DE69725070T2

DE69725070T2 - System und Verfahren zur Entfernung von NOx aus Abgasen

Info

Publication number: DE69725070T2
Application number: DE69725070T
Authority: DE
Inventors: Nobuhide Ama-gun Aichi-pref. Kato; Hiroshi Nagoya-city Aichi-pref. Kurachi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2017-07-18
Also published as: EP0820799A3; US6017503A; JPH1033948A; DE69725070D1; JP4087914B2; EP0820799A2; US6455009B1; EP0820799B1

Description

Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Entfernung von NOx von Abgasen, die von einer Verbrennungsvorrichtung wie z. B. einem Verbrennungsmotor oder dergleichen emittiert werden, durch Reaktion von NOx mit NH₃, um N₂ und H₂O zu erzeugen.
Beschreibung des Stands der Technik:
Wie in 23 der begleitenden Zeichnungen gezeigt wird, umfasst ein generelles NOx-Entfernungssystem für das Entfernen von NOx aus Abgasen einen NOx-Entferner 202, der einen katalytischen Umwandler umfasst, für die Reaktion des von einem Verbrennungsgerät 200 wie z. B. einem Verbrennungsmotor oder dergleichen emittierten NOx mit NH₃, um N₂ und H₂O zu erzeugen. Das NOx-Entfernungssystem weist auch eine NH₃-Zufuhrsteuervorrichtung 208 für das Einleiten von NH₃ mit einer voreingestellten Rate, die von einer Last 204 am Verbrennungsgerät 200 oder seiner Ausgangsleistung in einen Gaskanal 206 des Verbrennungsgeräts 200 abhängig ist, und einen NOx-Analysator 210 auf, der mit einem Austrittskanal des NOx-Entferners 202 durch eine Probeleitung L verbunden ist. Der NOx-Analysator 210 bestimmt den Unterschied zwischen der Konzentration an NOx in Abgasen, die vom NOx-Entferner 202 emittiert wurden, und einer vorbestimmten Bezugskonzentration, und die NH₃-Zufuhrsteuervorrichtung 208 steuert die Geschwindigkeit, mit der NH₃ dem Gaskanal 206 zugeleitet wird, basierend auf einem bestimmten Unterschied. Für Details sollte auf das japanische Patent Nr. 1-83816 Bezug genommen werden.
Gemäß anderen herkömmlichen NOx-Entfernungsverfahren wird die NOx-Konzentration in Abgasen, die von der Verbrennungsvorrichtung 200 emittiert wird, stromaufwärts vom NOx-Entferner 202 durch Probenentnahme geprüft, und NH₃ wird stromaufwärts von Entferner 202 zugeleitet basierend auf der geprüften NOx-Konzentration, oder die NOx-Konzentration wird stromabwärts vom NOx-Entferner 202 für die Steuerung der Geschwindigkeit bzw. Rate gemessen, mit der NH₃ zugeleitet wird. Das in 23 gezeigte NOx-Entfernungssystem ist vorteilhafter als diese herkömmlichen NOx-Entfernungsverfahren in dem Sinn, da die NOx-Konzentration stromabwärts vom NOx-Entferner 202 geprüft wird, das NOx-Entfernungssystem kein Präzisionsmessinstrument benötigt und jeglicher Austrag von NH₃ vom NOx-Entferner 202 minimiert wird.
Jedoch leidet das in 23 gezeigte NOx-Entfernungssystem unter folgenden Problemen:
Obwohl die NOx-Konzentration in den emittierten Abgasen durch den NOx-Analysator 210 geprüft wird, wird das in den emittierten Abgasen enthaltene NH₃ nicht gemessen. Daher kann ein exzessiver Eintrag von NH₃ nicht festgestellt werden und kann in die Atmosphäre abgegeben werden.
Daher setzt das in 23 gezeigte NOx-Entfernungssystem voraus, dass die Rate, mit der NH₃ eingeleitet wird, nicht ansteigt, wenn die NOx-Konzentration in den emittierten Abgasen geringer ist als ein bestimmter Wert, z. B. 80% eines Bezugswerts gemäß Luftverschmutzungsverordnungen. Wenn die Rate, mit der NH₃ eingeleitet wird, erhöht werden würde, um die NOx-Konzentration in den emittierten Abgasen weiter zu reduzieren, würde eine erhöhte Menge NH₃ in die Atmosphäre abgegeben werden.
Das in 23 gezeigte NOx-Entfernungssystem muss nicht notwendigerweise die Menge an sowohl NOx als auch NH₃ minimieren, die an die Atmosphäre abgegeben werden.
Ein anderer Nachteil des NOx-Entfernungssystems ist, dass, wenn die Reinigungsfähigkeit des NOx-Entferners 202 herabgesetzt wird zu einem Punkt, wo die Menge an emittierten NOx einen vorbestimmten Wert überschreitet, die Rate des eingeleiteten NH₃ automatisch erhöht wird, obwohl sie schon ausreichend ist, und daher wird die Menge an in die Atmosphäre emittiertem NH₃ erhöht.
Der oben angeführte Nachteil kann beseitigt werden, wenn ein NH₃-Analysator stromabwärts vom NOx-Entferner 202 hinzugefügt wird, um emittiertes NH₃ zu beobachten, so dass die NH₃-Zufuhrsteuerung 208 die Geschwindigkeit des eingeleiteten NH₃ auf eine Weise steuert, um die NH₃-Konzentration auf einem niedrigen Niveau zu halten und die Menge an emittiertem NOx zu senken. Jedoch erhöht die Zugabe des NH₃-Analysators die Größe des NOx-Entfernungssystems und erfordert, dass die NH₃-Zufuhrsteuerung eine komplexere Steuerschaltung aufweist. Sogar wenn zwei Analysatoren, d. h. ein NOx-Analysator und ein NH₃-Analysator, hinzugefügt werden, ist es für die NH₃-Zufuhrsteuerung 208 schwierig, die NOx- und NH₃-Konzentrationen äußerst genau zu steuern.
NOx-Analysatoren sind normalerweise äußerst teuer und weisen langsame Ansprechverhalten auf, die es nicht erlauben, die Rate des eingeleiteten NH₃ äußerst genau zu steuern.
Ein anderes herkömmliches NOx-Entfernungssystem weist einen NOx-Katalysator und einen Oxidationskatalysator, die in dem Abgassystem eines Dieselmotors angeordnet sind, und ein Gerät für das Einleiten von Harnstoff in das Abgassystem stromaufwärts vom NOx-Katalysator auf. Der eingeleitete Harnstoff stellt NH₃ im NOx-Katalysator her.
In diesem NOx-Entfernungssystem wird die Rate, mit der Harnstoff eingeleitet wird, gemäß einer Abbildungsinformation (charakteristisch für das Verhältnis zwischen den Motorbetriebszuständen und den NOx-Konzentrationen) von NOx, die in einem Mikroprozessor gespeichert ist, und der Temperatur des NOx-Katalysators gesteuert. Jedoch kann die NOx-Konzentration oder die Menge NOx, die aus der Abbildungsinformation bestimmt wurde, von der tatsächlich emittierten Menge abweichen mit dem Resultat, dass das NOx-Entfernungssystem versagen kann, NOx effizient aus den Abgasen zu entfernen, und der eingeleitete Harnstoff oder das davon zersetzte NH₃ kann aus dem Abgassystem emittiert werden.
Japanische Patente Nr. 4-358716 und 7-127503 offenbaren NOx-Entfernungssysteme, in denen Kohlenwasserstoffe statt NH₃ eingeleitet werden, ein NOx-Sensor stromabwärts vom NOx-Katalysator angebracht ist und die Rate, mit der Kohlenwasserstoff eingeleitet wird, von einem Signal des NOx-Sensors gesteuert wird.
Diese Systeme haben eine schlechte NOx-Reduktionsfähigkeit, da Kohlenwasserstoff als Reduktionsmittel verwendet wird. Sogar wenn ein effizienter Katalysatortemperaturbereich gewählt wird, beträgt die NOx-Reduktionsfähigkeit von 40% bis maximal 60%, und beinahe die Hälfte des eingeleiteten Kohlenwasserstoffs wird abgegeben. Außerdem ist der effiziente Katalysatortemperaturbereich sehr eingeschränkt, d. h. er liegt bei 400°C ± 50°C. Infolgedessen können diese Systeme möglicherweise häufig verursachen, dass in Anwendungen, wo die Temperatur des Abgassystems stark variiert, z. B. in Automobilmotoren, Kohlenwasserstoff über sein Emissionssteuerniveau hinaus abgegeben wird. Um solche Möglichkeiten zu vermeiden, ist es notwendig, Katalysatorkühl- und -heizgeräte zu dem System hizuzufügen.
Japanisches Patent Nr. 5-113116 offenbart ein System ähnlich zu den oben angeführten Systemen, außer dass eine Kohlenwasserstoffgrundrate, die im Voraus abhängig von den Betriebszuständen bestimmt wurde, auf Basis eines Signals vom NOx-Sensor korrigiert wird. Dieses System leidet jedoch auch an den oben angeführtenDefiziten.
US-A-5540047 beschreibt ein Verfahren zur Reduktion von Stickstoffoxid-Konzentration in Abgas eines Verbrennungsmotors, in dem Harnstoff als Quelle für Ammoniak in den Katalysator injiziert wird, durch den das Abgas strömt. Die NO- und NH₃-Konzentration wird unter Verwendung eines Detektors stromabwärts vom Katalysator gemessen, dessen elektrischer Widerstand am höchsten ist, wenn die Umwandlung von NO zu Stickstoff und Wasser stöchiometrisch ist. Die Menge an injiziertem Ammoniak wird in Abhängigkeit vom Detektorwiderstand mit dem festgelegten Ziel der Maximierung des Widerstands variiert.
EP-A-263183 beschreibt ein NOx-Reduktionssystem, in dem Ammoniak durch Steuerung von Sensoren injiziert wird. NOx wird stromaufwärts und stromabwärts im Reaktor detektiert. Ammoniak wird stromabwärts vom Reaktor detektiert. DE-A-3606535 schlägt ebenfalls vor, NOx sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts einer Reaktorzone für NOx und Ammoniak zu messen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren für das Entfernen von NOx aus Abgasen, die von einem Verbrennungsgerät emittiert werden, durch genaues Steuern der Rate, mit der ein Reduktionsmittel wie z. B. NH₃ und/oder Harnstoff durch eine einfache Anordnung eingeleitet wird, und Minimierung der NH₃- und NOx-Emission bereitzustellen.
Die Erfindung wird in verschiedenen Aspekten und gegebenenfalls bevorzugten Eigenschaften in den Ansprüchen dargelegt.
Die oben angeführten und andere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch Beispiele beschreiben, genommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine fragmentarische Querschnittsdarstellung eines NOx-Sensors für die Verwendung in NOx-Entfernungssystemen gemäß der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die NOx von Abgasen, die von einer Verbrennungsvorrichtung wie z. B. einem Verbrennungsmotor oder dergleichen emittiert werden, entfernen, der Energie auf eine Last aufbringt, wie z. B. einen elektrischen Generator oder dergleichen basierend auf einer vorbestimmten Verbrennungssteuerung, durch Umsetzen von NOx mit, um N₂ und H₂O zu erhalten.;
2A zeigt einen Grundriss eines anderen NOx-Sensors für die Verwendung in NOx-Entfernungssystemen gemäß der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2B zeigt eine longitudinale Querschnittsdarstellung des in 2A gezeigten NOx-Sensors;
2C zeigt eine transversale Querschnittsdarstellung, die entlang der Linie 2C-2C in 2A genommen wurde;
3 zeigt ein Diagramm, das die Empfindlichkeiten auf NO (einem Hauptbestandteil von NOx) und NH₃ des NOx-Sensors für Verwendung in NOx-Entfernungssystemen gemäß der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 zeigt ein Blockdiagramm des NOx-Entfernungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Blockdiagramm einer NH₃-Zufuhrsteuerung des NOx-Entfernungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt ein Diagramm, das die Prinzipien eines Verfahrens zur Steuerung der Rate, mit der NH₃ in das NOx-Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geleitet wird, veranschaulicht;
7 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm einer Steuersequenz des Verfahrens der zur Steuerung der Rate, mit der NH₃ in das NOx-Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einzuleiten ist;
8 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm einer Steuersequenz des Verfahrens zur Steuerung der Rate, mit der NH₃ in das NOx-Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einzuleiten ist, wenn die NOx-Konzentration plötzlich erhöht wird;
9 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm einer anderen Steuersequenz des Verfahrens zur Steuerung der Rate, mit der NH₃ in das NOx-Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einzuleiten ist;
10 zeigt ein Blockdiagramm des NOx-Entfernungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11A zeigt einen Grundriss eines NOx-Sensors für die Verwendung in dem NOx-Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem NOx-Entfernungskatalysator, der beim Einlass der ersten Diffusionsratensteuerung angeordnet ist;
11B zeigt eine longitudinale Querschnittsansicht des in 11A gezeigten NOx-Sensors;
12 zeigt eine longitudinale Querschnittsansicht eines anderen NOx-Sensors für die Verwendung im NOx-Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem NOx-Entfernungskatalysator, der in einer ersten Diffusionsratensteuerung angeordnet ist;
13 zeigt eine longitudinale Querschnittsdarstellung eines wieder anderen NOx-Sensors für die Verwendung im NOx-Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem NOx-tntternungskatalysator, der in der ersten Kammer angeordnet ist;
14 zeigt ein Blockschaltbild des NOx-Entfernungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Die 15A und 15B zeigen Diagramme, die durch Beispiele ein Korrekturverfahren basierend auf einem detektierten Signal aus einem zweiten NOx-Sensor im NOx-Entfernungssystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für einen Fall zeigen, in dem von einem NH₃-NOx-Gleichgewichtspunkt zu einer übermäßig größeren Menge NH₃ abweicht;
Die 16A und 16B zeigen Diagramme zum Beispiel ein Korrekturverfahren basierend auf einem detektierten Signal aus einem zweiten NOx-Sensor im NOx-Entfernungssystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für einen Fall, in dem NH₃ von einem NH₃-NOx-Gleichgewichtspunkt zu einer übermäßig kleineren Menge NH₃ abweicht;
17 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm eines Mittels, das die Erhöhung und Reduzierung der Geschwindigkeitsrate korrigiert, in einer Steuerung des NOx-Entfernungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Die 18 und 19 zeigen Fließdiagramme eines Verarbeitungsschrittes des in 17 gezeigten Mittels, das die Erhöhung und Reduzierung der Geschwindigkeitsrate korrigiert;
20 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm, das zeigt, wie ein Übergangsmerkmalwert variiert, wenn die detektierten Daten variieren;
21 zeigt ein Blockdiagramm des NOx-Entfernungssystems gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
22 zeigt ein Blockdiagramm des NOx-Entfernungssystems gemäß einer wieder anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
23 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen NOx-Entfernungssystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
NOx-Entfernungssysteme gemäß der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die NOx aus Abgasen entfernen, die von einem Verbrennungsgerät wie z. B. einem Verbrennungsmotor oder dergleichen emittiert werden, der Energie auf eine Last aufbringt, wie z. B. einen elektrischen Generator oder dergleichen basierend auf einer vorbestimmten Verbrennungssteuerung durch Umsetzen von NOx mit NH₃, um N₂ und H₂O herzustellen, werden weiter unten mit Bezug auf die 1 bis 22 beschrieben.
Vor der Beschreibung der NOx-Entfernungssysteme gemäß der ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen werden NOx-Sensoren für die Verwendung in diesen Entfernungssystemen zuerst mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
NOx-Sensoren für die Verwendung in Entfernungssystemen gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen pumpenden NOx-Sensor umfassen, der eine wie in 1 gezeigte Sauerstoffpumpe oder eine wie in den 2A bis 2C gezeigte Kombination einer Sauerstoffpumpe mit einem NOx-empfindlichen Halbleiter umfasst.
Der in 1 gezeigte NOx-Sensor weist eine laminare Struktur auf, die eine Vielzahl von, z. B. sechs, Festelektrolytschichten 10a~10f aus Keramik, jede hergestellt aus einem Sauerstoffion-leitenden Festelektrolytmaterial wie z. B. Zirkonoxid (ZrO₂) oder dergleichen, umfasst. Diese Festelektrolytschichten 10a~10f umfassen erste und zweite Schichten, von unten gezählt, als erste und zweite Substratschichten 10a und 10b, dritte und fünfte Schichten als erste und zweite Abstandschichten 10c und 10e, und vierte und sechste Schichten als erste und zweite Festelektrolytschichten 10d und 10f.
Besonders ist die erste Abstandschicht 10c auf der zweiten Substratschicht 10b angeordnet, und die erste Festelektrolytschicht 10d, die zweite Abstandschicht 10e und die zweite Festelektrolytschicht 10f sind nacheinander auf der ersten Spacerschicht 10c angeordnet. Eine Heizvorrichtung 12 für die Erhöhung der Sauerstoffionen-Leitfähigkeit ist in einem isolierenden Film 14 eingebettet, der zwischen der ersten und zweiten Substratschicht 10a bzw. 10b gestellt ist. Zwischen der zweiten Substratschicht 10b und der ersten Festelektrolytschicht 10d ist ein Referenzgaseintrittsraum 16 für das Einleiten eines Referenzgases, z. B. Luft, dorthin durch eine untere Oberfläche auf der ersten Festelektrolytschicht 10d, einer oberen Obertläche der zweiten Substratschicht 10b und einer seitlichen Oberfläche der ersten Abstandschicht 10c. Eine Bezugselektrode 18 für das Messen des Sauerstoffpartialdrucks eines zu messenden Gases ist auf der unteren Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 10d angebracht, die den Referenzgaseintrittsraum 16 definiert.
Die zweite Spacerschicht 10e ist zwischen der ersten und zweiten Festelektrolytschicht 10d bzw. 10f gestellt. Der NOx-Sensor umfasst auch Steuerungen der ersten und zweiten Diffusionsrate 20 bzw. 22, die zwischen der ersten und zweiten Festelektrolytschicht 10d bzw. 10f gestellt sind.
Eine erste Kammer 24 für das Einstellen des Sauerstoffpartialdrucks in dem zu messenden Gas ist definiert zwischen einer unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 10f, seitlichen Oberflächen der Steuerungen der ersten und zweiten Diffusionsrate 20 bzw. 22 und einer oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 10d. Eine zweite Kammer 26 für das Messen von NOx ist definiert zwischen einer unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 10f, den seitlichen Oberflächen der Steuerung der zweiten Diffusionsrate 22 und der zweiten Abstandschicht 10e und einer oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 10d. Die erste und zweite Kammer 24 bzw. 26 kommunizieren miteinander durch die Steuerung der zweiten Diffusionsrate 22.
Eine Elektrode (innere Pumpelektrode) 30a, die als Teil einer ersten Sauerstoffpumpe 28 (später beschrieben) fungiert, ist auf der unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 10f angebracht, die die erste Kammer 24 definiert.
Eine andere Elektrode (äußere Pumpelektrode) 30b, die auch als Teil der ersten Sauerstoffpumpe 28 fungiert, ist auf einer oberen Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 10f angebracht. Eine Messelektrode 32 ist auf der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 10d angebracht, die die erste Kammer 24 definiert.
Eine Elektrode (obere Pumpelektrode) 36a, die als Teil einer zweiten Sauerstoffpumpe 34 fungiert (später beschrieben), ist auf der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 10d angebracht, die die zweite Kammer 26 definiert. Eine andere Elektrode (untere Pumpelektrode) 36b ist auf der unteren Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 10d an einer Stelle weit entfernt von der Bezugselektrode 18 angebracht, die den Referenzgaseintrittsraum 16 definiert.
Die Steuerungen der ersten und zweiten Diffusionsrate 20 bzw. 22 wenden einen vorbestimmten Diffusionswiderstand auf das Gas an, das zu messen ist und das in die erste und zweite Kammer 24 bzw. 26 einzuleiten ist. Zum Beispiel kann jeder der Steuerungen der ersten und zweiten Diffusionsrate 20 bzw. 22 ein poröses Material, durch das das zu messende Gas eingeleitet werden kann, oder einen Kanal, der kleine Poren mit einer vorbestimmten Querschnittsfläche aufweist, umfassen.
Eine Pumpspannung Vp, die auf einem durch ein Potentiometer 38 detektiertes Potenzial basiert, wird zwischen der inneren und äußeren Pumpelektrode 30a bzw. 30b der Sauerstoffpumpe 28 durch ein Netzgerät mit variabler Spannung angewendet. Wenn die Pumpspannung Vp angelegt wird, pumpt die Sauerstoffpumpe 28 Sauerstoff in die oder aus der ersten Kammer 24, um den Sauerstoffpartialdruck auf ein gegebenes Niveau in der ersten Kammer 24 zu setzen. Der NOx-Sensor weist daher einen Sauerstoffkonzentrationssteuerung 42 auf, die aus der ersten Kammer 24, der Sauerstoffpumpe 28, der Bezugselektrode 18, der Messelektrode 32 und dem Referenzgaseintrittsraum 16 zusammengesetzt ist. Stickstoffoxide (NOx) werden hauptsächlich in der zweiten Kammer 26 gemessen.
Grundsätze des Messverfahrens des NOx-Sensors werden unten kurz beschrieben. Die Pumpspannung Vp wird auf die Sauerstoffpumpe 28 angewendet, um die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 24 auf ein Niveau einzustellen, das niedrig genug ist, um NO nicht zu zersetzen, z. B. auf 10^–2 Pa (10^–7 atm). Um Zersetzen von NO bei 10^–2 Pa (10^–7 atm) zu verhindern, sind die innere Pumpelektrode 30a und die Messelektrode 32 aus einem Material gefertigt, das eine geringe NO-Reduktionsfähigkeit aufweist, z. B. einer Legierung aus Gold (Au) und Platin (Pt).
Die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 24 wird auf Basis einer Spannung, die durch das Potentiometer 38 zwischen der Messelektrode 32 und der Bezugselektrode 18 detektiert wird, detektiert. Die Pumpspannung Vp wird gesteuert und angelegt auf die Sauerstoffpumpe 28, so dass sich die durch das Potentiometer 38 detektierte Spannung einer Referenzspannung annähert, d. h. die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer wird im Wesentlichen auf ein Null-Niveau reduziert.
Auf diese Weise bleibt Stickstoffmonoxid (NO) in der ersten Kammer 24 und fließt durch die Steuerung der zweiten Diffusionsrate 22 in die zweite Kammer 26. In der zweiten Kammer 26 wird das eingeleitete NO in Stickstoff (N) und Oxid (O) zersetzt.
Die Sauerstoffkonzentration wird dann gemessen, um die Konzentration des eingeleiteten NO indirekt zu bestimmen. Für die Zersetzung des eingeleiteten NO ist die obere Pumpelektrode 36a aus einem Material hergestellt, das eine NOx-Reduktionsfähigkeit aufweist wie z. B. Rhodium (Rh), Platin (Pt) oder dergleichen.
