum Verhindern, dass die Treibstoffeffizienz und die Bedingung des Abgases verschlechtert werden.
Die wie oben dargelegte Aufgabe wird durch eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 erreicht. Die abhängigen Ansprüche 2 und 3 bestimmen Entwicklungen der Erfindung.
Gemäß Alternative a) wie in Anspruch 1 bestimmt, setzt das Erwärmungsdurchführung-Bedingungseinstellmittel die Erwärmungsdurchführungsbedingung zum Erwärmen des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators in Abhängigkeit von den Mengen von durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen Kontaminationen auf eine solche Weise, dass die Erwärmungsdurchführungsbedingung weitreichend wird (d. h. weniger streng), beispielsweise wie die Menge von durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen Kontaminationen ansteigt. Daher wird der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator mit einem Anstieg der Menge der durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen Kontamination oft erwärmt, und der Zustand, bei welchem die Kontamination in einer erhöhten Menge gehalten wird, wird daran gehindert, lange anzudauern.
Gemäß Alternative b) wie in Anspruch 1 bestimmt, wird die Bedingung zum Erwärmen des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators in Abhängigkeit von der Historie der Betriebsbedingung der Maschine eingestellt. Wenn beispielsweise die Erwärmungsdurchführungsbedingung derart eingestellt wurde, dass ein Erwärmen des Katalysators durchgeführt wird, wenn die Katalysatortemperatur nicht geringer als eine vorbestimmte Temperatur von unterer Grenze ist, dann übersteigt die Katalysatortemperatur oft die Temperatur von unterer Grenze, und die Erwärmung wird oft in dem Fall von einer Maschine durchgeführt, welche wahrscheinlich oft in einer solchen Weise betrieben wird, dass die Katalysatortemperatur hoch wird. Es ist daher nicht wahrscheinlich, dass der Zustand, bei welchem die Kontaminationen in erhöhten Mengen durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten werden, lange andauert. In dem Fall der Maschine, welche wahrscheinlich nicht derart betrieben wird, dass die Katalysatortemperatur hoch wird, wird es wahrscheinlich, dass der Zustand, bei welchem die Kontaminationen in erhöhten Mengen durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten werden, lang andauert. Gemäß dieses Aspektes der Erfindung wird daher, wenn beurteilt wurde, dass die Maschine wahrscheinlich nicht so betrieben wird, dass die Katalysatortemperatur hoch wird, und zwar aus der vergangenen Historie der Betriebsbedingung der Maschine, die Erwärmungsdurchführungsbedingung so eingestellt, dass die Erwärmungsdurchführungsbedingung erweitert wird (d. h. weniger streng wird), wenn die Menge der Kontaminationen, welche durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, ansteigt (beispielsweise so, dass die Katalysatortemperatur von unterer Grenze zum Durchführen der Erwärmung abnimmt, wie die Menge an Kontaminationen, welche in dem Katalysator gehalten werden, ansteigt). Daher wird der Zustand, in welchem die Kontaminationen in großen Mengen durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten werden, daran gehindert lang anzudauern, unabhängig von der Betriebsbedingung der Maschine.
Gemäß Alternative c) wie in Anspruch 1 bestimmt, wird die Erwärmungsdurchführungsbedingung in Abhängigkeit von den Treibstoffeigenschaften eingestellt. Die Anstiegsrate in der Menge von Kontaminationen, welche in dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten werden, ändert sich in Abhängigkeit von den Treibstoffeigenschaften. Wenn beispielsweise Schwefelkomponenten in großen Mengen in dem Treibstoff enthalten sind, steigt die Menge von absorbierten und durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen SOx bei einer hohen Rate an, und die Erwärmung (Kontaminationserholungsbetrieb) muss oft durchgeführt werden. Gemäß dieses Aspektes der Erfindung wird daher, wenn ein Treibstoff verwendet wird, welcher Eigenschaften hat, welche es zulassen, dass Kontaminationen einfach auf dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator angehäuft werden, die Erwärmungsdurchführung Bedingung weitreichend so eingestellt, dass die Erwärmung des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators oft durchgeführt wird, während die Maschine im Betrieb ist. Daher dauert der Zustand, in welchem die Kontaminationen in hohen Mengen durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten werden, nicht lang an, unabhängig von den Treibstoffeigenschaften.
Gemäß Alternative d) wie in Anspruch 1 bestimmt, wird die Erwärmungsdurchführungsbedingung als eine Maschinenkühlwassertemperatur Bedingung gegeben. Wenn die Temperatur des Kühlwassers gering ist, so wie unmittelbar nach dem Start der Maschine, werden Kohlenwasserstoffe in relativ hohen Mengen von den Verbrennungskammern der Maschine emittiert, sogar unter einer normalen Bedingung. Wenn die Temperatur des Kühlwassers der Maschine gering ist, wird daher der Treibstoff in einer leicht erhöhten Menge, verglichen mit der wenn die Maschine aufgewärmt ist, zugeführt, um die Menge an Kohlenwasserstoffen in dem Abgas zu erhöhen. Kohlenwasserstoffe in dem Abgas verbrennen auf dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator nach Reaktion mit Sauerstoff in dem Abgas, und tragen zur Erhöhung der Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators bei. Das heißt, dass wenn die Temperatur des Kühlwassers gering ist, die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators leicht erhöht werden kann, indem der Treibstoff durch eine geringere Menge als die, welche benötigt wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers hoch ist, erhöht wird. Gemäß dieses Aspektes der Erfindung wird daher die Erwärmungsdurchführungsbedingung in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlwassers eingestellt, und die Erwärmungsdurchführungsbedingung wird erweitert, wenn die Temperatur des Kühlwassers gering ist, so wie bei dem Start der Maschine, so dass de Erwärmung mit einer erhöhten Häufigkeit durchgeführt wird, wenn die Maschine im Betrieb ist. Daher dauert der Zustand, in welchem die Kontaminationen in hohen Mengen durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten werden, nach dem Start der Maschine nicht lange an.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden aus der Beschreibung, wie hiernach dargelegt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine Ansicht ist, welche schematisch den Aufbau einer Ausführungsform darstellt, in welchem die vorliegende Erfindung bei einer Brennkraftmaschine für ein Automobil angewendet wird;
2 ein Ablaufdiagramm ist, welches eine Ausführungsform des Betriebes zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen für einen NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator erläutert;
3 ein Ablaufdiagramm ist, welches eine Ausführungsform der Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator erläutert;
4 ein Diagramm ist, welches die beurteilten Katalysatortemperaturen zum Ausführen der Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe von 2 darstellt;
5 ein Diagramm ist, welches darstellt wie die Katalysatortemperaturen zur Beurteilung von 4 eingestellt werden;
6 ein Ablaufdiagramm ist, welches den Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gemäß einer Ausführungsform erläutert, welche von der von 2 unterschiedlich ist;
7 ein Ablaufdiagramm ist, welches die Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe gemäß der Ausführungsform von 6 erläutert;
8 ein Kurvenverlauf ist, welcher die Maschinenbetriebsbedingungen zum Ausführen der Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe gemäß der Ausführungsform von 6 darstellt;
9 ein Kurvenverlauf ist, welcher die Maschinenbetriebsbedingungen zum Ausführen der Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe gemäß der Ausführungsform von 6 darstellt;
10 ein Kurvenverlauf ist, welcher die Maschinenbetriebsbedingungen zum Ausführen der Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe gemäß der Ausführungsform von 12 darstellt;
11 ein Kurvenverlauf ist, welcher die Maschinenbetriebsbedingungen zum Ausführen der Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe gemäß der Ausführungsform von 12 darstellt;
12 ein Ablaufdiagramm ist, welches den Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gemäß einer Ausführungsform erläutert, welche von denen von 2 und 6 unterschiedlich ist;
13 ein Ablaufdiagramm ist, welches den Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gemäß einer Ausführungsform erläutert, welche von denen von 2, 6 und 12 unterschiedlich ist;
14 ein Ablaufdiagramm ist, welches den Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetrieb gemäß der Ausführungsform von 13 erläutert;
15 ein Kurvenverlauf ist, welcher die Katalysatortemperaturen zur Beurteilung von 4 darstellt;
16 ein Ablaufdiagramm ist, welches den Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gemäß einer Ausführungsform erläutert, welche von denen von 2, 6, 12 und 13 unterschiedlich ist;
17 ein Ablaufdiagramm ist, welches die Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe gemäß der Ausführungsform von 16 erläutert;
18 ein Kurvenverlauf ist, welcher die Maschinenbetriebsbedingungen zum Ausführen der Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe in dem Betrieb von 16 darstellt.
19 ein Kurvenverlauf ist, welcher die Maschinenbetriebsbedingungen zum Ausführen der Temperaturerhöhungs- und Erholungsbetriebe in dem Betrieb von 16 darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden werden Ausführungsformen der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 26 erläutert.
1 ist eine Ansicht, welche schematisch den Aufbau einer Ausführungsform darstellt, bei welcher die vorliegende Erfindung auf eine Brennkraftmaschine für ein Automobil angewendet wird.
In 1 kennzeichnet Bezugsziffer 1 eine Brennkraftmaschine für ein Automobil. Bei dieser Ausführungsform ist die Maschine 1 eine Vierzylinder-Benzinmaschine, welche vier Zylinder #1 bis #4 hat, welche mit Treibstoffeinspritzventilen 111 bis 114 zum direkten Einspritzen von Treibstoff in die Zylinder ausgestattet sind. Wie später beschrieben werden wird, ist die Brennkraftmaschine 1 dieser Ausführungsform eine Magerverbrennungsmaschine, welche bei einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis (d. h. ein Luft-Treibstoffverhältnis welches größer als ein stöchiometrisches Luft-Treibstoffverhältnis ist) betrieben werden kann.
Bei dieser Ausführungsform sind die Zylinder #1 bis #4 ferner gruppiert in zwei Gruppen von Zylindern, wobei jede zwei Zylinder enthält, bei denen die Zündungszeitpunkte nicht aufeinanderfolgend stattfinden (bei der Ausführungsform von 1 ist beispielsweise die Reihenfolge der Zündung der Zylinder 1-3-4-2. Daher bilden die Zylinder #1 und #4 eine Gruppe von Zylindern und die Zylinder #2 und #3 bilden eine weitere Gruppe von Zylindern). Die Abgasöffnung jedes Zylinders ist mit einem Abgasverteiler von jeder Gruppe an Zylindern verbunden, und ist mit einem Abgasdurchgang von jeder Gruppe an Zylindern verbunden. In 1 kennzeichnet Bezugsziffer 21a einen Abgasverteiler zum Verbinden von Abgasöffnungen der Gruppe an Zylindern #1 und #4 mit einem unabhängigen Abgasdurchgang 2a, und 21b kennzeichnet einen Abgasverteiler zum Verbinden von Abgasöffnungen der Gruppe an Zylindern #2 und #3 mit einem unabhängigen Abgasdurchgang 2b. Bei dieser Ausführungsform sind Startkatalysatoren (hier im folgenden gekennzeichnet als „SC") 5a und 5b, welche einen Dreiwegekatalysator umfassen, in den unabhängigen Abgasdurchgängen 2a und 2b angeordnet. Die unabhängigen Abgasdurchgänge 2a und 2b treffen in einem gemeinsamen Abgasdurchgang 2 auf der stromabwärtigen Seite des SC zusammen.
Ein NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7, welcher später beschrieben werden wird, ist in dem gemeinsamen Abgasdurchgang 2 angeordnet. In 1 kennzeichnen Bezugsziffer 29a und 29b Luft-Treibstoffsensoren, welche auf der stromaufwärtigen Seite der Startkatalysatoren 5a und 5b der unabhängigen Abgasdurchgänge 2a und 2b angeordnet sind, und Bezugsziffer 31 kennzeichnet einen Luft-Treibstoffsensor, welcher an einer Auslassöffnung des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators in dem Abgasdurchgang 2 angeordnet ist. Die Luft-Treibstoffsensoren 29a, 29b und 31 sind sog. lineare Luft-Treibstoffsensoren, welche Spannungssignale erzeugen, die sich entsprechend dem Luft-Treibstoffverhältnis eines Abgases über einen weiten Bereich von Luft-Treibstoffverhältnissen kontinuierlich ändern.
In 1 kennzeichnet ferner Bezugsziffer 30 eine elektronische Steuereinheit (ECU) der Maschine 1. In dieser Ausführungsform ist die ECU 30 ein Mikrocomputer eines bekannten Typs, welcher einen RAM, einen ROM und eine CPU hat, und grundlegende Steuerbetriebe durchführt, wie zum Beispiel eine Zündzeitpunktsteuerung und eine Treibstoffeinspritzsteuerung für die Maschine 1. Bei dieser Ausführungsform wirkt die ECU 30 ferner als ein Haltemenge-Abschätzmittel zum Abschätzen der Menge an Kontaminationen, wie zum Beispiel durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 absorbiertes SOx, wirkt als ein Erwärmungsmittel zum Erwärmen des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 und wirkt als ein Erwärmungsdurchführung Bedingungseinstellmittel zum Einstellen der Erwärmungsdurchführung Bedingung, wie später, zusätzlich zur Ausführung der oben erwähnten grundlegenden Steuerungsbetriebe, beschrieben werden wird.
Die Eingangsöffnungen der ECU 30 empfangen Signale von den Luft-Treibstoffverhältnis Sensoren 29a und 29b, welche die Abgas Luft-Treibstoffverhältnisse an den Einlassöffnungen der Startkatalysatoren 5a und 5b darstellen, ein Signal vom Luft-Treibstoffverhältnissensor 31, welches ein Abgas Luft-Treibstoffverhältnis an der Auslassöffnung des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 darstellt, ein Signal, welches dem Ansaugluftdruck der Maschine entspricht, und zwar von einem in dem Ansaugverteiler (nicht gezeigt) bereitgestellten Ansaugluftdrucksensor 33, und ein Signal, welches der Maschinendrehzahl entspricht, und zwar von einem Drehzahlsensor 35, welcher nahe der Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Maschine angeordnet ist. In dieser Ausführungsform empfangen die Eingangsanschlüsse der ECU 30 ferner ein Signal, welches die Größe darstellt mit welcher das Gaspedal von einem Fahrer niedergedrückt wird (Grad einer Beschleuniger-Öffnung) von einem Beschleuniger Öffnungsgradsensor 37, welcher nahe eines Gaspedals (nicht gezeigt) der Maschine 1 angeordnet ist, und ein Signal, welches die Temperatur des Kühlwassers darstellt, und zwar von einem Kühlwassertemperatursensor 39, welcher in einem Kühlwasserdurchgang (nicht gezeigt) der Maschine angeordnet ist. Der Ausgangsanschluss der ECU 30 ist mit den Treibstoffeinspritzventilen 111 bis 114 der Zylinder verbunden, um die Menge an in die Zylinder eingespritzten Treibstoff und die Zeitpunkte zur Treibstoffeinspritzung zu steuern.
