DE102010017360B4

DE102010017360B4 - Verfahren zum Korrigieren eines NOx-Sensors und NOx-Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010017360B4
Application number: DE102010017360A
Authority: DE
Inventors: Hiroki NISHIJIMA; Takeshi Hirabayashi; Fumitaka KATO
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2030-06-15
Also published as: US8211293B2; DE102010017360A1; JP2011002245A; JP4894889B2; US20100314264A1; DE102010017360B8

Abstract

Verfahren zum Korrigieren eines NOX-Sensors, wobei das Verfahren in der Lage ist, eine NOX-Konzentration zu korrigieren, die durch einen NOX-Sensor erfasst wird, wobei der NOX-Sensor in einer Abgasströmungsleitung eines Fahrzeugs angeordnet ist und eine poröse Diffusionswiderstandsschicht, eine Abgaskammer, in die Abgas, das durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt ist, eingeführt wird, und eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer NOX-Konzentration in dem Abgas aufweist, das in die Abgaskammer eingeführt wurde, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erstellen eines Korrekturkennfelds im Voraus, in welchem eine Beziehung zwischen einer physikalischen Größe einer Temperatur, die auf eine Temperatur des Abgases bezogen ist und einer physikalischen Größen einer Sauerstoffkonzentration, die auf eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas bezogen ist, und einem Überflussverhältnis zwischen NO und NO2-Gasen im Abgas, bevor dieses durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt, aufgezeichnet ist; Ermitteln des Überflussverhältnisses basierend auf der physikalischen Größe der Temperatur, die tatsächlich erfasst wird, und der physikalischen Größe der Sauerstoffkonzentration, die tatsächlich erfasst wird, unter Bezugnahme auf das Korrekturkennfeld; und Korrigieren der NOX-Konzentration, die durch den NOX-Sensor erfasst wird, auf Basis des Überflussverhältnisses und einer Differenz zwischen einer NO2-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit, die einen Wert darstellt, der durch Dividieren der NO2-Diffusionsgeschwindigkeit durch die NO-Diffusionsgeschwindigkeit erhalten wird.

Description

Aufnahme durch Bezugnahme
Die vorliegende Erfindung basiert auf der am 16. Juni 2009 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2009-143285 A , die hierin durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen ist.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Technologien zum Erfassen von Stickoxiden (die nachstehend mit „NO_X” abgekürzt werden), die in Abgasen enthalten sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Korrigieren von NOx-Konzentrationen, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst werden. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine NO_X-Erfassungsvorrichtung, die einen NO_X-Sensor aufweist, und einen Korrektor zum Korrigieren von NO_X-Konzentrationen, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst werden.
Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Bei einem NO_X-Sensor handelt es sich um eine Vorrichtung zum Erfassen von NO_X, die in Abgasen enthalten sind. So offenbart beispielsweise die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) JP 11-072477 A und die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (KOKAI) JP 11-023526 A einen NO_X-Sensor, der im Hinblick auf einen Abgaskatalysator, der in dem Abgassystem des Fahrzeugs vorgesehen ist, bislang üblicherweise auf einer stromabwärtigen Seite und/oder einer stromaufwärtigen Seite einer Abgasströmungsleitung angeordnet worden ist.
Dementsprechend wird durch den NO_X-Sensor eine Konzentration der in den Abgasen enthaltenen NO_X erfasst, wenn die Abgase dessen näheres Umfeld erreichen.
In diesem Zusammenhang ist jedoch zu beachten, dass die NO_X-Konzentrationen der Abgase, die durch den herkömmlichen NO_X-Sensor erfasst werden, sich von den wirklichen oder exakten NO_X-Konzentrationen in den Abgasen geringfügig unterscheiden. Genauer gesagt sind die NO_X-Konzentrationen der Abgase, die durch den herkömmlichen NO_X-Sensor erfasst werden, also etwas geringer als die wirklichen oder exakten NO_X-Konzentrationen in den Abgasen.
Abgesehen davon ist der herkömmliche NO_X-Sensor, der auf der stromaufwärtigen Seite und/oder der stromabwärtigen Seite an dem Abgaskatalysator vorgesehen ist, bislang zum Steuern der Umwandlungsabläufe des Katalysators und zum Erfassen einer Verschlechterung verwendet worden. Dementsprechend besteht die Notwendigkeit, dass der NO_X-Sensor die NO_X-Konzentrationen höchst genau erfassen kann. Folglich besteht also der Wunsch, eine Technologie zu entwickeln, mit der bewirkt werden kann, dass die NO_X-Konzentrationen, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst werden (die nachstehend als die „erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte bezeichnet werden), den wirklichen oder exakten NO_X-Konzentrationen (die nachstehend als „wahre NO_X-Konzentrationen oder -werte bezeichnet werden) stärker angenähert sind, oder eine Technologie zum Annähern der wahren NO_X-Konzentrationen oder -werte durch Verwenden der erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte zu entwickeln.
Aus der DE 198 19 462 A1 sowie der DE 199 56 822 A1 ist ferner ein Verfahren zum Bestimmen NO_X-Konzentration in einem Abgas bekannt, wobei ein Dickschicht-Mess-Sensor mit zwei Messzellen verwendet wird.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend erläuterten Umstände entwickelt worden. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Korrigieren eines NO_X-Sensors und einer NO_X-Erfassungsvorrichtung sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die die erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte den wahren NO_X-Konzentrationen oder -werten angenähert werden können oder durch die bewirkt wird, dass die erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte den wahren NO_X-Konzentrationen oder -werten entsprechen.
Die vorstehende Aufgabe kann durch ein Verfahren zum Korrigieren eines NO_X-Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst werden. Das vorliegende NO_X-Sensor-Korrekturverfahren ist in der Lage, eine NO_X-Konzentration zu korrigieren, die durch einen NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird, wobei der NO_X-Sensor in einer Abgasströmungsleistung eines Fahrzeugs angeordnet ist und eine poröse Diffusionswiderstandsschicht, eine Abgaskammer, in die Abgase, die durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt sind, eingeführt werden, und eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer NO_X-Konzentration in den Abgasen, die in die Abgaskammer eingeführt werden, aufweist, und wobei das NO_X-Sensor-Korrekturverfahren folgende Schritte beinhaltet:
Erstellen eines Korrekturkennfelds im Voraus, wobei in dem Korrekturkennfeld Beziehungen zwischen physikalischen Größen einer Temperatur, die für eine Temperatur der Abgase relevant sind, physikalischen Größen einer Sauerstoffkonzentration, die für eine Sauerstoffkonzentration in den Abgasen relevant sind, und einem existierenden Anteil von zumindest entweder NO oder NO₂ in einem Gemisch von NO_X in den Abgasen, bevor sie durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, aufgezeichnet sind;
Ermitteln des existierenden Anteils unter Bezugnahme auf das Korrekturkennfeld unter Verwendung der physikalischen Größen der Temperatur, die tatsächlich erfasst werden, und der physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration, die tatsächlich erfasst werden; und
Korrigieren der NO_X-Konzentration, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird, auf Basis von nicht nur dem existierenden Anteil, sondern auch einer Differenz zwischen einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit.
Außerdem ist es zu bevorzugen, das Verfahren zum Korrigieren eines NO_X-Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung so zu modifizieren, dass die Erfassungseinheit versehen werden kann mit:
einer Sauerstoffpumpelektrode zum Abführen von Sauerstoff in den in die Abgaskammer eingeführten Abgasen nach außerhalb der Abgaskammer;
einer Sauerstofferfassungselektrode zum Ausgeben eines elektrischen Sauerstofferfassungsstroms, dessen Größe einer ersten Sauerstoffmenge entspricht, die im Inneren der Abgaskammer zurückbleibt; und
einer NO_X-Erfassungselektrode zum Ausgeben eines elektrischen NO_X-Erfassungsstroms, dessen Größe einer Summe der ersten Sauerstoffmenge und einer zweiten Sauerstoffmenge entspricht, die im NO im Inneren der Abgaskammer enthalten ist;
wobei der NO_X-Sensor eine NO_X-Konzentration im Inneren der Abgaskammer auf der Basis einer Differenz zwischen dem elektrischen Sauerstofferfassungsstrom und dem elektrischen NO_X-Erfassungsstrom erfassen kann; und
die NO_X-Konzentration, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird, durch folgenden Ausdruck (1) korrigiert werden kann: „X” = „A”/(1 + „B” × „Z„ – „Z„) (1) wobei „X” eine korrigierte NO_X-Konzentration spezifiziert;
„A” eine NO_X-Konzentration spezifiziert, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird;
„B” einen Wert spezifiziert, der durch Dividieren einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch eine NO-Diffusionsgeschwindigkeit erhalten wird; und
„Z” einen Wert spezifiziert, der durch Dividieren einer NO₂-Konzentration in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, durch eine Summe der NO₂-Konzentration in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, und einer NO-Konzentration in dne Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, erhalten wird.
Eine NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die vorstehend angeführte Aufgabe ebenso erreichen und weist folgende Merkmale auf:
einen NO_X-Sensor, der in einer Abgasströmungsleitung des Fahrzeugs angeordnet ist und eine poröse Diffusionswiderstandsschicht, eine Abgaskammer, in die die Abgase, die durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt sind, eingeführt werden, und eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer NO_X-Konzentration in den Abgasen, die in die Abgaskammer eingeführt werden, aufweist;
ein Korrekturkennfeld, durch das Beziehungen zwischen physikalischen Größen einer Temperatur, die für eine Temperatur der Abgase relevant sind, physikalischen Größen einer Sauerstoffkonzentration, die für eine Sauerstoffkonzentration in den Abgasen relevant sind, und einem existierenden Anteil von zumindest entweder NO oder NO₂ in einem Gemisch von NO_X in den Abgasen, bevor es durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt, aufgezeichnet werden;
einen ersten Detektor zum Erfassen der physikalischen Größe der Temperatur;
einen zweiten Detektor zum Erfassen der physikalischen Größen des Sauerstoffs; und
einen Kalkulator zum Ermitteln des existierenden Anteils unter Bezugnahme auf das Korrekturkennfeld unter Verwendung der physikalischen Größen der Temperatur, die tatsächlich erfasst werden, und der physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration, die tatsächlich erfasst werden, und zum anschließenden Korrigieren der NO_X-Konzentration, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird, auf Basis von nicht nur dem existierenden Anteil, sondern auch einer Differenz zwischen einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit.
