DE19924215A1

DE19924215A1 - Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19924215A1
Application number: DE19924215A
Authority: DE
Inventors: Shinya Hirota; Toshiaki Tanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: FR2779178A1; JPH11343834A; FR2779178B1; DE19924215C2; JP3482874B2

Abstract

Ein erster NOx-Katalysator (3) und ein zweiter NOx-Katalysator (4), der eine niedrigere Oxidationsleistung als der erste NOx-Katalysator (3) hat, sind in einer Abgasleitung angeordnet, die Abgas transportiert, das eine übermäßige Menge Sauerstoff enthält. Eine Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13) zur Lieferung von Kohlenwasserstoff in die Abgasleitung an einer Stelle stromaufwärts von dem ersten NOx-Katalysator und eine Ureaversorgungsvorrichtung (14) zur Lieferung von Urea in die Abgasleitung an einer Stelle stromaufwärts von dem zweiten NOx-Katalysator (4) sind vorgesehen. Wenn sich die Temperatur des ersten NOx-Katalysators in einem Temperaturbereich befindet, in dem der Kohlenwasserstoff und das NOx miteinander reagieren können, wird die Menge an Kohlenwasserstoffen durch die Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung erhöht. Wenn sich die Temperatur des zweiten NOx-Katalysators in einem Temperaturbereich befindet, in dem Urea und das NOx miteinander reagieren können, wird Urea durch die Ureaversorgungsvorrichtung (14) geliefert. Deshalb wird es möglich, die Menge an NOx durch die Reduktionsreaktion über einen breiten Temperaturbereich zu reduzieren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine Emissionssteuerungsvorrichtung zur Reduzierung der Menge an im Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen NOx.

Eine bekannte Emissionssteuerungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors zur Reduzierung der Menge an Stickoxiden (im Nachfolgenden wird darauf als "NOx" Bezug genommen) enthält mehrere Mager-NOx-Katalysatoren, die in Serie in einem Abgasstrang des Motors angeordnet sind, sowie Kohlenwasserstoff- Versorgungsvorrichtungen, die stromaufwärts von den einzelnen NOx-Katalysatoren angeordnet sind, um Kohlenwasserstoffe (HC) an die NOx-Katalysatoren in Abhängigkeit von der Temperatur eines jeden NOx-Katalysators zu liefern (beispielsweise in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. Hei 04-214919 beschrieben). Genauer gesagt reduziert jeder Katalysator NOx im Abgas in einem Temperaturbereich (ungefähr zwischen 200 bis 300°C), in dem die NOx-Reduzierrate hoch ist, indem eine Menge an HC aufgenommen wird, das von der entsprechenden Versorgungsvorrichtung in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen (Drehzahl, Last) geliefert wird.

In einer Vorrichtung, die NOx in einem Mager-NOx-Katalysator reduziert, indem HC dorthin geliefert wird, besteht die Neigung, daß schwere Komponenten, die in dem HC enthalten sind, in dem Katalysator abgelagert werden und deshalb eine Verunreinigung bzw. Vergiftung aus einer löslichen organischen Fraktion (SOF) hervorrufen. Um diese Verunreinigung beziehungsweise Vergiftung zu verhindern, besteht für die vorgenannte Vorrichtung die Notwendigkeit, einen Katalysator zu verwenden, der eine hohe Oxidationsaktivität besitzt. Katalysatoren, die eine hohe Oxidationsaktivität besitzen, erleichtern in vorteilhafter Weise die Reaktionen zwischen HC und NOx bei relativ niedrigen Abgastemperaturen oder bei relativ niedrigen Katalysatortemperaturen, wohingegen diese Katalysatoren bei relativ hohen Temperaturen die Reaktionen des HC mit Sauerstoff erleichtern und deshalb fehlgehen, die Menge an NOx zu reduzieren. Das heißt, die Verwendung eines Katalysators mit einer hohen Oxidationsaktivität bewirkt eine Verschiebung des Temperaturbereiches zur Ermöglichung der NOx-Reduktion (im Nachfolgenden wird darauf als "Temperaturfenster" Bezug genommen) auf eine niedrige Temperaturseite.

Es ist eine Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Dieselmotor bekannt, die die Menge an NOx in einem Katalysator durch Lieferung von CO(NH₂)₂, das heißt von Urea, in der Abgasleitung reduziert (beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldungsoffenlegung Nr. Hei 3-129712 beschrieben).

