CN1116506C - 内燃机的排放控制装置 - Google Patents

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Abstract

吸收和还原NOx的催化剂装置设置在发动机的排气通道中。流出催化剂装置的废气中的NOx浓度通过NOx传感器来探测。每当由NOx传感器所探测到的NOx的浓度增加到预定值时，发动机的电子控制单元通过发动机以较大的空-燃比工作一个较短时间来再生吸收和还原NOx的催化剂装置。根据标准值和发动机工作在这样的条件下所产生的NOx传感器的输出：从发动机排出的NOx的总量较小，从而ECU还探测出NOx传感器的输出偏差。根据探测的偏差，ECU校正NOx传感器的输出。

Description

内燃机的排放控制装置
本发明涉及内燃机的排放控制装置，本发明尤其涉及具有用来探测废气中的NOx浓度的NOx传感器的内燃机排放控制装置。
例如，在日本专利申请实开昭No.平7-166851中，描述了具有用来探测来自内燃机的废气中的氮的氧化物(NOx)的浓度的NOx传感器的排放控制装置。在该排放控制装置中，吸收和还原NOx的催化剂设置在发动机的排气通道中，而NOx传感器设置在催化剂下游处的一部分排气通道中，从而探测通过吸收和减少NOx的催化剂的废气中的NOx浓度。当流入到催化剂中的废气的空-燃比处于理论空-燃比的较小侧时，吸收和减少NOx的催化剂吸收来自废气中的NOx。当流入到催化剂的废气中的氧浓度减少时，催化剂释放NOx。因此，吸收和减少NOx的催化剂用作减少Nox的催化剂。
吸收和减少NOx的催化剂的吸收NOx的能力随着所吸收的NOx的总量的增加而减少。因此，当吸收在吸收和减少NOx的催化剂上的NOx的总量增加时，通过吸收和减少NOx的催化剂而没有被吸收的NOx的总量增加了，因此保留在来自排气系统的废气中的NOx的总量增加了。
因此，当通过NOx传感器(该传感器设置在位于吸收和减少NOx的催化剂的下游处的一部分排气通道上)所探测到的废气中的NOx浓度增加到预定值时，上述装置使得发动机以含燃料较多的空-燃比工作一个较短时间，从而改变流入到吸收和减少NOx的催化剂的废气情况(在这种情况下，把废气空-燃比改变到较大的那侧)。由于这种工作，NOx从吸收和减少NOx的催化剂中释放出来，因此损坏了吸收和减少NOx的催化剂的吸收NOx的能力。
当来自发动机的废气中的空-燃比移到较大那侧上，废气中的氧浓度减少了，而起着还原剂作用的成分如未没有燃烧的碳氢(HC)、一氧化碳(CO)和类似物的数量增加了。当废气中的氧浓度减少时，NOx从吸收和减少NOx的催化剂中释放出来。即，储存在吸收和减少NOx的催化剂中的NOx的总量减少了。从吸收和减少NOx的催化剂释放出来的NOx的总量与催化剂上的废气中的还原剂成分进行反应，因此减少了存在于废气中的Nox的总量。
但是，如果根据NOx传感器所探测到的废气中的NOx浓度来控制从吸收和减少NOx的催化剂释放NOx和还原作用，那么就会产生一个问题：如果NOx传感器已损坏，那么NOx传感器输出就漂移了。在这种情况下，用NOx传感器的输出来表示的NOx的浓度偏离实际的NOx浓度。
如果产生这种传感器输出偏差，那么合适地进行NOx的释放和还原(吸收和减少NOx的催化剂的反应)是困难的。不必要的执行再生过程引起发动机的燃料消耗量降低、把没有燃烧的HC和CO释放到大气中及由于储存在吸收和减少NOx的催化剂中的NOx的总量增加而使NOx从下游处的吸收和减少NOx的催化剂中流出，及类似情况。
基本上与上述同样的问题也产生在这样的装置中：它采用选择性还原催化剂作为减少NOx的催化剂，该选择性还原催化剂可以有选择地还原存在于较小空-燃比的废气中的Nox。
选择性还原催化剂通过使用废气中的HC和CO成分来减少NOx。如果存在于选择性还原催化剂上的HC和CO成分的总量不够，那么流到催化剂下游处而没有被还原的NOx的总量增加了。例如，在一种装置中，流出选择性还原催化剂而没有被还原的NOx的总量可以为设置在催化剂下游处的NOx传感器探测到，并且根据没有还原的NOx的总量，发动机工作空-燃比被改变，从而调整流入到催化剂中的废气特性(在这种情况下，HC和CO成分的总量)，NOx传感器的输出偏差使得没有反应的HC和CO成分排放到大气中、使得没有还原的NOx排放到大气中、或者其它问题。
相应地，本发明的目的是提供一种内燃机排放控制装置，即使在调整流入到减少NOx的催化剂中的废气特性期间，NOx传感器的输出发生偏差，但是该控制装置可以根据NOx传感器输出而合适地减少存在于废气中的NOx总量。
为实现上述目的和其它目的，本发明提供了一种内燃机的排放控制装置，该装置包括：减少NOx的催化剂，它设置在内燃机的排气通道中，并且根据流过那儿的废气情况而减少存在于废气中的NOx的总量；NOx传感器，它设置在位于减少NOx的催化剂下游处的排气通道中，该NOx传感器的输出与流出减少NOx的催化剂的废气中的NOx浓度相一致；和控制器。该控制器确定内燃机的工作情况，并且当发动机在预定工作情况下进行工作时，确定NOx传感器的输出值偏离预定的标准值。根据输出值偏离预定标准值，控制器校正Nox传感器的输出值。
