DE60030350T2

DE60030350T2 - Abgaskontrollvorrichtung für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60030350T2
Application number: DE60030350T
Authority: DE
Inventors: c/o Toyota Jidosha K.K. Naoto Toyota-shi Aichi-ken Suzuki; c/o Toyota Jidosha K.K. Kenji Toyota-shi Aichi-ken Katoh
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: US6311480B1; EP1041254B1; CN1269461A; CN1116506C; EP1041254A2; JP3607976B2; DE60030350D1; JP2000282942A; EP1041254A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Emissionssteuergerät für eine Brennkraftmaschine, und insbesondere auf ein Emissionssteuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einem NOx-Sensor zum Erfassen einer NOx-Konzentration in einem Abgas.
2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Ein Emissionssteuergerät mit einem NOx-Sensor zum Erfassen einer Konzentration von Stickoxiden (NOx) in einem Abgas aus einer Brennkraftmaschine ist zum Beispiel in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-H07-166851 beschrieben. Bei dem Emissionssteuergerät ist ein NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator in einem Abgaskanal der Kraftmaschine angeordnet, und der NOx-Sensor ist in einem Abschnitt des Abgaskanals stromabwärts von dem Katalysator angeordnet, um so die NOx-Konzentration in dem Abgas zu erfassen, das durch den NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator hindurchgetreten ist. Der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbiert NOx aus dem Abgas, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator hinein strömenden Abgases an einer mageren Seite des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist. Der Katalysator löst NOx, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert wird, das in den Katalysator hinein strömt. Daher wird der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator als ein NOx-Verringerungskatalysator verwendet.
Die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysators verringert sich bei einer Vermehrung der darin absorbierten NOx-Menge. Wenn sich die Menge des NOx vermehrt, das in einem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator absorbiert wird, dann vermehrt sich daher die NOx-Menge, die durch den NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator hindurchtritt, ohne dass sie darin absorbiert wird, so dass die NOx-Menge vermehrt wird, die in dem Abgas aus dem Abgassystem verbleibt.
Wenn die NOx-Konzentration in dem Abgas, die durch den NOx-Sensor erfasst wird, der in einem Abschnitt des Abgaskanales stromabwärts von dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator angeordnet ist, auf einen vorbestimmten Wert vermehrt wird, dann bewirkt das vorstehend beschriebene Gerät daher einen Betrieb der Kraftmaschine bei einem kraftstofffetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeit, so dass der Zustand des Abgases geändert wird, das in den NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator hinein strömt (in diesem Fall eine Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zu einer fetten Seite). Auf Grund dieses Betriebes wird NOx aus dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator gelöst, so dass die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysators reaktiviert wird.
Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aus der Kraftmaschine zu der fetten Seite verschoben wird, dann verringert sich die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, und die Menge der Komponenten wird vermehrt, die als Reduktionsmittel dienen, wie zum Beispiel nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und dergleichen. Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert wird, dann wird NOx aus dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator gelöst. Die NOx-Menge, die in dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator gespeichert wird, wird nämlich verringert. Eine NOx-Menge, die aus dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator gelöst wird, reagiert mit den Reduktionsmittelkomponenten in dem Abgas an dem Katalysator, wodurch die NOx-Menge verringert wird, die in dem Abgas vorhanden ist.
Falls jedoch das Lösen von NOx aus dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator und die Reduzierung davon auf der Grundlage der ausgelassenen NOx-Konzentration gesteuert werden, die durch den NOx-Sensor erfasst wird, dann kann ein Problem auftreten, falls der NOx-Sensor eine Verschlechterung aufweist, so dass die NOx-Sensorabgabe driftet. In diesem Fall kann eine NOx-Konzentration, die durch eine Abgabe von dem NOx-Sensor angegeben wird, von der Ist-NOx-Konzentration abweichen.
Falls eine derartige Abweichung der Sensorabgabe auftritt, dann wird es schwierig, das Lösen und das Reduzieren von NOx direkt durchzuführen (eine Reaktivierung des NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysators). Eine unzureichende Funktion des Reaktivierungsprozesses kann zu einer Verschlechterung des Kraftmaschinenkraftstoffverbrauches, zu einem Lösen von nicht verbrannten HC und CO in die Atmosphäre und zu einem Ausströmen von NOx aus dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator stromabwärts führen, und zwar auf Grund einer vermehrten Menge von NOx, die in dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator gespeichert ist, und dergleichen.
Es treten Probleme, die im Wesentlichen gleich den vorstehend genannten Problemen sind, auch bei einem Gerät auf, das als ein NOx-Verringerungskatalysator einen selektiven Reduktionskatalysator verwendet, der wahlweise NOx reduzieren kann, das in einem Abgas mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorhanden ist.
Ein selektiver Reduktionskatalysator reduziert NOx unter Verwendung von HC- und CO-Komponenten des Abgases. Falls die Mengen der HC- und CO-Komponenten unzureichend werden, die in dem selektiven Reduktionskatalysator vorhanden sind, dann wird die NOx-Menge vermehrt, die stromabwärts aus dem Katalysator strömt, ohne dass sie reduziert wird. Zum Beispiel bei einem Gerät, bei dem die NOx-Menge, die aus einem selektiven Reduktionskatalysator heraus strömt, ohne dass sie dadurch reduziert wird, durch einen NOx-Sensor erfasst wird, der stromabwärts von dem Katalysator angeordnet ist, und bei dem gemäß der Menge des nicht reduzierten NOx das für die Kraftmaschine wirksame Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, um Charakteristika des Abgases zu ändern (in diesem Fall die Mengen von HC- und CO-Komponenten), das in den Katalysator hinein strömt, bewirkt eine Abweichung der Abgabe des NOx-Sensors Emissionen von nicht reagierten HC- und CO-Komponenten in die Atmosphäre, Emissionen von nicht reduziertem NOx in die Atmosphäre sowie weitere Probleme.
Die Druckschrift EP-A-0 878 709 offenbart ein Emissionssteuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftmaschinensteuereinheit, die einen Antriebszustand beim Festlegen der NOx-Gaskonzentration in dem Abgas im Wesentlichen auf 0 oder im Wesentlichen auf das selbe Niveau wie die Atmosphäre festlegt, zum Beispiel ein Kraftstoffdrosselbetrieb, wobei ein voreingestelltes Versatzkorrektursignal, das während des Kraftstoffdrosselbetriebes erfasst wird, als ein kalibrierter neuer Versatzwert von der Erfassungsabgabe des NOx-Sensors dient. Durch diese Maßnahme wird der Abgabewert von dem NOx-Sensor korrigiert, wenn der Kraftstoffdrosselbetrieb durchgeführt wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Emissionssteuergerät für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, dass die NOx-Menge in dem Abgas unter Verwendung eines NOx-Verringerungskatalysators und eines NOx-Sensors verringern kann, der für die Steuerung des Systems vorgesehen ist, auch wenn die Abgabe von dem NOx-Sensor während einer Einstellung von Charakteristika des Abgases eine Abweichung aufweist, das in den NOx-Verringerungskatalysator hinein strömt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Der vorbestimmte Betriebszustand der Brennkraftmaschine, der in dem Anspruch 1 genannt ist, kann ein Zustand sein, bei dem die NOx-Konzentration normal ist, und bei dem NOx-, das aus der Brennkraftmaschine ausgelassen wird, eine kleine Menge aufweist (zum Beispiel während des Leerlaufs, während eines Betriebes mit niedriger Last oder während eines Kraftstoffdrosselbetriebes). Bei einem derartigen Betriebszustand der Kraftmaschine wird die NOx-Konzentration in dem Abgas, das den NOx-Sensor erreicht, im Wesentlichen zu 0, so dass der Abgabewert von dem NOx-Sensor einer NOx-Konzentration von 0 entsprechen sollte, es sei denn, die NOx-Sensorabgabe ist gedriftet. Ein Emissionssteuergerät gemäß der Erfindung berechnet ein Maß des Driftens des gegenwärtigen Abgabewertes von dem NOx-Sensor auf der Grundlage des Referenzabgabewertes (zum Beispiel ein NOx-Sensorabgabewert entsprechend einer NOx-Konzentration von 0) und des Wertes, der von dem NOx-Sensor bei dem vorstehend genannten Zustand abgegeben wird, und es korrigiert die NOx-Sensorabgabe gemäß dem berechneten Maß des Driftens.
