DE102018000208B4

DE102018000208B4 - Katalysatorabbaubestimmungsverfahren und katalysatorabbaubestimmungssystem

Info

Publication number: DE102018000208B4
Application number: DE102018000208.0A
Authority: DE
Inventors: Kosuke MONNA; Taku Okamoto
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2038-01-13
Also published as: CN108343496A; JP6744231B2; US20180209873A1; US10545072B2; JP2018119408A; CN108343496B; DE102018000208A1

Abstract

Katalysatorabbaubestimmungsverfahren, bei dem der Grad des Abbaus eines Katalysators (600) bestimmt wird, wobei sich der Katalysator (600) in einem Abgasweg (500) eines Verbrennungsmotors (1000) befindet und ein Zielgas, das in einem Abgas (G) von dem Verbrennungsmotor (1000) enthalten ist, oxidiert oder adsorbiert, wobei das Zielgas mindestens eines von einem Kohlenwasserstoffgas und Kohlenmonoxidgas umfasst, wobei das Verfahren umfasst:a) Bestimmen, ob die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G), die durch eine vorgegebene Sauerstoffkonzentrationsbestimmungskomponente (120) bestimmt wird, in einem Bereich von 15 % bis 20 % liegt, oder ob die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) 10 % oder mehr beträgt und in einem Bereich von ± 2 % oder weniger eines vorgegebenen Werts in einem vorgegebenen Zeitraum variiert; undb) Bestimmen, ob der Katalysator (600) zu einem Zeitpunkt, wenn in dem Schritt a) bestimmt wird, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) in dem Bereich von 15 % bis 20 % liegt oder dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) 10 % oder mehr beträgt und im Bereich von ± 2 % oder weniger des vorgegebenen Werts in dem vorgegebenen Zeitraum variiert, über einen zulässigen Grad hinaus abgebaut worden ist, wobei der Schritt b) durch Vergleichen eines Bestimmungsindikatorwerts, der mittels eines Ausgabewerts von einer Zielgaserfassungskomponente (100) berechnet wird, und einer Schwelle, die der Temperatur des Katalysators (600) entspricht, durchgeführt wird, wobei die Zielgaserfassungskomponente (100) mindestens an einer Stelle stromabwärts von dem Katalysator (600) in dem Abgasweg (500) bereitgestellt ist und das Zielgas erfassen kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Grads des Abbaus eines Katalysators, der ein unverbranntes Kohlenwasserstoffgas oxidiert oder adsorbiert.
Beschreibung des Standes der Technik
Als Technik zum Bestimmen des Grads des Abbaus eines Katalysators (eines Oxidationskatalysators), der in einem Abgasweg eines Verbrennungsmotors, wie z.B. eines Motors eines Fahrzeugs, angeordnet ist und ein Zielgas, das mindestens eines von einem Kohlenwasserstoffgas und einem Kohlenmonoxidgas umfasst, das in einem Abgas von dem Verbrennungsmotor enthalten ist, oxidiert oder adsorbiert, ist z.B. eine Technik des Erhaltens der Konzentration des Zielgases an einer Stelle stromabwärts von dem Katalysator in dem Abgasweg zu jedem Zeitpunkt, bei dem sich der Verbrennungsmotor in einem normalen Betriebszustand befindet, und des Vergleichens eines Werts der Konzentration und einer bestimmten Schwelle zum Bestimmen, ob der Katalysator bis zu einem Grad über einen zulässigen Grad hinaus abgebaut worden ist, bekannt (vgl. z.B. die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2016- 108 979 A. Die Technik wird in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2016- 108 979 A als passive OBD bezeichnet.
In der Technik der passiven OBD, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2016- 108 979 A beschrieben ist, wird zum Erfassen des Zielgases ein Mischpotenzial-Kohlenwasserstoffgassensor (HC-Sensor) verwendet. Während die Sauerstoffkonzentration eines Abgases, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors variieren kann, kann die Ausgabe von dem HC-Sensor mit der Sauerstoffkonzentration eines Messgases variieren. Intensive Untersuchungen, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, haben gezeigt, dass es bevorzugt ist, den Effekt der Variation der Sauerstoffkonzentration des Abgases soweit wie möglich zu beseitigen, um einen Abbau des Katalysators mit einer hohen Genauigkeit mittels der Technik der passiven OBD zu bestimmen, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2016- 108 979 A offenbart ist.
Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2016- 108 979 A erwähnt, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, etwa 10 % beträgt, und dass die passive OBD durchgeführt wird, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem normalen oder in einem stabilen Betriebszustand befindet, berücksichtigt jedoch keinen spezifischen Effekt der Variation der Sauerstoffkonzentration auf die Bestimmung des Abbaus des Katalysators. Die Offenlegungsschrift DE 10 2011 006 921 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung der Fähigkeit eines Katalysators zur Konvertierung von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid im Abgas einer Brennkraftmaschine. Weiterhin beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2012 217 832 A1 ein Verfahren zur Überwachung einer Schadstoff-Konvertierungsfähigkeit einer katalytisch beschichteten, oxidierenden Abgasnachbehandlungskomponente eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Grads des Abbaus eines Katalysators, der ein unverbranntes Kohlenwasserstoffgas oxidiert oder adsorbiert, und betrifft insbesondere eine Bestimmung, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases variiert.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen des Grads des Abbaus eines Katalysators, der sich in einem Abgasweg eines Verbrennungsmotors befindet und ein Zielgas, das mindestens eines von einem Kohlenwasserstoffgas und Kohlenmonoxidgas umfasst, das in einem Abgas von dem Verbrennungsmotor enthalten ist, oxidiert oder adsorbiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren a) das Bestimmen, ob die Sauerstoffkonzentration des Abgases, die durch eine vorgegebene Sauerstoffkonzentrationsbestimmungskomponente bestimmt wird, in einem Bereich von 15 % bis 20 % liegt, oder ob die Sauerstoffkonzentration des Abgases 10 % oder mehr beträgt und in einem Bereich von ± 2 % oder weniger eines vorgegebenen Werts in einem vorgegebenen Zeitraum variiert, und b) das Bestimmen, ob der Katalysator zu einem Zeitpunkt, wenn in dem Schritt a) bestimmt wird, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases in dem Bereich von 15 % bis 20 % liegt oder dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases 10 % oder mehr beträgt und im Bereich von ± 2 % oder weniger des vorgegebenen Werts in dem vorgegebenen Zeitraum variiert, über einen zulässigen Grad hinaus abgebaut worden ist. Der Schritt b) wird durch Vergleichen eines Bestimmungsindikatorwerts, der mittels eines Ausgabewerts von einer Zielgaserfassungskomponente berechnet wird, und einer Schwelle, die der Temperatur des Katalysators entspricht, durchgeführt. Die Zielgaserfassungskomponente ist mindestens an einer Stelle stromabwärts von dem Katalysator in dem Abgasweg bereitgestellt und kann das Zielgas erfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann selbst dann, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases variiert, der Grad des Abbaus des katalytischen Vermögens des Katalysators, der das Zielgas, das mindestens eines des Kohlenwasserstoffgases und des Kohlenmonoxidgases umfasst, oxidiert oder adsorbiert, stabil und mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist folglich die Bereitstellung einer Technik des stabilen Bestimmens des Abbaus des Katalysators mit einer hohen Genauigkeit, während der Effekt der Variation der Sauerstoffkonzentration des Abgases vermindert wird.
Figurenliste

1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Dieselmotorsystems 1000, das ein Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 umfasst;
2A und 2B sind schematische Schnittansichten, die jeweils schematisch ein Beispiel für den Aufbau eines HC-Sensors 100 zeigen;
3 zeigt schematisch ein Umwandlungsverhältnisprofil;
4A und 4B zeigen schematisch weitere Beispiele für das Umwandlungsverhältnisprofil;
5 zeigt für einige Umwandlungsverhältnisse eine Beziehung zwischen einer stromaufwärtigen unverbranntes Kohlenwasserstoffgas-Konzentration Nu und einer stromabwärtigen unverbranntes Kohlenwasserstoffgas-Konzentration NI, wenn die Temperatur eines Oxidationskatalysators 600 in einem Oxidationsbereich liegt, der höher als eine Temperatur T2 ist;
6 zeigt die Verteilung der Sauerstoffkonzentration eines Abgases G, wenn das Fahrzeug, an dem das Motorsystem 1000 montiert ist, für einen vorgegebenen Zeitraum in einem NEDC-Modus fährt;
7 zeigt die Abhängigkeit eines Ausgabewerts von dem HC-Sensor 100 von der Sauerstoffkonzentration des Abgases G;
8 zeigt die Beziehung zwischen der stromaufwärtigen unverbranntes Kohlenwasserstoffgas-Konzentration Nu und der stromabwärtigen unverbranntes Kohlenwasserstoffgas-Konzentration NI für die drei Umwandlungsverhältnisse, die in der 5 gezeigt sind, unter Berücksichtigung der Variation des Ausgabewerts von dem HC-Sensor 100, die durch die Variation der Sauerstoffkonzentration des Abgases G verursacht wird;
9 zeigt die Beziehung zwischen der stromaufwärtigen unverbranntes Kohlenwasserstoffgas-Konzentration Nu und der stromabwärtigen unverbranntes Kohlenwasserstoffgas-Konzentration NI für die drei Umwandlungsverhältnisse, die in der 5 gezeigt sind, unter Berücksichtigung eines Bereichs der Variation der Sauerstoffkonzentration, der die Sauerstoffkonzentrationsstabilitätsbedingungen (Bedingung b) erfüllt; und
10 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zur Bestimmung mit einer passiven OBD.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Überblick über das System>
Die 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Dieselmotorsystems (nachstehend auch einfach als Motorsystem bezeichnet) 1000, das ein Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
Das Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 umfasst vorwiegend einen Kohlenwasserstoffgassensor (nachstehend auch als HC-Sensor bezeichnet) 100, einen Temperatursensor 110, einen Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 und eine elektronische Steuereinheit 200, die eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des gesamten Motorsystems 1000 ist.
Das Motorsystem 1000 umfasst zusätzlich zu dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 vorwiegend einen Motorhauptkörper 300, der ein Dieselmotor eines Verbrennungsmotortyps ist, eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzventilen 301, die Kraftstoff in den Motorhauptkörper 300 einspritzen, einen Kraftstoffeinspritzanweisungsteil 400 zum Anweisen der Kraftstoffeinspritzventile 301, den Kraftstoff einzuspritzen, eine Abgasleitung 500, die einen Abgasweg bildet, der ein Abgas (Motorabgas) G, das in dem Motorhauptkörper 300 erzeugt wird, nach außen abgibt, und einen Oxidationskatalysator 600, wie z.B. Platin und Palladium, der sich in der Abgasleitung 500 befindet und ein unverbranntes Kohlenwasserstoffgas in dem Abgas G oxidiert oder adsorbiert. In der vorliegenden Ausführungsform wird in einer relativen Bedeutung die Position näher an dem Motorhauptkörper 300, bei der es sich um eine Seite der Abgasleitung 500 handelt, als stromaufwärtige Seite bezeichnet, und die Position näher an einer Abgabeöffnung 510, die dem Motorhauptkörper 300 gegenüberliegt, wird als stromabwärtige Seite bezeichnet.
Das Motorsystem 1000 ist typischerweise an einem Fahrzeug montiert und in einem solchen Fall ist der Kraftstoffeinspritzanweisungsteil 400 ein Gaspedal.
In dem Motorsystem 1000 gibt die elektronische Steuereinheit 200 ein Kraftstoffeinspritzanweisungssignal sg1 an die Kraftstoffeinspritzventile 301 aus. Das Kraftstoffeinspritzanweisungssignal sg1 wird üblicherweise als Reaktion auf ein Kraftstoffeinspritzanfragesignal sg2 zum Anfordern eines Einspritzens einer vorgegebenen Menge Kraftstoff ausgegeben, das von dem Kraftstoffeinspritzanweisungsteil 400 während des Betriebs (Laufens) des Motorsystems 1000 für die elektronische Steuereinheit 200 bereitgestellt wird (z.B. wird ein Gaspedal gedrückt, so dass eine optimale Kraftstoffeinspritzung, die eine große Anzahl von Parametern wiedergibt, wie z.B. die Position eines Gaspedals, die Menge des angesaugten Sauerstoffs, die Motordrehzahl und das Drehmoment, angefordert wird). Zusätzlich dazu wird das Kraftstoffeinspritzanweisungssignal sg1 zum Betreiben des Oxidationskatalysatorbestimmungssystems DS1 ausgegeben.