内燃机的预定工作情况可以是这样的情况：NOx浓度正常，并且从内燃机中排出来的NOx的数量较小(如，在怠速期间，低负荷工作，或者切断燃料工作)。在这种发动机工作工作情况下，到达NOx传感器的废气中的NOx浓度基本上变成0，因此NOx传感器的输出值应该与0 NOx浓度相一致，除非NOx传感器输出已经漂移。本发明的排放控制装置根据标准输出值(如与0 NOx浓度相一致的NOx传感器输出值)和在上述情况下从NOx传感器输出的值而计算出NOx传感器的目前输出值的漂移大小，并且根据所计算出来的漂移大小来校正NOx传感器的输出。
因此，即使由于传感器的损坏或者类似情况导致NOx传感器输出发生偏移，但是本发明的排放控制装置可以精确地探测到废气中的NOx的浓度。尽管这个概述没有公开本发明的所有特征，但是应当明白，从属权利要求所表示的特征的任何结合落入本发明的范围内。
参照附图，从优选实施例的下面描述中可以看出，本发明的上述目的、特征和优点和其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中相同标号用来表示相同的元件，其中：
图1是第一实施例的结构示意图，在该结构中本发明的排放控制装置应用到汽车的汽油机上；
图2是Nox传感器的结构示意图；
图3是表示流出吸收和还原NOx的催化剂装置的废气中的NOx浓度在催化剂再生工作时间附近的变化的简图；
图4是表示流出吸收和还原NOx的催化剂装置的废气中的NOx浓度在催化剂装置已损坏的情况下进行变化的简图；
图5是图解探测NOx传感器的输出偏差的工作流程图；
图6是图解根据NOx传感器的校正过的输出偏差而再生吸收和还原NOx的催化剂装置的工作流程图，及
图7是第二实施例的结构示意图，在该结构中本发明的排放控制装置应用到汽车的汽油机上。
参照附图，下文中将描述本发明的优选实施例。
图1是第一优选实施例的结构示意图，在该第一优选实施例中，本发明的排放控制装置应用到安装在汽车上的内燃机上。
内燃机1是具有四缸(#1-#4)的4缸汽油机。每个汽缸具有把燃料喷射到汽缸中的燃料喷射阀111-114。这个实施例中的发动机1是微弱燃烧的发动机，它可以在空-燃比超过理论空-燃比(在理论空-燃比的燃料少的那侧时)时进行工作。
汽缸#1-#4分成两组，每组由两个点火正时不依次相连的汽缸组成。在这个实施例中，点火顺序是#1-#3-#4-#2。因此，汽缸#1、#4形成一个汽缸组，而汽缸#2、#3形成另一个汽缸组。每组汽缸的排气口连接到排气歧管上。两个汽缸组的排气歧管分别连接到排气通道中。更加具体地说，汽缸#1、#4组的排气口通过排气歧管21a而连接到具体组(group-specific)的排气通道2a上，而汽缸#2、#3组的排气口通过排气歧管21而连接到具体组(group-specific)的排气通道2b上。具体组的排气通道2a、2b各自设置有起动催化剂装置5a、5b。具体组的排气通道2a、2b连接到起动催化剂装置5a、5b的下游处的共用排气通道。通过三用催化剂装置来形成每个起动催化剂装置5a、5b，而当流进催化剂装置中的排气的空-燃比在邻近理论空-燃比的狭窄范围内时，三用催化剂装置可以同时减少存在于排气中的HC、CO和NOx成分的总量。
共用排气通道2设置有吸收和还原NOx的催化剂装置7。上游侧的空-燃比传感器29设置在位于吸收和还原NOx的催化剂装置7上游处的一部分共用排气通道2上。下游侧的空-燃比传感器31设置在位于吸收和还原NOx的催化剂装置7下游处的一部分共用排气通道2上。上游侧的空-燃比传感器29和下游侧的空-燃比传感器31是线性空-燃比传感器，而这些线性传感器的输出信号根据废气的空-燃比进行连续变化。
根据废气中的NOx的浓度输出信号的NOx传感器33靠近下游侧的空-燃比传感器31而设置。
电控制单元(ECU)30是一种具有CPU、RAM、ROM和类似物的微型电子计算机。ECU30实现发动机1的基本控制，如空-燃比控制、燃料喷射控制和类似控制。如下面所述，ECU30还探测出NOx传感器输出的偏差，并修正传感器的输出。
ECU30的输入口接受表示吸收和还原NOx的催化剂装置7的上游侧和下游侧处的排气空-燃比的信号，这些信号通过单独的A/D转换器(未示出)来自上游侧空-燃比传感器29和下游侧空-燃比传感器31。ECU30的输出口通过燃料喷射电路(未示出)而连接到气缸的燃料喷射阀111-114上，从而控制喷射到每个气缸内的燃料总量和燃料喷射正时。
将详细地描述这个实施例中的吸收和还原NOx的催化剂装置7。吸收和还原NOx的催化剂装置7具有支撑，例如该支撑由矾土制成。该支撑载有贵金属如铂(pt)或类似物和至少从碱金属(钾(K)、钠(Na)、锂(Li)、铯(Cs)、和类似物)、碱土(钡(Ba)、钙(Ca)和类似物)和稀土族(镧(La)、锗(Ce)、钇(Y)和类似物)组成的组中选择出来的一种成分。当流入到催化剂装置7中的废气空-燃比处于较小的那侧时，吸收和还原NOx的催化剂装置7以硝酸离子NO3 -的形式从废气中吸收NOx(NO2、NO)。当流入到催化剂装置7中的废气空-燃比移到较大的那侧时，催化剂装置7释放NOx。
将结合具有铂(pt)和钡(Ba)的催化剂装置来描述吸收和释放NOx的机构。实际上，上述机构可以应用到具有其它贵金属和其它碱金属、碱土和稀土的催化剂装置上。
当流入催化剂装置中的废气(流入的废气)的氧浓度增加时(这就是说，当废气的空-燃比移到较小的那侧上时)，氧以O2 -或者O2-的形式附着在铂上。来自废气中的NOx与O2 -或者O2-在铂上进行反应，从而形成NO2。因此而形成的NO2与来自流入废气中的NO2一起在铂上进行进一步的氧化作用，并且被吸收到催化剂装置中，并以硝酸离子NO3-的形式扩散到催化剂装置中，同时结合成氧化钡(BaO)。因此，在较少大气中(含氧多的大气中)，废气中的NOx以硝酸盐的形式吸收到催化剂装置中。
当流入催化剂装置的废气中的氧浓度明显减少时(即，当废气的空-燃比移到理论空-燃比或者移动较大的那侧时)，在铂上所产生的NO2的总量减少。因此，上述反应逆向进行，因此硝酸离子NO3 -以NO2的方式从催化剂装置中释放出来。如果还原剂成分如CO或者类似物、或者CO2、HC成分或者类似物存在于废气中，这些成分减少了铂上的NO2。
发动机1以较小的空-燃比进行工作的期间，吸收和还原NOx的催化剂装置7从废气中吸收NOx。在发动机1以较大空-燃比进行工作期间，吸收和还原NOx的催化剂装置7释放NOx，并且引起NOx的减少。如果发动机1以较小的空-燃比进行工作期间，吸收在吸收和还原NOx的催化剂装置7内的NOx的总量增加，那么吸收和还原NOx的催化剂装置7的吸收NOx的能力减少了，因此没有减少的NOx(即通过吸收和还原NOx的催化剂装置7而没有被吸收的NOx)在数量上增加了。在这种情况下，这个实施例进行含较多脉冲的工作，在该工作过程中，发动机空-燃比从较小的空-燃比转换到较大的空-燃比一个短时间，从而从吸收和还原NOx的催化剂装置7中释放NOx并且减少NOx(即使吸收和还原NOx的催化剂装置7恢复活动)。
下面，将描述通过这个实施列中的NOx传感器33来进行NOx探测的原理。
图2是这个实施例中的Nox传感器33的结构示意图。
NOx传感器33通过氧化锌(ZnO2)或者类似物的固态电解质33来形成。在固态电解质331的主体内形成了第一反应室340、第二反应室350和大气室360，第一反应室340通过扩散速率确定部分335而连接到排气通道上，第二反应室350通过扩散速率确定部分337而连接到第一反应室340，环境空气作为标准气体加入到大气室360中。
扩散速率确定部分335、337限制氧成分扩散到第一反应室340或者第二反应室350，并且使第一反应室340和排气通道之间及第一反应室340和第二反应室350之间的氧浓度保持不同成为可能。
铂电极(阴极)341设置在第一反应室340内。同样的铂电极(阳极)342设置在NOx传感器33的外表面上，并且从阴极341跨过固态电解质331的壁。另一个相同的铂电极351和NOx探测铑(Rh)电极353设置在第二反应室350内。作为标准的铂电极361设置在大气室360内。NOx传感器33还具有电加热器370，从而加热固态电解质331。
设置在第一反应室340内的电极341和外部电极342这一对及设置在第二反应室350内的电极351和外部电极342这一对用作氧气泵，从而把氧从存在于第一反应室340和第二反应室350内的废气中排出到外部。在电极341、342之间及在电极351、342之间施加电压时，同时固态电解质331的温度比预定值高时，废气中的氧分子在阴极341、351上离子化，离子化的氧分子通过固态电解质331的壁向着阳极342迁移。在阳极342上，氧离子结合从而形成氧分子。在这种方法中，氧从存在于第一反应室340和第二反应室350内的废气中排出到外部。上述氧离子的迁移在电极342和电极341、351之间产生了电流，该电流与每单位时间迁移的氧分子的总量成正比例。
借助于控制通过电极之间的固态电解质331的电流，可以控制从每个反应室中排出的氧的总量。
在这个实施例中，设置在大气室360内的电极361和设置在第一和第二反应室340、350内的电极341、351在它们之间形成氧电解槽(oxygen cells)。与环境空气相比，在每个第一和第二反应室内的废气具有较小的氧浓度，即在大气室360内的空气和每个反应室内的废气之间存在氧浓度差。因此，当把大气室360从每个反应室340、350分开的的固态电解质的温度升高到或者超过预定温度时，只要没有在电极361和电极341、351之间施加外部电压，那么根据它们之间的氧浓度差，氧从大气室360通过它们之间的固态电解质331而迁移到反应室340、350中。具体地说，存在于大气室360空气中的氧分子在电极361上离子化，而且氧离子通过固态电解质331的壁部分迁移到反应室340、350，在这些反应室内氧浓度相对较小。氧离子在反应室340、350的电极341、351上形成氧分子。因此，根据大气室360的空气(大气)中的氧浓度和每个反应室内的废气中的氧浓度之间的差值，在每个反应室的电极361和电极341、351之间形成电压。由于大气中的氧浓度基本上不变，因此大气室360的电极361和每个反应室的电极341、351之间的电势差V0、V1(看图2)表明了存在于每个反应室340、350中的废气中的氧浓度。
电极341、342和电极351、342用作氧气泵，从而把氧从反应室排出到外部。通过调整电极之间的泵的电流IP0、IP1(见图2)来控制每个氧气泵的氧排出速率，以致使存在于每个反应室内的废气中的氧浓度(即，电压V0、V1)保持一个固定值。在这个实施例中，控制泵的电流IP0、IP1，例如以致使第一反应室340和第二反应室350内的氧浓度各自等于约1ppm和约0.01ppm。因此，把具有较小氧浓度的还原性大气保持在第二反应室350内。NOx(NO2、NO)没有通过氧气泵而从反应室内的废气中排出到外部，因此存在于第一和第二反应室内的废气中的NOx的浓度基本上保持等于存在于反应室外部的废气中的浓度。但是，由铑形成的、第二反应室350的NOx探测电极353用作还原催化剂，即在还原气氛中还原NOx(NO2、NO)。由于在大气室360的NOx探测电极353和标准电极361之间施加了电压，因此在Nox探测电极353上产生如下的反应：
或者
其结果是还原了NOx，产生了氧。氧在NOx探测电极353上离子化。氧离子通过固态电解质331的壁部而迁移到标准电极361上，并且在标准电极361上形成氧分子。由于第二反应室350的氧浓度非常小，因此可以认为，实际上向着标准电极361而流入固态电解的氧离子的全部总量通过还原NOx而生产出来。因此，每单位时间流入固态电解质中的氧离子的总量与第二反应室中的NOx的浓度(排气通道中的废的NOx的浓度)相对应。因此，排气通道中的废气中的NOx浓度通过测量电流(图2中的IP2)来探测，而该电流通过氧离子的上述迁移来产生。这个实施例中的NOx传感器33把电流IP2的值转化成电压信号，并且根据流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的NOx的浓度来输出电压信号VNOX。
在这个实施例中，在发动机1的较小空-燃比工作过程中，每当NOx传感器33的输出到达预定值VOX1，就会引起发动机1以较大的空-燃比工作一个较短时间(较大的脉冲工作)，因此把流入到吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气的空-燃比转换到较大的空燃比中。其结果是，废气中的氧浓度减少了，含在废气中的还原剂成分如没有燃烧的HC、CO和类似物在总量上增加了。因此，储存在吸收和还原NOx的催化剂装置7中的NOx释放了，并且通过存在于废气中的还原剂成分使之在吸收和还原NOx的催化剂装置7中进行还原。使NOx从吸收和还原NOx的催化剂装置中释放并还原NOx的工作过程在这里称之为“吸收和还原NOx的催化剂再生工作”。
图3表示流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的NOx的浓度的变化，该变化通过执行再生工作来产生。
在图3中，垂直轴线表示设置在吸收和还原NOx的催化剂装置7下游处的NOx传感器33的输出VNOX，而水平轴线表示时间。在发动机1的较小空-燃比工作过程中，吸收和还原NOx的催化剂装置7从废气中吸收NOx。当吸收在吸收和还原NOx的催化剂装置7中的NOx的总量增加时，催化剂装置7的NOx吸收能力减少了，因此流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的没有燃的NOx的总量逐渐增加了。因此，NOx传感器33的输出VNOX也逐渐增加了(在图3中用NS来表示)。这个实施例中的控制电路30执行使发动机1以较大空-燃比工作一个较短时间的较大脉冲(richspike)的工作，从而在流出的NOx浓度到达预定值VNOX1时，使吸收和还原NOx的催化剂装置7(在图3听时间点RS)再生。由于较大脉冲(rich spike)，较大空-燃比废气流到吸收和还原NOx的催化剂装置7中，因此没有燃烧的NOx从吸收和还原NOx的催化剂装置7中释放出来(在图3中用NH来表示)。所释放出来的NOx在吸收和还原NOx的催化剂装置7上进行还原，因此没有燃烧的Nox的释放在较短时间内结束。
如果如图2所示一样构造成的NOx传感器33用来探测吸收和还原NOx的催化剂装置7下游处的废气中的NOx的浓度，那么传感器输出产生漂移，即通过NOx传感器33所探测到的值偏离实际的NOx浓度。NOx传感器33的输出的这种漂移使得执行以图3所示的合适正时来再生吸收和还原NOx的催化剂装置7的工作是可能的。
因此，这个实施例以下面描述的方法探测到NOx传感器33的输出偏移，并且校正了NOx传感器33的输出。
下面将描述探测NOx传感器33的输出偏差和校正传感器输出的偏差。
(1)探测Nox传感器输出的偏差
在这个实施例中，根据NOx传感器33的输出来探测NOx传感器33的输出偏差，而NOx传感器33的输出是在发动机1处于下面情况下进行工作时产生的：流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的NOx浓度基本上变为0。在这种情况下，NOx传感器33的输出实质上希望等于一个与“0NOx浓度”相应的值。因此，NOx传感器33的“0NOx浓度”输出和NOx传感器33的实际输出之间的差值与NOx传感器33的输出偏差相一致。
上述“流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的NOx浓度基本上变为0的情况”表示：
(i)吸收和还原NOx的催化剂装置7处于正常功能的情况；及
(ii)发动机1进行工作以致排出的NOx总量减少的情况。
“吸收和还原NOx的催化剂装置7处于正常功能的情况”表示：
(i-1)吸收和还原NOx的催化剂装置没有变坏的情况；及
(i-2)可以从废气中吸收NOx的情况(例如，流入吸收和还原NOx的催化剂装置7内的废气的空-燃比位于较小的那侧，而吸收和还原NOx的催化剂装置7的温度处于合适范围内)。
首先描述情况(i-1)。
使吸收和还原NOx的催化剂装置7损坏并使NOx吸收能力减少有各种因素。例如，如果废气中含有SOx(硫的氧化物)，那么吸收和还原NOx的催化剂装置7基本上基于与吸收NOx的上述机构来吸收SOx并且以硫酸盐(如BaSO4)的形式含有SOx。但是，与硝酸盐相比，硫酸盐具有较高稳定性，因此借助于再生吸收和还原NOx的催化剂装置7的普通操作，硫酸盐不会从吸收和还原NOx的催化剂装置7释放出来。因此，如果SOx存在于废气中，那么在工作过程中，SOx逐渐地累积在吸收和还原NOx的催化剂装置7中。其结果是，参与NOx吸收的的吸收剂(如BaO)总量减少了，因此吸收和还原NOx的催化剂装置7的NOx的吸收能力减少了。当吸收和还原NOx的催化剂装置7以这种方式损坏时，通过吸收和还原NOx的催化剂装置7而没有被吸收的NOx的总量增加了，因此形成这种情况是不可能的：流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的Nox的总量基本上是0。
这个实施例通过采用下面所描述的一种方法来决定吸收和还原NOx的催化剂装置7是否已损坏。
图4是表示流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的NOx浓度变化的简图，这些变化在是再生工作(reactivatingoperation)(较大脉冲)之前和之后产生的。在图4中，实线表示在吸收和还原NOx的催化剂装置7没有损坏的情况下流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的NOx浓度。图4的虚线表示在吸收和还原NOx的催化剂装置7已损坏的情况下流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的NOx浓度。
随着储存在吸收和还原NOx的催化剂装置7中的NOx的总量增加了，吸收和还原NOx的催化剂装置7的吸收NOx的能力减少了。因此，在NOx吸收到吸收和还原NOx的催化剂装置7中的同时，流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的NOx的浓度逐渐增加了，储存在吸收和还原NOx的催化剂装置7中的NOx的总量增加了(图4中用NS来表示)。当NOx的浓度达到预定值(VNOX1)时，上述再生工作就完成了，因此下游侧NOx的浓度暂时升高(图4中用NH来表示)，然后降低。在再生工作结束之后，下游侧的NOx的浓度马上达到最小值(图4中用A来表示)，而该最小值与吸收和还原NOx的催化剂装置7的最大吸收能力相一致。
但是，当吸收和还原NOx的催化剂装置7的吸收NOx的能力由于催化剂装置7的损坏而明显减少时，尽管如图4虚线所示一样进行再生工作，但是不能充分地恢复吸收和还原NOx的催化剂装置7吸收NOx的能力，因此与吸收和还原NOx的催化剂装置7没有损坏时产生的最小NOx的浓度(点A)相比，最小的NOx浓度(图4中用A’来表示)变得较大。因此，通过检查从吸收和还原NOx的催化剂装置7流出的废气中的NOx的浓度(该浓度是在不变的发动机工作条件期间再生工作结束之后马上产生的浓度)，这个实施例中的装置可以确定：当最小NOx浓度(图4中的点A’)增加到或者超过预定水平时，那么吸收和还原NOx的催化剂装置7已经损坏。
此外，当吸收和还原NOx的催化剂装置7损坏时，与吸收和还原NOx的催化剂装置7没有损坏时所进行的再生工作的持续时间(图4中用T来表示)相比，执行再生工作T’的持续时间(即，再生工作结束和NOx浓度达到预定值VNOX1之间的时间总量)变短。因此，实现下面这些也是可能的：在不变的发动机工作情况期间，检查执行再生吸收和还原NOx的催化剂装置7的工作的持续时间，从而在持续时间变得比预定值短时，确定吸收和还原NOx的催化剂装置7已损坏。
尽管，在再生工作期间，流入吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气的空-燃比移到较大的空-燃比中，流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气的空-燃比不会马上变到较大的空-燃比侧。如果流入吸收和还原NOx的催化剂装置7中的废气的空-燃比变成较大的空-燃比，那么NOx从吸收和还原NOx的催化剂装置7中释放出来，然后通过与存在于废气中的还原剂成分如HC、CO和类似物进行反应而被还原。即，从吸收和还原NOx的催化剂装置7中释放出来的NOx氧化废气中的HC和CO成分。同时，吸收和还原NOx的催化剂装置7释放NOx，流到吸收和还原NOx的催化剂装置7的下游处的废气中的空-燃比保持或者接近理论空-燃比。当从吸收和还原NOx的催化剂装置7中释放NOx结束时，HC和CO成分的氧化作用停止了，因此吸收和还原NOx的催化剂装置7的下游侧的废气中的空-燃比改变到较大的空-燃比那侧，而该侧通常是吸收和还原NOx的催化剂装置7的上游侧的废气中的空-燃比。在再生工作开始之后，等于或者接近吸收和还原NOx的催化剂装置7下游侧的理论空-燃比的废气空-燃比的保持周期根据存储在吸收和还原NOx的催化剂装置7中的NOx的总量而增加。因此，如果吸收和还原NOx的催化剂装置7损坏了以致储存在吸收和还原NOx的催化剂装置7中的NOx的总量减少了，那么在再生工作开始之后的理论空-燃比保持周期变短了。因此，下面这些也是可能的：在再生工作开始之后，同时发动机在不变的情况下进行工作，通过使用下游侧空-燃比传感器31来检查吸收和还原NOx的催化剂装置7下游侧的废气空-燃比，从而在理论空-燃比保持周期变得比预定值短时，确定吸收和还原NOx的催化剂装置7已经损坏。
