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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (z. B. ein
Steuergerät) für eine NOX-Sonde, die
mit einer NOX-Sonde verbunden ist und die
NOX-Sonde steuert, und eine Fahrzeugsteuerung
(z. B. ECU), die mit der Steuervorrichtung für eine NOX-Sonde verbunden ist.
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Eine
bekannte Gassonde zur Messung der Konzentration eines spezifischen
Gases im Abgas eines Kraftfahrzeugs umfasst mindestens eine Zelle,
die aus einem Festelektrolyt-Element und einem daran vorgesehenen
Elektrodenpaar besteht, und ist so konfiguriert, dass eine Elektrode
der Zelle einer Messkammer gegenüberliegt, in welche das
Abgas einströmt. In solch einer Gassonde wird die Gaskonzentration
auf der Basis einer Ausgabe vom Elektrodenpaar der Zelle gemessen,
und die Messung wird stabilisiert, indem die Menge des Gases, die
unter einem vorbestimmten Diffusionswiderstand in die Messkammer
einströmt, begrenzt (geregelt) wird. Die konventionelle
Gassonde weist aber ein Problem darin auf, dass die Gasmenge, die
in die Messkammer strömt, sich bei einer Änderung
im Druck des Abgases in der Nachbarschaft der befestigten Gassonde ändert,
und die Ausgabe ändert sich selbst dann, wenn die Konzentration
des spezifischen Gases unverändert bleibt, weshalb die
gemessene Gaskonzentration einen Fehler beinhaltet.
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In
Anbetracht des Obigen wurde eine Technik für eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sonde
entwickelt, die einen Innenraum, in welchen ein zu messendes Gas
unter einem vorbestimmten Diffusionswiderstand eingeleitet wird,
und erste und zweite elektrochemische Zellen umfasst, die jede aus
einem Festelektrolyt-Element und einem Elektrodenpaar bestehen.
Dieser Technik zufolge wird ein Gasdruckschwankungsindex B, der
tatsächlich für eine einzelne Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sonde
gemessen wird, berücksichtigt, wenn eine Sondenausgabe
y0, welche die Sauerstoffkonzentration angibt, auf der Basis des
erkannten Drucks Pg des zu messenden Gases korrigiert wird (siehe
zum Beispiel das
japanische Patent
Nr. 2846735 ).
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Nebenbei
wurden in den letzten Jahren NO
X-Sonden
zur Erkennung der NO
X-Konzentration eines
zu messenden Gases unter Verwendung eines Festelektrolyt-Elements
entwickelt. Ferner sind eine NO
X-Sonde, die
sowohl die NO
X-Konzentration als auch die
Sauerstoffkonzentration messen kann (d. h., die als die oben beschriebene
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sonde fungieren kann) und eine
Steuervorrichtung zur Steuerung solch einer Sonde entwickelt worden
(siehe zum Beispiel die
japanische
Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 10-142194 und die
japanische Patentoffenlegungsschrift
(kokai) Nr. 11-304758 ). In der NO
X-Sonde
wird ein zu messendes Gas unter einem vorbestimmten Diffusionswiderstand
in eine erste Messkammer eingeleitet und die Sauerstoffkonzentration
des zu messenden Gases wird mithilfe einer ersten Pumpzelle, die
aus einem Festelektrolyt-Element und einem Paar erster Elektroden
besteht, auf eine vorbestimmte Konzentration angepasst. Das zu messende
Gas mit der angepassten Sauerstoffkonzentration strömt
aus der ersten Messkammer in eine NO
X-Messkammer,
und im zu messenden Gas enthaltene NO
X werden
mithilfe einer zweiten Pumpzelle, die aus einem Festelektrolyt-Element
und einem Paar zweiter Elektroden besteht, zerlegt, wodurch zwischen
dem Paar zweiter Elektroden ein zweiter Pumpstrom fließt,
der der NO
X-Konzentration entspricht. Auf
diese Weise wird in der Technik, die in
JP 10-142194 und
JP 11-304758 beschrieben wird, die
NO
X-Konzentration auf der Basis des durch
die zweite Pumpzelle fließenden zweiten Pumpstroms berechnet,
und die Sauerstoffkonzentration wird auf der Basis des durch die
erste Pumpzelle fließenden ersten Pumpstroms berechnet.
In der Technik, die in
JP 11-304758 offenbart
wird, wird die NO
X-Konzentration schließlich
unter Berücksichtigung des ersten Pumpstroms (Sauerstoffkonzentration)
und des zweiten Pumpstroms bestimmt, um die Sauerstoffkonzentrationsabhängigkeit
des zweiten Pumpstroms zu korrigieren.
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Es
wurde aber noch keine Technik entwickelt, um sowohl die NOX-Konzentrationsinformation als auch die
Sauerstoffkonzentrationsinformation, die unter Verwendung einer
NOX-Sonde erhalten werden, dem Druck eines
zu messenden Gases entsprechend zu korrigieren. Zudem ist die Druckabhängigkeit
der Sondenausgabe (erster Pumpstrom und zweiter Pumpstrom) von NOX-Sonde zu NOX-Sonde
verschieden. Wenn eine druckabhängige Schwankung in der
Sondenausgabe oder ein auf der Basis der Sondenausgabe berechneter
Konzentrationswert einheitlich korrigiert wird, ist der Korrekturgrad
von NOX-Sonde zu NOX-Sonde
verschieden, und schließlich sind die NOX-Konzentrationsinformation
und die Sauerstoffkonzentrationsinformation von NOX-Sonde
zu NOX-Sonde unterschiedlich. Das heißt,
der Grund, weshalb die Druckabhängigkeit der Sondenausgabe
oder der Konzentrationswert von NOX-Sonde
zu NOX-Sonde variiert, ist, dass die Größe
des Diffusionswiderstands, der auf den Sauerstoff einwirkt, der
in die erste Messkammer eingeleitet wird, aufgrund der Schwankungen
in den Produktionsbedingungen (nachstehend als Produktionsschwankungen
bezeichnet) variiert.
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Ferner,
weil der zweite Pumpstrom, der zur Berechnung der NO
X-Konzentration
verwendet wird, eine Sauerstoffkonzentrationsabhängigkeit
aufweist, wird in der Technik, die in
JP 11-304758 offenbart wird, der zweite
Pumpstrom auf der Basis der Sauerstoffkonzentration (der Sauerstoffkonzentration,
die auf der Basis des ersten Pumpstroms berechnet wird) korrigiert.
Die Gasdruckabhängigkeit der Sauerstoffkonzentration an sich,
die zur Korrektur verwendet wird, wird aber nicht berücksichtigt.
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Demnach
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer
Steuervorrichtung für eine NOX-Sonde
und einer Fahrzeugsteuerung, die sowohl die NOX-Konzentrationsinformation
als auch die Sauerstoffkonzentrationsinformation dem Druck eines
zu messenden Gases entsprechend korrigieren und die Druckabhängigkeit
der Sondenausgabe, die von NOX-Sonde zu
NOX-Sonde unterschiedlich ist, in der Korrektur
wiedergeben, um dadurch ungeachtet einer Änderung im Druck
des zu messenden Gases unter Verwendung einer einzigen NOX-Sonde die genaue Messung der NOX-Konzentration und der Sauerstoffkonzentration zu
ermöglichen.