In dieser Ausführungsform betreibt die ECU 30 die Maschine 1 in den folgenden fünf Verbrennungsmoden, in Abhängigkeit von der Menge an Treibstoffeinspritzung in die Maschine, d. h. in Abhängigkeit von der auf die Maschine ausgeübten Belastung:

(1) Eine magere Luft-Treibstoffverhältnis geschichtete Ladungsverbrennung (stratified charge combustion) (eine Treibstoffeinspritzung im Verdichtungstakt).
(2) Eine magere Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung/geschichtete Ladungsverbrennung (mixture/stratified charge combustion) (eine Treibstoffeinspritzung im Ansaugtakt und eine Treibstoffeinspritzung im Verdichtungstakt).
(3) Eine magere Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung Verbrennung (eine Treibstoffeinspritzung im Ansaugtakt).
(4) Eine stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung Verbrennung (eine Treibstoffeinspritzung im Ansaugtakt).
(5) Eine fette Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung Verbrennung (eine Treibstoffeinspritzung im Ansaugtakt).

Das heißt, dass die magere Luft-Treibstoffverhältnis geschichtete Ladungsverbrennung (1) im Bereich des Betriebes mit leichter Belastung der Maschine 1 ausgeführt wird. In diesem Zustand wird der Treibstoff nur einmal in der späteren Hälfte des Verdichtungstaktes in jeden Zylinder eingespritzt, und der eingespritzte Treibstoff bildet nahe der Zündkerze im Zylinder eine Schicht einer verbrennbaren Luft-Treibstoffverhältnis Mischung. In diesem Betriebszustand wird der Treibstoff in einer sehr geringen Menge eingespritzt, und das Luft-Treibstoffverhältnis im Zylinder als eine Gesamtheit beträgt um 30 bis um 20.
Wenn die Belastung vom oben erwähnten Zustand (1) ansteigt, um in den Niedrigbelastung Betriebsbereich einzutreten, findet die oben erwähnte magere Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung/geschichtete Ladungsverbrennung (2) statt. Die Menge an in den Zylinder eingespritzten Treibstoff steigt mit einem Anstieg in der auf die Maschine ausgeübten Belastung an. Bei der oben erwähnten geschichteten Ladungsverbrennung (1) wird der Treibstoff in der späteren Hälfte des Verdichtungstaktes eingespritzt, wobei die Einspritzzeit begrenzt wird, und eine Begrenzung wird auf die Treibstoffmenge auferlegt, um die geschichtete Ladung zu bilden. In diesem Belastungsbereich wird der Treibstoff daher zuvor in der vorherigen Hälfte des Ansaugtaktes eingespritzt, und zwar mit einer Menge die den Mangel des in der späteren Hälfte des Verdichtungstaktes eingespritzten Treibstoffs kompensiert, wodurch der Treibstoff mit einer Zielmenge in den Zylinder zugeführt wird. Der in der vorherigen Hälfte des Ansaugtaktes in den Zylinder eingespritzte Treibstoff bildet eine sehr magere und gleichförmige Mischung, bevor sie gezündet wird. In der späteren Hälfte des Verdichtungstaktes wird der Treibstoff ferner in diese sehr magere und gleichförmige Mischung eingespritzt, um die Ladung einer verbrennbaren Luft-Treibstoffverhältnismischung nahe der Zündkerze zu bilden. Zum Zeitpunkt der Zündung beginnt diese verbrennbare Luft-Treibstoffverhältnis Mischungsladung zu verbrennen, und die Flamme breitet sich zu der umgebenden mageren Mischungsladung aus, so dass die Verbrennung stetig stattfindet. In diesem Zustand ist die Menge an im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt eingespritzten Treibstoff höher als die des Modus (1), jedoch ist das Luft-Treibstoffverhältnis als eine Gesamtheit immer noch mager (beispielsweise ein Luft-Treibstoffverhältnis um 25 oder geringer).
Wenn die Belastung auf die Maschine ferner ansteigt, wird aus der Maschinenverbrennung die magere Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung Verbrennung (3). In diesem Zustand wird der Treibstoff nur einmal in der vorherigen Hälfte des Ansaugtaktes eingespritzt, und die Menge des eingespritzten Treibstoffes wird größer als die des Modus (2). Die in diesem Zustand im Zylinder ausgebildete gleichförmige Mischung nimmt ein mageres Luft-Treibstoffverhältnis ein, welches relativ nahe dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis ist.
Wenn die Belastung auf die Maschine ferner ansteigt, um in den Hochbelastung Betriebsbereich der Maschine einzutreten, wird die Menge an Treibstoff höher als die des Modus (3), und der Maschinenbetrieb wird der stöchiometrische Luft- Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung Betrieb (4). In diesem Zustand wird eine gleichförmige Mischung des stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnisses in dem Zylinder ausgebildet, und die Maschinenausgabe steigt an. Wenn die Belastung auf die Maschine weiter ansteigt, um den Vollbelastungsbetrieb der Maschine zu bewirken, wird die Menge an Treibstoff ferner im Ausmaß von der des Modus (4) ansteigen, und der Maschinenbetrieb wird zum fetten Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung Betrieb (5). In diesem Zustand wird die im Zylinder ausgebildete Mischung ein fettes Luft-Treibstoffverhältnis.
In dieser Ausführungsform wurden optimale Betriebsmoden (1) bis (5) empirisch eingestellt in Abhängigkeit des Grades der Beschleunigeröffnung (Größe des durch den Fahrer niedergedrückten Gaspedals) und der Drehzahl der Maschine, und eine Abbildung (map), welche den Grad der Beschleunigeröffnung und der Maschinendrehzahl verwendet, wird im ROM der ECU 30 gespeichert. Wenn die Maschine 1 im Betrieb ist, bestimmt die ECU 30 basierend auf den Grad der Beschleunigeröffnung, welcher durch den Beschleunigeröffnungsgradsensor 37 und die Drehzahl der Maschine aufgenommen wird, welcher der oben erwähnten Betriebsmoden (1) bis (5) ausgewählt wird, und bestimmt die Menge an Treibstoffeinspritzung, den Zeitpunkt zur Treibstoffeinspritzung und die Anzahl an Häufigkeiten, in Abhängigkeit von jedem der Moden.
Wenn irgendeiner der Moden (1) bis (3) (magere Luft-Treibstoffverhältnis Verbrennung) ausgewählt wird, bestimmt die ECU 30 die Menge an Treibstoffeinspritzung anhand des Grades der Beschleunigeröffnung und der Drehzahl der Maschine, basierend auf den Abbildungen, welche zuvor für die Moden (1) bis (3) vorbereitet wurden. Wenn der Modus (41 oder (5) (stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung Verbrennung oder fette Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung Verbrennung) ausgewählt werden, stellt die ECU 30 die Menge an Treibstoffeinspritzung basierend auf den Ansaugluftdruck ein, welcher durch den Ansaugluftdrucksensor 33 und die Drehzahl der Maschine aufgenommen wird, indem Abbildungen verwendet werden, welche für die Moden (4) und (5) vorbereitet wurden.
Wenn der Modus (4) (stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis gleichförmige Mischung Verbrennung) ausgewählt wird, korrigiert die ECU 30 durch Rückführung die Menge an Treibstoffeinspritzung, welche wie oben beschrieben den Ausgaben der Luft-Treibstoffsensoren 29a und 29b zugrundeliegend berechnet wurde, so dass das Luft-Treibstoffverhältnis im Abgas der Maschine beim stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis gesteuert wird.
In der Maschine 1 dieser Ausführungsform wie oben beschrieben, steigt die Menge an Treibstoffeinspritzung mit einem Anstieg in der Belastung auf die Maschine an, und der Betriebsmodus ändert sich in Abhängigkeit von der Menge an Treibstoffeinspritzung. Bei der folgenden Beschreibung wird daher die Menge an Treibstoffeinspritzung allgemein in allen diesen Moden als ein Parameter verwendet, welcher die Belastung auf die Maschine darstellt.
Als nächstes werden unten die Startkatalysatoren 5a, 5b und der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben.
Die Startkatalysatoren (SC) 5a und 5b werden als ein Dreiwegekatalysator gebildet, indem ein wabenförmiges Substrat aus Cordierit od. dgl. verwendet wird, eine dünne Beschichtung aus Aluminium auf der Oberfläche des Substrates ausgebildet wird, und eine Edelmetall Katalysatorkomponente, wie z. B. Platin Pt, Palladium Pd, oder Rhodium Rh auf die Aluminiumschicht aufgebracht wird. Der Dreiwegekatalysator entfernt hocheffizient die drei Komponenten, d. h. HC, CO und NOx, nahe dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis. Der Dreiwegekatalysator stellt eine verringerte Fähigkeit zum Reduzieren von NOx dar, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des hereinfließenden Abgases höher als das stöchiometrische Luftverhältnis wird. Wenn die Maschine 1 bei einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis betrieben wird, ist daher der Dreiwegekatalysator nicht in der Lage NOx im Abgas auf einen zufriedenstellenden Grad zu entfernen.
Die Startkatalysatoren (SC) 5a und 5b sind in den Abgasdurchgängen 2a und 2b an Positionen nahe der Maschine 1 angeordnet und haben eine relativ geringe Fähigkeit ihre Erwärmungskapazität zu verringern, so dass sie innerhalb einer kurzen Zeitperiode nach dem Start der Maschine auf die aktivierte Temperatur erwärmt werden können.
Als nächstes wird unten der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gemäß dieser Ausführungsform verwendet Aluminium als ein Substrat zum Halten mindestens einer Komponente, welche aus den alkalischen Metallen, wie zum Beispiel Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Caesium Cs, aus erdalkalischen Elementen, wie zum Beispiel Barium Ba und Calcium Ca; und aus seltene Erden Elemente, wie zum Beispiel Lanthan La, Zermetall Ce und Yttrium Y, als auch aus Edelmetall, wie zum Beispiel Platin Pt ausgewählt ist. Der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator zeigt die Wirkung des Absorbierens und Freisetzens von NOx, d. h. zum Absorbieren von NOx (NO₂, NO) im Abgas, und Halten dessen in der Form von Stickstoffsäureionen NO^3–, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des hereinfließenden Abgases mager ist, und setzt dad absorbierte Nox frei, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des hereinfließenden Abgases fett wird.
Der Mechanismus zum Absorbieren und Freisetzen von NOx wird als nächstes beschrieben mit Bezug auf den Fall, bei welchem Platin Pt und Barium Ba verwendet werden. Derselbe Mechanismus wird jedoch sogar dann erzeugt, wenn andere Edelmetalle, alkalische Metalle, erdalkalische Elemente und seltene Erden Elemente verwendet werden.
Wenn die Konzentration an Sauerstoff in dem hereinfließenden Abgas ansteigt (d. h. wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases höher wird (magerer) als das stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis), klebt Sauerstoff in der Form von O₂– oder O^2– auf Platin Pt an, wodurch NOx in dem Abgas mit O₂– oder O^2– auf Platin Pt reagiert und NO₂ bildet. NO₂ im Abgas und somit gebildetes NO₂ werden ferner auf Platin Pt oxidiert, werden durch das Absorptionsmittel, wie beispielsweise Bariumoxid BaO absorbiert, in welchem sie zu Bariumoxid BaO gebunden werden, und werden in der Form von Stickstoffsäureionen NO₃– in dem Absorptionsmittel diffundiert. In einer mageren Atmosphäre wird daher NOx im Abgas in der Form von Nitraten durch das NOx-Absorptionsmittel absorbiert.
Wenn die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas stark abnimmt (d. h., wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases kleiner wird (fetter) als das stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis), nimmt die Menge an auf Platin Pt gebildeten NO₂ ab, und die Reaktion fährt in der umgekehrten Richtung fort. Dies verursacht, dass Stickstoffsäureionen NO₃– in dem Absorptionsmittel in der Form von NO₂ von dem Absorptionsmittel freigesetzt werden. In diesem Fall wird, wenn die Reduktionskomponenten, wie zum Beispiel CO und dergleichen, als auch Komponenten, wie zum Beispiel HC, CO₂ und dergleichen, in dem Abgas enthalten sind, NO₂ durch diese Komponenten auf Platin Pt reduziert.
Diese Ausführungsform verwendet eine Maschine 1, welche in der Lage ist, bei einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis betrieben zu werden. Wenn die Maschine 1 bei einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis betrieben wird, absorbiert der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator das NOx im Abgas, welches in den Katalysator fließt. Wenn die Maschine 1 bei einem fetten Luft-Treibstoffverhältnis betrieben wird, wird der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 das absorbierte NOx durch Reduktion freisetzen und reinigen. Gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn NOx in erhöhten Mengen durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 während des Betriebes bei einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis absorbiert wird, ein fetter Spitzenbetrieb (rich-spike operation) ausgeführt, um das Luft-Treibstoffverhältnis der Maschine von einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis für eine kurze Zeitperiode in ein fettes Luft-Treibstoffverhältnis zu wechseln, um NOx aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator freizusetzen und NOx durch Reduktion zu reinigen (um den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator wieder zu erholen).
