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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Abgasemissionssteuersystem
und -verfahren für
eine Brennkraftmaschine, und insbesondere auf ein derartiges Abgasemissionssteuersystem
und -verfahren, die Abgasemissionen unter Verwendung eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
reinigen und die eine Funktion oder einen Schritt zum Bestimmen
des Verschlechterungsgrades des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators haben.
Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist dazu geeignet, in Abgas
enthaltenes NOx wahlweise durch Adsorption, Absorption oder beides
zu speichern, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator
strömenden
Abgases mager ist, und das gespeicherte NOx unter Verwendung von
Reduktionskomponenten in dem Abgas zu reduzieren und zu beseitigen,
wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des in den Katalysator strömenden
Abgases gleich dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
oder einem fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis
wird.
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2. Beschreibung des zugehörigen Stands
der Technik
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Es
ist ein Abgasemissionssteuersystem bekannt, das Abgas von darin
enthaltenem NOx reinigt, und zwar unter Verwendung eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators,
der NOx in dem Abgas wahlweise durch Adsorption, Absorption oder
beides speichert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator
strömenden
Abgases mager ist, und das gespeicherte NOx unter Verwendung von
in dem Abgas enthaltenen Reduktionskomponenten reduziert und beseitigt,
wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des in den Katalysator strömenden
Abgases stöchiometrisch
oder fett wird.
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Jedoch
unterliegt der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator einer Abnutzung
oder Verschlechterung aus verschiedenen Gründen, und seine Fähigkeit
zum Beseitigen von NOx aus dem Abgas ist aufgrund der Verschlechterung
reduziert. Falls zum Beispiel eine Schwefelkomponente in einem Kraftstoff
der Brennkraftmaschine enthalten ist, dann speichert der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator Schwefeloxyde
in dem Abgas, die durch die Verbrennung der Schwefelkomponenten
in dem Kraftstoff erzeugt werden, und zwar im Wesentlichen in der
gleichen Art und Weise, die der Katalysator NOx speichert. Falls
die Menge der Schwefeloxyde (SOx) vermehrt wird, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
gespeichert ist, dann ist die NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
um ein Maß entsprechend
der gespeicherten NOx-Menge reduziert, und die Menge an NOx wird vermehrt,
die durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
hindurch tritt, ohne dass sie durch den Katalysator während einer
mageren Verbrennung der Kraftmaschine eingefangen oder gespeichert
wird.
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Das
in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherte NOx kann
aus dem Katalysator zur Reduktion und Beseitigung durch einen fetten
Impulsbetrieb ausgelassen werden, bei dem die Kraftmaschine vorübergehend
bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis betrieben
wird, so dass ein Abgas mit einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis dem Katalysator
zugeführt
wird.
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Jedoch
wird das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator vorstehend beschriebene
gespeicherte SOx nicht aus dem Katalysator durch den fetten Impulsbetrieb
zur Reduktion und Beseitigung von NOx ausgelassen, und daher wird
die Menge des in dem n zur Reduktion und Beseitigung von NOx ausgelassen,
und daher wird die Menge des in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators gespeicherten
SOx allmählich
vermehrt, wenn die Kraftmaschine weiterhin bei einem mageren Luft/Kraftstoff- Verhältnis betriebe
wird, was zu einer sogenannten Schwefelvergiftung oder S-Vergiftung
führt,
die eine allmähliche
Reduzierung der NOx-Beseitigungsfähigkeit des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators bewirkt.
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Zusätzlich zu
der S-Vergiftung kann sich der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zum
Beispiel aufgrund einer langen Zeitperiode des Gebrauches oder des
Betriebes in einer Umgebung mit hoher Temperatur verschlechtern,
was zu einer Reduzierung der NOx-Speicherkapazität führt.
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Die
S-Vergiftung kann zum Beispiel dadurch beseitigt werden, dass ein
Vergiftungsbeseitigungsbetrieb durchgeführt wird, bei dem ein an Kraftstoff fettes
Abgas mit einer Temperatur, die höher ist als sie bei normalen
Fett-Impuls betrieben verwendet wird, dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
zugeführt
wird, um so das gespeicherte SOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator auszulassen.
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Der
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, der sich aus anderen Gründen als
die S-Vergiftung verschlechtert hat, kann in seinem Ursprungszustand nicht
wiederhergestellt oder restauriert werden, und der Katalysator müsste durch
einen neuen ausgetauscht werden, falls eine derartige Verschlechterung auftritt.
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Um
die S-Vergiftung angemessen zu beseitigen oder den Katalysator durch
einen neuen gemäß der vorstehenden
Beschreibung auszutauschen, ist es erforderlich, genau zu bestimmen,
dass sich der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zu einem derartigen
Ausmaß verschlechtert
hat, dass ein Betrieb zum Beseitigung der Vergiftung oder ein Austausch erforderlich
oder notwendig ist.
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Bei
einer bekannten Technik zum Bestimmen des Verschlechterungsgrades
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators ist ein NOx-Sensor zum
Erfassen der NOx-Konzentration in dem Abgas in einem Abgaskanal
angeordnet, der sich stromabwärts
von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator befindet, und der Verschlechterungsgrad
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators wird auf der Grundlage
eines Abgabesignals von dem NOx-Sensor bestimmt. Beispiele von Abgasemissionssteuersystemen,
die die Verschlechterung des Katalysators in dieser Art und Weise
bestimmen, sind zum Beispiel in den japanischen Patentoffenlegungsschriften JP-7-208151A
und JP-2000-130212A sowie dem US-Patent US-6 167 695 offenbart.
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Das
in JP-7-208151A offenbarte System bestimmt, dass sich der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
verschlechtert hat, wenn die Zeit, die dazu erforderlich ist, das
sich die NOx-Konzentration des Abgases, die durch einen stromabwärts von
dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
angeordneten NOx-Sensor erfasst wird, auf ein vorbestimmtes Niveau
nach einem Fett-Impulsbetrieb erhöht, gleich oder kürzer als
eine vorbestimmte Zeit ist.
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Wenn
sich die NOx-Speichermenge vermehrt, dann ist die NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicherreduktions-Katalysators
reduziert, und die NOx-Menge, die durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator hindurch
tritt, ohne dass sie durch den Katalysator eingefangen wird, ist
durch jenes NOx vermehrt, das in dem Abgas enthalten ist, welches
in den Katalysator strömt.
Die Aufgrund der Vermehrung der NOx-Speichermenge so reduzierte NOx-Speicherkapazität wird normaler
Weise durch einen Fett-Impulsbetrieb zum Reduzieren und Beseitigen
des gespeicherten NOx wiederhergestellt. Jedoch wird das in dem
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherte SOx nicht aus dem
Katalysator durch einen normalen Fett-Impulsbetrieb ausgelassen, und daher
verbleibt das SOx in dem Katalysator auch nach fetten Impulsen,
falls der Katalysator an einer S-Vergiftung leidet, was zu einer
Reduzierung der NOx-Speicherkapazität um ein
Maß entsprechend
der in dem Katalysator gespeicherten SOx-Menge führt.
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Falls
die Verschlechterung des Katalysators aus anderen Gründen als
die S-Vergiftung auftritt, dann wird die NOx-Speicherkapazität auch nicht vollständig wiederhergestellt,
auch nachdem fette Impulse ausgeführt wurden. Unterliegt der
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
einmal einer Verschlechterung, dann wir die NOx-Speicherkapazität des Katalysators
auch nach fetten Impulsen nicht vollständig wiederhergestellt. Beim
Auftreten der S-Vergiftung ist daher die NOx-Speicherkapazität des Katalysators
selbst aufgrund einer Absorption einer relativ kleinen NOx-Menge
nach einem Fett-Impulsbetrieb stark reduziert, und die Menge an
NOx, die durch den Katalysator hindurch tritt, ohne dass sie gespeichert
oder eingefangen wird, wird innerhalb einer kurzen Zeit vermehrt.
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Das
in JP-7208151 offenbarte System ist dazu geeignet, die NOx-Konzentration in
dem Abgas mittels des NOx-Sensors zu messen, der sich stromabwärts von
dem Katalysator befindet, und zwar nachdem ein fetter Impuls ausgeführt wurde,
und es bestimmt, dass die NOx-Speicherkapazität auch nach dem fetten Impuls
nicht ausreichend wiederhergestellt ist, das nämlich der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
einer Verschlechterung unterworfen ist, wenn die Zeit, die dazu
erforderlich ist, dass sich die NOx-Konzentration auf das vorbestimmte
Niveau erhöht,
kürzer
ist als die vorbestimmte Zeit.
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JP-2000-130212A
offenbart eine Technik zum Bestimmen einer Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
durch Bestimmen der aus der Kraftmaschine ausgelassenen Menge an
NOx (was als "NOx-Emissionsmenge" bezeichnet wird),
und zwar auf der Grundlage der Kraftmaschinenbetriebszustände, und
durch Vergleichen eines Wertes, der durch Multiplizieren der NOx-Emissionsmenge mit
dem NOx-Absorptionswirkungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators erhalten wird,
die in Abhängigkeit
von den Kraftmaschinenbetriebszuständen bestimmt wird, mit der
Ist-NOx-Konzentration, die durch einen NOx-Sensor erfasst wird, der
sich stromabwärts
von dem Katalysator befindet.
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Bei
dem Emissionssteuersystem gemäß der JP-2000-130212A
wird nämlich
die Menge an NOx (Referenzkonzentration), die durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
hindurch treten würde und dessen
stromabwärtige
Seite erreichen würde, ohne
dass sie durch den Katalysator absorbiert wird, falls der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
in einem normalen Zustand (das heißt ein nicht verschlechterter
Zustand) ist, und zwar von dem durch die Kraftmaschine erzeugten
NOx, als ein Produkt der NOx-Emissionsmenge
der Kraftmaschine mit dem NOx-Absorptionswirkungsgrad
des Katalysators bestimmt. Dann wird bestimmt, dass der Katalysator einer
Verschlechterung unterzogen wurde, falls die Menge (Konzentration)
des NOx, die tatsächlich durch
den Katalysator zu dessen stromabwärtiger Seite hindurch getreten
ist, größer ist
als die so bestimmte Referenzkonzentration.
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Bei
den Systemen, die in der JP-7-208151A, JP-2000-130212A und US-6
167 695 offenbart sind, wird die Verschlechterung des Katalysators
auf der Grundlage der NOx-Konzentration in dem Abgas bestimmt, die
durch den NOx-Sensor erfasst wird. Jedoch berücksichtigen diese Systeme nicht
die Zuverlässigkeit
der Abgabe von dem NOx-Sensor (oder die Erfassungsgenauigkeit von
dem Sensor), wodurch die Möglichkeit
besteht, dass eine falsche oder ungenaue Bestimmung hinsichtlich
der Verschlechterung des Katalysators gemacht wird.