Ein Überwachungssignal sg3 zum Überwachen verschiedener Situationen innerhalb des Motorhauptkörpers 300 wird von dem Motorhauptkörper 300 für die elektronische Steuereinheit 200 bereitgestellt.
In dem Motorsystem 1000 ist das Abgas G, das von dem Motorhauptkörper 300, der ein Dieselmotor ist, abgegeben wird, ein Gas in einer Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff (O₂) mit einer Sauerstoffkonzentration von etwa 5 % bis 20 %. Insbesondere enthält das Abgas G zusätzlich zu Sauerstoff und dem unverbrannten Kohlenwasserstoffgas Stickstoffoxide, Ruß (Graphit) und dergleichen. In dieser Beschreibung umfasst das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas, das ein Gas (Zielgas) ist, das durch den Oxidationskatalysator 600 adsorbiert oder oxidiert werden soll, nicht nur typische Kohlenwasserstoffgase (durch eine chemische Formel als Kohlenwasserstoffe klassifiziert), wie z.B. C₂H₄, C₃H₆ und n-C8, sondern auch Kohlenmonoxid (CO). Der HC-Sensor 100 kann in einer geeigneten Weise ein Zielgas erfassen, das CO umfasst. CH₄ ist jedoch ausgeschlossen.
Das Motorsystem 1000 kann zusätzlich zu dem Oxidationskatalysator 600 eine oder mehrere Reinigungsvorrichtung(en) 700 umfassen, die sich in der Abgasleitung 500 befindet oder befinden.
Das Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 ist ein Katalysatorabbaubestimmungssystem zum Bestimmen des Grads des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 (insbesondere des Grads des Abbaus des katalytischen Leistungsvermögens des Oxidationskatalysators 600). Der Oxidationskatalysator 600 adsorbiert oder oxidiert das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas des Abgases G, das stromabwärts strömt, so dass das Strömen des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases aus der Abgabeöffnung 510 am Ende der Abgasleitung 500 verhindert oder vermindert wird, und das katalytische Leistungsvermögen (insbesondere das Adsorptionsvermögen und das Oxidationsvermögen) des Oxidationskatalysators 600 wird im Zeitverlauf abgebaut. Der Abbau ist nicht bevorzugt, da die Menge des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases, das stromabwärts strömt, ohne durch den Oxidationskatalysator 600 eingefangen zu werden, zunimmt. In dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas, das durch den Oxidationskatalysator 600 hindurchgetreten ist, unter Verwendung des HC-Sensors 100 erfasst, so dass der Grad des Abbaus des katalytischen Leistungsvermögens des Oxidationskatalysators 600 bestimmt wird.
Wie es vorstehend beschrieben ist, umfasst das Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 den HC-Sensor 100, den Temperatursensor 110 und den Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120. Der HC-Sensor 100 ist an einer Stelle stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 600 in der Abgasleitung 500 bereitgestellt und erfasst die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases an der Stelle, der Temperatursensor 110 ist an einer Stelle stromaufwärts von dem Oxidationskatalysator 600 bereitgestellt und erfasst die Temperatur des Abgases G (eine Abgastemperatur) an der Stelle, und der Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 erfasst O₂ (Sauerstoff), der in dem Abgas G enthalten ist. Obwohl der Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 an einer Stelle stromaufwärts von dem Oxidationskatalysator 600 in der Abgasleitung 500 in der 1 bereitgestellt ist, muss der Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 nicht notwendigerweise an der Stelle stromaufwärts von dem Oxidationskatalysator 600 bereitgestellt sein, und kann an einer Stelle stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 600 bereitgestellt sein. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Oxidationskatalysator 600 keinen Effekt auf O₂ in dem Abgas G aufweist, das durch den Oxidationskatalysator 600 hindurchtritt. Ein Endabschnitt des HC-Sensors 100, ein Endabschnitt des Temperatursensors 110 und ein Endabschnitt des Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensors 120 wurden jeweils in die Abgasleitung 500 eingesetzt.
Allgemein bestimmt in dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 die elektronische Steuereinheit 200, ob der Oxidationskatalysator 600 abgebaut ist, auf der Basis eines HC-Erfassungssignals sg11, das von dem HC-Sensor 100 ausgegeben wird, und eines Abgastemperaturerfassungssignals sg12, das von dem Temperatursensor 110 ausgegeben wird, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases G, die auf der Basis eines Sauerstofferfassungssignals sg13 festgelegt ist, das von dem Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 ausgegeben wird, in einem vorgegebenen Bereich liegt. Ein Beispiel für den Aufbau des HC-Sensors 100 und Details der Bestimmung des Abbaus werden nachstehend beschrieben. Andererseits kann jedweder bekannte Temperatursensor, einschließlich ein Temperatursensor, der in einem typischen Motorsystem zur Messung der Abgastemperatur verwendet wird, als Temperatursensor 110 verwendet werden.
Als Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 kann ein bekannter Sauerstoffsensor als ein spezifischer Sensor verwendet werden, oder ein Sauerstoffsensor, der für einen anderen Zweck verwendet wird, kann üblicherweise verwendet werden. Alternativ kann im Hinblick auf die Tatsache, dass ein NOx-Sensor zum Messen einer NOx-Konzentration des Abgases G ein Signal ausgeben kann, das proportional zur Sauerstoffkonzentration ist, der NOx-Sensor als der Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 verwendet werden. In jedem Fall legt die elektronische Steuereinheit 200 die Sauerstoffkonzentration mittels eines bekannten Verfahrens auf der Basis des Sauerstofferfassungssignals sg13 (eines Werts der elektromotorischen Kraft oder eines Stromwerts) fest, das von dem Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 gemäß der Sauerstoffkonzentration des Abgases G ausgegeben wird.
Die elektronische Steuereinheit 200 umfasst eine Speichervorrichtung (nicht gezeigt), wie z.B. einen Speicher und eine Festplatte (HDD), und die Speichervorrichtung speichert ein Programm zum Steuern des Betriebs des Motorsystems 1000 und des Oxidationskatalysatorbestimmungssystems DS1, Schwellendaten, die verwendet werden, wenn der Grad des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 bestimmt wird, was nachstehend beschrieben wird, und dergleichen.
<Beispiel für den Aufbau des HC-Sensors>
Die 2A und 2B sind schematische Schnittansichten, die jeweils ein Beispiel für den Aufbau des HC-Sensors 100 zeigen, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Die 2A ist eine vertikale Schnittansicht in der Längsrichtung eines Sensorelements 101, das eine Hauptkomponente des HC-Sensors 100 ist. Die 2B ist ein Diagramm, das einen Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung des Sensorelements 101 entlang der Linie A-A' von 2A umfasst.
Der HC-Sensor 100, der in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist ein sogenannter Mischpotenzialgassensor. Allgemein nutzt der HC-Sensor 100 eine Potenzialdifferenz, die zwischen einer Erfassungselektrode 10, die sich auf der Oberfläche des Sensorelements 101 befindet, das vorwiegend eine Keramik umfasst, die ein Sauerstoffionen-leitender Festelektrolyt, wie z.B. Zirkoniumoxid (ZrO₂), ist, und einer Referenzelektrode 20, die sich innerhalb des Sensorelements 101 befindet, aufgrund der Differenz der Konzentration einer zu messenden Gaskomponente in der Nähe der Erfassungselektrode 10 und der Referenzelektrode 20 auf der Basis des Prinzips des Mischpotenzials auftritt, so dass die Konzentration der Gaskomponente eines Messgases erhalten wird.
Wenn das Messgas eine Mehrzahl von Typen des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases umfasst, weist die Potenzialdifferenz, die zwischen der Erfassungselektrode 10 und der Referenzelektrode 20 auftritt, einen Wert auf, zu dem alle der Mehrzahl von Typen des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases beitragen, und folglich ist ein Wert der erhaltenen Konzentration die Summe der Konzentrationen der Mehrzahl von Typen des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases.
Das Sensorelement 101 umfasst zusätzlich zu der Erfassungselektrode 10 und der Referenzelektrode 20, die vorstehend beschrieben worden sind, vorwiegend eine Referenzgaseinführungsschicht 30, einen Referenzgaseinführungsraum 40 und eine Oberflächenschutzschicht 50.
In der vorliegenden Ausführungsform weist das Sensorelement 101 eine Struktur auf, in der sechs Schichten, nämlich eine erste Festelektrolytschicht 1, eine zweite Festelektrolytschicht 2, eine dritte Festelektrolytschicht 3, eine vierte Festelektrolytschicht 4, eine fünfte Festelektrolytschicht 5 und eine sechste Festelektrolytschicht 6, die jeweils aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet sind, in der angegebenen Reihenfolge von der Unterseite der 2A und 2B laminiert sind, und umfasst andere Komponenten, die sich vorwiegend zwischen diesen Schichten oder auf einer Außenumfangsoberfläche des Elements befinden. Die Festelektrolyte, welche diese sechs Schichten bilden, weisen eine hohe Dichte auf und sind luftdicht. Das Sensorelement 101 wird z.B. durch Durchführen einer vorgegebenen Bearbeitung und eines vorgegebenen Druckens von Schaltkreisstrukturen in Bezug auf die Keramikgrünlagen, die jeweiligen Schichten entsprechen, dann Laminieren dieser Grünlagen und ferner Brennen der laminierten Grünlagen zur Integration hergestellt.
In der folgenden Beschreibung wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit eine obere Oberfläche der sechsten Festelektrolytschicht 6 als vordere Oberfläche Sa des Sensorelements 101 bezeichnet, und eine untere Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 1 wird als rückwärtige Oberfläche Sb des Sensorelements 101 in den 2A und 2B bezeichnet. Wenn die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases des Messgases mittels des HC-Sensors 100 erhalten wird, ist der HC-Sensor 100 so angeordnet, dass sich ein vorgegebener Bereich des Sensorelements 101, der mindestens die Erfassungselektrode 10 von einem distalen Ende E1 als ein Ende des Sensorelements 101 umfasst, in einer Messgasatmosphäre befindet, und der andere Abschnitt des Sensorelements 101, der ein proximales Ende E2 als das andere Ende des Sensorelements 101 umfasst, nicht mit der Messgasatmosphäre in Kontakt ist.
Die Erfassungselektrode 10 ist eine Elektrode zum Erfassen des Messgases. Die Erfassungselektrode 10 ist als poröse Cermetelektrode ausgebildet, die aus Pt, das einen vorgegebenen Anteil von Au enthält, nämlich einer Pt-Au-Legierung, und Zirkoniumoxid hergestellt ist. Die Erfassungselektrode 10 befindet sich an einem Abschnitt der vorderen Oberfläche Sa des Sensorelements 101 näher an dem distalen Ende E1 als ein Ende in der Längsrichtung des Sensorelements 101, so dass sie in der Draufsicht etwa rechteckig ist.
Die Zusammensetzung der Pt-Au-Legierung der Erfassungselektrode 10 wird geeignet eingestellt, so dass die Erfassungselektrode 10 eine katalytische Aktivität aufweist, die für das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas inaktiviert ist. Dies bedeutet, dass eine Zersetzungsreaktion des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases in der Erfassungselektrode 10 verhindert oder vermindert wird. Folglich variiert in dem HC-Sensor 100 das Potenzial der Erfassungselektrode 10 selektiv für das (weist eine Korrelation auf mit dem) unverbrannte Kohlenwasserstoffgas gemäß dessen Konzentration. Mit anderen Worten, die Erfassungselektrode 10 ist so bereitgestellt, dass sie eine hohe Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials für das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas aufweist, während sie eine geringe Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials für andere Komponenten des Messgases aufweist. Dies wird durch Einbeziehen von Gold (Au) als leitfähige Komponente (eine Edelmetallkomponente) der Erfassungselektrode 10 zusätzlich zu Platin (Pt) als Hauptkomponente erreicht.
Insbesondere ist die Erfassungselektrode 10 so ausgebildet, dass sie ein Häufigkeitsverhältnis von Au (Au-Häufigkeitsverhältnis) von 0,3 oder mehr aufweist. Die Erfassungselektrode 10 ist so ausgebildet, dass der HC-Sensor 100 eine hohe Erfassungsempfindlichkeit verglichen mit einem Fall aufweist, bei dem die Erfassungselektrode 10 als Cermetelektrode hergestellt ist, die aus Pt und Zirkoniumoxid ausgebildet ist, wie dies bei der Referenzelektrode 20 der Fall ist. Durch diese Struktur kann, wenn das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas, das in dem Abgas G in der Sauerstoffüberschussatmosphäre enthalten ist, die in der vorstehend beschriebenen Weise in dem Motorhauptkörper 300 erzeugt wird, ein Erfassungsziel ist, der HC-Sensor 100 das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas mit einer vorteilhaften Erfassungsempfindlichkeit erfassen.
