DE102018100770A1

DE102018100770A1 - Konzentrationsberechnungsvorrichtung und Gasdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018100770A1
Application number: DE102018100770.1A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Nakano
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2018-07-19
Also published as: US20180217027A1

Abstract

Aufgabe: Bereitstellung einer Konzentrationsberechnungsvorrichtung und einer Gasdetektionsvorrichtung welche eine Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit der Stickstoff-Konzentration vermeidet.Lösung: Eine Multi-Gasdetektionsvorrichtung (1) umfasst einen Multi-Gassensor (2) und einem Kontrollabschnitt (3). Ein Mikrocomputer (190) des Kontrollabschnitts (3) berechnet die Konzentration von NOdurch die Verwendung eines Korrekturausdrucks (3); d.h. durch Multiplikation einer NO-Konzentration-Ausgabe (= C) mit einem Berichtigungskoeffizienten a und Addition eines Berichtigungsadditionswertes b. Der Wert des Berichtigungskoeffizienten a wird gemäß einem gezeigten Ausdruck (4) im Einklang mit der Konzentration von Ammoniak verändert. Der Wert des Berichtigungsadditionswerts b wird gemäß einem gezeigten Ausdruck (5) im Einklang mit der Konzentration von Ammoniak und der Konzentration von Stickstoffdioxid verändert. Selbst wenn der zweite Pumpstrom Ip2 (mit anderen Worten: die NO-Konzentration-Ausgabe) sich durch den Einfluss von Ammoniak im Abgas ändert, kann der Kontrollabschnitt die Konzentration des Stickstoffoxid berechnen, während er den Einfluss von Ammoniak vermindert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Konzentrationsberechnungsvorrichtung und eine Gasdetektionsvorrichtung.
HINTERGRUND
Bislang bekannte Konzentrationsberechnungsvorrichtungen berechnen die Konzentration von Ammoniak (NH₃), Stickstoffdioxid (NO₂) und Stickstoffoxiden (NO_x) mit Hilfe eines NO_x-Detektionsabschnitt, der die Konzentration von Stickstoffoxid erfasst, und eines Ammoniak-Detektionsabschnitt, der die Konzentration von Ammoniak erfasst (Patentdokument 1).
In dieser Konzentrationsberechnungsvorrichtung werden die Ammoniak-Konzentration (NH₃-Konzentration), die Stickstoffdioxid-Konzentration (NO₂-Konzentration) und die Stickstoffoxid-Konzentration (NO_x-Konzentration) mit Hilfe eines vom NO_x-Detektionsabschnitt erfassten NO_x-Detektionswertes, eines vom Ammoniak-Detektionsabschnitt erfassten Ammoniak-Detektionswertes und einer vorgegebenen Berechnungsformel berechnet.
Die Konzentrationsberechnungsvorrichtung kann zusammen mit dem NO_x-Detektionsabschnitt und dem Ammoniak-Detektionsabschnitt eine Gasdetektionsvorrichtung darstellen.
STAND DER TECHNIK PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 2015-34814
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Wenn sich jedoch der NO_x-Detektionswert aufgrund des Einflusses von Ammoniak in einem Messgas verändert, erreicht der NO_x-Detektionswert in der oben beschriebenen konventionellen Konzentrationsberechnungsvorrichtung einen Zustand, in dem der NO_x-Detektionswert die Konzentration des Stickstoffoxids korrekt wiedergibt, sodass sich die Genauigkeit beim Erfassen der Stickstoffoxid-Konzentration verschlechtern kann.
Genauer gesagt, im Hochtemperaturbereich reagieren Ammoniak und NO_x-Gase gemäß folgender Gleichung: NH₃ + NO_x = N₂ + H₂O. In einigen Fällen reagiert beispielsweise das im Messgas enthaltene NO_x, das in einen Messgasraum eines Gassensorelements eingeströmt ist, mit dem im Messgas enthaltenen NH₃, das in den Messgasraum eingeströmt ist. Wenn NO_x mit NH₃ wie oben beschrieben reagiert, ändert (verringert) sich die NO_x-Konzentration im Messgasraum im Vergleich zur jeweiligen Gas-Konzentration im Messgas und auch der NO_x-Detektionswert ändert sich mit der Änderung der NO_x-Konzentration. Als Ergebnis würde sich die Genauigkeit bei der Erfassung der NO_x-Konzentration im Messgas verschlechtern.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Konzentrationsberechnungsvorrichtung und einer Gasdetektionsvorrichtung, die die Verschlechterung der Genauigkeit beim Erfassen der Konzentration der Stickstoffoxide beschränkt.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Konzentrationsberechnungsvorrichtung, welche die Konzentration von in einem Messgas enthaltenem Stickstoffoxid mittels eines ersten Detektionsabschnitts und eines zweiten Detektionsabschnitts berechnet. Die Konzentrationsberechnungsvorrichtung weist einen Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt auf.
Der erste Detektionsabschnitt ist dazu ausgelegt, einen ersten Detektionswert auszugeben, der sich mit der Stickstoffoxid-Konzentration im Messgas ändert. Der zweite Detektionsabschnitt ist dazu ausgelegt, einen zweiten Detektionswert auszugeben, der sich mit der Konzentration von Ammoniak im Messgas ändert.
Der Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt ist dazu ausgelegt, die Stickstoffoxid-Konzentration auf der Grundlage des ersten Detektionswertes zu berechnen.
Der Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt berechnet, als Konzentration des Stickstoffoxids, einen Wert, der durch die Multiplikation des ersten Detektionswertes mit einem Berichtigungskoeffizienten erhalten wird. Der Wert des Berichtigungskoeffizienten wird auf der Grundlage des zweiten Detektionswerts festgelegt.
Selbst wenn der erste Detektionswert sich aufgrund des Einflusses von Ammoniak im Messgas ändert, kann eine solche Konzentrationsberechnungsvorrichtung die Konzentration von Stickstoffoxid berechnen, indem der Einfluss von Ammoniak durch die Berechnung der Stickstoffoxid-Konzentration mit nicht nur dem ersten Detektionswert sondern auch dem Berichtigungskoeffizienten abgeschwächt wird.
Da der Berichtigungskoeffizient auf der Grundlage des zweiten Detektionswerts, der sich mindestens mit der Ammoniak-Konzentration ändert, festgelegt wird, kann die Stickstoffoxid-Konzentration insbesondere im Einklang mit der Ammoniak-Konzentration im Messgas berechnet werden, wobei eine Genauigkeitsabweichung bei der Erfassung der Stickstoffoxid-Konzentration vermindert werden kann.
Entsprechend dieser Konzentrationsberechnungsvorrichtung kann daher der Einfluss von Ammoniak zum Zeitpunkt, an dem die Stickstoffoxid-Konzentration im Messgas erfasst wird, unterdrückt werden. Die Genauigkeitsabweichung bei der Erfassung der Stickstoffoxid-Konzentration kann somit vermindert werden.
Außerdem kann der Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt in der vorliegenden Offenbarung als Stickstoffoxid-Konzentration einen Wert berechnen, der durch Multiplikation des ersten Detektionswertes mit dem Berichtigungskoeffizienten und Addition eines Berichtigungsadditionswerts zum Ergebnis der Multiplikation erhalten wird. Der Berichtigungsadditionswert wird auf Grundlage von zumindest des zweiten Detektionswerts festgelegt.
Selbst wenn der erste Detektionswert sich aufgrund des Einflusses von Ammoniak im Messgas ändert, kann eine solche Konzentrationsberechnungsvorrichtung die Stickstoffoxid-Konzentration berechnen, indem der Einfluss von Ammoniak durch die Berechnung der Stickstoffoxid-Konzentration mit nicht nur dem ersten Detektionswert sondern auch dem Berichtigungskoeffizienten und dem Berichtigungsadditionswert abgeschwächt wird. Da der Berichtigungskoeffizient und der Berichtigungsadditionswert auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes, der sich mindestens mit der Ammoniak-Konzentration ändert, festgelegt wird, kann die Stickstoffoxid-Konzentration insbesondere im Einklang mit der Ammoniak-Konzentration im Messgas berechnet werden, wobei die Genauigkeitsabweichung bei der Erfassung der Stickstoffoxid-Konzentration vermindert werden kann.
Insbesondere kann der erste Detektionsabschnitt dazu ausgelegt sein, eine erste Pumpzelle zu umfassen, durch die ein erster Pumpstrom strömt, wenn Sauerstoff aus dem Messgas gepumpt oder in einen Messgasraum eingeleitet wird, wobei sich der Wert des ersten Pumpstroms mit der Sauerstoffkonzentration im Messgas ändert, und eine zweite Pumpzelle zu umfassen, durch die ein zweiter Pumpstrom strömt, wobei sich der Wert des zweiten Pumpstroms im Einklang mit der Stickstoffoxid-Konzentration im Messgas ändert, dessen Sauerstoff-Konzentration im Messgasraum durch die erste Pumpzelle eingestellt wurde. In diesem Fall kann der zweite Pumpstrom als erster Detektionswert genutzt werden.
Des Weiteren kann die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung einen Ammoniak-Konzentration-Berechnungsabschnitt umfassen, der die Ammoniak-Konzentration auf Grundlage des zweiten Detektionswertes berechnet. Eine solche Konzentrationsberechnungsvorrichtung wird als Konzentrationsberechnungsvorrichtung zum Erfassen der Stickstoffoxid- und Ammoniak-Konzentration im Messgas verwendet.
Des Weiteren kann in der Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung der zweite Detektionsabschnitt als zweiten Detektionswert den zweiten Detektionswert ausgeben, der sich sowohl mit der Ammoniak-Konzentration als auch der Stickstoffdioxid-Konzentration im Messgas ändert. Außerdem kann die Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung einen Stickstoffdioxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt umfassen, der die Stickstoffdioxid-Konzentration auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes berechnet.
Da der Berichtigungsadditionswert auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes, der sich mindestens mit der Ammoniak- und Stickstoffdioxid-Konzentration ändert, festgelegt wird, kann mit einer solchen Konzentrationsberechnungsvorrichtung die Stickstoffoxid-Konzentration nicht nur im Einklang mit der Ammoniak-Konzentration im Messgas sondern auch mit der Stickstoffdioxid-Konzentration im Messgas berechnet werden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die Stickstoffoxid-Konzentration zu berechnen, während die Einflüsse der Ammoniak- und Stickstoffdioxid-Konzentration unterdrückt werden. Somit kann die Genauigkeitsabweichung bei der Erfassung der Stickstoffoxid-Konzentration vermindert werden.
