DE69829337T2

DE69829337T2 - Vorrichtung zur Reaktivierung des Katalysators einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69829337T2
Application number: DE69829337T
Authority: DE
Inventors: Shinya Toyota-shi Hirota; Toshiaka Toyota-shi Tanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2018-08-05
Also published as: JPH1150836A; US6178743B1; EP0896136A3; DE69829337D1; EP0896136B1; JP3799758B2; EP0896136A2

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reaktivieren eines Katalysators eines Verbrennungsmotors.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Üblicherweise ist ein Katalysator, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, mit einem porösen Träger versehen, der eine adsorbierende Funktion aufweist. Jedoch beinhaltet das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, einen löslichen organischen Anteil (SOF) und der SOF wird im porösen Träger adsorbiert. Wenn jedoch der SOF in dem im porösen Träger befindlichen inneren Abschnitt adsorbiert wird, der von der Oberfläche des Trägers beabstandet ist, ist es für den SOF schwierig, von diesem desorbiert zu werden. Auch ein poröser Träger, wie beispielsweise Zeolith, hat an sich eine katalytische Funktion, und folglich kann der SOF im porösen Träger reformiert werden, wenn der SOF für einen langen Zeitraum im porösen Träger verbleibt. Wenn der reformierte SOF das katalytische Metall bedeckt oder die Mikroporen des porösen Trägers blockiert, können das NOx und das Reduktionsmittel nicht das katalytische Metall erreichen und folglich kann das NOx nicht ausreichend reduziert werden. Auf diese Art und Weise wird der Katalysator durch den SOF vergiftet.
Jedoch wird der SOF verbrannt, wenn die Temperatur des porösen Trägers in einer oxidierenden Umgebung steigt. Folglich offenbart die ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-200737 eine Vorrichtung zum Reaktivieren eines Katalysators eines Dieselverbrennungsmotors, bei der beurteilt wird, ob der Katalysator durch den SOF vergiftet ist, und wenn der Katalysator als vergiftet beurteilt wird, wird der Katalysator so erwärmt, dass der SOF im Katalysator verbrannt wird, um dadurch den Katalysator zu reaktivieren.
Bei dieser Vorrichtung wird der SOF, der sich an oder in der Nähe der Oberfläche des porösen Trägers befindet, relativ leicht erwärmt und somit verbrannt. Jedoch ist es schwierig, den SO F, der sich im inneren Abschnitt des porösen Trägers befindet, auf eine Temperatur zu erwärmen, bei der der SOF verbrannt werden kann. Das heißt es ist schwierig für den Katalysator, sich ausreichend zu reaktivieren.
Die Druckschrift EP-A-0 869 173, die eine frühere Priorität beansprucht aber nicht vorveröffentlicht ist, offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung, die einen Katalysator verwendet, der in der Lage ist, NOx unter einer oxidierenden Umgebung zu reduzieren. Die Vorrichtung verwendet ein Adsorptionsmittel, das ein Reduktionsmittel im einströmenden Abgas adsorbiert, wenn der Druck im Adsorptionsmittel steigt, und das adsorbierte Reduktionsmittel desorbiert, wenn der Druck im Adsorptionsmittel abnimmt. Mit Hilfe des Reduktionsmittels wird das NOx im Abgas durch den Katalysator reduziert. Um den Druck im Katalysator zu steuern, ist ein Abgassteuerventil im Abgaskanal angeordnet.
Die Druckschrift EP-A-0 540 280 offenbart eine Vorrichtung zum Aktivieren oder Reaktivieren eines Katalysators, die in einem Katalysatorgehäuse untergebracht ist und im Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Eine Heizeinrichtung ist bereitgestellt, so dass eine Erhöhung der Katalysatortemperatur ermöglicht wird. Außerdem ist eine Druckverringerungseinrichtung bereitgestellt, so dass eine Verringerung des Drucks im Katalysatorgehäuse ermöglicht wird. Die Heizeinrichtung und die Druckverringerungseinrichtung werden durch eine Aktivierungseinrichtung gesteuert, wobei zum Aktivieren des Katalysators die Temperatur erhöht wird und der Druck im Katalysatorgehäuse verringert wird.
Die Druckschrift DE-A-195 43 219 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Dieselverbrennungsmotor, der einen Katalysator aufweist, der in der Lage ist, NOx zu adsorbieren, so dass dieses NOx desorbiert und reduziert wird. Die Vorrichtung verwendet HC als Reduktionsmittel, das zugeführt wird, um die Reduzierung des NOx zu erlangen, das von dem Katalysator desorbiert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Reaktivieren eines Katalysators eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die in der Lage ist, den Katalysator von seiner Vergiftung ausreichend zu reaktivieren, so dass dadurch das Abgas ausreichend gereinigt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.
Die vorliegende Erfindung kann anhand der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, die nachstehend dargelegt sind, zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen noch besser verstanden werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen:
1 ist eine Gesamtansicht eines Verbrennungsmotors;
2 ist eine schematische Darstellung zum Erklären der Kohlenwasserstoffadsorption und -desorption und der NOx-Reduktion im Katalysator;
3 ist eine Abbildung, die den Einstellwert DLT darstellt;
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Erfassung der Vergiftung des Katalysators;
5 zeigt ein Flussdiagramm zum Steuern der Reaktivierung;
6 ist eine Gesamtansicht eines Verbrennungsmotors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt ein Flussdiagramm zur Erfassung der Vergiftung des Katalysators gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 6; und
8 zeigt ein Flussdiagramm zum Steuern der Reaktivierung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 6.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die 1 stellt einen Fall dar, bei dem die vorliegende Erfindung auf einen Dieselverbrennungsmotor angewandt wird. Ersatzweise kann die vorliegende Erfindung auf einen Ottomotor angewandt werden.
Unter Bezugnahme auf 1 kennzeichnet ein Bezugszeichen 1 einen Verbrennungsmotorkörper, 2 kennzeichnet einen Kolben, 3 kennzeichnet eine Verbrennungskammer, 4 kennzeichnet eine Einlassöffnung, 5 kennzeichnet ein Einlassventil, 6 kennzeichnet eine Auslassöffnung, 7 kennzeichnet ein Auslassventil und 8 kennzeichnet eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer elektromagnetischen Art zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 3. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 8 sind mit einer Kraftstoffpumpe 10 über einen gemeinsamen Kraftstoffdruckspeicher 9 verbunden. Dies erlaubt den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 8 mehrmals Kraftstoff während eines Verbrennungstakts entsprechend den Zylindern einzuspritzen. Die Einlassöffnungen 4 der Zylinder sind mit einem gemeinsamen Ausgleichsbehälter 12 über entsprechende Abzweigungen 11 verbunden und der Ausgleichsbehälter 12 ist mit einem Luftströmungsmesser 14 und einer Luftreinigungseinrichtung 15 über eine Einlassleitung 13 verbunden. Andererseits sind die Auslassöffnungen 6 der Zylinder mit einem gemeinsamen Abgaskrümmer 16 verbunden. Der Krümmer 16 ist über eine Auslassleitung 17 mit einem Gehäuse 19 verbunden, in dem ein Katalysator untergebracht ist. Das Gehäuse 19 ist mit einer Auslassleitung 20 verbunden. Eine Umgehungsleitung 21 ist so bereitgestellt, dass sie die Leitungen 17 und 20 miteinander so verbindet, dass der Katalysator 18 umgangen wird. Ein Druckverringerungsventil 23, das durch ein Stellglied 22 angetrieben wird, ist in der Umgehungsleitung 21 angeordnet und ist üblicherweise geschlossen gehalten. Es ist zu beachten, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 8 und das Stellglied 22 durch Ausgabesignale von einer elektronischen Steuereinheit 30 gesteuert werden.
