DE102013217374B4 - Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysator - Google Patents

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Abstract

Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator (250), umfassend: einen Multi-Gas-Sensor (200A), der stromabwärts von einem Oxidations-Katalysator (512) angeordnet ist, der in einem Abgas-Kanal (502) eines Verbrennungsmotors (500) angeordnet ist, wobei der Multi-Gas-Sensor (200A) eine Multi-Gas-Sensorelement-Einheit enthält, die einstückig eine NO2-Sensor-Einheit (42) und eine NOx-Sensor-Einheit (30A) enthält, wobei die NO2-Sensor-Einheit (42) direkt eine NO2-Konzentration im Abgas misst, nachdem es den Oxidations-Katalysator durchströmt hat, und die NOx-Sensor-Einheit (30A) direkt eine NOx-Konzentration in dem Abgas misst; eine NO-Konzentrations-Berechnungseinheit (60), die eingerichtet ist, basierend auf der NO2-Konzentration und der NOx-Konzentration eine NO-Konzentration in dem Abgas zu berechnen, nachdem es den Oxidations-Katalysator durchströmt hat; und eine Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit (221), die eingerichtet ist, einen Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators aus einem Bewertungswert zu beurteilen, der auf der von der NO-Konzentrations-Berechnungseinheit berechneten NO-Konzentration beruht, wobei die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit eine Vielzahl von NO2-Sensor-Einheiten umfasst, und die jeweiligen NO2-Sensor-Einheiten unterschiedliche Empfindlichkeits-Verhältnisse bezüglich NO2 aufweisen.

Description

  • Hintergrund
  • 1. Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft eine Vorrichtung, die Abnutzung eines Oxidations-Katalysators erkennt, der für einen Abgasreiniger eines Verbrennungsmotors benutzt wird.
  • 2. Stand der Technik
  • Vor kurzem wurden Emissionsvorschriften für Dieselmotoren verschärft. Folglich ist es gewünscht, Feinstaub (im Folgenden als ”PM” (Particulate Matter) bezeichnet) aus Abgas zu entfernen, indem im Abgas eines Dieselmotors enthaltener PM abgefangen wird und der abgefangene PM verbrannt wird. Angesichts dessen enthält ein Motor einen Partikelfilter (einen Diesel-Partikelfilter, im Folgenden als ”DPF” bezeichnet), um den PM im Abgaskanal abzufangen. Der DPF ist aus einem Material hergestellt, wie Keramik und rostfreier Stahl. Um den PM abzufangen, umfasst der DPF zum Beispiel eine Wabenstruktur. Wenn der PM zu stark abgefangen wird, wird der DPF verstopft. Daher enthält der DPF als ein Verfahren stromaufwärts einen Oxidations-Katalysator (Diesel-Oxidations-Katalysator, im Folgenden als ”DOC” bezeichnet). Der DOC oxidiert NO im Abgas durch einen Oxidations-Katalysator zu NO2. Durch Verwendung dieses NO2 ist es dem DOC möglich, den vom DPF abgefangenen PM auch zu oxidieren und zu verbrennen. Somit wird der PM entfernt. Hierdurch wird der DPF kontinuierlich regeneriert.
  • Durch die Benutzung verschlechtert sich mit der Zeit die Leistung des DOC, NO2 zu erzeugen. Folglich wird die Regenerationsleistung des DPF ebenfalls verschlechtert. Daher wurde eine Vorrichtung entwickelt, die den Grad der Abnutzung des DOC erkennt (siehe JP 2012-36 860 A ).
  • Zuerst bestimmt diese Diagnosevorrichtung einen NOx-Wert im Abgas, sofort nachdem es von dem Motor abgegeben wurde, auf der Grundlage der Motordrehzahl und der Motorbelastung. Außerdem wird der NOx-Wert stromabwärts des DOC direkt durch einen NOx-Sensor gemessen, der stromabwärts des DOC installiert ist. Als Nächstes wird unter Verwendung dieser beiden NOx-Werte ein NO2-Verhältnis berechnet. Die Konzentration von NO2, das den DPF durchströmt hat, wird aus dem NO2-Verhältnis erhalten. Der Grad der Abnutzung des DOC wird aus dieser NO2-Konzentration bestimmt.
  • Aus der DE 10 2009 000 148 A1 ist ein SCR-Katalysator eines Dieselmotors mit einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter bekannt. Stomaufwärts des Oxidations-Katalysators ist ein Sensor vorgesehen um Kohlenwasserstoffe zu detektieren und einem Sensor um die NO bzw. NO2-Konzentration zu detektieren. Stromabwärts des Oxidations-Katalysators ist ein zweites Paar von Sensoren vorgesehen das Kohlenwasserstoffkonzentration und die NO bzw. NO2-Konzentration detektiert.
  • Es wird bei dem Sensor der DE 10 2009 000 148 A1 zwischen Eigenschaften zu NO2 und NO Bestimmung geschaltet und die NO-Konzentration direkt gemessen.
  • Die US 2010/0 077 833 A1 offenbart einen Gassensor in dem ein NO2-Menge mit einem ersten Sensor gemessen und eine NOx-Menge, die Konzentration von verschiedenen Stickoxiden, durch einen zweiten Sensor bestimmt wird. Durch Subtraktion der NO2-Konzentration von der NOx-Konzentration wird die NO-Konzentration erhalten.
  • Die US 2009/0 020 422 A1 offenbart zwei Sensoren wobei einer NO2 und der andere NOx bestimmt.
  • Im der WO 2010/010 978 A1 ist ein sogenannter amperometrischer NOx-Sensor offenbart. Alternativ wird in diesem Dokument ein konventioneller gemischterpotenzial NOx-Sensor offenbart.
  • Die US 2011/0 048 970 A1 offenbart einen Sensor der ein NOx-Sensorelement enthält und einen NH3-Sensor.
  • Die WO 01/23 730 A2 offenbart einen Sensor der bezüglich der Sensitivität an verschiedene Gase angepasst werden kann.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Abnutzungs-Diagnosevorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung veranschaulicht;
  • 2 ist ein Diagramm, das ein Kennfeld veranschaulicht, mit dem eine Abnutzung des Oxidations-Katalysators bewertet wird;
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess veranschaulicht, der von der Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator durchgeführt wird;
  • 4 ist eine Schnittansicht eines Multi-Gas-Sensors entlang einer Längsrichtung;
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Multi-Gas-Sensors und einer Gassensor-Steuerungsvorrichtung veranschaulicht;
  • 6 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer NO2-Sensor-Einheit veranschaulicht;
  • 7 ist ein Diagramm, das einen Prozessfluss der Berechnung verschiedener Gaskonzentrationen durch die Steuerungsvorrichtung des Multi-Gas-Sensors veranschaulicht;
  • 8 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen Ip2 und der NOx-Konzentration nach Korrektur der O2-Konzentration veranschaulicht;
  • 9 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einem EMF-Ausgangssignal von einem NO2-Sensor und der NO-Konzentration und der NO2-Konzentration veranschaulicht;
  • 10 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einem Ausgangsignal der Konzentrations-Umwandlung des NO2-Sensors und der NO-Konzentration und der NO2-Konzentration vor der O2-Konzentrations-Korrektur veranschaulicht;
  • 11 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einem Ausgangsignal der Konzentrations-Umwandlung des NO2-Sensors und der NO-Konzentration und der NO2-Konzentration nach der O2-Konzentrations-Korrektur veranschaulicht;
  • 12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des Multi-Gas-Sensors und der Gassensor-Steuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
  • 13 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer ersten NO2-Sensor-Einheit und einer zweiten NO2-Sensor-Einheit veranschaulicht;
  • 14 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel veranschaulicht, in dem die erste NO2-Sensor-Einheit und die zweite NO2-Sensor-Einheit mit einer Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle im Multi-Gas-Sensor gemäß der zweiten Ausführungsform überlappen;
  • 15 ist eine Draufsicht, die noch ein weiteres Beispiel veranschaulicht, in dem die erste NO2-Sensor-Einheit und die zweite NO2-Sensor-Einheit mit der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle im Multi-Gas-Sensor gemäß der zweiten Ausführungsform überlappen;
  • 16A und 16B sind Graphen, die Berechnungsergebnisse von Konzentrationen von korrigiertem NO2 in dem Fall veranschaulichen, in dem C3H6 als brennbares Gas benutzt wird;
  • 17A und 17B sind Graphen, die die Berechnungsergebnisse von Konzentrationen des korrigierten NO2 in dem Fall veranschaulichen, in dem als brennbares Gas ein anderes Gas als C3H6 benutzt wird;
  • 18 ist ein Graph, in dem ein Ausgangsverhältnis der ersten NO2-Sensor-Einheit zur zweiten NO2-Sensor-Einheit für jedes brennbare Gas bezogen auf das Ausgangssignal der ersten NO2-Sensor-Einheit gezeigt ist; und
  • 19 ist ein Blockdiagramm, das die Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator gemäß einer Änderung dieser Offenbarung veranschaulicht.
  • Genaue Beschreibung
  • In der folgenden genauen Beschreibung werden zum Zweck der Erklärung zahlreiche spezielle Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der offenbarten Ausführungsformen zu ermöglichen. Es ist jedoch offensichtlich, dass ein oder mehrere Ausführungsformen ohne diese speziellen Details realisiert werden können. In anderen Fällen sind wohlbekannte Strukturen und Vorrichtungen schematisch dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen.
  • Die Diagnosevorrichtung erkennt einen Grad der Abnutzung eines DOC auf der Grundlage eines NOx-Verhältnisses, das unter Verwendung von zwei NOx-Werten berechnet wird. Daher ist die Genauigkeit der Diagnose klein. Insbesondere wenn ein NOx-Wert in Abgas berechnet wird, unmittelbar nachdem es vom Motor abgegeben wurde, werden keine anderen Faktoren als die Drehzahl des Motors und die Belastung des Motors berücksichtigt. Angesichts dessen kann es abhängig von den Gebrauchsbedingungen einen Fall geben, dass die Berechnungsgenauigkeit erheblich klein wird.
  • Eine Aufgabe dieser Offenbarung ist es, eine Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator vorzusehen, die den Grad der Abnutzung eines Oxidations-Katalysators mit guter Genauigkeit erkennen kann, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, um NO zu NO2 zu oxidieren.
  • Eine Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst: einen Multi-Gas-Sensor, der stromabwärts eines Oxidations-Katalysators angeordnet ist, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, wobei der Multi-Gas-Sensor eine Multi-Gas-Sensorelement-Einheit enthält, die einstückig eine NO2-Sensor-Einheit und eine NOx-Sensor-Einheit enthält, wobei die NO2-Sensor-Einheit direkt eine NO2-Konzentration in Abgas misst, nachdem es den Oxidations-Katalysator durchströmt hat, und die NOx-Sensor-Einheit direkt eine NOx-Konzentration in dem Abgas misst; eine NO-Konzentrations-Berechnungseinheit, die eingerichtet ist, basierend auf der NO2-Konzentration und der NOx-Konzentration eine NO-Konzentration in dem Abgas zu berechnen, nachdem es den Oxidations-Katalysator durchströmt hat; und eine Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit, die eingerichtet ist, einen Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators aus einem Bewertungswert zu beurteilen, der auf der von der NO-Konzentrations-Berechnungseinheit berechneten NO-Konzentration beruht.
  • Mit dieser Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysatoren erhält man direkt die aktuelle NO2-Konzentration und die aktuelle NOx-Konzentration stromabwärts des Oxidations-Katalysators aus dem Abgas unter Verwendung eines Multi-Gas-Sensors. Auf der Grundlage der NO2-Konzentration und der NOx-Konzentration wird die NO-Konzentration berechnet. Der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators wird aus einem Bewertungs-Wert auf der Grundlage der NO-Konzentration bestimmt. Angesichts dessen kann die Diagnose mit guter Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Es ist nur erforderlich, dass der Bewertungs-Wert ein Wert ist, der auf der NO-Konzentration beruht. Der Bewertungs-Wert kann zum Beispiel ein Verhältnis zwischen der NO-Konzentration und der NO2-Konzentration, ein Verhältnis zwischen der NO-Konzentration und der NOx-Konzentration oder die NO-Konzentration alleine sein.
  • In der Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysatoren gemäß dieser Offenbarung kann der Multi-Gas-Sensor stromabwärts direkt nach dem Oxidations-Katalysator angeordnet sein.
  • Somit erlaubt die Anordnung der Multi-Gas-Sensors direkt nach dem Oxidations-Katalysator die direkte Messung des Abgases, das den Oxidations-Katalysator durchströmt hat, am Multi-Gas-Sensor. Folglich kann der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators mit guter Genauigkeit bestimmt werden.
  • ”Anordnung des Multi-Gas-Sensors stromabwärts direkt hinter dem Oxidations-Katalysator” bedeutet, dass der Multi-Gas-Sensor stromabwärts des Oxidations-Katalysators im Abgas-Kanal angeordnet wird, ohne etwas zwischen dem Oxidations-Katalysator und dem Multi-Gas-Sensor einzufügen.
