DE69815256T2

DE69815256T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Betriebszustands eines NOx Okklusionskatalysators

Info

Publication number: DE69815256T2
Application number: DE69815256T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Inagaki; Noriaki Kondo; Sigeru Miyata
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: EP0916941A2; DE69815256D1; EP0916941B1; EP0916941A3; US6309536B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators.
NOx-Konzentrations-Detektionsvorrichtungen zum Detektieren der Konzentration von Stickoxid (NOx), welches in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen und Ähnlichem enthalten ist, mittels eines NOx-Fühlers sind z. B. offen gelegt in der Europäischen Patentanmeldung 678 740 A1 und SAE-Paper Nr. 960334, Seiten 137–142, 1996. Ein NOx-Fühler, der in solch einer konventionellen Vorrichtung zum Detektieren der NOx-Konzentration Anwendung findet, ist aus Sauerstoffionen leitenden Trockenelektrolytschichten aufgebaut, die einen ersten und einen zweiten Messraum bestimmen. Der erste Messraum kommuniziert über eine erste Diffusionskontrollschicht mit einem zu messenden Gas (nachstehend Messgas genannt) und der zweite Messraum kommuniziert mit dem ersten Messraum über eine zweite Diffusionskontrollschicht. Des Weiteren ist die Trockenelektrolytschicht des ersten Messraumes zwischen zwei poröse Elektroden eingelegt, um so eine erste Sauerstoff-Pumpzelle und eine Sauerstoffkonzentrationsmesszelle zu bilden. Auch die Trockenelektrolytschicht des zweiten Messraumes ist zwischen poröse Elektroden eingelegt, um eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle zu bilden.
In der so angeordneten NOx-Konzentrations-Detektionsvorrichtung wird an die erste Sauerstoff-Pumpzelle derart Strom angelegt, dass die Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle einen vorgegebenen Wert erreicht und dadurch die Sauerstoffkonzentration, die im ersten Messraum vorhanden ist, auf ein konstantes Niveau geregelt wird. Zur gleichen Zeit wird eine konstante Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle angelegt, um dadurch Sauerstoff aus dem zweiten Messraum zu pumpen. Zu diesem Zeitpunkt kann die NOx-Konzentration eines Messgases durch Messen des Stromes, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt, erhalten werden.
Ein Messgas, z. B. Abgas einer Verbrennungskraftmaschine oder dergleichen, enthält andere Gaskomponenten als NOx, solche wie Sauerstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Folglich wird in der vorab erwähnten NOx-Konzentrations-Detektionsvorrichtung, wie in EP0 678 740 beschrieben, zuerst die erste Sauerstoff-Pumpzelle so in Betrieb gesetzt, um die Sauerstoffkonzentration, die im ersten Messraum ist, auf ein sehr niedriges Niveau zu regeln. Im zweiten Messraum, in den das Messgas, auf niedrige Sauerstoffkonzentration geregelt, fließt, wird dann eine konstante Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in einer Richtung angelegt, derart, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum herausgepumpt wird. Als ein Ergebnis wird NOx, das in dem Messgas enthalten ist, mittels der katalytischen Funktion der porösen Elektroden der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt, und der so erzeugte Sauerstoff wird dann aus dem zweiten Messraum herausgepumpt. Dem gemäß kann die NOx-Konzentration des Messgases ohne Einfluss anderer Gaskomponenten, die im Messgas enthalten sind, durch Messen des Stromes, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt, erhalten werden.
In einer NOx-Konzentrationsmessvorrichtung dieser Art muss der Fühler auf eine vorgegebene Temperatur (z. B. 800°C oder höher) erhitzt werden, um die Zellen zu aktivieren, damit die NOx-Konzentration mit der oben beschriebenen Detektionsmethode genau detektiert werden kann. Deshalb sind zusätzlich Heizelemente zum Aufheizen des Fühlers vorgesehen.
In den vergangenen Jahren wurden, um Treibstoffverbrauch zu verbessern und hohe Effizienz der Verbrennungskraftmaschinen, die Benzin als Treibstoff benutzen, zu erzielen, Verbrennungskraftmaschinen entwickelt, die so geregelt sind, dass sie bei magerem Luftkraftstoffverhältnis arbeiten, wo die Luftmenge in Bezug auf die Treibstoffmenge groß ist (Magermotoren, Direkteinspritzermotoren, etc.). Normalerweise werden in einer Verbrennungskraftmaschine NOx und unverbrannte Komponenten (HC und CO), die im Abgas enthalten sind, durch Einsatz eines 3-Wege-Katalysators zur Reaktion gebracht, um NOx zu N₂ zu reduzieren und dadurch das Abgas zu reinigen. Im Betrieb bei magerem Luftkraftstoffverhältnis ist eine große Menge Sauerstoff im Abgas enthalten. Demzufolge reagiert Sauerstoff mit unverbrannten Komponenten, woraus sich ein Versagen beim Entfernen des NOx ergibt.
Um das Problem zu lösen, wird ein sogenannter NOx-Okklusionskatalysator benutzt, welcher ein 3-Wege-Katalysator ist, der ein NOx-Speichermaterial enthält, um im Abgas enthaltenes NOx in Form von Nitrat zu speichern. Wie auch immer, wegen der begrenzten Menge NOx, die im NOx-Okklusionskatalysator okkludiert werden kann, wird die Regelung zum Auffrischen des NOx-Okklusionskatalysators, um seine Kapazität zum Speichern von NOx wieder herzustellen auf folgende An und Weise ausgeführt. Das Luftkraftstoffverhältnis eines Gemisches, das in eine Verbrennungskraftmaschine eingespeist wird, wird zeitweise zu einem reichen Luftkraftstoffverhältnis bei dem die Menge des Kraftstoffes relativ hoch ist hingeregelt, bevor die Menge des gespeicherten NOx das Überschreiten der Aufnahmefähigkeitsgrenze erreicht. Das resultierende Abgas enthält eine große Menge unverbrannter Komponenten aus der Verbrennungskraftmaschine. Dies hat zur Folge, dass die unverbrannten Komponenten mit dem gespeicherten NOx im NOx-Okklusionskatalysator reagieren und dabei den NOx-Okklusionskatalysator auffrischen, so dass seine Kapazität, NOx zu speichern, wieder hergestellt wird.
So ein Auffrischungsvorgang wird periodisch in konstanten Intervallen durchgeführt oder wenn die Leckagemenge des NOx aus dem NOx-Okklusionskatalysator ein vorgegebenes Niveau übersteigt. Im letzteren Fall wird die Menge der NOx-Leckage detektiert mittels der oben beschriebenen NOx-Konzentrations-Messvorrichtung einschließlich des NOx-Fühlers, der eingebaut ist in eine Abgasstrecke der Verbrennungskraftmaschine an einer Stelle, die dem NOx-Okklusionskatalysator nachgelagert ist.
Dokument EP 0 733 787 beschreibt ein Abgasreinigungsbauteil eines Motors, welches ein NOx-Absorbens vorsieht, das in der Abgasstrecke angeordnet ist. Ein Mittel zum Detektieren des Luftkraftstoffverhältnisses ist in der Motorabgasstrecke dem NOx-Okklusionsmittel nachgelagert angeordnet. Die NOx-Menge, welche absorbiert werden kann, wird auf Basis des Ausgabesignals des Luftkraftstoffverhältnis-Detektionsmittels berechnet. Wenn die errechnete NOx-Menge einen gegebenen Wert erreicht, wird die Aktion der NOx-Abgabe aus dem NOx-Absorbens durchgeführt.
Um eine genaue Regelung ausführen zu können, muss der NOx-Fühler, der in solch einer Anwendung benutzt wird, zumindest in der Lage sein, die NOx-Konzentration in Einheiten von 100 ppm zu bestimmen.
Wenn im NOx-Fühler die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum, durch Regelung des Pumpstromes, auf Null geregelt wird, werden NOx-Komponenten, die in einem Messgas enthalten sind, das im ersten Messraum enthalten ist, zerlegt. Demzufolge kann die NOx-Konzentration nicht durch den Gebrauch der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle gemessen werden. Normalerweise wird deshalb die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum so geregelt, dass eine kleine Menge Sauerstoff im ersten Messraum zurückbleibt (z. B. eine niedrige Sauerstoffkonzentration von ungefähr 1000 ppm). Dementsprechend ist in dem zweiten Pumpstrom, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt, ein Offset enthalten, der von dem Einfluss des zurückgebliebenen Sauerstoffs herrührt. 11 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration in einem Messgas und dem ersten Pumpstrom ebenso wie das Verhältnis zwischen der NOx-Konzentration und dem zweiten Pumpstrom.
12 zeigt die Messergebnisse des Offsets des zweiten Pumpstromes, wenn eine Vorrichtung betrieben wird, während ein Testgas, das kein NOx enthält, als Messgas (Messung mit 3 unterschiedlichen Fühlern) benutzt wird.
Die Kurve mit Kreisen bezeichnet einen NOx-Fühler Nr. 1, die Kurve mit schwarzen Rauten bezeichnet einen NOx-Fühler Nr. 2 und die Kurve mit schwarzen Dreiecken bezeichnet einen NOx-Fühler Nr. 3.
Wie in 12 gezeigt, schwankt die Menge des Offset in Abhängigkeit der Unterschiede zwischen den Stickoxidfühlern und auch zwischen den Luftkraftstoffverhält nissen des Messgases. Wenn das Luftkraftstoffgemisch aufgrund von Veränderungen in den Betriebsbedingungen oder dergleichen variiert, variiert der Offset dementsprechend um einige 10 ppm. Um jedoch eine Auffrischregelung für den NOx-Okklusionskatalysator genau ausführen zu können, muss die NOx-Konzentration mindestens in Einheiten von 100 ppm ermittelt werden. Eine genügend genaue Detektion ist also noch nicht erreicht worden.
Demgemäss muss, um das Ansteigen der NOx-Leckage aus dem NOx-Okklusionskatalysator über einen vorgegebenen Wert hinaus verlässlich zu verhindern, ein Auffrischungsvorgang eingeleitet werden, während auf die NOx-Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators, angesichts der Schwankungen im Offset, ein beachtlicher Zuschlag gegeben wird. Dies verursacht einen Ausfall im Bestreben, die Kapazität des NOx-Okklusionskatalysators genügend auszunutzen. Diese Tendenz ist auch zu beobachten, wenn der Auffrischungsvorgang periodisch ausgeführt wird.
Wenn im Abgas Schwefel (S) vorhanden ist, lagert der NOx-Okklusionskatalysator den Schwefel in Form von Sulfat auf dem NOx-Speichermaterial ein. Da Sulfat, im Vergleich zu Nitrat, mit den unverbrannten Komponenten weniger reaktionsfreudig ist, kann Sulfat nicht entfernt werden, indem der oben beschriebene Auffrischbetrieb durchgeführt wird. Als Ergebnis verschlechtert sich die Okklusionskapazität auf ein Ausmaß, das mit der Menge des akkumulierten Sulfats korrespondiert.
Wenn sich die NOx-Okklusionskapazität wie oben im Falle periodischer Auffrischung verschlechtert, verschlechtert sich die Reinigungsfähigkeit in Bezug auf NOx. Wohingegen auf der anderen Seite, wenn Auffrischung, im Falle von Auffrischung basierend auf einer detektierten NOx-Konzentration, oft ausgeführt wird, eine Verschlechterung in Treibstoffverbrauch und Leistung der Verbrennungskraftmaschine verursacht wird.
Es ist bekannt, dass, wenn z. B. die oben beschriebene Auffrischung durchgeführt wird, indem der NOx-Okklusionskatalysator auf einer höheren Temperatur gehalten wird (nachstehend als Katalysatorausbrennen bezeichnet), Sulfat durch Reaktion mit unverbrannten Komponenten entfernt werden kann. Folglich kann Sulfat denkbarer Weise periodisch entfernt werden. Wegen der größeren Belastung des NOx-Okklusionskatalysators beim Entfernen von Nitrat des NOx-Okklusionskatalysators S3, im Vergleich zum Fall des normalen Auffrischens aufgrund von Nitratanlagerung, und möglicher Verschlechterung des NOx-Okklusionskatalysators, wird das Entfernen von Sulfat jedoch wünschenswerterweise nur wenn nötig durchgeführt.
Demgegenüber zeigt 16 einen zweiten Pumpstrom IP2, gemessen mit dem NOx-Fühler, dem NOx-Okklusionskatalysator nachgelagert angeordnet, wenn der Betriebssteuerungsmodus einer Verbrennungskraftmaschine umgeschaltet wird vom Betriebszustand bei einem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis zu einem Betriebszustand bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis.
Wie in den 16(a) und 16(b) dargestellt, schwankt die Konzentration des im Abgas enthaltenen Sauerstoffs sofort außerordentlich , nachdem die Betriebssteuerung bei theoretischem Luftkraftstoffverhältnis umgeschaltet wird auf Betriebssteuerung bei magerem Luftkraftstoffverhältnis (Zeit t0), und entsprechend schwankt der zweite Pumpstrom vorübergehend. Um zu warten, bis sich die Schwankung des zweiten Pumpstromes beruhigt hat, ist eine Wartezeit Tw vorgesehen. Ein zweiter Pumpstrom, der erst nach dem Ablauf der Wartezeit Tw detektiert wird, wird als Referenzwert IP2s festgesetzt.
Im Falle des Festsetzens des Referenzwertes IP2s wie oben wird folgendes Problem verursacht. Wenn sich die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators wesentlich verschlechtert, weil z. B. eine große Menge des NOx-Okklusionsmaterials abblättert, steigt der zweite Pumpstrom IP2 sofort abrupt an, nachdem der Betriebssteuerungsmodus auf Magerregelung umgeschaltet ist, wie in 16(c) dargestellt. In diesem Fall ist der zweite Pumpstrom IP2 zum Zeitpunkt t1, wenn die Detektion zum ersten Mal nach Ablauf der Wartezeit Tw ausgeführt wird, schon außerordentlich angestiegen. Folglich wird der Relativwert den vorgegebenen Wert Ic nicht überschreiten, der als Referenzwert zum Beurteilen einer Funktionsverschlechterung des NOx-Okklusionskatalysators dient, wenn der zweite Pumpstrom IP2, zur Zeit t1 detektiert, als Referenzwert IP2s benutzt wird, um einen relativen Wert eines nachfolgend detektierten zweiten Pumpstromes IP2 zu berechnen. Als Ergebnis kann die Regelung abgeschaltet werden.
Deshalb ist es Ziel der vorliegenden Erfindung die Nachteile und Minuspunkte des Standes der Technik zu bewältigen. Dieser Zweck wird mit der Vorrichtung, entsprechend den unabhängigen Ansprüchen 1 und 8, und der Methode, entsprechend dem unabhängigen Anspruch 11, erreicht.
Weitere nützliche Eigenschaften, Aspekte und Details der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, Beschreibungen, Beispielen und Figuren offensichtlich . Die Ansprüche sind als ein erster nicht begrenzender Ansatz zu verstehen, die Erfindung in allgemeinen Ausdrücken zu definieren.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Methode und eine Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators unter Verwendung eines NOx-Fühlers, der angepasst ist, um die Konzentration des NOx zu detektieren, das aus unterschiedlichen Verbrennungsvorrichtungen emittiert wird, Verbrennungskraftmaschinen eingeschlossen.
Gemäß einem Aspekt strebt die vorliegende Erfindung unter Verwenden eines NOx-Fühlers danach, eine Methode und eine Vorrichtung zum genauen Detektieren eines Funktionszustandes einer NOx-Okklusion zu liefern.
In einem Aspekt der Erfindung ist der obige Zweck erreicht worden durch Bereitstellen:

(1) Einer Methode zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators, der einen NOx-Fühler aufweist, welcher in einem Abgas rohr einer Verbrennungskraftmaschine an einer Stelle angeordnet ist, die dem NOx-Okklusionskatalysator nachgelagert ist; der NOx-Fühler weist einen ersten Messraum mit einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle und einer Sauerstoffkonzentrations-Messzelle auf und kommuniziert über eine erste Diffusionskontrollschicht mit einem Messgas; jede, die erste Sauerstoff-Pumpzelle und die Sauerstoffkonzentrations-Messzelle umfasst eine sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht und poröse Elektroden, die auf den der sauerstoffionenleitenden Trockenelektrolytschicht gegenüberliegenden Flächen angeordnet sind; einen zweiten Messraum mit einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle und, kommunizierend mit dem ersten Messraum über eine zweite Diffusionskontrollschicht, die zweite Sauerstoff-Pumpzelle, die eine sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht und poröse Elektroden beinhaltet, welche auf den der sauerstoffionenleitenden Trockenelektrolytschicht gegenüberliegenden Flächen angeordnet sind; und ein Heizelement zum Heizen der Zellen auf eine vorgegebene Wirktemperatur.

