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DE69936803T2 - Abgaskontrollvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abgaskontrollvorrichtung für Brennkraftmaschinen Download PDF

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DE69936803T2
DE69936803T2 DE69936803T DE69936803T DE69936803T2 DE 69936803 T2 DE69936803 T2 DE 69936803T2 DE 69936803 T DE69936803 T DE 69936803T DE 69936803 T DE69936803 T DE 69936803T DE 69936803 T2 DE69936803 T2 DE 69936803T2
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DE
Germany
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catalyst
ammonia
temperature
exhaust gas
amount
Prior art date
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DE69936803T
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Shinya Aichi-ken Hirota
Kazuhiro Aichi-ken Itoh
Toshiaki Aichi-ken Tanaka
Eiji Aichi-ken Iwasaki
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
  • TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
  • Es ist möglich, einen Katalysator anzuordnen, der zur Reduktion von NOx in Abgas durch Ammoniak geeignet ist, und eine wässrige Harnstofflösung in den Verbrennungsmotorabgasdurchgang stromaufwärts des Katalysators zu fördern, um die Reduktion des NOx in dem Abgas durch den Ammoniak zu verursachen, der aus der wässrigen Harnstofflösung erzeugt wird. In diesem Fall wird jedoch die Reinigungsrate des NOx gemeinsam mit einem Abfall der Temperatur des Katalysators geringer. Daher ist nach dem Stand der Technik eine Brennkraftmaschine bekannt, die ausgelegt ist, um das äquivalente Verhältnis des Harnstoffs zu berechnen, der notwendig zur Reduktion von NOx ist, um durch eine NOx-Reinigungsrate gemäß der Katalysatortemperatur und die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung so zu steuern, dass der Harnstoff mit dem äquivalenten Verhältnis gefördert wird (siehe ungeprüfte Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 3-129712) .
  • Wenn der Harnstoff mit dem äquivalenten Verhältnis gefördert wird, das auf diesem Weg berechnet wird, ist jedoch dann, wenn die Katalysatortemperatur nicht sehr hoch ist, die NOx-Reinigungsrate gering. Wenn daher die Katalysatortemperatur nicht sehr hoch ist, besteht das Problem, dass eine hohe NOx-Reinigungsrate nicht erhalten werden kann. Insbesondere wenn die Katalysatortemperatur nicht sehr hoch wird und die Menge des NOx in dem Abgas groß ist, wenn beispielsweise der Verbrennungsmotor von einem Niedrigenlastbetriebszustand beschleunigt, wenn die NOx-Reinigungsrate gering ist, wird sich das Problem ergeben, dass eine große Menge NOx in die Atmosphäre freigesetzt wird.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die Druckschrift US-A-5628186 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases einer Brennkraftmaschine. Gemäß dem offenbarten Verfahren wird ein Reduktionsmittel in der Form von Harnstoff oder Ammoniak kontrolliert zu einem SCR-deNOx-Katalysator zugeführt, wobei die gespeicherte und freigesetzte Menge des Reduktionsmittels unter Berücksichtigung der maximalen Speicherkapazität des Katalysators geschätzt wird.
  • Die Druckschrift EP-A-0828063 beschreibt die Abgasreinigung einer Brennkraftmaschine durch einen deNOx-Katalysator und die Verwendung eines Reduktionsmittels in der Form von HC. Das Reduktionsmittel wird in das Abgas eingespritzt und eine Abgasrezirkulation wird gebildet, um die Katalysatortemperatur zu steuern, wodurch die Menge des eingespritzten Reduktionsmittels umgekehrt proportional zu der Menge des EGR-Gases ist.
  • Die Druckschrift DE-A-4214183 beschreibt die Abgas-NOx-Reinigung mit einem Reduktionsmittel, das an einem Katalysator gespeichert und freigesetzt wird. Die Vorrichtung weist mehrere SCR-Katalysatoren auf, die bei verschiedenen Temperaturen arbeiten, wobei jeder Katalysator seine zugeordnete Reduktionsmittelzufuhr hat, die unabhängig umgeschaltet werden kann.
  • Es ist die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine hohe NOx-Reduktion durch ein Reduktionsmittel erzielt, wobei eine hoch effektive Reduktionsprozedur erzielt werden soll, und der Verbrauch des Reduktionsmittels niedrig gehalten soll.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • Des Weiteren sind vorteilhafte Merkmale durch die Unteransprüche beansprucht und sind weitere Ausführungsbeispiele durch die folgende Beschreibung beschrieben und erklärt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Übersicht einer Brennkraftmaschine, 2 ist eine Ansicht der NOx-Reinigungsrate, 3 ist eine Ansicht der Konzentration des erzeugten Ammoniaks, 4 ist eine Ansicht der Temperatur des Katalysators und der Konzentration des erzeugten Ammoniaks, 5 ist ein Zeitdiagramm des NOx-Reduktionsprozesses, 6A, 6B und 6C sind Ansichten des äquivalenten Verhältnisses des Harnstoffs, der zur Reduktion des NOx in dem Abgas erforderlich ist, 7 ist eine Ansicht des Verhältnisses der Speicherung des Harnstoffs, 8A, 8B und 8C sowie 9A, 9B und 9C sind Ansichten des Verhältnisses der Freisetzung des Ammoniaks, 10 bis 12 sind Ablaufdiagramme der Steuerung der Förderung der wässrigen Harnstofflösung, 13 ist eine Ansicht des Verhältnisses des Anstiegs des Harnstoffs, 14 ist ein Zeitdiagramm des NOx-Reduktionsprozesses, 15 ist ein Ablaufdiagramm für die Ausführung einer Förderungssteuerung I, 16 ist ein Zeitdiagramm des NOx-Reduktionsprozesses, 17 ist ein Ablaufdiagramm für die Ausführung einer Förderungssteuerung II, 18A, 18B, 18C, 18D und 18E sowie 19A und 19B sind Ansichten verschiedenartiger Beispiele von Katalysatoren und 20 bis 23 sind Übersichten von Brennkraftmaschinen, die verschiedenartige Ausführungsbeispiele zeigen.
  • BESTER WEG ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • 1 zeigt den Fall einer Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einer Selbstzünderbrennkraftmaschine. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung ebenso auf einen Benzinverbrennungsmotor angewendet werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf 1 zeigt 1 einen Verbrennungsmotorkörper, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben, 5 eine Brennkammer, 6 einen elektrisch gesteuerten Kraftstoffinjektor, 7 ein Einlassventil, 8 einen Einlassanschluss, 9 ein Auslassventil und 10 einen Auslassanschluss. Der Einlassanschluss 8 ist mit einem Ausgleichstank 12 durch ein entsprechendes Einlassrohr 11 verbunden, während der Ausgleichstank 12 mit einem Luftreiniger 15 durch eine Einlassleitung 13 und ein Luftdurchflussmessgerät 14 verbunden ist. Innerhalb der Einlassleitung 13 ist ein Drosselventil 17 angeordnet, das durch einen Schrittmotor 16 betrieben wird.
  • Andererseits ist der Auslassanschluss 10 mit einem Einlass eines ersten katalytischen Wandlers 20, der einen Katalysator 19 aufnimmt, durch einen Auslasskrümmer 18 verbunden. Der Auslass des ersten katalytischen Wandlers 20 ist mit einem zweiten katalytischen Wandler 23, der einen Katalysator 22 aufnimmt, durch ein Auslassrohr 21 verbunden. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Katalysator 19 aus einem Katalysator, der eine Oxidationsfunktion hat, beispielsweise einem Oxidationskatalysator oder einem Dreiwege-Katalysator, während der Katalysator 22 aus einem NOx-selektiven Reduktionskatalysator besteht, der zur Reduktion von NOx in Abgas durch Ammoniak in der Gegenwart eines Überschusses von Sauerstoff geeignet ist.
  • Der Auslasskrümmer 18 und der Ausgleichstank 12 sind miteinander durch einen Abgasrezirkulationsdurchgang 24 (im Folgenden als EGR-Durchgang bezeichnet) verbunden. Innerhalb des EGR-Durchgangs 24 ist ein elektrisch gesteuertes EGR-Steuerventil 25 angeordnet. Die Kraftstoffinjektoren 6 sind mit einem Kraftstoffreservoir, einer sogenannten Common-Rail 27, durch Kraftstoffförderrohre 26 verbunden. Kraftstoff wird in die Common-Rail 27 von einer elektrischen gesteuerten Kraftstoffpumpe 28 mit variablem Ausstoß gefördert. Der Kraftstoff, der in die Common-Rail 27 gefördert wird, wird zu den Kraftstoffinjektoren 6 durch die Kraftstoffförderröhre 26 gefördert. Die Common-Rail 29 hat einen Kraftstoffdrucksensor 29, der daran angebracht ist, um den Kraftstoffdruck in der Common-Rail 27 zu erfassen. Der Ausstoß der Kraftstoffpumpe 28 wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des Kraftstoffdrucksensors 29 gesteuert, so dass der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 27 ein Sollkraftstoffdruck wird.
  • Andererseits ist eine Flüssigkeit, die eine Ammoniak erzeugende Verbindung zur Erzeugung von Ammoniak enthält, in einem Tank 30 gespeichert. Die Flüssigkeit, die die Ammoniak erzeugende Verbindung enthält, die in dem Tank 30 gespeichert ist, wird in das Abgasrohr 21 durch eine Förderleitung 31, eine Förderpumpe 32 und ein elektromagnetisch gesteuertes Durchflusssteuerventil 33 gefördert.
  • Eine elektronische Steuereinheit 40 besteht aus einem digitalen Computer, der mit einem ROM (Nurlesespeicher) 42, einem RAM (freier Zugriffsspeicher) 43, einer CPU (Mikroprozessor) 44, einem Eingabeanschluss 45 und einem Ausgabeanschluss 46 versehen ist, die miteinander durch einen bidirektionalen Bus 41 verbunden sind. Das Luftdurchflussmessgerät 14 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional zu der Menge der Einlassluft ist. Diese Ausgangsspannung wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 47 zu dem Eingabeanschluss 45 eingegeben. Des Weiteren wird das Ausgangssignal des Kraftstoffdrucksensors 29 durch einen entsprechenden AD-Wandler 47 zu dem Eingabeanschluss 45 eingegeben. Andererseits hat der Verbrennungsmotorkörper 1 einen daran angebrachten Wassertemperatursensor 34 zum Erfassen der Verbrennungsmotorkühlwassertemperatur, während das Abgasrohr 21 daran einen Temperatursensor 35 angeordnet hat, um die Temperatur des Abgases zu erfassen, das durch das Abgasrohr 21 strömt. Die Ausgangssignale dieses Wassertemperatursensors 34 und dieses Temperatursensors 34 werden zu dem Eingabeanschluss 45 durch die entsprechenden AD-Wandler 47 eingegeben.