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende
Erfindung eine Steuervorrichtung für eine NOX-Sonde
(NOX-Sondensteuervorrichtung) bereit, die
die mit einer NOX-Sonde verbunden ist, umfassend
eine erste Pumpzelle, die gepaarte erste Elektroden aufweist, die
innerhalb bzw. außerhalb einer ersten Messkammer vorgesehen
sind, und die Sauerstoff in oder aus einem zu messenden Gas, das
in die erste Messkammer eingeleitet wird, abpumpt oder Sauerstoff
in die erste Messkammer hinein pumpt, um dadurch eine Sauerstoffkonzentration
in der ersten Messkammer anzupassen; und eine zweite Pumpzelle,
die gepaarte zweite Elektroden aufweist, die innerhalb bzw. außerhalb
einer NOX-Messkammer vorgesehen sind, die
mit der ersten Messkammer in Verbindung steht, und die derart konfiguriert
ist, dass ein zweiter Pumpstrom zwischen den gepaarten zweiten Elektroden
fließt, wobei der zweite Pumpstrom einer NOX-Konzentration
im zu messenden Gas entspricht, das aus der ersten Messkammer in
die NOX-Messkammer geströmt ist
und eine angepasste Sauerstoffkonzentration aufweist. Die Steuervorrichtung
für eine NOX-Sonde umfasst einen
ersten Pumpstromdetektor, um einen ersten Pumpstrom zu erfassen,
der zwischen den gepaarten ersten Elektroden der ersten Pumpzelle
fließt; einen zweiten Pumpstromdetektor, um einen zweiten
Pumpstrom zu erfassen, der zwischen den gepaarten zweiten Elektroden
der zweiten Pumpzelle fließt; eine Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit,
um auf der Basis des ersten Pumpstroms, einer ersten Druckkorrekturinformation
(Information, die verwendet wird, um die Sauerstoffkonzentration
auf der Basis des Drucks des zu messenden Gases zu korrigieren),
die für die NOX-Sonde (für
jede einzelne NOX-Sonde) eingestellt wird,
und einer von außen eingegebenen Druckinformation, die
den Druck des zu messenden Gases darstellt, eine Sauerstoffkonzentration im
zu messenden Gas zu berechnen, die dem Druck des zu messenden Gases
entsprechend korrigiert ist; und eine NOX-Konzentrationsberechnungseinheit,
um auf der Basis des zweiten Pumpstroms, einer zweiten Druckkorrekturinformation
(Information, die verwendet wird, um die NOX-Konzentration
auf der Basis des Drucks des zu messenden Gases zu korrigieren),
die für die NOX-Sonde (für
jede einzelne NOX-Sonde) eingestellt wird, und
der Druckinformation eine NOX-Konzentration
im zu messenden Gas zu berechnen, die dem Druck des zu messenden
Gases entsprechend korrigiert ist.
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Aufgrund
dieser Konfiguration können die NOX-Konzentrationsinformation
und die Sauerstoffkonzentrationsinformation bezüglich des
Drucks des zu messenden Gases entsprechend korrigiert werden. Wenn
die jeweiligen Druckabhängigkeiten der NOX-Konzentrationsinformation
und der Sauerstoffkonzentrationsinformation vorher oder im voraus
für jede einzelne NOX-Sonde gemessen
werden und die gemessene Druckabhängigkeit als ein Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizient
(die erste Druckkorrekturinformation) und ein NOX-Druckkorrekturkoeffizient
(die zweite Druckkorrekturinformation) gespeichert wird, können
die Druckabhängigkeiten der NOX-Konzentrationsinformation
und der Sauerstoffkonzentrationsinformation, die von Sonde zu Sonde
unterschiedlich ist, in der Korrektur wiedergeben werden, wodurch
die NOX-Konzentrationsinformation und die
Sauerstoffkonzentrationsinformation ungeachtet vom Druck des zu
messenden Gases unter Verwendung einer einzigen NOX-Sonde
genau bestimmt werden können.
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Der
Begriff ”NOX-Konzentrationsinformation”,
der in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, schließt den
zweiten Pumpstrom, der der NOX-Konzentration
entsprechend fließt, und einen vom zweiten Pumpstrom ausgehend
berechneten NOX-Konzentrationswert ein.
Demnach kann der zweite Pumpstrom dem Druck entsprechend korrigiert
werden, oder der NOX-Konzentrationswert
kann dem Druck entsprechend korrigiert werden, damit gemäß vorliegender
Erfindung die NOX-Konzentrationsinformation
dem Druck des zu messenden Gases entsprechend korrigiert wird. Ferner
schließt der Begriff ”Sauerstoffkonzentrationsinformation”,
der in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, den ersten Pumpstrom
und einen vom ersten Pumpstrom ausgehend berechneten Sauerstoffkonzentrationswert
ein. Demnach kann der erste Pumpstrom dem Druck entsprechend korrigiert
werden, oder der Sauerstoffkonzentrationswert kann dem Druck entsprechend
korrigiert werden, damit gemäß vorliegender Erfindung
die Sauerstoffkonzentrationsinformation dem Druck des zu messenden
Gases entsprechend korrigiert wird.
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Bevorzugt
berechnet die NOX-Konzentrationsberechnungseinheit
die NOX-Konzentration im zu messenden Gas,
die dem Druck des zu messenden Gases entsprechend korrigiert wurde,
auf der Basis des zweiten Pumpstroms, der zweiten Druckkorrekturinformation,
der Druckinformation und der korrigierten Sauerstoffkonzentration,
die von der Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit berechnet
wurde.
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Aufgrund
dieser Konfiguration wird, um die Sauerstoffkonzentrationsabhängigkeit
des zweiten Pumpstroms zu korrigieren, die druckkompensierte Sauerstoffkonzentration,
d. h., eine druckkorrigierte Sauerstoffkonzentration verwendet,
wenn der NOX-Konzentrationswert unter Verwendung
der Sauerstoff konzentration sowie des zweiten Pumpstroms berechnet
wird. Deshalb wird der Einfluss der Druckänderung auf die Sauerstoffkonzentration
beseitigt, und eine genauere Korrektur zur Beseitigung der Sauerstoffabhängigkeit kann
durchgeführt werden. Dadurch wird ein genauer NOX-Konzentrationswert erhalten.
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Die
erste Druckkorrekturinformation und die zweite Druckkorrekturinformation
können in einem Speicher gespeichert werden, der auf Seiten
der NOX-Sonde vorgesehen ist.
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Wenn
diese Konfiguration verwendet wird, wird die Verarbeitung zur Speicherung
eines Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizienten (erste Druckkorrekturinformation)
und eines NOX-Druckkorrekturkoeffizienten (zweite
Druckkorrekturinformation) in der Steuervorrichtung für
eine NOX-Sonde überflüssig.
Der Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizient und der NOX-Druckkorrekturkoeffizient
werden im Speicher gespeichert, der auf Seiten der NOX-Sonde
vorgesehen ist, wenn die NOX-Sonde einer
Versandkontrolle oder Produktionskontrolle unterzogen wird. Deshalb
brauchen diese Koeffizienten nicht in einem anderen Arbeitsschritt
gemessen werden, und dadurch kann die Arbeitslast reduziert werden.
Auch wenn der Speicher, der auf Seiten der NOX-Sonde vorgesehen
ist, an jeder Stelle angeordnet sein kann, solange der Speicher
nicht durch Wärme beschädigt wird, ist der Speicher
bevorzugt im Inneren oder in der Nachbarschaft eines Anschlussteils
bzw. Steckers der NOX-Sonde angeordnet,
das verwendet wird, um die NOX-Sonde mit
der Steuervorrichtung für die NOX-Sonde zu
verbinden.
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Eine
erfindungsgemäße Fahrzeugsteuerung kommuniziert
oder ist dafür ausgelegt, um mit einer Steuervorrichtung
für eine NOX-Sonde zu kommunizieren,
die mit einer NOX-Sonde verbunden ist, umfassend
eine erste Pumpzelle, die gepaarte erste Elektroden aufweist, die innerhalb
bzw. außerhalb einer ersten Messkammer vorgesehen sind,
und die Sauerstoff in einem zu messenden Gas abpumpt, das in die
erste Messkammer eingeleitet wird, oder Sauerstoff in die erste
Messkammer hinein pumpt, um dadurch eine Sauerstoffkonzentration
in der ersten Messkammer anzupassen; und eine zweite Pumpzelle,
die gepaarte zweite Elektroden aufweist, die innerhalb bzw. außerhalb
einer NOX-Messkammer vorgesehen sind, die
mit der ersten Messkammer in Verbindung steht und die derart konfiguriert
ist, dass ein zweiter Pumpstrom zwischen den gepaarten zweiten Elektroden
fließt, wobei der zweite Pumpstrom einer NOX-Konzentration
im zu messenden Gas entspricht, das aus der ersten Messkammer in
die NOX-Messkammer geströmt ist
und eine angepasste Sauerstoffkonzentration aufweist. Die Steuervorrichtung
für eine NOX-Sonde umfasst einen
ersten Pumpstromdetektor, um einen ersten Pumpstrom zu erfassen,
der zwischen den gepaarten ersten Elektroden der ersten Pumpzelle fließt;
und einen zweiten Pumpstromdetektor, um einen zweiten Pumpstrom
zu erfassen, der zwischen den gepaarten zweiten Elektroden der zweiten
Pumpzelle fließt. Die Fahrzeugsteuerung umfasst eine Empfangseinheit,
um von der Steuervorrichtung für eine NOX-Sonde
den ersten Pumpstrom, den zweiten Pumpstrom, die für die
NOX-Sonde eingestellte erste Druckkorrekturinformation
(Information, die zur Korrektur der Sauerstoffkonzentration auf
der Basis des Drucks des zu messenden Gases verwendet wird) und
die für die NOX-Sonde eingestellte
zweite Druckkorrekturinformation (Information, die zur Korrektur
der NOX-Konzentration auf der Basis des
Drucks des zu messenden Gases verwendet wird) zu empfangen; eine
Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit, um auf der Basis des
ersten Pumpstroms, der ersten Druckkorrekturinformation und der
von außen eingegebenen Druckinformation, die den Druck
des zu messenden Gases darstellt, eine Sauerstoffkonzentration im
zu messenden Gas zu berechnen, die dem Druck des zu messenden Gases
entsprechend korrigiert ist; und eine NOX-Konzentrationsberechnungseinheit,
um auf der Basis des zweiten Pumpstroms, der zweiten Druckkorrekturinformation
und der Druckinformation eine NOX-Konzentration
im zu messenden Gas zu berechnen, die dem Druck des zu messenden
Gases entsprechend korrigiert ist.