Die Methode umfasst das Anlegen eines ersten Pumpstromes an die erste Sauerstoff-Pumpzelle so, dass eine Ausgangsspannung aus der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle einen vorgegebenen Wert erreicht, dadurch wird die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum auf ein konstantes Niveau geregelt; zur gleichen Zeit Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in einer Richtung derart, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum herausgepumpt wird; detektieren eines zweiten Pumpstromes, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt, entsprechend der Konzentration von NOx im Messgas; und wenn nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei magerem Luftkraftstoffverhältnis eine Erhöhung des zweiten Pumpstromes auf einen vorgegebenen Wert detektiert wird, beurteilen, dass die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators sich verschlechtert hat.
In der oben beschriebenen Detektionsmethode wird der NOx-Fühler in einer ähnlichen als der Weise betrieben, die benutzt wird, um NOx-Konzentration zu messen. Auch der zweite Pumpstrom, der entsprechend der im Messgas enthaltenen NOx-Konzentration durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt, wird detektiert.
Während der Betriebssteuerung bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis, bei der Abgas, das eine große Menge Stickoxid enthält, aus der Verbrennungskraftmaschine emittiert wird, wird im Abgas enthaltenes NOx in Form von Nitrat im NOx-Okklusionskatalysator angelagert. Da das so angelagerte Nitrat zunimmt, nimmt die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators allmählich ab. Demzufolge nimmt die Leckage von NOx aus dem Okklusionskatalysator (namentlich die NOx-Konzentration im Messgas) zu, woraus sich eine Zunahme des zweiten Pumpstromes ergibt.
Wie oben beschrieben, wird der Offset des zweiten Pumpstromes von der Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum beeinträchtigt und die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum wiederum wird beeinträchtigt von der Sauerstoffkonzentration im Messgas oder vom Luftkraftstoffverhältnis. Dementsprechend hängt der Offsetstrom vom Luftkraftstoffverhältnis ab. In der Detektionsmethode der vorliegenden Erfindung wird die Funktion des NOx-Okklusionskatalysators beurteilt durch Bestimmen ob der zweite Pumpstrom sich auf einen vorgegebenen Wert nach dem Start der Betriebssteuerung bei magerem Luftkraftstoffverhältnis erhöht hat, und zwar eher durch Benutzen eines Relativwertes des zweiten Pumpstromes als eines Absolutwertes des zweiten Pumpstromes. In diesem Fall wird dann die Okklusionskapazität des Okklusionskatalysators als verschlechtert beurteilt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Einfluss des Offsets zuverlässig behoben werden, dabei wird eine genaue Beurteilung des Funktionszustandes des NOx-Okklusionskatalysators berücksichtigt solange während der Detektion das Luftkraftstoffverhältnis eines Messgases nicht außerordentlich schwankt aufgrund von z. B. einer abrupten Veränderung in den Betriebsbedingungen einer Verbrennungskraftmaschine. Basierend auf dem Ergebnis dieser Beurteilung kann beispielsweise ein Auffrischungsvorgang zum Abbau des Nitrats, nur wenn nötig durchgeführt, werden, wobei der Kraftstoffverbrauch und die Leistung der Verbrennungskraftmaschine verbessert werden.
In einem anderen Aspekt liefert die vorliegende Erfindung:

(2) Eine Methode zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators, indem ein NOx-Fühler, ähnlich dem in (1) oben beschriebenen in einem Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine an einer Stelle angeordnet ist, die dem NOx-Okklusionskatalysator nachgelagert ist.

Die Methode umfasst das Anlegen eines ersten Pumpstromes an die erste Sauerstoff-Pumpzelle, so dass die Ausgangsspannung aus der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle einen vorgegebenen Wert erreicht, dabei wird die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum auf ein konstantes Niveau geregelt; zur gleichen Zeit Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in einer Richtung derart, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum herausgepumpt wird; detektieren eines zweiten Pumpstromes, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt, entsprechend der im Messgas enthaltenen Konzentration von NOx ; und wenn eine Steigerungsrate des zweiten Pumpstromes nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis detektiert wird, die größer als ein zulässiger Wert ist, beurteilen, dass eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators aufgetreten ist.
Wie oben beschrieben, nimmt die Leckage von NOx aus dem NOx-Okklusionskatalysator zu, wenn sich NOx im NOx-Okklusionskatalysator anlagert. Folglich erhöht sich der zweite Pumpstrom der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt. Wenn irgend eine Anomalie auftritt, z. B. wenn sich Sulfat im NOx-Okklusionskatalysator anreichert oder wenn NOx-Speichermaterial abblättert, verschlechtert sich die Nitratokklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators, was in einer Erhöhung der Leckage des NOx aus dem NOx-Okklusionskatalysator resultiert. Als Ergebnis erhöht sich die Steiegerungsrate des zweiten Pumpstromes. Also ist es möglich, Anomalien, die der NOx- Okklusionskatalysator erleidet, zu detektieren, indem die Steigerungsrate des zweiten Pumpstromes oder die Steigung des zweiten Pumpstromes geprüft werden.
Basierend auf dem Ergebnis dieser Beurteilung kann z. B. ein Auffrischungsbetrieb zum Entfernen von Sulfat, nur falls nötig, durchgeführt werden. Weil dem NOx-Okklusionskatalysator keine unnötigen Belastungen aufgebürdet werden, kann die Haltbarkeit der Vorrichtung verbessert werden. Auch wenn z. B. eine Anomalie nicht beseitigt werden kann obwohl ein Auffrischungsbetrieb zum Beseitigen von Sulfat durchgeführt wird, weist dies hin auf das Auftreten einer Anomalie, die nicht durch Auffrischen beseitigt werden kann, wie Abblättern von NOx-Speichermaterial.
In noch einem anderen Aspekt stellt die Erfindung bereit:

(3) Eine Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators, beinhaltend einen NOx-Fühler in einem Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine an einer Stelle angeordnet, die dem NOx-Okklusionskatalysator nachgelagert ist, der NOx-Fühler beinhaltend einen ersten Messraum mit einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle und einer Sauerstoffkonzentrations-Messzelle und kommunizierend über eine erste Diffusionskontrollschicht mit einem Messgas, jede, die erste Sauerstoff-Pumpzelle und die Sauerstoffkonzentrations-Messzelle beinhaltend eine sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht und poröse Elektroden, die auf den der sauerstoffionenleitenden Trockenelektrolytschicht gegenüberliegenden Flächen angeordnet sind; einen zweiten Messraum mit einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle und, kommunizierend mit dem ersten Messraum über eine zweite Diffusionskontrollschicht, die zweite Sauerstoff-Pumpzelle, die eine sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht und poröse Elektroden beinhaltet, die auf den, der sauerstoffionenleitenden Trockenelektrolytschicht gegenüberliegenden, Flächen angeordnet sind; und ein Heizelement zum Heizen der Zellen auf eine vorgegebene Wirktemperatur. Die Vorrichtung enthält ferner: Regelmittel für einen ersten Pumpstrom zum Regeln der Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum auf ein konstantes Niveau durch Anlegen eines ersten Pumpstromes an die Sauerstoff-Pumpzelle so, dass eine Ausgangsspannung aus der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle auf einem konstanten Wert gehalten wird; eine Quelle für Konstantspannungsanwendungen zum Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in eine Richtung so, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum herausgepumpt wird; Detektionsmittel für einen zweiten Pumpstrom zum Detektieren eines zweiten Pumpstromes, der durch eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle entsprechend der NOx-Konzentration im Messgas fließt; und Funktionsverschlechterungs-Beurteilungsmittel zum Beurteilen, dass die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators sich verschlechtert hat, wenn ein Ansteigen des zweiten Pumpstromes auf einen vorgegebenen Wert detektiert wird, nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei magerem Luftkraftstoffverhältnis.

Die Detektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist ein System, um die Detektionsmethode, die in (1) oben beschrieben ist, auszuführen. Zuerst insbesondere veranlasst das erste Mittel zum Regeln des Pumpstromes den ersten Pumpstrom durch die erste Sauerstoff-Pumpzelle so zu fließen, dass die Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle auf einem konstanten Wert gehalten wird, so dass die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum auf ein konstantes Niveau geregelt wird . Das Mittel für die Konstantspannungsanwendung legt eine konstante Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in eine Richtung so, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum herausgepumpt wird. Das Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom detektiert den zweiten Pumpstrom, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt. Wenn das Funktionsverschlechterungs-Beurteilungsmittel das Ansteigen des zweiten Pumpstromes bis zu einem vorgegebenen Wert detektiert, nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei magerem Luftkraftstoffverhältnis, bei dem das Verhältnis von Sauerstoff zu Kraftstoff re lativ groß ist, beurteilt das Beurteilungsmittel, dass die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators sich verschlechtert hat.
Folglich sieht die Detektionsvorrichtung, die in (3) oben beschrieben ist, ein Mittel vor, um die Detektionsmethode, beschrieben in (1), durchzuführen. Weiterhin kann die Detektionsvorrichtung (3) einfach und genau eine Funktionsverschlechterung des NOx-Okklusionskatalysators detektieren, basierend auf einem relativen Wert des zweiten Pumpstromes, dadurch wird der Kraftstoffverbrauch und die Leistung der Verbrennungskraftmaschine verbessert.
Normalerweise arbeitet die Betriebssteuerung bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis während stabiler Betriebsbedingungen, wie während Betriebes bei konstanter Geschwindigkeit. Wenn die Betriebsbedingungen jedoch schwanken, z. B. wegen Einwirkung des Fahrers auf das Gaspedal oder unterschiedlicher Straßenverhältnisse, verändert sich die Sauerstoffkonzentration, die in einem Messgas (Luftkraftstoffverhältnis) enthalten ist, zeitweise. Demzufolge ändert sich der Offsetstrom der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle, der vom Luftkraftstoffverhältnis abhängt, entsprechend den Änderungen im Luftkraftstoffverhältnis. Daher kann, selbst wenn ein Relativwert des zweiten Pumpstromes erhalten wird, der Einfluss des Offsetstromes nicht komplett beseitigt werden, dadurch wird die Beurteilungsgenauigkeit des Mittels zum Beurteilen der Funktionsverschlechterung reduziert.
Um das obige Problem zu bewältigen, enthält die Detektionsvorrichtung, die in (3) oben beschrieben ist, gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung des Weiteren:

(4) Ein Sauerstoffkonzentrations-Detektionsmittel zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration im Messgas, basierend auf dem ersten Pumpstrom, der durch die Sauerstoff-Pumpzelle fließt; und erste Korrekturmittel zum Korrigieren des zweiten Pumpstromes, der von dem Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom detektiert wird aufgrund der Änderung des Offsetstromes der zweiten Pumpzelle, basierend auf der durch das Sauerstoffkonzentrations-Detektionsmittel detektierten Sauerstoffkonzentration.

In der so konfigurierten Detektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung detektiert das Sauerstoffkonzentrations-Detektionsmittel die in einem Messgas enthaltene Sauerstoffkonzentration, basierend auf dem ersten Pumpstrom, der durch die erste Sauerstoff-Pumpzelle fließt. Das erste Korrekturmittel kompensiert eine Offsetschwankung, die im Detektionsergebnis enthalten ist, durch Berichtigung des Detektionsergebnisses entsprechend der detektierten Sauerstoffkonzentration.
Besonders das Pumpstrom-Kontrollmittel zum Regeln der im ersten Messraum enthaltenen Sauerstoffkonzentration durch Regeln des Stroms, der durch die erste Pumpzelle fließt, ist ähnlich dem, das ausgeführt ist zum Messen der im Messgas enthaltenen Sauerstoffkonzentration unter Benutzen eines bekannten Vollbereichs-Luftkraftstoffverhältnis-Fühlers, in welchem ein Messraum mit Messgasdiffusionsbegrenzung eine Pumpzelle und eine zweite Sauerstoffkonzentrationsmesszelle hat. Weil der Pumpstrom, der durch die erste Pumpzelle fließt, proportional zur im Messgas enthaltenen Sauerstoffkonzentration ist, kann die Sauerstoffkonzentration basierend auf dem Pumpstrom gemessen werden.
Demnach wird gemäß der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Offsetschwankung kompensiert, um dadurch eine hochgenaue Detektion einer Funktionsverschlechterung des NOx-Okklusionskatalysators zu ermöglichen, selbst wenn die Sauerstoffkonzentration im Messgas mit den Betriebsbedingungen schwankt, so dass sich der Offsetstrom der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle mit der Änderung in der Sauerstoffkonzentration ändert.
Ferner wird in der vorliegenden Erfindung der Stickoxidfühler selbst, nicht ein anderer, für die Detektion der Sauerstoffkonzentration verwendet. Folglich können umge bungsbedingte Schwankungen, die den zweiten Pumpstrom beeinflussen, genau detektiert werden, so dass der zweite Pumpstrom deshalb genau kompensiert werden kann.
Wie oben beschrieben, hängt der Pumpstrom der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle von der Konzentration des im Messgas enthaltenen Sauerstoffs (Luftkraftstoffverhältnis) ab. Des Weiteren ist der Offsetstrom temperaturabhängig. Das heißt, der Offsetstrom hat eine Temperaturcharakteristik. Wie in 13 gezeigt, nimmt die Sauerstoffkonzentrationsabhängigkeit des Offsets zu, wenn die Einsatztemperatur des NOx-Fühlers von einer Ziel-Regeltemperatur abweicht. 13 ist eine Kurve, welche die Temperaturcharakteristik des Offsetstromes darstellt, wenn die Sauerstoffkonzentration verändert wird. In 13 zeigt die Kurve mit den schwarzen Rauten den Offsetstrom für 0% O₂, die Kurve mit den Quadraten zeigt den Offsetstrom für 10% O₂ und die Kurve mit den Dreiecken zeigt den Offsetstrom für 15% O₂.
Um mit der obigen Temperaturcharakteristik zurecht zu kommen, umfasst die in (3) oben beschriebene Detektionsvorrichtung, gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, des Weiteren:

(5) Temperatur-Detektionsmittel zum Detektieren der Temperatur des NOx-Fühlers und zweites Korrekturmittel zum Korrigieren des zweiten Pumpstromes, der von dem Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom detektiert wird, basierend auf der von dem Temperatur-Detektionsmittel detektierten Temperatur des NOx-Fühlers.

In der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detektiert das Temperatur-Detektionsmittel die Temperatur des NOx-Fühlers und das zweite Korrekturmittel korrigiert den zweiten Pumpstrom, der vom zweiten Pumpstrom-Detektionsmittel detektiert wird, gemäß der Temperatur des NOx-Fühlers, die vom Temperatur-Detektionsmittel detektiert wird, um dadurch Änderungen der Temperatur zu kompensieren.
Auf diese Weise wird gemäß der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Offsetschwankung kompensiert, um dadurch eine selbst noch höhere Detektionsgenauigkeit einer Funktionsverschlechterung des NOx-Okklusionskatalysators zu ermöglichen, sogar dann, wenn die Temperatur des NOx-Fühlers mit den Betriebsbedingungen zeitweise schwankt, so dass der Offsetstrom der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle mit der Änderung der Temperatur variiert.
In besonderem Maße kann das Detektionssystem so konfiguriert werden, dass die Beurteilung durch das Funktionsverschlechterungs-Beurteilungsmittel gestoppt wird, wenn die Sauerstoffkonzentration oder die Temperatur des NOx-Fühlers außerordentlich über einen Bereich hinaus abweicht, der eine genaue Korrektur ermöglicht. Dies verhindert das Auftreten einer fehlerhaften Beurteilung.
Wenn die Betriebssteuerung einer Verbrennungskraftmaschine bei magerem Luftkraftstoffverhältnis einsetzt, nimmt die Konzentration des Sauerstoffs, der im Messgas enthalten ist, zu. Wie oben beschrieben, ist der erste Pumpstrom proportional der Sauerstoffkonzentration, die im Messgas enthalten ist. Somit enthält das Funktionsverschlechterungs-Beurteilungsmittel gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung:

(6) Mittel zur Detektion des Starts der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis durch Detektieren einer Variation im ersten Pumpstrom.

In diesem Fall kann das Funktionsverschlechterungs-Beurteilungsmittel, weil die Änderung der Sauerstoffkonzentration, die im Messgas enthalten ist, durch den NOx-Fühler selbst detektiert wird durch schnelles Ansprechverhalten auf eine umgebungsbedingte Änderung, die den zweiten Pumpstrom beeinflusst, betrieben werden.
In noch einem anderen Aspekt bietet die vorliegende Erfindung:

(7) Eine Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators, in der ein NOx-Fühler ähnlich dem in (3) oben beschriebenen in einem Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine an einer Stelle angeordnet ist, die dem NOx-Okklusionskatalysator nachgelagert ist, die Vorrichtung enthält: erstes Regelmittel für einen ersten Pumpstrom zum Regeln der Sauerstoff konzentration im ersten Messraum auf ein konstantes Niveau durch Anlegen eines ersten Pumpstromes an die Sauerstoff-Pumpzelle so, dass eine Ausgangsspannung aus der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle auf einem konstanten Wert gehalten wird; ein Mittel für Konstantspannungsanwendungen zum Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in eine Richtung so, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum herausgepumpt wird; Detektionsmittel für einen zweiten Pumpstrom zum Detektieren eines zweiten Pumpstromes, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle entsprechend der NOx-Konzentration im Messgas fließt; und Funktionsanomalie-Beurteilungsmittel zum Beurteilen, dass eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators aufgetreten ist, wenn ein Ansteigen des zweiten Pumpstromes auf einen größer als zulässigen Wert detektiert wird, nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei magerem Luftkraftstoffverhältnis.