Die elektronische Steuereinheit (ECU) 30 ist wie ein Digitalrechner aufgebaut und weist einen Festspeicher (ROM) 32, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 33, eine CPU (Mikroprozessor) 34, einen Eingabeanschluss 35 und einen Ausgabeanschluss 36 auf, die über einen bidirektionalen Bus 31 miteinander verbunden sind. Der Luftströmungsmesser 14 erzeugt eine Ausgangsspannung im Verhältnis zu einer Menge der Einlassluft Ga und ein Niederdrücksensor 37 erzeugt eine Ausgangsspannung im Verhältnis zu einem Niederdrücken DEP eines Gaspedals 38. Des weiteren ist ein Temperatursensor 39u, der eine Ausgangsspannung im Verhältnis zu einer Temperatur des Abgases erzeugt, das zu dem Gehäuse 19 strömt, in der Auslassleitung 17 benachbart zu dem Eingang des Gehäuses 19 angeordnet, und ein Temperatursensor 39d, der eine Ausgangsspannung im Verhältnis zu einer Temperatur des Abgases erzeugt, das von dem Gehäuse 19 abgegeben wird, ist in der Auslassleitung 20 benachbart zu dem Ausgang des Gehäuses 19 angeordnet. Die Ausgangsspannungen der Sensoren 14, 37, 39u und 39d werden dem Eingabeanschluss 35 jeweils über entsprechende A/D-Wandler 40 eingegeben. Der Eingabeanschluss 35 ist auch mit einem Kurbelwinkelsensor 41 verbunden, der einen Impuls immer dann erzeugt, wenn eine Kurbelwelle um beispielsweise 30 Grad gedreht wird. Gemäß dieser Impulse berechnet die CPU 34 die Verbrennungsmotordrehzahl N. Der Ausgabeanschluss 36 ist mit den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 8 und dem Stellglied 22 jeweils über entsprechende Treiberschaltungen 42 verbunden.
Bei dem Verbrennungsmotor, der in der 1 gezeigt ist, weist der Katalysator 18 ein Edelmetall, wie beispielsweise Platin Pt, Palladium Pd, Rhodium Rh und Iridium Ir oder ein Übergangsmetall, wie beispielsweise Kupfer Cu, Eisen Fe, Kobalt Co und Nickel Ni, auf, das von einem porösen Träger, wie beispielsweise Zeolith, Ferrierit, Mordenit, Aluminiumoxid Al₂O₃, Siliziumdioxid-Aluminiumoxid SiO₂·Al₂O₃, aktiviertem Kohlenstoff und Titandioxid TiO₂ beim Ionenaustauschprozess getragen wird. Für das Zeolith kann ein siliziumreiches Zeolith verwendet werden, wie beispielsweise ZSM-5 Zeolith. In der oxidierenden Umgebung, die das Reduktionsmittel enthält, wie beispielsweise Kohlenwasserstoff HC und Kohlenmonoxid CO, lässt der Katalysator 18 selektiv NOx mit dem HC und dem CO reagieren, so dass dadurch das NOx zu Stickstoff N₂ reduziert wird. Das heißt der Katalysator 18 kann das NOx sogar in der oxidierenden Umgebung reduzieren, wenn das einströmende Abgas das Reduktionsmittel enthält.
Bei dem Dieselverbrennungsmotor, der in der 1 gezeigt ist, wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch mit einem Überschuss an Luft verbrannt, um unerwünschten Rauch und Partikel, die von dem Verbrennungsmotor abgegeben werden, zu reduzieren. Somit wird der Katalysator 18 immer in der oxidierenden Umgebung gehalten. Demzufolge wird NOx wirksam im Katalysator 18 reduziert.
In diesem Fall kann unverbrannter HC und CO, die von dem Verbrennungsmotor abgegeben werden, als ein Reduktionsmittel wirken. Jedoch ist die Menge an NOx, die gereinigt werden soll, viel größer als die des unverbrannten HC und CO, die von dem Verbrennungsmotor abgegeben werden, und die Menge des Reduktionsmittels wird zu klein, um das NOx ausreichend zu reinigen. Somit wird bei dem Verbrennungsmotor, der in der 1 gezeigt ist, das Reduktionsmittel sekundär zu dem Katalysator 18 geführt, um dadurch einen Mangel an Reduktionsmittel hinsichtlich des NOx zu vermeiden.
Um das Reduktionsmittel sekundär zu dem Katalysator 18 zu führen, kann eine Reduktionsmittelzuführvorrichtung zum Zuführen des Reduktionsmittels im Abgaskanal stromaufwärts des Katalysators 18 bereitgestellt werden. Des weiteren kann Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Benzin, Isooktan, Hexan, Heptan, Gasöl und Kerosin oder Kohlenwasserstoff, der in einer flüssigen Form gespeichert werden kann, wie beispielsweise Butan oder Propan, oder Wasserstoff H₂ oder Ammoniak NH₃ als Reduktionsmittel verwendet werden. Jedoch wird bei dem Verbrennungsmotor, der in der 1 gezeigt ist, Kraftstoff des Verbrennungsmotors (Kohlenwasserstoff) als Reduktionsmittel verwendet und das Reduktionsmittel wird durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 8, die den Kraftstoff beim Verbrennungstakt oder dem Auslasstakt des Verbrennungsmotors einspritzt, zu dem Katalysator 18 geführt. Die Kraftstoffeinspritzung beim Verbrennungstakt oder dem Auslasstakt unterscheidet sich von einer üblichen Kraftstoffeinspritzung zur Erlangung der Verbrennungsmotorleistung und trägt nicht zur Verbrennungsmotorleistung bei. Bei dieser Technik ist eine zusätzliche Zuführvorrichtung und ein zusätzlicher Behälter für das Reduktionsmittel nicht erforderlich. Es ist zu beachten, dass die Kraftstoffeinspritzung beim Verbrennungstakt oder dem Auslasstakt nachfolgend als Sekundärkraftstoffeinspritzung bezeichnet wird. Die Sekundärkraftstoffeinspritzung kann zum Beispiel bei einem Kurbelwinkel von 150° nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts ausgeführt werden.
Wie dies vorstehend erwähnt ist, weist der Katalysator 18 einen porösen Träger auf und ist somit in der Lage, Kohlenwasserstoff (das Reduktionsmittel) durch eine physikalische Adsorption zu adsorbieren. Das heißt der Katalysator 18 kann als ein Adsorptionsmittel für Kohlenwasserstoff (Reduktionsmittel) wirken. In diesem Fall wird die HC-Adsorptionsfähigkeit des Katalysators 18 größer, weil die Temperatur des Katalysators 18 niedriger wird. Folglich kann in Betracht gezogen werden, dass der Katalysator 18 eine Kohlenwasserstoffadsorptions- und -desorptionsfunktion aufweist, bei der dieser den im einströmenden Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoff speichert, wenn die Temperatur des Katalysators 18 niedriger wird, und den adsorbierten Kohlenwasserstoff desorbiert, wenn die Temperatur des Katalysators 18 höher wird.
NOx wird somit im Katalysator 18 sowohl durch den Kohlenwasserstoff im einströmenden Abgas als auch durch den vom Katalysator 18 desorbierten reduziert. Jedoch haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass die NOx-Reduktion durch den HC, der von dem Katalysator 18 desorbiert wird, besser ist als die durch den HC im einströmenden Abgas.
Der Grund weshalb Kohlenwasserstoff, der von dem Katalysator 18 desorbiert wird, eine bessere NOx-Reduktion liefert, ist noch unklar. Jedoch kann dies so sein, weil die NOx-Reduktion gemäß dem folgenden Mechanismus ausgeführt wird. Das heißt unter Bezugnahme auf 2, die einen Fall darstellt, bei dem der Katalysator 18 Platin Pt aufweist, das auf einem porösen Träger getragen wird, wird zuerst im einströmenden Abgas befindlicher Kohlenwasserstoff HC allmählich im porösen Träger adsorbiert. Dann bewegt sich der adsorbierte HC durch den porösen Träger und wird dann von dem Träger desorbiert, wenn zum Beispiel die Temperatur des Katalysators 18 höher wird. In diesem Fall wird der HC von dem Träger an die Oberfläche des Pt-Teilchens freigesetzt oder vom Träger äußerst nahe zu den Pt-Teilchen freigesetzt und haftet dann an der Oberfläche des Pt-Teilchens an. Das heißt eine große Menge an HC wird sich an der Oberfläche des Pt-Teilchens befinden, indem der Katalysator 18 veranlasst, den HC allmählich in diesem zu adsorbieren, und dann den adsorbierten HC von diesem zu desorbieren. Wenn sich andererseits NOx und HC an der Oberfläche des Pt-Teilchens benachbart zu einander befinden, reduziert der HC das NOx. Dementsprechend reduziert eine große Menge an HC an der Oberfläche des Pt-Teilchens eine große Menge an NOx im einströmenden Abgas.
Andererseits erreicht der HC, der durch die Mikroporen des Trägers strömt, ohne im Träger adsorbiert zu werden, nicht zwangsläufig die Oberfläche eines Pt-Teilchens. Somit ist in diesem Fall die Menge an HC an der Oberfläche des Pt-Teilchens nicht groß und folglich wird NOx nicht zwangsläufig ausreichend reduziert.
Auf diese Art und Weise wird bei dem Verbrennungsmotor, der in der 1 gezeigt ist, die NOx-Reduktion durch den HC, der von dem Katalysator 18 desorbiert wird, genauso wie die NOx-Reduktion durch den im einströmenden Abgas befindlichen HC im Katalysator 18 ausgeführt, und folglich wird eine gute NOx-Reinigung im Katalysator 18 erhalten.
Jedoch weist, wie dies am Anfang erwähnt ist, das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, einen SOF auf, und der SOF wird auch im Katalysator 18 zusammen mit dem HC adsorbiert. Wenn außerdem der SOF in dem im porösen Träger befindlichen inneren Abschnitt adsorbiert wird, der von der Oberfläche des Trägers beabstandet ist, ist es schwierig, den SOF aus diesem zu desorbieren. Auch der poröse Träger, wie beispielsweise Zeolith, hat an sich eine katalytische Funktion, und folglich kann der SOF im porösen Träger reformiert werden, wenn der SOF für einen langen Zeitraum im porösen Träger verbleibt. Wenn der reformierte SOF das katalytische Metall bedeckt oder die Mikroporen des porösen Trägers blockiert, können das NOx und das Reduktionsmittel das katalytische Metall nicht erreichen, und folglich kann das NOx nicht ausreichend reduziert werden. Auf diese Art und Weise wird der Katalysator 18 durch den SOF vergiftet.
Des weiteren beinhaltet das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, schwefelhaltige Bestandteile, wie beispielsweise SO₂, weil der Kraftstoff und das Schmieröl des Verbrennungsmotors schwefelhaltige Bestandteile beinhalten. Die schwefelhaltigen Bestandteile werden auch im porösen Träger des Katalysators 18 adsorbiert. Wenn jedoch der Katalysator 18 einen Alkalibestandteil enthält, wie beispielsweise Alkalierdmetalle, wie zum Beispiel Barium Ba, bilden die schwefelhaltigen Bestandteile, die im Träger adsorbiert sind, ein Sulfat mit dem Alkalibestandteil, zum Beispiel in Form von BaSO₄. Das Sulfat ist chemisch stabil und wird somit kaum von dem Träger desorbiert oder freigesetzt. Dies verringert die HC-Adsorptionsfähigkeit des Trägers oder verursacht eine Blockierung der Mikroporen des Trägers. Auf diese Art und Weise wird der Katalysator 18 durch den schwefelhaltigen Bestandteil vergiftet oder deaktiviert.
Jedoch wird der SOF verbrannt, wenn die Temperatur des porösen Trägers in einer oxidierenden Umgebung höher wird, und das Sulfat wird von dem Träger gelöst und freigesetzt zum Beispiel in Form von SO₂, wenn die Temperatur des Trägers steigt. Folglich wird bei dem Verbrennungsmotor, der in der 1 gezeigt ist, beurteilt, ob der Katalysator 18 durch den SOF oder den schwefelhaltigen Bestandteil vergiftet ist, und wenn der Katalysator 18 als vergiftet beurteilt wird, wird der Katalysator 18 so erwärmt, dass der SOF verbrannt wird oder der schwefelhaltige Bestandteil gelöst wird, um dadurch den Katalysator 18 zu reaktivieren.
In diesem Fall wird der SOF oder der schwefelhaltige Bestandteil, die sich an oder nahe der Oberfläche des porösen Trägers befinden, verhältnismäßig leicht erwärmt und somit verbrannt oder gelöst. Jedoch ist es schwierig, den SOF oder den schwefelhaltigen Bestandteil, die sich in dem im porösen Träger befindlichen inneren Abschnitt befinden, der von der Oberfläche des Trägers beabstandet ist, auf eine Temperatur zu erwärmen, bei der der SOF verbrannt werden kann oder der schwefelhaltige Bestandteil gelöst werden kann. Folglich muss der Katalysator 18 für einen langen Zeitraum erwärmt werden und somit ist eine große Menge an Energie erforderlich.
Andererseits hängt die Adsorptionsfähigkeit des porösen Trägers vom Druck im Gehäuse 19 ab. Das heißt die Adsorptionsfähigkeit des Trägers wird kleiner, weil der Druck im Gehäuse 19 geringer wird. Des weiteren hängt die Lös-Temperatur des Sulfats vom Druck im Gehäuse 19 ab. Das heißt die Lös-Temperatur des Sulfats wird niedriger, weil der Druck im Gehäuse 19 kleiner wird. Dementsprechend wird der SOF, der im Träger adsorbiert ist, leichter desorbiert und das Sulfat, das im Träger adsorbiert ist, wird leichter gelöst, wenn der Druck im Gehäuse 19 verringert wird.
Folglich wird bei dem Verbrennungsmotor, der in der 1 gezeigt ist, der Katalysator 18 erwärmt, während der Druck im Gehäuse 19 verringert wird, wenn der Katalysator 18 reaktiviert werden soll. Folglich wird der SOF, der sich im inneren Abschnitt des Trägers befindet, von dem Träger freigesetzt oder wird näher zu der Oberfläche des Trägers bewegt und wird folglich leichter erwärmt und verbrannt. Auch die Lös-Temperatur des Sulfats ist niedriger und folglich wird das Sulfat im Träger leicht gelöst. Dementsprechend wird der Katalysator 18 leicht reaktiviert.
Wenn die Verbrennungsmotorlast oder die Verbrennungsmotordrehzahl niedrig ist, ist der Druck im Gehäuse 19 niedrig. Somit kann in Betracht gezogen werden, dass eine Erwärmung des Katalysators 18 den Katalysator 18 ausreichend reaktivieren wird, wenn die Verbrennungsmotorlast oder die Verbrennungsmotordrehzahl niedrig ist. Jedoch ist die Druckabnahme, die durch solch einen üblichen Verbrennungsmotorbetrieb erhalten wird, nicht ausreichend, um den SOF von dem Katalysator 18 ausreichend freizusetzen oder die Lös-Temperatur des Sulfats ausreichend zu verringern. Folglich ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Umgehungsleitung 21, die von dem Abgaskanal stromaufwärts des Gehäuses 19 abzweigt, vorgesehen, und das Druckverringerungsventil 23 ist in der Umgehungsleitung 21 angeordnet. Wenn der Katalysator 18 reaktiviert werden soll, wird das Druckverringerungsventil 23 vollständig geöffnet, um den Druck im Gehäuse 19 zu verringern. Das heißt fast das gesamte Abgas, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, strömt durch die Umgehungsleitung 21, wenn das Ventil 23 vollständig geöffnet ist, und folglich wird im Gehäuse 19 ein viel niedrigerer Druck als der Übliche erzeugt, das heißt dieser wird beispielsweise ungefähr auf den Luftdruck verringert.
Andererseits wird die Adsorptionsfähigkeit des porösen Trägers kleiner, weil die Temperatur des Trägers höher wird, wie dies vorstehend erwähnt ist. Somit kann in Betracht gezogen werden, dass der SOF ausreichend von dem Katalysator 18 freigesetzt wird, wenn die Temperatur des Katalysators 18 erhöht wird. Jedoch hängt die Adsorptionsfähigkeit des Trägers, in dem eine physikalische Adsorption ausgeführt wird, eher von dem Druck als von der Temperatur ab. Das heißt der SOF wird nicht ausreichend von dem Katalysator 18 freigesetzt, selbst wenn die Temperatur des Katalysators hoch ist, wenn der Druck im Gehäuse 19 hoch ist, und wird ausreichend freigesetzt, selbst wenn die Temperatur des Katalysators niedrig ist, wenn der Druck im Gehäuse 19 niedrig ist. Des weiteren ist der Zeitraum, der benötigt wird, um den Druck im gesamten Gehäuse auf einen bestimmten Druck zu verringern, viel kürzer als der Zeitraum, der benötigt wird, um die Temperatur des gesamten Katalysators auf eine bestimmte Temperatur zu erhöhen. Folglich wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung der Druck im Gehäuse 19 verringert, wenn der Katalysator 18 aktiviert werden soll.
Als nächstes wird das Verfahren zum Reaktivieren des Katalysators bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung detaillierter erklärt.
Zuerst wird das Verfahren zum Erfassen, ob der Katalysator 18 durch den SOF oder den schwefelhaltigen Bestandteil vergiftet ist, erklärt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird erfasst, ob der Katalysator 18 vergiftet ist, auf der Grundlage des Temperaturunterschieds zwischen der Temperatur des Abgases, das zu dem Katalysator 18 strömt, das heißt die Einlasstemperatur Tu, und der Temperatur des Abgases, das von dem Katalysator 18 abgegeben wird, das heißt die Auslasstemperatur Td. Das heißt, wenn der Katalysator 18 nicht vergiftet ist, findet die Oxidationsreaktion des HC, der durch die Sekundärkraftstoffeinspritzung zugeführt wird, aktiv im Katalysator 18 statt. In diesem Fall ist die Auslasstemperatur Td höher als die Einlasstemperatur Tu und der Temperaturunterschied (Td – Tu) zwischen der Auslasstemperatur Td und der Einlasstemperatur Tu wird oberhalb eines Grenzwerts DLT gehalten. Wenn andererseits der Katalysator 18 vergiftet ist, findet die Oxidationsreaktion des HC kaum statt, und folglich ist der Temperaturunterschied (Td – Tu) kleiner als der Grenzwert DLT. Folglich wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Grenzwert DLT in Übereinstimmung mit dem Verbrennungsmotorbetriebszustand im Voraus ermittelt, wobei beispielsweise beurteilt wird, dass der Katalysator vergiftet ist, wenn der Temperaturunterschied (Td – Tu) kleiner als der Grenzwert ist. Es ist zu beachten, dass der Grenzwert DLT im Voraus im ROM 32 in Form einer Tabelle, wie dies in der 3 gezeigt ist, gespeichert wird, zum Beispiel als eine Funktion der Niederdrückung DEP des Gaspedals und der Verbrennungsmotordrehzahl N.
Als nächstes wird das Verfahren zum Erwärmen des Katalysators 18 erklärt. Wenn, wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, Kraftstoff sekundär zu der Verbrennungskammer 3 geführt wird, wird der Kraftstoff, der durch die Sekundärkraftstoffeinspritzung zugeführt wird, teilweise in der Verbrennungskammer 3 verbrannt, und somit wird die Temperatur des Abgases, das von der Verbrennungskammer 3 abgegeben wird, erhöht. In diesem Fall wird die Menge an HC (Kraftstoff), die in der Verbrennungskammer 3 verbrannt wird, größer, weil die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit innerhalb des Verbrennungstakts oder des Auslasstakts früher erfolgt. Das heißt die Temperatur des Abgases, das zu dem Katalysator 18 strömt, wird höher, weil die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit früher erfolgt. Wenn die Temperatur des Abgases, das zu dem Katalysator 18 strömt, höher wird, wird die Temperatur des Katalysators 18 auch höher. Wenn die Temperatur des Katalysators 18 auf ein bestimmtes Maß steigt, reagiert ein Teil des HC, der durch die Sekundärkraftstoffeinspritzung zugeführt wird, in dem Katalysator 18 mit Sauerstoff O₂ eher als das NOx. Das heißt der HC, der durch die Sekundärkraftstoffeinspritzung zugeführt wird, wirkt als Katalysatorerwärmungskraftstoff und wird im Katalysator 18 verbrannt. Folglich wird die Temperatur des Katalysators 18 rasch erhöht. Folglich ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der Katalysator 18 erwärmt werden soll, die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit innerhalb des Verbrennungstakts oder des Auslasstakts vorauseilend bezüglich der üblichen Zeit. Das heißt, wenn der Katalysator 18 erwärmt werden soll, wird die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit bei einem Kurbelwinkel von ungefähr 90° bis 120° nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts festgelegt. Dadurch wird der Bedarf an zusätzlichen Teilen zum Erwärmen des Katalysators 18 beseitigt, genauso wie die komplizierte Steuerung. Die Menge an Energie, die benötigt wird, um den Katalysator 18 zu erwärmen, wird ebenfalls verringert.
Es ist zu beachten, dass eine zusätzliche Kraftstoffzuführvorrichtung zum Zuführen des Katalysatorerwärmungskraftstoffs zu dem Katalysator 18 im Abgaskanal stromaufwärts des Katalysators 18 bereitgestellt werden kann. Des weiteren kann ein Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Benzin, Isooktan, Hexan, Heptan, Gasöl und Kerosin oder ein Kohlenwasserstoff, der in einer flüssigen Form gespeichert werden kann, wie beispielsweise Butan oder Propan, oder Wasserstoff H₂ oder Ammoniak NH₃ als Katalysatorerwärmungskraftstoff verwendet werden. Jedoch wird durch das Zuführen des Katalysatorerwärmungskraftstoffs durch die Sekundärkraftstoffeinspritzung der Bedarf an einer zusätzlichen Zuführvorrichtung und an einem zusätzlichen Behälter für den Katalysatorerwärmungskraftstoff beseitigt.
Wenn der Katalysator 18 auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der der SOF verbrannt werden kann und der schwefelhaltige Bestandteil gelöst werden kann, ist die Auslasstemperatur Td, die die Temperatur des Katalysators 18 darstellt, höher als eine erste vorbestimmte Temperatur T1. Folglich wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Auslasstemperatur Td höher als die erste vorbestimmte Temperatur T1 wird, die Sekundärkraftstoffeinspritzung angehalten, das heißt die Erwärmung des Katalysators 18 wird angehalten. Als nächstes wird das Druckverringerungsventil 23 geöffnet. Somit wird der Druck im Gehäuse 19 verringert, und folglich wird fast der gesamte SO F, der im Katalysator 18 adsorbiert ist, von dem Katalysator 18 während eines kurzen Zeitraums freigesetzt. Dabei wird die Temperatur des Katalysators 18 oberhalb einer Temperatur gehalten, bei der der SOF verbrannt werden kann, und der Katalysator 18 wird in der oxidierenden Umgebung gehalten. Folglich wird der freigesetzte SOF ausreichend verbrannt. Des weiteren wird dabei fast der gesamte schwefelhaltige Bestandteil gelöst und von dem Katalysator 18 während eines kurzen Zeitraums freigesetzt. Dementsprechend wird der Katalysator 18 reaktiviert. Es ist zu beachten, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste vorbestimmte Temperatur T1 auf 600°C festgelegt ist. Ersatzweise kann die erste vorbestimmte Temperatur T1 auf 400°C festgelegt werden, wenn die Vergiftung durch den schwefelhaltigen Bestandteil außer Acht gelassen wird.