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Bevorzugt
berechnet die NOX-Konzentrationsberechnungseinheit
auf der Basis des zweiten Pumpstroms, der zweiten Druckkorrekturinformation,
der Druckinformation und der korrigierten Sauerstoffkonzentration,
die von der Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit berechnet
wurde, die dem Druck des zu messenden Gases entsprechend korrigierte
NOX-Konzentration im zu messenden Gas.
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Der
vorliegenden Erfindung gemäß werden sowohl die
NOX-Konzentrationsinformation als auch die Sauerstoffkonzentrationsinformation
dem Druck des zu messenden Gases entsprechend korrigiert, und die Druckabhängigkeiten
der NOX-Konzentrationsinformation und der
Sauerstoffkonzentrationsinformation, die von NOX-Sonde
zu NOX-Sonde unterschiedlich sind, werden
wiedergegeben, wodurch die NOX-Konzentration und
die Sauerstoffkonzentration ungeachtet des Drucks des zu messenden
Gases unter Verwendung einer einzigen NOX-Sonde
auf genaue Weise erhalten werden können.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Steuervorrichtung für
eine NOX-Sonde nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 zeigt
Graphen, die jeweils eine Änderung in der NOX-Konzentration
(Sondenausgabe) zeigen, die zu beobachten ist, wenn der Druck eines
zu messenden Gases sich ändert.
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3 zeigt
eine Tabelle, die ein Abbild darstellt, das den NOX-Druckkorrekturkoeffizienten
(k1) zeigt.
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4 zeigt
ein Diagramm, das einen Druckkorrekturverarbeitungsfluss in der
Steuervorrichtung für eine NOX-Sonde
nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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5 zeigt
Graphen, die eine Beziehungsgleichung zur Berechnung der NOX-Konzentration aus Ip2 zeigen.
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6 zeigt
ein Diagramm, das einen Druckkorrekturverarbeitungsfluss in der
Steuervorrichtung für NOX-Sonden
nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Steuervorrichtung
für eine NOX-Sonde (einer NOX-Detektionsvorrichtung) 10 nach
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt. Diese Ausführungsform ist ein Beispiel, in welchem
die NOX-Detektionsvorrichtung 10 einen
Sauerstoffkonzentrationswert und einen NOX-Konzentrationswert
bezüglich des Drucks des Abgases entsprechend korrigiert.
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Die
NOX-Detektionsvorrichtung 10 ist
in ein Fahrzeug montiert, das eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine
(nachstehend auch ”Motor” genannt) einschließt,
und ist mit einem Anschlussteil bzw. Stecker 180 einer
NOX-Sonde 100 elektrisch verbunden.
Ein Halbleiterspeicher (Speicher) 191 wie ein ROM oder
dergleichen ist im Anschlussteil bzw. Stecker 180 integriert,
um verschiedene Koeffizienten (weiter unten beschrieben) zu speichern,
die für die NOX-Sonde 100 (für
jede einzelne NOX-Sonde) eingestellt wurden.
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Zudem
ist die NOX-Detektionsvorrichtung 10 mit
einer Fahrzeugsteuerung (nachstehend auch als ”ECU” bezeichnet) 200 elektrisch
verbunden. Die NOX-Detektionsvorrichtung 10 und
die Fahrzeugsteuerung 200 können beide getrennt
oder zusammen ein NOX-Detektionssystem formen.
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Die
ECU 200 empfängt Daten, die die Sauerstoffkonzentration
und die NOX-Konzentration im Abgas darstellen,
die von der NOX-Detektionsvorrichtung 10 korrigiert
wurden, und führt die Verarbeitung zur Steuerung des Betriebszustands
des Motors, die Verarbeitung zur Entfernung des im Katalysator angesammelten NOX und sonstige Verarbeitungen auf der Basis
empfangener Daten aus. Ferner erfasst die ECU 200 von einem
Drucksensor 300 Informationen in Bezug auf den Druck des
Abgases, das durch eine Abgasleitung strömt, und sendet
die Information zur NOX-Detektionsvorrichtung 10.
Das Verfahren zum Erfassen der Information in Bezug auf den Druck
des Abgases ist nicht auf deren Erfassung vom Drucksensor 300 beschränkt. Zum
Beispiel liest die ECU 200 die Motordrehzahl und die Motorlast
und bestimmt den Druck des Abgases aus diesen Einzelinformationen
und anhand eines Abbilds bzw. Karte oder einer Berechnungsgleichung,
die zuvor im ROM-Speicher 203 der ECU 200 gespeichert
wurde.
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Die
ECU 200 umfasst eine ECU-seitige CPU (Zentraleinheit) 201,
einen RAM-Speicher 202, den ROM-Speicher 203,
einen Signaleingabe/ausgabeabschnitt 204 und einen nicht
dargestellten Taktgeber. Programme, die vorher im ROM-Speicher 203 oder
dergleichen gespeichert wurden, werden von der CPU 201 ausgeführt.
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Die
NOX-Detektionsvorrichtung 10 umfasst
eine Steuerschaltung 58 und einen Mikrocomputer 60,
die auf einer Leiterplatte vorgesehen sind. Der Mikrocomputer 60,
der die Gesamtheit der NOX-Detektionsvorrichtung 10 steuert,
umfasst eine CPU (Zentraleinheit) 61, einen RAM-Speicher 62,
einen ROM-Speicher 63, einen Signaleingabe/ausgabeabschnitt 64,
einen A/D-Wandler 65 und einen nicht dargestellten Taktgeber.
Programme, die vorher im ROM-Speicher 63 oder dergleichen
gespeichert wurden, werden von der CPU 61 ausgeführt.
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Die
Steuerschaltung 58 umfasst eine Bezugsspannungsvergleichsschaltung 51,
eine Ip1-Treiberschaltung 52, eine Vs-Detektorschaltung 53,
eine Icp-Versorgungsschaltung 54, eine Ip2-Detektorschaltung 55,
eine Vp2-Anlegeschaltung 56 und eine Heizelement-Treiberschaltung 57,
die weiter unten ausführlich beschrieben werden. Die Steuerschaltung 58 steuert
die NOX-Sonde 100, erkennt die
ersten und zweiten Pumpströme, die durch die NOX-Sonde 100 fließen, und
gibt die erkannten ersten und zweiten Pumpströme an den Mikrocomputer 60 aus.
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Das
heißt, der Mikrocomputer 60 und die Ip1-Treiberschaltung 52 bilden
den ”ersten Pumpstromdetektor” der vorliegenden
Erfindung, und der Mikrocomputer 50 und die Ip2-Detektorschaltung
bilden den ”zweiten Pumpstromdetektor” der vorliegenden
Erfindung. Ferner bildet der Mikrocomputer 60 die ”Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit” und
die ”NOX-Konzentrationsberechnungseinheit” der
vorliegenden Erfindung.
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Als
Nächstes wird die Konfiguration der NOX-Sonde 100 beschrieben.
Die NOX-Sonde umfasst ein NOX-Sondenelement 101;
ein Gehäuse zur Aufnahme des Elements 101; das
oben erwähnte Anschlussteil 180 zur Verbindung
des Elements 101 und der NOX-Detektionsvorrichtung 10;
und einen Zuleitungsdraht, der mit dem Element 101 verbunden
ist. Da die Struktur der Sonde an sich bekannt ist, wird im Folgenden
nur das NOX-Sondenelement 101 Bezug
nehmend auf eine in 1 gezeigte Längsschnittansicht
beschrieben.
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Das
NOX-Sondenelement hat eine geschichtete
Struktur, die durch Stapeln einer ersten Festelektrolytschicht 111,
einer Isolierschicht 140, einer zweiten Festelektrolytschicht 121,
einer Isolierschicht 145, einer dritten Festelektrolytschicht 131 und
von Isolierschichten 162 und 163 in dieser Reihenfolge
erhalten wird. Eine erste Messkammer 150 wird zwischen
der ersten Festelektrolytschicht 111 und der zweiten Festelektrolytschicht 121 definiert.