In dieser Beschreibung steht das Au-Häufigkeitsverhältnis für ein Flächenverhältnis eines Abschnitts, der mit Au bedeckt ist, zu einem Abschnitt, bei dem Pt in der Oberfläche von Edelmetallteilchen, die in die Erfassungselektrode 10 einbezogen sind, freiliegt. Das Au-Häufigkeitsverhältnis hat den Wert eins, wenn die Fläche des Abschnitts, bei dem Pt freiliegt, und die Fläche des Abschnitts, der mit Au bedeckt ist, identisch sind. In dieser Beschreibung wird das Au-Häufigkeitsverhältnis mittels eines relativen Empfindlichkeitskoeffizientenverfahrens aus einer Peakintensität eines Peaks berechnet, der für Au und Pt mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) erhalten worden ist.
Wenn die Erfassungselektrode 10 ein Au-Häufigkeitsverhältnis von 0,3 oder mehr aufweist, ist Au in der Oberfläche der Edelmetallteilchen konzentriert, die in die Erfassungselektrode 10 einbezogen sind. Insbesondere ist eine Au-reiche Pt-Au-Legierung in der Nähe der Oberflächen der Pt-reichen Pt-Au-Legierungsteilchen ausgebildet. Wenn der Zustand erreicht wird, weist die Erfassungselektrode 10 eine ausreichend inaktivierte katalytische Aktivität auf und sie weist eine erhöhte Konzentrationsabhängigkeit des Potenzials für das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas auf.
Das Volumenverhältnis von Edelmetallkomponenten zu Zirkoniumoxid in der Erfassungselektrode 10 beträgt etwa 5:5 bis 8:2.
Die Erfassungselektrode 10 weist vorzugsweise eine Porosität von 10 % oder mehr und 30 % oder weniger und eine Dicke von 5 µm oder mehr auf, so dass der HC-Sensor 100 dessen Funktion in einer geeigneten Weise ausüben kann. Insbesondere weist die Erfassungselektrode 10 mehr bevorzugt eine Porosität von 15 % oder mehr und 25 % oder weniger und eine Dicke von 25 µm oder mehr und 45 µm oder weniger auf.
Obwohl die planare Größe der Erfassungselektrode 10 in einer geeigneten Weise eingestellt werden kann, beträgt beispielsweise die Größe in der Längsrichtung des Sensorelements etwa 0,2 mm bis 10 mm, und die Größe in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Sensorelements beträgt etwa 1 mm bis 5 mm.
Die Referenzelektrode 20 ist eine Elektrode, die sich innerhalb des Sensorelements 101 befindet, als Referenz verwendet wird, wenn die Konzentration des Messgases erhalten wird, und in der Draufsicht etwa rechteckig ist. Die Referenzelektrode 20 ist als poröse Cermetelektrode ausgebildet, die aus Pt und Zirkoniumoxid hergestellt ist.
Die Referenzelektrode 20 ist so ausgebildet, dass sie eine Porosität von 10 % oder mehr und 30 % oder weniger und eine Dicke von 5 µm oder mehr und 15 µm oder weniger aufweist. Die planare Größe der Referenzelektrode 20 kann geringer sein als diejenige der Erfassungselektrode 10, wie es in den 2A und 2B gezeigt ist, oder sie kann derjenigen der Erfassungselektrode 10 ähnlich sein.
Die Referenzgaseinführungsschicht 30 ist eine Schicht, die aus porösem Aluminiumoxid ausgebildet ist und die sich so innerhalb des Sensorelements 101 befindet, dass sie die Referenzelektrode 20 bedeckt, und der Referenzgaseinführungsraum 40 ist ein Innenraum, der sich näher an dem proximalen Ende E2 des Sensorelements 101 befindet. Atmosphärische Luft (Sauerstoff) als Referenzgas, wenn die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases erhalten wird, wird von außen in den Referenzgaseinführungsraum 40 eingeführt.
Der Referenzgaseinführungsraum 40 und die Referenzgaseinführungsschicht 30 stehen miteinander in Verbindung, so dass die Umgebung der Referenzelektrode 20 durch den Referenzgaseinführungsraum 40 und die Referenzgaseinführungsschicht 30 stets mit der atmosphärischen Luft (Sauerstoff) gefüllt sind, wenn der HC-Sensor 100 verwendet wird. Die Referenzelektrode 20 weist somit immer ein konstantes Potenzial auf, wenn der HC-Sensor 100 verwendet wird.
Der Referenzgaseinführungsraum 40 und die Referenzgaseinführungsschicht 30 werden durch die umgebenden Festelektrolyten an einem Kontakt mit dem Messgas gehindert, so dass die Referenzelektrode 20 selbst dann nicht mit dem Messgas in Kontakt ist, wenn die Erfassungselektrode 10 dem Messgas ausgesetzt ist.
In einem Fall, der in der 2A gezeigt ist, ist der Referenzgaseinführungsraum 40 so bereitgestellt, dass bewirkt wird, dass ein Teil der fünften Festelektrolytschicht 5 ein Raum ist, der mit der Außenseite an einer Stelle in Verbindung steht, die sich näher an dem proximalen Ende E2 des Sensorelements 101 befindet. Die Referenzgaseinführungsschicht 30 ist zwischen der fünften Festelektrolytschicht 5 und der sechsten Festelektrolytschicht 6 so bereitgestellt, dass sie sich in der Längsrichtung des Sensorelements 101 erstreckt. Die Referenzelektrode 20 befindet sich unterhalb des Schwerpunkts der Erfassungselektrode 10 in der 2A.
Die Oberflächenschutzschicht 50 ist eine aus Aluminiumoxid hergestellte poröse Schicht, die sich so auf der vorderen Oberfläche Sa des Sensorelements 101 befindet, dass sie mindestens die Erfassungselektrode 10 bedeckt. Die Oberflächenschutzschicht 50 ist als eine Elektrodenschutzschicht zum Verhindern oder Vermindern eines Abbaus der Erfassungselektrode 10 bereitgestellt, der durch das kontinuierliche Aussetzen gegenüber dem Messgas verursacht wird, wenn der HC-Sensor 100 verwendet wird. In einem Fall, der in den 2A und 2B gezeigt ist, ist die Oberflächenschutzschicht 50 so bereitgestellt, dass sie nicht nur die Erfassungselektrode 10 bedeckt, sondern auch nahezu die gesamte vordere Oberfläche Sa des Sensorelements 101 mit der Ausnahme eines vorgegebenen Bereichs von dem distalen Ende E1 des Sensorelements 101.
Wie es in der 2B gezeigt ist, umfasst der HC-Sensor 100 ein Potenziometer 60, das eine Potenzialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode 10 und der Referenzelektrode 20 messen kann. Obwohl eine Verdrahtung zwischen der Erfassungselektrode 10 und dem Potenziometer 60 und zwischen der Referenzelektrode 20 und dem Potenziometer 60 in der 2B vereinfacht ist, befinden sich in dem tatsächlichen Sensorelement 101 Verbindungsanschlüsse (nicht gezeigt) auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche Sa oder der rückwärtigen Oberfläche Sb näher an dem proximalen Ende E2, so dass sie den jeweiligen Elektroden entsprechen, und Verdrahtungsstrukturen (nicht gezeigt), welche die Elektroden mit den entsprechenden Verbindungsanschlüssen verbinden, sind auf der vorderen Oberfläche Sa und innerhalb des Elements ausgebildet. Die Erfassungselektrode 10 und die Referenzelektrode 20 sind durch die Verdrahtungsstrukturen und die Verbindungsanschlüsse jeweils elektrisch mit dem Potenziometer 60 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Potenzialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode 10 und der Referenzelektrode 20, die durch das Potenziometer 60 gemessen wird, das HC-Erfassungssignal sg11. Die Potenzialdifferenz wird auch als HC-Sensorausgabe bezeichnet.
Das Sensorelement 101 umfasst ferner einen Heizeinrichtungsteil 70, der eine Rolle bei der Temperatureinstellung beim Erwärmen des Sensorelements 101 und beim Warmhalten desselben zur Erhöhung der Sauerstoffionenleitfähigkeit der Festelektrolyten spielt. Der Heizeinrichtungsteil 70 umfasst eine Heizeinrichtungselektrode 71, Heizeinrichtungen 72, ein Durchgangsloch 73, eine Heizeinrichtungsisolierschicht 74 und ein Druckverteilungsloch 75.
Die Heizeinrichtungselektrode 71 ist eine Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie mit der rückwärtigen Oberfläche Sb des Sensorelements 101 in Kontakt ist (der unteren Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 1 in den 2A und 2B). Die Heizeinrichtungselektrode 71 soll mit einer externen Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden werden, so dass der Heizeinrichtungsteil 70 von außen mit Strom versorgt werden kann.
Die Heizeinrichtungen 72 sind elektrische Widerstände, die sich innerhalb des Sensorelements 101 befinden. Die Heizeinrichtungen 72 sind mittels des Durchgangslochs 73 mit der Heizeinrichtungselektrode 71 verbunden und erzeugen dadurch Wärme, dass sie durch die Heizeinrichtungselektrode 71 von außen mit Strom versorgt werden, so dass die Festelektrolyte, die das Sensorelement 101 bilden, erwärmt und warmgehalten werden.
In dem Fall, der in den 2A und 2B gezeigt ist, sind die Heizeinrichtungen 72 in einen Bereich einbezogen, der sich von dem proximalen Ende E2 zu der Stelle unterhalb der Erfassungselektrode 10 nahe an dem distalen Ende E1 erstreckt, so dass sie vertikal sandwichartig zwischen der zweiten Festelektrolytschicht 2 und der dritten Festelektrolytschicht 3 angeordnet sind. Die Heizeinrichtungen 72 können folglich das Sensorelement 101 als Ganzes auf eine Temperatur einstellen, bei welcher die Festelektrolyte aktiviert sind.
Die Heizeinrichtungsisolierschicht 74 ist eine Isolierschicht, die aus einem Isolator, wie z.B. Aluminiumoxid, auf oberen und unteren Oberflächen der Heizeinrichtungen 72 ausgebildet ist. Die Heizeinrichtungsisolierschicht 74 ist für eine elektrische Isolation zwischen der zweiten Festelektrolytschicht 2 und den Heizeinrichtungen 72 und für eine elektrische Isolation zwischen der dritten Festelektrolytschicht 3 und den Heizeinrichtungen 72 ausgebildet.
Das Druckverteilungsloch 75 ist ein Teil, der zum Durchdringen der dritten Festelektrolytschicht 3 und der vierten Festelektrolytschicht 4 zur Herstellung einer Verbindung mit dem Referenzgaseinführungsraum 40 ausgebildet ist, und ist zum Vermindern eines Innendruckanstiegs ausgebildet, der mit einem Temperaturanstieg in der Heizeinrichtungsisolierschicht 74 zusammenhängt.
Wenn die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases des Abgases G von dem Motorhauptkörper 300 als Messgas mittels des HC-Sensors 100, der den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, erhalten wird, ist der HC-Sensor 100 so angeordnet, dass nur der vorgegebene Bereich des Sensorelements 101, der mindestens die Erfassungselektrode 10 von dem distalen Ende E1 umfasst, in die Abgasleitung 500 des Motorsystems 1000 eingesetzt wird, während der Abschnitt des Sensorelements 101 näher an dem proximalen Ende E2 von dem Raum isoliert ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und die atmosphärische Luft (Sauerstoff) dem Referenzgaseinführungsraum 40 zugeführt wird. Die Heizeinrichtungen 72 erwärmen das Sensorelement 101 auf eine geeignete Temperatur von 300 °C bis 800°C, vorzugsweise auf 400 °C bis 700 °C und mehr bevorzugt auf 400 °C bis 600 °C.
In diesem Zustand tritt eine Potenzialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode 10, die dem Messgas (Abgas G) ausgesetzt ist, und der Referenzelektrode 20 auf, die sich in der atmosphärischen Luft befindet. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist das Potenzial der Erfassungselektrode 10 jedoch selektiv eine Konzentrationsabhängigkeit für das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas des Messgases (Abgas G) auf, während das Potenzial der Referenzelektrode 20, die sich in der Atmosphäre der atmosphärischen Luft (die eine konstante Sauerstoffkonzentration aufweist) befindet, konstant gehalten wird, und folglich weist die Potenzialdifferenz (HC-Sensorausgabe) einen Wert auf, der im Wesentlichen der Konzentration des Messgases um die Erfassungselektrode 10 entspricht. Die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases und die Sensorausgabe weisen folglich eine konstante funktionelle Beziehung auf (als Empfindlichkeitseigenschaften bezeichnet). Die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases des Messgases kann mittels der Empfindlichkeitseigenschaften erhalten werden.