Diese Vorrichtung ist in der Lage, NOx durch Reaktionen mit dem Urea in Stickstoff zu reduzieren. Wenn die Vorrichtung einen Katalysator mit einer hohen Oxidationsaktivität verwendet, kann jedoch Stickstoff aufgrund der starken Oxidationsfähigkeit des Katalysators oxidieren, um NOx zu erzeugen. Um bei Verwendung von Urea NOx zu reduzieren, besteht für die Vorrichtung deshalb die Notwendigkeit, einen Katalysator mit einer niedrigen Oxidationsaktivität zu verwenden. Wenn ein Katalysator mit einer niedrigen Oxidationsaktivität verwendet wird, verschiebt sich das Temperaturfenster auf eine hohe Temperaturseite.

Deshalb ist der Temperaturbereich, in dem die Menge an NOx reduziert wird, begrenzt, wenn ein Katalysatorsystem verwendet wird, das die Menge an NOx durch ausschließliche Lieferung von HC oder von Urea an die Katalysatoren reduziert, um die Menge an NOx in dem Abgas von dem Verbrennungsmotor zu reduzieren, so daß die Beseitigungs- oder Reduktionsrate von NOx insgesamt abnimmt.

Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Emissionssteuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, das stets eine hohe NOx-Beseitigungsrate über einen breiten Temperaturbereich aufrecht erhält, sowie eine entsprechende Emissionssteuerungsvorrichtung.

Die obige Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 6 erzielt. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist eine Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Reduzierung einer im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen Menge an NOx vorgesehen, wobei die Emissionssteuerungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie folgendes aufweist:
einen ersten Katalysator, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, die Abgas vom Verbrennungsmotor transportiert, das eine übermäßige Menge an Sauerstoff enthält; einen zweiten Katalysator, der in der Abgasleitung angeordnet ist, wobei der zweite Katalysator eine niedrigere Oxidationsleistung als der erste Katalysator besitzt; eine
Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung zur Lieferung von Kohlenwasserstoff in die Abgasleitung an einer Stelle stromaufwärts des ersten Katalysators in Bezug zu einer Abgasströmungsrichtung; eine Urea-Versorgungsvorrichtung zur Lieferung von Urea in die Abgasleitung an einer Stelle stromaufwärts des zweiten Katalysators im Bezug zu der Abgasströmungsrichtung; und eine
Versorgungssteuerungsvorrichtung, um eine Menge an Kohlenwasserstoff durch Verwendung der Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung zu erhöhen, wenn eine Temperatur des ersten Katalysators in einem Temperaturbereich liegt, in dem eine Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem NOx möglich ist, und zur Lieferung von Urea durch Verwendung der Ureaversorgungsvorrichtung, wenn eine Temperatur des zweiten Katalysators in einem Temperaturbereich liegt, in dem eine Reaktion zwischen Urea und NOx möglich ist.

Deshalb ist diese Emissionssteuerungsvorrichtung in der Lage, die Menge an NOx durch die Reaktionen von NOx mit Kohlenwasserstoffen (HC) im ersten Katalysator bei niedrigen Abgas- oder Katalysatortemperaturen zu reduzieren und die Menge an NOx durch die Reaktionen von NOx mit Urea im zweiten Katalysator bei höheren Abgas- oder Katalysatortemperaturen zu reduzieren.

In der Emissionssteuerungsvorrichtung kann der erste Katalysator in der Abgasleitung in einer Stelle stromaufwärts des zweiten Katalysators in Bezug zur Abgasströmungsrichtung angeordnet sein.

Wenn ein Sulfat im ersten Katalysator erzeugt wird und von diesem freigesetzt wird, reagiert das Sulfat bei dieser Konstruktion mit Urea im zweiten Katalysator, der stromabwärts angeordnet ist, wodurch Ammoniumsulfat erzeugt wird. Das Sulfat wird auf diese Weise in eine ungefährliche Substanz umgewandelt.

In der Emissionssteuerungsvorrichtung kann der erste Katalysator in der Abgasleitung an einer Stelle stromabwärts des zweiten Katalysators in Bezug zur Abgasströmungsrichtung angeordnet sein.

Bei dieser Konstruktion neigt der zweite Katalysator, der ein höheres Temperaturfenster hat, stärker dazu, ein hoch temperiertes Abgas, das durch Verbrennung im Verbrennungsmotor erzeugt wurde, aufzunehmen. Der erste Katalysator, der ein niedrigeres Temperaturfenster hat, nimmt das Abgas auf, nachdem Wärme von diesem durch das Abgassystem aufgenommen wurde (dissipiert ist). Deshalb kann die Menge an NOx wirksamer reduziert werden.