下面描述情况(i-2)。
为了使吸收和还原NOx的催化剂装置7从流入的废气中吸收NOx，因此需要流入到吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气的空-燃比处于较小的那侧，而且吸收和还原NOx的催化剂装置7的温度处于合适范围内。
如果吸收和还原NOx的催化剂装置7的温度比它的活性温度低，那么吸收和还原NOx的催化剂装置7不能吸收NOx。如果吸收和还原NOx的催化剂装置7的温度过高，那么吸收和还原NOx的催化剂装置7由于加热而释放NOx。因此，为了使流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的NOx浓度达到接近0，因此需要吸收和还原NOx的催化剂装置7的温度等于或者高于活性温度(如大约250℃)，并且需要吸收和还原NOx的催化剂装置7的温度落入合适的范围内(如大约250℃到大约400℃)。
因此，为了使吸收和还原NOx的催化剂装置7吸收NOx，因此需要流入的废气空-燃比处于较小的那侧，而且吸收和还原NOx的催化剂装置7的温度落入合适范围之内(如大约250-400℃)。
在这个实施例中，事先用实验方法来确定催化剂温度和发动机废气温度之间的的关系，并且把它以数字表的形式而储存在ECU30的ROM中。根据这种关系，在发动机工作期间，ECU30根据废气温度计算出催化剂温度。发动机废气温度可以通过设置在排气通道上的温度传感器来直接检测，或者根据用实验方法预定的发动机负荷情况-发动机废气温度的关系，还可通过发动机负荷情况(空-燃比、燃料喷射总量、旋转速度)计算出来。
将描述情况(ii)
根据发动机负荷情况如工作的空-燃比、燃料喷射总量、旋转速度和类似情况来改变从发动机1中排出的NOx的总量。一般地，在高负荷和高速工作过程中从发动机排出的NOx的总量增加了，而在低负荷工作过程中如怠速或者类似情况下，从发动机排出的Nox的总量减少了。
当发动机燃烧停止一个预定时期，即通过燃料切断工作或者类似工作(例如，在长下坡上行驶期间，当发动机刹车状态持续一个预定时期)使供给发动机的燃料停止一个预定时期，从发动机排出的NOx的总量基本上变成0了。
因此，这个实施例决定了：当发动机以低负荷(如，当发动机1处于怠速时)工作时或者当燃料切断持续一个预定时期时，发动机1工作在较低的NOx情况下。
作为上述情况(i)和(ii)的概述，在满足下面这些情况时，这个实施例探测到NOx传感器33的输出偏差。
(A)催化剂装置没有损坏。
(B)催化剂装置温度落入预定范围。
(C)进行较小空-燃比和较小负荷工作，燃料切断工作连续一个预定长度的时间。
当满足条件(A)、(B)和(C)时，从发动机1中排出的NOx的总量变得很小，并且从发动机1中排出的小量NOx基本上完全被吸收到吸收和还原NOx的催化剂装置7中，因此废气中的NOx的浓度基本上变成了0，而该废气通过吸收和还原NOx的催化剂装置7并到达设置在吸收和还原NOx的催化剂装置7的下游处的NOx传感器33。
根据满足上述条件时产生的NOx传感器33的实际输出偏离与0NOx浓度相对应的NOx传感器输出，这个实施例探测出NOx传感器33的输出漂移。
图5是流程图，它表示探测出如上所述的NOx传感器33的输出偏差的工作过程。该工作作为程序来执行，而该程序周期性地由ECU30来执行。
参照图5，当运行开始时，在步骤501上，ECU30确定是否满足探测NOx传感器33的输出偏差的条件。如上所述一样，当所有的三个条件(A)、(B)和(C)满足时，在步骤S501上确定探测条件满足。
当不满足探测条件时，有一种可能性：NOx含在已通过吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中。因此，ECU30立即结束运行，而不探测NOx传感器33的输出偏差。当满足探测条件时，不久流到NOx传感器33中的废气基本上不含NOx，因此ECU30执行步骤503和随后的步骤过程。
在步骤503中，ECU30读取NOx传感器33的输出VNOX。随后，在步骤505上，ECU30读取在以前执行工作期间所计算出来的传感器输出偏差NSOFF。在步骤507中，ECU30把NOx传感器33的平滑输出VSO计算为VSO＝(VNOX+VSO)/2。即，平滑输出VSO计算为在前面执行工作期间所计算出来的平滑输出VSO和在本次执行工作期间所读取的NOx传感器33的输出VNOX的算术平均值。步骤507的平滑过程使外部扰动量和其它扰动量所产生的NOx传感器33的输出波动变得平滑。
随后，在步骤509中，ECU30计算传感器输出偏差(偏移)VOFE。该偏移VOFF计算为VOFF＝VNOXO-VSO，这里VNOXO是与零NOx浓度相一致的NOx传感器33的输出标准值。
在步骤511中，ECU30使得偏移VOFF平滑，即把该偏移的平滑过的值NSOFF计算为NSOFF＝(VOFE+NSOFF)/2。例如，该平滑过的偏移值NSOFE被储存到后备RAM中，而该后备RAM即使在电力关闭之后也能够记忆所储存的内容。
这个实施例探测出在发动机1工作期间NOx传感器33的输出偏差。这是因为：在发动机1停止之后，发动机1没有排出NOx，因此接近NOx传感器33的废气中的NOx浓度变得很小。这些也是可能的：如果事先加热器370(参见图2)对NOx传感器33进行充分加热，那么在发动机1开始之前(或者在发动机1停止之后)，可以探测出Nox传感器33的输出偏差。
下面参照附图6，描述再生工作，而再生工作是以NOx传感器输出为基础的，而该NOx传感器输出通过使用由上述过程所计算出来的NOx传感器33输出的偏移值NSOFF来校正。ECU30也周期性地执行图7所示的程序。
在这个程序中，通过执行较大脉冲工作，ECU30再生吸收和还原NOx的催化剂装置7，在较大脉冲工作中，发动机1以较大空-燃比工作一个较短时间，每次，在发动机1的较小空-燃比工作期间(同时吸收和还原NOx的催化剂装置7吸收NOx)，NOx传感器33的校正输出达到预定值VNOX1。
在步骤601中，ECU30确定发动机1是否以较小空-燃比工作。如果发动机1没有以较小的空-燃比进行工作(即，当发动机1以较大空-燃比工作或者以理论空-燃比工作时)，那么没有必要进行再生吸收和还原NOx的催化剂装置7的工作，因此ECU30马上结束程序。
当发动机1以较小空-燃比进行工作时，在步骤6O3中，ECU30读取NOx传感器33的输出VNOX。随后，在步骤605中，通过基本上与图5的步骤507相同的处理过程，ECU30把传感器输出的平滑过的值VS计算为VS＝(NOX+VS)/2。
随后在步骤607中，ECU30读取图5所示程序中所计算出来的NOx传感器33输出的平滑过的偏移值NSOFF。在步骤609中，通过使用值NSOFF，ECU30校正平滑过的传感器输出值VS，即把校正过的输出值NOS计算为NOS＝VS+NSOFF。
随后在步骤611中，根据校正过的输出值NOS，即根据校正过的值NOS是否等于或者大于预定的值VNOX1，ECU30确定是否需要再生吸收和还原NOx的催化剂装置7的工作。如果NOS≥VNOX1(意味着需要再生工作)，那么ECU30进入步骤613，在步骤613中ECU30把再生工作执行标记XRS的值设置成“1”。然后，ECU30结束程序。
如果把再生工作执行标记XRS的值设置成“1”，那么发动机1的工作空-燃比转换到较大空-燃比进行预定长度的时间，然后通过ECU30的其它程序(未示出)，返回到较小空-燃比。当空-燃比返回到较小空-燃比时，把再生工作执行标记XRS的值设置成O。通过这个较大脉冲工作(rich spike operation)，储存在吸收和还原NOx的催化剂装置7中的NOx从催化剂装置7中释放出来，然后由较大空-燃比的废气中的HC和CO成分来还原。
从上面描述所明显看到的一样，这个实施例探测出NOx传感器33的输出偏差，并且根据所探测到的传感器输出偏差，校正NOx传感器33的实际输出。这种工作使得下面这些是可可能的：经常地探测流出吸收和还原NOx的催化剂装置7的废气中的精确NOx浓度，因此吸收和还原NOx的催化剂装置7的再生可以以合适的正时来进行。
尽管这个实施例通过使发动机1以较大空-燃比工作一个较短时间来再生吸收和还原NOx的催化剂装置7，但是吸收和还原NOx的催化剂装置7还可以通过不同的工作来再生。
图7是本发明第二实施例的结构示意图。
通过把还原剂喷射到位于吸收和还原NOx的催化剂装置7上游处的一部分排气通道中去，第二实施例再生吸收和还原NOx的催化剂装置7。在图7中，与图1所示的这些相差不大的部分和元件用类似标记来表示。图7所示的装置不同于第一实施例的装置，在于它提供了还原剂供给装置9。还原剂供给装置9具有还原剂喷嘴91、增压还原剂源92和控制阀93，该喷嘴91把还原剂喷射到位于吸收和还原NOx的催化剂装置7上游处的一部分排气通道2中，控制阀93控制从还原剂喷嘴91中喷出的还原剂总量。
从还原剂喷嘴91中喷出的还原剂可以是还原成分如氢、一氧化碳或者类似物、或者液态或者气态烃类、或者类似物。考虑到储存和补给的方便性，这个实施例把发动机1的燃料用作还原剂。因此，增压还原剂源92提供有来自发动机1的燃料系统(未示出)的增压燃料。该增压还原剂源92通过控制阀93把增压燃料供给到还原剂喷嘴91中。
在这个实施例中，探测NOx传感器的输出偏差的工作和再生吸收和还原NOx的催化剂装置7的工作基本上与图5和6所示的工作相同。在这个实施例中，当再生工作执行标记的值通过图6所示的工作设置成“1”时，ECU30使得还原剂供给装置9在较短时间内把还原剂喷射到排气通道2中。当所喷射出来的还原剂总量到达吸收和还原NOx的催化剂装置7时，一部分总量的还原剂在吸收和还原NOx的催化剂装置7中被氧化，因此吸收和还原NOx的催化剂装置7周围的大气的空-燃比变成了较大空-燃比，因此产生了未燃烧的HC、CO和类似物。因此储存在吸收和还原NOx的催化剂装置7中的NOx释放出来，然后为废气中的HC、CO和类似物所还原。
尽管第一和第二实施例采用了吸收和还原NOx的催化剂装置7作为减少NOx的催化剂装置，但是本发明所采用的减少NOx的催化剂装置不局限于吸收和还原NOx的催化剂装置。例如，上述实施例还采用选择性还原催化剂装置作为减少Nox的催化剂装置。
例如，适合于本发明的选择性还原催化剂装置包括：具有作为催化剂成分的沸石并且载有通过离子交换得到的铜(Cu)或者类似物的催化剂装置，载有通过浸透的铂或者类似物的催化剂装置。这些选择性还原催化剂装置具有这样的功能：在有合适量的HC、CO和类似物的情况下，通过使NOx有选择地与HC和CO反应，从而把废气中的NOx还原成N2。即，如果碳氢(HC)和类似物存在于流到选择性还原催化剂装置中的废气中，那么HC成分和类似物吸收到沸石的细孔中。选择性还原催化剂装置的金属成分如铂、铜或者类似物从处于较小空-燃比的废气中吸收NOx成分。在预定温度范围内HC成分和类似物被吸收到沸石表面上，因此表面成分与吸收到铂、铜或者类似物的表面上的NOx进行反应，从而还原NOx。
选择性还原催化剂装置需要合适量的HC成分和类似物，从而如上所述一样还原NOx。因此，如果吸收到选择性还原催化剂装置上的HC成分和类似物的总量不够，那么还原NOx的速率减小了，因此流出选择性还原催化剂装置的废气中的NOx的浓度增加了。因此，如吸收和还原NOx的催化剂装置一样，通过在选择性还原催化剂装置的下游处设置NOx传感器，并在NOx传感器所探测到的NOx浓度增加到预定值时，向选择性还原催化剂装置供给HC成分和类似物，从而保持选择性还原催化剂装置的还原NOx的高速率。
从上面描述所看到的一样，即使在由于传感器或者类似物损坏而使得NOx传感器输出发生漂移的情况下，本发明的内燃机排放控制装置也可以探测到废气中的精确NOx浓度。
此外，根据NOx传感器的校正过的输出，通过调整流入到减少NOx的催化剂装置中的废气特性，本发明的排放控制装置使得减少NOx的催化剂装置基本上在任何情况下可合适地减少NOx。
参照目前被认为是优选实施例的，描述了本发明的同时，应当明白，本发明不局限于所公开的实施例或者结构。相反，本发明用来覆盖各种改型和等同布置。

Claims (9)

1.一种内燃机(1)的排放控制装置，它包括：
减少NOx的催化剂(7)，它设置在内燃机的排气通道(2)中，减少NOx的催化剂根据废气情况减少流过那里的废气中的NOx总量；
NOx传感器(33)，它设置在减少NOx的催化剂下游处的排气通道中，NOx传感器(33)的输出与流出减少NOx的催化剂的废气中的NOx浓度相一致；及
其特征在于：控制装置(30)，它探测内燃机(1)的工作情况，并在发动机(1)处于预定工作情况下进行工作时确定NOx传感器(33)输出值与预定标准值的偏差，控制装置(30)根据输出值与预定标准值的偏差来校正NOx传感器(33)的输出值；
内燃机(1)的预定工作情况是这样的情况：减少NOx的催化剂(7)具有正常功能，并且从内燃机(1)排出的NOx的数量较小。
2.如权利要求1所述的排放控制装置，其特征在于：当控制装置(30)确定减少NOx的催化剂(7)从废气中吸收NOx的性能等于或者大于预定值时，并且减少NOx的催化剂(7)处于这样的情况下：减少NOx的催化剂(7)可以从废气中吸收NOx，那么控制装置(30)确定减少NOx的催化剂(7)具有正常功能。
3.如权利要求2所述的排放控制装置，其特征在于：紧接减少NOx的催化剂(7)的再生之后，控制装置(30)根据NOx传感器(33)的输出而确定减少NOx的催化剂(7)是否已损坏。
4.如权利要求2所述的排放控制装置，其特征在于：当流入到减少NOx的催化剂的废气中的空-燃比是较小的空-燃比时，并且减少NOx的催化剂的温度落入预定范围内时，减少NOx的催化剂(7)可以从废气中吸收NOx。
5.如权利要求1所述的排放控制装置，其特征在于：当发动机(1)以较小负荷进行工作时，从内燃机排出的NOx的数量较小。
6.一种内燃机(1)的排放控制装置，它包括：
减少NOx的催化剂(7)，它设置在内燃机的排气通道(2)中，减少NOx的催化剂根据废气情况减少流过那里的废气中的NOx总量；
NOx传感器(33)，它设置在减少NOx的催化剂下游处的排气通道中，NOx传感器(33)的输出与流出减少NOx的催化剂的废气中的NOx浓度相一致；及
其特征在于：控制装置(30)，它探测内燃机(1)的工作情况，并在发动机(1)处于预定工作情况下进行工作时确定NOx传感器(33)输出值与预定标准值的偏差，控制装置(30)根据输出值与预定标准值的偏差来校正NOx传感器(33)的输出值；
在内燃机(1)的预定工作情况下，减少NOx的催化剂(7)吸收NOx的能力等于或者大于预定值，而且减少NOx的催化剂的温度落入预定的温度范围内，其中发动机(1)以低负荷、较小空-燃比方式和持续的燃料切断方式中的一个进行工作，而在持续的燃料切断方式中，燃料切断方式连续一个预定时间段。
7.一种内燃机(1)的排放控制装置，它包括：
减少NOx的催化剂(7)，它设置在内燃机的排气通道(2)中，减少NOx的催化剂根据废气情况减少流过那里的废气中的NOx总量；
NOx传感器(33)，它设置在减少NOx的催化剂下游处的排气通道中，NOx传感器(33)的输出与流出减少NOx的催化剂的废气中的NOx浓度相一致；及
其特征在于：控制装置(30)，它探测内燃机(1)的工作情况，并在发动机(1)处于预定工作情况下进行工作时确定NOx传感器(33)输出值与预定标准值的偏差，控制装置(30)根据输出值与预定标准值的偏差来校正NOx传感器(33)的输出值；
根据NOx传感器的校正过的输出值，控制装置(30)控制流入到减少NOx的催化剂的废气情况，  因此流出减少NOx的催化剂(7)的废气中的NOx的浓度最小。
8.如权利要求7所述的排放控制装置，其特征在于：控制装置(30)通过调整发动机的空-燃比来控制废气情况。
9.如权利要求7所述的排放控制装置，还包括还原剂供给装置(9)，它把还原剂供给到流入减少NOx的催化剂(7)的废气中，其特征在于：控制装置(30)通过调整供给到废气中去的还原剂的总量来控制废气情况。
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