DE112008000761T5 - Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor und Leistungs-Diagnoseverfahren für ein NOx-Adsorptionsmittel - Google Patents

Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor und Leistungs-Diagnoseverfahren für ein NOx-Adsorptionsmittel Download PDF

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Abstract

Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Vorrichtung umfasst:
ein NOx-Adsorptionsmittel, welches in dem Abgasweg des Verbrennungsmotors positioniert ist;
ein NOx-Adsorptionsmengen-Messmittel zum Messen der von dem NOx-Adsorptionsmittel adsorbierten Menge an NOx, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist;
ein Wasser-Adsorptionsmengen-Messmittel zum Messen der von dem NOx-Adsorptionsmittel adsorbierten Menge an Wasser, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist;
ein Referenzwert-Speichermittel zum Speichern des Referenzwerts der NOx-Adsorptionsmenge bezüglich der Wasser-Adsorptionsmenge;
ein Vergleichsmittel zum Vergleichen der gemessenen NOx-Adsorptionsmenge mit dem Referenzwert der NOx-Adsorptionsmenge bezüglich der gemessenen Wasser-Adsorptionsmenge; und
ein Signal-Ausgabemittel zum Ausgeben eines Signals, das das Ergebnis des Vergleichs wiedergibt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor und, insbesondere, eine Abgasemissions-Steuervorrichtung mit einem NOx-Adsorptionsmittel, das geeignet ist NOx in dem Abgas bei einer geringen Temperatur zu adsorbieren.
  • Stand der Technik
  • Eine zum Beispiel in dem Patentdokument 1 ( JP-A-2000-345832 ) offenbarte Abgasemissions-Steuervorrichtung schließt ein NOx-Adsorptionsmittel zusätzlich zu einem Katalysator ein. Der Katalysator kann das NOx bei der Kaltinbetriebnahme nicht gänzlich reinigen, da dessen Aktivität bei einer niedrigen Temperatur gering ist. Dennoch ist es, wenn eine Abgasemissions-Steuervorrichtung ein NOx-Adsorptionsmittel einschließt, das geeignet ist, NOx selbst bei einer niedrigen Temperatur zu adsorbieren, möglich zu verhindern, dass NOx in die Atmosphäre freigesetzt wird.
    • Patentdokument 1: JP-A-2000-345832
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Es ist bekannt, dass die Adsorptionsleistung eines NOx-Adsorptionsmittels durch den Gebrauch allmählich nachlässt. Die Adsorptionsleistung lässt teilweise nach, da sich das adsorbierende Material aufgrund von zum Beispiel Entfernung von NOx-Adsorptionsstellen verschlechtert. Nachdem die Adsorptionsleistung aufgrund der Verschlechterung des adsorbierenden Materials nachgelassen hat, kann diese nicht wiederhergestellt werden. Dennoch haben Untersuchungen ergeben, dass die verschlechterte Adsorptionsleistung teilweise durch Aussetzen des NOx-Adsorptionsmittels gegenüber einer reduktiven Atmosphäre wiederhergestellt werden kann. Es wird geschätzt, dass eine wiederherstellbare Abnahme in der Adsorptionsleistung auftreten kann, wenn eine chemische Verbindung aufgrund der Reaktion eines Teils der NOx-Adsorptionsstelle oder eines Metalls an einer Ionen-Austauschstelle, an der die NOx-Adsorptionsstelle ausgebildet ist, gebildet wird. Da die chemische Verbindung regeneriert werden kann, indem sie einer reduktiven Atmosphäre ausgesetzt wird, ist es denkbar, dass es sich bei der Reaktion um Oxidation handelt.
  • Auf jeden Fall kann die Abnahme in der Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels in eine dauerhafte Leistungsverschlechterung und eine vorübergehende Leistungsverschlechterung eingeteilt werden. Um das NOx-Adsorptionsmittel effektiv zu verwenden, wäre es nötig genau zu beurteilen, ob eine dauerhafte oder vorübergehende Leistungsverschlechterung erfasst wird, und ein geeignetes Verfahren in Übereinstimmung mit dem Grund der Leistungsverschlechterung durchzuführen. Wenn eine vorübergehende Leistungsverschlechterung erfasst wird, kann die Leistung wiederhergestellt werden, indem das NOx-Adsorptionsmittel einer reduktiven Atmosphäre ausgesetzt wird. Die benötigte Zeit und Energie, um ein Wiederherstellungsverfahren durchzuführen, variiert jedoch mit dem Grad der Leistungsverschlechterung. Um das Wiederherstellungsverfahren genau durchzuführen wäre es nötig, den Grad der Adsorptionsleistungs-Verschlechterung objektiv zu bewerten.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen des obigen Problems getätigt. Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren bereitzustellen, um zu beurteilen, ob die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels vorübergehend oder dauerhaft verschlechtert wurde. Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein Ver fahren bereitzustellen, um den Grad der vorübergehenden Leistungsverschlechterung des NOx-Adsorptionsmittels objektiv zu bewerten.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Um wenigstens einen der oben beschriebenen Gegenstände zu erhalten, ist ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst:
    ein NOx-Adsorptionsmittel, welches in dem Abgasweg des Verbrennungsmotors positioniert ist;
    ein NOx-Adsorptionsmengen-Messmittel zum Messen der von dem NOx-Adsorptionsmittel adsorbierten Menge an NOx, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist;
    ein Wasser-Adsorptionsmengen-Messmittel zum Messen der von dem NOx-Adsorptionsmittel adsorbierten Menge an Wasser, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist;
    ein Referenzwert-Speichermittel zum Speichern des Referenzwerts der NOx-Adsorptionsmenge bezüglich der Wasser-Adsorptionsmenge;
    ein Vergleichsmittel zum Vergleichen der gemessenen NOx-Adsorptionsmenge mit dem Referenzwert der NOx-Adsorptionsmenge bezüglich der gemessenen Wasser-Adsorptionsmenge; und
    ein Signal-Ausgabemittel zum Ausgeben eines Signals, das das Ergebnis des Vergleichs wiedergibt.
  • Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei das Signal-Ausgabemittel ein Signal ausgibt, das das Verhältnis der Größenordnung zwischen dem gemessenen Wert der NOx-Adsorptionsmenge und dem Referenzwert der NOx-Adsorptionsmenge, die verglichen wurden, wiedergibt.
  • Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei das Signal-Ausgabemittel ein Signal ausgibt, das der Abweichung zwischen dem gemessenen Wert der NOx-Adsorptionsmenge und dem Referenzwert der NOx-Adsorptionsmenge, die verglichen wurden, entspricht.
  • Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei das Signal-Ausgabemittel nicht nur das Signal ausgibt, das der Abweichung zwischen dem gemessenen Wert der NOx-Adsorptionsmenge und dem Referenzwert der NOx-Adsorptionsmenge, die verglichen wurden, entspricht, sondern ebenso ein Signal, das dem gemessenen Wert der Wasser-Adsorptionsmenge entspricht.
  • Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß einem beliebigen des ersten bis vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung, wobei das NOx-Adsorptionsmengen-Messmittel einen stromaufwärtigen NOx-Sensor einschließt, welcher stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und einen stromabwärtigen NOx-Sensor, welcher stromabwärts oder innerhalb des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und das die NOx-Adsorptionsmenge in Übereinstimmung mit dem Unterschied des Ausgabewerts zwischen den beiden NOx-Sensoren berechnet.
  • Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgas-Emissions-Steuervorrichtung gemäß einem beliebigen des ersten bis fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung, wobei das Wasser-Adsorptionsmengen-Messmittel einen stromaufwärtigen Wassersensor einschließt, welcher stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und einen stromabwärtigen Wassersensor, welcher stromabwärts oder innerhalb des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und das die Wasser- Adsorptionsmenge in Übereinstimmung mit dem Unterschied des Ausgabewerts zwischen den beiden Wassersensoren berechnet.
  • Der siebte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgas-Emissions-Steuervorrichtung gemäß einem beliebigen des ersten bis fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung, wobei das Wasser-Adsorptionsmengen-Messmittel einen stromaufwärtigen Temperatursensor einschließt, welcher stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und einen stromabwärtigen Temperatursensor, welcher stromabwärts oder innerhalb des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist und das die Wasser-Adsorptionsmenge in Übereinstimmung mit dem Unterschied des Ausgabewertes zwischen den beiden Temperatursensoren berechnet.
  • Ferner ist ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Leistungs-Diagnoseverfahren für ein NOx-Adsorptionsmittel, umfassend die Schritte:
    Erstellen von Daten, die die Korrelation zwischen der Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge eines NOx-Adsorptionsmittels wiedergeben (nachfolgend als Referenzkörper bezeichnet), dessen NOx-Adsorptionsleistung nicht vorübergehend verschlechtert wurde;
    Zuführen eines NOx und Wasser enthaltenden Gases zu dem NOx-Adsorptionsmittel, welches das Diagnoseziel darstellt (nachfolgend als Diagnose-Zielkörper bezeichnet), und Messen der Mengen an NOx und Wasser, die von dem Diagnose-Zielkörper adsorbiert wurden;
    Referenzieren der Daten, um die NOx-Adsorptionsmenge des Referenzkörpers (nachfolgend als Referenz-NOx-Adsorptionsmenge bezeichnet) zu bestimmen, die der gemessenen Wasser-Adsorptionsmenge entspricht, und Vergleichen der gemessenen NOx-Adsorptionsmenge mit der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge; und Beurteilen des Grades der vorübergehenden NOx-Adsorptionsleistungs-Verschlechterung des Diagnose-Zielkörpers in Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Vergleichs.
  • Vorteile der Erfindung
  • Von der Anmelderin durchgeführte Untersuchungen der vorliegenden Erfindung haben ergeben, dass eine hohe Korrelation zwischen der Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge besteht, wenn die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels nicht vorübergehend verschlechtert wurde (vermutlich aufgrund von Oxidation nicht verschlechtert). Wenn die Adsorptionsleistung dauerhaft aufgrund einer Verschlechterung nachgelassen hat, nehmen sowohl die NOx-Adsorptionsmenge als auch die Wasser-Adsorptionsmenge ab, während die oben erwähnte Korrelation beibehalten wird. Wenn andererseits die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels vorübergehend verschlechtert wurde, zeigen die Untersuchungen, dass nur die Leistung der NOx-Adsorption verschlechtert wurde, während die Leistung der Wasser-Adsorption unbeeinflusst bleibt. Diese neuen Ergebnisse zeigen, dass bestimmt werden kann, ob sich die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels vorübergehend oder dauerhaft verschlechtert hat, indem überprüft wird, ob die oben genannte Korrelation zwischen der Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge fortbesteht.
  • In dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine gemessene NOx-Adsorptionsmenge mit einer Referenz-NOx-Adsorptionsmenge verglichen, die der gemessenen Wasser-Adsorptionsmenge entspricht. Wenn sich die Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels nicht verschlechtert hat oder aufgrund einer Verschlechterung dauerhaft nachgelassen hat, ist die gemessene NOx-Adsorptionsmenge im Wesentlichen der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge gleich. Wenn sich die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels vorübergehend verschlechtert hat, weicht jedoch die gemessene NOx-Adsorptionsmenge von der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge ab. Ein durch den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugtes Signal gibt das Ergebnis des obigen Vergleichs wieder. Daher macht es das Referenzieren des Signals möglich genau zu erfassen, ob sich die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels vorübergehend oder dauerhaft verschlechtert hat.
  • Ein in dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugtes Signal gibt das Verhältnis der Größenordnung zwischen der gemessenen NOx-Adsorptionsmenge und der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge wieder. Daher macht es das Referenzieren des Signals möglich genau zu beurteilen, ob sich die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels vorübergehend verschlechtert hat.
  • Ein in dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugtes Signal gibt die Abweichung zwischen der gemessenen NOx-Adsorptionsmenge und der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge wieder. Daher macht es das Referenzieren des Signals möglich, den Grad der vorübergehenden Leistungsverschlechterung des NOx-Adsorptionsmittels objektiv zu bewerten.
  • Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung erzeugt nicht nur ein Signal, das die Abweichung zwischen der gemessenen NOx-Adsorptionsmenge und der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge wiedergibt, sondern auch ein Signal, das die gemessene Wasser-Adsorptionsmenge wiedergibt. Dies ermöglicht es, den Grad der vorübergehenden Leistungsverschlechterung des NOx-Adsorptionsmittels unter Berücksichtigung der Verschlechterung des NOx-Adsorptionsmittels zu bewerten.
  • In dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die NOx-Adsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels in Übereinstimmung mit von NOx-Sensoren gemessenen Werten genau gemessen werden.
  • In dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Wasser-Adsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels in Übereinstimmung mit den von den Wassersensoren gemessenen Werten genau gemessen werden.
  • Im siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Wasser-Adsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels, welche mit der Adsorptionswärme hoch korreliert ist, indirekt gemessen werden, indem ermöglicht wird, dass Temperatursensoren einen Temperaturanstieg in dem NOx-Adsorptionsmittel aufgrund der Adsorptionswärme messen.
  • Im achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die durch den Diagnose-Zielkörper adsorbierte NOx-Menge (NOx-Adsorptionsmittel) mit der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge verglichen, die der vorherrschenden Wasser-Adsorptionsmenge entspricht. Ferner wird der Grad der vorübergehenden NOx-Adsorptions-Leistungsverschlechterung des Diagnose-Zielkörpers in Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Vergleichs beurteilt. Wenn sich die Adsorptionsleistung des Diagnose-Zielkörpers nicht verschlechtert hat oder aufgrund einer Verschlechterung dauerhaft nachlässt, ist die gemessene NOx-Adsorptionsmenge des Diagnose-Zielkörpers der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge im Wesentlichen gleich. Wenn sich die Leistung des Diagnose-Zielkörpers vorübergehend verschlechtert hat, weicht die gemessene NOx-Adsorptionsmenge jedoch von der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge ab. Daher kann der Vergleich zwischen der gemessenen NOx-Adsorptionsmenge und der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge verwendet werden, um genau zu erfassen, ob die Leistungsverschlechterung des Diagnose-Zielkörpers vorübergehend oder dauerhaft ist. Zusätzlich ist es möglich, den Grad der vorübergehenden NOx-Adsorptions-Leistungsverschlechterung des Diagnose-Zielkörpers objektiv zu bewerten.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Verbrennungsmotor-Systems zeigt, das die Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt.