  • Die Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysatoren gemäß der Offenbarung umfasst ferner einen Filter, der stromabwärts bezüglich des Oxidations-Katalysators im Abgas-Kanal angeordnet ist, wobei der Filter Feinstaub abfängt. Der Multi-Gas-Sensor kann stromabwärts direkt hinter dem Filter angeordnet sein.
  • In dem Fall, dass der Multi-Gas-Sensor direkt hinter dem Oxidations-Katalysator angeordnet wird, sammelt sich der PM, der den Oxidations-Katalysator durchströmt hat, im Multi-Gas-Sensorelement an. Da das Sensor-Ausgangssignal schwankt, besteht in diesem Fall die Sorge, dass das Sensor-Ausgangssignal vom Multi-Gas-Sensor nicht mit guter Genauigkeit erhalten werden kann. Im Gegensatz dazu kann durch Anordnen des Multi-Gas-Sensors stromabwärts direkt hinter dem Filter verhindert werden, dass der PM sich in der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit ansammelt. Folglich kann der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators mit guter Genauigkeit bestimmt werden, während die Schwankung des Sensor-Ausgangssignals verringert wird.
  • ”Anordnung des Multi-Gas-Sensors stromabwärts direkt hinter dem Filter” bedeutet, dass der Multi-Gas-Sensor stromabwärts des Filters im Abgas-Kanal angeordnet wird, ohne etwas zwischen dem Filter und dem Multi-Gas-Sensor einzufügen. In der Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysatoren gemäß der Offenbarung kann das Multi-Gas-Sensorelement die Vielzahl von NO2-Sensor-Einheiten enthalten, und die jeweiligen NO2-Sensor-Einheiten können unterschiedliche Empfindlichkeits-Verhältnisse bezüglich NO2 aufweisen.
  • Mit dieser Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysatoren kann eine Korrektur-Berechnung präzise an NO2 durchgeführt werden, sogar in der Umgebung, in der verschiedene brennbare Gase gleichzeitig vorliegen und sich die Sauerstoffkonzentration ändert. Die Berechnung zusammen mit dem Ausgangssignal des NOx-Sensors erlaubt die getrennte Erkennung von NO2 und NO.
  • Ferner kann die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit eine Plattenform aufweisen, die sich in Axialrichtung erstreckt, die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit kann einen Temperaturdetektor enthalten, der zur Regelung einer Temperatur der NOx-Sensor-Einheit benutzt wird, und jeder aus der Vielzahl der NO2-Sensor-Einheiten kann sich mindestens teilweise mit dem Temperaturdetektor in der Axialrichtung überlappen.
  • Mit dieser Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysatoren kann die Temperatur der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit auf der Grundlage der Temperatur geregelt werden, die am Temperaturdetektor gemessen wird. Angesichts dessen wird die Temperatur der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit auf dem stabilsten Wert benachbart zum Temperaturdetektor gehalten. Folglich wird die Temperatur der NO2-Sensor-Einheit innerhalb eines vorgegebenen Bereichs konstant gehalten, indem die NO2-Sensor-Einheit und der Temperaturdetektor in Axialrichtung mindestens teilweise überlappen. Folglich verbessert sich die Messgenauigkeit von NO2.
  • Die NO2-Sensor-Einheit kann einen Hauptteil mit einem festen Elektrolyten 25 mit Sauerstoffionen-Leitfähigkeit umfassen, eine Messelektrode 42b und eine Referenzelektrode 42a, die jeweils auf einer Oberfläche des Hauptteils mit einem festen Elektrolyten angeordnet sind, und eine Zwischenschicht 42c, die zwischen der Messelektrode und dem Hauptteil mit einem festen Elektrolyten angeordnet ist. Die Zwischenschicht kann eine Komponente aus einem festen Elektrolyten mit Sauerstoffionen-Leitfähigkeit mit gleich oder mehr als 50 Massen-Prozent enthalten, wobei die Zwischenschicht auch ein erstes Metalloxid aus mindestens einer Art von Metalloxid enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Co, Mn, Cu, Ni und Ce ausgewählt ist. Die Messelektrode kann Au mit gleich oder mehr als 70 Massen-Prozent enthalten, wobei die Messelektrode nicht das erste Metalloxid enthält.
  • Mit dieser Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysatoren kann die NO2-Konzentration mit guter Genauigkeit durch die NO2-Sensor-Einheit mit der oben beschriebenen Konfiguration gemessen werden. Angesichts dessen verbessert sich die Diagnosegenauigkeit des Grades der Abnutzung des Oxidations-Katalysators weiter.
  • Mit der Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysatoren gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung kann der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators, der NO zu NO2 oxidiert, mit guter Genauigkeit erkannt werden. Eine Ausführungsform dieser Offenbarung wird detailliert beschrieben.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator 250 gemäß der Ausführungsform dieser Offenbarung, die an einem Fahrzeug montiert ist, veranschaulicht.
  • Ein Abgasreiniger 550 ist in der Mitte eines Auspuffrohrs (in einem Abgas-Kanal) 502 eines Motors (eines Dieselmotors) 500 montiert, der ein Verbrennungsmotor des Fahrzeugs ist. Der Abgasreiniger 550 reinigt ein Abgas, das vom Motor 500 ausgestoßen wird. Der Abgasreiniger 550 umfasst einen Abgasreiniger stromaufwärts (auch als ”DPF-Vorrichtung” bezeichnet) 510 und einen Abgasreiniger stromabwärts (auch als ”SCR-Vorrichtung” bezeichnet) 520, die in dieser Reihenfolge von stromaufwärts des Auspuffrohrs 502 angeordnet sind. Der Abgasreiniger 550 umfasst ferner eine Düse 531 zum Hinzufügen von Harnstoff-Wasser, die zwischen der DPF-Vorrichtung 510 und der SCR-Vorrichtung 520 angeordnet ist.
  • Die Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysator 250 umfasst einen Multi-Gas-Sensor 200A und einen Temperatursensor 210, die an der DPF-Vorrichtung montiert sind, und eine Steuereinheit (ECU, Engine (electronic) Control Unit, Motor-(Elektronik)-Steuereinheit) 220. Die ECU 220 erkennt einen Grad der Abnutzung eines Oxidations-Katalysators (DOC) 512, der im Folgenden beschrieben wird, auf der Grundlage der gemessenen Ausgangssignale des Multi-Gas-Sensors 200A und des Temperatursensors 210.
  • Die DPF-Vorrichtung 510 umfasst ein rohrförmiges Gehäuse. Dieses rohrförmige Gehäuse enthält den Oxidations-Katalysator(Diesel-Oxidations-Katalysator, im Folgenden als ”DOC” bezeichnet) 512, und einen Partikelfilter (Diesel-Partikelfilter, im Folgenden als ”DPF” bezeichnet) 514 in dieser Reihenfolge von stromaufwärts. Der DPF 514 enthält zum Beispiel einen porösen Filter (zum Beispiel einen Keramikfilter), der Feinstaub (Particulate Matter, PM) abfängt. Der DOC 512 enthält einen wabenförmigen Träger, der zum Beispiel aus Metall oder Keramik hergestellt ist. Dieser Träger trägt ein Katalysator-Material, der NO zu NO2 oxidiert. Der DOC 512 oxidiert NO im Abgas zu NO2. Durch Verwendung dieses NO2 ist es dem DOC 512 möglich, den im DPF 514 abgefangenen PM zu oxidieren und zu verbrennen, wodurch der PM entfernt wird. Dies erlaubt eine kontinuierliche Regeneration des DPF 514. Die Regeneration des DPF 514 wird durch die ECU 220 gesteuert.
  • Die SCR-Vorrichtung 520 weist ein rohrförmiges Gehäuse auf. Dieses rohrförmige Gehäuse enthält im Innern einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (Selective Catalytic Reduction, im Folgenden als ”SCR” bezeichnet) 522 und einen Oxidations-Katalysator im hinteren Teil (Clean Up Catalyst, im Folgenden als CUC abgekürzt) 524 in dieser Reihenfolge von stromaufwärts. Der SCR 520 ist ein Katalysator, der NOx im Abgas zu N2 reduziert, wozu Ammoniak verwendet wird, das von stromaufwärts als Reduktionsmittel geliefert wird. Der SCR 520 kann zum Beispiel ein zeolithischer Katalysator oder ein Vanadium-Katalysator sein. Der CUC 26 ist ein Oxidations-Katalysator, der Ammoniak entfernt, das am SCR 522 nicht reagiert.
  • Die Düse 531 zum Hinzufügen von Harnstoff-Wasser spritzt mit einer Hinzufügungs-Vorrichtung 533 Harnstoff-Wasser aus einem Harnstoff-Wasser-Tank 535 von stromaufwärts des SCR 522 in das Abgas. Das von stromaufwärts des SCR 522 in das Abgas eingespritzte Harnstoff-Wasser wird hydrolysiert, wodurch Ammoniak erzeugt wird. Dieses Ammoniak dient als Reduktionsmittel im SCR 522. Die Hinzufügung des Harnstoff-Wassers wird durch die ECU 220 gesteuert.
  • Die ECU 220 berechnet die NO-Konzentration im Abgas, das den DOC 512 durchströmt hat. Die ECU 220 enthält ferner eine Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221. Die Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221 beurteilt den Grad der Abnutzung des DOC 512 unter Verwendung eines vorher festgelegten Modells (ein Abnutzungs-Beurteilungs-Kennfeld 223 oder eine Berechnungsformel). Die ECU 220 führt auch verschiedene Steuerungen des Motors durch, die Regenerations-Steuerung des oben beschriebenen DPF 514 und die Hinzufügungs-Steuerung des Harnstoff-Wassers.
  • Die ECU 220 ist eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU), die einen Mikrocomputer umfasst, der eine Zentraleinheit (CPU), RAM, ROM und ähnliche Elemente und einen vorgegebenen analogen Schaltkreis enthält. In der ECU 220 führt die CPU ein Computerprogramm aus, das im ROM gespeichert ist. Dies erlaubt die Ausführung von verschiedenen Prozessen, die unten beschrieben werden.
  • Speziell ist die Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221 als eine CPU realisiert, die das im ROM gespeicherte Computerprogramm ausführt. Das Abnutzungs-Beurteilungs-Kennfeld 223 ist in einem Speichermedium gespeichert, das getrennt vom Mikrocomputer angeordnet ist.
  • Die DPF-Vorrichtung 510 enthält im Innern den Temperatursensor 210 stromaufwärts des DOC 512. Der Multi-Gas-Sensor 200A ist stromabwärts direkt hinter dem DOC 512 installiert. Somit ist der Multi-Gas-Sensor 200A direkt hinter dem Oxidations-Katalysator angeordnet. Dies erlaubt es dem Multi-Gas-Sensor 200A, das Abgas, das den Oxidations-Katalysator durchströmt hat, direkt zu messen. Als Folge davon kann der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators mit guter Genauigkeit bestimmt werden. Der Temperatursensor 210 misst die Temperatur des Abgases, das in den DOC 512 strömt. Diese Abgastemperatur wird als Katalysator-Temperatur des DOC 512 betrachtet.
  • Als in 4 bis 6 gezeigte Details, die im Folgenden beschrieben werden, umfasst der Multi-Gas-Sensor 200A eine NO2-Sensor-Einheit 42 und eine NOx-Sensor-Einheit 30A. Die NO2-Sensor-Einheit 42 und die NOx-Sensor-Einheit 30A messen direkt die NO2-Konzentration, bzw. die NOx-Konzentration im Abgas, das den DOC 512 durchströmt hat. Eine Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 ist mit dem Multi-Gas-Sensor 200A verbunden. Die Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 kann die NO-Konzentration = (NOx-Konzentration – NO2-Konzentration) unter Verwendung der gemessenen NO2-Konzentration und der NOx-Konzentration berechnen. Diese NO-Konzentration ist ein Wert, der unter Verwendung der gemessenen Werte der NO2-Konzentration und der NOx-Konzentration im Abgas berechnet wird. Das heißt, diese NO-Konzentration drückt anders als der geschätzte Wert in dem oben beschriebenen Patent JP-A-2012-36860 die tatsächliche NO-Konzentration aus.
  • Das Abnutzungs-Beurteilungs-Kennfeld ist in 2 gezeigt. Der Grad der Abnutzung des DOC 512 steht in Beziehung zur Katalysator-Temperatur des DOC 512 und zum NO2-Verhältnis (NO2-Konzentration/NO-Konzentration). Bei derselben Katalysator-Temperatur ist je kleiner das NO2-Verhältnis ist (das heißt, die Erzeugungsmenge der NO2-Konzentration ist klein), der Grad der Abnutzung um so größer. Danach kann der Grad der Abnutzung des DOC 512 wie folgt beurteilt werden. Das NO2-Verhältnis wird auf der Grundlage der NO2-Konzentration, die vom Multi-Gas-Sensor 200A gemessen wurde und der von der Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 berechneten NO-Konzentration berechnet. Dann wird unter Verwendung dieses NO2-Verhältnisses und der vom Temperatursensor 210 gemessenen Temperatur auf das Abnutzungs-Beurteilungs-Kennfeld 223 Bezug genommen.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm für einen Prozessfluss zur Beurteilung der Abnutzung, der durch die Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221 durchgeführt wird. Zuerst bestimmt die Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221, ob eine Verschleiß-Beurteilungs-Bedingung erfüllt ist (Schritt S2). In Schritt S2 wird zum Beispiel ”Ja” festgestellt, wenn die vom Temperatursensor 210 gemessene Temperatur innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und der Prozess schreitet mit Schritt S4 fort. Wenn in Schritt S2 ”Nein” festgestellt wird, kehrt der Prozess zurück. In Schritt S4 erhält die Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221 das NO2-Verhältnis (NO2-Konzentration/NO-Konzentration) von der Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300, der unten beschrieben wird. In Schritt S6 erhält die Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221 den Wert der Katalysator-Temperatur vom Temperatursensor 210. Als Nächstes greift die Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221 in Schritt S8 unter Verwendung des NO2-Verhältnisses und der Katalysator-Temperatur auf das Abnutzungs-Beurteilungs-Kennfeld 223 zu und beurteilt den Grad der Abnutzung des DOC 512. Wenn in Schritt S8 ”Ja” festgestellt wird (wenn der DOC 512 abgenutzt ist), benachrichtigt die Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221 einen Fahrer eines Fahrzeugs oder eine ähnliche Person über die Abnutzung des DOC 512, wozu zum Beispiel ein vorher festgelegter Summer oder eine Anzeige verwendet wird, und dann wird der Prozess beendet (Schritt S10). Wenn in Schritt S8 ”Nein” festgestellt wird, kehrt der Prozess zurück zum ersten Prozess im Prozessfluss.
  • Wie oben beschrieben wird in dieser Ausführungsform das NO2-Verhältnis unter Verwendung der aktuellen NO2-Konzentration und der NO-Konzentration berechnet. Angesichts dessen kann der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators mit guter Genauigkeit bestimmt werden. In Schritt S8 wird der Grad der Abnutzung aus dem Kennfeld beurteilt, in dem die Abnutzung des Oxidations-Katalysators unter Verwendung des NO2-Verhältnisses und der Katalysator-Temperatur korreliert wird. In diesem Schritt S8 kann der Grad der Abnutzung aus dem Kennfeld beurteilt werden, in dem die Abnutzung des Oxidations-Katalysators unter Verwendung des absoluten Wertes der NO-Konzentration und der Katalysator-Temperatur anstelle der Verwendung des NO2-Verhältnisses korreliert wird.
  • Das NO2-Verhältnis wird durch die Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 berechnet. Die Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 berechnet die NO-Konzentration durch NO-Konzentration = (NOx-Konzentration – NO2-Konzentration) unter Verwendung der NO2-Konzentration und der NOx-Konzentration, die direkt von der NO2-Sensor-Einheit 42 und der NOx-Sensor-Einheit 30A gemessen wurde.
  • 4 ist eine Schnittansicht des Multi-Gas-Sensors 200A entlang einer Längsrichtung. Der Multi-Gas-Sensor 200A ist eine Baugruppe, in der eine Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A montiert ist. Die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A misst die NO2-Konzentration und die NOx-Konzentration. Der Multi-Gas-Sensor 200A enthält die plattenförmige Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A, die sich in Axialrichtung ausdehnt, ein rohrförmiges Metallgehäuse 138, eine rohrförmige Keramik-Hülse 106, ein isolierendes Kontaktelement 166 und eine Vielzahl von Anschlussklemmen-Muttern 110 (in 3 sind nur zwei Anschlussklemmen-Muttern gezeigt). Das rohrförmige Metallgehäuse 138 umfasst einen Gewindeteil 139, um den Multi-Gas-Sensor 200A an der äußeren Fläche des Auspuffrohrs zu befestigen. Die rohrförmige Keramik-Hülse 106 ist so angeordnet, dass sie die Außenfläche der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A in Radialrichtung umgibt. Das isolierende Kontaktelement 166 ist so angeordnet, dass die Oberfläche der Innenwand eines Kontakt-Einstecklochs 168, das in Axialrichtung durchdringt, die Außenfläche des hinteren Endbereichs der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A umgibt. Die Anschlussklemmen-Muttern 110 sind zwischen der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A und dem isolierenden Kontaktelement 166 angeordnet.
  • Das Metallgehäuse 138 weist eine annähernd rohrförmige Form auf. Das Metallgehäuse 138 umfasst ein Funken-Durchbruchs-Stiftloch 154 und einen Ablagebereich 152. Das Funken-Durchbruchs-Stiftloch 154 durchdringt in Axialrichtung. Der Ablagebereich 152 ragt in die radial nach innen gerichtete Richtung des Funken-Durchbruchs-Stiftlochs 154.
  • Das Metallgehäuse 138 hält die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A im Funken-Durchbruchs-Stiftloch 154, während die Vorderseite der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A an der Außenseite des vorderen Endseite des Funken-Durchbruchs-Stiftlochs 154 angeordnet ist und Elektroden-Anschlussklemmen-Mutter-Bereiche 80A und 82A auf der Außenseite der hinteren Endseite des Funken-Durchbruchs-Stiftlochs 154 angeordnet sind. Der Ablagebereich 152 umfasst eine nach innen angeschrägte Fläche, die bezüglich einer ebenen Fläche vertikal zur Axialrichtung geneigt ist.
  • In dem Funken-Durchbruchs-Stiftloch 154 des Metallgehäuses 138 sind ein ringförmiger Keramikhalter 151, mit Pulver gefüllte Schichten 153 und 156 (im Folgenden auch als Talk-Ringe 153 und 156 bezeichnet) und die oben beschriebene Keramikhülse 106 in dieser Reihenfolge von der vorderen Endseite zur hinteren Endseite geschichtet. Der ringförmige Keramikhalter 151, die mit Pulver gefüllten Schichten 153 und 156 und die Keramikhülse 106 umgeben die Außenfläche der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A in radialer Richtung. Eine Quetsch-Dichtung 157 ist zwischen der Keramikhülse 106 und einem hinteren Endbereich 140 des Metallgehäuses 138 angeordnet. Um die Luftundurchlässigkeit aufrecht zu erhalten, ist ein Metall-Halter 158 zwischen dem Keramik-Halter 151 und dem Ablagebereich 152 des Metallgehäuses 138 angeordnet. Der Metall-Halter 158 hält den Talk-Ring 153 oder den Keramik-Halter 151. Der hintere Endbereich 140 des Metallgehäuses 138 ist so gebördelt, dass die Keramik-Hülse 106 über die Quetsch-Dichtung 157 zur vorderen Endseite des Metallgehäuses 138 gedrückt wird.
  • Wie in 4 veranschaulicht, sind doppelte Schutzvorrichtungen (eine äußere Schutzvorrichtung 142 und eine innere Schutzvorrichtung 143), die aus Metall (zum Beispiel aus rostfreiem Stahl) hergestellt sind, am äußeren Umfang der vorderen Endseite (in 4 die untere Seite) des Metallgehäuses 138 installiert, zum Beispiel durch Schweißen. Die äußere Schutzvorrichtung 142 und die innere Schutzvorrichtung 143 bedecken den vorstehenden Bereich der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A und umfassen eine Vielzahl von Loch-Bereichen.
  • Eine Hülse 144 ist am äußeren Umfang der hinteren Endseite des Metallgehäuses 138 befestigt. Eine Kabeldurchführung 150 ist an der Öffnung der hinteren Endseite (in 4 der oberen Seite) der Hülse 144 angeordnet. Die Kabeldurchführung 150 umfasst ein Kabel-Einsteckloch 161. Eine Vielzahl von Kabeln 146 (in 4 nur drei Leitungen) ist durch das Kabel-Einsteckloch 161 eingesteckt. Die entsprechende Vielzahl von Kabeln 146 ist elektrisch mit den Elektroden-Anschlussklemmen-Mutter-Bereichen 80A und 82A der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A verbunden. Zur Vereinfachung sind in 4 nur die Elektroden-Anschlussklemmen-Mutter-Bereiche 80A und 82A als Elektroden-Anschlussklemmen-Mutter-Bereiche der vorderen Stirnseite und der hinteren Stirnseite der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A dargestellt. Tatsächlich ist eine Vielzahl von Elektroden-Anschlussklemmen-Mutter-Bereichen entsprechend der Anzahl von Elektroden der NOx-Sensor-Einheit 30A und der NO2-Sensor-Einheit 42, die nachstehend beschrieben wird, oder entsprechend der Anzahl ähnlicher Elemente ausgebildet.
  • Das Metallgehäuse 138 umfasst das isolierende Kontaktelement 166 auf der hinteren Endseite (in 4 die obere Seite) der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A, die vom hinteren Endbereich 140 hervorsteht. Dieses isolierende Kontaktelement 166 ist an der Außenfläche der Elektroden-Anschlussklemmen-Mutter-Bereiche 80A und 82A angeordnet, die an der vorderen und der hinteren Stirnseite auf der hinteren Endseite der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A ausgebildet sind. Dieses isolierende Kontaktelement 166 weist eine Rohrform auf. Das isolierende Kontaktelement 166 umfasst das Kontakt-Einsteckloch 168, das in Axialrichtung durchdringt. Dieses isolierende Kontaktelement 166 umfasst einen Flanschbereich 167, der von der Außenfläche radial in Richtung nach außen hervorsteht. Der Flanschbereich 167 stößt über ein Stützelement 169 an die Hülse 144. Folglich ist das isolierende Kontaktelement 166 im Innern der Hülse 144 angeordnet. Die Anschlussklemmen-Mutter 110 auf der Seite des isolierenden Kontaktelements 166 ist elektrisch mit den Elektroden-Anschlussklemmen-Mutter-Bereichen 80A und 82A der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A verbunden. Die Anschlussklemmen-Mutter 110 ist über das Kabel 146 leitend mit der Außenseite verbunden.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das Konfigurationen der Steuerungs-Vorrichtung (Steuereinheit) des Multi-Gas-Sensors 300 und der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A, die gemäß der Ausführungsform mit der Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 verbunden ist. Aus Gründen einer einfachen Erklärung ist in 5 ein Querschnitt der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A, die im Multi-Gas-Sensor 200 entlang einer Längsrichtung untergebracht ist, gezeigt.
  • Der Multi-Gas-Sensor 200A (die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A) und die Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 sind an dem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (einem Motor) (nicht gezeigt) montiert. Die Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 ist elektrisch mit der ECU 220 verbunden. Das Ende des Kabels 146, das sich vom Multi-Gas-Sensor 200A erstreckt, ist mit dem Steckverbinder verbunden. Dieser Steckverbinder ist elektrisch mit dem Steckverbinder an der Steuerungs-Vorrichtung der Seite des Multi-Gas-Sensors 300 verbunden.
  • Als Nächstes wird die Konfiguration der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A beschrieben. Die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A umfasst die NOx-Sensor-Einheit 30A und die NO2-Sensor-Einheit 42. Die NOx-Sensor-Einheit 30A kann eine ähnliche Konfiguration umfassen wie bekannte NOx-Sensoren. Da Einzelheiten nachstehend beschrieben sind, ist die NO2-Sensor-Einheit auf der Außenfläche der NOx-Sensor-Einheit 30A ausgebildet.
  • Die NOx-Sensor-Einheit 30A ist aufgebaut, indem eine Isolationsschicht 23f, ein Hauptteil mit festem Elektrolyten für NO2-Sensor 25, eine Isolationsschicht 23e, ein erster Hauptteil mit festem Elektrolyten 2a, eine Isolationsschicht 23d, ein dritter Hauptteil mit festem Elektrolyten 6a, eine Isolationsschicht 23c, ein zweiter Hauptteil mit festem Elektrolyten 4a und Isolationsschichten 23b und 23a in dieser Reihenfolge geschichtet sind. Eine erste Messkammer S1 ist zwischen den Schichten des ersten Hauptteils mit festem Elektrolyten 2a und dem dritten Hauptteil mit festem Elektrolyten 6a definiert. Abgas wird von außen über ein erstes diffusionsbeständiges Element 8a eingeleitet, das am linken Ende (Einlass) der ersten Messkammer S1 angeordnet ist. Eine Schutzschicht 9, die ein poröses Material enthält, ist an der Außenseite des ersten diffusionsbeständigen Elements 8a angeordnet.
  • Ein zweites diffusionsbeständiges Element 8b ist an dem Ende gegenüber dem Einlass der ersten Messkammer S1 angeordnet. Eine zweite Messkammer (äquivalent der ”NOx-Messkammer” in dieser Offenbarung) S2 ist auf der rechten Seite der ersten Messkammer S1 definiert. Die zweite Messkammer S2 steht mit der ersten Messkammer S1 über das zweite diffusionsbeständige Element 8b in Verbindung. Die zweite Messkammer S2 durchdringt den dritten Hauptteil mit festem Elektrolyten 6a. Die zweite Messkammer S2 ist zwischen den Schichten des ersten Hauptteils mit festem Elektrolyten 2a und dem zweiten Hauptteil mit festem Elektrolyten 4a ausgebildet.
  • Ein länglicher plattenförmiger Heizer 21 ist zwischen den Isolationsschichten 23b und 23a vergraben. Der Heizer 21 erstreckt sich entlang der Längsrichtung der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A. Der Heizer 21 wird dazu benutzt, den Betrieb der NOx-Sensor-Einheit 30A zu stabilisieren. Das heißt der Heizer 21 erhöht die Temperatur der NOx-Sensor-Einheit 30A auf die Aktivierungstemperatur und verbessert die Leitfähigkeit des Hauptteils mit festem Elektrolyten für Sauerstoff-Ionen. Das Hauptmaterial jeder der Isolationsschichten 23a, 23b, 23c, 23d, 23e und 23f ist Aluminiumoxid. Das erste diffusionsbeständige Element 8a und das zweite diffusionsbeständige Element 8b umfassen ein poröses Material wie beispielsweise Aluminiumoxid. Der Heizer 21 enthält zum Beispiel Platin.
  • Eine erste Pumpzelle 2 umfasst den ersten Hauptteil mit festem Elektrolyten 2a, eine innere erste Pumpelektrode 2b und eine äußere erste Pumpelektrode 2c. Der erste Hauptteil mit festem Elektrolyten 2a enthält Zirconiumdioxid mit Leitfähigkeit für Sauerstoff-Ionen als Hauptmaterial. Die innere erste Pumpelektrode 2b und die äußere erste Pumpelektrode 2c, die gegenüber der inneren ersten Pumpelektrode 2b angeordnet ist, umgeben den ersten Hauptteil mit festem Elektrolyten 2a. Die innere erste Pumpelektrode 2b liegt der ersten Messkammer S1 gegenüber. Das Hauptmaterial sowohl der inneren ersten Pumpelektrode 2b als auch der äußeren ersten Pumpelektrode 2c ist Platin. Die Oberfläche der inneren ersten Pumpelektrode 2b ist mit einer Schutzschicht 11 bedeckt, die einen porösen Körper umfasst.
  • Die Isolationsschicht 23e, die äquivalent zur Oberfläche der äußeren ersten Pumpelektrode 2c ist, ist teilweise ausgehöhlt. Ein poröser Körper 13 ist in diesem ausgehöhlten Bereich aufgefüllt. Dies erlaubt die Verbindung zwischen der äußeren ersten Pump-Elektrode 2c und der Außenseite. Folglich ist der Eintritt und der Austritt von Gas (Sauerstoff) erlaubt.
  • Eine Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration umfasst den dritten Hauptteil mit festem Elektrolyten 6a, eine Messelektrode 6b und eine Referenzelektrode 6c. Der dritte Hauptteil mit festem Elektrolyten 6a umfasst Zirconiumdioxid als Hauptmaterial. Die Messelektrode 6b und die Referenzelektrode 6c umgeben den dritten Hauptteil mit festem Elektrolyten 6a. Die Messelektrode 6b ist stromabwärts bezüglich der inneren ersten Pumpelektrode 2b angeordnet und liegt gegenüber der ersten Messkammer S1. Das Hauptmaterial sowohl der Messelektrode 6b als auch der Referenzelektrode 6c ist Platin.
  • Die Isolationsschicht 23c ist ausgeschnitten, so dass die Referenzelektrode 6c in Kontakt mit dem dritten Hauptteil mit festem Elektrolyten 6a im Innern angeordnet ist. Ein poröser Körper ist in diesen ausgeschnittenen Bereich aufgefüllt. Somit ist eine Referenz-Sauerstoff-Kammer 15 ausgebildet. Ein schwacher Strom mit einem konstanten Wert fließt vorbereitend durch die Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration, wozu ein Icp-Versorgungs-Schaltkreis 54 benutzt wird. Hierdurch wird Sauerstoff von der ersten Messkammer S1 in das Innere der ersten Referenz-Sauerstoff-Kammer 15 übertragen. Hierdurch wird die Referenzelektrode 6c einer vorgegebenen Sauerstoffkonzentration ausgesetzt, was eine Referenz sein wird.
  • Eine zweite Pumpzelle 4 umfasst den zweiten Hauptteil mit festem Elektrolyten 4a, eine innere zweite Pumpelektrode 4b und eine zweite Pumpelektrode 4c als Gegenstück. Der zweite Hauptteil mit festem Elektrolyten 4a umfasst Zirconiumdioxid als Hauptmaterial. Die innere zweite Pumpelektrode 4b ist auf der Fläche angeordnet, die der zweiten Messkammer S2 des zweiten Hauptteils mit festem Elektrolyten 4a gegenüber liegt. Die zweite Pumpelektrode 4c als Gegenstück bildet eine Gegen-Elektrode der inneren zweiten Pumpelektrode 4b. Das Hauptmaterial sowohl der inneren zweiten Pumpelektrode 4b als auch der zweiten Pumpelektrode 4c als Gegenstück ist Platin.
  • Die zweite Pumpelektrode 4c als Gegenstück ist im ausgeschnittenen Teil der Isolationsschicht 23c auf dem zweiten Hauptteil mit festem Elektrolyten 4a angeordnet. Die zweite Pumpelektrode 4c als Gegenstück liegt der Referenzelektrode 6c gegenüber und liegt der Referenz-Sauerstoff-Kammer 15 gegenüber.
  • Die innere erste Pumpelektrode 2b, die Messelektrode 6b und die innere zweite Pumpelektrode 4b sind jeweils mit dem elektrischen Referenzpotential verbunden.
  • Als Nächstes wird die NO2-Sensor-Einheit 42 beschrieben. Die NO2-Sensor-Einheit 42 ist auf der Isolationsschicht 23f ausgebildet, die die äußere Oberfläche der NOx-Sensor-Einheit 30A bildet. Das heißt die Isolationsschicht 23f ist teilweise in eine rechteckige Form ausgeschnitten, und der Hauptteil mit festem Elektrolyten für den NO2-Sensor 25 liegt zu der Oberfläche offen. Eine Referenzelektrode 42a und eine Messelektrode 42b der NO2-Sensor-Einheit 42 sind auf dem freiliegenden Bereich ausgebildet.
  • Spezieller sind, wie in 6 gezeigt, die Referenzelektrode 42a und eine Zwischenschicht 42c der NO2-Sensor-Einheit 42 auf dem Hauptteil mit festem Elektrolyten für den NO2-Sensor 25 ausgebildet. Die Referenzelektrode 42a und die Zwischenschicht 42c sind in einer seitlichen Richtung voneinander getrennt. Die Zwischenschicht 42c umfasst die Messelektrode 42b auf der Oberfläche. Die NO2-Konzentration in dem zu messenden Gas wird auf der Grundlage einer Änderung der Quellenspannung zwischen der Referenzelektrode 42a und der Messelektrode 42b gemessen. Der Hauptteil mit festem Elektrolyten 25 umfasst zum Beispiel teilweise stabilisiertes Zirconiumdioxid (YSZ). Aus Gründen einer einfachen Erklärung ist in 6 der Querschnitt der NO2-Sensor-Einheit 42 entlang der seitlichen Richtung gezeigt.
  • Die Messelektrode 42b enthält Au mit gleich oder mehr als 70 Massen-Prozent und enthält kein erstes Metalloxid, das nachstehend beschrieben wird. Angesichts dessen ist es weniger wahrscheinlich, dass brennbares Gas auf der Oberfläche der Messelektrode 42b brennt. Die Zwischenschicht 42c enthält eine Komponente aus einem festen Elektrolyten mit Sauerstoffionen-Leitfähigkeit mit gleich oder mehr als 50 Massen-Prozent. Die Zwischenschicht 42c enthält ein erstes Metalloxid, das mindestens eine Art von Metalloxid ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Co, Mn, Cu, Ni und Ce besteht.
  • NO2 durchströmt die Messelektrode 42b und reagiert mit Sauerstoff-Ionen (Elektroden-Reaktion) an der Grenzfläche der Messelektrode 42b und der darunter liegenden Zwischenschicht 42c. Folglich funktionieren die Messelektrode 42b und die Zwischenschicht 42c als eine Einheit zur Messung von NO2-Gas. Hier wird, wenn das erste Metalloxid an der Grenzfläche der Messelektrode 42b und der Zwischenschicht 42c vorhanden ist, die Empfindlichkeit gegen Gas, das kein NO2-Gas ist (wie etwa HC-Gas) verringert; daher verbessert sich nur die Selektivität für das NO2-Gas. Der Grund hierfür ist nicht klar; jedoch ist der Grund wahrscheinlich, dass das erste Metalloxid, das an der Grenzfläche zwischengeschaltet ist, einen Elektroden-Reaktions-Ort modifiziert.
  • Die Messelektrode 42b umfasst nicht das erste Metalloxid. Angesichts dessen wird Brennen des NO2-Gases im Innern der Messelektrode 42b unterdrückt. Als Folge davon verringert sich das NO2-Gas nicht, das die Grenzfläche der Messelektrode 42b und der Zwischenschicht 42c erreicht, so dass die Messempfindlichkeit verbessert wird.
  • Vom Standpunkt aus, dass das erste Metalloxid nicht in der Messelektrode 42b enthalten ist, sondern im benachbarten Element enthalten ist, wird angenommen, dass das erste Metalloxid im Hauptteil mit festem Elektrolyten 25 enthalten ist, ohne die Zwischenschicht 42c zu benutzen. Der Hauptteil mit festem Elektrolyten 25 umfasst jedoch zum Beispiel teilweise stabilisiertes Zirconiumdioxid. Angesichte dessen wird der Hauptteil mit festem Elektrolyten 25 bei hoher Temperatur (ungefähr 1500°C) gebrannt. Während diesem Brennen besteht die Möglichkeit, dass das erste Metalloxid aus dem Hauptteil mit festem Elektrolyten 25 verdampft. Folglich ist es wie in dieser Ausführungsform vorzuziehen, dass die Zwischenschicht 42c zwischen dem Hauptteil mit festem Elektrolyten 25 und der Messelektrode 42b angeordnet ist.
  • Das in der Zwischenschicht 42c enthaltene erste Metalloxid ist mindestens eine Art von Metalloxid, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Co, Mn, Cu, Ni und Ce besteht. Speziell wenn das Metalloxid CO3O4 ist, verringert sich die Schwankung der Empfindlichkeit des NO2-Gas-Sensors gegen NO2, die durch im gemessenen Gas enthaltenes H2O verursacht wird, was zu bevorzugen ist. Das erste Metalloxid wird als Metalloxid oder als ein komplexes Oxid ausgebildet. Die Komponente des festen Elektrolyten, der in der Zwischenschicht 42c enthalten ist, kann eine andere oder dieselbe Zusammensetzung aufweisen wie die des Hauptteils mit festem Elektrolyten 25, der den Gassensor gemäß dieser Offenbarung bildet.
  • Es wird bevorzugt, dass die Zwischenschicht 42c das erste Metalloxid mit einem Anteil von 1 bis 50 Massen-Prozent enthält. Wenn der Anteil des enthaltenen ersten Metalloxids kleiner ist als ein Massen-Prozent, kann es sein, dass die Selektivität für das NO2-Gas nicht ausreichend erzielt werden kann. Wenn andererseits der Anteil des enthaltenen ersten Metalloxids 50 Massen-Prozent übersteigt, verringert sich der Anteil der festen Elektrolyt-Komponente in der Zwischenschicht 42c. Angesichts dessen kann sich die Leitfähigkeit der Zwischenschicht 42c für Sauerstoff-Ionen verringern.
  • Es wird bevorzugt, dass die Zwischenschicht 42c porös ist, weil dies die Messempfindlichkeit für NO2-Gas und die Selektivität für das NO2-Gas erhöht.
  • Ob die Zwischenschicht 42c das erste Metalloxid enthält oder nicht, kann bestätigt werden, indem der Querschnitt der NO2-Sensor-Einheit unter Verwendung einer Vorrichtung zur Elektronenstrahlmikroanalyse (Electron Probe Microanalyser, EPMA) analysiert wird (üblicherweise ein Mittelwert aus die Analysen an drei Stellen). Die Messelektrode 42b enthält Au mit gleich oder mehr als 70 Massen-Prozent. Dies erlaubt es sicherzustellen, dass die Messelektrode 42b in der Lage ist, als Stromsammler zu arbeiten. Wenn der Gehalt an Au der Messelektrode 42b kleiner ist als 70 Massen-Prozent, wird die Fähigkeit der Messelektrode 42b als Stromsammler verringert, wodurch die Messung des NO2-Gases schwierig wird.
  • Es wird bevorzugt, dass die Messelektrode 42b eine poröse Elektrode ist, die ein zweites Metalloxid enthält, das mindestens eine Art von Metalloxid ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Zr, Y, Al und Si besteht. Dies erlaubt es der Messelektrode 42b, eine ausreichende Gasdurchlässigkeit zu erreichen. Dies erlaubt es, dass NO2-Gas die Messelektrode 42b durchströmt und leicht die Grenzfläche der Messelektrode 42b und die darunter liegende Zwischenschicht 42c erreicht. Als Folge davon kann die Selektivität nur für NO2-Gas sichergestellt werden. Es wird bevorzugt, dass die Messelektrode 42b das zweite Metalloxid mit einem Anteil von 5 bis 30 Massen-Prozent enthält.
  • Andererseits ist die Referenzelektrode 42a eine Elektrode mit der Oberfläche, auf der brennbares Gas brennt. Die Referenzelektrode 42a besteht zum Beispiel aus einem Material, das aus Pt alleine oder aus einem hauptsächlich aus Pt bestehenden Material ausgebildet ist.
  • Es wird bevorzugt, dass die Referenzelektrode 42a direkt auf dem Hauptteil mit festem Elektrolyten 25 angeordnet ist, das heißt, die Zwischenschicht 42c unter der Referenzelektrode 42a nicht vorhanden ist. Als ein Verfahren zum Einfügen der Zwischenschicht 42c zwischen die Messelektrode 42b und den Hauptteil mit festem Elektrolyten 25 wird die Messelektrode 42b möglicherweise auf der Zwischenschicht 42c ausgebildet, nachdem die Zwischenschicht 42c auf der gesamten Oberfläche des Hauptteils mit festem Elektrolyten 25 ausgebildet wurde. In diesem Fall ist die Zwischenschicht 42c auch unter der Referenzelektrode 42a vorhanden. Wenn die Referenzelektrode 42a Pt enthält, kann jedoch, da die Brenntemperatur von Pt hoch ist (ungefähr gleich oder mehr als 1400°C), das erste Metalloxid, das in der Zwischenschicht 42c enthalten ist, in der Nähe der Referenzelektrode 42a verdampfen.
  • Wenn zum Beispiel das erste Metalloxid Ce enthält, das schwer zu verdampfen ist, kann die Zwischenschicht 42c unter der Referenzelektrode 42a vorhanden sein.
  • Als Nächstes wird mit erneutem Bezug auf 5 eine beispielhafte Konfiguration der Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 beschrieben. Die Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 umfasst einen (analogen) Steuerungs-Schaltkreis 59 und einen Mikrocomputer 60 auf einer Leiterplatte. Der Mikrocomputer 60 steuert die gesamte Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300. Der Mikrocomputer 60 umfasst eine Zentraleinheit (CPU) 61, ein RAM 62, ein ROM 63, eine Signal-Eingabe/Ausgabe-Einheit 64, einen A/D-Wandler 65 und einen Taktgenerator (nicht gezeigt). Die CPU 61 führt ein Programm aus, das zuvor zum Beispiel im ROM 63 gespeichert wurde.
  • Der Steuerungs-Schaltkreis 59 umfasst einen Referenzspannungs-Vergleichs-Schaltkreis 51, einen Ip1-Ansteuerungs-Schaltkreis 52, einen Vs-Messungs-Schaltkreis 53, den Icp-Versorgungs-Schaltkreis 54, einen Ip2-Messungs-Schaltkreis 55, einen Vp2-Anlege-Schaltkreis 56, einen Heizer-Ansteuer-Schaltkreis (einen Heizer-Schaltkreis) 57 und einen Schaltkreis 58 zur Messung der Quellenspannung der NO2-Sensor-Einheit, die nachstehend beschrieben werden.
  • Der Steuerungs-Schaltkreis 59 steuert die NOx-Sensor-Einheit 30A und misst einen ersten Pumpstrom Ip1 und einen zweiten Pumpstrom Ip2, der in der NOx-Sensor-Einheit 30A fließt. Der Steuerungs-Schaltkreis 59 gibt ein Messergebnis an den Mikrocomputer 60 aus.
  • Der Schaltkreis 58 zur Messung der Quellenspannung der NO2-Sensor-Einheit misst das Ausgangssignal der NO2-Konzentration (eine elektromotorische Kraft) zwischen einem Paar Elektroden 42a und 42b und gibt das Ausgangssignal der NO2-Konzentration an dem Mikrocomputer 60 aus.
  • Genauer ausgedrückt ist die äußere erste Pump-Elektrode 2c der NOx-Sensor-Einheit 30A mit dem Ip1-Ansteuer-Schaltkreis 52 verbunden. Die Referenzelektrode 6c ist mit dem Vs-Messungs-Schaltkreis 53 und dem Icp-Versorgungs-Schaltkreis 54 parallel geschaltet. Die zweite Pumpelektrode 4c als Gegenstück ist mit dem Ip2-Messungs-Schaltkreis 55 und dem Vp2-Anlege-Schaltkreis 56 parallel geschaltet. Der Heizer-Schaltkreis 57 ist mit dem Heizer 21 verbunden.
  • Das Paar Elektroden 42a und 42b der NO2-Sensor-Einheit 42 ist jeweils mit dem Schaltkreis 58 zur Messung der Quellenspannung der NO2-Sensor-Einheit verbunden.
  • Die Schaltkreise 51 bis 57 weisen die jeweiligen folgenden Funktionen auf.
  • Der Ip1-Ansteuer-Schaltkreis 52 liefert den ersten Pumpstrom Ip1 zwischen der inneren ersten Pumpelektrode 2b und der äußeren ersten Pumpelektrode 2c und misst zu dem Zeitpunkt den ersten Pumpstrom Ip1.
  • Der Vs-Messungs-Schaltkreis 53 misst eine Spannung Vs zwischen der Messelektrode 6b und der Referenzelektrode 6c und gibt das Messergebnis an den Referenzspannungs-Vergleichs-Schaltkreis 51 aus. Der Referenzspannungs-Vergleichs-Schaltkreis 51 vergleicht die Referenzspannung (zum Beispiel 425 mV) und das Ausgangssignal des Vs-Messungs-Schaltkreises 53 (eine Spannung Vs) und gibt das Vergleichsergebnis an den Ip1-Ansteuer-Schaltkreis 52 aus. Der Ip1-Ansteuer-Schaltkreis 52 steuert die Richtung und die Größe des Ip1-Stroms, so dass die Spannung Vs gleich der Referenzspannung ist. Hierdurch wird die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer S1 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt, so dass das NOx nicht zersetzt wird.
  • Der Icp-Versorgungs-Schaltkreis 54 lässt einen kleinen Strom Icp zwischen der Messelektrode 6b und der Referenzelektrode 6c fließen. Hierdurch wird Sauerstoff von der ersten Messkammer S1 in das Innere der ersten Referenz-Sauerstoff-Kammer 15 übertragen. Als Folge davon wird die Referenzelektrode 6c der vorgegebenen Sauerstoffkonzentration ausgesetzt, die eine Referenz wird.
  • Der Vp2-Anlege-Schaltkreis 56 legt eine konstante Spannung Vp2 (zum Beispiel 450 mV) in dem Grad, in dem das NOx-Gas in dem zu messenden Gas in Sauerstoff und N2-Gas zerlegt ist, zwischen der inneren zweiten Pumpelektrode 4b und der zweiten Pumpelektrode 4c als Gegenstück an. Hierdurch wird das NOx in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt.
  • Der Ip2-Messungs-Schaltkreis 55 misst den zweiten Pumpstrom Ip2, der in der zweiten Pumpzelle 4 fließt, wenn der durch Zerlegung des NOx erzeugte Sauerstoff von der zweiten Messkammer S2 über den zweiten Hauptteil mit einem festen Elektrolyten 4a zur Seite der zweiten Pumpelektrode 4c als Gegenstück gepumpt wird.
  • Der Ip1-Ansteuer-Schaltkreis 52 gibt den Wert des gemessenen ersten Pumpstroms Ip1 an den A/D-Wandler 65 aus. Der Ip2-Ansteuer-Schaltkreis 55 gibt den Wert des gemessenen zweiten Pumpstroms Ip2 an den A/D-Wandler 65 aus.
  • Der A/D-Wandler 65 wandelt diese Werte in digitale Werte und gibt die digitalen Werte über die Signal-Eingabe-/Ausgabe-Einheit 64 an die CPU 61 aus.
  • Als Nächstes wird eine beispielhafte Steuerung unter Verwendung des Steuerungs-Schaltkreises 59 beschrieben. Zuerst wird bei Start des Motors elektrische Leistung von einer externen Stromquelle an die Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für Oxidations-Katalysator 250 geliefert. Dann schaltet der Heizer-Schaltkreis 57 den Heizer 21 ein. Der Heizer-Schaltkreis 57 heizt die erste Pumpzelle 2, die Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration und die zweite Pumpzelle 4 auf eine Aktivierungstemperatur auf. Der Icp-Versorgungs-Schaltkreis 54 lässt einen kleinen Strom Icp zwischen der Messelektrode 6b und der Referenzelektrode 6c fließen. Hierdurch wird der Sauerstoff von der ersten Messkammer S1 in das Innere der Referenz-Sauerstoff-Kammer 15 übertragen. Als Folge davon wird die Referenzelektrode 6c der vorgegebenen Sauerstoffkonzentration ausgesetzt, die eine Referenz wird.
  • Wenn die NOx-Sensor-Einheit 30A durch den Heizer 21 auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt wird, steigt folglich die Temperatur der NO2-Sensor-Einheit 42 auf der NOx-Sensor-Einheit 30A ebenfalls auf eine gewünschte Temperatur.
  • Wenn jede Zelle auf die Aktivierungstemperatur aufgeheizt wird, pumpt die erste Pumpzelle 2 den Sauerstoff in dem zu messenden Gas (Abgas), das in die erste Messkammer S1 geströmt ist, von der inneren ersten Pumpelektrode 2b zur äußeren ersten Pumpelektrode 2c.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird die Sauerstoffkonzentration im Innern der ersten Messkammer S1 ein Wert, der einer Spannung zwischen Elektroden Vs der Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration entspricht (einer Spannung zwischen Anschlussmuttern). Angesichts dessen steuert der Ip1-Ansteuer-Schaltkreis 52 den ersten Pumpstrom Ip1, der in der ersten Pumpzelle 2 fließt, so dass diese Spannung zwischen Elektroden Vs die Referenzspannung werden kann. Hierdurch wird die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer S1 auf eine Konzentration eingestellt, so dass das NOx nicht zersetzt wird.
  • Das zu messende Gas, in dem die Sauerstoffkonzentration eingestellt wurde, strömt weiter in Richtung zur zweiten Messkammer S2. Als Spannung zwischen Elektroden der zweiten Pumpzelle 4 (eine Spannung zwischen Anschlussmuttern) legt der Vp2-Anlege-Schaltkreis 56 eine konstante Spannung Vp2 (eine Spannung, die größer ist als ein Wert einer Steuerspannung der Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration, zum Beispiel 450 mV) in dem Grad, in dem das NOx-Gas in dem zu messenden Gas in Sauerstoff und N2-Gas zerlegt ist, an. Hierdurch wird das NOx in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt. Der zweite Pumpstrom Ip2 fließt in die zweite Pumpzelle 4, so dass der durch Zersetzung von NOx erzeugte Sauerstoff von der zweiten Messkammer gepumpt wird. In dieser Hinsicht stehen der zweite Pumpstrom Ip2 und die NOx-Konzentration in linearem Zusammenhang. Angesichts dessen kann die NOx-Konzentration in dem zu messenden Gas auf der Grundlage des zweiten Pumpstroms Ip2 gemessen werden, der vom Ip2-Messungs-Schaltkreis 55 gemessen wird.
  • Die NO2-Konzentratoion in dem zu messenden Gas kann gemessen werden, indem das NO2-Konzentrations-Ausgangssignal (die Quellenspannung) zwischen dem Paar Elektroden 42a und 42b durch den Schaltkreis 58 zur Messung der Quellenspannung der NO2-Sensor-Einheit gemessen wird. Die NO2-Konzentration wird berechnet, indem der Umwandlungs-Wert der NO2-Konzentration auf der Grundlage einer Quellenspannung zwischen den Elektroden 42a und 42b im Mikrocomputer 60 gespeichert wird (es ist auch möglich, eine Änderungsrate (Empfindlichkeit) zwischen einem Basis-Quellenspannungs-Wert, wenn die NO2-Konzentration 0 ist, und einem Quellenspannungs-Wert, wenn NO2 vorhanden ist, zu verwenden). Dieser Berechnungsprozess wird nachstehend beschrieben.
  • Als Nächstes wird ein Verarbeitungsfluss der Berechnung verschiedener Gas-Konzentrationen durch den Mikrocomputer 60 der Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 mit Bezug auf 7 beschrieben.
  • Zuerst erhält der Mikrocomputer 60 den Wert des ersten Pumpstroms Ip1, den Wert des zweiten Pumpstroms Ip2 und das NO2-Konzentrations-Ausgangssignal (die Quellenspannung) (Schritt S20). Als Nächstes berechnet der Mikrocomputer 60 einen Wert der NOx-Konzentration nach der O2-Konzentrations-Korrektur aus Ip1 und Ip2 (Schritt S22). Sogar wenn die NOx-Konzentration dieselbe ist, je höher die O2-Konzentration in dem zu messenden Gas ist, umso kleiner ist der Ip2-Wert. Angesichts dessen korrigiert der Mikrocomputer 60 den berechneten Wert der NOx-Konzentration, um einen wahren Wert gemäß der O2-Konzentration zu haben. Ip1 ist proportional zur O2-Konzentration in dem zu messenden Gas. Angesichts dessen kann die O2-Konzentration aus Ip1 erhalten werden. 8 veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen Ip2 und der NOx-Konzentration nach der O2-Konzentrations-Korrektur.
  • Als Nächstes berechnet der Mikrocomputer 60 den Wert der NO2-Konzentration nach der Korrektur der O2-Konzentration aus Ip1 und dem Ausgangssignal der NO2-Konzentration (Schritt S24). Das heißt, sogar wenn die NO2-Konzentration dieselbe ist, je höher die O2-Konzentration in dem zu messenden Gas ist, umso kleiner ist der Ausgangswert der NO2-Konzentration. Angesichts dessen korrigiert der Mikrocomputer 60 den berechneten Wert der NO2-Konzentration, um einen wahren Wert gemäß der O2-Konzentration zu haben. 9 veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen der Quellenspannung, die vom NO2-Sensor vor der Korrektur der O2-Konzentration ausgegeben wird, und der NO-Konzentration und der NO2-Konzentration. Man kann sehen, dass die NO2-Sensor-Einheit 42 keine Empfindlichkeit gegen NO aufweist. 10 veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal der Konzentrations-Umwandlung des NO2-Sensors vor der Korrektur der O2-Konzentration und der NO-Konzentration und der NO2-Konzentration. Man kann sehen, dass sogar wenn die NO2-Konzentration dieselbe ist, je höher die O2-Konzentration in dem zu messenden Gas ist, umso kleiner der Ausgangswert der NO2-Konzentration ist. 11 veranschaulicht einen Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal der Konzentrations-Umwandlung des NO2-Sensors nach der Korrektur der O2-Konzentration und der NO-Konzentration und der NO2-Konzentration.
  • Als Nächstes berechnet der Mikrocomputer 60 die NO-Konzentration durch NO-Konzentration = (NOx-Konzentration – NO2-Konzentration) (Schritt S28) und berechnet das NO2-Verhältnis durch NO2-Verhältnis = (NO2-Konzentration/NO-Konzentration) (Schritt S30).
  • Der Mikrocomputer 60 kann ein Element sein, das einer ”Einheit zur Berechnung der NO-Konzentration” in den Ansprüchen äquivalent ist. Das NO2-Verhältnis kann einem ”Bewertungswert” in den Ansprüchen äquivalent sein.
  • Als Nächstes wird ein Multi-Gas-Sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 12 und 13 beschrieben. 12 ist eine Schnittansicht eines Multi-Gas-Sensors 200B (einer Multi-Gas-Sensor-Element-Einheit 100B) gemäß der zweiten Ausführungsform entlang der Längsrichtung (der Axialrichtung). 13 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration von NO2-Sensor-Einheiten 42x und 42y entlang der Breitenrichtung der Multi-Gas-Sensor-Element-Einheit 100B veranschaulicht. Elemente des Multi-Gas-Sensors 200B mit Ausnahme der der Multi-Gas-Sensor-Element-Einheit 100B sind dieselben wie die Elemente des Multi-Gas-Sensors 200A gemäß der ersten Ausführungsform. Angesichts dessen wird auf die Darstellung dieser Elemente verzichtet.
  • Die Multi-Gas-Sensor-Element-Einheit 100B des Multi-Gas-Sensors 200B gemäß der zweiten Ausführungsform ist dieselbe wie die Multi-Gas-Sensor-Element-Einheit 100A mit der Ausnahme, dass die Konfiguration der NO2-Sensor-Einheit unterschiedlich ist und der Hauptteil mit festem Elektrolyten für NO2-Sensor 25 nicht enthalten ist. Gleiche Referenznummern bezeichnen identische Elemente in den Ausführungsformen, und daher werden solche Elemente hier nicht weiter ausgeführt. Der Multi-Gas-Sensor 200B umfasst zwei NO2-Sensor-Einheiten. Angesichts dessen umfasst eine Steuerungs-Vorrichtung von Multi-Gas-Sensor 300B zwei Schaltkreise: einen ersten Schaltkreis zur Messung der Quellenspannung 58a und einen zweiten Schaltkreis zur Messung der Quellenspannung 58b als Schaltkreis zur Messung der Quellenspannung für die NO2-Sensor-Einheit. Abgesehen hiervon weist die Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300B dieselbe Konfiguration auf wie die Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300. Gleiche Referenznummern bezeichnen identische Elemente in den Ausführungsformen, und daher werden solche Elemente hier nicht weiter ausgeführt.
  • Wie in 13 veranschaulicht umfasst die Multi-Gas-Sensor-Element-Einheit 100B die erste NO2-Sensor-Einheit 42x und die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y, die voneinander in Breitenrichtung getrennt sind.
  • 13 veranschaulicht nur die erste NO2-Sensor-Einheit 42x.
  • Die erste NO2-Sensor-Einheit 42x und die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y sind auf der Isolationsschicht 23f ausgebildet, die die Außenfläche der NOx-Sensor-Einheit 30A ist. Spezieller umfasst die erste NO2-Sensor-Einheit 42x eine Referenzelektrode 42ax auf der Isolationsschicht 23f. Die obere Fläche und die Seitenflächen der ersten Referenzelektrode 42ax sind mit einem ersten Hauptteil mit festem Elektrolyten 42dx bedeckt. Eine erste Messelektrode 42bx ist auf der Oberfläche des ersten Hauptteils mit festem Elektrolyten 42dx ausgebildet. Die NO2-Konzentration in dem gemessenen Gas wird auf der Grundlage von Änderungen der Quellenspannung zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax und der ersten Messelektrode 42bx gemessen.
  • Auf ähnliche Weise umfasst die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y eine zweite Referenzelektrode 42ay auf der Isolationsschicht 23f. Die obere Fläche und die Seitenflächen der zweiten Referenzelektrode 42ay sind mit einem zweiten Hauptteil mit festem Elektrolyten 42dy bedeckt. Eine zweite Messelektrode 42by ist auf der Oberfläche des zweiten Hauptteils mit festem Elektrolyten 42dy ausgebildet.
  • Die erste NO2-Sensor-Einheit 42x und die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y sind vollständig mit einer Schutzschicht 23g bedeckt, die ein poröses Material enthält.
  • Die Schutzschicht 23g verhindert, dass sich eine vergiftende Substanz an der ersten Messelektrode 42bx und der zweiten Messelektrode 42by ansammelt. Die Schutzschicht 23g stellt die Diffusionsgeschwindigkeit des zu messenden Gases ein, das von außen zur ersten NO2-Sensor-Einheit 42x und zur zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y strömt. Das die Schutzschicht 23g ausbildende Material kann zum Beispiel mindestens eine Art von Material sein, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Spinell (MgAl2O4), Silica-Aluminiumoxid und Mullit besteht. Die Diffusionsgeschwindigkeit des zu messenden Gases wird eingestellt, indem zum Beispiel die Dicke, der Partikel-Durchmesser, die Verteilung der Partikelgröße, die Porosität und/oder das Mischungsverhältnis der Schutzschicht 23g eingestellt wird.
  • Die Schutzschicht 23g kann wie die oben beschriebene Ausführungsform angeordnet sein. Die erste NO2-Sensor-Einheit 42x, die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y oder ein ähnliches Element können frei liegen, ohne dass die Schutzschicht 23g angeordnet ist. Das Vorhandensein oder Fehlen der Schutzschicht 23g ist nicht speziell begrenzt.
  • Die erste Messelektrode 42bx und die zweite Messelektrode 42by können aus einem Material ausgebildet sein, das hauptsächlich aus Au besteht (zum Beispiel ein Material, das Au mit gleich oder mehr als 70 Massen-Prozent enthält). Die erste Messelektrode 42bx und die zweite Messelektrode 42by können allein aus Pt ausgebildet sein oder aus einem Material, das hauptsächlich aus Pt besteht (zum Beispiel ein Material, das Pt mit gleich oder mehr als 70 Massen-Prozent enthält). Die erste Messelektrode 42bx und die zweite Messelektrode 42by sind gebildet, wo das NO2-Gas weniger wahrscheinlich auf ihrer Oberfläche brennt. NO2-Gas durchströmt die Messelektrode 42bx (42by) und erreicht die Grenzfläche der Messelektrode 42bx (42by) und die darunter liegende Referenzelektrode 42ax (42ay). Das NO2 reagiert an dieser Grenzfläche mit Sauerstoff-Ionen (Elektroden-Reaktion). Dies erlaubt die Messung der Konzentration von NO2.
  • Der erste Hauptteil mit festem Elektrolyten 42dx und der zweite Hauptteil mit festem Elektrolyten 42dy umfassen zum Beispiel ein teilweise stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ). Die erste Referenzelektrode 42ax und die zweite Referenzelektrode 42ay können dieselbe Zusammensetzung aufweisen wie die Zusammensetzung der Referenzelektrode 42a. Die erste Messelektrode 42bx und die zweite Messelektrode 42by können dieselbe Zusammensetzung aufweisen wie die Zusammensetzung der Messelektrode 42b. Die erste NO2-Sensor-Einheit 42x und die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y enthalten keine Zwischenschicht. Hier wird in dieser Ausführungsform die Temperatur der Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration (kann ein Element sein, das einem ”Temperaturdetektor” der Ansprüche äquivalent ist) gemessen. Auf der Grundlage dieser gemessenen Temperatur wird der Heizer 21 geheizt. Angesichts dessen wird die Temperatur der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100B auf dem stabilsten Wert benachbart zur Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration gehalten. Da die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100B von der Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration in Axialrichtung entfernt ist, wird die Änderung der Temperatur der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100B größer, da sie durch eine Schwankung einer externen Temperatur beeinflusst wird.
  • Folglich wird bevorzugt, dass die erste NO2-Sensor-Einheit 42x und die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y mindestens teilweise mit einer Position 6s der Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration gesehen von der Axialrichtung überlappen. In diesem Fall werden die Temperaturen der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x und der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y in einem vorgegebenen Bereich konstant gehalten. Angesichts dessen verbessert sich die Messgenauigkeit für NO2. Die Position 6s der Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration ist ein überlappender Bereich der Messelektrode 6b und der Referenzelektrode 6c, die in der Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration enthalten sind (in dieser Ausführungsform haben beide Elektroden ungefähr dieselbe Größe und sind in ungefähr derselben Position angeordnet. Auf die gleiche Weise ist die NO2-Sensor-Einheit an dem überlappenden Bereich der Messelektrode 6b und der Referenzelektrode 6c angeordnet.
  • Der überlappende Zustand der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x oder der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y mit der Zelle 6 zur Messung der Sauerstoffkonzentration ist nicht auf den oben beschriebenen Zustand beschränkt. Zum Beispiel können, wie in 14 gezeigt, die erste NO2-Sensor-Einheit 42x und die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y in Breitenrichtung der Multi-Gas-Sensor-Element-Einheit 100B (in der Richtung vertikal zu einer Richtung einer Achse O) voneinander getrennt sein. Die Vorderseite der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x kann bezüglich der Vorderseite der Position 6s vorstehen. Die Hinterseite der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y kann bezüglich der Hinterseite der Position 6s vorstehen. Wie in 15 gezeigt, können die erste NO2-Sensor-Einheit 42x und die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y voneinander in Richtung der Achse O der Multi-Gas-Sensor-Element-Einheit 100B getrennt sein. Die Vorderseite der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x kann bezüglich der Vorderseite der Position 6s vorstehen. Die Hinterseite der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y kann bezüglich der Hinterseite der Position 6s vorstehen.
  • In der zweiten Ausführungsform ist der Grund für die Anordnung von zwei NO2-Sensor-Einheiten: der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x und der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y wie folgt. Das heißt, die NO2-Sensor-Einheit misst nicht nur NO2, sondern auch andere Gas-Bestandteile (insbesondere brennbares Gas wie zum Beispiel Propylen). Angesichts dessen wird, wenn Stör-Gas, das kein NO2 ist, in dem gemessenen Gas vorhanden ist, die Messgenauigkeit für NO2 verringert. Daher wird es bevorzugt, dass zwei NO2-Sensor-Einheiten mit voneinander verschiedenen Empfindlichkeits-Verhältnissen für NO2 angeordnet sind. In diesem Fall messen die beiden NO2-Sensor-Einheiten zwei unbekannte Konzentrationen von NO2-Gas und Störgas mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten. Angesichts dessen kann die Konzentration des NO2-Gases und des Störgases berechnet werden. Hier ist ”das Empfindlichkeits-Verhältnis der NO2-Sensor-Einheit für NO2” das Verhältnis der Messempfindlichkeit für NO2 zur Gesamt-Empfindlichkeit der NO2-Sensor-Einheit (einschließlich NO2 und des folgenden Störgases).
