DE102017012128A1

DE102017012128A1 - Ammoniaksensor-Kalibrierungsverfahren

Info

Publication number: DE102017012128A1
Application number: DE102017012128.1A
Authority: DE
Inventors: Taku Okamoto; Kosuke MONNA; Nobuhiko Mori
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2037-12-30
Also published as: DE102017012128B4; JP2018112094A; JP6794272B2; US20180195426A1; CN108287215A; CN108287215B; US10400649B2

Abstract

Eine Steigung Δin einem linearen Bereich von Sensorausgabeeigenschaften für eine Mischatmosphäre aus CO und THC und eine Steigung Δin dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für NHwerden im Vorhinein zu einer Zeit festgelegt, wenn eine Zeit t1 seit dem Beginn der Verwendung eines Motors vergangen ist. Bei der Durchführung einer Kalibrierung eines NH-Sensors, wenn eine Zeit t2 (größer als die Zeit t1) vergangen ist, wird eine Steigung Δin dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für die Mischatmosphäre festgelegt, ein Wert Δwird aus einer Gleichung Δ= Δ/(Δ/Δ) berechnet, und der berechnete Wert Δwird als neue Steigung in dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für ein NH-Gas bestimmt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kalibrierung eines Ammoniaksensors und insbesondere die Kalibrierung eines Ammoniaksensors, der sich stromabwärts von einer SCR in einem Abgasweg eines Dieselmotors befindet.
Beschreibung des Standes der Technik
Als Vorrichtung zum Beseitigen von Stickstoffoxiden (NOx), die in einem Abgas von einem Dieselmotor enthalten sind, ist eine selektive katalytische Reduktion-Stickstoffbeseitigungsvorrichtung (nachstehend als SCR bezeichnet), die eine wässrige Harnstofflösung oder wässrigen Ammoniak als Reduktionsmittel nutzt, bekannt (vgl. z.B. die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2014-224504). Die SCR befindet sich üblicherweise entlang eines Abgaswegs des Dieselmotors. Ein Reduktionskatalysator, der in die SCR einbezogen ist, erleichtert eine Reduktionsreaktion des NOx, das in dem Abgas enthalten ist, zu Ammoniak, das durch eine Zersetzung des Reduktionsmittels erzeugt wird, so dass das NOx durch Zersetzen zu Stickstoff, Wasser, Kohlendioxid und dergleichen beseitigt wird.
Wenn die SCR in der vorstehend beschriebenen Weise zum Beseitigen des NOx verwendet wird, strömt abhängig von der Zuführung des Reduktionsmittels manchmal Ammoniak stromabwärts von der SCR. Zum geeigneten Steuern der Zuführung des Reduktionsmittels muss ein Sensor (ein Ammoniaksensor) zum Erhalten einer Ammoniakkonzentration stromabwärts von der SCR angeordnet sein.
Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2014-224504 offenbart eine Ammoniaksensor-Bestimmungsvorrichtung, die nicht nur den Ammoniaksensor, sondern auch einen NOx-Sensor zum Erfassen von NOx, das sich stromabwärts von der SCR befindet, zum Bestimmen der Gültigkeit eines Erfassungswerts von dem NOx-Sensor und, wenn der Erfassungswert nicht gültig ist, zum Korrigieren des Erfassungswerts umfasst.
In manchen Fällen ist jedoch abhängig von der Nutzung des NOx-Sensors, der Betriebsbedingung eines Motors und dergleichen der Erfassungswert von dem NOx-Sensor selbst nicht gültig. Es ist bevorzugt, den Ammoniaksensor auf der Basis des Erfassungswerts (eines Ausgabewerts) von dem Ammoniaksensor selbst zu korrigieren (kalibrieren).
Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2014-224504 offenbart als ein Beispiel des zu verwendenden Ammoniaksensors einen Ammoniaksensor, der einen Festelektrolyten umfasst, der nur einen Typ von Ionen leitet, offenbart jedoch keinen spezifischen Aufbau und keine spezifischen Eigenschaften des Ammoniaksensors.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kalibrierung eines Ammoniaksensors und betrifft insbesondere die Kalibrierung eines Ammoniaksensors, der sich stromabwärts von einer SCR in einem Abgasweg eines Dieselmotors befindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ammoniaksensor-Kalibrierungsverfahren ein Verfahren zum Kalibrieren von Ausgabeeigenschaften eines Ammoniaksensors für ein Ammoniakgas. Der Ammoniaksensor befindet sich stromabwärts von einer selektive katalytische Reduktion-Stickstoffentfernungsvorrichtung in einem Abgasweg eines Dieselmotors. Eine Beziehung zwischen einem logarithmischen Wert einer Konzentration einer vorgegebenen Gaskomponente in einem Abgas, das von dem Dieselmotor abgegeben wird, und einem Ausgabewert von dem Ammoniaksensor, wenn die vorgegebene Gaskomponente erfasst wird, ist als Sensorausgabeeigenschaften für die vorgegebene Gaskomponente festgelegt. Das Ammoniaksensor-Kalibrierungsverfahren umfasst a) im Vorhinein Festlegen einer Steigung Δ^t1 _HC in einem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für eine Mischatmosphäre aus Kohlenmonoxid und Gesamtkohlenwasserstoffen und einer Steigung Δ^t1 _NH in dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für ein Ammoniakgas zu einer Zeit, wenn eine beliebige Zeit t1 seit dem Beginn der Verwendung des Dieselmotors vergangen ist; und b) Durchführen einer Kalibrierung des Ammoniaksensors, wenn eine Zeit t2 seit dem Beginn der Verwendung des Dieselmotors vergangen ist. Die Zeit t2 ist größer als die Zeit t1. Der Schritt b) umfasst: b-1) Festlegen einer Steigung Δ^t2 _HC in dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für die Mischatmosphäre; b-2) Berechnen eines Werts Δ^t2 _NH aus einer Gleichung Δ² _NH = Δ^t2 _HC/(Δ^t1 _HC/Δ^t1 _NH); und b-3) Bestimmen des Werts Δ^t2 _NH, der in dem Schritt in b-2) berechnet worden ist, als eine neue Steigung in dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften des Ammoniaksensors für das Ammoniakgas.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können bezüglich des Ammoniaksensors, der sich stromabwärts von der SCR in einem Motorsystem befindet und Sensorausgabeeigenschaften aufweist, die sich durch eine kontinuierliche Verwendung des Motorsystems verschlechtert haben, die Sensorausgabeeigenschaften nach der Verschlechterung auf der Basis des Sensorausgabewerts, der von dem Ammoniaksensor selbst erhalten worden ist, in einer geeigneten Weise festgelegt werden. Dies bedeutet, dass die Kalibrierung des Ammoniaksensors mit einer hohen Genauigkeit auf der Basis des Ausgabewerts von dem Ammoniaksensor selbst durchgeführt werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Technik zur Durchführung einer Kalibrierung eines Ammoniaksensors, der sich stromabwärts von einer SCR in einem Abgasweg eines Dieselmotors befindet, mit einer hohen Genauigkeit.
Figurenliste

1 zeigt schematisch den Aufbau eines Dieselmotorsystems 1000;
2A und 2B sind schematische Schnittansichten, die jeweils schematisch ein Beispiel des Aufbaus eines Beispiels des Aufbaus eines Ammoniaksensors 130 zeigen;
3 zeigt schematisch Sensorausgabeeigenschaften des Ammoniaksensors 130;
4A und 4B sind jeweils eine schematische Ansicht eines linearen Bereichs von Sensorausgabeeigenschaften für ein Ammoniakgas und von Sensorausgabeeigenschaften für ein CO + THC-Gas;
5 zeigt spezifische Vorgänge zur Durchführung einer Kalibrierung des Ammoniakgassensors 130;
6A und 6B zeigen jeweils die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas;
7A und 7B zeigen Daten in einem Bereich einer Sensorausgabe von 100 mV oder mehr in den 6A und 6B zusammen mit erhaltenen Näherungslinien;
8A und 8B zeigen jeweils die Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas;
9A und 9B zeigen Daten, die zu dem linearen Bereich in den 8A und 8B gehören, zusammen mit Näherungslinien in dem linearen Bereich;
10A zeigt ein Ergebnis der Kalibrierung eines Ammoniaksensors Nr. 2, und 10B zeigt ein Ergebnis der Kalibrierung eines Ammoniaksensors Nr. 3;
11A zeigt ein Ergebnis der Kalibrierung eines Ammoniaksensors Nr. 5, und 11B zeigt ein Ergebnis der Kalibrierung eines Ammoniaksensors Nr. 6;
12A und 12B zeigen Daten mit einer Sauerstoffkonzentration eines Abgases G von 12 % bis 21 % in 7A und 7B, zusammen mit Näherungslinien in dem linearen Bereich;
13A zeigt ein Ergebnis der Kalibrierung eines Ammoniaksensors Nr. 2, und 13B zeigt ein Ergebnis der Kalibrierung eines Ammoniaksensors Nr. 3; und
14A zeigt ein Ergebnis der Kalibrierung eines Ammoniaksensors Nr. 5, und 14B zeigt ein Ergebnis der Kalibrierung eines Ammoniaksensors Nr. 6.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Überblick über das System>
Die 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Dieselmotorsystems (nachstehend auch einfach als Motorsystem bezeichnet) 1000, das einen Ammoniakgassensor (auch als Ammoniaksensor und NH₃-Sensor bezeichnet) 130 als Ziel einer Kalibrierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
Das Dieselmotorsystem 1000 umfasst vorwiegend: eine Sensorgruppe, die den Ammoniaksensor 130, einen Kohlenwasserstoffgassensor (nachstehend auch als HC-Sensor bezeichnet) 100, einen Temperatursensor 110 und einen Sauerstoffsensor 120 umfasst; eine elektronische Steuereinrichtung 200, die eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs des gesamten Motorsystems 1000 ist; einen Motorhauptkörper 300, der ein Dieselmotor eines Verbrennungsmotortyps ist; eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzventilen 301, die Kraftstoff in den Motorhauptkörper 300 einspritzen; einen Kraftstoffeinspritzanweisungsteil 400 zum Anweisen der Kraftstoffeinspritzventile 301, den Kraftstoff einzuspritzen; eine Abgasleitung 500, die einen Abgasweg bildet, der ein Abgas (Motorabgas) G, das in dem Motorhauptkörper 300 erzeugt worden ist, nach außen abgibt; einen Oxidationskatalysator (DOC) 600, der sich entlang der Abgasleitung 500 befindet; einen Dieselpartikelsammelfilter (DPF) 700; eine selektive katalytische Reduktion-Stickstoffentfernungsvorrichtung (eine SCR) 800 und eine Harnstoffquelle 801, die als Reduktionsmittel der SCR 800 Harnstoff zuführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird in einer relativen Bedeutung die Position näher an dem Motorhauptkörper 300, bei der es sich um eine Seite der Abgasleitung 500 handelt, als Stromaufwärtsseite bezeichnet, und die Position näher an einer Abgasöffnung 510, die dem Motorhauptkörper 300 gegenüber liegt, wird als Stromabwärtsseite bezeichnet. Zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten umfasst das Motorsystem 1000 ein Ansaugsystem (nicht gezeigt), das dem Motorhauptkörper 300 Luft zuführt.
Das Motorsystem 1000 ist typischerweise in einem Fahrzeug montiert und in einem solchen Fall ist der Kraftstoffeinspritzanweisungsteil 400 ein Gaspedal.
In dem Motorsystem 1000 gibt die elektronische Steuereinrichtung 200 ein Kraftstoffeinspritzanweisungssignal sg1 an die Kraftstoffeinspritzventile 301 aus. Das Kraftstoffeinspritzanweisungssignal sg1 wird üblicherweise als Reaktion auf ein Kraftstoffeinspritzanfragesignal sg2 zum Anfordern eines Einspritzens einer vorgegebenen Menge an Kraftstoff ausgegeben, das von dem Kraftstoffeinspritzanweisungsteil 400 für die elektronische Steuereinrichtung 200 während des Betriebs (Laufens) des Motorsystems 1000 bereitgestellt wird (z.B. wird ein Gaspedal gedrückt, so dass eine optimale Kraftstoffeinspritzung, die eine große Anzahl von Parametern wiedergibt, wie z.B. die Position eines Gaspedals, die Menge des angesaugten Sauerstoffs, die Motordrehzahl und das Motordrehmoment, angefordert wird). Darüber hinaus wird das Kraftstoffeinspritzanweisungssignal sg1 zur Kalibrierung des Ammoniaksensors 130 ausgegeben.
Ein Überwachungssignal sg3 zum Überwachen von verschiedenen Situtationen innerhalb des Motorhauptkörpers 300 wird von dem Motorhauptkörper 300 für die elektronische Steuereinrichtung 200 bereitgestellt.
In dem Motorsystem 1000 ist das Abgas G, das von dem Motorhauptkörper 300, bei dem es sich um einen Dieselmotor handelt, abgegeben wird, ein Gas in einer Sauerstoff (O₂)-Überschussatmosphäre, die eine Sauerstoffkonzentration von etwa 5 % bis 21 % aufweist. Das Abgas G enthält zusätzlich zu Sauerstoff unverbranntes Kohlenwasserstoffgas, ein Stickstoffoxidgas (nachstehend einfach als NOx bezeichnet), und partikelförmiges Material (Partikel), wie z.B. Ruß (Graphit). Das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas wird durch den DOC 600 adsorbiert oder oxidiert, das partikelförmige Material wird durch den DPF 700 gesammelt und das NOx wird durch die SCR 800 zersetzt. Das durch die Wirkung des DOC 600, des DPF 700 und der SCR 800 gereinigte Abgas G wird von der Abgasöffnung 510 nach außen abgegeben.
Das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas, das durch den DOC 600 verarbeitet werden soll, enthält nicht nur typische Kohlenwasserstoffgase (durch die chemische Formel als Kohlenwasserstoffe klassifiziert), wie z.B. C₂H₄, C₃H₆ und n-C8, sondern auch Kohlenmonoxid (CO). Der HC-Sensor 100 kann in einer geeigneten Weise ein Zielgas, einschließlich CO, erfassen. CH₄ ist jedoch ausgeschlossen.
Die Entfernung (Zersetzung) des NOx in der SCR 800 wird in einer Weise implementiert, dass ein Reduktionskatalysator, der in die SCR 800 einbezogen ist, eine Reduktionsreaktion des NOx zu Ammoniak erleichtert, das durch die Zersetzung des Harnstoffs erzeugt wird, der von der Harnstoffquelle 801 zugeführt wird, die sich stromaufwärts von der SCR 800 befindet, um das NOx zu Stickstoff, Wasser, Kohlendioxid und dergleichen zu zersetzen.
Der HC-Sensor 100 befindet sich stromabwärts von dem DOC 600 entlang der Abgasleitung 500 und erfasst das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas an der Stelle. Der Temperatursensor 110 befindet sich stromaufwärts von dem DOC 600 und erfasst die Temperatur des Abgases G (eine Abgastemperatur) an der Stelle.
Der Sauerstoffsensor 120 erfasst O₂ (Sauerstoff), der in dem Abgas G enthalten ist. Obwohl sich der Sauerstoffsensor 120 stromaufwärts von dem DOC 600 entlang der Abgasleitung 500 in der 1 befindet, muss der Sauerstoffsensor 120 nicht notwendigerweise stromaufwärts von dem DOC 600 angeordnet sein und kann an einer anderen Stelle entlang der Abgasleitung 500 angeordnet sein.
Ferner befindet sich der Ammoniaksensor 130 stromabwärts von der SCR 800 und erfasst eine Ammoniakgaskonzentration an der Stelle.
Ein Endabschnitt des HC-Sensors 100, ein Endabschnitt des Temperatursensors 110, ein Endabschnitt des Sauerstoffsensors 120 und ein Endabschnitt des Ammoniaksensors 130 wurden jeweils in die Abgasleitung 500 eingesetzt. Ein HC-Erfassungssignal sg11, ein AbgasTemperaturrfassungssignal sg12, ein Sauerstofferfassungssignal sg13 und ein Ammoniakerfassungssignal sg14, die von den jeweiligen Sensoren ausgegeben werden, werden jeweils für die elektronische Steuereinrichtung 200 bereitgestellt.
Das HC-Erfassungssignal sg11, das von dem HC-Sensor 100 ausgegeben wird, und das AbgasTemperaturrfassungssignal sg12, das von dem Temperatursensor 110 ausgegeben wird, werden zum Überwachen des katalytischen Vermögens des DOC 600 und z.B. zur Bestimmung verwendet, ob sich der DOC 600 verschlechtert hat. Das Sauerstofferfassungssignal sg13, das von dem Sauerstoffsensor 120 ausgegeben wird, wird zum Steuern des Zuführens von Luft in das Ansaugsystem verwendet, kann jedoch auch zur Bestimmung des Abbaus des DOC 600 verwendet werden.
Jedwede bekannten Sensoren, einschließlich ein Sensor, der in einem typischen Motorsystem zum Messen der Abgastemperatur verwendet wird, kann als der HC-Sensor 100, der Temperatursensor 110 und der Sauerstoffsensor 120 verwendet werden.
Andererseits wird das Ammoniakerfassungssignal sg14, das von dem Ammoniaksensor 130 ausgegeben wird, durch die elektronische Steuereinrichtung 200 zum Steuern des Zuführens des Harnstoffs von der Harnstoffquelle 801 verwendet. Ein Beispiel für den Aufbau des Ammoniaksensors 130 wird nachstehend detailliert beschrieben.
Zusätzlich zu diesen Sensoren kann das Motorsystem 1000 ferner einen NOx-Sensor zum Messen einer NOx-Konzentration des Abgases G umfassen, der sich stromabwärts von dem SCR 800 befindet.
Die elektronische Steuereinrichtung 200 umfasst eine Speichervorrichtung (nicht gezeigt), wie z.B. einen Speicher und eine Festplatte (HDD), und die Speichervorrichtung speichert ein Programm zum Steuern des Betriebs des Motorsystems 1000, verschiedene Daten, die zur Kalibrierung des Ammoniaksensors 130 verwendet werden, der nachstehend beschrieben wird, und dergleichen.
<Beispiel für den Aufbau des Ammoniaksensors>
Die 2A und 2B sind schematische Schnittansichten, die jeweils schematisch ein Beispiel für den Aufbau des Ammoniaksensors 130 zeigen, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Die 2A ist eine vertikale Schnittansicht entlang der Längsrichtung eines Sensorelements 131, wobei es sich um eine Hauptkomponente des Ammoniaksensors 130 handelt. Die 2B ist ein Diagramm, das einen Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung des Sensorelements 131 entlang der Linie A-A‘ von 2A zeigt.
Der Ammoniaksensor 130, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist ein sogenannter Mischpotenzialgassensor. Allgemein nutzt der Ammoniaksensor 130 eine Potenzialdifferenz, die zwischen einer Erfassungselektrode 10, die sich auf der Oberfläche des Sensorelements 131 befindet und vorwiegend eine Keramik umfasst, die ein Sauerstoffionen-leitender Festelektrolyt, wie z.B. Zirkoniumoxid (ZrO₂), ist, und einer Referenzelektrode 20, die sich innerhalb des Sensorelements 131 befindet, aufgrund der Differenz bei der Konzentration einer zu messenden Gaskomponente um die Erfassungselektrode 10 und die Referenzelektrode 20 auf der Basis des Prinzips des Mischpotenzials auftritt, um die Konzentration der Gaskomponente des Messgases zu erhalten.
Das Sensorelement 131 umfasst zusätzlich zu der Erfassungselektrode 10 und der Referenzelektrode 20, die vorstehend beschrieben worden sind, vorwiegend eine Referenzgaseinführungsschicht 30, einen Referenzgaseinführungsraum 40 und eine Oberflächenschutzschicht 50.
In der vorliegenden Ausführungsform weist das Sensorelement 131 eine Struktur auf, in der sechs Schichten, nämlich eine erste Festelektrolytschicht 1, eine zweite Festelektrolytschicht 2, eine dritte Festelektrolytschicht 3, eine vierte Festelektrolytschicht 4, eine fünfte Festelektrolytschicht 5 und eine sechste Festelektrolytschicht 6, die jeweils aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet sind, in der angegebenen Reihenfolge von der Unterseite von 2A und 2B laminiert sind, und umfasst weitere Komponenten, die sich vorwiegend zwischen diesen Schichten oder auf einer Außenumfangsoberfläche bzw. Außenrandoberfläche des Elements befinden. Die Festelektrolyte, welche diese sechs Schichten bilden, weisen eine hohe Dichte auf und sind luftdicht. Das Sensorelement 131 wird z.B. durch Durchführen einer vorgegebenen Bearbeitung und eines vorgegebenen Druckens von Schaltkreisstrukturen in Bezug auf Keramikgrünlagen, die jeweiligen Schichten entsprechen, dann Laminieren dieser Grünlagen und ferner Brennen der laminierten Grünlagen zur Integration hergestellt.
In der folgenden Beschreibung werden aus Gründen der Zweckmäßigkeit eine obere Oberfläche der sechsten Festelektrolytschicht 6 als Vorderoberfläche Sa des Sensorelements 131 bezeichnet und eine untere Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 1 als Rückoberfläche Sb des Sensorelements 131 in den 2A und 2B bezeichnet. Wenn die Ammoniakgaskonzentration des Messgases mit dem Ammoniaksensor 130 erhalten wird, ist der Ammoniaksensor 130 derart angeordnet, dass ein vorgegebener Bereich des Sensorelements 131, der mindestens die Erfassungselektrode 10 von einem distalen Ende E1 als einem Ende des Sensorelements 131 umfasst, in einer Messgasatmosphäre vorliegt, und der andere Abschnitt des Sensorelements 131, der ein proximales Ende E2 als das andere Ende des Sensorelements 131 umfasst, nicht mit der Messgasatmosphäre in Kontakt ist.
Die Erfassungselektrode 10 ist eine Elektrode zum Erfassen des Messgases. Die Erfassungselektrode 10 ist als poröse Cermetelektrode ausgebildet, die aus Pt, das einen vorgegebenen Anteil von Au enthält, nämlich einer Pt-Au-Legierung, und Zirkoniumoxid ausgebildet ist. Die Erfassungselektrode 10 befindet sich an einem Abschnitt der Vorderoberfläche Sa des Sensorelements 131 näher an dem distalen Ende E1 als ein Ende in der Längsrichtung des Sensorelements 131, so dass sie in der Draufsicht etwa rechteckig ist. Wenn der Ammoniaksensor 130 verwendet wird, ist der Ammoniaksensor 130 derart angeordnet, dass ein Abschnitt des Sensorelements 131, der mindestens die Erfassungselektrode 10 umfasst, dem Messgas ausgesetzt ist.
Die Zusammensetzung der Pt-Au-Legierung der Erfassungselektrode 10 wird in einer geeigneten Weise eingestellt, so dass die Erfassungselektrode 10 eine katalytische Aktivität aufweist, die für ein Ammoniakgas in einem vorgegebenen Konzentrationsbereich inaktiviert ist. Dies bedeutet, dass eine Zersetzungsreaktion des Ammoniakgases in der Erfassungselektrode 10 verhindert oder vermindert wird. Folglich variiert in dem Ammoniaksensor 130 das Potenzial der Erfassungselektrode 10 selektiv für das (weist eine Korrelation auf mit dem) Ammoniakgas in dem vorgegebenen Konzentrationsbereich gemäß dessen Konzentration. Mit anderen Worten, die Erfassungselektrode 10 ist so bereitgestellt, dass sie eine starke Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials für das Ammoniakgas in dem vorgegebenen Konzentrationsbereich aufweist, während sie eine geringe Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials für andere Komponenten des Messgases aufweist.
Insbesondere ist in dem Sensorelement 131 des Ammoniaksensors 130, wobei das Au-Häufigkeitsverhältnis auf den Oberflächen von Pt-Au-Legierungsteilchen, die in die Erfassungselektrode 10 einbezogen sind, auf 0,3 oder mehr eingestellt ist, die Erfassungselektrode 10 so bereitgestellt, dass sie eine merkliche Abhängigkeit des Potenzials von der Ammoniakgaskonzentration mindestens in einem Konzentrationsbereich von 0 ppm bis 1000 ppm aufweist. Dies bedeutet, dass die Erfassungselektrode 10 so bereitgestellt ist, dass sie das Ammoniakgas in dem Konzentrationsbereich von 0 ppm bis 1000 ppm in einer geeigneten Weise erfassen kann.
In dieser Beschreibung steht das Au-Häufigkeitsverhältnis für ein Flächenverhältnis eines Abschnitts, der mit Au bedeckt ist, zu einem Abschnitt, bei dem Pt in der Oberfläche von Edelmetallteilchen freiliegt, die in die Erfassungselektrode 10 einbezogen sind. In dieser Beschreibung wird das Au-Häufigkeitsverhältnis aus dem nachstehend gezeigten Ausdruck unter Verwendung der Au- und Pt-Erfassungswerte in einem Auger-Spektrum berechnet, das durch Durchführen einer Augerelektronenspektroskopie (AES)-Analyse auf der Oberfläche der Edelmetallteilchen erhalten wird. $Au-Häufigkeitsverhältnis=Au-Erfassungswert/Pt-Erfassungswert$
Das Au-Häufigkeitsverhältnis beträgt eins, wenn die Fläche des Abschnitts, bei dem Pt freiliegt, und die Fläche des Abschnitts, der mit Au bedeckt ist, miteinander identisch sind.
Das Au-Häufigkeitsverhältnis kann auch unter Verwendung eines relativen Empfindlichkeitskoeffizientenverfahrens aus einer Peakintensität eines Peaks berechnet werden, der für Au und Pt erfasst worden ist, der dadurch erhalten wird, dass die Oberfläche der Edelmetallteilchen einer Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS)-Analyse unterzogen wird. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Wert des Au-Häufigkeitsverhältnisses, der durch dieses Verfahren erhalten worden ist, im Wesentlichen mit dem Wert des Au-Häufigkeitsverhältnisses identisch ist, das auf der Basis des Ergebnisses einer AES-Analyse erhalten worden ist.
Das Volumenverhältnis von Edelmetallkomponenten zu Zirkoniumoxid in der Erfassungselektrode 10 beträgt etwa 5:5 bis 8:2.
Die Erfassungselektrode 10 weist vorzugsweise eine Porosität von 10 % oder mehr und 30 % oder weniger und eine Dicke von 5 µm oder mehr auf, so dass bewirkt wird, dass der Ammoniaksensor 130 dessen Funktion angemessen ausübt.
Obwohl die ebene Größe der Erfassungselektrode 10 in einer geeigneten Weise eingestellt werden kann, beträgt beispielsweise die Größe in der Längsrichtung des Sensorelements etwa 0,2 mm bis 10 mm, und die Größe in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Sensorelements beträgt etwa 1 mm bis 5 mm.
Die Referenzelektrode 20 ist eine Elektrode, die sich innerhalb des Sensorelements 131 befindet, als Referenz verwendet wird, wenn die Konzentration des Messgases erhalten wird, und in der Draufsicht etwa rechteckig ist. Die Referenzelektrode 20 ist als poröse Cermetelektrode ausgebildet, die aus Pt und Zirkoniumoxid hergestellt ist.
Die Referenzelektrode 20 ist so ausgebildet, dass sie eine Porosität von 10 % oder mehr und 30 % oder weniger und eine Dicke von 5 µm oder mehr und 15 µm oder weniger aufweist. Die ebene Größe der Referenzelektrode 20 kann geringer sein als diejenige der Erfassungselektrode 10, wie es in den 2A und 2B gezeigt ist, oder sie kann derjenigen der Erfassungselektrode 10 ähnlich sein.
Die Referenzgaseinführungsschicht 30 ist eine Schicht, die aus porösem Aluminiumoxid ausgebildet ist und die sich derart innerhalb des Sensorelements 131 befindet, dass die Referenzelektrode 20 bedeckt wird, und der Referenzgaseinführungsraum 40 ist ein Innenraum, der sich näher an dem proximalen Ende E2 des Sensorelements 131 befindet. Atmosphärische Luft (Sauerstoff) als Referenzgas, wenn die Ammoniakgaskonzentration erhalten wird, wird von außen in den Referenzgaseinführungsraum 40 eingeführt.
Der Referenzgaseinführungsraum 40 und die Referenzgaseinführungsschicht 30 stehen miteinander in Verbindung, so dass die Umgebung der Referenzelektrode 20 durch den Referenzgaseinführungsraum 40 und die Referenzgaseinführungsschicht 30 immer mit der atmosphärischen Luft (Sauerstoff) in Verbindung steht, wenn der Ammoniaksensor 130 verwendet wird. Folglich weist die Referenzelektrode 20 immer ein konstantes Potenzial auf, wenn der Ammoniaksensor 130 verwendet wird.
Der Referenzgaseinführungsraum 40 und die Referenzgaseinführungsschicht 30 werden durch die umgebenden Festelektrolyten an einem Kontakt mit dem Messgas gehindert, so dass die Referenzelektrode 20 selbst dann nicht mit dem Messgas in Kontakt ist, wenn die Erfassungselektrode 10 dem Messgas ausgesetzt ist.
In einem Fall, der in der 2A gezeigt ist, ist der Referenzgaseinführungsraum 40 so bereitgestellt, dass bewirkt wird, dass ein Teil der fünften Festelektrolytschicht 5 ein Raum ist, der an einer Position näher an dem proximalen Ende E2 des Sensorelements 131 mit dem Äußeren in Verbindung steht. Die Referenzgaseinführungsschicht 30 ist so zwischen der fünften Festelektrolytschicht 5 und der sechsten Festelektrolytschicht 6 bereitgestellt, dass sie sich in der Längsrichtung des Sensorelements 131 erstreckt. Die Referenzelektrode 20 befindet sich unterhalb des Schwerpunkts der Erfassungselektrode 10 in der 2A.
Die Oberflächenschutzschicht 50 ist eine poröse Schicht, die aus Aluminiumoxid hergestellt ist und befindet sich auf der Vorderoberfläche Sa des Sensorelements 131, so dass sie mindestens die Erfassungselektrode 10 bedeckt. Die Oberflächenschutzschicht 50 ist als Elektrodenschutzschicht zum Verhindern oder Vermindern einer Verschlechterung der Erfassungselektrode 10 bereitgestellt, die durch ein kontinuierliches Aussetzen gegenüber dem Messgas verursacht wird, wenn der Ammoniaksensor 130 verwendet wird. In einem Fall, der in den 2A und 2B gezeigt ist, ist die Oberflächenschutzschicht 50 so bereitgestellt, dass sie nicht nur die Erfassungselektrode 10 bedeckt, sondern auch nahezu die gesamte Vorderoberfläche Sa des Sensorelements 131 mit der Ausnahme eines vorgegebenen Bereichs von dem distalen Ende E1 des Sensorelements 131.
Die Oberflächenschutzschicht 50 weist eine Dicke von 10 µm bis 50 µm und einen Porendurchmesser von 1 µm oder weniger auf, und weist vorzugsweise eine Porosität von 5 % oder mehr und 40 % oder weniger auf. Eine Porosität von weniger als 5 % ist nicht bevorzugt, da das Messgas die Erfassungselektrode 10 nicht geeignet erreicht, was zu einem schlechten Ansprechverhalten des Ammoniaksensors 130 führt. Eine Porosität von mehr als 40 % ist nicht bevorzugt, da es wahrscheinlich ist, dass das Auftreten einer Haftung einer vergiftenden Substanz an der Erfassungselektrode 10 und dergleichen wahrscheinlich sind, und eine Funktion des Schützens der Erfassungselektrode 10 nicht ausreichend bereitgestellt werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Porosität durch eine Bildanalyse eines vergrößerten Querschnitt-SEM-Bilds (eines vergrößerten Sekundärelektronenbilds) bewertet (es wird auf die Beschreibung von „Ceramic Processing“, Nobuyasu Mizutani et al., Gihodo Shuppan Co., Ltd., verwiesen).
Wie es in der 2B gezeigt ist, umfasst der Ammoniaksensor 130 ein Potenziometer 60, das eine Potenzialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode 10 und der Referenzelektrode 20 messen kann. Obwohl eine Verdrahtung zwischen der Erfassungselektrode 10 und dem Potenziometer 60 und zwischen der Referenzelektrode 20 und dem Potenziometer 60 in der 2B vereinfacht ist, befinden sich in dem tatsächlichen Sensorelement 131 Verbindungsanschlüsse (nicht gezeigt) auf einem Abschnitt der Vorderoberfläche Sa oder der Rückoberfläche Sb näher an dem proximalen Ende E2, so dass sie den jeweiligen Elektroden entsprechen, und Verdrahtungsstrukturen (nicht gezeigt), welche die Elektroden mit den entsprechenden Verbindungsanschlüssen verbinden, sind auf der Vorderoberfläche Sa und innerhalb des Elements ausgebildet. Die Erfassungselektrode 10 und die Referenzelektrode 20 sind durch die Verdrahtungsstrukturen und die Verbindungsanschlüsse jeweils elektrisch mit dem Potenziometer 60 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Potenzialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode 10 und der Referenzelektrode 20, die durch das Potenziometer 60 gemessen wird, das Ammoniakerfassungssignal sg14. Die Potenzialdifferenz wird auch als Sensorausgabe bezeichnet.
Das Sensorelement 131 umfasst ferner einen Heizeinrichtungsteil 70, der eine Rolle bei der Temperatureinstellung des Erwärmens des Sensorelements 131 und beim Warmhalten desselben zum Verbessern der Sauerstoffionenleitfähigkeit der Festelektrolyten spielt. Der Heizeinrichtungsteil 70 umfasst eine Heizeinrichtungselektrode 71, Heizeinrichtungen 72, ein Durchgangsloch 73, eine Heizeinrichtungsisolierschicht 74 und ein Druckverteilungsloch 75.
Die Heizeinrichtungselektrode 71 ist eine Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie mit der Rückoberfläche Sb des Sensorelements 131 in Kontakt ist (der unteren Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 1 in den 2A und 2B). Die Heizeinrichtungselektrode 71 muss mit einer externen Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden werden, so dass der Heizeinrichtungsteil 70 extern mit Strom versorgt werden kann.
Die Heizeinrichtungen 72 sind elektrische Widerstände, die sich innerhalb des Sensorelements 131 befinden. Die Heizeinrichtungen 72 sind mit der Heizeinrichtungselektrode 71 mittels des Durchgangslochs 73 verbunden und erzeugen Wärme durch externes Versorgen mit Strom durch die Heizeinrichtungselektrode 71, so dass die Festelektrolyten, die das Sensorelement 131 bilden, erwärmt und warm gehalten werden.
In dem in den 2A und 2B gezeigten Fall sind die Heizeinrichtungen 72 über einen Bereich einbezogen, der sich von dem proximalen Ende E2 bis zu der Position unterhalb der Erfassungselektrode 10 nahe an dem distalen Ende E1 erstreckt, so dass sie zwischen der zweiten Festelektrolytschicht 2 und der dritten Festelektrolytschicht 3 vertikal sandwichartig angeordnet sind. Die Heizeinrichtungen 72 können das Sensorelement 131 als Ganzes auf eine Temperatur einstellen, bei der die Festelektrolyten aktiviert sind.
Die Heizeinrichtungsisolierschicht 74 ist eine Isolierschicht, die aus einem Isolator, wie z.B. Aluminiumoxid, ausgebildet ist, auf oberen und unteren Oberflächen der Heizeinrichtungen 72. Die Heizeinrichtungsisolierschicht 74 ist für eine elektrische Isolierung zwischen der zweiten Festelektrolytschicht 2 und den Heizeinrichtungen 72 und für eine elektrische Isolierung zwischen der dritten Festelektrolytschicht 3 und den Heizeinrichtungen 72 ausgebildet.
Das Druckverteilungsloch 75 ist ein Teil, der so bereitgestellt ist, dass er die dritte Festelektrolytschicht 3 und die vierte Festelektrolytschicht 4 durchdringt, so dass es mit dem Referenzgaseinführungsraum 40 in Verbindung steht, und es ist zum Vermindern eines Innendruckanstiegs einhergehend mit einem Temperaturanstieg in der Heizeinrichtungsisolierschicht 74 ausgebildet.
Wenn die Ammoniakgaskonzentration des Abgases G, das stromabwärts von der SCR 800 als Messgas vorliegt, unter Verwendung des Ammoniaksensors 130 erhalten wird, der den vorstehend genannten Aufbau aufweist, ist der Ammoniaksensor 130 so angeordnet, dass nur der vorgegebene Bereich des Sensorelements 131, der mindestens die Erfassungselektrode 10 von dem distalen Ende E1 umfasst, in die Abgasleitung 500 des Motorsystems 1000 eingesetzt ist, während der Abschnitt des Sensorelements 131 näher an dem proximalen Ende E2 in der vorstehend beschriebenen Weise von dem Raum isoliert ist, und die atmosphärische Luft (Sauerstoff) wird dem Referenzgaseinführungsraum 40 zugeführt. Die Heizeinrichtungen 72 erwärmen das Sensorelement 131 bis zu einer geeigneten Temperatur von 300 °C bis 800 °C, vorzugsweise auf 400 °C bis 700 °C und mehr bevorzugt auf 400 °C bis 600 °C.
In diesem Zustand tritt eine Potenzialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode 10, die dem Messgas (Abgas G) ausgesetzt ist, und der Referenzelektrode 20, die sich in der atmosphärischen Luft befindet, auf. Wie es vorstehend beschrieben ist, weist das Potenzial der Erfassungselektrode 10 jedoch selektiv eine Konzentrationsabhängigkeit für das Ammoniakgas des Messgases (Abgas G) auf, während das Potenzial der Referenzelektrode 20, die sich in der Atmosphäre der atmosphärischen Luft (mit einer konstanten Sauerstoffkonzentration) befindet, konstant gehalten wird, und folglich weist die Potenzialdifferenz (Sensorausgabe) einen Wert auf, der im Wesentlichen der Konzentration des Messgases um die Erfassungselektrode 10 entspricht. Die Ammoniakgaskonzentration und die Sensorausgabe weisen folglich eine konstante funktionale Beziehung auf (als Sensorausgabeeigenschaften oder Empfindlichkeitseigenschaften bezeichnet). Die Ammoniakgaskonzentration des Messgases kann mittels der Sensorausgabeeigenschaften erhalten werden.
D.h., vor dem Einbau des Ammoniaksensors 130 in die Abgasleitung 500 werden die Sensorausgabeeigenschaften durch Messen der Sensorausgabe im Vorhinein unter Verwendung einer Mehrzahl von verschiedenen Mischgasen mit bekannten Ammoniakgaskonzentrationen als Messgas experimentell bestimmt, und die Sensorausgabeeigenschaften werden in der elektronischen Steuereinrichtung 200 gespeichert. In dem Motorsystem 1000, in dem der Ammoniaksensor 130 eingebaut ist, wandelt die elektronische Steuereinrichtung 200 die Sensorausgabe, die abhängig von der Ammoniakgaskonzentration des Messgases von Augenblick zu Augenblick variiert, auf der Basis der Sensorausgabeeigenschaften in die Ammoniakgaskonzentration um, so dass die Ammoniakgaskonzentration an der Stelle stromabwärts von der SCR 800 etwa in Echtzeit erhalten wird.
<Verschlechterung bzw. Abbau des Ammoniaksensors und Kalibrierung>
Wenn das Motorsystem 1000 in der vorstehend beschriebenen Weise kontinuierlich verwendet wird, muss der Ausgabewert von dem Ammoniaksensor 130, der einer bestimmten Ammoniakgaskonzentration entspricht, ungeachtet einer Messzeit ursprünglich konstant sein, wobei es jedoch tatsächlich empirisch bekannt ist, dass der Sensorausgabewert mit einem kontinuierlichen Gebrauch des Ammoniaksensors 130 abnimmt. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass die Erfassungselektrode 10 in dem Ammoniaksensor 130 oxidiert wird, der dem Abgas G mit einer hohen Temperatur ausgesetzt ist.
Die 3 zeigt schematisch die Sensorausgabeeigenschaften des Ammoniaksensors 130. In der 3 gibt „Log KONZENTRATION“ in der horizontalen Achse einen logarithmischen Wert der Ammoniakgaskonzentration an und EMK in der vertikalen Achse steht für die „Sensorausgabe“. In der Beschreibung von 3 und der nachfolgenden Beschreibung wird der Ammoniaksensor vor dessen Verwendung (der nach der Herstellung ungebraucht ist) als „frisch“, ein „frischer“ und dergleichen bezeichnet, und der Ammoniaksensor 130, der verwendet worden ist, wird als „gealtert“, ein „gealterter“ und dergleichen bezeichnet. In der 3 sind sowohl die Sensorausgabeeigenschaften des Frischen als auch die Sensorausgabeeigenschaften des Gealterten gezeigt. In der nachfolgenden Beschreibung geben die „Sensorausgabeeigenschaften“ einen Graphen des logarithmischen Werts von Sensorausgabe-Konzentration wieder, der durch eine halblogarithmische Auftragung dargestellt ist, wie es in der 3 gezeigt ist, und eine Steigung in einem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften wird einfach als „Steigung“ der Sensorausgabeeigenschaften bezeichnet, falls nichts anderes angegeben ist.
Wie es aus der 3 ersichtlich ist, variiert in einem Bereich, in dem die Ammoniakgaskonzentration höher ist als an einem bestimmten Punkt A, die Sensorausgabe (EMK) linear mit dem logarithmischen Wert der Ammoniakgaskonzentration. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Bereich als ein linearer Bereich bezeichnet. Die Variation in dem linearen Bereich stimmt mit einer Mischpotenzialtheorie überein. Andererseits zeigt sich die lineare Variation nicht in einem Bereich, in dem die Ammoniakgaskonzentration niedriger ist als an dem Punkt A. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Sensorausgabe aufgrund eines großen Beitrags eines Ladungsübertragungswiderstands in dem Bereich nicht dem Mischpotenzial folgt. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Bereich als Ladungsübertragungswiderstandsbereich bezeichnet. Der Punkt A wird auch als Ausgangspunkt des Ladungsübertragungswiderstandsbereichs bezeichnet.
In dem Ladungsübertragungswiderstandsbereich variiert die Sensorausgabe mit der kontinuierlichen Verwendung des Ammoniaksensors 130 nicht. In einem in der 3 gezeigten Fall weisen die „Frischen“ und die „Gealterten“ die gleichen Sensorausgabeeigenschaften in dem Ladungsübertragungswiderstandsbereich auf.
Die Sensorausgabe verschlechtert sich mit der kontinuierlichen Verwendung des Ammoniaksensors 130 in dem linearen Bereich. Die Verschlechterung erscheint in dem linearen Bereich als eine Verminderung der Steigung einer Geraden, welche die Sensorausgabeeigenschaften darstellt. In dem in der 3 gezeigten Fall weist der Gealterte eine geringere Steigung der Geraden auf als der Frische.
In dem Ammoniaksensor 130, bei dem es sich um den Gealterten handelt, der sich in der vorstehend beschriebenen Weise verschlechtert hat, ist die Verwendung der Sensorausgabeeigenschaften, wie sie eingestellt worden sind, wenn der Ammoniaksensor 130 der Frische war, nicht bevorzugt, da ein Fehler bei dem Konzentrationswert auftritt, der auf der Basis des Sensorausgabewerts berechnet wird (der Konzentrationswert wird so berechnet, dass er größer ist als ein tatsächlicher Wert).
Um ein solches Problem zu verhindern, müssen die Sensorausgabeeigenschaften in dem linearen Bereich zurückgesetzt werden, d.h., eine Kalibrierung muss bei einem vorgegebenen Zeitpunkt durchgeführt werden, bei dem die Nutzung des Ammoniaksensors 130 fortgeschritten ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Kalibrierung unter Verwendung eines Kohlenwasserstoffgases (insbesondere einer Mischatmosphäre aus Kohlenmonoxid (CO) und Gesamtkohlenwasserstoffen (THC), nachstehend auch als CO + THC-Gas bezeichnet) zur Kalibrierung durchgeführt, das durch absichtliches Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff von den Kraftstoffeinspritzventile 301 für einen kurzen Zeitraum gebildet wird.
Dies nutzt die Tatsache, dass der Ammoniaksensor 130, welcher der Mischpotenzialgassensor mit dem vorstehend genannten Aufbau ist, eine Empfindlichkeit nicht nur für Ammoniakgas, sondern auch für das CO + THC-Gas aufweist, und die Sensorausgabeeigenschaften des Ammoniaksensors 130 für das CO + THC-Gas eine ähnliche Tendenz wie die Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas aufweisen. Insbesondere bedeutet das letztgenannte, dass dann, wenn die Sensorausgabeeigenschaften des Ammoniaksensors 130 für das CO + THC-Gas durch Verwenden des logarithmischen Werts einer Kohlenwasserstoffgaskonzentration auf der horizontalen Achse und Verwenden der Sensorausgabe auf der vertikalen Achse wie bei den Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas aufgetragen werden, die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas in den Ladungsübertragungswiderstandsbereich und den linearen Bereich an dem Punkt A aufgeteilt werden, und die Variation mit der Verwendung nur in dem linearen Bereich auftritt, wie es in der 3 gezeigt ist.
Allgemein werden die Sensorausgabeeigenschaften des Ammoniaksensors 130 für das Kohlenwasserstoffgas unter Verwendung des CO + THC-Gases über das Oxidationsvermögen des DOC 600 hinaus, das durch eine absichtliche Einspritzung von Kraftstoff von den Kraftstoffeinspritzventilen 301 erzeugt wird, festgelegt, und zwar sowohl wenn der Ammoniaksensor 130 der Frische war, als auch wenn der Ammoniaksensor 130 im Laufe von dessen Verwendung der Gealterte geworden ist, und auf der Basis einer Differenz zwischen den jeweiligen Sensorausgabeeigenschaften werden die Sensorausgabeeigenschaften in dem linearen Bereich des Gealterten für das Ammoniakgas abgeschätzt. In diesem Fall wird die Kohlenwasserstoffgaskonzentration durch Erfassen des Kohlenwasserstoffgases unter Verwendung des HC-Sensors 100 bestimmt. Eine Kraftstoffeinspritzung von den Kraftstoffeinspritzventilen 301 wird als Nacheinspritzung in einem Motorzyklus des Motorhauptkörpers 300 durchgeführt.
Da die Sensorausgabeeigenschaften in dem Ladungsübertragungswiderstandsbereich nicht variieren, wie es vorstehend beschrieben worden ist, können in dem Ladungsübertragungswiderstandsbereich die Sensorausgabeeigenschaften des Frischen als Sensorausgabeeigenschaften des Gealterten, so, wie sie sind, verwendet werden. Die Kalibrierung wird nachstehend detailliert beschrieben.
Die Tatsache, dass der Ammoniaksensor 130 eine Empfindlichkeit auch für das CO + THC-Gas aufweist, bedeutet, dass dann, wenn das Abgas G, das sowohl das Ammoniakgas als auch das CO + THC-Gas umfasst, zu der Stelle stromabwärts von der SCR 800 strömt, bei der sich der Ammoniaksensor 130 befindet, eine Ausgabe von dem Ammoniaksensor 130 durch Überlagern von Informationen über das Ammoniakgas und Informationen über das CO + THC-Gas erhalten wird. Mit anderen Worten, eine CO + THC-Gaskomponente kann die Sensorausgabe von dem Ammoniaksensor 130 stören. Es bestehen Bedenken dahingehend, dass die Ammoniakgaskonzentration nicht genau erhalten werden kann, wenn eine solche Störung während des normalen Betriebs des Motorsystems 1000 verursacht wird, jedoch wird in diesem Fall das CO + THC-Gas nahezu vollständig durch den DOC 600 oxidiert, da die Menge des von den Kraftstoffeinspritzventilen 301 während des normalen Betriebs eingespritzten Kraftstoffs geringer ist als während der Kalibrierung. Folglich kann davon ausgegangen werden, dass während des normalen Betriebs nahezu kein CO + THC-Gas in das Abgas G einbezogen ist, das die Stelle stromabwärts von der SCR 800 erreicht. Es besteht kein Bedarf dahingehend, die Störung des CO + THC-Gases während des normalen Betriebs des Motorsystems 1000 zu berücksichtigen.
Während der Kalibrierung wird die Zuführung von Harnstoff von der Harnstoffquelle 801 unterbrochen und folglich verursacht das Ammoniakgas keine Störung, wenn die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas erhalten werden.
<Details der Kalibrierung>
Die Kalibrierung des Ammoniaksensors 130 wird nachstehend detaillierter beschrieben. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, werden in der vorliegenden Ausführungsform die Sensorausgabeeigenschaften in dem linearen Bereich des Gealterten für Ammoniakgas auf der Basis der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas, wenn der Ammoniaksensor 130 der Frische war, und der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas, wenn der Ammoniaksensor 130 mit dessen fortgesetzter Verwendung ein Gealterter geworden ist, abgeschätzt. Dies basiert auf den Erkenntnissen, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung erlangt worden sind, dass die in der folgenden Gleichung (2) und den folgenden Ungleichungen (3) gezeigten Beziehungen gelten, wobei Δ^f _HC und Δ^f _NH jeweils eine Steigung der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas und eine Steigung der Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas angeben, wenn der Ammoniaksensor 130 der Frische ist, und Δ^a _HC und Δ^a _NH jeweils eine Steigung der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas und eine Steigung der Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas angeben, wenn der Ammoniaksensor 130 der Gealterte ist. $Δ^{f}_{HC} / Δ^{f}_{NH} = Δ^{a}_{HC} / Δ^{a}_{NH} = konst .$
$Δ^{f}_{HC} > Δ^{a}_{HC} und Δ^{f}_{NH} > Δ^{a}_{NH}$
Die 4A und 4B sind jeweils eine schematische Ansicht des linearen Bereichs der Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas und der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas, welcher der Gleichung (2) und den Ungleichungen (3) entspricht. Die 4A zeigt den linearen Bereich des Frischen und die 4B zeigt den linearen Bereich des Gealterten.
Die Gleichung (2) und die Ungleichungen (3) bedeuten, dass mit der kontinuierlichen Verwendung des Ammoniaksensors 130 die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas und die Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas verschlechtert werden und die Steigung der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas und die Steigung der Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas abnehmen, jedoch das Verhältnis der Steigung der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas zur Steigung der Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas nicht variiert.
Folglich kann durch im Vorhinein Festlegen der Steigung der Sensorausgabeeigenschaften des Frischen für das CO + THC-Gas und der Steigung der Sensorausgabeeigenschaften des Frischen für das Ammoniakgas, und Festlegen der Steigung der Sensorausgabeeigenschaften des Gealterten für das CO + THC-Gas während der Kalibrierung, die Steigung der Sensorausgabeeigenschaften des Gealterten für das Ammoniakgas auf der Basis der folgenden Gleichung (4) erhalten werden, die eine Modifizierung der Gleichung (2) ist. $Δ^{a}_{NH} = Δ^{a}_{HC} / (Δ^{f}_{HC} / Δ^{f}_{NH})$
Wenn die Sensorausgabeeigenschaften des Gealterten für das Ammoniakgas unter Verwendung eines Werts der Steigung, der in der vorstehend beschriebenen Weise erhalten worden ist, aktualisiert werden, können die Sensorausgabeeigenschaften des Gealterten gemäß eines Verschlechterungszustands desselben erhalten werden.
Die 5 zeigt spezifische Vorgänge zum Durchführen der Kalibrierung des Ammoniakgassensors 130. Vor der Verwendung in dem Motorsystem 1000 werden die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas und die Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas, wenn der Ammoniaksensor 130 der Frische ist, erhalten (Schritt S1). Wie es vorstehend beschrieben worden ist, werden die Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas durch Messen der Sensorausgabe unter Verwendung einer Mehrzahl von Mischgasen mit bekannten Ammoniakgaskonzentrationen als Messgas experimentell bestimmt, und in der elektronischen Steuereinrichtung 200 gespeichert. Die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas werden durch Durchführen eines ähnlichen Vorgangs erhalten. Alternativ können die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas durch Durchführen der vorstehend genannten Nacheinspritzung bei einer Mehrzahl von Bedingungen, die sich bezüglich der Konzentration der CO + THC-Gases unterscheiden, das den Ammoniaksensor 130 erreicht, in einem Zustand erhalten werden, bei dem der Ammoniaksensor 130 in der Abgasleitung 500 des Motorsystems 1000 eingebaut ist. In dem Fall des CO + THC-Gases kann die Konzentration einer Gasatmosphäre, welche die Sensorausgabe bereitstellt, mittels des HC-Sensors 100 bestimmt werden, der sich stromaufwärts von der SCR 800 befindet, und zwar im Gegensatz zu dem Ammoniakgas.
Nach dem Erhalten der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas und der Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas werden die Steigungen Δ^f _HC und Δ^f _NH in dem linearen Bereich und der Ausgangspunkt A des Ladungsübertragungswiderstandsbereichs aus dem Graphen des logarithmischen Werts von Sensorausgabe-Konzentration erhalten, der die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas und die Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas angibt (Schritt S2). Die Daten werden in der elektronischen Steuereinrichtung 200 gespeichert.
Die bisher beschriebene Verarbeitung ist eine vorbereitende Verarbeitung für die Kalibrierung des Ammoniaksensors 130, die vor der Verwendung des Motorsystems 1000 durchgeführt wird. Die Verwendung des Motorsystems 1000 wird dann mittels der Steuerung begonnen, die durch die elektronische Steuereinrichtung 200 durchgeführt wird, und in diesem Fall werden die vorher erhaltenen Empfindlichkeitseigenschaften des Ammoniaksensors 130 für das Ammoniakgas verwendet (Schritt S3).
Mit der kontinuierlichen Verwendung des Motorsystems 1000 verschlechtert sich der Ammoniaksensor 130 und wird dann zu dem Gealterten. Eine Anweisung zur Durchführung der Kalibrierung des Ammoniaksensors 130 wird für das Motorsystem 1000 durch eine Anweisungseinrichtung (nicht gezeigt) zu einem geeigneten Zeitpunkt bereitgestellt (z.B. durch die Betätigung eines vorgegebenen Schalters eines Fahrzeugs, wenn das Motorsystem 1000 in dem Fahrzeug montiert ist) (Schritt S4). Alternativ kann ein Betriebsprogramm des Motorsystems 1000 so eingestellt werden, dass die Kalibrierung automatisch durchgeführt wird, wenn die Gesamtzeit der Verwendung des Motorsystems 1000 ausgehend von dem Einbau des Ammoniaksensors 130 als Ziel der Kalibrierung oder eine Gesamtfahrdistanz des Fahrzeugs in dem Fall, bei dem das Motorsystem 1000 in dem Fahrzeug montiert ist, einen vorgegebenen Wert erreicht.
In jedem Fall bewirkt die elektronische Steuereinrichtung 200, dass die Kraftstoffeinspritzventile 301 die Nacheinspritzung bei der Mehrzahl von Bedingungen ausführen, die sich bezüglich der Konzentration des CO + THC-Gases, das den Ammoniaksensor 130 in der Phase des Durchführens der Kalibrierung des Ammoniaksensors 130 erreicht, unterscheiden (Schritt S5). In jedem Fall wird die Konzentration des CO + THC-Gases unter Verwendung des HC-Sensors 100 bestimmt, und die Sensorausgabe von dem Ammoniaksensor 130 wird erhalten. Ferner werden die erhaltenen Werte auf Koordinaten von logarithmischen Werten von Sensorausgabe-Konzentration aufgetragen, die Steigung einer Näherungslinie der aufgetragenen Daten wird erhalten und der Wert der Steigung wird als Δ^a _HC bestimmt (Schritt S6).
Die Sauerstoffkonzentration des Abgases G wird, wenn die Nacheinspritzung durchgeführt wird, vorzugsweise in einem Bereich von 12 % bis 21 % gehalten. In diesem Fall wird ein Fehler des Sensorausgabewerts, der durch die Variation der Sauerstoffkonzentration verursacht wird, verhindert oder vermindert.
Nachdem der Wert Δ^a _HC erhalten worden ist, wird der Wert Δ^a _HC zusammen mit den Werten Δ^f _HC und Δ^f _NH, die im Vorhinein festgelegt worden sind, in die Gleichung (4) eingesetzt, um den Wert Δ^a _NH zu berechnen, der als die Steigung in dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften nach der Kalibrierung für den Ammoniaksensor 130, welcher der Gealterte ist, behandelt wird (Schritt S7).
Nachdem der Wert Δ^a _NH erhalten worden ist, wird der Wert Δ^f _NH, der bisher als die Steigung der Sensorausgabeeigenschaften verwendet worden ist, durch den Wert Δ^a _NH ersetzt, um die Sensorausgabeeigenschaften des Ammoniaksensors 130 zu aktualisieren, so dass die Sensorausgabeeigenschaften mit dem bisherigen Gebrauch übereinstimmen (Schritt S8). Dies verhindert oder vermindert eine Abnahme der Genauigkeit der Berechnung der Ammoniakgaskonzentration des Abgases G, die auf der Basis der Sensorausgabe von dem Ammoniaksensor 130 berechnet wird.
Die Verarbeitung in oder nach dem Schritt S5 kann erneut durchgeführt werden, wenn es aufgrund des Fortschreitens der Verschlechterung des Ammoniaksensors 130 bei einer kontinuierlichen Verwendung des Motorsystems 1000 erneut einen Bedarf zur Kalibrierung gibt.
Wie es vorstehend beschrieben ist, können gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf den Ammoniaksensor, der sich stromabwärts von dem SCR in dem Motorsystem befindet und der Sensorausgabeeigenschaften aufweist, die sich mit der kontinuierlichen Verwendung des Motorsystems verschlechtert haben, die Sensorausgabeeigenschaften nach der Verschlechterung auf der Basis des Sensorausgabewerts, der von dem Ammoniaksensor selbst erhalten worden ist, zweckmäßig festgelegt werden. Dies bedeutet, dass die Kalibrierung des Ammoniaksensors auf der Basis des Ausgabewerts von dem Ammoniaksensor selbst mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden kann.
<Modifizierungen>
In der vorstehend genannten Ausführungsform wird die Kalibrierung des Ammoniaksensors 130 unter Verwendung der Sensorausgabeeigenschaften des Frischen als Referenz unter der Annahme durchgeführt, dass die Gleichung (2) und die Ungleichungen (3) gelten und die Kalibrierung mit dem geeigneten zeitlichen Ablauf durchgeführt werden kann. Es bedeutet, dass die Werte Δ^a _HC und Δ^a _NH der Steigungen des Gealterten auf der rechten Seite der Gleichung (2) Werte sind, die bei einem geeigneten Zeitpunkt erhalten worden sind. Insbesondere gelten die folgende(n) Gleichung und Ungleichungen, wobei Δ^t1 _HC und Δ^t2 _HC den Wert Δ^a _HC bezeichnen, wenn die Zeiten t1 und t2 (t1 < t2) seit dem Beginn der Verwendung des Motorsystems 1000 vergangen sind, und Δ^t1 _NH und Δ² _NH den Wert Δ^a _NH bezeichnen, wenn die Zeiten t1 und t2 seit dem Beginn der Verwendung des Motorsystems 1000 nach dem Einbau des Ammoniaksensors 130 als Ziel der Kalibrierung vergangen sind. $Δ^{f}_{HC} / Δ^{f}_{NH} = Δ^{t 1}_{HC} / Δ^{t 1}_{NH} = Δ^{t2}_{HC} / Δ^{t2}_{NH}$
$Δ^{f}_{HC} > Δ^{t 1}_{HC} > Δ^{t2}_{HC} und Δ^{f}_{NH} > Δ^{t 1}_{NH} > Δ^{t2}_{NH}$
Wenn die linke Seite von jeder der Gleichung (2a) und der Ungleichungen (3a) ausgeschlossen wird, gelten die folgende(n) Gleichung und Ungleichungen. $Δ^{t 1}_{HC} / Δ^{t1}_{NH} = Δ^{t2}_{HC} / Δ^{t2}_{NH}$
$Δ^{t 1}_{HC} > Δ^{t2}_{HC} und Δ^{t 1}_{NH} > Δ^{t2}_{NH}$
Im Hinblick auf die Ähnlichkeit der Gleichung (2b) und der Ungleichungen (3b) mit der Gleichung (2) und den Ungleichungen (3), geben die Gleichung (2b) und die Ungleichungen (3b) an, dass dann, wenn die Werte Δ^t1 _HC und Δ^t1 _NH zu der Zeit t1 im Vorhinein festgelegt werden und der Wert Δ^t2 _HC zu der Zeit t2 festgelegt werden kann, die Kalibrierung zu der Zeit t2 unter Verwendung der Werte Δ^t1 _HC und Δ^t1 _NH zu der Zeit t1 als Referenz durchgeführt werden kann, wobei insbesondere der Wert Δ^t2 _NH auf der Basis der folgenden Gleichung (4b) festgelegt werden kann. $Δ^{t2}_{NH} = Δ^{t2}_{HC} / (Δ^{t 1}_{HC} / Δ^{t1}_{NH})$
Dies bedeutet, dass die Sensorausgabeeigenschaften des Frischen nicht notwendigerweise als Referenz verwendet werden können, wenn die vorstehend genannte Kalibrierung des Ammoniaksensors 130 durchgeführt wird. Mit anderen Worten, es kann davon ausgegangen werden, dass die Sensorausgabeeigenschaften des Frischen als Referenz nur in einem bestimmten Fall verwendet werden, bei dem die Zeit t1 in der Gleichung (4b) 0 ist.
Auf der Basis der Gleichung (4b), wenn die Kalibrierung nach dem Ablauf weiterer Zeit, nachdem die Kalibrierung einmal durchgeführt worden ist, können z.B. die Sensorausgabeeigenschaften, die in der vorherigen Kalibrierung aktualisiert worden sind, als Referenz verwendet werden, statt die Sensorausgabeeigenschaften des Frischen als Referenz zu verwenden.
In der vorstehend genannten Ausführungsform wird die Konzentration des CO + THC-Gases, das den Ammoniaksensor 130 bei der Kalibrierung erreicht, erhalten, wobei der HC-Sensor 100 sozusagen direkt verwendet wird, jedoch muss die Konzentration des CO + THC-Gases nicht notwendigerweise direkt erhalten werden. Beispielsweise kann die Konzentration des CO + THC-Gases indirekt unter Verwendung einer Technik des Bewertens des Oxidationsvermögens des DOC 600 abgeschätzt werden. Beispielsweise kann die Konzentration des CO-THC-Gases unter Verwendung eines ΔT-Verfahrens abgeschätzt werden, bei dem die Temperatur an der Stelle stromaufwärts von dem DOC 600 und die Temperatur an der Stelle stromabwärts von dem DOC 600 mittels eines Thermoelements gemessen werden, und das Oxidationsvermögen auf der Basis einer Differenz zwischen diesen abgeschätzt wird, oder sie kann unter Verwendung einer NO/NO₂-Umwandlungseffizienz abgeschätzt werden, die durch einen Mehrfachgassensor festgelegt wird, der gleichzeitig NOx und NO₂ erfassen kann.
[Beispiele]
(Beispiel 1)
(Bestätigung der Sensorausgabeeigenschaften)
Die Sensorausgabe für jedes des CO + THC-Gases und des Ammoniakgases wurde für sechs Ammoniaksensoren 130 (Nr. 1 bis Nr. 6) mit verschiedenen Kombinationen einer Porosität der Oberflächenschutzschicht 50 des Sensorelements 131 und einer Betriebszeit des Motorhauptkörpers 300 (nachstehend Motorbetriebszeit) ausgehend vom Einbau in die Abgasleitung 500 erhalten. Die Porosität der Oberflächenschutzschicht 50 lag bei zwei verschiedenen Niveaus von 12 % und 40 %. Andererseits lag die Motorbetriebszeit bei drei verschiedenen Niveaus von 0 Stunden, 2000 Stunden und 4000 Stunden. Beim Betrieb des Motorhauptkörpers 300 wurde der Einbau des DOC 600, des DPF 700 und der SCR 800 in die Abgasleitung 500 weggelassen und ein FID-Analysegerät zum Erhalten der Konzentration des CO + THC-Gases wurde stattdessen in die Abgasleitung 500 eingebaut. Der Betrieb war ein Zyklusbetrieb, in dem 30 Minuten einen Zyklus bilden.
Die Kombinationen der Porosität der Oberflächenschutzschicht 50 und der Motorbetriebszeit für jeden Ammoniaksensor 130 sind in der Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]