Die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise so modifiziert werden, dass sie die Detektoreinheit aufweist, die versehen sein kann mit:
einer Sauerstoffpumpelektrode zum Abführen von Sauerstoff in den Abgasen, die in die Abgaskammer eingeführt werden, nach außerhalb der Abgaskammer;
einer Sauerstofferfassungselektrode zum Ausgeben eines elektrischen Sauerstofferfassungsstroms, dessen Größe einer ersten Sauerstoffmenge entspricht, die im Inneren der Abgaskammer zurückbleibt; und
einer NO_X-Erfassungselektrode zum Ausgeben eines elektrischen NO_X-Erfassungsstroms, dessen Größe einer Summe der ersten Sauerstoffmenge und einer zweiten Sauerstoffmenge entspricht, die im NO im Inneren der Abgaskammer enthalten ist;
wobei der NO_X-Sensor eine NO_X-Konzentration im Inneren der Abgaskammer auf Basis einer Differenz zwischen dem elektrischen Sauerstofferfassungsstrom und dem elektrischen NO_X-Erfassungsstrom erfassen kann; und
wobei der Kalkulator die NO_X-Konzentration, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird, durch den folgenden Ausdruck (1) korrigieren kann: „X” = „A”/(1 + „B” × „Z” – „Z”) (1) wobei „X” eine korrigierte NO_X-Konzentration spezifiziert;
„A” eine NO_X-Konzentration spezifiziert, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird;
„B” einen Wert spezifiziert, der durch Dividieren einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch eine NO-Diffusionsgeschwindigkeit erhalten wird; und
„Z” einen Wert spezifiziert, der durch Dividieren einer NO₂-Konzentration in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, durch eine Summe der NO₂-Konzentration in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, und einer NO-Konzentration in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, erhalten wird.
Ein herkömmlicher NO_X-Sensor ist üblicherweise mit einer porösen Diffusionswiderstandsschicht, einer Abgaskammer und einer Detektoreinheit versehen. Die Detektoreinheit erfasst eine Konzentration von NO_X (d. h. Stickoxiden) im Inneren der Abgaskammer. Abgase, die durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt sind, werden in die Abgaskammer eingeführt. Die poröse Diffusionswiderstandsschicht bildet einen Abgaseinführdurchlass aus, der von außerhalb der Abgaskammer nach Innen führt, und spielt dabei eine Rolle, wenn die Abgase, die in die Abgaskammer eingeführt werden, physikalisch gesteuert bzw. gelenkt werden sollen, so dass sie schließlich an der Detektoreinheit ankommen. Die Detektoreinheit erfasst somit eine NO_X-Konzentration in den Abgasen, die durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt sind.
Infolge der gezielt durchgeführten Untersuchungen durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung ist die Ursache für die vorstehend angeführte Unzulänglichkeit des Stands der Technik, d. h., dass die erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte, die durch den herkömmlichen und gebräuchlichen NO_X-Sensor erfasst werden, geringer sind als die wahren NO_X-Konzentrationen oder -werte, entdeckt worden. Das heißt, dass die Unzulänglichkeiten des Stands der Technik von der Differenz zwischen einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit herrühren.
Im Speziellen gelangen oder diffundieren die Abgase, um die Abgaskammer zu erreichen, durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht. Genauso gelangen oder diffundieren die in den Abgasen enthaltenen NO_X durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht, um die Abgaskammer zu erreichen.
Bei einem Großteil der NO_X, die in den Abgasen enthalten sind, handelt es sich um NO und NO₂. Eine Diffusionsgeschwindigkeit der NO₂, die durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, ist langsamer als eine Diffusionsgeschwindigkeit der NO, die durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, weil die NO₂-Moleküle größer sind als die NO-Moleküle. Dementsprechend ist eine NO₂-Konzentration der Abgase, die durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt sind, d. h. eine NO₂-Konzentration der Abgase im Inneren der Abgaskammer, geringer als eine andere NO₂-Konzentration der Abgase, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, d. h. eine NO₂-Konzentration der ursprünglichen oder tatsächlichen Abgase. Folglich ist die bzw. der resultierende erfasste NO_X-Konzentration oder -wert geringer als die bzw. der wahre NO_X-Konzentration oder -wert. In anderen Worten ist die bzw. der resultierende erfasste NO_X-Konzentration um die Differenz zwischen der NO₂-Konzentration außerhalb der Abgaskammer und der im Inneren der Abgaskammer geringer als die bzw. der wahre NO_X-Konzentration oder -wert. Unter Verwendung der Differenz zwischen der NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit und der NO-Diffusionsgeschwindigkeit ist es daher möglich, die Differenz zwischen der NO₂-Konzentration außerhalb der Abgaskammer und der im Inneren der Abgaskammer zu ermitteln. Durch die daraus resultierende Differenz ist es den technischen Experten für Abgassysteme mögliche, eine derartige Korrektur vorzunehmen, dass die bzw. der erfasste NO_X-Konzentration oder -wert sich der bzw. dem wahren NO_X-Konzentration oder -wert nähert, oder dass die bzw. der erfasste NO_X-Konzentration oder -wert der bzw. dem wahren NO_X-Konzentration oder -wert angenähert werden kann.
Wie in der nachstehenden Gleichung (i) gezeigt ist, können NO und NO₂ in den Abgasen jedoch umkehrbaren Reaktionen ausgesetzt werden, d. h. dass NO mit dem Sauerstoff reagiert, so dass es in NO₂ umgewandelt wird, und NO₂ umkehrbar in NO und Sauerstoffzerlegt wird, oder umgekehrt. NO + (1/2) × O₂ ↔ NO₂ (1)
Abhängig von den Konzentrationen und Temperaturen verschiebt sich das chemische Gleichgewicht. Somit verschiebt sich auch das chemische Gleichgewicht der Reaktion gemäß der vorstehenden Gleichung (1) abhängig von den Temperaturen der Abgase und der Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen. Anders ausgedrückt verändern sich die existierenden Anteile des NO in den Abgasen und die existierenden Anteile von NO₂ in den Abgasen gemäß einer Temperatur der Abgase und einer Sauerstoffkonzentration in den Abgasen. Die Temperatur der Abgase und der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen kann ohne Weiteres erfasst werden, auch wenn es schwierig ist, die existierenden Anteile von NO und NO₂ in den Abgasen mit einem NO_X-Sensor zu erfassen. Daher können die existierenden Anteile von NO und NO₂ in den Abgasen mittels einer Einstellung des Bestimmungsverfahren wie folgt ermittelt werden: nämlich durch im Voraus erfolgendes Abbilden der folgenden Daten: der physikalischen Größen der Temperatur, die für eine Temperatur der Abgase relevant sind; der physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration, die für eine Sauerstoffkonzentration in den Abgasen relevant sind; und der existierenden Anteile von NO und NO₂ in den Abgasen, bevor diese durch eine poröse Diffusionswiderstandsschicht des NO_X-Sensors gelangen (die nachstehend als die „existierenden Anteile von NO und NO₂” abgekürzt werden); und anschließendes Bestimmen der existierenden Anteile von NO und NO₂, indem die abgebildeten Daten unter Verwendung der physikalischen Größen der Temperatur und der physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration, die tatsächlich erfasst werden, herangezogen werden. Sodann kann die Differenz zwischen der NO₂-Konzentration außerhalb der Abgaskammer des NO_X-Sensors und der im Inneren der Abgaskammer des NO_X-Sensors mit hoher Zuverlässigkeit ermittelt werden, indem eine bzw. ein erfasste(r) NO_X-Konzentration oder -wert, die bzw. der durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird, auf Basis von nicht nur der so ermittelten existierenden Anteile von NO und NO₂, sondern auch der vorstehend beschriebenen Differenz zwischen der NO-Diffusionsgeschwindigkeit und der NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit korrigiert wird. Somit kann die bzw. der erfasste NO_X-Konzentration oder -wert der wahren NO_X-Konzentration oder -wert viel starker angenähert werden oder die erfasste NO_X-Konzentration oder -wert der wahren NO_X-Konzentration oder -wert viel genauer angenähert werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß dem NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und der NO_X-Erfassungsvorichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt werden, dann eine bzw. ein erfasste(r) NO_X-Konzentration oder -wert in den Abgasen praktisch gleich der bzw. dem wahren NO_X-Konzentration oder -wert darin ist, indem folgende Schritte ausgeführt werden: Ermitteln einer Rate des Auftretens von NO oder NO₂ in einem NO_X-Gemisch in den Abgasen; Ermitteln einer Diffusionsgeschwindigkeit von NO und einer weiteren Diffusionsgeschwindigkeit von NO₂, und anschließendes Korrigieren einer bzw. eines erfassten NO_X-Konzentration oder -werts, die bzw. der durch einen NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird, basierend auf der Differenz zwischen den Diffusionsgeschwindigkeiten von NO und NO₂ sowie auf der Rate des Auftretens von NO und NO₂, wodurch die bzw. der erfasste NO_X-Konzentration oder -wert der wahren NO_X-Konzentration oder -wert angenähert wird.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Erfindung mit der Formulierung „physikalische Größen der Temperatur, die für die Temperaturen der Abgase relevant sind” entweder die tatsächlichen Temperaturen der Abgase oder andere physikalische Größen gemeint sein können. So ist es z. B. zulässig, die Temperaturen der Abgase oder die Temperaturen der Katalysatoren auf Basis der Temperaturen des Auspuffrohrs des Abgassystems indirekt zu berechnen, wobei die erhaltenen Daten als die physikalischen Größen der Temperatur verwendet werden. Desgleichen können mit der Formulierung „physikalische Größen der Sauerstoffkonzentration, die für die Sauerstoffkonzentrationen der Abgase relevant sind” entweder die tatsächlichen Sauerstoffkonzentrationen in den Abgasen oder die weiteren physikalischen Größen gemeint sein. Das heißt, dass es zulässig ist, z. B. die Kraftstoff-Luftverhältnisse als die physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration zu verwenden.