Ein zu messendes Gas GM wird über einen ersten Diffusionswiderstand 151,
der am linken Ende (Einlass) der ersten Messkammer 150 angeordnet
ist, von außen in die erste Messkammer 150 eingeleitet.
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Ein
zweiter Diffusionswiderstand 152 ist am dem Ende der ersten
Messkammer 150 angeordnet, das dem Einlass gegenüberliegt.
Eine zweite Messkammer 160 (die der ”NOX-Messkammer” der vorliegenden Erfindung
entspricht) ist auf der rechten Seite der ersten Messkammer 150 definiert
und steht über den zweiten Diffusionswiderstand 152 damit
in Verbindung. Die zweite Messkammer 160 ist zwischen der
ersten Festelektrolytschicht 111 und der dritten Festelektrolytschicht 131 so
geformt, dass die zweite Messkammer 160 die zweite Festelektrolytschicht 121 durchdringt.
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Ein
langes, dünnes plattenförmiges Heizelement 164,
das entlang der Längsrichtung des NOX-Sondenelements 101 verläuft,
ist zwischen den Isolierschichten 162 und 163 eingebettet.
Das Heizelement 164 dient dazu, die NOX-Sonde
auf eine Aktivierungstemperatur zu erwärmen, um die Sauerstoffionenleitfähigkeit
der Festelektrolytschicht zu erhöhen, um dadurch den Betrieb
des Sondenelements zu stabilisieren.
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Die
Isolierschichten 140 und 145 sind hauptsächlich
aus Aluminiumoxid geformt, und die ersten und zweiten Diffusionswiderstände 151 und 152 sind
aus einem porösen Material wie z. B. Aluminiumoxid geformt. Ferner
ist das Heizelement 164 aus Platin oder dergleichen geformt.
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Eine
erste Pumpzelle 110 umfasst die erste Festelektrolytschicht 111 oder
mindestens einen Abschnitt davon, die hauptsächlich aus
Zirconiumoxid geformt ist, das eine Sauerstoffionenleitfähigkeit
aufweist; und gepaarte innere und äußere erste
Pumpelektroden 113 und 112, zwischen denen die
erste Festelektrolytschicht 111 liegt. Die innere erste
Pumpelektrode 113 liegt der ersten Messkammer 150 gegenüber.
Die inneren und äußeren ersten Pumpelektroden 113 und 112 sind
beide hauptsächlich aus Platin geformt; und die Oberfläche jeder
Elektrode ist mit einer porösen Schutzschicht 114 bedeckt.
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Eine
Sauerstoffkonzentrationsdetektorzelle 120 umfasst die zweite
Festelektrolytschicht 121 oder mindestens einen Abschnitt
davon, die hauptsächlich aus Zirconiumoxid geformt ist;
und eine Detektorelektrode 122 und eine Bezugselektrode 123,
zwischen denen die zweite Festelektrolytschicht 121 liegt.
Die Detektorelektrode 122 liegt der ersten Messkammer 150 an
einer Stelle hinter bzw. flussabwärts der inneren ersten
Pumpelektrode 113 gegenüber. Die Detektorelektrode 122 und
die Bezugselektrode 123 sind beide hauptsächlich aus
Platin geformt.
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Das
heißt, die Isolierschicht 145 ist ausgeschnitten,
um einen Ausschnittabschnitt zu formen, sodass die Bezugselektrode 123,
die mit der zweiten Festelektrolytschicht 121 in Kontakt
ist, im Ausschnittabschnitt angeordnet ist; und der Ausschnittabschnitt
ist mit einem porösen Element gefüllt, wodurch
eine Bezugssauerstoffkammer 170 geformt wird. Ein konstanter
Schwachstrom wird vorab durch die Icp-Versorgungsschaltung 54 an
die Sauerstoffkonzentrationsdetektorzelle 120 angelegt,
wodurch Sauerstoff aus der ersten Messkammer 150 der Bezugssauerstoffkammer 170 zugeführt
wird, um einen Sauerstoffbezug herzustellen.
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Eine
zweite Pumpzelle 130 umfasst die dritte Festelektrolytschicht 131 oder
mindestens einen Abschnitt davon, die hauptsächlich aus
Zirconiumoxid geformt ist; eine innere zweite Pumpelektrode 133,
die auf einer Oberflächenregion der dritten Festelektrolytschicht 131 angeordnet
ist, wobei diese Oberflächenregion der zweiten Messkammer 160 gegenüberliegt;
und eine ergänzende zweite Pumpelektrode (Gegenelektrode) 132,
die zusammen mit der inneren zweiten Pumpelektrode 133 ein
Paar bildet. Die innere zweite Pumpelektrode 133 und die
ergänzende zweite Pumpelektrode 132 sind beide
hauptsächlich aus Platin geformt.
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Das
heißt, die ergänzende zweite Pumpelektrode (Gegenelektrode) 132 ist
auf der dritten Festelektrolytschicht 131 an einer Stelle
angeordnet, die dem Ausschnittabschnitt der Isolierschicht 145 entspricht,
sodass die ergänzende zweite Pumpelektrode 132 über
die Bezugssauerstoffkammer 170 der Bezugselektrode 123 gegenüberliegt.
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Die
innere erste Pumpelektrode 113, die Detektorelektrode 122 und
die innere zweite Pumpelektrode 133 sind mit einem Bezugspotential
verbunden. Die äußere erste Pumpelektrode 112 ist
mit der Ip1-Treiberschaltung 52 verbunden, und die Bezugselektrode 123 ist
mit der Vs-Detektorschaltung 53 und der Icp-Versorgungsschaltung 54 parallel
geschaltet. Ferner ist die ergänzende zweite Pumpelektrode 132 mit
der Ip2-Treiberschaltung 55 und der Vp2-Anlegeschaltung 56 parallel
geschaltet. Die Heiz element-Treiberschaltung 57 ist mit
dem Heizelement 164 verbunden.
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Die
verschiedenen Schaltungen, die oben in der Steuerschaltung 58 erwähnt
wurden, haben die im Folgenden beschriebenen Funktionen.
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Die
Ip1-Treiberschaltung 52 führt einen ersten Pumpstrom
Ip1 zwischen der inneren ersten Pumpelektrode 113 und der äußeren
ersten Pumpelektrode 112 zu, während der erste
Pumpstrom Ip1 erfasst wird.
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Die
Vs-Detektorschaltung 53 erfasst eine Spannung Vs zwischen
der Detektorelektrode 122 und der Bezugselektrode 123 und
gibt die erfasst Spannung an die Bezugsspannungsvergleichsschaltung 51 aus.
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Die
Bezugsspannungsvergleichsschaltung 51 vergleicht eine Bezugsspannung
(z. B. 425 mV) mit der Ausgabe der Vs-Detektorschaltung 53 und
gibt ein Vergleichsergebnis an die Ip1-Treiberschaltung 52 aus.
Die Ip1-Treiberschaltung 52 regelt den Ip1-Strom so, dass
die Spannung Vs sich der Bezugsspannung angleicht, um dadurch die
Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer 150 auf
ein Niveau anzupassen, bei dem NOX nicht
zerlegt werden.
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Die
Icp-Versorgungsschaltung 54 bewirkt, dass ein Schwachstrom
Icp zwischen der Detektorelektrode 122 und der Bezugselektrode 123 fließt,
wodurch Sauerstoff aus der ersten Messkammer 150 der Bezugssauerstoffkammer 170 zugeführt
wird, um die Bezugselektrode 123 dadurch einer vorbestimmten
Sauerstoffkonzentration auszusetzen, die als Bezug dient.
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Die
Vp2-Anlegeschaltung 56 legt eine konstante Spannung Vp2
(z. B. 450 mV) zwischen die innere zweite Pumpelektrode 133 und
die ergänzende zweite Pumpelektrode (Gegenelektrode) 132 an,
wobei die Spannung so festgelegt wird, dass das NOX-Gas
im zu messenden Gas GM in Sauerstoff- und N2-Gas
zerlegt wird. NOX werden also in Stickstoff
und Sauerstoff zerlegt.
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Die
Ip2-Detektorschaltung 55 erfasst einen zweiten Pumpstrom
Ip2, der durch die zweite Pumpzelle 130 fließt,
um aus der zweiten Messkammer 160 den Sauerstoff abzupumpen,
der durch die Zerlegung von NOX erzeugt
wird.