  • 2 zeigt die Korrelation zwischen der Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge, die vorherrscht, wenn ein fabrikneues NOx-Adsorptionsmittel verwendet wird.
  • 3 zeigt einen Graph, der die Zeitveränderung der Wasser-Adsorptionsmenge pro Zeiteinheit wiedergibt.
  • 4 zeigt einen Graph, der die Zeitveränderung der NOx-Adsorptionsmenge pro Zeiteinheit wiedergibt.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Verbrennungsmotor-Systems zeigt, das die Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt.
  • 6 zeigt die Korrelation zwischen dem Wärmewert und der NOx-Adsorptionsmenge, die vorherrscht, wenn ein fabrikneues NOx-Adsorptionsmittel verwendet wird.
  • 7 zeigt einen Graph, der die Zeitveränderung des Temperaturunterschieds zwischen den stromabwärtigen und den stromaufwärtigen Seiten des NOx-Adsorptionsmittels wiedergibt.
  • 8 zeigt eine alternative Position des NOx-Sensors und des Wassersensors in einem Verbrennungsmotor-System.
    • 2
    Verbrennungsmotor
    4
    Einlassweg
    6
    Auslassweg
    8
    Katalysator
    10
    Nebenleitung
    10a
    stromaufwärtige Verbindung
    10b
    stromabwärtige Verbindung
    12
    Umschaltventil
    14
    NOx-Adsorptionsmittel
    16
    Rückleitung
    18
    Spülsteuerventil
    20
    ECU
    22, 26
    Wassersensor
    24, 28
    NOx-Sensor
    30, 32
    Temperatursensor
  • Beste Art zum Ausführen der Erfindung
  • Erste Ausführungsform
  • Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben.
  • [Systemaufbau]
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Verbrennungsmotor-Systems zeigt, das eine Abgas-Emissions-Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt. Der Verbrennungsmotor 2 schließt einen Einlassweg 4 zum Einführen von Luft in den Zylinder und einen Auslassweg 6 ein, in den das aus dem Zylinder ausgestoßene Abgas strömt. Der Katalysator 8, der das Abgas reinigen kann, ist in dem Abgasweg 6 angebracht.
  • Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt eine Nebenleitung 10 ein, die einen Teil des Abgaswegs 6 umgeht. Die Nebenleitung 10 zweigt von dem Abgasweg 6 an der stromaufwärtigen Verbindung 10a ab, welche stromabwärts des Katalysators 8 positioniert ist, und wird mit dem Abgasweg 6 an der stromabwärtigen Verbindung 10b vereinigt, welche stromabwärts der stromaufwärtigen Verbindung 10a positioniert ist. Die stromaufwärtige Verbindung 10a wird mit einem Umschaltventil 12 bereitgestellt, welches den Bestimmungsort des Abgasstroms zwischen dem Abgasweg 6 und der Nebenleitung 10 umschaltet.
  • Das NOx-Adsorptionsmittel 14, das imstande ist, in dem Abgas enthaltenes NOx zu adsorbieren, ist in der Mitte der Nebenleitung 10 angebracht. Ein Metall-Ionenaustausch-Zeolith, wie ein Fe-Ionenaustausch-Zeolith, kann als NOx-Adsorptionsmittel 14 verwendet werden. Der Wassersensor 22 und der NOx-Sensor 24 sind in der Nebenleitung 10 angebracht und stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels 14 positioniert (in Richtung der stromaufwärtigen Verbindung 10a positioniert). Zusätzlich sind der Wassersensor 26 und der NOx-Sensor 28 stromabwärts des NOx-Adsorptionsmittels angebracht (in Richtung der stromabwärtigen Verbindung 10b positioniert).
  • Zwischen der stromaufwärtigen Verbindung 10a und dem NOx-Adsorptionsmittel 14 befindet sich die Rückleitung 16, die mit der Nebenleitung 10 in Verbindung steht. Die Rückleitung 16 weist das Spülsteuerventil 18 auf, das in deren Mitte angebracht ist, und das andere Ende der Rückleitung 16 steht mit dem Einlassweg 4 in Verbindung.
  • Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt eine ECU (Elektronische Steuereinheit) 20 ein, die den Betrieb des Systems steuert. Die ECU 20 ist mit den Wassersensoren 22, 26, den NOx-Sensoren 24, 28 und verschiedenen anderen Sensoren zum Steuern des Verbrennungsmotors 2 verbunden. Die ECU 20 ist ebenso mit dem Umschaltventil 12, dem Spülsteuerventil 18 und verschiedenen anderen Aktuatoren verbunden.
  • [Systembetrieb]
  • Von dem System durchgeführte Abläufe, die von der ECU 20 gesteuert werden, werden jetzt beschrieben. Obwohl verschiedene andere Abläufe von dem System durchgeführt werden behandelt die folgende Beschreibung Abläufe, die mit dem NOx-Adsorptionsmittel 14 verbunden sind.
  • (Bei der Kaltinbetriebnahme durchgeführter Ablauf)
  • Beim Kaltstart des Verbrennungsmotors 2 führt das System einen Ablauf durch, so dass das NOx-Adsorptionsmittel 14 NOx in dem aus dem Zylinder ausgestoßenen Abgas adsorbiert. Insbesondere schaltet das Umschaltventil 12 den Bestimmungsort des Abgasstroms zu der Nebenleitung 10 um. Zusätzlich wird eine Steuerung durchgeführt, um das Spülsteuerventil 18 zu schließen.
  • In dem resultierenden Zustand wird das gesamte aus dem Verbrennungsmotor emittierte Abgas aus dem Abgasweg 6 in die Nebenleitung 10 eingeleitet. Das in die Nebenleitung 10 eingeleitete Abgas passiert das NOx-Adsorptionsmittel 14, kehrt zu dem Abgasweg 6 zurück und wird in die Atmosphäre freigesetzt. Da der Katalysator 8 unmittelbar nach der Kaltinbetriebnahme nicht aktiviert ist, kann der Katalysator 8 das in dem Abgas enthaltene NOx nicht reinigen. Wenn das gesamte Abgas in die Nebenleitung 10 eingeleitet wird, wird das in dem Abgas enthaltene NOx entfernt, indem es von dem NOx-Adsorptionsmittel 14 adsorbiert wird. Dies stellt sicher, dass das NOx, das nicht durch den Katalysator 8 gereinigt wurde, nicht in die Atmosphäre freigesetzt wird.
  • Das aus dem Verbrennungsmotor 2 emittierte Abgas enthält Wasser, das während der Kraftstoffverbrennung erzeugt wird. Der Zeolith, der als Material für das NOx-Adsorptionsmittel 14 verwendet wird, ist ebenso zum Adsorbieren von Wasser geeignet. Daher adsorbiert, wenn das gesamte Abgas in die Nebenleitung 10 eingeleitet wird, das NOx-Adsorptionsmittel 14 nicht nur NOx, sondern ebenso in dem Abgas enthaltenes Wasser.
  • (Nach denn Katalysator-Aufwärmen durchgeführter Ablauf)
  • Nach der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors steigt die Temperatur des Abgases, das in den Katalysator 8 strömt, so dass der Katalysator 8 auf dessen Aktivierungstemperatur erwärmt wird. Nachdem er erwärmt wurde, kann der Katalysator 8 das in dem Abgas enthaltene NOx ebenso wie andere ungereinigte Bestandteile reinigen. Infolge dessen wird, wenn erfasst wird, dass der Katalysator 8 auf dessen Aktivierungstemperatur erwärmt wurde, das Umschaltventil 12 betrieben, um den Bestimmungsort des Abgasstroms von der Nebenleitung 10 zu dem Abgasweg 6 umzuschalten. Dies stellt sicher, dass das von dem Katalysator 8 gereinigte Abgas durch den Abgasweg 6 in die Atmosphäre freigesetzt wird, ohne das NOx-Adsorptionsmittel 14 zu passieren.
  • Dann öffnet sich, wenn vorherbestimmte Spülstartbedingungen erfüllt sind, das Spülsteuerventil 18. Infolge dessen wird ein in dem Einlassweg 4 des Verbrennungsmotors 2 erzeugter negativer Druck verwendet, so dass ein Teil des aus dem Zylinder ausgestoßenen Abgases von dem Abgasweg 6 durch die stromabwärtige Verbindung 10b in die Nebenleitung 10 eingeleitet wird.
  • Als Ergebnis wird dem NOx-Adsorptionsmittel 14 Abgas mit hoher Temperatur zugeführt. NOx und Wasser werden von dem NOx-Adsorptionsmittel 14 adsorbiert, wenn das Abgas eine relativ geringe Temperatur aufweist. Bei einer hohen Temperatur werden NOx und Wasser jedoch von dem NOx-Adsorptionsmittel 14 desorbiert. Daher werden, wenn Abgas mit hoher Temperatur in das NOx-Adsorptionsmittel 14 eingeleitet wird, das adsorbierte NOx und Wasser von dem NOx-Adsorptionsmittel 14 desorbiert. Das desorbierte NOx und Wasser werden dann durch die Rückleitung 16 in den Einlassweg 4 eingeleitet. Das dem Einlassweg 4 wieder zugeführte NOx wird wieder verbrannt und dann von dem Katalysator 8, welcher jetzt aktiv ist, gereinigt. Das Wasser wird wie es ist durch den Abgasweg 6 in die Atmosphäre freigesetzt.
  • [Leistungsdiagnose des NOx-Adsorptionsmittels]
  • Die ECU 20 schließt eine Diagnosefunktion zum Bewerten der NOx-Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 als Teil der System-OBD-Funktionalität ein. Diese Diagnosefunktion wird durchgeführt, um die ECU 20 beurteilen zu lassen, ob die Verschlechterung der NOx-Adsorptionsleistung vorübergehend oder dauerhaft ist. Die vorübergehende Leistungsverschlechterung ist eine Leistungsverschlechterung (aufgrund von Oxidation), die wiederhergestellt werden kann, indem das NOx-Adsorptionsmittel 14 einer reduktiven Atmosphäre ausgesetzt wird, wohingegen eine dauerhafte Leistungsverschlechterung eine nicht wiederherstellbare Abnahme in der Leistung darstellt, die durch eine Verschlechterung des adsorbierenden Materials hervorgerufen wird. Wenn dich die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels vorübergehend verschlechtert hat, wird diese Diagnosefunktion zum Bewerten des Grades einer solchen Leistungsverschlechterung ausgeführt.
  • (Überblick über die Leistungsdiagnose)
  • Zunächst wird die Leistungsdiagnose des NOx-Adsorptionsmittels, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, kurz dargestellt. 2 zeigt die Korrelation zwischen der Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge, die vorherrscht, wenn ein fabrikneues NOx-Adsorptionsmittel 14 verwendet wird. Die Figur zeigt, dass die NOx-Adsorptionsmenge als Funktion der Wasser-Adsorptionsmenge ausgedrückt werden kann, wenn ein fabrikneues NOx-Adsorptionsmittel 14 verwendet wird. Die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 kann sich aufgrund einer Verschlechterung von dessen adsorbierendem Material verschlechtern. Dennoch wird die Korrelation zwischen der Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge aufrecht erhalten, selbst wenn eine solche dauerhafte Leistungsverschlechterung erfasst wird. Insbesondere nehmen die NOx-Adsorptionsmenge und die Wasser-Adsorptionsmenge ab, wie es in der in 2 gezeigten Kurve angegeben wird (nachfolgend als Referenzlinie bezeichnet), wenn die NOx-Adsorptionsleistung aufgrund einer Verschlechterung dauerhaft nachlässt.
  • Wenn sich andererseits die NOx-Adsorptionsleistung aufgrund von Oxidation vorübergehend verschlechtert hat, wird die NOx-Adsorptionsmenge geringer, als wenn ein fabrikneues NOx-Adsorptionsmittel verwendet wird; die Wasser-Adsorptionsmenge bleibt jedoch unverändert. Der Grund ist, dass die Oxidation nur die NOx-Adsorptionsleistung betrifft, nicht die Wasser-Adsorptionsleistung. Wenn sich zum Beispiel die Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 vorübergehend aufgrund von Oxidation in einer Situation verschlechtert hat, in der der anfängliche Zustand (fabrikneuer Zustand) des NOx-Adsorptionsmittels 14 durch den Punkt P1 in 2 wiedergegeben wird, verschiebt sich das Verhältnis zwischen der Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge zu Punkt P2, welcher von der Referenzlinie entfernt positioniert ist.
  • Infolge dessen kann bestimmt werden, ob sich die NOx-Adsorptionsleistung vorübergehend oder dauerhaft verschlechtert hat, indem die Wasser-Adsorptionsmenge und die NOx-Adsorptionsmenge gemessen werden und überprüft wird, ob die gemessenen Werte auf der Referenzlinie liegen. Zusätzlich kann der Grad der vorübergehenden NOx-Adsorptionsleistungs-Verschlechterung objektiv bewertet werden, indem der Grad der Abweichung der gemessenen Werte von der Referenzlinie gemessen wird (die Länge des Pfeils in 2).
  • (Details des Leistungsdiagnose-Verfahrens)
  • Das Verfahren für die Diagnose der Leistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 wird jetzt ausführlich beschrieben. Das Leistungsdiagnose-Verfahren wird durchgeführt, wenn vorherbestimmte Diagnose-Startbedingungen erfüllt sind. Die Diagnose-Startbedingungen schließen ein, ob das Spülen von NOx und Wasser von dem NOx-Adsorptionsmittel 14 beendet wurde und ob das NOx-Adsorptionsmittel bereit ist, NOx und Wasser aufgrund der geringen Abgastemperatur zu adsorbieren.
  • Wenn die Diagnose-Startbedingungen erfüllt sind, schaltet das Umschaltventil 12 den Bestimmungsort des Abgasstroms zu der Nebenleitung 10 um. Zusätzlich wird eine Steuerung ausgeführt, um das Spülsteuerventil 18 zu schließen. Das Umschaltventil 12 wird so betrieben, dass das NOx und Wasser enthaltende Abgas in das NOx-Adsorptionsmittel 14 eingeleitet wird. Nachdem das Umschaltventil 12 betrieben wurde, beginnt die ECU 20 die NOx-Adsorptionsmenge und die Wasser-Adsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels 14 zu messen. Die NOx-Adsorptionsmenge und die Wasser-Adsorptionsmenge werden auf unten beschriebene Weise gemessen.
  • Zunächst wird die Wasser-Adsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels 14 von den Wassersensoren 22, 26 gemessen, welche stromaufwärts bzw. stromabwärts des NOx-Adsorptionsmittels 14 positioniert sind. Die horizontale Achse des in 3 gezeigten Graphen gibt die Zeit wieder, wohingegen die vertikale Achse die Wasser-Adsorptionsmenge pro Zeiteinheit wiedergibt. Ein von dem stromaufwärtigen Wassersensor 22 erzeugter Ausgabewert entspricht der Menge an Wasser, die in das NOx-Adsorptionsmittel strömt. Der von dem stromabwärtigen Wassersensor 26 erzeugte Ausgabewert entspricht der Menge des Wassers, die aus dem NOx-Adsorptionsmittel 14 strömt. Daher entspricht die Wasser-Adsorptionsmenge pro Zeiteinheit, welche in 3 gezeigt ist, der Abweichung des Ausgabewerts zwischen dem stromaufwärtigen Wassersensor 22 und dem stromabwärtigen Wassersensor 26. Wenn die Wasser-Adsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels 14 zur Sättigung angehoben wird, wird die Abweichung des Ausgabewerts zwischen den zwei Wassersensoren 22, 26 auf Null verringert. Daher kann die Wasser-Adsorptionsmenge x1 des NOx-Adsorptionsmittels 14 durch Integrieren der erhaltenen Abweichungen des Ausgabewerts zwischen den Wassersensoren 22, 26 bestimmt werden, d. h. durch Berechnen der Fläche des schattierten Anteils A in 3.
  • Indessen wird die NOx-Adsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels 14 durch die NOx-Sensoren 24, 28 gemessen, die stromaufwärts bzw. stromabwärts des NOx-Adsorptionsmittels positioniert sind. Die horizontale Achse des in 4 gezeigten Graphen gibt die Zeit wieder, wohingegen die vertikale Achse die NOx-Adsorptionsmenge pro Zeiteinheit wiedergibt. Der durch den stromaufwärtigen NOx-Sensor 24 erzeugte Ausgabewert entspricht der Menge an NOx, die in das NOx-Adsorptionsmittel strömt. Der durch den stromauwärtigen Wassersensor 28 erzeugte Ausgabewert entspricht der Menge an NOx, die durch das NOx-Adsorptionsmittel 14 strömt. Daher entspricht die NOx-Adsorptionsmenge pro Zeiteinheit, die in 4 gezeigt ist, der Abweichung des Ausgabewerts zwischen dem stromaufwärtigen NOx-Sensor 24 und dem stromabwärtigen NOx-Sensor 28.
  • Das durch das NOx-Adsorptionsmittel 14 adsorbierte NOx wird durch die Wirkung von später adsorbiertem Wasser desorbiert. Daher verbleibt die Abweichung des Ausgabewerts zwischen den zwei NOx-Sensoren 24, 28 für eine bestimmte Zeitdauer nach dem Beginn der Adsorption als positiver Wert. Dennoch wird die Menge des durch die Wirkung des Wassers desorbierten NOx binnen Kurzem größer als die Adsorptionsmenge. Infolge dessen verändert sich die Abweichung des Ausgabewerts zwischen den zwei NOx-Sensoren 24, 28 auf einen negativen Wert. Schließlich nähert sich, wenn das gesamte NOx desorbiert wurde, die Abweichung des Ausgabewerts zwischen den NOx-Sensoren 24, 28 Null.
  • Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Adsorptionsmerkmale des NOx-Adsorptionsmittels 14 wird in der vorliegenden Ausführungsform die Abweichung des Ausgabewerts zwischen den beiden NOx-Sensoren 24, 28 integriert, bis diese sich von einem positiven Wert zu einem negativen Wert verändert. Mit anderen Worten wird in der vorliegenden Ausführungsform die Fläche des schattierten Anteils B in 4 berechnet. Der Bereich des schattierten Anteils B gibt die maximale NOx-Adsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels 14 wieder. In der vorliegenden Ausführungsform wird die maximale NOx-Adsorptionsmenge als die NOx-Adsorptionsmenge y1 des NOx-Adsorptionsmittels berechnet.
  • Wenn das von dem NOx-Adsorptionsmittel 14 adsorbierte NOx vollständig desorbiert wird, ist der Bereich des schattierten Anteils B', welcher die von dem NOx-Adsorptionsmittel desorbierte NOx-Menge angibt, dem Bereich des schattierten Anteils B gleich. Daher ist eine Alternative, die Abweichung des Ausgabewerts zwischen den NOx-Sensoren 24, 28 während des Zeitintervalls zwischen dem Moment zu integrieren, an dem sich die Abweichung des Ausgabewerts zu einem negativen Wert verändert, und dem Moment, an dem sie auf Null zurückfällt und das berechnete Integral als NOx-Adsorptionsmenge y1 zu verwenden.
  • Die ECU 20 speichert Kennfelddaten, die der in 2 gezeigten Referenzlinie entsprechen. Wenn die Wasser-Adsorptionsmenge gemessen wird, werden die Kennfelddaten abgerufen, um die NOx-Adsorptionsmenge auf der Referenzlinie abzufragen, die dem gemessenen Wert x1 entsprechen (diese NOx-Adsorptionsmenge wird nachfolgend als die Referenz-NOx-Adsorptionsmenge y0 bezeichnet). Die gemessene NOx-Adsorptionsmenge y1 wird dann mit der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge y0 zum Berechnen der Abweichung Δy zwischen diesen verglichen (Δy = y0 – y1).
  • Die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 wird in Übereinstimmung mit der Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy und der gemessenen Wasser-Adsorptionsmenge x1 bestimmt. Wenn die Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy nicht Null ist, d. h., wenn das gemessene Ergebnis nicht auf der Referenzlinie liegt, wird bestimmt, dass sich die NOx-Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 vorübergehend verschlechtert hat. Je höher die Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy ist, desto höher ist der bestimmte Grad der vorübergehenden NOx-Adsorptionsleistungs-Verschlechterung. Indessen wird die gemessene Wasser-Adsorptionsmenge x1 für die Diagnose der Verschlechterung verwendet. Je geringer die gemessene Wasser-Adsorptionsmenge x1 ist, desto höher ist der bestimmte Grad der andauernden Leistungsverschlechterung des NOx-Adsorptionsmittels 14.