  • Das heißt, das Sensor-Ausgangssignal der NO2-Sensor-Einheit wird als F(x, y, D) ausgedrückt, wobei angenommen wird, dass x die NO2-Konzentration, y das Ausgangssignal der Konzentration des Störgases und D das Ausgangssignal der O2-Konzentration ist. Durch Verwendung der beiden NO2-Sensor-Einheiten mit unterschiedlichen Empfindlichkeits-Verhältnissen erhält man die folgenden beiden Formeln: F1(mx, ny, D) und F2(sx, ty, D), wobei m, n, s und t Koeffizienten sind. F1, F2 und D erhält man aus dem Sensor-Ausgangssignal. Folglich müssen nur die beiden unbekannten Werte (x, y) aus den beiden Formeln ausgerechnet werden. Insbesondere können die Formeln berechnet werden, indem y aus den beiden Formeln entfernt wird und die Formel für x erhalten wird, wie die Formeln (1) und (2), die nachstehend beschrieben werden. Für die Anwendung dieser Offenbarung reicht es aus, das Ausgangssignal der NO2-Konzentration zu erhalten, in dem der Einfluss des Störgases entfernt wurde. Es ist nicht erforderlich, die Konzentration des Störgases zu erhalten.
  • Als ein Verfahren zum Ändern des Empfindlichkeits-verhältnisses der NO2-Sensor-Einheit für NO2 gibt es ein Verfahren, bei dem ein Co-Elektrolyt (der Bestandteil des Hauptteils mit festem Elektrolyten) oder ein Edelmetall, wie etwa Pt oder Pd, zur Messelektrode hinzugefügt wird. Das heißt, durch einfaches Ändern der Menge des Co-Elektrolyten oder des Edelmetalls, die der ersten Messelektrode 42bx und der zweiten Messelektrode 42by hinzugefügt ist, wird das Empfindlichkeits-Verhältnis für NO2 zwischen der ersten Messelektrode 42bx und der zweiten Messelektrode 42by geändert. Wenn die Menge des hinzuzufügenden Co-Elektrolyten oder des Edelmetalls erhöht wird, tendiert das Empfindlichkeits-Verhältnis dazu, groß zu sein.
  • Hier unterscheidet sich die Empfindlichkeit der NO2-Sensor-Einheit abhängig von der Art des Störgases (brennbares Gas). Angesichts dessen kann normalerweise die Berechnung nicht durchgeführt werden, wenn die Bestandteile des Störgases nicht bekannt sind. Der folgende Punkt hat sich jedoch nach Untersuchung durch den Erfinder herausgestellt. Das heißt, zum Beispiel wird unter Verwendung der NO2-Sensor-Einheit mit dem Empfindlichkeits-Verhältnis von 1 und der NO2-Sensor-Einheit mit dem Empfindlichkeits-Verhältnis von 2 der Vergleichsausdruck zwischen der Konzentration eines bekannten Störgases (Propylen) und der Konzentration von NO2 vorher erzeugt. Sogar wenn sich die Art des Störgases unterscheidet, ist der Trend des Vergleichsausdrucks der gleiche.
  • Folglich kann die Berechnung durchgeführt werden, sogar wenn die Bestandteile des Störgases nicht bekannt sind. Das heißt zum Beispiel, wenn das brennbare Gas Propylen oder ein anderes brennbares Gas ist (zum Beispiel C3H8 oder C4H8), ist das Verhältnis des Messwerts jedes Gases in der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x und der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y fast konstant.
  • Als Nächstes werden Einzelheiten der Messung des NO2 und des Störgases durch die erste NO2-Sensor-Einheit 42x und die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y und der Berechnung der Konzentrationen des NO2 und des Störgases beschrieben.
  • Eine der Konzentration des in dem zu messenden Gas enthaltenen NO2 entsprechende Quellenspannung wird zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax und der ersten Messelektrode 42bx der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x erzeugt. Der erste Schaltkreis zur Messung der Quellenspannung 58a misst eine Quellenspannung zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax und der ersten Messelektrode 42bx als eine erste NO2-Quellenspannung. Auf die gleiche Weise wird eine der NO2-Konzentration entsprechende Quellenspannung auch zwischen der zweiten Referenzelektrode 42ay und der zweiten Messelektrode 42by der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y erzeugt. Der zweite Schaltkreis zur Messung der Quellenspannung 58b misst eine Quellenspannung zwischen der zweiten Referenzelektrode 42ay und der zweiten Messelektrode 42by als eine zweite NO2-Quellenspannung.
  • Hier speichert das ROM 63 des Mikrocomputers 60 verschiedene Daten (Vergleichsausdrücke), die nachstehend beschrieben werden. Die CPU 61 liest die verschiedenen Daten aus dem ROM 63 und führt verschiedene arithmetische Operationen unter Verwendung des Wertes des ersten Pumpstroms Ip1, des Wertes des zweiten Pumpstroms Ip2, der ersten NO2-Quellenspannung und der zweiten NO2-Quellenspannung durch.
  • Hier speichert das ROM 63 den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen der ersten NO2-Quellenspannung und der ersten NO2-Konzentration”, den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen der zweiten NO2-Quellenspannung und der zweiten NO2-Konzentration”, den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1 und der O2-Konzentration”, den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und der NOx-Konzentration”, den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen dem ersten NO2-Konzentrations-Ausgangssignal und dem zweiten NO2-Konzentrations-Ausgangssignal und dem O2-Konzentrations-Ausgangssignal und der korrigierten NO2-Konzentration” (Korrekturformel (1): siehe unten), und den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen dem NOx-Konzentrations-Ausgangssignal und dem korrigierten NO2-Konzentrations-Ausgangssignal und dem NO2/NO-Verhältnis” (Korrekturformel (2): siehe unten).
  • Die verschiedenen Daten können als voreingestellte Vergleichsausdrücke wie oben beschrieben eingestellt sein. Es ist nur erforderlich, dass die verschiedenen Daten (zum Beispiel Vergleichsausdrücke) Daten sind, die es erlauben, verschiedene Gaskonzentrationen unter Verwendung des Ausgabewertes des Sensors zu berechnen. Die verschiedenen Daten können zum Beispiel eine Tabelle sein. Alternativ können die verschiedenen Daten Daten bezüglich eines Gaskonzentrations-Wertes sein (zum Beispiel Vergleichsausdrücke oder Tabellen), die zuvor unter Verwendung eines bekannten Gas-Modells erhalten wurden.
  • ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen der ersten NO2-Quellenspannung und der ersten NO2-Konzentration” und ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen der zweiten NO2-Quellenspannung und der zweiten NO2-Konzentration” sind Formeln, die Zusammenhänge zwischen den NO2-Quellenspannungen ausdrücken, die von der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x und der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y und dem NO2-Konzentrations-Ausgangssignal bezüglich der NO2-Konzentration des zu messenden Gases ausgegeben werden.
  • ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1 und der O2-Konzentration” ist eine Formel, die den Zusammenhang zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1 und der O2-Konzentration des zu messenden Gases ausdrückt.
  • ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und der NOx-Konzentration” ist eine Formel, die den Zusammenhang zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und der NOx-Konzentration des zu messenden Gases ausdrückt.
  • ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen der ersten NO2-Konzentrations-Ausgangssignal und dem zweiten NO2-Konzentrations-Ausgangssignal und der korrigierten NO2-Konzentration” ist eine Formel, die den Zusammenhang zwischen den NO2-Konzentrations-Ausgangssignalen (erstes und zweites), die durch die Sauerstoff-Konzentration beeinflusst sind, und verschiedenen Konzentrationen brennbarer Gase und dem Ausgangssignal der korrigierten NO2-Konzentration ausdrückt, wobei der Einfluss der Sauerstoff-Konzentration und der Konzentrationen verschiedener brennbarer Gase beseitigt ist.
  • ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen dem NOx-Konzentrations-Ausgangssignal und dem korrigierten NO2-Konzentrations-Ausgangssignal und dem NO2/NO-Verhältnis” ist eine Formel, mit der das NO2/NO-Verhältnis aus dem NOx-Konzentrations-Ausgangssignal und dem NO2-Konzentrations-Ausgangssignal berechnet wird, wobei der Einfluss der Konzentrationen verschiedener brennbarer Gase beseitigt ist.
  • Als Nächstes werden arithmetische Operationen zum Erhalten der NOx-Konzentration und des NO2/NO-Verhältnisses unter Verwendung des ersten Pumpstroms Ip1, des zweiten Pumpstroms Ip2, der ersten NO2-Quellenspannung EMF und der zweiten NO2-Quellenspannung EMF beschrieben. Die arithmetischen Operationen werden in der CPU 61 des Mikrocomputers 60 ausgeführt.
  • Wenn der erste Pumpstrom Ip1, der zweite Pumpstrom Ip2, die erste NO2-Quellenspannung und die zweite NO2-Quellenspannung eingegeben werden, führt die CPU 61 die arithmetischen Operationen zum Erhalten des O2-Konzentrations-Ausgangssignals, des NOx-Konzentrations-Ausgangssignals, des ersten NO2-Konzentrations-Ausgangssignals und des zweiten NO2-Konzentrations-Ausgangssignals durch. Insbesondere ruft die CPU 61 den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen der ersten NO2-Quellenspannung und der ersten NO2-Konzentration”, den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen der zweiten NO2-Quellenspannung und der zweiten NO2-Konzentration”, den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1 und der O2-Konzentration” und den ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und der NOx-Konzentration” aus dem ROM 63 ab. Die CPU 61 führt einen Prozess zum Berechnen jedes Konzentrations-Ausgangssignals unter Verwendung dieser Vergleichsausdrücke aus.
  • Der ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen der ersten NO2-Quellenspannung und der ersten NO2-Konzentration”, und der ”Ausgabe-Vergleichsausdruck zwischen der zweiten NO2-Quellenspannung und der zweiten NO2-Konzentration” sind Formeln, die so aufgestellt sind, dass die NO2-Konzentration in dem zu messenden Gas und das Ausgangssignal der NO2-Konzentrations-Umwandlung des Sensors annähernd einen linearen Zusammenhang in allen Bereichen der Quellenspannung aufweisen, in denen die erste NO2-Sensor-Einheit 42x und die zweite NO2-Sensor-Einheit 42y in der Betriebsumgebung Ausgaben machen können. Die Umwandlung mit solchen Umwandlungsformeln erlaubt die Berechnung unter Verwendung von Änderungen in Gradienten und Offsets in der Korrekturformel, die später ausgeführt wird.
  • Wenn das O2-Konzentrations-Ausgangssignal, das NOx-Konzentrations-Ausgangssignal, das erste NO2-Konzentrations-Ausgangssignal und das zweite NO2-Konzentrations-Ausgangssignal erhalten werden, führt die CPU 61 eine Operation unter Verwendung der nachstehend beschriebenen Korrekturformel aus. Somit erhält die CPU 61 die NO2-Konzentration und das NO2/NO-Verhältnis des zu messenden Gases. x = F(A, B, D) = (eA – c)·(jB – h – fA + d)/(eA – c – iB + g) + fA – d Korrekturformel (1) NO2/NO = x/(C – axax) Korrekturformel (2)
  • Hier bedeutet x die NO2-Konzentration. A bedeutet das erste NO2-Konzentrations-Ausgangssignal. B bedeutet das zweite NO2-Konzentrations-Ausgangssignal. C bedeutet das NOx-Konzentrations-Ausgangssignal. D bedeutet das O2-Konzentrations-Ausgangssignal. F in der Formel (1) bedeutet, dass x eine Funktion von (A, B, D) ist. ”a” stellt einen Korrektur-Koeffizienten dar. ”c”, ”d”, ”e”, ”f”, ”g”, ”h”, ”i” und ”j” sind Koeffizienten, die unter Verwendung des O2-Konzentrations-Ausgangssignals D berechnet werden (durch D bestimmte Koeffizienten). Das erste NO2-Konzentrations-Ausgangssignal (A), das zweite NO2-Konzentrations-Ausgangssignal (B), das NOx-Konzentrations-Ausgangssignal (C) und das O2-Konzentrations-Ausgangssignal (D) werden in die oben beschriebene Formel eingesetzt, und die Formel wird angewendet. Somit werden die NO2-Konzentration und das NO2/NO-Verhältnis des zu messenden Gases und ähnliches erhalten.
  • Die Korrekturformel (1) ist eine Formel, die auf der Grundlage der Eigenschaften der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x und der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y bestimmt ist. Die Korrekturformel (2) ist eine Formel, die auf der Grundlage der Eigenschaft der NOx-Sensor-Einheit 30A bestimmt ist. Diese Formeln sind uneingeschränkt Beispiele von Korrekturformeln. Die Korrekturformel und/oder der Koeffizient oder ähnliches können entsprechend einer Gasmessungs-Eigenschaft geeignet geändert werden. Ob der Oxidations-Katalysator abgenutzt ist oder nicht, kann nicht nur unter Verwendung des NO2/NO-Verhältnisses bestimmt werden, sondern auch mit geeigneten Werten, wie etwa NO2/NOx, NO/NOx, der NO2-Konzentration und der NO-Konzentration.
  • Als Nächstes wird die aktuelle Ausgabe der NO2-Konzentration, die vom Multi-Gas-Sensor 200B entsprechend der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird, vor und nach dem Korrekturprozess unter Verwendung der Korrekturformeln (1) und (2) beschrieben.
