DE102017126004A1

DE102017126004A1 - Konzentrationsberechnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017126004A1
Application number: DE102017126004.8A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Nakano
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2018-05-09
Also published as: US20180126334A1; US10532316B2; JP6769836B2; JP2018077063A

Abstract

Die vorliegende Erfindung soll die Genauigkeit bei der Erkennung einer Fettgemisch-Spitze verbessern. Es ist ein Mikrocomputer 190 vorgesehen, der erste und zweite elektromotorische Kräfte von Ammoniak (nachstehend als NHbezeichnet) von einem ersten NH-Detektionsabschnitt 102 und einem zweiten NH-Detektionsabschnitt 103 erhält und als berechnete NH3-Konzentration die im Abgas enthaltenen Konzentration von NH3 berechnet. Der erste NH-Detektionsabschnitt 102 und der zweite NH3-Detektionsabschnitt 103 geben die ersten und zweiten NH3-elektromotorischen Kräfte aus, die sowohl mit den Konzentrationen von NH3 als auch mit einem im Abgas enthaltenen entflammbaren Gas variieren. Der Mikrocomputer 190 erfasst einen zweiten Pumpstrom Ip2 von einem NOx-Detektionsabschnitt 101 und berechnet die Konzentration des in dem Abgas enthaltenen NOx als eine berechnete NOx-Konzentration. Der NOx-Erfassungsabschnitt 101 gibt den zweiten Pumpstrom Ip2 aus, der sich mit der Konzentration des in dem Abgas enthaltenen NOx und der Konzentration des in dem Abgas enthaltenen NH3 ändert. Der Mikrocomputer 190 bestimmt, ob das Abgas das entflammbare Gas auf der Grundlage mindestens der ersten und zweiten NH-elektromotorischen Kräfte und des zweiten Pumpstroms Ip2 enthält oder nicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Konzentrationsberechnungsvorrichtung zum Berechnen der Konzentration von Ammoniak.
Stand der Technik
Wie in dem Patentdokument 1 offenbart, ist eine Technik bekannt, zum Bestimmen, dass eine Fettgemisch-Spitze aufgetreten ist, wenn die Konzentration des im Abgas enthaltenen Sauerstoffs stark abnimmt.
Dokument zum Stand der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: Offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. 2016-65862
Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
Jedoch nimmt die Konzentration des Sauerstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, in einigen Fällen nicht stark ab, selbst wenn eine Fettgemisch-Spitze auftritt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die Genauigkeit beim Erfassen der Fettgemisch-Spitze zu verbessern.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Konzentrationsberechnungsvorrichtung bereit, die die in einem zu messenden Gas enthaltene Konzentration von Ammoniak berechnet, und die einen ersten Berechnungsabschnitt, einen zweiten Berechnungsabschnitt, einen Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt, einen Konzentrationseinstellabschnitt und einen Einstellverhinderungsabschnitt umfasst.
Der erste Berechnungsabschnitt ist dazu konfiguriert, ein erstes Konzentrationssignal zu gewinnen, das von einem ersten Erfassungsabschnitt ausgegeben wird und dessen Wert sowohl mit der Konzentration in dem zu messenden Gas enthaltenen Ammoniak, als auch mit der Konzentration an einem in dem zu messenden Gas enthaltenen entflammbaren Gases variiert. Der erste Berechnungsabschnitt ist so konfiguriert, dass er auf der Grundlage des ersten Konzentrationssignals als erste berechnete Konzentration die Konzentration an in dem zu messenden Gas enthaltenen Ammoniak berechnet.
Der zweite Berechnungsabschnitt ist dazu konfiguriert, ein zweites Konzentrationssignal zu gewinnen, das von einem zweiten Erfassungsabschnitt ausgegeben wird, dessen Wert mit der Konzentration eines spezifischen Gases, das sich von Ammoniak und dem in dem zu messenden Gas enthaltenen entflammbaren Gas variier, und dessen Wert mit der Konzentration von in dem zu messenden Gas enthaltenen Ammoniak oder der Konzentration des in dem zu messenden Gas enthaltenen entflammbaren Gases ändert. Der zweite Berechnungsabschnitt ist dazu konfiguriert, auf der Grundlage des zweiten Konzentrationssignals die Konzentration des spezifischen Gases als zweite berechnete Konzentration zu berechnen.
Der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt ist dazu konfiguriert, auf der Grundlage mindestens des ersten Konzentrationssignals und des zweiten Konzentrationssignals, zu bestimmen, ob das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält oder nicht.
Der Konzentrationseinstellabschnitt ist dazu konfiguriert, dass wenn der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass das zu messende Gas das entflammbare Gas nicht enthält, die erste berechnete Konzentration als neueste Ammoniakkonzentration einzustellen.
Der Einstellverhinderungsabschnitt ist dazu konfiguriert, um zu verhindern, dass der Konzentrationseinstellabschnitt die erste berechnete Konzentration als die letzte Konzentration an Ammoniak einstellt, wenn der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält.
Die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, bestimmt, ob das zu messende Gas das entflammbare Gas auf der Grundlage des ersten Konzentrationssignals und des zweiten Konzentrationssignals enthält oder nicht. Der Wert des ersten Konzentrationssignals variiert sowohl mit den Konzentrationen an Ammoniak als auch mit dem in dem zu messenden Gas enthaltenen entflammbaren Gas. Der Wert des zweiten Konzentrationssignals variiert mit einer der Konzentrationen an Ammoniak und des entflammbaren Gases.
Insbesondere kann in der Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung der zweite Erfassungsabschnitt das zweite Konzentrationssignal, dessen Wert mit der Konzentration an Ammoniak variiert, ausgeben. Wenn in diesem Fall der Ausgangswert des zweiten Konzentrationssignals kleiner als der Ausgangswert des ersten Konzentrationssignals ist, kann das zu messende Gas bestimmt werden, um das entflammbare Gas zu enthalten. Denn der erste Erfassungsabschnitt gibt das Signal aus, dessen Wert sich mit der Konzentration des entflammbaren Gases ändert, und der zweite Erfassungsabschnitt gibt nicht das Signal aus, dessen Wert sich mit der Konzentration des entflammbaren Gases ändert.
In dieser Sensorsteuerung kann der zweite Erfassungsabschnitt das zweite Konzentrationssignal, dessen Wert sich mit der Konzentration des entflammbaren Gases ändert, ausgeben. In diesem Fall kann, wenn der Ausgangswert des zweiten Konzentrationssignals größer ist, das zu messende Gas bestimmt werden, um das entflammbare Gas zu enthalten. Dies liegt daran, dass der zweite Erfassungsabschnitt das Signal ausgibt, dessen Wert sich mit der Konzentration des entflammbaren Gases ändert.
Wie oben beschrieben, kann die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung bestimmen, ob das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält oder nicht. Wenn eine Fettgemisch-Spitze auftritt, ist das entflammbare Gas in dem zu messenden Gas enthalten. Daher kann die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung die Fettgemisch-Spitze erkennen, selbst wenn die Konzentration des Sauerstoffs, die in dem zu messenden Gas enthalten ist, nicht stark abnimmt, so dass die Genauigkeit beim Erfassen der Fettgemisch-Spitze verbessert werden kann.
Die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung verhindert den Konzentrationseinstellabschnitt, die erste berechnete Konzentration als die letzte Konzentration an Ammoniak einzustellen, wenn der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält. Daher kann die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung eine Verringerung der Genauigkeit der Berechnung der Konzentration an Ammoniak verhindern, wenn eine Fettgemisch-Spitze stattfindet, selbst in dem Fall, in dem der erste Erfassungsabschnitt das erste Konzentrationssignal ausgibt, dessen Wert sich mit der Konzentration an Ammoniak und der Konzentration des entflammbaren Gases ändert.
In dem einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt bestimmen, ob das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält oder nicht, wenn eine Änderung der ersten berechneten Konzentration in einem ersten Zeitintervall, das im Voraus eingestellt ist, größer ist als ein Anfangsbestimmungswert, der im Voraus festgelegt ist.
In diesem Fall kann die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung das Auftreten einer Situation verhindern, in der die Bestimmung durch den Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt durchgeführt wird, selbst wenn die erste berechnete Konzentration aufgrund von Rauschen geringfügig variiert. Somit kann die Verarbeitungsbelastung der Konzentrationsberechnungsvorrichtung verringert werden.
In dem einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der zweite Erfassungsabschnitt Stickstoffoxid als spezifisches Gas detektieren und das zweite Konzentrationssignal ausgeben, dessen Wert mit Ammoniak, das in dem zu messenden Gas enthalten ist, variiert. In diesem Fall kann die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung zur Berechnung der Stickstoffoxidkonzentration in einem System zum Reinigen von Stickstoffoxid, das in einem von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas enthalten ist, verwendet werden.
In dem einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt bestimmen, ob das zu messende Gas das entflammbare Gas durch die Verwendung eines ersten Konzentrationsparametersatzes enthält, der im Voraus eine positive Korrelation mit dem Ausgangswert des ersten Konzentrationssignals aufweist und einen zweiten Konzentrationsparameter enthält, der im Voraus eingestellt wurde, um eine positive Korrelation mit dem Ausgangswert des zweiten Konzentrationssignals zu haben, wobei der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass das zu messende Gas in dem Fall, in dem eine Änderung des ersten Konzentrationsparameters in ein im Voraus vorgegebenes erstes Zeitintervall größer ist als eine Änderung des zweiten Konzentrationsparameters in einem im Voraus eingestellten zweiten Zeitintervall, das entflammbare Gas enthält.
In diesem Fall können, da die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung Änderungen in den ersten und zweiten Konzentrationsparametern für die Bestimmung verwendet, im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Absolutwert verwendet wird, die Einflüsse der Konzentrationen an Ammoniak und dem spezifischen Gas, das in eine atmosphärischen Referenz vorhanden ist, reduziert werden, wodurch eine genauere Bestimmung möglich wird.