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Die
Ip1-Treiberschaltung 52 gibt den erfasst Wert des ersten
Pumpstroms Ip1 an den A/D-Wandler 65 aus. Ferner gibt die
Ip2-Detektorschaltung 55 den erfasst Wert des zweiten Pumpstroms
Ip2 an den A/D-Wandler 65 aus.
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Der
A/D-Wandler 65 wandelt diese Werte in Digitalwerte um und
gibt diese über den Signaleingabe/ausgabeabschnitt 64 an
die CPU 61 aus.
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Als
Nächstes wird ein Steuerungsbeispiel der NOX-Sonde 100 beschrieben,
die unter Verwendung der Steuerschaltung 58 durchgeführt
wird. Wenn nach dem Anlassen des Motors von einer externen Stromquelle elektrischer
Strom zugeführt wird, wird zuerst das Heizelement 164 über
die Heizelement-Treiberschaltung 57 aktiviert, um die erste
Pumpzelle 110, die Sauerstoffkonzentrationsdetektorzelle 120 und
die zweite Pumpzelle 130 auf die Aktivierungstemperatur
zu erwärmen. Ferner bewirkt die Icp-Versorgungsschaltung 54,
dass der Schwachstrom Icp zwischen der Detektorelektrode 122 und
der Bezugselektrode 123 fließt, wodurch Sauerstoff
aus der ersten Messkammer 150 der Bezugssauerstoffkammer 170 zugeführt
wird, um als Bezug zu dienen.
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Wenn
die Erwärmung der Zellen 110 bis 130 auf
die Aktivierungstemperatur abgeschlossen ist, pumpt die erste Pumpzelle 110 Sauerstoff
ab, der im zu messenden Gas (Abgas) GM enthalten ist, das in die
erste Messkammer 150 geströmt ist, wodurch der
Sauerstoff von der inneren ersten Pumpelektrode 113 zur äußeren ersten
Pumpelektrode 112 strömt.
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Dabei
entspricht die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 150 der
Zwischenelektrodenspannung (Zwischenanschlussspannung) Vs der Sauerstoffkonzentrationsdetektorzelle 120.
Deshalb regelt die Ip1-Treiberschaltung 52 den ersten Pumpstrom
Ip1, der durch die erste Pumpzelle 110 fließt,
derart, dass die Zwischenelektrodenspannung an die oben beschriebene
Bezugsspannung angeglichen wird, um dadurch die Sauerstoffkonzentration
in der ersten Messkammer 150 auf ein Niveau anzupassen,
bei dem NOX nicht zerlegt werden.
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Das
zu messende Gas GM mit der angepassten Sauerstoffkonzentration strömt
dann weiter zur zweiten Messkammer 160. Die Vp2-Anlegeschaltung 56 legt
als Zwischenelektrodenspannung (Zwischenanschlussspannung) der zweiten
Pumpzelle 130 die Konstantspannung Vp2 an, die so festgelegt
ist, dass das NOX-Gas im zu messenden Gas
GM in Sauerstoff und N2-Gas zerlegt wird
(eine Spannung (z. B. 450 mV), die höher ist als der Wert
der Steuerspannung der Sauerstoffkonzentrationsdetektorzelle 120),
um dadurch NOX in Stickstoff und Sauerstoff
zu zerlegen. Dadurch fließt der zweite Pumpstrom Ip2 durch
die zweite Pumpzelle 130, sodass der Sauerstoff, der durch
die Zerlegung der NOX erzeugt wird, aus
der zweiten Kammer 160 abgepumpt wird. Weil zwischen dem
zweiten Pumpstrom Ip2 und der NOX-Konzentration
eine lineare Beziehung besteht, kann die NOX-Konzentration
im zu messenden Gas anhand des zweiten Pumpstroms Ip2 bestimmt werden,
der von der Ip2-Detektorschaltung 55 erfasst wird.
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Wie
oben beschrieben, empfängt die NOX-Sonde 100 von
außen das zu messende Gas GM über den ersten Diffusionswiderstand 151.
Deshalb ändert sich die Menge des Gases, das in die erste
Messkammer 150 und die zweite Messkammer 160 strömt,
entsprechend einer Änderung im Druck des zu messenden Gases GM
um die Sonde. Wenn die Gaseinströmmenge sich ändert, ändern
sich die jeweiligen Pumpströme der ersten Pumpzelle 110 und
der zweiten Pumpzelle 130, und wenn die Druckkorrektur,
wie sie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angewandt wird, nicht durchgeführt wird, ändern
sich die berechnete Sauerstoffkonzentration und NOX-Konzentration.
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2 zeigt
eine druckabhängige Änderung in der NOX-Konzentration des zu messenden Gases GM an
der NOX-Sonde (2(a)).
Die Änderung in der NOX-Konzentration
wurde mithilfe einer vorbestimmten Berechnungsgleichung ermittelt,
ausgehend von einer Änderung im zweiten Pumpstrom Ip2,
der erfasst wurde, als der Druck des zu messenden Gases GM geändert
wurde. 2 zeigt, dass, wenn der Druck des zu messenden
Gases GM sich ändert, der berechnete Wert der NOX-Konzentration sich auch dann ändert,
wenn dieselbe NOX-Sonde verwendet wird.
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Weil
der Diffusionswiderstand des ersten Diffusionswiderstands 151 aufgrund
der Produktionsschwankungen von NOX-Sonde
zu NOX-Sonde unterschiedlich ist, werden
zudem selbst dann, wenn der Druck des zu messenden Gases GM gleich
ist, relativ große Abweichungen zwischen den NOX-Konzentrationen erzeugt, die von den Ausgaben
der NOX-Sonden S1 bis S4 ausgehend berechnet
werden, wie in 2(a) gezeigt. Im Fall
von 2(a) wird die Schwankung des Diffusionswiderstands
des ersten Diffusionswiderstands 151 so korrigiert, dass
die NOX-Konzentrationen, die aus den Ausgaben
der NOX-Sonden S1 bis S4 berechnet werden,
nur bei einem Bezugsdruck (atmosphärischer Druck Po; ein
Pfeil in 2) gleich werden. Beim Bezugsdruck
nehmen die NOX-Konzentrationen, die aus
den Ausgaben der NOX-Sonden S1 bis S4 berechnet werden,
deshalb denselben Wert an.
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Wenn
die druckabhängige Änderung in der NOX-Konzentration
einheitlich korrigiert wird (dieselbe Korrekturgleichung oder Korrekturwert
wird auf einzelne NOX-Sonden angewendet),
sind die NOX-Konzentrationen, die aus den
Ausgaben dieser NOX-Sonden berechnet werden,
abweichend, weil die Produktionsschwankungen der einzelnen NOX-Sonden nicht berücksichtigt werden.
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In
Anbetracht des Obigen wird in der ersten Ausführungsform
die druckabhängige Änderung in der NOX-Konzentration
durch Korrektur unter Verwendung der NOX-Druckkorrekturinformation
(zweite Druckkorrekturinformation), die für jede einzelne
NOX-Sonde eingestellt ist, und der vom Drucksensor 300 erhaltenen Information
in Bezug auf den Druck des zu messenden Gases PM beseitigt, um dadurch
die Schwankung im zweiten Pumpstrom Ip2 (das heißt, im
berechneten NOX-Konzentrationswert), der
auf die Produktionsschwankung der einzelnen NOX-Sonde
zurückzuführen ist, zu korrigieren, und um die
Schwankung im berechneten NOX-Konzentrationswert
zu korrigieren, die auf eine Änderung im Druck des zu messenden
Gases GM zurückzuführen ist. Diese Korrektur verhindert
die Abweichung des berechneten NOX-Konzentrationswerts,
die auf die Produktionsschwankung der einzelnen NOX-Sonde
und die Änderung im Druck des zu messenden Gases GM zurückzuführen
ist, wobei diese Abweichung andernfalls selbst dann auftreten würde,
wenn die NOX-Konzentration unverändert
bleibt (2(b)), wodurch die NOX-Konzentration genau erkannt werden kann.
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Die
Druckkorrektur wird auf ähnliche Weise für die
Sauerstoffkonzentration durchgeführt, die einer vorbestimmten
Berechnungsgleichung entsprechend aus dem ersten Pumpstrom berechnet
(umgewandelt) wird. Das heißt, die Sauerstoffdruckkorrekturinformation
(erste Druckkorrekturinformation) wird für jede einzelne NOX-Sonde eingestellt und die Druckkorrektur
wird unter Verwendung dieser Sauerstoffdruckkorrekturinformation
und der vom Drucksensor 300 erhaltenen Information in Bezug
auf den Druck des zu messenden Gases GM durchgeführt.