  • 16A ist ein Graph, der das Konzentrations-Umwandlungs-Ausgangssignal der ersten NO2-Sensor-Einheit und der zweiten NO2-Sensor-Einheit darstellt, wenn NO2 = 0 bis 150 ppm unter den Bedingungen von O2 = 2, 7 oder 15% und C3H6 = 0, 20, 50 oder 100 ppm eingeleitet wird. Die Ausgangssignale der Konzentrations-Umwandlung der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x und der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y schwanken beträchtlich unter dem Einfluss der C3H6-Konzentration und der O2-Konzentration.
  • 16B ist ein Graph, der das korrigierte NO2-Konzentrations-Ausgangssignal darstellt, das erhalten wird, indem die Werte des NO2-Konzentrations-Ausgangssignals und des O2-Konzentrations-Ausgangssignals in die Korrekturformel (1) relativ zur NO2-Einleitungs-Konzentration eingesetzt werden. Es wurde herausgefunden, dass die Verwendung der Korrekturformel (1) die genaue Berechnung der NO2-Konzentration erlaubte, wobei der Einfluss von C3H6 und O2 beseitigt ist.
  • Das korrigierte NO2/NO-Verhältnis kann mit der Korrekturformel (2) berechnet werden, die aus der Ausgangscharakteristik des NOx-Sensors erhalten wird.
  • 16A und 16B sind Berechnungsergebnisse der Konzentration von korrigiertem NO2 in dem Fall, in dem C3H6 als brennbares Gas benutzt wird. In der aktuellen Abgas-Umgebung sind neben diesem jedoch verschiedene Arten von brennbaren Gasen vorhanden. 17A und 17B veranschaulichen die Berechnungsergebnisse des korrigierten NO2-Konzentrations-Ausgangssignals, wenn gleichzeitig ein weiteres brennbares Gas vorhanden ist. Die für die Korrektur verwendete Formel ist eine Formel, die auf der Grundlage des Zusammenhangs zwischen NO2 und C3H6 genau wie die in 16A und 16B verwendete Formel erstellt wurde.
  • 17A ist ein Graph, der das Konzentrations-Umwandlungs-Ausgangssignal der ersten NO2-Sensor-Einheit und der zweiten NO2-Sensor-Einheit darstellt, wenn NO2 = 0 bis 150 ppm unter den Bedingungen von O2 = 7% und verschiedene brennbare Gase = 0, 20, 50 oder 100 ppm eingeleitet wird. Die brennbaren Gase sind C3H6, C3H8, C4H8, C4H10, CO bzw. NO. Die Ausgangssignale der Konzentrations-Umwandlung der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x und der zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y schwanken beträchtlich unter dem Einfluss jeder Konzentration brennbarer Gase und der O2-Konzentration.
  • 17B ist ein Graph, der das korrigierte NO2-Konzentrations-Ausgangssignal darstellt, das erhalten wird, indem die Werte des NO2-Konzentrations-Ausgangssignals und des O2-Konzentrations-Ausgangssignals in die Korrekturformel (1) relativ zur NO2-Einleitungs-Konzentration eingesetzt werden. Es wurde herausgefunden, dass die Verwendung der Korrekturformel (1) die genaue Berechnung der NO2-Konzentration erlaubte, wobei der Einfluss von verschiedenen Arten brennbarer Gase beseitigt ist, sogar wenn solche brennbaren Gase vorhanden sind.
  • 18 ist ein Graph, in dem ein Ausgangsverhältnis der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x zur zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y für jedes brennbare Gas bezogen auf das Ausgangssignal der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x gezeigt ist. Es wurde aus diesem Graphen herausgefunden, dass sogar wenn die Art des brennbaren Gases sich ändert, das Ausgangsverhältnis der ersten NO2-Sensor-Einheit 42x zur zweiten NO2-Sensor-Einheit 42y bezüglich des brennbaren Gases fast den gleichen Trend zeigte. Das heißt, sogar wenn die Art des brennbaren Gases sich ändert, war der Einfluss des brennbaren Gases auf die Ausgangsignale der beiden NO2-Sensoren ähnlich. Angesichts dessen kann, wenn die Korrekturformel unter Verwendung eines beliebigen brennbaren Gases erstellt wird, die NO2-Konzentration korrigiert werden, sogar wenn gleichzeitig ein weiteres brennbares Gas in dem zu messenden Gas vorhanden ist. Der Multi-Gas-Sensor 200B gemäß der zweiten Ausführungsform weist die oben beschriebene Ausgangscharakteristik für verschiedene brennbare Gase und NO2 auf. Folglich kann dieser Multi-Gas-Sensor 200B die NO2-Konzentration berechnen, wobei der Einfluss verschiedener brennbarer Gase beseitigt ist.
  • Wie oben beschrieben, erlaubt die Verwendung des Multi-Gas-Sensors 200B und des Korrekturverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform eine präzise Korrektur-Berechnung an NO2, sogar in Umgebungen, in denen verschiedene brennbare Gase gleichzeitig vorhanden sind und sich die Sauerstoff-Konzentration ändert. Die Berechnung des Ausgangssignals des NO2-Sensors und des Ausgangssignals des NOx-Sensors erlaubt die getrennte Messung von NO2 und NO.
  • Diese Offenbarung ist nicht auf die oben angegebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Änderungen und Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsformen werden einem Fachmann im Rahmen dieser Offenbarung einfallen.
  • In den Ausführungsformen berechnet der Mikrocomputer 60, der in der Steuerungs-Vorrichtung des Multi-Gas-Sensors 300 angeordnet ist, die NO-Konzentration und das NO2-Verhältnis. Das berechnete NO2-Verhältnis wird an die Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit 221 in der ECU 220 ausgegeben. Dies darf jedoch nicht im einschränkenden Sinn interpretiert werden. Die Einheit zur Berechnung der NO-Konzentration kann in der ECU 220 angeordnet werden. In diesem Fall können die NO2-Konzentration und die NOx-Konzentration nach der Korrektur der O2-Konzentration, die durch den Mikrocomputer 60 berechnet wird, an die Einheit zur Berechnung der NO-Konzentration in der ECU 220 ausgegeben werden. In diesem Fall kann die Einheit zur Berechnung der NO-Konzentration die NO-Konzentration und das NO2-Verhältnis in der ECU 220 berechnen. Wenn die Einheit zur Berechnung der NO-Konzentration in der ECU 220 angeordnet ist, kann der Mikrocomputer 60 die NO-Konzentration berechnen und das Berechnungsergebnis an die Einheit zur Berechnung der NO-Konzentration in der ECU 220 ausgeben. In diesem Fall kann die Einheit zur Berechnung der NO-Konzentration das NO2-Verhältnis in der ECU 220 berechnen.
  • In den Ausführungsformen wird der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators (DOC) 512 durch das NO2-Verhältnis und die Katalysator-Temperatur beurteilt. Dies darf jedoch nicht im einschränkenden Sinn interpretiert werden. Der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators (DOC) kann durch einen Parameter, der sich von der Katalysator-Temperatur unterscheidet (zum Beispiel Fahrzeug-Information, wie etwa eine Motor-Drehzahl-Bedingung) und das NO2-Verhältnis beurteilt werden. Der Grad der Abnutzung kann nur durch das NO2-Verhältnis beurteilt werden, ohne die Katalysator-Temperatur oder andere Parameter zu verwenden.
  • In den Ausführungsformen wird der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators (DOC) 512 unter Verwendung des NO2-Verhältnises beurteilt, das als Bewertungs-Wert aus NO2-Konzentration/NO-Konzentration erhalten wird. Dies darf jedoch nicht im einschränkenden Sinn interpretiert werden. Der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators kann unter Verwendung des NO2-Verhältnises beurteilt werden, das als Bewertungs-Wert aus NOx-Konzentration/NO-Konzentration erhalten wird. Der Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators 512 kann unter Verwendung des Wertes der NO-Konzentration beurteilt werden.
  • In der Ausführungsform ist der Multi-Gas-Sensor 200A stromabwärts direkt nach dem DOC 512 in der DPF-Vorrichtung 510 installiert. Wie in 19 veranschaulicht, kann der Multi-Gas-Sensor 200A stromabwärts direkt nach dem DPF 514 installiert sein. Somit wird durch Anordnen des Multi-Gas-Sensors 200A stromabwärts direkt hinter dem DPF 514 verhindert, dass der PM sich in der Multi-Gas-Sensorelement-Einheit 100A ansammelt. Angesichts dessen erlaubt dies eine Verringerung der Schwankung des Sensor-Ausgangssignals der Multi-Gas-Sensor-Element-Einheit 100A und die Diagnose des Grades der Abnutzung des DOC 512 mit guter Genauigkeit.
  • Die vorstehende genaue Beschreibung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung dargestellt. Im Licht der oben angegebenen Lehren sind viele Änderungen und Abwandlungen möglich. Es ist nicht beabsichtigt, den hier beschriebenen Gegenstand der Erfindung erschöpfend zu beschreiben oder ihn hier auf die präzise offenbarte Form zu beschränken. Obwohl der Gegenstand der Erfindung in einer Ausdrucksweise beschrieben wurde, die spezifisch für die strukturellen Eigenschaften und/oder methodischen Vorgänge ist, versteht sich von selbst, dass der in den angehängten Ansprüchen definierte Gegenstand der Erfindung nicht notwendigerweise auf die oben beschriebenen speziellen Eigenschaften oder Vorgänge begrenzt ist. Vielmehr sind die oben beschriebenen speziellen Eigenschaften und Vorgänge als beispielhafte Formen der Realisierung der angehängten Ansprüche offenbart.

Claims (5)

  1. Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator (250), umfassend: einen Multi-Gas-Sensor (200A), der stromabwärts von einem Oxidations-Katalysator (512) angeordnet ist, der in einem Abgas-Kanal (502) eines Verbrennungsmotors (500) angeordnet ist, wobei der Multi-Gas-Sensor (200A) eine Multi-Gas-Sensorelement-Einheit enthält, die einstückig eine NO2-Sensor-Einheit (42) und eine NOx-Sensor-Einheit (30A) enthält, wobei die NO2-Sensor-Einheit (42) direkt eine NO2-Konzentration im Abgas misst, nachdem es den Oxidations-Katalysator durchströmt hat, und die NOx-Sensor-Einheit (30A) direkt eine NOx-Konzentration in dem Abgas misst; eine NO-Konzentrations-Berechnungseinheit (60), die eingerichtet ist, basierend auf der NO2-Konzentration und der NOx-Konzentration eine NO-Konzentration in dem Abgas zu berechnen, nachdem es den Oxidations-Katalysator durchströmt hat; und eine Abnutzungs-Beurteilungs-Einheit (221), die eingerichtet ist, einen Grad der Abnutzung des Oxidations-Katalysators aus einem Bewertungswert zu beurteilen, der auf der von der NO-Konzentrations-Berechnungseinheit berechneten NO-Konzentration beruht, wobei die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit eine Vielzahl von NO2-Sensor-Einheiten umfasst, und die jeweiligen NO2-Sensor-Einheiten unterschiedliche Empfindlichkeits-Verhältnisse bezüglich NO2 aufweisen.
  2. Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator nach Anspruch 1, wobei der Multi-Gas-Sensor stromabwärts direkt hinter dem Oxidations-Katalysator angeordnet ist.
  3. Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Filter (514), der stromabwärts bezüglich des Oxidations-Katalysators im Abgas-Kanal angeordnet ist, wobei der Filter (514) Feinstaub abfängt, wobei der Multi-Gas-Sensor stromabwärts direkt hinter dem Filter angeordnet ist.
  4. Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit eine Plattenform aufweist, die sich in Axialrichtung erstreckt, die Multi-Gas-Sensorelement-Einheit einen Temperaturdetektor (6) enthält, der zur Regelung einer Temperatur der NOx-Sensor-Einheit benutzt wird, und jeder aus der Vielzahl der NO2-Sensor-Einheiten sich mindestens teilweise mit dem Temperaturdetektor in der Axialrichtung überlappt.
  5. Abnutzungs-Diagnosevorrichtung für einen Oxidations-Katalysator nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei die NO2-Sensor-Einheit einen Hauptteil mit einem festen Elektrolyten (25) mit Sauerstoffionen-Leitfähigkeit umfasst, eine Messelektrode (42b) und eine Referenzelektrode (42a), die jeweils auf einer Oberfläche des Hauptteils mit einem festen Elektrolyten angeordnet sind, und eine Zwischenschicht (42c), die zwischen der Messelektrode und dem Hauptteil mit einem festen Elektrolyten angeordnet ist, die Zwischenschicht eine Komponente aus einem festen Elektrolyten mit Sauerstoffionen-Leitfähigkeit mit gleich oder mehr als 50 Massen-Prozent enthält, wobei die Zwischenschicht auch ein erstes Metalloxid aus mindestens einer Art von Metalloxid enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Co, Mn, Cu, Ni und Ce ausgewählt ist, und die Messelektrode Au mit gleich oder mehr als 70 Massen-Prozent enthält, wobei die Messelektrode nicht das erste Metalloxid enthält.
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