In der Zwischenzeit ist allgemein bekannt geworden, dass ein NO_X-Sensor zu Verfügung steht, der eine Sauerstoffpumpelektrode, eine Sauerstofferfassungselektrode und eine NO_X-Erfassungselektrode aufweist. Die Sauerstoffpumpelektrode führt den Sauerstoff im Inneren der Abgaskammer des NO_X-Sensors nach außerhalb der Abgaskammer ab. Folglich wird das in der vorstehenden Gleichung (i) angeführte chemische Gleichgewicht bei den Abgasen, die in die Abgaskammer eingeführt werden, und dann durch die Sauerstoffpumpelektrode bewegt werden, nach links verschoben. Anders ausgedrückt wandelt die Sauerstoffpumpelektrode NO₂ in den Abgasen, die in die Abgaskammer eingeführt werden, in NO um.
Ähnlich zur Sauerstoffpumpeelektrode führt die Sauerstofferfassungselektrode den Sauerstoff, der in den Abgasen verblieben ist, die durch Sauerstoffpumpelektrode gelangt sind, nach außerhalb der Abgaskammer ab. Dann erfasst die Sauerstofferfassungselektrode eine Konzentration des Sauerstoffs, der in den Abgasen verblieben ist, basierend auf einem elektrischen Strom, der während der Abführung auftritt (und der nachstehend als „Sauerstofferfassungsstrom” bezeichnet wird).
In der gleichen Weise wie die Sauerstoffpumpelektrode und die Sauerstofferfassungselektrode führt die NO_X-Erfassungselektrode den Sauerstoff, der in den durch die Sauerstofferfassungselektrode gelangten Abgasen verblieben ist, nach außerhalb der Abgaskammer ab. Außerdem zersetzt die NO_X-Erfassungselektrode das NO bzw. Stickstoffmonoxid, das in den in die Abgaskammer eingeführten Abgasen vorhanden ist, in Stickstoffionen und Sauerstoffionen, und transportiert dann die Sauerstoffionen nach außerhalb der Abgaskammer. Somit führt die NO_X-Erfassungselektrode den in dem NO enthaltenen Sauerstoff nach außerhalb der Abgaskammer ab. Dann erfasst die NO_X-Erfassungselektrode eine Konzentration der NO_X in den Abgasen basierend auf einem elektrischen Strom, der durch die Abführung erzeugt wird (und der nachstehend als ein „NO_X-Erfassungsstrom” bezeichnet wird).
Wird so ein NO_X-Sensor als der NO_X-Sensor verwendet, der in dem NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und in der NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, kann z. B. ein rechnerischer Ausdruck zum Korrigieren einer NO_X-Konzentration, die durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird, hergeleitet werden, wie vorstehend beschrieben ist. Bei den nachstehenden für die Berechnungen verwendeten Formeln steht „Z” für einen Wert bzw. eine Größe, der bzw. die erhalten wird, indem eine NO₂-Konzentration in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht des NO_X-Sensors gelangen, durch eine Summe der NO₂-Konzentration und einer NO-Konzentration in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, dividiert wird. Das heißt, dass „Z” einem existierenden Anteil von NO₂ in dem Gemisch aus NO₂ und NO entspricht, d. h. einem existierenden Anteil, der auf das vorliegende NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und die NO_X-Erfassungsvorrichtung bezogen ist. Außerdem steht „B” für einen Wert, der durch Dividieren einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch eine NO-Diffusionsgeschwindigkeit erhalten wird. In anderen Worten ist „B” also gleichbedeutend mit der beanspruchten Formulierung „Differenz zwischen einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit”. Darüber hinaus bezeichnet „A” eine Differenz zwischen einem NO_X-Erfassungsstrom und einem Sauerstofferfassungsstrom.
Wie in 1 dargestellt ist, handelt es sich bei einem wirklichen oder exakten NO_X-Wert oder einer wirklichen oder exakten NO_X-Konzentration „X0” um eine Summe der NO₂-Konzentration „a” und der NO-Konzentration „b” in den Abgasen, bevor sie durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht des NO_X-Sensors gelangen. Bei einem erfassten NO_X-Wert oder einer erfassten NO_x-Konzentration „A”, die der NO_X-Sensor erfasst, handelt es sich um folgende Summe: die NO-Konzentration „b”; und ein Produkt, das durch Multiplizieren der NO₂-Konzentration „a” in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, mit „B” (nämlich dem Quotienten, der durch Dividieren einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch eine NO-Diffusionsgeschwindigkeit ermittelt wird) ermittelt wird. Kurzum drückt der nachstehende Ausdruck (I) den wahren NO_X-Wert oder die wahre NO_X-Konzentration „X0” aus, und eine weitere nachstehend aufgeführte Gleichung (II) drückt den erfassten NO_X-Wert oder die erfasste NO_X-Konzentration „A” aus. Außerdem ergeben Gleichung (I) und Gleichung (II) noch eine weitere Gleichung (III), die eine Beziehung zwischen dem bzw. der erfassten NO_X-Wert oder Konzentration „A” und dem bzw. der echten NO_X-Wert oder Konzentration „X₀” ausdrückt. „X₀” = „a” + „b” (I) „A” = „b” + „B” × „a” (≠ X₀) (II) „A” = ”B” × ”a” + ”b” = ”B” × ”a” + (”X₀” – ”a”) = ”X₀” + ”a” × (”B” – 1) (III)
Außerdem ist ein existierender Anteil von NO gegenüber NO_X in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht des NO_X-Sensors gelangen, gleich „Z”, nämlich der Wert, der aus der Division der NO₂-Konzentration „a” in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, durch eine Summe der NO₂-Konzentration „a” und der NO-Konzentration „b” in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, folgt. Dementsprechend ergibt die nachstehende Gleichung (IV) die NO₂-Konzentration „a” in den Abgasen, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen. „a” = „X₀” × „Z” (IV)
Somit folgt daraus, dass die nachstehende Gleichung (V), die den wahren NO_X-Wert oder die Konzentration „X₀” ausdrückt, von den Gleichungen (III) und (IV) hergeleitet wird, wie nachstehend gezeigt ist. „A” = „X₀” + „a” × („B” – 1) = „X₀” + „X₀” × „Z” × („B” – 1) = ”X₀” × (1 + ”Z” × ”B” – ”Z”) ”X₀” = ”A”/(1 + ”Z” × ”b” – ”Z”) (V)
Eine große Vielfalt von Werten bezüglich ”X₀”, die durch Einsetzen vieler verschiedener erfasster NO_X-Werte oder -Konzentrationen sowie der NO- und NO₂-Konzentrationen in „A”, „B” und „Z” in der vorstehenden Gleichung (V) ermittelt wurden, waren praktisch genauso groß, wie die wahren NO_X-Werte. Dennoch stimmten die resultierenden „X₀”-Werte nicht völlig mit den wahren NO_X-Werten überein. Daher wurde der wahre NO_X-Wert oder die wahre NO_X-Konzentration „X₀” auf der linken Seite der Gleichung (V) durch „X”, die korrigierte NO_X-Konzentration (oder die bzw. der korrigierte NO_X-Erfassungskonzentration oder -Wert) ersetzt, wie in dem vorstehend beschriebenen Ausdruck (1) festgelegt ist, d. h. „X” = „A”/(1 + ”Z” × ”B” – „Z”).
Es wird darauf hingewiesen, dass es eine bekannte Tatsache ist, dass die NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit um einen Faktor von etwa 80°% langsamer ist als die NO-Diffusionsgeschwindigkeit. Folglich kann „B” im Ausdruck (1) oder der vorstehenden Gleichung (V), nämlich der durch Dividieren der NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch die NO-Diffusionsgeschwindigkeit erhaltene Wert, näherungsweise 0,8, oder noch genauer 0,81 betragen. In praktischen Anwendungen kann „B” sich in einem Bereich von 0,79 bis 0,82 oder vorzugsweise von 0,80 bis 0,81 bewegen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die vorliegende Erfindung sowie viele ihrer Vorteile werden unter Bezugnahme auf die nachstehend ausführliche Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung und den entsprechenden Textstellen, die allesamt Teil der Offenbarung sind, besser verständlich.
1 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer Beziehung zwischen einem bzw. einer wirklichen oder exakten NO_X-Wert oder -Konzentration „X₀”, einer NO₂-Konzentration „a” in den Abgasen, bevor diese durch eine poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, einer NO-Konzentration „b” in den Abgase, bevor diese durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, und einer bzw. einem erfassten NO_X-Konzentration oder -Wert „A”.
2 ist eine Vorderansicht, die zur schematischen Darstellung eines NO_X-Sensors, der eine NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, teilweise abgeschnitten gezeigt ist.
3 ist eine Querschnittansicht zur schematischen Darstellung von Abgaskammern, die die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel ausbilden, und von Bestandteilen einer Erfassungseinheit, die die NO_X-Erfassungsvorrichtung ausbilden.
4 ist ein Balkendiagramm zur Darstellung des Ergebnisses eines Tests zur Bewertung der NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nach einer allgemeinen Beschreibung der vorliegenden Erfindung kann das Verständnis der Erfindung noch weiter vertieft werden, indem auf die spezifischen bevorzugten Ausführungsformen Bezug genommen wird, die hierin ausschließlich zu Darstellungszwecken vorgesehen sind und den Schutzbereich der angehängten Ansprüche nicht einschränken sollen.
Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen NO_X-Sensor, der eine Sauerstoffpumpelektrode, eine Sauerstofferfassungselektrode und eine NO_X-Erfassungselektrode aufweist, können andere NO_X-Sensoren verwendet werden, um einen NO_X-Sensor Teil des NO_X-Sensor-Korrekturverfahrens und der NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu machen. So ist es z. B. möglich, einen NO_X-Sensor zu verwenden, der die in den Abgasen enthaltenen NO_X, die durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht strömen und dann in die Abgaskammer eingeführt werden, in ein einfaches Gas verwandelt (z. B. NO). In einem solchen NO_X-Sensor ist ein Katalysator, der die Reaktion, nämlich NO₂ → NO, begünstigt, auf einer weiter stromauf befindlichen Seite in der Abgasströmungsleitung als die poröse Diffusionswiderstandsschicht angeordnet, und in dem selben ist die Abgaskammer angeordnet. Auch in diesem Fall ist aufgrund der Reaktion unter einem chemischen Gleichgewicht, wie durch die vorstehende Gleichung (i) gezeigt wird, NO₂ in geringen Mengen in den Abgasen enthalten, die durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangen, um die Abgaskammer zu erreichen. Auch wenn somit ein anderer NO_X-Sensor verwendet wird, kann auch in der nachstehend geschilderten Weise bewirkt werden, dass eine bzw. ein erfasste(r) NO_X-Konzentration oder -wert, die bzw. der durch den NO_X-Sensor tatsächlich erfasst wird, praktisch gleich der bzw. dem wahren NO_X-Konzentration oder -wert praktisch ist oder ihr bzw. ihm angenähert wird: Bestimmen eines existierenden Anteils von NO oder NO₂ in dem Gemisch aus NO_X unter Bezugnahme auf ein Korrektur-Kennfeld, das aus physikalischen Größen der Temperatur und physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration besteht, die im Voraus tatsächlich ermittelt wurden; und anschließendes Korrigieren der bzw. des erfassten NO_X-Konzentration oder -werts basierend auf dem resultierenden existierenden Anteil von NO oder NO₂, während die Differenz zwischen einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit in Betracht gezogen wird.
In den meisten Anwendungen weist jedoch ein NO_X-Sensor, der auf das NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bezogen ist, normalerweise ein poröse Diffusionswiderstandsschicht, eine Abgaskammer und eine Erfassungseinheit auf. Nachstehend erfolgte eine ausführlichere Beschreibung der Bestandteile.
Die poröse Diffusionswiderstandsschicht dient als eine Schicht zum Einführen der Abgase in das Innere der Abgaskammer bei einem vorbestimmten Diffusionsraten-Steuerungswiderstand. Die poröse Diffusionswiderstandsschicht kann aus einem porösen Körper bestehen, der z. B. aus Aluminiumoxid besteht. Um den porösen Körper auszubilden, kann außerdem ein nichtporöser Körper mit Poren versehen werden.
Ein NO_X-Sensor, der mit paarigen Sauerstoffpumpelektroden, paarigen Sauerstofferfassungselektroden und paarigen NO_X-Erfassungselektroden versehen ist, kann verwendet werden, um den NO_X-Sensor auszuführen, der auf das NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bezogen ist. In einem NO_X-Sensor wie diesem sind die paarigen Sauerstoffelektroden, die paarigen Sauerstofferfassungselektroden und die paarigen NO_X-Erfassungselektroden so angeordnet, dass eine zwischen denselben jeweils eine Festelektrolytschicht angeordnet werden kann. Wird diese Art von NO_X-Speicher-Reduktionskatalysator verwendet, so dass dieser NO_X-Sensor der vorliegenden Erfindung entspricht, kann die Festelektrolytschicht aus Materialien gefertigt sein, die eine Sauerstoffionen-Leitfähigkeit aufweisen. Was die Materialien angeht, die für die Herstellung der Festelektrolytschicht verwendet werden, so können vorzugsweise folgende Materialien verwendet werden: Zirkonoxid (oder Zirkonsäure bzw. Zirkonerde), Bismutoxid und Ceroxid (oder Ceria). Außerdem können weiterhin Yittriumoxid (oder Yttrium), Calciumoxid (oder Branntkalk), Cerioxid (oder Cer) oder Magnesiumoxid (Magnesia) zu einem der vorstehenden verwendeten Hauptmaterialien hinzugefügt werden.
Die Sauerstoffpumpelektroden und Sauerstofferfassungselektroden können vorzugsweise aus einer Pt-Au-Legierung gefertigt sein. Die Pt-Au-Legierungen können nicht nur das Oxid im Inneren der Abgaskammer nach außerhalb der Abgaskammer abführen, sondern wirken sich weniger wahrscheinlich störend auf die Arbeitsabläufe der NO_X-Erfassungselektrode, also die Erfassung von NO_X, aus, weil sie eine gute Sauerstoffempfindlichkeit aufweisen und eine geringe selektive Reduzierbarkeit gegenüber NO_X aufweisen. Es ist zu beachten, dass hierin aufgeführten „Pt-Au-Legierungen” Legierungen bezeichnen, die hauptsächlich aus Pt und Au bestehen. Die Pt-Au-Legierungen können jedoch in Spuren auch andere Elemente aufweisen. Außerdem dürfen die Sauerstoffpumpelektroden und Sauerstofferfassungselektroden aus zueinander unterschiedlichen Materialien gefertigt sein.
Außerdem ist das Mengenverhältnis von Pt zu Au im Speziellen nicht auf eine Pt-Au-Legierung beschränkt, aus denen die Sauerstoffpumpelektroden und die Sauerstofferfassungselektroden bestehen. Die im Allgemeinen verwendeten Sauerstoffpumpelektroden und Sauerstofferfassungselektroden weisen z. B. jedoch Pt und Au in einem Massenverhältnis von Pt zu Au von 99:1 bis 90:10 auf.
Demgegenüber soll als Material zur Fertigung der NO_X-Erfassungselektroden eine Pt-Rh-Legierung verwendet werden, weil Pt-Rh-Legierungen nicht nur NO_X reduzieren können, sondern auch eine gute Sauerstoffempfindlichkeit aufweisen. Zu beachten ist dabei, dass der hierin angeführte Begriff „Pt-Rh-Legierung” Legierungen beinhaltet, bei denen Pt und Rh die Hauptkomponenten darstellen, sowie Legierungen, die, neben Pt und RH, in winzigen Mengen auch aus anderen Elementen bestehen. Außerdem bestehen keine speziellen Einschränkungen im Hinblick darauf, in welchem Pt-zu-Rh-Verhältnis eine Pt-Rh-Legierung, aus der die NO_X-Erfassungselektroden bestehen, Pt und Rh aufweist. Aus Pt und Rh werden z. B. jedoch NO_X-Erfassungselektroden gefertigt, die üblicherweise in einem Massenverhältnis von Pt zu Rh verwendet worden sind, das sich in einem Bereich von 50:50 zu 90:10 bewegt.
Beispiel
Nachstehend erfolgt eine ausführliche Beschreibung eines auf die vorliegende Erfindung bezogenen Beispiels. Das Beispiel verkörpert das NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine auf das Beispiel bezogene NO_X-Erfassungsvorrichtung stellt die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar und korrigiert eine bzw. einen erfasste(n) NO_X-Konzentration oder -wert unter Verwendung des NO_X-Sensor-Korrekturverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine teilweise abgeschnittene Vorderansicht, die eine schematische Darstellung eines NO_X-Sensors ist, der auf die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem Beispiel gerichtet ist, ist in 2 gezeigt. Eine Querschnittansicht, die die Abgaskammern und die Bestandteile einer Erfassungseinheit, die auf die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem Beispiel bezogen ist, schematisch darstellt, ist in 3 gezeigt.
(NO_X-Erfassungsvorrichtung)
Die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel weist einen NO_X-Sensor 1 (siehe 2 und 3), ein Korrekturkennfeld, einen Detektor und einen Kalkulator auf. In der vorliegenden NO_X-Erfassungsvorrichtung wird eine Motorsteuerungseinheit für ein Fahrzeug (die nachstehend als „ECU” bezeichnet wird) verwendet, die den Kalkulator bereitstellen soll. Die ECU speichert das Korrekturkennfeld. Der Detektor ist mit einem ersten Detektor zum Erfassen der physikalischen Größen der Temperatur und einem zweiten Detektor zum Erfassen der physikalischen Größen des Sauerstoffs versehen. Ein Thermometer, das ein Thermoelement aufweist, wurde beispielsweise verwendet, um den ersten Detektor bereitzustellen. Der erste Detektor kann in einer Abgasströmungsleitung des Fahrzeug-Abgassystems angeordnet sein und die Temperatur der Abgase erfassen, unmittelbar bevor diese in den NO_X-Sensor 1 eingeführt werden. Außerdem können die paarigen Sauerstoffpumpelektroden, auf die in der Beschreibung später eingegangen wird, verwendet werden, um den zweiten Detektor bereitzustellen.
Wie in 2 dargestellt ist, besteht der NO_X-Sensor 1 aus einem Erfassungselement 11, einem Gehäuse 12 und dem Detektor. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden NO_X-Erfassungsvorrichtung die ECU einen Teil des Detektors ausbildet, wie in der Zeichnung zu erkennen ist.
Das Gehäuse 12 besteht aus einem Metall, wie z. B. rostfreiem Stahl oder Inconel (Marke) und ist im Wesentlichen becherförmig ausgebildet. Eine Seitenwand des Gehäuses 12 ist mit einem gehäuseseitigen Abgaseinführkanal 13 versehen, der als Durchgangsloch ausgebildet ist. Eine untere Wand des Gehäuses 12 ist mit einem gehäuseseitigen Abgasabführkanal (nicht gezeigt) versehen, der als ein Durchgangsloch ausgebildet ist. Der gehäuseseitige Abgaseinführkanal 13 stellt eine Einlassöffnung zum Einführen von Abgasen von außerhalb des Gehäuses 12 bereit, nämlich von der Abgasströmungsleitung, in das Innere des Gehäuses 12. Der gehäuseseitige Abgasabführkanal stellt eine Auslassöffnung zum Abführen von Abgasen von der Innenseite des Gehäuses 12 zur Außenseite des Gehäuses 12 bereit.