Diese Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht zwingenderweise ausschließlich notwendige Merkmale, so daß die Erfindung auch in einer Unterkombination dieser beschriebenen Merkmale liegen kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche oder ähnliche Elemente darzustellen:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Konstruktion eines Dieselmotors.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Menge an eingespritztem Kraftstoff, dem Betrag der Herabdrückung eines Gaspedals und der Motordrehzahl zeigt.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Menge an angelieferten chemischen Reduziermitteln, dem Herabdrückungsbetrag des Gaspedals und der Motordrehzahl zeigt.

Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine HC-Versorgungssteuerung darstellt.

Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Urea- Versorgungssteuerung darstellt.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Temperaturfenster der Mager- NOx-Katalysatoren zeigt.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

Im Nachfolgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugmotors, an dem ein Ausführungsbeispiel der Emissionssteuerungsvorrichtung der Erfindung angewandt wird. Ausführungsbeispiele davon werden nachstehend in Verbindung mit einem Dieselmotor beschrieben, obwohl der Verbrennungsmotor auch ein Benzinmotor sein kann, dessen Abgas eine übermäßige Menge an Sauerstoff enthält. Bezugnehmend auf Fig. 1 sind ein erster Mager-NOx-Katalysator 3 und ein zweiter Mager-NOx-Katalysator 4 in Serie jeweils in einem stromaufwärtigen Abschnitt und einem stromabwärtigen Abschnitt eines Abgassystems 2 eines Dieselmotors 1 angeordnet. Mit dem Begriff "Mager-NOx-Kata lysator" ist ein Katalysator der selektiven Reduktionsbauart gemeint, der die Menge an NOx reduziert, indem er selektiv die Reaktionen von NOx mit einem Reduktionswirkstoff (beispielsweise HC, Urea oder dergleichen) in Anwesenheit einer übermäßigen Menge an Sauerstoff fördert. Im ersten Mager-NOx-Katalysator 3 ist ein Aluminiumoxid- oder Zeolithträger mit einem Edelmetall, das eine hohe Oxidationsaktivität besitzt, beladen, beispielsweise mit Platin (Pt) oder dergleichen. Im zweiten Mager-NOx-Katalysator 4 ist ein Titanoxid-, ein Aluminiumoxid-, oder ein Zeolithträger mit Kupfer, Kobalt, Vanadium oder dergleichen beladen, die eine niedrigere Oxidationsaktivität als das Edelmetall des ersten Mager-NOx-Katalysators 3 haben. Eine HC-Versorgungsvorrichtung 13 zur Zufügung von HC als Reduktionswirkstoff ist stromaufwärts vom ersten Mager-NOx-Kata lysator 3 angeordnet. Zwischen dem ersten Mager-NOx-Kata lysator 3 und dem zweiten Mager-NOx-Katalysator 4 ist eine Ureaversorgungsvorrichtung 14 zur Zufügung von Urea als Reduktionswirkstoff angeordnet. Jeder Mager-NOx-Katalysator und die entsprechende stromaufwärtig angeordnete Reduktionswirkstoffversorgungsvorrichtung bilden eine Einheit. Die HC-Versorgungsvorrichtung 13 ist über ein erstes Ventil 6 mit einem HC-Behältnis 15a, das mit HC (Leichtöl in diesem Ausführungsbeispiel) gefüllt ist, verbunden. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel das HC-Behältnis 15a verwendet, kann die HC-Ver sorgungsvorrichtung 13 statt dessen mit einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank verbunden sein. Ferner ist es möglich, die HC-Versorgungsvorrichtung 13 wegzulassen und die Menge an im Abgas enthaltenen HC zu erhöhen, indem Kraftstoff von einem Kraftstoffeinspritzventil (nicht gezeigt) während dem Ausstoß- oder dem Expansionstakt in eine (nicht gezeigte) Verbrennungskammer eingespritzt wird, getrennt von der erforderlichen Menge Q an Kraftstoff, der für die Verbrennung eingespritzt wird. Die Urea-Versorgungsvorrichtung 14 ist über ein zweites Ventil 7 mit einem Urea-Behältnis 15b verbunden, das mit Urea gefüllt ist. Die Öffnung des ersten Ventils 6 und die Öffnung des zweiten Ventils 7 werden durch eine erste Betätigungseinrichtung 16 und eine zweite Betätigungseinrichtung 17 jeweils unter Steuerung mittels einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 20 eingestellt. Die Öffnung des ersten Ventils 6 und die Öffnung des zweiten Ventils 7 bestimmen jeweils die Menge an HC, das in das Abgassystem 2 geliefert werden soll, und die Menge an Urea, das in das Abgassystem 2 geliefert werden soll. Der Beginn und das Ende der Lieferung der zwei Reduktionswirkstoffe wird ferner durch die Öffnungsgrade des entsprechenden Ventils bestimmt.

Obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, hat die ECU 20 einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Random-Zugriffsspeicher (RAM), eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß, die durch einen bidirektionalen Bus verbunden sind. Der Dieselmotor 1 hat einen Wassertemperatursensor 27, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zur Motorkühlwassertemperatur ist. Ein Temperatursensor 25, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zur Abgastemperatur ist, ist stromaufwärts von dem ersten Mager-NOx-Katalysator 3 angeordnet. Die von dem Temperatursensor 25 erfaßte Abgastemperatur zeigt die Temperatur TEX der ersten und zweiten Mager-NOx-Katalysatoren 3 und 4 an. Ein Gaspedalherabdrückungssensor 24 erfaßt den Betrag L der Herabdrückung des Gaspedals und erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional zum erfaßten Betrag der Herabdrückung ist. Die Ausgangsspannungen der Sensoren 24, 25 und 27 werden an den Eingangsanschluß der ECU 20 über entsprechende A/D-Umwandler (nicht gezeigt) eingegeben. Der Eingangsanschluß der ECU 20 empfängt direkt ein Ausgangssignal von einem Kurbelwinkelsensor 23, der den Kurbelwinkel erfaßt. Auf der Basis des Signals des Kurbelwinkelsensors 23 berechnet die CPU der ECU 20 eine Drehzahl N des Dieselmotors 1. Die ECU 20 gibt Steuersignale von dem Ausgangsanschluß an Antriebsschaltkreise (nicht gezeigt) ab, die den ersten und zweiten Betätigungseinrichtungen 16 und 17 entsprechen, um die Betätigungseinrichtungen anzutreiben, um die Öffnungen der Ventile 6, 7 einzustellen. Der Ausgangsanschluß der ECU 20 ist über entsprechende Antriebsschaltkreise ferner mit Kraftstoffeinspritzventilen (nicht gezeigt) verbunden.

Die Menge an einzuspritzendem Kraftstoff (Kraftstoffeinspritzmenge) von jedem Kraftstoffeinspritzventil wird auf der Basis des Beschleunigungspedalherabdrückungsbetrags L und der Motordrehzahl N gesteuert, wie in dem Graph der Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 2 zeigen die durchgezogenen Linien Q1, Q2, Q3, . . . (Q1 < Q2 < Q3) gleiche Einspritzmengen an. Wie aus Fig. 2 entnommen werden kann, nimmt die Kraftstoffeinspritzmenge Q mit der Zunahme des Gaspedalherabdrückungsbetrages L zu und die Kraftstoffeinspritzmenge Q nimmt mit der Zunahme der Motordrehzahl N ab. Das Verhältnis zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und dem Gaspedalherabdrückungsbetrag L und das Verhältnis zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Motordrehzahl N sind in dem ROM der ECU 20 vorab eingespeichert.

Wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoffverhältnis auf der mageren Seite liegt, erhöht sich die Menge an von dem Motor pro Zeiteinheit ausgestoßenem NOx mit der Zunahme der Motorlast. Deshalb ist es notwendig, daß die gesamte Menge TRED an Reduktionswirkstoffen, die von der HC-Versorgungsvorrichtung 13 und/oder der Ureaversorgungsvorrichtung 14 pro Zeiteinheit geliefert wird, mit der Zunahme der Motorlast erhöht wird. Die Menge an von dem Motor pro Zeiteinheit ausgegebenen NOx nimmt mit der Zunahme der Motordrehzahl zu. Deshalb ist es notwendig, daß die Gesamtmenge TRED an Reduktionswirkstoffen, die von der HC-Versorgungsvorrichtung 13 und/oder der Ureaversorgungsvorrichtung 14 pro Zeiteinheit geliefert werden, pro Zeiteinheit mit der Zunahme der Motordrehzahl erhöht werden. Folglich ist die Gesamtmenge TRED an Reduktionswirkstoffen, die in das Abgassystem 2 pro Zeiteinheit geliefert werden, eine Funktion der Motorlast und der Motordrehzahl. Da die Motorlast durch den Gaspedalherabdrückungsbetrag L dargestellt werden kann, kann erwogen werden, daß die Gesamtmenge TRED an Reduktionswirkstoffen, die pro Zeiteinheit geliefert wird, eine Funktion des Gaspedalherabdrückungsbetrags L und der Motordrehzahl N ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Menge TRED durch Experimente als eine Funktion der Motordrehzahl N und des Gaspedalherabdrückungsbetrags L pro Zeiteinheit bestimmt und vorab in dem ROM der ECU 20 in Form einer Tabelle, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, eingespeichert. Die Menge TRED an Reduktionswirkstoffen wird nur innerhalb eines Temperaturfensters des ersten Mager-NOx-Katalysators 3 und in einem Temperaturfenster des zweiten Mager-NOx-Katalysators 4 geliefert, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

HC, das von der HC-Versorgungsvorrichtung 13 innerhalb des entsprechenden Temperaturfensters geliefert wird, wird in dem ersten Mager-NOx-Katalysator 3 für Reaktionen verbraucht, beispielsweise für eine Reaktion, die durch die Gleichung (1) ausgedrückt wird. Urea, das von der Urea-Versorgungsvorrichtung 14 innerhalb des entsprechenden Temperaturfensters geliefert wird, wird in dem zweiten Mager-NOx-Katalysators 4 für Reaktionen verbraucht, beispielsweise für eine Reaktion, die durch die Gleichungen (2) oder (3) ausgedrückt sind. Wie durch diese Gleichungen ausgedrückt ist, wird NOx, das in dem Abgas enthalten ist, reduziert und deshalb in ungiftige Substanzen umgewandelt.

2NO + 4O₂ + 4HC → N₂ + 4CO₂ + 2H₂O (1)

2NO + 2O₂ + 2CO(NH₂)₂ → 3N₂ + 2CO₂ + 4H₂O (2)

6NO + 2CO(NH₂)₂ → 5N₂ + 2CO₂ + 4H₂O (3).

Die Reduktionswirkstoffanlieferungssteuerung gemäß der Erfindung wird im Folgenden beschrieben.

Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine HC-Liefe rungssteuerungsroutine darstellt. Jede Routine, die durch ein Ablaufdiagramm in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt wird, wird in einem Operationszyklus von beispielsweise 10 ms ausgeführt. In Schritt 201 in Fig. 4 wird die Abgastemperatur TEX eingelesen. Nachfolgend wird im Schritt 202 bestimmt, ob die Abgastemperatur TEX niedriger als 200°C ist. Wenn die Feststellung negativ ist, wird im Schritt 203 bestimmt, ob die Abgastemperatur TEX höher als 350°C ist. Das heißt, in den Schritten 202 und 203 wird auf der Basis der eingelesenen Abgastemperatur TEX festgestellt, ob die Temperatur des ersten Mager-NOx-Katalysators 3 in dem Temperaturbereich (200°C-300°C) liegt, in dem der erste Mager-NOx-Katalysator 3 NOx dazu bringen kann, zu reagieren. Wenn in einem der Feststellungsschritte (Schritte 202 und 203) festgestellt wird, daß die Temperatur des ersten Mager-NOx-Katalysators 3 außerhalb des Temperaturbereichs (200°C-350°C) liegt, schreitet der Ablauf zu Schritt 206 fort. Im Schritt 206 wird das erste Ventil 6 vollständig geschlossen, das heißt, die Lieferung von HC wird gestoppt. Diese Routine wird nachfolgend beendet. Wenn im Gegensatz dazu durch die Schritte 202, 203 festgestellt wird, daß die Temperatur des ersten Mager-NOx-Katalysators 3 in dem Temperaturbereich (200°C-350°C) liegt, schreitet der Vorgang zu Schritt 204. Im Schritt 204 wird eine Menge TREDmn an Reduktionswirkstoff, die momentan benötigt wird, um die Menge an in dem Abgas enthaltenen NOx beträchtlich zu reduzieren, aus der voreingespeicherten Tabelle eingelesen, die auf der Basis von Parametern des Gaspedalherabdrückungsbetrags L und der Motordrehzahl N bestimmt wurde, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und es wird eine Soll- Ventilöffnung berechnet, die nötig ist, um die Menge an HC entsprechend der Menge TREDmn an Reduktionswirkstoff zu liefern. Nachfolgend wird in Schritt 205 die Öffnung des ersten Ventils 6 auf die Sollöffnung eingestellt. Die Routine wird nachfolgend beendet.

Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Urea- Zugabesteuerungsroutine darstellt. In Schritt 301 wird die Abgastemperatur TEX eingelesen, wie im Schritt 201 in Fig. 4. Nachfolgend wird in Schritt 302 festgestellt, ob die Abgastemperatur TEX niedriger als 300°C ist. Wenn die Feststellung negativ ist, wird in Schritt 303 festgestellt, ob die Abgastemperatur TEX höher als 550°C ist. Das heißt, in den Schritten 302 und 303 wird auf der Basis der eingelesenen Abgastemperatur TEX festgestellt, ob die Temperatur des zweiten Mager-NOx-Katalysators 4 in dem Temperaturbereich (300°C-550°C) liegt, in dem der zweite Mager-NOx-Katalysator 4 das NOx dazu bringen kann, zu reagieren. Wenn in einem der Bestimmungsschritte (Schritte 302 und 303) festgestellt wird, daß die Temperatur des zweiten Mager-NOx-Katalysators 4 außerhalb des Temperaturbereichs (300°C-550°C) liegt, schreitet der Vorgang zu Schritt 306. In Schritt 306 wird das zweite Ventil 7 vollständig geschlossen. Diese Routine wird nachfolgend beendet. Wenn im Gegensatz dazu durch die Schritte 302, 303 festgestellt wird, daß die Temperatur des zweiten Mager-NOx-Kata lysators in dem Temperaturbereich (300°C-550°C) liegt, schreitet der Vorgang zu Schritt 304. In Schritt 304 wird eine Menge TREDmn an Reduktionswirkstoff, der momentan benötigt wird, um die Menge an im Abgas enthaltenen NOx beträchtlich zu reduzieren, von der voreingespeicherten Tabelle (siehe Fig. 3) eingelesen, die auf der Basis von Parametern des Gaspedalherabdrückungsbetrags L und der Motordrehzahl N bestimmt wurde, und es wird eine Soll-Ventilöffnung berechnet, die notwendig ist, um die Menge an Urea entsprechend dem Betrag TREDmn an Reduktionswirkstoff zu liefern, wie im Schritt 204 in Fig. 4. Nachfolgend wird im Schritt 305 die Öffnung des zweiten Ventils 7 auf die Sollöffnung eingestellt. Die Routine wird nachfolgend beendet. Wenn die Abgastemperatur zwischen 300°C und 350°C liegt, reagiert ein Teil der Menge an im Abgas enthaltenen NOx im ersten Mager-NOx-Katalysator 3 mit HC (deshalb wird NOx beseitigt). Die Menge an NOx, die sich angrenzend zum zweiten Mager-NOx-Katalysator 4 befindet, nimmt entsprechend ab. Deshalb wird die Menge an Urea, die einer Menge entspricht, die durch Abziehen einer vorbestimmten Menge von der Menge TRED an Reduktionswirkstoff erhalten wird, zugegeben.

Deshalb ist dieses Ausführungsbeispiel in der Lage, die Menge an NOx durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3 zu reduzieren, wobei die Reaktionen von NOx mit HC erleichtert werden, wenn die Abgastemperatur oder die Katalysatortemperatur auf einer niedrigen Temperaturseite liegt (relativ nahe an 300°C). Wenn die Abgastemperatur oder die Katalysatortemperatur auf einer hohen Temperaturseite liegt (relativ nahe an 550°C) kann die Menge an NOx durch die Reaktionen von NOx mit Urea im zweiten Mager-NOx-Katalysator 4 reduziert werden. Da der zweite Mager- NOx-Katalysator 4 stromabwärts von dem ersten Mager-NOx-Kata lysator 3 angeordnet ist, wird des weiteren ein Sulfat, das durch starke Oxidationseigenschaften des ersten Mager-NOx-Kata lysators 3 erzeugt werden kann, mit Urea reagieren, um Ammoniumsulfat im stromabwärtig angeordneten zweiten Mager-NOx-Kata lysator 4 zu erzeugen. Das Sulfat wird auf diese Weise in ungiftige Substanzen umgewandelt.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Erfindung wird nun beschrieben.