  • Ein Beschleunigerpedal 50 hat einen damit verbundenen Lastsensor 51, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zu dem Betrag der Niederdrückung L des Beschleunigerpedals 50 ist. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 51 wird zu dem Eingabeanschluss 45 durch den entsprechenden AD-Wandler 47 eingegeben. Des Weiteren hat der Eingabeanschluss 45 einen damit verbundenen Kurbelwinkelsensor 52, der einen Ausgangsimpuls jedes Mal dann erzeugt, wenn die Kurbelwelle sich um beispielsweise 30 Grad dreht. Ferner wird ein Betätigungssignal eines Starterschalters 52 zu dem Eingabeanschluss 45 eingegeben. Andererseits ist der Ausgabeanschluss 46 durch entsprechende Antriebsschaltkreise 54 mit den Kraftstoffinjektoren 6, dem Schrittmotor 16, dem EGR-Steuerventil 25, der Kraftstoffpumpe 28, der Pumpe 32 und dem Durchflusssteuerventil 33 verbunden.
  • Des Weiteren wird, wie vorstehend erklärt ist, eine Flüssigkeit, die eine Ammoniak erzeugende Verbindung enthält, in das Abgasrohr 21 stromaufwärts des Katalysators 22 gefördert. Hinsichtlich der Ammoniak erzeugenden Verbindungen, die Ammoniak erzeugen können, gibt es verschiedenartige solche Verbindungen. Daher ist es möglich, verschiedenartige Verbindungen als Ammoniak erzeugende Verbindungen zu verwenden. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird Harnstoff als Ammoniak erzeugende Verbindung verwendet, während eine wässrige Harnstofflösung als Flüssigkeit verwendet wird, die eine Ammoniak erzeugende Verbindung enthält. Daher wird nachstehend die vorliegende Erfindung unter Heranziehung eines Beispiels des Falls der Förderung einer wässrigen Harnstofflösung in das Auslassrohr 21 stromaufwärts des Katalysators 22 erklärt.
  • Andererseits besteht, wie vorstehend erklärt ist, der Katalysator 22 aus einem NOx-selektiven Reduktionskatalysator. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird Titan als Träger dieses NOx-selektiven Reduktionskatalysators verwendet. Ein Katalysator aus V2O5/TiO2, der Vanadiumoxid enthält, der an diesem Träger geträgert ist (im Folgenden als Vanadiumtitankatalysator bezeichnet), oder ein Katalysator aus Cu/ZSM 5, der Zeolith als Träger aufweist und Kupfer, der an diesem Träger geträgert ist (im Folgenden als Kupferzeolithkatalysator bezeichnet) wird verwendet.
  • Wenn die wässrige Harnstofflösung in das Abgas gefördert wird, das einen Überschuss von Sauerstoff enthält, wird NO, das in dem Abgas enthalten ist, durch den Ammoniak NH3 reduziert, der aus dem Harnstoff CO(NH2)2 an dem Katalysator 22 erzeugt wird (beispielsweise 2NH3 + 2NO + 1/2O2 → 2N2 + 3H2O). In diesen Fall ist eine gewisse Menge Harnstoff erforderlich, um das NOx zu reduzieren, das in dem Abgas enthalten ist, und das NOx in dem Abgas vollständig zu entfernen. Nachstehend wird die Menge des Harnstoffs, der zum Reduzieren und vollständigen Entfernen des NOx in dem Abgas erforderlich ist, das äquivalente Verhältnis des Harnstoffs genannt.
  • 2 zeigt die NOx-Reinigungsrate in dem Fall der Förderung einer wässrigen Harnstofflösung, so dass die Menge des Harnstoffs das äquivalente Verhältnis für die Menge von NOx in dem Abgas wird, wenn sich die Temperatur Ti des Abgases ändert, das in den Katalysator 22 strömt, während eine konstante Verbrennungsmotordrehzahl beibehalten wird. Es ist anzumerken, dass die durchgezogene Linie in 2 den Fall der Verwendung eines Kupferzeolithkatalysators als Katalysator 22 zeigt, während die gestrichelte Linie den Fall der Verwendung eines Vanadiumtitankatalysators als Katalysator 22 zeigt.
  • Aus 2 ist entnehmbar, dass dann, wenn eine wässrige Harnstofflösung gefördert wird, so dass die Menge des Harnstoffs das äquivalente Verhältnis mit Bezug auf die Menge des NOx in dem Abgas wird, für alle Katalysatoren 22, wenn die Temperatur Ti des Abgases, das in den Katalysator 22 strömt, ungefähr 350°C oder mehr wird, die NOx-Reinigungsrate ungefähr 100% wird, und dass dann, wenn die Temperatur Ti des Abgases, das in den Katalysator 22 strömt, abfällt, die NOx-Reinigungsrate abfällt.
  • Andererseits zeigt 3 die Beziehung zwischen der abgelaufenen Zeit t (s) von der Förderung der wässrigen Harnstofflösung und der Konzentration des erzeugten Ammoniaks (ppm), wenn eine wässrige Harnstofflösung in dem Zustand gefördert wird, wenn die Temperatur des Katalysators 22 auf 400°C gehalten wird. Aus 3 ist entnehmbar, dass dann, wenn die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, der Harnstoff auf einmal in Ammoniak zersetzt wird und der Ammoniak auf einmal freigesetzt wird. Ferner wird, wie vorstehend erklärt ist, wenn die Temperatur des Katalysators 22 400°C beträgt, wenn der Harnstoff mit dem äquivalenten Verhältnis gefördert wird, die NOx-Reinigungsrate im Wesentlichen 100%.
  • Daher wird aus 2 und 3, wenn die Temperatur des Katalysators 22 über ungefähr 350°C liegt, wenn eine wässrige Harnstofflösung gefördert wird, so dass die Menge des Harnstoffs das äquivalente Verhältnis für die Menge NOx in dem Abgas wird, der Ammoniak auf einmal aus dem Harnstoff freigesetzt, der in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, und kann das gesamte NOx in dem Abgas durch den Ammoniak reduziert werden. Anders gesagt wird es, wenn die Temperatur des Katalysators 22 mehr als ungefähr 350°C beträgt, wenn eine wässrige Harnstofflösung gefördert wird, so dass die Menge des Harnstoffs das äquivalente Verhältnis für die Menge NOx in dem Abgas wird, möglich, im Wesentlichen vollständig das NOx in dem Abgas zu reinigen.
  • Andererseits zeigt 4 die Beziehung zwischen der abgelaufenen Zeit t (s) von dem Start der Förderung der wässrigen Harnstofflösung und der Konzentration des erzeugten Ammoniaks (ppm), wenn eine wässrige Harnstofflösung gefördert wird, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 120°C beträgt und dann graduell die Temperatur Tc des Katalysators 22 ansteigt. Wie in 4 gezeigt ist, wird auch dann, wenn die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, kein Ammoniak erzeugt, während die Temperatur Tc des Katalysators 22 niedrig ist. Wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 beginnt anzusteigen, wird ein wenig Ammoniak zum Zeitpunkt erzeugt, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 ansteigt.
  • 4 beinhaltet die folgenden zwei Fakten: Zuerst nämlich die Tatsache, dass Ammoniak erzeugt wird, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 ansteigt, was bedeutet, dass der geförderte Harnstoff in dem Katalysator 22 gespeichert wird. Zweitens beträgt die Temperatur der Wärmezersetzung von Harnstoff ungefähr 132°C, wobei daher die Tatsache berücksichtigt wird, dass Ammoniak durch die Wärmezersetzung von Harnstoff erzeugt wird, wobei der Ammoniak auf einmal freigesetzt werden sollte, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 ungefähr 132°C erreicht. Wie in 4 gezeigt ist, wird jedoch, auch wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 ungefähr 132°C erreicht, der Ammoniak nicht auf einmal freigesetzt. Das bedeutet, dass der Ammoniak nicht einfach durch die Wärmezersetzung des Harnstoffs erzeugt wird.
  • Die Tatsache, dass auch dann, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 ungefähr 132°C erreicht, der Ammoniak nicht auf einmal freigesetzt wird und der Ammoniak geringfügig zu dem Zeitpunkt freigesetzt wird, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 ansteigt, wird angenommen, an der morphologischen Änderung des Harnstoffs an dem Katalysator 22 zu liegen. Der Harnstoff ändert sich nämlich zu Biuret bei ungefähr 132°C, Biuret ändert sich zu Zyanursäure bei ungefähr 190° und Zyanursäure ändert sich zu Zyansäure oder Isozyansäure bei ungefähr 360°C. Es wird angenommen, dass der Ammoniak geringfügig zu dem Zeitpunkt des Fortschritts dieser morphologischen Änderung aufgrund des Anstiegs der Temperatur erzeugt wird. Daher wird, wie in 9 gezeigt ist, Ammoniak geringfügig zu dem Zeitpunkt aus dem Katalysator 22 freigesetzt, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 ansteigt.
  • Wenn nämlich die Temperatur Tc des Katalysators 22 niedrig ist, wird dann, wenn die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, der Harnstoff, der in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, in dem Katalysator 22 gespeichert. Wenn als nächstes die Temperatur Tc des Katalysators 22 ansteigt, ändert der Harnstoff, der in dem Katalysator 22 gespeichert ist, sukzessive die Form zu verschiedenen Ammoniak erzeugenden Verbindungen im Verlauf damit. Als Folge wird der Ammoniak graduell von dem Katalysator 22 freigesetzt.
  • Auf diesem Weg wird, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 gering ist, wenn die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, der in der wässrigen Harnstofflösung enthaltene Harnstoff in dem Katalysator 22 gespeichert. Solange die Temperatur Tc des Katalysators 22 in dem niedrigen Zustand gehalten wird, wird der Harnstoff fortgesetzt in den Katalysator 22 gespeichert. Wenn andererseits die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 zwischen ungefähr 132°C und ungefähr 350°C liegt, wird der Harnstoff, der in der wässrigen Harnstofflösung gespeichert wird, ebenso einmal in dem Katalysator 22 gespeichert. Als nächstes wird, wenn die Temperatur des Harnstoffs ansteigt und der Harnstoff sukzessive die Form in verschiedene Ammoniak erzeugende Verbindungen ändert, Ammoniak von dem Katalysator 22 freigesetzt. Wenn nämlich die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, während die Temperatur Tc des Katalysators 22 zwischen ungefähr 132°C bis 350°C liegt, wird die Wirkung der Freisetzung des Ammoniaks von dem Katalysator 22 kurz darauf gestartet.
  • Auf diesem Weg startet, wenn die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 zwischen ungefähr 132°C und 350°C liegt, die Wirkung der Freisetzung des Ammoniaks von dem Katalysator 22 kurz darauf. Wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 im Wesentlichen konstant gehalten wird, wenn die wässrige Harnstofflösung fortgesetzt gefördert wird, wird Ammoniak fortgesetzt von dem Katalysator 22 freigesetzt. In diesem Fall ändert der in dem Katalysator 22 gespeicherte Harnstoff jedoch lediglich die Form zu der Ammoniak erzeugenden Verbindung, die durch die Temperatur Tc des Katalysators 22 bestimmt wird, so dass nicht so viel Ammoniak erzeugt wird. Demgemäß wird in diesem Fall, auch wenn die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, so dass die Menge des Harnstoffs das äquivalente Verhältnis für die Menge NOx in dem Abgas wird, das gesamte NOx in dem Abgas nicht vollständig durch den Ammoniak reduziert werden, der von dem Katalysator 22 erzeugt wird.