In dieser Ausführungsform erhöht oder verringert die ECU 30 den Wert eines NOx-Zählers, um die Menge an NOx, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 absorbiert und gehalten wird, abzuschätzen. Die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 absorbierten NOx pro Zeiteinheit variiert in Proportion zu der Menge an NOx in dem in den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator pro Zeiteinheit hereinfließenden Abgas, d. h. variiert in Proportion zu der Menge an durch die Maschine 1 pro Zeiteinheit erzeugten NOx. Ferner wird die Menge an in der Maschine pro Zeiteinheit erzeugten NOx durch die Menge an Treibstoff, welcher der Maschine zugeführt wird, dem Luft-Treibstoffverhältnis, der Flussrate des Abgases, usw., bestimmt. Wenn die Betriebsbedingungen der Maschine bestimmt werden, kann daher die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbierten NOx bestimmt werden. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Maschinenbetriebsbedingungen (Grad der Beschleunigeröffnung, Maschinendrehzahl, Menge der Ansaugluft, Ansaugluftdruck, Luft-Treibstoffverhältnis, Menge an zugeführten Treibstoff, usw.) geändert, um die Menge an durch die Maschine pro Zeiteinheit erzeugten NOx zu messen, und die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 pro Zeiteinheit absorbierten NOx wird in dem ROM der ECU 30 in der Form einer numerischen Wertabbildung gespeichert, beispielsweise unter Verwendung der Belastung auf die Maschine (Menge an Treibstoffeinspritzung) und der Maschinendrehzahl. Die ECU 30 berechnet die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator pro Zeiteinheit absorbierten NOx nach jeder vorbestimmten Zeitperiode (nach jeder Zeiteinheit), indem die Belastung auf die Maschine (Menge an Treibstoffeinspritzung) und die Maschinendrehzahl verwendet wird, und erhöht den NOx-Zähler durch die Menge an absorbierten NOx. Daher zeigt der Wert des NOx-Zählers immer den Wert des durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 absorbierten NOx an. Wenn der Wert des NOx-Zählers einen vorbestimmten Wert erreicht, während die Maschine bei einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis im Betrieb ist, führt die ECU 30 den fetten Spitzenbetrieb aus, in welchem das Betriebs Luft-Treibstoffverhältnis der Maschine für eine kurze Zeitperiode auf ein fettes Luft-Treibstoffverhältnis geändert wird. Daher wird das durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbierte NOx durch Reduktion freigesetzt und gereinigt. Die Zeit zum Aufrechterhalten des Abgas Luft-Treibstoffverhältnisses bei einem fetten Luft-Treibstoffverhältnis während des fetten Spitzenbetriebes wird experimentell in Abhängigkeit vom Typ und Volumen des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators bestimmt. Der Wert des NOx-Zählers wird auf Null zurückgesetzt, nachdem das NOx vom NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator freigesetzt ist, und wird durch Reduktion nach der Ausführung des fetten Spitzenbetriebes gereinigt. Nach Durchführen des fetten Spitzenbetriebes in Abhängigkeit von der Menge des durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 absorbierten NOx, wie oben beschrieben, wird der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 korrekt regeneriert, und ist nicht mit NOx gesättigt, welches der Katalysator absorbierte.
Es ist bekannt, dass in dem Abgas enthaltenes Schwefeloxid (SOx) ebenfalls in dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbiert wird, und Sulfate ausbildet (beispielsweise BaSO₄), und zwar durch fast denselben Mechanismus wie der zum Absorbieren von NOx unter mageren Bedingungen. Wie NOx werden die Sulfate vom NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator in der Form von SO₂ freigesetzt, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases fett wird. Im allgemeinen verbleiben die Sulfate jedoch stabil. Um SOx vom NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator freizusetzen, muß jedoch der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator auf eine Temperatur erwärmt werden, welche höher ist als die, wenn NOx freizusetzen ist. Daher wird SOx durch den normalen Regenerationsbetrieb des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators nicht auf einen zufriedenstellenden Grad freigesetzt, d. h., dass SOx schrittweise in dem Absorptionsmittel angehäuft wird, und die Menge des Absorptionsmittels, welches beim Absorbieren von NOx teilnimmt, abnimmt. Wenn sich SOx anhäuft, nimmt daher die Fähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators zum Absorbieren von NOx ab, welches das Auftreten einer sog. SOx-Kontamination des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators verursacht.
Um sich von der SOx-Kontamination zu erholen, muß der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator bei einer Kontaminationserholungstemperatur aufrechterhalten werden (beispielsweise 600°C oder höher), welche höher ist als eine Temperatur (beispielsweise 250°C oder höher), bei welcher der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator für gewöhnlich regeneriert wird um NOx freizusetzen, und abgesehen davon muß das Luft-Treibstoffverhältnis des in den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators fließenden Abgases bei einem Luft-Treibstoffverhältnis aufrechterhalten werden, welches kleiner ist als das stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis (ein fettes Luft-Treibstoffverhältnis).
Daher muss, wenn die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators niedriger ist als die oben erwähnte Kontaminationserholungstemperatur, der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 auf eine Temperatur erwärmt werden, welche höher ist als die Kontaminationserholungstemperatur, um einen SOx Kontaminationserholungsbetrieb durchzuführen. Gemäß dieser Ausführungsform, wie später beschrieben werden wird, wird die Kontamination des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 entfernt, indem zwei Betriebe durchgeführt werden, d. h. ein Temperaturerhöhungsbetrieb zum Erwärmen des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 hinauf bis zu der Kontaminationserholungstemperatur, und ein Erholungsbetrieb zum Freisetzen von SOx aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator durch Aufrechterhalten des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7, nachdem die Temperatur dessen in einer Atmosphäre eines fetten Luft-Treibstoffverhältnisses angestiegen ist.
Andererseits ändert sich die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 größtenteils in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Maschine (wie zum Beispiel die Abgastemperatur). Bei einigen Betriebsbedingungen der Maschine kann die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 viel geringer sein als die oben erwähnte Kontaminationserholungstemperatur. Wenn der Temperaturerhöhungsbetrieb ausgeführt wird, um den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 zu erwärmen, wird Energie in einer erhöhten Menge verbraucht, welches die Treibstoffeffizienz der Maschine verschlechtert. Wenn die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 viel geringer ist als die Kontaminationserholungstemperatur, wird daher der Kontaminationserholungsbetrieb nicht ausgeführt, trotzdem die Haltemenge an SOx einen vorbestimmten Wert erreicht hat, sondern sie muß anstelle dessen darauf warten, bis die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators nahe der Kontaminationserholungstemperatur ansteigt, und zwar in Abhängigkeit von einem Wechsel in den Maschinenbetriebsbedingungen, so dass die Treibstoffeffizienz nicht verschlechtert werden wird.
Hier wird jedoch, wenn der Temperaturbereich, in welchem der Temperaturerhöhungsbetrieb für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 durchgeführt wird, festgesetzt ist, der Kontaminationserholungsbetrieb nicht ausgeführt, sogar wenn eine Haltemenge an SOx angestiegen, wenn die Maschine für ausgedehnte Zeitperioden unter den Betriebsbedingungen betrieben wird, in welchen die Katalysatortemperatur außerhalb des oben erwähnten Temperaturbereiches liegt. Daher fährt die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehaltenen SOx damit fort anzusteigen. Wenn die Haltemenge an SOx fortfährt anzusteigen, nimmt die Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 ab, und der Katalysator wird mit NOx gesättigt, nachdem er NOx in nur kleinen Mengen absorbiert hatte. Daher wird ungereinigtes SOx in die freie Luft freigesetzt, wenn die Maschine im Betrieb ist.
Gemäß dieser Ausführungsform wird daher der Bereich der Katalysatortemperatur, in welchem der Temperaturerhöhungsbetrieb durchgeführt wird, bei einem Anstieg in der Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehaltenen SOx erweitert, um zu verhindern, dass der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gesättigt wird. Somit wird der Bereich der Katalysatortemperatur, in welchem der Temperaturerhöhungsbetrieb durchgeführt wird, mit einem Anstieg in der Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen SOx ausgedehnt, und der Kontaminationserholungsbetrieb wird sogar bei einer niedrigen Katalysatortemperatur ausgeführt. Daher wird der Kontaminationserholungsbetrieb ausgeführt, wenn die Haltemenge an SOx auf ein bestimmtes Ausmaß ansteigt, trotzdem die Maschine kontinuierlich unter solchen Betriebsbedingungen betrieben wird, dass die Katalysatortemperatur niedrig verbleibt, und der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator erholt seine Absorptionsfähigkeit. Somit wird der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator nicht gesättigt, und ungereinigtes NOx wird daran gehindert, freigesetzt zu werden.
2 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Dieser Betrieb wird als eine Routine durchgeführt, welche durch die ECU 30 nach jeder vorbestimmten Zeitperiode ausgeführt wird.
Bei diesem Betrieb beurteilt die ECU 30 ob der Temperaturerhöhungsbetrieb (Erwärmungsbetrieb) und der Erholungsbetrieb für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator, welches später beschrieben werden wird, ausgeführt werden kann oder nicht, und zwar basierend auf der SOx Haltemenge CSOX des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 und der Temperatur TCAT des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7, und stellt die Bedingungen zum Ausführen des Temperaturerhöhungsbetriebes in Abhängigkeit von der SOx Haltemenge CSOX des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 ein.
Gemäß dieser wie oben beschriebenen Ausführungsform wird, wenn die SOx Haltemenge CSOX des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 größer wird als eine vorbestimmte Menge CSOX₀, beurteilt, ob der Temperaturerhöhungsbetrieb und der Erholungsbetrieb ausgeführt werden können oder nicht, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur TCAT des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7. 4 ist ein Schaubild, welches die Katalysatortemperatur TCAT und die Werte zum Beurteilen, ob die Temperaturerhöhungs-/ Erholungsbetriebe für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gemäß der Ausführungsform ausgeführt werden können. In 4 zeigt Symbol T₁ eine untere Grenztemperatur zum Zulassen der Ausführung des Temperaturerhöhungsbetriebes an, T₂ zeigt eine untere Grenztemperatur zum Zulassen der Ausführung des Erholungsbetriebes an, und T₃ zeigt eine untere Grenztemperatur zum Zulassen der Ausführung des Erholungsbetriebes an. Gemäß dieser wie in 4 gezeigten Ausführungsform werden daher weder der Temperaturerhöhungsbetrieb noch der Erholungsbetrieb in den Katalysatortemperaturbereichen von TCAT < T₁ (Bereich I in 4) und TCAT ≥ T₃ (Bereich IV in 4) ausgeführt, trotzdem SOx in erhöhten Mengen gehalten wird. Sowohl der Temperaturerhöhungsbetrieb als auch der Erholungsbetrieb werden in dem Katalysatortemperaturbereich von T₁ ≤ TCAT < T₂ (Bereich II in 4) ausgeführt, und der Erholungsbetrieb wird nur in dem Katalysatortemperaturbereich von T₂ ≤ TCAT < T₃ (Bereich III in 4) ausgeführt. In dieser Ausführungsform, wie später beschrieben werden wird, wird das betriebene Luft-Treibstoffverhältnis der Maschine 1 so gesteuert, dass HC, CO und Sauerstoff in dem in den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator hereinfließenden Abgas erhöht wird, um den Betrieb zum Erhöhen der Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators auszuführen. Wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist, wird daher eine erhöhte Zeitperiode zum Erhöhen der Temperatur benötigt, und die Treibstoffeffizienz und die Qualität des Abgases der Maschine werden oft verschlechtert. In dieser Ausführungsform wird daher, wenn die Katalysatortemperatur TCAT niedriger ist als der untere Grenzwert T₁, der Kontaminationserholungsbetrieb (Temperaturerhöhungs-/Erholungsbetrieb) nicht ausgeführt, so dass die Treibstoffeffizienz und die Qualität des Abgases nicht verschlechtert werden. Wenn der Erholungsbetrieb gemäß dieser Ausführungsform ausgeführt wird, wird ferner Abgas eines fetten Luft-Treibstoffverhältnisses nahe dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis dem Katalysator zugeführt. Wenn die Katalysatortemperatur hoch ist, kann daher die Ausführung des Erholungsbetriebes oft verursachen, dass die Katalysatortemperatur aufgrund von Oxidation von HC und CO im Abgas übermäßig ansteigt. In dieser Ausführungsform wird daher der Kontaminationserholungsbetrieb nicht ausgeführt, wenn die Katalysatortemperatur höher ist als der obere Grenzwert T₃, um den Katalysator vor Überhitzung zu schützen.
5 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen den Temperaturbeurteilungswerten T₁, T₂, T₃ und der SOx Haltemenge CSOX des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators gemäß der Ausführungsform darstellt. Bei dieser wie in 5 gezeigten Ausführungsform werden T₃ und T₂ so eingestellt, dass sie konstant verbleiben (T₃ = 700°C, T₂ = 600°C), unabhängig von der SOx Haltemenge CSOX. Der untere Grenzwert T₁ zum Ausführen des Temperaturerhöhungsbetriebes wird so eingestellt, dass er konstant (T₁ = 550°C) über einen Bereich von CSOX ≤ SOX₀ verbleibt, wird aber so eingestellt, dass er mit einem Antieg in der Sox haltemenge CSOX über einen Bereich von CSOX > CSOX₀ absinkt. Daher wird, wenn die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen SOx ansteigt, der Kontaminationserholungsbetrieb ausgeführt, sogar bei einer niedrigen Katalysatortemperatur, und die Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators wird am Absinken verhindern. Bei dieser Ausführungsform verbleibt der Wert T₃ konstant, unabhängig von dem Wert CSOX. Der Wert T₃ kann jedoch so eingestellt werden, dass er mit einem Anstieg in dem Wert CSOX über den Bereich von CSOX > CSOX₀ zunimmt, im Gegensatz zu T₁, um den Bereich zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes auszudehnen.
Als nächstes wird unten der Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen von 2 beschrieben.
Wenn der Betrieb in 2 startet, werden die Katalysatortemperatur TCAT und die Menge an SOx CSOX, welche durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehalten wird, an einem Schritt 201 gelesen. Diese Ausführungsform verwendet einen SOx-Zähler CSOX zum Abschätzen der Menge an SOx, welche durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 absorbiert und gehalten wird. Die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 absorbierten SOx pro Zeiteinheit ist proportional zu der Menge an SOx in dem Abgas, welche pro Zeiteinheit in den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator fließt, d. h. proportional zu der Menge an durch die Maschine 1 pro Zeiteinheit erzeugten SOx. Andererseits wird die Menge an durch die Maschine pro Zeiteinheit erzeugtem SOx durch die Betriebsbedingungen der Maschine (Menge des zugeführten Treibstoffs) bestimmt. Wenn die Betriebsbedingungen der Maschine bestimmt werden, ist es daher möglich die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbierten SOx zu kennen. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Menge an durch die Maschine pro Zeiteinheit erzeugten SOx unter verschiedenen Maschinenbetriebsbedingungen gemessen (Grad der Beschleunigeröffnung, Maschinendrehzahl, Menge der Ansaugluft, Ansaugluftdruck, Luft-Treibstoffverhältnis, Menge an zugeführten Treibstoff, usw.), und die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 absorbierten SOx pro Zeiteinheit wird berechnet und in dem ROM der ECU 30 in der Form einer numerischen Wertabbildung gespeichert, beispielsweise unter Verwendung einer Belastung auf die Maschine (Menge an Treibstoffeinspritzung) und der Maschinendrehzahl als Parameter. Die ECU 30 berechnet die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbierten SOx pro Zeiteinheit an vorbestimmten Intervallen (jede Zeiteinheit), indem die Belastung auf die Maschine (Menge an Treibstoffeinspritzung) und die Maschinendrehzahl verwendet werden, und erhöht den SOx-Zähler durch die berechnete Menge an SOx. Daher zeigt der Wert CSOX immer die Menge an SOx an, welche durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehalten wird.