Wie in 3 deutlich zu sehen ist, weist das Sensorelement 11 eine Mehrzahl von porösen Diffusionswiderstandsschichten, eine Mehrzahl von Abgaskammern und eine Erfassungseinheit auf. Zu beachten ist dabei, dass zwei Diffusionswiderstandsschichten, eine erste Diffusionswiderstandsschicht 21 und eine zweite Diffusionswiderstandsschicht 22, die porösen Diffusionswiderstandsschichten bereitstellen. Außerdem werden die Abgaskammern durch zwei Kammern, eine erste Kammer 31 und eine zweite Kammer 32, bereitgestellt. Die Erfassungseinheit besteht aus einer Mehrzahl von Festelektrolytschichten, einer Mehrzahl von Abgrenzungsschichten, einem Paar von Sauerstoffpumpelektroden, einem Paar von Sauerstofferfassungselektroden, einem Paar von NO_X-Erfassungselektroden und einer Mehrzahl von Heizelementen 70. Es ist zu beachten, dass die Festelektrolytschichten durch zwei Festelektrolytschichten, eine erste Festelektrolytschicht 41 und eine zweite Festelektrolytschicht 42, bereitgestellt werden. Außerdem werden die Abgrenzungsschichten durch fünf Abgrenzungsschichten, eine erste Abgrenzungsschicht 51, eine zweite Abgrenzungsschicht 52, eine dritte Abgrenzungsschicht 53, eine vierte Abgrenzungsschicht 54 und eine fünfte Abgrenzungsschicht 55 bereitgestellt. Darüber hinaus stellen die beiden Pumpelektroden, eine innere Pumpelektrode 61 und eine äußere Pumpelektrode 62, die paarigen Sauerstoffpumpelektroden bereit. Außerdem stellen die beiden Sauerstofferfassungselektroden, eine innere Sauerstofferfassungselektrode 63 und eine äußere Sauerstofferfassungselektrode 64, die paarigen Sauerstofferfassungselektroden bereit. Darüber hinaus stellen die beiden NO_X-Erfassungselektroden, eine innere NO_X-Erfassungselektrode 65 und eine äußere NO_X-Erfassungselektrode 66, die paarigen NO_X-Erfassungselektroden bereit.
Die erste Diffusionswiderstandsschicht 21 und die zweite Diffusionswiderstandsschicht 22 bestehen z. B. aus porösem Aluminiumoxid und ermöglichen den Abgasen sich durch dieselben zu verteilen. Die erste Festelektrolytschicht 41 und die zweite Festelektrolytschicht 42 bestehen aus einem Gemisch aus Zirkon und Yttrium und sind jeweils im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet. Die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Abgrenzungsschicht 51, 52, 53, 54 und 55 bestehen aus Aluminiumoxid. Die innere Pumpelektrode 61 und die innere Sauerstofferfassungselektrode 63 bestehen aus einer Pt-Au-Legierung, deren Massenverhältnis von Pt zu Au 99/1 (d. h. Pt:Au = 99:1) beträgt. Die innere NO_X-Erfassungselektrode 65 besteht aus einer Pt-Rh-Legierung, deren Massenverhältnis von Pt zu Rh 50/50 (d. h. Pt:Rh = 50:50) beträgt. Die äußere Pumpelektrode 62, die äußere Sauerstofferfassungselektrode 64 und die äußere NO_X-Erfassungselektrode 66 bestehen aus Pt.
Wie in 3 dargestellt, sind der erste Festelektrolyt 41 und der zweite Festelektrolyt 42 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Der erste Festelektrolyt 41 ist mit einem sensorseitigen Abgaseinführkanal 43 versehen, der als Durchgangsloch ausgebildet ist. Der sensorseitige Abgaseinführkanal 43 wird durch die erste Diffusionswiderstandsschicht 21 bedeckt. Der sensorseitige Einführkanal 43 und die erste Diffusionswiderstandsschicht 21 stellen eine Leitung zum Einführen von Abgasen in eine Abgaskammer bereit, auf die in der Beschreibung später eingegangen wird. Die erste Abgrenzungsschicht 51 ist als ein Rahmen ausgebildet und wird in Form einer dünnen Schicht zwischen der ersten Festelektrolytschicht 41 und der zweiten Festelektrolytschicht 42 gehalten. Die erste Diffusionswiderstandsschicht 21, die erste Festelektrolytschicht 41, die zweite Festelektrolytschicht 42 und die erste Abgrenzungsschicht 51 definieren oder grenzen eine Abgaskammer ab. Die zweite Diffusionswiderstandsschicht 22 unterteilt die Abgaskammer in zwei Teile, nämlich eine erste Kammer 31, die den sensorseitigen Abgaseinführkanal 43 und eine zweite Kammer 32 beinhaltet oder dazu benachbart ist, wobei die Kammer 32 den sensorseitigen Abgaseinführkanal 43 nicht beinhaltet oder dazu benachbart ist. Von den Flächen der zweiten Festelektrolytschicht 42 ist die innere Pumpelektrode 61 auf der einen der einander gegenüberliegenden Flächen, die die erste Abgaskammer 31 (oder die nach oben gerichtete Fläche in der Zeichnung) bereitstellt, als Schicht angeordnet. Von den Flächen der zweiten Festelektrolytschicht 42 ist die äußere Pumpelektrode 62 auf der anderen der einander gegenüberliegenden Flächen, die die erste Abgaskammer 31 nicht bereitstellt, oder die der einen der einander gegenüberliegenden Flächen gegenüberliegt (bzw. die in der Zeichnung nach unten gerichtete Fläche), als Schicht angeordnet. Außerdem sind von den Flächen der ersten Festelektrolytschicht 41 die innere Oxiderfassungselektrode 63 und die innere NO_X-Erfassungselektrode 65 auf der einen der einander gegenüberliegenden Flächen, die die zweite Abgaskammer 32 bereitstellt (oder die in der Zeichnung nach unten gerichtete Fläche), als Schicht angeordnet. Von den Flächen der ersten Festelektrolytschicht 41 sind die äußere Oxiderfassungselektrode 64 und die äußere NO_X-Erfassungselektrode 66 auf der jeweils anderen der einander gegenüberliegenden Flächen, die die zweite Abgaskammer nicht bereitstellt, oder die der einen der einander gegenüberliegenden Flächen gegenüberliegt (oder die in der Zeichnung nach oben gerichtete Fläche), als Schicht angeordnet.
Die inneren und äußeren Sauerstofferfassungselektroden 63 und 64 sind an Positionen angeordnet, die sich näher zu dem sensorseitigen Abgaseinführkanal 43 befinden als die innere und äußere NO_X-Erfassungselektrode 65 und 66. Außerdem sind die innere und die äußere Sauerstoffpumpelektrode 61 und 62 an Positionen angeordnet, die viel näher an dem sensorseitigen Abgaseinführkanal 43 angeordnet sind als es die innere und äußere Sauerstofferfassungselektrode 63 und 64 sowie die innere und äußere NO_X-Erfassungselektrode 65 und 66 sind. Anders ausgedrückt sind die innere und die äußere Sauerstoffpumpeelektrode 61 und 62 in Bezug auf die innere und äußere Sauerstofferfassungselektrode 63 und 64 sowie die innere und die äußere NO_X-Erfassungselektrode 65 und 66 auf einer stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsleitung angeordnet. Umgekehrt sind die innere und die äußere NO_X-Erfassungselektrode 65 und 66 in Bezug auf die innere und die äußere Sauerstoffpumpelektrode 61 und 62 sowie die innere und äußere Sauerstofferfassungselektrode 63 und 64 auf einer stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsleitung angeordnet.
Wie in 3 gezeigt, ist von einer der einander gegenüberliegenden Flächen der ersten Festelektrolytschicht 41 die dritte Abgrenzungsschicht 53 auf der einen der einander gegenüberliegenden Flächen, die gegenüber der zweiten Kammer 32 angeordnet ist, (oder der in der Zeichnung nach oben gerichteten Fläche) als Schicht angeordnet. Die dritte Abgrenzungsschicht 53 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und grenzt an die erste Diffusionswiderstandsschicht 21 an. Außerdem ist von einer der einander gegenüberliegenden Flächen der dritten Abgrenzungsschicht 53 die vierte Abgrenzungsschicht 54 auf der einen der einander gegenüberliegenden Flächen, die gegenüber der ersten Festelektrolytschicht 41 angeordnet ist, (oder der nach oben gerichteten Fläche in der Zeichnung) als Schicht angeordnet. Die vierte Abgrenzungsschicht 54 grenzt ebenfalls an die erste Diffusionswiderstandsschicht 21 an. Die erste Festelektrolytschicht 41, die dritte Abgrenzungsschicht 53 und die vierte Abgrenzungsschicht 54 definieren oder grenzen eine erste Abgasströmungsleitung 81 ab. Die erste Abgasströmungsleitung 81 ist in der Nähe des gehäuseseitigen Abgasabführkanals angeordnet und ist mit der Außenseite des Gehäuses 12, d. h. der Außenseite des NO_X-Sensors 1, mittels dem gehäuseseitigen Abgasabführkanal, verbunden.
Desgleichen ist von der einen der einander gegenüberliegenden Flächen der zweiten Festelektrolytschicht 42 die zweite Abgrenzungsschicht 52 auf der einen der einander gegenüberliegenden Flächen, die gegenüber der ersten Kammer 31 angeordnet ist, (oder der nach unten gerichteten Fläche) als Schicht angeordnet, wie in 3 dargestellt ist. Die zweite Abgrenzungsschicht 52 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und öffnet sich in der gleichen Richtung wie die dritte Abgrenzungsschicht 53. Außerdem ist von einer der einander gegenüberliegenden Flächen der zweiten Abgrenzungsschicht 52 die fünfte Abgrenzungsschicht 55, die plattenförmig ausgebildet ist, auf der einen der einander gegenüberliegenden Flächen, die gegenüber der zweiten Festelektrolytschicht 42 angeordnet ist, (der in der Zeichnung nach unten gerichtete Fläche) als Schicht angeordnet. Die fünfte Abgrenzungsschicht 55 ist mit darin vergrabenen Heizelementen 70 versehen. Die Heizelemente 70 sind mit einer nicht gezeigten außerhalb befindlichen elektrischen Leistungsquelle verbunden, um das Sensorelement 11 zu beheizen. Die zweite Festelektrolytschicht 42, die zweite Abgrenzungsschicht 52 und die fünfte Abgrenzungsschicht 55 definieren oder begrenzen eine zweite Abgasströmungsleitung 82. Die zweite Abgasströmungsleitung 82 ist in der Nähe des gehäuseseitigen Abgasabführkanals angeordnet und ist mit der Außenseite des Gehäuses 12 mittels des gehäuseseitigen Abgasabführkanals verbunden.
(Funktionsweise des NO_X-Sensors 1)
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine ausführliche Beschreibung darüber, wie der NO_X-Sensor 1, der die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, funktioniert.
Abgase werden in das Innere des Gehäuses 12 durch den gehäuseseitigen Abgaseinführkanal 13 und dann in die erste Kammer 31 eingeführt, nachdem sie durch die erste Diffusionswiderstandschicht 21 und einen sensorseitigen Abgaseinführkanal 43 gelangt sind. Die so eingeführten Abgase gelangen zuerst mit der inneren Sauerstoffpumpelektrode 61 in Kontakt, die im Inneren der ersten Kammer 31 freiliegt. Die innere Sauerstoffpumpelektrode 61 ionisiert den Sauerstoff, der in den Abgasen enthalten ist, die mit der inneren Sauerstoffpumpeelektrode 61 in Kontakt gelangt sind. Dann gelangt das ionisierte Oxid durch die zweite Festelektrolytschicht 42 und gelangt schließlich über die äußere Sauerstoffpumpelektrode 62 nach außerhalb der ersten Kammer 31 (d. h. es gelangt aus der ersten Kammer 31 zu der zweiten Abgasströmungsleitung 82 über die äußere Sauerstoffpumpelektrode 62). Bei dieser Gelegenheit liest die ECU, der in den Ansprüchen angeführte Kalkulator, der mit den inneren und der äußeren Sauerstoffpumpelektroden 61 und 62 verbunden ist, die elektrischen Sauerstoffpumpströme aus, die durch die innere und die äußere Sauerstoffpumpelektrode 61 und 62 ausgegeben werden, wodurch die Oxidkonzentrationen der eingeführten Abgase berechnet werden. Außerdem berechnet die ECU die Kraftstoff-Luftverhältnisse A/F basierend auf den resultierenden Sauerstoffkonzentrationen. Darüber hinaus verwendet die ECU die so berechneten A/Fs als die in den Ansprüchen angeführten physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration in einer Korrektur der NO_X-Konzentrationen, auf die in der Beschreibung später eingegangen wird.
Die NO_X, die in den Abgasen enthalten sind, die im Inneren der ersten Kammer 31 vorhanden sind, werden hingegen in NO umgewandelt bzw. zu NO reduziert, weil die innere und die äußere Sauerstoffpumpelektrode 61 und 62 den Sauerstoff, der in den Abgasen enthalten ist, die in die erste Kammer 31 eingeführt werden, an die zweite Abgasströmungsleitung 82 abführen.
Außerdem gelangen dann die Abgase, die die innere Sauerstoffpumpelektrode 61 kontaktiert haben, jedoch in der ersten Kamme 31 vorhanden sind, dann durch die zweite Diffusionswiderstandsschicht 22 und gelangen dann in die zweite Kammer 32. Die Abgase, die in die zweite Kammer 32 gelangen, gelangen zuerst mit der inneren Sauerstofferfassungselektrode 63 in Kontakt. Die innere Sauerstofferfassungselektrode 63 ionisiert den Sauerstoff, der in den Abgasen verblieben ist, die mit der inneren Sauerstoffpumpelektrode 61 in Kontakt gelangt sind. Dann gelangt das ionisierte Oxid durch die erste Festelektrolytschicht 41 und schließlich mittels der äußeren Sauerstofferfassungselektrode 64 nach außerhalb der zweiten Kammer 32 (d. h. gelangt aus der zweiten Kammer 32 über die äußere Sauerstofferfassungselektrode 64 in die erste Abgasströmungsleitung 81). Dabei liest die ECU, also der in den Ansprüchen angeführte Kalkulator, die mit der inneren und der äußeren Sauerstofferfassungselektrode 63 und 64 verbunden ist, die elektrischen Sauerstofferfassungsströme heraus, die durch die innere und die äußere Sauerstofferfassungselektrode 63 und 64 ausgegeben werden.
Darüber hinaus gelangen dann die Abgase, die mit der inneren Sauerstofferfassungselektrode 63 in Kontakt gelangt sind, jedoch in der zweiten Kammer 32 vorhanden sind, mit der inneren NO_X-Erfassungselektrode 65 in Kontakt. Die innere NO_X-Erfassungselektrode 65 zersetzt das NO, das in den Abgasen enthalten ist, die mit der inneren NO_X-Erfassungselektrode 65 in Kontakt gelangt sind, in Stickstoffionen und Sauerstoffionen. Von den beiden Ionen gelangen die Oxidionen durch die erste Festelektrolytschicht 41 und gelangen schließlich mittels der äußeren NO_X-Erfassungselektrode nach außerhalb der zweiten Kammer 32 (d. h. sie gelangen aus der zweiten Kamer 32 über die äußere NO_X-Erfassungselektrode 66 in die erste Abgasströmungsleitung 81). Dabei liest die ECU, also der in den Ansprüchen angeführte Kalkulator, der mit der inneren und der äußeren NO_X-Erfassungselektrode 65 und 66 verbunden ist, die elektrischen NO_X-Erfassungsströme, die durch die innere und die äußere NO_X-Erfassungselektroden 65 und 66 ausgegeben werden. Außerdem berechnet die ECU NO_X-Konzentrationen (oder erfasste NO_X-Werte) der Abgase, die in die zweite Kammer 32 gelangen, basierend auf Differenzen zwischen den so erhaltenen elektrischen Sauerstofferfassungsströmen und elektrischen NO_X-Erfassungsströmen. Der ionisierte Sauerstoff, der aus der zweiten Kammer 32 in die erste Abgasströmungsleitung 81 gelangt ist, strömt mittels dem nicht gezeigten gehäuseseitigen Abgasauslass oder Abführkanal in die Umgebung ab.
(Korrekturkennfeld)

Die unten angeführte Tabelle 1 gibt ein Korrekturkennfeld wieder, das z. B. durch die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß diesem spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. TABELLE

	15 ≤ A/F < 20	20 ≤ A/F < 30	30 ≤ A/F < 55	55 ≤ A/F < 60
600 ≤ Temp. < 700	0,01036	0,06898	0,094846	0,11374
700 ≤ Temp. < 800	0,00457	0,03147	0,043937	0,05329
800 ≤ Temp. < 850	0,00234	0,01633	0,022940	0,02795
850 ≤ Temp. < 950	0,00175	0,01225	0,017243	0,02104

Das in Tabelle 1 gezeigte Korrekturkennfeld, das auf die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel bezogen ist, besteht aus Werten über Abgastemperaturen, Werten über A/Fs und Werten über existierende Anteile von NO₂ in Bezug auf das Gemisch aus NO und NO₂, bevor es durch die erste poröse Diffusionswiderstandsschicht 21 des NO_X-Sensors 1 gelangt. Wie in Tabelle 1 gezeigt, werden durch das Korrekturkennfeld die Beziehungen zwischen den Abgastemperaturen, den A/Fs und den existierenden Anteilen von NO₂ aufgezeichnet.
Es ist zu beachten, dass die Abgastemperaturwerte als die in den Ansprüchen angeführten „physikalischen Größen der Temperatur” herangezogen werden, und dass die A/F-Werte als die in den Ansprüchen angeführten „physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration” herangezogen werden. Außerdem können Werte über die existierenden NO-Anteile in Bezug auf das Gemisch aus NO und NO₂, bevor es durch die erste poröse Diffusionswiderstandsschicht 21 gelangt, an die Stelle der Werte über die existierenden NO₂-Anteile gesetzt werden. Die Daten, die das Korrekturkennfeld bereitstellen, wurden zusammengestellt, indem die nachstehend aufgeführten vier Schritte, als Schritte #1 bis #4, ausgeführt wurden.
(Schritt #1)
Es wurden ein NO-Gas-Generator, eine Gasmischkammer, ein elektrische Heizofen, ein NO_X-Sensor, ein Gas-Analysator und ein Thermometer bereitgestellt. Der NO_X-Sensor war mit dem vorstehend beschriebenen NO_X-Sensor gemäß dem spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung identisch. Bei dem verwendeten Gasanalysator handelte es sich um einen von der Firma HORIBA Co., Ltd. hergestellten Chemilumineszenz-Analysator. Dabei ist zu beachten, dass der Gasanalysator NO-Konzentrationen und NO₂-Konzentrationen einzeln bzw. unabhängig voneinander erfassten konnte. Als das Thermometer wurde ein Thermoelement verwendet.
Der verwendete NO-Gasgenerator bestand aus vier Gasbomben, die jeweils mit Sauerstoffgas, Propangas, einem NO-Gas und einem N₂-Gas befüllt waren. Der NO-Gasgenerator wurde an die Gasmischkammer angeschlossen. Die vier Gase wurden aus den vier Gasbomben des NO-Gasgenerators in die Gasmischkammer eingeführt, und dann miteinander vermischt, um Mischgase zu erzeugen, die Abgaskomponenten wie NO, O₂, HC und so weiter enthielten. Zu beachten ist hierbei, dass die Zuführraten des Propangases, NO-Gases und N₂-Gases während dem Einführen in die Gasmischkammer jeweils konstant eingestellt waren. Die Zuführrate des Sauerstoffgases wurde jedoch während der Zufuhr desselben in die Gasmischkammer allmählich verändert, worauf in der Beschreibung später eingegangen wird.
Der NO_X-Sensor und das Thermometer wurden in die Gasmischkammer gelegt, wo sie den Mischgasen im Inneren der Gasmischkammer ausgesetzt sein würden. Die Gasmischkammer wurde anhand einer Belüftungsleitung mit dem Gasanalysator verbunden, so dass die Mischgase innerhalb der Gasmischkammer in den Gasanalysator durch die Belüftungsleitung strömen konnten. Die Gasmischkammer wurde in den elektrischen Heizofen gelegt und dann durch den elektrischen Heizofen erwärmt, bis die Mischgase eine vorbestimmte Temperatur aufwiesen.
Zuallererst wurde die Temperatur des elektrischen Heizofens so eingestellt, dass die durch das Thermometer erfasste Temperatur der Mischgase 600°C betrug. Wenn dann die Temperatur der Mischgase 600°C erreichte, wurde der Betrieb des elektrischen Heizofens so gesteuert, dass die Mischgase weiterhin eine konstante Temperatur von 600°C aufwiesen.
(Schritt #2)
Nachdem die Temperatur der Mischgase einen konstanten Wert erreicht hatte, wurde die Zuführrate des Sauerstoffgases, das von dem NO-Gasgenerator der Gasmischkammer zugeführt worden war, so angepasst, dass die Mischgase im Inneren der Gasmischkammer ein Kraftstoff-Luftverhältnis „A/F” von 15 aufwiesen. Danach wurde der Betrieb des NO-Gasgenerators so gesteuert, dass das Sauerstoffgas, das durch den NO-Gasgenerator der Gasmischkammer zugeführt worden war, mit einer allmählich ansteigenden Zuführrate zugeführt wurde, um so das Kraftstoff-Luftverhältnis „A/F” zu erhöhen. Dabei wurden die NO-Konzentrationen und NO₂-Konzentrationen in den Mischgasen durch den Gasanalysator jedes Mal dann erfasst, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis „A/F” um den Wert 1 anstieg. Hierbei ist zu beachten, dass das Kraftstoff-Luftverhältnis „A/F” auf Basis der elektrischen Pumpströme berechnet wurde, die durch die innere und äußere Sauerstoffpumpelektrode 61 und 62 ausgegeben wurden. Der Gasanalysator erfasste weiterhin die NO-Konzentrationen und NO₂-Konzentrationen, bis die Mischgase innerhalb der Gasmischkammer ein Kraftstoff-Luftverhältnis „A/F” von näherungsweise 60 aufwiesen.
(Schritt #3)
Nachdem der vorstehend beschriebene Schritt #2 abgeschlossen worden ist, wurde der Betrieb des elektrischen Heizofens so gesteuert, dass die Temperatur der Mischgase schrittweise um 10°C ansteigen würde. Dann wurde Schritt #2 jedes Mal dann immer wieder ausgeführt, wenn die Temperatur der Mischgase um 10°C anstieg. Es ist zu beachten, dass Schritt #2 solange wiederholt wurde, bis die Mischgase eine Temperatur von näherungsweise 950°C aufwiesen.
(Schritt #4)
Schließlich wurde basierend auf den Daten, wie z. B den Mischgastemperaturen, den Kraftstoff-Luftverhältnissen „A/F”, den NO-Konzentrationen und den NO₂-Konzentrationen, die sich durch die Schritte #2 und #3 ergaben, das in Tabelle 1 gezeigte Korrekturkennfeld erstellt. Genauer gesagt wurde ein existierender NO₂-Anteil (d. h. „Z”), nämlich ein Quotient, der durch Dividieren der NO₂-Konzentration durch eine Summe der NO-Konzentration und der NO₂-Konzentration ermittelt worden war, für jede Temperatur und jedes Kraftstoff-Luftverhältnis „A/F” der Mischgase berechnet. Außerdem wurden die Temperaturen und Kraftstoff-Luftverhältnisse „A/F” der Mischgase jeweils auf einen vorbestimmten Bereich aufgeteilt. Dann wurde ein Durchschnittswert der so ermittelten existierenden NO₂-Anteile „Z” berechnet, die jeweils in einen der unterteilten Bereiche fielen. In dem in Tabelle 1 angegebenen Korrekturkennfeld wurden z. B. die Temperaturen der Mischgase in die folgenden vier spezifische Bereiche aufgeteilt: von 600°C oder mehr bis zu weniger als 700°C (genauer gesagt von 600°C bis 690°C); von 700°C oder mehr bis weniger als 800°C (genauer gesagt von 700°C bis 790°C); von 800°C oder mehr bis weniger als 850°C (genauer gesagt von 800°C bis 840°C); und von 850°C oder bis weniger als 950°C) genauer gesagt von 850°C bis 940°C). Desgleichen wurden die Kraftstoff-Luftverhältnisse „A/F” der Mischgase wurden in die folgenden vier spezifischen Bereiche aufgeteilt; von 15 oder mehr bis weniger als 20 (genauer gesagt von 15 bis 19); von 20 oder mehr bis weniger als 30 (genauer gesagt von 20 bis 29); von 30 oder mehr bis weniger als 55 (genauer gesagt von 30 bis 54); und von 55 oder mehr bis weniger als 60 (genauer gesagt von 55 bis 59). Somit wurde das Korrekturkennfeld, das auf die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel bezogen ist, erstellt, indem die vorstehend beschriebenen Schritte #1 bis #4 durchgeführt wurden.
(Korrigieren der NO_X-Konzentrationen)
Die ECU, also der in den Ansprüchen angeführte Kalkulator, der auf das NO_X-Sensorkorrekturverfahren und die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bezogen ist, korrigiert die NO_X-Konzentrationen (oder die erfassten NO_X-Werte), die durch den NO_X-Sensor 1 erfasst wurden, unter Verwendung der existierenden NO₂-Anteile in Bezug auf das Gemisch aus NO und NO₂ und der Differenz zwischen einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit.
Insbesondere verwendet die ECU einen numerischen Wert, 0,81, als die Differenz zwischen einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit. Zu beachten ist dabei, dass es sich bei dem numerischen Wert, 0,81, um den Term ”B” in dem vorstehend angeführten Ausdruck (1) „X” = „A”/1 + „B” × „Z” – „Z”) handelt, der aus der Division einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch eine NO-Diffusionsgeschwindigkeit resultiert. Außerdem verwendet die ECU existierende NO₂-Anteile in Bezug auf das Gemisch aus NO und NO₂ als einen numerischen Wert „Z”. Die numerischen Werte „Z” können ermittelt werden, indem auf das in Tabelle 1 gezeigte Korrekturkennfeld Bezug genommen wird, wobei die Abgastemperaturen und Kraftstoff-Luftverhältnisse „A/F” herangezogen werden, die durch die vorstehend beschriebene NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel erfasst wird. Wie vorstehend erwähnt wurde, stellen die Abgastemperaturen die in den Ansprüchen angeführten physikalischen Größen der Temperatur dar, und die Kraftstoff-Luftverhältnisse „A/F” stellen die in den Ansprüchen angeführten physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration dar. Anschließend korrigiert die ECU die NO_X-Konzentrationen (oder die erfassten NO_X-Werte), die durch den NO_X-Sensor 2 tatsächlich erfasst werden, indem die so erhaltenen Terme ”B”, „Z” und die NO_X-Konzentrationen (oder erfassten NO_X-Werte) „A” an die Stelle der jeweiligen Terme im vorstehenden Ausdruck (1) gesetzt werden. Somit berechnet die ECU die korrigierten Werte „X”, nämlich die korrigierten NO_X-Konzentrationen (oder korrigierten NO_X-Erfassungswerte).
(Test-Auswertung)
Die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel wurde dahingehend ausgewertet, wie präzise sie die NO_X-Konzentrationen erfassten konnte, indem folgende Werte verglichen wurden:
die korrigierten Werte „X” für die NO_X-Konzentrationen (oder korrigierten NO_X-Konzentrationen oder -werte), die korrigierten Werte „X”, die durch die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel berechnet wurden;
die NO_X-Konzentrationen (oder die erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte), die durch den NO_X-Sensor 1, der für die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel eine Rolle spielte, tatsächlich erfasst wurden; und
die wirklichen oder exakten NO_X-Konzentrationen (oder wahren NO_X-Werte) in den Abgasen, die der NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel zugeführt wurden.
Genauer gesagt wurden Mustergase zubereitet. Zu beachten ist hierbei, dass die zubereiteten Mustergase Zusammensetzungen aufwiesen, die den Zusammensetzungen der Abgas entsprachen oder diesen ähnlich waren. Die NO_X-Konzentrationen der Mustergase wurden mit dem Gasanalysator erfasst, der beim Zusammenstellen der Daten verwendet wurde, um das vorstehend beschrieben Korrekturkennfeld zu erstellen, das für die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Rolle spielt. Außerdem wurden die NO_X-Konzentrationen, A/Fs und die Temperaturen der Mustergase unter Verwendung der NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel erfasst. Anschließend wurden die wirklichen oder exakten NO_X-Konzentrationen (oder wahren NO_X-Konzentrationen oder -werte) der Mustergase, die durch den Gasanalysators erfasst wurden, mit den NO_X-Konzentrationen (oder den erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werten), die vor der Korrektur durch die ECU, als den in den Ansprüchen angeführten Kalkulator, vorlagen (bzw. die noch keiner Korrektur unterzogen worden waren), und mit den korrigierten Werten „X” verglichen, d. h. den NO_X-Konzentrationen (oder korrigierten erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werten), die nach der Korrektur vorlagen (bzw. die der Korrektur unterzogen worden waren). 4 stellt eines der Ergebnisse der Auswertung dar.
Wie in 4 zu erkennen ist, wies der Gasanalysator in der Auswertung z. B. eine NO_X-Konzentration (oder tatsächliche NO_X-Konzentration oder -wert) von 500 ppm für ein Mustergas auf. Die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel zeigte, dass das Mustergas ein A/F von 30 und eine Temperatur von 650°C aufwies. Dann gab die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel einen korrigierten Wert „X”, eine korrigierte NO_X-Konzentration (oder eine bzw. einen korrigierte(n) erfasste(n) NO_X-Konzentration oder -wert) von etwa 497 ppm an. Den Ergebnissen der Auswertung konnte somit entnommen werden, dass das NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und die NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel eine Annäherung an die bzw. eine praktische Entsprechung der „rohen” bzw. unverarbeiteten oder soeben erfassten NO_X-Konzentrationen (oder erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte) und an die bzw. mit den wirklichen oder exakten NO_X-Konzentrationen (oder wahren NO_X-Konzentrationen oder -werte) ermöglichte.