D.h., die Empfindlichkeitseigenschaften werden durch Messen der Sensorausgabe im Vorhinein unter Verwendung einer Mehrzahl von verschiedenen Mischgasen mit bekannten Konzentrationen von unverbranntem Kohlenwasserstoffgas experimentell festgelegt, und die Empfindlichkeitseigenschaften werden in der elektronischen Steuereinheit 200 gespeichert. Die elektronische Steuereinheit 200 wandelt die HC-Sensorausgabe, die abhängig von der Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases des Messgases ständig variiert, auf der Basis der Empfindlichkeitseigenschaften in die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases um, worauf die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases an der Stelle stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 600 etwa in Echtzeit erhalten wird.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Variation eines Werts der HC-Sensorausgabe (Wert der Potenzialdifferenz), der als HC-Erfassungssignal sg11 bereitgestellt wird, bei der Bestimmung des Abbaus verwendet, wie es nachstehend beschrieben wird.
<Eigenschaften des Oxidationskatalysators>
Die Eigenschaften des Oxidationskatalysators 600 als Ziel der Bestimmung des Abbaus, die in dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, werden als nächstes beschrieben.
Die 3 zeigt schematisch eine Beziehung (Umwandlungsverhältnisprofil) zwischen der Temperatur des Oxidationskatalysators 600 (einer Katalysatortemperatur) und einem Umwandlungsverhältnis. Die 3 zeigt schematisch ein Umwandlungsverhältnisprofil Pf des Oxidationskatalysators 600 in einem anfänglichen Zustand der Verwendung (einem ungebrauchten Oxidationskatalysator oder einem Oxidationskatalysator, mit dessen Verwendung unmittelbar begonnen worden ist) (einfach als Frischer bezeichnet) und ein Umwandlungsverhältnisprofil Pa des Oxidationskatalysators 600, der für einen bestimmten Zeitraum verwendet worden ist (einfach als Gealterter bezeichnet).
Das Umwandlungsverhältnis ist ein Wert, der als Indikator für das katalytische Leistungsvermögen des Oxidationskatalysators 600 dient, und wenn die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases in der Nähe einer stromaufwärtigen Seite des Oxidationskatalysators 600 als eine stromaufwärtige Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases Nu festgelegt ist (nachstehend auch als stromaufwärtige Konzentration Nu bezeichnet), und die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgass in der Nähe einer stromabwärtigen Seite des Oxidationskatalysators 600 als eine stromabwärtige Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases NI festgelegt ist (nachstehend auch als stromabwärtige Konzentration NI bezeichnet), dann ist das Umwandlungsverhältnis durch die folgende Gleichung (1) festgelegt: $Umwandlungsverh \ddot{a} ltnis (%) = 100 \times (Nu - NI) / Nu$
D.h., das Umwandlungsverhältnis stellt das Verhältnis des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases, das nicht stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 600 strömt, zu dem unverbrannten Kohlenwasserstoffgas dar, das von der stromaufwärtigen Seite in den Oxidationskatalysator 600 strömt. Der Oxidationskatalysator 600, der ein höheres Umwandlungsverhältnis aufweist, weist ein höheres katalytisches Leistungsvermögen auf.
Insbesondere weist der Oxidationskatalysator 600 vorwiegend einen Effekt (das Adsorptionsvermögen) zum Adsorbieren des unverbrannten Kohlenwasserstoffgass in einem Temperaturbereich (einem Adsorptionsbereich in der 3) auf, der mit einer bestimmten Temperatur T1 (etwa 150°C) identisch oder niedriger als diese ist, und zeigt in einer geeigneten Weise das Vermögen (Oxidationsvermögen) zum Oxidieren des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases als dessen ursprüngliche Funktion in einem Temperaturbereich (einem Oxidationsbereich in der 3), der mit der Temperatur T2 (üblicherweise zwischen 150 °C und 200°C) identisch oder höher als diese ist. In einem Temperaturbereich (einem Zwischenbereich in der 3) zwischen der Temperatur T1 und der Temperatur T2 nimmt mit steigender Temperatur das Adsorptionsvermögen ab und das Oxidationsvermögen zu. Es kann folglich davon ausgegangen werden, dass das Umwandlungsverhältnis ein Wert ist, der das Verhältnis des durch den Oxidationskatalysator 600 adsorbierten oder oxidierten unverbrannten Kohlenwasserstoffgases zu dem unverbrannten Kohlenwasserstoffgas, das von der stromaufwärtigen Seite in den Oxidationskatalysator 600 strömt, darstellt.
Wie es in der 3 gezeigt ist, weist das Umwandlungsverhältnisprofil Pf des Frischen üblicherweise das höchste Umwandlungsverhältnis (von etwa 90 %) in dem Oxidationsbereich auf, und weist ein niedrigeres Umwandlungsverhältnis in dem Adsorptionsbereich als in dem Oxidationsbereich auf. Das Umwandlungsverhältnis ist bei der Temperatur T1 (etwa 150°C), welche die obere Grenztemperatur in dem Adsorptionsbereich ist, am niedrigsten, und neigt zu einem Anstieg mit steigender Temperatur in dem Zwischenbereich.
Die Temperatur des Oxidationskatalysators 600 kann jedoch abhängig von der Temperatur des Abgases G (Abgastemperatur), das von dem Motorhauptkörper 300 abgegeben wird und durch die Abgasleitung 500 in den Oxidationskatalysator 600 strömt, ständig variieren, und folglich variiert das tatsächliche Umwandlungsverhältnis ständig.
Der Oxidationskatalysator 600, der ein hohes Umwandlungsverhältnis aufweist, wenn er ein Frischer ist, wird mit fortgesetztem Gebrauch abgebaut. Dies bedeutet, dass das Umwandlungsverhältnis des Oxidationskatalysators 600 ungeachtet der Temperatur abnimmt, wenn der Oxidationskatalysator 600 mit fortgesetztem Gebrauch der Gealterte wird. Das Umwandlungsverhältnisprofil Pa des Gealterten ist mit dem Umwandlungsverhältnisprofil Pf des Frischen in Bezug auf eine Beziehung zwischen dem Umwandlungsverhältnis in dem Adsorptionsbereich und dem Umwandlungsverhältnis in dem Oxidationsbereich im Wesentlichen identisch, weist jedoch ein niedrigeres Umwandlungsverhältnis auf als das Umwandlungsverhältnisprofil Pf bei derselben Temperatur.
<Überblick über die Bestimmung des Abbaus>
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann dann, wenn das Umwandlungsverhältnis als Ergebnis des kontinuierlichen Gebrauchs des Oxidationskatalysators 600 auf ein Niveau abnimmt, das unterhalb eines vorgegebenen Niveaus liegt, der Oxidationskatalysator 600 nicht dessen ursprünglich vorgesehene Funktion ausüben. Wenn das Motorsystem 1000 an dem Fahrzeug montiert ist, verursacht das Fahrzeug z.B. das Problem, dass es Umweltvorgaben nicht erfüllt und dergleichen. In dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird auf der Basis eines vorgegebenen Kriteriums bestimmt, ob der Oxidationskatalysator 600 als der Gealterte bis zu einem problematischen Grad abgebaut worden ist (z.B. dass ein Ersetzen erforderlich ist), wodurch in dem Motorsystem 1000 das zeitige Ersetzen des gealterten Oxidationskatalysators 600 durch einen Frischen ermöglicht wird.
Es ist prinzipiell möglich, durch Erstellen von Daten im Vorhinein (Schwellendaten), die einem Schwellenprofil T entsprechen, das in der 3 gezeigt ist, bei dem die Schwelle des Umwandlungsverhältnisses bei jeder Temperatur eingestellt wird, Speichern der Daten in der elektronischen Steuereinheit 200 des Oxidationskatalysatorbestimmungssystems DS1 und Erhalten der Temperatur und des Umwandlungsverhältnisses des Oxidationskatalysators 600 als Ziel der Bestimmung zu bestimmen, dass der Oxidationskatalysator 600 abgebaut worden ist, wenn das erhaltene Umwandlungsverhältnis niedriger als die Schwelle bei der Temperatur ist.
Zum Berechnen des Umwandlungsverhältnisses in der Praxis muss jedoch die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases sowohl an der Stelle stromaufwärts von dem Oxidationskatalysator 600 als auch an der Stelle stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 600 erhalten werden, jedoch umfasst das Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht den HC-Sensor an der Stelle stromaufwärts von dem Oxidationskatalysator 600. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Grad des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 auf der Basis der stromabwärtigen Konzentration NI, der Temperatur des Oxidationskatalysators 600 und der Schwellendaten für die stromabwärtige Konzentration NI bestimmt, was die Tatsache nutzt, dass die stromaufwärtige Konzentration Nu des Oxidationskatalysators 600 in einem bestimmten Bereich liegt. Die stromabwärtige Konzentration NI wird auf der Basis des Ausgabewerts (HC-Erfassungssignals sg11) von dem HC-Sensor 100 erhalten, der an der Stelle stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 600 bereitgestellt ist. Die Temperatur des Oxidationskatalysators 600 wird durch das Abgastemperaturerfassungssignal sg12 von dem Temperatursensor 110 festgelegt, der an der Stelle stromaufwärts von dem Oxidationskatalysator 600 bereitgestellt ist. Die Schwellendaten werden im Vorhinein gemäß der Temperatur bestimmt und in der Speichervorrichtung der elektronischen Steuereinheit 200 gespeichert. D.h., die Bestimmung des Abbaus wird durch Behandeln der Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases des Abgases G, das durch den Oxidationskatalysator 600 hindurchgetreten ist, als direktes Ziel der Bestimmung durchgeführt. Spezifische Details der Bestimmung werden nachstehend beschrieben.
Das Umwandlungsverhältnisprofil Pa des Gealterten, das in der 3 gezeigt ist, weist einen Wert auf, der bei jeder Temperatur um einen etwa konstanten Wert niedriger ist als ein Wert des Umwandlungsverhältnisprofils Pf, jedoch ist dies nur ein Beispiel des Umwandlungsverhältnisprofils Pa. Die 4A und 4B zeigen schematisch weitere Beispiele für das Umwandlungsverhältnisprofil Pa. D.h., das Umwandlungsverhältnisprofil Pa des Gealterten kann einen höheren Grad des Abbaus in dem Adsorptionsbereich zeigen als in dem Oxidationsbereich, wie es in der 4A gezeigt ist, und es kann im Gegensatz dazu einen höheren Grad des Abbaus in dem Oxidationsbereich zeigen als in dem Adsorptionsbereich, wie es in der 4B gezeigt ist. Es ist folglich in dem in der 4A gezeigten Fall bevorzugt, den Abbau zeitig zu erfassen, der in dem Temperaturbereich gleich der oder niedriger als die Temperatur T1 verursacht wird, und in dem in der 4B gezeigten Fall den Abbau zeitig zu erfassen, der in dem Temperaturbereich gleich der oder höher als die Temperatur T2 verursacht wird.
<Spezifische Bestimmungstechnik>
Als nächstes wird eine spezifische Technik des Bestimmens des Grads des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 in dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Bestimmungstechnik wird grob in zwei Techniken eingeteilt, nämlich eine passive OBD und eine aktive OBD. Die zwei Techniken werden in einer geeigneten Weise für verschiedene Zwecke oder in einer Kombination verwendet, jedoch wird in der vorliegenden Ausführungsform die passive OBD durchgeführt. Dies bedeutet nicht, dass die aktive OBD nicht in dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt werden kann, und die aktive OBD kann ebenfalls in dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 durchgeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die passive OBD allgemein eine Technik zur Durchführung einer Bestimmung, bei welcher der Zustand genutzt wird, dass der Motorhauptkörper 300 in dem normalen Betriebszustand kontinuierlich das Abgas G, so, wie es ist, durch die Abgasleitung 500 abgibt. Folglich ist das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas, das bei der Bestimmung mit der passiven OBD verwendet wird, nur das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas, das in dem Abgas G enthalten ist.
Die passive OBD kann bei jedwedem Zeitpunkt durchgeführt werden, solange sich der Motorhauptkörper 300 in dem normalen Betriebszustand befindet. Alternativ kann die passive OBD automatisch diskontinuierlich oder kontinuierlich in dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 durchgeführt werden, ohne dass irgendeine spezielle Anweisung zur Durchführung der passiven OBD bereitgestellt wird. Die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases, die durch den HC-Sensor 100 erfasst werden soll, übersteigt jedoch nicht die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases des Abgases G, das von dem Motorhauptkörper 300 abgegeben wird, und folglich besteht eine Tendenz dahingehend, dass die Menge des erfassten unverbrannten Kohlenwasserstoffgases gering ist, insbesondere in dem Oxidationsbereich, in dem das Umwandlungsverhältnis selbst in dem Fall des Gealterten relativ hoch ist. In manchen Fällen könnte dieser Punkt einen Effekt auf die Genauigkeit der Bestimmung haben.
Allgemein ist die aktive OBD eine Technik des absichtlichen Einspritzens einer geringen Menge Kraftstoff für einen kurzen Zeitraum während des Betriebs des Motorhauptkörpers 300 zum Erzeugen eines Kohlenwasserstoffgases zur Bestimmung, und des Durchführens einer Bestimmung mittels einer Atmosphäre des so gebildeten Kohlenwasserstoffgases zum Bestimmen als Bestimmungsziel. Dies bedeutet, dass die Atmosphäre des Kohlenwasserstoffgases, das bei der Bestimmung mit der aktiven OBD verwendet wird, eine Atmosphäre ist, die durch Überlagern der Kohlenwasserstoffgase zur Bestimmung mit dem unverbrannten Kohlenwasserstoffgas, das üblicherweise in dem Abgas G enthalten ist, erhalten wird.
<Prinzip der Bestimmung mit der passiven OBD>
Das Prinzip der Bestimmung mit der passiven OBD, die in dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, wird auf der Basis von 5 beschrieben. Diese wird gemäß der Bestimmung mit der passiven OBD durchgeführt, die in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2016- 108 979 A offenbart ist. Obwohl es erforderlich ist, die Variation der Sauerstoffkonzentration des Abgases G bei der realen Bestimmung zu berücksichtigen, wie es nachstehend beschrieben ist, wird hier angenommen, dass die Sauerstoffkonzentration konstant ist und dass es keinen Effekt der Variation der Sauerstoffkonzentration gibt.
Die 5 zeigt für einige Umwandlungsverhältnisse eine Beziehung zwischen der stromaufwärtigen Konzentration Nu und der stromabwärtigen Konzentration NI, wenn die Temperatur (nachstehend als Temperatur Ta bezeichnet) des Oxidationskatalysators 600 in dem Oxidationsbereich höher ist als die Temperatur T2. Beispielsweise beträgt die Temperatur Ta 200 °C.
Das Umwandlungsverhältnis ist durch die vorstehend genannte Gleichung (1) festgelegt und ist folglich eine Funktion der Steigung einer Geraden, wenn die stromaufwärtige Konzentration Nu auf der horizontalen Achse aufgetragen wird und die stromabwärtige Konzentration NI auf der vertikalen Achse aufgetragen wird, wie es in der 5 gezeigt ist. Insbesondere nimmt die Steigung der Geraden mit zunehmendem Umwandlungsverhältnis des Oxidationskatalysators 600 ab. In der 5 ist die stromaufwärtige Konzentration Nu als STROMAUFWÄRTIGE HC-KONZENTRATION gezeigt und die stromabwärtige Konzentration NI ist als STROMABWÄRTIGE HC-KONZENTRATION gezeigt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein (zulässiger) Bereich des Umwandlungsverhältnisses, in dem bestimmt wird, dass der problematische Abbau des Oxidationskatalysators 600 nicht verursacht wird, als zulässiger Bereich des Umwandlungsverhältnisses bezeichnet. Der zulässige Bereich des Umwandlungsverhältnisses kann im Hinblick auf den Zustand des Oxidationskatalysators 600 beliebig festgelegt werden, jedoch wird in der Praxis nur ein unterer Grenzwert des zulässigen Bereichs des Umwandlungsverhältnisses beliebig festgelegt, da die Obergrenze üblicherweise 100 % beträgt.
In der 5, die ein Beispiel bei der Temperatur Ta zeigt, sind die Beziehungen zwischen der stromaufwärtigen Konzentration Nu und der stromabwärtigen Konzentration NI für Umwandlungsverhältnisse von 90 %, 70 % und 20 % jeweils als dünne durchgezogene Linie, als gestrichelte Linie und als dicke durchgezogene Linie gezeigt. Es soll angenommen werden, dass ein Oxidationskatalysator mit einem Umwandlungsverhältnis von 90 % bei der Temperatur Ta ein Frischer ist. Beispielsweise beträgt in einem Fall des Frischen, der das Umwandlungsverhältnis von 90 % aufweist, die stromabwärtige Konzentration NI des Oxidationskatalysators 600 100 ppm, wenn die stromaufwärtige Konzentration Nu des Oxidationskatalysators 600 1000 ppm beträgt.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform empirisch bekannt, dass die stromaufwärtige Konzentration Nu etwa in einem vorgegebenen Konzentrationsbereich variiert, obwohl die stromaufwärtige Konzentration Nu immer mit dem Betriebszustand des Motorhauptkörpers 300 variiert. In der 5 ist ein Bereich von 400 ppm oder mehr und 1000 ppm oder weniger ein Variationsbereich (nachstehend als Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration bezeichnet) R1 der stromaufwärtigen Konzentration Nu. Dies bedeutet, dass, obwohl ein spezifischer Wert der stromaufwärtigen Konzentration Nu, wenn eine Bestimmung mit der passiven OBD durchgeführt wird, nicht festgelegt ist, da er in der vorliegenden Ausführungsform nicht gemessen wird, der Wert der Konzentration immer als ein Wert in dem Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration R1 betrachtet werden kann.
In einem Fall der Temperatur Ta, die in der 5 gezeigt ist, wird davon ausgegangen, dass ein problematischer Abbau des Oxidationskatalysators 600 nicht verursacht wird, wenn das Umwandlungsverhältnis 70 % oder mehr beträgt. In diesem Fall ist der Bereich von 70 % oder mehr der zulässige Umwandlungsverhältnisbereich. Ein gemessener Wert der stromabwärtigen Konzentration NI des Oxidationskatalysators 600, der den zulässigen Umwandlungsverhältnisbereich erfüllt, beträgt 300 ppm oder weniger. Dies ist darauf zurückzuführen, dass dann, wenn das Umwandlungsverhältnis 70 % oder mehr beträgt, die Steigung einer Geraden, die der Gleichung (1) in der 5 entspricht, immer kleiner ist als die Steigung einer Geraden, wenn das Umwandlungsverhältnis 70 % beträgt, die durch einen Punkt verläuft (1000, 300).
Dies bedeutet, dass dann, wenn die Schwelle, die mit dem Wert der stromabwärtigen Konzentration NI verglichen werden soll, die durch den HC-Sensor 100 gemessen wird, als 300 ppm festgelegt wird, jedweder Oxidationskatalysator 600, der ein tatsächliches Umwandlungsverhältnis in dem zulässigen Umwandlungsverhältnisbereich von 70 % oder mehr aufweist, in der passiven OBD sicher als OK bestimmt wird.
Wenn die Schwelle auf 300 ppm festgelegt ist, ist ein Wert der stromabwärtigen Konzentration NI von jedwedem Oxidationskatalysator 600 mit einem tatsächlichen Umwandlungsverhältnis von weniger als 20 % ungeachtet eines Werts der stromaufwärtigen Konzentration Nu in dem Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration R1 größer als 300 ppm.
Dies bedeutet, dass dann, wenn die Schwelle auf 300 ppm festgelegt ist, jedweder Oxidationskatalysator 600 mit einem tatsächlichen Umwandlungsverhältnis von weniger als 20 % in der passiven OBD sicher als NG bestimmt wird.
Im Gegensatz dazu hängt dann, wenn der Oxidationskatalysator 600 bei der Temperatur Ta ein tatsächliches Umwandlungsverhältnis von 20 % oder mehr und 70 % oder weniger aufweist, wie dies bei einer Geraden L der Fall ist, die z.B. in der 5 mit abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen dargestellt ist, ob der Oxidationskatalysator 600 so bestimmt wird, dass er in der passiven OBD NG oder OK ist, von dem tatsächlichen Wert der stromaufwärtigen Konzentration Nu ab, die unklar ist, wenn die Bestimmung durchgeführt wird. Insbesondere wird dann, wenn der Wert der stromabwärtigen Konzentration NI von 300 ppm als Grenze festgelegt ist, der Oxidationskatalysator 600 als OK bestimmt, wenn der Wert der stromaufwärtigen Konzentration Nu näher an 400 ppm liegt, da der Wert der stromabwärtigen Konzentration NI weniger als 300 ppm beträgt (in einem Bereich von weniger als 300 ppm der Geraden L), und als NG bestimmt, wenn der Wert der stromaufwärtigen Konzentration Nu näher an 1000 ppm liegt, da der Wert der stromabwärtigen Konzentration NI 300 ppm oder mehr beträgt (in einem Bereich von 300 ppm oder mehr der Geraden L).
Dies bedeutet, dass der Oxidationskatalysator 600 selbst dann als OK bestimmt werden könnte, wenn das tatsächliche Umwandlungsverhältnis des Oxidationskatalysators 600 niedriger als der untere Grenzwert (70 % bei der Temperatur Ta) des zulässigen Umwandlungsverhältnisbereichs ist, der als Referenz verwendet wird, wenn die Schwelle für die stromabwärtige Konzentration NI bestimmt wird. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass, während der Wert der stromaufwärtigen Konzentration Nu in dem Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration R1 beliebig variiert, ein Bereich der Konzentration, bei welcher der Oxidationskatalysator 600 als NG bestimmt wird, mit abnehmendem tatsächlichen Umwandlungsverhältnis in dem Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration R1 zunimmt. Daher nimmt die Wahrscheinlichkeit, dass der Oxidationskatalysator 600 als NG bestimmt wird, auch mit abnehmendem tatsächlichen Umwandlungsverhältnis zu. Es wird folglich davon ausgegangen, dass der Oxidationskatalysator 600 mit einer höheren Häufigkeit fehlerhaft als OK bestimmt wird, wenn das tatsächliche Umwandlungsverhältnis näher an dem unteren Grenzwert des zulässigen Umwandlungsverhältnisbereichs liegt, der als die Referenz verwendet wird, wenn die Schwelle bestimmt wird. Dies legt nahe, dass, während die Schwelle zur Bestimmung mit der passiven OBD gemäß dem zulässigen Umwandlungsverhältnisbereich bestimmt wird, der beliebig festgelegt werden kann, im tatsächlichen Gebrauch ein geringeres Problem vorliegt, solange die Schwelle für die stromabwärtige Konzentration NI im Vorhinein kleiner eingestellt wird (d.h., das Umwandlungsverhältnis, das die Schwelle bereitstellt, höher eingestellt wird), d.h., die Schwelle wird sicherheitsseitig eingestellt, selbst wenn eine gewisse Fehlbestimmung auftreten könnte.
Alternativ wird davon ausgegangen, dass durch wiederholtes Durchführen einer Bestimmung je nach Erfordernis, selbst wenn der Oxidationskatalysator 600 in der einzelnen Bestimmung fehlerhaft als OK bestimmt worden ist, die Häufigkeit (die Wahrscheinlichkeit), mit welcher der Oxidationskatalysator 600 als NG bestimmt wird, mit einem abnehmenden tatsächlichen Umwandlungsverhältnis des Oxidationskatalysators 600 aufgrund eines Abbaus erhöht wird. Es wird davon ausgegangen, dass die Genauigkeit der Erfassung beim tatsächlichen Gebrauch durch Auswählen einer wiederholten Bestimmung, Speichern des Bestimmungsergebnisses in der Speichervorrichtung (nicht gezeigt) der elektronischen Steuereinheit 200 jedesmal, wenn die Bestimmung durchgeführt wird, und Bestimmen des Grads des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 auf der Basis des gespeicherten Ergebnisses der Bestimmung erhöht wird. Beispielsweise kann bei einer Bestimmung, die für eine vorgegebene Anzahl durchgeführt wird, bestimmt werden, dass der Oxidationskatalysator 600 nicht bis zu einem problematischen Grad abgebaut worden ist, wenn die Häufigkeit, mit welcher der Oxidationskatalysator 600 als NG bestimmt wird, eine Referenzanzahl oder weniger ist, und bestimmt werden, dass er bis zu dem problematischen Grad abgebaut ist, wenn die Häufigkeit, mit welcher der Oxidationskatalysator 600 als NG bestimmt wird, die Referenzanzahl übersteigt. Wenn die Bestimmung wiederholt durchgeführt wird, kann die Temperatur des Oxidationskatalysators 600 jedesmal, wenn die Bestimmung durchgeführt wird, variieren, und folglich kann die zu verwendende Schwelle jedesmal variieren, wenn die Bestimmung durchgeführt wird.