Die Temperatur TCAT des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 kann direkt erfasst werden, indem ein Temperatursensor auf einer Katalysatoraufnahme (catalyst bed) des Katalysators 7 angeordnet wird, oder kann von den Betriebsbedingungen der Maschine abgeschätzt werden. Ein Wechsel in der Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators pro Zeiteinheit wird durch die Differenz zwischen der Katalysatortemperatur und der Abgastemperatur und der Flussrate des Abgases bestimmt. Daher kann, wenn die Katalysatortemperatur bei gestarteter Maschine (d. h. einer anfänglichen Katalysatortemperatur) bekannt ist, die Katalysatortemperatur aufeinanderfolgend berechnet werden, indem die Größe der Änderung in der Katalysatortemperatur pro Zeiteinheit zu der anfänglichen Katalysatortemperatur addiert wird. Ferner kann angenommen werden, dass die Katalysatortemperatur beinahe dieselbe ist wie die Maschinen-Kühlwassertemperatur wenn die Maschine gestartet wird. Daher kann die Katalysatortemperatur erhalten werden, indem die Berechnung wiederholt wird, in welcher die Größe der Änderung in der Katalysatortemperatur pro Zeiteinheit und der Katalysatortemperatur nach der Temperaturänderung periodisch berechnet wird (zu jeder Zeiteinheit), und zwar nachdem die Maschine gestartet wird, unter Verwendung der Kühlwassertemperatur als ein anfänglicher Wert der Katalysatortemperatur.
Nachdem TCAT und CSOX am Schritt 201 gelesen wurden, wird ein Wert eines Flags XS an einem Schritt 203 beurteilt, mit Bezug darauf, ob der Kontaminationserholungsbetrieb nun ausgeführt wird oder nicht. Wenn XS = 1 ist (er wird ausgeführt), fährt die Routine mit einem Schritt 213 fort, welcher später beschrieben wird. Wenn der Kontaminationserholungsbetrieb nicht ausgeführt wird, fährt die Routine mit einem Schritt 205 fort, bei welchem beurteilt wird, ob die SOx Haltemenge CSOX einen vorbestimmten Wert CSOX₀ übersteigt oder nicht. Wenn am Schritt 205 gilt, dass CSOX ≤ CSOX₀, ist die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehaltenen SOx gering, und es gibt keinen Bedarf den Kontaminationserholungsbetrieb auszuführen. Daher endet die Routine ohne einen Schritt 207 und darauffolgende Schritte auszuführen.
Wenn andererseits CSOX ≥ CSOX₀ ist, fährt die Routine mit Schritt 207 fort, und die Temperaturbeurteilungswerte T₁, T₂ und T₃ werden von der Beziehung von 5, basierend auf den Wert CSOX, eingestellt. Bei Schritten 209 und 211 wird die Katalysatortemperatur mit T₁ und T₂ verglichen. Wenn TCAT < T₁ ist (Schritt 209) und TCAT ≤ T₃ ist (Schritt 211), endet die Routine ohne den Kontaminationserholungsbetrieb auszuführen. Wenn T₁ ≤ TCAT < T₃ ist, fährt die Routine mit einem Schritt 213 fort.
An dem Schritt 213 wird bestimmt, ob der Betrieb zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators basierend auf der vorliegenden Katalysatortemperatur TCAT ausgeführt werden sollte. Das heißt, wenn die vorliegende Katalysatortemperatur TCAT nicht geringer als der Beurteilungswert T₂ ist, wird der Wert des Temperaturerhöhung Betriebsausführung Flags XH auf Null gesetzt (Schritt 215). Wenn TCAT nicht geringer als T₂ ist, wird der Wert des Flags XH auf 1 eingestellt (Schritt 217). Wenn der Wert des Flags XH auf 1 eingestellt ist, wird der Betrieb zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators 7 (Schritt 303 in 3) in dem Temperaturerhöhungs- /Erholungsbetrieb (3) ausgeführt, was später beschrieben werden wird. In dieser Ausführungsform werden, wenn der Kontaminationserholungsbetrieb ausgeführt wird (XS = 1 an dem Schritt 203), die Betriebe der Schritte 205 bis 211 nicht ausgeführt. Jedoch werden die Betriebe des Schrittes 213 und der darauffolgenden Schritte ausgeführt, sogar wenn der Kontaminationserholungsbetrieb ausgeführt wird. Somit wird, wenn die Katalysatortemperatur TCAT niedriger als T₂ wird, der Wert des Flags XH auf 1 eingestellt und der Betrieb zum Erhöhen der Temperatur des Katalysators wird ausgeführt, trotzdem der Kontaminationserholungsbetrieb ausgeführt wird.
Nach dem Ende des Schrittes 215 oder 217 werden das Kontaminationserholung-Betriebsausführung-Flag XS und das Erholung-Betriebsausführung-Flag XR jeweils an den Schritten 219 und 221 auf 1 eingestellt, und die Routine endet.
3 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Temperaturerhöhungs-/Erholungsbetrieb für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gemäß der Ausführungsform darstellt. Der Betrieb wird als eine Routine durchgeführt, welche durch die ECU 30 an vorbestimmten Intervallen ausgeführt wird.
An einem Schritt 301 in 3 wird beurteilt, ob der Wert des Temperaturerhöhung-Betriebsausführung-Flags XH gleich 1 ist. Wenn XH = 1 ist (der Temperaturerhöhungsbetrieb wird ausgeführt), fährt die Routine mit einem Schritt 303 fort, bei welchem der Temperaturerhöhungsbetrieb ausgeführt wird, und die Routine endet. Wenn XH = 0 ist (Katalysatortemperatur ist nicht niedriger als T₂ an dem Schritt 213 von 2, und es gibt keinen Bedarf den Temperaturerhöhungsbetrieb auszuführen), werden Betriebe eines Schrittes 305 und darauffolgender Schritte ausgeführt.
Bei dieser Ausführungsform wird die Gruppe an Zylindern #1 und #4 bei einem Luft-Treibstoffverhältnis (beispielsweise um 16,5) betrieben, welches verglichen mit dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis beachtlich mager ist, die Gruppe an Zylindern #2 und #3 werden bei einem Luft-Treibstoffverhältnis (beispielsweise um 12) betrieben, welches verglichen mit dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis beachtlich fett ist, und das Abgas eines mageren Luft-Treibstoffverhältnisses von dem Abgasdurchgang 21a und das Abgas eines fetten Luft-Treibstoffverhältnisses von dem Abgasdurchgang 2b treffen in dem gemeinsamen Abgasdurchgang 2 zusammen, um die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators zu erhöhen. Die ECU 30 berechnet die Mengen an Treibstoffeinspritzung um die Verbrennung Luft-Treibstoffverhältnisse in den Zylindern auf die oben erwähnten Werte zu bringen, indem Beziehungen verwendet werden, welche durch Experimente basierend auf den Betriebsbedingungen der Maschine herausgefunden wurden (Grad der Beschleunigeröffnung, Maschinendrehzahl, Menge der eingebrachten Luft, Ansaugluftdruck, Luft-Treibstoffverhältnis, Menge an zugeführtem Treibstoff, usw.), und spritzt den Treibstoff von diesen Mengen in die Zylinder. Indem die Zylinder #2 und #3 bei einem beachtlich fetten Luft-Treibstoffverhältnis betrieben werden, enthalten Abgase von den Zylindern #2 und #3 HC und CO in hohen Mengen. Da die Zylinder #1 und #4 bei einem beachtlich mageren Luft-Treibstoffverhältnis betrieben werden, enthalten die Abgase von den Zylindern #1 und #4 Sauerstoff in hohen Mengen. Daher haben die Abgase, nachdem sie an dem Abgasdurchgang 2 als eine Gesamtheit gemischt wurden, ein fettes Luft-Treibstoffverhältnis nahe dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis (um 14,25), enthalten jedoch hohe Mengen an HC, CO und Sauerstoff, verglichen mit denen, wenn alle Zylinder bei einem Luft-Treibstoffverhältnis der Gase betrieben werden, nachdem sie an dem Abgasdurchgang 2 aufeinandertreffen. Somit werden HC und CO auf dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator aktiv oxidiert, und die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators wird aufgrund der Reaktionswärme erhöht.
Beim Einstellen der Luft-Treibstoffverhältnisse für die Zylinder können der Grad der Stellklappenöffnung der Maschine 1 und die Zündungszeitpunkte für die Zylinder zusammen mit der Menge an Treibstoffeinspritzung eingestellt werden, um einer Schwankung in der Ausgabe der Maschine, verursacht durch Änderungen in den Luft-Treibstoffverhältnissen, zu verhindern.
Wenn die Katalysatortemperatur am Schritt 301 T₂ (XH = 1) erreicht, fährt die Routine andererseits mit einem Schritt 305 fort, bei welchem der Wert des Erholungsbetrieb-Ausführungs-Flags XR beurteilt wird. Wenn XR = 0 ist, endet die Routine, ohne die Betriebe von Schritt 307 und von darauffolgenden Schritten auszuführen. Das heißt, dass der Erholungsbetrieb nicht ausgeführt wird. Wenn an dem Schritt 305 XR = 1 ist, fährt die Routine mit dem Schritt 307 fort, bei welchem der Erholungsbetrieb ausgeführt wird.
Wenn der Erholungsbetrieb in dieser Ausführungsform ausgeführt wird, werden alle Zylinder der Maschine 1 bei einem Luft-Treibstoffverhältnis betrieben, welches leicht fett ist, verglichen mit dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis (beispielsweise um 14,25). Daher wird der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 bei einer hohen Temperatur und in einer Atmosphäre eines fetten Luft-Treibstoffverhältnisses aufrechterhalten, welches es erlaubt, dass das absorbierte SOx von dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator freigesetzt wird. An einem Schritt 309 wird der Betrieb zum Subtrahieren des SOx-Zählers ausgeführt. Während der Erholungsbetrieb ausgeführt wird, werden SOx von dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator freigesetzt, und die Menge von durch den Katalysator 7 gehaltenen SOx nimmt ab. An Schritt 309 wird daher der Wert des Sox-Zählers CSOX bei jeder Ausführung des Schrittes 309 durch einen vorbestimmten Wert ΔCSOX verringert, nachdem der Kontaminationserholungsbetrieb gestartet wurde. Der Wert ΔCSOX stellt die Menge an von dem durch den Kontaminationserholungsbetrieb pro Zeiteinheit (ein Intervall, welches den Betrieb in 3 ausführt) freigesetzten SOx dar. Sogar während der Ausführung des Erholungsbetriebes stellt daher ein Wert des SOx-Zählers CSOX korrekt die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehaltenen SOx dar.
An einem Schritt 311 werden Bedingungen zum Beenden des Erholungsbetriebes beurteilt. In dieser Ausführungsform wird beurteilt, dass der Erholungsbetrieb beendet wurde, wenn die Menge ΔCSOX von SOx, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, sich auf einen Wert verringert hat, welcher kleiner als ein vorbestimmter Wert CSOX₁ während des Erholungsbetriebes ist. Hier ist der vorbestimmte Wert CSOX₁ kleiner als CSOX₀ (Schritt 205 in 2). In dieser Ausführungsform wird der vorbestimmte Wert CSOX₁ beispielsweise auf CSOX₁ = 0 eingestellt. Das heißt, wenn an dem Schritt 311 CSOX > CSOX₁ ist, die Routine ohne Ausführen der Betriebe des Schrittes 313 und den darauffolgenden Schritten endet, und dass der Erholungsbetrieb fortfährt. Wenn die Menge an durch den Katalysator 7 gehaltenen SOx am Schritt 311 kleiner wird als CSOX₁, werden Werte des Erholungsbetrieb-Ausführungsflags XR, des Temperaturerhöhungsbetrieb-Ausführungsflags XH und des Kontaminationserholungsbetrieb-Ausführungsflags XS jeweils an den Schritten 313 bis 317 auf 0 gesetzt. Von der nächsten Zeit an endet daher der Betrieb von 2 unmittelbar nachdem die Betriebe der Schritte 201 bis 205 ausgeführt werden. Da die Werte der Flags XH und XR auf 0 eingestellt sind, werden der Temperaturerhöhungsbetrieb (Schritt 303) und der Erholungsbetrieb (Schritt 309) von 3 nicht ausgeführt, und die Maschine 1 wird bei einem normalen mageren Luft-Treibstoffverhältnis betrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird, wenn die Katalysatortemperatur niedriger als T₂ wird, unabhängig von der Haltemenge von SOx (Schritte 213, 217 in 2) der Temperaturerhöhungsbetrieb (Schritt 303 in 3) ausgeführt, um die Katalysatortemperatur zu erhöhen, um dadurch den Erholungsbetrieb auszuführen (Schritt 307 in 3). Wenn die Katalysatortemperatur während des Erholungsbetriebes abgesunken ist, können jedoch die Flags XH, XR und XS bereits auf 0 eingestellt werden, anstelle die Temperatur zu erhöhen, um den Kontaminationserholungsbetrieb zu unterbrechen. In diesem Fall werden, wenn die Menge an auf dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator verbleibendem SOx größer als der Beurteilungswert CSOX₀ ist, und zwar zu der Zeit wenn der Kontaminationserholungsbetrieb unterbrochen wird, Betriebe des Schrittes 207 und der darauffolgenden Schritte von 2 wieder ausgeführt, um den Kontaminationserholungsbetrieb wieder aufzunehmen. Wenn die verbleibende Menge an SOx kleiner als CSOX₀ ist, wird jedoch der Kontaminationserholungsbetrieb nicht ausgeführt, bis die Menge an durch den Katalysator 7 gehaltenem SOx CSOX₀ erreicht. Somit wird, wenn die Menge an durch den Katalysator 7 gehaltenem SOx relativ klein ist, die Kontamination nicht dadurch entfernt, indem die Katalysatortemperatur wieder erhöht wird, und der Treibstoff wird nicht verschwenderisch verbraucht und das Abgas wird nicht verschlechtert.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 6 bis 9 beschrieben. Bei der oben erwähnten Ausführungsform wurden die Bedingungen zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebs basierend auf die Katalysatortemperatur TCAT gesetzt. Die Katalysatortemperatur hat jedoch eine innige Beziehung mit der Betriebsbedingung der Maschine 1. Das heißt, dass die Katalysatortemperatur bei einem Zustand hoch wird, bei welchem die Belastung auf die Maschine hoch ist und die Abgastemperatur hoch ist. Die Katalysatortemperatur wird in einem Zustand niedrig, bei welchem die Belastung auf die Maschine niedrig ist und die Abgastemperatur gering ist. Gemäß dieser Ausführungsform werden daher die Bedingungen zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes basierend auf die Maschinenbelastungsbedingungen (Ansaugluftdruck, Maschinendrehzahl) beurteilt, anstelle dass die Bedingungen zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes basierend auf der Katalysatortemperatur TCAT beurteilt wird, und die Maschinenbelastungsbedingungen zum Ausführen des Betriebes zum Erhöhen der Katalysatortemperatur werden in Abhängigkeit von der Menge an SOx CSOX, welche im NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, geändert.