Des Weiteren können in der Konzentrationsberechnungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung der erste Detektionsabschnitt und der zweite Detektionsabschnitt als Multi-Gassensor vorgesehen sein, in dem der erste und der zweite Detektionsabschnitt integriert sind.
Da der Multi-Gassensor den ersten Detektionsabschnitt und den zweiten Detektionsabschnitt in integrierter Form umfasst, wird er für eine Anwendung genutzt, bei denen die Konzentrationen von Stickstoffoxid, Ammoniak und Stickstoffdioxid im selben Messgas erfasst werden.
Gemäß dieser Konzentrationsberechnungsvorrichtung kann daher die Genauigkeitsabweichung bei der Erfassung der Stickstoffoxid-Konzentration durch die Verwendung eines Multi-Gassensors zur Erfassung der Konzentration von Stickstoffoxid, Ammoniak, und Stickstoffdioxid im Messgas vermindert werden.
Der zweite Detektionswert, der für die Änderung des Berichtigungskoeffizienten und des Berichtigungsadditionswertes genutzt wird, ist nicht auf den zweiten Detektionswert selbst begrenzt und ein beliebiger Wert kann als zweiter Detektionswert genutzt werden, solange sich der beliebige Wert mit der Ammoniak-Konzentration ändert. Wenn sich der zweite Detektionswert beispielsweise mit der Ammoniak-Konzentration im Messgas ändert, können der Berichtigungskoeffizient und der Berichtigungsadditionswert im Einklang mit der Ammoniak-Konzentration festgelegt werden, die wiederum auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes berechnet wird. Wenn sich der zweite Detektionswert hingegen mit der Ammoniak- und Stickstoffdioxid-Konzentration im Messgas ändert, können der Berichtigungskoeffizient und der Berichtigungsadditionswert alternativ im Einklang mit der Ammoniak- und der Stickstoffdioxid-Konzentration bestimmt werden, die auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes berechnet werden. Der erste Detektionswert, der genutzt wird, wenn die Stickstoffoxid-Konzentration bestimmt wird, ist nicht auf den ersten Detektionswert selbst begrenzt, und ein beliebiger Wert kann als erster Detektionswert genutzt werden, solange sich der beliebige Wert mit der Stickstoffoxid-Konzentration ändert.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Gasdetektionsvorrichtung, die einen ersten Detektionsabschnitt, einen zweiten Detektionsabschnitt und eine Konzentrationsberechnungsvorrichtung umfasst, wobei die Konzentrationsberechnungsvorrichtung die oben beschriebene Konzentrationsberechnungsvorrichtung ist.
Da diese Gasdetektionsvorrichtung die oben beschriebene Konzentrationsberechnungsvorrichtung umfasst, kann die Gasdetektionsvorrichtung den Einfluss von Ammoniak zum Zeitpunkt der Erfassung der Stickstoffoxid-Konzentration im Messgas unterdrücken. Somit kann die Genauigkeitsabweichung bei der Erfassung der Stickstoffoxid-Konzentration vermindert werden.
Figurenliste

1 zeigt einen Querschnitt der inneren Struktur eines Multi-Gassensors 2. 2 zeigt eine Darstellung der schematischen Konfiguration einer Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1.
3 zeigt einen Querschnitt der Strukturen eines ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und eines zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103.
4 zeigt einen Graph und eine Tabelle mit den Ergebnissen der Berechnung der NOx-Konzentration-Ausgabe, die durch den NO_x-Detektionsabschnitt 101 für den Fall berechnet wurde, dass die Ammoniak-Konzentration in fünf Arten von Messgasen mit unterschiedlichen Stickstoffmonoxid-Konzentrationen (NO-Konzentrationen)verändert wird.
5 zeigt einen Graph und eine Tabelle mit den Ergebnissen der Berechnung der NOx-Konzentration-Ausgabe, die durch den NO_x-Detektionsabschnitt 101 für den Fall berechnet wurde, dass die Ammoniak-Konzentration in fünf Arten von Messgasen mit unterschiedlichen Stickstoffdioxid-Konzentrationen (NO₂-Konzentrationen) verändert wird.
6 zeigt einen Graph und eine Tabelle mit der NO_x-Konzentration im Vergleich zum „relativen Ammoniak (NH₃)/Stickstoffoxid (NOx) Empfindlichkeitsverhältnis“.
7 zeigt einen Graph und eine Tabelle mit der NO_x-Konzentration im Vergleich zum „relativen Ammoniak (NH₃)/Stickstoffoxid (NOx) Empfindlichkeitsverhältnis abzüglich Änderungsmenge“.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wurde, unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist dabei natürlich nicht auf die folgenden Ausführungsformen begrenzt und kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden, so lange diese in den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
GESAMTKONFIGURATION
Als erste Ausführungsform wird eine Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 beschrieben, die für einen Verbrennungsmotor eines Automobils oder Ähnliches vorgesehen ist.
Die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 findet Anwendung für ein Harnstoff-SCR-System, das in einem Fahrzeug angebracht ist und Stickstoffoxid in einem Abgas reinigt, das von einem Dieselmotor ausgestoßen wurde. Insbesondere erfasst die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 die Konzentrationen von Ammoniak, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxid im Abgas. Das Fahrzeug, in dem die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 angebracht ist, wird in der folgenden Beschreibung als eigenes Fahrzeug bezeichnet. Stickstoffdioxid und Stickstoffoxid werden jeweils mit NO₂ und NO_x bezeichnet. Die Abkürzung SCR steht für selektive katalytische Reduktion (selective catalytic reduction).
Die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 umfasst einen Multi-Gassensor 2, dargestellt in 1, und einen Kontrollabschnitt 3, dargestellt in 2.
Der Multi-Gassensor 2 ist dazu ausgelegt, die Konzentration von NO₂, NO_x und Ammoniak (NH₃)zu erfassen.
Wie in 2 gezeigt, ist der Kontrollabschnitt 3 elektrisch mit einer elektronischen Kontrollvorrichtung 200 (auch als ECU 200 bezeichnet) verbunden, die im eigenen Fahrzeug angebracht ist. Die elektronische Kontrollvorrichtung 200 empfängt Daten, die die NO₂ Konzentration, die NOx Konzentration und die Ammoniak-Konzentration (NH₃ Konzentration) im Abgas wiedergeben und im Kontrollabschnitt 3 berechnet werden, und führt auf der Grundlage der empfangenen Daten ein Verfahren zur Kontrolle des Betriebszustand des Dieselmotors und ein Verfahren zur Reinigung von angesammeltem NO_x im Katalysator aus.
MULTI-GASSENSOR
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Multi-Gassensor 2 einen Sensorelementabschnitt 5, ein metallisches Gehäuse 10, eine Trennvorrichtung 34 und Anschlussklemmen 38. In der folgenden Beschreibung wird die Seite des Multi-Gassensors 2, an der sich der Sensorelementabschnitt 5 befindet (d.h. die untere Seite in 1), als Vorderseite bezeichnet und die Seite, an der sich die Anschlussklemmen 38 befinden (d.h. die obere Seite in 1), wird als Rückseite bezeichnet.
Der Sensorelementabschnitt 5 weist eine Scheibenform auf, die sich in die Richtung einer axialen Linie O erstreckt. An der Rückseite des Sensorelementabschnitts 5 befinden sich Elektrodenendbereiche 5A und 5B. Zur Vereinfachung der Abbildung sind in 1 lediglich die Elektrodenendbereiche 5A und 5B als im Sensorelementabschnitt 5 gebildete Elektrodenendbereiche dargestellt. In Wirklichkeit wird allerdings eine Vielzahl von Elektrodenendbereichen entsprechend der Anzahl von z. B. Elektroden eines NO_x-Detektionsabschnitts 101, eines ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und eines zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 gebildet, die später beschrieben werden.
Das metallische Gehäuse 10 ist zylindrisch und ein Gewindebereich 11, der zur Befestigung des Multi-Gassensors 2 an einem Abgasrohr des Dieselmotors genutzt wird, ist an der Außenfläche des metallischen Gehäuses 10 ausgebildet. Das metallische Gehäuse 10 weist eine Durchgangsöffnung 12, die sich in Richtung der axialen Linie O erstreckt, und einen Vorsprung 13, der ins Innere der radialen Richtung der Durchgangsöffnung 12 hineinragt, auf. Der Vorsprung 13 ist als nach innen konisch zulaufende Fläche ausgebildet, die sich von der radialen äußeren Seite der Durchgangsöffnung 12 zu ihrem Zentrum und schräg Richtung Vorderseite erstreckt.
Das metallisches Gehäuse 10 nimmt den Sensorelementabschnitt 5 derart auf, das ein vorderer Teil des Sensorelementabschnitts 5 vorne aus der Durchgangsöffnung 12 herausragt und ein rückseitiger Teil des Sensorelementabschnitts 5 hinten aus der Durchgangsöffnung 12 herausragt.
Ein keramischer Halter 14, der ein zylindrisches Element, das radialen Umfang des Sensorelementabschnitts 5, der Talkringe 15 und 16, die Schichten aus Talkpulver sind, und einer keramischen Hülse 17 umgibt, sind in dieser Reihenfolge in die Durchgangsöffnung 12 des metallischen Gehäuses 10 von der Vorderseite zur Rückseite hin angeordnet.
Eine Crimp-Dichtung 18 ist zwischen der keramischen Hülse 17 und der Rückseite des metallischen Gehäuses 10 angebracht. Ein metallischer Halter 19 ist zwischen dem keramischen Halter 14 und dem Vorsprung 13 des metallischen Gehäuses 10 angebracht. Der Talk-Ring 15 und der keramische Halter 14 sind in den metallischen Halter 19 eingebracht, und infolge der zusammengepressten Beladung des Materials des Talk-Rings 15 sind der metallische Halter 19 und der Talk-Ring 15 zusammen hermetisch integriert. Ein Rückseitenbereich des metallischen Gehäuses 10 ist so gecrimpt, dass die keramische Hülse 17 durch die Crimp-Dichtung 18 gegen die Vorderseite gedrückt wird. Da das Material des Talkrings 16 zusammengepresst in das metallische Gehäuse 10 geladen wird, wird die hermetische Abdichtung zwischen der inneren Umfangsfläche des metallischen Gehäuses 10 und der äußeren Umfangsfläche des Sensorelementabschnitts 5 gewährleistet.
Eine äußere Schutzeinrichtung 21 mit Löchern für den Gasstrom und eine innere Schutzeinrichtung 22 mit Löchern für den Gasstrom befinden sich an einem Vorderseitenabschnitt des metallischen Gehäuses 10. Die äußere Schutzeinrichtung 21 und die innere Schutzeinrichtung 22 weisen jeweils eine zylindrische Form auf, bestehen aus einem metallischen Material wie Edelstahl und verfügen über eine geschlossene Vorderseite. Die innere Schutzeinrichtung 22 ist auf das metallische Gehäuse 10 geschweißt und bedeckt einen Vorderseitenbereich des Sensorelementabschnitts 5, und die äußere Schutzeinrichtung 21 ist auf das metallische Gehäuse 10 geschweißt und bedeckt die innere Schutzeinrichtung 22.