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Im
Allgemeinen ist die NOx-Erfassungsgenauigkeit des NOx-Sensors, nämlich die
Zuverlässigkeit
der Abgabe von dem NOx-Sensor,
in einem Bereich mit niedriger NOx-Konzentration beträchtlich reduziert
oder verschlechtert. Wenn die Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators durch
die Verfahren gemäß JP-7208151A
und JP-2000-130212 bestimmt wird, dann muss nichts desto trotz ein
NOx-Konzentrationsbestimmungswert,
auf dessen Grundlage die Verschlechterung erfasst wird, auf einen
Wert in einem Bereich mit relativ niedriger Konzentration festgelegt
werden.
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Unter
der Annahme, dass die obere Grenze der Konzentration des NOx-Emissionsniveaus
auf oder unter zum Beispiel 40 ppm gehalten werden muss, dann kann
der Zweck zum Bestimmen der Verschlechterung des Katalysators nicht
angemessen erreicht werden, falls das Auftreten einer Verschlechterung
erfasst wird, nachdem die Verschlechterung des Katalysators bis
zu einem Punkt fortgeschritten ist, bei dem die NOx-Konzentration
in dem Abgas, die stromabwärts
von dem Katalysator gemessen wird, die obere Grenze der Konzentration
von 40 ppm erreicht hat. Es ist somit erforderlich, den Fortschritt
der Verschlechterung an einem früheren
Zeitpunkt zu bestimmen und Maßnahmen
gegen die Verschlechterung wie zum Beispiel eine Beseitigung S-Vergiftung zu
ergreifen.
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Falls
zum Beispiel die Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators bestimmt wird,
wenn Fett-Impulsbetriebe
periodisch durchgeführt
werden, falls die NOx-Konzentration
in dem Abgas, die stromabwärts
von dem Katalysator gemessen wird, während eines Fett-Impulsbetriebes
40 ppm erreicht hat, dann wird die ausgelassene NOx-Konzentration
die obere Grenze der Konzentration unter Betriebszuständen (zum
Beispiel während einer
Beschleunigung des Fahrzeuges) weit überschreiten, bei denen die
NOx-Emissionsmenge weitaus größer ist
als jene, die während
des Fett-Impulsbetriebes gemessen wird.
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Um
die NOx-Konzentration in dem Abgas konstant auf oder unter dem oberen
Grenzwert zu halten, ist es daher erforderlich, zu bestimmen, dass die
Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
fortgeschritten ist (oder dass der Katalysator einer Verschlechterung
ausgesetzt ist), wenn die NOx-Konzentration in dem Abgas, die unmittelbar
vor einem fetten Impuls (das heißt bei einem Start eines fetten
Impulses) stromabwärts
von dem Katalysator gemessen wird, einen weitaus niedrigeren Wert
(zum Beispiel ungefähr
10 ppm) erreicht, und Maßnahmen
gegen die Verschlechterung des Katalysators zu ergreifen, wie zum
Beispiel ein Betrieb zum Beseitigen der S-Vergiftung.
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Um
dementsprechend die Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators an
einem früheren
Zeitpunkt bei den Verfahren gemäß JP-7-208151A
und JP-2000-130212A zu bestimmen, ist die Konzentration zum Auswerten
der Verschlechterung als ein Kriterium zum Bestimmen einer Verschlechterung
auf ein ausreichend niedriges Niveau festzulegen. Jedoch ist die
Erfassungsgenauigkeit des NOx-Sensors
in einem Bereich mit niedriger Konzentration beträchtlich
reduziert, wie dies vorstehend beschrieben ist, und daher ist die
Zuverlässigkeit
der Bestimmung der Verschlechterung an sich reduziert, falls die
Konzentration zum Auswerten der Verschlechterung abgesenkt ist.
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Darüber hinaus
offenbart US-5 735 119 eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem
NOx-Absorptionsmittel zum Absorbieren von NOx darin aus dem Abgas,
wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis
mager ist. Das NOx-Absorptionsmittel hat eine bestimmte NOx-Absorptionskapazität und muss
von Zeit zu Zeit wieder hergestellt werden, um das absorbierte NOx mittels
der Fett-Impulsbetriebe zu lösen.
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Kurz
gesagt kann die Lehre folgendermaßen zusammengefasst werden:
Verzögern
eines Fett-Impulsbetriebes derart, dass das Absorptionsmittel definitiv
gesättigt
wird, Messen des in dem Abgas enthaltenen Sauerstoffes, Herleiten
der NOx-Ist-Menge aus dem Sauerstoffgehalt, die in dem Absorptionsmittel
absorbiert werden kann, und Bestimmen der Verschlechterung des Absorptionsmittels
auf der Grundlage der Ist-NOx-Menge, die in dem Absorptionsmittel
absorbiert werden kann.
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Somit
können
die herkömmlichen
Emissionssteuersysteme eine Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
nicht genau bestimmen, und es kann ein Problem auftreten, dass die
NOx-Konzentration in dem Abgas einen oberen Grenzwert unter Betriebszuständen überschreitet, bei
denen die NOx-Emissionsmenge
der Kraftmaschine vermehrt ist.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Abgasemissionssteuersystem
für eine
Brennkraftmaschine vorzusehen, das in einfacher Weise und genau
eine Verschlechterung eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
bestimmen kann, wenn die Bestimmung unter Verwendung eines stromabwärts von dem
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators angeordneten NOx-Sensors durchgeführt wird.
Es gehört auch
zur Aufgabe der Erfindung ein derartiges Abgasemissionssteuerverfahren
vorzusehen.
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Um
die vorstehend genannte sowie weitere Aufgaben zu lösen, wird
gemäß einem
Aspekt der Erfindung ein Abgasemissionssteuersystem für eine Brennkraftmaschine
vorgesehen, mit: (a) einem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator,
der in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei
der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator Wahlweise
NOx speichert, das in dem Abgas enthalten ist, welches in den Katalysator
strömt,
und zwar durch Adsorption, Adsorption oder sowohl durch Adsorption
als auch Adsorption wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases mager ist, und das gespeicherte NOx unter Verwendung von
Reduktionskomponenten in dem Abgas reduziert und beseitigt, wenn
das Luft/-Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases gleich einem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
oder einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird, (b) einem NOx-Sensor,
der in dem Abgaskanal stromabwärts
von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
angeordnet ist, wobei der NOx-Sensor dazu betreibbar ist, eine NOx-Konzentration
in dem Abgas zu erfassen, und (c) einer Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung
des Systems führt
einen Fett-Impulsbetrieb durch, um die Kraftmaschine vorübergehend
bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis jedes Mal dann zu betreiben,
wenn ein NOx-Speicherzustand des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators eine
vorbestimmte Fett-Impulsbedingung während eines
Betriebes der Kraftmaschine bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfüllt, um
somit Abgas mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
zum Reduzieren und Beseitigen des NOx zuzuführen, das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert
ist. Die Steuervorrichtung bestimmt außerdem einen Verschlechterungsgrad
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
durch Vergleichen eines Abgabewertes von dem NOx-Sensor, der in
einer vorbestimmten Bestimmungsperiode während des Betriebes der Kraftmaschine
bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhalten wird, mit einem
vorbestimmten Auswertungswert, und durch Ändern der Fett-Impulsbedingung derart,
dass eine Menge des in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
gespeicherten NOx während
eines Startes des Fett-Impulsbetriebes während der Bestimmungsperiode
größer ist als
die Menge an NOx, die in dem Katalysator während des Startes des Fett-Impulsbetriebes
während einer
Periode außer
der Bestimmungsperiode gespeichert ist.
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Bei
dem vorstehend beschrieenen Abgasemissionssteuersystem wird der
Fett-Impulsbetrieb jedes mal dann durchgeführt, wenn der NOx-Speicherzustand
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators die vorbestimmte Fett-Impulsbedingung
erfüllt,
so dass das Abgas mit dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zugeführt wird.
Der NOx-Speicherzustand
stellt eine Menge dar, die einen Zustand angibt, der mit der Menge
an NOx verknüpft
oder bezogen ist, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
gespeichert ist. Zum Beispiel bedeutet der NOx-Speicherzustand einen
Wert wie zum Beispiel ein Wert eines NOx-Zählers, der die NOx-Speichermenge
gemäß späterer Beschreibung
darstellt, oder eine verstrichene Zeit, eine Wegstrecke oder ein
integrierter Wert der Kraftmaschinendrehzahl, die nach der Ausführung des
letzten Fett-Impulsbetriebes gemessen wird, was die Menge an NOx
darstellt, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert ist.
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Bei
dem Abgasemissionssteuersystem gemäß dem vorstehend beschriebenen
Aspekt der Erfindung wird der Fett-Impulsbetrieb jedes Mal dann durchgeführt, wenn
der NOx-Speicherzustand die vorbestimmte Fett-Impulsbedingung erfüllt (zum
Beispiel jedes Mal dann, wenn die NOx-Speichermenge einen vorbestimmten
Wert erreicht, oder jedes Mal dann, wenn die verstrichene Zeit,
die Wegstrecke oder der integrierte Wert der Kraftmaschinendrehzahl,
der nach der Beendigungszeit des letzten Fett-Impulsbetriebes an
gemessen wird, einen vorbestimmten Wert erreicht), und zwar während eines normalen
Magerverbrennungsbetriebes, das heißt während einer Periode außer der
Verschlechterungsbestimmungsperiode. Durch diese Anordnung wird verhindert,
dass sich die NOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators so
vermehrt, dass sie größer wird
als ein vorgegebener Wert, und daher wird die NOx-Konzentration des
Abgases (oder die ausgelassene NOx-Konzentration), die stromabwärts von
dem Katalysator gemessen wird, auf einen relativ niedrigen Wert
konstant gehalten.
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Wenn
die Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators bestimmt wird, dann wird
die Fett-Impulsstartbedingung
andererseits so geändert,
dass der Fett-Impulsbetrieb
nicht gestartet wird, bis die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherte
NOx-Menge einen Wert erreicht, der größer ist als jene Menge (der
normale Referenzwert), bei der der Fett-Impulsbetrieb während des normalen
Magerverbrennungsbetriebes gestartet wird. Zum Beispiel wird der
Start des Fett-Impulsbetriebes verzögert, der Fett-Impulsbetrieb wird
nämlich
nach einem späteren
Zeitpunkt als der normale Startpunkt gestartet, um so die NOx-Speichermenge des
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators während des Startens des Fett-Impulsbetriebes
so zu vermehren, dass sie größer ist
als jene Menge, die bei dem normalen Magerverbrennungsbetrieb verwendet
wird.
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Durch
die vorstehend beschriebene Anordnung speichert der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
während
der Verschlechterungsbestimmungsperiode eine relativ große NOx-Menge, die während des
normalen Magerverbrennungsbetriebes nicht erreicht wird, und die
ausgelassene NOx-Konzentration, die stromabwärts von dem Katalysator gemessen
wird, ist ebenfalls auf ein höheres Niveau
als jenes vergrößert, das
während
des normalen Magerverbrennungsbetriebes erreicht wird.
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Wenn
zum Beispiel eine Fett-Impulsstartbedingung so festgelegt ist, dass
ein Fett-Impulsbetrieb jedes Mal dann durchgeführt wird, wenn A mg von NOx
in dem NOx-Speicher/Reduktions- Katalysator während eines
normalen Magerverbrennungsbetriebes gespeichert ist, dann kann bestimmt
werden, dass sich der Katalysator verschlechtert hat, wenn die NOx-Konzentration
des aus dem Katalysator ausgelassenen Abgases 10 ppm unmittelbar
vor einem fetten Impuls erreicht (und zwar ein Zustand, bei dem die
Speichermenge gleich groß A
mg ist).
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In
dem vorstehend genannten Fall ist es erforderlich, dass der stromabwärts von
dem Katalysator angeordnete NOx-Sensor eine genaue Erfassung der
NOx-Konzentration auch in einem Bereich mit niedriger Konzentration
von ungefähr
10 ppm ermöglicht.
Da jedoch die Erfassungsgenauigkeit des tatsächlichen NOx-Sensors in einem
derartigen Bereich mit niedriger Konzentration beträchtlich
reduziert ist, kann die NOx-Konzentration in diesem Bereich nicht mit
hoher Genauigkeit erfasst werden, und die Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
kann nicht mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
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Gemäß dem vorstehend
beschriebenen Aspekt der Erfindung wird nur in jenem Fall, wenn
eine Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
bestimmt wird, ein Fett-Impulsbetrieb
vorübergehend
verzögert,
bis die NOx-Speichermenge NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators eine
bestimmte Menge (zum Beispiel eine Menge, die das 1,5-fache von
A mg beträgt)
erreicht, die größer ist als
A mg.
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In
diesem Fall wird 1,5 A mg von NOx in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert, unmittelbar
bevor der Fett-Impulsbetrieb gestartet wird. Wenn sich die in dem
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
gespeicherte NOx-Menge vermehrt, dann vermehrt sich die aus dem
Katalysator ausgelassene NOx-Menge
gemäß der Vermehrung
der NOx-Speichermenge, obwohl die NOx-Emissionsmenge von der Bauart
und anderen Parametern des Katalysators abhängt. In jenem Fall eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators,
der in einem verschlechterten Zustand ist, falls zum Beispiel die
aus dem Katalysator ausgelassene NOx-Menge, der A mg von NOx-Speicher,
gleich 10 ppm ist, dann beträgt
die ausgelassene NOx-Konzentration ungefähr 20 ppm, wenn die NOx-Speichermenge
ungefähr gleich
1,5 A mg beträgt.
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Da
der NOx-Sensor eine ausreichend hohe Erfassungsgenauigkeit in einem
Bereich der NOx-Konzentration von ungefähr 20 ppm zeigt, ist des möglich, den
Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
mit beträchtlich
hoher Genauigkeit in diesem Konzentrationsbereich unter Verwendung
der Abgabe von dem NOx-Sensor zu bestimmen, der stromabwärts von dem
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator angeordnet ist.
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Gemäß dem vorstehend
beschriebenen Aspekt der Erfindung wird somit die zur Bestimmung
der Verschlechterung zu erreichende ausgelassene NOx-Konzentration
dadurch erhöht,
indem der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
eine große NOx-Menge
speichert, die während
eines normalen Magerverbrennungsbetriebes nicht erreicht werden würde, so
dass der Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
in einfacher Weise und genau bestimmt werden kann.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung verwendet die Steuervorrichtung die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
gespeicherte NOx-Menge als den NOx-Speicherzustand des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators,
und sie verwendet eine Bedingung, das die in dem Katalysator gespeicherte
NOx-Menge eine vorbestimmte Referenzspeichermenge bei dem vorbestimmten Fett-Impulsbetrieb
erreicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel
legt die Steuervorrichtung außerdem
die Referenzspeichermenge während
der Bestimmungsperiode auf einen Wert fest, der größer ist
als die Referenzspeichermenge, die während einer Periode außer der
Bestimmungsperiode festgelegt ist, um so die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
gespeicherte NOx-Menge bei dem Zeitpunkt des Startes des Fett-Impulsbetriebes während der
Bestimmungsperiode zu vermehren, so dass sie größer als die NOx-Menge ist,
die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
während
des Zeitpunktes des Starts des Fett-Impulsbetriebes während der
Periode außer
der Bestimmungsperiode gespeichert ist.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Referenzmenge
vermehrt, und zwar während
jener Periode, in der die Verschlechterung des Katalysators bestimmt
wird, wenn ein Fett-Impulsbetrieb während eines normalen Kraftmaschinenbetriebes
jedes mal dann durchgeführt
wird, wenn die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherte
NOx-Menge eine vorbestimmte Referenzmenge
erreicht. Durch diese Anordnung wird die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
gespeicherte NOx-Menge vermehrt, bis der Fett-Impulsbetrieb durchgeführt wird,
und zwar während
der Bestimmung der Verschlechterung, so dass sie größer ist
als bei dem normalen Betrieb, und die Verschlechterung des Katalysators
wird auf der Grundlage der Abgabe von dem NOx-Sensor bestimmt, während die
NOx-Speichermenge größer ist als
die Referenzmenge, die während
der normalen Magerverbrennungsbetrieben verwendet wird. Folglich
ist die Zuverlässigkeit
der Abgabe von dem NOx-Sensor verbessert, und der Verschlechterungsgrad
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators kann
in einfacher Weise und genau bestimmt werden.
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Bei
einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet die Steuervorrichtung eine verstrichene
Zeit, nach dem Zeitpunkt der Beendigung des letzten Fett-Impulsbetriebes
gemessen wird, und zwar als die NOx-Speicherbedingung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators,
und sie verwendet eine Bedingung, dass die verstrichene Zeit eine
vorbestimmte Referenzzeit als die vorbestimmte Fett-Impulsbedingung
erreicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel
legt die Steuervorrichtung außerdem
die Referenzzeit während
der Bestimmungsperiode so fest, dass sie länger ist als die Referenzzeit,
die während
der Periode außer
der Bestimmungsperiode festgelegt ist, um so die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
gespeicherte NOx-Menge
während
des Startes des Fett-Impulsbetriebes während der Bestimmungsperiode
zu vermehren, so dass sie größer ist
als jene in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherte NOx-Menge während des
Startes des Fett-Impulsbetriebes während der Periode außer der
Bestimmungsperiode.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, während die
Fett-Impulsbetriebe bei dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators in vorbestimmten
Zeitintervallen während
der normalen Magerverbrennungsbetriebe durchgeführt werden, wird das Ausführungsintervall
der Fett-Impulsbetriebe während
der Bestimmung der Verschlechterung so festgelegt, dass es länger ist
als jenes, das für
die normalen Magerverbrennungsbetriebe festgelegt ist, so dass die
Verschlechterung des Katalysators in einem Zustand bestimmt werden
kann, bei dem die NOx-Speichermenge
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators so vermehrt ist, dass sie
größer ist als
jene Menge, die während
der normalen Magerverbrennungsbetriebe erreicht werden würde. Auf diese
Art und weise wird die ausgelassene NOx-Konzentration vergrößert, die
als ein Kriterium zum Bestimmen der Verschlechterung verwendet wird,
so dass der Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
in einfacher Weise und genau auf der Grundlage der Abgabe von dem NOx-Sensor
bestimmt werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehend genannte und/oder weitere Aufgaben Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der exemplarischen
Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen ersichtlich, in denen die selben Bezugszeichen zum Darstellen
gleicher Bauelemente verwendet werden und wobei:
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1 zeigt
eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Abgasemissionssteuersystems
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wenn sie auf eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges angewendet
wird;
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2 zeigt
eine Ansicht, die zum Beschreiben des Prinzips des NOx-Erfassung
eines NOx-Sensors hilfreich ist;
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3A bis 3C zeigen
Ansichten von Änderungen
der NOx-Speichermenge
und deren ausgelassenen NOx-Konzentration die stromabwärts von
einem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gemessen wird, und zwar
zwischen fetten Impulsen des Katalysators;
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4 zeigt
ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verschlechterungsbetriebes;
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5 zeigt
ein Flussdiagramm eines Betriebs zum Festlegen eines NOx-Zählers; und
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6 zeigt
ein Flussdiagramm von Kraftmaschinensteuerbetrieben, die auf der
Grundlage des Ergebnisses der Verschlechterungsbestimmung durchgeführt werden.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Ein
exemplarisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Die 1 zeigt
schematisch den Aufbau eines Abgasemissionssteuersystem als ein
exemplarisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wenn sie auf eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges
wie zum Beispiel ein Auto angewendet wird.
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Das
in der 1 gezeigte System hat einen Hauptkörper der
Brennkraftmaschine 1, ein Auslassrohr 3, durch
das das durch die Kraftmaschine 1 ausgelassene Abgas strömt, und
einen Auslasskrümmer 31,
der das Auslassrohr 3 mit Auslassanschlüssen der entsprechenden Zylinder
der Kraftmaschine 1 verbindet.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel ist
ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 in dem
Abgaskanal 3 angeordnet. Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 fängt wahlweise
das NOx ein und speichert dieses, das in dem Abgas enthalten ist,
welches in den Katalysator strömt,
und zwar durch Absorption oder Adsorption oder durch beide Prozesse,
wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
eingehenden Abgases mager ist, und reduziert und beseitigt das gespeicherte
NOx unter Verwendung von Komponenten wie zum Beispiel HC und CO in
dem Abgas, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des eingehenden Abgases
gleich dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
oder fett wird.
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Die
Kraftmaschine 1 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist eine sogenannte
Magerverbrennungskraftmaschine, die bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
Abhängigkeit
von ihren Betriebszuständen
betrieben werden kann. Wenn die Kraftmaschine 1 bei einem
mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis
betrieben wird, dann werden NOx-Komponenten in dem Abgas der Kraftmaschine 1 durch
den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 gespeichert,
und somit wird verhindert, dass diese zur Außenseite des Fahrzeugs ausgelassen
werden.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel ist
ein später
beschriebener NOx-Sensor 9 in einem Abgaskanal angeordnet,
der sich stromabwärts
von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 befindet.