8 und 9 stellen Beispiele zum Einstellen der Bedingungen zum Beurteilen der Ausführung des Kontaminationserholungsbetriebes gemäß dieser Ausführungsform dar. In 8 und 9 stellen die Ordinate die Belastung LD auf die Maschine dar (entspricht der Menge an eingespritzten Treibstoff, bestimmt aus dem Grad der Beschleunigeröffnung und der Maschinendrehzahl), die Abszisse stellt die Maschinendrehzahl NE dar, und die Bereiche I–IV entsprechen den Bereichen I–IV von 4. 8 stellt die Ausführungsbeurteilungsbedingungen dar, wenn die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenem SOx CSOX relativ klein ist und 9 stellt die Ausführungsbeurteilungsbedingungen dar, wenn CSOX relativ hoch ist. In dieser Ausführungsform verbleiben ebenfalls der Bereich III (Betriebsbereich, bei welchem nur der Erholungsbetrieb ausgeführt wird) und der Bereich IV (bei welchem die Kontamination nicht entfernt wird, um den Katalysator vor Überhitzung zu schützen) konstant, unabhängig vom Wert CSOX. Jedoch dehnt sich der Bereich II (bei welchem der Katalysatortemperatur-Erhöhungsbetrieb ausgeführt wird, um Kontamination zu entfernen) in Richtung des Niedrigbelastungsbereiches mit einem Anstieg in der Haltemenge von SOx CSOX aus. In dieser Ausführungsform steigt daher ebenfalls die Häufigkeit zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes mit einem Anstieg in der Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehaltenen SOx an, was verhindert, dass die Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators durch einen Anstieg in der Haltemenge an SOx verringert wird.
6 und 7 sind Ablaufdiagramme, welche den Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 und der Temperaturerhöhungs-/Erholungsbetriebe gemäß der Ausführungsform erläutern. Diese Betriebe werden als durch die ECU 30 ausgeführte Routinen an bestimmten Intervallen durchgeführt.
In 6 und 7 werden die Betriebe ähnlich zu denen von 2 und 3 der oben erwähnten Ausführungsform ausgeführt.
In 6 werden die Maschinenbelastung LD (Menge an Treibstoffeinspritzung), die Maschinendrehzahl NE und die Menge CSOX an SOx, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehalten wird, an einem Schritt 601 gelesen, ein Wert des Kontaminationserholung- Betriebsausführung-Flags XS wird an einem Schritt 603 beurteilt, und ein Wert der Haltemenge an SOx CSOX wird an einem Schritt 605 beurteilt. An einem Schritt 607 werden die Kontaminationserholung Betriebsausführungsbedingungen (8 und 9) in Abhängigkeit von dem Wert der Haltemenge CSOX an SOx eingestellt. An Schritten 609, 611 und 613 wird ferner beurteilt, in welchem der Bereiche I–IV in 8 und 9 die vorliegende Maschinenbetriebsbedingung (Katalysatortemperatur) liegt. In Abhängigkeit von den Betriebsbereichen wird beurteilt, ob der Kontaminationserholungsbetrieb ausgeführt wird oder nicht (Schritte 609, 611) und der Temperaturerhöhungsbetrieb ausgeführt wird oder nicht (Schritt 613). Bei dieser Ausführungsform werden, wenn der Kontaminationserholungsbetrieb erst einmal an dem Schritt 605 ausgeführt wird, die Betriebe des Schritts 607 und der darauffolgenden Schritte nicht ausgeführt, und der Kontaminationserholungsbetrieb wird unabhängig von einem Wechsel in den Betriebsbedingungen fortgeführt.
Bei dem Betrieb von 7 wird ein Schritt 704 zu dem Betrieb von 3 addiert. Nachdem der Temperaturerhöhungsbetrieb (Schritt 703) ausgeführt ist, wird an Schritt 704 beurteilt, ob die Erhöhung in der Katalysatortemperatur beendet ist. Der Betrieb von 7 unterscheidet sich vom Betrieb darin, dass, wenn beurteilt ist, dass die Temperaturerhöhung beendet ist, die Routine mit einem Schritt 705 fortfährt. An dem Schritt 704 wird beurteilt, dass die Temperaturerhöhung des Katalysators 7 beendet ist, wenn eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Start des Temperaturerhöhungsbetriebes verstrichen ist. Weitere Schritte von 6 und 7 sind dieselben wie die Betriebe von 2 und 3 und werden hier nicht im Detail beschrieben.
Als nächstes wird unten eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der oben erwähnten Ausführungsform wurden die Betriebe zum Beurteilen der Ausführung des Kontaminationserholungsbetriebes in Abhängigkeit der Menge CSOX an SOx, welches durch den Katalysator gehalten wird, eingestellt. Die unten beschriebene Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend, dass die Bedingungen zum Beurteilen des Kontaminationserholungsbetriebes in Abhängigkeit von der Historie der vergangenen Betriebsbedingungen der Maschine eingestellt werden.
10 und 11 stellen Beispiele zum Einstellen der Bedingungen zum Beurteilen der Ausführung des Kontaminationserholungsbetriebes gemäß dieser Ausführungsform dar. 10 und 11 stellen die Fälle dar, bei denen die Bedingungen zum Beurteilen der Ausführung des Kontaminationserholungsbetriebes in Abhängigkeit von den Maschinenbelastungsbedingungen in derselben Weise wie in 8 und 9 eingestellt werden. In 10 und 11 entsprechen die Bereiche I–IV den Bereichen I–IV von 4. 10 stellt die Beurteilungsbedingungen dar, wenn die Maschine so betrieben wird, dass der Katalysator häufig in den Hochtemperaturbedingungen von der vergangenen Betriebshistorie platziert wird, und 11 stellt die Beurteilungsbedingungen dar, wenn die Maschine so betrieben wird, dass der Katalysator häufig in den Niedrigtemperaturbedingungen von der vergangenen Betriebshistorie platziert wird. Wenn die Maschine so betrieben wird, dass der Katalysator häufig in den Hochtemperaturbedingungen platziert wird, nimmt die Häufigkeit zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes nicht ab, trotzdem der Bereich II (bei welchem der Katalysatortemperaturerhöhungsbetrieb ausgeführt wird) so eingestellt wird, dass er relativ schmal ist (trotzdem die untere Grenzkatalysatortemperatur zum Ausführen des Temperaturerhöhungsbetriebes so eingestellt wird, dass sie relativ hoch ist). Wenn der Bereich II schmal eingestellt wird, in dem Fall, bei welchem die Maschine so betrieben wird, dass der Katalysator häufig in den Niedrigtemperaturbedingungen gesetzt wird, nimmt andererseits die Häufigkeit zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes ab, und die Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 wird wahrscheinlich abnehmen. In dieser Ausführungsform wird daher, wenn die Maschine so betrieben wird, dass der Katalysator häufig in den Niedrigtemperaturbedingungen von der vergangenen Betriebshistorie (11) betrieben wird, der Bereich II (bei welchem der Temperaturerhöhungsbetrieb ausgeführt wird) in Richtung der Seite mit geringerer Belastung ausgedehnt, verglichen damit, wenn die Maschine so betrieben wird, dass der Katalysator häufig in den Hochtemperaturbedingungen (10) gesetzt wird. Daher, sogar wenn die Maschine so betrieben wird, dass der Katalysator häufig in den Niedrigtemperaturbedingungen gesetzt wird, nimmt die Häufigkeit zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes zu, welches es ermöglicht, eine Abnahme der Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators unabhängig von den Betriebsbedingungen der Maschine zu verhindern.
Als nächstes wird unten beschrieben wie die vergangene Betriebshistorie beurteilt wird. Diese Ausführungsform berechnet einen integrierten Wert th der Zeit, in welcher die Maschine in dem Zustand von beispielsweise Bereich II von 10 betrieben wird, und berechnet ein Verhältnis r = th/ta des integrierten Wertes th zu der gesamten Betriebszeit ta der Maschine. Wenn das Verhältnis r einen vorbestimmten Wert r₀ übersteigt (0 ≤ r₀ ≤ 1) (d. h., wenn betrachtet wird, dass die Häufigkeit zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes nicht abnimmt, trotzdem der Beurteilungswert von 10 verwendet wird), wird der Beurteilungswert von 10 verwendet. Wenn das Verhältnis r nicht höher als r₀ ist (d. h., wenn betrachtet wird, dass die Verwendung des Beurteilungswertes von 10 verursacht, dass die Häufigkeit zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes abnimmt), wird der Beurteilungswert von 11 anstelle des Beurteilungswertes von 10 verwendet. Somit dehnt sich die Bedingung zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes aus, um eine Abnahme in der Häufigkeit zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes zu verhindern. 12 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Der Betrieb wird als eine Routine durchgeführt, welche durch die ECU 30 an vorbestimmten Intervallen ausgeführt wird.
Ein Ablaufdiagramm von 12 ist dasselbe wie das Ablaufdiagramm von 6, mit Ausnahme, dass ein Parameter r, welcher die Historie des Maschinenbetriebes darstellt, zusätzlich zu der Maschinenbelastung LD, NE und CSOX an einem Schritt 1201 gelesen wird, und entweder die Beurteilungsbedingung von 10 oder 11 an einem Schritt 1207 in Abhängigkeit vom Wert r ausgewählt wird (in Abhängigkeit davon, ob r ≤ r₀ gilt). Deshalb wird dieses Ablaufdiagramm hier nicht detailliert beschrieben. In dieser Ausführungsform werden ebenfalls die Temperaturerhöhungs-/Erholungsbetriebe von 7 wie in der oben erwähnten Ausführungsform ausgeführt.
Unten wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden die Bedingungen zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes in Abhängigkeit von den Traibstoffeingenschaften der Maschine und inbesondere von dem Schwefelanteil des Treibstoffs eingestellt. Wenn ein Treibstoff, welcher einen Schwefelanteil in hohen Mengen hat, für die Maschine verwendet wird, nimmt die Menge an SOx dementsprechend in dem Abgas zu, und die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen SOx nimmt mit einem vergrößerten Verhältnis zu. Wenn der Treibstoff, welcher hohe Mengen an Schwefelanteil enthält, verwendet wird, muss daher der Kontaminationserholungsbetrieb mit einer erhöhten Häufigkeit, verglichen damit, wenn der Treibstoff einen Schwefelanteil in geringen Mengen enthält, ausgeführt werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird daher der Schwefelanteil in dem Treibstoff abgeschätzt, und die Bedingung zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes wird ausgedehnt, wenn der Treibstoff verwendet wird, welcher einen Schwefelanteil in hohen Mengen enthält, um eine Abnahme in der Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators unabhängig von den Eigenschaften des Treibstoffs zu verhindern.
Als nächstes wird unten ein Verfahren zum Abschätzen der Menge an SOx, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehalten wird, gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die Haltemenge an SOx ohne Verwenden des SOx-Zählers der oben erwähnten Ausführungsform abgeschätzt. Wenn die Haltemenge an SOx durch Verwenden des SOx-Zählers, wie oben beschrieben, abgeschätzt wird, beträgt die Menge an SOx, welches durch die Maschine pro Zeiteinheit erzeugt wird, welche für die Berechnung durch den SOx-Zählers verwendet wird, der Menge, wenn ein Standardtreibstoff verwendet wird. Wenn der Schwefelanteil des Treibstoffes von dem des Standardtreibstoffes abweicht, entwickelt sich daher oft eine Differenz zwischen der Menge an SOx, welche wirklich durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird, und dem Wert des SOx-Zählers. Gemäß dieser Ausführungsform wird daher die Menge an SOx, welche durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehalten wird, von einer Änderung in der Ausgabe des Luft-Treibstoffverhältnissensors 31 während des Betriebes (Regenerationsbetrieb) zum Freisetzen und Reduzieren von NOx aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 berechnet.
Während des Erholungsbetriebes des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators, fließt das Abgas, welches ein fettes Luft-Treibstoffverhältnis hat, in den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator. Während des Erholungsbetriebes wird jedoch NOx, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 absorbiert wurde, daraus freigesetzt, und reagiert mit HC und CO in dem Abgas. Daher erhält, wenn NOx aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator während des Erholungsbetriebes freigesetzt werden, das Abgas an dem Ausgang des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators das stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis. Wenn das NOx nicht länger aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator freigesetzt wird, wird das Abgas an dem Ausgang des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators ein fettes Luft-Treibstoffverhältnis, genauso wie das Luft-Treibstoffverhältnis an seinem Einlass. Daher wird die Zeit, in welcher das Luft-Treibstoffverhältnis an der Auslassöffnung des Katalysators an dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis aufrechterhalten wird (stöchiometrisches Luft-Treibstoffverhältnis Haltezeit) mit einer Zunahme in der Menge des durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbierten NOx verlängert. In dieser Ausführungsform wird der Betrieb zum Erholen des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators zu jeder Zeit ausgeführt, wenn der Wert des NOx-Zählers einen vorbestimmten Wert erreicht. Wenn weitere Bedingungen dieselben verbleiben, wird daher die stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis Haltezeit während des Erholungsbetriebes konstant werden. Wenn SOx durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbiert werden, nimmt jedoch eine maximale NOx Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators ab. Wenn die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen SOx zunimmt, nimmt daher die Fähigkeit zum Absorbieren von NOx des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators ab, und die stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis Haltezeit wird entsprechend während des Erholungsbetriebes verkürzt. Das heißt, dass die stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis Haltezeit während des Erholungsbetriebes als ein Parameter zum Darstellen der Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen SOx verwendet werden kann.
In dieser Ausführungsform wird daher die Zeit ST gemessen, in welcher die Ausgabe des Luft-Treibstoffverhältnis Sensors 31, welcher an dem Entladedurchgang an dem Auslass des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 angeordnet ist, auf einen Wert aufrechterhalten, welcher dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis entspricht, es wird so beurteilt, dass die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehaltenen SOx einen zulässigen Wert überschritten hat (d. h., dass eine SOx Kontamination auftrat), wenn die Zeit ST kürzer als ein vorbestimmter Wert ST₀ wird, und der Kontaminationserholungsbetrieb für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 ausgeführt wird.