Ein Vorderseitenbereich einer in zylindrischer Form ausgebildeten äußeren Röhre 31 ist durch Schweißen an einer rückseitigen äußeren Umfangfläche des metallischen Gehäuses 10 befestigt. Eine Dichtscheibe 32 ist so an der Rückseitenöffnung der äußeren Röhre 31 angebracht, dass sie die Öffnung verschließt.
In der Dichtscheibe 32 sind Öffnungen 33, in die Kabel 41 eingeführt werden können, ausgebildet. Die Kabel 41 sind elektrisch mit den Elektrodenendbereichen 5A und 5B des Sensorelementabschnitts 5 verbunden.
Die Trennvorrichtung 34 weist eine zylindrische Form auf und ist an der Rückseite des Sensorelementabschnitts 5 eingebracht. Innerhalb der Trennvorrichtung 34 bildet sich ein Raum, der eine Einbringöffnung 35 darstellt, die sich durch die Trennvorrichtung 34 in Richtung der axialen Linie O erstreckt. Ein Flanschbereich 36, der radial nach außen ragt, ist an der Außenfläche der Trennvorrichtung 34 ausgebildet.
Ein Rückseitenabschnitt des Sensorelementabschnitts 5 ist in der Einbringöffnung 35 der Trennvorrichtung 34 eingebracht. Die Elektrodenendbereichen 5A und 5B sind innerhalb der Trennvorrichtung 34 eingebracht.
Eine Haltevorrichtung 37 aus Metall mit zylindrischer Form ist zwischen Trennvorrichtung 34 und der äußeren Röhre 31 eingebracht. Die Haltevorrichtung 37 berührt den Flanschbereich 36 der Trennvorrichtung 34 und die innere Oberfläche der äußeren Röhre 31 und hält die Trennvorrichtung 34 damit so, dass die Trennvorrichtung 34 an der äußeren Röhre 31 befestigt ist.
Die Anschlussklemmen 38 sind innerhalb der Einbringöffnung 35 der Trennvorrichtung 34 eingebracht, sind elektrisch leitend und verbinden die Elektrodenendbereiche 5A und 5B des Sensorelementabschnitts 5 elektrisch mit den entsprechenden Kabeln 41. Um die Abbildung zu vereinfachen, sind in 1 nur zwei Anschlussklemmen 38 dargestellt.
Der Sensorelementabschnitt 5 umfasst den NO_x-Detektionsabschnitt 101, den ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und den zweiten Ammoniak Detektionsabschnitt 103. Der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 ist in 2 nicht dargestellt, dafür aber in 3. Der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 sind parallel an etwa der gleichen Position wie eine Referenzelektrode 143 in longitudinaler Richtung des NO_x-Detektionsabschnitts 101 (d.h. die links/rechts Richtung in 2) angebracht, und zwar derart, dass sich der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 an verschiedenen Positionen bezüglich der Breite des NO_x-Detektionsabschnitt 101 (d.h. die Richtung senkrecht zu der Blattebene auf der 2 dargestellt ist) befinden. Daher ist in 2 vom ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und vom zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 nur der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 gezeigt.
Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 ist ausgebildet durch sequenzielle Stapelung einer Isolationsschicht 113, einer Keramikschicht 114, einer Isolationsschicht 115, einer Keramikschicht 116, einer Isolationsschicht 117, einer Keramikschicht 118, einer Isolationsschicht 119 und einer Keramikschicht 120. Die Isolationsschichten 113, 115, 117, 119 und 120 und die Keramikschichten 114, 116, und 118 sind hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet.
Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 umfasst einen ersten Messgasraum 121, der zwischen der Keramikschicht 114 und der Keramikschicht 116 gebildet wird. Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 führt das Abgas von außen in das Innere des ersten Messgasraums 121 durch einen Diffusionswiderstand 122 ein, der so zwischen der Keramikschicht 114 und der Keramikschicht 116 ausgebildet ist, dass er zum ersten Messgasraum 121 benachbart ist. Der Diffusionswiderstand 122 ist aus porösem Material wie Aluminiumoxid gebildet.
Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 umfasst eine erste Pumpzelle 130. Die erste Pumpzelle 130 umfasst eine Festkörperelektrolytschicht 131 und Pumpelektroden 132 und 133.
Die Festkörperelektrolytschicht 131 ist hauptsächlich aus Zirkoniumdioxid mit Sauerstoffionen-Leitfähigkeit gebildet. Ein Teil der Keramikschicht 114 ist von der Region entfernt, die mit dem ersten Messgasraum 121 in Kontakt ist. Statt der Keramikschicht 114 ist die Festkörperelektrolytschicht 131 in dem resultierenden Raum aufgeladen (eingebettet).
Die Pumpelektroden 132 und 133 bestehen hauptsächlich aus Platin. Die Pumpelektrode 132 ist an einer Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 131 angebracht, wobei die Oberfläche in Kontakt mit dem ersten Messgasraum 121 steht. Die Pumpelektrode 133 ist an einer Fläche der Festkörperelektrolytschicht 131 auf der Seite angebracht, die der Pumpelektrode 132 bezüglich der Festkörperelektrolytschicht 131 gegenüber liegt. Die Isolationsschicht 113 ist von einer Region, in der die Pumpelektrode 133 eingebracht ist, und von einer Region um die Pumpelektrode 133 entfernt, und der resultierende Raum ist mit einem porösen Material 134 statt mit der Isolationsschicht 113 gefüllt. Das poröse Material 134 gestattet Gas (z.B. Sauerstoff) zwischen die Pumpelektrode 133 und den Außenbereich zu strömen.
Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 umfasst eine Sauerstoff-Konzentration-Detektionszelle 140. Die Sauerstoff-Konzentration-Detektionszelle 140 umfasst eine Festkörperelektrolytschicht 141, eine Nachweiselektrode 142, und die Referenzelektrode 143.
Die Festkörperelektrolytschicht 141 ist hauptsächlich aus Zirkoniumdioxid mit Sauerstoffionen-Leitfähigkeit gebildet. Ein Teil der Keramikschicht 116 ist von einer Region an der Rückseite (d.h. die rechte Seite von 2) der Festkörperelektrolytschicht 131 entfernt. Statt der Keramikschicht 116 ist die Festkörperelektrolytschicht 141 in dem resultierenden Raum aufgeladen (eingebettet).
Die Nachweiselektrode 142 und die Referenzelektrode 143 sind hauptsächlich aus Platin gebildet. Die Nachweiselektrode 142 ist an einer Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 141 angebracht, wobei die Oberfläche in Kontakt mit dem ersten Messgasraum 121 steht. Die Referenzelektrode 143 ist an einer Fläche der Festkörperelektrolytschicht 141 an der Seite angebracht, die der Nachweiselektrode 142 bezüglich der Festkörperelektrolytschicht 141 gegenüberliegt.
Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 umfasst eine Referenz-Sauerstoffkammer 146. Die Referenz-Sauerstoffkammer 146 ist eine Durchgangsöffnung, die durch Entfernen der Isolationsschicht 117 in einem Bereich, in dem die Referenzelektrode 143 eingebracht ist, und einem Bereich um die Referenzelektrode 143, ausgebildet ist.
Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 umfasst einen zweiten Messgasraum 148, der stromabwärts zum ersten Messgasraum 121 angeordnet ist. Der zweite Messgasraum 148 ist hinter der Nachweiselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 ausgebildet, sodass er durch die Festkörperelektrolytschicht 141 und die Isolationsschicht 117 hindurchdringt. Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 leitet das aus dem ersten Messgasraum 121 freigesetzte Abgas in den zweiten Messgasraum 148.
Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 umfasst eine zweite Pumpzelle 150. Die zweite Pumpzelle 150 umfasst eine Festkörperelektrolytschicht 151 und Pumpelektroden 152 und 153.
Die Festkörperelektrolytschicht 151 ist hauptsächlich aus Zirkoniumdioxid mit Sauerstoffionen-Leitfähigkeit gebildet. Die Keramikschicht 118 ist von einem Bereich, der die Referenz-Sauerstoffkammer 146 berührt, und dem zweiten Messgasraum 148 und einem Bereich um diese Region herum entfernt. Statt der Keramikschicht 118 ist die Festkörperelektrolytschicht 151 in dem resultierenden Raum aufgeladen (eingebettet).
Die Pumpelektroden 152 und 153 sind hauptsächlich aus Platin gebildet. Die Pumpelektrode 152 ist an einer Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 151 angebracht, wobei die Oberfläche in Kontakt mit dem ersten Messgasraum 148 steht. Die Pumpelektrode 153 ist an einer Fläche der Festkörperelektrolytschicht 151 an der Seite angebracht, die der Referenzelektrode 143 bezüglich der Referenz-Sauerstoffkammer 146 entgegengesetzt ist. Ein poröses Material 147 ist innerhalb der Referenz-Sauerstoffkammer 146 eingebracht, sodass die Pumpelektrode 153 bedeckt wird.
Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 umfasst eine Heizvorrichtung 160. Die Heizvorrichtung 160 ist ein wärmeerzeugender Widerstand, der hauptsächlich aus Platin gebildet ist, Wärme erzeugt sobald Energie zugeführt wird und zwischen den Isolationsschichten 119 und 120 eingebracht ist.
Der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 wird an der Außenfläche des NO_x-Detektionsabschnitts 101, genauer gesagt an der Isolationsschicht 120, gebildet. Der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 ist bezüglich der Richtung der axialen Linie O (d.h. die links/rechts Richtung in 2) etwa an der gleichen Position angebracht wie die Referenzelektrode 143 im NO_x-Detektionsabschnitt 101.
Der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 umfasst eine an der Isolationsschicht 120 ausgebildete erste Referenzelektrode 211, einen ersten Festkörperelektrolytkörper 212, der die vordere und seitlichen Oberflächen der ersten Referenzelektrode 211 bedeckt, und eine an der Oberfläche des ersten Festkörperelektrolytkörper 212 ausgebildete erste Nachweiselektrode 213. Ähnlich wie in 3 zu sehen, umfasst der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 eine an der Isolationsschicht 120 ausgebildete zweite Referenzelektrode 221, einen zweiten Festkörperelektrolytkörper 222, der die vordere und seitlichen Oberflächen der zweiten Referenzelektrode 221 bedeckt, und eine an der Oberfläche des zweiten Festkörperelektrolytkörpers 222 ausgebildete zweite Nachweiselektrode 223.