Der NOx-Sensor 9 ist so betreibbar, dass er ein elektrisches
Spannungssignal erzeugt, das sich mit der Konzentration der NOx-Komponenten
in dem Abgas ändert.
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In
der 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 30 eine
elektronische Steuereinheit (ECU), die grundlegende Steuerungen
wie zum Beispiel eine Kraftstoffeinspritzsteuerung und eine Zündzeitgebungssteuerung
der Kraftmaschine 1 durchführt. Die ECU 30 hat
einen Mikrocomputer einer bekannten Bauart, bei dem ein Direktzugriffsspeicher
(RAM), ein Festwertspeicher (ROM) und eine Zentralverarbeitungseinheit
(CPU) über
einen bidirektionalen Bus miteinander verbunden sind. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel
führt die
ECU 30 Fett-Impulsbetriebe
zusätzlich
zu den vorstehend beschriebenen grundlegenden Steuerungen durch.
Insbesondere schätzt
die ECU 30 die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
während
eines Betriebs der Kraftmaschine 1 bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis gespeicherte
NOx-Menge, und sie betreibt die Kraftmaschine 1 bei einem
fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis
für eine
kurze Zeitperiode jedes Mal dann, wenn die gespeicherte NOx-Menge
eine vorbestimmte Referenzmenge erreicht, um so das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
gespeicherte NOx zu reduzieren und zu beseitigen.
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Zusätzlich zu
den vorstehend beschriebenen Betrieben führt die ECU 30 des
gegenwärtigen
Ausführungsbeispieles
auch einen Verschlechterungsbestimmungsbetrieb durch, wie er später beschrieben wird,
bei dem die ECU 30 eine Reduzierung der NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
erfasst und den Verschlechterungsgrad des Katalysators bestimmt.
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Um
die vorstehend genannten Steuerungen durchzuführen, nimmt die ECU 30 an
ihrem Eingabeanschluss verschiedene Parameter auf, die Betriebszustände der
Kraftmaschine 1 angeben, wie zum Beispiel die Einlassmassenströmung, den
Niederdrückungsbetrag
des Beschleunigungspedals durch den Fahrer (oder die Beschleunigungspedalposition),
die Kraftmaschinendrehzahl und die Kühlmitteltemperatur, und zwar
von verschiedenen Sensoren (nicht gezeigt). Die ECU 30 nimmt
außerdem
ein Abgabesignal von dem NOx-Sensor 9 über einen A/D-Wandler (nicht
gezeigt) auf. Außerdem
ist die ECU 30 an ihrem Abgabeanschluss mit Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
und Zündkerzen
(nicht gezeigt) verbunden, um so die Kraftstoffeinspritzmenge und
die Zündzeitgebung
der Kraftmaschine gemäß den Betriebszuständen zu
steuern.
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Als
nächstes
wird der bei diesem Ausführungsbeispiel
verwendete NOx-Sensor 9 im Einzelnen beschrieben.
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Die 2 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht der allgemeinen Struktur des NOx-Sensors 9.
Unter Bezugnahme auf die 2 ist der NOx-Sensor 9 hauptsächlich aus
einem Fest-Elektrolyt 331 wie
zum Beispiel Zirconia (ZrO2) gebildet, und
eine erste Reaktionskammer 340, eine zweite Reaktionskammer 350 sowie
eine Atmosphärenkammer 360 sind
in dem Fest-Elektrolyt 331 vorgesehen. Die erste Reaktionskammer 340 ist
mit dem Abgaskanal über
einen Diffusionssteuerabschnitt 335 in Verbindung, und
die zweite Reaktionskammer 350 ist mit der ersten Reaktionskammer 340 über einen
Diffusionssteuerabschnitt 337 in Verbindung, während die
Atmosphäre
als ein Standardgas in die Atmosphärenkammer 360 eingeführt wird.
Die Diffusionssteuerabschnitte 335, 337 zum Steuern oder
zum Begrenzen einer Strömung
einer Sauerstoffkomponente durch Diffusion in die erste Reaktionskammer 340 beziehungsweise
in die zweite Reaktionskammer 350, so dass Differenzen
der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Abgas in dem Abgaskanal
und einem in der ersten Reaktionskammer vorhandenen Gas und zwischen
dem Gas in der ersten Reaktionskammer und einem in der zweiten Reaktionskammer 2 vorhandenen
Gas aufrecht erhalten werden können.
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Wie
dies in der 2 gezeigt ist, ist eine Platinelektrode
(Kathode) 341 in der ersten Reaktionskammer 340 angeordnet,
und eine ähnliche
Platinelektrode (Anode) 342 ist außerhalb des Sensors 9 so angeordnet,
dass die Elektrode 341 und die Elektrode 342 über das
dazwischen angeordnete Fest-Elektrolyt 331 einander zugewandt
sind. Außerdem
sind eine ähnliche
Platinelektrode 351 und eine Rhodiumelektrode (Rh-Elektrode)
353, zum erfassen von NOx verwendet werden, in der zweiten Reaktionskammer 350 angeordnet,
und eine Platinelektrode 361 als eine Referenzelektrode
ist in der Atmosphärenkammer 360 angeordnet.
In der 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 370 eine
elektrische Heizvorrichtung zum Heizen des Fest-Elektrolyts.
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Die
Elektrode 341 in der ersten Reaktionskammer 340 und
die äußere Elektrode 342 dienen als
eine Sauerstoffpumpe zum Auslassen von Sauerstoff in dem Abgas,
das in der ersten Reaktionskammer 340 vorhanden ist, zu
der Außenseite
des NOx-Sensors 9,
und die Elektrode 351 in der zweiten Reaktionskammer 350 und
die äußere Elektrode 342 dienen
als eine Sauerstoffpumpe zum Auslassen von Sauerstoff in dem Abgas,
das in der zweiten Reaktionskammer 350 vorhanden ist, zu
der Außenseite. Falls
eine elektrische Spannung zwischen den Elektroden 341 und 342 sowie
zwischen den Elektroden 351 und 342 aufgebracht
wird, während
das Fest-Elektrolyt 331 auf eine vorgegebene Temperatur
oder höher
gehalten wird, dann werden Sauerstoffmoleküle in dem Abgas an den Kathoden 341, 351 ionisiert,
und die ionisierten Sauerstoffmoleküle (das heißt Sauerstoffionen) bewegen
sich zu der Anode 342 durch das Fest-Elektrolyt 331,
und sie werden an der Anode 342 zu Sauerstoffmolekülen umgewandelt.
Durch diesen Prozess wird Sauerstoff, das in dem in der ersten Reaktionskammer 340 und
der zweiten Reaktionskammer 350 vorhandenen Abgas enthalten
ist, zu der Außenseite
des Sensors 9 ausgelassen. Durch die Bewegungen der Sauerstoffionen
strömt
ein elektrischer Strom, der proportional zu der Menge der Sauerstoffmoleküle ist,
die durch das Festelektrolyt 331 pro Zeiteinheit bewegt
werden, zwischen den Elektroden 342 und 341 sowie
zwischen den Elektroden 342 und 351. Durch Steuern dieses
elektrischen Stromes kann daher die Sauerstoffmenge gesteuert werden,
die aus jeder Reaktionskammer ausgelassen wird.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel wird
eine Sauerstoffzelle zwischen der Elektrode 361 der Atmosphärenkammer 360 und
jeder Elektrode 341, 351 der entsprechenden Reaktionskammern 340, 350 erzeugt.
Da die Sauerstoffkonzentration des Abgases in der ersten und der
zweiten Reaktionskammer 340, 350 kleiner ist als
in der Atmosphäre,
ist eine Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen der Atmosphäre in der
Atmosphärenkammer 360 und dem
Abgas in jeder Reaktionskammer vorhanden. Bei Zuständen, bei
denen die Temperatur des Festelektrolyts, das die Atmosphärenkammer 360 von
jeder Reaktionskammer 340, 350 trennt, gleich
oder größer als
eine vorgegebene Temperatur ist und keine externe elektrische Spannung
zwischen den Elektroden 361 und 341 sowie zwischen
den Elektroden 361 und 351 aufgebracht ist, dann
bewegt sich Sauerstoff aus der Atmosphärenkammer 360 in die
Reaktionskammern 340, 350 durch das Festelektrolyt 331 hindurch
aufgrund der Differenz der Sauerstoffkonzentration.
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Insbesondere
werden die Sauerstoffmoleküle,
die in der Atmosphäre
enthalten sind, welche in der Atmosphärenkammer 360 vorhanden
ist, an der Elektrode 361 ionisiert, und sie bewegen sich
durch das Festelektrolyt 331 in die Reaktionskammern 340, 350,
wo die Sauerstoffionen zu Sauerstoffmolekülen an den Elektroden 341, 351 der
Reaktionskammern 340, 350 erneut umgewandelt werden,
die jeweils eine relativ geringe Sauerstoffkonzentration aufweisen.
Infolgedessen wird eine elektrische Spannung, die der Differenz
zwischen der Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre und der Sauerstoffkonzentration in
den entsprechenden Reaktionskammern 340, 350 entspricht,
zwischen der Elektrode 361 und jeder Elektrode 341, 351 aufgebaut.
Da die Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre als konstant angenommen
wird, stellen eine Potentialdifferenz V0 (2) zwischen
der Elektrode 361 und der Elektrode 341 sowie
eine Potentialdifferenz V1 (2) zwischen der
Elektrode 361 und der Elektrode 351 die Sauerstoffkonzentrationen
des Abgases in der ersten Reaktionskammer 340 beziehungsweise
in der zweiten Reaktionskammer 351 dar.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel ist
die Sauerstoffpumpe (die Elektroden 341 und 342, die
Elektroden 351 und 342) zum Auslassen von Sauerstoff
aus jeder Reaktionskammer zu der Außenseite des NOx-Sensors 9 vorgesehen,
wie dies vorstehend beschrieben ist. Durch Einstellen der elektrischen
Pumpenströme
Ip0, Ip1 (2) zwischen den jeweiligen Elektrodensätzen werden
die Sauerstoffauslassgeschwindigkeiten oder – Raten der jeweiligen Sauerstoffpumpen
so gesteuert, dass die Sauerstoffkonzentration (das heißt die elektrische Spannung
V0, V1) des Abgases in jeder Reaktionskammer 340, 350 gleich
einem vorbestimmten festen Wert wird. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel
werden die elektrischen Pumpenströme Ip0, Ip1 so gesteuert, dass
die Sauerstoffkonzentration in der ersten Reaktionskammer 43 zum
Beispiel ungefähr gleich
1 ppm wird, und dass die Sauerstoffkonzentration in der zweiten
Reaktionskammer 350 zum Beispiel ungefähr gleich 0,01 ppm wird.