Die Detektionsvorrichtung, beschrieben in (7), ist ein System, um die Detektionsmethode, die in (2) oben beschrieben ist, auszuführen. Besonders veranlasst das erste Mittel zum Regeln des Pumpstromes den ersten Pumpstrom, durch die erste Sauerstoff-Pumpzelle so zu fließen, dass die Ausgangsspannung auf der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle auf einem konstanten Wert gehalten wird, dabei wird die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum auf ein konstantes Niveau geregelt. Das Mittel für die Konstant spannungsanwendung legt eine konstante Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in eine Richtung so, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum herausgepumpt wird. Das Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom detektiert den zweiten Pumpstrom, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt. Wenn das Funktionsanomalie-Beurteilungsmittel detektiert, dass der zweite Pumpstrom in einem Grad zunimmt, der den zulässigen Wert nach Starten der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis, bei dem das Verhältnis von Sauerstoff zu Kraftstoff relativ groß ist, überschreitet, bestimmt das Beurteilungsmittel, dass eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators aufgetreten ist.
Folglich bietet die obige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Ausführen der Detektionsmethode, die in (2) oben beschrieben ist, wobei der Treibstoffverbrauch und die Leistung einer Verbrennungskraftmaschine und die Standzeit der Vorrichtung verbessert, und kann einfach und genau eine Anomalie im NOx-Okklusionskatalysator, wie Anreicherung von Sulfat und Abblättern von NOx-Speichermaterial, detektieren, basierend auf einer Änderung im zweiten Pumpstrom pro Zeiteinheit.
Der zulässige Wert kann eingestellt werden, basierend auf NOx-Leckage aus dem NOx-Okklusionskatalysator, die geschätzt wird, basierend auf der NOx-Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators und der Konzentration von NOx im Abgas, das die Verbrennungskraftmaschine emittiert.
Die Menge von NOx, die im NOx-Okklusionskatalysator gespeichert wird, wächst an, weil die Konzentration des im Abgas enthaltenen NOx, das durch den NOx-Okklusionskatalysator fließt, ansteigt, oder selbst bei gleicher NOx-Konzentration, weil die Durchflussrate des Abgases, das in den NOx-Okklusionskatalysator fließt, ansteigt. Die Veränderung des zweiten Pumpstromes in Bezug auf die Zeit (d. h. die Steigung), die ermittelt wird durch das zweite Pumpstrom-Detektionsmittel, variiert auch entsprechend des Zustandes des Abgases, das in den NOx-Okklusionskatalysator fließt.
Um mit der obigen Tendenz zurecht zu kommen enthält die in (7) oben beschriebene Detektionsvorrichtung gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung des Weiteren:

(8) Eintrittsgas-Zustands-Detektionsmittel zum Detektieren der Durchflussrate des Abgases, das in den NOx-Okklusionskatalysator fließt, und der NOx-Konzentration im Abgas; und Einstellmittel des zulässigen Wertes, zum Einstellen des zulässigen Wertes, basierend auf dem Eintrittsgaszustand, detektiert vom Eintrittsgas-Zustands-Detektionsmittel derart, dass der zulässige Wert höher eingestellt wird, wenn die Durchflussrate des Abgases zunimmt oder wenn die Konzentration des NOx im Abgas zunimmt.

Durch Einstellen eines maximal zulässigen Wertes entsprechend der Durchflussrate des Abgases, das in den NOx-Katalysator fließt, und der NOx-Konzentration des Abgases, kann eine Anomalie im NOx-Okklusionskatalysator mit viel besserer Genauigkeit detektiert werden.
Die Konzentration von NOx, das im Eintrittsabgas enthalten ist, und die Durchflussrate des Eintrittsabgases beziehen sich eng auf die Betriebsbedingungen einer Verbrennungskraftmaschine, wie Motorgeschwindigkeit und einen Unterdruck in einem Ansaugrohr. Daher enthält das Eintrittsgas-Zustands-Detektionsmittel in noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung:

(9) Mittel zum Abschätzen der Durchflussrate des Abgases und der Konzentration des NOx, das im Abgas enthalten ist, basierend auf den Betriebsbedingungen der Verbrernnungskraftmaschine.

In diesem Falle können verschiedene Parameter benutzt werden, um die Verbrennungskraftmaschine zu regeln, ohne die Notwendigkeit zusätzliche Mittel zum Messen des Zustands des Abgases, das in den NOx-Katalysator fließt, einsetzen zu müssen. Somit kann die Genauigkeit der Detektionsvorrichtung auf einfache An und Weise verbessert werden.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfasst das Funktionsanomalie-Beurteilungsmittel der Detektionsvorrichtung, die oben in jedwedem von (7) bis (9) beschrieben wird, als nächstes:

(10) Stromzunahme-Zeit-Messmittel zum Messen einer Zeit, die der zweite Pumpstrom benötigt, um auf einen vorgegebenen Wert anzusteigen nach Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis, wobei ein kleinerer von dem Stromzunahme-Zeit-Messmittel gemessener Wert darauf hinweist, dass der zweiten Pumpstrom mit einer größeren Rate zunimmt (d. h. eine größere Zunahme im zweiten Pumpstrom pro Zeiteinheit)

Auch in noch einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält das Mittel zum Beurteilen der Funktionsanomalie:

(11) Stromzunahme-Messmittel zum Messen eines Ansteigens des zweiten Pumpstromes während einer vorgegebenen Zeitspanne nach Starten der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis, wobei ein größerer, vom Stromzunahme-Messmittel gemessener Wert darauf hinweist, dass der zweite Pumpstrom mit einer größeren Rate zunimmt (d. h. eine größere Zunahme im zweiten Pumpstrom pro Zeiteinheit).

Natürlich kann die Zunahmerate oder Steigung des zweiten Pumpstromes erhalten werden, basierend auf der Zeit, die benötigt wird, damit der Pumpstrom auf einen vorgegebenen Wert ansteigt oder basierend auf einer Zunahme im zweiten Pumpstrom, wie sie über eine vorgegebene Zeitspanne gemessen wird.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfasst die Detektionsvorrichtung, die oben in jedwedem von (7) bis (11) beschrieben wird, als nächstes weiter:

(12) Sauerstoffkonzentrations-Detektionsmittel zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration im Messgas, basierend auf dem ersten Pumpstrom, der durch die erste Sauerstoff-Pumpzelle fließt und erste Korrekturmittel zum Korrigieren des zweiten Pumpstromes, der vom Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom detektiert wird, durch Variation des Offsetstromes der zweiten Pumpzelle, basierend auf der durch das Sauerstoffkonzentrations-Detektionsmittel detektierten Sauerstoffkonzentration.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die in (7) bis (11) oben beschriebene Detektionsvorrichtung weiter:

(13) Temperatur-Detektionsmittel zum Detektieren der Temperatur des NOx-Fühlers; und zweite Korrekturmittel zum Korrigieren des zweiten Pumpstromes, detektiert aufgrund von Temperaturänderungen durch das zweite Pumpstrom-Detektionsmittel, basierend auf der Temperatur des NOx-Fühlers, die durch das Temperatur-Detektionsmittel detektiert wird.

In noch einem anderen Aspekt umfasst das Funktionsanomalie-Beurteilungsmittel der Detektionsvorrichtung, die in jedwedem von (7) bis (11) beschrieben wird:

(14) Mittel zur Detektion des Starts der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis durch Detektieren einer Variation im ersten Pumpstrom.

Die Detektionsvorrichtungen, die in (12), (13) und (14) beschrieben werden, sind ähnlich denen, beschrieben in (4), (5) und (6) zum Ausführen der Detektionsmethode, die in (1) oben beschrieben ist, und führen zu ähnlichen Effekten als denen, die vorgesehen sind in den Detektionsvorrichtungen, die in (4), (5) und (6), wie oben dargestellt, beschrieben werden.
Folglich kann die Detektionsvorrichtung, die in (12) oben beschrieben wird, den zweiten Pumpstrom aufgrund von Schwankungen in der Sauerstoffkonzentration eines Messgases genau kompensieren und somit eine Funktionsanomalie im NOx-Okklusionskatalysator mit höherer Genauigkeit bestimmen.
Die Detektionsvorrichtung, die in (13) oben beschrieben wird, kann den zweiten Pumpstrom aufgrund von Schwankungen der Temperatur des NOx-Fühlers kompensieren und so eine Funktionsanomalie im NOx-Okklusionskatalysator mit höherer Genauigkeit bestimmen.
Die Detektionsvorrichtung, die in (14) oben beschrieben wird, erlaubt dem Funktionsanomalie-Beurteilungsmittel so zu arbeiten, dass es auf umgebungsbedingte Schwankungen, die den zweiten Pumpstrom beeinflussen, ein schnelles Antwortverhalten zeigt.
In noch einem anderen Aspekt bietet die vorliegende Erfindung:

(15) Eine Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators, mit einem NOx-Fühler angeordnet in einem Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine an einer Stelle, die dem NOx- Okklusionskatalysator nachgelagert ist, der NOx-Fühler enthält einen ersten Messraum mit einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle und einer Sauerstoffkonzentrations-Messzelle, der über eine erste Diffusionskontrollschicht mit einem Messgas kommuniziert, wobei die jeweilige erste Sauerstoff-Pumpzelle und Sauerstoffkonzentrations-Messzelle eine sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht und poröse Elektroden beinhaltet, die auf den der sauerstoffionenleitenden Trockenelektrolytschicht gegenüberliegenden Flächen angeordnet sind; einen zweiten Messraum mit einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle, der über eine zweite Diffusionskontrollschicht mit dem ersten Messraum kommunizierend, die zweite Sauerstoff-Pumpzelle beinhaltet eine sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht gegenüberliegenden Flächen angeordnet sind, und ein Heizelement zum Heizen der Zellen auf eine vorgegebene Wirktemperatur, die Vorrichtung beinhaltet: Kontrollmittel für einen ersten Pumpstrom zum Kontrollieren der Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum auf einem konstanten Niveau durch Anlegen eines ersten Pumpstromes an die erste Sauerstoff-Pumpzelle so, dass eine Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrations-Messzelle auf einem konstanten Wert gehalten wird; Mittel für Konstantspannungsanwendung zum Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in eine Richtung so, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum gepumpt wird; Detektionsmittel für einen zweiten Pumpstrom zum Detektieren eines zweiten Pumpstromes, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle entsprechend der NOx-Konzentration im Messgas fließt; Minimalwert-Detektionsmittel zum Detektieren eines Minimalwerts des zweiten Pumpstromes während einer vorgegebenen Wartezeit nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis; und Funktionszustands-Beurteilungsmittel zum Beurteilen eines Funktionszustandes des NOx-Okklusionskatalysators basierend auf einem relativen Wert, der als Differenz zwischen einem Wert des, durch das Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom nach Ablauf der Wartezeit detektierten, zweiten Pumpstromes und dem, durch das Minimalwert-Detektionsmittel detektierten, Minimalwert des zweiten Pumpstromes berechnet wird.

In der so konfigurierten Detektionsvorrichtung der vorliegenden Endung veranlasst das Mittel zum Regeln des ersten Pumpstromes den ersten Pumpstrom so durch die erste Sauerstoff-Pumpzelle zu fließen, dass die Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrations-Messzelle auf einem konstanten Wert gehalten wird, dabei wird die Sauerstoff konzentration im ersten Messraum auf ein konstantes Niveau geregelt. Das Mittel für die Konstantspannungsanwendung legt eine konstante Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in eine Richtung so, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum herausgepumpt wird. D. h. der NOx-Fühler wird auf normale Weise betrieben, um die NOx-Konzentration zu messen. Zu diesem Zeitpunkt detektiert das Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom den zweiten Pumpstrom, der gemäß der Konzentration des Stickoxids im Messgas durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt.
Besonders während Betriebssteuerung bei magerem Luftkraftstoffverhältnis, wobei Abgas, das große Mengen Stickoxid enthält, aus einer Verbrennungskraftmaschine emittiert wird, wird Stickoxid, das im Abgas enthalten ist, auf dem NOx-Okklusionskatalysator in Form von Nitrat angelagert. Weil das derart angelagerte Nitrat zunimmt, nimmt die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators allmählich ab. Demzufolge nimmt die Leckage von NOx aus dem Okklusionskatalysator (d. h. die NOx-Konzentration im Messgas) zu, was zu einer Zunahme des zweiten Pumpstromes führt. Da der zweite Pumpstrom gemäß eines Funktionszustandes des NOx-Okklusionskatalysators variiert, kann der Funktionszustand nach dem zweiten Pumpstrom beurteilt werden.
Speziell in der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detektiert das Minimalwert-Detektionsmittel einen Minimalwert des zweiten Pumpstromes während einer vorgegebenen Wartezeit nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungs kraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis. Auch das Funktionszustands-Beurteilungsmittel beurteilt einen Funktionszustand des NOx-Okklusionskatalysators, basierend auf einem relativen Wert zwischen dem detektierten Minimalwert des zweiten Pumpstromes und dem Wert des zweiten Pumpstromes nach Verstreichen der Wartezeit, detektiert durch das Detektionsmittel des zweiten Pumpstromes. Die Wartezeit wird vorzugsweise auf eine genügende Länge eingestellt, um einen genügenden Ausgleich der Schwankung im zweiten Pumpstrom zu erlauben, die mit einer großen Schwankung der Sauerstoffkonzentration im Abgas verbunden ist, welche beobachtet wird sofort nachdem die Betriebssteuerung bei einem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis umgeschaltet wird auf Betriebssteuerung bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis.
Wie oben beschrieben, wird entsprechend der Detektionsvorrichtung der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, statt eines Absolutwertes des zweiten Pumpstromes, ein Relativwert des zweiten Pumpstromes, detektiert sofort nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis, verwendet zum Beurteilen eines Funktionszustandes des NOx-Okklusionskatalysators; so kann die Beurteilung genauer durchgeführt werden.
Des Weiteren wird ein Minimalwert des zweiten Pumpstromes, detektiert sofort nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis, als Referenzwert zum Berechnen des obigen Relativwertes verwendet. Auf diese Weise kann ein Funktionszustand des NOx-Okklusionskatalysators zuverlässig beurteilt werden, sogar wenn der zweite Pumpstrom bereits zum Zeitpunkt des Ablaufs der Wartezeit wegen übermäßiger Verschlechterung der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators wesentlich zugenommen hat.
Demnach kann, durch Einsatz der Detektionsvorrichtung der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit eines Abgasreinigungssystems, das einen NOx-Okklusionskatalysator benutzt, verbessert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt ist die Detektierungsvorrichtung, die in (15) oben beschrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass:

(16) Das Minimalwert-Detektionsmittel Mittel zum Detektieren des Starts der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis beinhaltet, basierend auf der Änderung des ersten Pumpstromes.

Das erste Pumpstrom-Kontrollmittel, welches die Konzentration des Sauerstoffs im ersten Messraum auf ein konstantes Niveau regelt, indem der erste Pumpstrom an die erste Sauerstoff-Pumpzelle derart angelegt wird, dass die Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle auf einem konstanten Wert gehalten wird, kontrolliert auf eine An, die mit der eines bekannten Sauerstofffühlers identisch ist, der keine zweite Sauerstoff-Pumpzelle hat. Dementsprechend wird der erste Pumpstrom proportional zur Konzentration des Sauerstoffs im Messgas. Weil die Konzentration des Sauerstoffs im Messgas während der Betriebssteuerung bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis gegenüber der im Falle der Betriebssteuerung bei einem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis zunimmt, kann der Start der Betriebssteuerung bei magerem Luftkraftstoffverhältnis, basierend auf dem ersten Pumpstrom, detektiert werden.
Wie oben beschrieben, wird in der Detektierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung der NOx-Fühler selbst, kein anderer Fühler, für die Detektierung der Sauerstoffkonzentration verwendet. Folglich können umgebungsbedingte Schwankungen, die den zweiten Pumpstrom beeinträchtigen, genau detektiert werden, so dass der zweite Pumpstrom (ein Offset des zweiten Pumpstromes) mit Genauigkeit und Geschwindigkeit geregelt werden kann.
In der Detektierungsvorrichtung, die in (15) oder (16) beschrieben ist, kann das Funktionszustands-Beurteilungsmittel umfassen:

(17) Mittel zum Beurteilen, dass die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators sich verschlechtert hat, wenn der relative Wert des zweiten Pumpstromes einen vorgegebenen Wert erreicht.

Alternativ kann das Funktionszustands-Beurteilungsmittel umfassen:

(18) Mittel zum Beurteilen, dass eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators aufgetreten ist, wenn eine Zeitablauf-Schwankungsrate des Relativwertes des zweiten Pumpstromes größer wird als ein vorgegebener zulässiger Wert.

Die oben genannten und andere Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen erläutert, in denen
1 ist eine schematische Darstellung, die die gesamte Anordnung einer Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators darstellt, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
2 ist eine Darstellung einer Einbaustelle für den NOx-Fühler, der Ausführungsform von 1.
3 ist eine Explosionszeichnung des NOx-Fühlers der Ausführungsform von 1.
4(a)–(c) sind Kurvenverläufe des zweiten Pumpstromes, die vom mit der Ausführungsform von 1 übereinstimmenden NOx-Fühler ausgegeben wurden.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Funktionszustands-Detektionsprozess darstellt, der wiederholt in einer ECU der Ausführungsform von 1 ausgeführt wird.
6 ist eine Darstellung, die das Beispiel einer Abbildung (map) zeigt, die benutzt wird, um den zweiten Pumpstrom aufgrund von Temperaturschwankungen zu korrigieren.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Funktionszustands-Detektionsprozess in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8(a) und (b) sind Kurvenverläufe des zweiten Pumpstromes, detektiert, wenn sich die NOx-Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators übermäßig verschlechtert hat.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Funktionszustands-Detektionsprozess in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10(a)–(c) sind Darstellungen, die eine Funktionsanomalie-Detektionsmethode zeigen in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11(a) und (b) sind Darstellungen, die schematisch das Verhältnis zwischen Sauerstoffkonzentration und dem ersten Pumpstrom zeigen, ebenso wie das Verhältnis zwischen NOx-Konzentration und dem zweiten Pumpstrom.
12 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem zweiten Pumpstrom und der Sauerstoffkonzentration (Luftkraftstoffverhältnis) zeigt, das in einem Messgas, welches kein NOx enthält, vorhanden ist.
13 ist eine Darstellung, die eine gemessene Temperaturcharakteristik des zweiten Sauerstoff-Pumpzellen-Offsetstroms zeigt.
14(a)–(c) sind Kurvenverläufe des zweiten Pumpstromes, die vom mit der Ausführungsform von 15 übereinstimmenden NOx-Fühler ausgegeben wurden.
15 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Funktionszustands-Detektionsprozess zeigt, der wiederholt in einer ECU ausgeführt wird, in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16(a)–(c) sind Kurvenverläufe zum Erklären von Problemen, die an der Detektierung eines Funktionszustandes eines mit der Ausführungsform von 15 übereinstimmenden NOx-Okklusionskatalysators beteiligt sind.

Erklärung der Zeichen

2: NOx-Fühler
4: erste Sauerstoff-Pumpzelle
6: Sauerstoffkonzentrations-Messzelle
8: zweite Sauerstoff-Pumpzelle
12: Heizelement
18, 22, 24: Trockenelektrolytschichten
20: erster Messraum
26: zweiter Messraum
28: Abstandhalter
40: Steuerkreis
42: Fühlerschaltkreis
44: Heizerregerkreis
46: Temperaturfühler
47: Druckfühler
48: Drehzahlfühler
50: ECU – elektronische Kontrolleinheit
52: Motorsteuereinheit

S1: Verbrennungskraftmaschine
S2: Abgasrohr
S3: NOx-Okklusionskatalysator
S4: Ansaugrohr

Die vorliegende Erfindung wird zunächst ausführlicher unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben, jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht als darauf begrenzt interpretiert werden.
Erste Ausführungsform
1 ist eine schematische Darstellung, die die gesamte Anordnung einer Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators zeigt, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Darstellung, die eine Einbaustelle für einen NOx-Fühler 2 zeigt, wie er in der Detektionsvorrichtung eingesetzt wird. 3 ist eine Explosionszeichnung des NOx-Fühlers 2.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, enthält die Detektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform einen NOx-Fühler 2, eingebaut in ein Abgasrohr S2, befestigt an eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeuges, an einer Stelle, die dem NOx-Okklusionskatalysator S3 nachgelagert ist; einen Steuerkreis 40 zum Anlegen des Stromes an eine erste Sauerstoff-Pumpzelle (nachstehend bezeichnet als erste Pumpzelle) 4 und eine Sauerstoffkonzentrationsmesszelle (nachstehend bezeichnet als Vs-Zelle) 6 des NOx- Fühlers 2 und zum Detektieren des Stromes IP1. (nachstehend als erster Pumpstrom bezeichnet), der in die erste Pumpzelle 4 fließt; einen Fühlerschaltkreis 42 zum Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Pumpzelle 8 und zum Detektieren des Stromes IP2 (nachstehend als zweiter Pumpstrom bezeichnet), der zu einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle 8 (nachstehend bezeichnet als eine zweite Pumpzelle) des NOx-Fühlers 2 fließt; einen Heizerregerkreis 44 zum Heizen der Zellen 4, 6 und 8 durch Anlegen eines Stroms an die paarweise Heizvorrichtung 12 und 14 des NOx-Fühlers 2; einen Temperaturfühler 46 zum Detektieren der Temperatur TH im Nahfeld des NOx-Fühlers 2; einen Druckfühler 47 zum Messen eines Unterdrucks Pb in einem Ansaugrohr S4, das an der Verbrennungskraftmaschine S1 befestigt ist; einen Drehzahlfühler 48 zum Detektieren der Drehzahl Ne (nachstehend bezeichnet als Motordrehzahl) einer Kraftabgabewelle der Verbrennungskraftmaschine S1; und eine elektronische Regeleinheit (nachstehend bezeichnet als ECU) 50, die einen Mikrocomputer enthält, zur Regelung des Steuerkreises 40 und des Heizerregerkreises 44 und zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators S3 basierend auf Detektionssignalen VIP1 und VIP2, ausgegeben von dem Steuerkreis 40 bzw. dem Fühlerschaltkreis 42 und den Detektionssignalen TH, Pb und Ne ausgegeben von den Fühlern 46, 47 bzw. 48.
Die Detektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform erhält von einer Motorsteuereinheit 52 Betriebssteuerungsinformationen, die kennzeichnend sind für die Durchführung einer Betriebssteuerung bei magerem Luftkraftstoffverhältnis. Die Motorsteuereinheit 52 regelt die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine S1 dergestalt, dass ein mageres Luftkraftstoffverhältnis bewirkt wird, wenn die Betriebsbedingungen stabil sind, wie im Falle einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit und ein theoretisches Kraft-Luftstoffverhältnis in anderen Fällen bewirkt wird.
Hierin wird das Abgas, das durch das Abgasrohr S2 fließt, folgendermaßen bezeichnet:
Gas, welches aus der Verbrennungskraftmaschine S1 emittiert wird und in den NOx-Okklusionskatalysator S3 fließt, wird als Abgas bezeichnet, wohingegen Gas, welches aus dem NOx-Okklusionskatalysator S3 strömt, als Messgas bezeichnet wird.
Weiter, wie in 3 gezeigt, enthält die erste Pumpzelle 4 im NOx-Fühler 2 eine flächenförmige Trockenelektrolytschicht 4a und rechteckige poröse Elektroden 4b und 4c ausgebildet auf beiden Seiten der Trockenelektrolytschicht 4a. Die Leiterbereiche 4b1 und 4c1 erstrecken sich von den porösen Elektroden 4b bzw. 4c. Des Weiteren ist ein rundes Loch in der Trockenelektrolytschicht 4a ausgebildet, um die porösen Elektroden 4b und 4c in ihren zentralen Bereichen zu durchdringen. Das so geformte runde Loch ist mit einem porösen Füllmaterial gefüllt, um dadurch eine diffusionskontrollierende Schicht 4d auszubilden.
Die Vs-Zelle 6 umfasst eine flächenförmige Trockenelektrolytschicht 6a mit der gleichen Gestalt wie die Trockenelektrolytschicht 4a der ersten Pumpzelle 4 und kreisförmigen porösen Elektroden 6b und 6c, die auf beiden Seiten der Trockenelektrolytschicht 6a ausgebildet sind. Die Leiterbereiche 6b1 und 6c1 erstrecken sich von den porösen Elektroden 6b bzw. 6c. Des Weiteren ist ein rundes Loch in der Trockenelektrolytschicht 6a ausgebildet, um die porösen Elektroden 6b und 6c in ihren zentralen Bereichen zu durchdringen. Das so geformte runde Loch ist mit einem porösen Füllmaterial gefüllt, um dadurch eine diffusionsregelnde Schicht 6d auszubilden.
Die porösen Elektroden 4b und 4c der ersten Pumpzelle 4 und die porösen Elektroden 6b und 6c der Vs-Zelle 6 sind so auf den Trockenelektrolytschichten 4a bzw. 6a angeordnet, dass ihre Zentren aufeinander ausgerichtet sind. Folglich liegen sich, wenn die erste Pumpzelle 4 und die Vs-Zelle 6 in Schichten angelegt sind, die diffusionsregelnden Schichten 4d und 6d gegenüber. Die kreisförmigen porösen Elektroden 6b und 6c der Vs-Zelle 6 sind um die diffusionsregelnde Schicht 6d angeordnet und haben eine Ausdehnung, die kleiner ist als die der rechtwinkligen porösen Elektroden 4b und 4c der ersten Pumpzelle 4. Ein Isolationsfilm aus Aluminiumoxid oder dergleichen ist auf beiden Ober flächen der Vs-Zelle 6 so ausgebildet, dass er die Leiterbereiche 6b1 und 6c1 von der Außenseite abdeckt, um Leckstrom von den Leiterbereichen 6b1 und 6c1 zu vermeiden. Des Weiteren ist ein Isolationswiderstandsbereich 6f zwischen den Leiterbereichen 6b1 und 6c1 ausgebildet, um einen Teil des ausgepumpten Sauerstoffs von der Seite der porösen Elektrode 6c zur Seite der porösen Elektroden 6b zu entweichen.
Die erste Pumpzelle 4 und die Vs-Zelle 6 sind in Schichten mit einer dazwischenliegenden Trockenelektrolytschicht 18 angeordnet. Die Trockenelektrolytschicht 18 hat die gleiche Gestalt wie die Trockenelektrolytschichten 4a und 6a. Die Trockenelektrolytschicht 18 hat ein rechteckiges Loch, das in einer Position ausgeformt ist, die mit der der porösen Elektroden 4c und 6b korrespondiert und dessen Ausmaße größer als die der porösen Elektrode 4c sind. Das so geformte rechteckige Loch dient als erster Messraum 20.
Auch auf der Vs-Zelle 6 auf der Seite der porösen Elektrode 6c ist eine Trockenelektrolytschicht 22 platziert, die die gleiche Gestalt hat wie die Trockenelektrolytschichten 4a und 6a. Die Trockenelektrolytschicht 22 hat ein rundes Loch, das in seiner Position mit der diffusionsregelnden Schicht 6d der Vs-Zelle 6 übereinstimmt und die gleiche Größe wie die diffusionsregelnde Schicht 6d hat. Das so ausgebildete runde Loch ist mit einer porösen Füllung gefüllt, um dadurch eine diffusionsregelnde Schicht 22d zu formen.
Ebenso wie die erste Pumpzelle 4 umfasst die zweite Pumpzelle 8 eine flächenförmige Trockenelektrolytschicht 8a und rechteckige poröse Elektroden 8b und 8c, ausgebildet auf beiden Seiten der Trockenelektrolytschicht 8a. Leiterbereiche 8b1 und 8c1 erstrecken sich von den porösen Elektroden 8b bzw. 8c. Die zweite Pumpzelle 8 und die Trockenelektrolytschicht 22 sind in Schichten mit einer Trockenelektrolytschicht 24 dazwischen angeordnet. Die Trockenelektrolytschicht 24 ist auf die gleiche Weise ausgebildet wie die Trockenelektrolytschicht 18. Demzufolge dient ein rechteckiges Loch in der Trockenelektrolytschicht 24 als zweiter Messraum 26.
Die obigen Komponenten des NOx-Fühlers 2 ausgenommen die Heizelemente 12 und 14 werden in Schichten zusammengefügt und anschließend bei einer vorgegebenen Temperatur gesintert und ergeben den NOx-Fühler 2.
Die Heizelemente 12 und 14 sind auf gegenüberliegenden Seiten des oben beschriebenen Verbundes der ersten Pumpzelle 4, der Vs-Zelle 6 und der zweiten Pumpzelle 8 und zwar außerhalb der ersten Pumpzelle 4 bzw. der zweiten Pumpzelle 8 derart platziert, dass ein vorgegebener Spalt mittels der Distanzhalter 28 und 29 zwischen jedem der Heizelemente 12 und 14 und dem Verbund geschaffen wird.
Die Heizelemente 12 (14) umfassen ein Heizelement-Trägermaterial 12a (14a), das die gleiche Gestalt hat wie das der Trockenelektrolytschicht 4a, 6a und 8a, eine Heizspirale 12b (14b) auf dem Heizelement-Trägermaterial 12a (14a) auf der Seite ausgebildet , die der Zelle 4 (8) gegenüber liegt, und einen Leiterbereich 12b1 (14b1), der sich von der Heizspirale 12b (14b) erstreckt. Der Distanzhalter 28 (29) ist zwischen die Heizelemente 12 (14) und die erste Pumpzelle 4 (zweite Pumpzelle 8) an einer Stelle eingefügt, die mit dem Leiterbereich 12b1 so übereinstimmt, dass der Heizdraht 12b (14b) der porösen Elektrode 4b (8c) der ersten Pumpzelle 4 (zweiten Pumpzelle 8), mit einem dort dazwischen ausgebildeten Spalt, gegenüber liegt.
Das Heizelement-Trägermaterial 12a (14a) ist aus Aluminiumoxid geformt. Der Heizdraht wird geschaffen durch die Schritte: Vermengen von Platinpulver und Aluminiumoxid, um eine reine Mischungspaste zu erhalten; Siebdruck eines Pastenmusters auf einen Aluminiumoxidstreifen und Brennen des Streifens. Besonders das Heizelemente-Trägermaterial 12a und 14a und die Distanzhalter 28 und 29 sind jeweils aus gebrannten Aluminiumoxidstreifen ausgebildet. Die Heizelemente 12 und 14 und die erste und zweite Pumpzelle 4 und 8 sind mittels eines keramischen Haftvermittlers derart zusammengekittet, dass die Zellen 4 und 8 zwischen die Heizelemente 12 und 14 eingelegt sind und dadurch den kompletten NOx-Fühler 2 formen.
Typische Beispiele eines Trockenelektrolyten, wie ihn die Trockenelektrolytschichten 4a, 6a und 8a bilden, enthalten einen Mischkristall aus Zirkonoxid und Yttriumoxid und einen Mischkristall aus Zirkonoxid und Calciumoxid. Andere Beispiele solch eines Trockenelektrolyten beinhalten einen Mischkristall aus Hafniumoxid, einen Mischkristall aus Perowskit und einen Mischkristall aus trivalenten Metalloxiden. Die porösen Elektroden, die auf den Oberflächen der Trockenelektrolytschichten 4a, 6a und 8a vorgesehen sind, sind vorzugsweise aus Platin oder Rhodium oder deren Legierungen ausgebildet, die eine Katalysatorfunktion ausüben. Bekannte Methoden zum Schaffen solcher poröser Elektroden umfassen eine Dickfilmmethode und eine Methode des thermischen Spritzens. Die Dickfilmmethode besteht aus den Schritten: Mischen von Platinpulver und Pulver des gleichen Materials als dem der Trockenelektrolytschicht, um eine Paste zu bekommen; Siebdruck der Paste auf eine Trockenelektrolytschicht und sintern der Trockenelektrolytschicht. Die diffusionsregelnden Schichten 4c, 6d und 22d sind vorzugsweise aus Keramik mit feinen Durchgangsbohrungen oder poröser Keramik geformt.
Die Heizdrähte 12b und 14b der Heizelemente 12 bzw. 14 sind vorzugsweise aus einem Kompositmaterial aus Keramik und Platin oder einer Platinlegierung geformt. Die Leiterbereiche 12b1 und 14b1 sind vorzugsweise aus Platin oder einer Platinlegierung ausgebildet, um den elektrischen Verlust darin durch Herabsetzen ihres Widerstandes zu reduzieren. Die Heizelemente-Tträgermaterialien 12a und 14a und die Distanzhalter 28 und 29 können aus Aluminiumoxid, Spinell, Forsterit, Speckstein, Zirkonoxid, oder gleichartigen Materialien ausgebildet werden.
Wie in 1 dargestellt, sind die poröse Elektrode 4c der ersten Pumpzelle 4 und die poröse Elektrode 6b der Vs-Zelle 6, welche beide auf der Seite des ersten Messraumes 20 angeordnet sind, über einen Widerstand R1 geerdet. Die anderen porösen Elektroden 4b und 6c sind mit dem Steuerkreis 40 verbunden.
Der Steuerkreis 40 umfasst einen Widerstand R2 und einen Differenzialverstärker AMP. Ein Konstantspannungs-VCP ist an das eine Ende des Widerstandes R2 an gelegt und das andere Ende des Widerstandes R2, ist mit der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 verbunden. Die negative Eingangsklemme des Differenzialverstärkers ist über einen Schalter SW1 mit der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 verbunden. Eine Referenzspannung VC0 ist an die positive Eingangsklemme des Differenzialverstärkers AMP angelegt. Die Ausgangsklemme des Differenzialverstärkers AMP ist mit der porösen Elektrode 4b der ersten Pumpzelle 4 über einen Widerstand R0 verbunden.
Der Steuerkreis 40 arbeitet auf folgende Weise. Zuerst wird ein konstanter kleiner Strom iCP über den Widerstand R2 der Vs-Zelle 6 zugeführt, um dadurch Sauerstoff aus dem ersten Messraum 20 in die poröse Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 zu pumpen. Da die poröse Elektrode 6c durch die Trockenelektrolytschicht 22 blockiert ist und mit der porösen Elektrode 6b über den Isolationswiderstandsbereich 6f kommuniziert, wird die Sauerstoffkonzentration in dem blockierten Raum der porösen Elektrode 6c, durch Anlegen des kleinen Stromes iCP an die Vs-Zelle 6, auf einem konstanten Niveau gehalten. So dient der blockierte Raum als eine interne Referenzsauerstoffquelle.
Wenn die poröse Elektrode 6c der Vs-Zelle als interne Referenzsauerstoffquelle dient, wird in der Vs-Zelle 6 eine elektromotorische Kraft generiert in Übereinstimmung mit dem Unterschied in der Sauerstoffkonzentration zwischen dem ersten Messraum 20 und der internen Referenzsauerstoffquelle. Demzufolge korrespondiert eine Spannung Vs, die auf der Seite der porösen Elektrode 6c auftritt, mit der Sauerstoffkonzentration in dem ersten Messraum 20. Weil die Spannung Vs Eingang für den Differenzialverstärker AMP ist, liefert der Differenzialverstärker eine Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit der Schwankung der Eingangsspannung von der Referenzspannung VC0 (VC0 Eingangsspannung). Die Ausgangsspannung wird an die poröse Elektrode 4b der ersten Pumpzelle 4 über den Widerstand R0 angelegt.
Demzufolge fließt der erste Pumpstrom IP1 zur ersten Pumpzelle 4. Durch Regeln des ersten Pumpstromes IP1 wird eine konstante elektromotorische Kraft durch die Vs-Zelle 6 erzeugt (mit anderen Worten: Die Sauerstofkonzentration in dem ersten Messraum 20 wird konstant).
Das heißt, der Steuerkreis 40 dient als das Pumpstromregelmittel und regelt die Sauerstoffkonzentration, die im ersten Messraum 20 enthalten ist, um eine konstante Sauerstoffkonzentration im Messgas, welches über die diffusionsregelnde Schicht 4d in den ersten Messraum 20 eingetreten ist, aufrecht zu erhalten.
Die so geregelte Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum 20 aufgrund des Anlegens des ersten Pumpstromes IP1 an die erste Pumpzelle 4 wird derart eingestellt, dass nur eine kleine Menge Sauerstoff (z. B. 1000 ppm) präsent ist, wodurch dem Zerfall von NOx-Komponenten vorgebeugt wird, die im Messgas, welches sich im ersten Messraum 20 befindet, enthalten sind. Die Referenzspannung VC0 zum Festlegen dieser Sauerstoffkonzentration wird zwischen 100 mV und 200 mV eingestellt. Der Widerstand R0, der zwischen der Ausgangsklemme des Differenzialverstärkers AMP und der porösen Elektrode 4b angeordnet ist, ist angepasst, um den ersten Pumpstrom IP1 zu detektieren. Eine Spannung VIP1, die sich am Widerstand R0 aufbaut, wird in die ECU 50 als Detektionssignal, korrespondierend zum ersten Pumpstrom IP1, eingespeist.
Eine konstante Spannung VP2 ist zwischen die porösen Elektroden 8b und 8c der zweiten Pumpzelle 8 den NOx-Fühlers 2 angelegt über einen Widerstand R3, der Bauteil des Fühlerschaltkreises 42 ist und als Konstantspannungsquelle der Erfindung dient. Die konstante Spannung VP2 wird derart gerichtet an die zweite Pumpzelle 8 angelegt, dass die porösen Elektroden 8c und 8b positive Elektrode bzw. negative Elektrode werden. Als Ergebnis fließt Strom von der porösen Elektrode 8c zur porösen Elektrode 8b, um dabei Sauerstoff aus dem zweiten Messraum 26 zu pumpen. Die konstante Spannung VP2 wird auf ein Spannungspotenzial von beispielsweise 450 mV eingestellt, so dass die NOx-Komponenten, die im Messgas enthalten sind, das vom ersten Messraum 20 über die diffusionsregelnde Schicht 6d und 22d in den zweiten Messraum 26 fließt, zersetzt werden um dadurch die Sauerstoffkomponente aus dem Messgas herauszupumpen.
Der Widerstand R3 ist abgestimmt, um den zweiten Pumpstrom IP2, der durch die zweite Pumpzelle 8 als Ergebnis des Anlegens der konstanten Spannung VP2 fließt, umzusetzen in eine Spannung VIP2, und abgestimmt um die Spannung VIP2 in die ECU 50 als Detektionssignal einzugeben, das mit dem zweiten Pumpstrom IP2 korrespondiert.
In der Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustandes des NOx-Okklusionskatalysators S3 regelt der Regelkreis 40 die Sauerstoffkonzentration im Messgas, welches in den ersten Messraum 20 über die diffusionsregelnde Schicht (erste diffusionsregelnde Schicht) 4d eingetreten ist, auf ein konstantes Niveau. Das Messgas mit einer geregelten konstanten Sauerstoffkonzentration fließt vom ersten Messraum 20 zum zweiten Messraum 26 über die diffusionsregelnden Schichten (zweite diffusionsregelnde Schichten) 6d und 22d. Demgemäß variiert der erste Pumpstrom IP1, der durch die erste Pumpzelle 4 fließt in Übereinstimmung mit der Sauerstoffkonzentration im Messgas. Der zweite Pumpstrom IP2, der zur Pumpzelle 8 fließt, variiert in Übereinstimmung mit der NOx-Konzentration im Messgas. Folglich kann die ECU 50 die Konzentrationen von Sauerstoff und NOx im Messgas bestimmen, indem die Detektionssignale VIP1 und VIP2, die mit den ersten bzw. zweiten Pumpströmen IP1 und IP2 korrespondieren, eingelesen werden und eine vorgegebene Berechnung durchgeführt wird, die auf den derart eingelesenen Signalen basiert.
Um die Genauigkeit der Messung der Sauerstoff- und NOx-Konzentrationen sicherzustellen, wird die Temperatur des NOx-Fühlers 2 vorzugsweise auf einem konstanten Niveau gehalten. Um diese Erfordernis zu erfüllen, wird der Strom, der an den Heizelementen 12 und 14 anliegt, vom Heizerregerkreis 44 so geregelt, dass die Temperatur TH, die vom Temperaturfühler 46 detektiert wird, eine Solltemperatur erreicht.
Die 4(a)–(c) und auch die 14(a)–(c) zeigen Kurven des gemessenen zweiten Pumpstromes IP2 des NOx-Fühlers 2, der dem NOx-Okklusionskatalysator S3 nachgeschaltet angeordnet ist, wenn die Motorsteuereinheit 52 den Betriebssteuerungsmodus der Verbrennungskraftmaschine S1 umschaltet, von Betriebssteuerung bei einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (nachstehend als Normalregelung bezeichnet) auf Betriebssteuerung bei magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (nachstehend als Magerregelung bezeichnet).
Wie in den 4a und 4b und auch 14a und 14b gezeigt, entweicht zunächst kaum NOx aus den NOx-Okklusionskatalysator S3, wenn der Regelungsmodus der Verbrennungskraftmaschine S1 von Normalregelung (A/F (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) 14) auf Magerregelung umgeschaltet wird, weil der NOx-Okklusionskatalysator S3 genügend NOx-Okklusionskapazität hat. Wenn sich die NOx-Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators S3 verschlechtert, mit der Zunahme von NOx, welches auf dem NOx-Okklusionskatalysator S3 in Form von Nitrat akkumuliert wird, nimmt das Entweichen von NOx aus dem NOx-Okklusionskatalysator S3 gegen die stromabwärtsliegende Seite des NOx-Okklusionskatalysator S3 zu, und zwar steigt die Konzentration von NOx-Messgas, was zu einem Ansteigen des zweiten Pumpstroms IP2 führt. Schließlich wird die Konzentration von NOx im Messgas, wenn der NOx-Okklusionskatalysator S3 in seiner Fähigkeit NOx zu speichern nahezu unbrauchbar ist, im Wesentlichen gleich der NOx-Konzentration im Abgas, das in dem NOx-Okklusionskatalysator S3 fließt.
4(c) und 14(c) zeigen die sich ergebenden Größen im Falle schwefelhaltigen Treibstoffs und stellen die Verschlechterung in der NOx-Okklusionskapazität dar, die durch Akkumulation von Schwefel, in Form von Sulfat, auf dem NOx-Okklusionskatalysator S3 verursacht wird. Wie aus 4(c) und 14(e) ersichtlich, ist die Steigerungsrate oder die Steigung des zweiten Pumpstroms IP2 größer als 4(b) und 14(b).
Der Prozess des Detektierens eines Funktionszustandes des NOx-Okklusionskatalysators S3 durch die ECU 50 wird als nächstes unter Benutzung des Fließbildes der 5 beschrieben.
Dieser Prozess wird wiederholt ausgeführt, nachdem der NOx-Fühler 2 durch Anlegen eines Stroms an die Heizelemente 12 und 14 aktiviert ist.
Wie in 5 zuerst gezeigt, wird in S110 (S bedeutet Schritt) ein Zeitglied für den Gebrauch im Prozess zurückgestellt. Anschließend entscheidet die ECU 50 in S120, basierend auf der Betriebssteuerungsinformation der Motorsteuereinheit 52, ob die Motorsteuereinheit 52 die Magerregelung gestartet hat. Nach Erkennen des Starts der Magerregelung geht die ECU 50 zu S130 weiter.
In S130 startet die ECU 50 die Zeit, die in S110 zurückgesetzt worden war. Anschließend, in S140, bestimmt die ECU 50, ob die Wartezeit Tw verstrichen ist.
Während einer gewissen Zeit, sofort nach Umschalten von Normalregelung auf Magerregelung, ist die Sauerstoffkonzentration im Abgas instabil. Dementsprechend variiert der Offset des zweiten Pumpstromes IP2, wodurch eine genaue Detektion unterdrückt wird. Also ist die Wartezeit Tw so auf eine Länge eingestellt, dass die Variation im zweiten Pumpstrom IP2, hervorgerufen durch das Umschalten des Kontrollmodus, ausreichend ausgeglichen ist.
Nach Detektieren des Verstreichens der Wartezeit Tw in S140 geht die ECU 50 weiter zu S150. In S150 liest die ECU 50 das Detektionssignal VIP2, um damit den zweiten Pumpstrom IP2 zu detektieren und zwar dient die ECU 50 als Detektionsmittel des zweiten Pumpstroms.
Weiter in S160 dient die ECU 50 als Temperatur-Detektionsmittel und Detektionsmittel des Zustandes des einströmenden Gases und detektiert die Temperatur TH des NOx-Fühlers 2, den Unterdruck Pb im Ansaugrohr und die Motorgeschwindigkeit Ne durch Benutzen des Temperaturfühlers 46, des Druckfühlers 47 und des Drehzahlfühlers 48. Anschließend berechnet die ECU 50 in S170 die Motorgeschwindigkeit Ne und zulässige Schwankungsbereiche für den Unterdruck Pb im Ansaugrohr.
Die zulässigen Schwankungsbereiche werden bestimmt durch die Schritte: Berechnen einschlägiger Durchschnittswerte des Unterdrucks Pb im Ansaugrohr und der Motorgeschwindigkeit Ne, die wiederholt in S160 detektiert werden; und Bestimmen eines Bereiches, der sich zusammensetzt aus jedem der berechneten Durchschnittswerte, die als Mittelwert des Bereiches dienen, und einer vorgegebenen Toleranz (z. B. ±10%) als Führungsgröße für jeden der zulässigen Schwankungsbereiche.
Die zulässigen Schwankungsbereiche dienen als Referenzwerte zum Detektieren abrupter Schwankungen der NOx-Konzentration des Abgases, des Luftkraftstoffverhältnisses und der Durchflussrate des Abgases, welches in den Okklusionskatalysator S3 fließt. Der Abgaszustand wird nicht direkt detektiert, sondern indirekt detektiert, basierend auf Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine S1 wie der Motorgeschwindigkeit Ne und dem Unterdruck Pb im Ansaugrohr, die entscheidende Faktoren des Abgaszustandes sind.
Speziell in der vorliegenden Ausführungsform wird der in S150 detektierte Pumpstrom IP2 auf der Fühlertemperatur TH basierend temperaturkompensiert, was später beschrieben wird. Im Fall einer großen Schwankung in den Betriebszuständen kann eine genügend hohe Genauigkeit selbst durch Temperaturkompensation nicht erreicht werden. Um so ein Problem zu verhindern, sind zulässige Schwankungsbereiche definiert, innerhalb derer eine genügend große Genauigkeit durch Temperaturkompensation erhalten werden kann.
In S180 beurteilt die ECU 50, ob der Unterdruck Pb im Ansaugrohr und die in S160 detektierte Motorgeschwindigkeit Ne innerhalb der in S170 eingestellten einschlägigen Schwankungsbereiche liegen.
Wenn sogar entweder Pb oder Ne nicht in den entsprechenden zulässigen Schwankungsbereich fallen geht die ECU 50 weiter zu S190 und stoppt den Zeitgeber. Anschließend gibt die ECU 50 in S200 eine Anforderung nach Auffrischung des NOx-Okklusionskatalysators S3 an die Motorsteuereinheit 52 aus und beendet den Detektionsprozess.
Wenn die ECU 50 in S180 entscheidet, dass sowohl der Unterdruck Pb im Ansaugrohr als auch die Motorgeschwindigkeit Ne innerhalb des einschlägig zulässigen Schwankungsbereiches liegen, geht die ECU 50 weiter zu S210. In S210, der als zweites Korrekturmittel dient, korrigiert die ECU150 den zweiten Pumpstrom IP2, der in S150 detektiert wurde, basierend auf der in S160 detektierten Fühlertemperatur TH.
Besonders in der vorliegenden Ausführungsform wird der Strom zum Heizerregerkreis 44 so geregelt, dass die vom Temperaturfühler 46 detektierte Temperatur konstant wird. Wenn jedoch die Abgastemperatur zeitweise sinkt in Zusammenhang mit einem Anwachsen des Ansaugluftvolumens während der Beschleunigung der Verbrennungskraftmaschine S1, oder wenn die Abgastemperatur zeitweise ansteigt in Zusammenhang mit der Abnahme des Ansaugluftvolumens während der Verzögerung der Verbrennungskraftmaschine S1, wird der NOx-Fühler 2 durch die Temperaturschwankung beeinflusst. Demzufolge schwanken sowohl der erste Pumpstrom IP1 als auch der zweite Pumpstrom IP2. Speziell der zweite Pumpstrom IP2 braucht eine relativ lange Zeit (ungefähr 1 Minute), bis er sich stabilisiert. Dies ist so, denn es braucht Zeit, um die Zielkonzentration der Sauerstoffkonzentration wieder herzustellen, sobald die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum 20 von einer Zielkonzentration abweicht, weil der erste Pumpstrom IP1 durch Schwankungen der Abgastemperatur beeinflusst wird. Diese Schwankung der Sauerstoffkonzentration bewirkt eine Offsetschwankung des zweiten Pumpstromes IP2.
Um die Schwankung im Offset des zweiten Pumpstromes IP2 genau auszugleichen, wird in der vorliegenden Ausführungsform, ungeachtet abrupter Schwankungen in der Abgastemperatur, die Temperatur des NOx-Fühlers 2 mittels Temperaturfühler 46 gemessen und der Betrag der Temperaturberichtigung wird bestimmt basierend auf der ge messenen Temperatur und unter Benutzung z. B. des Temperaturkorrekturdiagramms in 6. Basierend auf dem so festgelegten Betrag der Temperaturberichtigung wird der zweite Pumpstrom IP2 korrigiert.
In S220 berechnet die ECU 50 unter Benutzung des korrigierten zweiten Pumpstromes IP2 einen Relativwert ΔIP2 unter Bezug auf den zweiten Pumpstrom IP2o, der erst detektiert wird (zur Zeit t1 in 4) nach dem Start des Zeitgebers (ΔIP2 = IP2 – IP2o). Anschließend, in S230, dient die ECU 50 als Funktionsverschlechterungs-Beurteilungsmittel und bestimmt, ob der Relativwert ΔIP2 gleich oder größer als der vorgegebene Wert Ic ist. Im Falle einer NEIN-Beurteilung berücksichtigt die ECU 50, dass der NOx-Okklusionskatalysator S3 noch Okklusionskapazität besitzt (der Katalysator S3 hat sich noch nicht verschlechtert) und geht zurück zu S150.
Der vorgegebene Ic-Wert ist nicht besonders begrenzt sondern liegt vorzugsweise um 70% bis 80% des detektierten Pumpstroms IP2, solange der Ic-Wert kleiner ist als der zweite Pumpstrom IP2, wie er detektiert wird, wenn der NOx-Okklusionskatalysator unbrauchbar wird und überhaupt kein NOx mehr speichert.
Während die ECU 50 die Schritte S150–S180 und S210–S230 wiederholt, lagert sich auf dem NOx-Okklusionskatalysator S3 im Abgas enthaltenes NOx in Form von Nitrat an. Da die Menge des angelagerten Nitrats mit fortschreitender Zeit zunimmt, verschlechtert sich die NOx-Okklusionskapazität und die NOx-Konzentration im Messgas an einer dem NOx-Okklusionskatalysator S3 nachgeschalteten Stelle nimmt zu. Dementsprechend steigen der zweite Pumpstrom IP2 und sein Relativwert ΔIP2 allmählich.
Demzufolge wird der Relativwert ΔIP2 gleich oder größer als der vorgegebene Ic-Wert, was zu einer JA-Beurteilung in S230 führt. Die ECU 50 geht dann zu S240 weiter. In S240 dient die ECU 50 als Stromzunahme-Zeit-Messmittel und stoppt den Zeitgeber und zeichnet den abgelesenen Messwert des Zeitgebers als Größe TO auf. Anschließend, in S250, dient die ECU 50 als Mittel zum Einstellen des zulässigen Wertes und berechnet einen Zeit-Grenzwert Tth, der benutzt wird für das Detektieren einer Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators S3.
Besonders der Zeit-Grenzwert Tth wird auf folgende Weise berechnet. Die ECU 50 schätzt den Durchfluss des Abgases und die NOx-Konzentration im Abgas basierend auf einschlägigen Durchschnittswerten des Unterdrucks Pb im Ansaugrohr und der Motorgeschwindigkeit Ne, die wiederholt im S160 detektiert werden, während der Zeitgeber aktiv ist. Basierend auf dem geschätzten Durchfluss der NOx-Konzentration, schätzt die ECU 50 die benötigte Zeit, die gebraucht wird, damit der zweite Pumpstrom IP2 den vorgegebenen Ic-Wert überschreitet. Die so geschätzte Zeit wird als der Zeit-Grenzwert Tth bestimmt. Namentlich der Zeit-Grenzwert Tth kann durch Benutzen eines Diagramms festgelegt werden, das als Parameter einen Durchschnittsunterdruck Pb im Ansaugrohr und eine Durchschnittsmotorgeschwindigkeit Ne enthält.
Anschließend in S260 dient die ECU 50 als Mittel zum Beurteilen der Funktionsanomalie und bestimmt ob die gemessene TO, die in S240 gespeichert ist, kleiner als der Zeit-Grenzwert Tth ist. Im Falle einer NEIN-Beurteilung berücksichtigt die ECU 50, dass der NOx-Okklusionskatalysator S3 aufgrund von Nitratanlagerung unter Funktionsverschlechterung leidet und geht weiter zu S200. In S200 gibt die ECU 50 eine Anforderung zum Auffrischen des NOx-Okklusionskatalysators S3 an die Motorsteuereinheit 52 heraus.
Im Gegensatz dazu berücksichtigt die ECU 50 im Falle einer JA-Beurteilung in S260, dass der NOx-Okklusionskatalysator S3 eine Anomalie erleidet, wie Anreicherung von Sulfat oder Abblätterung von NOx-Speichermaterial, und geht weiter zu S270. In S270 gibt die ECU 50 eine Anforderung für Ausbrennen des Katalysators an die Motorsteuereinheit 52 und beendet dann den Detektionsprozess.
Nach Empfang der Anforderung zum Auffrischen von der ECU 50, regelt die Motorsteuereinheit 52 den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine S1 so, dass zeitweise ein reiches Luftkraftstoffverhältnis aufgebaut wird, wodurch unverbranntes Gas aus der Verbrennungskraftmaschine S1 emittiert wird. Bei der Reaktion des unverbrannten Gases mit dem NOx-Katalysator S3 angelagerten Nitrat wird der NOx-Okklusionskatalysator S3 aufgefrischt. Nach Erhalten einer Anforderung für Katalysatorausbrennen von der ECU 50 erzeugt die Motorsteuereinheit 52 zeitweise derartige Bedingungen, um das auf dem NOx-Okklusionskatalysator S3 angelagerte Sulfat durch Reaktion zu reduzieren und dadurch den NOx-Okklusionskatalysator S3 aufzufrischen (auszubrennen).
Wie oben beschrieben, wird die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators S3 als verschlechtert beurteilt wenn in der Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators, entsprechend der vorliegenden Ausführungsform, der Relativwert ΔIP2 unter Bezug auf den zweiten Pumpstrom IP1, detektiert zum Zeitpunkt T1 nach dem Start der Magerregelung, oder die Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine S1 bei einem mageren Luftkraftstoffverhältnis, den vorgegebenen Ic-Wert übersteigt, namentlich wenn die Menge des aus dem NOx-Okklusionskatalysator S3 entweichenden NOx einen vorgegebenen Wert übersteigt. Auch wenn eine Zeit TO, die der Relativwert ΔIP2 benötigt, um den vorgegebenen Ic-Wert zu überschreiten, kleiner ist als der Zeit-Grenzwert Th, wird die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators S3 als eine Anomalie erleidend beurteilt.
So wird in der vorliegenden Ausführungsform eine funktionelle Verschlechterung des NOx-Okklusionskatalysators S3 detektiert, ohne einen absoluten Wert des zweiten Pumpstromes IP2 zu benutzen, indem der Relativwert ΔIP2, der einen Offset des zweiten Pumpstromes IP2 behebt, und die Variation des zweiten Pumpstromes IP2 unter Bezug auf die Zeit (namentlich Steigung) benutzt werden. So kann eine genaue Detektion erfolgen, ohne von einem Offset des zweiten Pumpstromes IP2 beeinflusst zu werden.
Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform, basierend auf der Fühlertemperatur TH, die vom Temperaturfühler 46 detektiert wird, ein Offset des zweiten Pumpstromes IP2 aufgrund von Temperaturschwankungen kompensiert. So wird die Detektion nicht von der Schwankung der Fühlertemperatur beeinflusst, wenn während der Detektion eine auftreten sollte.
In der vorliegenden Ausführungsform werden auch Parameter (der Unterdruck Pb im Ansaugrohr und die Motorgeschwindigkeit Ne), die beispielhaft für die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine S1 sind, nacheinander detektiert. Wenn einer der beiden Detektierten aus dem korrespondierenden zulässigen Schwankungsbereich herausfällt, wird dieses Phänomen als auf eine abrupte Schwankung in den Betriebsbedingungen hinweisend berücksichtigt. Folglich wird die Beurteilung der funktionellen Verschlechterung unterbrochen und eine Anforderung nach Auffrischung wird sofort ausgegeben.
Dementsprechend werden fehlerhafte Beurteilungen zuverlässig verhindert, die andernfalls eine unnötige Anforderung nach Katalysatorausbrennen hervorrufen und die der Vorrichtung eine Belastung auferlegen würden.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als nächstes im Folgenden beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich teilweise von der ersten Ausführungsform im Prozess des Detektierens des Funktionszustandes durch die ECU 50. Deshalb wird nur der unterschiedliche Teil des Prozesses beschrieben.
7 ist ein Fließbild, das den Prozess des Detektierens des Funktionszustandes der vorliegenden Ausführungsform beschreibt. S310 bis 350 sind mit den korrespondierenden Schritten der ersten Ausführungsform identisch. Kennzeichnend ist das Zu rücksetzen des Zeitgebers (S310) durch die ECU 50; wenn der Betriebssteuerungsmodus der Verbrennungskraftmaschine S1 auf Magerregelung (S320) umgeschaltet wird, startet die ECU 50 den Zeitgeber (S330); und nach Ablauf der Wartezeit Tw (S340) startet die ECU 50 das Detektieren des zweiten Pumpstromes IP2 (S350).
In S360 detektiert die ECU 50 die Fühlertemperatur TH, den Unterdruck Pb im Ansaugrohr und die Motorgeschwindigkeit Ne mittels Temperaturfühler 46, Druckfühler 47 bzw. Drehzahlfühler 48. Indem sie als Detektionsmittel der Sauerstoffkonzentration dient, detektiert die ECU 50 den ersten Pumpstrom IP1 durch Aufzeichnen des Signals VIP1.
Anschließend berechnet die ECU 50 in S370 einen zulässigen Schwankungsbereich für den ersten Pumpstrom IP1. Der zulässige Schwankungsbereich wird bestimmt durch die Schritte: Berechnen eines Durchschnittswertes des ersten Pumpstromes IP1, der wiederholt in S360 detektiert wird; und Bestimmen eines Bereiches, der sich zusammensetzt aus jedem der berechneten Durchschnittswerte, die als Mittelwerte des Bereiches dienen, und einer vorgegebenen Toleranz (z. B ±10%) als Führungsgröße für jeden der zulässigen Schwanungsbereiche.
In S380 beurteilt die ECU 50, ob der in S360 detektierte erste Pumpstrom IP1 innerhalb seines in S370 festgelegten zulässigen Schwankungsbereichs liegt. Im Fall einer NEIN-Beurteilung, wie in S190 und S200 der ersten Ausführungsform, führt die ECU 50 S390 und S400 aus; speziell stoppt die ECU 50 den Zeitgeber, gibt eine Anforderung zur Auffrischung des NOx-Okklusionskatalysators S3 an die Motorsteuervorrichtung 52 heraus und beendet dann den Detektionsprozess.
Im Fall einer JA-Beurteilung in S380 geht die ECU 50 weiter zu S410. In S410 dient die ECU 50 als das erste und zweite Regelmittel und regelt den zweiten Pumpstrom IP2, der in S350 basierend auf der Fühlertemperatur TH detektiert wird, und den ersten Pumpstrom IP1, der in S360 detektiert wird.
Zusätzlich zur Temperaturkompensation, die in der ersten Ausführungsform durchgeführt wird, detektiert die ECU 50 in der vorliegenden Ausführungsform direkt die Schwankung der Sauerstoffkonzentration (Luft-Kraftstoffverhältnis) des Messgases, um dadurch den zweiten Pumpstrom IP2 genauer anpassen zu können.
Speziell um den zweiten Pumpstrom IP2 nur mit der NOx-Konzentration, die im Messgas enthalten ist, in Übereinstimmung zu bringen, werden Offsetwerte des zweiten Pumpstroms IP2, die mit den Sauerstoffkonzentrationswerten durch Messungen eines Messgases, das kein NOx enthält (siehe 12) im voraus in Form eines Diagramms gespeichert. Basierend auf einem Offsetwert, der aus dem Diagramm gelesen wird, korrigiert die ECU 50 den detektierten zweiten Pumpstrom IP2 solange wie die Sauerstoffkonzentration im Messgas, detektiert in Form des Pumpstromes IP1, als Parameter benutzt wird,.
Anschließend, in S420 bis S470, wie in S220 bis S270 der ersten Ausführungsform, basierend auf dem berichtigten zweiten Pumpstrom IP2, berechnet die ECU 50 den Relativwert ΔIP2 in Bezug auf den, nach dem Start des Zeitgebers zuerst detektierten zweiten Pumpstrom IP2o (S420). Anschließend beurteilt die ECU 50, ob der Relativwert ΔIP2 gleich oder größer als der vorgegebene Ic-Wert ist (S430). Wenn der Relativwert ΔIP2 kleiner als der vorgegebene Ic-Wert ist, kehrt die ECU 50 zu S350 zurück. Wenn der Relativwert ΔIP2 gleich oder größer als der vorgegebene Ic-Wert ist, dann stoppt die ECU 50 den Zeitgeber und registriert den abgelesenen Messwert des Zeitgebers als die Größe TO (S440). Anschließend, basierend auf einschlägigen Durchschnittswerten des Unterdrucks Pb im Ansaugrohr und der Motorgeschwindigkeit Ne, die wiederholt in S360 detektiert werden, berechnet die ECU 50 den Zeit-Grenzwert Tth (S450). Dann beurteilt die ECU 50, ob die Größe TO, die in S440 gespeichert ist, kleiner als der Zeit-Grenzwert Tth (S460) ist. Wenn die Größe TO gleich oder größer als der Zeit-Grenzwert Tth ist, dann gibt die ECU 50 eine Anforderung zur Auffrischung an die Motorsteuereinheit 52 heraus. Wenn die Größe TO kleiner als der Zeit-Grenzwert Tth ist, dann gibt die ECU 50 eine Anforderung zum Katalysatorausbrennen an die Motorsteuereinheit 52 (S470) heraus und beendet dann den Detektionsprozess.
Wie oben beschrieben, wird entsprechend der Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Detektieren eines Funktionszustandes des NOx-Okklusionskatalysators, wie im Fall der ersten Ausführungsform, durch Benutzen des Relativwertes ΔIP2 des zweiten Pumpstromes IP2 und Variation des zweiten Pumpstromes IP2 in Bezug auf die Zeit (und zwar Steigung), eine Funktionsverschlechterung des NOx-Okklusionskatalysators S3 detektiert, ohne die absoluten Werte des zweiten Pumpstromes IP2 zu benutzen. So kann eine exakte Detektion ausgeführt werden, ohne von einem Offset des zweiten Pumpstromes IP2 beeinträchtigt zu werden.
Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform, nicht nur auf der Fühlertemperatur TH, sondern auch auf den ersten Pumpstrom IP1 basierend, der zweite Pumpstrom IP2 berichtigt. So kann eine genaue Detektion durchgeführt werden, ohne beeinträchtigt zu werden von Schwankungen der Fühlertemperatur TH und Schwankungen der Sauerstoffkonzentration (Luft-Kraftstoffverhältnis) im Messgas, falls solche während der Detektion überhaupt auftreten.
Auch kann Umgebungsveränderung, die den zweiten Pumpstrom IP2 beeinflusst, genauer detektiert werden, weil die Sauerstoffkonzentration im Messgas mit dem NOx-Fühler 2 detektiert wird, ohne einen neuen Fühler dafür zu brauchen. Dementsprechend kann der zweite Pumpstrom IP2 genau berichtigt werden.
Die vorliegende Ausführungsform geht davon aus, dass der zuerst detektierte Wert IP2o, der als Referenzwert für die Berechnung des Relativwertes ΔIP2 des zweiten Pumpstromes IP2 dient, detektiert wird, während der NOx-Okklusionskatalysator S3 genügend NOx-Okklusionskapazität hat. Wenn die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators S3 sich wesentlich verschlechtert, aufgrund von z. B. Abblättern einer großen Menge NOx-Speichermaterials, steigt der zweite Pumpstrom IP2 sofort schlagartig an, nachdem der Betriebssteuerungsmodus auf Magerregelung umgeschaltet wurde, wie in 8(a) und (b) gezeigt. In diesem Fall, zur Zeit t 1, wenn die Detektion erstmals nach dem Ablauf der Wartezeit Tw erfolgt, ist der zweite Pumpstrom IP2 schon stark angestiegen. Deshalb wird der Relativwert ΔIP2 den vorgegebenen Wert Ic nicht überschreiten, wenn der zweite Pumpstrom IP2, detektiert zur Zeit t1, als Referenzwert für die Berechnung des Relativwertes ΔIP2 des zweiten Pumpstromes, benutzt wird. Als Ergebnis kann die Regelung abgeschaltet werden.
Um dem obigen Problem vorzubeugen, kann z. B. die obere Begrenzung des Zeitgeberwertes vorgegeben werden. Eine Unterbrechung kann als ein Hinweis auf eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators S3 betrachtet werden und eine Anforderung nach Ausbrennen des Katalysators kann ausgegeben werden.
Alternativ kann eine Vielzahl von vorgegebenen Werten schrittweise zum Vergleich mit den zweiten Pumpstrom IP2 eingestellt werden. Die Steigung des zweiten Pumpstromes IP2 ist für jede Spanne zwischen den benachbarten vorgegebenen Werten zu erhalten. Basierend auf den so erhaltenen Steigungen kann eine Bestimmung durchgeführt werden wenn auch die oben erwähnte Anomalie vorliegt.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist als nächstes im Folgenden beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform im Funktionszustands-Detektionsprozess, der von der ECU 50 durchgeführt wird. Deshalb wird nur der unterschiedliche Teil des Prozesses beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Anforderung nach Auffrischung periodisch in konstanten Zeitintervallen ausgesandt und der Funktionszustands-Detektionsprozess wird nur angeglichen, um eine Anforderung für Ausbrennen des Katalysators auszugeben.
9 ist ein Fließbild, das den Funktionszustands-Detektionsprozess in der vorliegenden Ausführungsform darstellt. S510 bis S590 sind identisch mit S310 bis S390 der zweiten Ausführungsform. Kennzeichnend ist, dass die ECU 50 den Zeitgeber zurückstellt (S510); Wenn der Betriebssteuerungsmodus der Verbrennungskraftmaschine S1 auf Magerregelung umgeschaltet wird (S520), startet die ECU 50 den Zeitgeber (S530) und nach Ablauf der Wartezeit Tw (S540) beginnt die ECU 50 den zweiten Pumpstrom IP2 zu detektieren (S550). In diesem Detektionsprozess, der Zeitgeber unterscheidet sich von denen der ersten und zweiten Ausführungsform, geht der Zeitgeber, der in S530 startet, auf Unterbrechung wenn er eine vorgegebene Zeit Tc misst.
Die ECU 50 detektiert die Fühlertemperatur TH, den Unterdruck Pb im Ansaugrohr und die Motorgeschwindigkeit Ne und liest das Detektionssignal VIP1 ein (S560). Dann berechnet die ECU 50 einen zulässigen Schwankungsbereich für den ersten Pumpstrom IP1 (S570). Wenn der in S550 gemessene erste Pumpstrom IP1 aus dem zulässigen Schwankungsbereich, der in S570 eingestellt wurde, herausfällt (eine NEIN-Beurteilung in S580), stoppt die ECU 50 den Zeitgeber (S590) und beendet dann den Detektionsprozess.
Wenn der in S560 detektierte erste Pumpstrom IP1 innerhalb des zulässigen Schwankungsbereiches liegt, der in S570 eingestellt wurde (eine JA-Beurteilung in S580), dann geht die ECU 50 zu S600 weiter.
[0164] In S600 setzt die ECU 50 fest, ob der Zeitgeber mit dem Messen der vorgegebenen Zeit Tc fertig ist (Unterbrechung). Wenn keine Unterbrechung bewirkt wird, dann kehrt die ECU 50 zu S550 zurück. Wenn eine Unterbrechung bewirkt wird, dann geht die ECU 50 weiter zu S610.
In S610, dienend als Stromzunahmemessmittel, berechnet die ECU 50 den Relativwert ΔIP2 zwischen dem zweiten Pumpstrom IP2o, wie zuerst nach dem Start des Zeitgebers gemessen, und dem zweiten Pumpstrom IP2e, wie zuletzt, unmittelbar bevor der Zeitgeber in Unterbrechung geht, gemessen (ΔIP2 = IP2o – IP2e), und zwar ein Ansteigen des zweiten Pumpstromes IP2, wie während eines festen Zeitintervalls (Tc – Tw) gemessen. Anschließend in S620, dienend als Mittel zum Justieren des zulässigen Einstellwertes, berechnet die ECU 50 einen Strom-Grenzwert Ith, der benutzt wird zum Detektieren einer Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators S3.
Namentlich der Strom-Grenzwert Ith wird auf folgende Weise berechnet: Die ECU 50 schätzt die Durchflussrate des Abgases und die NOx-Konzentration im Abgas, basierend auf den einschlägigen Durchschnittswerten des Unterdrucks Pb im Ansaugrohr und der Motorgeschwindigkeit Ne, die wiederholt im Schritt 560 detektiert werden während der Zeitgeber aktiv ist. Basierend auf der geschätzten Durchflussrate und der NOx-Konzentration schätzt die ECU 50 einen Anstieg des zweiten Pumpstromes IP2 während der festgelegten Zeitspanne (Tc – Tw). Basierend auf dem so geschätzten Anstieg wird der Strom-Grenzwert Ith eingestellt.
Die zweiten Pumpströme IP2o und IP2e, die zur Berechnung des Relativwertes ΔIP2 benutzt werden, können korrigiert werden, basierend auf der Fühlertemperatur TH und dem ersten Pumpstrom IP1, gemessen in S560, auf eine ähnliche An und Weise, wie die in S210 und S410 der ersten bzw. zweiten Ausführungsform.
In S630 beurteilt die ECU 50, ob der Relativwert ΔIP2, berechnet in S610, kleiner ist als der Strom-Grenzwert Ith, der in S620 berechnet wurde. Wenn, z. B. wie in 10(b) gezeigt, der Relativwert ΔIP2 des zweiten Pumpstromes IP2 kleiner als der Strom-Grenzwert Ith ist (und zwar die Steigung des zweiten Pumpstromes IP2 kleiner ist als der korrespondierende zulässige Wert), und so eine JA-Beurteilung in S630 durchgeführt wird, beendet die ECU 50 den Detektionsprozess. Im Gegensatz dazu, wenn z. B., wie in 10(c) gezeigt, der Relativwert ΔIP2 des zweiten Pumpstromes IP2 gleich oder größer ist als der Strom-Grenzwert Ith (und zwar die Steigung des zweiten Pumpstromes IP2 ist gleich oder größer als der korrespondierende zulässige Wert), und so eine NEIN-Beurteilung in S630 ausgeführt wird, geht die ECU 50 weiter nach S640. In S640 gibt die ECU 50 eine Anforderung für Katalysatorausbrennen an die Motorsteuereinheit 52 heraus. Die ECU 50 beendet dann den gegenwärtigen Prozess.
Wie im Falle der 4 zeigen die 10(a)–(c) Kurven des gemessenen zweiten Pumpstromes IP2 des NOx-Fühlers 2, der nachgelagert dem NOx-Okklusionskatalysator S3 angeordnet ist, wenn die Motorsteuerungseinheit 52 den Betriebssteuerungsmodus der Verbrennungskraftmaschine S1 umschaltet von Betriebssteuerung bei theoretischem Luftkraftstoffverhältnis (nachstehend als Normalregelung bezeichnet) auf Betriebssteuerung bei magerem Luftkraftstoffverhältnis (nachstehend als Magerregelung bezeichnet).
Wie oben beschrieben, erhält man, wie im Fall der ersten und zweiten Ausführungsform, die Steigung des zweiten Pumpstromes IP2 nach dem Start der Betriebssteuerung bei magerem Luftkraftstoffverhältnis, auf Basis der Zeit TO, die der zweite Pumpstrom IP2 benötigt, um einen vorgegebenen Wert zu erreichen. Alternativ kann die Steigung des zweiten Pumpstromes IP2 erhalten werden auf Basis eines Anstiegs von ΔIP2 des zweiten Pumpstromes, wie gemessen während der festgelegten Zeitspanne (Tc – Tw). Auch dies ermöglicht der vorliegenden Ausführungsform eine Leistung, ähnlich der, die von der ersten und zweiten Ausführungsform erreicht werden.
Besonders in der vorliegenden Ausführungsform beurteilt die ECU 50, ob die Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators eine Anomalie erleidet, die auf ein Ansteigen von ΔIP2 des zweiten Pumpstromes zurückzuführen ist, wie während der festen Zeitspanne (Tc – Tw) gemessen. Alternativ kann diese Beurteilung ausgeführt werden, basierend auf einem Integralwert des zweiten Pumpstromes über die fixe Zeitspanne (Tc – Tw). In diesem Fall, sogar wenn der zweite Pumpstrom IP2 unter Rauschen leidet, kann ein gegenläufiger Effekt des Rauschens vermindert werden; so kann die Beurteilung hoch zuverlässig durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden.
Z. B. beurteilt die ECU 50 in den oben beschriebenen Ausführungsformen in S120, S320 und S520, ob der Betriebssteuerungsmodus der Verbrennungskraftmaschine S1 auf Magerregelung geschaltet ist, basierend auf der Betriebssteuerungsinformation, die sie von der Motorsteuerungseinheit 52 erhalten hat. Die Beurteilung kann jedoch durchgeführt werden, indem festgelegt wird, ob der erste Pumpstrom Ip1, der proportional der Sauerstoffkonzentration im Messgas ist, einen Wert annimmt, der der Sauerstoffkonzentration entspricht, die mit einem mageren Luftkraftstoffverhältnis übereinstimmt.
In diesem Fall, im Gegensatz zu dem Fall, in dem die von der Motorsteuereinheit 52 erhaltene Betriebssteuerungsinformation genutzt wird, wird eine aktuelle Schwankung des Abgaszustandes detektiert. Auf diese Weise kann ein Funktionszustand des NOx-Okklusionskatalysators durch schnelles Ansprechverhalten auf die Änderung eines Abgaszustandes bearbeitet werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Temperatur TH des NOx-Fühlers 2 durch Benutzen des Temperaturfühlers 46 erhalten. Jedoch kann, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 8-296676, angemeldet von den Antragsstellern der vorliegenden Erfindung, der Widerstand der VS-Zelle 6 detektiert werden und die Temperatur des NOx-Fühlers 2 kann basierend auf dem detektierten Widerstand erhalten werden.
Weiterhin wird in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Zeit-Grenzwert eingestellt, basierend auf dem Unterdruck Pb im Ansaugrohr und der Motorge schwindigkeit Ne. Jedoch kann jeder Parameter genutzt werden, solange er den Durchfluss des Abgases und die NOx-Konzentration im Abgas beeinflusst.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird die Sauerstoffkonzentration unter Verwendung des NOx-Fühlers 2 detektiert. Jedoch kann ein separater Sauerstofffühler eingesetzt werden, um die Sauerstoffkonzentration zu detektieren.
Vierte Ausführungsform
Der Vorgang zum Detektieren eines Funktionszustandes eines NOx-Okklusionskatalysators S3 durch die ECU 50 in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird als nächstes, dem Fließbild der 15 folgend, beschrieben.
Gleichzeitig mit dem Ausführen des Detektionsvorgangs wird ein Prozess ausgeführt zum Einlesen der Fühlertemperatur TH von Temperaturfühler 46 und Regeln der Fühlertemperatur auf eine konstante Ansteuerungstemperatur. Dieser Vorgang wird wiederholt ausgeführt, nachdem der NOx-Fühler 2 durch Anlegen eines Stromes an die Heizelemente 12 und 14 aktiviert ist.
Wie in 15 gezeigt, wird zuerst in S710 (S steht für Schritt) ein in dem Prozess benutzter Zeitgeber zurückgesetzt. Anschließend beurteilt die ECU 50 in S720, ob die Motorkontrolleinheit 52 eine Magerregelung ausführt. Nach dem Detektieren, dass die Magerregelung wirksam ist, geht die ECU 50 zu S730 weiter.
Die ECU 50 kann aufgrund der Betriebssteuerungsinformation, die sie von der Motorsteuerungseinheit 52 erhalten hat, beurteilen, ob die Magerregelung wirksam ist. Alternativ kann die ECU 50 den ersten Pumpstrom IP1 durch Einlesen des Detektionssignals VIP1 detektieren und kann beurteilen, ob der detektierte erste Pumpstrom IP1 auf eine Sauerstoffkonzentration hinweist, die mit einem mageren Luftkraftstoffverhältnis übereinstimmt, dabei beurteilend, ob die Magerregelung wirksam ist.
In S730 startet die ECU 50 den Zeitgeber, der in S710 zurückgesetzt worden ist. Anschließend liest die ECU 50 in S740 das Detektionssignal VIP2 ein, um dadurch den zweiten Pumpstrom IP2 zu detektieren und speichert den detektierten Wert zusammen mit den dazugehörigen Zeitgeberwert. In S750 beurteilt die ECU 50, ob die Wartezeit Tw verstrichen ist. Im Falle einer NEIN-Beurteilung führt die ECU 50 S740 wiederum aus.
Besonders während die NEIN-Beurteilung in S750 wirksam ist, detektiert die ECU 50 in S740 wiederholt den zweiten Pumpstrom IP2 in Intervallen von etwa 5 bis 20 ms (Abtastrate: 50 Hz bis 200 Hz). Die Wartezeit Tw wird auf eine Länge eingestellt, während der Schwankungen im zweiten Pumpstrom IP2, hervorgerufen durch Umschalten des Regelmodus von Normalregelung auf Magerregelung, genügend ausgeglichen werden.
Wenn der Ablauf der Wartezeit Tw nach Starten des Zeitgebers eine JA-Beurteilung in S750 hervorruft, geht die ECU 50 weiter zu S760. In S760 wählt die ECU 50 einen Minimalwert aus zusammen mit einem dazugehörigen Zeitgeberwert aus den Werten des zweiten Pumpstromes, die durch die wiederholte Detektion in S740, während der Wartezeit Tw gespeichert wurden, und speichert den ausgewählten Minimalwert und Zeitgeberwert als zweiten Pumpstromreferenzwert IP2s bzw. als Zeitgeberreferenzwert Ts (siehe 14(b) und 14(c)). Wenn eine Vielzahl von Minimalwerten des zweiten Pumpstromes IP2 vorhanden sind, wird der letzte detektierte Minimalwert als der zweite Referenzpumpstrom IP2s ausgewählt.
Hierin wird ein Minimalwert des zweiten Pumpstromes IP2 nach dem Ablauf der Wartezeit Tw ausgewählt. Das Auswählen des Minimalwertes des zweiten Pumpstromes IP2 kann derart durchgeführt werden, dass während der Wartezeit Tw nach jedem Detektieren des zweiten Pumpstromes IP2 der detektierte Wert mit gespeicherten Werten verglichen wird, um den Minimalwert auszuwählen.
Im anschließenden S770, wie in S740, liest die ECU 50 das Detektionssignal VIP2, um dadurch den zweiten Pumpstrom IP2 zu detektieren. Der S770-Schritt wird wiederholt durchgeführt, was später beschrieben wird. Besonders in S770 detektiert die ECU 50 wiederholt den zweiten Pumpstrom IP2 während einer längeren und niederfrequenteren Detektionsperiode als in S740, d. h. in Intervallen von ungefähr 20 bis 100 ms (Abtastrate 1 Hz bis 50 Hz).
In S780 detektiert die ECU 50 den Unterdruck Pb im Ansaugrohr und die Motorgeschwindigkeit Ne unter Benutzung des Druckfühlers 47 bzw. des Drehzahlfühlers 48. Anschließend, in S790, berechnet die ECU 50 zulässige Schwankungsbereiche für den Unterdruck Pb im Ansaugrohr und die Motorgeschwindigkeit Ne.
Die zulässigen Schwankungsbereiche werden durch folgende Schritte festgelegt: Berechnung einschlägiger Durchschnittswerte der Motorgeschwindigkeit Ne und des Unterdrucks Pb im Ansaugrohr, die wiederholt in S770 detektiert werden nachdem der Zeitgeber in S730 gestartet wurde; und Bestimmen eines Bereiches jeweils zusammengesetzt aus den berechneten Durchschnittswerten, die als Mittelwert des Bereiches dienen, und einer vorgegebenen Toleranz (z. B. ±10%) als einem eingestellten Wert für jeden der zulässigen Schwankungsbereiche.
Die zulässigen Schwankungsbereiche dienen als Referenzwerte zum Detektieren abrupter Schwankungen des Luftkraftstoffverhältnisses, der NOx-Konzentration im Abgas und der Durchflussrate des Abgases, das in den NOx-Okklusionskatalysator S3 fließt. Der Zustand des Abgases ist nicht direkt, sondern indirekt detektiert, basierend auf dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine S1, wie der Motorgeschwindigkeit Ne und dem Unterdruck Pb im Ansaugrohr, die Determinanten des Abgaszustandes sind.
Besonders wenn die Sauerstoff- und NOx-Konzentrationen im Abgas stark schwanken, wegen z. B. Schwankungen in den Betriebsbedingungen, kann der zweite Pumpstrom IP2 nicht mit einer genügend hohen (enauigkeit detektiert werden. Deshalb werden in der vorliegenden Ausführungsform die zulässigen Schwankungsbereiche so eingestellt, um zuverlässig eine genügend hohe Genauigkeit zu erreichen und dabei einen fehlerhaften Betrieb zu vermeiden.
In S800 beurteilt die ECU 50, ob der Unterdruck im Ansaugrohr und die Motorgeschwindigkeit, die in S780 detektiert wurden, innerhalb der einschlägigen zulässigen in S790 eingestellten Schwankungsbereiche liegen. Wenn sogar entweder Pb oder Ne nicht in den entsprechenden zulässigen Schwankungsbereich fallen, geht die ECU 50 zu S810 und stoppt den Zeitgeber. Anschließend gibt die ECU 50 in S820 eine Anforderung nach Auffrischung des NOx-Okklusionskatalysators S3 an die Motorsteuereinheit 52 aus und beendet den Detektionsprozess.
In S800 geht die ECU 50 weiter nach S830, wenn sie beurteilt, dass beide, der Unterdruck Pb im Ansaugrohr und die Motorgeschwindigkeit Ne, innerhalb der einschlägigen zulässigen Schwankungsbereiche liegen. In S830 berechnet die ECU 50 einen Relativwert ΔIP2 eines letzten zweiten Pumpstromes IP2e, der in S770 detektiert wird in Bezug auf den zweiten Referenzpumpstrom IP2s, gespeichert in S760 (ΔIP2 = IP2e – IP2s).
In S840 beurteilt die ECU 50, ob der in S830 berechnete Relativwert ΔIP2 gleich oder größer als ein vorgegebener Ic-Wert ist. Im Falle einer NEIN-Beurteilung berücksichtigt die ECU 50, dass der NOx-Okklusionskatalysator S3 noch Okklusionskapazität hat (der Katalysator S3 hat sich noch nicht verschlechtert) und kehrt zurück zu S770.
Der vorgegebene Ic-Wert ist nicht besonders begrenzt, sondern liegt vorzugsweise um 70% bis 80% des detektierten Pumpstroms IP2, solange der Ic-Wert kleiner ist als der zweite Pumpstrom IP2 wie er detektiert wird, wenn der NOx-Okklusionskatalysator unbrauchbar wird und überhaupt kein NOx mehr speichert.
Während die ECU 50 die Schritte S770 bis S800, S830 und S840 wiederholt, verschlechtert sich die NOx-Okklusionskapazität und die NOx-Konzentration im Messgas, wie gemessen an einer Stelle, die dem NOx-Okklusionskatalysator S3 nachgeschaltet ist, steigt an. Entsprechend steigen der Pumpstrom IP2 und sein Relativwert ΔIP2 allmählich.
Als Ergebnis wird der Relativwert ΔIP2 gleich oder größer als der vorgegebene Ic-Wert, was in einer JA-Beurteilung in S840 resultiert. Die ECU 50 geht weiter zu S850. In S850 stoppt die ECU 50 den Zeitgeber und berechnet eine Messzeit ΔT, basierend auf dem abgelesenen Messwert Te des gestoppten Zeitgebers und des Referenzzeitgeberwertes Ts (ΔT = Te – Ts). Anschließend kalkuliert die ECU in S860 einen Zeit-Grenzwert Tth, der benutzt wird, um eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators S3 zu detektieren.
Der Zeit-Grenzwert Tth wird besonders auf folgende Art berechnet. Die ECU 50 berechnet die Durchflussrate des Abgases und die Stickoxidkonzentration im Abgas, basierend auf einschlägigen Durchschnittswerten des Unterdrucks Pb im Ansaugrohr und der Motorgeschwindigkeit, die wiederholt in S780 detektiert werden, während der Zeitgeber aktiv ist. Basierend auf der berechneten Durchflussrate und der NOx-Konzentration berechnet die ECU 50 die Zeit, die der zweite Pumpstrom IP2 benötigt, um den vorgegebenen Ic-Wert zu überschreiten. Die so berechnete Zeit wird als Zeit-Grenzwert Tth eingestellt. Besonders der Zeit-Grenzwert Tth kann durch Benutzung eines Diagramms, das als Parameter einen durchschnittlichen Unterdruck Pb im Ansaugrohr und eine durchschnittliche Motorgeschwindigkeit Ne enthält, bestimmt werden.
Anschließend beurteilt die ECU 50 in S870, ob die Messzeit ΔT, berechnet in S850, kleiner ist als der Zeit-Grenzwert Tth, der in S860 eingestellt wurde. Im Falle einer NEIN-Beurteilung berücksichtigt die ECU 50, dass der NOx-Okklusionskatalysator S3 einer funktionellen Verschlechterung aufgrund von Nitratanreicherung unterliegt und geht zu S820 weiter. In S820 gibt die ECU 50 eine Anforderung zur Auffrischung des NOx-Okklusionskatalysators S3 an die Motorregelungseinheit 52 heraus.
Im Gegensatz dazu berücksichtigt die ECU 50 im Falle einer JA-Beurteilung in S870, dass der NOx-Okklusionskatalysator S3 einer Anomalie wie Sulfatanreicherung oder Abblättern von NOx-Speichermaterial unterliegt und geht weiter zu S880. In S880 gibt die ECU 50 eine Anforderung für Katalysatorausbrennen an die Motorregelungseinheit 52 heraus und beendet dann den Detektionsprozess.
Nach Empfang der Anforderung der ECU 50 zum Auffrischen regelt die Motorsteuereinheit 52 den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine S1 so, dass zeitweise ein reiches Luftkraftstoffverhältnis aufgebaut wird, wodurch unverbranntes Gas aus der Verbrennungskraftmaschine S1 emittiert wird. Bei der Reaktion des unverbrannten Gases mit dem auf dem NOx-Katalysator S3 angelagerten Nitrat wird der NOx-Okklusionskatalysator S3 aufgefrischt. Nach Erhalten einer Anforderung der ECU 50 für Katalysatorausbrennen erzeugt die Motorsteuereinheit 52 zeitweise derartige Bedingungen, um das auf dem NOx-Okklusionskatalysator S3 angelagerte Sulfat durch Reaktion zu reduzieren und dadurch den NOx-Okklusionskatalysator S3 aufzufrischen (auszubrennen).
In dem oben beschriebenen Detektionsprozess stimmen die Schritte S720 und S770 mit der Minimalwert-Detektionsmittel der vorliegenden Erfindung überein und die Schritte S830 und S870 stimmen überein mit dem Mittel zur Beurteilung des Funktionszustandes der vorliegenden Erfindung.
Wie oben beschrieben, benutzt die Vorrichtung der vorliegenden Ausführung zum Detektieren eines Funktionszustandes des NOx-Okklusionskatalysators keinen absoluten Wert des zweiten Pumpstromes IP2, sondern benutzt den Relativwert ΔIP2 des zweiten Pumpstromes, der einen Offset des zweiten Pumpstromes IP2 aufhebt, beim Beurteilen eines Funktionszustandes des NOx-Okklusionskatalysators S3 (ob der NOx-Okklusionskatalysator S3 eine funktionelle Verschlechterung oder eine funktionelle Anomalie erleidet). Auf diese Weise kann eine genaue Beurteilung erreicht werden.
Des Weiteren wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Minimalwert des zweiten Pumpstromes IP2, wie er während der Wartezeit Tw nach Starten der Magerregelung detektiert wird, als der zweite Referenzpumpstrom IP2s benutzt , der als ein Referenzwert bei der Berechnung des Relativwertes ΔIP2 des zweiten Pumpstromes dient . Auf diese Weise kann ein Funktionszustand des NOx-Okklusionskatalysators zuverlässig beurteilt werden, sogar wenn der zweite Pumpstrom IP2 bereits zum Zeitpunkt des Ablaufs der Wartezeit Tw wesentlich zugenommen hat wegen übermäßiger Verschlechterung der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators.
Demnach kann durch Einsatz der Detektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine verbesserte Zuverlässigkeit eines Abgasreinigungssystems, das den NOx-Okklusionskatalysator benutzt, erreicht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform werden auch Parameter (der Unterdruck Pb im Ansaugrohr und die Motorgeschwindigkeit Ne), die beispielhaft für die Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine S1 sind, nacheinander detektiert. Wenn einer der beiden detektierten Werte aus dem korrespondierenden zulässigen Schwankungsbereich herausfällt, wird dieses Phänomen als auf eine abrupte Schwankung in den Betriebsbedingungen hinweisend berücksichtigt. Folglich wird die Beurteilung der funktionellen Verschlechterung unterbrochen und eine Anforderung nach Auffrischung wird sofort ausgegeben.
Dementsprechend kann eine fehlerhafte Beurteilungen, welche andernfalls eine unnötige Anforderung zum Katalysatorausbrennen hervorrufen würden, die der Vorrichtung eine Belastung auferlegte, zuverlässig verhindert werden. So kann die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Vorrichtung gesteigert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht wie oben beschrieben eingeschränkt, sondern kann in verschiedenen Formen zur Ausführung gelangen.
Z. B. wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Detektion des zweiten Pumpstromes IP2 nur während der Wartezeit Tw mit Hochgeschwindigkeit durchgeführt. Die Detektion des zweiten Pumpstromes IP2 kann jedoch bei Hochgeschwindigkeit nach dem Ablauf der Wartezeit Tw durchgeführt werden, wenn die Weiterverarbeitungsfähigkeit dies erlaubt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird auch ein detektierter Wert des zweiten Pumpstromes IP2 so verwendet, um den Relativwert ΔIP2 zu berechnen. Der zweite Pumpstrom IP2 kann jedoch berichtigt werden, basierend auf der Fühlertemperatur TH, detektiert durch den Temperaturfühler 46, und den für die Sauerstoffkonzentration im Messgas kennzeichnenden ersten Pumpstrom IP1, und der so berichtigte zweite Pumpstrom IP2 kann für die Berechnung des Relativwertes ΔIP2 benutzt werden. In diesem Fall wird sogar, wenn während der Ausführung der Regelung der Offset des zweiten Pumpstromes IP2 entsprechend der Fühlertemperatur TH und der Sauerstoffkonzentration (Luftkraftstoffverhältnis) im Messgas variiert, solch eine Offsetschwankung kompensiert, wodurch eine genauere Detektion möglich wird.
Des Weiteren wird in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Minimalwert des zweiten Pumpstromes IP2, wie er während der Wartezeit Tw detektiert wird, als zweiter Referenzpumpstrom IP2s benutzt. Wenn jedoch aus einem anderen Grund eine gewisse Gefahr besteht, dass der zweite Referenzpumpstrom IP2s auf einen großen Wert eingestellt wird und somit der Relativwert ΔIP2 des zweiten Pumpstromes nicht in der Lage sein wird, den vorgegebenen Ic-Wert zu erreichen, sogar wenn der NOx-Okklusionskatalysator vollkommen außerstande ist NOx zu adsorbieren, kann eine Obergrenze für einen Zeitgeberwert vorgegeben werden. Der Fall einer Unterbrechung kann als ein Hinweis auf eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx-Okklusionskatalysators S3 angesehen werden und eine Anforderung zum Katalysatorausbrennen kann ausgegeben werden.
Weiterhin wird in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Zeit-Grenzwert eingestellt, der auf dem Unterdruck Pb im Ansaugrohr und der Motorgeschwindigkeit Ne basiert . Jedoch kann jeder Parameter genutzt werden, solange er den Durchfluss des Abgases und die NOx-Konzentration im Abgas beeinflusst.
Obwohl die Erfindung im Detail und daher unter Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird es für einen Fachmann offensichtlich sein, dass mannigfaltige Veränderungen und Modifizierungen darin gemacht werden können ohne vom Geist- und Anwendungsbereich hiervon abzurücken.

Claims

Vorrichtung zum Delektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators (S3), mit einem NOx Sensor (2) angeordnet in einem Abgasrohr (S2) einer Verbrennungskraftmaschine (S1) an einer Stelle, die dem NOx Okklusionskatalysator (S3) nachgelagert ist, der NOx Sensor (2) beinhaltet einen ersten Messraum (20) mit einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) und einer Sauerstoffkonzentrations-Messzelle (6), der über eine erste Diffusionskontrollschicht mit einem Messgas kommuniziert, wobei eine jeweilige erste Sauerstoff-Pumpzelle (4) und Sauerstoffkonzentrations-Messzelle (6) eine sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht (4a, 6a) und poröse Elektroden (4b, 4c, 6b, 6c) beinhaltet, die auf den der sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht (4a, 6a) gegenüberliegenden Flächen angeordnet sind; einen zweiten Messraum (26) mit einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle (8), der über eine zweite Diffusionskontrollschicht mit dem ersten Messraum (20) kommunizierend, die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) beinhaltet eine sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht (8a) und poröse Elektroden (8b, 8c), die auf den der sauerstoffionenleitende Trockenelektrolytschicht (8a) gegenüberliegenden Flächen angeordnet sind; und ein Heizelement (12, 14) zum Heizen der Zellen (4, 6, 8) auf eine vorgegebene Wirktemperatur die Vorrichtung beinhaltet ferner: Kontrollmittel (40) für einen ersten Pumpstrom zum Kontrollieren der Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum (20) auf einem konstanten Niveau durch Anlegen eines ersten Pumpstroms an die erste Sauerstoff-Pumpzelle (4) so, dass eine Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrations-Messzelle (6) auf einem konstanten Wert gehalten wird; eine Quelle für Konstantspannungsanwendungen zum Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) in eine Richtung so, dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum (26) gepumpt wird; Detektionsmittel für einen zweiten Pumpstrom zum Detektieren eines zweiten Pumpstroms, der durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) entsprechend der NOx Konzentration im Messgas fließt, Minimalwertdetektionsmittel zum Detektieren eines Minimalwerts des zweiten Pumpstroms während einer vorgegebenen Wartezeit nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine (S1) bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis; und Funktionszustandsbeurteilungsmittel (50) zum Beurteilen eines Funktionszustands des NOx Okklusionskatalysators (S3) basierend auf einem relativen Wert, der als Differenz zwischen einem Wert des durch das Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom nach Ablauf der Wartezeit detektierten zweiten Pumpstroms und dem durch das Minimalwertdetektionsmittel detektierten Minimalwerts des zweiten Pumpstroms berechnet wird.
Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach Anspruch 1, wobei das Minimalwertdetektionsmittel Mittel zur Detektion des Starts der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine (S1) bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis basierend auf Variation des ersten Pumpstroms beinhaltet.
Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Funktionszustandsbeurteilungsmittel (50) Mittel zur Beurteilung beinhaltet, dass sich die Okklusionskapazität des NOx Okklusionskatalysators (S3) verschlechtert hat, wenn der relative Wert des zweiten Pumpstroms einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Funktionszustandsbeurteilungsmittel (50) Mittel zur Beurteilung beinhaltet, dass eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx Okklusionskatalysators (S3) aufgetreten ist, wenn eine Zeitverlaufvariationsrate des relativen Werts des zweiten Pumpstroms größer als ein vorgegebener zulässiger Wert wird.
Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner beinhaltet: Sauerstoffkonzentrationsdetektionsmittel zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration im Messgas basierend auf dem ersten Pumpstrom, der durch die erste Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt; und erste Korrekturmittel zum Korrigieren des zweiten Pumpstroms, der von dem Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom detektiert wird, durch Variation eines Offsetstroms der zweiten Pumpzelle (8) basierend auf der durch das Sauerstoffkonzentrationsdetektionsmittel detektierten Sauerstoffkonzentration.
Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner beinhaltet: Temperaturdetektionsmittel (46) zum Detektieren der Temperatur des NOx Sensors (2), und zweite Korrekturmittel zum Korrigieren des zweiten Pumpstroms, der von dem Detektionsmittel für den zweiten Pumpstrom detektiert wird, basierend auf der von dem Temperaturdetektionsmittel (46) detektierten Temperatur des NOx Sensors (2).
Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Funktionsverschlechterungsbeurteilungsmittel (50) Mittel zur Detektion des Starts der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine (S1) bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Detektieren einer Variation in dem ersten Pumpstrom beinhaltet.
Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators, beinhaltend einen NOx Sensor zum Detektieren einer NOx Konzentration, der in einem Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine an einer Stelle angeordnet ist, die dem NOx Okklusionskatalysator nachgelagert ist, wobei die Verbrennungskraftmaschine einer Betriebssteuerung bei einem mageren Luft-Kraftstoff Verhältnis unterworfen ist und NOx enthaltendes Abgas emittiert, die Vorrichtung beinhaltet ferner: (a) Minimalwertdetektionsmittel zum Detektieren eines Minimalwerts der NOx Konzentration des Abgases dem NOx Okklusionskatalysator nachgelagert während einer vorgegebenen Wartezeit nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis; (b) Mittel für die Berechnung der Differenz zwischen der nach Ablauf der Wartezeit detektierten NOx Konzentration und dem Minimalwert der NOx Konzentration als einem relativen Wert; und (c) Funktionszustandsbeurteilungsmittel zur Beurteilung eines Funktionszustands des NOx Okklusionskatalysators basierend auf dem relativen Wert.
Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach Anspruch 8, welche Mittel zur Beurteilung enthält, dass sich die Okklusionskapazität des NOx Okklusionskatalysators verschlechtert hat, wenn der relative Wert einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Vorrichtung zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach Anspruch 8, welche Mittel zur Beurteilung enthält, dass eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx Okklusionskatalysators aufgetreten ist, wenn eine Zeitverlaufvariationsrate des relativen Werts einen vorgegebenen zulässigen Wert überschreitet.
Methode zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators, wobei ein NOx Sensor in einem Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine an einer Stelle angeordnet ist, die dem NOx Okklusionskatalysator (S3) nachgelagert ist, die Verbrennungskraftmaschine ist einer Betriebssteuerung bei einem mageren Luft-Kraftstoff Verhältnis unterworfen und emittiert NOx enthaltendes Abgas, die Methode beinhaltet die Schritte: (a) Detektieren der NOx Konzentration der dem NOx Okklusionskatalysator nachgelagerten Abgas einschließlich des Detektierens eines Minimalwerts der NOx Konzentration des dem NOx Okklusionskatalysator nachgelagerten Abgases während einer vorgegebenen Wartezeit nach dem Start der Betriebssteuerung der Verbrennungskraftmaschine bei magerem Luft-Kraftstoffverhältnis; (b) Berechnen der Differenz zwischen der nach Ablauf der Wartezeit detektierten NOx Konzentration und dem Minimalwert der NOx Konzentration als einem relativen Wert; und (c) Beurteilung eines Funktionszustands des NOx Okklusionskatalysators basierend auf dem relativen Wert.
Methode zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach Anspruch 11, die beinhaltet zu beurteilen, dass sich die Okklusionskapazität des NOx Okklusionskatalysators verschlechtert hat wenn der relative Wert einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Methode zum Detektieren eines Funktionszustands eines NOx Okklusionskatalysators nach Anspruch 11, die beinhaltet zu beurteilen, dass eine Anomalie in der Okklusionskapazität des NOx Okklusionskatalysators aufgetreten ist, wenn eine Zeitverlaufvariationsrate des relativen Werts einen vorgegebenen zulässigen Wert überschreitet.