Die erste Referenzelektrode 211 und die zweite Referenzelektrode 221 sind hauptsächlich aus Platin gebildet, das als Elektrodenmaterial dient, insbesondere aus einem Material das Platin und Zirkoniumoxid enthält. Der erste Festkörperelektrolytkörper 212 und der zweite Festkörperelektrolytkörper 222 sind aus einem Sauerstoffionen-leitenden Material wie Yttrium-dotiertes Zirkoniumdioxid gebildet. Die erste Nachweiselektrode 213 und die zweite Nachweiselektrode 223 sind hauptsächlich aus Gold, das als Elektrodenmaterial dient, und insbesondere aus einem Material, das Au und Zirkoniumoxid enthält, gebildet. Die Elektrodenmaterialien der ersten Nachweiselektrode 213 und der zweiten Nachweiselektrode 223 sind insbesondere so gewählt, das der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 sich bezüglich des Verhältnisses zwischen Sensibilität gegenüber Ammoniak und gegenüber NO_x voneinander unterscheiden.
Der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 sind zudem mit einer porösen Schutzschicht 230 bedeckt. Die Schutzschicht 230 verhindert Adhäsion eines Materials, das die erste Nachweiselektrode 213 und die zweite Nachweiselektrode 223 vergiften würde, und regelt die Diffusionsrate des Ammoniakeinstroms von außen in den ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und den zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103. Wie bereits oben beschrieben, fungieren der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 als Mischpotential-Erfassungsabschnitt.
KONTROLLABSCHNITT
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Kontrollabschnitt 3 einen Steuerungskreis 180 und einen Mikrocomputer 190.
Der Steuerungskreis 180 ist eine Analogschaltung, die auf einer Schaltplatte angebracht ist. Der Steuerungskreis 180 umfasst eine Ipl-Ansteuerschaltung 181, eine Vs-Erfassungsschaltung 182, eine Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 183, eine Icp-Zuführschaltung 184, eine Vp2-Anlegeschaltung 185, eine Ip2-Erfassungsschaltung 186, eine Heizvorrichtungs-Ansteuerschaltung 187 und eine EMK-Erfassungsschaltung (ElektroMotorische Kraft) 188.
Die Pumpelektrode 132, die Nachweiselektrode 142 und die Pumpelektrode 152 sind mit einem Referenzpotential verbunden. Die Pumpelektrode 133 ist mit der Ip1-Ansteuerschaltung 181 verbunden. Die Referenzelektrode 143 ist mit der Vs-Erfassungsschaltung 182 und der Icp-Zuführschaltung 184 verbunden. Die Pumpelektrode 153 ist mit der Vp2-Anlegeschaltung 185 und der Ip2-Erfassungsschaltung 186 verbunden. Die Heizvorrichtung 160 ist mit der Heizvorrichtungs-Ansteuerschaltung 187 verbunden.
Die Ip1-Ansteuerschaltung 181 legt eine elektrische Spannung Vp1 zwischen der Pumpelektrode 132 und der Pumpelektrode 133 an, um einen ersten Pumpstrom Ip1 zu bereitzustellen, und erfasst den bereitgestellten ersten Pumpstrom Ip1.
Die Vs-Erfassungsschaltung 182 erfasst die elektrische Spannung Vs zwischen der Nachweiselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 und gibt die erfassten Werte der Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 183 aus.
Die Referenzspannungs-Vergleichsschaltung 183 vergleicht eine Referenzspannung (z.B., 425 mV) mit der Ausgabe der Vs-Erfassungsschaltung 182 (d.h. die elektrische Spannung Vs) und gibt das Vergleichsergebnis der Ip1-Ansteuerschaltung 181 aus. Die Ip1-Ansteuerschaltung 181 steuert die Flussrichtung und Größe des ersten Pumpstroms Ip1 so, dass die elektrische Spannung Vs genauso groß wie die Referenzspannung wird, und reguliert die Sauerstoff-Konzentration im ersten Messgasraum 121 auf einen vorgeschriebenen Wert, bei dem die Zersetzung von NO_x nicht stattfindet.
Die Icp-Zuführschaltung 184 verursacht einen schwachen Strom Icp zwischen der Nachweiselektrode 142 und der Referenzelektrode 143. Daraus resultiert, dass Sauerstoff vom ersten Messgasraum 121 durch die Festkörperelektrolytschicht 141 in die Referenz-Sauerstoffkammer 146 eingespeist wird, wobei die Sauerstoff-Konzentration in der Referenz-Sauerstoffkammer 146 auf eine vorgeschriebene Sauerstoff-Konzentration festgelegt ist, die als Referenz fungiert.
Die Vp2-Anlegeschaltung 185 legt eine konstante elektrische Spannung Vp2 (z.B. 450 mV) zwischen der Pumpelektrode 152 und der Pumpelektrode 153 an. Daraus resultiert im zweiten Messgasraum 148 durch die katalytische Aktivität der Pumpelektroden 152 und 153 der Pumpzelle 150 die Dissoziation von NO_x. Die aus der Dissoziation resultierenden Sauerstoff-Ionen gehen in die Festkörperelektrolytschicht 151 zwischen der Pumpelektrode 152 und der Pumpelektrode 153 über, sodass ein zweiter Pumpstrom Ip2 fließt. Die Ip2-Erfassungsschaltung 186 erfasst den zweiten Pumpstrom Ip2.
Die Heizvorrichtungs-Ansteuerschaltung 187 legt eine positive elektrische Spannung für die Speisung der Heizvorrichtung an einem Ende der Heizvorrichtung 160 an, bei der es sich um einen wärmeerzeugenden Widerstand handelt, und legt eine negative elektrische Spannung für die Speisung der Heizvorrichtung am anderen Ende der Heizvorrichtung 160 an, um die Heizvorrichtung 160 in Betrieb zu nehmen.
Die EMK-Erfassungsschaltung 188 erfasst die elektromotorische Kraft (EMK) zwischen der ersten Referenzelektrode 211 und der ersten Nachweiselektrode 213 (im Folgenden als erste Ammoniak-EMK bezeichnet) und die EMK zwischen der zweiten Referenzelektrode 221 und der zweiten Nachweiselektrode 223 (im Folgenden als zweite Ammoniak-EMK bezeichnet) und gibt Signale, die die erfassten Werte widerspiegeln, an den Mikrocomputer 190 weiter.
Der Mikrocomputer 190 umfasst eine CPU 191, einen ROM 192, einen RAM 193 und einen Signal-Eingabe-Ausgabe-Abschnitt 194.
Die CPU 191 führt ein Prozess zur Kontrolle des Sensorelementabschnitts 5 auf der Grundlage eines Programms aus, das im ROM 192 gespeichert ist. Der Signal-Eingabe-Ausgabe-Abschnitt 194 ist mit der Ip1-Ansteuerschaltung 181, der Vs-Erfassungsschaltung 182, der Ip2-Erfassungsschaltung 186, der Heizvorrichtungs-Ansteuerschaltung 187 und der EMK-Erfassungsschaltung 188 verbunden. Der Signal-Eingabe-Ausgabe-Abschnitt 194 wandelt die Werte der elektrischen Spannung der analogen Signale der Ip1-Ansteuerschaltung 181, der Vs-Erfassungsschaltung 182, der Ip2-Erfassungsschaltung 186 und der EMK-Erfassungsschaltung 188 in digitale Daten um und gibt diese digitalen Daten an die CPU 191 weiter.
Die CPU 191 gibt zudem ein Signal an die Heizvorrichtungs-Ansteuerschaltung 187 durch den Signal-Eingabe-Ausgabe-Abschnitt 194 weiter, sodass die elektrische Kraft, die der Heizvorrichtung 160 bereit gestellt wird, mittels Pulsweiten-Modulation so kontrolliert wird, dass die Heizvorrichtung 160 eine Zieltemperatur erreicht. Um die elektrische Kraft, die der Heizvorrichtung 160 bereitgestellt wird, zu kontrollieren, kann jede bekannte Methode genutzt werden. Insbesondere kann die Impedanz einer Zelle (z.B. der Sauerstoff-Konzentration-Detektionszelle 140) des NO_x-Detektionsabschnitts 101 erfasst und dann die Stärke der bereitgestellten elektrischen Kraft so kontrolliert werden, dass die erfasste Impedanz einen Zielwert erreicht.
Die CPU 191 verarbeitet zudem verschiedene Daten vom ROM 192 und führt verschiedene Rechnungsprozesse auf der Grundlage des Wertes des ersten Pumpstroms Ip1, des Wertes des zweiten Pumpstroms Ip2, des Wertes der ersten Ammoniak-EMK und des Wertes der zweiten Ammoniak-EMK aus.
Der ROM 192 speichert einen „erste Ammoniak-EMK - erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“, einen „zweite Ammoniak-EMK - zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“, einen „erster Pumpstrom - Sauerstoff-Konzentration-Vergleichsausdruck“, einen „zweiter Pumpstrom - NO_x-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“, einen „erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und Sauerstoff-Konzentration - korrigierte Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“, einen „erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und Sauerstoff-Konzentration - korrigierte NO₂-Konzentration-Vergleichsausdruck“ und einen „NO_x-Konzentration-Ausgabe und korrigierte Ammoniak-Konzentration und korrigierte NO₂-Konzentration - korrigierte NO_x-Konzentration-Vergleichsausdruck“.
Der „erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und Sauerstoff-Konzentration - korrigierte Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ entspricht dem unten beschriebenen Korrekturausdruck (1). Der „erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und Sauerstoff-Konzentration - korrigierte NO₂-Konzentration Vergleichsausdruck“ entspricht dem unten beschriebenen Korrekturausdruck (2). Der „NO_x-Konzentration-Ausgabe und korrigierte Ammoniak-Konzentration und korrigierte NO₂-Konzentration - korrigierte NO_x-Konzentration-Vergleichsausdruck“ entspricht dem unten beschriebenen Korrekturausdruck (3).
Die verschiedenen Daten können, wie oben beschrieben, in Form eines vorgeschriebenen Vergleichsausdrucks festgelegt sein oder können in anderen Formen festgelegt sein (beispielsweise in Tabellen), so lange die verschiedenen Gas-Konzentrationen sich aus der Ausgabe des Sensors berechnen lassen. Alternativ können sie Werte sein, die durch die Verwendung eines Modellgases mit bekannter Gas-Konzentration, erhalten werden.