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In
der Steuervorrichtung 10 für eine NOX-Sonde
nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wird die
Druckkorrektur für die NOX-Konzentration
der folgenden Gleichung 1 entsprechend durchgeführt, wobei NOXP die NOX-Konzentration
(aus dem zweiten Pumpstrom berechneter NOX-Konzentrationswert)
vor der Druckkorrektur (nachstehend als die ”unkorrigierte
NOX-Konzentration” bezeichnet)
beim Druck P darstellt; NOXPo die NOX-Konzentration (NOX-Konzentrationswert)
nach der Druckkorrektur (nachstehend als die ”korrigierte
NOX-Konzentration” bezeichnet)
beim Druck Po darstellt; P den Druck (kPa) des zu messenden Gases darstellt;
Po den atmosphärischen Druck (= 101,3 kPa) darstellt; und
k1 einen NOX-Druckkorrekturkoeffizienten (zweite
Druckkorrekturinformation) darstellt.
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Das
Verfahren zur Druckkorrektur ist aber nicht auf die Verwendung einer
Funktion wie die Gleichung 1 beschränkt, und statt dessen
kann ein Abbild bzw. Karte verwendet werden, in welchem jedem der
Druckbereich ein Korrekturwert zugewiesen ist.
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Das
heißt, weil der zweite Pumpstrom Ip2 eine feste Beziehung
mit der NOX-Konzentration im zu messenden
Gas hat, kann die unkorrigierte NOX-Konzentration
NOXP beim Druck P aus dem zweiten Pumpstrom Ip2
berechnet werden. Der Mikrocomputer 60 führt diese
Berechnung durch, indem er aus dem ROM-Speicher 63 eine
Gleichung ausliest, die die Beziehung zwischen Ip2 und der NOX-Konzentration im zu messenden Gas darstellt.
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Der
NOX-Druckkorrekturkoeffizient (k1) wird aus einem Abbild bzw. Karte gewählt,
das in 3 gezeigt wird. Ein Wert von k1,
der einer Stufe entspricht, die der NOX-Sonde
(einer einzelnen NOX-Sonde) zugewiesen wurde,
wird als der NOX-Druckkorrekturkoeffizient
für die NOX-Sonde eingestellt.
Das heißt, jede einzelne Gassondensteuervorrichtung verwendet
nur eine der oben beschriebenen Korrekturstufen. In diesem Fall
wird das Abbild bzw. Karte von 3 vor dem
Versand der Gassondensteuervorrichtung im Halbleiterspeicher 181 der einzelnen
NOX-Sonden gespeichert. Jede NOX-Sonde
wird mit einer externen Prüfeinrichtung verbunden und ein
NOX-Konzentrationswert wird in einem Zustand,
in dem ein Referenzgas verwendet wird und der Gasdruck auf selektive
Weise auf eine Vielzahl bekannter Gasdrücke eingestellt
wird, aus dem zweiten Pumpstrom Ip2 berechnet, wodurch der Wert
von k1 bestimmt wird. Zum Beispiel für
den Fall, dass die NOX-Konzentration an zwei
Punkten gemessen wurde, wird die Neigung einer Geraden als der Wert
von k1 eingestellt. Dann wird eine im Abbild
bzw. Karte von 3 gezeigte Stufe bestimmt, deren
Wert von k1 der Neigung am nächsten
kommt, und wird für die NOX-Sonde
verwendet. Zum Beispiel wird im Abbild eine Markierung gesetzt,
die die Stufe anzeigt. Dadurch wird nur auf Daten verwiesen, die
einer einzelnen Korrekturstufe im Abbild entsprechen. Als Referenzgas
wurde ein Gas benutzt, das NO (90 ppm), H2O
(3%), O2 (9%) und N2 (Rest)
enthielt. Auf diese Weise wird der Wert von k1 für
jede einzelne NOX-Sonde im Halbleiterspeicher 181 gespeichert.
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Das
heißt, wenn die Messung bei drei oder mehr bekannten Drücken
durchgeführt wurde, kann der Wert von k1 als
eine vorbestimmte Kurve oder ein Abbild eingestellt werden, in welchem
jedem Druckbereich ein Koeffizient zugewiesen ist.
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In
der Steuervorrichtung 10 für eine NOX-Sonde
nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wird die
Druckkorrektur für die Sauerstoffkonzentration der folgenden
Gleichung 2 entsprechend durchgeführt, wobei Op die
Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffkonzentrationswert, der aus dem
ersten Pumpstrom berechnet wird) vor der Druckkorrektur (nachstehend
als die ”unkorrigierte Sauerstoffkonzentration” bezeichnet)
beim Druck P darstellt; Opo die Sauerstoffkonzentration
(Sauerstoffkonzentrationswert, der aus dem ersten Pumpstrom berechnet
wird) nach der Druckkorrektur (nachstehend als die ”korrigierte
Sauerstoffkonzentration” bezeichnet) beim Druck Po darstellt;
P den Druck (kPa) des zu messenden Gases darstellt; Po den atmosphärischen
Druck (= 101,3 kPa) darstellt; und k2 einen
Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizienten (Sauerstoffdruckkorrekturinformation)
darstellt.
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Das
heißt, da der erste Pumpstrom Ip1 eine feste Beziehung
mit der Sauerstoffkonzentration im zu messenden Gas hat, kann die
unkorrigierte Sauerstoffkonzentration OP beim
Druck P aus dem ersten Pumpstrom Ip1 berechnet werden. Der Mikrocomputer 60 führt
diese Berechnung durch, indem er aus dem ROM-Speicher 63 eine
Gleichung ausliest, die die Beziehung zwischen dem ersten Pumpstrom
Ip1 und der Sauerstoffkonzentration im zu messenden Gas darstellt.
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Der
Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizient (k2)
wird aus einem Abbild bzw. Karte wie dem in 3 gezeigten gewählt.
Ein Wert von k2, der einer Stufe entspricht,
die der einzelnen NOX-Sonde zugewiesen wurde, wird
als der Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizient für die NOX-Sonde eingestellt. Ein gewählter
Wert von k2 wird im Halbleiterspeicher 181 gespeichert. Ähnlich
wie beim oben beschriebenen k1 wird der
Wert von k2 bestimmt, indem jede NOX-Sonde mit einer externen Prüfeinrichtung
verbunden wird und ein Sauerstoffkonzentrationswert in einem Zustand,
in dem ein Referenzgas verwendet wird und der Gasdruck auf selektive
Weise auf eine Vielzahl bekannter Gasdrücke eingestellt
wird, vom ersten Pumpstrom Ip1 ausgehend berechnet wird.
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Als
Nächstes wird Bezug nehmend auf 4 ein Druckkorrekturverarbeitungsfluss
in der Steuervorrichtung 10 für eine NOX-Sonde nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das heißt, die
Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit und die NOX-Konzentrationsberechnungseinheit der
vorliegenden Erfindung werden als Arbeitsweise des Mikrocomputers 60 beschrieben,
ohne separat beschrieben zu werden.
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Zuerst
greift der Mikrocomputer 60 auf den Halbleiterspeicher 181 zu,
der im Anschlussteil bzw. Stecker 180 der NOX-Sonde 100 integriert
ist, und erfasst den Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizienten (k2) vom Halbleiterspeicher 181 (Schritt
S2). Entsprechend greift der Mikrocomputer 60 auf den Halbleiterspeicher 181 zu
und erfasst den NOX-Druckkorrekturkoeffizienten
(k1) vom Halbleiterspeicher 181 (Schritt
S4).
-
Ferner
erfasst der Mikrocomputer 60 den Druck des zu messenden
Gases (Druckinformation) über die ECU 200 (Schritt
S6).
-
Anschließend
führt der Mikrocomputer 60 die Verarbeitung der
Hauptschleife durch (Schritt S8). Zuerst erfasst der Mikrocomputer 60 von
der Ip1-Treiberschaltung 52 einen Wert des ersten Pumpstroms
Ip1 (genauer gesagt, ein Detektionssignal, das durch Spannungsumwandlung
des ersten Pumpstroms Ip1 erzeugt wird) (Schritt S10).
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Der
Mikrocomputer 60 liest dann aus dem ROM-Speicher 63 eine
Gleichung aus, die die Beziehung zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1
und der Sauerstoffkonzentration des zu messenden Gases darstellt,
und berechnet die unkorrigierte Sauerstoffkonzentration (den Sauerstoffkonzentrationswert)
Op (Schritt S11).
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Als
Nächstes wendet der Mikrocomputer 60 den Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizienten
(k2) und den Druck des zu messenden Gases,
die in den Schritten S2 und S6 erhalten wurden, auf Gleichung 2
an, um die korrigierte Sauerstoffkonzentration OPo zu
berechnen (Schritt S12). Hier ist die korrigierte Sauerstoffkonzentration
OPo ein Wert beim Druck Po (atmosphärischer
Druck).
-
Dann
gibt (übermittelt) der Mikrocomputer 60 die berechnete
Sauerstoffkonzentration OPo über
den Signaleingabe/ausgabeabschitt 64 an die ECU 200 aus
(Schritt S14).
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Entsprechend
erfasst der Mikrocomputer 60 einen Wert des zweiten Pumpstroms
Ip2 von der Ip2-Detektorschaltung 55 (genauer gesagt, ein
Detektionssignal, das durch Spannungsumwandlung des zweiten Pumpstroms
Ip2 erzeugt wird) (Schritt S18).
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Der
Mikrocomputer 60 liest dann aus dem ROM-Speicher 63 eine
Gleichung aus, die die Beziehung zwischen dem zweiten Pumpstrom
Ip2 und der NOX-Konzentration des zu messenden
Gases darstellt, und berechnet die unkorrigierte NOX-Konzentration
(den NOX-Konzentrationswert) NOXP (Schritt
S19).
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Als
Nächstes wendet der Mikrocomputer 60 den NOX-Druckkorrekturkoeffizienten (k1)
und den Druck des zu messenden Gases, die in den Schritten S4 und
S6 erhalten wurden, auf Gleichung 1 an, um die korrigierte NOX-Konzentration NOXPo zu
berechnen (Schritt S20). Hier ist NOXPo ein
Wert beim Druck Po (atmosphärischer Druck).
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Dann
gibt (übermittelt) der Mikrocomputer 60 die berechnete
NO-Konzentration NOXPo über den
Signaleingabe/ausgabeabschitt 64 an die ECU 200 aus
(Schritt S22).
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Der
Mikrocomputer 60 bestimmt in Schritt S26, ob die Verarbeitung
beendet werden soll. Wenn die Verarbeitung fortzusetzen ist, kehrt
der Mikrocomputer zum Schritt S8 zurück.
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Wie
oben beschrieben, können der ersten Ausführungsform
gemäß die NOX-Konzentrationsinformation
und die Sauerstoffkonzentrationsinformation (das heißt,
der NOX-Konzentrationswert und der Sauerstoffkonzentrationswert)
dem Druck des zu messenden Gases entsprechend korrigiert werden.
Wenn die Druckabhängigkeiten der NOX-Konzentrationsinformation
und der Sauerstoffkonzentrationsinformation vorher für jede
einzelne NOX-Sonde gemessen werden und die
gemessenen Druckabhängigkeiten als ein Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizient
und ein NOX-Druckkorrekturkoeffizient gespeichert
werden, kann die Druckabhängigkeit der Konzentrationsinformationen,
die von Sonde zu Sonde verschieden ist, zudem in der Korrektur wiedergeben
werden, wodurch die NOX-Konzentration und
die Sauerstoffkonzentration ungeachtet einer Änderung im
Druck des zu messenden Gases unter Verwendung einer einzigen NOX-Sonde bestimmt werden können.
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Wenn
der Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizient (k2)
und der NOX-Druckkorrekturkoeffizient (k1) im oder auf Seiten der NOX-Sonde
(in ihrem Halbleiterspeicher) gespeichert werden, ist es zudem nicht
erforderlich, die Werte des Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizienten
und des NOX-Druckkorrekturkoeffizienten
in der Steuervorrichtung der NOX-Sonde zu
speichern. Weil der Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizient (k2) und der NOX-Druckkorrekturkoeffizient
(k1) bei der Versandkontrolle der NOX-Sonde im Halbleiterspeicher im oder auf
Seiten der NOX-Sonde gespeichert werden,
müssen diese Koeffizienten nicht separat gemessen werden,
wodurch die Arbeitslast verringert wird.
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Als
Nächstes wird eine Steuervorrichtung für eine
NOX-Sonde nach einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Steuervorrichtung für
eine NOX-Sonde nach der zweiten Ausführungsform
ist mit der ersten Ausführungsform identisch, außer,
dass die Verarbeitung des Mikrocomputers 60 sich von der
in der ersten Ausführungsform unterscheidet.
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Wenn
sich übrigens im Fall der NOX-Sonde
der ersten Ausführungsform die Sauerstoffkonzentration im
zu messenden Gas ändert, ändert sich der zweite
Pumpstrom Ip2 entsprechend, selbst wenn die NOX-Konzentration
im zu messenden Gas und dessen Druck konstant sind. Das heißt,
die berechnete NOX-Konzentration weist eine
Sauerstoffkonzentrationsabhängigkeit auf (5(a)).
Um die Erkennungsgenauigkeit der NOX-Konzentration
zu erhöhen, ist es deshalb erwünscht, eine Korrektur
unter Berücksichtigung der Sauerstoffkonzentrationsabhängigkeit
sowie der oben beschriebenen Druckabhängigkeit durchzuführen.
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Ein
möglicher Weg ist die Korrektur des NOX-Konzentrationswerts,
der anhand der oben beschriebenen Gleichung 1 erhalten wird, mithilfe
des unkorrigierten Sauerstoffkonzentrationswerts, der aus dem ersten Pumpstrom
Ip1 erhalten wird. Weil aber der unkorrigierte Sauerstoffkonzentrationswert
selbst durch eine Änderung im Druck des zu messenden Gases
beeinflusst wird, kann man nicht sagen, dass eine genaue Korrektur
der Sauerstoffkonzentrationsabhängigkeit durchgeführt
wird.
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In
Anbetracht des Obigen wird in der zweiten Ausführungsform,
wenn der NOX-Konzentrationswert unter Verwendung
des Sauerstoffkonzentrationswerts korrigiert wird, der Sauerstoffkonzentrationswert
nicht einfach aus dem ersten Pumpstrom Ip1 berechnet, sondern mithilfe
der oben beschriebenen Gleichung 2 berechnet, in welcher die Sauerstoffdruckkorrekturinformation
und der Druck des zu messenden Gases GM berücksichtigt
werden, wodurch der NOX-Konzentrationswert
unter Verwendung der korrigierten Sauerstoffkonzentration OPo korrigiert wird. Das heißt, für
die Korrektur wird die Sauerstoffkonzentrationsabhängigkeit
bei einem vorbestimmten Gasdruck vorher für jede NOX-Sonde erhalten (siehe 5(a));
eine Korrekturgleichung, in der die Abhängigkeit berücksichtigt
wird, oder ein Abbild, in dem eine Korrekturmenge eingestellt ist,
wird vorbereitet; und die Korrekturgleichung oder das Abbild wird
im Mikrocomputer gespeichert. Dann wird die korrigierte Sauerstoffkonzentration
OPo auf die oben beschriebene Beziehungsgleichung
oder das Abbild angewandt, um dadurch den NOX-Konzentrationswert
zu korrigieren. Dadurch wird es möglich, auf effektive
Weise zu verhindern, dass der NOX-Konzentrationswert
sich mit der Sauerstoffkonzentration im zu messenden Gas ändert,
wie in 5(b) gezeigt.
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6 zeigt
den Druckkorrekturverarbeitungsfluss in der Steuervorrichtung für
eine NOX-Sonde nach der zweiten Ausführungsform.
Verarbeitungsschritte, die mit denen in der ersten Ausführungsform
identisch sind, werden durch dieselben Schrittnummern wie die in 4 gezeigten
angegeben und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
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Die
zweite Ausführungsform ist mit der ersten Ausführungsform
identisch, außer, dass ein neuer Schritt S30 zwischen den
Schritten S20 und S22 von 4 hinzugefügt
wurde. In Schritt S30 korrigiert der Mikrocomputer 60 die
korrigierte NOXPo unter Verwendung der oben
beschriebenen Gleichung oder des Abbilds bzw. Karte, die im Mikrocomputer
gespeichert sind; wobei er als Schlüssel die korrigierte
Sauerstoffkonzentration OPo verwendet, die
in Schritt S12 erhalten wurde. Dann gibt (übermittelt)
der Mikrocomputer 60 in Schritt S22 die korrigierte NOXPo, die für die Sauerstoffkonzentrationsabhängigkeit
korrigiert wurde, über den Signaleingabe/ausgabeabschitt 64 an
die ECU 200 aus.
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Weil
im Falle der zweiten Ausführungsform die korrigierte NOXPo mithilfe der korrigierten Sauerstoffkonzentration
OPo korrigiert wird, kann ein genauerer
NOX-Konzentrationswert erhalten werden,
mit reduzierten Einflüssen der Änderung im Druck
des zu messenden Gases und der Änderung in der Sauerstoffkonzentration des
zu messenden Gases.
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Das
heißt, das Verfahren des Berechnens der Sauerstoffkonzentration
aus dem ersten Pumpstrom Ip1, das Verfahren des Berechnens der NO
X-Konzentration aus dem zweiten Pumpstrom
Ip2 und die Konfiguration und die Schaltungsstruktur der Steuerschaltung
58 der
NO
X-Detektionsvorrichtung
10 (bis
auf die Druckkorrektur), die in den Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung verwendet werden, entsprechen jenen, die
in den
japanischen Patentoffenlegungsschriften
(kokai) Nr. H11-23528 und
H11-304758 offenbart
wurden, die durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
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Als
Nächstes wird eine Fahrzeugsteuerung nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung be schrieben. Diese Ausführungsform
ist mit den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen identisch,
außer, dass die Verarbeitung für die Druckkorrektur
in der ECU (Fahrzeugsteuerung) 200 durchgeführt
wird statt in der Steuervorrichtung für eine NOX-Sonde. Deshalb werden die Beschreibungen
von Abschnitten, die denen der Flussdiagramme (4 und 6)
entsprechen, die zur Beschreibung der ersten und zweiten Ausführungsformen
verwendet wurden, ausgelassen. Da die ECU-seitige CPU 201 die
korrigierte Sauerstoffkonzentration und die korrigierte NOX-Konzentration selbst berechnet, entfallen
die Schritte S14 und S22 in 4 und 6.
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Der
Signaleingabe/ausgabeabschnitt 204 bildet die ”Empfangseinheit” der
vorliegenden Erfindung und die ECU-seitige CPU 201 bildet
die ”Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit” und
die ”NOX-Konzentrationsberechnungseinheit”.
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Als
Nächstes wird Bezug nehmend auf 4 die Verarbeitung,
die von der ECU-seitigen CPU 201 ausgeführt wird,
für den Fall beschrieben, dass die vorliegende Ausführungsform
mit der ersten Ausführungsform kombiniert ist. Das heißt,
auch wenn die vorliegende Ausführungsform mit der zweiten
Ausführungsform kombiniert ist, führt die ECU-seitige
CPU 201 die Verarbeitung einem 6 entsprechenden
Fluss entsprechend aus. Deshalb wird eine Beschreibung für
solch einen Fall ausgelassen.
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Zuerst
greift die ECU-seitige CPU 201 über den Mikrocomputer 60 auf
den Halbleiterspeicher 181 zu und erfasst den Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizienten
(k2), der im Halbleiterspeicher 181 gespeichert
ist (Schritt S2). Entsprechend erfasst die ECU-seitige CPU 201 den
NOX-Druckkorrekturkoeffizienten (k1) vom Halbleiterspeicher 181 (Schritt
S4).
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Ferner
erfasst die ECU-seitige CPU 201 die Information in Bezug
auf den Druck des zu messenden Gases vom Drucksensor 300 (Schritt
S6).
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Dann
führt die ECU-seitige CPU 201 die Verarbeitung
der Hauptschleife durch (Schritt S8). Zuerst erfasst die ECU-seitige
CPU 201 über den Mikrocomputer 60 einen
Wert des ersten Pumpstroms Ip1 (genauer gesagt, ein Detektionssignal,
das durch Spannungsumwandlung des ersten Pumpstroms Ip1 erzeugt
wird) von der Ip1-Treiberschaltung 52 (Schritt S10).
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Dann
liest die ECU-seitige CPU 201 aus dem ROM-Speicher 63 eine
Gleichung aus, die die Beziehung zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1
und der Sauerstoffkonzentration des zu messenden Gases darstellt,
und berechnet die unkorrigierte Sauerstoffkonzentration (den Sauerstoffkonzentrationswert)
Op (Schritt S11).
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Als
Nächstes wendet die ECU-seitige CPU 201 den Sauerstoffdruckkorrekturkoeffizienten
(k2) und den Druck des zu messenden Gases,
die in den Schritten S2 und S6 erhalten wurden, auf Gleichung 2
an, um die korrigierte Sauerstoffkonzentration OPo zu
berechnen (Schritt S12). Hier ist OPo ein
Wert beim Druck Po (atmosphärischer Druck). Das heißt,
da der erste Pumpstrom Ip1 eine feste Beziehung mit der Sauerstoffkonzentration
im zu messenden Gas hat, kann die unkorrigierte Sauerstoffkonzentration
OP beim Druck P aus dem ersten Pumpstrom
Ip1 berechnet werden. Die ECU-seitige CPU 201 führt
diese Berechnung durch, indem sie aus einem vorbestimmten ROM-Speicher
eine Gleichung ausliest, die die Beziehung zwischen dem ersten Pumpstrom
Ip1 und der Sauerstoffkonzentration im zu messenden Gas darstellt.
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Entsprechend
erfasst die ECU-seitige CPU 201 über den Mikrocomputer 60 einen
Wert des zweiten Pumpstroms Ip2 von der Ip2-Detektorschaltung 55 (genauer
gesagt, ein Detektionssignal, das durch Spannungsumwandlung des
zweiten Pumpstroms Ip2 erzeugt wird) (Schritt S18).
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Die
ECU-seitige CPU 201 liest dann aus dem ROM-Speicher eine
Gleichung aus, die die Beziehung zwischen dem zweiten Pumpstrom
Ip2 und der NOX-Konzentration darstellt,
und berechnet die unkorrigierte NOX-Konzentration
(den NOX-Konzentrationswert) NOXP (Schritt
S19).
-
Als
Nächstes wendet die ECU-seitige CPU 201 den NOX-Druckkorrekturkoeffizienten (k1)
und den Druck des zu messenden Gases, die in den Schritten S4 und
S6 erhalten wurden, auf Gleichung 1 an, um die korrigierte NOX-Konzentration NOXPo zu
berechnen (Schritt S20). Hier ist NOXPo ein
Wert beim Druck Po (atmosphärischer Druck). Das heißt,
da der zweite Pumpstrom Ip2 eine feste Beziehung mit der NOX-Konzentration im zu messenden Gas hat,
kann die unkorrigierte NOX-Konzentration
NOXP beim Druck P aus dem zweiten Pumpstrom
Ip2 berechnet werden. Die ECU-seitige CPU 201 führt
diese Berechnung durch, indem sie aus dem vorbestimmten ROM-Speicher
eine Gleichung ausliest, die die Beziehung zwischen dem zweiten Pumpstrom
Ip2 und der NOX-Konzentration im zu messenden
Gas darstellt.
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Die
ECU-seitige CPU 201 bestimmt in Schritt S26, ob die Verarbeitung
beendet werden soll. Wenn die Verarbeitung fortzusetzen ist, kehrt
die ECU-seitige CPU 201 zu Schritt S8 zurück.
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Insbesondere
können die Schritte S14 und S22 aus den in 4 und 6 gezeigten
Flussdiagrammen ausgelassen werden, falls die ECU-seitige CPU 201 die
Sauerstoffkonzentration und die NOX-Konzentration
nicht nach außen ausgeben muss.
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Es
versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben
beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt
ist und verschiedene Modifikationen und Äquivalente einschließt,
die im Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
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- 10
- Steuervorrichtung
für die NOX-Sonde (NOX-Sondensteuervorrichtung)
- 52
- Ip2-Treiberschaltung
(Detektorschaltung erster Pumpstrom)
- 55
- Ip2-Detektorschaltung
(Detektorschaltung zweiter Pumpstrom)
- 60
- Mikrocomputer
(Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit; NOX-Konzentrationsberechnungseinheit)
- 100
- NOX-Sonde
- 110
- erste
Pumpzelle
- 112,
113
- erste
Elektrode
- 130
- zweite
Pumpzelle
- 150
- erste
Messkammer
- 160
- NOX-Messkammer
- 181
- Halbleiterspeicher
(Speicherung)
- 200
- Fahrzeugsteuerung
- 201
- fahrzeugseitige
CPU (Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit; NOX-Konzentrationsberechnungseinheit)
- 204
- Empfangseinheit
(Signaleingabe/ausgabeabschnitt)
- GM
- zu
messendes Gas
- Ip1
- erster
Pumpstrom
- Ip2
- zweiter
Pumpstrom
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2846735 [0003]
- - JP 10-142194 [0004, 0004]
- - JP 11-304758 [0004, 0004, 0004, 0006, 0092]
- - JP 11-23528 [0092]