Im ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Mager-NOx-Kata lysator 3 stromaufwärts von dem zweiten Mager-NOx-Kata lysator 4 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist der erste Mager- NOx-Katalysator 3 im zweiten Ausführungsbeispiel stromabwärts von dem zweiten Mager-NOx-Katalysator 4 angeordnet.

Im zweiten Ausführungsbeispiel ist ein erster Mager-NOx-Kata lysator 3, bei dem ein Edelmetall, das eine hohe Oxidationsaktivität besitzt, wie beispielsweise Platin (Pt) getragen wird, an einem stromabwärtigen Abschnitt des Abgassystems 2 angeordnet. Eine HC-Versorgungsvorrichtung 13 zur Lieferung von HC als Reduktionswirkstoff ist stromaufwärts von dem ersten Mager-NOx-Katalysator 3 angeordnet. Ein erstes Ventil 6 und ein HC-Behältnis 15a, das mit HC gefüllt ist (Leichtöl in diesem Ausführungsbeispiel) sind auf einer stromabwärtigen Seite des Abgassystems 2 angeordnet. Ein zweiter Mager-NOx-Katalysator 4, der Kupfer, Kobalt, Vanadium, die eine niedrigere Oxidationsaktivität als das Edelmetall haben, das im ersten Mager-NOx-Katalysator 3 getragen wird, trägt, ist stromaufwärts von der HC-Versorgungsvorrichtung 13 und dem ersten Mager-NOx-Kata lysator 3 angeordnet. Eine Urea-Versorgungsvorrichtung 14 zur Zugabe von Urea als einen Reduktionswirkstoff ist stromaufwärts von dem zweiten Mager-NOx-Katalysator 4 angeordnet. Ein zweites Ventil 7 und ein Ureabehältnis 15b sind an einer stromaufwärtigen Seite des Abgassystems 2 angeordnet. Die Steuerung der Mengen an Reduktionswirkstoffen, die von der HC-Versorgungsvorrichtung 13 und der Ureaversorgungsvorrichtung 14 geliefert werden, kann im wesentlichen in der gleichen Art und Weise erfolgen wie im ersten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der zweite Mager-NOx-Katalysator 4 der ein höheres Temperaturfenster hat, stromaufwärts angeordnet, und der erste Mager-NOx-Katalysator 3 der ein niedrigeres Temperaturfenster besitzt, ist stromabwärts angeordnet. Deshalb ist es im zweiten Ausführungsbeispiel wahrscheinlicher, daß der zweite Mager-NOx-Katalysator 4 ein Abgas mit höherer Temperatur, das durch die Verbrennung im Dieselmotor 1 erzeugt wird, aufnimmt. Der erste Mager-NOx-Katalysator 3 neigt eher dazu, Abgas aufzunehmen, das von dem Abgassystem 2 abgekühlt wurde. Folglich können die Temperaturfenster der ersten und zweiten Mager-Katalysatoren effektiver genutzt werden, so daß die Menge an NOx im Abgas effektiver reduziert werden kann.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, reduziert die Emissionssteuerungsvorrichtung der Erfindung die Menge an im Abgas enthaltenen NOx durch die Reaktionen von NOx mit HC im ersten Mager-NOx-Katalysator bei niedrigeren Abgas- oder Katalysatortemperaturen, und reduziert die Menge an NOx durch die Reaktionen von NOx mit Urea im zweiten Mager-NOx-Katalysator bei höheren Abgas- oder Katalysatortemperaturen. Deshalb reduziert die Emissionssteuerungsvorrichtung immer die Menge an NOx im Abgas über einen breiten Temperaturbereich.

Ein erster NOx-Katalysator 3 und ein zweiter NOx-Katalysator 4, der eine niedrigere Oxidationsleistung als der erste NOx-Kata lysator 3 hat, sind in einer Abgasleitung angeordnet, die Abgas transportiert, das eine übermäßige Menge Sauerstoff enthält. Eine Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung 13 zur Lieferung von Kohlenwasserstoffen in die Abgasleitung an einer Stelle stromaufwärts von dem ersten NOx-Katalysator und eine Ureaversorgungsvorrichtung 14 zur Lieferung von Urea in die Abgasleitung an einer Stelle stromaufwärts von dem zweiten NOx-Kata lysator 4 sind vorgesehen. Wenn sich die Temperatur des ersten NOx-Katalysators in einem Temperaturbereich befindet, in dem der Kohlenwasserstoff und das NOx miteinander reagieren können, wird die Menge an Kohlenwasserstoffen durch die Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung erhöht. Wenn sich die Temperatur des zweiten NOx-Katalysators in einem Temperaturbereich befindet, in dem Urea und das NOx miteinander reagieren können, wird Urea durch die Urea- Versorgungsvorrichtung 14 geliefert. Deshalb wird es möglich, die Menge an NOx durch die Reduktionsreaktion über einen breiten Temperaturbereich zu reduzieren.