Der „erste Ammoniak-EMK - erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ und der „zweite Ammoniak-EMK - zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ sind Ausdrücke, die das Verhältnis zwischen den Ammoniak-elektromotorische-Kräften, die vom ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und vom zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 ausgegeben werden, und der Ammoniak-Konzentration-Ausgabe wiedergeben. Der „erste Ammoniak-EMK - erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ und der „zweite Ammoniak-EMK - zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ sind Vergleichsausdrücke die vorab durch die Verwendung eines Modellgases mit bekannter Ammoniak-Konzentration bestimmt werden.
Der „erster Pumpstrom - Sauerstoff-Konzentration-Vergleichsausdruck“ ist ein Ausdruck, der das Verhältnis zwischen dem ersten Pumpstrom und der Sauerstoff-Konzentration (d.h. der O₂ Konzentration) im Abgas wiedergibt. Der „zweiter Pumpstrom - NOx-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ ist ein Ausdruck, der das Verhältnis zwischen dem zweiten Pumpstrom und der NO_x-Konzentration- Ausgabe wiedergibt. Der „erster Pumpstrom - Sauerstoff-Konzentration-Vergleichsausdruck“ und der „zweiter Pumpstrom - NOx-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ sind Vergleichsausdrücke, die vorab bestimmt werden durch die Verwendung eines Modellgases mit bekannter Sauerstoff- und NO_x-Konzentration.
Der „erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und Sauerstoff-Konzentration - korrigierte Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ ist ein Ausdruck, der das Verhältnis zwischen der ersten und zweiten Ammoniak-Konzentration-Ausgabe unter dem Einfluss der Sauerstoff-, Ammoniak- und NO₂-Konzentration und der korrigierten Ammoniak-Konzentration, von der der Einfluss der Sauerstoff und NO₂-Konzentration entfernt wurde, wiedergibt. Der „erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und Sauerstoff-Konzentration - korrigierte NO₂-Konzentration-Vergleichsausdruck“ ist ein Ausdruck, der das Verhältnis zwischen der ersten und zweiten Ammoniak-Konzentration-Ausgabe unter dem Einfluss der Sauerstoff-, Ammoniak- und NO₂-Konzentration und der korrigierten NO₂-Konzentration, von der der Einfluss der Sauerstoff und Ammoniak-Konzentration entfernt wurde, wiedergibt. Der „NO_x-Konzentration-Ausgabe und korrigierte Ammoniak-Konzentration und korrigierte NO₂-Konzentration - korrigierte NO_x- Konzentration-Vergleichsausdruck“ ist ein Ausdruck, der das Verhältnis zwischen der NO_x-Konzentration-Ausgabe unter dem Einfluss der Ammoniak- und NO₂-Konzentration und der korrigierten NO_x-Konzentration, von der der Einfluss der Ammoniak-Konzentration und der NO₂-Konzentration entfernt wurde, wiedergibt.
Es folgt eine Beschreibung des Berechnungsprozesses zum Erhalt der NO₂-Konzentration, der NO_x-Konzentration und der Ammoniak-Konzentration aus dem ersten Pumpstrom Ip1, dem zweiten Pumpstrom Ip2, der ersten Ammoniak-EMK und der zweiten Ammoniak-EMK. Dieser Berechnungsprozess wird von der CPU 191 des Mikrocomputers 190 ausgeführt.
Wenn der erste Pumpstrom Ip1, der zweite Pumpstrom Ip2, die erste Ammoniak-EMK und die zweite Ammoniak-EMK eingegeben werden, vollzieht die CPU 191 einen Berechnungsprozess, um die Sauerstoff-Konzentration, die NO_x-Konzentration-Ausgabe, die erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und die zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe zu erhalten. Die CPU 191 ruft den „erste Ammoniak-EMK - erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“, den „zweite Ammoniak-EMK - zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“, den „Erster Pumpstrom Ip1 - Sauerstoff-Konzentration-Vergleichsausdruck“ und den „Zweiter Pumpstrom Ip2 - NO_x-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ vom ROM 192 ab und berechnet dann die Sauerstoff-Konzentration und andere Konzentrations-Ausgaben unter Verwendung dieses Vergleichsausdrucks.
Der „erste Ammoniak-EMK - erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ und der „zweite Ammoniak-EMK - zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“ sind insbesondere so festgelegt, dass über den gesamten Bereich der Ammoniak-elektromotorische-Kräfte, die vom ersten und zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und 103 in ihrer Umgebung ausgegeben werden, ein annähernd lineares Verhältnis zwischen jedem der Ammoniak-Konzentrations-Ausgaben vom Ammoniak-Detektionsabschnitt und der Ammoniak-Konzentration im Messgas erhalten bleibt. Da diese Umformungsausdrücke im Korrekturausdruck unten zur Umwandlung genutzt werden, ist eine Berechnung, die Änderungen im Gradienten und Nullpunkt nutzt, möglich.
Nachdem die Sauerstoff-Konzentration, die NO_x-Konzentration-Ausgabe, die erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und die zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe erhalten wurden, vollzieht die CPU 191 Berechnungen, die die unten beschriebenen Korrekturausdrücke nutzen, um die Ammoniak-Konzentration, NO₂-Konzentration und NO_x-Konzentration im Abgas zu erhalten.
$\begin{array}{l} x = F (A,B,D) \\ \begin{matrix} = (eA - c) * (jB - h - fA + d) / \end{matrix} (eA - c - iB + g) + fA - d \end{array}$
$\begin{array}{l} y = F' (A,B,D) \\ \begin{matrix} = (jB - h - fA + d) / \end{matrix} (eA - c - iB + g) \end{array}$
$z = a * C + b$
$\begin{array}{l} a = f (x) \\ \begin{matrix} = 1 / (1 - γ x) \end{matrix} \end{array}$
$\begin{array}{l} b = f' (x,y) \\ =δ xy / (1 - γ x) - β x / (1 - γ x) - α x / (1 - γ x) + y \end{array}$
In diesen Korrekturausdrücken, gibt x die Ammoniak-Konzentration an, y gibt die NO₂-Konzentration an und z gibt die NO_x-Konzentration an. A gibt die erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe an, B gibt die zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe an, C gibt die NO_x-Konzentration-Ausgabe an und D gibt die Sauerstoff-Konzentration an. F gibt im Korrekturausdruck (1) an, dass x eine Funktion von (A, B, D) ist und F' im Korrekturausdruck (2) gibt an, dass y eine Funktion von (A, B, D) ist. a und b sind Berichtigungswerte (Berichtigungskoeffizient, Berichtigungsadditionswert) und zwar Berichtigungswerte, die unter Verwendung der Ammoniak-Konzentration und der NO₂-Konzentration (und zwar durch x und y bestimmte Berichtigungswerte) berechnet werden. f im Ausdruck (4) gibt an, dass a eine Funktion von (x) ist und f' im Ausdruck (5) gibt an, dass b eine Funktion von (x, y) ist. α, β, γ und δ sind Koeffizienten, die auf der Grundlage der Charakteristika des NO_x-Detektionsabschnitt 101 bestimmt werden, c, d, e, f, g, h, i, und j sind Koeffizienten, die unter Nutzung der Sauerstoff-Konzentration D berechnet werden (d.h. durch D bestimmte Koeffizienten).
Insbesondere werden die Korrekturausdrücke (3) bis (5) auf der Grundlage eines Vergleichsausdrucks (6) ermittelt, der das Verhältnis zwischen der NO_x-Konzentration-Ausgabe(= C) und der Konzentrationen des jeweiligen Gases angibt (Ammoniak-Konzentration (= x), NO₂-Konzentration (= y) und NO-Konzentration (= u)). Ein Vergleichsausdruck (7), der die NO-Konzentration (= u) widergibt, wird durch Modifikation des Ausdrucks (6) erhalten. Auch die NO_x-Konzentration (z) wird durch einen Vergleichsausdruck (8) widergegeben, in dem die NO₂-Konzentration (= y) und die NO-Konzentration (= u) verwendet werden. Wie aus diesen zu entnehmen ist, ergeben sich die oben beschriebenen Ausdrücke (3) bis (5) durch Einsetzen von Ausdruck (7) in Ausdruck (8).
$\begin{array}{l} C = u + α y +β x −γ xu −δ xy \\ = (1 - γ x) * u +α y +β x −δ xy \end{array}$
$\begin{array}{l} u = (C +δ xy −β x −α y) / (1 - γ x) \\ \begin{array}{l} \end{array} \begin{array}{l} \end{array} = C / (1 - γ x) + δ xy / (1 - γ x) - β x / (1 - γ x) - α y / (1 - γ x) \end{array}$
$z = u + y$
Obwohl der NO_x-Detektionsabschnitt 101 Eigenschaften aufweist, die die Erfassung von Stickstoffoxid (NO_x) einschließlich Stickstoffdioxid (NO₂) und Stickstoffmonoxid (NO) ermöglichen, kann sich die NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C) durch den Einfluss des Ammoniaks im Messgas ändern. Wenn so ein Einfluss berücksichtigt wird, kann die NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C) durch Verwendung der Ammoniak-Konzentration (= x), der Stickstoffdioxid-Konzentration (= y) und der Stickstoffmonoxid-Konzentration (= u) durch den oben beschriebenen Vergleichsausdruck (6) widergegeben werden.
Die Verwendung der auf der Grundlage des Ausdrucks (6) ermittelten Korrekturausdrücke (3) bis (5) ermöglicht es damit, die NO_x-Konzentration (= z) unter Berücksichtigung des Ammoniak-Einflusses im Messgas zu erhalten. Die auf diese Weise erhaltene NO_x-Konzentration weist einen reduzierten durch Ammoniak-Einfluss bedingten Fehler auf.
Die CPU 191 bestimmt die Ammoniak-Konzentration, die NO₂-Konzentration und die NO_x-Konzentration im Abgas durch die Berechnung, indem die erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe, die zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe, die NO_x-Konzentration-Ausgabe und die Sauerstoff-Konzentration in die oben beschriebenen Korrekturausdrücke (1) bis (5) eingesetzt werden.
Insbesondere der Korrekturausdruck (1) und der Korrekturausdruck (2) sind Ausdrücke, die auf der Grundlage von Eigenschaften des ersten Ammoniak-Detektionsabschnitts 102 und des zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitts 103 bestimmt werden, und die Korrekturausdrücke (3) bis (5) sind Ausdrücke, die auf der Grundlage von Eigenschaften des NO_x-Detektionsabschnitts 101 bestimmt werden. Auch die Korrekturausdrücke (1) bis (5) sind nur Beispiele für Korrekturausdrücke und andere Korrekturausdrücke, Koeffizienten, etc. können entsprechend den Gasdetektionseigenschaften genutzt werden. Auch die Art der Berichtigung ist nicht auf die Art beschränkt, in der die Werte kontinuierlich fortgeschrieben werden und kann eine Art sein, in der die Werte diskret (schrittweise) fortgeschrieben werden. Beispielsweise können die Berichtigungswerte gemäß den oben beschriebenen Ausdrücken in jeder Weiterverarbeitungs-Abfrage der CPU oder in vorgegebenen Zeitabständen fortgeschrieben werden und der Zeitpunkt des Fortschreibens entsprechend dem Bereich der Gaskonzentration geändert werden.
Insbesondere werden die verschiedenen Funktionen des Mikrocomputers 190 durch ein Programm realisiert, das auf einem dauerhaften Datenträger gespeichert und von der CPU ausgeführt wird. In diesem Beispiel entspricht der ROM dem dauerhaften Datenträger, der das Programm speichert. Außerdem wird durch die Ausführung des Programms eine dem Programm entsprechende Methode durchgeführt. Insbesondere kann der Kontrollabschnitt 3 einen einzelnen Mikrocomputer oder eine Vielzahl von Mikrocomputern enthalten. Außerdem können einige oder alle Funktionen des Mikrocomputers durch Hardware ausgeführt werden; zum Beispiel durch eine einzelne integrierte Schaltung oder eine Vielzahl von integrierten Schaltungen.
Die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 mit dem oben beschriebenen Kontrollabschnitt 3 berechnet die Konzentrationen von Ammoniak, NO₂ und NO_x im Abgas durch den Multi-Gassensor 2, der den NO_x-Detektionsabschnitt 101, den ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und den zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 enthält.
EIGENSCHAFTEN DES NO_X-DETEKTIONSABSCHNITTS
Im Folgenden werden die Eigenschaften des NO_x-Detektionsabschnitts 101 beschrieben.
Der Graph und die Tabelle in 4 zeigen die Ergebnisse der Berechnung der NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C), die durch den NO_x-Detektionsabschnitt 101 für den Fall berechnet wurde, dass die Ammoniak-Konzentration in fünf Arten von Messgasen mit unterschiedlichen Stickstoffmonoxid-Konzentrationen (NO-Konzentrationen (= unverändert wird. Es wurde zudem der Gradient und Achsenabschnitt von jedem Graph berechnet und die Änderung des Gradienten (= Δ Gradient) wurde mit dem Gradienten für den Fall berechnet, in dem die Stickstoffmonoxid-Konzentration (NO-Konzentration) als Referenz 0 [ppm] beträgt. Diese berechneten Werte sind in der Tabelle angegeben.
In ähnlicher Weise zeigen der Graph und die Tabelle in 5 die Ergebnisse der Berechnung der NO_x-Konzentration-Ausgabe(= C), die durch den NO_x-Detektionsabschnitt 101 für den Fall berechnet wurde, dass die Ammoniak-Konzentration in fünf Arten von Messgasen mit unterschiedlichen Stickstoffdioxid-Konzentrationen (NO₂-Konzentrationen(= y)) verändert wird. Es wurde zudem der „Gradient und Achsenabschnitt“ von jedem Graph berechnet und die „Änderung des Gradienten (= Δ Gradient)“ wurde mit dem Gradienten für den Fall berechnet, in dem die Stickstoffdioxid-Konzentration (NO₂-Konzentration) als Referenz 0 [ppm] beträgt. Diese berechneten Werte sind in der Tabelle angegeben.
6 zeigt außerdem die NO_x-Konzentration im Vergleich zum relativen „Ammoniak (NH₃)/Stickstoffoxid (NOx) Empfindlichkeitsverhältnis“ auf der Grundlage der oben beschriebenen Berechnungsergebnisse. Da das relative Empfindlichkeitsverhältnis einen Wert annimmt, der dem Gradienten des oben beschriebenen Graphen entspricht, zeigt 6 insbesondere die Korrelation zwischen der NO_x-Konzentration und dem Gradienten der Stickstoffmonoxid-Konzentration (NO-Konzentration) und die Korrelation zwischen der NO_x-Konzentration und dem Gradienten der Stickstoffdioxid-Konzentration (NO₂-Konzentration).
7 zeigt die NO_x-Konzentration im Vergleich zum relativen „Ammoniak (NH₃)/Stickstoffoxid (NO_x) Empfindlichkeitsverhältnis abzüglich Änderungsmenge“ auf der Grundlage der in 6 gezeigten Ergebnisse. Während das relative Empfindlichkeitsverhältnis bei einer NO_x-Konzentration von 0 [ppm] als Referenz verwendet wird, wird die „Differenz des relativen Empfindlichkeitsverhältnisses“ als relatives „Ammoniak (NH₃)/Stickstoffoxid (NO_x) Empfindlichkeitsverhältnis abzüglich Änderungsmenge“ berechnet.
Wie aus den in 4 bis 7 dargestellten Berechnungsergebnissen zu erkennen ist, verändert sich die NO_x-Konzentration-Ausgabe, die durch die Verwendung des NO_x-Detektionsabschnitts 101 berechnet wird, durch den Einfluss des Ammoniaks im Messgas. Wie aus den oben genannten Berechnungsergebnissen hervorgeht, unterscheidet sich der Grad des Einflusses von Ammoniak auf die Stickstoffmonoxid-Konzentration (NO-Konzentration) vom Grad des Einflusses von Ammoniak auf die Stickstoffdioxid-Konzentration (NO₂-Konzentration).
Da der NO_x-Detektionsabschnitt 101 solche Eigenschaften aufweist, kann die NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C) durch den oben beschriebenen Ausdruck (6) dargestellt werden.
Daher ist es, wie oben beschrieben, durch die Verwendung der Korrekturausdrücke (3) bis (5), die auf der Grundlage des Ausdrucks (6), bestimmt werden, möglich, die NO_x-Konzentration (= z) unter Berücksichtigung des Einflusses des Ammoniaks im Messgas zu erhalten. Somit weist die NO_x-Konzentration einen reduzierten Fehler durch den Einfluss von Ammoniak auf.
EFFEKTE
Wie oben beschrieben umfasst die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform den Multi-Gassensor 2 und den Kontrollabschnitt 3.
Der Multi-Gassensor 2 umfasst den Sensorelementabschnitt 5 und der Sensorelementabschnitt 5 umfasst den NO_x-Detektionsabschnitt 101 und den Ammoniak-Detektionsabschnitt (den ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102, den zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103).
Der Kontrollabschnitt 3 berechnet die Konzentrationen von Ammoniak, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxid im Abgas (Messgas) durch den NO_x-Detektionsabschnitt 101 und den Ammoniak-Detektionsabschnitt (den ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102, den zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103).
Der NO_x-Detektionsabschnitt 101 ist so konfiguriert, dass er den zweiten Pumpstrom Ip2 ausgibt, dessen Wert sich mit der Konzentration von Stickstoffoxid (NO_x) im Abgas ändert. Der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 sind jeweils so konfiguriert, dass sie die Ammoniak-EMK ausgeben, dessen Wert sich mit den Konzentrationen von Ammoniak und Stickstoffdioxid im Abgas ändert.
Der Mikrocomputer 190 des Kontrollabschnitts 3 berechnet auf der Grundlage des „zweite Pumpstrom Ip2 - NOx-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdrucks“ die NOx-Konzentration-Ausgabe (= C) entsprechend dem erfassten zweiten Pumpstrom Ip2.
Außerdem berechnet der Mikrocomputer 190 des Kontrollabschnitts 3 auf der Grundlage des „erste Ammoniak-EMK - erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdrucks“ und des „zweite Ammoniak-EMK - zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdruck“, die erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe (= A) und die zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe (= B), die jeweils den Ammoniak-EMK-Ausgaben des ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und des zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 entsprechen.
Der Mikrocomputer 190 berechnet dann die Ammoniak-Konzentration (= x) auf der Grundlage der erhaltenen ersten und zweiten Ammoniak-Konzentration-Ausgaben und dem Korrekturausdruck (1). Zusätzlich berechnet der Mikrocomputer 190 die Stickstoffdioxid-Konzentration (= y) auf der Grundlage der erhaltenen ersten und zweiten Ammoniak-Konzentration-Ausgaben und dem Korrekturausdruck (2).
Zusätzlich berechnet der Mikrocomputer 190 die NO_x-Konzentration durch den Korrekturausdruck (3); d.h. er berechnet einen Wert als NO_x-Konzentration, der durch Multiplikation der NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C) mit dem Berichtigungskoeffizient a und durch Addition des Berichtigungsadditionswerts b zum Ergebnis der Multiplikation erhalten wird. Dabei wird der Wert des Berichtigungskoeffizienten a, wie in Ausdruck (4) gezeigt, auf der Grundlage der Ammoniak-Konzentration berechnet. Wie in Ausdruck (5) zu sehen, wird der Wert des Berichtigungsadditionswerts b auf der Grundlage der Ammoniak-Konzentration und der Stickstoffdioxid-Konzentration berechnet.
Auch wenn der zweite Pumpstrom Ip2 (mit anderen Worten die NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C)) sich durch den Einfluss des Ammoniaks im Abgas ändert, kann der Kontrollabschnitt 3 mit solch einer Konfiguration die Konzentration des Stickstoffoxids bei Verminderung des Einflusses von Ammoniak berechnen, indem er die Konzentration des Stickstoffoxids nicht nur anhand der NO_x-Konzentration-Ausgabe berechnet, sondern auch anhand des Berichtigungskoeffizienten a und des Berichtigungsadditionswert b.
Da der Berichtigungskoeffizient a und der Berichtigungsadditionswert b auf der Grundlage der letzten Konzentration von Ammoniak festgelegt sind (verändert werden), kann die Konzentration von Stickstoffoxid insbesondere im Einklang mit der Konzentration von Ammoniak im Abgas berechnet werden, wobei die Genauigkeitsabweichung beim Erfassen der Stickstoffoxid-Konzentration vermindert werden kann.
Da dieser Kontrollabschnitt 3 einen Fehler unterdrücken kann, der durch den Einfluss von Ammoniak zum Zeitpunkt der Erfassung der Konzentration von Stickstoffoxid im Abgas verursacht wird, kann der Kontrollabschnitt 3 die Genauigkeitsabweichung bei der Erfassung der Stickstoffoxidkonzentration einschränken.
Auch in diesem Kontrollabschnitt 3 wird der Berichtigungsadditionswert b auf der Grundlage der Konzentration von Ammoniak und der Konzentration von Stickstoffdioxid festgelegt (geändert). Daher kann die Konzentration von Stickstoffoxid nicht nur unter Berücksichtigung der Konzentration von Ammoniak im Abgas, sondern auch der Konzentration von Stickstoffdioxid im Abgas berechnet werden.