  • Die obige Diagnose wird im nächsten Ablauf des Systems wiedergegeben. Wenn sich die NOx-Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 vorübergehend verschlechtert hat, wird ein vorher bestimmtes Leistungs-Wiederherstellungsverfahren durchgeführt. Das Leistungs-Wiederherstellungsverfahren wird durchgeführt, indem dem NOx-Adsorptionsmittel 14 ein ein Reduktionsmittel enthaltendes Gas zugeführt wird. Das Verfahren zum Zuführen eines solchen Gases ist nicht beschränkt. Zum Beispiel kann das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors 2 so gesteuert werden, dass es fetter als das stöchiometrische ist. Je höher der Grad der vorübergehenden NOx-Adsorptions-Leistungsverschlechterung ist, d. h., je größer die Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy ist, desto größer ist die Menge des dem NOx-Adsorptionsmittel 14 zugeführten Reduktionsmittels.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das „Wasser-Adsorptionsmengen-Messmittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, wenn die ECU 20 die Wasser-Adsorptionsmenge x1 aus den Ausgabewerten der Wassersensoren 22, 26 berechnet; das „NOx-Adsorptionsmengen-Messmittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eingeschlossen, wenn die ECU 20 die NOx-Adsorptionsmenge y1 aus den Ausgabewerten der NOx-Sensoren 24, 28 berechnet. Ferner entspricht das Vermögen der ECU 20, die Kennfelddaten zu speichern, die die in 2 gezeigte Referenzlinie wiedergeben, dem „Referenzwert-Speichermittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus ist das „Vergleichsmittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, wenn die ECU 20 die Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy berechnet. Darüber hinaus ist das „Signal-Ausgabemittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, wenn die ECU 20 die Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy und die gemessene Wasser-Adsorptionsmenge x1 berechnet und diese in ein Signal umwandelt.
  • Zweite Ausführungsform
  • Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben.
  • [Systemaufbau]
  • 5 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Verbrennungsmotor-Systems zeigt, das eine Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt. Die Elemente, die in 5 gezeigt werden, und mit denen des Systems gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind werden mit den gleichen Bezugszeichen wie ihre Gegenstücke bezeichnet, und deren Beschreibung wird vereinfacht oder weggelassen.
  • Das System gemäß der zweiten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass Temperatursensoren (Wärmefühler) anstelle der Wassersensoren gemäß der ersten Ausführungsform eingebaut sind. Insbesondere ist der Temperatursensor 30 und der NOx-Sensor 24 stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels 14 angeordnet (in Richtung der stromaufwärtigen Verbindung 10a positioniert), und der Temperatursensor 32 und der NOx-Sensor 28 sind stromabwärts des NOx-Adsorptionsmittels 14 angeordnet (in Richtung der stromabwärtigen Verbindung 10b positioniert).
  • [Leistungsdiagnose des NOx-Adsorptionsmittels]
  • Das System gemäß der zweiten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabewerte der Temperatursensoren 30, 32 für die Diagnose der Leistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 verwendet werden. Die zweite Ausführungsform deckt genau die gleichen Leistungs-Diagnosepunkte wie die erste Ausführungsform ab und beurteilt, ob sich die Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 vorübergehend oder dauerhaft verschlechtert hat.
  • Ferner wird, wenn sich die Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 vorübergehend verschlechtert hat, in der zweiten Ausführungsform der Grad einer solchen vorübergehenden Leistungsverschlechterung bewertet.
  • (Überblick über die Leistungsdiagnose)
  • Zunächst wird die Leistungsdiagnose des NOx-Adsorptionsmittels 14, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, kurz dargestellt. Das NOx-Adsorptionsmittel 14 erzeugt Adsorptionswärme wenn es Wasser adsorbiert. Die Menge der erzeugten Adsorptionswärme ist außerordentlich hoch mit der Wasseradsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels 14 korreliert. Daher kann die Wasseradsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels 14 indirekt durch Messen der Menge der erzeugten Wärme nach Wasseradsorption gemessen werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Menge der nach Wasseradsorption erzeugten Wärme bestimmt, und die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der bestimmten Wärmemenge und der NOx-Adsorptionsmenge festgestellt.
  • 6 zeigt die Korrelation zwischen dem Wärmewert (der Menge an Wärme, die nach Wasseradsorption erzeugt wird) und der NOx-Adsorptionsmenge, die vorherrscht, wenn ein fabrikneues NOx-Adsorptionsmittel 14 verwendet wird. Die Figur zeigt, dass die NOx-Adsorptionsmenge als Funktion des Wärmewerts ausgedrückt werden kann, wenn ein fabrikneues NOx-Adsorptionsmittel 14 verwendet wird. Die NOx-Adsorptionsmenge und der Wärmewert sinken, wie es in der in 6 gezeigten Kurve (nachfolgend als Referenzlinie bezeichnet) gezeigt wird, wenn die NOx-Adsorptionsleistung dauerhaft aufgrund einer Verschlechterung nachlässt.
  • Wenn sich andererseits die NOx-Adsorptionsleistung vorübergehend aufgrund von Oxidation verschlechtert hat, ist die NOx-Adsorptionsmenge kleiner, als wenn ein fabrikneues NOx-Adsorptionsmittel verwendet wird; dennoch bleibt der Wärmewert unverändert. Wenn sich zum Beispiel die NOx-Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 vorübergehend aufgrund von Oxidation in einer Situation verschlechtert hat, in der der anfängliche Zustand (fabrikneuer Zustand) des NOx-Adsorptionsmittels 14 durch den Punkt P3 in 6 wiedergegeben wird, verschiebt sich die Beziehung zwischen der nach Wasseradsorption erzeugten Wärmemenge und der NOx-Adsorptionsmenge zu Punkt P4, welcher entfernt von der Referenzlinie entfernt positioniert ist.
  • Infolge dessen kann bestimmt werden, ob sich die NOx-Adsorptionsleistung vorübergehend oder dauerhaft verschlechtert hat, indem die nach Wasseradsorption erzeugte Wärmemenge und die NOx-Adsorptionsmenge gemessen werden und überprüft wird, ob die gemessenen Werte auf der Referenzlinie liegen. Zusätzlich kann der Grad der vorübergehenden NOx-Adsorptionsleistungs-Verschlechterung objektiv bewertet werden, indem der Grad der Abweichung der gemessenen Werte von der Referenzlinie (die Länge des Pfeils in 6) gemessen wird.
  • (Details des Leistungsdiagnose-Verfahrens)
  • Das Verfahren zum Bestimmen der Leistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 wird jetzt ausführlich beschrieben. Die zweite Ausführungsform ist mit der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Diagnose-Startbedingungen, des Systembetriebs, der durch geführt wird, wenn die Diagnose-Startbedingungen erfüllt sind, und der Messung der NOx-Adsorptionsmenge des NOx-Adsorptionsmittels 14 identisch. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass in ersterer die nach Wasseradsorption erzeugte Wärmemenge anstelle der Wasseradsorptionsmenge gemessen wird.
  • Die erzeugte Wärmemenge, wenn das NOx-Adsorptionsmittel 14 Wasser adsorbiert, wird durch die Temperatursensoren 30, 32 gemessen, die stromaufwärts bzw. stromabwärts des NOx-Adsorptionsmittels 14 positioniert sind. Die horizontale Achse des in 7 gezeigten Graphen gibt die Zeit wieder, wohingegen die vertikale Achse den Unterschied des Ausgabewerts zwischen dem stromabwärtigen Temperatursensor 32 und dem stromaufwärtigen Temperatursensor 30 wiedergibt, das heißt, den Temperaturunterschied zwischen den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Seiten des NOx-Adsorptionsmittels 14. Der Temperaturunterschied zwischen den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Seiten des NOx-Adsorptionsmittels 14 steigt aufgrund von Adsorptionswärme, die erzeugt wird, wenn das NOx-Adsorptionsmittel 14 Wasser adsorbiert. Daher kann der Wärmewert x1, welcher die nach Wasseradsorption erzeugte Wärmemenge wiedergibt, durch Integrieren des Temperaturunterschieds bestimmt werden, das heißt, durch Berechnen des Bereichs des schattierten Anteils C in 7.
  • Die ECU 20 speichert Kennfelddaten, die der in 6 gezeigten Referenzlinie entsprechen. Wenn der Wärmewert x1, welcher die nach Wasseradsorption erzeugte Wärmemenge wiedergibt, gemessen wird, werden die Kennfelddaten abgerufen, um die NOx-Adsorptionsmenge auf der Referenzlinie abzufragen, die dem gemessenen Wert x1 entsprechen (diese NOx-Adsorptionsmenge wird nachfolgend als Referenz-NOx-Adsorptionsmenge y0 bezeichnet). Die gemessene NOx-Adsorptionsmenge y1 wird dann mit der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge y0 zum Berechnen der Abweichung Δy zwischen ihnen verglichen (Δy = y0 – y1).
  • Die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 wird in Übereinstimmung mit der Abweichung Δy der NOx-Adsorptionsmenge und dem gemessenen Wärmewert x1 bestimmt. Wenn die Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy nicht Null ist, das heißt, wenn das gemessene Ergebnis nicht auf der Referenzlinie liegt, wird bestimmt, dass sich die NOx-Adsorptionsleistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 vorübergehend verschlechtert hat. Je höher die Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy ist, desto höher ist der bestimmte Grad der vorübergehenden NOx-Adsorptions-Leistungsverschlechterung. Indessen wird der gemessene Wärmewert x1 für die Bestimmung der Verschlechterung verwendet. Je geringer der gemessene Wärmewert x1 ist, desto höher ist der bestimmte Grad der dauerhaften Leistungsverschlechterung des NOx-Adsorptionsmittels 14. Die obige Diagnose spiegelt sich in dem nächsten Ablauf des Systems wieder, wie es in der ersten Ausführungsform der Fall ist.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das „Wasser-Adsorptionsmengen-Messmittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, wenn die ECU 20 den Wärmewert x1, welcher die nach Wasseradsorption erzeugte Wärmemenge darstellt, aus den Ausgabewerten der Temperatursensoren 30, 32 berechnet; das „NOx-Adsorptionsmengen-Messmittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eingeschlossen, wenn die ECU 20 die NOx-Adsorptionsmenge y1 aus den Ausgabewerten der NOx-Sensoren 24, 28 berechnet. Ferner entspricht das Vermögen der ECU 20, die Kennfelddaten, die die in 6 gezeigte Referenzlinie wiedergeben, zu speichern, dem „Referenzwert-Speichermittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus ist das „Vergleichsmittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, wenn die Ecu 20 die Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy berechnet. Ferner ist das „Signal-Ausgabemittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, wenn die ECU 20 die Abweichung der NOx-Adsorptionsmenge Δy und den gemessenen Wärmewert x1 berechnet, das heißt, diese in ein Signal umwandelt.
  • Sonstiges
  • Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass die. vorliegende Erfindung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist und mit Modifikationen innerhalb des Sinns und des Anwendungsbereichs der angehängten Ansprüche ausgeführt werden kann. Zum Beispiel können die folgenden Modifikationen an den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.
  • (Erste Modifikation)
  • In dem in 1 gezeigten Systemaufbau sind der Wassersensor 26 und der NOx-Sensor 28 stromabwärts des NOx-Adsorptionsmittels 14 positioniert. Dennoch können der Wassersensor 26 und der NOx-Sensor 28 alternativ in dem NOx-Adsorptionsmittel 14, wie in 8 gezeigt, positioniert werden. Dieser alternative Aufbau funktioniert wirksam in einer Situation, in der das Adsorptionsvermögen des NOx-Adsorptionsmittels 14 hoch ist, so dass die Adsorptionsleistung nicht klar bestimmt werden kann, wenn die Sensoren stromaufwärts und stromabwärts des NOx-Adsorptionsmittels 14 positioniert sind. Wenn dieser alternative Aufbau verwendet wird, ist der Bereich der Adsorptions-Leistungsdiagnose auf das vordere Ende des NOx-Adsorptionsmittels 14 beschränkt. Die Leistung des vorderen Endes lässt jedoch schnell aufgrund von Oxidation und Verschlechterung nach, da dies der am häufigsten verwendete Teil des NOx-Adsorptionsmittels 14 ist. Infolge dessen tritt kein Problem auf, selbst wenn der Bereich der Diagnose auf das vordere Ende beschränkt ist.
  • Ferner können in dem in 5 gezeigten Aufbau der Wassersensor 26 und der Temperatursensor 32 alternativ innerhalb des NOx-Adsorptionsmittels positioniert sein (dieser alternative Aufbau ist nicht gezeigt). Dieser alternative Aufbau funktioniert ebenso wirksam in einer Situation, in der das Adsorptionsvermögen des NOx-Adsorptionsmittels 14 hoch ist, so dass die Adsorptionsleistung nicht klar bestimmt werden kann, wenn die Sensoren stromaufwärts und stromabwärts des NOx-Adsorptionsmittels 14 positioniert sind.
  • (Zweite Modifikation)
  • Der stromaufwärtige Wassersensor 32 und der NOx-Sensor 24 gemäß der ersten Ausführungsform können entfernt werden, so dass die Flussraten des Wassers und des NOx, das in das NOx-Adsorptionsmittel 14 strömt, in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen für den Verbrennungsmotor 2 bestimmt werden. Insbesondere können die Wasser- und NOx-Flussraten bestimmt werden, indem ein Kennfeld erstellt wird, das die Rotationsgeschwindigkeit, das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis, den Zündzeitpunkt und andere Betriebsbedingungen verwendet, die die Abgas-Flussrate und die Abgas-Zusammensetzung als Parameter betreffen, und Abfragen der Wasser-Flussrate und der NOx-Flussrate aus dem Kennfeld in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen. Eine Alternative ist, die Wasser-Flussrate und die NOx-Flussrate, die unter spezifischen Betriebsbedingungen herrschen, zu bestätigen, und die spezifischen Betriebsbedingungen als Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors für die Leistungsdiagnose festzulegen.
  • (Dritte Modifikation)
  • In der zweiten Ausführungsform gibt die horizontale Achse des in 6 gezeigten Graphen den Wärmewert wieder. Dennoch kann die horizontale Achse alternativ einen Temperaturparameter wiedergeben, der mit der Wasser-Adsorptionsmenge hoch korreliert ist. Zum Beispiel kann der Maximalwert des Temperaturunterschieds zwischen den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Seiten des NOx-Adsorptionsmittels 14, das heißt, die maximale Höhe des schattierten Anteils C in 7, durch die horizontale Achse des in 6 gezeigten Graphen wiedergegeben werden. Eine andere Alternative ist, die horizontale Achse des in 6 gezeigten Graphen die Rate des Anstiegs des oben genannten Temperaturunterschieds wiedergeben zu lassen.
  • (Vierte Modifikation)
  • In den ersten und zweiten Ausführungsformen kann die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels 14 bestimmt werden, wenn das System einen Spülvorgang durchführt. Wenn der Spülvorgang durchgeführt wird, werden NOx und Wasser von dem NOx-Adsorptionsmittel 14 desorbiert. Die Menge einer solchen NOx-Desorption kann von der Abweichung des Ausgabewerts zwischen den NOx-Sensoren 24, 28 bestimmt werden, wohingegen die Menge einer solchen Wasser-Desorption von der Abweichung des Ausgabewerts zwischen den Wassersensoren 22, 26 bestimmt werden kann. Die NOx-Adsorptionsmenge und die Wasser-Adsorptionsmenge, die für die Leistungsdiagnose nötig sind, können durch Bestimmen der NOx-Adsorptionsmenge und der Wasser-Desorptionsmenge, die durch den Spülvorgang bereitgestellt werden, erhalten werden.