Wenn der SOF verbrannt wird, bleibt die Auslasstemperatur Td verhältnismäßig hoch. Jedoch wird die Auslasstemperatur Td allmählich niedriger, wenn die Verbrennung des SOF beendet ist. Wenn folglich die Auslasstemperatur T1 niedriger als eine zweite vorbestimmte Temperatur T2 wird, die niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur T1 festgelegt ist, wird beurteilt, dass die Reaktivierung des Katalysators 18 beendet ist. Die zweite vorbestimmte Temperatur T2 wird zum Beispiel auf 300°C festgelegt.
Die 4 zeigt eine Routine zum Ausführen des Verfahrens zum Erfassen der Vergiftung des Katalysators 18, wie dies vorstehend erwähnt ist. Die Routine wird unter Anwendung einer Unterbrechung jedes vorbestimmte mal ausgeführt.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 4 bei dem Schritt 50 beurteilt, ob eine Bedingung zum Erfassen der Vergiftung des Katalysators 18 erfüllt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Bedingung als erfüllt beurteilt, wenn die Temperatur des Katalysators 18 höher als seine Wirktemperatur ist und eine konstante Zeitspanne ab dem vorigen Reaktivierungsprozess des Katalysators 18 vergangen ist, andernfalls wird die Bedingung als nicht erfüllt beurteilt. Wenn die Bedingung als nicht erfüllt beurteilt wird, wird der Prozesszyklus beendet. Wenn die Bedingung als erfüllt beurteilt wird, geht die Routine zu dem Schritt 51, bei dem der Grenzwert DLT auf der Grundlage des vorliegenden Verbrennungsmotorbetriebszustands aus der Tabelle, die in der 3 gezeigt ist, berechnet wird. Bei dem folgenden Schritt 52 wird beurteilt, ob der Temperaturunterschied (Td – Tu) zwischen der Auslasstemperatur Td und der Einlasstemperatur Tu kleiner als der Grenzwert DLT ist. Wenn (Td – Tu) ≥ DLT ist, wird der Katalysator 18 als nicht vergiftet beurteilt, und der Prozesszyklus wird beendet. Wenn andererseits (Td – Tu) < DLT ist, wird der Katalysator 18 als vergiftet beurteilt, und die Routine geht zu dem Schritt 53, bei dem eine Vergiftungsmarke gesetzt wird. Dann wird der Prozesszyklus beendet. Die Vergiftungsmarke, die anfänglich zurückgesetzt wird, wird gesetzt, wenn der Katalysator 18 als vergiftet beurteilt wird, und wird wieder zurückgesetzt, wenn die Reaktivierung des Katalysators 18 beendet ist.
Die 5 zeigt eine Routine zum Steuern der Reaktivierung des Katalysators 18. Die Routine wird unter Anwendung einer Unterbrechung jedes vorbestimmte mal ausgeführt.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 5 bei dem Schritt 60 beurteilt, ob die Vergiftungsmarke, die vorstehend erwähnt ist, gesetzt ist. Wenn die Vergiftungsmarke zurückgesetzt ist, geht die Routine zu dem Schritt 61, bei dem die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit TSFI auf NORM gesetzt wird. Diese NORM entspricht zum Beispiel einem Kurbelwinkel von 150° nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts. Im folgenden Schritt 62 wird die Sekundärkraftstoffeinspritzung ausgeführt. Dann wird der Prozesszyklus beendet. Folglich wird der HC als das Reduktionsmittel zu dem Katalysator 18 geführt. Es ist zu beachten, dass das Druckverringerungsventil 23 dabei geschlossen ist.
Wenn die Vergiftungsmarke bei dem Schritt 60 gesetzt ist, geht die Routine zu dem Schritt 63, bei dem beurteilt wird, ob eine Erwärmungsmarke gesetzt ist. Die Erwärmungsmarke ist gesetzt, wenn die Erwärmung des Katalysators 18 beendet ist, und ist andernfalls zurückgesetzt. Die Erwärmungsmarke ist zurückgesetzt, wenn die Routine zum ersten Mal zu dem Schritt 63 geht, nachdem die Vergiftungsmarke gesetzt wurde. Somit geht die Routine zu dem Schritt 64, bei dem die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit TSFI auf ADV gesetzt wird. Diese ADV ist hinsichtlich der NORM vorausseilend und entspricht zum Beispiel einem Kurbelwinkel von 90° nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts. Im folgenden Schritt 65 wird die Sekundärkraftstoffeinspritzung ausgeführt. Folglich wird der Katalysator 18 erwärmt.
Im folgenden Schritt 66 wird beurteilt, ob die Auslasstemperatur T1 höher als die erste vorbestimmte Temperatur T1 ist. Wenn Td ≤ T1 ist, wird der Prozesszyklus beendet. Wenn andererseits Td > T1 ist, geht die Routine zu dem Schritt 67, bei dem die Erwärmungsmarke gesetzt wird. Im folgenden Schritt 68 wird die Sekundärkraftstoffeinspritzung angehalten. Im folgenden Schritt 69 wird das Druckverringerungsventil 23 geöffnet. Dann wird der Prozesszyklus beendet. Das heißt, wenn die Temperatur des Katalysators 18 auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der der SOF verbrannt werden kann und der schwefelhaltige Bestandteil gelöst werden kann, wird die Erwärmung des Katalysators 18 angehalten und das Verbrennen des SOF und das Lösen des schwefelhaltigen Bestandteils beginnt.
Wenn die Erwärmungsmarke gesetzt ist, geht die Routine von dem Schritt 63 zu dem Schritt 70, bei dem beurteilt wird, ob die Auslasstemperatur Td niedriger als die zweite vorbestimmte Temperatur T2 ist. Wenn Td ≥ T2 ist, wird der Prozesszyklus beendet. Wenn andererseits Td < T2 ist, wird die Reaktivierung des Katalysators 18 als beendet beurteilt und die Routine geht zu dem Schritt 71, bei dem die Vergiftungsmarke zurückgesetzt wird, und im folgenden Schritt 72 wird auch die Erwärmungsmarke zurückgesetzt. Im folgenden Schritt 73 wird das Druckverringerungsventil 23 geschlossen.
Die 6 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel dar.
Unter Bezugnahme auf die 6 ist ein Druckerhöhungsventil 44 in der Auslassleitung 20 stromaufwärts des Abgasausgangs der Umgehungsleitung 21 angeordnet und wird durch ein Stellglied 43 angetrieben.
Das Druckerhöhungsventil 44 wird üblicherweise geöffnet gehalten und der Druck im Gehäuse 19 wird erhöht, wenn das Ventil 44 geschlossen wird. Das Ventil 44 kann als eine Abgas-Bremse verwendet werden. Der Ausgabeanschluss 36 der ECU 30 ist mit dem Stellglied 43 über eine entsprechende Treiberschaltung 42 verbunden und das Stellglied 43 wird durch Ausgabesignale von der ECU 30 gesteuert. Des weiteren ist ein an der Stromaufwärtsseite befindlicher Konzentrationssensor 45u, der eine Ausgangsspannung im Verhältnis zur Konzentration an NOx im Abgas erzeugt, das zu dem Gehäuse 19 strömt, an der Auslassleitung 17 benachbart zu dem Eingang des Gehäuses 19 angebracht, und ein an der Stromabwärtsseite befindlicher Konzentrationssensor 45d, der eine Ausgangsspannung im Verhältnis zur Konzentration an NOx im Abgas erzeugt, das von dem Gehäuse 19 abgegeben wird, ist an der Auslassleitung 20 benachbart zu dem Ausgang des Gehäuses 19 angebracht. Die Ausgangsspannungen der Sensoren 45u und 45d werden dem Eingabeanschluss 35 jeweils über die entsprechenden A/D-Wandler 40 eingegeben.