Dadurch kann der Kontrollabschnitt 3 die Konzentration von Stickstoffoxid berechnen und gleichzeitig die Einflüsse der Konzentration von Ammoniak und der Konzentration von Stickstoffdioxid unterdrücken. Dadurch kann die Genauigkeitsabweichung beim Erfassen der Stickstoffoxid-Konzentration eingeschränkt werden.
In der Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 werden zudem der NO_x-Detektionsabschnitt 101 und der Ammoniak-Detektionsabschnitt (der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102, der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103) als Multi-Gassensor 2 bereitgestellt, in dem sie integral ausgebildet sind.
Da ein solcher Multi-Gassensor 2 den NO_x-Detektionsabschnitt 101 und den Ammoniak-Detektionsabschnitt (der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102, der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103) in integrierter Form enthält, ist er für eine Anwendung einsetzbar, bei der die im gleichen Abgas enthaltenen Konzentrationen von Stickstoffoxid, Ammoniak und Stickstoffdioxid erfasst werden.
Daher kann die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 eine Genauigkeitsabweichung beim Erfassen der Stickstoffoxid-Konzentration bei Verwendung des Multi-Gassensors 2 zum Erfassen der Konzentrationen von Stickstoffoxid, Ammoniak und Stickstoffdioxid im Abgas beschränken.
Da die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 den Kontrollabschnitt 3 beinhaltet, kann die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 einen Fehler unterdrücken, der durch den Einfluss von Ammoniak beim Erfassen der Konzentration von Stickstoffoxid im Abgas verursacht wird. Die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 kann somit die Genauigkeitsabweichung beim Nachweis der Stickstoffoxidkonzentration einschränken.
BEZIEHUNG ZWISCHEN DEN BEGRIFFEN IN DER AUSFÜHRUNGSFORM UND DEN BEGRIFFEN DER ANSPRÜCHE
Es wird eine Beschreibung der Beziehung der in dieser Ausführungsform verwendeten Begriffen und den in den Ansprüchen verwendeten Begriffen gegeben.
Die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 entspricht der Gasdetektionsvorrichtung; der Kontrollabschnitt 3 entspricht der Konzentrationsberechnungsvorrichtung; der NO_x-Detektionsabschnitt 101 entspricht dem ersten Detektionsabschnitt; und der Ammoniak-Detektionsabschnitt (der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102, der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103) entspricht dem zweiten Detektionsabschnitt.
Der Mikrocomputer 190, der die NO_x-Konzentration mit den Ausdrücken (3) bis (5) berechnet, entspricht dem Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt; der Mikrocomputer 190, der die Ammoniak-Konzentration mit dem Ausdruck (1) berechnet, entspricht dem Ammoniak-Konzentration-Berechnungsabschnitt; und der Mikrocomputer 190, der die Stickstoffdioxid-Konzentration mit dem Ausdruck (2) berechnet, entspricht dem Stickstoffdioxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
GESAMTKONFIGURATION
Eine Multi-Gasdetektionsvorrichtung, die die NO_x-Konzentration durch Verwendung von Korrekturausdrücken (9) und (10) anstelle der Korrekturausdrücke (3) bis (5) in der ersten Ausführungsform berechnet, wird als zweite Ausführungsform bezeichnet. Die Multi-Gasdetektionsvorrichtung der zweiten Ausführungsform beinhaltet einen Kontrollabschnitt und einen Multi-Gassensor ähnlich der ersten Ausführungsform und hat die gleiche Hardware-Konfiguration wie die erste Ausführungsform. In der folgenden Beschreibung der zweiten Ausführungsform wird hauptsächlich der Punkt beschrieben, der sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet.
IM KONTROLLABSCHNITT AUSGEFÜHRTER BERECHNUNGSPROZESS
Es wird ein Berechnungsprozess der zweiten Ausführungsform zur Gewinnung der NO₂-Konzentration, der NO_x-Konzentration und der Ammoniak-Konzentration aus dem ersten Pumpstrom Ip1, dem zweiten Pumpstrom Ip2, der ersten Ammoniak-EMK und der zweiten Ammoniak-EMK beschrieben. Dieser Berechnungsprozess wird von der CPU 191 des Mikrocomputers 190 ausgeführt.
Nach Erhalt der Sauerstoffkonzentration, der NO_x-Konzentration-Ausgabe, der ersten Ammoniak-Konzentration-Ausgabe und der zweiten Ammoniak-Konzentration-Ausgabe erhält die CPU 191 die Ammoniak-Konzentration und die NO₂-Konzentration im Abgas durch eine Berechnung, bei der die oben beschriebenen Korrekturausdrücke (1) und (2) verwendet werden, und die NO_x-Konzentration im Abgas durch eine Berechnung, bei der die folgenden Korrekturausdrücke verwendet werden.
$z = p*C + q$
$\begin{array}{l} p = f" (x) \\ \begin{array}{l} \end{array} \begin{array}{l} \end{array} = 1 / (1 - mx) \end{array}$
$\begin{array}{l} q = f''' (x) \\ \begin{array}{l} \end{array} \begin{array}{l} \end{array} = -kx / (1 - mx) \end{array}$
In diesen Korrekturausdrücken steht x für die Ammoniak-Konzentration und z für die NO_x-Konzentration. C steht für die NO_x-Konzentration-Ausgabe. p und q sind Korrekturwerte (Berichtigungskoeffizient, Berichtigungsadditionswert) und zwar Korrekturwerte, die mit Hilfe der Ammoniak-Konzentration berechnet werden (nämlich der durch x bestimmte Korrekturwert). f'" des Ausdrucks (10) bedeutet, dass p eine Funktion von (x) ist, und f"" des Ausdrucks (11) bedeutet, dass q eine Funktion von (x) ist. k und m sind Koeffizienten, die auf der Grundlage der Eigenschaften des NO_x-Detektionsabschnitts 101 ermittelt werden.
Insbesondere werden die Korrekturausdrücke (9) bis (11) anhand eines Vergleichsausdrucks (12) bestimmt, der die Beziehung zwischen der NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C) und den Konzentrationen der jeweiligen Gase (Ammoniak-Konzentration (= x) und NO_x-Konzentration (= z)) darstellt. Einen Vergleichsausdruck (13), der die NO_x-Konzentration (= z) darstellt, erhält man durch Modifikation des Ausdrucks (12). Die oben beschriebenen Ausdrücke (9) bis (11) werden auf der Grundlage des Ausdrucks (13) erhalten, der auf der Grundlage des Ausdrucks (12) erhalten wird.
$\begin{array}{l} C = z + kx - mxz \\ \begin{array}{l} \end{array} \begin{array}{l} \end{array} = (1 - mx) * z + kx \end{array}$
$\begin{array}{l} z = (C - kx) / (1 - mx) \\ \begin{array}{l} \end{array} \begin{array}{l} \end{array} = C / (1 - mx) - kx / (1 - mx) \end{array}$
Obwohl der NO_x-Detektionsabschnitt 101 Eigenschaften aufweist, die den Nachweis von Stickstoffoxid (NO_x) ermöglichen, kann sich die NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C) durch den Einfluss des im Messgas enthaltenen Ammoniaks verändern. Bei Berücksichtigung eines solchen Einflusses kann die NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C) durch den oben beschriebenen Vergleichsausdruck (12) unter Verwendung der Ammoniak-Konzentration (= x) und der Stickstoffoxid Konzentration (= z) dargestellt werden.
Die Verwendung der Korrekturausdrücke (9) bis (11), die anhand des Ausdrucks (12) bestimmt werden, ermöglicht es daher, die NO_x-Konzentration (= z) unter Berücksichtigung des Einflusses von Ammoniak im Messgas zu erhalten. Die so erhaltene NO_x-Konzentration hat einen verminderten Fehler durch den Einfluss von Ammoniak.
Die CPU 191 erhält durch Berechnung die Ammoniak-Konzentration, die NO₂-Konzentration und die NO_x-Konzentration im Abgas, indem sie die erste Ammoniak-Konzentration-Ausgabe, die zweite Ammoniak-Konzentration-Ausgabe, die NO_x-Konzentration-Ausgabe und die Sauerstoffkonzentration in die oben beschriebenen Korrekturausdrücke (1), (2) und (9) bis (11) einsetzt.
Insbesondere sind der Korrekturausdruck (1) und der Korrekturausdruck (2) Ausdrücke, die auf der Grundlage der Merkmale des ersten Ammoniak-Detektionsabschnitts 102 und des zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitts 103 bestimmt werden, und die Korrekturausdrücke (9) bis (11) sind Ausdrücke, die auf der Grundlage der Merkmale des NO_x-Detektionsabschnitts 101 bestimmt werden. Auch die Korrekturausdrücke (1), (2) und (9) bis (11) sind lediglich Beispiele für Korrekturausdrücke und andere Korrekturausdrücke, Koeffizienten usw. können entsprechend der Gasdetektionseigenschaften verwendet werden.
Die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 mit dem Kontrollabschnitt 3 der wie oben beschrieben ausgelegten zweiten Ausführungsform berechnet die Konzentrationen von Ammoniak, NO₂ und NO_x im Abgas durch die Verwendung des Multi-Gassensors 2, der den NO_x-Detektionsabschnitt 101, den ersten Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 und den zweiten Ammoniak-Detektionsabschnitt 103 enthält.
EINFLÜSSE
Wie oben beschrieben umfasst die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform den Multi-Gassensor 2 und den Kontrollabschnitt 3.
Der Mikrocomputer 190 des Kontrollabschnitts 3 berechnet die Ammoniak-Konzentration (= x) auf der Grundlage der erhaltenen ersten und zweiten Ammoniak-Konzentration-Ausgaben und des Korrekturausdrucks (1). Der Mikrocomputer 190 berechnet zudem die Stickstoffdioxid-Konzentration (= y) auf der Grundlage der erhaltenen ersten und zweiten Ammoniak-Konzentration-Ausgaben und des Korrekturausdrucks (2).
Weiterhin berechnet der Mikrocomputer 190 die NO_x-Konzentration durch die Verwendung des Korrekturausdrucks (9); d.h. er berechnet als NO_x-Konzentration einen Wert, der durch Multiplikation der NO_x-Konzentration-Ausgabe (= C) mit dem Berichtigungskoeffizient p und Addition des Berichtigungsadditionswerts q zum Ergebnis der Multiplikation erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt wird, wie im Ausdruck (10) dargestellt, der Wert des Berichtigungskoeffizienten p auf der Grundlage der Ammoniak-Konzentration berechnet. Zudem wird, wie im Ausdruck (11) dargestellt, der Wert des Berichtigungsadditionswertes q auf der Grundlage der Ammoniak-Konzentration berechnet.
Selbst wenn der zweite Pumpstrom Ip2 (mit anderen Worten: die NOx-Konzentration-Ausgabe (= C)) sich durch den Einfluss von Ammoniak im Abgas ändert, kann der Kontrollabschnitt 3 mit solch einer Konfiguration, die Konzentration von Stickstoffoxid berechnen, indem der Einfluss von Ammoniak durch die Berechnung der Stickstoffoxid-Konzentration mit nicht nur der NO_x-Konzentration-Ausgabe sondern auch dem Berichtigungskoeffizienten a und dem Berichtigungsadditionswert b abgeschwächt wird.
Da der Berichtigungskoeffizient p und der Berichtigungsadditionswert q mindestens auf der Grundlage der Konzentration von Ammoniak festgelegt sind (verändert werden), kann die Konzentration von Stickstoffoxid insbesondere im Einklang mit der Konzentration von Ammoniak im Abgas berechnet werden, wobei die Genauigkeitsabweichung beim Erfassen der Stickstoffoxid-Konzentration vermindert werden kann.
Da dieser Kontrollabschnitt 3 einen Fehler unterdrücken kann, der durch den Einfluss von Ammoniak zum Zeitpunkt der Erfassung der Konzentration von Stickstoffoxid im Abgas verursacht wird, kann der Kontrollabschnitt 3 die Genauigkeitsabweichung bei der Erfassung der Stickstoffoxidkonzentration einschränken.
Da die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 den Kontrollabschnitt 3 umfasst, kann die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 einen Fehler unterdrücken, der durch den Einfluss von Ammoniak zum Zeitpunkt der Erfassung der Konzentration von Stickstoffoxid im Abgas verursacht wird. Die Multi-Gasdetektionsvorrichtung 1 kann die Genauigkeitsabweichung beim Erfassen der Stickstoffoxid-Konzentration daher vermindern.
BEZIEHUNG ZWISCHEN DEN BEGRIFFEN DER AUSFÜHRUNGSFORM UND DEN BEGRIFFEN DER ANSPRÜCHE
Es wird eine Beschreibung der Beziehung der in dieser Ausführungsform verwendeten Begriffen und den in den Ansprüchen verwendeten Begriffen gegeben.
Der Mikrocomputer 190, der die NO_x-Konzentration durch Verwendung der Ausdrücke (9) bis (11) berechnet, entspricht dem Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt; der Mikrocomputer 190, der die Ammoniak-Konzentration durch Verwendung des Ausdrucks (1) berechnet entspricht dem Ammoniak-Konzentration-Berechnungsabschnitt und der Mikrocomputer 190, der die Stickstoffdioxid-Konzentration durch Verwendung des Ausdrucks (2) berechnet entspricht dem Stickstoffdioxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt.
ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Formen umgesetzt werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen eine Form beschrieben, in der ein Multi-Gassensor, in dem ein NO_x-Detektionsabschnitt und ein Ammoniak-Detektionsabschnitt integriert sind, als Sensor vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Form beschränkt. Konkret kann eine Ausführungsform verwendet werden, in der ein Sensor mit einem NO_x-Detektionsabschnitt und ein Sensor mit einem Ammoniak-Detektionsabschnitt separat bereitgestellt werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde ebenso eine Konfiguration beschrieben, in der zwei Detektionsabschnitte (der erste Ammoniak-Detektionsabschnitt 102, der zweite Ammoniak-Detektionsabschnitt 103) als ein Ammoniak-Detektionsabschnitt bereitgestellt werden. Es kann jedoch eine Ausführungsform verwendet werden, in der ein Ammoniak-Detektionsabschnitt aus einem einzigen Detektionsabschnitt bereitgestellt wird.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen werden der Berichtigungskoeffizient und der Berichtigungsadditionswert mit der Ammoniak-Konzentration berechnet, die durch den zweiten Pumpstrom Ip2 und einen vorgeschriebenen Vergleichsausdruck erhalten wird. Die Berechnungsmethode ist allerdings nicht auf diese Methode beschränkt, bei der ein Vergleichsausdruck verwendet wird solange der Berichtigungskoeffizient und der Berichtigungsadditionswert auf der Grundlage des Pumpstrom Ip2 festgelegt werden. Das Verhältnis zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und dem „Berichtigungskoeffizient und Berichtigungsadditionswert“ kann beispielsweise auch durch eine Tabelle festgelegt sein. In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die NO_x-Konzentration zudem durch die Berechnung der NO_x-Konzentration-Ausgabe unter Verwendung des „zweiter Pumpstrom - NO_x-Konzentration-Ausgabe-Vergleichsausdrucks“ und Multiplikation der NO_x-Konzentration-Ausgabe mit dem Berichtigungskoeffizient erhalten, anstatt den zweiten Pumpstrom Ip2 (erfasst durch den NO_x-Detektionsabschnitt) direkt mit dem Berichtigungskoeffizienten zu multiplizieren. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solch eine Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann die NO_x-Konzentration direkt durch die Multiplikation des IP2-Werts mit dem Berichtigungskoeffizient und einem vorgegebenen Wert für die Umrechnung in die NO_x-Konzentration ermittelt werden.
Zudem kann die Funktion einer einzelnen Komponente in den oben beschriebenen Ausführungsformen auf eine Vielzahl von Komponenten verteilt werden oder Funktionen einer Vielzahl von Komponenten können durch eine Komponente realisiert werden. Ein Teil der Konfiguration in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann entfallen. Mindestens ein Teil der Konfiguration in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann zur Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden oder die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzen. Alle Ausführungsformen, die in den durch den Wortlaut der Ansprüche spezifizierten technischen Ideen enthalten sind, sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen Formen als dem oben beschriebenen Mikrocomputer 190 realisiert werden. Die vorliegende Erfindung kann z.B. als System mit dem Mikrocomputer 190 als Komponente, einem Programm, das einen Computer als Mikrocomputer 190 fungieren lässt, einem dauerhaften Datenträger, z.B. einem Halbleiterspeicher, in dem das Programm gespeichert ist, und einer Konzentrationsberechnungsmethode realisiert werden.
Bezugszeichenliste
1 ··· Multi-Gasdetektionsvorrichtung, 2 ··· Multi-Gassensor, 3 ··· Kontrollabschnitt, 5 ··· Sensorelementabschnitt, 101 ··· NO_x-Detektionsabschnitt, 102 ··· Erster Ammoniak-Detektionsabschnitt, 103 ··· Zweiter Ammoniak-Detektionsabschnitt, 190 ··· Mikrocomputer, 191 ··· CPU, 192 ··· ROM, 193 ··· RAM.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201534814 [0005]

Claims

Eine Konzentrationsberechnungsvorrichtung, welche die Konzentration von in einem Messgas enthaltenem Stickstoffoxid unter Verwendung eines ersten Detektionsabschnitts, der einen ersten Detektionswert ausgibt, welcher sich mit der Konzentration von im Messgas enthaltenem Stickstoffoxid ändert, und eines zweiten Detektionsabschnitts, der einen zweiten Detektionswert ausgibt, welcher sich mit der Konzentration von im Messgas enthaltenem Ammoniak ändert, wobei die Konzentrationsberechnungsvorrichtung aufweist: einen Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt, der auf der Grundlage des ersten Detektionswertes die Konzentration des Stickstoffoxids berechnet, wobei der Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt als Stickstoffoxid-Konzentration einen Wert berechnet, der durch Multiplikation des ersten Detektionswertes mit einem Berichtigungskoeffizienten erhalten wird, der auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes festgelegt ist.
Die Konzentrationsberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt als Stickstoffoxid-Konzentration einen Wert berechnet, der durch Multiplikation des ersten Detektionswertes mit dem Berichtigungskoeffizienten und Addition eines Berichtigungsadditionswertes zum Ergebnis der Multiplikation erhalten wird, und der Berichtigungsadditionswert mindestens auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes festgelegt ist.
Die Konzentrationsberechnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die weiterhin einen Ammoniak-Konzentration-Berechnungsabschnitt aufweist, der die Konzentration von Ammoniak auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes berechnet.
Die Konzentrationsberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Detektionsabschnitt als zweiten Detektionswert den zweiten Detektionswert ausgibt, der sich mit der Konzentration von im Messgas enthaltenem Ammoniak sowie der Konzentration von im Messgas enthaltenem Stickstoffdioxid ändert, und die Konzentrationsberechnungsvorrichtung einen Stickstoffdioxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt aufweist, welcher die Konzentration von Stickstoffdioxid auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes berechnet.
Die Konzentrationsberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Detektionsabschnitt und der zweite Detektionsabschnitt als Multi-Gassensor bereitgestellt sind, in dem der erste Detektionsabschnitt und der zweite Detektionsabschnitt integral ausgebildet sind.
Eine Konzentrationsberechnungsvorrichtung, welche die Konzentration von in einem Messgas enthaltenem Stickstoffoxid unter Verwendung eines ersten Detektionsabschnitts, der einen ersten Detektionswert ausgibt, welcher sich mit der Konzentration von im Messgas enthaltenem Stickstoffoxid ändert, und eines zweiten Detektionsabschnitts, der einen zweiten Detektionswert ausgibt, welcher sich mit der Konzentration von im Messgas enthaltenem Ammoniak ändert, wobei die Konzentrationsberechnungsvorrichtung aufweist: einen Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt, der auf der Grundlage des ersten Detektionswertes die Stickstoffoxid-Konzentration berechnet; einen Ammoniak-Konzentration-Berechnungsabschnitt, der auf der Grundlage des zweiten Detektionswertes die Konzentration des Ammoniaks berechnet, wobei der Stickstoffoxid-Konzentration-Berechnungsabschnitt als Stickstoffoxid-Konzentration einen Wert berechnet, der durch Multiplikation des ersten Detektionswertes mit einem Berichtigungskoeffizienten erhalten wird, wobei sich der Berichtigungskoeffizient mindestens in Abhängigkeit der Konzentration des Ammoniaks.
Eine Gasdetektionsvorrichtung, aufweisend: einen ersten Detektionsabschnitt, der einen ersten Detektionswert ausgibt, der sich mit der Konzentration von in einem Messgas enthaltenem Stickstoffoxid ändert; einen zweiten Detektionsabschnitt, der einen zweiten Detektionswert ausgibt, der sich mit der Konzentration von im Messgas enthaltenem Ammoniak ändert; und eine Konzentrationsberechnungsvorrichtung, welche die Konzentration von im Messgas enthaltenem Stickstoffoxid mittels des ersten Detektionswerts und des zweiten Detektionswerts berechnet, wobei der Konzentrationsberechnungsvorrichtung eine Konzentrationsberechnungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.