  • (Fünfte Modifikation)
  • Der Referenzkörper des NOx-Adsorptionsmittels 14, der mit dem Festlegen für die in den 2 und 6 gezeigte Referenzlinie in Beziehung steht, muss nicht immer fabrikneu sein. Eine Alternative ist, ein NOx-Adsorptionsmittel 14 herzustellen, dessen NOx-Adsorptionsleistung auf ein Ausmaß verringert ist, dass das NOx-Adsorptionsmittel 14 das vorher bestimmte Leistungs-Wiederherstellungsverfahren erfordert, Verwenden des hergestellten NOx-Adsorptionsmittels 14 als Referenzkörper, Erhalten einer Kurve, die die Korrelation zwischen der Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge des Referenzkörpers wiedergibt, und Festlegen der erhaltenen Kurve als Referenzlinie. Soweit die Referenzlinie, wie oben beschrieben, festgelegt wurde, kann gefolgert werden, dass das Leistungs-Wiederherstellungsverfahren nicht nötig ist, wenn die gemessene Wasser-Adsorptionsmenge und die NOx-Adsorptionsmenge über der Referenzlinie liegen, und dass es nötig ist, wenn die gemessenen Mengen unter der Referenzlinie liegen.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgassemissions-Steuervorrichtung mit einem NOx-Adsorptionsmittel und ermöglicht es zu beurteilen, ob sich die Leistung des NOx-Adsorptionsmittels vorübergehend oder dauerhaft verschlechtert. Die Mengen an von dem NOx-Adsorptionsmittel adsorbiertem NOx und Wasser werden während des eigentlichen Betriebs eines Verbrennungsmotors gemessen. Eine die Korrelation zwischen einer vorgewählten Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge angebende Referenzlinie wird dann referenziert, um den Referenzwert y0 der NOx-Adsorptionsmenge, die dem gemessenen Wert x1 der Wasser-Adsorptionsmenge entspricht, zu bestimmen. Als nächstes wird der gemessene Wert y1 der NOx-Adsorptionsmenge mit dem Referenzwert y0 verglichen, um ein Signal auszugeben, in dem das Ergebnis des Vergleichs wiedergegeben wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2000-345832 A [0002, 0002]

Claims (8)

  1. Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Vorrichtung umfasst: ein NOx-Adsorptionsmittel, welches in dem Abgasweg des Verbrennungsmotors positioniert ist; ein NOx-Adsorptionsmengen-Messmittel zum Messen der von dem NOx-Adsorptionsmittel adsorbierten Menge an NOx, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist; ein Wasser-Adsorptionsmengen-Messmittel zum Messen der von dem NOx-Adsorptionsmittel adsorbierten Menge an Wasser, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist; ein Referenzwert-Speichermittel zum Speichern des Referenzwerts der NOx-Adsorptionsmenge bezüglich der Wasser-Adsorptionsmenge; ein Vergleichsmittel zum Vergleichen der gemessenen NOx-Adsorptionsmenge mit dem Referenzwert der NOx-Adsorptionsmenge bezüglich der gemessenen Wasser-Adsorptionsmenge; und ein Signal-Ausgabemittel zum Ausgeben eines Signals, das das Ergebnis des Vergleichs wiedergibt.
  2. Abgasemissions-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Signal-Ausgabemittel ein Signal ausgibt, das das Verhältnis der Größenordnung zwischen dem gemessenen Wert der NOx-Adsorptionsmenge und dem Referenzwert der NOx-Adsorptionsmenge, die verglichen wurden, wiedergibt.
  3. Abgasemissions-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Signal-Ausgabemittel ein Signal ausgibt, das der Abweichung zwischen dem gemessenen Wert der NOx-Adsorptionsmenge und dem Referenzwert der NOx-Adsorptionsmenge, die verglichen wurden, entspricht.
  4. Abgasemissions-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Signal-Ausgabemittel nicht nur das Signal ausgibt, das der Abweichung zwischen dem gemessenen Wert der NOx-Adsorptionsmenge und dem Referenzwert der NOx-Adsorptionsmenge, die verglichen wurden, entspricht, sondern ebenso ein Signal, das dem gemessenen Wert der Wasser-Adsorptionsmenge entspricht.
  5. Abgasemissions-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das NOx-Adsorptionsmengen-Messmittel einen stromaufwärtigen NOx-Sensor einschließt, welcher stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und einen stromabwärtigen NOx-Sensor, welcher stromabwärts oder innerhalb des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und das die NOx-Adsorptionsmenge in Übereinstimmung mit dem Unterschied des Ausgabewerts zwischen den beiden NOx-Sensoren berechnet.
  6. Abgasemissions-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wasser-Adsorptionsmengen-Messmittel einen stromaufwärtigen Wassersensor einschließt, welcher stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und einen stromabwärtigen Wassersensor, welcher stromabwärts oder innerhalb des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und das die Wasser-Adsorptionsmenge in Übereinstimmung mit dem Unterschied des Ausgabewerts zwischen den beiden Wassersensoren berechnet.
  7. Abgasemissions-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wasser-Adsorptionsmengen-Messmittel einen stromaufwärtigen Temperatursensor einschließt, welcher stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und einen stromabwärtigen Temperatursensor, welcher stromabwärts oder innerhalb des NOx-Adsorptionsmittels positioniert ist, und das die Wasser-Adsorptionsmenge in Übereinstimmung mit dem Unterschied des Ausgabewertes zwischen den beiden Temperatursensoren berechnet.
  8. Leistungs-Diagnoseverfahren für ein NOx-Adsorptionsmittel, umfassend die Schritte: Erstellen von Daten, die die Korrelation zwischen der Wasser-Adsorptionsmenge und der NOx-Adsorptionsmenge eines NOx-Adsorptionsmittels wiedergeben (nachfolgend als Referenzkörper bezeichnet), dessen NOx-Adsorptionsleistung nicht vorübergehend verschlechtert wurde; Zuführen eines NOx und Wasser enthaltenden Gases zu einem NOx-Adsorptionsmittel, welches das Diagnoseziel darstellt (nachfolgend als Diagnose-Zielkörper bezeichnet), und Messen der Mengen an NOx und Wasser, die von dem Diagnose-Zielkörper adsorbiert wurden; Referenzieren der Daten, um die NOx-Adsorptionsmenge des Referenzkörpers (nachfolgend als Referenz-NOx-Adsorptionsmenge bezeichnet) zu bestimmen, die der gemessenen Wasser-Adsorptionsmenge entspricht, und Vergleichen der gemessenen NOx-Adsorptionsmenge mit der Referenz-NOx-Adsorptionsmenge; und Beurteilen des Grades der vorübergehenden NOx-Adsorptionsleistungs-Verschlechterung des Diagnose-Zielkörpers in Übereinstimmung mit dem Ergebnis des Vergleichs.
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