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In
der vorstehend beschriebenen Art und Weise wird die Reduktionsatmosphäre mit einer
extrem niedrigen Sauerstoffkonzentration in der zweiten Reaktionskammer 350 aufrecht
erhalten. Während
dessen wird das NOx (NO, NO2), das in dem
Abgas enthalten ist, mittels den Sauerstoffpumpen nicht zu der Außenseite
ausgelassen, und daher werden die NOx-Konzentrationen in der ersten und in
der zweiten Reaktionskammer im Wesentlichen gleich jenen des Abgases
gehalten, das außerhalb
des NOx-Sensors 9 vorhanden ist. Diesbezüglich dient die
NOx-Erfassungselektrode 353,
die in der zweiten Reaktionskammer 350 angeordnet ist und
aus Rhodium (Rh) gebildet ist, als ein Reduktionskatalysator und
reduziert NOx (NO, NO2) unter einer Reduktionsatmosphäre. Da eine
elektrische Spannung zwischen der Referenzelektrode 361 der
Atmosphärenkammer 360 und
der NOx-Erfassungselektrode 353 aufgebracht
wird, treten Reaktionen, die durch NOx → (1/2)N2 +
(1/2)O2 oder NO → (1/2)N2 +
O2 ausgedrückt werden, an der NOx-Erfassungselektrode 353 auf, wodurch
Sauerstoff durch Reduktion von NOx erzeugt wird. Der so erzeugte
Sauerstoff wird an der Elektrode 353 ionisiert und bewegt
sich zu der Referenzelektrode 361 der Atmosphärenkammer 360 durch
den Festelektrolyt 331, um Sauerstoffmoleküle an der
Referenzelektrode 361 zu bilden.
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Da
die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Reaktionskammer 350 extrem
niedrig ist, wird angenommen, dass die gesamte Menge der Sauerstoffionen,
die durch das Festelektrolyt 331 zu der Referenzelektrode 361 strömt, durch
Reduktion von NOx erzeugt wird, das in dem Abgas enthalten ist.
Die Menge der Sauerstoffionen, die durch das Festelektrolyt pro
Zeiteinheit strömt,
entspricht nämlich
der NOx-Konzentration in der zweiten Reaktionskammer 350 (was äquivalent
zu der NOx-Konzentration des Abgases in dem Abgaskanal ist). Dementsprechend kann
die NOx-Konzentration
des Abgases in dem Abgaskanal dadurch bestimmt werden, dass eine
elektrische Stromstärke
(Ip2 in der 2) gemessen wird, die durch
die Bewegungen der Sauerstoffionen erzeugt wird. Der NOx-Sensor 9 des
gegenwärtigen Ausführungsbeispiels
wandelt die Stromstärke
Ip2 zu ein elektrisches Spannungssignal um und gibt das elektrische Spannungssignal
ab, das der NOx-Konzentration in dem Abgas entspricht.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel wird
bestimmt, ob das NOx-Speicher/Reduktions-Mittel 7 auf der
Grundlage der Abgabe von dem NOx-Sensor 9 verschlechtert
ist, wie dies später
beschrieben wird. Während
die NOx-Erfassungsgenauigkeit von dem NOx-Sensor 9 mit
der NOx-Konzentration verändert
wird, wird die Erfassungsgenauigkeit insbesondere in einem Bereich
mit niedriger NOx-Konzentration plötzlich reduziert (zum Beispiel in
einem Bereich, der gleich oder kleiner als ungefähr 10 ppm ist). Um die Verschlechterung
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 mit hoher Genauigkeit
unter Verwendung des NOx-Sensors zu bestimmen, ist es daher notwendig,
den NOx-Sensor in einem Betriebsbereich zu verwenden, in dem das
Ergebnis der Erfassung von dem NOx-Sensor 9 eine ausreichend
hohe Zuverlässigkeit
hat (zum Beispiel in einem Bereich, in dem die NOx-Konzentration gleich
oder größer als
ungefähr
20 ppm ist).
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel wird
daher die Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 auf
der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung des NOx-Sensors 9 bestimmt,
der in dem Bereich betrieben wird, der eine hohe Zuverlässigkeit
des Erfassungsergebnisses gewährleistet.
Der Betrieb zum Bestimmen der Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 wird
später
im Einzelnen beschrieben.
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Als
nächstes
wird der vorstehend erwähnte Fett-Impulsbetrieb
des gegenwärtigen
Ausführungsbeispiels
beschrieben.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel schätzt die
ECU 30 die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 gespeicherte
NOx-Menge auf der Grundlage
der Kraftmaschinenbetriebszustände,
und sie betreibt die Kraftmaschine 1 bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze
Zeitperiode, um so an Kraftstoff fettes Abgas zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 zuzuführen, wenn
die geschätzte
NOx-Speichermenge eine vorbestimmte Menge erreicht. Infolgedessen
ist das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 gespeicherte
NOx reduziert, und es wird durch HC CO und andere Komponenten in
dem Abgas beseitigt, so dass die NOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 reduziert
ist, und dessen Speicherkapazität
wird wiederhergestellt.
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Die 3A bis 3C zeigen Änderungen der
NOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 während eines
Magerverbrennungsbetriebes der Kraftmaschine 1 und die NOx-Konzentration des
Abgases (oder die ausgelassene NOx-Konzentration), die stromabwärts von
dem Katalysator 7 gemessen wird. Insbesondere zeigt die 3A das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 strömenden Abgases
(und zwar das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die Kraftmaschine 1 betrieben
wird), und die 3B zeigt Änderungen der Menge (geschätzter Wert)
von NOx, das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 gespeichert
ist, während
die 3C Änderungen
der NOx-Konzentration in dem Abgas zeigt, die stromabwärts von
dem Katalysator 7 gemessen wird.
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Falls
die Kraftmaschine 1 bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis über eine
bestimmte Zeitperiode konstant betrieben wird, zum Beispiel eine
Zeitperiode L, wie dies in der 3A gezeigt
ist, dann wird das in dem Abgas enthaltene NOx durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 eingefangen
oder gespeichert, und daher wird die NOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 allmählich vermehrt.
Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel
wird die aus der Kraftmaschine 1 ausgestoßene NOx-Menge
auf der Grundlage der Kraftmaschinenbetriebszustände berechnet, und ein bestimmter
Anteil der NOx-Emissionsmenge wird geschätzt, der durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 zu
speichern ist, wie dies später beschrieben
wird. Dann wird die Zeitgebung zum Starten eines Fett-Impulsbetriebes
unter Verwendung eines NOx-Zählers
bestimmt, der die NOx-Speichermenge darstellt.
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Die 3B gibt
den Wert des NOx-Zählers CNX
an. Wie dies in der 3B gezeigt ist, erhöht sich
der Wert des NOx-Zählers
CNX während
eines Betriebes der Kraftmaschine 1 bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Bei
dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel
wird ein Fett-Impulsbetrieb dann durchgeführt, wenn der Wert des NOx-Zählers CNX
einen vorbestimmten Referenzwert R1 erreicht (wie dies in der 3B angegeben
ist).
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In
der 3A bezeichnet "RS" einen Fett-Impulsbetrieb,
der bei dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel
durchzuführen
ist. Bei dem Fett-Impulsbetrieb RS wird die Kraftmaschine 1 zu
einem Betrieb mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine bestimmte
kurze Zeitperiode gestaltet, so dass der Wert des NOx-Zählers CNX
bei der Beendigung des Fett-Impulsbetriebes auf 0 zurückgesetzt
wird, wie dies in der 3B gezeigt ist.
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Die 3C zeigt Änderungen
der NOx-Konzentration in dem Abgas (oder deren ausgelassenen NOx-Konzentration),
die stromabwärts
in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 gemessen wird,
wenn der Fett-Impulsbetrieb ausgeführt wird, wie dies vorstehend
beschrieben ist.
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In
der 3C gibt "N1" Änderungen der ausgelassenen
NOx-Konzentration
an, die hinsichtlich eines normalen NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators gemessen
wird, der nicht verschlechtert ist. Während die Kraftmaschine 1 bei
einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, dann
ist die NOx-Speicherkapazität
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 reduziert, wenn
die NOx-Speichermenge des Katalysators 7 vermehrt ist,
und daher ist die NOx-Menge vermehrt, die durch den Katalysator 7 hindurch
tritt und dessen stromabwärtige Seite
erreicht, ohne dass sie durch den Katalysator 7 eingefangen
wird. Somit wird die ausgelassene NOx-Konzentration allmählich erhöht, wie
dies durch die Kurve N1 angegeben wird, und sie wird dann auf ein
Niveau von ungefähr
0 erneut verringert, wenn ein Fett-Impuls RS ausgeführt wird,
um so die NOx-Speicherkapazität
des Katalysators 7 wiederherzustellen. In der 3C gibt "A1" die ausgelassene
NOx-Konzentration an, die unmittelbar dann erhalten wird, bevor
der Fett-Impulsbetrieb gestartet wird. Die NOx-Konzentration in
dem Abgas, die aus dem normalen NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ausgelassen
wird, wird nämlich
nicht auf ein Niveau erhöht,
das größer ist
als A1. Anders gesagt ist A1 das höchste Niveau der NOx-Konzentration,
das durch den normalen NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator erreicht
werden kann.
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Falls
andererseits der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 einer
Verschlechterung unterliegt oder an einer Verschlechterung leidet,
und zwar auf Grund der S-Vergiftung oder aus anderen Gründen, dann
wird die NOx-Speicherkapazität
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 nicht
vollständig
wieder hergestellt, auch wenn fette Impulse ausgeführt werden,
und daher ist die ausgelassene NOx-Konzentration weiterhin auf einem
relativ hohen Niveau auch nach einer Ausführung der fetten Impulse. In der 3C gibt "N2" Änderungen der ausgelassenen NOx-Konzentration
an, die hinsichtlich eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
gemessen wird, der verschlechtert ist. Da der verschlechterte NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
das Speichern von NOx in einem Zustand startet, bei dem die ausgelassene
NOx-Konzentration weiterhin auf einem relativ hohem Niveau auch
nach der Beendigung eines fetten Impulses ist, wird die ausgelassene NOx-Konzentration höher gehalten
als bei dem normalen Katalysator (N1) über die gesamte Messperiode.