  • Ferner wird angenommen, dass dann, wenn die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, etwas Harnstoff, der in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, durch Wärme in dem Abgas zersetzt wird, und daher Ammoniak erzeugt wird, so dass ein Teil des NOx in dem Abgas durch diesen Ammoniak reduziert wird. Die Menge dieses Ammoniaks ist jedoch nicht so groß, dass die Menge des NOx in dem Abgas, das durch diesen Ammoniak reduziert wird, nicht so groß ist.
  • Wenn daher die Temperatur Tc des Katalysators 22 auf einer konstanten Temperatur zwischen ungefähr 132°C und 350°C erhalten wird, auch wenn eine wässrige Harnstofflösung gefördert wird, so dass die Menge des Harnstoffs das äquivalente Verhältnis für die Menge NOx in dem Abgas wird, wie in 2 gezeigt ist, wird die NOx-Reinigungsrate nicht sehr hoch werden. In diesem Fall wird, wenn die Temperatur des Abgases höher wird und die Temperatur Tc des Katalysators 22 gemeinsam damit ansteigt, die Menge des Ammoniaks, der von dem Katalysator 22 erzeugt wird, ansteigen, während die Menge des Ammoniaks, der von dem Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung in dem Abgas erzeugt wird, ebenso ansteigen wird. Daher steigt, wie in 2 gezeigt ist, wenn die Temperatur Ti des Abgases ansteigt, das in den Katalysator 22 strömt, die NOx-Reinigungsrate ebenso graduell an.
  • Wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur zwischen ungefähr 132°C bis 350°C gehalten wird, ist es möglich, die NOx-Reinigungsrate durch Erhöhen der Menge des Ammoniaks zu erhöhen, die von dem Katalysator 22 erzeugt wird, und durch Erhöhen der Menge des Ammoniaks, der in dem Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung in dem Abgas erzeugt wird. Daher ist es ausreichend, die Menge des geförderten Harnstoffs zu erhöhen. Daher wird in diesem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 sich nicht sehr zwischen 132°C und ungefähr 350°C ändert, die Menge der geförderten wässrigen Harnstofflösung erhöht, so dass die Menge des geförderten Harnstoffs eine Menge des Harnstoffs wird, die größer als das äquivalente Verhältnis ist, das zur Reduktion des NOx in dem Abgas erforderlich ist.
  • Wenn auf diesem Weg die Temperatur Tc des Katalysators 22 sich nicht sehr zwischen ungefähr 132°C und ungefähr 350°C ändert, ist es möglich, die NOx-Reinigungsrate durch Fördern von Harnstoff mit einer Menge zu erhöhen, die größer als das äquivalente Verhältnis ist. Wenn beispielsweise bei einer Beschleunigung die Temperatur des Abgases stark ansteigt und die Temperatur Tc des Katalysators 22 stark ansteigt, kann auch dann, wenn die Menge des Harnstoffs von mehr als dem äquivalenten Verhältnis gefördert wird, die NOx-Reinigungsrate nicht erhöht werden.
  • Wenn nämlich von einem Niedriglastbetriebszustand zu einem Hochlastbetriebszustand zur Beschleunigung übergegangen wird, steigt, da die Temperatur des Abgases stark ansteigt, die Temperatur Tc des Katalysators 22 ebenso stark an. Wenn andererseits der Verbrennungsmotorbetriebszustand zu einem Hochlastbetrieb übergeht, steigt die Menge von NOx in dem Abgas stark an. Auch wenn jedoch die Menge der geförderten wässrigen Harnstofflösung stark ansteigt, um den Harnstoff mit einer Menge von mehr als dem äquivalenten Verhältnis zu fördern, das zur Reduktion des NOx erforderlich ist, der zu diesem Zeitpunkt stark ansteigt, wie vorstehend erklärt ist, wird Ammoniak aus dem stark erhöhten Harnstoff für eine Weile nicht erzeugt. Experimente haben gezeigt, dass fast kein Ammoniak aus dem Harnstoff erzeugt wird, der während des Beschleunigungsbetriebs rasch erhöht wird. Daher wird die Menge des Ammoniaks, der von dem Katalysator 22 zum Zeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs freigesetzt wird, viel geringer als die Menge des Ammoniaks, der zur Reduktion des erhöhten NOx erforderlich ist, und kann demgemäß eine hohe NOx-Reinigungsrate nicht erhalten werden.
  • Daher wird in der vorliegenden Erfindung zum Erhalten einer hohen NOx-Reinigungsrate, wenn die Menge NOx in dem Abgas ansteigt und die Temperatur Tc des Katalysators 22 ansteigt wie z.B. zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs eine große Menge Harnstoff, nämlich eine große Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung in dem Katalysator 22 gespeichert, bevor der Katalysator 22 beginnt, seine Temperatur zu erhöhen, wird eine große Menge Ammoniak von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, und wird diese große Menge des freigesetzten Ammoniaks verwendet, den NOx in dem Abgas zu reduzieren, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 stark ansteigt.
  • Als Erklärung im Einzelnen wird in der vorliegenden Erfindung entschieden, wenn der Temperaturbereich des Katalysators 22 sich in dem Ammoniakerzeugungsverbindungsspeicherbereich befindet, in dem Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung, nämlich der Ammoniak erzeugenden Verbindung in dem Katalysator 22 gespeichert wird und fast kein Ammoniak von der gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, oder in dem Ammoniakfreisetzungsbereich befindet, in dem der Ammoniak geringfügig zu einem Zeitpunkt von der gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird. Zum Speichern einer ausreichenden Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung in dem Katalysator 22 im Voraus zum Freisetzen der erforderlichen Menge des Ammoniaks, wenn die Temperatur des Katalysators 22 den Ammoniakfreisetzungsbereich erreicht, ist es erforderlich, dass eine ausreichende Menge wässrige Harnstofflösung in den Katalysator 22 gefördert wird, wenn entschieden wird, dass die Temperatur des Katalysators 22 sich in dem Ammoniakerzeugungsverbindungsspeicherbereich befindet.
  • Hier gibt der Ammoniakerzeugungsverbindungsspeicherbereich einen Temperaturbereich an, in dem die Temperatur Tc des Katalysators 22 geringer als ungefähr 132°C ist, während der Ammoniakfreisetzungsbereich einen Temperaturbereich angibt, in dem die Temperatur Tc des Katalysators 22 zwischen ungefähr 132°C und ungefähr 350°C liegt. Wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 niedriger als ungefähr 132°C ist, wie 4 entnehmbar ist, wird der Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung, die gefördert wird, nämlich die Ammoniak erzeugende Verbindung in dem Katalysator 22 gespeichert. Zu diesem Zeitpunkt wird nahe kein Ammoniak aus der gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung erzeugt. Ferner ist zu diesem Zeitpunkt, auch wenn Ammoniak aus dem Harnstoff in dem Abgas erzeugt wird, die Menge extrem gering. Daher wird, wenn eine wässrige Harnstofflösung gefördert wird, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 in dem Ammoniakerzeugungsverbindungsspeicherbereich ist, der überwiegende Teil des Harnstoffs in der wässrigen Harnstofflösung, nämlich der Ammoniak erzeugenden Verbindung in dem Katalysator 22 gespeichert.
  • Wenn andererseits die Temperatur Tc des Katalysators 22 zwischen ungefähr 132°C und ungefähr 350°C liegt, wenn nämlich die Temperatur Tc des Katalysators 22 in dem Ammoniakfreisetzungsbereich liegt, wird Ammoniak von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist.
  • Kurz gesagt befindet sich die Temperatur Tc des Katalysators 22 in dem Ammoniakerzeugungsverbindungsspeicherbereich zu dem Zeitpunkt des Verbrennungsmotorstarts, des Verbrennungsmotoraufwärmens, des Niedriglastbetriebs und des Verzögerungsbetriebs. Daher wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt des Verbrennungsmotorstarts, des Verbrennungsmotoraufwärmens, des Niedriglastbetriebs und des Verzögerungsbetriebs eine große Menge wässriger Harnstofflösung gefördert, um Harnstoff, nämlich die Ammoniak erzeugenden Verbindung in dem Katalysator 22 bis zu einem Ausmaß zu speichern, dass die maximale Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung nicht übersteigt, die der Katalysator 22 speichern kann. Daher kann zu dem Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs eine große Menge Ammoniak von der im Katalysator 22 gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt werden und kann daher das NOx in dem Abgas gut gereinigt werden.
  • 5 zeigt ein Beispiel der Förderungssteuerung der wässrigen Harnstofflösung. Es ist anzumerken, dass 5 die Änderungen der erforderlichen Last L, der Menge des NOx in dem Abgas von der Brennkammer 5, der Temperatur Tc des Katalysators 22, die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung und die Menge des in der Katalysator 22 gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung zeigt. Es ist anzumerken, dass bei der Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung von 5 die gestrichelte Linie die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung zeigt, mit der die Menge des Harnstoffs das äquivalente Verhältnis für das NOx in dem Abgas wird, während die durchgezogene Linie die Menge der wässrigen Harnstofflösung zeigt, die tatsächlich gefördert wird.
  • In 5 zeigt der Betriebsbereich I den Zeitpunkt des Verbrennungsmotorstarts oder des Verbrennungsmotoraufwärmens oder den Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs einschließlich des Leerlaufs. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie in 5 gezeigt ist, die Menge von NOx in dem Abgas gering und ist die Temperatur Tc des Katalysators 22 in dem Ammoniakerzeugungsverbindungsspeicherbereich. Zu diesem Zeitpunkt wird die wässrige Harnstofflösung so gefördert, dass die Menge der Förderung des Harnstoffs bei bis vier Mal die Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses wird, so dass die Menge des geförderten Harnstoffs mehr als die Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses wird. Daher steigt zu diesem Zeitpunkt der in dem Katalysator 22 gespeicherte Harnstoff, nämlich die Menge der Speicherung der Ammoniaks erzeugenden Verbindung graduell an.
  • Als nächstes wird angenommen, dass die erforderliche L rasch angehoben wurde und der Verbrennungsmotor beschleunigt wird. Wenn die erforderliche Last L stark angehoben wird, steigt die Menge von NOx in dem Abgas stark an. Ferner steigt zu diesem Zeitpunkt die Temperatur des Abgases stark an, so dass die Temperatur Tc des Katalysators 22 ebenso stark ansteigt und die Temperatur Tc des Katalysators 22 in den Ammoniakfreisetzungsbereich eintritt. Zu diesem Zeitpunkt wird eine große Menge Ammoniak von der im Katalysator 22 gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt und wird das NOx in dem Abgas durch das freigesetzte Ammoniak gut gereinigt. Auf diesem Weg fällt, da eine große Menge Ammoniak von der Ammoniak erzeugenden Verbindung zu diesem Zeitpunkt freigesetzt wird, die Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung stark ab, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist.