Die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 26 wird durch Messen eines Stroms, der zwischen der oberen und unteren Pumpelektrode 36a bzw. 36b fließt, gemessen. Insbesonders ist ein Pumpennetzgerät 44 elektrisch zwischen der unteren Pumpelektrode 36b und der oberen Pumpelektrode 36a in einer Richtung verbunden, um Sauerstoff aus der zweiten Kammer 26 zu pumpen. Wenn kein Sauerstoff in der zweiten Kammer 26 ist, dann fließt kein Strom zwischen der oberen und unteren Pumpelektrode 36a bzw. 36b, da kein Sauerstoff zwischen der oberen und unteren Pumpelektrode 36a bzw. 36b bewegt oder gepumpt wird. Wenn Sauerstoff in der zweiten Kammer 26 ist, wird Sauerstoff gepumpt, was einen Stromfluss zwischen der oberen und unteren Pumpelektrode 36a bzw. 36b verursacht. Daher kann die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 26 durch Messen des Stroms, der zwischen der oberen und unteren Pumpelektrode 36a bzw. 36b fließt, mit einem Amperemeter gemessen werden, das in Serie mit dem Pumpennetzgerät 44 geschaltet ist. Da der gemessene Strom proportional zur Menge an Sauerstoff ist, die aus der zweiten Kammer 26 gepumpt wurde, ist es möglich, die Menge NO vom gemessenen Strom zu bestimmen. Dies ist gleichwertig mit dem Messen von NOx.
Der in den 2A bis 2C gezeigte NOx-Sensor weist im Wesentlichen die gleiche Struktur auf wie der in 1 gezeigte NOx-Sensor, außer dass er keine Steuerung der zweiten Diffusionsrate 22 und zweite Kammer 26 aufweist. Diese Teile des NOx-Sensors, die in den 2A bis 2C gezeigt werden und die identisch mit denen des NOx-Sensors in 1 sind, werden durch identische Referenzziffern und Darstellungen bezeichnet und werden im Detail unten nicht beschrieben. Der in den 2A bis 2C gezeigte NOx-Sensor umfasst eine Steuerung der Diffusionsrate 20 entsprechend der Steuerung der ersten Diffusionsrate in 1 und eine Messkammer 24 entsprechend der ersten Kammer 24 in 1.
Wie in 2C gezeigt wird, ist ein NOx-empfindlicher Halbleiter (oder ein NOx-empfindlicher Oxidhalbleiter) 50 auf der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 10d angebracht, die die Masskammer 24 definiert. Der NOx-empfindliche Halbleiter 50 ist hinter der Messelektrode 32 positioniert, wie in 2B betrachtet, und liegt parallel zur Messelektrode 32. Ein Paar an Elektroden 52a bzw. 52b zum Messen des elektrischen Widerstands des NOx-empfindlichen Halbleiters 50 ist auf dem NOx-empfindlichen Halbleiter 50 an den jeweiligen entgegengesetzten Enden davon angeordnet. Der elektrische Widerstand des NOxempfindlichen Halbleiters 50 schwankt, wenn er einer Atmosphäre oder einem Fluss von beliebigen verschiedenen Gasen ausgesetzt ist.
Wenn ein bestimmter Richtungsstrom zwischen den Elektroden 52a und 52b fließt, kann ein Spannungssignal, das repräsentativ für die Konzentration eines bestimmten Gases ist, das in der Atmosphäre in der Messkammer 24 enthalten ist, von den Elektroden 52a und 52b gewonnen werden.
3 zeigt die Empfindlichkeiten gegenüber NO (einem Hauptbestandteil von NOx) und NH₃ des in 1 gezeigten NOx-Sensors. Die Empfindlichkeit des NOx-Sensors gegenüber NH₃ ist im Wesentlichen gleich zu der Empfindlichkeit des NOx-Sensors gegenüber NO.
Dies ist so, da die chemische Reaktion, wie unten gezeigt wird, in der ersten Kammer 24 stattfindet und NO in einer Menge, die gleich ist jener von NH₃, gebildet wird. Da NH₃ einen kleineren Diffusionskoeffizienten als NO hat, neigt jedoch NH3 weniger dazu als NO, in die erste Kammer 24 einzutreten. Daher ist die Empfindlichkeit des NOx-Sensors gegenüber NH₃ etwas kleiner als die Empfindlichkeit des NOx-Sensors gegenüber NO. Der in den 2A bis 2C gezeigten NOx-Sensor weist im Wesentlichen gleiche Empfindlichkeitscharakteristiken auf wie der in 1 gezeigte NOx-Sensor. 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O
Die NOx-Entfernungssysteme gemäß der ersten, zweite und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwenden die NH₃-Empfindlichkeitscharakteristiken des oben angeführten NOx-Sensors.
Wenn das Korrekturverfahren, wie in den japanischen Patenten Nr. 1-83816 und 5-113116 offenbart, auf einem NOx-Entfernungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem NOx-Sensor ausgeführt worden wäre, der stromabwärts von einem Katalysator positioniert wurde, der ein Reduktionsmittel aus NH₃ oder Harnstoff verwendet, dann würde das NOx-Entfernungssystem, da der NOx-Sensor empfindlich gegenüber vom Katalysator emittierten NH₃ ist und ein Signal basierend auf detektiertem NH₃ erzeugt, das Signal als eine Emission von NOx interpretieren und würde die Rate erhöhen, mit der NH₃ dem Katalysator zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung ist auf eine Verbesserung gerichtet, um solch einen Nachteil zu beseitigen.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gezeigt in 4, umfasst das NOx-Entfernungssystem einen NOx-Entferner 68 für das Entfernen von NOx aus Abgasen, die durch ein Abgasrohr 66 von einem Verbrennungsgerät 64 wie z. B. einem Verbrennungsmotor oder dergleichen emittiert wurden, der Energie auf eine Last 62 aufbringt, wie z. B. einen elektrischen Generator oder dergleichen basierend auf einem vorbestimmten Verbrennungssteuerverfahren, das mit einer Verbrennungssteuerung 60 durch Umsetzen von NOx mit NH₃, um N₂ und H₂O zu erzeugen, ausgeführt wird, das NOx-Enffernungssystem, das auch einen NOx-Sensor 70 aufweist, der stromabwärts vom NOx-Enfferner angeschlossen ist, und eine NH₃-Zufuhrsteuerung 72 für das Steuern der Rate, mit der NH₃ einzuleiten ist auf Basis eines detektierten Signals Si des NOx-Sensors 70. Die NH₃- Zufuhrsteuerung 72 steuert die Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 von einem Einlass 90 einzuleiten ist, durch Erhöhen oder Reduzieren der Rate von NH₃ mit Bezug auf eine voreingestellte Basisrate, die im Voraus bestimmt wurde und die von den Betriebszuständen der Verbrennungsvorrichtung 64 abhängig ist.
Wenn der NOx-Sensor 70 den pumpenden NOx-Sensor aus ZrO₂ wie in 1 gezeigt umfasst, dann ist der NOx-Sensor 70 empfindlich gegenüber NH₃, da NH₃ und Sauerstoff in der ersten Kammer 24 miteinander reagieren und NO erzeugen, das in der zweiten Kammer 26 in N₂ und O₂ zerfällt, und der erzeugte O₂ gemessen wird.
Der NOx-Sensor 70 kann alternativ dazu den in den 2A bis 2C gezeigten NOx-Sensor umfassen. Der NOx-empfindliche Halbleiter 50, der von Sauerstoff abhängig ist, wird mit der Sauerstoffpumpe 28 kombiniert, d. h. er wird in die Messkammer 24 positioniert (Sauerstoffkonzentrationssteuerraum), in der die Sauerstoffkonzentration durch die Sauerstoffpumpe 28 auf einem konstanten Niveau gehalten wird. Da NH₃ mit Sauerstoff im Sauerstoffkonzentrationssteuerraum (der Messkammer 24) reagiert und NO erzeugt, ist der NOx-Sensor 70 auch emfpindlich auf NH₃.
Wie in 5 gezeigt wird, umfasst die NH₃-Zufuhrsteuerung 72 einen Analog-Digital(A/D-) Wandler 80 für das Umwandeln des detektierten Signals Si des NOx-Sensors 70 in digital detektierte Daten Di, einen Rateneinsteller 82 zum Einstellen der Rate, mit der NH₃-Gas von einer externen NH₃-Pumpe (nicht gezeigt) in das Abgasrohr 66 (siehe 4) einzuleiten ist, einen Speicher 84 zum Speichern unterschiedlicher Daten und Programmdaten und eine Steuereinheit 86 für das Anlegen eines Steuersignals Sc auf den Rateneinsteller 82, um die Rate eines einzuleitenden NH₃-Gases zu erhöhen oder zu reduzieren, wenn der Wert der digitalen detektierten Daten Di (die auch als „Datenwert Di" bezeichnet werden können) des A/D-Umwandlers 80 von einer reduzierenden Tendenz zu einer steigenden Tendenz umschaltet. Der Rateneinsteller 82 kann ein Magnetventil umfassen, und das Steuersignal Sc kann ein Signal sein, das die Zeit steuert, in der das Magnetventil geöffnet oder geschlossen wird.
Die Steuereinheit 86 umfasst z. B. einen Mikrocomputer und führt ein Sequenzsteuerprogramm aus, das von einem Programm-ROM (nicht gezeigt) in den Speicher 84 geladen wird, der als Arbeits-RAM fungiert, um einen Steuerprozess auszuführen, der weiter unten mit Bezug auf die 6 bis 9 beschrieben wird.
Der Steuerprozess wird zuerst unten mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. Obwohl NOx in von einem Verbrennungsgerät 64 emittierten Abgasen durch ein NH₃-Gas reduziert wird, das von der NH₃-Zufuhrsteuerung 72 eingeleitet wird, wird NOx, das in Gasen vorhanden ist, die vom NOx-Entferner 68 ausgetragen werden, schrittweise reduziert, und daher wird der Datenwert Di des detektierten Signals Si, das durch den NOx-Sensor 70 erzeugt wird, schrittweise geringer. Wenn sich der Datenwert Di von einer reduzierenden Tendenz auf eine steigende Tendenz bei einem Punkt B ändert (siehe die 6 und 7), erzeugt die Steuereinheit 86 (siehe 5) ein Steuersignal Sc, um die Rate des einzuleitenden NH₃-Gases von der NH₃-Zufuhrsteuerung 72 zu reduzieren. Der Rateneinsteller 82 reduziert schrittweise die Rate, mit der NH₃-Gas in das Abgasrohr 66 eingeleitet wird. Von diesem Stadium an ist der NOx-Sensor 70 empfindlich auf zugeführtes NH₃ und erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Kurvenform sich ändert wie sich das zugeführte NH₃ ändert.
Der in den 6 und 7 gezeigte Punkt B repräsentiert einen NH₃-NOx-Äquivalenzpunkt. Bei diesem Punkt B trägt der Katalysator im NOx-Entferner 68 eine kleine Menge NH₃ und NOx aus, abhängig von der Leistung des Katalysators. Obwohl das Steuersignal Sc herausgegeben wird, um NH₃ von Punkt B an zu reduzieren, zeigt das detektierte Signal Si wegen des Abstands zwischen dem Einlass 90 und dem NOx-Sensor 70 noch immer einen überschüssigen Gehalt an NH₃ an, und daher ist als übermäßig ausgetragen anerkannt.