Wie in der 6 gezeigt ist, ist des weiteren ein Adsorptionsmittel 46, das in der Lage ist, den Kohlenwasserstoff HC zu adsorbieren, im Gehäuse 19 stromaufwärts des Katalysators 18 untergebracht. Das Adsorptionsmittel 46 besteht aus einem porösen Material ohne eine katalytische Funktion, wie beispielsweise Siliziumdioxid SiO₂, oder mit einer geringen katalytischen Funktion. Die Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsmittels 46 wird kleiner, weil der Druck im Gehäuse niedriger wird. Somit kann in Betracht gezogen werden, dass das Adsorptionsmittel 46 eine HC-Adsorptions- und Desorptionsfähigkeit aufweist, bei der es im einströmenden Abgas befindlichen HC speichert, wenn der Druck im Gehäuse 19 höher wird, und den adsorbierten HC daraus desorbiert oder freisetzt, wenn der Druck im Gehäuse 19 niedriger wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in der 1 gezeigt ist, ist die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit vorausseilend, um die Temperatur des Abgases, das zu dem Katalysator 18 strömt, zu erhöhen, so dass der Kraftstoff, der durch die Sekundärkraftstoffeinspritzung zugeführt wird, als Katalysatorerwärmungskraftstoff wirkt und im Katalysator 18 verbrannt wird, um dadurch den Katalysator 18 zu erwärmen. Wenn in diesem Fall die Menge des Katalysatorerwärmungskraftstoffs, die dem Katalysator 18 pro Zeiteinheit zugeführt wird, erhöht wird, wird der erforderliche Zeitraum, um den Katalysator 18 zu erwärmen, verkürzt, und folglich wird auch der erforderliche Zeitraum, um den Katalysator 18 zu reaktivieren, verkürzt. Jedoch ist die Menge an Kraftstoff, die durch eine Kraftstoffeinspritzung zugeführt wird, begrenzt, und die Anzahl der Sekundärkraftstoffeinspritzungen pro Zeiteinheit hängt von der Verbrennungsmotordrehzahl ab. Wenn somit der Katalysatorerwärmungskraftstoff durch die Sekundärkraftstoffeinspritzung zugeführt wird, kann es sein, dass es nicht möglich ist, eine große Menge des Katalysatorerwärmungskraftstoffs dem Katalysator pro Zeiteinheit zuzuführen.
Wenn andererseits der Druck im Gehäuse 19 verringert wird, wird fast der gesamte HC, der im Adsorptionsmittel 46 adsorbiert ist, während eines kurzen Zeitraums freigesetzt und erreicht dann den Katalysator 18. Des weiteren wird der Druck im Gehäuse 19 verringert, wenn der Katalysator 18 reaktiviert werden muss, wie bei dem Ausführungsbeispiel, das in der 1 gezeigt ist.
Folglich wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der HC im Adsorptionsmittel 46 früher adsorbiert, bevor der Druck im Gehäuse 19 verringert wird, um den Katalysator 18 zu reaktivieren, und der HC wird von dem Adsorptionsmittel 46 zu dem Katalysator 18 geführt, wenn der Druck im Gehäuse 19 verringert wird, um den Katalysator 18 zu reaktivieren. In diesem Fall erreicht der HC, der von dem Adsorptionsmittel 46 freigesetzt wird, den Katalysator 18 und wird dann im Katalysator 18 verbrannt. Folglich wird der Katalysator 18 rasch erwärmt. Es ist zu beachten, dass das Adsorptionsmittel 46 im Katalysator 18 angeordnet werden kann, das heißt einstückig mit dem Katalysator 18 ausgebildet werden kann.
Um eine große Menge an HC von dem Adsorptionsmittel 46 freizusetzen, ist es erforderlich, dass eine große Menge an HC im Voraus im Adsorptionsmittel 46 adsorbiert wird. Die Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsmittels 46 wird größer, weil der Druck im Gehäuse 19 größer wird, wie dies vorstehend erwähnt ist. Wenn folglich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Katalysator 18 als vergiftet beurteilt wird, wird zuerst das Druckerhöhungsventil 44 für einen konstanten Zeitraum geschlossen, um den Druck im Gehäuse 19 zu erhöhen, und gleichzeitig wird die Sekundärkraftstoffeinspritzung ausgeführt, so dass eine große Menge an HC im Adsorptionsmittel 46 adsorbiert wird.
Dabei ist die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit vorausseilend, so dass der Katalysator 18 vorerwärmt wird. Wenn folglich der HC von dem Adsorptionsmittel 46 zu dem Katalysator 18 geführt wird, beginnt der HC rasch zu verbrennen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beurteilt, ob der Katalysator 18 vergiftet ist, auf der Grundlage des Konzentrationsunterschieds zwischen der Konzentration an NOx im Abgas, das zu dem Katalysator 18 strömt, und der Konzentration an NOx im Abgas, das von dem Katalysator 18 abgegeben wird. Das heißt, wenn der Katalysator 18 vergiftet ist, wird ein Teil des NOx, das zu dem Katalysator 18 strömt, von dem Katalysator 18, ohne reduziert zu werden, abgegeben. Folglich wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zuerst der Unterschied DCN (= CNU – CND) zwischen der Konzentration CNU von NOx am Eingang des Katalysators 18, die durch den an der Stromaufwärtsseite befindlichen Sensor 45u erfasst wird, und der Konzentration CND von NOx am Ausgang des Katalysators 18, die durch den an der Stromabwärtsseite befindlichen Sensor 45d erfasst wird, ermittelt, und der Durchschnittswert AVE des Unterschieds DCN wird ermittelt. Wenn dann der Durchschnittswert AVE kleiner als ein vorbestimmter Wert CN1 ist, wird der Katalysator 18 als durch den SOF oder den schwefelhaltigen Bestandteil vergiftet beurteilt.
Als nächstes wird das vorliegende Ausführungsbeispiel detaillierter unter Bezugnahme auf die 7 und 8 erklärt. Die Routinen, die in den 7 und 8 gezeigt sind, werden jeweils unter Anwendung einer Unterbrechung jedes vorbestimmte mal ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf 4, die eine Routine zum Erfassen der Vergiftung des Katalysators 18 zeigt, wird zuerst bei dem Schritt 80 beurteilt, ob eine Bedingung zum Erfassen der Vergiftung des Katalysators 18 erfüllt ist. Die Bedingung wird als erfüllt beurteilt, wenn die Temperatur des Katalysators 18 höher als seine Wirktemperatur ist und eine konstante Zeitspanne ab dem vorigen Reaktivierungsprozess des Katalysators 18 vergangen ist, andernfalls wird die Bedingung als nicht erfüllt beurteilt. Wenn die Bedingung als nicht erfüllt beurteilt wird, wird der Prozesszyklus beendet. Wenn die Bedingung als erfüllt beurteilt wird, geht die Routine zu dem Schritt 81.
Bei dem Schritt 81 wird der Unterschied DCN (= CNU – CND) zwischen der NOx-Konzentration CNU am Eingang des Katalysators 18 und der NOx-Konzentration CND am Ausgang des Katalysators 18 berechnet. Im folgenden Schritt 82 wird der anwachsende Wert SD des Unterschieds DCN berechnet (SD = SD + DCN). Im folgenden Schritt 83 wird der Zählerwert C, der die Zahl des Anwachsens des Unterschieds DCN darstellt, um 1 erhöht. Im folgenden Schritt 84 wird beurteilt, ob der Zählerwert C gleich dem konstanten n ist. Wenn C < n ist, wird der Prozesszyklus beendet. Wenn andererseits C = n ist, geht die Routine zu dem Schritt 85, bei dem der Durchschnittswert AVE des Unterschieds DCN berechnet wird (AVE = SD/n). Beim folgenden Schritt 86 wird der anwachsende Wert SD gelöscht und im folgenden Schritt 87 wird auch der Zählerwert C gelöscht. Im folgenden Schritt 88 wird beurteilt, ob der Durchschnittswert AVE kleiner als der vorbestimmte Wert CN1 ist. Wenn AVE ≥ CN1 ist, wird der Katalysator 18 als nicht vergiftet beurteilt, und der Prozesszyklus wird beendet. Wenn andererseits AVE < CN1 ist, wird der Katalysator 18 als vergiftet beurteilt, und dann geht die Routine zu dem Schritt 89, bei dem die Vergiftungsmarke gesetzt wird. Dann wird der Prozesszyklus beendet. Die Vergiftungsmarke, die anfänglich zurückgesetzt wird, wird gesetzt, wenn der Katalysator 18 als vergiftet beurteilt wird, und wird wieder zurückgesetzt, wenn die Reaktivierung des Katalysators 18 beendet ist.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 8, die eine Routine zum Steuern der Reaktivierung des Katalysators 18 zeigt, zuerst beim Schritt 90 beurteilt, ob die Vergiftungsmarke, die vorstehend erwähnt ist, gesetzt ist. Wenn die Vergiftungsmarke zurückgesetzt ist, geht die Routine zu dem Schritt 91, bei dem die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit TSFI auf NORM gesetzt wird. Diese NORM entspricht zum Beispiel einem Kurbelwinkel von 150° nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts. Im folgenden Schritt 92 wird die Sekundärkraftstoffeinspritzung ausgeführt. Dann wird der Prozesszyklus beendet. Folglich wird der HC als das Reduktionsmittel zu dem Katalysator 18 geführt. Es ist zu beachten, dass dabei das Druckverringerungsventil 23 geschlossen ist und das Druckerhöhungsventil 44 geschlossen ist.
Wenn die Vergiftungsmarke beim Schritt 90 gesetzt ist, geht die Routine zu dem Schritt 93, bei dem beurteilt wird, ob eine Adsorptionsmarke gesetzt ist. Die Adsorptionsmarke ist gesetzt, wenn die Adsorption des HC im Katalysator 18 beendet ist, und ist andernfalls zurückgesetzt. Die Adsorptionsmarke ist zurückgesetzt, wenn die Routine zum ersten Mal zu dem Schritt 93 geht, nachdem die Vergiftungsmarke gesetzt wurde. Somit geht die Routine zu dem Schritt 94, bei dem das Druckerhöhungsventil 44 geschlossen wird. Der Öffnungsbetrag des Ventils 44 wird dabei auf so einen Öffnungsbetrag eingestellt, der zum Erhöhen des Drucks im Gehäuse 19 geeignet ist, während die Abnahme der Verbrennungsmotorabgabe infolge der Erhöhung des Gegendrucks des Verbrennungsmotors innerhalb des zulässigen Bereichs beibehalten wird, und wird im Voraus durch Experimente ermittelt. Im folgenden Schritt 95 wird die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit TSFI auf ADV gesetzt. Diese ADV ist hinsichtlich der NORM vorausseilend und entspricht zum Beispiel einem Kurbelwinkel von 90° nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts. Im folgenden Schritt 96 wird die Sekundärkraftstoffeinspritzung ausgeführt. Folglich wird der HC als der Katalysatorerwärmungskraftstoff im Katalysator 18 adsorbiert und der Katalysator 18 wird vorerwärmt.
Im folgenden Schritt 97 wird beurteilt, ob eine konstante Zeitspanne ab dem Schließen des Druckerhöhungsventils 44 vergangen ist, das heißt, ob die Adsorption des HC im Adsorptionsmittel 46 die konstante Zeitspanne lang ausgeführt wurde. Wenn die konstante Zeitspanne nicht vergangen ist, wird der Prozesszyklus beendet. Wenn andererseits die konstante Zeitspanne vergangen ist, wird beurteilt, dass der HC, der ausreichend ist, um den Katalysator 18 ausreichend zu erwärmen, im Adsorptionsmittel 46 adsorbiert ist, und die Routine geht zu dem Schritt 98, bei dem die Adsorptionsmarke gesetzt wird. Im folgenden Schritt 99 wird die Sekundärkraftstoffeinspritzung angehalten. Im folgenden Schritt 100 wird das Druckverringerungsventil 23 geöffnet. Im folgenden Schritt 101 wird das Druckerhöhungsventil 44 geöffnet. Dann wird der Prozesszyklus beendet. Das heißt, wenn eine große Menge an HC im Adsorptionsmittel 96 adsorbiert wird, wird die Druckzunahme im Gehäuse 19 angehalten und die Druckverringerung im Gehäuse beginnt.
Wenn die Adsorptionsmarke gesetzt ist, geht die Routine von dem Schritt 93 zu dem Schritt 102, bei dem beurteilt wird, ob eine konstante Zeitspanne ab dem Öffnen des Druckverringerungsventils 23 vergangen ist, das heißt, ob die Reaktivierung des Katalysators 18 die konstante Zeitspanne lang ausgeführt wurde. Wenn die konstante Zeitspanne nicht vergangen ist, wird der Prozesszyklus beendet. Wenn andererseits die konstante Zeitspanne vergangen ist, wird die Reaktivierung des Katalysators 18 als beendet beurteilt, und die Routine geht zu dem Schritt 103, bei dem die Vergiftungsmarke zurückgesetzt wird. Im folgenden Schritt 104 wird auch die Adsorptionsmarke zurückgesetzt. Im folgenden Schritt 105 wird das Druckverringerungsventil 23 geschlossen.
Bei den vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen ist die Umgehungsleitung 21 bereitgestellt, das Druckverringerungsventil 23 ist in der Umgehungsleitung 21 angeordnet und das Öffnen des Ventils 23 wird gesteuert, um den Druck im Gehäuse 19 zu steuern, oder das Druckerhöhungsventil 44 ist in der Auslassleitung 20 angeordnet und das Öffnen des Ventils 44 wird gesteuert, um den Druck im Gehäuse 19 zu steuern. Ersatzweise kann der Druck im Gehäuse 19 gesteuert werden, indem ein EGR-Steuerventil zum Steuern der Menge des EGR-Gases im EGR-Kanal, der den Abgaskrümmer 16 und den Ausgleichsbehälter 11 miteinander verbindet, angeordnet wird, und das Öffnen des EGR-Steuerventils gesteuert wird. Des weiteren kann ersatzweise der Druck im Gehäuse 19 gesteuert werden, indem der Turbolader angeordnet wird und das Öffnen des Ladedruckregelventils des Turboladers gesteuert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Vorrichtung zum Reaktivieren eines Katalysators eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die in der Lage ist, den Katalysator ausreichend von seiner Vergiftung zu reaktivieren, so dass dadurch das Abgas ausreichend gereinigt wird.