  • Andererseits das gesamte NOx in dem Abgas nicht durch den Ammoniak reduziert werden kann, der von der Ammoniak erzeugenden Verbindung erzeugt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, wird eine wässrige Harnstofflösung gefördert, auch während der Verbrennungsmotor gerade beschleunigt wird, um das verbleibende NOx in dem Abgas durch den Ammoniak zu reduzieren, der von dem Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung in dem Abgas erzeugt wird. In dem in 5 gezeigten Beispiel wird, wenn der Verbrennungsmotor beginnt beschleunigt zu werden, die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung einmal verringert, dann erhöht. Sicher kann, wenn das NOx in dem Abgas ausreichend durch den Ammoniak gereinigt werden kann, der von der Ammoniak erzeugenden Verbindung erzeugt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, nämlich zu dem Zeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs, die Förderung der wässrigen Harnstofflösung zum Zeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs angehalten werden.
  • Als nächstes wird angenommen, dass bei dem Betriebsbereich II der Verbrennungsmotor stationär betrieben wird und dass die Temperatur Tc des Katalysators 22 in dem Ammoniakfreisetzungsbereich zu diesem Zeitpunkt gehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt wird in dem in 5 gezeigten Beispiel die wässrige Harnstofflösung so gefördert, dass die Menge der Förderung des Harnstoffs mehr als die Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses wird, um das NOx in dem Abgas gut zu reinigen. Daher wird zu diesem Zeitpunkt die Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, geringfügig zu dem Zeitpunkt erhöht.
  • Als nächstes wird angenommen, dass bei dem Betriebsbereich III die erforderliche Last L erhöht wird, dann der Verbrennungsmotor stationär unter einer hohen Last betrieben wird und dass bei dem Betriebsbereich III die Temperatur Tc des Katalysators 22 ungefähr 350°C übersteigt und die Temperatur Tc des Katalysators 22 auf über ungefähr 350°C in einem Hochlastbetriebszustand gehalten wird. In diesem Fall steigt, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 in dem Betriebsbereich III ansteigt, die Menge des Ammoniaks, der von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, an und verringert sich daher die Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist. Ferner wird in dem in 5 gezeigten Beispiel die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung zu diesem Zeitpunkt ebenso verringert.
  • Wenn andererseits die Temperatur Tc des Katalysators 22 ungefähr 350°C übersteigt, wie vorstehend erklärt ist, wird der Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung, die gefördert wird, unmittelbar durch Wärme in Ammoniak zersetzt und wird das NOx in dem Abgas unmittelbar durch diesen Ammoniak reduziert. Wenn daher die Menge des Harnstoffs, der zu diesem Zeitpunkt gefördert wird, zum äquivalenten Verhältnis für die Menge des NOx in dem Abgas gemacht wird, kann das NOx in dem Abgas vollständig gereinigt werden. Daher wird, wie in 5 gezeigt ist, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 größer als ungefähr 350°C wird, die wässrige Harnstofflösung so gefördert, dass die Menge des Harnstoffs, der gefördert wird, das äquivalente Verhältnis für die Menge NOx in dem Abgas wird. Es ist anzumerken, dass zu diesem Zeitpunkt keine Ammoniak erzeugende Verbindung in dem Katalysator 22 gespeichert wird. Daher wird zu diesem Zeitpunkt, wie in 5 gezeigt ist, die Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung, die in dem Katalysator 22 gespeichert wird, null.
  • Als nächstes wird angenommen, dass der Verbrennungsmotor verzögert wird und die Zufuhr des Kraftstoffs angehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Menge des NOx in dem Abgas null und fällt die Temperatur Tc des Katalysators 22 stark ab. Zu diesem Zeitpunkt wird in dem in 5 gezeigten Beispiel auf die gleiche Weise wie beim Betriebsbereich I die wässrige Harnstofflösung so gefördert, dass die Menge des geförderten Harnstoffs mehr als die Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses für die Menge des NOx in dem Abgas zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs wird. Wenn daher der Verbrennungsmotor beginnt verzögert zu werden, wird die Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung erhöht, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist.
  • Wenn mehr als das äquivalente Verhältnis des Harnstoffs gefördert wird, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 mehr als ungefähr 350°C wird, wird Ammoniak in die Atmosphäre ausgestoßen. Wenn daher die Temperatur Tc des Katalysators 22 mehr als ungefähr 350°C wird, ist es notwendig, die Menge der wässrigen Harnstofflösung, die gefördert wird, zu steuern, um das äquivalente Verhältnis präzise zu erfüllen.
  • Auch wenn andererseits die Temperatur Tc des Katalysators 22 geringer als ungefähr 350°C wird, wenn die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung um einen extremen Betrag erhöht wird, wird Ammoniak in die Atmosphäre ausgestoßen. Daher ist es zu diesem Zeitpunkt ebenso erforderlich, dass die wässrige Harnstofflösung so gefördert wird, dass kein Ammoniak in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Es ist anzumerken, dass Experimente der vorliegenden Erfinder bestätigt haben, dass dann, wenn der Verbrennungsmotorbetriebszustand sich mit einem feststehenden Muster ändert und die Temperatur Tc des Katalysators 22 sich zwischen ungefähr 190°C und ungefähr 350°C zu diesem Zeitpunkt ändert, wenn ein Vanadiumtitankatalysator als Katalysator 22 verwendet wird, kein Ammoniak in die Atmosphäre ausgestoßen wird, auch wenn Harnstoff mit der Menge in der Nähe von dreimal der Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses gefördert wird, und dass wenn ein Kufperzeolithkatalysator als Katalysator 22 verwendet wird, kein Ammoniak in die Atmosphäre ausgestoßen wird, auch wenn Harnstoff mit einer Menge mit einer Menge von mehr als viermal der Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses gefördert wird.
  • Der Grund, warum die Menge des Ammoniaks, der in die Atmosphäre ausgestoßen wird, kleiner ist, wenn ein Kupferzeolithkatalysator verwendet wird, im Vergleich damit, wenn ein Vanadiumtitankatalysator verwendet wird, wird wie folgt angenommen. Wenn nämlich ein Teil des Ammoniaks, der von der Ammoniak erzeugenden Verbindung erzeugt wird, zur Reduktion des NOx in dem Abgas an der Fläche von Kupfer oder Vanadium verwendet wird und der übrige Ammoniak an der Oberfläche des Kupfers oder des Vanadiums gehalten wird, wird der Ammoniak zu NO (NH3 → NO). Als nächstes reagiert dieses NO mit dem übrigen Ammoniak, so dass N2 entsteht (NO + NH3 → N2). Wenn diese sukzessive Reaktion auftritt, wird der übrige Ammoniak nicht mehr in die Atmosphäre ausgestoßen.
  • Vanadium hat eine geringe Fähigkeit, Ammoniak zu halten. Daher tritt eine derartige sukzessive Reaktion nicht einfach auf und wird daher Ammoniak einfach in die Atmosphäre ausgestoßen. Dagegen hat Kupfer eine hohe Fähigkeit Ammoniak zu halten, und wird daher eine derartige sukzessive Reaktion einfach auf und wird Ammoniak nicht einfach in die Atmosphäre ausgestoßen. Demgemäß ist es vorzuziehen, einen Kupferzeolithkatalysator zu verwenden, um den Ausstoß von Ammoniak in die Atmosphäre zu unterdrücken.
  • Als nächstes wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Förderungssteuerung einer wässrigen Harnstofflösung gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt.
  • Die Menge von NOx, das von der Brennkammer 5 pro Zeiteinheit ausgestoßen wird, steigt mit einem Anstieg der Verbrennungsmotorlast an. Daher wird, wie in 6A gezeigt ist, die Menge von NOx, das von der Brennkammer 5 pro Zeiteinheit ausgestoßen wird, größer, je höher die Temperatur Ti des Abgases ist, das zu dem Katalysator 22 strömt. Ferner ist, wie in 6B gezeigt ist, die Menge von NOx, das von der Brennkammer 5 pro Zeiteinheit ausgestoßen wird, proportional zu der Menge Ga der Einlassluft. Daher wird die Menge QE des Harnstoffs pro Zeiteinheit, das ein äquivalentes Verhältnis für die Menge NOx in dem Abgas ergibt, eine Funktion der Temperatur Ti des Abgases und der Menge Qa der Einlassluft. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Menge QE des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses, der pro Zeiteinheit zu fördern ist, im Voraus in dem ROM 42 in der Form eines Kennfelds gespeichert, wie es in 6C als Funktion der Temperatur Ti des Abgases und der Menge Ga der Einlassluft gezeigt ist.
  • Es ist anzumerken, dass anstelle der Berechnung QE des Harnstoffs auf der Grundlage der Temperatur Ti des Abgases und der Menge Qa der Einlassluft es ebenso möglich ist, die tatsächliche Konzentration von NOx in dem Abgas zu erfassen und die Menge QE des Harnstoffs aus der Konzentration von NOx zu berechnen. In diesem Fall ist ein NOx-Konzentrationssensor in dem Auslassrohr 21 stromaufwärts des Katalysators 22 angebracht, wird die Menge NOx, die von der Brennkammer 5 pro Zeiteinheit ausgestoßen wird, aus der Konzentration des NOx, die durch den NOx-Konzentrationssensor erfasst wird, und die Menge Ga der Einlassluft aufgefunden, und wird die Menge QE des Harnstoffs pro Zeiteinheit, die das äquivalente Verhältnis für die Menge des NOx ergibt, auf der Grundlage dieser Menge von NOx berechnet.
  • Wenn andererseits die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, wird ein Teil des Harnstoffs, der in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, durch Wärme in dem Abgas zersetzt und erzeugt Ammoniak. In diesem Fall steigt die Menge des Harnstoffs, der durch Wärme zersetzt wird, an, je höher die Temperatur Ti des Abgases ist, das zu dem Katalysator 22 strömt. Wenn daher die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, fällt das Speicherverhältnis ST des Harnstoffs, der in dem Katalysator 22 gespeichert ist, ab, je höher die Temperatur Ti des Abgases ist, wie in 7 gezeigt ist.
  • Ferner steigt zu dem Zeitpunkt des stationären Betriebszustands, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 sich nicht sehr ändert, wie vorstehend erklärt ist, die Menge des Ammoniaks, der von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, gemeinsam mit dem Anstieg der Temperatur Tc des Katalysators 22 an. Daher steigt zu diesem Zeitpunkt, wie in 8A gezeigt ist, das Verhältnis NH3 des Ammoniaks, der pro Zeiteinheit von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, an, je höher die Temperatur Ti des Abgases ist, das in den Katalysator 22 strömt. Andererseits ist, je größer die Raumgeschwindigkeit des Abgases ist, umso größer die Menge des Ammoniaks, der von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist. Daher steigt, wie in 8B gezeigt ist, das Verhältnis NH3 des Ammoniaks, der pro Zeiteinheit von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, an, je größer die Menge Ga der Einlassluft ist. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Verhältnis LE1 des Ammoniaks, der pro Zeiteinheit von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, zu dem Zeitpunkt des stationären Betriebszustands im Voraus in dem ROM 42 in der Form eines Kennfelds gespeichert, wie es in 8C als Funktion der Temperatur Ti des Abgases und der Menge Ga der Einlassluft gezeigt ist.