Claims

1. Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) zur Reduzierung einer Menge an NOx, die im Abgas des Verbrennungsmotors (1) enthalten ist, wobei die Emissionssteuerungsvorrichtung durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:
einen ersten Katalysator (3), der in einem Abgasstrang (2) angeordnet ist, der Abgas, das eine übermäßige Menge an Sauerstoff enthält, vom Verbrennungsmotor (1) transportiert;
einen zweiten Katalysator (4), der im Abgasstrang (2) angeordnet ist, wobei der zweite Katalysator (4) eine niedrigere Oxidationsleistung als der erste Katalysator (3) besitzt;
eine Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13) zur Lieferung von Kohlenwasserstoff in den Abgasstrang (2) an eine Stelle stromaufwärts von dem ersten Katalysator (3) in Bezug zu einer Abgasströmungsrichtung;
eine Ureaversorgungsvorrichtung (14) zur Lieferung von Urea in den Abgasstrang (2) an eine Stelle stromaufwärts von dem zweiten Katalysator (4) in Bezug zu der Abgasströmungsrichtung; und
eine Versorgungssteuerungsvorrichtung (20) zur Erhöhung einer Menge des Kohlenwasserstoffes durch Nutzung der Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13), wenn eine Temperatur des ersten Katalysators (3) in einem Temperaturbereich liegt, in dem eine Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem NOx möglich ist, und zur Lieferung von Urea durch Nutzung der Ureaversorgungsvorrichtung (14), wenn eine Temperatur des zweiten Katalysators (4) in einem Temperaturbereich liegt, in dem eine Reaktion zwischen dem Urea und dem NOx möglich ist

2. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator (3) im Abgasstrang (2) an einer Stelle stromaufwärts von dem zweiten Katalysator (4) in Bezug zur Abgasströmungsrichtung angeordnet ist.

3. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalysator (3) im Abgasstrang (2) an einer Stelle stromabwärts des zweiten Katalysators (4) in Bezug zur Abgasströmungsrichtung angeordnet ist.

4. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge an Kohlenwasserstoff, der von der Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13) geliefert wurde, und eine Menge an Urea, das von der Ureaversorgungsvorrichtung (14) geliefert wurde, zumindest auf der Basis einer Drehzahl des Verbrennungsmotors bestimmt werden.

5. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich hinsichtlich des ersten Katalysators (3), bei dem die Menge an NOx durch den ersten Katalysator reduziert werden kann, niedriger ist als der Temperaturbereich hinsichtlich des zweiten Katalysators (4).

6. Emissionssteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor (1) zur Reduzierung einer Menge an NOx, die in einem Abgas von dem Verbrennungsmotor (1) enthalten ist, wobei das Emissionssteuerverfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines ersten Katalysators (3) in einem Abgasstrang (2);
Vorsehen eines zweiten Katalysators (4) in dem Abgasstrang (2), wobei der zweite Katalysator (4) eine niedrigere Oxidationsleistung als der erste Katalysator (3) hat;
Vorsehen einer Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13) zur Lieferung von Kohlenwasserstoff in den Abgasstrang (2) an einer Stelle stromaufwärts von dem ersten Katalysator (3) in Bezug zu einer Abgasströmungsrichtung;
Vorsehen einer Ureaversorgungsvorrichtung (14) zur Lieferung von Urea in den Abgasstrang (2) an einer Stelle stromaufwärts von dem zweiten Katalysator (3) in Bezug zur Abgasströmungsrichtung;
Liefern von Kohlenwasserstoff durch die Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13) zur Erhöhung einer Menge des Kohlenwasserstoffs, wenn sich der erste Katalysator in einem Temperaturbereich befindet, in dem eine Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem NOx möglich ist; und
Liefern von Urea durch die Versorgungsvorrichtung (14) für Urea zur Erhöhung einer Menge von Urea, wenn sich der zweite Katalysator in einem Temperaturbereich befindet, in dem eine Reaktion zwischen dem Urea und dem NOx möglich ist.