Nach Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes nimmt ferner die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehaltenen SOx ab, und die stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis Haltezeit ST nimmt zu. Wenn die Maschine mit dem Betrieb fortführt, nimmt jedoch die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen SOx in Abhängigkeit von der Menge an durch die Maschine erzeugten SOx wieder zu, und die stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis Haltezeit ST wird wieder kürzer als ST₀, nachdem eine gewisse Zeitperiode verstrichen ist. Das heißt, dass ein Intervall RTI von der Ausführung des Kontaminationserholungsbetriebes in der vergangenen Zeit, bis dahin wenn die Kontaminationen wieder aufgebaut wurden, im inversen Verhältnis zu der Menge an durch die Maschine erzeugten SOx variiert. Andererseits variiert die Menge an durch die Maschine während der Periode RTI erzeugten SOx im Verhältnis zu der Summe an Schwefelanteilen in dem der Maschine zugeführten Treibstoff. Daher variiert das Produkt der gesamten Menge FJ des der Maschine während der Periode RTI zugeführten Treibstoffs (integrierter Wert der Menge an Treibstoffinjektion während der Periode RTI), und der Schwefelkonzentration SW des Treibstoffs, im Verhältnis von (1/RTI). Mit anderen Worten hält FJ × SW = K × (1/RTI) (wobei K eine proportionale Konstante ist). Daher wird die Schwefelkonzentration SW im Treibstoff durch SW = K/(FJ × RTI) ausgedrückt, und variiert im inversen Verhältnis zu FJ × RTI. Wenn ein Wert RTJ als RTJ = 1/(FJ × RTI) bestimmt wird, variiert daher der Wert RTJ im Verhältnis zu der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Periode RTI, beginnend damit wenn der Kontaminationserholungsbetrieb zuletzt ausgeführt wurde, bis dahin wenn die Kontamination wieder erfasst wird, und der integrierte Wert FJ der Menge an Treibstoffeinspritzung, während der Periode RTI gemessen, und ein Wert RTJ (= 1/(FJ × RTI), welcher berechnet wird, indem die obigen Werte verwendet werden, wird als ein Parameter zum Darstellen der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff verwendet.
Als nächstes werden unten mit Bezug auf 13 und 14 der Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen und der Temperaturerhöhungs-/Erholungsbetriebe für den Katalysator gemäß der Ausführungsform beschrieben. 13 und 14 stellen einen Fall dar, bei welchem die Bedingungen zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebs in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur wie in der Ausführungsform von 2–5 eingestellt werden.
Die Betriebe von 13 und 14 werden als Routinen durchgeführt, welche durch die ECU 30 an vorbestimmten Intervallen ausgeführt werden.
Wenn in 13 der Betrieb startet, werden eine Katalysatortemperatur TCAT, eine Abgas stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis Haltezeit ST an der Auslassöffnung des Katalysators während des Regenerationsbetriebes des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators und ein Parameter RTJ, welcher die Schwefelkonzentration des Treibstoffs darstellt, an einem Schritt 1301 gelesen. Hier kann die Katalysatortemperatur TCAT direkt durch den Katalysatortemperatursensor wie in der Ausführungsform von 2–6 erfasst werden oder durch eine Routine (nicht gezeigt) berechnet werden, welche separat durch die ECU 30 als ein berechneter Wert basierend auf der Abgastemperatur und der Abgasflussrate berechnet wird. In dieser Ausführungsform misst die ECU 30 ferner die Zeit, in welcher das stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis an einem Moment aufrechterhalten wird, bei welchem die Ausgabe des Luft-Treibstoffverhältnissensors 31 an der Auslassöffnung des Katalysators in einer folgenden Weise wechselt „fett stöchiometrisches Luft-Treibstoffverhältnis → fett" für jeden Regenerationsbetrieb des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators, und speichert ihn als ST. Durch separates Ausführen einer Routine (nicht gezeigt), berechnet die ECU 30 ferner die Periode RTI, beginnend damit wenn der SOx Kontaminationserholungsbetrieb in der vorherigen Zeit ausgeführt wurde, bis dahin, wenn die stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis-Haltezeit ST das nächste Mal auf einen vorbestimmten ST₀ absinkt, und einen integrierten Wert FJ der Menge an Treibstoffeinspritzung während der Periode RTI, um den Wert RTJ zu berechnen (= 1/(FJ × RTI)).
An einem Schritt 1303 wird ein Wert des Kontaminationserholungsbetrieb-Ausführungsflags XS beurteilt, wie an dem Schritt 203 in 2 und, wenn XS = 1 ist, endet der Betrieb. Wenn XS = 1 ist, fährt die Routine an einem Schritt 1305 fort.
An einem Schritt 1305 wird beurteilt, ob die stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis Haltezeit ST während des Regenerationsbetriebes der vorherigen Zeit, welche an dem Schritt 1301 gelesen wird, kürzer als ST₀ ist oder nicht.
Wenn am Schritt 1305 ST ≥ ST₀ ist, trat die SOx Kontamination nicht auf, da die Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators nicht abnimmt. Daher endet die Routine. Wenn ST < ST₀ ist, wird andererseits in Betracht gezogen, dass die SOx Kontamination auftrat, und die Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators abnahm. Daher werden die Betriebe eines Schrittes 1307 und von darauffolgenden Schritten ausgeführt. Das heißt, dass an dem Schritt 1307 die Katalysatortemperatur-Beurteilungswerte T₁, T₂, T₃ in Abhängigkeit vom Wert des Schwefelkonzentrationsparameters RTJ eingestellt werden. Die Temperaturbeurteilungswerte T₁ bis T₃ haben dieselben Bedeutungen wie diejenigen von 4. 15 zeigt Beziehungen zwischen den Temperaturbeurteilungswerten T₁, T₂, T₃ und RTJ gemäß dieser Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden T₂ und T₃ auch so eingestellt, dass sie konstant sind (T₂ = 600°C, T₃ = 700°C), unabhängig von der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff. Die Temperatur T₁ wird so eingestellt (T₁ = 550°C), dass sie über einen Bereich von RTJ < RTJ₀ konstant ist, aber mit einem Anstieg von RTJ abnimmt (mit einem Anstieg der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff), und zwar über einen Bereich von RTJ ≥ RTJ₀. Hier ist RTJ₀ ein Wert wenn ein Standardtreibstoff verwendet wird, und wird experimentell herausgefunden. Wenn die Schwefelkonzentration in dem Treibstoff zunimmt, wird daher der Kontaminationserholungsbetrieb ausgeführt, sogar bei niedrigen Katalysatortemperaturen, welches es ermöglicht, eine Abnahme in der Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators zuverlässig zu verhindern, unabhängig von den Treibstoffeigenschaften.
Nachdem die Temperaturbeurteilungswerte T₁, T₂, T₃ wie oben beschrieben eingestellt wurden, wird ein Anfangswert eines Zählers CS in Abhängigkeit vom Wert ST an einem Schritt 1308 eingestellt. Der Zähler CS ist derselbe wie der, welcher die Menge an SOx CSOX anzeigt, welche durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten wird. An dem Schritt 1308 gilt, dass, je höher die Menge an durch den NOx Rbsorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen SOx (desto kleiner der Wert ST) ist, desto größer wird der Anfangswert von CS. Der Zähler CS wird zum Beurteilen der Beendigung des Erholungsbetriebes von 14 (Schritte 1409, 1411) verwendet.
Die Schritte 1309 bis 1319 von 13 sind dieselben wie die Schritte 209 bis 219 des Ablaufdiagramms von 2 und werden hier nicht beschrieben.
14 ist ein Ablaufdiagramm, das gleiche wie das von 3 und erläutert den Temperaturerhöhungsbetrieb und den Erholungsbetrieb des Katalysators gemäß der Ausführungsform. Die Betriebe von 14 sind dieselben wie die Betriebe von 2, mit der Ausnahme der Verwendung des Zählers CS an den Schritten 1409 und 1411, welcher an Schritt 1308 eingestellt wird, anstelle der Verwendung des NOx-Zählers CSOX von 2 zum Beurteilen der Beendigung des Erholungsbetriebes (Schritte 209, 211). Daher werden die Betriebe von 14 hier nicht detailliert beschrieben (in 14 entsprechen Werte ΔCS und CS₁ gleich ΔCSOX und CSOX₁ von 3).
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 16 bis 19 beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird beurteilt, ob der Kontaminationserholungsbetrieb ausgeführt wird oder nicht, und zwar basierend auf die Maschinenbelastungsbedingungen (Menge an Treibstoffeinspritzung, Maschinendrehzahl) wie in der Ausführungsform von 6 bis 9. In der Ausführungsform von 6 bis 9 werden die Maschinenbelastungsbedingungen zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebes in Abhängigkeit von der Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenen SOx eingestellt. In dieser Ausführungsform werden jedoch die Maschinenbelastungsbedingungen zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebs in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur der Maschine eingestellt.
Wenn die Kühlwassertemperatur beim Start der Maschine gering ist, verstreut sich der Treibstoff gering, d. h. der in die Zylinder eingespritzte Treibstoff kann in einer flüssigen Form auf dem Kolben und dergleichen kleben. Daher wird die Mischung in dem Zylinder mager, verglichen damit, wenn der eingespritzte Treibstoff gänzlich verdampft wird. Andererseits verdampft der auf dem Kolben angeklebte flüssige Treibstoff, wenn die Mischung in dem Zylinder verbrennt und unverbrannte Kohlenwasserstoffe in dem Abgas bildet. Trotzdem der Treibstoff auf dieselbe Weise eingespritzt wird, wird das Verbrennung Luft-Treibstoffverhältnis in dem Zylinder mager und Kohlenwasserstoffe steigen in dem Abgas an, wenn die Kühlwassertemperatur gering ist, verglichen damit, wenn die Kühlwassertemperatur hoch ist. Wenn die Menge an unverbrannten Komponenten in dem Abgas ansteigt, wie oben beschrieben, erhöht sich die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators aufgrund der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen auf dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator. Wenn die Kühlwassertemperatur der Maschine gering ist, wird daher der Katalysator in einen Zustand versetzt, in welchem er einfach erwärmt werden kann, verglichen damit, wenn seine Temperatur hoch ist. Wenn eine Betrachtung auf den Fall gerichtet wird, bei welchem der Treibstoff in einer erhöhten Menge zur Erwärmung des Katalysators eingespritzt wird, wird darüber hinaus das Verbrennung Luft-Treibstoffverhältnis mager, wenn die Kühlwassertemperatur gering ist, verglichen damit, wenn die Kühlwassertemperatur hoch ist, trotzdem der Treibstoff in derselben Menge eingespritzt wird. Daher wird das Verbrennung Luft-Treibstoffverhältnis nicht sehr fett, trotzdem der Treibstoff in einer Menge eingespritzt wird, welche auf ein gewisses Ausmaß erhöht ist, und eine Mehrheit des in einer erhöhten Menge eingespritzten Treibstoffs wird als unverbrannte Kohlenwasserstoffe dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator zugeführt. In einem Zustand, bei welchem die Kühlwassertemperatur gering ist, kann daher die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators innerhalb einer relativ kurzen Zeitperiode erhöht werden, ohne Verschlechterung der Abgasemission und der Treibstoffeffizienz.
In dieser Ausführungsform wird daher, wenn die Kühlwassertemperatur gering ist, die Maschinenbelastungsbedingung zum Ausführen des Kontaminationserholungsbetriebs ausgedehnt, so dass der Kontaminationserholungsbetrieb einfach ausgeführt werden kann. Bei der Betriebsbedingung, bei welcher die Kühlwassertemperatur so gering ist, wie bei dem Start der Maschine, nehmen daher die Wechsel zum Ausführen des SOx Kontaminationserholungsbetriebes zu, und der Zustand, bei welchem SOx in einer erhöhten Menge durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten werden, wird daran gehindert, nach dem Start der Maschine lange anzudauern.
18 und 19 stellen die Bedingungen zum Beurteilen der Ausführung des Kontaminationserholungsbetriebs gemäß der Ausführungsform dar. In 18 und 19 stellt die Ordinate die Maschinenbelastung LD (Menge an Treibstoffeinspritzung) dar, und die Abszisse stellt die Maschinendrehzahl NE dar, wie in 8 und 9. Die Bereiche I–IV entsprechen den Bereichen I–IV in 4.
18 stellt die Ausführung der Beurteilungsbedingungen dar, wenn die Kühlwassertemperatur THW der Maschine höher als ein vorbestimmter Wert THW ist, und 19 stellt die Ausführung der Beurteilungsbedingungen dar, wenn THW nicht höher als THW₀ ist. Hier wird THW₀ auf eine Kühlwassertemperatur eingestellt, bei welcher beurteilt werden kann, dass die Maschine aufgewärmt wurde. Wie aus 18 und 19 verständlich werden wird, wird der Bereich II (bei welchem der Temperaturerhöhungsbetrieb ausgeführt wird), in Richtung zu der Niedrigbelastungsseite ausgedehnt, wenn die Kühlwassertemperatur THW nicht höher als THW₀ ist (19), verglichen damit wenn die Kühlwassertemperatur THW höher als THW₀ ist (18), und der Kontaminationserholungsbetrieb wird mit einer erhöhten Häufigkeit ausgeführt.
16 und 17 sind Ablaufdiagramme, welche den Betrieb zum Beurteilen der Kontaminationserholungsbedingungen für den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator und der Temperaturerhöhungs-/Erholungsbetriebe gemäß der Ausführungsform erläutern. Der Betrieb wird als eine Routine durchgeführt, welche durch die ECU 30 an vorbestimmten Intervallen ausgeführt wird.
Der Betrieb von 16 ist derselbe wie der des Ablaufdiagrammes von 6, mit Ausnahme, dass die Maschinenbelastung LD (Menge an Treibstoffeinspritzung), Umdrehungszahl, Haltemenge an SOx CSOX, als auch die Maschinenkühlwassertemperatur THW von dem Kühlwassertemperatursensor 39, an einem Schritt 1601 gelesen werden, und die Kontaminationserholung-Betriebsausführung-Bedinung, entweder von 18 oder 19, wird an einem Schritt 1607 in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur THW eingestellt (in Abhängigkeit davon, ob THW höher als die vorbestimmte Temperatur THW₀ ist oder nicht). Die Schritte von 17 sind dieselben wie die Schritte des Ablaufdiagramms von 7, und werden hier nicht detailliert beschrieben.
Als nächstes wird unten eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dieser Ausführungsform ist ebenfalls der Aufbau der Vorrichtung derselbe wie der mit Bezug auf 1 beschriebene.
20 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Betrieb zum Beurteilen der SOx Kontaminationserholungsbedingungen gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Der Betrieb wird als eine Routine geleitet, welche durch die ECU 30 an vorbestimmten Intervallen ausgeführt wird. In 20 wird bei einem Schritt 2001 beurteilt, ob ein Flag F1, welches später detailliert beschrieben werden wird, 1 ist oder nicht. Unter einer normalen Bedingung ist diese Beurteilung negativ, und die Routine fährt zu einem Schritt 2002 fort, wo beurteilt wird, ob ein Flag F2, welches später detailliert beschrieben werden wird, 1 ist oder nicht.