  • Wenn andererseits die Temperatur des Katalysators 22 stark ansteigt, wie zum Zeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs, wird Ammoniak geringfügig von der Ammoniak erzeugenden Verbindung, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, vor dem Anstieg der Temperatur des Katalysators 22 freigesetzt, wie vorstehend erklärt ist. Das Verhältnis NH3 des Ammoniaks, der pro Zeiteinheit von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, zu diesem Zeitpunkt ändert sich gemäß der Temperatur Ti des Abgases, das in den Katalysator 22 strömt, wie in 9A gezeigt ist. Ferner steigt in diesem Fall ebenso, wie in 9B gezeigt ist, das Verhältnis NH3 des Ammoniaks, der pro Zeiteinheit von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, an, je größer die Menge Ga der Einlassluft ist. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Temperatur Tc des Katalysators 22 stark ansteigt, das Verhältnis LE2 des Ammoniaks, der pro Zeiteinheit von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, im Voraus in dem ROM 42 in der Form eines Kennfelds gespeichert, wie es in 9C als eine Funktion der Temperatur Ti des Abgases und der Menge Ga der Einlassluft gezeigt ist.
  • 10 bis 12 zeigen eine Routine zum Ausführen des ersten Ausführungsbeispiels der Förderungssteuerung einer wässrigen Harnstofflösung. Diese Routine wird durch eine Unterbrechung zu jeder vorbestimmten Zeitdauer ausgeführt.
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird zuerst bei Schritt 100 bestimmt, ob der Verbrennungsmotor startet. Wenn der Verbrennungsmotor startet, springt die Routine zu Schritt S102, während dann, wenn er nicht startet, die Routine zu Schritt 101 voran schreitet. Bei Schritt 101 wird bestimmt, ob der Verbrennungsmotor gerade verzögert wird. Wenn der Verbrennungsmotor gerade verzögert wird, schreitet die Routine zu Schritt 102 voran. Bei Schritt 102 wird veranlasst, das EGR-Steuerventil 25 zu schließen, und wird die Förderung des EGR-Gases angehalten. Als nächstes schreitet die Routine zu Schritt 103, bei dem die Förderungssteuerung I ausgeführt wird, wobei dann die Routine zu Schritt 104 voranschreitet. Diese Förderungssteuerung I ist in 11 gezeigt.
  • Wenn andererseits bei Schritt 101 bestimmt wird, dass der Verbrennungsmotor nicht gerade verzögert, schreitet die Routine zu Schritt 109 voran, bei dem bestimmt wird, ob die Temperatur Ti des Abgases, die durch den Temperatursensor 35 erfasst wird, höher als eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise 350°C ist. Wenn Ti nicht höher als 350°C ist, schreitet die Routine zu Schritt 110 voran, bei dem bestimmt wird, ob der Verbrennungsmotor gerade beschleunigt wird. Wenn er nicht beschleunigt wird, schreitet die Routine zu Schritt 103 voran. Die Routine schreitet nämlich zu Schritt 103 voran, wenn der Verbrennungsmotor startet und gerade verzögert wird und wenn Ti ≤ 350°C gilt und der Verbrennungsmotor gerade nicht beschleunigt wird.
  • Hier wird eine Erklärung der Förderungssteuerung I angegeben, die bei Schritt 103 durchgeführt wird, während Bezug auf 11 genommen wird.
  • Unter Bezugnahme auf 11 wird zuerst bei Schritt 200 bestimmt, ob eine Förderungsstoppmarke, die anzeigt, dass die Förderung der wässrigen Harnstofflösung angehalten werden sollte, gesetzt wurde oder nicht. Wenn die Förderungsstoppmarke nicht gesetzt wurde, schreitet die Routine zu Schritt 201 voran, bei dem die Menge QE des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses, die pro Zeiteinheit gefördert werden soll, aus dem in 6C gezeigten Kennfeld auf der Grundlage der Ausgangssignale des Luftdurchflussmessgeräts 14 und des Temperatursensors 35 berechnet wird.
  • Als nächstes wird bei Schritt 202 das Verhältnis der tatsächlichen Menge des geförderten Harnstoffs zu dem äquivalenten Verhältnis, nämlich das Verhältnis K des Anstiegs des Harnstoffs berechnet. Dieses Verhältnis K des Anstiegs des Harnstoffs, wie in 13 gezeigt ist, ist größer als 1,0. Das Verhältnis K des Anstiegs des Harnstoffs wird kleiner, wenn die Temperatur Ti des Abgases, das in den Katalysator 22 strömt, höher wird. In dem in 13 gezeigten Beispiel wird, wenn die Temperatur Ti des Abgases niedrig ist, das Verhältnis K des Anstiegs des Harnstoffs zu ungefähr 4,0 gemacht. Als nächstes wird bei Schritt 203 das Verhältnis K des Anstiegs des Harnstoffs mit der Menge QE des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses, der pro Zeiteinheit gefördert werden soll, multipliziert, um die Menge QE des Harnstoffs (= K·QE) zu berechnen, die tatsächlich pro Zeiteinheit zu fördern ist.
  • Als nächstes wird bei Schritt 204 ein Korrekturkoeffizient C mit der Menge QE des Harnstoffs multipliziert, um die Menge Q der wässrigen Harnstofflösung zu berechnen, die pro Zeiteinheit zu fördern ist. Wenn eine wässrige Harnstofflösung von ungefähr 30 Gewichtsprozent als wässrige Harnstofflösung verwendet wird, wird der Wert dieses Korrekturkoeffizienten C zu (100 + 30)/30 = 4,3. Wenn die Menge Q der Förderung der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit berechnet wird, wird das Förderungssteuerventil 33 gesteuert, so dass die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung Q wird.
  • Als nächstes wird bei Schritt 205 das Speicherverhältnis ST des Harnstoffs aus 7 berechnet. Als nächstes wird bei Schritt 206 die Menge QE der Förderung des Harnstoffs mit dem Speicherverhältnis ST des Harnstoffs multipliziert, um die Menge QST des Harnstoffs (= QE· ST), die in dem Katalysator pro Zeiteinheit gespeichert wird, zu berechnen. Als nächstes wird bei Schritt 207 das Verhältnis LE1 der Freisetzung des Ammoniaks aus dem in 8C gezeigten Kennfeld berechnet. Als nächstes wird bei Schritt 208 das Verhältnis LE1 der Freisetzung mit der Gesamtmenge ΣQS der Ammoniak erzeugenden Verbindung multipliziert, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, um die Menge QLE des Ammoniaks (= ΣQS·LE1) zu berechnen, die pro Zeiteinheit freigesetzt wird. Als nächstes schreitet die Routine zu Schritt 104 von 10 voran.
  • Wenn andererseits bei Schritt 200 bestimmt wird, dass die Förderungsstoppmarke gesetzt wurde, schreitet die Routine zu Schritt 209 voran, bei dem die Menge QST des Harnstoffs, der pro Zeiteinheit gespeichert wird, zu null gemacht wird, wobei dann die Routine zu Schritt 207 voranschreitet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Förderung der wässrigen Harnstofflösung angehalten. Wenn daher der Verbrennungsmotor startet oder gerade verzögert wird, oder wenn Ti ≤ 350°C gilt und der Verbrennungsmotor gerade nicht beschleunigt wird, wird die wässrige Harnstofflösung so gefördert, dass die Menge der Förderung des Harnstoffs die Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses wird, solange die Förderungsstoppmarke nicht gesetzt ist.
  • Bei Schritt 104 von 10 wird die Gesamtmenge ΣQS der Ammoniak erzeugenden Verbindung, die in dem Katalysator 22 gespeichert ist, auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet: ΣQS = ΣQS + QST – QLE.
  • Als nächstes wird bei Schritt 105 bestimmt, ob die Menge ΣQS der gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung die maximale Menge der Speicherung MAX übersteigt (5). Wenn ΣQS > MAX gilt, schreitet die Routine zu Schritt 108 weiter, bei dem die Förderungsstoppmarke gesetzt wird. Wenn die Förderungsstoppmarke gesetzt ist, wird die Förderung der wässrigen Harnstofflösung angehalten. Wenn andererseits bei Schritt 105 bestimmt wird, dass ΣQS ≤ MAX gilt, schreitet die Routine zu Schritt 106 voran, bei dem bestimmt wird, ob ΣQS kleiner als ein gewisser Wert MIN (< MAX) geworden ist. Wenn ΣQS < MIN gilt, schreitet die Routine zu Schritt 107 voran, bei die Förderungsstoppmarke zurückgesetzt wird.
  • Wenn andererseits bei Schritt 110 bestimmt wird, dass der Verbrennungsmotor gerade beschleunigt wird, schreitet die Routine zu Schritt 111 voran, bei dem die Förderungssteuerung II ausgeführt wird. Diese Förderungssteuerung II ist in 12 gezeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 12 wird zuerst bei Schritt 250 beim Start des Beschleunigungsbetriebs die Gesamtmenge des in dem Katalysator 22 gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung zu dem Anfangswert ΣQS0 gemacht. Als nächstes wird bei Schritt 251 das Verhältnis LE2 der Freisetzung des Ammoniaks aus dem in 9C gezeigten Kennfeld berechnet. Als nächstes wird bei Schritt 252 das Verhältnis LE2 der Freisetzung mit dem Anfangswert ΣQS0 der Gesamtmenge des in dem Katalysator 22 gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung multipliziert, um die Menge QLE des Ammoniaks (= ΣQS0·LE2) zu berechnen, die pro Zeiteinheit freigesetzt wird.
  • Als nächstes wird bei Schritt 253 die Menge QE des Harnstoffs, die zum Reduzieren des NOx in dem Abgas notwendig ist, das nicht durch den Ammoniak reduziert wird, der von der Ammoniak erzeugenden Verbindung in dem Katalysator 22 freigesetzt wird, berechnet. Als nächstes wird bei Schritt 254 der Korrekturkoeffizient C, der vorstehend erwähnt ist, mit der Menge QE des Harnstoffs multipliziert, um die Menge Q der wässrigen Harnstofflösung zu berechnen, die pro Zeiteinheit zu fördern ist. Wenn die Menge Q der Förderung der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit berechnet ist, wird das Förderungssteuerventil 33 gesteuert, so dass die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung Q wird.
  • Als nächstes wird bei Schritt 255 das Speicherverhältnis ST des Harnstoffs aus 7 berechnet. Als nächstes wird bei Schritt 256 die Menge QE der Förderung des Harnstoffs mit dem Speicherverhältnis ST des Harnstoffs multipliziert, um die Menge QST des Harnstoffs (= QE ST) zu berechnen, die in dem Katalysator 22 pro Zeiteinheit gespeichert wird. Als nächstes schreitet die Routine zu Schritt 104 von 10 voran. Wenn andererseits bei Schritt 109 von 10 bestimmt wird, dass Ti < 350°C gilt, schreitet die Routine zu Schritt 112 voran, bei dem die Menge QE des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses, die pro Zeiteinheit zu fördern ist, aus dem in 6C gezeigten Kennfeld auf der Grundlage der Ausgangssignale des Luftdurchflussmessgeräts 14 und des Temperatursensors 35 berechnet wird. Als nächstes wird bei Schritt 113 der Korrekturkoeffizient C, der vorstehend erwähnt ist, mit der Menge QE des Harnstoffs multipliziert, um die Menge Q der wässrigen Harnstofflösung zu berechnen, die pro Zeiteinheit zu fördern ist. Wenn die Menge Q der Förderung der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit berechnet ist, wird das Durchflusssteuerventil 33 gesteuert, so dass die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung Q wird. Als nächstes wird bei Schritt 114 die Menge ΣQS der Speicherung der Ammoniak erzeugenden Verbindung in dem Katalysator 22 zu 0 gemacht. Auf diesem Weg wird, wenn Ti > 350°C gilt, die wässrige Harnstofflösung gefördert, so dass die Menge der Förderung des Harnstoffs die Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses wird.
  • Als nächstes wird eine Erklärung eines zweiten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 14 und 15 angegeben.
  • Wenn die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung gering ist, dispergiert die wässrige Harnstofflösung in dem Abgas. Wenn die wässrige Harnstofflösung in dem Abgas dispergiert, wird der Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung sich einfach durch die Wärme zersetzen und wird es als Ergebnis schwierig, den in dem Katalysator 22 geförderten Harnstoff zu speichern. Wenn dagegen die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung vergrößert wird, wird die Dichte des Harnstoffs in dem Abgas größer, und als Ergebnis wird es schwieriger, den Harnstoff durch Wärme zu zersetzen, so dass der geförderte Harnstoff in dem Katalysator 22 gespeichert wird. Daher wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in 14 gezeigt ist, in dem Betriebsbereich I, dem Betriebsbereich II und bei einer Verzögerung die wässrige Harnstofflösung so gefördert, dass die Menge des Harnstoffs, die zu fördern ist, die Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses wird, wird der Harnstoff verwendet, um das NOx in dem Abgas zu reduzieren, und werden große Mengen wässriger Harnstofflösung in Impulsen bei gewissen Zeitintervallen gefördert, um den Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung in dem Katalysator 22 speichern zu lassen.
  • Es ist anzumerken, dass ebenfalls in dem zweiten Ausführungsbeispiel die in 10 gezeigte Routine verwendet wird, aber dass die in 15 gezeigte Routine für Schritt 103 von 10 verwendet wird.
  • Unter Bezugnahme auf 15 wird zuerst bei Schritt 300 bestimmt, ob die Förderungsstoppmarke, die anzeigt, dass die Förderung der wässrigen Harnstofflösung angehalten werden sollte, gesetzt wurde. Wenn die Förderungsstoppmarke nicht gesetzt wurde, schreitet die Routine zu Schritt 301 voran, bei dem die Menge QE des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses, das pro Zeiteinheit zu fördern ist, aus dem in 6C gezeigten Kennfeld auf der Grundlage der Ausgangssignale des Luftdurchflussmessgeräts 14 und des Temperatursensors 35 berechnet wird. Als nächstes wird bei Schritt 302 bestimmt, ob die Zeitabstimmung die Förderzeitabstimmung zum Fördern einer großen Menge wässriger Harnstofflösung in einem Impuls in einem kurzen Zeitraum ist. Wenn die Förderzeitabstimmung vorliegt, schreitet die Routine zu Schritt 303 voran, bei dem bestimmt wird, ob die Förderzeit der wässrigen Harnstofflösung abgelaufen ist. Wenn die Förderzeit der wässrigen Harnstofflösung nicht abgelaufen ist, schreitet die Routine zu Schritt 304 voran.
  • Bei Schritt 304 wird die Menge ΔQE der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit, die in einem Impuls zu fördern ist, berechnet. Die Menge AQE der wässrigen Harnstofflösung wird so bestimmt, dass die Menge des geförderten Harnstoffs eine vorbestimmte Menge Harnstoff wird, die mehr als ein Mehrfaches des Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs ist. Als nächstes wird bei Schritt 306 die zusätzliche Menge ΔQE des Harnstoffs zu der Menge QE des Harnstoffs hinzugefügt, die bei Schritt 301 berechnet wird, um die abschließende Menge QE des Harnstoffs zu berechnen (= QE + ΔQE). Als nächstes wird bei Schritt 307 der Korrekturkoeffizient C, der vorstehend erwähnt ist, mit der Menge QE des Harnstoffs multipliziert, um die Menge Q der wässrigen Harnstofflösung zu berechnen, die pro Zeiteinheit zu fördern ist. Wenn die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit berechnet ist, wird das Durchflusssteuerventil 33 so gesteuert, dass die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung Q wird.
  • Als nächstes wird bei Schritt 308 die zusätzliche Menge ΔQE des Harnstoffs zu der Menge QST des Harnstoffs gemacht, die in dem Katalysator 22 pro Zeiteinheit gespeichert wird. Als nächstes wird bei Schritt 310 das Verhältnis LE1 der Freisetzung des Ammoniaks aus dem in 8C gezeigten Kennfeld berechnet. Als nächstes wird bei Schritt 311 das Verhältnis LE1 der Freisetzung mit der Gesamtmenge ΣQS der in dem Katalysator 22 gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung multipliziert, um die Menge QLE des Ammoniaks (= QS LE1) zu berechnen, die pro Zeiteinheit freigesetzt wird. Als nächstes schreitet die Routine zu Schritt 104 von 10 voran.
  • Wenn andererseits bei Schritt 302 bestimmt wird, dass die Zeitabstimmung nicht die Förderzeitabstimmung ist, oder wenn bei Schritt 303 bestimmt wird, dass die Förderzeit abgelaufen ist, schreitet die Routine zu Schritt 305 voran, bei dem die zusätzliche Menge ΔQE des Harnstoffs zu 0 gemacht wird, schreitet dann die Routine zu Schritt 306 voran. Zu diesem Zeitpunkt wird die Menge des Harnstoffs, der gefördert wird, zu dem äquivalenten Verhältnis gemacht.
  • Wenn andererseits bei Schritt 300 bestimmt wird, dass die Förderstoppmarke gesetzt wurde, schreitet die Routine zu Schritt 309 voran, bei dem die Menge QST des Harnstoffs, die pro Zeiteinheit gespeichert wird, zu 0 gemacht wird, wobei die Routine dann zu Schritt 310 voranschreitet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Förderung der wässrigen Harnstofflösung angehalten.
  • Als nächstes wird eine Erklärung des dritten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 16 und 17 angegeben.
  • Wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist, wird die Menge NOx in dem Abgas extrem gering. Daher wird in diesem dritten Ausführungsbeispiel, wenn die Temperatur Ti des Abgases, das in den Katalysator 22 strömt, niedriger als ein vorbestimmter Wert T0 ist, beispielsweise 132°C, die kontinuierliche Förderung der wässrigen Harnstofflösung angehalten, und werden, wie in 16 gezeigt ist, in den Betriebsbereich I und zum Zeitpunkt der Verzögerung große Mengen wässriger Harnstofflösung in Impulsen bei Zeitintervallen gefördert, um zu veranlassen, dass der Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung in dem Katalysator 22 gespeichert wird.
  • Es ist anzumerken, dass ebenso in dem dritten Ausführungsbeispiel die in 10 gezeigte Routine verwendet wird, aber die in 17 gezeigte Routine nur für Schritt 103 von 10 verwendet wird.
  • Unter Bezugnahme auf 17 wird zuerst bei Schritt 400 bestimmt, ob die Förderstoppmarke, die anzeigt, dass die Förderung der wässrigen Harnstofflösung angehalten werden sollte, gesetzt wurde. Wenn die Förderstoppmarke nicht gesetzt wurde, schreitet die Routine zu Schritt 401 voran, bei dem bestimmt wird, ob die Temperatur Ti des Abgases, das in den Katalysator 22 strömt, höher als ein vorbestimmter Wert T0 ist, beispielsweise 132°C, aus dem Ausgangssignal des Temperatursensors 35. Wenn Ti > T0 gilt, schreitet die Routine zu Schritt 402 voran, bei dem Menge QE des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses, die pro Zeiteinheit zu fördern ist, aus dem in 6C gezeigten Kennfeld auf der Grundlage der Ausgangssignale des Luftdurchflussmessgeräts 14 und des Temperatursensors 35 berechnet wird.
  • Als nächstes wird bei Schritt 403 das Verhältnis K der Erhöhung des Harnstoffs aus 13 berechnet. Als nächstes wird bei Schritt 404 das Verhältnis K der Erhöhung des Harnstoffs mit der Menge QE des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses berechnet, die pro Zeiteinheit zu fördern ist, um die Menge QE des Harnstoffs (= K·QE) zu berechnen, die tatsächlich pro Zeiteinheit zu fördern ist. Als nächstes wird bei Schritt 405 der Korrekturkoeffizient C, der vorstehend erwähnt ist, mit der Menge QE des Harnstoffs multipliziert, um die Menge Q der wässrigen Harnstofflösung zu berechnen, die pro Zeiteinheit zu fördern ist. Wenn die Menge Q der Förderung der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit berechnet ist, wird das Durchflusssteuerventil 33 gesteuert, so dass die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung Q wird.
  • Als nächstes wird bei Schritt 406 das Speicherverhältnis ST des Harnstoffs aus 7 berechnet. Als nächstes wird bei Schritt 407 die Menge QE der Förderung des Harnstoffs mit dem Speicherverhältnis ST des Harnstoff multipliziert, um die Menge QST (= QE·ST) zu berechnen, die in dem katalytischen Wandler 22 pro Zeiteinheit gespeichert wird. Als nächstes wird bei Schritt 408 das Verhältnis LE1 der Freisetzung des Ammoniaks aus dem in 8C gezeigten Kennfeld berechnet. Als nächstes wird bei Schritt 409 das Verhältnis LE1 der Freisetzung mit der Gesamtmenge ΣQS der in dem Katalysator 22 gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung multipliziert, um die Menge QLE des Ammoniaks (= ΣQS· LE1) zu berechnen, die pro Zeiteinheit freigesetzt wird. Als nächstes schreitet die Routine zu Schritt 104 von 10 voran.
  • Wenn andererseits bei Schritt 401 bestimmt wird, dass Ti ≤ T0 gilt, schreitet die Routine zu Schritt 410 voran, bei dem bestimmt wird, ob die Zeitabstimmung eine Förderzeitabstimmung zum Fördern einer großen Menge wässriger Harnstofflösung in einem Impuls in einer kurzen Zeit ist. Wenn die Förderzeitabstimmung vorliegt, schreitet die Routine zu Schritt 411 voran, bei dem bestimmt wird, ob die Förderzeit der wässrigen Harnstofflösung abgelaufen ist oder nicht. Wenn die Förderzeit der wässrigen Harnstofflösung nicht abgelaufen ist, schreitet die Routine zu Schritt 412 voran.
  • Bei Schritt 412 wird die Menge QEE von Harnstoff pro Zeiteinheit, die in einem Impuls zu fördern ist, berechnet. Diese Menge QEE des Harnstoffs wird bestimmt, um eine vorbestimmte Menge Harnstoff abzugeben, die mehr als mehrere Male die Menge des Harnstoffs des äquivalenten Verhältnisses ist. Als nächstes wird bei Schritt 413 der Korrekturkoeffizient C, der vorstehend erwähnt ist, mit der Menge QEE des Harnstoffs multipliziert, um die Menge Q der wässrigen Harnstofflösung zu berechnen, die pro Zeiteinheit zu fördern ist. Wenn die Menge Q der Förderung der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit berechnet ist, wird das Durchflusssteuerventil 33 so gesteuert, dass die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung Q wird. Als nächstes wird bei Schritt 414 QEE zu der Menge QST des Harnstoffs gemacht, die in dem Katalysator 22 pro Zeiteinheit gespeichert wird. Als nächstes schreitet die Routine zu Schritt 408 voran.
  • Wenn andererseits bei Schritt 400 bestimmt wird, dass die Förderungsstoppmarke gesetzt wurde, schreitet die Routine zu Schritt 415 weiter, bei dem Menge QST des Harnstoffs, die pro Zeiteinheit gespeichert wird, zu 0 gemacht wird, wobei dann die Routine zu Schritt 408 voranschreitet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Förderung der wässrigen Harnstofflösung angehalten.
  • Es ist anzumerken, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel und dem dritten Ausführungsbeispiel es möglich ist, die Menge und die Zeitabstimmung der Förderung der impulsartigen Förderung der wässrigen Harnstofflösung zu ändern. Beispielsweise ist es ebenso möglich, die Menge der Förderung der wässrigen Harnstofflösung zu dem Zeitpunkt der Verzögerung ein wenig zu der Zeit mit jeder impulsartigen Förderung zu reduzieren. Ferner ist es ebenso zum Warten, dass die Temperatur Tc des Katalysators 22 ausreichend fällt, möglich, das Intervall, bis die wässerige Harnstofflösung gefördert wird, nach dem Start der Verzögerung der höheren Temperatur Tc des Katalysators 22 zum Zeitpunkt des Starts der Verzögerung zu erweitern.
  • Als nächstes wird eine Erklärung von verschiedenartigen Beispielen des Katalysators 22 angegeben, die in dem katalytischen Wandler 23 gehalten werden, während Bezug auf 18 und 19 gemacht wird.
  • Wie in 18A gezeigt ist, hat der Katalysator 22 eine Wabenstruktur und ist mit einer großen Anzahl von Abgasdurchgängen 61 versehen, die durch das Wabenstruktursubstrat 60 umgeben sind. Eine Katalysatorschicht ist an der Fläche des Substrats 60 ausgebildet, die die Abgasdurchgänge 61 ausbildet. In dem in 18B gezeigten Beispiel besteht die Katalysatorschicht 62 aus Titan 63. Vanadium 64 ist an diesem Titan 63 geträgert. Wenn die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, wird Harnstoff, nämlich die Ammoniak erzeugende Verbindung, die in der wässrigen Harnstofflösung enthalten ist, in dem Trägertitan 63 gespeichert. Es ist nicht notwendigerweise klar, wie die Ammoniak erzeugende Verbindung in dem Titan 63 gespeichert wird, aber wahrscheinlich wird er in dem Katalysator 22 durch Adsorption gehalten.
  • In der vorliegenden Erfindung wird der Ammoniak, von dem ein wenig auf einmal von dem Harnstoff, nämlich der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird, die in dem katalytischen Wandler gespeichert ist, verwendet, um das NOx in dem Abgas zu reduzieren, so dass gesagt werden kann, dass es vorzuziehen ist, eine Menge Harnstoff, nämlich der Ammoniak erzeugenden Verbindung in dem Katalysator 22 zu halten, die so groß wie möglich ist, wenn die wässrige Harnstofflösung gefördert wird, und zu verursachen, dass der Ammoniak ein wenig auf einmal von der Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird. Die 18C, 18D und 18E sowie die 19A und 19B zeigen Beispiele, bei denen eine Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung, die so groß wie möglich ist, in dem Katalysator 22 gehalten wird. In dem in 18C gezeigten Beispiel ist nämlich eine Zeolithschicht 65 an einem Träger ausgebildet, der aus Titan 63 besteht. Dadurch wird der Harnstoff, nämlich die Ammoniakerzeugende Verbindung in der Zeolithschicht 65 ebenso gehalten, so dass die Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung, die gehalten wird, vergrößert wird. Der in der Zeolithschicht 65 gehaltene Ammoniak erzeugende Verbindung dispergiert in dem Träger, der aus Titan 63 besteht, und wird dann durch Wärme zersetzt, so dass Ammoniak langsam freigesetzt wird.
  • In dem in 18D gezeigten Beispiel ist eine Zeolithschicht 65 zwischen einem Substrat 60 und einem Träger ausgebildet, der aus Titan 63 besteht. In diesem Fall wird ebenso der Harnstoff, nämlich die Ammoniak erzeugende Verbindung in der Zeolithschicht 65 ebenso gehalten, so dass die Menge der gehaltenen Ammoniak erzeugenden Verbindung vergrößert wird. Der in der Zeolithschicht 65 gehaltene Ammoniak erzeugende Verbindung dispergiert in dem Träger, der aus Titan 64 besteht, wird dann durch Wärme zersetzt, so dass Ammoniak langsam freigesetzt wird.
  • In dem in 18E gezeigten Beispiel besteht die Katalysatorschicht 62 aus Titan und Zeolith. Vanadium wird an diesem Träger geträgert, der aus Titan und Zeolith besteht.
  • In dem in den 19A und 19B gezeigten Beispiel besteht in dem Bereich X an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 22 die Katalysatorschicht 62 aus Zeolith, während in dem Bereich Y an der stromabwärtigen Seite des Katalysators 22 die Katalysatorschicht 62 aus Titan 63 besteht, die Vanadium 64 trägert. In diesem Beispiel wird ebenso der Harnstoff, nämlich die Ammoniak erzeugende Verbindung in der Zeolithschicht 65 ebenso gehalten, so dass die Menge der gehaltenen Ammoniak erzeugenden Verbindung vergrößert wird. Der in der Zeolithschicht 65 gehaltene Ammoniak erzeugende Verbindung dispergiert in den Träger, der aus Titan 63 besteht, wird dann durch Wärme zersetzt, so dass Ammoniak langsam freigesetzt wird.
  • 20 bis 23 zeigen andere Ausführungsbeispiele einer Brennkraftmaschine. In dem Beispiel von 20 ist ein weiterer katalytischer Wandler 70 stromabwärts des katalytischen Wandlers 23 angeordnet. Da der Katalysator 22 in dem katalytischen Wandler 70 untergebracht ist, ist es möglich, entweder einen Kupferzeolithkatalysator oder einen Vanadiumtitankatalysator auf dem gleichen Weg wie bei dem Katalysator 22 zu verwenden, der in dem katalytischen Wandler 23 untergebracht ist. Wenn jedoch beide diese Katalysatoren 22 verwendet werden, ist es vorziehen, den stromaufwärtigen Katalysator 22 in dem katalytischen Wandler 23 zu einem Vanadiumtitankatalysator zu machen und den stromabwärtigen Katalysator 22 in dem katalytischen Wandler 70 zu einem Kupferzeolithkatalysator zu machen. Das liegt daran, dass der Ammoniak, der aus dem Vanadiumtitankatalysator strömt, an dem Kupferzeolithkatalysator entfernt werden kann.
  • In dem in 21 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Paar Katalysatoren 22a und 22b an einem Abstand voneinander in dem katalytischen Wandler 23 angeordnet. Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel das Auslassrohr 21 in einen ersten Auslassdurchgang 71a, der sich zu dem katalytischen Wandler 23 öffnet, und einen zweiten Auslassdurchgang 71b, der zu einem Raum zwischen den Katalysatoren 22a und 22b verbunden ist, abgezweigt. Ein erstes Abgassteuerventil 72a und ein zweites Abgassteuerventil 72b sind in den Auslassdurchgängen 71a und 71b jeweils angeordnet. Ferner wird in diesem Ausführungsbeispiel die wässrige Harnstofflösung in das Auslassrohr 21 stromaufwärts der zwei Abgassteuerventile 72a und 72b gefördert.
  • Wenn in diesem Ausführungsbeispiel Temperatur des Abgases, die durch den Temperatursensor 35 erfasst wird, niedriger als ungefähr 150°C ist, wie in 21 gezeigt ist, wird das erste Abgassteuerventil 72a veranlasst, vollständig zu öffnen, und wird das zweite Abgassteuerventil 72b veranlasst, vollständig zu schließen. Zu diesem Zeitpunkt tritt das Abgas zuerst durch den stromaufwärtigen Katalysator 22a, tritt dann durch den stromabwärtigen Katalysator 22b. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Temperatur der Katalysatoren 22a und 22b in dem Ammoniakerzeugungsverbindungsspeicherbereich, wobei daher der Hauptanteil des Harnstoffs in der wässrigen Harnstofflösung, die gefördert wird, in dem stromaufwärtigen Katalysator 22a gespeichert wird.
  • Während andererseits die Temperatur des Abgases, die durch den Temperatursensor 35 erfasst wird, zwischen ungefähr 150°C und 250°C liegt, wird das erste Abgassteuerventil 72a veranlasst, vollständig zu schließen, und wird das zweite Abgassteuerventil 72b veranlasst, vollständig zu öffnen. Daher tritt zu diesem Zeitpunkt das Abgas durch den zweiten Auslassdurchgang 71b und tritt dann durch den stromabwärtigen Katalysator 22b. Zu diesem Zeitpunkt wird der in dem stromabwärtigen Katalysator 22a gespeicherte Harnstoff unverändert gehalten und wird das NOx des Abgases an dem stromabwärtigen Katalysator 22b durch die geförderte wässrige Harnstofflösung gereinigt.
  • Wenn andererseits die Temperatur des Abgases, das durch den Temperatursensor 35 erfasst wird, größer als 250°C wird, wird das erste Abgassteuerventil 72a veranlasst, erneut vollständig zu öffnen, und wird das zweite Abgassteuerventil 72b veranlasst, erneut vollständig zu schließen. Wenn der Verbrennungsmotor beschleunigt wird, wird die Abgastemperatur, die durch den Temperatursensor 35 erfasst wird, größer als 250°C, so dass dann, wenn der Verbrennungsmotor beschleunigt wird, das Abgas in den stromaufwärtigen Katalysator 22a strömt. Zu diesem Zeitpunkt wird Ammoniak geringfügig auf einmal von der großen Menge Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt, die in dem stromaufwärtigen Katalysator 22a gespeichert ist, und wird das NOx in dem Abgas in dem stromaufwärtigen Katalysator 22a und dem stromabwärtigen Katalysator 22b durch diesen Ammoniak reduziert.
  • In dem in 22 gezeigten Ausführungsbeispiel wird anders als bei dem in 22 gezeigten Ausführungsbeispiel eine wässrige Harnstofflösung in den ersten Auslassdurchgang 71a stromabwärts des ersten Abgassteuerventils 72a gefördert.
  • Wenn in diesem Ausführungsbeispiel die erforderliche Last des Verbrennungsmotors geringer als eine vorbestimmte eingestellte Last, wird das erste Abgassteuerventil 72a veranlasst, vollständig zu schließen, und wird das zweite Abgassteuerventil 72b veranlasst, vollständig zu öffnen. Daher tritt das Abgas durch den zweiten Auslassdurchgang 71b und tritt dann durch den stromabwärtigen Katalysator 22b. Ferner strömt zu diesem Zeitpunkt das Abgas nicht durch den ersten Auslassdurchgang 71a und befindet sich die Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 22b in dem Ammoniakerzeugungsverbindungsspeicherbereich. Daher wird zu diesem Zeitpunkt der Hauptanteil des Harnstoffs in der geförderten wässrigen Harnstofflösung in dem stromaufwärtigen Katalysator 22a gespeichert.
  • Wenn andererseits die erforderliche Last des Verbrennungsmotors höher als die eingestellte Last wird, wie in 22 gezeigt ist, wird das erste Abgassteuerventil 72a veranlasst, vollständig zu öffnen, und wird das zweite Abgassteuerventil 72b veranlasst, vollständig zu schließen. Zu diesem Zeitpunkt tritt das Abgas zuerst durch den stromaufwärtigen Katalysator 22a, tritt dann durch den stromabwärtigen Katalysator 22b. Daher wird Ammoniak geringfügig auf einmal von der großen Menge der in dem stromaufwärtigen Katalysator 22a gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt und wird das NOx in dem Abgas in dem stromaufwärtigen Katalysator 22a und dem stromabwärtigen Katalysator 22b durch diesen Ammoniak reduziert.
  • In dem in 23 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein ringförmiger Auslassdurchgang 74, der das Auslassrohr 21 an einem Strömungspfadumschaltventil 73 schneidet, das in dem Auslassrohr 21 angeordnet ist, vorgesehen. Ein erster katalytischer Wandler 23 und ein zweiter katalytischer Wandler 70 sind in Reihe in dem ringförmigen Auslassdurchgang 74 angeordnet.
  • Wenn in diesem Ausführungsbeispiel die erforderliche Last des Verbrennungsmotors geringer als eine vorbestimmte eingestellte Last ist, wird das Strömungspfadsteuerventil 73 auf eine durch eine durchgezogene Linie in 23 gezeigte Position umgeschaltet, so dass das Abgas, das durch das Auslassrohr 21 geleitet wurde, in die Richtung des Pfeils A strömt, nämlich zuerst durch den Katalysator 22 in dem ersten katalytischen Wandler 23 tritt, dann durch den Katalysator 22 in dem zweiten katalytischen Wandler 70 tritt. Zu diesem Zeitpunkt wird die wässrige Harnstofflösung zu der stromaufwärtigen Seite des zweiten katalytischen Wandlers 70 gefördert. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur des Katalysators 22 in dem zweiten katalytischen Wandler 70 geringer als die Temperatur des Katalysators 22 in dem ersten katalytischen Wandler 23, und wird daher der Harnstoff, nämlich der Ammoniak erzeugende Verbindung in der geförderten wässrigen Harnstofflösung gut in dem Katalysator 22 in dem zweiten katalytischen Wandler 70 gespeichert.
  • Wenn andererseits die erforderliche Last des Verbrennungsmotors höher als die eingestellte Last wird, wird das Strömungspfadsteuerventil 73 auf die durch die gestrichelte Linie in 23 gezeigte Position umgeschaltet, so dass das Abgas, das durch das Auslassrohr 21 geleitet wurde, in die Richtung des Pfeils B strömt, nämlich zuerst durch den Katalysator 22 in dem zweiten katalytischen Wandler 70 tritt, dann durch den Katalysator 22 in dem ersten katalytischen Wandler tritt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur des Katalysators 22 in dem zweiten katalytischen Wandler 70 höher als die Temperatur des Katalysators 22 in dem ersten katalytischen Wandler 23, und daher wird Ammoniak von dem in dem Katalysator 22 in dem zweiten katalytischen Wandler 70 gespeicherten Ammoniak erzeugende Verbindung gut freigesetzt.

Claims (12)

  1. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator (22), der zur Reduktion von NOx in Abgas durch Ammoniak bei Anwesenheit von überschüssigem Sauerstoff in einem Verbrennungsmotorabgasdurchgang geeignet ist, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Fördereinrichtung (31, 32) zum Fördern einer Flüssigkeit, die eine Ammoniak erzeugende Verbindung enthält, zu dem Katalysator (22); eine Förderungssteuereinrichtung zum Steuern der Menge der Förderung der Flüssigkeit, wobei der Katalysator (22) in diesem zumindest einen Teil der in der zu dem Katalysator (22) geförderten Flüssigkeit enthaltenen Ammoniak erzeugenden Verbindung speichert und die Funktion zur Verursachung der geringfügigen Freisetzung des Ammoniaks auf einmal von der in dem Katalysator (22) gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung mit dem Anstieg der Temperatur des Katalysators (22) und zur Reduktion des NOx im Abgas durch den freigesetzten Ammoniak hat; eine Entscheidungseinrichtung (40) zum Entscheiden, ob die Temperatur des Katalysators (22) sich in einem Bereich zur Speicherung der Ammoniak erzeugenden Verbindung befindet, die die in der zu dem Katalysator (22) geförderten Flüssigkeit enthaltene Ammoniak erzeugende Verbindung innerhalb des Katalysators (22) speichert und nahezu kein Ammoniak von der gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung freisetzt, oder ob die Temperatur des Katalysators (22) sich in einem Bereich zur Freisetzung des Ammoniaks befindet, die verursacht, dass Ammoniak geringfügig auf einmal von der gespeicherten Ammoniak erzeugenden Verbindung freigesetzt wird; eine Abgasrezirkulationsvorrichtung (24, 25) zum Rezirkulieren des Abgases in einen Einlassdurchgang (11); wobei dann, wenn durch die Entscheidungseinrichtung (40) entschieden wird, dass die Temperatur des Katalysators (22) sich in dem Bereich zur Speicherung der Ammoniak erzeugenden Verbindung befindet, die Abgasrezirkulationsvorrichtung (24, 25) den Rezirkulationsvorgang des Abgases anhält.
  2. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei dann, wenn die Abgasrezirkulationsvorrichtung (24, 25) den Rezirkulationsvorgang des Abgases anhält, die Förderungssteuereinrichtung die Menge der Förderung der Flüssigkeit so steuert, dass die Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung in der Flüssigkeit größer als das äquivalente Verhältnis = 1 wird, das zum Reduzieren des NOx in dem Abgas erforderlich ist.
  3. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Entscheidungseinrichtung (40) entscheidet, dass die Temperatur des Katalysators (22) sich in dem Bereich zur Speicherung der Ammoniak erzeugenden Verbindung befindet, wenn eine Temperatur, die die Temperatur des Katalysators (22) darstellt, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, und dass die Temperatur des Katalysators (22) sich in dem Bereich zur Freisetzung des Ammoniaks befindet, wenn die Temperatur, die die Temperatur des Katalysators (22) darstellt, höher als die vorbestimmte Temperatur ist.
  4. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Temperatur, die die Temperatur des Katalysators (22) darstellt, die Temperatur des Abgases ist, das in den Katalysator (22) strömt.
  5. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Entscheidungseinrichtung (40) entscheidet, dass die Temperatur des Katalysators (22) sich zum Zeitpunkt des Verbrennungsmotorstarts in dem Bereich zur Speicherung der Ammoniak erzeugenden Verbindung befindet.
  6. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Entscheidungseinrichtung (40) entscheidet, dass die Temperatur des Katalysators (22) sich in dem Bereich zur Speicherung der Ammoniak erzeugenden Verbindung befindet, wenn eine erforderliche Last des Verbrennungsmotors geringer als eine vorbestimmte Last ist.
  7. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Entscheidungseinrichtung (40) entscheidet, dass die Temperatur des Katalysators (22) sich zum Zeitpunkt der Verbrennungsmotorverzögerung in dem Bereich zur Speicherung der Ammoniak erzeugenden Verbindung befindet.
  8. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Entscheidungseinrichtung (40) entscheidet, dass die Temperatur des Katalysators (22) sich bei einer Beschleunigung des Verbrennungsmotors in dem Bereich zur Freisetzung des Ammoniaks befindet.
  9. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Katalysator (22) Ammoniak unmittelbar aus der Flüssigkeit erzeugt, wenn die Flüssigkeit zu dem Katalysator (22) gefördert wird, wenn die Temperatur des Katalysators (22) höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, und die Förderungssteuereinrichtung die Menge der Förderung der Flüssigkeit so steuert, dass die Menge der Ammoniak erzeugenden Verbindung in der Flüssigkeit das äquivalente Verhältnis = 1 wird, das zum Reduzieren des NOx in dem Abgas erforderlich ist, wenn die Temperatur des Katalysators (22) höher als die vorbestimmte Temperatur ist.
  10. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Förderungssteuereinrichtung die Menge der Flüssigkeit fördert, die zum Reduzieren des NOx in dem Abgas notwendig ist, das durch den von dem Katalysator (22) freigesetzten Ammoniak nicht reduziert werden kann.
  11. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit, die die Ammoniak erzeugende Verbindung enthält, eine wässrige Harnstofflösung ist.
  12. Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, bei der, wenn die Temperatur von einem eines Paars der Katalysatoren (22) sich in dem Bereich zur Speicherung der Ammoniak erzeugenden Verbindung befindet, die Flüssigkeit zu dem einen der Katalysatoren (22) gefördert wird, um zu verursachen, dass die in der Flüssigkeit enthaltene Ammoniak erzeugende Verbindung in dem einen der Katalysatoren (22) gespeichert wird, und wobei das NOx in dem Abgas in beiden Katalysatoren (22) durch den Ammoniak reduziert wird, der von der Ammoniak erzeugenden Verbindung, die in dem einen der Katalysatoren (22) gespeichert ist, freigesetzt wird, wenn die Temperatur des einen der Katalysatoren (22) den Bereich zur Freisetzung des Ammoniaks erreicht.
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