Es wird darauf hingewiesen, dass in dem NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und der NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel das Korrekturkennfeld sich zusammensetzt aus den physikalischen Größen der Temperatur, die in vorbestimmte Kategorien aufgeteilt sind, den physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration, die in andere vorbestimmte Kategorien aufgeteilt sind, und den gemittelten Werten „Z” der existierenden NO₂- oder NO-Anteile des Gemischs aus NO2 und NO, und den existierenden Anteilen, die unter die Kategorien der physikalischen Größen der Temperatur und der physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration fallen. Die exaktere Subsumierung der physikalischen Größen der Temperatur und der physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration führt dazu, dass die existierenden NO₂- oder NO-Anteile in dem Gemisch aus NO₂ und NO viel präziser mit den physikalischen Größen der Temperatur und den physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration in Beziehung gebracht werden können. Dementsprechend können die gemittelten Werte „Z”, die existierenden NO₂- oder NO-Anteile in dem Gemisch aus NO₂ und NO noch viel genauer bestimmt werden. Folglich können auch die „rohen” bzw. unverarbeiteten oder soeben erfassten NO_X-Konzentrationen (oder erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte) viel genauer korrigiert werden.
Zudem wurden die „rohen” bzw. unverarbeiteten NO_X-Konzentrationen (oder erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte) entsprechend dem in den Ansprüchen ausgeführten Ausdruck (1), d. h. „X” = „A”/(1 + „B” × „Z” – „Z”), in dem NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und der NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung korrigiert. Mit der vorliegenden Erfindung können jedoch die „rohen” oder soeben erfassten NO_X-Konzentrationen (oder erfassten NO_X-Konzentrationen oder -werte) durch Verwenden der anderen Ausdrücke wie den vorstehend beschriebenen Gleichungen (I) bis (V), die zum Herleiten des in den Ansprüchen angeführten Ausdrucks (1) verwendet werden, korrigiert werden.
Darüber hinaus wurde in dem NO_X-Sensor, der in dem NO_X-Sensor-Korrekturverfahren und der NO_X-Erfassungsvorrichtung gemäß dem spezifischen Beispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird, die zweite Diffusionswiderstandsschicht 22 verwendet, um die in den Ansprüchen angeführte Abgaskammer in die erste Abgaskammer 31 und die zweite Abgaskammer 32 aufzuteilen. In der vorliegenden Erfindung bildet die zweite Diffusionswiderstandsschicht 22 jedoch keinesfalls einen unverzichtbaren Bestandteil derselben. Das heißt, dass die innere Sauerstoffpumpeelektrode 61 und die innere Sauerstofferfassungselektrode 63 sowie die innere NO_X-Erfassungselektrode 65 in einer eigenständigen oder einzelnen Abgaskammer angeordnet werden können, wenn als die innere und die äußere Sauerstoffpumpelektrode 61 und 62 Elektroden mit einer guten Sauerstoffpumpfähigkeit verwendet werden oder wenn z. B. eine Mehrzahl von Sauerstoffpumpelektroden in der einen und nur der einen eigenständigen Abgaskammer angeordnet sind.
Nachdem die vorliegende Erfindung nun eingehend beschrieben worden ist, wird es Fachleuten klar sein, dass daran viele Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der hierin in den angehängten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Korrigieren eines NO_X-Sensors, wobei das Verfahren in der Lage ist, eine NO_X-Konzentration zu korrigieren, die durch einen NO_X-Sensor erfasst wird, wobei der NO_X-Sensor in einer Abgasströmungsleitung eines Fahrzeugs angeordnet ist und eine poröse Diffusionswiderstandsschicht, eine Abgaskammer, in die Abgas, das durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt ist, eingeführt wird, und eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer NO_X-Konzentration in dem Abgas aufweist, das in die Abgaskammer eingeführt wurde, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erstellen eines Korrekturkennfelds im Voraus, in welchem eine Beziehung zwischen einer physikalischen Größe einer Temperatur, die auf eine Temperatur des Abgases bezogen ist und einer physikalischen Größen einer Sauerstoffkonzentration, die auf eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas bezogen ist, und einem Überflussverhältnis zwischen NO und NO₂-Gasen im Abgas, bevor dieses durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt, aufgezeichnet ist; Ermitteln des Überflussverhältnisses basierend auf der physikalischen Größe der Temperatur, die tatsächlich erfasst wird, und der physikalischen Größe der Sauerstoffkonzentration, die tatsächlich erfasst wird, unter Bezugnahme auf das Korrekturkennfeld; und Korrigieren der NO_X-Konzentration, die durch den NO_X-Sensor erfasst wird, auf Basis des Überflussverhältnisses und einer Differenz zwischen einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit, die einen Wert darstellt, der durch Dividieren der NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch die NO-Diffusionsgeschwindigkeit erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit aufweist: eine Sauerstoffpumpelektrode zum Abführen von Sauerstoff in dem Abgas, das in die Abgaskammer eingeführt wurde, zur Außenseite der Abgaskammer; eine Sauerstofferfassungselektrode zum Ausgeben eines elektrischen Sauerstofferfassungsstroms, dessen Größe einer Sauerstoffmenge entspricht, die im Inneren der Abgaskammer zurückgeblieben ist; und eine NO_X-Erfassungselektrode zum Ausgeben eines elektrischen NO_X-Erfassungsstroms, dessen Größe einer Gesamtmenge der Sauerstoffmenge, die im inneren der Abgaskammer zurückgeblieben ist, und einer Sauerstoffmenge, die in dem NO im Inneren der Abgaskammer enthalten ist, entspricht; wobei der NO_X-Sensor eine NO_X-Konzentration im Inneren der Abgaskammer auf der Basis einer Differenz zwischen dem elektrischen Sauerstofferfassungsstrom und dem elektrischen NO_X-Erfassungsstrom erfasst; und die NO_X-Konzentration, die durch den NO_X-Sensor erfasst wird, durch folgenden Ausdruck (1) korrigiert wird: „X” = „A”/(1 + „B” × „Z” – „Z”) (1) wobei „X” eine korrigierte NO_X-Konzentration bezeichnet; „A” eine NO_X-Konzentration bezeichnet, die durch den NO_X-Sensor erfasst wird; „Z” einen Wert bezeichnet, der erhalten wird, indem eine NO₂-Konzentration im Abgas, bevor dieses durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt, durch die Gesamtmenge der NO₂-Konzentration im Abgas, bevor dieses durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt, und der NO-Konzentration im Abgas, bevor dieses durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt, dividiert wird; und „B” einen Wert bezeichnet, der erhalten wird, indem eine NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch eine NO-Diffusionsgeschwindigkeit dividiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Wert, der erhalten wird, indem eine NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch eine NO-Diffusionsgeschwindigkeit dividiert wird, auf 0,81 eingestellt ist.
NO_X-Erfassungsvorrichtung, aufweisend: einen NO_X-Sensor, der in einer Abgasströmungsleitung eines Fahrzeugs angeordnet ist und eine poröse Diffusionswiderstandsschicht, eine Abgaskammer, in die Abgas, das durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt ist, eingeführt wird, und eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer NO_X-Konzentration in dem Abgas, das in die Abgaskammer eingeführt wird, aufweist; ein Korrekturkennfeld, in dem eine Beziehung zwischen einer physikalischen Größe der Temperatur, die auf eine Temperatur des Abgases bezogen ist und einer physikalischen Größe einer Sauerstoffkonzentration, die auf eine Sauerstoffkonzentration im Abgas bezogen ist, und einem Überflussverhältnis zwischen NO und NO₂-Gasen in dem Abgas, bevor dieses durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt, aufgezeichnet ist; einen Detektor zum Erfassen der physikalischen Größen der Temperatur; einen Detektor zum Erfassen der physikalischen Größen der Sauerstoffkonzentration; und einen Kalkulator zum Ermitteln des Überflussverhältnisses basierend auf der physikalischen Größe der Temperatur, die tatsächlich erfasst wird, und der physikalischen Größe der Sauerstoffkonzentration, die tatsächlich erfasst wird, unter Bezugnahme auf das Korrekturkennfeld, und zum anschließenden Korrigieren der NO_X-Konzentration, die durch den NO_X-Sensor erfasst wird, auf der Basis des erhaltenen Überflussverhältnisses und einer Differenz zwischen einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit und einer NO-Diffusionsgeschwindigkeit, die einen Wert darstellt, der durch Dividieren der NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch die NO-Diffusionsgeschwindigkeit erhalten wird.
NO_X-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Erfassungseinheit aufweist: eine Sauerstoffpumpelektrode zum Abführen von Sauerstoff im Abgas, das in Abgaskammer eingeführt wurde, zur Außenseite der Abgaskammer; eine Sauerstofferfassungselektrode zum Ausgeben eines elektrischen Sauerstofferfassungsstroms, dessen Größe einer Sauerstoffmenge entspricht, die im Inneren der Abgaskammer zurückgeblieben ist; und eine NO_X-Erfassungselektrode zum Ausgeben eines elektrischen NO_X-Erfassungsstroms, dessen Größe einer Gesamtmenge der ersten Sauerstoffmenge die im Inneren der Abgaskammer zurückgeblieben ist, und einer Sauerstoffmenge, die in dem NO im Inneren der Abgaskammer enthalten ist, entspricht; wobei der NO_X-Sensor eine NO_X-Konzentration im Inneren der Abgaskammer auf der Basis einer Differenz zwischen dem elektrischen Sauerstofferfassungsstrom und dem elektrischen NO_X-Erfassungsstrom erfasst; und der Kalkulator die NO_X-Konzentration, die durch den NO_X-Sensor erfasst wird, durch folgenden Ausdruck (1) korrigiert: „X” = „A”/(1 + „B” × „Z” – „Z”) (1) wobei „X” eine korrigierte NO_X-Konzentration bezeichnet; „A” eine NO_X-Konzentration bezeichnet, die durch den NO_X-Sensor erfasst wird; „Z” einen Wert bezeichnet, der durch Dividieren einer NO₂-Konzentration im Abgas, bevor dieses durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt, durch eine Gesamtmenge der NO_X-Konzentration im Abgas, bevor dieses durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangr, und einer NO-Konzentration im Abgas, bevor dieses durch die poröse Diffusionswiderstandsschicht gelangt, erhalten wird; und „B” einen Wert spezifiziert, der durch Dividieren einer NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch eine NO-Diffusionsgeschwindigkeit erhalten wird.
NO_X-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der der Wert, der erhalten wird, indem eine NO₂-Diffusionsgeschwindigkeit durch eine NO-Diffusionsgeschwindigkeit dividiert wird, auf 0,81 eingestellt ist.