Insbesonders wird die Rate, mit der NH₃-Gas von der NH₃-Zufuhrsteuerung 72 in das Abgasrohr 66 eingeleitet wird, von dem Zeitpunkt an reduziert, wenn die Steuereinheit 86 das Steuersignal Sc abgibt. In Anbetracht der Tatsache, dass das reduzierte NH₃-Gas eine bestimmte Zeitspanne braucht, um vom Einlass 90 durch den NOx-Entferner 68 zum NOx-Sensor 70 zu kommen, weist das detektierte Signal Si (Di) während dieser Zeitspanne eine Kurvenform auf, die temporär einen übermäßigen Eintrag an NH₃ anzeigt, bis es bei einem Punkt C einen Höchstwert erreicht (siehe 7). Wenn das reduzierte NH₃ den NOx-Sensor 70 erreicht, wird der Datenwert Di des detektierten Signals Si wieder reduziert.
Da die Rate, mit der NH₃-Gas von der NH₃-Zufuhrsteuerung 72 in das Abgasrohr 66 eingeleitet wird, kontinuierlich zu diesem Zeitpunkt reduziert wird, wird der Datenwert Di des detektierten Signals Si wieder schrittweise reduziert. Wenn der Datenwert Di wieder von einer reduzierenden Tendenz auf eine steigende Tendenz bei einem anderen Punkt B umschaltet, gibt die Steuereinheit 86 ein Steuersignal Sc an den Rateneinsteller 82 ab, um die Rate zu erhöhen, mit der NH₃-Gas in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist. Der Rateneinsteller 82 erhöht jetzt schrittweise die Rate, mit der NH₃-Gas in das Abgasrohr 66 eingeleitet wird. Von diesem Stadium an ist der NOx-Sensor 70 empfindlich auf zugeführtes NOx und erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Kurvenform sich ändert, wenn sich das zugeführte NOx ändert.
Obwohl die Rate, mit der NH₃-Gas in das Abgasrohr 66 eingeleitet wird, erhöht wird, bleibt die Rate von NH₃-Gas beim NOx-Sensor 70 wegen des Abstands zwischen dem Einlass 90 und dem NOx-Sensor 70 für eine Weile klein, d. h. die Rate von NOx beim NOx-Sensor 70 bleibt groß, und der Datenwert Di des detektierten Signals Si steigt. Wenn das detektierte Signal Si des NOx-Sensors 70 bei einem Punkt A einen Höchtwert und das erhöhte NH₃-Gas den NOx-Sensor 70 erreicht, sinkt der Datenwert Di des detektierten Signals Si wieder zu einem anderen NH₃-NOx-Äquivalenzpunkt B.
Das NOx-Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform wiederholt daher den oben angeführten Zyklus der Steueroperationen, um die Rate, mit der NH₃-Gas in das Abgasrohr 66 eingeleitet wird, über einen Wert zu erhöhen oder unter ein Niveau zu reduzieren, wo die Gesamtmenge an NH₃ und NOx minimal ist, d. h. ein optimaler Wert (= Referenzwert + mittlerer Wert von erhöhten und reduzierten Mengen).
Wenn sich die Menge an NOx, die in vom Verbrennungsgerät 64 emitierten Abgasen enthalten ist, wie in 8 gezeigt plötzlich schrittweise erhöht, erhöht sich der Datenwert Di des detektierten Signals Si, das vom NOx-Sensor ausgegeben wird, auf ein höheres Niveau, und die Steuereinheit 86 gibt ein Steuersignal Sc zum Rateneinsteller 82 ab, um die Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, für eine längere Zeitspanne A als die vorige Zeitspanne B zu erhöhen. Als Ergebnis wird die Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, erhöht.
Wenn die Menge an NOx, die in vom Verbrennungsgerät 66 emittierten Abgasen enthalten ist, sinkt, wird die Steueroperation umgedreht, die Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, wird reduziert.
Das oben angeführte Verfahren ist äquivalent zum Verschieben des Referenzwerts für die Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, hinauf oder hinunter, wenn die Konzentration von NOx steigt oder sinkt.
Daher ist das NOx-Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform imstande, die Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, genau zu steuern, um die Mengen an NH₃ und NOx zu minimieren, die vom NOx-Entferner 68 ausgetragen werden.
In 7 wird die Rate, die mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, gemäß einem dreieckigen Muster gesteuert, d. h. alternativ erhöht und reduziert durch das Steuersignal Sc, das von der Steuereinheit 86 dem Rateneinsteller 82 zugeführt wird. Jedoch kann die Rate, die mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, gemäß einem Muster gesteuert werden, das plötzliche Sprünge aufwärts und abwärts aufweist.
Besonders wenn der Datenwert Di des detektierten Signals Si, das vom NOx-Sensor 70 geliefert wird, wie in 9 gezeigt, von einer reduzierenden Tendenz zu einer steigenden Tendenz bei einem Punkt B wechselt, liefert die Steuereinheit 86 ein Steuersignal Sc für die Erhöhung der Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist. Basierend auf dem Steuersignal Sc der Steuereinheit 86 erhöht der Rateneinsteller 82 plötzlich die Rate an NH₃ schrittweise bis zu einem bestimmten Niveau, und danach steigt die Rate an NH₃ schrittweise linear. Wenn ein nächster Punkt B erreicht wird, basierend auf dem Steuersignal Sc der Steuereinheit 86, reduziert der Rateneinsteller 82 plötzlich die Rate an NH₃ schrittweise bis zu einem bestimmten Niveau, und danach sinkt die Rate an NH₃ schrittweise linear.
Die in 9 gezeigte Steuersequenz dient zur Verkürzung der Zeitspannen des Umschaltens zwischen erhöhten und reduzierten Raten an NH₃ und reduziert eine totale Veränderung (schraffiert gezeigt) des NH₃-NOx-Äquivalenzpunkts B verglichen mit der in 7 gezeigten Steuersequenz. Daher ist die in 9 gezeigte Steuersequenz stabiler als die in 7 gezeigte Steuerungsequenz.
Es wird bevorzugt, diese plötzlichen Ratensprünge auf solche Werte zu setzen, dass die Sprünge durch Wahl der plötzlichen Ratensprünge im Hinblick auf die Zeit, in der das NH₃-Gas den NOx-Sensor 70 erreicht, d. h. eine Verzögerungszeit in der NH₃-Regelschleife basierend auf dem Abstand vom Einlass 90 zum NOx-Sensor 70, und Geschwindigkeiten, bei denen die Raten von NH₃ erhöht oder reduziert werden, nahe dem NH₃-NOx-Äquivalenzpunkt B enden.
Wenn die Raten des Anstiegs und der Abnahme von NH₃ reduziert werden und die plötzlichen Ratensprünge geeignet gewählt werden, dann ist es möglich, die Höchstwerte der Fluktuationen der NH₃-Konzentration zu minimieren und die gesamte Veränderung (ein Integral der Veränderung) vom NH₃-NOx-Äquivalenzpunkt zu reduzieren.
Daher ist das NOx-Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform imstande, die Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, so zu steuern, um die Menge an NH₃ + NOx zu minimieren.
Das NOx-Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 10 unten beschrieben. Diese Teile des in 10 gezeigten NOx-Entfernungssystems, die identisch mit zum in 4 gezeigten NOx-Entfernungssystem sind, werden durch identische Referenzziffern bezeichnet und werden im Detail unten nicht beschrieben.
Wie in 10 gezeigt wird, unterscheidet sich das Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform vom in 4 gezeigten NOx-Entfernungssystem in dem Sinn, dass der NOx-Sensor 70 mit dem Abgasrohr 66 zwischen dem Einlass 90 und dem NOx-Entferner 68 verbunden ist.
Das Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform steuert die Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, basierend auf dem detektierten Signal Si, das vom NOx-Sensor 70 abgegeben wird. Wie beim Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform kann der NOx-Sensor 70 einen pumpenden NOx-Sensor umfassen, der eine Sauerstoffpumpe wie in 1 gezeigt oder eine Kombination von einer Sauerstoffpumpe und einem wie in den 2A bis 2C gezeigten NOx-empfindlichen Halbleiter umfasst.
Wenn der in 1 gezeigte NOx-Sensor verwendet wird, dann wird ein Katalysator 54, der eine Reaktion, repräsentiert durch NH₃ + NOx → N₂ + H₂O, verursacht, in der Steuerung der ersten Diffusionsrate 20 oder in der ersten Kammer 24 oder am Einlass der Steuerung der ersten Diffusionsrate 20 oder an zumindest zwei dieser Orte angeordnet.
Die 11A und 11B zeigen den NOx-Sensor mit einem Katalysator 54, der am Einlass der Steuerung der ersten Diffusionsrate 20 angeordnet ist. 12 zeigt den NOx-Sensor mit dem Katalysator 54, der an der Steuerung der ersten Diffusionsrate 20 angeordnet ist. 13 zeigt den NOx-Sensor mit Katalysator 54, der in der ersten Kammer 24 angeordnet ist. Der Katalysator 54 ist aus porösem Aluminiumoxid hergestellt, das Pt trägt. Alternativ dazu kann der Katalysator 54 aus porösem Aluminiumoxid hergestellt sein, das Fe₂O₃, Cr₂O₃, V₂O₅ oder dergleichen trägt.
Wenn die Kombination von der Sauerstoffpumpe und dem NOx-empfindlichen Halbleiter, wie in den 2A bis 2C gezeigt wird, verwendet wird, dann ist ein Katalysator, der eine Reaktion, repräsentiert durch NH₃ + NOx → N₂ + H₂O, verursacht, in der Diffusionssteuerkammer 20 oder in der Messkammer 24 oder am Einlass der Steuerung der ersten Diffusionsrate 20 oder an zumindest zwei dieser Orte angeordnet.
In beiden dieser NOx-Sensoren verursacht der Katalysator eine Reaktion, die durch NH₃ + NOx → N₂ + H₂O repräsentiert ist, und überschüssiges NOx wird durch den NOx-Sensor detektiert, der ein detektiertes Signal Si abgibt. Wenn NH₃ überschüssig eingeleitet wird, führt es zu einer Reaktion im ersten Raum 24 oder im Messraum 24, die repräsentiert wird durch NH₃ + O₂ → NO + H₂O, wodurch eine zum überschüssigen NH₃ korrespondierende Menge NO erzeugt wird. Daher erzeugt der NOx-Sensor ein detektiertes Signal Si, das mit dem übermäßigen NH₃ korrespondiert.
Das Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform führt im Wesentlichen die gleichen Steuerprozesse aus wie das Entfernungssystem demäß der ersten Ausführungsform. Wegen der Struktur des NOx-Sensors 70, der durch das Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird, steuert das Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform die Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, in der Nähe des NH₃-NOx-Äquivalenzpunkts B.
Das Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform kann die Geschwindigkeiten, mit denen die Raten von NH₃ für die Verkürzung der Zeitspannen des Umschaltens zwischen erhöhten und reduzierten Raten von NH₃ erhöht oder reduziert werden, verglichen mit dem Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform erhöhen.
Durch Ausbilden der Geschwindigkeiten, mit denen die Raten von NH₃ erhöht oder reduziert werden, der Ratenanstiegssprünge und Ratenreduziersprünge, um dabei die Höchstwerte des detektierten Signals Si des NOx-Sensors zu reduzieren, Reduzieren einer totalen Veränderung vom NH₃-NOx-Äquivalenzpunkt B und Verkürzen der Zeitspannen des Umschaltens zwischen erhöhten und reduzierten Raten von NH₃ ist es möglich, den Fluss von NOx und NH₃ stromabwärts vom Katalysator, d. h. in die hintere Stufe des NOx-Entferners, zu reduzieren.
Besonders werden sie im NOx-Entferner gemittelt, sogar wenn geringe Mengen an NOx und NH₃ überschüssig erzeugt werden. Wenn die gemittelten Mengen an NOx und NH₃ gleich sind, dann ist jeder Fluss dieser Gase stromabwärts vom Katalysator minimiert. Es ist wirkungsvoll, das NOx-Entfernungssystem zu steuern, um Spitzen an überschüssigen Mengen an NOx und NH₃ kleiner zu machen, da die Zeitspannen des Umschaltens zwischen erhöhten und reduzierten Raten von NH₃ kürzer sind.
Sofern der NOx-Entfernungskatalysator mit dem NOx-Sensor 70 verbunden ist und der NOx-Sensor 70 zwischen dem Einlass 90 und dem NOx-Entferner 68 verbunden ist zum Steuern der Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, ist das NOx-Entfernungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform effektiver im Reduzieren des Austrags von NOx und NH₃ als das NOx-Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform.
Außerdem ist die Genauigkeit des Steuerprozesses höher, da der Abstand vom Einlass 90 zum NOx-Sensor 70 kleiner ist für eine höhere Steuerrate.
Das NOx-Entfernungssystem gemäß der dritten Ausführungsform wird mit Bezug auf 14 beschrieben. Diese Teile des in 14 gezeigten NOx-Entfernungssystems, die identisch sind mit denen des in 4 gezeigten NOx-Entfernungssystems, werden durch identische Referenzziffern bezeichnet und werden im Detail unten nicht beschrieben.
Wie in 14 gezeigt wird, unterscheidet sich das Entfernungssystem gemäß der dritten Ausführungsform vom in 4 gezeigten NOx-Entfernungssystem dadurch, dass ein erster NOx-Sensor 70A mit dem Abgasrohr 66 zwischen dem Einlass 90 und dem NOx-Entferner 68 verbunden ist und ein zweiter NOx-Sensor 70B stromabwärts vom NOx-Entferner 68 verbunden ist. Daher ist das Entfernungssystem gemäß der dritten Ausführungsform eine Kombination von den Entfernungssystemen gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform.
Im Entfernungssystem gemäß der dritten Ausführungsform, obwohl das System die Rate steuert, mit der NH₃ in das Abgasrohr 66 einzuleiten ist, basierend auf einem detektierten Signal Si1, das vom ersten NOx-Sensor 70A abgegeben wird, wird das Steuern der Rate von NH₃ korrigiert basierend auf einem detektierten Signal Si2, das vom zweiten NOx-Sensor 70B abgegeben wird.
Wie beim Entfernungssystem gemäß der ersten Ausführungsform kann jeder der NOx-Sensoren 70A bzw. 70B einen pumpenden NOx-Sensor umfassen, der eine wie in 1 gezeigte Sauerstoffpumpe oder einen wie in den 2A bis 2C gezeigten NOx-empfindlichen Halbleiter umfasst.
Das Entfernungssystem gemäß der dritten Ausführungsform führt einen Steuerprozess wie folgt aus:
Wenn NH₃ überschüssig ist, d. h. wenn ein Fluktuationsintervall W von NH₃ vom NH₃-NOx-Äquivalenzpunkt B in Richtung einer überschüssigen NH₃-Region verschoben wird, wie in 15A gezeigt, dann, da die Maximalwerte einer Signalkurvenform für überschüssiges NH₃ größer sind als die Maximalwerte einer Signalkurvenform für unzureichendes NH₃, wie in 15B gezeigt, wird das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten der Erhöhens und Reduzierens der Rate, mit der NH₃ in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist, korrigiert, und das Verhältnis zwischen den Ratenanstiegs- und Ratenreduziersprüngen wird korrigiert, so dass diese Höchstwerte ausgeglichen werden. Außerdem werden die Geschwindigkeiten des Erhöhens und des Reduzierens der Rate, mit der NH₃ in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist, und die Ratenerhöhungs- und -reduzierungssprünge korrigiert, um die Höchstwerte zu minimieren.
Es wird bevorzugt, die oben angeführten Geschwindigkeiten und Sprünge zu korrigieren, so dass das Integral der Signalkurvenform minimiert wird.
Auf der anderen Seite, wenn NH₃ unzureichend ist, d. h. wenn das Fluktuationsintervall W von NH₃ vom NH₃-NOx-Äquivalenzpunkt B zu einer unzureichenden NH₃-Region verschoben ist, wie in 16A gezeigt, dann, da die Maximalwerte einer Signalkurvenform für unzureichendes NH₃ größer sind als die Maximalwerte einer Signalkurvenform für überschüssiges NH₃, wie in 16B gezeigt, wird das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten des Erhöhens und Reduzierens der Rate, mit der NH₃ in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist, korrigiert, und das Verhältnis zwischen den Ratenerhöhungs- und -reduzierungssprüngen wird korrigiert, um diese Höchstwerte auszugleichen. Außerdem werden die Geschwindigkeiten des Erhöhens und des Reduzierens der Rate, mit der NH₃ in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist, und die Ratenerhöhungs- und -reduzierungssprünge korrigiert, um die Höchstwerte zu minimieren.
Es wird bevorzugt, die oben angeführten Geschwindigkeiten und Sprünge zu korrigieren, so dass das Integral der Signalkurvenform minimiert wird.
Ein Verfahren zur Korrektur der Geschwindigkeiten des Erhöhens und Reduzieren der Rate, mit der in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist (hierin nachher als „Ratenerhöhende und -reduzierende Geschwindigkeiten" bezeichnet) werden im Detail mit Bezug auf die 17 bis 20 unten beschrieben.
Das Verfahren zur Korrektur der ratenerhöhenden und -reduzierenden Geschwindigkeiten wird durch die Steuereinheit 86 ausgeführt, wenn die Steuereinheit 86 (siehe 5) ein ratenerhöhendes und -reduzierendes Geschwindigkeitskorrekturmittel (Ratenerhöhendes und -reduzierendes Geschwindigkeitskorrekturprogramm) ausführt, das vom Programm-ROM in den Speicher 84 geladen wird.
Wie in 17 gezeigt wird, weist das ratenerhöhende und -reduzierende Korrekturmittel ein Lesemittel detektierter Daten 100 für das Lesen der detektierten Daten Di auf, die von einem A/D-Umwandler 80 schrittweise geliefert werden.
Nur im Anfangsstadium liest das Lesemittel detektierter Daten 100 zwei detektierte Daten Di bzw. Di + 1, die in Serie vom A/D-Umwandler 80 geliefert werden, und speichert sie als vorangehende bzw. gegenwärtige detektierte Daten Do bzw. Dn im ersten bzw. zweiten Register R1 bzw. R2. In anderen Stadien speichert das Lesemittel detektierter Daten 100 detektierte Daten Di, die vom A/D-Umwandler 80 geliefert werden, als gegenwärtig detektierte Daten Dn im zweiten Register R2.
Das ratenerhöhende und -reduzierende Geschwindigkeitskorrekturmittel weist auch Folgendes auf: ein Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 für das Speichern der Daten im zweiten Register R2 (gegenwärtig detektierte Daten Dn) als vorangehend detektierte Daten Do im ersten Register R1, ein Datenwertentscheidungsmittel 104 für das Bestimmen der Größen der vorangehend detektierten Daten Do und der gegenwärtig detektierten Daten Dn, ein Übergangsbestimmungsmittel 106 zum Bestimmen eines Datenübergangs, der anzeigt, ob die detektierten Daten Di steigen oder sinken basierend auf der Entscheidung, die durch das Datenwertentscheidungsmittel 104 gemacht wurde, und Speichern eines Merkmals des Datenübergangs in einem Register n, ein Übergangsentscheidungsmittel 108 für die Bestimmung, welchen Übergangszustand der gegenwärtige Datenwert aufweist basierend auf dem Übergangsmerkmal, der im Register n gespeichert ist, ein erstes Maximumsbestimmungsmittel 110 für die Bestimmung der im zweiten Register R2 gespeicherten Daten (gegenwärtig detektierte Daten Dn) als erstes Maximum basierend auf der vom Datenwertentscheidungmittel 104 getroffenen Entscheidung und Speichern des nachgewiesenen ersten Maximalwerts in einem Register Sn1, ein zweites Maximumsbestimmungsmittel 112 für die Bestimmung der Daten im zweiten Register R2 (gegenwärtig detektierte Daten Dn) als zweites Maximum basierend auf der vom Datenwertentscheidungmittel 104 getroffenen Entscheidung und Speichern des nachgewiesenen zweiten Maximums in einem Register Sn2, ein Maximumsdifferenzberechnungsmittel 114 zum Berechnen der Differenz zwischen dem in Register Sn1 gespeicherten ersten Maximum und dem in Register Sn2 gespeicherten zweiten Maximum und Speichern der Differenz als gegenwärtigen Differentialwert in einem Register Snd, ein Ursprungsstadiumentscheidungsmittel 116 für das Bestimmen, ob das Verfahren in einem Ursprungsstadium ist oder nicht basierend auf Daten (vorangehender Differentialwert), die in Register SD gespeichert sind, ein Korrekturverfahrenentscheidungsmittel 118 für das Bestimmen, ob das Korrekturverfahren zur Zeit ausgeführt werden soll oder nicht basierend auf dem in Register Snd gespeicherten Wert (gegenwärtiger Differentialwert) und den in Register Sth gespeicherten Daten (Schwellenwert), ein berichtigendes Richtungsentscheidungsmittel 120 zum Bestimmen, ob die Rate, mit der NH₃ in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist, zu erhöhen oder reduzieren ist basierend auf dem im Register Snd gespeicherten Wert (gegenwärtiger Differentialwert) und den im Register SD gespeicherten Daten (vorangehender Differentialwert), ein berichtigendes Richtungsbestimmungsmittel 122 für das Bestimmen eines Merkmals der berichtigenden Richtung als einen positiven Wert (um die Rate zu erhöhen, mit der NH₃ in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist) oder einen negativen Wert (um die Rate zu reduzieren, mit der NH₃ in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist) basierend auf der Entscheidung, die vom berichtigenden Richtungsentscheidungsmittel 120 getroffen wurde, ein berichtigendes Mengenbestimmungsmittel 124 für das Aktualisieren einer berichtigenden Menge, die in einem Register K gespeichert wird, basierend auf einem gegenwärtigen berichtigenden Entscheidungsmerkmal und Speichern der aktualisierten berichtigenden Menge wieder im Register K, ein Geschwindigkeitsdatenbestimmungsmittel 126 für Addieren der aktualisierten berichtigenden Menge (im Register K gespeicherter Wert) des berichtigenden Mengenbestimmungsmittels 124 zu einem vorbestimmten Grundgeschwindigkeitswert (in einem dritten Register R3 gespeicherter Wert) und Bestimmen der Summe als gegenwärtige Geschwindigkeitsdaten Sc, ein Geschwindigkeitsdatenausgabemittel 128 für die Ausgabe der gegenwärtigen Geschwindigkeitsdaten Sc, die durch das Geschwindigkeitsdatenbestimmungsmittel 126 nachgewiesen wurden, an den Rateneinsteller 82 (siehe 5) und ein Maximumsdifferenzaktualisierungsmittel 130 für das Aktualisieren des vorangehenden Differentialwerts als gegenwärtigen Differentialwert.
Diese in 17 gezeigten Mittel umfassen Schritte oder Funktionen, die durch die Steuereinheit 86 ausgeführt werden, wenn sie das ratenerhöhende und -reduzierende Geschwindigkeitskorrekturprogramm ausführt.
Eine Verfahrenssequenz, die von der Steuereinheit 86 basierend auf dem ratenerhöhenden und -reduzierenden Geschwindigkeitskorrekturprogramm durchgeführt wird, wird unten mit Bezug auf die 18, 19 und 20 beschrieben.
Wie in 18 gezeigt wird, liest das Lesemittel detektierten Daten 100 detektierte Daten Di, die schrittweise vom A/D-Umwandler 80 bei einer Verfahrensstartzeit t0 (siehe 20) geliefert werden, und speichert die detektierten Daten Di als vorangehend detektierte Daten Do im ersten Register R1 in einem Schritt S1.
Dann liest das Lesemittel detektierten Daten 100 in einem Schritt S2 die nächsten detektierten Daten Di + 1, die vom A/D-Umwandler 80 geliefert werden, und speichert die detektierten Daten Di + 1 als gegenwärtig detektierte Daten Dn im zweiten Register R2.
Im einem Schritt S3 bestimmt das Übergangsentscheidungsmittel 108 eine gegenwärtige Übergangsbedingung der detektierten Daten Di basierend auf dem im Register n gespeicherten Übergangsmerkmal.
Wenn das in Register n gespeicherte Übergangsmerkmal „0" ist, was anzeigt, dass die gegenwärtige Übergangsbedingung ein erster Reduktionskreislauf ist, dann geht die Steuerung zu einem Schritt S4, in dem das Datenwertentscheidungsmittel 104 die Größe der vorangehenden Daten Do und der gegenwärtig detektierten Daten Dn bestimmt. Besonders bestimmt das Datenwertentscheidungsmittel 104, ob die Differenz zwischen den im zweiten Register R2 und im ersten Register R1 gespeicherten Daten größer als „0" ist oder nicht.
Wenn die Differenz gleich oder kleiner „0" ist, dann geht die Steuerung zurück zu Schritt S2. Im Schritt S2 in einer Sekunde oder einem folgenden Kreislauf speichert das Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 die Daten im zweiten Register R2 (gegenwärtig detektierte Daten Dn) als vorangehende detektierte Daten Do im ersten Register R1, und das Lesemittel detektierter Daten 100 liest detektierte Daten Di, die vom A/D-Umwandler 80 geliefert werden, und speichert die detektierten Daten Di als gegenwärtig detektierte Daten Dn im zweiten Register R2. Das Vertahren, das durch das Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 ausgeführt wurde, um die Daten vom zweiten Register R2 zum ersten Register R1 zu transferieren, wird als ein Verfahren zum Aktualisieren der detektierten Daten bezeichnet.
Eine Sequenz der Schritte S2, S3, S4 und S2 wird ausgeführt, bis die Daten im zweiten Register (gegenwärtig detektierte Daten Dn) größer als die Daten im ersten Register (vorangehend detektierte Daten Do) zu einer Zeit t1 werden.
Bei der Zeit t1 wird die Differenz im Schritt S4 größer als „0". Dann setzt die Steuerung vom Schritt S4 zu einem Schritt S5 fort, in dem das Übergangsbestimmungsmittel 106 das Übergangsmerkmal „1" speichert, was einen ersten steigenden Kreislauf im Register n anzeigt. Danach kehrt die Steuerung zum Schritt S2 zurück, in dem das Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 die detektierten Daten aktualisiert, danach liest das Lesemittel detektierter Daten 100 die nächsten detektierten Daten Di. Nach dem Schritt S3 geht die Steuerung zu einem Schritt S6.
Im Schritt S6 bestimmt das Datenwertentscheidungsmittel 104 die Größen der vorangehend detektierten Daten Do und der gegenwärtig detektierten Daten Dn. Besonders, wie im Schritt S4, bestimmt das Datenwertentscheidungsmittel 104, ob die Differenz zwischen den im zweiten Register R2 und im ersten Register R1 gespeicherten Daten größer als „0" ist oder nicht.
Wenn die Differenz größer als „0" ist, dann geht die Steuerung zu einem Schritt S7, in dem das erste Maximumsbestimmungsmittel 110 die Daten im zweiten Register R2 (gegenwärtig detektierte Daten Dn) als ein erstes Maximum im Register Sn1 speichert. Danach kehrt die Steuerung zu Schritt S2 zurück, in dem das Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 die detektierten Daten aktualisiert, danach liest das Lesemittel detektierter Daten 100 die nächsten detektierten Daten Di.
Eine Sequenz der Schritte S2, S3, S6, S7 und S2 wird ausgeführt, bis die Daten im zweiten Register R2 (gegenwärtig detektierte Daten) gleich oder kleiner als die Daten im ersten Register R1 (vorangehend detektierte Daten Do) zu einer Zeit t2 werden. Die Daten im Register Sn1 werden schrittweise in detektierte Daten Di (= Dn) umgeschrieben, die im Schritt S2 gelesen wurden.
Zu der Zeit t2 wird die Differenz im Schritt S6 gleich oder kleiner „0". Dann setzt die Steuerung vom Schritt S6 zu einem Schritt S8 fort, in dem das Übergangsbestimmungsmittel 106 ein Übergangsmerkmal „2" speichert, was einen zweiten Reduktionskreislauf im Register n anzeigt. Danach kehrt die Steuerung zum Schritt S2 zurück, in dem das Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 die detektierten Daten aktualisiert, danach liest das Lesemittel detektierter Daten 100 die nächsten detektierten Daten Di. Nach dem Schritt S3 geht die Steuerung zu einem Schritt S9. Im Schritt S9 bestimmt das Datenwertentscheidungsmittel 104 die Größe der vorangehend detektierten Daten Do und der gegenwärtig detektierten Daten Dn. Besonders, wie in den Schritten S4 und S6, bestimmt das Datenwertentscheidungsmittel 104, ob die Differenz zwischen den im zweiten Register R2 und im ersten Register R1 gespeicherten Daten größer als „0" ist oder nicht.
Wenn die Differenz gleich oder kleiner „0" ist, kehrt die Steuerung zum Schritt S2 zurück. Im Schritt S2 aktualisiert das Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 die detektierten Daten, danach liest das Lesemittel detektierter Daten 100 die nächsten detektierten Daten Di.
Eine Sequenz der Schritte S2, S3, S9 und S2 wird ausgeführt, bis die Daten im zweiten Register R2 (gegenwärtig detektierte Daten) größer als die Daten im ersten Register R1 (vorangehend detektierte Daten Do) zu einer Zeit t3 werden.
Zur Zeit t3 wird im Schritt S9 die Differenz größer als „0". Dann setzt die Steuerung vom Schritt S9 zu einem Schritt S10 fort, in dem das Übergangsbestimmungsmittel 106 ein Übergangsmerkmal „3" speichert, was einen zweiten ansteigenden Kreislauf im Register n anzeigt. Danach kehrt die Steuerung zum Schritt S2 zurück, in dem das Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 die detektierten Daten aktualisiert, danach liest das Lesemittel detektierter Daten 100 die nächsten detektierten Daten Di. Nach dem Schritt S3 geht die Steuerung zu einem Schritt S11.
Im Schritt S11 bestimmt das Datenwertentscheidungsmittel 104 die Größen der vorangehend detektierten Daten Do und der gegenwärtig detektierten Daten Dn. Wenn die Differenz zwischen den im zweiten Register R2 und dem ersten Register R1 gespeicherten Daten im Schritt S11 größer als „0" ist, dann geht die Steuerung zu einem Schritt S12, in dem das zweite Maximumsbestimmungsmittel 112 die Daten im zweiten Register R2 (gegenwärtig detektierte Daten) als zweites Maximum im Register Sn2 speichert. Danach kehrt die Steuerung zu Schritt S2 zurück, in dem das Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 die detektierten Daten aktualisiert, danach liest das Lesemittel detektierter Daten 100 die nächsten detektierten Daten Di.
Eine Sequenz der Schritte S2, S3, S11, S12 und S2 wird ausgeführt, bis die Daten im zweiten Register R2 (gegenwärtig detektierte Daten) gleich oder kleiner als die Daten im ersten Register R1 (vorangehend detektierte Daten Do) zu einer Zeit t4 werden. Die Daten im Register Sn2 werden schrittweise in detektierte Daten Di (= Dn) umgeschrieben, die im Schritt S2 gelesen wurden.
Zu der Zeit t4 wird die Differenz im Schritt S6 gleich oder kleiner „0". Dann setzt die Steuerung vom Schritt S1 zu einem Schritt S13 fort, in dem das Übergangsbestimmungsmittel 106 ein Übergangsmerkmal „0" speichert, was den ersten Reduktionskreislauf im Register n anzeigt.
Dann setzt die Steuerung zu einem Schritt S14 fort (siehe 19), in dem das Maximumsdifferenzberechnungsmittel 114 die Differenz zwischen dem im Register Sn1 gespeicherten ersten Maximum und dem im Register Sn2 gespeicherten zweiten Maximum berechnet und den absoluten Wert der Differenz als einen gegenwärtigen Differentialwert im Register Snd speichert.
In einem nächsten Schritt S15 bestimmt das Ursprungsstadiumentscheidungsmittel 116, ob das Verfahren in einem Ursprungsstadium (d. h. einem Stadium, in dem nur erste Differentialwerte erhalten wurden) ist oder nicht durch Bestimmen, ob der Wert im Register SD, das einen vorangehenden Differentialwert speichert, ein Ursprungswert ist oder nicht. Der Ursprungswert kann ein Wert sein, der unmöglich ein Einstellpunkt der Dezimaldarstellung sein kann, z. B. 999.
Wenn der im Register SD gespeicherte Wert ein Ursprungswert ist, dann geht die Steuerung zu einem Schritt S16, in dem das Maximumsdifferenzaktualisierungsmittel 130 den vorangehenden Differentialwert als Wert (gegenwärtiger Differentialwert), der im Register Snd gespeichert ist, aktualisiert und ihn im Register SD speichert. Danach kehrt die Steuerung zum Schritt S16 zurück, in dem das Aktualisierungsmittel detektierter Daten 102 die detektierten Daten aktualisiert, danach liest das Lesemittel detektierter Daten 100 die nächsten detektierten Daten Di. Die Steuerung durchläuft dann den Schritt S3 zum Schritt S4. Da „0" im Register n im Schritt S13 gespeichert ist, setzt die Steuerung vom Schritt S3 zum Schritt S4 fort.
Eine Sequenz der Schritte S2, S3, S4 und S2 wird bis zu einer Zeit t5 ausgeführt, dabei wird „1" im Register n gespeichert. Danach wird eine Sequenz der Schritte S2, S3, S6 und S7 bis zu einer Zeit t6 ausgeführt. Detektierte Daten zur Zeit t6 werden als erstes Maximum im Register Sn1 gespeichert, und zur gleichen Zeit wird „2" im Register n gespeichert.
Anschließend wird eine Sequenz der Schritte S2, S3, S9 und S2 bis zu einer Zeit t7 ausgeführt, dabei wird „3" im Register n gespeichert. Danach wird eine Sequenz der Schritte S2, S3, S11 und S12 bis zu einer Zeit t8 ausgeführt. Detektierte Daten zur Zeit t8 werden als zweites Maximum im Register Sn2 gespeichert, und zur gleichen Zeit wird „0" im Register n gespeichert.
Danach durchläuft die Steuerung den Schritt S14 zum Schritt S15 (siehe 19). Insofern als der im Register SD gespeicherte Wert kein Ursprungswert, sondern ein vorangehender Differentialwert ist (der absolute Wert der Differenz zwischen dem ersten Maximum zur Zeit t2 und dem zweiten Maximum zur Zeit t4), setzt die Steuerung vom Schritt S15 zu einem Schritt S17 fort. Im Schritt S17 bestimmt das Korrekturverfahrenentscheidungsmittel 118, ob das Korrekturverfahren zur Zeit ausgeführt werden muss oder nicht durch Bestimmen, ob der im Register Snd gespeicherte Wert (gegenwärtiger Differentialwert) größer als die im Register Sth gespeicherten Daten (Schwellenwert) sind. Der Schwellenwert ist gemäß den gegebenen Spezifikationen eingestellt und wird in einem vorbestimmten Speicherraum in einem Daten-ROM gespeichert (nicht gezeigt). Wenn das ratenerhöhende und -reduzierende Geschwindigkeitskorrekturprogramm gestartet wird, wird der Schwellenwert vom Daten-ROM gelesen und im Register Sth gespeichert.
Wenn der vorliegende Differentialwert größer ist als der Schwellenwert, was anzeigt, dass das Korrekturverfahren ausgeführt werden muss, dann setzt die Steuerung zu einem Schritt S18 fort, in dem das berichtigende Richtungsentscheidungsmittel 120 bestimmt, ob die Rate, mit der NH₃ in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist, zu erhöhen oder zu reduzieren ist basierend auf dem im Register Snd gespeicherten Wert (gegenwärtiger Differentialwert) und den im Register SD gespeicherten Daten (vorangehende Differentialwerte). Wenn der gegenwärtige Differentialwert gleich oder kleiner als der vorangehende Differentialwert ist, dann wird bestimmt, dass die Rate, mit der NH₃ in den Abgaskanal 66 einzuleiten ist, zu erhöhen ist, und die Steuerung geht zu einem Schritt 19, in dem das berichtigende Richtungsmerkmal A als „+A" definiert wird. Das berichtigende Richtungsmerkmal A kann ein beliebige von verschiedenen realen Zahlen sein. Gemäß der dritten Ausführungsform wird das berichtigende Richtungsmerkmal so gewählt, dass es „1" ist. Wenn der gegenwärtige Differentialwert größer als der vorangehende Differentialwert ist, dann geht die Steuerung zu einem Schritt S20, in dem das berichtigende Richtungsmerkmal A als „–A" definiert wird.
In einem nächsten Schritt S21 aktualisiert das berichtigende Mengenbestimmungsmittel 124 eine berichtigende Menge basierend auf dem gegenwärtigen berichtigenden Richtungsmerkmal A. Besonders addiert das berichtigende Mengenbestimmungsmittel 124 den Wert (berichtigende Menge) im Register K und das gegenwärtige Richtungsmerkmal A und speichert die Summe im Register K. Der im Register K gespeicherte Ursprungswert ist „0".
In einem Schritt S22 erzeugt das Geschwindigkeitsdatenbestimmungsmittel 126 gegenwärtige Geschwindigkeitsdaten Sc basierend auf dem Wert (berichtigende Menge) im Register K. Besonders addiert das Geschwindigkeitsdatenbestimmungsmittel 126 den Wert (Grundgeschwindigkeitswert) im dritten Register R3 und den Wert (berichtigende Menge) im Register K und erzeugt die gegenwärtigen Geschwindigkeitsdaten Sc als Summe.
Wie der Schwellenwert ist der Grundgeschwindigkeitswert gemäß den gegebenen Spezifikationen eingestellt und in einem vorbestimmten Speicherbereich im Daten-ROM gespeichert. Wenn das ratenerhöhende und -reduzierende Geschwindigkeitskorrekturprogramm gestartet wird, wird der Schwellenwert vom Daten-ROM gelesen und im dritten Register R3 gespeichert.
In einem nächsten Schritt S23 gibt das Geschwindigkeitsdatenausgabemittel 128 die gegenwärtigen Geschwindigkeitsdaten Sc an den Rateneinsteller 82 aus (siehe 5). Basierend auf den Geschwindigkeitsdaten Sc, die von der Steuereinheit 86 geliefert werden, stellt der Rateneinsteller 82 die Zeit ein, in der das Magnetventil geöffnet oder geschlossen wird.
In einem Schritt S24 speichert das Maximumsdifferenzaktualisierungsmittel 130 den Wert im Register Snd (gegenwärtiger Differentialwert) als vorangehenden Differentialwert im Register SD. Danach kehrt die Steuerung zum Schritt S2 zurück, um ein Verfahren auszuführen, um eine nächste Maximumsdifferenz zu detektieren.
Das ratenerhöhende und -reduzierende Geschwindigkeitskorrekturprogramm wird unter Steuerung eines OS (Betriebssystems) basierend auf einem externen Programmbeendigungsunterbrecher wie z. B. einem Energieversorgungsabschalter beendet.
Das ratenerhöhende und -reduzierende Geschwindigkeitskorrekturmittel wurde oben mit Bezug auf das Verfahren der Korrektur der Geschwindigkeiten, mit denen die Raten von NH₃ im NOx-Entfernungssystem gemäß der dritten Ausführungsform erhöht oder reduziert werden, beschrieben. Jedoch kann das ratenerhöhende oder -reduzierende Geschwindigkeitskorrekturmittel angepasst werden, um ein Verfahren zur Korrektur der ratenerhöhenden Sprünge und ratenreduzierenden Sprünge auszuführen, mit denen die Raten von NH₃ erhöht oder reduziert werden.
Das NOx-Entfernungssystem gemäß der dritten Ausführungsform ist effektiver im Minimieren des Austrag von sowohl NH₃ als auch NOx als die NOx-Entfernungssysteme gamäß der ersten und zweiten Ausführungsform.
Für das Steuern der Rate, mit der NH₃ in das Abgasrohr im NOx-Entfernungssystem gemäß der ersten, der zweiten un der dritten Ausführungsform eingeleitet wird, kann ein Flussratensignal repräsentativ für die Flussraten von NOx und NH₃ statt des detektierten Signals Si (repräsentativ für die Konzentrationsinformation von NOx und NH₃) des NOx-Sensors 70 eingesetzt werden.
In den NOx-Entfernungssystemen gemäß der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform wurde NH₃ so beschrieben, dass es in das Abgasrohr eingeleitet worden war. Jedoch kann, wie in den 21 und 22 gezeigt wird, Harnstoff zusammen mit oder anstatt NH₃ in das Abgasrohr eingeleitet werden.

Claims

NOx-Entfernungssystem umfassend: eine Verbrennungsvorrichtung (64) zum Aufbringen von Energie auf eine Last, die auf einem vorbestimmten Verbrennungssteuerungsverfahren basiert; einen NOx-Entferner (68) zum Herbeiführen einer Reaktion von NOx, das von der Verbrennungsvorrichtung (64) emittiert wird, mit NH₃, um N₂ und H₂O herzustellen; eine Vorrichtung (72) zum Einleiten von NH₃ und/oder Harnstoff, die stromauf des NOx-Entferners (68) angeschlossen ist, um NH₃ und/oder Harnstoff in einen Gasdurchlass (66) einzuleiten, der sich von der Verbrennungsvorrichtung (64) zum NOx-Entferner (68) erstreckt; einen Sensor (70), der stromab vom NOx-Entferner (68) angeschlossen ist, zum Erzeugen eines detektierten Signals, das auf der Gesamtkonzentration des im vom NOx-Entferner (68) abgegebenen Gas enthaltenen NH₃ und NOx basiert; und ein Steuerelement (72) zum Steuern der Geschwindigkeit mit der NH₃ und/oder Harnstoff von der NH₃- und/oder Harnstoff-Einleitvorrichtung (72) als Reaktion auf das durch den Sensor (70) erzeugte, detektierte Signal in den Gasdurchlass (66) eingeleitet wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (72) angeordnet ist, um die Einleitgeschwindigkeit von NH₃ und/oder Harnstoff in den Gasdurchlass zu steuern, so dass die Einleitgeschwindigkeit sich wahlweise in einem zunehmenden oder einem abnehmenden Geschwindigkeitsmodus befindet, und um bei jedem Auftreten einer Veränderung des vom Sensor (70) detektierten Signals von abnehmend auf zunehmend alternierend zwischen zunehmendem Geschwindigkeitsmodus und abnehmendem Geschwindigkeitsmodus umzuschalten.
NOx-Entfernungssystem nach Anspruch 1, worin der Sensor (70) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, einen NOx-zersetzenden Katalysator (36a), um das von der Sauerstoffpumpe (28) stammende NOx zu zersetzen, sowie ein Mittel zum Messen der bei der Zersetzung von NOx durch den NOx-Zersetzungs-Katalysator erzeugten Sauerstoffmenge umfasst.
NOx-Entfernungssystem nach Anspruch 1, worin der Sensor (70) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, und einen auf NOx ansprechenden Halbleiter (50), um das von der Sauerstoffpumpe stammende NOx auf Basis seines elektrischen Widerstands zu detektieren, umfasst.
NOx-Entfernungssystem umfassend: eine Verbrennungsvorrichtung (64) zum Aufbringen von Energie auf eine Last, die auf einem vorbestimmten Verbrennungssteuerungsverfahren basiert; einen NOx-Entferner (68) zum Herbeiführen einer Reaktion von NOx, das von der Verbrennungsvorrichtung (64) emittiert wird, mit NH₃, um N₂ und H₂O herzustellen; eine Vorrichtung (72) zum Einleiten von NH₃ und/oder Harnstoff, die stromauf des NOx-Entferners (68) angeschlossen ist, um NH₃ und/oder Harnstoff in einen Gasdurchlass (66) einzuleiten, der sich von der Verbrennungsvorrichtung (64) zum NOx-Entferner (68) erstreckt; einen Sensor (70), der zwischen der NH₃- und/oder Harnstoff-Einleitvorrichtung (72) und dem NOx-Entferner (68) angeschlossen ist, zum Erzeugen eines detektierten Signals, das auf der Gesamtkonzentration des im, in dem Gasdurchlass (60) vorhandenen Gas enthaltenen NH₃ und NOx basiert; und ein Steuerelement (72) zum Steuern der Geschwindigkeit mit der NH₃ und/oder Harnstoff von der NH₃- und/oder Harnstoff-Einleitvorrichtung (72) als Reaktion auf das durch den Sensor (70) erzeugte, detektierte Signal in den Gasdurchlass (66) eingeleitet wird; worin das Steuerelement (72) angeordnet ist, um die Einleitgeschwindigkeit von NH₃ und/oder Harnstoff in den Gasdurchlass zu steuern, so dass die Einleitgeschwindigkeit sich wahlweise in einem zunehmenden oder einem abnehmenden Geschwindigkeitsmodus befindet, und um bei jedem Auftreten einer Veränderung des vom Sensor (70) detektierten Signals von abnehmend auf zunehmend alternierend zwischen zunehmendem Geschwindigkeitsmodus und abnehmendem Geschwindigkeitsmodus umzuschalten.
NOx-Entfernungssystem nach Anspruch 4, worin ein Katalysator, der die Reaktion NH₃ + NOx → N₂ + H₂O herbeiführt, mit dem Sensor kombiniert ist.
NOx-Entfernungssystem nach Anspruch 4 oder 5, worin der Sensor (70) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, einen NOx-zersetzenden Katalysator (36a), um das von der Sauerstoffpumpe (28) stammende NOx zu zersetzen, sowie ein Mittel zum Messen der bei der Zersetzung von NOx durch den NOx-Zersetzungs-Katalysator erzeugten Sauerstoffmenge umfasst.
NOx-Entfernungssystem nach Anspruch 4 oder 5, worin der Sensor (70) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, und die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, und einen auf NOx ansprechenden Halbleiter (50), um das von der Sauerstoffpumpe stammende NOx auf Basis seines elektrischen Widerstands zu detektieren, umfasst.
NOx-Entfernungssystem umfassend: eine Verbrennungsvorrichtung (64) zum Aufbringen von Energie auf eine Last, die auf einem vorbestimmten Verbrennungssteuerungsverfahren basiert; einen NOx-Entferner (68) zum Herbeiführen einer Reaktion von NOx, das von der Verbrennungsvorrichtung (64) emittiert wird, mit NH₃, um N₂ und H₂O herzustellen; eine Vorrichtung (72) zum Einleiten von NH₃ und/oder Harnstoff, die stromauf des NOx-Entferners (68) angeschlossen ist, um NH₃ und/oder Harnstoff in einen Gasdurchlass (66) einzuleiten, der sich von der Verbrennungsvorrichtung (64) zum NOx-Entferner (68) erstreckt; einen ersten Sensor (70A), der zwischen der NH₃- und/oder Harnstoff-Einleitvorrichtung (72) und dem NOx-Entferner (68) angeschlossen ist, zum Erzeugen eines detektierten Signals, das auf der Gesamtkonzentration des im, in dem Gasdurchlass (66) vorhandenen Gas enthaltenen NH₃ und NOx basiert; einen zweiten Sensor (70B), der stromab des NOx-Entferners angeschlossen ist, zum Erzeugen eines detektierten Signals, das auf der Gesamtkonzentration des im vom NOx-Entferner (68) abgegebenen Gas enthaltenen NH₃ und NOx basiert; und ein Steuerelement (72) zum Steuern der Geschwindigkeit, mit der NH₃ und/oder Harnstoff von der NH₃- und/oder Harnstoff-Einleitvorrichtung (72) als Reaktion auf das durch den ersten Sensor (70A) erzeugte, detektierte Signal in den Gasdurchlass (66) eingeleitet wird, und zum Korrigieren der gesteuerten Geschwindigkeit als Reaktion auf das vom zweiten Sensor (70B) erzeugte, detektierte Signal; worin das Steuerelement (72) angeordnet ist, um die Einleitgeschwindigkeit von NH₃ und/oder Harnstoff in den Gasdurchlass zu steuern, so dass die Einleitgeschwindigkeit sich wahlweise in einem zunehmenden oder abnehmenden Geschwindigkeitsmodus befindet, und um bei jedem Auftreten einer Veränderung des vom Sensor (70) detektierten Signals von abnehmend auf zunehmend alternierend zwischen zunehmendem Geschwindigkeitsmodus und abnehmendem Geschwindigkeitsmodus umzuschalten.
NOx-Entfernungssystem nach Anspruch 8, worin ein Katalysator, der die Reaktion NH₃ + NOx → N₂ + H₂O herbeiführt, mit zumindest dem ersten Sensor (70A) kombiniert ist.
NOx-Entfernungssystem nach Anspruch 8 oder 9, worin sowohl der erste als auch der zweite Sensor (70A, 70B) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, einen NOx-zersetzenden Katalysator (36a), um das von der Sauerstoffpumpe (28) stammende NOx zu zersetzen, sowie ein Mittel zum Messen der bei der Zersetzung von NOx durch den NOx-Zersetzungs-Katalysator erzeugten Sauerstoffmenge umfasst.
NOx-Entfernungssystem nach Anspruch 8 oder 9, worin sowohl der erste als auch der zweite Sensor (70A, 70B) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, und einen auf NOx ansprechenden Halbleiter (50), um das von der Sauerstoffpumpe stammende NOx auf Basis seines elektrischen Widerstands zu detektieren, umfasst.
Verfahren zum Entfernen von NOx durch das Herbeiführen einer Reaktion von NOx, das im von einer Verbrennungsvorrichtung (64) emittierten Gas enthalten ist, die Energie auf eine Last aufbringt, welche auf einem vorbestimmten Verbrennungssteuerungsverfahren basiert, mit NH₃, um N₂ und H₂O in einem NOx-Entfernungsschritt herzustellen, der folgende Schritte umfasst: das Einleiten von NH₃ und/oder Harnstoff in das Gas, das von der Verbrennungsvorrichtung (64) vor der NOx-Entfernung aus dem Gas emittiert worden ist; das Messen des NH₃- und NOx-Gehalts im Gas, nachdem NOx aus diesem entfernt worden ist, mittels eines Sensors (70), der ein auf der Gesamtkonzentration von NH₃ und NOx basierendes, detektiertes Signal erzeugt; und das Steuern der Geschwindigkeit, mit der NH₃ und/oder Harnstoff als Reaktion auf das vom Sensor (70) erzeugte, detektierte Signal in das Gas eingeleitet wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitgeschwindigkeit von NH₃ und/oder Harnstoff in den Gasdurchlass gesteuert wird, so dass die Einleitgeschwindigkeit sich wahlweise in einem zunehmenden oder abnehmenden Geschwindigkeitsmodus befindet, und um bei jedem Auftreten einer Veränderung des vom Sensor (70) detektierten Signals von abnehmend auf zunehmend alternierend zwischen zunehmendem Geschwindigkeitsmodus und abnehmendem Geschwindigkeitsmodus umzuschalten.
Verfahren nach Anspruch 12, worin der Sensor (70) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, einen NOx-zersetzenden Katalysator (36a), um das von der Sauerstoffpumpe (28) stammende NOx zu zersetzen, sowie ein Mittel zum Messen der bei der Zersetzung von NOx durch den NOx-Zersetzungs-Katalysator erzeugten Sauerstoffmenge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, worin der Sensor (70) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, und einen auf NOx ansprechenden Halbleiter (50), um das von der Sauerstoffpumpe stammende NOx auf Basis seines elektrischen Widerstands zu detektieren, umfasst.
Verfahren zum Entfernen von NOx durch das Herbeiführen einer Reaktion von NOx, das im von einer Verbrennungsvorrichtung (64) emittierten Gas enthalten ist, die Energie auf eine Last aufbringt, welche auf einem vorbestimmten Verbrennungssteuerungsverfahren basiert, mit NH₃, um N₂ und H₂O in einem NOx-Entfernungsschritt herzustellen, der folgende Schritte umfasst: das Einleiten von NH₃ und/oder Harnstoff in das Gas, das von der Verbrennungsvorrichtung (64) vor der NOx-Entfernung emittiert worden ist; das Messen des NH₃- und NOx-Gehalts im Gas, nachdem NH₃ und/oder Harnstoff in dieses eingeleitet worden sind, und bevor NOx aus diesem entfernt worden ist, mittels eines Sensors (70), der ein auf der Gesamtkonzentration von NH₃ und NOx basierendes, detektiertes Signal erzeugt; und das Steuern der Geschwindigkeit, mit der NH₃ und/oder Harnstoff als Reaktion auf das vom Sensor (70) erzeugte, detektierte Signal in das Gas eingeleitet wird; worin der Steuerungsschritt durch das Steuern der Einleitgeschwindigkeit von NH₃ und/oder Harnstoff in den Gasdurchlass vorgenommen wird, so dass die Einleitgeschwindigkeit sich wahlweise in einem zunehmenden oder abnehmenden Geschwindigkeitsmodus befindet, und um bei jedem Auftreten einer Veränderung des vom Sensor (70) detektierten Signals von abnehmend auf zunehmend alternierend zwischen zunehmendem Geschwindigkeitsmodus und abnehmendem Geschwindigkeitsmodus umzuschalten.
Verfahren nach Anspruch 15, worin ein Katalysator, der die Reaktion NH₃ + NOx → N₂ + H₂O herbeiführt, mit dem Sensor (70) kombiniert ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, worin der Sensor (70) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, einen NOx-zersetzenden Katalysator (36a), um das von der Sauerstoffpumpe (28) stammende NOx zu zersetzen, sowie ein Mittel zum Messen der bei der Zersetzung von NOx durch den NOx-Zersetzungs-Katalysator erzeugten Sauerstoffmenge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, worin der Sensor (70) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, und einen auf NOx ansprechenden Halbleiter (50), um das von der Sauerstoffpumpe stammende NOx auf Basis seines elektrischen Widerstands zu detektieren, umfasst.
Verfahren zum Entfernen von NOx durch das Herbeiführen einer Reaktion von NOx, das im von einer Verbrennungsvorrichtung (64) emittierten Gas enthalten ist, die Energie auf eine Last aufbringt, welche auf einem vorbestimmten Verbrennungssteuerungsverfahren basiert, mit NH₃, um N₂ und H₂O in einem NOx-Entfernungsschritt herzustellen, der folgende Schritte umfasst: das Einleiten von NH₃ und/oder Harnstoff in das Gas, das von der Verbrennungsvorrichtung (64) vor der NOx-Entfernung aus dem Gas emittiert worden ist; das Messen von NH₃ und NOx im Gas, nachdem NH₃ und/oder Harnstoff in dieses eingeleitet worden sind, mittels eines ersten Sensors (70A), der ein auf den entsprechenden Konzentrationen von NH₃ und NOx basierendes, detektiertes Signal erzeugt; das Messen des NH₃- und NOx-Gehalts im Gas, nachdem NOx aus diesem entfernt worden ist, mittels eines zweiten Sensors (70B), der ein auf der Gesamtkonzentration von NH₃ und NOx basierendes, detektiertes Signal erzeugt; und das Steuern der Geschwindigkeit, mit der NH₃ und/oder Harnstoff als Reaktion auf das vom ersten Sensor (70A) erzeugte, detektierte Signal in das Gas eingeleitet wird, und das Korrigieren der gesteuerten Geschwindigkeit als Reaktion auf das vom zweiten Sensor (70B) erzeugte, detektierte Signal; worin der Steuerungsschritt durch das Steuern der Einleitgeschwindigkeit von NH₃ und/oder Harnstoff in den Gasdurchlass vorgenommen wird, so dass die Einleitgeschwindigkeit sich wahlweise in einem zunehmenden oder abnehmenden Geschwindigkeitsmodus befindet, und um bei jedem Auftreten einer Veränderung des vom Sensor (70) detektierten Signals von abnehmend auf zunehmend alternierend zwischen zunehmendem Geschwindigkeitsmodus und abnehmendem Geschwindigkeitsmodus umzuschalten.
Verfahren nach Anspruch 19, worin ein Katalysator, der die Reaktion NH₃ → NO₂ + H₂O herbeiführt, zumindest mit dem ersten Sensor (70A) kombiniert ist.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, worin sowohl der erste als auch der zweite Sensor (70A, 70B) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, einen NOx-zersetzenden Katalysator (36a), um das von der Sauerstoffpumpe (28) stammende NOx zu zersetzen, sowie ein Mittel zum Messen der bei der Zersetzung von NOx durch den NOx-Zersetzungs-Katalysator erzeugten Sauerstoffmenge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, worin sowohl der erste als auch der zweite Sensor (70A, 70B) eine Sauerstoffpumpe (28) aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyt-Material, um die Sauerstoffkonzentration im Gas auf einem Niveau zu halten, bei welchem NO nicht zersetzt wird, und einen auf NOx ansprechenden Halbleiter (50), um das von der Sauerstoffpumpe stammende NOx auf Basis seines elektrischen Widerstands zu detektieren.