Daher kann das Emissionssteuergerät der Erfindung die NOx-Konzentration in dem Abgas genau erfassen, auch falls die NOx-Sensorabgabe auf Grund einer Verschlechterung des Sensors oder dergleichen eine Abweichung aufweist. Auch wenn diese Kurzfassung nicht alle Merkmale der vorliegenden Erfindung offenbart, so ist klar, dass eine beliebige Kombination der Merkmale, die in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, innerhalb des Umfanges der vorliegenden Erfindung liegt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen zum Darstellen von ähnlichen Bauelementen verwendet werden, und wobei:
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispieles, bei dem Emissionssteuergerät der Erfindung auf eine Benzinkraftmaschine für ein Motorfahrzeug angewendet wird;
2 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines NOx-Sensors;
3 zeigt ein Diagramm, das Änderungen der NOx-Konzentration in einem Abgas, das aus einer NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung ausströmt, über die Zeit bei einem Katalysatorreaktivierungsbetrieb angibt;
4 zeigt ein Diagramm, das Änderungen der NOx-Konzentration in einem Abgas, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung heraus strömt, und zwar in einem Fall, bei dem sich die Katalysatorvorrichtung verschlechtert hat;
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Betriebes einer Erfassung einer Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor;
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Betriebes zum Reaktivieren der NOx-Absorption- und Reduktionskatalysatorvorrichtung auf der Grundlage einer korrigierten Abgabe von dem NOx-Sensor; und
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem das Emissionssteuergerät der Erfindung auf eine Benzinkraftmaschine für ein Motorfahrzeug angewendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels, bei dem das Emissionssteuergerät der Erfindung auf eine Brennkraftmaschine angewendet wird, die in einem Motorfahrzeug angebracht ist.
Die Brennkraftmaschine 1 ist eine Vierzylinder-Benzinkraftmaschine mit vier Zylindern (#1 bis #4). Jeder Zylinder hat ein Kraftstoffeinspritzventil 111 bis 114 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder. Die Kraftmaschine 1 bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Magerverbrennungs-Kraftmaschine, die bei Luft/Kraftstoff-Verhältnissen über dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden kann (an einer kraftstoffmageren Seite des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses).
Die Zylinder #1 bis #4 sind in zwei Gruppen eingeteilt, die jeweils aus zwei Zylindern bestehen, deren Zündzeitgebungen nicht aufeinander folgen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Zündreihenfolge, #1-#3-#4-#2. Daher bilden die Zylinder #1, #4 eine Zylindergruppe, und die Zylinder #2, #3 bilden die andere Zylindergruppe. Auslassanschlüsse der Zylinder der entsprechenden Gruppe sind mit einem Auslasskrümmer verbunden. Die Auslasskrümmer der beiden Zylindergruppen sind separat mit Auslasskanälen verbunden. Insbesondere sind die Auslassanschlüsse der Gruppe der Zylinder #1, #4 mit einem gruppenspezifischen Auslasskanal 2a über einen Auslasskrümmer 21a verbunden, und die Auslassanschlüsse der Gruppe der Zylinder #2, #3 sind mit einem gruppenspezifischen Auslasskanal 2b über einen Auslasskrümmer 21b verbunden. Die gruppenspezifischen Auslasskanäle 2a, 2b sind individuell mit Startkatalysatorvorrichtungen 5a, 5b versehen. Die gruppenspezifischen Auslasskanäle 2a, 2b münden in einen gemeinsamen Auslasskanal 2 stromabwärts von den Startkatalysatorvorrichtungen 5a, 5b. Jede Startkatalysatorvorrichtung 5a, 5b ist durch eine Drei-Wege-Katalysatorvorrichtung gebildet, die gleichzeitig die Mengen der HC-, CO-, und NOx-Komponenten verringern kann, die in dem Abgas vorhanden sind, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in die Katalysatorvorrichtung hinein strömt, innerhalb eines engen Bereiches angrenzend an dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
Der gemeinsame Auslasskanal 2 ist mit einer NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 versehen. Ein stromaufwärtiger Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 29 ist in einem Abschnitt des gemeinsamen Auslasskanales 2 stromaufwärts von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 angeordnet. Ein stromabwärtiger Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 ist in einem Abschnitt des gemeinsamen Auslasskanals 2 stromabwärts von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 angeordnet. Der stromaufwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 29 und der stromabwärtige Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 sind lineare Luft/Kraftstoff-Verhältnissensoren, deren Abgabesignale gemäß dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kontinuierlich geändert werden.
Ein NOx-Sensor 33, der ein Signal gemäß der NOx-Konzentration in dem Abgas abgibt, ist nahe dem stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 angeordnet.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30 ist ein Mikrocomputer mit einer CPU, einem RAM, einem ROM und dergleichen. Die ECU 30 führt Basissteuerungen der Kraftmaschine 1 aus, wie zum Beispiel eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung und dergleichen. Die ECU 30 erfasst außerdem eine Abweichung der NOx-Sensorabgabe, und sie korrigiert die Sensorabgabe, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Eingabeanschlüsse der ECU 30 nehmen Signale auf, die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse des Abgases an der stromaufwärtigen und an der stromabwärtigen Seite der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalyatorvorrichtung 7 angeben, und zwar von dem stromaufwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 29 und dem stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 31 über separate A/D-Wandler (nicht gezeigt). Abgabeanschlüsse der ECU 30 sind mit den Kraftstoffeinspritzventilen 111 bis 114 der Zylinder über eine Kraftstoffeinspritzschaltung (nicht gezeigt) verbunden, um die Kraftstoffmenge, die in den entsprechenden Zylinder eingespritzt wird, und die Kraftstoffeinspritzzeitgebung zu steuern.
Die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 bei diesem Ausführungsbeispiel wird im Einzelnen beschrieben. Die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 hat eine Stütze, die zum Beispiel aus Aluminium ausgebildet ist. Die Stütze ist mit einem Edelmetall beladen, wie zum Beispiel Platin (Pt) oder dergleichen, und zumindest eine Komponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkalimetallen Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li), Cäsium (Cs) und dergleichen), Alkalierdmetalle Barium (Ba), Kalzium (Ca) und dergleichen) und Seltenerden (Lanthan (La), Cerium (Ce), Yttrium (Y) und dergleichen) besteht. Die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 absorbiert und löst NOx in der folgenden Art und Weise. Die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 absorbiert nämlich NOx (NO₂, NO) aus dem Abgas in der Form von Nitrat-Ionen NO₃ ^–, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in der Katalysatorvorrichtung 7 hinein strömenden Abgases an der mageren Seite ist. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in die Katalysatorvorrichtung 7 hinein strömt, zu der fetten Seite verschoben wird, dann löst die Katalysatorvorrichtung 7 das NOx.
Der Mechanismus zum Absorbieren und Lösen von NOx wird im Zusammenhang mit einer Katalysatorvorrichtung beschrieben, in der Platin (Pt) und Barium (Ba) eingebaut sind. Der selbe Mechanismus trifft im Wesentlichen für Katalysatorvorrichtungen zu, in denen andere Edelmetalle und andere Alkalimetalle, Alkalierden und Seltenerden eingebaut sind.
Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas erhöht wird, das in die Katalysatorvorrichtung hinein strömt (einströmendes Abgas) (das heißt wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu der mageren Seite verschoben wird), dann lagert sich Sauerstoff an dem Platin in der Form von O₂ ^– oder O^2– ab. NOx aus dem Abgas reagiert mit dem O₂ ^– oder O^2– an dem Platin, so dass NO₂ erzeugt wird. Das so erzeugte NOx wird des Weiteren an dem Platin zusammen mit NO₂ aus dem ausströmenden Abgas oxidiert, und es wird in der Katalysatorvorrichtung absorbiert, und es wird in der Katalysatorvorrichtung in der Form von Nitrat-Ionen NO₃ ^– diffundiert, während es sich mit dem Bariumoxid (BaO) bindet. Somit wird das NOx aus dem Abgas in der Katalysatorvorrichtung in der Form eines Nitrates in einer mageren Atmosphäre absorbiert (sauerstoffreiche Atmosphäre).
Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas stark verringert wird, das in die Katalysatorvorrichtung hinein strömt (das heißt wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder zu dessen fetten Seite verschoben wird), dann verringert sich die Menge an NO₂, die an dem Platin erzeugt wird. Daher wird die vorstehend beschriebene Reaktion umgekehrt, so dass Nitrat-Ionen NO₃ ^– aus der Katalysatorvorrichtung in der Form von NO₂ gelöst werden. Falls Reduktionsmittelkomponenten wie zum Beispiel CO oder dergleichen oder CO₂, HC-Komponenten oder dergleichen in dem Abgas vorhanden sind, dann reduzieren diese Komponenten das NO₂ an dem Platin.
Während des Betriebes der Kraftmaschine 1 mit mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen absorbiert die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 das NOx aus dem Abgas. Während des Betriebes der Kraftmaschine 1 mit fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnissen löst die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 das NOx, und es bewirkt eine Reduzierung von NOx. Falls die NOx-Menge, die in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 absorbiert wird, während eines Betriebes der Kraftmaschine 1 bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen vermehrt wird, dann wird die NOx-Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verringert, so dass nicht reduziertes NOx, das heißt das NOx, das durch die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 hindurchgetreten ist, ohne dass es darin absorbiert wurde, hinsichtlich der Menge vermehrt wird. In einem derartigen Fall wird bei dem Ausführungsbeispiel ein Fett-Impuls-Betrieb durchgeführt, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine von dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeit zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wird, um das NOx aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 zu lösen und um NOx zu reduzieren (das heißt zum Reaktivieren der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7).
Als nächstes wird das Prinzip der NOx-Erfassung beschrieben, die durch den NOx-Sensor 33 bei diesem Ausführungsbeispiel durchgeführt wird.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus des NOx-Sensors 33 bei diesem Ausführungsbeispiel.
Der NOx-Sensor 33 ist durch einen Festelektrolyt 331 Zirkonium (ZrO₂) oder dergleichen gebildet. Im Inneren des Körpers des Festelektrolyten 331 sind eine erste Reaktionskammer 340, die mit einem Auslasskanal über einen Diffusionsratenbestimmungsabschnitt 335 verbunden ist, eine zweite Reaktionskammer 350, die mit einer ersten Reaktionskammer 340 über einen Diffusionsratenbestimmungsabschnitt 337 verbunden ist, und eine Atmosphärenkammer 360 ausgebildet, in der Umgebungsluft als ein Standardgas eingeführt wird. Die Diffusionsratenbestimmungsabschnitte 335, 337 begrenzen eine Diffusion von Sauerstoffkomponenten in die erste Reaktionskammer 340 oder in die zweite Reaktionskammer 350, und sie ermöglichen es, dass die Sauerstoffkonzentrationsdifferenzen zwischen der ersten Reaktionskammer 340 und dem Auslasskanal so wie zwischen der ersten Reaktionskammer 340 und der zweiten Reaktionskammer 350 aufrechterhalten werden.
Eine Platinelektrode (Kathode) 341 ist in der ersten Reaktionskammer 340 angeordnet. Eine ähnliche Platinelektrode (Anode) 342 ist an einer Außenseite des NOx-Sensors 33 quer zu einer Wand des Festelektrolyten 331 von der Kathode 341 angeordnet. Eine andere ähnliche Platinelektrode 351 und eine NOx-Erfassungsrhodiumelektrode (Rh-Elektrode) 353 sind in der zweiten Reaktionskammer 350 angeordnet. Eine Platinelektrode 361 für eine Referenz ist in der Atmosphärenkammer 360 angeordnet. Der NOx-Sensor 33 hat des Weiteren eine elektrische Heizvorrichtung 370 zum Heizen des Festelektrolyten 331.
Das Elektrodenpaar 341, das in der ersten Reaktionskammer 340 angeordnet ist, und die äußere Elektrode 342 sowie das Elektrodenpaar 351, das in der zweiten Reaktionskammer 350 angeordnet ist, und die äußere Elektrode 342 dienen als Sauerstoffpumpen, um Sauerstoff aus dem Abgas auszulassen, das in der ersten Reaktionskammer 340 und der zweiten Reaktionskammer 350 vorhanden ist, und zwar zur Außenseite. Wenn eine elektrische Spannung zwischen den Elektroden 341, 342 sowie zwischen den Elektroden 351, 342 aufgebracht wird, währen die Temperatur des Festelektrolyten 331 höher als ein vorbestimmter Wert ist, dann werden Sauerstoffmoleküle in dem Abgas an den Kathoden 341, 351 ionisiert, und die ionisierten Sauerstoffmoleküle wandern zu der Anode 342 durch die Wand des Festelektrolyten 331. An der Anode 342 werden Sauerstoffionen gebunden, um Sauerstoffmoleküle zu bilden. Auf diese Art und Weise wird Sauerstoff aus dem Abgas ausgelassen, das in der ersten Reaktionskammer 340 und in der zweiten Reaktionskammer 350 vorhanden ist, und zwar zur Aussenseite. Das vorstehend erwähnte Wandern der Sauerstoffionen bewirkt elektrische Ströme zwischen der Elektrode 342 und den Elektroden 341, 351, wobei die Ströme proportional zu der Menge der Sauerstoffmoleküle sind, die pro Zeiteinheit wandern.
Durch Steuern der Ströme durch den Festelektrolyt 331 zwischen den Elektroden kann die Menge des Sauerstoffes gesteuert werden, der aus jeder Reaktionskammer ausgelassen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die Elektrode 361, die in der Atmosphärenkammer 360 angeordnet ist, und die Elektroden 341, 351, die in der ersten und der zweiten Reaktionskammer 340, 350 angeordnet sind, dazwischen Sauerstoffzellen. Ein Abgas in der ersten und der zweiten Reaktionskammer hat jeweils eine niedrigere Sauerstoffkonzentration als die Umgebungsluft, das heißt es ist eine Sauerstoffkonzentrationsdifferenz zwischen der Luft in der Atmosphärenkammer 360 und dem Abgas in der entsprechenden Reaktionskammer vorhanden. Wenn die Temperatur des Festelektrolyten 331, der die Atmosphärenkammer 360 von jeder Reaktionskammer 340, 350 trennt, auf oder über eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, dann wandert daher Sauerstoff von der Atmosphärenkammer 360 zu den Reaktionskammern 340, 350 durch eine Wand des dazwischen liegenden Festelektrolyten 331 gemäß den Sauerstoffkonzentrationsdifferenzen dazwischen, sofern keine äußere elektrische Spannung zwischen der Elektrode 361 und den Elektroden 341, 351 aufgebracht wird. Insbesondere ionisieren die Sauerstoffmoleküle, die in der Luft in der Atmosphärenkammer 360 vorhanden sind, an der Elektrode 361, und die Sauerstoffionen wandern durch den Wandabschnitt des Festelektrolyten 331 zu den Reaktionskammern 340, 350, in denen die Sauerstoffkonzentration relativ niedrig ist. Sauerstoffionen bilden Sauerstoffmoleküle an den Elektroden 341, 351 der Reaktionskammern 340, 350. Daher wird eine elektrische Spannung zwischen der Elektrode 361 und der Elektrode 341, 351 der entsprechenden Reaktionskammer gemäß der Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in der Luft (Atmosphäre) in der Atmosphärenkammer 360 und der Sauerstoffkonzentration des Abgases in der entsprechenden Reaktionskammer erzeugt. Da die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre im Wesentlichen konstant ist, gibt die elektrische Potentialdifferenz V0, V1 (siehe 2) zwischen der Elektrode 361 der Atmosphärenkammer 360 und der Elektrode 341, 351 der entsprechenden Reaktionskammer die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas an, das in der jeweiligen Reaktionskammer 340, 350 vorhanden ist.
Die Elektroden 341, 342 und die Elektroden 351, 342 dienen als Sauerstoffpumpen, um Sauerstoff aus den Reaktionskammern zur Außenseite auszulassen. Die Sauerstoffauslassrate der entsprechenden Sauerstoffpumpe wird so gesteuert, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das in der entsprechenden Reaktionskammer vorhanden ist, (das heißt die elektrische Spannung V0, V1) auf einen festen Wert verbleibt, in dem ein Pumpenstrom Ip0, Ip1 (siehe 2) zwischen den Elektroden eingestellt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Pumpenströme Ip0, Ip1 so gesteuert, dass die Sauerstoffkonzentrationen in der ersten Reaktionskammer 340 und der zweiten Reaktionskammer 350 zum Beispiel ungefähr gleich 1 ppm beziehungsweise ungefähr 0,01 ppm werden. Somit wird eine Reduktionsatmosphäre mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration in der zweiten Reaktionskammer 350 aufrecht erhalten. Das NOx (NO, N₂) wird nicht aus dem Abgas in den Reaktionskammern zur Außenseite durch die Sauerstoffpumpen ausgelassen, so dass die NOx-Konzentration in dem Abgas, das in der ersten und in der zweiten Reaktionskammer vorhanden ist, im Wesentlichen gleich der Konzentration des Abgases bleibt, das außerhalb der Reaktionskammern vorhanden ist. Jedoch dient die NOx-Erfassungselektrode 352 der zweiten Reaktionskammer 350, die aus Rodium (Rh) gebildet ist, als ein Reduktionskatalysator, das heißt sie reduziert NOx (NO, NO₃) in einer Reduktionsatmosphäre. Da eine elektrische Spannung zwischen der NOx-Erfassungselektrode 353 und der Referenzelektrode 361 der Atmosphärenkammer 360 aufgebracht wird, treten Reaktionen an der NOx-Erfassungselektrode 353 folgendermaßen auf: NO → ½NO₂ + ½O₂ oder NO₂ → ½NO₂ + O₂
Infolge der Reduktion von NOx wird Sauerstoff erzeugt. Sauerstoff ionisiert an der NOx-Erfassungselektrode 353. Sauerstoffionen wandern durch den Wandabschnitt des Festelektrolyten 331 zu der Referenzelektrode 361, und sie bilden Sauerstoffmoleküle an der Referenzelektrode 361. da die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Reaktionskammer 350 sehr niedrig ist, kann angenommen werden, dass im Wesentlichen die gesamte Menge der Sauerstoffionen, die in dem Festelektrolyten zu der Referenzelektrode 361 strömen, durch die Reduktion von NOx erzeugt werden. Daher entspricht die Menge der Sauerstoffionen, die in dem Festelektrolyten pro Zeiteinheit strömt, der NOx-Konzentration in der zweiten Reaktionskammer (die NOx-Konzentration in dem Abgas in dem Auslasskanal). Daher kann die NOx-Konzentration in dem Abgas in dem Auslasskanal durch Messen des Stromes (Ip2 in der 2) erfasst werden, der durch das vorstehend erwähnte Wandern der Sauerstoffionen erzeugt wird. Der NOx-Sensor 33 bei diesem Ausführungsbeispiel wandelt die Stromstärke Ip2 zu einem elektrischen Spannungssignal um, und er gibt das elektrische Spannungssignal Vnox gemäß der NOx-Konzentration in dem Abgas an, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt.
Jedes Mal dann, wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Abgabe von dem NOx-Sensor 33 einen vorbestimmten Wert Vox1 während eines Betriebes mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine 1 erreicht, wird ein Betrieb der Kraftmaschine 1 mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeit veranlasst (Fett-Impuls-Betrieb), wodurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 hinein strömenden Abgases zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis gewechselt wird. In Folge dessen verringert sich die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, und die Reduktionskomponenten vermehren sich in ihrer Menge, die in dem Abgas enthalten sind, wie zum Beispiel nicht verbranntes HC, CO und dergleichen. Daher wird das NOx gelöst, das in der NOx-Absorptions- und Reduktionkatalysatorvorrichtung 7 gespeichert ist, und es wird an der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 durch die Reduktionsmittelkomponenten reduziert, die in dem Abgas vorhanden sind. Der Betrieb, der das Lösen von NOx aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung veranlasst, und die Reduktion von NOx wird hierbei als „Betrieb" zum Reaktivieren des NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysators „bezeichnet".
Die 3 gibt Änderungen der NOx-Konzentration in dem Abgas an, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt, wobei die Änderungen durch ein Ausführen des Reaktivierungsbetriebes verursacht werden.
In der 3 gibt die vertikale Achse die Abgabe Vnox des NOx-Sensors 33 an, der stromabwärts von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 angeordnet ist und die horizontale Achse gibt die Zeit an. Währen des Betriebes mit magerem Luft/Kraftstoffverhältnis der Kraftmaschine 1 absorbiert die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 das NOx aus dem Abgas. Wenn sich die Menge des NOx vermehrt, das in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 absorbiert wird, dann verringert sich die NOx-Absorptionsfähigkeit der Katalysatorvorrichtung 7, so dass die Menge des nicht verbrannten NOx allmählich vermehrt wird, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt. Daher wird auch die Abgabe Vnox von dem NOx-Sensor 33 allmählich erhöht (wie dies durch Ns in der 3 angegeben ist). Die Steuerschaltung 30 bei diesem Ausführungsbeispiel führt den Fett-Impuls-Betrieb beim Betrieb der Kraftmaschine 1 mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeit durch, um die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 zu reaktivieren (bei einem Zeitpunkt Rs in der 3), wenn die Konzentration des ausströmenden NOx einen vorbestimmten Wert Vnox1 erreicht. Auf Grund des fetten Impulses strömt ein Abgas mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7, so dass nicht reduziertes NOx aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gelöst wird (wie dies durch NH in der 3 angegeben ist). Das gelöste NOx wird an der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 reduziert, so dass das Lösen von nicht reduziertem NOx in einer kurzen Zeit endet.
Falls der NOx-Sensor 33, der so aufgebaut ist, wie es in der 2 dargestellt ist, zum Erfassen der NOx-Konzentration in dem Abgas stromabwärts von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verwendet wird, dann driftet die Sensorabgabe, das heißt der Wert, der durch den NOx-Sensor 33 erfasst wird, hat eine Abweichung von der Ist-NOx-Konzentration. Ein derartiges Driften der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 macht es unmöglich, den Betrieb zu Reaktivieren der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 mit einer angemessenen Zeitgebung durchzuführen, wie dies in der 3 angegeben ist.
Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 erfasst, und die Abgabe von dem NOx-Sensor 33 wird in einer Art und Weise korrigiert, wie sie nachfolgend beschrieben wird.
Die Erfassung der Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 und die Korrektur der Abweichung der Sensorabgabe wird nachfolgend beschrieben.
(1) Erfassung einer Abweichung der NOx-Sensorabgabe
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 auf der Grundlage der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 erfasst, die dann auftritt, wenn die Kraftmaschine 1 in einem Zustand betrieben wird, bei dem die NOx-Konzentration des Abgases im Wesentlichen zu 0 wird, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt. In diesem Zustand wird erwartet, dass die Abgabe von dem NOx-Sensor 33 im Wesentlichen gleich einem Wert entsprechend einer „NOx-Konzentration von 0" wird. Daher entspricht die Differenz zwischen der Abgabe der „NOx-Konzentration von 0" von dem NOx-Sensor 33 und der tatsächlichen Abgabe von dem NOx-Sensor 33 der Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33.
Der vorstehend erwähnte „Zustand, bei dem die NOx-Konzentration des aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömenden Abgases im Wesentlichen zu 0 wird" bedeutet:

(i) ein Zustand, bei dem die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 normal funktioniert; und
(ii) ein Zustand, bei dem die Kraftmaschine 1 so betrieben wird, dass sich die ausgelassene NOx-Menge verringert.

Der „Zustand, bei dem die NOx-Absorptions- und Reduktionkatalysatorvorrichtung 7 normal funktioniert "bedeutet"

(i-1) ein Zustand, bei dem die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung keine Verschlechterung hat; und
(i-2) ein Zustand, bei dem das NOx aus dem Abgas absorbiert werden kann (zum Beispiel ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 hinein strömt, an der mageren Seite, und die Temperatur der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 ist innerhalb eines geeigneten Bereiches).

Der Zustand (i-1) wird zuerst beschrieben.
Die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verschlechtert sich und ihre NOx-Absorptionsfähigkeit verringert sich aus verschiedenen Faktoren. Falls zum Beispiel Abgas SOx (Schwefeloxide) enthält, dann absorbiert die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 SOx auf der Grundlage des im Wesentlichen selben Mechanismus wie bei der NOx-Absorption, und sie hält das SOx darin in der Form von Sulfate zurück (zum Beispiel BaSO₄). Jedoch haben die Sulfate eine höhere Stabilität als Nitrate, so dass die Sulfate aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 durch einen herkömmlichen Betrieb zum Reaktivieren der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 nicht gelöst werden können. Falls SOx in dem Abgas vorhanden ist, dann wird daher das SOx allmählich in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 während des Betriebes akkumuliert. In Folge dessen verringert sich die Menge des Absorptionsmittels (zum Beispiel BaO), die bei der NOx-Absorption teilnehmen, so dass die NOx-Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verringert wird. Wenn sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 auf diese Art und Weise verschlechtert, dann vermehrt sich die Menge des NOx, die durch die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 hindurchtritt, ohne dass sie darin absorbiert wird, so dass es unmöglich wird, jenen Zustand einzurichten, bei dem die NOx-Menge in dem Abgas, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt, im Wesentlichen zu 0 wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird bestimmt, ob sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verschlechtert hat, und zwar unter Verwendung von eines der nachfolgend beschriebenen Verfahren.
Die 4 zeigt ein Diagramm von Änderungen der NOx-Konzentration in dem Abgas, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt, wobei die Änderungen vor und nach dem Reaktivierungsbetrieb auftreten (Fett-Puls). In der 4 gibt eine durchgezogenen Linie die NOx-Konzentration in dem Abgas, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt, in einem Fall an, bei dem sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 nicht verschlechtert hat. Eine gestrichelte Linie in der 4 gibt die NOx-Konzentration in dem Abgas, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt, in jenem Fall an, bei dem sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verschlechtert hat.
Die NOx-Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verringert sich bei einer Vermehrung der NOx-Menge, die in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gespeichert ist. Während das NOx in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 absorbiert wird, wird daher die NOx-Konzentration in dem Abgas, das aus der NOx-Absorptions und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt, allmählich vermehrt, wenn sich die NOx-Menge vermehrt, die in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gespeichert ist (was durch NS in der 4 angegeben ist). Wenn die NOx-Konzentration den vorbestimmten Wert (Vnox1) erreicht, dann wird der vorstehend beschriebene Reaktivierungsbetrieb durchgeführt, so dass die stromabwärtige NOx-Konzentration vorübergehend ansteigt (wie dies durch NH in der 4 angegeben ist), und dann fällt sie ab. Unmittelbar nach dem Ende des Reaktivierungsbetriebes erreicht die stromabwärtige NOx-Konzentration einen minimalen Wert (der durch A in der 4 angegeben ist), der der maximalen Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 entspricht.
Wenn sich jedoch die NOx-Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 auf Grund einer Verschlechterung der Katalysatorvorrichtung 7 beträchtlich verringert hat, dann kann die NOx-Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 nicht ausreichend erneuert werden, trotz einer Ausführung des Reaktivierungsbetriebes, wie dies durch die gestrichelte Linie in der Fig. angegeben ist, so dass die minimale NOx-Konzentration (die durch A' in der 4 angegeben ist) größer als die minimale NOx-Konzentration (Punkt A) wird, die dann auftritt, wenn sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 nicht verschlechtert hat. Durch Überwachen der NOx-Konzentration in dem ausströmenden Abgas aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7, die unmittelbar nach dem Ende des Reaktivierungsbetriebes während eines konstanten Kraftmaschinenbetriebszustandes auftritt, kann das Gerät gemäß dem Ausführungsbeispiel daher bestimmen, dass sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verschlechtert hat, wenn sich die minimale NOx-Konzentration (Punkt A' in der 4) auf oder über ein vorbestimmtes Niveau erhöht hat.
Wenn sich darüber hinaus die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verschlechtert, dann wird die Dauer einer Ausführung eines Reaktivierungsbetriebes T' (das heißt die Zeitlänge zwischen dem Ende eines Reaktivierungsbetriebes und dem Erreichen der NOx-Konzentration auf einen vorbestimmten Wert Vnox) kürzer als die Dauer (die durch T in der 4 angegeben ist) eines Reaktivierungsbetriebes, der dann ausgeführt wird, wenn sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 nicht verschlechtert hat. Daher ist es auch möglich, die Dauer der Ausführung des Betriebes zum Reaktivieren der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 während eines konstanten Kraftmaschinenbetriebszustandes zu überwachen, und zu bestimmen, dass sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verschlechtert hat, wenn die Dauer kürzer als ein vorbestimmter Wert wird.
Auch wenn sich während des Reaktivierungsbetriebes das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 hinein strömt, zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis verschoben hat, ändert sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt, nicht unmittelbar zu der Seite des fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 hinein strömt, zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird, dann wird das NOx aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gelöst, und dann wird es durch die Reaktionen mit den Reduktionskomponenten reduziert, die in dem Abgas vorhanden sind, wie zum Beispiel HC, CO und dergleichen. Die HC- und CO Komponenten in dem Abgas werden nämlich durch das NOx oxidiert, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gelöst wird. Während die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 das NOx löst, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärts von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 strömt, auf oder nahe an dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gehalten. Wenn das Lösen von NOx aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 endet, dann wird die Oxidation der HC- und CO-Komponenten unterbrochen, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts von der NOx-Aborptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 zu der Seite des fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses geändert wird, und zwar wie im Falle des Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an der stromaufwärtigen Seite von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7. Die Daueraufrechterhaltung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases auf oder nahe an dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts von der NOx-Absorption- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 nach dem Start des Reaktivierungsbetriebes verlängert sich gemäß der NOx-Menge, die in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gespeichert ist. Falls sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 so verschlechtert hat, dass die NOx-Menge verringert wird, die in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gespeichert werden kann, dann wird daher die Dauer einer Aufrechterhaltung auf das theoretische Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Start des Reaktivierungsbetriebes kürzer. Es ist daher auch möglich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromabwärts von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 durch die Verwendung des stromabwärtigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 31 nach dem Start des Reaktivierungsbetriebes zu überwachen, während die Kraftmaschine in einem konstanten Zustand betrieben wird, und zu bestimmen, dass sich die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 verschlechtert hat, wenn die Dauer der Aufrechterhaltung des theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kürzer als ein vorbestimmter Wert wird.
Der Zustand (i-2) wird als nächstes beschrieben.
Um zu ermöglichen, dass die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 das NOx aus dem einströmenden Abgas absorbiert, ist es erforderlich, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 hinein strömt, an der mageren Seite ist, und dass die Temperatur der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 innerhalb eines geeigneten Bereiches ist.
Falls die Temperatur NOx-Absorption- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 niedriger als ihre Aktivierungstemperatur ist, dann kann die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalystorvorrichtung 7 kein NOx absorbieren. Falls die Temperatur der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 übermäßig hoch ist, dann löst die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 das NOx auf Grund der Wärme. Um eine geeignete NOx-Konzentration von ungefähr 0 in dem Abgas zu erreichen, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt, ist es daher erforderlich, dass die Temperatur der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gleich oder größer als die Aktivierungstemperatur ist (zum Beispiel ungefähr 250°C), und dass die Temperatur der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 innerhalb eines geeigneten Bereiches ist (zum Beispiel ungefähr 250°C bis ungefähr 400°C).
Um zu ermöglichen, dass die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 das NOx absorbiert, ist es daher erforderlich, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases an der mageren Seite ist, und dass die Temperatur der NOx-Absorptions und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 innerhalb eines geeigneten Bereiches ist (zum Beispiel ungefähr 250 bis 400°C).
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur und der Temperatur des Abgases aus der Kraftmaschine im voraus experimentell bestimmt und in dem ROM der ECU 30 in der Form einer numerischen Tabelle gespeichert.
Auf der Grundlage dieser Beziehung berechnet die ECU 30 eine Katalysatortemperatur aus der Abgastemperatur während des Betriebes der Kraftmaschine. Die Abgastemperatur der Kraftmaschine kann durch einen Temperatursensor direkt erfasst werden, der in dem Auslasskanal angeordnet ist, oder sie kann auch aus einem Kraftmaschinenlastzustand berechnet werden (Luft/Kraftstoffverhältnis, Kraftstoffeinspritzmenge, Drehzahl), und zwar auf der Grundlage einer Kraftmaschinenlastzustand/Kraftmaschinenabgastemperatur-Beziehung, die experimentell vorbestimmt wird.
Der Zustand (ii) wird beschrieben.
Die NOx-Menge, die aus der Kraftmaschine 1 ausgelassen wird, ändert sich in Abhängigkeit von den Kraftmaschinenlastzuständen wie zum Beispiel ein Arbeits-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die Kraftstoffeinspritzmenge, die Drehzahl und dergleichen. Normalerweise vermehrt sich die NOx-Menge, die aus der Kraftmaschine ausgelassen wird, während eines Betriebes bei hoher Last und bei hoher Drehzahl, und sie verringert sich während eines Betriebes bei niedriger Last wie zum Beispiel im Leerlauf oder dergleichen.
Wenn die Kraftmaschinenverbrennung für eine vorbestimmte Periode gestoppt wird, wenn nämlich die Kraftstoffzufuhr zu der Kraftmaschine für eine vorbestimmte Periode durch einen Kraftstoffunterbrechungsbetrieb oder dergleichen gestoppt wird (zum Beispiel wenn ein Kraftmaschinenbremszustand für eine vorbestimmte Periode während einer Fahrt auf einem langen Gefälle fortgesetzt wird), dann wird die NOx-Menge im Wesentlichen gleich 0, die aus der Kraftmaschine ausgelassen wird.
Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel bestimmt, dass die Kraftmaschine 1 in einem Zustand mit niedrigem NOx betrieben wird, wenn die Kraftmaschine 1 mit niedriger Last betrieben wird (zum Beispiel wenn die Kraftmaschine 1 im Leerlauf ist), oder wenn die Kraftstoffunterbrechung für eine vorbestimmte Periode fortgesetzt wurde.
Als Zusammenfassung der vorstehenden Beschreibung der Zustände (i) und (ii) wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 erfasst, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind.

(A) Die Katalysatorvorrichtung hat sich nicht verschlechtert.
(B) Die Temperatur der Katalysatorvorrichtung ist innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
(C) Ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis und ein Betrieb mit niedriger Last werden bewirkt, oder ein Kraftstoffunterbrechungsbetrieb wurde für eine vorbestimmte Zeitlänge fortgesetzt.

Wenn die Bedingungen (A), (B) und (C) erfüllt sind, dann wird die NOx-Menge äußerst klein, die aus der Kraftmaschine 1 ausgelassen wird, und die kleine NOx-Menge, die aus der Kraftmaschine 1 ausgelassen wird, wird im Wesentlichen vollständig in die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 absorbiert, so dass die NOx-Konzentration in dem Abgas im Wesentlichen zu 0 wird, das durch die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 hindurchtritt und den NOx-Sensor 33 erreicht, der stromabwärts von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 angeordnet ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Driften der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 auf der Grundlage der Abweichung der tatsächlichen Abgabe von dem NOx-Sensor 33, die dann auftritt, wenn die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt sind, von der Abgabe von dem NOx-Sensor entsprechend der NOx-Konzentration von 0 erfasst.
Die 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Betriebes zum Erfassen einer Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33, wie dies vorstehend beschrieben ist. Dieser Betrieb wird als eine Routine durchgeführt, die periodisch durch die ECU 30 ausgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf die 5 bestimmt die ECU 30 bei einem Schritt 501, ob die Bedingung zum Erfassen der Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 erfüllt ist, wenn der Betrieb gestartet wird. Bei dem Schritt 501 wird bestimmt, dass die Erfassungsbedingung erfüllt ist, wenn alle drei Bedingungen (A), (B) und (C) erfüllt sind, wie sie vorstehend beschrieben sind.
Wenn die Erfassungsbedingung nicht erfüllt ist, dann besteht die Möglichkeit, dass das NOx in dem Abgas enthalten ist, das durch die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 hindurchgetreten ist. Daher beendet die ECU 30 unmittelbar den Betrieb, ohne dass die Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 erfasst wird. Wenn die Erfassungsbedingung erfüllt ist, dann enthält das Abgas, das gegenwärtig zu dem NOx-Sensor 33 strömt, im Wesentlichen kein NOx, so dass die ECU 30 die Prozesse des Schrittes 503 und den nachfolgenden Schritten ausführt.
Bei dem Schritt 503 liest die ECU 30 die Abgabe Vnox von dem NOx-Sensor 33. Nachfolgend bei einem Schritt 505 liest die ECU 30 die Abweichung der Sensorabgabe NSoff, die während der vorherigen Ausführung des Betriebes berechnet wird. Bei einem Schritt 507 berechnet die ECU 30 eine geglättete Abgabe VSO von dem NOx-Sensor 33 als VSO = (Vnox + VSO)/2. Die geglättete Abgabe VSO wird nämlich als ein arithmetisches Mittel der geglätteten Abgabe VSO, die während der vorherigen Ausführung des Betriebes berechnet wird, und der Abgabe Vnox von dem NOx-Sensor 33 berechnet, die während der gegenwärtigen Ausführung des Betriebes gelesen wird. Der Glättungsprozess bei dem Schritt 507 glättet eine Schwankung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33, die durch externe Störungen und anderen Einflüssen verursacht wird.
Nachfolgend berechnet die ECU 30 bei einem Schritt 509 eine Abweichung der Sensorabgabe (Versatz) Voff. Der Versatz Voff wird als Voff = Vnox₀ – VSO berechnet, wobei Vnox₀ ein Referenzwert der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 entsprechend der NOx-Konzentration von 0 ist.
Bei einem Schritt 511 glättet die ECU 30 den Versatz Voff, sie berechnet nämlich einen geglätteten Wert NSoff des Versatzes als NSoff = (Voff + NSoff)/2. Der geglättete Versatzwert NSoff wird zum Beispiel in einem Sicherungs-RAM gespeichert, der gespeicherte Inhalte auch dann halten kann, nach dem die Leistung ausgeschaltet wurde.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 während des Betriebes der Kraftmaschine 1 erfasst. Dies ist dadurch begründet, dass die Kraftmaschine 1 kein NOx auslässt, nach dem die Kraftmaschine gestoppt wurde, und daher wird die NOx-Konzentration in dem Abgas nahe dem NOx-Sensor 33 äußerst gering. Außerdem ist es möglich, eine Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 zu erfassen, bevor die Kraftmaschine 1 gestartet wird (oder nach dem die Kraftmaschine 1 gestoppt wurde), falls der NOx-Sensor 33 durch die Heizvorrichtung 370 (siehe 2) im voraus ausreichend erwärmt wurde.
Unter Bezugnahme auf die 6 wird als nächstes ein Reaktivierungsbetrieb auf der Grundlage der NOx-Sensorabgabe beschrieben, die unter Verwendung des Versatzwertes NSoff der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 korrigiert wird, der durch den vorstehend beschriebenen Prozess berechnet wird. Die in der 7 dargestellte Routine wird auch durch die ECU 30 periodisch ausgeführt.
Bei dieser Routine reaktiviert die ECU 30 die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 durch Durchführen eines Fett-Puls-Betriebes, bei dem die Kraftmaschine 1 mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeit betrieben wird, und zwar jedes Mal dann, wenn die korrigierte Abgabe von dem NOx-Sensor 33 einen vorbestimmten Wert Vnox1 während eines Betriebes der Kraftmaschine 1 mit magerem Luft/Kraftstoffverhältnis erreicht (während die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 NOx absorbiert.
Bei einem Schritt 601 bestimmt die ECU 30, ob die Kraftmaschine 1 mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird. Falls die Kraftmaschine 1 nicht mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird (das heißt wenn die Kraftmaschine 1 mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder mit dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird), dann besteht kein Bedarf einer Durchführung des Betriebes zum Reaktivieren der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7, so dass die ECU 30 die Routine unmittelbar beendet.
Wenn die Kraftmaschine 1 mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, dann liest die ECU 30 bei einem Schritt 603 die Abgabe Vnox von dem NOx-Sensor 33. Nachfolgend berechnet die ECU 30 bei einem Schritt 605 einen geglätteten Wert VS der Sensorabgabe als VS = (NOx + VS)/2, und zwar durch die Verarbeitung, die im Wesentlichen gleich der Verarbeitung bei dem Schritt 507 in der 5 ist.
Nachfolgend liest die ECU 30 bei einem Schritt 607 den geglätteten Versatzwert NSoff der Abgabe von dem NOx-Sensor 33, die bei der Routine berechnet wird, die in der 5 dargestellt ist. Bei einem Schritt 609 korrigiert die ECU 30 den geglätteten Sensorabgabewert VS unter Verwendung des Wertes NSoff, das heißt sie berechnet einen korrigierten Abgabewert NOS als NOS = VS + NSoff.
Nachfolgend bestimmt die ECU 30 bei einem Schritt 611, ob der Betrieb zum Reaktivieren der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 auf der Grundlage des korrigierten Abgabewertes NOS erforderlich ist, das heißt ob der korrigierte Wert NOS gleich oder größer als der vorbestimmte Wert Vnox1 ist. Falls NOS ≥ Vnox1 gilt (was bedeutet, dass der Reaktivierungsbetrieb erforderlich ist), schreitet die ECU 30 zu einen Schritt 613, bei dem die ECU 30 den Wert eines Reaktivierungsbetriebausführungsmerkers XRS auf „1" festlegt. Die ECU 30 beendet dann die Routine.
Falls der Wert des Reaktivierungsbetriebausführungsmerkers XRS auf „1" festgelegt ist, wird das Arbeits-Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine 1 zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine vorbestimmte Zeitlänge gewechselt, und dann wird es zu einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch eine andere Routine (nicht gezeigt) der ECU 30 zurückgesetzt. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zurückgesetzt wird, dann wird der Wert des Reaktivierungsbetriebausführungsmerkers XRS auf 0 zurückgesetzt. Durch diesen Fett-Puls-Betrieb wird das NOx, das in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gespeichert ist, aus der Katalysatorvorrichtung 7 gelöst, und dann wird es durch die HC- und CO-Komponenten des Abgases mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis reduziert.
Wie dies aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich ist, wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor 33 erfasst, und dann wird auf der Grundlage der erfassten Sensorabgabeabweichung die tatsächliche Abgabe von dem NOx-Sensor 33 korrigiert. Dieser Betrieb ermöglicht es, die genaue NOx-Konzentration in dem Abgas konstant zu erfassen, das aus der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 heraus strömt, so dass die Reaktivierung der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 mit einer geeigneten Zeitgebung durchgeführt werden kann.
Auch wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 durch einen Betrieb der Kraftmaschine 1 mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeit reaktiviert wird, kann die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 auch durch einen anderen Betrieb reaktiviert werden.
Die 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 durch Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abschnitt eines Auslasskanales stromaufwärts von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 reaktiviert. In der 7 werden jene Abschnitte und Bauelemente, die mit den Abschnitten und Bauelementen aus der 1 vergleichbar sind, durch vergleichbare Bezugszeichen bezeichnet. Das in der 7 gezeigte Gerät unterscheidet sich von dem Gerät bei dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Reduktionsmittelzuführungsvorrichtung 9 vorgesehen ist. Die Reduktionsmittelzuführungsvorrichtung 9 hat eine Reduktionsmitteleinspritzdüse 91, die ein Reduktionsmittel in einen Abschnitt eines Auslasskanales 2 stromaufwärts von der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 einspritzt, eine Reduktionsmitteldruckquelle 92 und ein Steuerventil 93, das die Menge des Reduktionsmittels steuert, das aus der Reduktionsmitteleinspritzdüse 91 eingespritzt wird.
Das Reduktionsmittel, das von der Reduktionsmitteleinspritzdüse 91 eingespritzt wird, kann eine Reduktionskomponente wie zum Beispiel Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder dergleichen sein, oder eine Flüssigkeit oder gasförmige Kohlenwasserstoffe oder dergleichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Kraftstoff einer Kraftmaschine 1 als ein Reduktionsmittel verwendet, und zwar angesichts der Einfachheit beim Speichern und Erneuern. Daher wird der Reduktionsmitteldruckquelle 92 mit Druck beaufschlagter Kraftstoff von einem Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) der Kraftmaschine 1 zugeführt. Die Reduktionsmitteldruckquelle 92 führt den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff zu der Reduktionsmitteleinspritzdüse 91 über das Steuerventil 93 zu.
Der Betrieb zu Erfassen der Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor und der Betrieb zum Reaktivieren der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 bei diesem Ausführungsbeispiel sind im Wesentlichen gleich den Betrieben, die in den 5 und 6 dargestellt sind. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der Wert des Reaktivierungsbetriebausführungsmerkers auf „1" durch den in der 6 dargestellten Betrieb festgelegt wird, dann veranlasst die ECU 30 das Einspritzen des Reduktionsmittels in den Auslasskanal 2 für eine kurze Zeit durch die Reduktionsmittelzuführungsvorrichtung 9. Wenn eine Menge des eingespritzten Reduktionsmittels die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 erreicht, dann wird ein Teil der Menge des Reduktionsmittels an der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 oxidiert, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Atmosphäre um der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird, und nicht verbranntes HC, CO und dergleichen werden erzeugt. Daher wird das NOx gelöst, das in der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 gespeichert ist, und dann wird es durch HC, CO und dergleichen in dem Abgas reduziert.
Auch wenn bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel die NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung 7 als eine NOx-Verringerungskatalysatorvorrichtung verwendet wird, so ist die bei der Erfindung verwendete NOx-Verringerungskatalysatorvorrichtung nicht auf eine NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung beschränkt. Die vorherigen Ausführungsbeispiele können zum Beispiel auch eine selektive Reduktionskatalysatorvorrichtung als eine NOx-Verringerungskatalysatorvorrichtung verwenden.
Die selektive Reduktionskatalysatorvorrichtung, die für die Erfindung geeignet ist, hat zum Beispiel eine Katalysatorvorrichtung mit Zeolith als eine katalytische Komponente, und sie ist mit Kupfer (Cu) durch einen Ionenaustausch oder dergleichen geladen, und eine Katalysatorvorrichtung, die durch Platin (Pt) durch Impregnation oder dergleichen geladen ist. Eine derartige selektive Reduktionskatalysatorvorrichtung hat die Funktion zum Reduzieren von NOx in dem Abgas zu N₂, in dem NOx wahlweise mit HC und CO beim Vorhandensein von geeigneten Mengen an HC, CO und dergleichen reagiert wird. Falls Kohlenwasserstoffe (HC) und dergleichen in dem Abgas vorhanden sind, das in eine selektive Reduktionskatalysatorvorrichtung hinein strömt, dann werden nämlich die HC-Komponenten und dergleichen in Poren des Zeolith adsorbiert. Eine metallische Komponente einer selektiven Reduktionskatalysatorvorrichtung wie zum Beispiel Platin, Kupfer oder dergleichen absorbiert NOx-Komponenten aus dem Abgas mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Die HC-Komponenten und dergleichen, werden an die Zeolithoberfläche bei einem vorbestimmten Temperaturbereich adsorbiert, so dass die Komponenten an der Oberfläche mit dem NOx reagieren, das an den Oberflächen des Platin, Kupfer oder dergleichen adsorbiert ist, wodurch NOx reduziert wird.
Die selektive Reduktionskatalysatorvorrichtung benötigt eine geeignete Menge an HC-Komponenten und dergleichen, um das NOx zu reduzieren, wie dies vorstehend beschrieben ist. Falls die Menge der HC-Komponenten und dergleichen, die in der selektiven Reduktionskatalysatorvorrichtung adsorbiert sind, unzureichend wird, verringert sich daher die NOx-Reduktionsrate, so dass sich die NOx-Konzentration in dem Abgas erhöht, das aus der selektiven Reduktionskatalysatorvorrichtung heraus strömt. Daher kann eine hohe NOx-Reduktionsrate der selektiven Reduktionskatalysatorvorrichtung dadurch aufrechterhalten werden, dass ein NOx-Sensor stromabwärts von der selektiven Reduktionskatalysatorvorrichtung angeordnet wird und das HC-Komponenten und dergleichen zu der selektiven Reduktionskatalysatorvorrichtung zugeführt werden, wenn die durch den NOx-Sensor erfasste NOx-Konzentration auf einen vorbestimmten Wert erhöht wird, wie dies bei der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorvorrichtung der Fall ist.
Wie dies aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich ist, kann das Emissionssteuergerät für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung die genaue NOx-Konzentration in dem Abgas auch in jenem Fall erfassen, wenn die NOx-Sensorabgabe auf Grund einer Verschlechterung des Sensors oder dergleichen driftet.
Darüber hinaus ermöglicht das Emissionssteuergerät gemäß der Erfindung, dass die NOx-Verringerungskatalysatorvorrichtung das NOx- im Wesentlichen in jedem Fall geeignet verringert, in dem Charakteristika des Abgases eingestellt werden, das in die NOx-Verringerungskatalysatorvorrichtung hinein strömt, und zwar auf der Grundlage einer korrigierten Abgabe von dem NOx-Sensor.

Claims

Emissionssteuergerät für eine Brennkraftmaschine (1), gekennzeichnet durch einen NOx-Verringerungskatalysator (7), der in einem Auslasskanal (2) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der NOx-Verringerungskatalysator eine NOx-Menge in dem darin strömenden Abgas gemäß einem Zustand des Abgases verringert; einen NOx-Sensor (33), der in dem Auslasskanal stromabwärts von dem NOx-Verringerungskatalysator angeordnet ist, wobei eine Abgabe von dem NOx-Sensor (33) einer NOx-Konzentration des Abgases entspricht, das aus dem NOx-Verringerungskatalysator heraus strömt; und eine Steuereinrichtung (30) zum Überwachen eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) und zum Bestimmen einer Abweichung des Abgabewertes von dem NOx-Sensor (33) von einem vorbestimmten Referenzwert, wenn die Kraftmaschine (1) in einem vorbestimmten Betriebszustand betrieben wird, wobei die Steuereinrichtung (30) den Abgabewert von dem NOx-Sensor (33) auf der Grundlage der Abweichung des Abgabewertes von dem vorbestimmten Referenzwert korrigiert, wobei ein Betrieb zum Erfassen einer Abweichung der Abgabe von dem NOx-Sensor (33) gestartet wird, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: der Katalysator (7) wurde nicht verschlechtert; die Katalysatortemperatur ist innerhalb eines vorbestimmten Bereiches; ein mageres Luft/Kraftstoffverhältnis und ein Betrieb mit niedriger Last werden bewirkt.
Emissionssteuergerät gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (30) bestimmt, dass der NOx-Verringerungskatalysator (7) normal funktioniert, wenn die Steuereinrichtung (30) bestimmt, dass eine Fähigkeit des NOx-Verringerungskatalysators (7) zum Absorbieren von NOx aus dem Abgas gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, und dass der NOx-Verringerungskatalysator (7) in einem Zustand ist, bei dem der NOx-Verringerungskatalysator (7) NOx aus dem Abgas absorbieren kann.
Emissionssteuergerät gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung (30) auf der Grundlage der Abgabe von dem NOx-Sensor (33) unmittelbar nach einer Reaktivierung des NOx-Verringerungskatalysators (7) bestimmt, ob sich der NOx-Verringerungskatalysator (7) verschlechtert hat.
Emissionssteuergerät gemäß Anspruch 2, wobei der NOx-Verringerungskatalysator (7) NOx aus dem Abgas absorbieren kann, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Verringerungskatalysator hinein strömenden Abgases ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist und eine Temperatur des NOx-Verringerungskatalysators innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist.
Emissionssteuergerät gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (30) einen Zustand des in den NOx-Verringerungskatalysator hinein strömenden Abgases auf der Grundlage des korrigierten Abgabewertes von dem NOx-Sensor so steuert, dass die NOx-Konzentration des aus dem NOx-Verringerungskatalysator (7) heraus strömenden Abgases minimiert wird.
Emissionssteuergerät gemäß Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (30) den Zustand des Abgases durch Einstellen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Kraftmaschine steuert.
Emissionssteuergerät gemäß Anspruch 5, des Weiteren mit einer Reduktionsmittelzuführungseinrichtung (9) zum Zuführen eines Reduktionsmittels in ein Abgas, das in den NOx-Verringerungskatalysator (7) hinein strömt, wobei die Steuereinrichtung (30) den Zustand des Abgases durch Einstellen einer Menge des Reduktionsmittels steuert, das in das Abgas zugeführt wird.