Claims

Vorrichtung zum Reaktivieren eines Katalysators (18) eines Verbrennungsmotors (1), der einen Auslasskanal (17) hat, wobei der Katalysator (18) in einem Katalysatorgehäuse (19), das im Auslasskanal (17) angeordnet ist, untergebracht ist, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Katalysatorheizeinrichtung; eine Katalysatorgehäusedruckverringerungseinrichtung; und eine Reaktivierungseinrichtung, die die Heizeinrichtung und die Druckverringerungseinrichtung steuert, eine Beurteilungseinrichtung, die beurteilt, ob der Katalysator (18) durch einen schwefelhaltigen Bestandteil oder einen löslichen organischen Anteil vergiftet ist, wobei die Reaktivierungseinrichtung den Katalysator (18) erwärmt und den Druck im Katalysatorgehäuse (19) verringert, um den Katalysator (18) zu reaktivieren, wenn der Katalysator (18) als vergiftet beurteilt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Druckverringerungseinrichtung einen Entweichungskanal aufweist, der von dem Auslasskanal stromaufwärts des Katalysatorgehäuses (19) abzweigt, und wobei ein Teil des Abgases, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wurde, in den Entweichungskanal eingeleitet wird, um den Druck im Katalysatorgehäuse (19) zu verringern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei ein Druckverringerungsventil (23) im Entweichungskanal angeordnet ist und wobei das Druckverringerungsventil (23) üblicherweise geschlossen ist und es geöffnet wird, wenn der Druck im Katalysatorgehäuse (19) verringert werden soll.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Ausgang des Entweichungskanals mit dem Auslasskanal stromabwärts des Katalysatorgehäuses (19) so verbunden ist, dass der Entweichungskanal das Katalysatorgehäuse (19) umgeht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Heizeinrichtung eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Katalysatorerwärmungskraftstoffs zu dem Katalysator (18) aufweist so, dass der Katalysatorerwärmungskraftstoff im Katalysator (18) verbrannt wird, um den Katalysator zu erwärmen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Zuführeinrichtung eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (8), die in der Verbrennungskammer (3) des Verbrennungsmotors angeordnet ist, aufweist und wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (8) sekundär Kraftstoff für den Verbrennungsmotor beim Verbrennungstakt oder dem Auslasstakt des Verbrennungsmotors einspritzt, um den Katalysatorerwärmungskraftstoff dem Katalysator (18) zuzuführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Katalysator (18) in der Lage ist, NOx in einer oxidierenden Umgebung, die das Reduktionsmittel enthält, zu reduzieren, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (8) üblicherweise sekundär Verbrennungsmotorkraftstoff beim Verbrennungstakt oder dem Auslasstakt des Verbrennungsmotors einspritzt, um das Reduktionsmittel zu liefern, damit das NOx durch das Reduktionsmittel im Katalysator (18) reduziert wird, und wobei die Sekundärkraftstoffeinspritzzeit, wenn der Katalysator (18) erwärmt werden soll, bezüglich der Zeit der üblichen Sekundärkraftstoffeinspitzung voreilt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Zuführeinrichtung folgendes aufweist: ein Adsorptionsmittel (46), das im Katalysator (18) oder im Auslasskanal stromaufwärts des Katalysators (18) angeordnet ist, um den Katalysatorerwärmungskraftstoff in ihm zu adsorbieren; eine Liefereinrichtung zum Liefern des Katalysatorerwärmungskraftstoffs zu dem Adsorptionsmittel (46) in einer derartigen Weise, dass der Katalysatorerwärmungskraftstoff im Adsorptionsmittel (46) vor der Reaktivierung des Katalysators (18) adsorbiert wird; und eine Desorptionseinrichtung zum Desorbieren des Katalysatorerwärmungskraftstoffs aus dem Adsorptionsmittel (46), um den Katalysatorerwärmungskraftstoff dem Katalysator (18) zuzuführen, wenn der Katalysator (18) erwärmt werden soll.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Liefereinrichtung eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (8), die in der Verbrennungskammer (3) des Verbrennungsmotors angeordnet ist, aufweist und wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (8) den Verbrennungsmotorkraftstoff sekundär beim Verbrennungstakt oder dem Auslasstakt des Verbrennungsmotors einspritzt, um den Katalysatorerwärmungskraftstoff dem Adsorptionsmittel (46) zuzuführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das Adsorptionsmittel (46) in einem Adsorptionsmittelgehäuse, das im Auslasskanal angeordnet ist, untergebracht ist, wobei die Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsmittels (46) kleiner wird, wenn der Druck im Adsorptionsmittelgehäuse niedriger wird, wobei die Desorptionseinrichtung eine Einrichtung zum Verringern des Drucks im Adsorptionsmittelgehäuse aufweist, um adsorbierten Katalysatorerwärmungskraftstoff aus dem Adsorptionsmittel (46) zu desorbieren, um Katalysatorerwärmungskraftstoff dem Katalysator (18) zuzuführen, wenn der Katalysator (18) erwärmt werden soll.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Liefereinrichtung eine Druckerhöhungseinrichtung zum Erhöhen des Drucks im Adsorptionsmittelgehäuse aufweist und wobei die Druckerhöhungseinrichtung den Druck im Adsorptionsmittelgehäuse erhöht, wenn die Liefereinrichtung den Katalysatorerwärmungskraftstoff zu dem Adsorptionsmittel (46) liefert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Druckerhöhungseinrichtung ein Druckerhöhungsventil (44), das im Auslasskanal stromabwärts des Adsorptionsmittelgehäuses angeordnet ist, aufweist und wobei das Druckerhöhungsventil (44) üblicherweise geöffnet ist und es geschlossen wird, wenn der Druck im Adsorptionsmittel-Katalysator-Gehäuse erhöht werden soll.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das Adsorptionsmittel (46) im Katalysatorgehäuse (19) untergebracht ist, wobei die Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsmittels (46) kleiner wird, wenn der Druck im Katalysatorgehäuse (19) niedriger wird, und wobei der adsorbierte Katalysatorerwärmungskraftstoff aus dem Adsorptionsmittel desorbiert wird und dem Katalysator (18) zugeführt wird, wenn der Druck im Katalysatorgehäuse (19) verringert wird, um den Katalysator (18) zu reaktivieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das Adsorptionsmittel (46) ein poröses Material, das fast keine katalytische Funktion hat, aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei das Adsorptionsmittel (46) Siliziumdioxid aufweist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 15, wobei die Beurteilungseinrichtung auf der Grundlage der Temperatur des Abgases, das von dem Katalysator (18) abgegeben wird, beurteilt, ob der Katalysator (18) vergiftet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die Beurteilungseinrichtung einen ersten Temperatursensor (39a), der im Auslasskanal benachbart zu dem Eingang des Katalysators (18) angeordnet ist, um die Temperatur des Abgases zu erfassen, das zu dem Katalysator (18) strömt, und einen zweiten Temperatursensor (39d), der im Auslasskanal benachbart zu dem Ausgang des Katalysators (18) angeordnet ist, um die Temperatur des Abgases zu erfassen, das von dem Katalysator (18) abgegeben wird, aufweist und wobei der Katalysator (18) als vergiftet beurteilt wird, wenn der Unterschied zwischen der Temperatur des Abgases, das von dem Katalysator (18) abgegeben wird, und der Temperatur des Abgases, das zu dem Katalysator (18) strömt, kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei der erste vorbestimmte Wert auf der Grundlage des Verbrennungsmotorbetriebszustands eingestellt ist.
Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 15, wobei die Beurteilungseinrichtung auf der Grundlage der Konzentration an NOx im Abgas, das von dem Katalysator (18) abgegeben wird, beurteilt, ob der Katalysator (18) vergiftet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei die Beurteilungseinrichtung einen ersten NOx-Konzentrations-Sensor (45a), der im Auslasskanal benachbart zu dem Eingang des Katalysators (18) angeordnet ist, um die Konzentration an NOx im Abgas zu erfassen, das zu dem Katalysator (18) strömt, und einen zweiten NOx-Konzentrations-Sensor (45d), der im Auslasskanal benachbart zu dem Ausgang des Katalysators (18) angeordnet ist, um die Konzentration an NOx im Abgas zu erfassen, das von dem Katalysator (18) abgegeben wird, aufweist und wobei der Katalysator (18) als vergiftet beurteilt wird, wenn der Unterschied zwischen der Konzentration an NOx im Abgas, das von dem Katalysator (18) abgegeben wird, und der Konzentration an NOx im Abgas, das zu dem Katalysator (18) strömt, kleiner als ein zweiter vorbestimmter Wert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Katalysator (18) einen porösen Träger aufweist, der aus Zeolith, Ferrierit, Mordenit, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid-Aluminiumoxid, aktiviertem Kohlenstoff und Titandioxid ausgewählt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Katalysator (18) ein Edelmetall inklusive Platin, Palladium, Rhodium und Iridium oder ein Übergangsmetall inklusive Eisen, Kupfer, Kobalt und Nickel, das von einem porösen Träger getragen wird, aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer (3) des Verbrennungsmotors mit einem Überschuss an Luft verbrannt wird.