SENSOR POROSITÄT DER SCHUTZSCHICHT (%) MOTORBETRIEBSZEIT (STUNDEN)

Nr. 1 12 0

Nr. 2 12 2000

Nr. 3 12 4000

Nr. 4 40 0

Nr. 5 40 2000

Nr. 6 40 4000
Die Betriebstemperatur des Sensorelements 131 in dem Ammoniaksensor 130 wurde auf 500° eingestellt und die Erfassungselektrode 10 und die Referenzelektrode 20 wurden bei der gleichen Temperatur gehalten.
Die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas wurden durch wiederholtes Erhalten der Ausgabe von dem Ammoniaksensor 130 und des gemessenen Werts von dem FID-Analysegerät für einen vorgegebenen Zeitraum in einem Zustand, bei dem der Ammoniaksensor 130 in der Abgasleitung 500 eingebaut war und der Motorhauptkörper 300 betrieben wurde, bestimmt.
Andererseits wurden die Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas durch Einbauen des Ammoniaksensors in eine Modellgasvorrichtung und Erhalten der Sensorausgabe in einem Zustand, bei dem eine Ammoniakgas-enthaltende Atmosphäre mit einer bekannten Konzentration in der Modellgasvorrichtung erzeugt wurde, bestimmt. Dies wurde vor dem Einbauen in die Abgasleitung 500 in dem Fall des Frischen und nach dem Ablauf der in der Tabelle 1 gezeigten Betriebszeit in dem Fall des Gealterten durchgeführt. Die Bedingungen in diesem Fall waren wie folgt:

Gastemperatur: 120 °C;
Gasflussrate: 200 L/min; und
Gasart und -konzentration: NH₃ = 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 100 ppm, 300 ppm, 500 ppm, 750 ppm oder 1000 pm, O₂ = 10 %, H₂O = 5 % und N₂ = Rest.

Die 6A und 6B zeigen jeweils die Sensorausgabeeigenschaften (Graph des logarithmischen Werts von Sensorausgabe-Konzentration) für das CO + THC-Gas. Die 6A zeigt die Sensorausgabeeigenschaften für Nr. 1 bis Nr. 3 der Ammoniaksensoren 130, und die 6B zeigt die Sensorausgabeeigenschaften für Nr. 4 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130.
Aufgrund der 6A und 6B wird bestätigt, dass in jedem von Nr. 1 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130 die Sensorausgabe (EMK) linear mit dem logarithmischen Wert der Konzentration in einem Bereich der Sensorausgabe von etwa 100 mV oder mehr variiert, obwohl sie sich bezüglich des Konzentrationswerts selbst unterscheiden. Es wird folglich bestimmt, dass bei den Sensorausgabeeigenschaften für Nr. 1 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130 für das CO + THC-Gas mindestens der Bereich der Sensorausgabe (EMK) von 100 mV oder mehr dem linearen Bereich entspricht. In diesem Fall entspricht ein Bereich der Sensorausgabe (EMK) von weniger als 100 mV dem Ladungsübertragungswiderstandsbereich.
Im Hinblick darauf wurde eine Gleichung, welche die Näherungslinie in dem linearen Bereich darstellt, für jeden von Nr. 1 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130 nur unter Verwendung von Daten, wenn die Sensorausgabe (EMK) 100 mV oder mehr beträgt, festgelegt. Insbesondere wurden bezüglich der Daten ein Wert einer Steigung a und ein Wert eines Achsenabschnitts b einer Gleichung y = a · log₁₀(x) + b, welche die Näherungslinie darstellt, worin x die Konzentration der CO + THC-Gases angibt und y die Sensorausgabe angibt, mittels des Verfahrens der kleinsten Quadrate erhalten. Der erhaltene Wert der Steigung a der Näherungslinie ist in der nachstehenden Tabelle 2 als Δ_HC gezeigt. Die 7A und 7B zeigen Daten im Bereich der Sensorausgabe (EMK) von 100 mV oder mehr in den 6A und 6B zusammen mit den erhaltenen Näherungslinien. Die 7A zeigt die Daten für Nr. 1 bis Nr. 3 der Ammoniaksensoren 130 und die 7B zeigt die Daten Nr. 4 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130.
Ein quadratischer Wert (Koeffizient der Bestimmung) R² eines Korrelationskoeffizienten R jeder Näherungslinie liegt in einem Bereich von 0,94 bis 0,96. Es wird folglich festgestellt, dass die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas in dem linearen Bereich tatsächlich eine gute Linearität aufweisen.
Andererseits zeigen die 8A und 8B jeweils die Sensorausgabeeigenschaften (Graph des logarithmischen Werts von Sensorausgabe-Konzentration) für das Ammoniakgas. Die 8A zeigt die Sensorausgabeeigenschaften für Nr. 1 bis Nr. 3 der Ammoniaksensoren 130 und die 8B zeigt die Sensorausgabeeigenschaften für Nr. 4 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130.
Aufgrund der 8A und 8B wird bestätigt, dass die Sensorausgabe mit dem logarithmischen Wert der Konzentration mindestens in einem Bereich der Ammoniakgaskonzentration von 50 ppm oder mehr in jeder von Nr. 1 bis Nr. 3 der Ammoniaksensoren 130 und mindestens in einem Bereich der Ammoniakgaskonzentration von 25 ppm oder mehr in jeder von Nr. 4 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130 linear variiert. Es wird festgestellt, dass diese Bereiche jeweils dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften der Ammoniaksensoren 130 für das Ammoniakgas entsprechen. In diesem Fall entspricht ein Bereich der Ammoniakgaskonzentration von weniger als 50 ppm dem Ladungsübertragungswiderstandsbereich für jeden von Nr. 1 bis Nr. 3 der Ammoniaksensoren 130 und ein Bereich der Ammoniakgaskonzentration von weniger als 25 ppm entspricht dem Ladungsübertragungswiderstandsbereich für jeden von Nr. 4 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130.
Im Hinblick darauf wurde eine Gleichung, welche die Näherungslinie in dem linearen Bereich darstellt, für jeden von Nr. 1 bis Nr. 3 der Ammoniaksensoren 130 nur unter Verwendung von Daten, wenn die Ammoniakgaskonzentration im Bereich von 50 ppm oder mehr liegt, festgelegt, und für jeden von Nr. 4 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130 nur unter Verwendung von Daten, wenn die Ammoniakgaskonzentration im Bereich von 25 ppm oder mehr liegt, festgelegt, und zwar wie in dem Fall des CO + THC-Gases. Der erhaltene Wert der Steigung der Näherungslinie ist als Δ_NH in der Tabelle 2 gezeigt. Die 9A und 9B zeigen Daten, die zu dem linearen Bereich in den 8A und 8B gehören, zusammen mit den erhaltenen Näherungslinien. Die 9A zeigt die Daten von Nr. 1 bis Nr. 3 der Ammoniaksensoren 130 und die 9B zeigt die Daten von Nr. 4 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130.

Der quadratische Wert (Koeffizient der Bestimmung) R² des Korrelationskoeffizienten R von jeder Näherungslinie liegt in einem Bereich von 0,995 bis 0,999, was extrem nahe bei eins liegt. Es wird folglich festgestellt, dass die Sensorausgabeeigenschaften für das Ammoniakgas in dem linearen Bereich tatsächlich eine gute Linearität aufweisen. [Tabelle 2]

	STEIGUNG EINER NÄHERUNGSLINIE IM LINEAREN BEREICH		VERHÄLTNIS DER STEIGUNG (Δ_HC/Δ_NH)
	CO + THC (Δ_HC)	NH₃ (Δ_NH)	VERHÄLTNIS DER STEIGUNG (Δ_HC/Δ_NH)
Nr. 1	439,24	191,94	2,3
Nr. 2	382,80	180,43	2,1
Nr. 3	360,72	154,25	2,3
Nr. 4	455,70	94,36	4,8
Nr. 5	418,20	85,49	4,9
Nr. 6	364,55	76,45	4,8

Aufgrund der Tabelle 2 wird bestätigt, dass dann, wenn Werte der Steigung Δ_HC und Werte der Steigung Δ_NH jeweils zwischen Nr. 1 bis Nr. 3 der Ammoniaksensoren 130, welche dieselbe Porosität (Aufbau) in der Oberflächenschutzschicht 50 aufweisen, und zwischen Nr. 4 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130, welche dieselbe Porosität (Aufbau) in der Oberflächenschutzschicht 50 aufweisen, verglichen werden, die Werte mit zunehmender Motorbetriebszeit zu einer Abnahme neigen. Dies bedeutet, dass die Sensorausgabeeigenschaften (in dem linearen Bereich) für jede Gasart mit dem kontinuierlichen Gebrauch des Ammoniaksensors 130 verschlechtert werden.
<Kalibrierung>
Die Tabelle 2 zeigt auch Ergebnisse der Berechnung eines Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH des Werts Δ_HC zu dem Wert Δ_NH für jeden von Nr. 1 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130. Der Wert des Verhältisses Δ_HC/Δ_NH beträgt 2,1 oder 2,3 für Nr. 1 bis Nr. 3 der Ammoniaksensoren 130, und beträgt 4,8 oder 4,9 für Nr. 4 bis Nr. 6 der Ammoniaksensoren 130. D.h., Werte des Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH der Ammoniaksensoren 130 mit derselben Porosität (Aufbau) der Oberflächenschutzschicht 50 sind etwa identisch.
Die Sensoren Nr. 1 und Nr. 4 von den vorstehend genannten Ammoniaksensoren 130, deren Motorbetriebszeit Null ist, entsprechen Frischen mit verschiedenen Konfigurationen. Andererseits werden die Sensoren Nr. 2 und Nr. 3 von den vorstehend genannten Ammoniaksensoren 130, die sich von dem Sensor Nr. 1 nur in Bezug auf die Motorbetriebszeit unterscheiden, als Gealterte angesehen, die dem Sensor Nr. 1 entsprechen. Die Sensoren Nr. 5 und Nr. 6 von den vorstehend genannten Ammoniaksensoren 130, die sich von dem Sensor Nr. 4 nur in Bezug auf die Motorbetriebszeit unterscheiden, sind Gealterte, die dem Sensor Nr. 4 entsprechen.
Es kann deshalb davon ausgegangen werden, dass die in der Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse zeigen, dass ein Frischer und ein Gealterter als solche verschiedene Sensorausgabeeigenschaften aufweisen, jedoch der Wert Δ_HC/Δ_NH der Steigung der Sensorausgabeeigenschaften selbst dann beibehalten wird, wenn die Motorbetriebszeit zunimmt. Dies bedeutet, dass die in der vorstehend genannten Gleichung (2) gezeigte Beziehung gilt.
Insbesondere entspricht in der Tabelle 2 der Wert des Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH für jeden der Sensoren Nr. 1 und Nr. 4, die den Frischen entsprechen, dem Wert Δ^f _HC/Δ^f _NH in der Gleichung (2), und der Wert des Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH für jeden der Sensoren Nr. 2, Nr. 3, Nr. 5 und Nr. 6, die den Gealterten entsprechen, entspricht dem Wert Δ^a _HC/Δ^a _NH in der Gleichung (2).
Eine Pseudo-Kalibrierung (Korrektur der Sensorausgabeeigenschaften) wurde unter Verwendung des Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH für den Sensor Nr. 1 und des Werts Δ_HC für jeden der Sensoren Nr. 2 und Nr. 3 unter der Annahme durchgeführt, dass die Sensoren Nr. 2 und Nr. 3 tatsächlich die Gealterten für den Sensor Nr. 1 waren. Entsprechend wurde eine Pseudo-Kalibrierung unter Verwendung des Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH für den Sensor Nr. 4 und des Werts Δ_HC für jeden der Sensoren Nr. 5 und Nr. 6 unter der Annahme durchgeführt, dass die Sensoren Nr. 5 und Nr. 6 tatsächlich die Gealterten für den Sensor Nr. 4 waren.
Insbesondere wurde bezüglich des Ladungsübertragungswiderstandsbereichs der Ladungsübertragungswiderstandsbereich der Sensorausgabeeigenschaften von jedem der Sensoren Nr. 1 und Nr. 4 so, wie er ist, verwendet.
Andererseits wurde bezüglich des linearen Bereichs der Wert der Steigung Δ^a _NH in dem linearen Bereich von jedem der Sensoren Nr. 2 und Nr. 3 aus dem Wert Δ_HC für jeden der Sensoren Nr. 2 und Nr. 3 und dem Wert des Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH des Sensors Nr. 1 unter Verwendung der Gleichung (4) berechnet, was auf der Tatsache beruht, dass der Wert Δ_HC für jeden der Sensoren Nr. 2 und Nr. 3 der Steigung Δ^a _HC der Sensorausgabe von jedem der Gealterten für den Sensor Nr. 1 entspricht, die sich bezüglich des Grads der Verschlechterung voneinander unterscheiden. Entsprechend wurde der Wert der Steigung Δ^a _NH in dem linearen Bereich von jedem der Sensoren Nr. 5 und Nr. 6 aus dem Wert Δ_HC für jeden der Sensoren Nr. 5 und Nr. 6 und dem Wert des Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH des Sensors Nr. 4 unter Verwendung der Gleichung (4) berechnet, was auf der Tatsache beruht, dass der Wert Δ_HC jedes der Sensoren Nr. 5 und Nr. 6 der Steigung Δ^aHC der Sensorausgabe von jedem der Gealterten für den Sensor Nr. 4 entspricht, die sich bezüglich des Grads der Verschlechterung voneinander unterscheiden.
Ein Bereich einer Geraden, deren Steigung den berechneten Wert Δ^a _NH aufweist, in dem der Konzentrationswert mit dem Konzentrationswert an dem Startpunkt des Ladungsübertragungswiderstandsbereichs identisch oder höher als dieser ist, gibt die Sensorausgabeeigenschaften in dem linearen Bereich nach der Kalibrierung an.
Die 10A, 10B, 11A und 11B zeigen jeweils Ergebnisse der (Pseudo-)Kalibrierung der Sensoren Nr. 2, Nr. 3, Nr. 5 und Nr. 6. Insbesondere zeigen Graphen, die in den 10A, 10B, 11A und 11B mit durchgezogenen Linien angegeben sind, jeweils die Ergebnisse der Kalibrierung (die Sensorausgabeeigenschaften nach der Pseudo-Korrektur) der Sensoren Nr. 2, Nr. 3, Nr. 5 und Nr. 6. In jeder der 10A, 10B, 11A und 11B sind die Sensorausgabeeigenschaften (die mit denjenigen identisch sind, die in den 8A, 8B, 9A und 9B gezeigt sind) des entsprechenden Ammoniaksensors 130, die durch eine tatsächliche Messung erhalten worden sind, mit einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie angegeben, und die Sensorausgabeeigenschaften (die mit denjenigen identisch sind, die in den 8A, 8B, 9A und 9B gezeigt sind) des Sensors Nr. 1 oder Nr. 4, die durch eine tatsächliche Messung erhalten worden sind, sind zum Vergleich mit einer gestrichelten Linie angegeben.
Aufgrund der 10A, 10B, 11A und 11B wird bestätigt, dass die Sensorausgabeeigenschaften, die durch die Kalibrierung erhalten werden, in einer nahezu passenden Weise mit den Sensorausgabeeigenschaften des entsprechenden Ammoniaksensors 130 übereinstimmen, die durch eine tatsächliche Messung erhalten worden sind.
Insbesondere ist in einem relativ hohen Konzentrationsbereich von 500 ppm oder mehr der Unterschied zwischen den Sensorausgabeeigenschaften des Frischen (Nr. 1 oder Nr. 4) und den Sensorausgabeeigenschaften des Gealterten (Nr. 2, Nr. 3 oder Nr. 6) relativ groß, mit Ausnahme der Ergebnisse des Ammoniaksensors 130 Nr. 5, der in der 11A gezeigt ist, jedoch ist der Unterschied bei den Sensorausgabeeigenschaften, die durch die Kalibrierung erhalten worden sind, näherungsweise beseitigt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Kalibrierung auf der Basis der Gleichung (4) effektiv ist.
(Beispiel 2)
Im Beispiel 1 wurde beim Erhalten der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas der Einbau des DOC 600, des DPF 700 und der SCR 800 in die Abgasleitung 500 weggelassen, so dass das Abgas G von dem Motor direkt den Ammoniaksensor 130 erreichen konnte, und die Konzentration des CO + THC-Gases wurde unter Verwendung des speziell angebrachten FID-Analysegeräts gemessen, um viele Datenpunkte mit verschiedenen Konzentrationen des CO + THC-Gases zu erhalten. In diesem Fall variiert nicht nur die Konzentration des CO + THC-Gases, sondern auch die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas G, jedoch ist bekannt, dass die Sauerstoffkonzentration ein Fehlerfaktor ist, wenn die Sensorausgabe für das CO + THC-Gas erhalten wird.
In dem Fall, bei dem die Kalibrierung des Ammoniaksensors 130, welcher mit kontinuierlichem Gebrauch des Motorsystems 1000 der Gealterte wird, tatsächlich mit dem gealterten Ammoniaksensor 130 durchgeführt wird, der in der Abgasleitung 500 eingebaut ist, werden die CO + THC-Gase mit verschiedenen Konzentrationen durch Durchführen der Nacheinspritzung in der vorstehend beschriebenen Weise während eines Intervalls zwischen normalen Betriebszuständen erzeugt, um die Sensorausgabeeigenschaften des gealterten Ammoniaksensors 130 zu erhalten, und in diesem Fall kann die Anzahl von Datenteilen, die zum Festlegen der Sensoreigenschaften verwendet werden, geringer sein als diejenigen im Beispiel 1.
Im Beispiel 1 wird der Effekt des Fehlers bei dem Sensorausgabewert, der durch die Sauerstoffkonzentration verursacht wird, durch Erhalten vieler Datenteile schließlich verhindert oder vermindert, jedoch ist dann, wenn die Anzahl der erhaltenen Datenteile gering ist, der Fehler bei dem Sensorausgabewert, der durch die Variation der Sauerstoffkonzentration verursacht wird, relativ groß, und es ist wahrscheinlich, dass die unter Verwendung eines solchen Sensorausgabewerts erhaltenen Sensorausgabeeigenschaften den Fehler umfassen. Es ist folglich bevorzugt, den Bereich der Sauerstoffkonzentration des Abgases G bei der Nacheinspritzung im Vorhinein zu erhalten, wenn die Sensorausgabeeigenschaften durch Durchführen der Nacheinspritzung erhalten werden.
Im Hinblick auf den vorstehend genannten Punkt wird in dem vorliegenden Beispiel die vorstehend genannte Pseudo-Kalibrierung erneut nur unter Verwendung von Daten mit einer Sauerstoffkonzentration durchgeführt, die unter Verwendung der Ausgabe von dem Sauerstoffsensor 120 von 12 % bis 21 % aus Daten berechnet wird, die zum Erhalten der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas im Beispiel 1 verwendet worden sind, so dass der Effekt des Beschränkens der Sauerstoffkonzentration bestätigt wird.
Insbesondere wurde die Gleichung, welche die Näherungslinie in dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas darstellt, der in der 6A und 6B gezeigt ist, erneut nur unter Verwendung von Daten mit einer Sauerstoffkonzentration des Abgases G von 12 % bis 21 % von Daten festgelegt, die in den 7A und 7B verwendet werden. Die 12A und 12B zeigen die erhaltenen Daten zusammen mit Näherungslinien. Die 12A zeigt die Daten der Sensoren Nr. 1 bis Nr. 3 und die 12B zeigt die Daten der Sensoren Nr. 4 bis Nr. 6.
Der quadratische Wert (Koeffizient der Bestimmung) R² des Korrelationskoeffizienten R jeder Näherungslinie liegt in einem Bereich von 0,98 bis 0,99, was näher an eins liegt als der Wert bezogen auf die Näherungslinien, die in der 7A und 7B gezeigt sind. Es kann folglich davon ausgegangen werden, dass die Sensorausgabeeigenschaften für das CO + THC-Gas, die erneut in dem vorliegenden Beispiel erhalten worden sind, eine bessere Linearität in dem linearen Bereich aufweisen als diejenigen, die im Beispiel 1 erhalten worden sind.

Der Wert Δ_HC der Steigung der Näherungslinie, die in den 12A und 12B gezeigt ist, ist in der Tabelle 3 zusammen mit dem Wert Δ_NH gezeigt, der das Ammoniakgas betrifft, das in der Tabelle 2 gezeigt ist. Die Tabelle 3 zeigt ferner das Ergebnis der Berechnung des Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH des Werts Δ_HC zu dem Wert Δ_NH. [Tabelle 3]

	STEIGUNG EINER NÄHERUNGSLINIE IM LINEAREN BEREICH		VERHÄLTNIS DER STEIGUNG (Δ_HC/Δ_NH)
	CO + THC (Δ_HC)	NH₃ (Δ_NH)	VERHÄLTNIS DER STEIGUNG (Δ_HC/Δ_NH)
Nr. 1	454,28	191,94	2,4
Nr. 2	395,70	180,43	2,2
Nr. 3	335,10	154,25	2,2
Nr. 4	473,96	94,36	5,0
Nr. 5	433,88	85,49	5,1
Nr. 6	378,73	76,46	5,0

Es wird bestätigt, dass der Wert Δ_HC der Steigung, der in der Tabelle 3 gezeigt ist, dazu neigt, mit zunehmender Motorbetriebszeit wie in dem Fall der Tabelle 2 abzunehmen.
Der Wert des Verhältnisses Δ_HC/Δ_NH beträgt 2,4 oder 2,2 für die Sensoren Nr. 1 bis Nr. 3 und beträgt 5,0 oder 5,1 für die Sensoren Nr. 4 bis Nr. 6. D.h., die Werte Δ_HC/Δ_NH der Ammoniaksensoren 130 mit der gleichen Porosität (Aufbau) der Oberflächenschutzschicht 50 sind auch in dem vorliegenden Beispiel näherungsweise miteinander identisch.
In dem vorliegenden Beispiel wurde eine Pseudo-Kalibrierung durch eine Verarbeitung durchgeführt, die der im Beispiel 1 durchgeführten Verarbeitung ähnlich war, und zwar unter der Annahme, dass die Sensoren Nr. 2 und Nr. 3 tatsächlich die Gealterten für den Sensor Nr. 1 waren und die Sensoren Nr. 5 und Nr. 6 tatsächlich die Gealterten für den Sensor Nr. 4 waren.
Die 13A, 13B, 14A und 14B zeigen jeweils Ergebnisse der (Pseudo-)Kalibrierung der Sensoren Nr. 2, Nr. 3, Nr. 5 und Nr. 6. Insbesondere zeigen die Graphen, die in den 13A, 13B, 14A und 14B mit durchgezogenen Linien angegeben sind, jeweils die Ergebnisse der Kalibrierung der Sensoren Nr. 2, Nr. 3, Nr. 5 und Nr. 6. In dem vorliegenden Beispiel sind die Sensorausgabeeigenschaften des entsprechenden Ammoniaksensors 130, die durch eine tatsächliche Messung erhalten worden sind, mit einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie angegeben, und die Sensorausgabeeigenschaften des Sensors Nr. 1 oder Nr. 4, die durch eine tatsächliche Messung erhalten worden sind, sind zum Vergleich mit einer gestrichelten Linie angegeben.
Wenn die 13A, 13B, 14A und 14B jeweils mit den 10A, 10B, 11A und 11B verglichen werden, wird bestätigt, dass es für den Sensor Nr. 2 nur einen geringen Unterschied zwischen dem Ergebnis, das in dem vorliegenden Beispiel erhalten worden ist, das in der 13A gezeigt ist, und dem Ergebnis gibt, das im Beispiel 1 erhalten worden ist, das in der 10A gezeigt ist, dass jedoch für die verbleibenden drei Sensoren die Sensorausgabeeigenschaften, die in dem vorliegenden Beispiel erhalten werden, besser mit den Sensorausgabeeigenschaften der Sensoren übereinstimmen, die durch die tatsächliche Messung erhalten worden sind.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Beschränkung der Sauerstoffkonzentration des Abgases bei der Durchführung der Kalibrierung auf der Basis der Gleichung (4) effektiv ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014224504 [0004, 0006]

Claims

Ammoniaksensor-Kalibrierungsverfahren des Kalibrierens von Ausgabeeigenschaften eines Ammoniaksensors für ein Ammoniakgas, wobei sich der Ammoniaksensor stromabwärts von einer selektive katalytische Reduktion-Stickstoffentfernungsvorrichtung in einem Abgasweg eines Dieselmotors befindet, wobei eine Beziehung zwischen einem logarithmischen Wert einer Konzentration einer vorgegebenen Gaskomponente in einem Abgas, das von dem Dieselmotor abgegeben wird, und einem Ausgabewert von dem Ammoniaksensor, wenn die vorgegebene Gaskomponente erfasst wird, als Sensorausgabeeigenschaften für die vorgegebene Gaskomponente festgelegt ist, wobei das Ammoniaksensor-Kalibrierungsverfahren umfasst: a) im Vorhinein Festlegen einer Steigung Δ^t1 _HC in einem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für eine Mischatmosphäre aus Kohlenmonoxid und Gesamtkohlenwasserstoffen und einer Steigung Δ^t1 _NH in dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für ein Ammoniakgas zu einer Zeit, wenn eine beliebige Zeit t1 seit dem Beginn der Verwendung des Dieselmotors vergangen ist; und b) Durchführen einer Kalibrierung des Ammoniaksensors, wenn eine Zeit t2 seit dem Beginn der Verwendung des Dieselmotors vergangen ist, wobei die Zeit t2 größer ist als die Zeit t1, wobei der Schritt b) umfasst: b-1) Festlegen einer Steigung Δ^t2 _HC in dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften für die Mischatmosphäre; b-2) Berechnen eines Werts Δ^t2 _NH aus einer Gleichung Δ² _NH = Δ^t2 _HC/(Δ^t1 _HC/Δ^t1 _NH); und b-3) Bestimmen des Werts Δ^t2 _NH, der in dem Schritt in b-2) berechnet worden ist, als eine neue Steigung in dem linearen Bereich der Sensorausgabeeigenschaften des Ammoniaksensors für das Ammoniakgas.
Ammoniaksensor-Kalibrierungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zeit t1 0 ist und in dem Schritt a) ein Wert Δ^f _HC und ein Wert Δ^f _NH, die jeweils Werte der Steigungen zu Beginn der Verwendung des Ammoniaksensor sind, auf einen Wert der Steigung Δ^t1 _HC und einen Wert der Steigung Δ^t1 _NH eingestellt werden.
Ammoniaksensor-Kalibrierungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in den Schritten a) und b-1) ein Wert der Steigung Δ^t1 _HC und ein Wert der Steigung Δ^t2 _HC auf der Basis einer Konzentration der Mischatmosphäre zur Kalibrierung, die gebildet wird, wenn Kraftstoff absichtlich von dem Dieselmotor eingespritzt wird, und des Ausgabewerts von dem Ammoniaksensor zu einer Zeit, wenn die Mischatmosphäre erfasst wird, festgelegt werden.
Ammoniaksensor-Kalibrierungsverfahren nach Anspruch 3, bei dem in den Schritten a) und b-1) der Wert der Steigung Δ^t1 _HC und der Wert der Steigung Δ^t2 _HC festgelegt werden, während eine Sauerstoffkonzentration des Abgases in einem Bereich von 12 % bis 21 %, einschließlich, gehalten wird.
Ammoniaksensor-Kalibrierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem in den Schritten a) und b-1) die Konzentration der Mischatmosphäre durch Erfassen der Mischatmosphäre mittels eines Kohlenwasserstoffgassensors, der sich entlang des Abgaswegs befindet, festgelegt wird.