Bei dem einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung unterscheidet sich das zweite Zeitintervall vorzugsweise von dem ersten Zeitintervall. Insbesondere werden die ersten und zweiten Zeitintervalle in Übereinstimmung mit der Zeit bestimmt, die für das von jedem Erfassungsabschnitt ausgegebene Konzentrationssignal erforderlich ist, um sich mit einer Änderung des spezifischen Gases zu ändern. In dem Fall, in dem der zweite Erfassungsabschnitt Stickstoffoxid als spezifisches Gas erfasst und die Zeit, die erforderlich ist, damit sich der Wert des zweiten Konzentrationssignals mit einer Änderung des spezifischen Gases in dem zu messenden Gas ändert, länger ist als die erforderliche Zeit, wobei sich der Wert des ersten Konzentrationssignals mit einer Änderung des entflammbaren Gases in dem zu messenden Gas ändert, ist es bevorzugt, das zweite Zeitintervall länger als das erste Zeitintervall zu setzen. Die Zeit, die für das von jedem Erfassungsabschnitt ausgegebene Konzentrationssignal erforderlich ist, um sich mit einer Änderung des spezifischen Gases zu ändern, unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Position und den Charakteristiken jedes Erfassungsabschnitts. Als Ergebnis kann die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung das Auftreten einer Situation verhindern, in der die Größe der Änderung in der zweiten berechneten Konzentration, die einer Änderung der Konzentration von Stickstoffoxid in dem zu messenden Gas entspricht, so berechnet wird, dass die berechnete Größe kleiner als die tatsächliche Größe ist.
In dem einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung können der erste Erfassungsabschnitt und der zweite Erfassungsabschnitt als ein integraler Gassensor konfiguriert sein. In diesem Fall kann die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung die Ammoniakkonzentration und die Stickoxidkonzentration in Bereichen des zu messenden Gases, die ungefähr gleich sind, nachweisen.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht, die die interne Struktur eines Mehrgassensors 2 darstellt.
2 zeigt eine Darstellung, die die schematischen Strukturen einer Sensorelementeinheit 5 und eines Steuerabschnitts 3 darstellt.
3 zeigt eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines ersten Ammoniak-Erfassungsabschnitts 102 und eines zweiten Ammoniak-Erfassungsabschnitts 103 darstellt.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Gaskonzentration-Berechnungsverarbeitung darstellt.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Gasaustritt-Diagnoseverarbeitung darstellt.
6 zeigt Graphen, die Änderungen in der Ammoniakkonzentration, der NOx-Konzentration, der CO-Konzentration, der Fettgemisch-Spitze-Flag usw. mit der Zeit darstellen.

Modi für die Durchführung der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Eine Mehrgasdetektionsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird für ein System verwendet, das an einem Fahrzeug angebracht ist und in dem ein SCR (Selektiver Katalytischer Reduktion)-Katalysator zum Reinigen von Stickstoffoxid, das in einem von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas enthalten ist, angeordnet ist, wobei Harnstoff als Reduktionsmittel dem SCR-Katalysator zugeführt wird.
Das System umfasst einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) und/oder einen Diesel-Partikelfilter (DPF) und ein sogenannter Reichenspieß zur Reinigung dieser Katalysatoren durchgeführt wird. Genauer gesagt, detektiert die Mehrgasdetektionsvorrichtung die Konzentrationen an Ammoniak, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxid, die in dem Abgas auf der stromabwärtigen Seite des NOx-Speicherreduktionskatalysators oder des SCR-Katalysators enthalten sind. Das Fahrzeug, auf dem die Mehrgasdetektionsvorrichtung montiert ist, wird als das „vorliegende Fahrzeug“ bezeichnet. Ammoniak, Stickstoffdioxid und Stickoxid sind als NH₃, NO₂ bzw. NOx bezeichnet.
Die Mehrgasdetektionsvorrichtung weist einen in 1 gezeigten Mehrgassensor 2 und eine in 2 gezeigte Steuereinheit 3 auf.
Wie in 1 gezeigt, weist der Mehrgassensor 2 eine Sensorelementeinheit 5, eine metallische Schale 10, einen Separator 34 und Anschlussklemmen 38 auf. In der nachfolgenden Beschreibung ist die Seite des Mehrgassensors 2, auf der die Sensorelementeinheit 5 angeordnet ist (d.h. die Unterseite in 1) als eine vordere Endseite bezeichnet und die Seite, an der die Verbindungsanschlüsse 38 angeordnet sind (d.h. die Oberseite in 1), wird als eine rückseitige Endseite bezeichnet.
Die Sensorelementeinheit 5 weist eine Plattenform auf, die sich in Richtung einer axialen Linie O erstreckt. Die Elektrodenanschlussabschnitte 5A und 5B sind am hinteren Ende der Sensorelementeinheit 5 angeordnet. In 1 sind nur die Elektrodenanschlussabschnitte 5A und 5B als Elektrodenanschlussabschnitte gezeigt, die in der Sensorelementeinheit 5 ausgebildet sind, um die Zeichnung zu vereinfachen. In Wirklichkeit sind jedoch eine Vielzahl von Elektrodenanschlussabschnitten entsprechend der Anzahl von beispielsweise Elektroden, die in einem NOx-Erfassungsabschnitt 101 enthalten sind, ein erster Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und ein zweiter Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103, die später beschrieben werden, gebildet.
Die metallische Schale 10 ist ein rohrförmiges Element und ein Gewindeabschnitt 11, der verwendet wird, um den Mehrgassensor 2 an einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors zu befestigen, ist auf der äußeren Oberfläche der metallischen Schale 10 ausgebildet. Die metallische Schale 10 weist ein Durchgangsloch 12, das sich in Richtung der axialen Linie O erstreckt, und eine Leiste 13, die in radialer Richtung des Durchgangslochs 12 nach innen vorsteht, auf. Die Leiste 13 ist als eine nach innen verjüngte Oberfläche ausgebildet, die sich von der radial äußeren Seite des Durchgangslochs 12 in Richtung seiner Mitte hin erstreckt und zur vorderen Endseite geneigt ist.
Die metallische Schale 10 hält die Sensorelementeinheit 5 so, dass ein vorderer Endabschnitt der Sensorelementeinheit 5 von dem Durchgangsloch 12 nach vorne vorsteht und ein hinterer Endabschnitt der Sensorelementeinheit 5 von dem Durchgangsloch 12 nach hinten ragt. Ein keramischer Halter 14, der ein röhrenförmiges Element ist, das den radialen Umfang der Sensorelementeinheit 5 umgibt, Talkringe 15 und 16, die Schichten aus geladenem Talkpulver sind, und eine keramische Hülse 17 sind in dieser Reihenfolge innerhalb des Durchgangslochs 12 der metallischen Schale 10 von der vorderen Endseite zur hinteren Endseite gestapelt.
Zwischen der keramischen Hülse 17 und einem hinteren Endabschnitt der metallischen Schale 10 ist eine Crimppackung 18 angeordnet. Zwischen dem keramischen Halter 14 und der Leiste 13 der metallischen Schale 10 ist ein metallischer Halter 19 angeordnet. Der Talkring 15 und der keramische Halter 14 sind innerhalb des metallischen Halters 19 enthalten und als Folge einer Druckbelastung des Materials des Talkringes 15 sind der metallische Halter 19 und der Talkring 15 hermetisch miteinander verbunden. Ein hinterer Endabschnitt der metallischen Schale 10 ist gecrimpt, um die keramische Hülse 17 in Richtung der vorderen Endseite durch die Crimppackung 18 zu drücken. Da das Material des Talkringes 16 in die metallische Schale 10 komprimiert wird, wird die hermetische Abdichtung zwischen der inneren Umfangsfläche der metallischen Schale 10 und der äußeren Umfangsfläche der Sensorelementeinheit 5 gewährleistet.
Ein äußerer Schutz 21 mit Gaseinführungslöchern und ein innerer Schutz 22 mit Gaseinleitungslöchern sind an einem vorderen Endabschnitt der metallischen Schale 10 angeordnet. Der äußere Schutz 21 und der innere Schutz 22 sind jeweils ein rohrförmiges Element, das aus einem metallischen Material wie Edelstahl und mit einem geschlossenen vorderen Ende gebildet ist. Der innere Schutz 22 bedeckt einen vorderen Endabschnitt der Sensorelementeinheit 5 und ist mit der metallischen Schale 10 verschweißt und der äußere Schutz 21 bedeckt den inneren Schutz 22 und ist mit der metallischen Schale 10 verschweißt.
Ein vorderer Endabschnitt eines äußeren Rohres 31, das zu einer rohrförmigen Form geformt ist, ist mit einem hinteren Außenumfang der metallischen Schale 10 verschweißt. Eine Durchführungshülse 32 ist in einer hinteren Endöffnung des äußeren Rohrs 31 angeordnet, um die Öffnung zu schließen.
Einleitungsdraht-Einsetzlöcher 33, in die Leitungsdrähte 41 eingesetzt sind, sind in der Durchführungshülse 32 ausgebildet. Die Leitungsdrähte 41 sind elektrisch mit den Elektrodenanschlussabschnitten 5A und 5B der Sensorelementeinheit 5 verbunden.
Der Separator 34 ist ein röhrenförmiges Element, das hinter der Sensorelementeinheit 5 angeordnet ist. Ein Raum, der innerhalb des Separators 34 ausgebildet ist, ist ein Einsetzloch 35, das durch den Separator 34 in Richtung der axialen Linie O verläuft. Ein radial nach außen vorstehender Flanschabschnitt 36 ist auf der Außenfläche des Separators 34 ausgebildet.
Ein hinterer Endabschnitt der Sensorelementeinheit 5 ist in das Einsetzloch 35 des Separators 34 eingeführt und die Elektrodenanschlussabschnitte 5A und 5B sind innerhalb des Separators 34 angeordnet. Zwischen dem Separator 34 und dem Außenrohr 31 ist ein rohrförmiges metallisches Halteelement 37 angeordnet. Das Halteelement 37 steht mit dem Flanschabschnitt 36 des Separators 34 und auch mit der Innenfläche des Außenrohres 31 in Kontakt und hält dadurch den Separator 34, so dass der Separator 34 an dem Außenrohr 31 befestigt ist.
Die Verbindungsanschlüsse 38 sind Elemente, die innerhalb des Einführungslochs 35 des Separators 34 angeordnet sind, und sind elektrisch leitfähige Elemente, die die Elektrodenanschlussabschnitte 5A und 5B der Sensorelementeinheit 5 elektrisch mit ihren jeweiligen Leitungsdrähten 41 verbinden. In 1 sind zur Vereinfachung der Zeichnung nur zwei Anschlussklemmen 38 dargestellt.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Steuerabschnitt 3 der Mehrgasdetektionsvorrichtung elektrisch mit einer elektronischen Steuerung 200 verbunden, die an dem vorliegenden Fahrzeug angebracht ist. Die elektronische Steuerung 200 empfängt Daten, die die Konzentration von NO₂, die Konzentration von NOx und die Konzentration von Ammoniak (nachstehend als die Konzentration von NH₃ bezeichnet) im Abgas, die durch den Steuerabschnitt 3 berechnet werden, repräsentieren. Dann führt die elektronische Steuerung 200 die Verarbeitung durch, zur Steuerung der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors auf der Basis der empfangenen Daten und führt auch eine Reinigungsverarbeitung für im Katalysator akkumuliertes NOx durch.
Die Sensorelementeinheit 5 umfasst den NOx-Erfassungsabschnitt 101, den ersten Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und den zweiten Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103. Der zweite Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 ist in 2 nicht gezeigt, aber in 3 dargestellt. Der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 sind parallel zu einer im Wesentlichen gleichen Position wie eine Bezugselektrode 143 in der Längsrichtung des NOx-Erfassungsabschnitts 101 (d. h. der horizontalen Richtung in 2) angeordnet, in einer solchen Weise, dass der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 an verschiedenen Positionen in der Breitenrichtung des NOx-Erfassungsabschnitts 101 angeordnet sind (d.h. die Richtung senkrecht zu dem Blatt, auf dem 2 dargestellt ist). Daher ist in 2 von dem ersten Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und dem zweiten Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 nur der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 gezeigt.
Der NOx-Erfassungsabschnitt 101 wird durch sequentielles Stapeln einer Isolierschicht 113, einer Keramikschicht 114, einer Isolierschicht 115, einer Keramikschicht 116, einer Isolierschicht 117, einer Keramikschicht 118, einer Isolierschicht 119 und einer Isolierschicht 120 gebildet. Die Isolierschichten 113, 115, 117, 119 und 120 und die Keramikschichten 114, 116 und 118 sind hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 umfasst eine erste Messkammer 121, die zwischen der Keramikschicht 114 und der Keramikschicht 116 ausgebildet ist. In dem NOx-Detektionsabschnitt 101 wird das Abgas von außen in das Innere der ersten Messkammer 121 durch eine Diffusionswiderstand 122, der zwischen der Keramikschicht 114 und der Keramikschicht 116 angeordnet ist, eingeführt, so dass sie an die erste Messkammer 121 angrenzt. Der Diffusionswiderstand 122 ist aus einem porösen Material wie Aluminiumoxid gebildet.
Der NOx-Erfassungsabschnitt 101 umfasst ferner eine erste Pumpzelle 130. Die erste Pumpzelle 130 umfasst eine Festelektrolytschicht 131 und Pumpelektroden 132 und 133. Die Festelektrolytschicht 131 ist hauptsächlich aus Zirkonoxid mit Sauerstoffionenleitfähigkeit gebildet. Ein Teil der Keramikschicht 114 wird aus einem Bereich entfernt, der der ersten Messkammer 121 ausgesetzt ist. Anstelle der Keramikschicht 114 ist die Festelektrolytschicht 131 in den resultierenden Raum eingebettet.
Die Pumpelektroden 132 und 133 sind hauptsächlich aus Platin gebildet. Die Pumpelektrode 132 ist auf einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 131 angeordnet, die der ersten Messkammer 121 ausgesetzt ist. Die Pumpelektrode 133 ist auf der Festelektrolytschicht 131 auf der der Pumpelektrode 132 gegenüberliegende Seite angeordnet, wobei die Festelektrolytschicht 131 zwischen den Pumpelektroden 132 und 133 angeordnet ist. Die Isolierschicht 113 wird aus einem Bereich entfernt, in dem die Pumpelektrode 133 angeordnet ist, und aus einem Bereich um die Pumpelektrode 133 herum, und der resultierende Raum wird mit einem porösen Material 134 anstelle der Isolierschicht 113 gefüllt. Das poröse Material 134 ermöglicht eine Gas- (z.B. Sauerstoff) -Migration zwischen der Pumpelektrode 133 und der Außenseite.
Der NOx-Erfassungsabschnitt 101 enthält ferner eine Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle 140. Die Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle 140 umfasst eine Festelektrolytschicht 141, eine Erfassungselektrode 142 und die Referenzelektrode 143.
Die Festelektrolytschicht 141 ist hauptsächlich aus Zirkonoxid mit Sauerstoffionenleitfähigkeit gebildet. Ein Teil der keramischen Schicht 116 wird aus einem Bereich an der hinteren Endseite (d.h. der rechten Seite von 2) der Festelektrolytschicht 131 entfernt. Anstelle der Keramikschicht 116 ist die Festelektrolytschicht 141 in dem daraus resultierenden Raum eingebettet.
Die Erfassungselektrode 142 und die Referenzelektrode 143 sind hauptsächlich aus Platin gebildet. Die Erfassungselektrode 142 ist auf einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 141, die der ersten Messkammer 121 ausgesetzt ist, angeordnet. Die Referenzelektrode 143 ist auf der Festelektrolytschicht 141 auf der der Detektionselektrode 142 gegenüberliegenden Seite mit der Festelektrolytschicht 141 angeordnet, die zwischen der Erfassungselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 angeordnet ist.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 enthält eine Referenz-Sauerstoffkammer 146. Die Referenz-Sauerstoffkammer 146 ist ein Durchgangsloch, das durch Entfernen der Isolierschicht 117 aus einem Bereich, in dem die Referenzelektrode 143 angeordnet ist, und aus einem Bereich um die Referenzelektrode 143 gebildet ist.
Der NOx-Erfassungsabschnitt 101 enthält eine zweite Messkammer 148, die stromabwärts der ersten Messkammer 121 angeordnet ist. Die zweite Messkammer 148 ist hinter der Erfassungselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 ausgebildet, um durch die Festelektrolytschicht 141 und die Isolationsschicht 117 zu passieren. In dem NOx-Erfassungsabschnitt 101 wird das Abgas, das von der ersten Messkammer 121 abgegeben wird, in die zweite Messkammer 148 eingeführt.
Der NOx-Erfassungsabschnitt 101 umfasst eine zweite Pumpzelle 150. Die zweite Pumpzelle 150 umfasst eine Festelektrolytschicht 151 und Pumpelektroden 152 und 153. Die Festelektrolytschicht 151 ist hauptsächlich aus Zirkonoxid mit Sauerstoffionenleitfähigkeit gebildet. Die Keramikschicht 118 wird aus einem Bereich entfernt, der der Referenz-Sauerstoffkammer 146 und der zweiten Messkammer 148 und einem Bereich um diesen exponierten Bereich freigelegt ist. Anstelle der Keramikschicht 118 ist die Festelektrolytschicht 151 in den resultierenden Raum eingebettet.
Die Pumpelektroden 152 und 153 sind hauptsächlich aus Platin gebildet. Die Pumpelektrode 152 ist auf einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 151 angeordnet, die der zweiten Messkammer 148 ausgesetzt ist. Die Pumpelektrode 153 ist auf der Festelektrolytschicht 151 so angeordnet, dass die Pumpelektrode 153 der Referenzelektrode 143 zugewandt ist, mit der Referenz-Sauerstoffkammer 146 dazwischen. Ein poröses Material 147 ist innerhalb der Referenz-Sauerstoffkammer 146 angeordnet, um die Pumpelektrode 153 zu bedecken.
Der NOx-Erfassungsabschnitt 101 weist einen Heizer 160 auf. Der Heizer 160 ist ein wärmeerzeugender Widerstand, der hauptsächlich aus Platin gebildet ist und Wärme erzeugt, wenn er beströmt ist, und zwischen den Isolierschichten 119 und 120 angeordnet ist.
Der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 ist auf der äußeren Oberfläche des NOx-Erfassungsabschnitts 101, insbesondere auf der isolierenden Schicht 120, ausgebildet. Der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 ist im Wesentlichen in der gleichen Position in Bezug auf die Richtung der axialen Linie O angeordnet (d. h. die horizontale Richtung in 2) als die Bezugselektrode 143 in dem NOx-Erfassungsabschnitt 101.
Der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 umfasst eine erste Referenzelektrode 211, die auf der Isolierschicht 120 ausgebildet ist, einen ersten Festelektrolytkörper 212, der die Vorderen- und Seitenflächen der ersten Bezugselektrode 211 bedeckt, und eine erste Erfassungselektrode 213, die auf der Vorderseite von der erste Festelektrolytkörper 212 gebildet ist. Ähnlich wie in 3 gezeigt ist, umfasst der zweite Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 eine zweite Referenzelektrode 221, die auf der Isolierschicht 120 ausgebildet ist, einen zweiten Festelektrolytkörper 222, der die vorderen und Seitenflächen der zweiten Referenzelektrode 221 bedeckt, und eine zweite Erfassungselektrode 223, die auf der Vorderseite des zweiten Festelektrolytkörpers 222 ausgebildet ist.
Die erste Referenzelektrode 211 und die zweite Referenzelektrode 221 sind hauptsächlich aus Platin gebildet, das als Elektrodenmaterial verwendet wird und insbesondere aus einem Material hergestellt ist, das Pt und Zirkonoxid enthält. Der erste Festelektrolytkörper 212 und der zweite Festelektrolytkörper 222 sind aus einem Sauerstoffionen leitenden Material wie Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkonoxid gebildet. Die erste Erfassungselektrode 213 und die zweite Erfassungselektrode 223 sind hauptsächlich aus Gold gebildet, das als Elektrodenmaterial verwendet wird und insbesondere aus einem Material hergestellt ist, das Au und Zirkonoxid enthält. Die Elektrodenmaterialien der ersten Erfassungselektrode 213 und der zweiten Erfassungselektrode 223 sind so gewählt, dass der erste Ammoniakerfassungsabschnitt 102 und der zweite Ammoniakerfassungsabschnitt 103 sich hinsichtlich des Verhältnisses zwischen der Empfindlichkeit gegenüber Ammoniak und der Empfindlichkeit gegenüber NOx zueinander unterscheiden.
Der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 sind mit einer porösen Schutzschicht 230 bedeckt. Die Schutzschicht 230 ist so konfiguriert, dass sie die Haftung eines Vergiftungsmaterials an der ersten Erfassungselektrode 213 und der zweiten Erfassungselektrode 223 verhindert und die Diffusionsrate von Ammoniak, welcher von außen in den ersten Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und den zweiten Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 fließt, steuert. Wie oben beschrieben, wirken der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 als Mischpotential-Erfassungsabschnitte.
Wie in 2 gezeigt ist, enthält die Steuereinheit 3 eine Steuerschaltung 180 und einen Mikrocomputer 190. Die Steuerschaltung 180 ist eine analoge Schaltung, die auf einer Schaltungsplatine angeordnet ist. Die Steuerschaltung 180 enthält eine Ip1-Treiberschaltung 181, eine Vs-Erfassungsschaltung 182, eine Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 183, eine Icp-Versorgungsschaltung 184, eine Vp2-Anwendungsschaltung 185, eine Ip2-Erfassungsschaltung 186, eine Heizer-Treiberschaltung 187 und eine elektromotorische Krafterfassungsschaltung 188.
Die Pumpelektrode 132, die Erfassungselektrode 142 und die Pumpelektrode 152 sind mit einem Bezugspotential verbunden. Die Pumpelektrode 133 ist mit der Ip1-Treiberschaltung 181 verbunden. Die Referenzelektrode 143 ist mit der Vs-Detektionsschaltung 182 und der Icp-Versorgungsschaltung 184 verbunden. Die Pumpelektrode 153 ist mit der Vp2-Anwendungsschaltung 185 und der Ip2-Detektionsschaltung 186 verbunden. Der Heizer 160 ist mit der Heizantriebsschaltung 187 verbunden.
Die Ip1-Treiberschaltung 181 legt eine Spannung Vp1 zwischen der Pumpelektrode 132 und der Pumpelektrode 133 an, um einen ersten Pumpstrom Ip1 zu liefern und den zugeführten ersten Pumpstrom Ip1 zu detektieren.
Die Vs-Erfassungsschaltung 182 detektiert die Spannung Vs zwischen der Erfassungselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 und gibt das Erfassungsergebnis an die Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 183 aus.
Die Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 183 vergleicht eine Referenzspannung (z. B. 425 mV) mit dem Ausgangssignal der Vs-Erfassungsschaltung 182 (d. h. der Spannung Vs) und gibt das Vergleichsergebnis an die Ip1-Treiberschaltung 181 aus. Die Ip1-Treiberschaltung 181 steuert die Richtung und die Größe des ersten Pumpstroms Ip1, so dass die Spannung Vs gleich der Referenzspannung wird, um dadurch die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer 121 auf einen vorgeschriebenen Wert einzustellen, bei dem keine Zerlegung von NOx auftritt.
Die Icp-Versorgungsschaltung 184 bewirkt, dass ein schwacher Strom Icp zwischen der Erfassungselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 fließt. Sauerstoff wird dadurch von der ersten Messkammer 121 zu der Referenz-Sauerstoffkammer 146 durch die Festelektrolytschicht 141 geführt und die Konzentration von Sauerstoff in der Referenz-Sauerstoffkammer 146 wird als eine vorgeschriebene Sauerstoffkonzentration eingestellt, die als Referenz dient.
Die Vp2- Anwendungsschaltung 185 legt eine konstante Spannung Vp2 (z. B. 450 mV) zwischen der Pumpelektrode 152 und der Pumpelektrode 153 an. In der zweiten Messkammer 148 wird NOx durch die katalytische Wirkung der Pumpelektroden 152 und 153 der zweiten Pumpzelle 150 zerfallen. Die als Ergebnis des Zerfalls erhaltenen Sauerstoffionen wandern in der Festelektrolytschicht 151 zwischen der Pumpelektrode 152 und der Pumpelektrode 153, so dass ein zweiter Pumpstrom Ip2 fließt. Die Ip2-Erfassungsschaltung 186 erfasst den zweiten Pumpstrom Ip2.
Die Heizer-Treiberschaltung 187 legt eine positive Spannung für die Erhitzung des Heizers an ein Ende des Heizers 160 an, das ein wärmeerzeugendes Widerstand ist, und legt eine negative Spannung für die Erhitzung des Heizers an das andere Ende des Heizers 160 an, um dadurch den Heizer 160 zu treiben.
Die elektromotorische Krafterfassungsschaltung 188 detektiert die elektromotorische Kraft zwischen der ersten Referenzelektrode 211 und der ersten Erfassungselektrode 213 (nachfolgend als erste elektromotorische Kraft des Ammoniaks bezeichnet) und die elektromotorische Kraft zwischen der zweiten Referenzelektrode 221 und der zweiten Erfassungselektrode 223 (nachfolgend als zweite elektromotorische Kraft des Ammoniaks bezeichnet) und gibt Signale aus, die die Erfassungsergebnisse für den Mikrocomputer 190 repräsentieren.
Der Mikrocomputer 190 enthält eine CPU 191, einen ROM 192, einen RAM 193 und eine Signal-Eingabe/Ausgabe-Einheit 194. Die CPU 191 führt Programme aus, die in einem nicht transitorischen, fühlbaren Aufzeichnungsmedium gespeichert sind, um verschiedene Funktionen des Mikrocomputers zu implementieren. In dem vorliegenden Beispiel entspricht der ROM 192 dem nicht transitorischen greifbaren Aufzeichnungsmedium, in dem die Programme gespeichert sind. Wenn eines der Programme ausgeführt wird, wird eine dem Programm entsprechende Methode ausgeführt. Die Anzahl der in der Steuereinheit 3 enthaltenen Mikrocomputer kann ein oder zwei oder mehr sein. Ein Teil oder alle Funktionen, die von dem Mikrocomputer 190 ausgeführt werden, können durch Hardware unter Verwendung eines oder mehrerer ICs usw. implementiert werden.
Die CPU 191 führt einen Prozess zum Steuern der Sensorelementeinheit 5 gemäß einem in dem ROM 192 gespeicherten Programm aus. Die Signal-Eingabe/AusgabeEinheit 194 ist mit der Ip1-Treiberschaltung 181, der Vs-Erfassungsschaltung 182, der Ip2-Erfassungsschaltung 186, die Heizer-Treiberschaltung 187 und die elektromotorische Kraft-Erfassungsschaltung 188 verbunden. Die Signal-Eingabe/Ausgabe-Einheit 194 wandelt die Spannungswerte von analogen Signalen von der Ip1-Treiberschaltung 181, der Vs-Erfassungsschaltung 182, der Ip2-Erfassungsschaltung 186 und der elektromotorische Kraftdetektionsschaltung 188 in digitalen Daten um und gibt die digitalen Daten an die CPU 191 aus.
Die CPU 191 gibt ein Treibersignal an die Heizer-Treiberschaltung 187 über die Signal-Eingabe/Ausgabe-Einheit 194 aus, um so die dem Heizer 160 zugeführte elektrische Leistung mittels Pulsbreitenmodulation zu steuern, so dass der Heizer 160 eine Zieltemperatur erreicht. Um die dem Heizer 160 zugeführte elektrische Leistung zu steuern, kann jedes bekannte Verfahren verwendet werden. Insbesondere wird die Impedanz einer Zelle (z. B. der Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle 140), die in dem NOx-Erfassungsabschnitt 101 enthalten ist, erfasst und dann wird die Menge der zugeführten elektrischen Energie so gesteuert, dass die detektierte Impedanz einen Zielwert erreicht.
Die CPU 191 liest verschiedene Daten aus dem ROM 192 und führt verschiedene Berechnungsprozesse auf der Basis des Wertes des ersten Pumpstroms Ip1, des Wertes des zweiten Pumpstroms Ip2, des Wertes der ersten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und des Wertes der zweiten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks.
Der ROM 192 speichert eine „erste elektromotorische Kraft von Ammoniak- - erster Ammoniak-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“, eine „zweite elektromotorische Kraft von Ammoniak - zweiter Ammoniak-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“, einen „ersten Pumpstrom-Sauerstoffkonzentrations-Relationsausdruck“, einen „zweiten Pumpstrom - NOx - Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“, einen „ersten Ammoniakkonzentrations-Ausgang & zweiten Ammoniakkonzentrations-Ausgang & Sauerstoffkonzentration - korrigierter Ammoniakkonzentrations-Relationsausdruck“ einen „ersten Ammoniakkonzentrations-Ausgang & zweiten Ammoniakkonzentrations-Ausgang & Sauerstoffkonzentration - korrigierter NO₂-Konzentrations-Relationsausdruck“ und eine „NOx-Konzentrationsausgabe & korrigierte Ammoniakkonzentration & korrigierte NO₂-Konzentration - korrigierter NOx-Konzentrations-Relationsausdruck “.
Die „erste Ammoniakkonzentrationsausgabe & zweite Ammoniakkonzentrationsausgabe & Sauerstoffkonzentration - korrigierter Ammoniakkonzentrations-Relationsausdruck“ entspricht dem Korrekturausdruck (1) unten. Die „erste Ammoniakkonzentrationsausgabe“ und die zweite Ammoniakkonzentrations-Ausgabe & Sauerstoffkonzentrations - korrigierter NO₂-Konzentrations-Relationsausdruck“ entspricht dem Korrekturausdruck (2) unten. Die „NOx-Konzentrationsausgabe & korrigierte Ammoniakkonzentration & korrigierte NO₂-Konzentration - korrigierter NOx-Konzentrations-Relationsausdruck“ entspricht dem Korrekturausdruck (3) unten.
Die verschiedenen Daten können in Form von vorbestimmten Relationsausdrücken, wie oben beschrieben, eingestellt werden, oder können in anderen Formen (z. B. Tabellen) gesetzt werden, solange verschiedene Gaskonzentrationen aus den Ausgängen des Sensors berechnet werden können. Alternativ können sie Werte sein, die durch die Verwendung eines Modellgases erhalten werden, dessen Gaskonzentration bekannt ist.
Die „erste elektromotorische Kraft von Ammoniak- - erster AmmoniakkonzentrationsAusgangs-Relationsausdruck“ und die „zweite elektromotorische Kraft von Ammoniak - zweiter Ammoniak-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“ sind Ausdrücke, die die Beziehung zwischen den elektromotorischen Kräften des Ammoniaks darstellen, die von dem ersten Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und dem zweiten ausgegeben werden Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 und die Ammoniak-Konzentrationsausgänge ausgegeben werden.
Der „erste Pumpstrom-Sauerstoffkonzentrations-Relationsausdruck“ ist ein Ausdruck, der die Beziehung zwischen dem ersten Pumpstrom und der Sauerstoffkonzentration (d.h. der O₂-Konzentration) im Abgas darstellt. Der „zweite Pumpstrom-NOx-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“ ist ein Ausdruck, der die Beziehung zwischen dem zweiten Pumpstrom und dem NOx-Konzentrationsausgang darstellt.
Die „erste Ammoniakkonzentrationsleistung & zweite Ammoniakkonzentrationsausgabe & Sauerstoffkonzentration - korrigierter Ammoniakkonzentrations-Relationsausdruck“ ist ein Ausdruck, der die Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe, die durch die Sauerstoffkonzentration, die Ammoniakkonzentration und die NO₂-Konzentration und die korrigierte Ammoniakkonzentration, von welchen die Einflüsse der Sauerstoffkonzentration und der NO₂-Konzentration entfernt wurden, darstellt. Die „erste Ammoniakkonzentrationsausgabe & zweite Ammoniakkonzentrationsausgabe & Sauerstoffkonzentration - korrigierter NO₂ - Konzentrations-Relationsausdruck“ ist ein Ausdruck, der die Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe, die durch die Sauerstoffkonzentration, die Ammoniakkonzentration und die NO₂ - Konzentration, und die korrigierte NO2-Konzentration, aus welchen die Einflüsse der Sauerstoffkonzentration und der Ammoniakkonzentration entfernt wurden, darstellt. Die „NOx-Konzentrationsausausgabe & korrigierte Ammoniakkonzentration & korrigierte NO₂-Konzentration - korrigierter NOx - Konzentrations-Relationsausdruck“ ist ein Ausdruck, der die Beziehung zwischen der NOx - Konzentrationsleistung, die von der Ammoniakkonzentration und der NO₂ - Konzentration und der korrigierten NOx-Konzentration, aus denen die Einflüsse der Ammoniakkonzentration und die NO₂-Konzentration entfernt wurden, darstellt.
Als nächstes wird ein Berechnungsverfahren zur Bestimmung der NO2-Konzentration, der NOx-Konzentration und der Ammoniakkonzentration aus dem ersten Pumpstrom Ip1, dem zweiten Pumpstrom Ip2, der ersten elektromotorischen Ammoniakkraft und der zweiten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks gegeben. Dieser Berechnungsvorgang wird von der CPU 191 des Mikrocomputers 190 ausgeführt.
Wenn der erste Pumpstrom Ip1, der zweite Pumpstrom Ip2, die erste elektromotorische Kraft des Ammoniaks und die zweite elektromotorische Kraft des Ammoniaks eingegeben werden, führt die CPU 191 einen Berechnungsvorgang zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration, der NOx-Konzentrationsausgabe, der ersten Ammoniak-Konzentrationsausgang und der zweite Ammoniak-Konzentrationsausgang durch. Insbesondere nennt die CPU 191 die „erste Ammoniak-Elektromotorische Kraft - erster Ammoniak-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“, die „zweite elektromotorische Kraft von Ammoniak- - zweiter Ammoniak-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“, der „erste Pumpstrom Ip1 - Sauerstoffkonzentrations-Relationsausdruck“ und den „zweiten Pumpstrom Ip2 - NOx-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“ aus dem ROM 192 und berechnet dann die Sauerstoffkonzentration und andere Konzentrationsausgaben unter Verwendung dieser Relationsausdrücke.
Die „erste elektromotorische Kraft von Ammoniak - erster Ammoniak-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“ und die „zweite Ammoniak-Elektromotorische Kraft - zweiter Ammoniak-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“ sind so eingestellt, dass über den gesamten möglichen Bereich der von der ersten und der zweiten ausgegebenen elektromotorischen Kraft des Ammoniaks Ammoniak-Detektionsabschnitten 102 und 103 in ihrer Anwendungsumgebung eine annähernd lineare Beziehung zwischen jedem der Ammoniak-Konzentrationsausgaben von dem ersten und dem zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und 103 und der Ammoniakkonzentration in dem zu messenden Gas vorhanden ist. Da diese Umwandlungsausdrücke für die Umwandlung verwendet werden, ist in den nachfolgenden Korrekturausdrücken eine Berechnung möglich, die Änderungen in Gradienten und Offset erfordert.
Nachdem die Sauerstoffkonzentration, die NOx-Konzentrationsausgabe, die erste Ammoniakkonzentrationsleistung und die zweite Ammoniakkonzentrationsausgabe bestimmt worden sind, führt die CPU 191 Berechnungen unter Verwendung der unten beschriebenen Korrekturausdrücke durch, um die Ammoniakkonzentration, NO₂-Konzentration und NOx-Konzentration in dem Abgas zu bestimmen.
$\begin{matrix} x = F (A,B,D) \\ = (eA - c) * (jB - h - fA + d) / (eA - c - iB + g) + fA - d \end{matrix}$
$\begin{array}{r} y = F' (A,B,D) \\ = (jB - h - fA + d) / (eA - c - iB + g) \end{array}$
$z = C - ax + by$
In diesen Korrekturausdrücken stellt x die Ammoniakkonzentration dar, y stellt die NO2-Konzentration dar und z stellt die NOx-Konzentration dar. A stellt die erste Ammoniakkonzentration dar, B stellt die zweite Ammoniakkonzentration dar, C stellt die NOx-Konzentrationsausgabe dar und D stellt die Sauerstoffkonzentration dar. F in dem Korrekturausdruck (1) repräsentiert, dass x eine Funktion von A, B und D ist und F' im Korrekturausdruck (2) repräsentiert, dass y eine Funktion von A, B und D ist. a und b sind Korrekturkoeffizienten und c, d, e, f, g, h, i und j sind Koeffizienten, die unter Verwendung der Sauerstoffkonzentration D berechnet werden (d.h. Koeffizienten, die durch D bestimmt werden).
Die CPU 191 bestimmt die Ammoniakkonzentration, die NO2-Konzentration und die NOx-Konzentration im Abgas durch Substituieren des ersten Ammoniakkonzentrationsausgangs, des zweiten Ammoniakkonzentrationsausgangs, des NOx-Konzentrationsausgangs und der Sauerstoffkonzentration in den oben beschriebenen Korrekturausdrücken (1) bis (3).
Die Korrekturausdrücke (1) und (2) werden auf der Grundlage der Charakteristiken der ersten und zweiten Ammoniak-Erfassungsabschnitte 102 und 103 bestimmt, und der Korrekturausdruck (3) wird auf der Grundlage der Charakteristiken des NOx-Erfassungsabschnitts bestimmt. Die Korrekturausdrücke (1) bis (3) sind lediglich Beispiele, und andere Korrekturausdrücke, Koeffizienten usw. können entsprechend den Merkmalen der Gasdetektion geeignet verwendet werden.
Der Mikrocomputer 190 in der Steuereinheit 3 führt eine Gaskonzentration-Berechnungsverarbeitung und eine Gasleckdiagnoseverarbeitung durch. Nachdem die elektrische Energie dem Heizer 160 zugeführt worden ist und die Sensorelementeinheit 5 durch die von der Heizeinrichtung 160 erzeugte Wärme auf ihre Aktivierungstemperatur erwärmt wird, wird jede der Gaskonzentrationsberechnungsverarbeitung und die Gasleckdiagnoseverarbeitung jedes Mal durchgeführt, wenn eine Ausführungsperiode vergeht. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Ausführungsperiode 50 ms.
Die Schritte der Gaskonzentration-Berechnungsverarbeitung werden beschrieben. Wie in 4 gezeigt ist, erhält die CPU 191 des Mikrocomputers 190, wenn die Gaskonzentration-Berechnungsverarbeitung ausgeführt wird, zuerst die Ergebnisse der Erfassung des ersten Pumpstroms Ip1, des zweiten Pumpstroms Ip2, der ersten elektromotorischen Ammoniakkraft und der zweiten elektromotorischen Ammoniakraft von der Steuerschaltung 180 und führt die oben beschriebenen Berechnungen durch, um die Ammoniakkonzentration, die NO2 -Konzentration und die NOx-Konzentrationsausgabe zu berechnen. Die NOx-Konzentrationsausgabe ist ein Wert, der aus einem „zweiten Pumpstrom Ip2-NOx-Konzentrationsausgangs-Relationsausdruck“ erhalten wird. In S10 wird das Ergebnis der Berechnung der Ammoniakkonzentration in einem Speicherbereich für die berechnete Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL, die in dem RAM 193 vorgesehen ist, gespeichert. In S10 wird das Ergebnis der Berechnung der NO2-Konzentration in einem Speicherbereich für berechnetes NO2 Konzentration C_NO2_CAL, die in dem RAM 193 vorgesehen ist, gespeichert. In S10 wird das Ergebnis der Berechnung des NOx-Konzentrationsausgangs in einem Speicherbereich für die berechnete NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx_CAL, die in dem RAM 193 vorgesehen ist, gespeichert.
Als nächstes berechnet die CPU 191 in S20 den Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 und den Wert der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx. Insbesondere berechnet die CPU 191 durch Verwendung des in einem Speicherbereich für die Ammoniakkonzentration C_NH3 gespeicherten Wertes, der in dem RAM 193 vorgesehen ist, den Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 gemäß der nachstehenden Formel (1). Ebenso berechnet die CPU 191 den Wert der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx gemäß der Formel (2), indem sie den in einem Speicherbereich für die NOx-Konzentrationsausgabe vier Perioden zuvor Co_NOx_4 (weiter unten beschrieben) verwendet.
$Δ C_NH3 = C_NH3_CAL-C_NH3$
$Δ Co_NOx = Co_NOx_CAL-Co_NOx_4$
Die Ammoniakkonzentration C_NH3 stellt die letzte Ammoniakkonzentration dar, bevor der Wert der berechneten Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL berechnet wird.