Unter normaler Bedingung ist diese Beurteilung negativ und die Routine fährt an einem Schritt 2003 fort, bei welchem beurteilt wird, ob ein Flag F3, welches später detailliert beschrieben werden wird, 1 ist oder nicht. Unter normaler Bedingung ist diese Beurteilung negativ und die Routine fährt mit einem Schritt 2004 fort, um den mageren Betrieb auszuführen.
Somit wird der magere Betrieb unter der normalen Bedingung ausgeführt, und NOx sind in relativ hohen Mengen in dem Abgas enthalten. Jedoch nimmt das Abgas einen mageren Zustand ein und hat eine hohe Sauerstoffkonzentration. Wie oben beschrieben, absorbiert daher der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 das NOx in dem Abgas.
Das Flag F1 wird gesetzt, wenn die Maschine in der vorliegenden Betriebsbedingung eine hohe Ausgabe erzeugen muss, um mit einer auf die Maschine ausgeübten Beschleunigung oder hohen Belastung klarzukommen. Wenn die Beurteilung an dem Schritt 2001 zustimmend ist, fährt daher die Routine mit einem Schritt 2005 fort, um einen stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis Betrieb auszuführen.
Aufgrund des Betriebes im mageren Luft-Treibstoffverhältnis, nimmt die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbierten NOx stufenförmig zu. Da, wie oben beschrieben, die Menge an NOx, welche durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 gehalten werden kann, endlich ist, muss NOx aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 freigesetzt werden, und muss durch Reduktion gereinigt werden, bevor die Menge an absorbierten NOx die maximale NOx Haltefähigkeit übersteigt. In diesem Fall wird das Flag F2 gesetzt und die Routine fährt mit einem Schritt 2006 fort, bei welchem ein fetter Spitzenbetrieb ausgeführt wird.
21 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Betrieb zum Setzen des Flags F2 erläutert. Dieser Betrieb wird ausgeführt wie eine durch die ECU 30 ausgeführte Routine, nach jeder vorbestimmten Zeitperiode. An einem Schritt 2101 wird zunächst beurteilt, ob ein Flag F4, welches später detailliert beschrieben werden wird, 1 ist oder nicht. Zunächst ist diese Beurteilung negativ und die Routine fährt an einem Schritt 2102 fort, bei welchem eine Ziel NOx-Absorptionsmenge st auf s1 eingestellt wird. Diese Menge kann beispielsweise 70% der NOx Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 betragen. Dann wird die Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 absorbierten NOx pro Zeiteinheit während des mageren Luft-Treibstoffverhältnis Betriebes integriert, und die Menge an NOx s, welche durch den Katalysator gehalten wird, wird berechnet. Die NOx-Haltemenge wird zugrundelegend auf der Menge an durch die Brennkraftmaschine erzeugten NOx pro Zeiteinheit integriert, und zwar basierend auf die Maschinenbetriebsbedingungen, wie oben beschrieben.
Dann wird an einem Schritt 2105 beurteilt, ob die NOx Haltemenge s den Zielwert st erreicht hat oder nicht. Wenn diese Beurteilung negativ ist, fährt die Routine mit einem Schritt 2106 fort, bei welchem das Flag F2 auf 0 verbleibend endet. Wenn die Beurteilung an dem Schritt 2105 bejaht wird, fährt die Routine mit einem Schritt 2107 fort, bei welchem das Flag F2 auf 1 gesetzt wird. An einem Schritt 2108 wird die NOx Absorptionsmenge s auf 0 gesetzt und die Routine endet.
22 ist ein Ablaufdiagramm, welches den fetten Spitzenbetrieb des Schrittes 2006 von 20 darstellt. In 22 wird zunächst die fette Spitze an einem Schritt 2201 ausgeführt. Der fette Spitzenbetrieb wird durch dasselbe Verfahren wie das oben beschriebene ausgeführt, und wird hier nicht detailliert beschrieben. Nach Ausführung des fetten Spitzenbetriebes wird NOx von dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 freigesetzt, und wird durch Reduktion mit HC und CO, welche in dem Abgas enthalten sind, gereinigt.
Als nächstes wird an einem Schritt 2202 ein Zeitnehmer ausgelöst, und es wird an einem Schritt 2203 beurteilt, ob ein durchschnittlicher Ausgabewert A1 der Luft-Treibstoffverhältnis Sensoren 29a und 29b auf der stromaufwärtigen Seite beinahe in Übereinstimmung steht mit der Ausgabe A2 des Luft-Treibstoffverhältnis Sensors 31 auf der stromabwärtigen Seite oder nicht. Wenn diese Beurteilung negativ ist, wird der fette Spitzenbetrieb an dem Schritt 2201 fortgeführt. Wie oben beschrieben, nimmt das durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator fließende Abgas ein stöchiometrisches Luft-Treibstoffverhältnis an, welches von dem fetten Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases unterschiedlich ist, welches durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 fließt, wenn die NOx durch die fette Spitze reduziert werden. Daher ist die durchschnittliche Ausgabe A1 der Luft-Treibstoffverhältnis Sensoren 29a und 29b auf der stromaufwärtigen Seite unterschiedlich von der Ausgabe A2 des Luft-Treibstoffverhältnis Sensors 31 auf der stromabwärtigen Seite.
Andererseits, wenn das NOx vollständig von dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 freigesetzt ist und vollständig reduziert ist, wird das Luft-Treibstoffverhältnis des aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 fließenden Abgases nahezu gleich dem Luft-Treibstoffverhältnis des in den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator fließenden Abgases, wobei die durchschnittliche Ausgabe A1 der Luft-Treibstoffverhältnis Sensoren 29a und 29b auf der stromaufwärtigen Seite beinahe in Übereinstimmung mit der Ausgabe A2 des Luft-Treibstoffverhältnis Sensors 31 auf der stromabwärtigen Seite kommt, und die Routine fährt mit einem Schritt 2204 fort, bei welchem die fette Spitze unterbrochen wird und der Zeitnehmer stoppt. In dieser Ausführungsform werden die Luft-Treibstoffverhältnis Sensoren sowohl auf der stromaufwärtigen Seite als auch der stromabwärtigen Seite des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 bereitgestellt, wie in 1 gezeigt. Es ist jedoch ebenfalls zulässig, den Luft-Treibstoffverhältnissensor nur auf der stromabwärtigen Seite des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators bereitzustellen, und somit zu beurteilen, dass NOx vollständig aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator freigesetzt ist und vollständig reduziert ist, an dem Moment, bei welchem die Ausgabe des Luft-Treibstoffverhältnis Sensors von dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis zu einem fetten Luft-Treibstoffverhältnis gewechselt hat.
Als nächstes wird an dem Schritt 2205 beurteilt, ob das Flag F4, welches später detailliert beschrieben werden wird, 1 ist oder nicht. Zunächst ist diese Beurteilung negativ und die Routine fährt mit einem Schritt 2206 fort, bei welchem beurteilt wird, ob die Zeit T, welche durch den Zeitnehmer gezählt wird, kürzer ist als eine erste vorbestimmte Zeitperiode T1 oder nicht. Die erste vorbestimmte Zeitperiode T1 ist zum Freisetzen und Reduzieren von NOx in einer Menge von 70% der NOx Absorptionskapazität des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7, bei einem Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases während des fetten Spitzenbetriebes. Gegenwärtig, wo die Ziel NOx Absorptionsmenge gleich 70% der NOx Absorptionsfähigkeit beträgt, ist daher, wenn der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 NOx in der Zielmenge absorbiert, die Beurteilung an dem Schritt 2206 negativ, und die Routine fährt mit einem Schritt 2207 fort, bei welchem das Flag F3 auf 0 gesetzt wird.
Wenn die Beurteilung an dem Schritt 2206 bejaht wird, so bedeutet dies andererseits, dass der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 das NOx nur in einer Menge absorbiert, welche geringer als 70% der NOx Absorptionskapazität ist. Dies bedeutet, dass die SOx Kontamination 30% der NOx Absorptionsfähigkeit überschritten hat, da der oben erwähnte Integrationsbetrieb relativ korrekt die Menge an NOx berechnet, welche durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 absorbiert werden wird. Die SOx Kontamination baut sich, verglichen mit der Häufigkeit zur Ausführung der fetten Spitze, langsam auf. Wenn die Beurteilung an dem Schritt 2206 bejaht wird, beträgt die SOx Kontamination daher beinahe 30% der NOx Absorptionsfähigkeit. An diesem Moment fährt die Routine mit einem Schritt 2208 fort, bei welchem das Flag F3 auf 1 gesetzt wird. Wenn das Flag F3 gesetzt ist, wird die Beurteilung an dem Schritt 2003 in dem oben erwähnten Betrieb von 20 bejaht, und die Routine fährt mit einem Schritt 2007 fort, um den SOx Kontaminationserholungsbetrieb auszuführen.
Nach Durchlaufen des Schrittes 2207 oder 2208 in dem Betrieb von 22 wird das Flag an einem Schritt 2212 auf 0 gesetzt, und das Flag F4 wird an einem Schritt 2213 auf 0 gesetzt, um die Routine zu beenden. Vor Beschreibung der Schritte 2209 und 2210 von 22, wird unten der Betrieb zum Entfernen der SOx Kontamination mit Bezug auf 23 beschrieben.
An einem Schritt 2301 wird zuerst beurteilt, ob die Verarbeitung ausgeführt werden kann oder nicht. Um die Kontamination aufgrund von SOx zu entfernen, musste, wie oben beschrieben, der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 auf eine Temperatur aufgewärmt werden, welche beispielsweise nicht geringer als 600°C ist. Basierend auf den vorliegenden Betriebsbedingungen der Maschine, wird daher die Beurteilung an Schritt 2301 bejaht, wenn die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches liegt, welcher nicht geringer als 600°C ist, und die Routine fährt mit einem Schritt 2302 fort. Die SOx Kontamination baut sich relativ langsam ab. Während dieser Zeitperiode wird sich daher die Menge an in dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbierten SOx nicht außerordentlich erhöhen.
Wenn die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 so niedrig ist wie in der oben erwähnten Ausführungsform, werden beispielsweise die Zylinder #1 und #4 bei einem fetten Luft-Treibstoffverhältnis betrieben, und die Zylinder #2 und #3 werden bei einem mageren Luft-Treibstoffverhältnis betrieben; d. h., dass das Abgas eines fetten Zustandes und das Abgas eines mageren Zustandes abwechselnd von den Zylindern emittiert werden, und HC und CO werden auf dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 verbrannt, so dass die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches liegt.
An einem Schritt 2302 wird beurteilt, ob ein Flag F5, welches später detailliert beschrieben werden wird, 1 ist oder nicht. Diese Beurteilung wird zunächst negiert, und die Routine fährt an einem Schritt 2304 fort. An dem Schritt 2304 wird ein Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt an Abgas während des Erholungsbetriebes in Richtung zu der mageren Seite durch eine Menge dAF verschoben. Das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt liegt zunächst auf der fetten Seite jenseits des stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnisses durch dAF. An einem Moment, bei welchem die Routine den Schritt 2304 durchläuft, ist das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt zunächst das stöchiometrische Luft-Treibstoffverhältnis. Dann wird an einem Schritt 2305 der Betrieb derart durchgeführt, dass das Abgas das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt erlangt.
Als nächstes wird an einem Schritt 2306 beurteilt, ob eine vorbestimmte Zeitperiode durchlaufen ist oder nicht. Wenn diese Beurteilung negativ ist, wird die Verarbeitung von Schritt 2305 fortgeführt. Das heißt, dass der Betrieb, bei welchem das Abgas das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt annimmt, für eine vorbestimmte Zeitperiode fortgeführt wird, und an einem Schritt 2307 wird das Flag F4 auf 1 gesetzt, um die Routine zu beenden. Der Betrieb, bei welchem das Abgas das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt annimmt, kann so durchgeführt werden, dass die Verbrennung Luft-Treibstoffverhältnisse in den Zylindern das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt annehmen, oder kann so durchgeführt werden, dass die Verbrennung Luft-Treibstoffverhältnisse in den zwei Zylindern von aufeinanderfolgenden Zündungszeitpunkten als eine Gesamtheit das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt annehmen, oder kann so durchgeführt werden, dass die sekundäre Treibstoffeinspritzung bewirkt wird, d. h., dass der Treibstoff direkt in das Maschinenabgassystem geführt wird oder der Treibstoff beim Ausblashub in die Zylinder eingespritzt wird, um die Menge an unverbranntem Treibstoff in dem Abgas zu erhöhen, so dass das Abgas das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt erlangt.
Somit endet der SOx Kontaminationserholungsbetrieb, und an diesem Moment wird nur das Flag F4 gesetzt. Bei dem Betrieb von 21 zum Setzen des Flags F2 wird daher die Beurteilung an dem Schritt 2101 bejaht, und die Routine fährt mit dem Schritt 2103 fort. An diesem Moment wird nur die Ziel NOx Absorptionsmenge st auf s2 gesetzt. Diese Menge s2 ist gleich der NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7. An dem Schritt 2105 wird daher das Flag F2 nicht gesetzt, bis berechnet wird, dass NOx in einer Menge absorbiert werden, welche gleich 100% der NOx Absorptionsfähigkeit beträgt, und zwar nur einmal nach dem SOx Kontaminationserholungsbetrieb.
Nachdem das Flag F2 gesetzt ist, wird der oben erwähnte Betrieb von 22 ausgeführt. Diesmal ist jedoch das Flag F4 gleich 1, die Beurteilung an dem Schritt 2205 wird bejaht, und die Routine fährt mit dem Schritt 2209 fort. Am Schritt 2209 wird beurteilt, ob die durch den Zeitnehmer gezählte Zeit T kürzer als eine zweite vorbestimmte Zeitperiode T2 ist. Die zweite vorbestimmte Zeitperiode T2 ist zum Freisetzen und Reduzieren von NOx in einer Menge, welche gleich 100% der NOx Absorptionskapazität des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 bei einem Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases während eines fetten Spitzenbetriebes ist. Wenn das NOx in einer Menge, welche gleich 100% der NOx Absorptionsfähigkeit ist, in dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbiert wurde, d. h. wenn die Kontamination aufgrund von SOx komplett durch den Erholungsbetrieb entfernt wurde, ist die Beurteilung am Schritt 2209 negativ und die Routine fährt mit einem Schritt 2210 fort, bei welchem das Flag F5 auf 0 gesetzt wird.
Wenn die Beurteilung am Schritt 2209 bejaht wird, bedeutet dies andererseits, dass das NOx nicht durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 in der Menge, welche gleich 100% der NOx Absorptionskapazität ist, absorbiert wurde, und der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 wurde nicht komplett von der SOx Kontamination erholt. In diesem Fall wird das Flag F5 an einem Schritt 2211 auf 1 gesetzt. In dieser Ausführungsform, wie oben beschrieben, wird ein allgemeines Verschlechterungserfassungsverfahren zur Evaluierung des Grades an Erholung nach dem Erholungsbetrieb verwendet.
Wenn das Flag F5 gesetzt ist, wird die Beurteilung am Schritt 2302 in dem Betrieb von 23 bejaht, nachdem der SOx Kontaminationserholungsbetrieb vom nächsten mal, und das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt an Abgas, an Schritt 2303 durch dAF in Richtung zu der fetten Seite verschoben werden, und der Erholungsbetrieb wird für eine vorbestimmte Zeitperiode durchgeführt.
An einem Moment, bei welchem die SOx Kontamination des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators 7 gleich 30% der NOx Absorptionsfähigkeit erreicht hat, wird der Erholungsbetrieb durchgeführt, bei welchem das Abgas ein stöchiometrisches Luft-Treibstoffverhältnis oder ein fettes Luft-Treibstoffverhältnis für nur eine vorbestimmte Zeitperiode, wie oben beschrieben, erlangt. Wenn der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator komplett erholt ist, wird jedoch das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases während des Erholungsbetriebes stufenförmig in Richtung zu der mageren Seite verschoben. Wenn die Erholung nicht ausreichend ist, wird das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases stufenförmig in Richtung zu der fetten Seite verschoben. Die durch den Zeitnehmer gezählte Zeit T ist invers proportional zum Nichterholungsgrad der SOx Kontamination. Die Menge dAF zum Verschieben des Luft-Treibstoffverhältnisses in Richtung zu der fetten Seite kann mit einer Abnahme der gezählten Zeit T erhöht werden.
Um den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator von der SOx Kontamination zu erholen, müssen stabile Sulfate abgebaut werden. Aus diesem Grund wird der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator auf eine Temperatur erwärmt, welche so hoch wie 600°C oder höher ist, und die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas wird verringert. Beim Entfernen der SOx Kontamination wird SOx einfach freigesetzt, wenn die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators hoch ist oder wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas niedrig ist. Darüber hinaus gilt, dass, je höher die Menge an Reduktionssubstanzen in dem Abgas ist, desto höher ist die Menge an Sauerstoff, welcher durch die Reduktionssubstanzen auf Platin Pt des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators verbraucht wird, und SOx wird noch einfacher freigesetzt.
Es ist nicht erlaubt, die Temperatur des NOx Absorptions- und Reduktionskatalysators auf einen übermäßigen Grad zu erhöhen, da der Katalysator mechanisch und funktionell geschädigt werden kann. In dieser Ausführungsform wird der NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator auf einen vorbestimmten Temperaturbereich erwärmt. (beispielsweise von 700°C bis 800°C). Wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases so eingestellt wird, so dass es während des Erholungsbetriebes übermäßig fett wird, nimmt die Sauerstoffkonzentration ab, da eine hohe Menge an Reduktionssubstanzen in dem Abgas enthalten ist. Obwohl dies die Erholung von der SOx Kontamination garantiert, verursacht dies eine Abnahme der Treibstoffeffizienz und eine Verschlechterung der Abgasemission.
Um den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator, welcher SOx enthält, komplett auf einen Grad von 30% der NOx Absorptionsfähigkeit zu erholen, und zwar indem er innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches für eine vorbestimmte Zeitperiode erwärmt wird, ohne die Abgasemission zu verschlechtern, wie in dieser Ausführungsform durchgeführt, kann dies bewerkstelligt werden, indem das Luft-Treibstoff verhältnis des Abgases auf ein vorbestimmtes Luft-Treibstoffverhältnis gesetzt wird.
Jedoch variiert die Leichtigkeit zum Freisetzen von SOx aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 in Abhängigkeit von der SOx Konzentration in dem Abgas während des Erholungsbetriebes. Das heißt, wenn die Schwefelkonzentration in dem Treibstoff, welches ein Vorläufer von SOx ist, hoch ist, wird die SOx Konzentration in dem Abgas hoch, und SOx werden entsprechend verringert aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 freigesetzt. Um die komplette Erholung zu erreichen, muss daher das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases fetter als das vorbestimmte Luft-Treibstoffverhältnis gesetzt werden.
Wenn die Schwefelkonzentration in dem Treibstoff gering ist, wird andererseits die SOx Konzentration in dem Abgas niedrig, und SOx wird entsprechend einfach aus dem NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 freigesetzt. Um die Abgasemission zu verbessern, muss daher das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases magerer als das vorbestimmte Luft-Treibstoffverhältnis gesetzt werden.
In dieser Ausführungsform, wie oben beschrieben, wird der Grad an Erholung von SOx Kontamination basierend auf der NOx Absorptionsfähigkeit nach dem Erholungsbetrieb evaluiert. Wenn der Katalysator komplett erholt wurde, wird das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases in dem Erholungsbetrieb vom nächsten Mal in Richtung zu der mageren Seite verschoben. Wenn der Katalysator nicht komplett erholt wurde, wird das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases in dem Erholungsbetrieb vom nächsten Mal in Richtung zu der fetten Seite verschoben. In dem Erholungsbetrieb wird daher das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases auf ein optimales Luft-Treibstoffverhältnis gesetzt, um eine komplette Erholung in Abhängigkeit von der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff ohne Verschlechterung der Abgasemission zu garantieren.
Das optimierte Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases ist ein Wert, welcher der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff und der SOx Konzentration in dem Abgas entspricht. Bei einem Überwachen des Luft-Treibstoffverhältnisses ist es daher möglich, die Menge an Sulfaten, welche durch SOx gebildet werden, abzuschätzen, und den Fahrer ebenfalls über den Wahrscheinlichkeitsgrad von Korrosion in dem Maschinenabgassystem in Kenntnis zu setzen, welche durch Sulfate verursacht wird.
24 ist ein Ablaufdiagramm, welches den SOx Kontaminationserholungsbetrieb erläutert, welcher sich von dem von 23 unterscheidet. Unten wird nur ein Unterschied zum Ablaufdiagramm von 23 beschrieben. Bei diesem Betrieb gilt, dass, wenn an einem Schritt 2402 beurteilt wird, dass das Flag F5 gleich 1 ist, d. h. wenn die Erholung von der SOx Kontamination nicht ausreicht, die Zeit t des Zielerholungsbetriebes um dt erweitert wird. Wenn das Flag F5 gleich 0 ist, d. h. wenn die SOx Kontamination komplett entfernt ist, wird die Zeit t des Zielerholungsbetriebes um dt verkürzt.
Daher wird an Schritten 2405 und 2406 das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases auf ein stöchiometrisches Luft-Treibstoffverhältnis oder ein vorbestimmtes fettes Luft-Treibstoffverhältnis gesetzt, und an einem Schritt 2403 oder 2404 wird der Erholungsbetrieb nur für eine Zeit t des Zielerholungsbetriebes durchgeführt, welche verändert ist. Während des Erholungsbetriebes wie oben beschrieben, wird das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases auf ein vorbestimmtes Luft-Treibstoffverhältnis gesetzt, und die Zeit zum Zielerholungsbetrieb wird verändert, um eine optimale Zeit des Erholungsbetriebes zu erreichen, welche eine komplette Erholung in Abhängigkeit von der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff ohne Verschlechterung der Abgasemission garantiert.
Bei den oben erwähnten Betrieben von 23 und 24 wird entweder das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases oder die Erholungszeit festgesetzt, und das weitere wird während des Erholungsbetriebes in Abhängigkeit von der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff optimiert. Dies optimiert, mit anderen Worten, die Gesamtanzahl an in den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator fließende Reduktionssubstanzen und optimiert die Gesamtmenge an Sauerstoff in Übereinstimmung damit, während der Zeitperiode des Erholungsbetriebes. Aus diesem Grund kann daher sowohl das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases als auch die Erholungszeit in Abhängigkeit von der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff verändert werden.
In dem Betrieb von 23 wird darüber hinaus das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases während des Erholungsbetriebes zunächst so gesetzt, dass es gleich dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis, wie zuvor beschrieben, ist, und wird dann stufenförmig in Richtung zu der fetten Seite verschoben wird, um ein optimales Luft-Treibstoffverhältnis in Abhängigkeit von der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff zu erreichen. Wenn die Schwefelkonzentration des Treibstoffs sehr gering ist, ändert sich das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis nahe dem stöchiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis, und das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis wird gleich ein optimales Luft-Treibstoffverhältnis. Wenn die Schwefelkonzentration in dem Treibstoff relativ hoch ist und das optimale Luft-Treibstoffverhältnis auf einen hohen Grad fett ist, ist die Erholung von der SOx Kontamination in dem Erholungsbetrieb nicht ausreichend, bevor das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis das optimale Luft-Treibstoffverhältnis wird, und daher muss der Erholungsbetrieb relativ häufig durchgeführt werden. Der Erholungsbetrieb ist nicht wünschenswert, da er die Treibstoffeffizienz im Vergleich mit dem während des normalen mageren Betriebes verschlechtert.
Um dieses Problem zu lösen, kann die Schwefelkonzentration in dem Treibstoff so erfasst werden, wie in einem Ablaufdiagramm von 25 gezeigt, und das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt kann in Abhängigkeit von der Schwefelkonzentration gesetzt werden. Das heißt, dass bei dem Betrieb von 25 die Schwefelkonzentration in dem Treibstoff an einem Schritt 2501 direkt durch den Schwefelkonzentrationssensor erfasst wird, und ein erstes Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt in dem Erholungsbetrieb wird an einem Schritt 2502 basierend auf der von einer in 26 gezeigten Abbildung gefundenen Schwefelkonzentration gesetzt. Es ist daher erlaubt, in dem Betrieb von 23 das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt auf das optimale Luft-Treibstoffverhältnis zu setzen, was verhindert, dass der Erholungsbetrieb häufig ausgeführt wird.
Bei der in 26 gezeigten Abbildung wird der fette Grad des Ziel Luft-Treibstoffverhältnisses AFt so gesetzt, dass es mit einem Anstieg in der Schwefelkonzentration ansteigt. Wenn die Abbildung durch Experiment korrekt gebildet wird, braucht das Ziel Luft-Treibstoffverhältnis AFt nicht in Abhängigkeit des Grades an Erholung von der SOx Kontamination in dem Betrieb von 23 geändert zu werden, und kann als das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases während des Erholungsbetriebes verwendet werden. Es ist natürlich möglich, eine Zeit des Ziel-Erholungsbetrieb von einer Abbildung in Abhängigkeit von der Schwefelkonzentration in dem Treibstoff zu setzen, und zwar derselben Idee zugrundeliegend.
Ein NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator wird in einem Abgasdurchgang einer Brennkraftmaschine angeordnet, um NOx in dem Abgas zu absorbieren, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freizusetzen und zu reduzieren, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases fett ist. Ein Erholungsbetrieb wird nur unter bestimmten Betriebsbedingungen der Maschine ausgeführt, um den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator so zu erwärmen, dass er NOx als auch dadurch absorbiertes SOx freisetzt. Die Maschinenbetriebsbedingungen zum Ausführen des Erholungsbetriebes werden mit einem Anstieg in der Menge an durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehaltenem SOx ausgedehnt, während ein Absinken in der Maschinentreibstoffeffizienz verhindert wird. Der Erholungsbetrieb wird einfach mit einem Anstieg in der Haltemenge an SOx ausgeführt, und ein Zustand, in welchem SOx in erhöhten Mengen durch den NOx Absorptions- und Reduktionskatalysator gehalten werden, wird daran gehindert, lange anzudauern.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, umfassend: einen No_x Absorptions- und Reduktionskatalysator (7), welcher an einem Abgasdurchgang (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist um No_x zu absorbieren, wenn das Luft-Treibstoff Verhältnis des Abgases größer ist als das stöchiometrische Luft-Treibstoff Verhältnis, und um das absorbierte No_x freizusetzen und zu reduzieren, wenn das Luft-Treibstoff Verhältnis kleiner wird als das stöchiometrische Luft-Treibstoff Verhältnis, wobei der No_x Absorptions- und Reduktionskatalysator (7) eine Abnahme in der Fähigkeit zum Absorbieren, Freisetzen und Reduzieren des No_x beim Absorbieren zeigt oder Schmutzstoffe im Abgas absorbiert; ein Haltemenge-Abschätzmittel (30) zum Abschätzen der Menge (CSOX) an Schmutzstoffen, welche absorbiert oder durch den Katalysator absorbiert wurden; und ein Erwärmungsmittel zum Freisetzen der Schmutzstoffe aus dem No_x Absorptions- und Reduktionskatalysator (7), wenn die Menge (CSOX) der Schmutzstoffe derart ansteigt, dass sie einen vorbestimmten Beurteilungswert (CSOX₀) übersteigt, und wenn die Betriebsbedingung der Maschine in eine vorbestimmte Wärmeleitbedingung wechselt, gekennzeichnet durch ein Wärmeleitbedingung-Einstellmittel (30), zum Einstellen der Wärmeleitbedingung in Abhängigkeit von: a) der Menge (CSOX) von den Schmutzstoffen, welche in dem No_x Absorptions- und Reduktionskatalysator (7) gehalten werden, b) der Historie (r) von den Betriebsbedingungen der Maschine, c) den Eigenschaften (RTJ) des Treibstoffs der Maschine oder d) der Temperatur (THW) des Kühlwassers der Maschine.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeleitbedingung als eine Temperatur (TCAT) des No_x Absorptions- und Reduktionskatalysators (7) gegeben wird, im Falle, dass die Wärmeleitbedingung eingestellt wird in Abhängigkeit von: a) der Menge (CSOX) von den Schmutzstoffen, welche in dem No_x Absorptions- und Reduktionskatalysator (7) gehalten werden oder c) den Eigenschaften (RTJ) des Treibstoffs der Maschine.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeleitbedingung als eine Belastungsbedingung (LD, NE) der Maschine (1) gegeben wird, im Falle, dass die Wärmeleitbedingung eingestellt wird in Abhängigkeit von: a) der Menge (CSOX) von den Schmutzstoffen, welche in dem No_x Absorptions- und Reduktionskatalysator (7) gehalten werden oder b) der Historie (r) von den Betriebsbedingungen der Maschine oder d) der Temperatur (THW) des Kühlwassers der Maschine.