Außerdem
erreicht die ausgelassene NOx-Konzentration, die unmittelbar vor
der Ausführung
eines fetten Impulses, ein Niveau (das durch A2 in de 3C bezeichnet
ist), das höher
ist als A1, das durch den normalen Katalysator erreicht wird.
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Da
die ausgelassene NOx-Konzentration unmittelbar vor einem Start eines
Fett-Impulsbetriebes erhöht
wird, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet,
kann der Verschlechterungsgrad des Katalysators dadurch bestimmt
werden, dass mittels des NOx-Sensors 0 die ausgelassene NOx- Konzentration (A1,
A2) unmittelbar vor dem Start des Fett-Impulsbetriebes erfasst wird.
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Wenn "A2" gemäß der vorstehenden
Beschreibung den NOx-Auswertungswert
der ausgelassenen NOx-Konzentration darstellt, bei der bestimmt wird,
dass sich der Katalysator verschlechtert hat, dann muss der Auswertungswert
A2 auf einen beträchtlich
kleinen Wert im Vergleich mit der zulässigen oberen Grenze der ausgelassenen
NOx-Konzentration festgelegt werden, so dass die ausgelassene NOx-Konzentration
den zulässigen
oberen Grenzwert unter verschiedenen Bedingungen nicht überschreitet,
wie dies vorstehend beschrieben ist. Daher kann der Auswertungswert
A2 innerhalb eines Bereiches mit niedriger Konzentration festgelegt
werden, bei dem das Erfassungsergebnis des NOx-Sensors 9 eine
beträchtlich
reduzierte Zuverlässigkeit
hat (das heißt
bei dem der NOx-Sensor mit beträchtlich reduzierter
Zuverlässigkeit
arbeitet). In diesem Fall kann der Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
auf der Grundlage von der Abgabe von dem NOx-Sensor 9 nicht
genau bestimmt werden.
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Das
Abgasemissionssteuersystem von diesem Ausführungsbeispiel löst das vorstehend
beschriebene Problem durch vorübergehendes
Verzögern
eines Startes eines Fett-Impulsbetriebes, wenn die Verschlechterung
des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 9 zu bestimmen
ist, so dass die NOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators einen
ausreichend großen
Wert bekommt, die unmittelbar vor dem Start des Fett-Impulsbetriebes
gemessen wird.
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Insbesondere
wenn die Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel
bestimmt wird, wird ein Fett-Impulsbetrieb nicht durchgeführt, auch wenn
die NOx-Speichermenge (dargestellt durch den Wert des NOx-Zählers) des
Katalysators den Wert R1 (3B) erreicht,
der eine normale Fett-Impulsstartbedingung vorsieht, aber ein Fett-Impulsbetrieb wird
dann durchgeführt,
wenn die NOx-Speichermenge einen Wert R2 (3B) erreicht,
der größer ist
als R1. Zum Beispiel beträgt
R2 ungefähr
das 1,5- fache von
R1. Somit wird die Zeitgebung des Fett-Impulses zu einer Position
verzögert,
die durch RS' in
der 3A bezeichnet ist, und die NOx-Speichermenge des
Katalysators 7 erhöht
sich bis zu dem Wert R2 als Reaktion auf die Verzögerung der Fett-Impulszeitgebung,
wie dies durch die Strichpunktlinie CNX' in der 3B angegeben
ist.
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Infolgedessen überschreitet
die ausgelassene NOx-Konzentration, die mit dem verschlechtertem Katalysator
verknüpft
ist (3C, N2) A2 und wird weiterhin erhöht (wie
dies durch N3 in der 3C angegeben ist), bis sie C1
unmittelbar vor dem fetten Impuls RS' erreicht.
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Wie
dies in der 3C gezeigt ist, ändert sich
die ausgelassene NOx-Konzentration entlang N2 und N3, die sich senkende
Kurven darstellen, und die Neigung der Kurve wird um so steiler,
je länger die
verstrichene Zeit ist, die nach der Beendigung des letzten Fett-Impulsbetriebes
gemessen wird. Falls der NOx-Zählwert
R2, der einen Fett-Impulsbetrieb triggert, zum Beispiel auf das
1,5-fache als der Referenzwert R1 als der normale Fett-Impulsstartzustand
festgelegt wird, dann wird daher die ausgelassene NOx-Konzentration
C1 größer als
ein Niveau, das das 1,5-fache von A2 ist. Somit wird auch in jenem
Fall, wenn A2 auf ungefähr
10 ppm festgelegt werden muss, C1 so groß wie ungefähr 20 ppm, wodurch eine hochgenaue
Erfassung von NOx durch den NOx-Sensor 9 ermöglicht wird,
der sich stromabwärts
von dem Katalysator 7 befindet.
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Bei
dem herkömmlichen
Emissionssteuersystem wird zur Bestimmung der Verschlechterung des
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 bestimmt, ob die
ausgelassene NOx-Konzentration größer als das Niveau A2 bei einem
Zeitpunkt ist, wenn eine Zeit L nach dem letzten Fett-Impulsbetrieb
verstrichen ist. Bei dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel
wird andererseits der Fett-Impulsbetrieb
verzögert
(wie dies in der 3A gezeigt ist), bis die Zeit T
verstrichen ist, und es wird im Wesentlichen die gleiche Bestimmung
der Verschlechterung des Katalysators durchgeführt, in dem bestimmt wird,
ob die ausgelassene NOx- Konzentration
höher als
das Niveau C1 bei der Zeit T ist, wobei der Wert C1 höher als
die ausgelassene NOx-Konzentration R2 ist, die durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
bei dem herkömmlichen
System erreicht werden würde.
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Die 4 zeigt
ein Flussdiagramm, das zum speziellen Beschreiben des vorstehend
beschriebenen Verschlechterungsbestimmungsbetriebes gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel
hilfreich ist. Um diesen Betrieb durchzuführen, führt die ECU 30 die
Routine in der 4 in vorbestimmten Zeitintervallen
aus.
-
Bei
der Routine gemäß der 4 wird
anfänglich
bei einem Schritt S401 bestimmt, ob Bedingungen zum Ausführen der
Verschlechterungsbestimmung gegenwärtig erfüllt sind. Die bei dem Schritt
S401 verwendeten Ausführungsbeispiel
können
zum Beispiel eine erste Bedingung, das die Kraftmaschine 1 bei
einem mageren Luft/Kraftstoff/Verhältnis betrieben wird, eine
zweite Bedingung, dass eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, nach
dem der Verschlechterungsbestimmungsbetrieb beim letzten Mal ausgeführt wurde,
und andere Bedingungen beinhalten. Die erste Bedingung wird vorgesehen,
da der Verschlechterungsbestimmungsbetrieb nicht durchgeführt werden
kann, es sei denn die Kraftmaschine 1 wird bei einem mageren Luft/Kraftstoff/Verhältnis betrieben.
Die zweite Bedingung wird vorgesehen, da die Menge der NOx-Emissionen
vorübergehend
während
des Verschlechterungsbestimmungsbetriebes vermehrt ist, bei dem das
Intervall der Fett-Impulsbetriebe vorübergehend verlängert wird
(das heißt
es ist länger
als normal) und da die NOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
größer als
normal ist, und die Gesamtmenge der NOx-Emissionen kann in nicht
erwünschter
Weise vermehrt werden, falls die Frequenz der Ausführung des
Verschlechterungsbestimmungsbetriebes erhöht ist.
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Falls
alle Bedingungen bei dem Schritt S401 erfüllt sind, dann wird ein Schritt
S403 ausgeführt. Falls
eine oder mehrere der Bedingungen bei dem Schritt S401 nicht erfüllt ist/sind,
dann werden der Schritt S403 und die nachfolgenden Schritte nicht ausgeführt, und
der gegenwärtige
Zyklus der Routine gemäß der 4 wird
sofort beendet.
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Bei
dem Schritt S403 wird bestimmt, ob der Wert einer Marke EX auf 0
festgelegt ist. Die Marke EX wird zum Ausführen der nächsten Schritte S405 und S407
vorgesehen, und zwar einmal nach dem die Ausführungsbedingungen bei dem Schritt
S401 als erfüllt
bestimmt wurden. Diese Marke EX wird bei einem Schritt S407 auf
1 festgelegt, und sie wird bei einem Schritt S423 auf 0 festgelegt,
nach dem die Verschlechterungsbestimmung beendet wurde.
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Falls
die Marke EX bei dem Schritt S403 gleich 0 ist, dann wird bei einem
Schritt S405 bestimmt, ob der Wert des NOx-Zählers CNX gleich oder größer als
die Hälfte
des normalen Fett-Impulsausführungsreferenzwertes
R1 ist (wie dies in der 3B gezeigt
ist). Falls CNX ≥ (1/2) × R1 sind, dann
wird der Wert NOx-Zählers
CNX auf 0 festgelegt, und der Wert der Marke EX wird bei dem Schritt S407
auf 1 festgelegt. Wenn der Wert der Marke EX so auf 1 festgelegt
ist, dann werden die Schritte S405 und 5407 bei dem nächsten und
den nachfolgenden Zyklen der Routine übersprungen, und der Schritt S403
wird von einem Schritt S409 gefolgt.
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Bei
den so ausgeführten
Schritten S403 bis S407 setzt der Betrieb den Wert des NOx-Zählers CNX
auf 0 zurück,
nach dem sich der CNX-Wert bis zur Hälfte des Fett-Impulsausführungsreferenzwertes
R1 erhöht
hat, und er wird nur einmal durchgeführt, nach dem die Bedingungen
zum Ausführen
der Verschlechterungsbestimmung bei dem Schritt S401 erfüllt sind.
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Hierbei
stellt der NOx-Zähler
CNX die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 gespeicherte
NOx-Menge dar, wie dies vorstehend beschrieben ist, und er wird
gemäß einer
Routine festgelegt, wie sie in der 5 gezeigt
ist.
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Die 5 zeigt
ein Flussdiagramm, das zum Beschreiben eines Betriebes zum Festlegen
des NOx-Zählers
CNX hilfreich ist. Um diesen Betrieb durchzuführen, führt die ECU 30 die
Routine gemäß der 5 in
vorbestimmten Intervallen aus.
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Wenn
die Kraftmaschine 1 gemäß der Routine
in der 5 bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben
wird (das heißt
wenn eine positive Bestimmung (JA) bei dem Schritt S501 erhalten
wird), dann liest die ECU 30 die Beschleunigungsbedalposition
oder den Niederdrückungsbetrag
ACCP und die Kraftmaschinendrehzahl NE bei einem Schritt S503, und
sie berechnet bei einem Schritt S505 die Menge NR des durch die
Kraftmaschine 1 pro Zeiteinheit erzeugten NOx aus einer
numerischen Tabelle, die im voraus vorbereitet wurde, und zwar auf
der Grundlage von diesen Werten ACCP, NE.
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Die
durch die Kraftmaschine 1 pro Zeiteinheit erzeugte NOx-Menge
wird in Abhängigkeit
dessen bestimmt, ob die Kraftmaschinenbetriebszustände bestimmt
(wie zum Beispiel die Kraftstoffmenge und die Luftmenge). Bei dem
gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel
werden die durch die Kraftmaschine pro Zeiteinheit erzeugten NOx-Mengen
im voraus gemessen, während
die Kraftmaschine unter verschiedenen Betriebszuständen tatsächlich betrieben
wird, und die Messergebnisse werden in dem ROM der ECU 30 in
der Form einer numerischen Tabelle unter Verwendung von ACCP und
NE als Kraftmaschinenbetriebsparameter gespeichert, die die Kraftstoffmenge
und die Luftmenge angeben. Die Menge NR des durch die Kraftmaschine
pro Zeiteinheit erzeugten NOx während
eines Magerverbrennungsbetriebes wird unter Verwendung der numerischen
Tabelle auf der Grundlage der Beschleunigungspedalposition ACCP
und der Kraftmaschinendrehzahl NE berechnet.
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Da
angenommen wird, dass der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 NOx
speichert, dass ein bestimmter Anteil (Speicherfaktor γ) der Menge NR
des durch die Kraftmaschine 1 erzeugten NOx ist, wird die
Menge einer Erhöhung ΔCNX der durch
den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
pro Zeiteinheit gespeicherten NOx-Menge (zum Beispiel das Intervall
der Ausführung
der Routine gemäß der 5) als ΔCNX = γ × NR bei
dem Schritt S507 berechnet.
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Der
NOx-Speicherfaktor γ des
NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators ändert sich mit Katalysatorzuständen (zum
Beispiel die Raumgeschwindigkeit des Abgases, die Temperatur und
die NOx-Speichermenge
und so weiter. Während
ein vorbestimmter Wert als der NOx-Speicherfaktor γ bei dem
gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel
verwendet wird, kann der Speicherfaktor γ in Abhängigkeit von den Kraftmaschinenbetriebszuständen (wie
zum Beispiel die Abgasdurchsatzrate und die Temperatur) so wie der
NOx-Speichermenge (der Wert des NOx-Zählers CNX) festgelegt werden.
In diesem Fall kann die NOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
noch genauer berechnet werden.
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Bei
dem Schritt S509 wird der Wert des NOx-Zählers CNX durch den Wert ΔCNX erhöht, der äquivalent
der berechneten Menge des durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 pro
Zeiteinheit gespeicherten und berechneten NOx-Menge ist, und zwar
jedes Mal dann, wenn die Routine gemäß der 5 ausgeführt wird.
Bei diesem Schritt wird der Wert des NOx-Zählers CNX äquivalent zu der NOx-Menge,
die gegenwärtig
in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 gespeichert
ist.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel wird
jedes Mal dann, wenn der Wert des NOx-Zählers CNX den Fett-Impulsreferenzwert
R1 erreicht (das heißt
eine positive Bestimmung (JA), die bei dem Schritt S511 bewirkt
wird), der Wert der Fett-Impulsmarke RSX bei einem Schritt S513
auf 1 festgelegt, und der Wert des NOx-Zählers
CNX wird bei einem Schritt S515 auf 0 zurückgesetzt.
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Falls
die Fett-Impulsmarke RSX auf 1 festgelegt ist, führt die ECU 30 einen
Betrieb (nicht gezeigt) durch, der separat ausgeführt wird,
so dass die Kraftmaschine 1 bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine bestimmte
kurze Zeitperiode beschrieben wird, und dass in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherte
NOx wird reduziert und beseitigt, wodurch die durch NOx-Speichermenge
annähernd
gleich 0 ist. Nach dem der Fett-Impulsbetrieb beendet wurde, wird
der RSX-Wert durch einen Betrieb (nicht gezeigt) auf 0 zurückgesetzt,
der separat ausgeführt
wird.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Betrieb der Schritte S403 bis S407
wird der gemäß der vorstehenden
Beschreibung festgelegte Wert von CNX auf 0 zurückgesetzt, nach dem er sich
bis zu (1/2) × R1
erhöht
hat, wenn der Verschlechterungsbestimmungsbetrieb durchgeführt wird.
Infolgedessen beginnt eine erneute Erhöhung des Wertes von CNX von
0 bei der Routine gemäß der 5.
Wenn der Fett-Impuls (CNX ≥ R1)
bei dem Schritt S511 in der 5 ausgeführt wird,
sollte daher der tatsächliche CNX-Wert
gleich 1,5 × R1
sein. Durch den Betrieb der Schritte S403 bis S407 wird nämlich der
Fett-Impulsbetrieb während
des Verschlechterungsbestimmungsbetriebes nicht ausgeführt, bis
der Wert des NOx-Zähler
1,5-fach so groß (R2
in der 3B) wird als der normale Fett-Impulsreferenzwert
R1.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf die 4 wird bei
einem Schritt S409 bestimmt, ob der gegenwärtige Wert des NOx-Zählers CNX
gleich (R1 – α) wird (α ist ein
ausreichend kleiner Wert), der unmittelbar vor der Ausführung des
Fett-Impulsbetriebes eingerichtet sein soll, nach dem der Referenzwert
der NOx-Speichermenge,
bei dem der Fett-Impulsbetrieb ausgeführt wird, auf das 1,5-fache
als der normale Referenzwert R1 festgelegt ist, wie dies vorstehend beschrieben
ist. Falls der CNX-Wert gleich (R1 – α) ist, dann wird die Abgabe
VNX von dem NOx-Sensor 9 bei einem Schritt S411 gelesen.
Das so erhaltene VNX stellt die ausgelassene NOx-Konzentration dar, die
dann erreicht wird, wenn sich die NOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 auf
das 1,5-fache der normalen maximalen Speichermenge erhöht hat.
Somit kann der NOx-Sensor 9 die NOx-Emissionsmenge in einem Bereich erfassen,
in – dem
die NOx-Konzentration
in dem Abgas auf einem relativ hohen Niveau ist, und eine anderweitig möglich Reduzierung
der Erfassungsgenauigkeit kann vermieden oder unterdrückt werden.
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Nachfolgend
wird bei Schritten S413 bis S421 der Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 auf
der Grundlage des gelesenen Wertes der Abgabe VNX von dem NOx-Sensor 9 bestimmt.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel wird
der Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 7 in
Abhängigkeit
von dem VNX-Wert in 3 Niveaus klassifiziert, nämlich die NOx-Menge, die dann
ausgelassen wird, wenn die NOx-Speichermenge
gleich R2 ist (= 1,5 × R1
gemäß der 3), die das 1,5-fache der NOx-Referenzspeichermenge
ist, die während
eines normalen Magerverbrennungsbetriebes der Kraftmaschine 1 verwendet
wird.
- (1) VNX < (1/2) × β -> normal
- (2) (1/2) × ββ ≤ VNX < β -> niedriges Verschlechterungsniveau
- (3) VNX ≥ β -> hohes Verschlechterungsniveau
-
Hierbei
ist "β" der zulässige obere
Grenzwert der NOx-Menge, die während
der normalen Kraftmaschinenbetriebe ausgelassen wird, und sie kann
zum Beispiel auch ungefähr
40 ppm festgelegt werden.
-
Falls
insbesondere die ausgelassene NOx-Konzentration die Hälfte (zum
Beispiel 20 ppm) des zulässigen
oberen Grenzwertes nicht erreicht, wenn die in dem Katalysator gespeicherte
NOx-Menge das 1,5-fache der normalen Referenzmenge ist, wird bestimmt,
dass der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator in einem normalen Zustand
ist (wie dies vorstehend bei (1) erwähnt wurde).
-
In
diesem Fall wird der Wert eines Parameters FLV, der das Verschlechterungsniveau
des Katalysators 7 darstellt, bei der Routine gemäß der 4 auf
1 festgelegt (Schritte S413 und S417), und die Kraftmaschine 1 führt einen
normalen Magerverbrennungsbetrieb durch (das heißt einen Betrieb bei einem
mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis).
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Falls
die ausgelassene NOx-Konzentration gleich oder größer als
die Hälfte
des zulässigen
oberen Grenzwertes wird, aber den zulässigen oberen Grenzwert (zum
Beispiel 40 ppm) in jenem Zustand nicht erreicht, bei dem die in
dem Katalysator gespeicherte NOx-Menge das 1,5-fache der normalen
Referenzmenge ist, dann wird bestimmt, dass der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ein niedriges Verschlechterungsniveau
hat (wie dies vorstehend unter (2) beschrieben ist).
-
In
diesem Fall ist die ausgelassene NOx-Menge unter dem oberen Grenzwert
bei einem Kraftmaschinenbetriebszustand gehalten, bei dem die Kraftmaschine 1 eine
relativ kleine NOx-Menge ausläßt, aber
die ausgelassene NOx-Menge kann gleich oder größer als der zulässige obere
Grenzwert in einem Zustand werden, bei dem die durch die Kraftmaschine
ausgelassene NOx-Menge vermehrt wird, zum Beispiel wenn das Fahrzeug
beschleunigt wird oder wenn die Kraftmaschinenlast erhöht wird. In
diesem Fall wird der magere Verbrennungsbetrieb gestoppt, und die
Kraftmaschine wird bei dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
betrieben, wenn die NOx-Emissionsmenge der Kraftmaschine vermehrt
wird, wenn zum Beispiel die Kraftmaschinenlast erhöht wird,
zum Beispiel während
einer Beschleunigung des Fahrzeuges, so dass die durch die Kraftmaschine
erzeugte NOx-Menge reduziert wird, und eine anderweitige mögliche Vermehrung
der NOx-Emissionsmenge wird vermieden oder unterdrückt. Falls
das niedrige Verschlechterungsniveau in der Routine gemäß der 4 bestimmt
wird, dann wird der Wert des Parameters FLV bei den Schritten S415
und S419 in der 4 auf 2 festgelegt.
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Falls
die ausgelassene NOx-Konzentration den zulässigen oberen Grenzwert (zum
Beispiel 40 ppm) in jenem Zustand überschreitet, bei dem die in dem
Katalysator gespeicherte NOx-Menge das 1,5-fache der normalen Referenzmenge beträgt, dann
wird bestimmt, dass der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ein
hohes Verschlechterungsniveau hat (wie dies unter (3) vorstehend
beschrieben ist). In diesem Fall wird der Wert des Parameters FLV bei
den Schritten S415 und S421 in der 4 auf 3 festgelegt.
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In
diesem Fall wird die Möglichkeit
einer Verschlechterung eines NOx-Absorptionsmittels zum Beispiel
auf Grund einer Fortschreitung der S-Vergiftung betrachtet, und
es wird ein Betrieb zum Beseitigen der S-Vergiftung separat durchgeführt, bei
dem die Kraftmaschinenabgastemperaturen unmittelbar angehoben wird
und die Kraftmaschine bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (oder
dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis)
für eine
vorgegebene Zeitperiode betrieben wird.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel bewirkt
die ECU 30 eine Erfassung der NOx-Konzentration in dem
Abgas durch den NOx-Sensor 9 in
jenen Zuständen,
bei dem der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 das
NOx mit der 1,5-fachen Menge der normalen Referenzmenge speichert
und die zu der stromabwärtigen
Seite des Katalysators 7 ausgelassene NOx-Menge vermehrt
ist, wie dies vorstehend beschrieben ist. Unter der Annahme, dass
die Verschlechterung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators auf der Grundlage der ausgelassenen NOx-Menge
in jenem Zustand bestimmt wird, bei dem die normale Referenzmenge
an NOx in dem Katalysator gespeichert ist, dann ist es zum Beispiel
erforderlich, die NOx-Konzentration von zum Beispiel ungefähr 10 ppm
genau zu bestimmen, um so den niedrigen Verschlechterungsgrad zu
bestimmen (wie dies bei dem Fall (1) vorstehend beschrieben
ist). In diesem Fall wird die Verschlechterungsbestimmung in einem
Bereich gemacht, in – dem
der NOx-Sensor mit niedriger Erfassungsgenauigkeit arbeitet, und
die Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung ist beträchtlich
reduziert.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel wird
andererseits die NOx-Speichermenge, die unmittelbar vor der Ausführung des
Fett-Impulsbetriebes
erreicht wird, zum Beispiel auf das 1,5-fache der normalen Referenzmenge
vermehrt, wodurch es möglich
ist, den niedrigen Verschlechterungsgrad in dem NOx-Konzentrationsbereich
(ungefähr
20 ppm) zu bestimmen, der doppelt so groß ist wie jener des vorstehend
beschrieben Falles. In diesem Fall kann die Erfassungsgenauigkeit
des NOx-Sensors beträchtlich
verbessert werden, und die Zuverlässigkeit des Ergebnisses der
Bestimmung kann verbessert werden.
-
Während die
NOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators auf das 1,5-fache der normalen
Referenzmenge im Zeitraum der Bestimmung der Verschlechterung bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel
vermehrt wird, ändert
sich der Vermehrungsgrad der NOx-Speichermenge, oder er hängt von
der Bauart des Katalysators ab. Da außerdem die ausgelassene NOx-Konzentration während der
Verschlechterungsbestimmung tatsächlich
vermehrt wird, ist es vorzuziehen, jenen Grad zu bestimmen, durch
den die NOx-Speichermenge während
des Zeitraumes der Verschlechterungsbestimmung vermehrt wird, und
zwar durch Experimente unter Verwendung des tatsächlichen Katalysators.
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Bei
dem gegenwärtigen
Ausführungsbeispiel wird
der Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
direkt aus dem Abgabewert VNX von dem NOx-Sensor bestimmt. Jedoch kann
die Verschlechterungsbestimmung unter Verwendung des Durchschnittswertes
oder des integrierten Wertes von VNX durchgeführt werden, der bis zu einem
Punkt unmittelbar vor einem Start eines Fett-Impulses erhalten wird,
und zwar an Stelle der direkten Verwendung des VNX-Wertes für die Bestimmung.
In diesem Fall kann die Zuverlässigkeit der
Verschlechterungsbestimmung auch verbessert werden, in dem die NOx-Speichermenge
während der
Zeit der Verschlechterungsbestimmung vermehrt wird.
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Die 6 zeigt
ein Flussdiagramm, das zum Beschreiben von Steuervorgängen hilfreich
ist, die bei der Kraftmaschine auf der Grundlage des Ergebnisses
der Bestimmung der Verschlechterung des Katalysators durchgeführt werden,
wie dies vorstehend beschrieben ist. Um die Steuerbetriebe durchzuführen, führt die
ECU 30 die Routine gemäß der 6 in
vorbestimmten Zeitintervallen aus.
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In
der Routine gemäß der 6 werden
Betriebe durchgeführt,
die von den Verschlechterungsniveaus abhängen, wie dies vorstehend unter
(1) bis (3) beschrieben ist. Bei Schritten S601 und S605 wird das
gegenwärtige
Verschlechterungsniveau des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 7 auf
der Grundlage des Wertes des Verschlechterungsparameters FLV bestimmt,
der bei der Routine gemäß der 4 festgelegt
wird. Falls der Katalysator 7 in einem normalem Zustand
ist (das heißt
falls FLV = 1), dann wird ein Magerverbrennungsbetrieb bei einem Schritt
S603 durchgeführt,
bei dem die Kraftmaschine bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben
wird.
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Falls
der Katalysator 7 ein niedriges Verschlechterungsniveau
aufweist (das heißt
falls FLV = 2), dann wird der Schritt S605 von einem Schritt S607 gefolgt,
bei dem ein Bestimmungswert KLQS des Kraftmaschinendrehmomentes
(zum Beispiel der Beschleunigungsvorrichtungsniederdrückungsbetrag oder
die Kraftstoffeinspritzmenge), bei dem die Kraftmaschine 1 zu
einem Betrieb mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis geschaltet
wird, auf der Grundlage der gegenwärtigen Kraftmaschinendrehzahl
festgelegt. Der Bestimmungswert KLQS ist das abgegebene Drehmoment,
bei dem die durch die Kraftmaschine erzeugte NOx-Menge auf ein Maß oder zu einem Punkt vermehrt
wird, bei dem die NOx-Konzentration, die stromabwärts von
dem Katalysator 7 gemessen wird, ein zulässiges Niveau überschreitet,
und zwar bei der gegenwärtigen
Kraftmaschinendrehzahl. Insbesondere wird der KLQS durch Experimente
unter Verwendung der tatsächlichen Kraftmaschine
festgelegt.
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Falls
bei dem Schritt S609 bestimmt wird, dass das gegenwärtige Kraftmaschinenabgabedrehmoment
(zum Beispiel der Beschleunigungsvorrichtungsniederdrückungsbetrag
oder die Kraftstoffeinspritzmenge) KLQ größer ist als der Bestimmungswert
KLQS, der bei dem Schritt S607 berechnet wird, dann schreitet der
Steuerungsprozess zu einen Schritt S611 fort, um den Wert der Fettmarke
XR auf 1 festzulegen.
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Falls
die Fettmarke XR auf 1 festgelegt ist, dann wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, bei
dem die Kraftmaschine 1 betrieben wird, zu dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei
einem Betrieb geschaltet, der durch die ECU 30 separat
ausgeführt wird.
Auf diese Art und Weise wird die Kraftmaschine 1 bei dem
stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei
einem Betriebszustand betrieben, bei dem die durch die Kraftmaschine
erzeugte NOx-Menge vermehrt ist, zum Beispiel wenn das Fahrzeug
beschleunigt wird oder die Kraftmaschinenlast erhöht ist,
so dass die durch die Kraftmaschine erzeugte NOx-Menge reduziert
wird. Durch die Reduzierung der durch die Kraftmaschine erzeugten
NOx-Menge wird verhindert, dass die aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
ausgelassene NOx-Menge den zulässigen
Wert überschreitet,
auch wenn der Katalysator an dem niedrigen Verschlechterungsgrad
leidet.
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Falls
bei dem Schritt S609 bestimmt wird, dass das gegenwärtige abgegebene
Drehmoment kleiner ist als der Bestimmungswert KLQS, dann wird der
Wert der Fettmarke XR auf 0 festgelegt, und die Kraftmaschine wird
weiterhin bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis
betrieben.
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Falls
bei dem Schritt S605 bestimmt wird, dass FLV nicht gleich 2 ist,
dann ist FLV gleich 3, das heißt
der gegenwärtige
Verschlechterungszustand des Katalysators 7 ist äquivalent
einem hohen Verschlechterungsgrad, und anders gesagt hat der Katalysator 7 gegenwärtig ein
hohes Verschlechterungsniveau. In diesem Fall wird der Magerverbrennungsbetrieb
unmittelbar gestoppt, und ein Betrieb zum Beseitigen der S-Vergiftung
wird bei dem Schritt S615 durchgeführt, um die NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators
wieder herzustellen.
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Bei
dem Betrieb zum Beseitigen der S-Vergiftung wird die Kraftmaschine
bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder bei dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
betrieben, so dass die Abgastemperatur erhöht wird. Durch diesen Betrieb
wird ein Abgas mit hoher Temperatur mit einem fetten oder stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
zugeführt,
und das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator
gespeicherte SOx wird aus dem Katalysator ausgelassen, so dass die
NOx-Speicherkapazität des
Katalysators wieder hergestellt wird.
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Falls
bestimmt wird, dass der Katalysator ein hohes Verschlechterungsniveau
hat, dann kann eine an dem Fahrersitz angebrachte Alarmlampe eingeschaltet
werden, um den Fahrer so über
die Verschlechterung des Katalysators zu informieren, und zwar gleichzeitig
wenn der Betrieb zum Beseitigen der S-Vergiftung ausgeführt wird.
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Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel
die NOx-Referenzspeichermenge (NOx-Zählerwert),
auf Grundlage dessen ein Fett-Impuls ausgeführt wird, während einer Verschlechterungsbestimmung
größer als
bei normalen Kraftmaschinenbetrieben festgelegt, um so eine hochgenaue
Bestimmung einer Verschlechterung unter Verwendung des NOx-Sensors
zu ermöglichen.
Falls Fett-Impulse ausgeführt werden,
zum Beispiel in vorbestimmten Zeitintervallen oder in Intervallen
mit einer vorbestimmten Wegstrecke oder für jeden integrierten Wert der
Kraftmaschinendrehzahl ohne Verwendung des NOx-Zählers wird das Intervall der
Fett-Impulse vergrößert (oder die
Wegstrecke oder der integrierte Wert der Kraftmaschinendrehzahl,
auf Grundlage dessen jeder Fett-Impuls ausgeführt wird), um so eine hochgenaue
Bestimmung der Verschlechterung unter Verwendung des NOx-Sensors
zu ermöglichen,
und zwar in einer ähnlichen
Art und Weise wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel.