CN116892440A - Co2质量推定系统、废气的组成比推定方法及co2质量推定方法 - Google Patents

Co2质量推定系统、废气的组成比推定方法及co2质量推定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116892440A
CN116892440A CN202310203935.9A CN202310203935A CN116892440A CN 116892440 A CN116892440 A CN 116892440A CN 202310203935 A CN202310203935 A CN 202310203935A CN 116892440 A CN116892440 A CN 116892440A
Authority
CN
China
Prior art keywords
oxygen
exhaust gas
gas
fuel
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310203935.9A
Other languages
English (en)
Inventor
近藤裕一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of CN116892440A publication Critical patent/CN116892440A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/4162—Systems investigating the composition of gases, by the influence exerted on ionic conductivity in a liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F01N11/007—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1452—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being a COx content or concentration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
    • F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
    • G01M15/104—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases using oxygen or lambda-sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/409—Oxygen concentration cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/022—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting CO or CO2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/025—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting O2, e.g. lambda sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/028—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting humidity or water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0416—Methods of control or diagnosing using the state of a sensor, e.g. of an exhaust gas sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/12—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the vehicle exterior
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1402—Exhaust gas composition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0418—Air humidity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0611—Fuel type, fuel composition or fuel quality
    • F02D2200/0612—Fuel type, fuel composition or fuel quality determined by estimation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/004—CO or CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

本发明提供一种CO2排出质量的推定系统。CO2质量推定系统具备：检测值获取机构，其获取由能够输出与被测定气体中的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值的气体传感器输出的与发动机废气中含有的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值；空燃比设定机构，其设定混合气的空燃比；以及运算机构，其运算废气中的CO2的质量，运算机构如下推定CO2质量，即、基于传感器检测值，计算出氧、H2O及CO2各自的废气中浓度，获取氧及H2O各自的大气中浓度和空燃比，基于废气中浓度、大气中浓度、以及空燃比，运算燃料中含有的至少C原子的组成比，基于该组成比、以及针对发动机的燃料的喷射量，推定废气中含有的CO2的质量。

Description

CO2质量推定系统、废气的组成比推定方法及CO2质量推定方法
技术领域
本发明涉及来自汽车的发动机的废气中含有的CO2的质量的推定。
背景技术
对于用于管理来自汽车废气的排出量的测量，已知有对二氧化碳(CO2)的浓度进行测量的技术(例如参见专利文献1及专利文献2)。专利文献1及专利文献2中公开的气体传感器中，除了能够测定二氧化碳(CO2)成分，还能够同时测定水蒸汽(H2O)成分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5918177号公报
专利文献2：日本特许第6469464号公报
发明内容
汽车废气的排出量管理中，有时排出质量的测定比排出浓度的测定更加重要(排出量基准例：95gCO2/km以下)。专利文献1及专利文献2中给出了CO2浓度的测量方法，不过，没有给出CO2质量的测量方法。虽然基于浓度也能够计算出质量，但是，为此而需要测定废气的质量流量。这是因为：具有CO2浓度×质量流量＝CO2质量的关系。
然而，在汽车行驶时测定废气的质量流量未必容易，从成本方面等观点出发，附加测定用的构成并不现实。不如优选采用现有的构成要素、信息来推定CO2的排出质量。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供无需测定质量流量地推定废气中含有的CO2的排出质量的方法。
为了解决上述课题，本发明的第一方案是对来自车辆所具备的发动机的废气中含有的CO2的质量进行推定的系统，其特征在于，具备：气体传感器，该气体传感器能够输出与被测定气体中含有的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值；检测值获取机构，该检测值获取机构获取由所述气体传感器输出的与来自发动机的废气中含有的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值；空燃比设定机构，该空燃比设定机构设定向所述发动机供给的燃料和大气的混合气的空燃比；以及运算机构，该运算机构运算废气中含有的CO2的质量，所述运算机构如下推定CO2质量，即、基于所述被测定气体为所述废气时的所述气体传感器中的所述检测值，计算出氧、H2O及CO2各自的废气中浓度，获取氧及H2O各自的大气中浓度，获取所述空燃比设定机构中设定的所述空燃比，基于氧、H2O及CO2各自的所述废气中浓度、氧及H2O各自的所述大气中浓度、以及由所述空燃比设定机构获取的所述空燃比，运算所述燃料中含有的至少C原子的组成比，基于运算得到的所述组成比、以及针对发动机的所述燃料的喷射量，推定废气中含有的CO2的质量。
本发明的第二方案是对来自车辆所具备的发动机的废气中含有的C原子、H原子及O原子的组成比进行推定的方法，其特征在于，包括以下步骤：检测值获取步骤，该步骤中，从能够输出与被测定气体中含有的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值的气体传感器获取与来自发动机的废气中含有的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值；废气中浓度计算步骤，该步骤中，基于所述检测值，计算出氧、H2O及CO2各自的废气中浓度；大气中浓度获取步骤，该步骤中，获取氧及H2O各自的大气中浓度；空燃比获取步骤，该步骤中，获取向所述发动机供给的燃料和大气的混合气的空燃比；以及组成比推定步骤，该步骤中，基于所述废气中浓度计算步骤中计算出的氧、H2O及CO2各自的所述废气中浓度、所述大气中浓度获取步骤中获取的氧及H2O各自的所述大气中浓度、以及所述空燃比获取步骤中获取的所述空燃比，推定所述燃料中含有的C原子、H原子及O原子的组成比。
本发明的第三方案是对来自车辆所具备的发动机的废气中含有的CO2的质量进行推定的方法，其特征在于，包括质量推定步骤，该步骤中，基于通过第二方案所涉及的废气的组成比推定方法推定的燃料中含有的C原子的组成比、以及针对发动机的所述燃料的喷射量，推定废气中含有的CO2的质量。
发明效果
根据本发明的第一及第三方案，即便不测定废气的质量流量，也能够推定被喷射了某一质量的燃料时的废气中含有的CO2的质量。
另外，根据本发明的第二方案，即便不测定废气的质量流量，也能够推定被喷射了某一质量的燃料时的废气中含有的C原子、H原子及O原子的组成比。
附图说明
图1是概要性地表示气体传感器200的构成的一例的图。
图2是示意性地表示CO2质量推定系统1000的构成的图。
图3是示意性地表示CO2质量推定用的各种参数的关系的图。
附图标记说明
10…气体导入口，11…第一扩散速度控制部，13…第二扩散速度控制部，14…结构体，20…第一空腔，21…第一泵单元，22…第一内侧泵电极，24、52、46…可变电源，30…第三扩散速度控制部，40…第二空腔，41…第三泵单元，42…基准泵电极，43…基准气体导入空间，44…第三内侧泵电极，50…第二泵单元，51…第二内侧泵电极，60…第四扩散速度控制部，61…第三空腔，72…加热器，80…第一空腔用传感器单元，81…第二空腔用传感器单元，82…第三空腔用传感器单元，200…气体传感器，201…传感器元件，301…燃料喷射装置，400…进气部，1000…CO2质量推定系统。
具体实施方式
＜气体传感器的构成＞
图1是概要性地表示本实施方式所涉及的CO2质量推定系统1000(图2)所具备的气体传感器200的构成的一例的图。气体传感器200是：通过传感器元件201来监测多种气体成分并测定其浓度的多气体传感器。本实施方式中，至少水蒸汽(H2O)及二氧化碳(CO2)为气体传感器200中的主要监测对象气体成分。另外，气体传感器200还具备对各部分的动作进行控制的控制器210。如后所述，本实施方式中，该气体传感器200以安装于汽车的发动机的排气路径并将流通于该排气路径的废气作为被测定气体的方式进行使用。图1包括传感器元件201的沿着长度方向的垂直截面图。
传感器元件201具有：长条板状的结构体(基体部)14，其由氧离子传导性的固体电解质形成；气体导入口10，其形成于该结构体14的一个端部(附图中的左端部)，供被测定气体导入；以及缓冲空间12、第一空腔20、第二空腔40及第三空腔61，它们形成于结构体14内，自气体导入口10开始按该顺序依次连通。缓冲空间12经由第一扩散速度控制部11而与气体导入口10连通。第一空腔20经由第二扩散速度控制部13而与缓冲空间12连通。第二空腔40经由第三扩散速度控制部30而与第一空腔20连通。第三空腔61经由第四扩散速度控制部60而与第二空腔40连通。
结构体14是将多层由例如陶瓷形成的基板进行层叠而构成的。具体而言，结构体14具有第一基板1、第二基板2、第三基板3、第一固体电解质层4、隔离层5、第二固体电解质层6这6个层自下侧开始按该顺序进行层叠得到的构成。各层由例如氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性的固体电解质构成。
气体导入口10、第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13、第一空腔20、第三扩散速度控制部30、第二空腔40、第四扩散速度控制部60及第三空腔61按该顺序依次形成于结构体14的一个端部侧，且形成于第二固体电解质层6的下表面6b与第一固体电解质层4的上表面4a之间。还将气体导入口10至第三空腔61的部位称为气体流通部。
气体导入口10、缓冲空间12、第一空腔20、第二空腔40及第三空腔61形成为：沿着厚度方向贯穿隔离层5。上述空腔等中，在其附图中的上部，第二固体电解质层6的下表面6b露出，在其附图中的下部，第一固体电解质层4的上表面4a露出。上述空腔等的侧部由隔离层5或者任一扩散速度控制部区划而成。
第一扩散速度控制部11、第二扩散速度控制部13、第三扩散速度控制部30及第四扩散速度控制部60均具备2条横长的狭缝。即，在附图中的上部及下部具有沿着与附图垂直的方向较长地延伸的开口。
另外，在传感器元件201的与设置有气体导入口10的一个端部相反一侧的另一个端部(附图中的右端部)设置有基准气体导入空间43。基准气体导入空间43形成于第三基板3的上表面3a与隔离层5的下表面5b之间。另外，基准气体导入空间43的侧部由第一固体电解质层4的侧面区划而成。例如，氧(O2)、大气作为基准气体而导入到基准气体导入空间43。
气体导入口10为相对于外部空间而呈开口的部位，被测定气体从外部空间通过该气体导入口10而被引入到传感器元件201内。
第一扩散速度控制部11是：对从气体导入口10向缓冲空间12导入的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。
设置缓冲空间12的目的在于，将因外部空间中的被测定气体的压力变动而产生的被测定气体的浓度变动消除。作为该被测定气体的压力变动，例如可以举出汽车废气的排气压力的脉动等。
第二扩散速度控制部13是：对从缓冲空间12向第一空腔20导入的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。
第一空腔20设置为如下空间，即、从通过第二扩散速度控制部13而导入的被测定气体中吸出氧，进而，使被测定气体中含有的作为监测对象气体成分的H2O及CO2还原(分解)而生成氢(H2)及一氧化碳(CO)，以使得被测定气体不仅不含氧，还实质上不含H2O、CO2。该H2O和CO2的还原(分解)是通过第一泵单元21进行工作而实现的。
第一泵单元21是：由第一内侧泵电极22、外侧泵电极23、以及结构体14中由这两个电极夹着的部分所存在的固体电解质构成的、电化学泵单元。
第一泵单元21中，通过利用传感器元件201的外部所具备的可变电源24向第一内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加电压Vp1而产生氧泵电流(氧离子电流)Ip1。据此，能够将第一空腔20内的氧吸出到外部空间。
第一内侧泵电极22以顶部电极22a及底部电极部22b的形式分别设置于区划出第一空腔20的第二固体电解质层6的下表面6b的大致整面及区划出第一空腔20的第一固体电解质层4的上表面4a的大致整面。
第一内侧泵电极22设置为：以铂为金属成分、例如包含铂和氧化锆的俯视时呈矩形的多孔质金属陶瓷电极。
外侧泵电极23形成为：以铂或铂和金的合金(Pt-Au合金)为金属成分、例如包含铂或Pt-Au合金和氧化锆的俯视时呈矩形的多孔质金属陶瓷电极。
另外，传感器元件201中，通过第一内侧泵电极22、基准电极42、以及结构体14中由这两个电极夹着的部分所存在的固体电解质而构成第一空腔用传感器单元80。第一空腔用传感器单元80是：用于把握第一空腔20内的气氛中的氧分压的电化学传感器单元。
基准电极42为形成于第一固体电解质层4与第三基板3之间的电极，例如设置为包括铂和氧化锆的俯视时呈矩形的多孔质金属陶瓷电极。
在基准电极42的周围设置有由多孔质氧化铝形成且与基准气体导入空间43相连的基准气体导入层48。基准气体导入空间43的基准气体经由基准气体导入层48而导入到基准电极42的表面。即、基准电极42为始终与基准气体接触的状态。
第一空腔用传感器单元80中，在第一内侧泵电极22与基准电极42之间产生电动势(能斯特电动势)V1。电动势V1为与第一空腔20中的氧浓度(氧分压)和基准气体的氧浓度(氧分压)之差对应的值。其中，基准气体的氧浓度(氧分压)基本上恒定，因此，电动势V1为与第一空腔20中的氧浓度(氧分压)对应的值。
第三扩散速度控制部30是：对从第一空腔20向第二空腔40导入的包含H2及CO且实质上不含H2O、CO2及氧的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。
第二空腔40设置为如下空间，即、仅将通过第三扩散速度控制部30导入的被测定气体中含有的H2及CO中的H2选择性地全部氧化，使其再次生成H2O。该H2氧化而生成H2O是通过第二泵单元50进行工作而实现的。
第二泵单元50是：由第二内侧泵电极51、外侧泵电极23、以及结构体14中由这两个电极夹着的部分所存在的固体电解质构成的、电化学泵单元。
第二泵单元50中，通过利用传感器元件201的外部所具备的可变电源52向第二内侧泵电极51与外侧泵电极23之间施加电压Vp2而产生氧泵电流(氧离子电流)Ip2。据此，能够将氧从外部空间吸入到第二空腔40内。
第二内侧泵电极51以顶部电极51a及底部电极部51b的形式分别设置于区划出第二空腔40的第二固体电解质层6的下表面6b的大致整面及区划出第二空腔40的第一固体电解质层4的上表面4a的大致整面。
第二内侧泵电极51设置为：以Pt-Au合金为金属成分、例如包含该Pt-Au合金和氧化锆的俯视时呈矩形的多孔质金属陶瓷电极。
另外，传感器元件201中，通过第二内侧泵电极51、基准电极42、以及结构体14中由这两个电极夹着的部分所存在的固体电解质而构成第二空腔用传感器单元81。第二空腔用传感器单元81是：用于把握第二空腔40内的气氛中的氧分压的电化学传感器单元。
第二空腔用传感器单元81中，在第二内侧泵电极51与基准电极42之间产生电动势(能斯特电动势)V2。电动势V2为与第二空腔40中的氧浓度(氧分压)和基准气体的氧浓度(氧分压)之差对应的值。其中，基准气体的氧浓度(氧分压)基本上恒定，因此，电动势V2为与第二空腔40中的氧浓度(氧分压)对应的值。
第四扩散速度控制部60是：对从第二空腔40向第三空腔61导入的含有H2O及CO且实质上不含CO2及氧的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。
第三空腔61设置为如下空间，即、将通过第四扩散速度控制部60导入的被测定气体中含有的CO全部氧化，使其再次生成CO2。该CO氧化而生成CO2是通过第三泵单元41进行工作而实现的。
第三泵单元41是：由第三内侧泵电极44、外侧泵电极23、以及结构体14中由这两个电极夹着的部分所存在的固体电解质构成的、电化学泵单元。
第三泵单元41中，通过利用传感器元件201的外部所具备的可变电源46向第三内侧泵电极44与外侧泵电极23之间施加电压Vp3而产生氧泵电流(氧离子电流)Ip3。据此，能够将氧从外部空间吸入到第三空腔61内。
第三内侧泵电极44设置于区划出第三空腔61的第一固体电解质层4的上表面4a的大致整面。
第三内侧泵电极44设置为：以铂为金属成分、例如包含铂和氧化锆的俯视时呈矩形的多孔质金属陶瓷电极。
另外，传感器元件201中，通过第三内侧泵电极44、基准电极42、以及结构体14中由这两个电极夹着的部分所存在的固体电解质而构成第三空腔用传感器单元82。第三空腔用传感器单元82是：用于把握第三空腔61内的气氛中的氧分压的电化学传感器单元。
第三空腔用传感器单元82中，在第三内侧泵电极44与基准电极42之间产生电动势(能斯特电动势)V3。电动势V3为与第三空腔61中的氧浓度(氧分压)和基准气体的氧浓度(氧分压)之差对应的值。其中，基准气体的氧浓度(氧分压)基本上恒定，因此，电动势V3为与第三空腔61中的氧浓度(氧分压)对应的值。
另外，传感器元件201还具有通过外侧泵电极23、基准电极42、以及结构体14中由这两个电极夹着的部分所存在的固体电解质构成的、电化学传感器单元83。该传感器单元83中，在外侧泵电极23与基准电极42之间产生的电动势Vref为与传感器元件201的外部所存在的被测定气体的氧分压对应的值。
除以上部件以外，传感器元件201以由第二基板2和第三基板3上下夹着的方式具备加热器72。加热器72通过经由第一基板1的下表面1b所设置的加热器电极71从外部供电而发热。加热器72埋设于缓冲空间12至第三空腔61的整个范围，能够将传感器元件201加热到规定的温度并保温。通过加热器72发热，使得构成传感器元件201的固体电解质的氧离子传导性提高。
在加热器72的上下，出于得到与第二基板2及第三基板3的电绝缘性的目的形成有由氧化铝等构成的加热器绝缘层74。以下，还将加热器72、加热器电极、加热器绝缘层74统称为加热器部。另外，在加热器部具备压力释放孔75。压力释放孔75是设置成贯穿第三基板3且与基准气体导入空间43连通的部位，设置压力释放孔75的目的在于，对加热器绝缘层74内的温度上升所伴随的内压上升进行缓和。
控制器210由具有例如1个或多个CPU(中央处理单元)和存储装置等的1个以上的电子电路构成。电子电路还是通过CPU执行例如存储装置中所存储的规定的程序来实现规定的功能的构成要素的软件功能部。当然，也可以由根据功能将多个电子电路连接得到的FPGA(Field-Programmable Gate Array)等集成电路等构成。
＜多气体监测和浓度确定＞
接下来，对具有如上所述的构成的气体传感器200中实现的多个气体种类的监测(多气体监测)和所监测的气体的浓度的确定方法进行说明。下文中，被测定气体为含有氧、H2O及CO2的废气。
本实施方式所涉及的气体传感器200具备的传感器元件201中，从气体导入口10引入到元件内部的被测定气体经过缓冲空间12而向第一空腔20导入。
第一空腔20中，通过第一泵单元21进行工作而从所导入的被测定气体中吸出氧。据此，被测定气体中含有的H2O及CO2发生还原(分解)反应(2H2O→2H2+O2、2CO2→2CO+O2)，H2O及CO2实质上全部分解为氢(H2)及一氧化碳(CO)和氧，由此产生的氧也被吸出。应予说明，H2O及CO2实质上全部分解是指：H2O及CO2没有导入到第二空腔40。
上述氧的吸出如下进行，即、控制器210根据1000mV～1500mV的范围内所期望的氧分压(氧浓度)(优选为1000mV)设定第一空腔用传感器单元80中的电动势V1的目标值(控制电压)，并根据实际的电动势V1的值与目标值的差异，对可变电源24向第一泵单元21施加的电压Vp1进行反馈控制，以实现上述目标值。这种情况下，电压Vp1为IR过电压与反应过电压之和。
当例如包含大量氧的被测定气体到达第一空腔20时，电动势V1的值相对于目标值大幅偏离，因此，控制器210对可变电源24向第一泵单元21施加的泵电压Vp1进行控制，以使得该偏离减少。
通过将电动势V1的目标值(控制电压)设定为1000mV～1500mV的范围内的值，使得第一空腔20内的氧分压充分降低。V1＝1000mV的情况下，该氧分压为10-20atm左右。并且，第一空腔20内的被测定气体含有H2及CO，但实质上不含H2O、CO2及氧。该被测定气体向第二空腔40导入。
第二空腔40中，通过第二泵单元50进行工作而吸入氧，仅将所导入的被测定气体中含有的H2氧化。
上述氧的吸入如下进行，即、控制器210根据250mV～450mV的范围内所期望的氧分压(氧浓度)(优选为350mV)设定第二空腔用传感器单元81中的电动势V2的目标值(控制电压)，并根据实际的电动势V2的值与目标值的差异，对可变电源52向第二泵单元50施加的电压Vp2进行反馈控制，以实现上述目标值。
通过第二泵单元50以上述方式进行工作，在第二空腔40内中，2H2+O2→2H2O的氧化(燃烧)反应得以促进，再次生成与从气体导入口10导入的H2O的量具有相关性的量的H2O。应予说明，本实施方式中，H2O或者CO2的量具有相关性是指：从气体导入口10导入的H2O或者CO2的量和它们分解而产生的H2及CO被氧化而再次生成的H2O或者CO2的量为等量或在从测定精度方面考虑被容许的一定的误差范围内。
通过电动势V2的目标值设定为250mV～450mV的范围内的值，使得第二空腔40的氧分压保持为H2大致全部被氧化但CO不会被氧化的范围的值。例如，V2＝350mV的情况下，氧分压为10-7atm左右。
另外，电动势V2保持为目标值时流通于第二泵单元50的氧泵电流Ip2(以下也称为水蒸汽检测电流Ip2)与第二空腔40中的H2燃烧而生成的H2O的浓度成大致正比例(水蒸汽检测电流Ip2和生成的H2O的浓度存在线性关系)。该燃烧生成的H2O的量与从气体导入口10导入后在第一空腔20中暂时分解的被测定气体中的H2O的量具有相关性。据此，通过检测水蒸汽检测电流Ip2，能够对被测定气体中的H2O进行监测。
另外，在水蒸汽检测电流Ip2与被测定气体中的水蒸汽浓度之间，线性关系成立。如果预先采用水蒸汽浓度已知的试样气体确定了表示该线性关系的数据(水蒸汽特性数据)，则通过将由控制器210获取的水蒸汽检测电流Ip2的值与水蒸汽特性数据进行对照，能够确定与该水蒸汽检测电流Ip2对应的水蒸汽浓度的值。
应予说明，假如从气体导入口10导入的被测定气体中不存在H2O，当然不会在第一空腔20中发生H2O的分解，因此，不会有H2导入到第二空腔40，因此，水蒸汽检测电流Ip2大致为零。
通过H2被氧化而成为H2O，使得被测定气体含有H2O及CO且实质上不含CO2及氧。该被测定气体导入到第三空腔61。第三空腔61中，通过第三泵单元41进行工作而吸入氧，所导入的被测定气体中含有的CO被氧化。
该氧的吸入如下进行，即、控制器210根据100mV～300mV的范围内所期望的氧分压(氧浓度)(优选为200mV)设定第三空腔用传感器单元82中的电动势V3的目标值(控制电压)，并根据实际的电动势V3的值与目标值之间的差异，对可变电源46向第三泵单元41施加的电压Vp3进行反馈控制，以实现该目标值。
通过第三泵单元41以上述方式进行工作，第三空腔61内，2CO+O2→2CO2的氧化(燃烧)反应得以促进，再次生成与从气体导入口10导入的CO2的量具有相关性的量的CO2。
通过电动势V3的目标值设定为100mV～300mV的范围内的值，使得第三空腔61的氧分压保持为CO大致全部被氧化的范围的值。例如，V3＝200mV的情况下，氧分压为10-4atm左右。
另外，电动势V3保持为目标值时流通于第三泵单元41的氧泵电流Ip3(以下也称为二氧化碳检测电流Ip3)与第三空腔61中的CO燃烧而生成的CO2的浓度成大致正比例(二氧化碳检测电流Ip3和生成的CO2的浓度具有线性关系)。该燃烧生成的CO2的量与从气体导入口10导入后在第一空腔20暂时分解的被测定气体中的CO2的量具有相关性。据此，通过检测二氧化碳检测电流Ip3，能够监测被测定气体中的CO2。
另外，在二氧化碳检测电流Ip3与被测定气体中的二氧化碳浓度之间，线性关系成立。如果预先采用二氧化碳浓度已知的试样气体确定了表示该线性关系的数据(二氧化碳特性数据)，则通过将由控制器210获取的二氧化碳检测电流Ip3的值与二氧化碳特性数据进行对照，能够确定与二氧化碳检测电流Ip3对应的二氧化碳浓度的值。
应予说明，假如从气体导入口10导入的被测定气体中不存在CO2，则当然不会在第一空腔20中发生CO2的分解，因此，不会有CO导入到第三空腔61，因此，二氧化碳检测电流Ip3大致为零。
如上所述，本实施方式所涉及的气体传感器200中，能够很好地确定水蒸汽浓度及二氧化碳浓度。
此外，气体传感器200中，虽说是间接的，不过，也能够求出被测定气体中含有的氧的浓度。简而言之，从第一空腔20吸出的氧的浓度与吸入到第二空腔40及第三空腔61的氧的浓度之间的差值相当于从气体导入口10导入的被测定气体中的氧的浓度。另外，被测定气体中含有的氧、H2O及CO2的浓度分别为与氧泵电流Ip1、Ip2、Ip3成大致正比例的值。因此，当将被测定气体中含有的氧、H2O及CO2的浓度分别设为Ce_O2、Ce_H2O、Ce_CO2时，上述值可以如下表示。其中，关于氧泵电流Ip1、Ip2、Ip3，将氧被吸出的朝向设为正，a1～a5是通过实验确定的比例常数。
Ce_O2＝a1·Ip1+a2·Ip2+a3·Ip3····(1)
Ce_H2O＝a4·Ip2····(2)
Ce_CO2＝a5·Ip3····(3)
如果预先确定了式(1)，则还能够根据氧泵电流Ip1、Ip2、Ip3的检测值求出被测定气体中的氧的浓度。另外，式(2)、式(3)分别无非是表示水蒸汽特性数据和二氧化碳特性数据的式子。
＜CO2质量推定系统＞
接下来，对本实施方式所涉及的CO2质量推定系统1000进行说明。图2是示意性地表示CO2质量推定系统1000的构成的图。简而言之，CO2质量推定系统1000是：利用气体传感器200中的检测电流，推定汽车的发动机的废气中含有的CO2的质量的系统。
如图2所示，CO2质量推定系统1000具备：气体传感器200；ECU(电子控制装置)100，其对汽车的各部分的动作进行控制；燃料喷射装置301，其向汽车的发动机300的内部(燃烧室)喷射燃料；以及进气部400，其设置于发动机300的供气路径P1，向发动机300供给空气。气体传感器200安装于发动机300的排气路径P2。即、本实施方式所涉及的CO2质量推定系统1000构成为包括汽车的构成要素，组装于汽车进行使用。
气体传感器200具有上述构成，本来是出于对流通于排气路径P2的废气中含有的H2O及CO2的浓度进行测定来把握发动机300的运转状态的目的进行使用的。本实施方式中，将该气体传感器200用于CO2质量推定系统1000中的CO2质量的推定。
ECU100由包括至少1个IC(集成电路)的电子电路构成。电子电路包括至少1个处理器(未图示)。ECU100具有的各功能可以通过处理器执行软件来实现。软件作为程序进行记载，存储于存储器(未图示)。用于存储程序的存储器可以包括在ECU100中，例如为非易失性或易失性的半导体存储器。
ECU100中，作为功能的构成要素，主要具备：总括控制部110、燃料喷射控制部120、进气控制部130、传感器检测值获取部140、以及CO2质量运算部150。
总括控制部110根据司机对汽车进行操作的状态，对ECU100的各控制部给出控制指示，由此对汽车整体的动作进行总括控制。
燃料喷射控制部120在来自总括控制部110的控制指示下，对从燃料喷射装置301喷射燃料进行控制。另外，燃料喷射控制部120将表示燃料喷射量的实测值的信号提供给总括控制部110。
进气控制部130在来自总括控制部110的控制指示下，对来自进气部400的进气进行控制。
燃料喷射控制部120和进气控制部130分别对燃料喷射装置301和进气部400进行控制，以便与总括控制部110根据汽车的运转状况而设定的空燃比A/F对应地进行燃料的喷射和进气。
传感器检测值获取部140获取表示气体传感器200中检测到的各种检测值的信号。作为该检测值，可例示：氧泵电流Ip1、氧泵电流(水蒸汽检测电流)Ip2、及氧泵电流(二氧化碳检测电流)Ip3的值等。
CO2质量运算部150基于传感器检测值获取部140中获取的气体传感器200的检测值、由总括控制部110给出的空燃比A/F以及燃料喷射量的值，运算废气中含有的CO2的质量的推定值。CO2质量运算部150(更详细而言，构成CO2质量运算部150的未图示的存储器)中存储有预先通过实验确定的式(1)～式(3)(更具体而言，给出式(1)～式(3)的比例常数a1～a5)。
＜CO2质量的推定顺序＞
接下来，对本实施方式所涉及的CO2质量推定系统1000中进行的推定废气中含有的CO2的质量的处理顺序进行说明。图3是示意性地表示CO2质量推定系统1000所具备的CO2质量运算部150中进行的CO2的质量推定用的各种参数的关系的图。
简而言之，本实施方式中，基于气体传感器200中的氧泵电流Ip1、Ip2及Ip3的检测值和ECU100的总括控制部110设定的空燃比，推定燃料的组成(至少单位质量的燃料中含有的C原子的质量)，并基于该推定得到的燃料的组成、燃料喷射装置301中的燃料的喷射量的实测值，推定废气中含有的CO2的质量。不过，本实施方式中进行的CO2的质量的推定以燃料在发动机300中完全燃烧、废气中不含未燃烧的CO、HC为前提。
首先，在发动机300的内部通过燃烧产生的废气流通于排气路径P2的状况下的、气体传感器200中的氧泵电流Ip1、Ip2及Ip3的检测值与被测定气体、即废气中含有的氧、H2O及CO2的浓度Ce_O2、Ce_H2O、Ce_CO2之间，上述的式(1)～(3)的关系成立。
并且，某一质量的废气中含有的C原子、H原子及O原子的质量与式(1)～(3)表示的废气中的氧、H2O及CO2的浓度之间，原子的质量∝Σ(对象气体的浓度×对象气体1个分子中的该原子数)×原子量的比例关系成立。即、某一质量的废气中含有的C原子、H原子及O原子的质量me_C、me_H、me_O与式(1)～(3)表示的废气中的氧、H2O及CO2的浓度Ce_O2、Ce_H2O、Ce_CO2之间，下述关系成立。其中，k1为适当的比例系数。
me_C＝k1·Ce_CO2×1×12＝k1·12·Ce_CO2····(4)
me_H＝k1·Ce_H2O×2×1＝k1·2·Ce_H2O····(5)
me_O＝k1·(Ce_O2×2+Ce_H2O×1+Ce_CO2×2)×16
＝k1·(32·Ce_O2+16·Ce_H2O+32·Ce_CO2)····(6)
另外，在发动机300的内部没有因燃烧而产生废气的状况下，进气部400中所进入的大气直接流通于排气路径P2。于是，如果将该状况下由气体传感器200检测出的氧泵电流Ip1、Ip2及Ip3的检测值代入以下的式(1')及式(2')，则能够确定大气中含有的氧及H2O的浓度Ca_O2及Ca_H2O。
Ca_O2＝a1·Ip1+a2·Ip2+a3·Ip3 ····(1')
Ca_H2O＝a4·Ip2 ····(2')
应予说明，还能够求出CO2的浓度，不过，大气中的CO2的浓度低至300ppm左右，因此，在之后的运算中，将其忽略而设为0。此外，也可以为如下方式，即、采用与气体传感器200分体的气体传感器，在与排气路径P2不同的部位进行测定，由此确定Ca_O2及Ca_H2O。
当采用大气中含有的氧及H2O的浓度Ca_O2及Ca_H2O时，单位质量的大气中含有的C原子、H原子及O原子的质量ma_C、ma_H、ma_O如下表示。其中，将大气的平均分子量设为Mair＝28.8。
ma_C＝0····(7)
ma_H＝(Ca_H2O×2×1)/Mair＝2·Ca_H2O/Mair····(8)
ma_O＝(Ca_O2×2+Ca_H2O×1)×16/Mair
＝(32·Ca_O2+16·Ca_H2O)/Mair····(9)
另一方面，在燃料大致仅由C原子、H原子及O原子构成的基础上，单位质量的燃料中含有的C原子、H原子及O原子的质量mf_C、mf_H、mf_O之间，以下的关系成立。
mf_C+mf_H+mf_O＝1····(10)
另外，燃料与大气的混合气中含有的C原子、H原子及O原子的质量均为燃料中含有的该原子的质量和大气中含有的该原子的质量之和，该混合气中的大气质量与燃料质量之比为空燃比A/F。当将空燃比A/F的值设为r(＝大气质量/燃料质量)时，单位质量的燃料以该空燃比A/F与大气混合得到的混合气中含有的C原子、H原子及O原子的质量mm_C、mm_H、mm_O如下表示。
mm_C＝mf_C+ma_C·r····(11)
mm_H＝mf_H+ma_H·r····(12)
mm_O＝mf_O+ma_O·r····(13)
在完全燃烧时(发动机的通常运转时)，混合气的组成和废气的组成相同，因此，以下的关系成立。
mm_C＝me_C····(14)
mm_H＝me_H····(15)
mm_O＝me_O····(16)
结合式(4)～式(16)，式(4)～式(6)中的比例系数k1像以下的式(17)那样表示。
k1＝{Mair+(32·Ca_O2+18·Ca_H2O)·r}/{Mair·(32·Ce_O2+18·Ce_H2O+44·Ce_CO2)}
····(17)
式(17)中，大气的平均分子量Mair为已知的固定值。Ca_O2及Ca_H2O为由气体传感器200测定的大气中含有的氧及H2O的浓度。Ce_O2、Ce_H2O及Ce_CO2同样为由气体传感器200测定的废气中含有的氧、H2O及CO2的浓度。另外，空燃比r为根据汽车的运转状况而由总括控制部110设定的值。因此，可以由式(17)具体地求出比例系数k1。
采用该比例系数k1，由式(4)、式(11)及式(14)得到表示单位质量的燃料中含有的C原子的质量mf_C的以下的式(18)。
mf_C＝mm_C＝me_C＝k1·12·Ce_CO2····(18)
应予说明，表示单位质量的燃料中含有的H原子的质量mf_H、O原子的质量mf_O的式子也可以同样地求解。这种情况下，根据式(18)和这2个式子得到的比mf_C：mf_H：mf_O为燃料中含有的C原子、H原子及O原子的组成比。
此外，在式(10)的基础上，mf_C的值也属于组成比mf_C：mf_H：mf_O的燃料中的C原子的组成，因此，也可以说式(18)是计算燃料中的C原子的组成的式子。
在完全燃烧时，燃料中含有的C原子全部变为CO2，因此，喷射质量Mf的燃料而产生的废气中含有的CO2的质量Me_CO2可以采用Mf和mf_C的值并由以下的式(19)求出。
Me_CO2＝Mf·mf_C·(CO2的分子量/C的原子量)
＝Mf·mf_C·(44/12)····(19)
或者，也可以为如下方式，即、根据将式(18)代入于式(19)得到的以下的式(20)，求出CO2的质量Me_CO2。
Me_CO2＝44·Mf·k1·Ce_CO2····(20)
本实施方式中，CO2质量推定系统1000在规定的时机执行CO2质量的推定的情况下，首先，将传感器检测值获取部140从气体传感器200连续地或者在规定的时机断续地获取的、被测定气体为废气时的氧泵电流Ip1、Ip2及Ip3的检测值、以及被测定气体为大气时的氧泵电流Ip1、
Ip2及Ip3的检测值从传感器检测值获取部140提供给CO2质量运算部150。
CO2质量运算部150采用这些值运算Ce_O2、Ce_H2O、Ce_CO2、Ca_O2及Ca_H2O。应予说明，式(1)～式(3)及式(1')～式(2')各自的右边的比例常数为使用的气体传感器200固有的比例常数，是预先通过实验确定的。
应予说明，大气的组成与废气的组成相比，变动较少，另外，也有时根据汽车的运转状况而在执行推定的时机不同时进行以大气为被测定气体的测定，因此，还可以为如下方式，即、采用以前计算后存储于ECU100或者另行确定的Ca_O2及Ca_H2O的值。
另外，CO2质量运算部150从总括控制部110获取空燃比A/F的值r。然后，基于式(17)，计算出比例系数k1。
CO2质量运算部150还获取从燃料喷射控制部120提供给总括控制部110的在燃料喷射装置301中所喷射的燃料的质量Mf的值。然后，利用式(18)计算出C原子的质量mf_C之后，利用式(19)计算出CO2的质量Me_CO2。或者，基于式(20)，计算出CO2的质量Me_CO2。
本实施方式所涉及的CO2质量推定系统1000中，经过以上的顺序，能够推定喷射出某一质量的燃料时的废气中含有的C原子、H原子及O原子的组成比。进而，能够推定CO2的排出质量。根据该顺序，即便不测定废气的质量流量，也能够基于气体传感器200中的检测值、空燃比、以及称为燃料喷射量的汽车运转时ECU100中把握的值或者设定的值，推定CO2的排出质量。
实施例
以汽油乘用车为对象，利用CO2质量推定系统1000，实施废气中的CO2质量的推定。
首先，预先采用试样气体，通过实验确定表示气体传感器200中的氧泵电流Ip1、Ip2、Ip3[单位：mA]和废气中的氧、H2O及CO2的浓度Ce_O2、Ce_H2O、Ce_CO2[单位：％]的关系的式(1)～(3)的比例常数a1～a5[单位：％/mA]，结果如下。
Ce_O2＝20.0·Ip1+22.0·Ip2+57.1·Ip3；
Ce_H2O＝-10.0·Ip2；
Ce_CO2＝-71.4·Ip3。
将该气体传感器200安装于汽油乘用车的尾管，按以下的条件，运转该乘用车，利用气体传感器200进行废气的测定。
乘用车的车速：60km/h，恒定；
测定时间：60秒；
每单位时间的燃料喷射量：0.34g/s；
空燃比r：14.3。
其结果，得到的氧泵电流Ip1、Ip2、Ip3的值如下。
Ip1＝1.63mA；
Ip2＝-1.04mA；
Ip3＝-0.17mA。
另外，预先确定的大气中含有的氧的浓度Ca_O2及H2O的浓度Ca_H2O分别如下。
大气的氧浓度Ca_O2：20.7％；
大气的H2O浓度Ca_H2O：1.0％。
采用这些值，利用式(17)求出比例常数k1的值。
k1＝0.60669
另一方面，废气中的CO2的浓度Ce_CO2计算为：
Ce_CO2＝-71.4·Ip3＝-71.4×(-0.17)＝12.1％。
将这些值代入于式(18)，单位质量的燃料中含有的C原子的质量mf_C为：
mf_C＝k1·12·Ce_CO2＝0.60669×12×12.1＝88％。
应予说明，燃料的组成比为：
mf_C：mf_H：mf_O＝88:12：0。
最终，(以0.34g/s喷射60秒钟燃料时的)废气中的CO2质量的推定值Me_CO2计算为：
Me_CO2＝Mf·mf_C·(44/12)
＝(0.34×60)·(88/100)·(44/12)
＝66g。
应予说明，为了比较，在定量稀释采样装置中同时测定的CO2排出质量的值为与推定值Me_CO2大致相同的64g。两者的误差为3％左右。
该结果说明了：即便不进行质量流量的测定，也能够推定CO2排出质量。

Claims (3)

1.一种CO2质量推定系统，其对来自车辆所具备的发动机的废气中含有的CO2的质量进行推定，
其特征在于，具备：
气体传感器，该气体传感器能够输出与被测定气体中含有的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值；
检测值获取机构，该检测值获取机构获取由所述气体传感器输出的与来自发动机的废气中含有的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值；
空燃比设定机构，该空燃比设定机构设定向所述发动机供给的燃料和大气的混合气的空燃比；以及
运算机构，该运算机构运算废气中含有的CO2的质量，
所述运算机构如下推定CO2质量，即、
基于所述被测定气体为所述废气时的所述气体传感器中的所述检测值，计算出氧、H2O及CO2各自的废气中浓度，
获取氧及H2O各自的大气中浓度，
获取所述空燃比设定机构中设定的所述空燃比，
基于氧、H2O及CO2各自的所述废气中浓度、氧及H2O各自的所述大气中浓度、以及由所述空燃比设定机构获取的所述空燃比，运算所述燃料中含有的至少C原子的组成比，
基于运算得到的所述组成比、以及针对发动机的所述燃料的喷射量，推定废气中含有的CO2的质量。
2.一种废气的组成比推定方法，其对来自车辆所具备的发动机的废气中含有的C原子、H原子及O原子的组成比进行推定，