Im RAM 193 ist ein Speicherbereich für die NO2-Konzentration C_NO₂ vorgesehen. Die NO2-Konzentration C_NO2 repräsentiert die letzte NO₂-Konzentration, bevor der Wert der berechneten NO2-Konzentration C_NO2_CAL berechnet wird.
Jeweilige Speicherbereiche sind für die NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx, NOx-Konzentrationsausgabe vor einer Periode Co_NOx_1, NOx-Konzentrationsausgabe vor zwei Perioden Co_NOx_2, NOx-Konzentrationsausgang vor drei Perioden Co_NOx_3 und NOx-Konzentrationsausgang vor vier Perioden Co_NOx_4 sind im RAM 193 vorgesehen.
Der NOx-Konzentrationsausgang Co_NOx repräsentiert die letzte NOx-Konzentrationsausgabe, bevor der Wert des berechneten NOx-Konzentrationsausgangs Co_NOx_CAL berechnet wird.
NOx-Konzentrationsausgabe vor einer Periode Co_NOx_1 repräsentiert die NOx-Konzentrationsausgabe, die eine Ausführungsperiode vorher berechnet wurde (d. h. 50 ms vorher), die Berechnung des Wertes der NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx. NOx-Konzentrationsausgang, die zwei Perioden Co_NOx_2 davor berechnet wurde, repräsentiert die NOx-Konzentrationsausgabe, die zwei Ausführungsperioden vor (d. h. 100 ms vorher) der Berechnung des Wertes der NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx berechnet wurde. NOx-Konzentrationsausgabe vor drei Perioden Co_NOx_3 repräsentiert die NOx-Konzentrationsausgabe, die drei Ausführungsperioden vor (d. H. 150 ms vorher) der Berechnung des Wertes der NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx berechnet wurde.
NOx-Konzentrationsausgang vor vier Perioden Co_NOx_4 repräsentiert die NOx-Konzentrationsausgabe, die vier Ausführungsperioden vor (d. h. 200 ms vorher) der Berechnung des Wertes der NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx berechnet wurde. Das heißt, die NOx-Konzentrationsausgabe vor vier Perioden Co_NOx_4 repräsentiert die NOx-Konzentrationsausgabe fünf Ausführungsperioden vor (d. h. 250 ms vorher) der Berechnung des Wertes der berechneten NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx_CAL.
In S30 liest die CPU 191 den im Speicherbereich gespeicherten Wert für die NOx-Konzentrationsausgabe drei Perioden Co_NOx_3 davor und speichert sie im Speicherbereich für die NOx-Konzentrationsausgabe vier Perioden Co_NOx_4 davor. Die CPU 191 liest den im Speicherbereich gespeicherten Wert für die NOx-Konzentrationsausgabe zwei Perioden Co_NOx_2 davor und speichert sie im Speicherbereich für die NOx-Konzentrationsausgabe drei Perioden Co_NOx_3 davor. Die CPU 191 liest den im Speicherbereich gespeicherten Wert für eine NOx-Konzentrationsausgabe vor einer Periode Co_NOx_1 und speichert sie im Speicherbereich für die NOx-Konzentrationsausgabe zwei Perioden Co_NOx_2 davor. Die CPU 191 liest den im Speicherbereich gespeicherten Wert für den NOx-Konzentrationsausgang Co_NOx und speichert ihn in den Speicherbereich für eine NOx-Konzentrationsausgabe eine Periode Co_NOx_1 davor. Die CPU 191 liest den im Speicherbereich gespeicherten Wert für die berechnete NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx_CAL und speichert sie im Speicherbereich für den NOx-Konzentrationsausgang Co_NOx.
In S40 bestimmt die CPU 191, ob ein in dem RAM 193 vorgesehenes Flag Fs in einem festgelegten Zustand ist oder nicht. Die Fettgemisch-Spitze-Flag Fs wird in der später beschriebenen Gasleckdiagnoseverarbeitung eingestellt oder gelöscht.
Wenn das Fettgemisch-Spitze-Flag Fs im eingestellten Zustand ist (JA in S40), liest die CPU 191 in S50 den im Speicherbereich gespeicherten Wert für die Ammoniakkonzentration C_NH3 und speichert ihn im Speicherbereich für die berechnete Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL. Insbesondere wird der letzte Berechnungswert der Ammoniakkonzentration als der aktuelle Berechnungswert der Ammoniakkonzentration verwendet.
In S60 liest die CPU 191 den im Speicherbereich gespeicherten Wert für die NO2-Konzentration C_NO2 und speichert sie im Speicherbereich für die berechnete NO2-Konzentration C_NO2_CAL. Insbesondere wird der letzte Berechnungswert der NO2-Konzentration als der aktuelle Berechnungswert der NO₂-Konzentration verwendet.
In S70 wird durch Verwendung des aktuell im Speicherbereich für den NOx-Konzentrationsausgang Co_NOx gespeicherten Wertes der aktuell im Speicherbereich für die Ammoniakkonzentration C_NH3 gespeicherte Wert und der aktuell im Speicherbereich für die NO₂-Konzentration C_NO2 gespeicherte Wert gespeichert. Der CPU 191 berechnet die NOx-Konzentration entsprechend dem oben beschriebenen Korrekturausdruck (3). Das heißt, die CPU 191 berechnet die NOx-Konzentration unter Verwendung des letzten Berechnungswerts der Ammoniakkonzentration und des letzten Berechnungswerts der NO2-Konzentration. Die CPU 191 speichert das Ergebnis der Berechnung der NOx-Konzentration in dem Speicherbereich für die berechnete NOx-Konzentration C_NOx_CAL, die in dem RAM 193 vorgesehen ist, und geht zu S90 über.
Wenn der Fettgemisch-Spitze-Flag Fs nicht in dem eingestellten Zustand ist, berechnet die CPU 191 durch Verwendung der Ammoniakkonzentration, der NO2-Konzentration und der NOx-Konzentration, die in S10 berechnet wird, die NOx-Konzentration gemäß dem oben beschriebenen Korrekturausdruck (3) in S80. Die CPU 191 speichert das Ergebnis der Berechnung der NOx-Konzentration in dem Speicherbereich für die berechnete NOx-Konzentration C_NOx_CAL, die in dem RAM 193 vorgesehen ist, und geht zu S90 über.
In S90 aktualisiert die CPU 191 den Wert der Ammoniakkonzentration C_NH3, den Wert der NO₂-Konzentration C_NO2 und den Wert der NOx-Konzentration C_NOx und beendet die aktuelle Ausführung der Gaskonzentration-Berechnungsverarbeitung. Insbesondere liest die CPU 191 den im Speicherbereich gespeicherten Wert für die berechnete Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL und speichert sie im Speicherbereich für die Ammoniakkonzentration C_NH3. Die CPU 191 liest den im Speicherbereich gespeicherten Wert für die berechnete NO2-Konzentration C_NO2_CAL und speichert sie im Speicherbereich für die NO2-Konzentration C_NO2. Die CPU 191 liest den im Speicherbereich gespeicherten Wert für die berechnete NOx-Konzentration C_NOx_CAL und speichert sie im Speicherbereich für die NOx-Konzentration C_NOx.
Als nächstes werden die Schritte der Gasleckdiagnoseverarbeitung beschrieben. Wie in 5 gezeigt ist, bestimmt die CPU 191 des Mikrocomputers 190, wenn die Gasleckdiagnoseverarbeitung ausgeführt wird, in S110, ob das Fettgemisch-Spitze-Flag Fs im eingestellten Zustand ist oder nicht. Wenn das Fettgemisch-Spitze-Flag Fs nicht im eingestellten Zustand ist, bestimmt die CPU 191 in S120, ob der Wert der Ammoniak-Konzentrationsänderung ΔC_NH3 größer als ein voreingestellter Diagnose-Start-Bestimmungswert X1 ist oder nicht.
Wenn der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 gleich oder kleiner als der Diagnoseanfangsbestimmungswert X1 ist, beendet die CPU 191 die aktuelle Ausführung der Gasleckdiagnoseverarbeitung. Wenn der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 größer als der Diagnosestartbestimmungswert X1 ist, bestimmt die CPU 191 in S130, ob der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 größer ist als das Produkt eines voreingestellten Diagnoseanfangsbestimmungskoeffizienten X2 und die NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx. Der Diagnoseanfangsbestimmungskoeffizient X2 wird auf einen Wert größer als 1 gesetzt.
Wenn der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 gleich oder kleiner als das Produkt des Diagnoseanfangsbestimmungskoeffizienten X2 und der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx ist, beendet die CPU 191 die aktuelle Ausführung der Gasleckdiagnoseverarbeitung. Wenn der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 größer ist als das Produkt des Diagnoseanfangsbestimmungskoeffizienten X2 und der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx, setzt die CPU 191 das Fettgemisch - Spitze-Flag Fs in S140. Weiterhin startet in S150 die CPU 191 einen in dem RAM 193 vorgesehenen Beurteilungszeitgeber Tj und beendet die laufende Ausführung der Gasleckdiagnoseverarbeitung. Der Beurteilungszeitgeber Tj wird z. B. alle 10 ms inkrementiert. Nachdem der Beurteilungszeitgeber Tj gestartet ist, wird sein Wert von 0 erhöht (d. h. einer wird hinzugefügt).
Wenn die CPU 191 in S110 feststellt, dass das Fettgemisch-Spitze-Flag Fs im eingestellten Zustand ist, bestimmt die CPU 191 in S160, ob der Wert des Beurteilungszeitgebers Tj größer als ein voreingestellter Fortsetzungsbestimmungswert X3 ist oder nicht. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Fortsetzungsbestimmungswert X3 ein Wert, der beispielsweise 2 Sekunden entspricht.
Wenn der Wert des Beurteilungszeitgebers Tj gleich oder kleiner als der Fortsetzungsbestimmungswert X3 ist, beendet die CPU 191 die aktuelle Ausführung der Gasleckdiagnoseverarbeitung. Wenn der Wert des Beurteilungszeitgebers Tj größer als der Fortsetzungsbestimmungswert X3 ist, löscht die CPU 191 das Fettgemisch-Spitze-Flag Fs in S170. Ferner stoppt die CPU 191 das Inkrement des Beurteilungszeitgebers Tj in S180 und beendet die gegenwärtige Ausführung der Gasleckdiagnoseverarbeitung.
Graph G1 in 6 zeigt Änderungen der Konzentration des im Abgas enthaltenen Kohlenmonoxids mit der Zeit. Graph G2 in 6 zeigt Änderungen der Konzentration des Ammoniaks, die im Abgas mit der Zeit enthalten sind. Graph G3 in 6 zeigt Änderungen der Konzentration des im Abgas enthaltenen Stickoxids mit der Zeit. Die Graphen G1, G2 und G3 zeigen die Ergebnisse der Messung, die unter Verwendung eines Fourier-Transformations-Infrarotspektrometers erhalten wurden.
Graph G4 in 6 zeigt Änderungen in der Fettgemisch-Spitze-Flag Fs mit der Zeit. Graph G5 in 6 zeigt Änderungen im Wert der Ammoniakkonzentration C_NH3 mit der Zeit, in der die Gasleckdiagnoseverarbeitung verwendet wird. Graph G6 in 6 zeigt Änderungen des Wertes der Ammoniakkonzentration C_NH3 mit der Zeit, in der die Gasleckdiagnoseverarbeitung nicht verwendet wird. Graph G7 in 6 zeigt Änderungen des Wertes der NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx mit der Zeit.
Wie durch den Pfeil L1 im Graphen G1 gezeigt, tritt ein steiler Anstieg der Kohlenmonoxidkonzentration aufgrund einesr Fettgemisch-Spitze bei etwa 2,6 Sekunden auf. Wie aus Pfeil L2 im Graphen G2 hervorgeht, tritt fast keine Änderung der Ammoniakkonzentration bei etwa 2,6 Sekunden auf. Jedoch tritt, wie durch den Pfeil L6 im Graphen G6 gezeigt, ein steiler Anstieg der Ammoniakkonzentration C_NH3 bei etwa 2,6 Sekunden auf, obwohl, wie durch den Pfeil L2 im Graphen G2 gezeigt ist, fast keine Änderung in der Konzentration des Ammoniaks, die in dem Abgas enthalten ist, auftritt bei etwa 2,6 Sekunden. Wie in Pfeil L7 im Graphen G7 gezeigt, tritt fast keine Änderung des Wertes der NOx-Konzentrationsausgabe Co_NOx bei etwa 2,6 Sekunden auf.
Daher wird, wie durch den Pfeil L4 in dem Graphen G4 gezeigt, das Fettgemisch-Spitze-Flag Fs auf etwa 2,6 Sekunden eingestellt. Wie aus dem Pfeil L5 im Graphen G5 hervorgeht, tritt bei der Verwendung der Gasleckdiagnoseverarbeitung nahezu keine Änderung des Wertes der Ammoniakkonzentration C_NH3 bei etwa 2,6 Sekunden auf.
Der wie oben beschrieben konfigurierte Mikrocomputer 190 berechnet die im Abgas enthaltene Konzentration an Ammoniak.
Der Mikrocomputer 190 erhält die erste elektromotorische Kraft des Ammoniaks von dem ersten Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102, erlangt die zweite elektromotorische Kraft des Ammoniaks von dem zweiten Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 und berechnet als berechnete Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL die Konzentration des Ammoniaks, die in dem Abgas enthalten ist auf der ersten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der zweiten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks.
Der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 geben die erste elektromotorische Kraft des Ammoniaks und die zweite elektromotorische Kraft des Ammoniaks aus, die jeweils sowohl in der Konzentration des im Abgas enthaltenen Ammoniaks als auch in der Konzentration des entflammbaren Materials variieren Gas, das im Abgas enthalten ist. In der vorliegenden Ausführungsform enthält das entflammbare Gas Kohlenmonoxid (d. h. CO) und Kohlenwasserstoff (d. h. HC).
Der Mikrocomputer 190 erfasst den zweiten Pumpstrom Ip2 aus dem NOx-Detektionsabschnitt 101 und berechnet als berechneter NOx-Konzentration C_NOx_CAL die NOx-Konzentration auf der Basis des zweiten Pumpstroms Ip2. Der NOx-Erfassungsabschnitt 101 gibt den zweiten Pumpstrom Ip2 aus, der sich entsprechend der Konzentration des in dem Abgas enthaltenen NOx ändert und sich auch entsprechend der Konzentration des in dem Abgas enthaltenen Ammoniaks ändert. Der NOx-Erfassungsabschnitt 101 weist Merkmale auf, dass der zweite Pumpstrom Ip2 nicht entsprechend der Konzentration des entflammbaren Gases variiert.
Der Mikrocomputer 190 bestimmt, ob das Abgas das entflammbare Gas auf der Grundlage mindestens der ersten und zweiten elektromotorischen Zweitkräfte und des zweiten Pumpstroms Ip2 enthält oder nicht. In der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 größer als der Diagnoseanfangsbestimmungswert X1 ist und der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 größer als das Produkt des Diagnoseanfangsbestimmungskoeffizienten X2 und des Wertes der NOx-Konzentration ist Ausgangsänderung ΔCo_NOx bestimmt der Mikrocomputer 190, dass das Abgas das entflammbare Gas enthält und das Fettgemisch-Spitze-Flag Fs setzt.
In dem Fall, in dem der Mikrocomputer 190 bestimmt, dass das Abgas nicht das entflammbare Gas enthält, setzt der Mikrocomputer 190 als Wert der Ammoniakkonzentration C_NH3 den Wert der berechneten Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL, berechnet durch Verwendung der Ammoniakkonzentration, NO2-Konzentration und NOx-Konzentrationsausgang, die in S10 berechnet wurden.
In dem Fall, in dem der Mikrocomputer 190 bestimmt, dass das Abgas das entflammbare Gas enthält, verbietet der Mikrocomputer 190 den Betrieb der Einstellung (Speicherung) als Wert der Ammoniakkonzentration C_NH3, wobei der Wert der berechneten Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL durch Verwendung der Ammoniakkonzentration, der NO₂-Konzentration und NOx-Konzentrationsausgang, die in S10 berechnet wurden, berechnet wird.
Wie oben beschrieben, kann der Mikrocomputer 190 bestimmen, ob das Abgas das entflammbare Gas enthält oder nicht. Wenn eine Fettgemisch-Spitze auftritt, enthält das Abgas das entflammbare Gas. Selbst wenn die Sauerstoffkonzentration, die in dem Abgas enthalten ist, nicht stark abnimmt, kann der Mikrocomputer 190 die Fettgemisch-Spitze erkennen, wodurch die Genauigkeit beim Erfassen der Fettgemisch-Spitze verbessert werden kann.
In dem Fall, in dem der Mikrocomputer 190 bestimmt, dass das Abgas das entflammbare Gas enthält, verbietet der Mikrocomputer 190 den Betrieb der Einstellung (Speicherung) als Wert der Ammoniakkonzentration C_NH3, wobei der Wert der berechneten Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL durch Verwendung der Ammoniakkonzentration, der NO₂-Konzentration und NOx-Konzentrationsausgang, die in S10 berechnet wurden, berechnet wird. Daher kann der Mikrocomputer 190 eine Verringerung der Berechnungsgenauigkeit der Ammoniakkonzentration verhindern, wenn eine Fettgemisch-Spitze auftritt.
Wenn der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 größer als der Diagnoseanfangsbestimmungswert X1 ist, bestimmt der Mikrocomputer 190, ob das Abgas das entflammbare Gas enthält oder nicht. Infolgedessen ist es möglich, das Auftreten einer Situation zu verhindern, in der die Bestimmung, ob das Abgas das entflammbare Gas enthält oder nicht, durchgeführt wird, selbst wenn der Wert der berechneten Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL aufgrund von Rauschen geringfügig variiert. Somit kann die Verarbeitungslast des Mikrocomputers 190 verringert werden.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 detektiert NOx und gibt den zweiten Pumpstrom Ip2 aus, der sich entsprechend der Konzentration des in dem Abgas enthaltenen Ammoniaks ändert. Als Ergebnis kann der Mikrocomputer 190 zur Berechnung der NOx-Konzentration in dem System zum Reinigen von NOx, das in dem von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas enthalten ist, verwendet werden.
Der Mikrocomputer 190 bestimmt, dass das Abgas das entflammbare Gas in dem Fall enthält, in dem der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 größer ist als das Produkt des Diagnoseanfangsbestimmungskoeffizienten X2 und der Wert der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx. Infolgedessen können im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Absolutwert verwendet wird, die Einflüsse der Ammoniakkonzentrationen und des als atmosphärische Referenz vorliegenden spezifischen Gases reduziert werden, wodurch eine genauere Bestimmung möglich wird. Auch kann der Mikrocomputer 190 bestimmen, ob das Abgas das entflammbare Gas durch ein einfaches Verfahren zum Vergleich des Wertes der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 mit dem Produkt des Wertes der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx und des Diagnoseanfangsbestimmungskoeffizienten X2 enthält oder nicht. Daher kann die Verarbeitungsbelastung des Mikrocomputers 190 verringert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt das Zeitintervall der Berechnung der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 50 ms und das Zeitintervall der Berechnung der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx beträgt 250 ms. Das Zeitintervall der Berechnung der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx unterscheidet sich von dem Zeitintervall der Berechnung der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 und ist länger als das Zeitintervall der Berechnung der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3. Infolgedessen kann der Mikrocomputer 190 das Auftreten einer Situation verhindern, in der die Größe der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx, die einer Änderung der NOx-Konzentration im Abgas entspricht, so berechnet wird, dass die berechnete Größe kleiner als die tatsächliche Größe ist.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101, der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 sind als integrale Sensorelementeinheit 5 konfiguriert. Als Ergebnis kann der Mikrocomputer 190 die Ammoniakkonzentration und die NOx-Konzentration in Bereichen der Abgas, die ungefähr gleich sind, erfassen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Bestimmung, ob das Abgas das entflammbare Gas enthält, durch Verwendung des Wertes der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 hergestellt. Die Bestimmung kann jedoch durch die Verwendung von mindestens einer der ersten und zweiten Ammoniakkonzentrationsausgaben, wie sie sind oder durch die Verwendung von mindestens einer der ersten und zweiten elektromotorischen Zweitkräfte, wie sie sind, durchgeführt werden. Eine genauere Bestimmung kann durch Verwendung der durch den Korrekturausdruck (1) erhaltenen Ammoniakkonzentration wie in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt werden, da die durch den Korrekturausdruck (1) erhaltene Ammoniakkonzentration ein korrigierter Wert ist. Daher ist die Verwendung der durch den Korrekturausdruck (1) erhaltenen Ammoniakkonzentration wünschenswert. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Bestimmung, ob das Abgas das entflammbare Gas enthält oder nicht, durch Verwendung der Änderung des NOx-Konzentrationsausgangs hergestellt. Der zweite Pumpstrom Ip2 kann jedoch wie folgt verwendet werden. Bemerkenswerterweise ist die durch den Korrekturausdruck (3) erhaltene NOx-Konzentration nicht bevorzugt, da die durch den Korrekturausdruck (3) erhaltene NOx-Konzentration ein Wert ist, der durch die Ammoniakkonzentrationsleistung, die durch das entflammbare Gas beeinflusst wird, korrigiert wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform entspricht der Mikrocomputer 190 der Konzentrationsberechnungsvorrichtung in den Ansprüchen; S10 entspricht der Verarbeitung als der erste Berechnungsabschnitt in den Ansprüchen; S80 entspricht der Verarbeitung als der zweite Berechnungsabschnitt in den Ansprüchen; S120 und S130 entsprechen der Verarbeitung als der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt in den Ansprüchen; S90 entspricht der Verarbeitung als Konzentrationseinstellabschnitt in den Ansprüchen; und S50 entspricht der Verarbeitung als Einstellverhinderungsabschnitt in den Ansprüchen.
Der erste Ammoniak-Erfassungsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Erfassungsabschnitt 103 entsprechen dem ersten Erfassungsabschnitt in den Ansprüchen; und der NOx-Erfassungsabschnitt 101 entspricht dem zweiten Erfassungsabschnitt in den Ansprüchen.
Das Abgas entspricht dem zu messenden Gas in den Ansprüchen; die erste und die zweite elektromotorische Kraft des Ammoniaks entsprechen dem ersten Konzentrationssignal in den Ansprüchen; der Wert der berechneten Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL entspricht der ersten berechneten Konzentration in den Ansprüchen; NOx entspricht dem spezifischen Gas in den Ansprüchen; der zweite Pumpstrom Ip2 entspricht dem zweiten Konzentrationssignal in den Ansprüchen; der Wert der berechneten NOx-Konzentration C_NOx_CAL entspricht der zweiten berechneten Konzentration in den Ansprüchen; und der Wert der Ammoniakkonzentration C_NH3 entspricht der letzten Ammoniakkonzentration in den Ansprüchen.
Der Diagnoseanfangsbestimmungswert X1 entspricht dem Startbestimmungswert in den Ansprüchen; die berechnete Ammoniakkonzentration C_NH3_CAL entspricht dem ersten Konzentrationsparameter in den Ansprüchen; und der berechnete NOx-Konzentrationsausgang Co_NOx_CAL entspricht dem zweiten Konzentrationsparameter in den Ansprüchen.
Der Wert der Ammoniakkonzentrationsänderung ΔC_NH3 entspricht der Änderung des ersten Konzentrationsparameters in den Ansprüchen; der Wert der NOx-Konzentrationsausgangsänderung ΔCo_NOx entspricht der Änderung des zweiten Konzentrationsparameters in den Ansprüchen; und der Mehrgassensor 2 entspricht dem integralen Gassensor in den Ansprüchen.
Während eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Offenbarung kann in verschiedenen Formen implementiert werden. Beispielsweise werden bei der obigen Ausführungsform der NOx-Erfassungsabschnitt 101 und die Ammoniak-Erfassungsabschnitte 102 und 103 verwendet, um zu bestimmen, ob das Abgas das entflammbare Gas enthält oder nicht. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Bestimmung unter Verwendung des NOx-Detektionsabschnitts und der Ammoniak-Detektionsabschnitte beschränkt. Anstelle des NOx-Detektionsabschnitts kann ein entflammbarer Gasdetektionsabschnitt verwendet werden, der ein Konzentrationssignal ausgibt, das je nach der Konzentration des entflammbaren Gases variiert und nicht entsprechend der Konzentration an Ammoniak variiert. Wenn in diesem Fall der Ausgangswert des Konzentrationssignals, der von dem entflammbaren Gasdetektionsabschnitt ausgegeben wird, größer ist, kann das Abgas so bestimmt werden, dass es das entflammbare Gas enthält.
In den obigen Ausführungsformen wird, wenn das Abgas bestimmt wird, das entflammbare Gas zu enthalten, der Wert der Ammoniakkonzentration C_NH3 nicht aktualisiert und der letzte Wert wird verwendet. Der Wert der Ammoniakkonzentration C_NH3 kann jedoch auf 0 gesetzt oder auf einen voreingestellten vorgeschriebenen Wert gesetzt werden.
Eine Vielzahl von Funktionen, die in einer einzigen Komponente in den oben beschriebenen Ausführungsformen enthalten sind, können auf eine Vielzahl von Komponenten verteilt sein, oder Funktionen einer Vielzahl von Komponenten können in einer Komponente integriert sein. Ein Teil der Konfiguration in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann weggelassen werden. Zumindest ein Teil der Konfiguration in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann der Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden oder kann die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzen. Alle Ausführungsformen, die in den durch den Wortlaut der Ansprüche angegebenen technischen Ideen enthalten sind, sind als Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung definiert.
Die vorliegende Offenbarung kann als verschiedene Formen implementiert werden, wie beispielsweise der oben beschriebene Mikrocomputer 190 und als ein System, das den Mikrocomputer 190 als eine Komponente enthält, ein Programm, das bewirkt, dass der Mikrocomputer 190 als Computer arbeitet, ein nicht transitorisches, greifbares Aufzeichnungsmedium, z, einen Halbleiterspeicher, in dem das Programm gespeichert ist, und ein Konzentrationsberechnungsverfahren.
Bezugszeichenliste

2: Multi-Gassensor,
3: Steuerabschnitt,
101: NOx-Erkennungsabschnitt,
102: erster Ammoniak-Erfassungsabschnitt,
103: zweiter Ammoniak-Erfassungsabschnitt,
190: Mikrocomputer.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016065862 [0003]

Claims

Konzentrationsberechnungsvorrichtung (190) zum Berechnen der Konzentration an Ammoniak, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, umfassend: einen ersten Berechnungsabschnitt (S10), welcher dazu konfiguriert ist, ein erstes Konzentrationssignal zu gewinnen, das von einem ersten Erfassungsabschnitt (102, 103) ausgegeben wird und dessen Wert sowohl mit der Konzentration an dem in dem zu messenden Gas enthaltenen Ammoniak als auch mit der Konzentration an einem in dem zu messenden Gas enthaltenen entflammbaren Gas variiert, und auf der Basis des ersten Konzentrationssignals die in dem zu messenden Gas enthaltene Konzentration an Ammoniak als eine erste berechnete Konzentration (C_NH3_CAL) zu berechnen; einen zweiten Berechnungsabschnitt (S80), welcher dazu konfiguriert ist, ein zweites Konzentrationssignal zu gewinnen, das von einem zweiten Erfassungsabschnitt (101) ausgegeben wird, dessen Wert mit der Konzentration eines spezifischen Gases, das sich von Ammoniak und dem in dem zu messenden Gas enthaltenen entflammbaren Gas unterscheidet, variiert, und dessen Wert mit der Konzentration von in dem zu messenden Gas enthaltenem Ammoniak oder der Konzentration des in dem zu messenden Gas enthaltenen entflammbaren Gases variiert, und auf der Basis des zweiten Konzentrationssignals die Konzentration des spezifischen Gases als eine zweite berechnete Konzentration (C_NOx_CAL) zu berechnen; einen Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt (S120, S130), welcher dazu konfiguriert ist, auf der Grundlage mindestens des ersten Konzentrationssignals und des zweiten Konzentrationssignals zu bestimmen, ob das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält oder nicht; einen Konzentrationseinstellabschnitt (S90), welcher dazu konfiguriert ist, die erste berechnete Konzentration als eine letzte Konzentration an Ammoniak (C_NH3) einzustellen, wenn der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass das zu messende Gas das entflammbare Gas nicht enthält; und einen Einstellverhinderungsabschnitt (S50), welcher dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass der Konzentrationseinstellabschnitt die erste berechnete Konzentration als die letzte Konzentration an Ammoniak einstellt, wenn der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält.
Konzentrationsberechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt in dem Fall, in dem eine Änderung der ersten berechneten Konzentration in einem ersten Zeitintervall, das im Voraus eingestellt ist, größer ist als ein Anfangsbestimmungswert, der im Voraus festgelegt ist, bestimmt, dass das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält oder nicht.
Konzentrationsberechnungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Erfassungsabschnitt Stickstoffoxid als das spezifische Gas erfasst und das zweite Konzentrationssignal ausgibt, dessen Wert mit Ammoniak, das in dem zu messenden Gas enthalten ist, variiert.
Konzentrationsberechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt durch Verwendung eines ersten Konzentrationsparameters (C_NH3_CAL), der im Voraus eingestellt wurde, um eine positive Korrelation mit dem Ausgabewert des ersten Konzentrationssignals zu haben, und eines zweiten Konzentrationsparameters (C_NOx_CAL), der im Voraus eingestellt wurde, um eine positive Korrelation mit dem Ausgabewert des zweiten Konzentrationssignals zu haben, bestimmt, ob das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält, wobei der Entflammbares-Gas-Bestimmungsabschnitt in dem Fall, in dem eine Änderung (ΔC_NH3) in dem ersten Konzentrationsparameter in einem ersten Zeitintervall, das im Voraus eingestellt ist, größer ist als eine Änderung (ΔCo_NOx) in dem zweiten Konzentrationsparameter in einem zweiten Zeitintervall, das im Voraus eingestellt ist, bestimmt, dass das zu messende Gas das entflammbare Gas enthält.
Konzentrationsberechnungsgerät nach Anspruch 4, wobei sich das zweite Zeitintervall von dem ersten Zeitintervall unterscheidet.
Konzentrationsberechnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Erfassungsabschnitt und der zweite Erfassungsabschnitt als ein integraler Gassensor (2) ausgebildet sind.