Alternativ wird davon ausgegangen, dass durch eine diskontinuierliche Durchführung (im Zeitverlauf) der Bestimmung ausgehend von dem Zeitpunkt, bei dem der Oxidationskatalysator 600 der Frische ist, der Oxidationskatalysator 600, der zu Beginn wiederholt als OK bestimmt worden ist, als NG bestimmt wird, und demgemäß der Zeitpunkt, bei dem der Oxidationskatalysator 600 abgebaut ist, bekannt ist, obwohl der Zeitpunkt in einem gewissen Grad variieren kann.
Obwohl bisher ein Fall betrachtet wurde, bei dem die Temperatur des Oxidationskatalysators 600 in dem Oxidationsbereich höher ist als die Temperatur T2, ist ein entsprechendes Prinzip auf einen Fall anwendbar, bei dem die Temperatur des Oxidationskatalysators 600 in dem Adsorptionsbereich niedriger ist als die Temperatur T1, und auf einen Fall, bei dem die Temperatur des Oxidationskatalysators 600 im Zwischenbereich zwischen dem Adsorptionsbereich und dem Oxidationsbereich liegt. Der Wert der Schwelle muss jedoch gemäß der Temperatur bestimmt werden.
Die vorstehend genannte Beschreibung bedeutet, dass der Grad des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 im praktischen Gebrauch im Hinblick auf die erforderliche Genauigkeit der Bestimmung mit einer ausreichend hohen Genauigkeit bestimmt werden kann, selbst wenn die Schwelle nur für die stromabwärtige Konzentration NI festgelegt wird, wie dies bei der Bestimmung mit der passiven OBD der Fall ist, die in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. Mit anderen Worten, der Abbau des Oxidationskatalysators 600 kann mittels der stromabwärtigen Konzentration NI als Bestimmungsindikatorwert bestimmt werden.
<Effekt der Variation der Sauerstoffkonzentration>
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, bezieht sich das Prinzip der Bestimmung des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 mit der passiven OBD, die auf der Basis der 5 beschrieben worden ist, nur auf einen Fall, bei dem die Sauerstoffkonzentration des Abgases G konstant ist, d.h., auf einen Idealzustand.
Tatsächlich variiert jedoch die Konzentration des Sauerstoffs des Abgases G, das von dem Motorhauptkörper 300, d.h., dem Verbrennungsmotor, abgegeben wird, ständig. Die 6 zeigt die Verteilung der Sauerstoffkonzentration des Abgases G, wenn das Fahrzeug, an dem das Motorsystem 1000 montiert ist, für einen vorgegebenen Zeitraum in einem neuen europäischen Fahrzyklus (NEDC)-Modus gefahren wird. Insbesondere ist die 6 ein Histogramm eines Messwerts, der durch Messen der Sauerstoffkonzentration des Abgases G während des Fahrens bei vorgegebenen Zeitintervallen erhalten wird.
Aus dem in der 6 gezeigten Histogramm ist ersichtlich, dass, während die Häufigkeit in einem Bereich eines Sauerstoffkonzentrationwerts von 14 % bis 17 % bei einem gleichmäßigen Fahren am höchsten ist, bei einer Beschleunigung die Häufigkeit in einem Bereich von dem Sauerstoffkonzentrationswert von 7 % bis 12 % und beim Absperren der Kraftstoffzufuhr in einem Bereich des Sauerstoffkonzentrationswerts von 18 % bis 20 % beträchtlich ist. Dies zeigt, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases G mindestens in einem Bereich von 7 % bis 20 % variieren kann.
Die 7 zeigt die Abhängigkeit des Ausgabewerts von dem HC-Sensor 100 (entsprechend der Kohlenwasserstoffgaskonzentration) von der Sauerstoffkonzentration des Abgases G.
Insbesondere ist die 7 ein Diagramm, das durch Herstellen einer Mehrzahl von Gasen zur Bewertung mit verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen in einem Bereich von 1 % bis 20 %, während sie eine festgelegte Ethylen (C₂H₄)-Konzentration als Kohlenwasserstoffkonzentration von 500 ppm aufweisen, Erfassen des Kohlenwasserstoffgases jedes Gases zur Bewertung unter Verwendung des HC-Sensors 100 zum Erhalten eines Ausgabewerts (eines Spannungswerts) und Auftragen einer Änderungsrate des Ausgabewerts (Rate der Ausgabeveränderung), die durch Normalisieren des Ausgabewerts, so dass der Ausgabewert bei einer Sauerstoffkonzentration von 20 % eins ist, erhalten wird.
Die 7 legt nahe, dass in dem Fall, bei dem die Sauerstoffkonzentration in einem breiten Bereich variiert, wie es in der 6 gezeigt ist, der Ausgabewert von dem HC-Sensor 100 signifikant variieren kann und von einem wahren Wert abweichen könnte.
Die 8 zeigt die Beziehung zwischen der stromaufwärtigen Konzentration Nu und der stromabwärtigen Konzentration NI für die drei Umwandlungsverhältnisse, die in der 5 gezeigt sind, und zwar unter Berücksichtigung der Variation des Ausgabewerts von dem HC-Sensor 100, die durch die Variation der Sauerstoffkonzentration des Abgases G verursacht wird. Die 8 basiert auf der Annahme, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases G in einem Bereich von 5 % bis 20 % variiert.
In der 8 sind zwei gestrichelte Linien L1α und L1β jeweils unterhalb und oberhalb einer Geraden L1 gezeigt, welche die Beziehung zwischen der stromaufwärtigen Konzentration Nu und der stromabwärtigen Konzentration NI zeigt, wenn das Umwandlungsverhältnis des Oxidationskatalysators 600 90 % beträgt, was durch die dünne durchgezogene Linie in der 5 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass der Wert der stromabwärtigen Konzentration NI, der ursprünglich auf der Geraden L1 liegen muss, aufgrund der Variation der Sauerstoffkonzentration des Abgases G zwischen den zwei gestrichelten Linien L1α und L1β variiert. D.h., ein Bereich ΔE1 in einer vertikalen Achsenrichtung zwischen den zwei gestrichelteten Linien L1α und L1β ist ein Fehlerbereich der stromabwärtigen Konzentration NI, wenn das Umwandlungsverhältnis 90 % beträgt.
Beispielsweise muss in dem Fall, bei dem die stromaufwärtige Konzentration Nu 2000 ppm beträgt, die stromabwärtige Konzentration NI einen Wert von 200 ppm aufweisen, kann jedoch abhängig von der Sauerstoffkonzentration des Abgases G zu dem Zeitpunkt in einem Fall, der in der 8 gezeigt ist, in einem Bereich von etwa 160 ppm bis 400 ppm variieren.
Entsprechend ist ein Bereich ΔE2 zwischen zwei gestrichelten Linien L2α und L2β ein Fehlerbereich einer Geraden L2, welche die Beziehung zwischen der stromaufwärtigen Konzentration Nu und der stromabwärtigen Konzentration NI angibt, wenn das Umwandlungsverhältnis des Oxidationskatalysators 600 70 % beträgt, was mit der gestrichelten Linie in der 5 angegeben ist, und ein Bereich ΔE3 zwischen zwei gestrichelten Linien L3α und L3β ist ein Fehlerbereich einer Geraden L3, welche die Beziehung zwischen der stromaufwärtigen Konzentration Nu und der stromabwärtigen Konzentration NI angibt, wenn das Umwandlungsverhältnis des Oxidationskatalysators 600 20 % beträgt, was mit der dicken durchgezogenen Linie in der 5 angegeben ist.
Die Positionen der gestrichelten Linien L1α, L1β, L2α, L2β, L3α und L3β, die in der 8 gezeigt sind, sind lediglich Beispiele, und der tatsächliche Fehlerbereich variiert zwischen einzelnen Oxidationskatalysatorbestimmungssystemen DS1.
Wenn berücksichtigt wird, dass der vorstehend beschriebene Fehlerbereich die Basis für den Wert der stromabwärtigen Konzentration NI ist, welcher der Bestimmungsindikatorwert bei der Bestimmung des Abbaus ist, ist z.B. dann, wenn das Umwandlungsverhältnis 70 % beträgt, ein Bereich, bei dem die stromabwärtige Konzentration NI 300 ppm übersteigt, in den Fehlerbereich ΔE2 für den Fall einbezogen, bei dem die stromaufwärtige Konzentration Nu von 500 ppm bis 1000 ppm beträgt, was in dem Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration R1 enthalten ist. Daher kann selbst dann, wenn die stromabwärtige Konzentration NI 300 ppm oder weniger beträgt, wobei es sich um den Fall handelt, bei dem der Oxidationskatalysator 600 auf der Basis der 5 sicher als OK bestimmt wird, wobei der Fehlerbereich des Werts der stromabwärtigen Konzentration NI nicht berücksichtigt wird, der Oxidationskatalysator 600 fehlerhaft als NG bestimmt werden. Dasselbe gilt für einen Fall, bei dem das Umwandlungsverhältnis 70 % übersteigt, solange ein Bereich, bei dem die stromabwärtige Konzentration NI 300 ppm übersteigt, in dem Fehlerbereich enthalten ist.
Im Gegensatz dazu ist dann, wenn das Umwandlungsverhältnis 20 % beträgt, die Wahrscheinlichkeit hoch, dass der Oxidationskatalysator 600 fehlerhaft als OK bestimmt wird, und zwar trotz der ursprünglichen Bestimmung als NG aufgrund des Fehlerbereichs ΔE3. Dasselbe gilt für einen Fall, bei dem das Umwandlungsverhältnis unter 20 % fällt, solange ein Bereich, bei dem die stromabwärtige Konzentration NI weniger als 300 ppm beträgt, in dem Fehlerbereich enthalten ist.
Dies zeigt, dass die Genauigkeit der Bestimmung des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 mit der passiven OBD durch die Variation der Sauerstoffkonzentration des Abgases G beeinflusst wird.
<Passive OBD, bei welcher der Effekt der Variation der Sauerstoffkonzentration vermindert ist>
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es wahrscheinlich, dass die Bestimmung des Abbaus mit der passiven OBD auf der Basis des in der 5 gezeigten Prinzips durch die Variation der Sauerstoffkonzentration des Abgases G beeinflusst wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird im Hinblick darauf die Sauerstoffkonzentration des Abgases G, wenn die Bestimmung des Abbaus durchgeführt wird, so beschränkt, dass sie eine vorgegebene Bedingung erfüllt, so dass der Fehlerbereich der stromabwärtigen Konzentration NI als Bestimmungsindikatorwert vermindert wird, um dadurch die Genauigkeit der Bestimmung des Abbaus sicherzustellen. Mit anderen Worten, die Messung unter Verwendung des HC-Sensors 100 zum Bestimmen des Abbaus wird nur durchgeführt, wenn die Sauerstoffkonzentration in einem vorgegebenen Bereich liegt, und die Bestimmung des Abbaus wird auf der Basis eines Messwerts durchgeführt, der durch die Messung erhalten wird, in welcher der Fehlerbereich vermindert ist. In diesem Fall wird die Sauerstoffkonzentration des Abgases G auf der Basis des Sauerstofferfassungssignals sg13 festgelegt, das von dem Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 ausgegeben wird.
Insbesondere wird im Hinblick auf das in der 6 gezeigte Histogramm und die Rate der Ausgabeveränderung von dem HC-Sensor 100 relativ zu der Sauerstoffkonzentration, die in der 7 gezeigt ist, die Bestimmung des Abbaus nur durchgeführt, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases G eine der folgenden zwei Bedingungen erfüllt (Sauerstoffkonzentrationsstabilitätsbedingungen):

Bedingung (a), die Sauerstoffkonzentration liegt in einem Bereich von 15 % bis 20 %; und
Bedingung (b), die Sauerstoffkonzentration beträgt 10 % oder mehr und variiert in einem Bereich von ± 2 % oder weniger eines vorgegebenen Werts in einem vorgegebenen Zeitraum.

Diese zwei Bedingungen zur Bestimmung des Abbaus sind so festgelegt, dass ein Inkrement eines maximalen Werts relativ zu einem minimalen Wert in einem Zielbereich der Rate der Ausgabeveränderung, die in der 7 gezeigt ist, innerhalb von 20 % oder weniger liegt. In diesem Fall ist ein angenommener Fehlerbereich der stromabwärtigen Konzentration NI zweckmäßig auf einen Bereich von höchstens 20 % beschränkt.
Die 9 zeigt die Beziehung zwischen der stromaufwärtigen Konzentration Nu und der stromabwärtigen Konzentration NI für die drei Umwandlungsverhältnisse, die in der 5 gezeigt sind, unter Berücksichtigung eines Bereichs der Variation der Sauerstoffkonzentration, der die Bedingung (b) erfüllt. Insbesondere beruht die 9 auf der Annahme, dass die Sauerstoffkonzentration in einem Bereich von 14 % bis 16 % (15 % ± 1 %) variiert.
Die Fehlerbereich ΔE1, ΔE2 und ΔE3, wenn die Umwandlungsverhältnisse in diesem Fall jeweils 90 %, 70 % und 20 % betragen, sind in der 9 gezeigt, jedoch beträgt jeder dieser Fehlerbereiche etwa ± 10 % des Werts, der mit der durchgezogenen Linie angegeben ist, und ist signifikant kleiner als der Fehlerbereich, wenn die Sauerstoffkonzentration in einem Bereich von 5 % bis 20 % variiert, was in der 8 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass eine fehlerhafte Bestimmung, die durch die Variation der Sauerstoffkonzentration verursacht wird, wie in dem Fall, der in der 8 gezeigt ist, auftritt.
Darüber hinaus wird, wenn eine Betriebsbedingung des Motorsystems 1000 so eingestellt wird, dass sie die vorstehend genannten Bedingungen zum Bestimmen eines Abbaus erfüllt, ein Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration R2 restriktiver. In der 9 ist ein Bereich von 400 ppm bis 600 ppm, der kleiner ist als derjenige, der in der 8 gezeigt ist, der Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration R2. Wenn der Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration R2 kleiner wird, wird die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Bestimmung, die im Prinzip selbst dann auftreten kann, wenn die Sauerstoffkonzentration konstant ist, was auf der Basis von 5 beschrieben worden ist, stärker vermindert.
Bei der Bestimmung des Abbaus mit der passiven OBD gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden diese zwei Effekte überlagert, um eine stabile und hochgenaue Bestimmung zu ermöglichen, ob der Oxidationskatalysator 600 abgebaut worden ist, und zwar verglichen mit einem Fall, bei dem der Effekt der Variation der Sauerstoffkonzentration nicht berücksichtigt wird.
<Beispiel eines Bestimmungsverfahrens>
Die 10 zeigt ein Beispiel eines Bestimmungsverfahrens für eine Bestimmung mit der passiven OBD, das in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. Die Bestimmung mit der passiven OBD, die in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, beginnt mit der Bestätigung durch die elektronische Steuereinheit 200, dass die Bedingungen zum Bestimmen des Abbaus, einschließlich die vorstehend genannten Sauerstoffkonzentrationsstabilitätsbedingungen, in einem Zustand erfüllt sind, bei dem das Motorsystem 1000 betrieben wird (Schritt S0). Die Bedingungen zum Bestimmen des Abbaus umfassen hier die folgenden drei Bedingungen:

Erste Bedingung: Die Temperatur des Oxidationskatalysators 600, die mittels des Temperatursensors 110 gemessen wird, liegt in einem vorgegebenen Temperaturbereich (z.B. 300°C bis 400°C);
Zweite Bedingung: Der Motorhauptkörper 300 liegt in einem vorgegebenen Betriebszustand vor (einer Betriebsbedingung, bei der die Motordrehzahl, die Luftmenge, die Einspritzmenge, der zeitliche Ablauf des Einspritzens und die AGR (Abgasrückführung) einen vorgegebenen Bedingungsbereich erfüllen); und
Dritte Bedingung: Die Sauerstoffkonzentrationsstabilitätsbedingungen sind erfüllt.

Die erste Bedingung kann auf der Basis des Messwertes von dem Temperatursensor 110 bestimmt werden oder kann automatisch erfüllt sein, wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, und zwar durch Einstellen der ersten und der zweiten Bedingung derart, dass die Temperatur des Oxidationskatalysators 600, wenn die zweite Bedingung erfüllt ist, in dem Temperaturbereich liegt, der durch die erste Bedingung festgelegt ist. In dem erstgenannten Fall erhält die elektronische Steuereinheit 200 das Abgastemperaturerfassungssignal sg12, das von dem Temperatursensor 110 ausgegeben wird, wodurch die Abgastemperatur festgelegt wird. Die Abgastemperatur wird zu diesem Zeitpunkt als die Temperatur des Oxidationskatalysators 600 behandelt.
Solange die Bedingungen zur Bestimmung des Abbaus nicht erfüllt sind (NEIN im Schritt S0), wird die nachfolgende Verarbeitung aufgeschoben. Wenn die Bedingungen zur Bestimmung des Abbaus erfüllt sind (JA im Schritt S0), wird die Temperatur des Abgases G (Abgastemperatur) zu diesem Zeitpunkt identifiziert (Schritt S1).
Dann ruft die elektronische Steuereinheit 200 die Schwelle für die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffgases für die passive OBD, die der Abgastemperatur entspricht, von den Schwellendaten für eine passive OBD ab, die im Vorhinein in der Speichervorrichtung gespeichert worden sind (Schritt S2). Die Schwelle wird im Vorhinein mindestens für den Variationsbereich der stromaufwärtigen HC-Konzentration bestimmt. Es gibt keine spezielle Beschränkung dahingehend, wie die Schwelle bereitgestellt werden soll, und die Schwelle kann als kontinuierliche Funktion der Temperatur des Oxidationskatalysators 600 (Abgastemperatur) bereitgestellt werden oder sie kann als feststehender Wert für jeden Temperaturbereich bereitgestellt werden.
Die stromabwärtige Konzentration NI des Oxidationskatalysators 600 wird unter Verwendung des HC-Sensors 100 gemessen (Schritt S3). Insbesondere erhält, wenn das Abgas G, das die festgelegte Temperatur aufweist, den Oxidationskatalysator 600 erreicht und das unverbrannte Kohlenwasserstoffgas innerhalb des Oxidationskatalysators 600 adsorbiert oder oxidiert wird, zu einem Zeitpunkt, wenn das restliche Gas stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 600 abgegeben wird, die elektronische Steuereinheit 200 als das HC-Erfassungssignal sg11 die Potenzialdifferenz (HC-Sensorausgabe), die zwischen der Erfassungselektrode 10 und der Referenzelektrode 20 des HC-Sensors 100 auftritt. Dann berechnet die elektronische Steuereinheit 200 die stromabwärtige Konzentration NI auf der Basis des Werts der Potenzialdifferenz und der Empfindlichkeitseigenschaften des HC-Sensors 100, die im Vorhinein festgelegt worden sind.
Die Identifizierung der Abgastemperatur unter Verwendung des Temperatursensors 110 und die Messung der stromabwärtigen Konzentration NI unter Verwendung des HC-Sensors 100 können parallel durchgeführt werden.
Nachdem die stromabwärtige Konzentration NI gemessen worden ist und die Schwelle berechnet worden ist, vergleicht die elektronische Steuereinheit 200 den Messwert und die Schwelle (Schritt S4). Wenn der Messwert größer ist als die Schwelle (JA im Schritt S4), wird bestimmt, dass der Oxidationskatalysator 600 zu einem problematischen Grad abgebaut worden ist (z.B., dass ein Ersetzen erforderlich ist) (NG) (Schritt S5), und wenn die Schwelle größer ist als der Messwert (NEIN im Schritt S4) wird bestimmt, dass der Oxidationskatalysator 600 nicht in einem solchen Grad abgebaut ist (OK) (Schritt S6).
Wenn die Bestimmung nach dem Ende der Bestimmung weiter wiederholt wird, und zwar ungeachtet davon, ob bestimmt worden ist, dass der Oxidationskatalysator 600 NG oder OK ist (JA im Schritt S7), wird die Verarbeitung ausgehend von der Bestätigung, ob die Bedingungen zur Bestimmung des Abbaus erfüllt sind, wiederholt. Wenn die Bestimmung nicht wiederholt wird, endet die Bestimmung (NEIN im Schritt S7).
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Grad des Abbaus des katalytischen Leistungsvermögens des Oxidationskatalysators, der sich in der Abgasleitung, die sich von dem Motorhauptkörper erstreckt, welcher der Dieselmotor ist, in dem Motorsystem befindet, und eine vorgegebene Gaskomponente des Abgases oxidiert, mittels der Technik der passiven OBD stabil und mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
<Modifizierungen>
Obwohl in der vorstehend genannten Ausführungsform die Sauerstoffkonzentration mittels des Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensors 120 bestimmt wird, der sich in der Abgasleitung 500 befindet, ist das Verfahren zum Bestimmen der Sauerstoffkonzentration zur Bestimmung des Abbaus nicht auf dieses Verfahren beschränkt.
Beispielsweise wenn eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche die Kraftstoffeinspritzventile 301 für den Motorhauptkörper 300 umfasst, vom Typ einer D-Jetronic ist, wird die Sauerstoffkonzentration auf der Basis einer Ansaugluftmenge bestimmt, die aus dem Druck in einem Ansaugrohr und der Motordrehzahl berechnet wird.
Insbesondere wenn G_Luft(g/s) die Ansaugluftmenge bezeichnet, Q_Inj(g/s) eine Kraftstoffeinspritzmenge bezeichnet, die aus Energiezufuhr-Einspritzmenge-Charakteristika berechnet wird, AF_St eine Stöchiometrie von A/F bezeichnet und ρO₂(%) die Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft bezeichnet, wird die Sauerstoffkonzentration durch die folgende Gleichung (2) angegeben: $Sauerstoffkonzentration (%) = (G_{Luft} - Q_{inj} \times {AF}_{St}) \times ρ O_{2}$
AF_St ist 14,5 in einem Fall des Dieselmotors und ρO₂ ist 21 % bei Standardatmosphärendruck.
Wenn die Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche die Kraftstoffeinspritzventile 301 für den Motorhauptkörper 300 umfasst, vom Typ einer L-Jetronic ist, kann die Sauerstoffkonzentration durch die Gleichung (2) mittels einer Ansaugluftmenge erhalten werden, die durch ein Luftströmungsmessgerät (AFM) erhalten worden ist.
Alternativ kann ein Ansaugluftmenge-Kennfeld, das die Beziehung zwischen der Position des Gaspedals und der Motordrehzahl und der Ansaugluftmenge zeigt, im Vorhinein erstellt werden und die Sauerstoffkonzentration kann durch die Gleichung (2) unter Verwendung der Ansaugluftmenge, die Werten der Position des Gaspedals entspricht, und der Motordrehzahl zum Zeitpunkt der Durchführung der Bestimmung, die aus dem Ansaugluftmenge-Kennfeld ausgelesen wird, angegeben werden.
Wenn die Sauerstoffkonzentration durch die Gleichung (2) festgelegt wird, muss das Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 nicht notwendigerweise einen Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 zur Bestimmung des Abbaus umfassen. Der Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensor 120 wird jedoch manchmal für einen anderen Zweck in dem Motorsystem 1000 verwendet, und folglich ist das Einbeziehen des Sauerstoffkonzentrationsbestimmungssensors 120 in diesem Fall kein Problem.
In dem Oxidationskatalysatorbestimmungssystem DS1 gemäß der vorstehend genannten Ausführungsform wird der Grad des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 mittels der stromabwärtigen Konzentration NI als Bestimmungsindikatorwert ohne tatsächliches Berechnen des Umwandlungsverhältnisses bestimmt, jedoch kann der Grad des Abbaus des Oxidationskatalysators 600 tatsächlich durch Berechnen des Umwandlungsverhältnisses bestimmt werden. Dies bedeutet, dass der Abbau mittels des Umwandlungsverhältnisses als Bestimmungsindikatorwert bestimmt werden kann.
Insbesondere ist der HC-Sensor nicht nur an einer Stelle in der Nähe der stromabwärtigen Seite des Oxidationskatalysator 600 als Ziel der Bestimmung angeordnet, sondern auch an einer Stelle in der Nähe der stromaufwärtigen Seite des Oxidationskatalysators 600, und das Umwandlungsverhältnis (%) wird aus der Gleichung (1) mittels der tatsächlich gemessenen Werte der stromaufwärtigen Konzentration Nu und der stromabwärtigen Konzentration NI unter der Annahme berechnet, dass die Bedingungen zur Bestimmung des Abbaus erfüllt sind. Wenn der berechnete Wert unter die Schwelle als unterer Grenzwert des im Vorhinein bestimmten zulässigen Umwandlungsverhältnisbereichs fällt, wird bestimmt, dass der Oxidationskatalysator 600 in einem problematischen Grad abgebaut ist (z.B., dass ein Ersetzen erforderlich ist), und wenn der berechnete Wert die Schwelle oder mehr ist, wird bestimmt, dass der Oxidationskatalysator 600 nicht in einem solchen Grad abgebaut ist. Auch in diesem Fall wird die Schwelle gemäß der Temperatur des Oxidationskatalysators 600 bestimmt. Die Gleichung (2) kann in diesem Fall zum Festlegen der Sauerstoffkonzentration verwendet werden.
Dieser Fall beruht auch auf der Annahme, dass die Sauerstoffkonzentrationsstabilitätsbedingungen erfüllt sind und folglich wird ein Fehler, der durch die Variation der Sauerstoffkonzentration verursacht wird, in den Ausgabewerten von den zwei HC-Sensoren vermindert. Der Fehler, der durch die Variation der Sauerstoffkonzentration in dem Umwandlungsverhältnis verursacht wird, das auf der Basis der Gleichung (1) berechnet wird, wird ebenfalls vermindert, und als Ergebnis kann die Bestimmung mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden.

Claims

Katalysatorabbaubestimmungsverfahren, bei dem der Grad des Abbaus eines Katalysators (600) bestimmt wird, wobei sich der Katalysator (600) in einem Abgasweg (500) eines Verbrennungsmotors (1000) befindet und ein Zielgas, das in einem Abgas (G) von dem Verbrennungsmotor (1000) enthalten ist, oxidiert oder adsorbiert, wobei das Zielgas mindestens eines von einem Kohlenwasserstoffgas und Kohlenmonoxidgas umfasst, wobei das Verfahren umfasst: a) Bestimmen, ob die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G), die durch eine vorgegebene Sauerstoffkonzentrationsbestimmungskomponente (120) bestimmt wird, in einem Bereich von 15 % bis 20 % liegt, oder ob die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) 10 % oder mehr beträgt und in einem Bereich von ± 2 % oder weniger eines vorgegebenen Werts in einem vorgegebenen Zeitraum variiert; und b) Bestimmen, ob der Katalysator (600) zu einem Zeitpunkt, wenn in dem Schritt a) bestimmt wird, dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) in dem Bereich von 15 % bis 20 % liegt oder dass die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) 10 % oder mehr beträgt und im Bereich von ± 2 % oder weniger des vorgegebenen Werts in dem vorgegebenen Zeitraum variiert, über einen zulässigen Grad hinaus abgebaut worden ist, wobei der Schritt b) durch Vergleichen eines Bestimmungsindikatorwerts, der mittels eines Ausgabewerts von einer Zielgaserfassungskomponente (100) berechnet wird, und einer Schwelle, die der Temperatur des Katalysators (600) entspricht, durchgeführt wird, wobei die Zielgaserfassungskomponente (100) mindestens an einer Stelle stromabwärts von dem Katalysator (600) in dem Abgasweg (500) bereitgestellt ist und das Zielgas erfassen kann.
Katalysatorabbaubestimmungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Grad, zu dem der Katalysator (600) das Zielgas oxidiert oder adsorbiert, mittels eines Umwandlungsverhältnisses ausgedrückt wird, das durch die Gleichung: $Umwandlungsverh \ddot{a} ltnis (%) = 100 \times (Nu - NI) / Nu$
festgelegt ist, wobei Nu die Konzentration des Zielgases in der Nähe einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators (600) in dem Abgasweg (500) angibt und NI die Konzentration des Zielgases in der Nähe einer stromabwärtigen Seite des Katalysators (600) in dem Abgasweg (500) angibt, ein zulässiger Umwandlungsverhältnisbereich im Vorhinein gemäß einer möglichen Temperatur des Katalysators (600) festgelegt wird, wobei der zulässige Umwandlungsverhältnisbereich ein Bereich des Umwandlungsverhältnisses ist, der für den Katalysator (600) zulässig ist, wobei die Schwelle auf der Basis des zulässigen Umwandlungsverhältnisbereichs bestimmt wird, und in dem Schritt b) die Bestimmung mittels eines Werts der NI, der auf der Basis des Ausgabewerts von der Zielgaserfassungskomponente (100), die an der Stelle stromabwärts von dem Katalysator (600) bereitgestellt ist, berechnet wird, als Bestimmungsindikatorwert durchgeführt wird.
Katalysatorabbaubestimmungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zielgaserfassungskomponente (100) sowohl an einer Stelle stromaufwärts von dem Katalysator (600) in dem Abgasweg (500) als auch an einer Stelle stromabwärts von dem Katalysator (600) in dem Abgasweg (500) bereitgestellt ist, der Grad, zu dem der Katalysator (600) das Zielgas oxidiert oder adsorbiert, mittels eines Umwandlungsverhältnisses ausgedrückt wird, das durch die Gleichung: $Umwandlungsverh \ddot{a} ltnis (%) = 100 \times (Nu - NI) / Nu$
festgelegt ist, wobei Nu die Konzentration des Zielgases in der Nähe einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators (600) in dem Abgasweg (500) angibt und NI die Konzentration des Zielgases in der Nähe einer stromabwärtigen Seite des Katalysators (600) in dem Abgasweg (500) angibt, ein zulässiger Umwandlungsverhältnisbereich im Vorhinein gemäß einer möglichen Temperatur des Katalysators (600) festgelegt wird, wobei der zulässige Umwandlungsverhältnisbereich ein Bereich des Umwandlungsverhältnisses ist, der für den Katalysator (600) zulässig ist, ein unterer Grenzwert des zulässigen Umwandlungsverhältnisbereichs als die Schwelle bestimmt wird, und in dem Schritt b) eine Bestimmung mittels des Umwandlungsverhältnisses, das durch Einsetzen eines Werts der NI, der auf der Basis des Ausgabewerts von der Zielgaserfassungskomponente (100) berechnet wird, die an der Stelle stromabwärts von dem Katalysator (600) bereitgestellt ist, und eines Werts der Nu, der auf der Basis des Ausgabewerts von der Zielgaserfassungskomponente (100) berechnet wird, die an der Stelle stromaufwärts von dem Katalysator (600) bereitgestellt ist, in die Gleichung als Bestimmungsindikatorwert durchgeführt wird.
Katalysatorabbaubestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Sauerstoffkonzentrationsbestimmungskomponente (120) eine Sauerstofferfassungskomponente umfasst, die sich in dem Abgasweg (500) befindet und Sauerstoff erfassen kann, und in dem Schritt a) die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) auf der Basis einer Erfassungssignalausgabe von der Sauerstofferfassungskomponente gemäß der Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) bestimmt wird.
Katalysatorabbaubestimmungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in dem Schritt a) die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) auf der Basis einer Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors (1000) bestimmt wird.
Katalysatorabbaubestimmungssystem (DS1) zum Bestimmen des Grads des Abbaus eines Katalysators (600), wobei sich der Katalysator (600) in einem Abgasweg (500) eines Verbrennungsmotors (1000) befindet und ein Zielgas, das in einem Abgas (G) von dem Verbrennungsmotor (1000) enthalten ist, oxidiert oder adsorbiert, wobei das Zielgas mindestens eines von einem Kohlenwasserstoffgas und Kohlenmonoxidgas umfasst, wobei das System umfasst: eine Sauerstoffkonzentrationsbestimmungskomponente (120), die eine Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) bestimmen kann; eine Zielgaserfassungskomponente (100), die mindestens an einer Stelle stromabwärts von dem Katalysator (600) in dem Abgasweg (500) bereitgestellt ist und das Zielgas erfassen kann; eine Steuerkomponente (200), die das Katalysatorabbaubestimmungssystem (DS1) steuern kann; und eine Speichervorrichtung, in der die Schwellendaten gespeichert sind, wobei die Schwellendaten eine Schwelle beschreiben, die bei der Bestimmung des Abbaus des Katalysators (600) gemäß der Temperatur des Katalysators (600) verwendet wird, und im Vorhinein bestimmt werden und in der Speichervorrichtung gespeichert sind, und wobei, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G), die durch die Sauerstoffkonzentrationsbestimmungskomponente (120) bestimmt worden ist, in einem Bereich von 15 % bis 20 % liegt, oder die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) 10 % oder mehr beträgt und in einem Bereich von ± 2 % oder weniger eines vorgegebenen Werts in einem vorgegebenen Zeitraum variiert, die Steuerkomponente (200) durch Vergleichen eines Bestimmungsindikatorwerts, der mittels eines Ausgabewerts von der Zielgaserfassungskomponente (100) berechnet wird, und der Schwelle, die der Temperatur des Katalysators (600) entspricht, die in den Schwellendaten beschrieben ist, bestimmt, ob der Katalysator (600) über einen zulässigen Grad hinaus abgebaut worden ist.
Katalysatorabbaubestimmungssystem (DS1) nach Anspruch 6, bei dem der Grad, zu dem der Katalysator (600) das Zielgas oxidiert oder adsorbiert, mittels eines Umwandlungsverhältnisses ausgedrückt wird, das durch die Gleichung: $Umwandlungsverh \ddot{a} ltnis (%) = 100 \times (Nu - NI) / Nu$
festgelegt ist, wobei Nu die Konzentration des Zielgases in der Nähe einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators (600) in dem Abgasweg (500) angibt und NI die Konzentration des Zielgases in der Nähe einer stromabwärtigen Seite des Katalysators (600) in dem Abgasweg (500) angibt, ein zulässiger Umwandlungsverhältnisbereich im Vorhinein gemäß einer möglichen Temperatur des Katalysators (600) festgelegt wird, wobei der zulässige Umwandlungsverhältnisbereich ein Bereich des Umwandlungsverhältnisses ist, der für den Katalysator (600) zulässig ist, die Schwelle auf der Basis des zulässigen Umwandlungsverhältnisbereichs bestimmt wird, und die Bestimmung unter Verwendung eines Werts der NI, der auf der Basis des Ausgabewerts von der Zielgaserfassungskomponente (100) berechnet wird, die an der Stelle stromabwärts von dem Katalysator (600) bereitgestellt ist, als Bestimmungsindikatorwert durchgeführt wird.
Katalysatorabbaubestimmungssystem (DS1) nach Anspruch 6, bei dem die Zielgaserfassungskomponente (100) sowohl an einer Stelle stromaufwärts von dem Katalysator (600) in dem Abgasweg (500) als auch an einer Stelle stromabwärts von dem Katalysator (600) in dem Abgasweg (500) bereitgestellt ist, der Grad, zu dem der Katalysator (600) das Zielgas oxidiert oder adsorbiert, mittels eines Umwandlungsverhältnisses ausgedrückt wird, das durch die Gleichung: $Umwandlungsverh \ddot{a} ltnis (%) = 100 \times (Nu - NI) / Nu$
festgelegt ist, wobei Nu die Konzentration des Zielgases in der Nähe einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators (600) in dem Abgasweg (500) angibt und NI die Konzentration des Zielgases in der Nähe einer stromabwärtigen Seite des Katalysators (600) in dem Abgasweg (500) angibt, ein zulässiger Umwandlungsverhältnisbereich im Vorhinein gemäß einer möglichen Temperatur des Katalysators (600) festgelegt wird, wobei der zulässige Umwandlungsverhältnisbereich ein Bereich des Umwandlungsverhältnisses ist, der für den Katalysator (600) zulässig ist, ein unterer Grenzwert des zulässigen Umwandlungsverhältnisbereichs als die Schwelle bestimmt wird, und die Bestimmung mittels des Umwandlungsverhältnisses, das durch Einsetzen eines Werts der NI, der auf der Basis des Ausgabewerts von der Zielgaserfassungskomponente (100) berechnet wird, die an der Stelle stromabwärts von dem Katalysator (600) bereitgestellt ist, und eines Werts der Nu, der auf der Basis des Ausgabewerts von der Zielgaserfassungskomponente (100) berechnet wird, die an der Stelle stromaufwärts von dem Katalysator (600) bereitgestellt ist, in die Gleichung als Bestimmungsindikatorwert durchgeführt wird.
Katalysatorabbaubestimmungssystem (DS1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, das ferner eine Sauerstofferfassungskomponente umfasst, die sich in dem Abgasweg (500) befindet und Sauerstoff erfassen kann, und die Sauerstoffkonzentrationsbestimmungskomponente (120) die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) auf der Basis einer Erfassungssignalausgabe von der Sauerstofferfassungskomponente gemäß der Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) bestimmt.
Katalysatorabbaubestimmungssystem (DS1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Sauerstoffkonzentrationsbestimmungskomponente (120) die Sauerstoffkonzentration des Abgases (G) auf der Basis einer Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors (1000) bestimmt.