其特征在于，包括以下步骤：
检测值获取步骤，该步骤中，从能够输出与被测定气体中含有的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值的气体传感器获取与来自发动机的废气中含有的氧、H2O及CO2各自的浓度对应的检测值；
废气中浓度计算步骤，该步骤中，基于所述检测值，计算出氧、H2O及CO2各自的废气中浓度；
大气中浓度获取步骤，该步骤中，获取氧及H2O各自的大气中浓度；
空燃比获取步骤，该步骤中，获取向所述发动机供给的燃料和大气的混合气的空燃比；以及
组成比推定步骤，该步骤中，基于所述废气中浓度计算步骤中计算出的氧、H2O及CO2各自的所述废气中浓度、所述大气中浓度获取步骤中获取的氧及H2O各自的所述大气中浓度、以及所述空燃比获取步骤中获取的所述空燃比，推定所述燃料中含有的C原子、H原子及O原子的组成比。
3.一种CO2质量推定方法，其对来自车辆所具备的发动机的废气中含有的CO2的质量进行推定，
其特征在于，
包括质量推定步骤，该步骤中，基于通过权利要求2所述的废气的组成比推定方法推定的燃料中含有的C原子的组成比、以及针对发动机的所述燃料的喷射量，推定废气中含有的CO2的质量。
CN202310203935.9A 2022-03-31 2023-03-06 Co2质量推定系统、废气的组成比推定方法及co2质量推定方法 Pending CN116892440A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022058417A JP2023149694A (ja) 2022-03-31 2022-03-31 Ｃｏ２質量推定システム、排ガスの組成比推定方法、およびｃｏ２質量推定方法
JP2022-058417 2022-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116892440A true CN116892440A (zh) 2023-10-17

Family

ID=88018900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310203935.9A Pending CN116892440A (zh) 2022-03-31 2023-03-06 Co2质量推定系统、废气的组成比推定方法及co2质量推定方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230349855A1 (zh)
JP (1) JP2023149694A (zh)
CN (1) CN116892440A (zh)
DE (1) DE102023105876A1 (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5918177U (ja) 1982-07-28 1984-02-03 株式会社バ−ナ−インタ−ナシヨナル 顕熱交換器

Also Published As

Publication number Publication date
DE102023105876A1 (de) 2023-10-05
JP2023149694A (ja) 2023-10-13
US20230349855A1 (en) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105842311B (zh) 气体传感器
JP3537628B2 (ja) 窒素酸化物の測定方法
US10094803B2 (en) Method and device for diagnosing the measuring ability of an exhaust gas sensor
EP2833135B1 (en) Gas sensor
US8858779B2 (en) Solid electrolyte sensor having two pumping cells for measurement of nitrogen oxides
JP3050781B2 (ja) 被測定ガス中の所定ガス成分の測定方法及び測定装置
JP4864556B2 (ja) 広帯域λセンサによるλ値の決定方法
JPH1073563A (ja) ガス分析計及びその校正方法
JP2007147383A (ja) センサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法
JPH08271476A (ja) 被測定ガス中の所定ガス成分の測定方法及び測定装置
WO2007119311A1 (ja) ＮＯｘセンサの出力補正方法
CN110609073A (zh) 气体传感器及气体浓度测定方法
JP2011002245A (ja) Ｎｏｘセンサの補正方法およびｎｏｘセンサ
CN106716120B (zh) 用于检测气体混合物中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量的方法和装置
JP2021156883A (ja) ガスセンサの耐久試験用システム
CN116892440A (zh) Co2质量推定系统、废气的组成比推定方法及co2质量推定方法
US7785457B2 (en) Sensor element and method for determining ammonia
JP3469407B2 (ja) ガス成分濃度検知器
JP3563399B2 (ja) ガス分析計
US20030106795A1 (en) Gas sensing element
JP2022067790A (ja) アンモニアの計測方法、および、アンモニアの計測装置
JP2020165970A (ja) ガスセンサの検査装置、ガスセンサの検査方法及び基準センサ
JP4681468B2 (ja) センサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法
WO2024075397A1 (ja) ガスセンサおよびガスセンサによる濃度測定方法
JP6394522B2 (ja) ＳＯｘ濃度検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination