DE102020004757B4

DE102020004757B4 - Betriebssteuerverfahren für einen fahrzeugmotor und fahrzeugsystem

Info

Publication number: DE102020004757B4
Application number: DE102020004757.2A
Authority: DE
Inventors: Taku Okamoto; Osamu Nakasone
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2040-08-06
Also published as: DE102020004757A1; CN112392615B; CN112392615A; JP7240990B2; US20210054796A1; JP2021032086A; US11174807B2

Abstract

Verfahren zum Durchführen einer aktiven Steuerung zwischen einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand mit einem Fahrzeugmotor, der einen Dreiwegekatalysator in einem Abgasweg umfasst, umfassend Schritte des:
a) Anordnens, auf einer stromabwärtigen Seite bezogen auf den Dreiwegekatalysator in dem Abgasweg, eines NOx-Sensors des Grenzstromtyps mit einer NH₃-Störung und der auch eine Änderung einer Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite erfassen kann; und
b) Umschaltens eines Betriebszustands des Fahrzeugmotors zwischen einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand zu einem Zeitpunkt, bei dem eine Erfassung einer Änderung einer Sauerstoffkonzentration in einer Abgasluft, die aus dem Dreiwegekatalysator strömt, oder eine Erfassung von NOx oder NH₃ zuerst durch den NOx-Sensor durchgeführt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betriebssteuerung eines Motors, der in einem Fahrzeug montiert ist, und insbesondere eine Steuerung auf der Basis einer Atmosphäre stromabwärts von einem Katalysator, der in einem Abgasweg des Motors bereitgestellt ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Benzinmotor, der in einem Fahrzeug (typischerweise einem Automobil) montiert ist, emittiert ein Abgas, das toxische Substanzen enthält, nämlich Stickstoffoxid (NOx), Gesamtkohlenwasserstoff (THC) und Kohlenmonoxid (CO), wenn der Benzinmotor betrieben wird. Diese Arten von Gas unterliegen einer Abgabevorschrift und daher ist in vielen Benzinmotorfahrzeugen ein Katalysator montiert, der diese drei enthaltenen Substanzen zusammen entfernt (ein Abgas reinigt), d.h., ein Dreiwegekatalysator (TWC).
Der Dreiwegekatalysator umfasst einen Teil, der aus Edelmetall, wie z.B. Palladium (Pd), Platin (Pt) und Rhodium (Rh), hergestellt ist, und einen Teil, der aus Keramik, die vorwiegend Ceroxid (CeO₂) enthält, hergestellt ist. Der Teil, der aus Edelmetall hergestellt ist, verursacht die katalytische Hauptwirkung. Der Teil, der aus Keramik hergestellt ist, dient als Promotor. Pd und Pt weisen eine Funktion des Oxidierens von HC und CO in einem Abgas auf, so dass Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) erzeugt werden. Ferner weisen Pd und Rh eine Funktion des Verminderns von NOx in einem Abgas auf, so dass Stickstoff (N₂) erzeugt wird. Ceroxid weist eine Funktion des Verursachens einer Absorption und Beseitigung von Sauerstoff (O₂) auf. In dem TWC wird, wenn HC und CO oxidiert werden, der erforderliche Sauerstoff aus Ceroxid freigesetzt, und wenn NOx reduziert wird, wird der erzeugte Sauerstoff in Ceroxid absorbiert (gespeichert).
Ein Benzinmotor wird vorwiegend bezüglich eines stöchiometrischen Zustands betrieben, bei dem dessen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) gleich einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist oder einen Wert nahe an einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist und Kraftstoff, der in einen Motorzylinder eingeführt wird, vollständig verbrannt wird, jedoch abhängig von einem Zustand eines Fahrzeugs ein Betrieb mit einem Betriebszustand durchgeführt wird, der in einer geeigneten Weise auch in einen mageren Zustand, bei dem A/F höher als ein stöchiometrischer Zustand ist, oder in einen fetten Zustand, bei dem A/F niedriger als ein stöchiometrischer Zustand ist, überführt wird. Von diesen Zuständen kann in dem stöchiometrischen Zustand ein TWC alle von HC, CO und NOx mit einer hohen Entfernungsrate entfernen.
Insbesondere ist die Entfernungsrate eines TWC bezüglich NOx während eines fetten Betriebs (in einer reduzierten Atmosphäre) und während eines stöchiometrischen Betriebs relativ hoch und ist während eines mageren Betriebs (in einer Atmosphäre mit Sauerstoffüberschuss) relativ niedrig. Umgekehrt ist die Entfernungsrate eines TWC bezüglich HC und CO während eines mageren Betriebs und während eines stöchiometrischen Betriebs relativ hoch und ist während eines fetten Betriebs relativ niedrig. Dies ist darauf zurückzuführen, dass während eines fetten Betriebs der Sauerstoffgehalt in einem Abgas niedrig ist und daher NOx einfach reduziert werden kann, wohingegen während eines mageren Betriebs der Sauerstoffgehalt in einem Abgas hoch ist und daher HC und CO einfach oxidiert werden können.
Mit anderen Worten, es besteht eine Tendenz dahingehend, dass HC und CO leicht von dem TWC emittiert werden, der das Abgas bei einem fetten Betrieb reinigt, während NOx leicht von dem TWC emittiert wird, der das Abgas bei einem mageren Betrieb reinigt. NH₃, das nicht von einem Benzinmotor selbst emittiert wird, wird auch von dem erstgenannten TWC emittiert.
Als Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Fahrzeug, in dem ein Benzinmotor montiert ist, gibt es einen Aufbau, bei dem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)-Sensor auf einer stromaufwärtigen Seite bezogen auf einen TWC in einem Abgasweg eines Motors bereitgestellt ist, ein Sauerstoffsensor (binärer Sensor) auf einer stromabwärtigen Seite bereitgestellt ist, und in einem Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgasluft des Motors in einem fetten Zustand vorliegt, ein Zustand des Motors zu einem Zeitpunkt, wenn der binäre Sensor eine fette Atmosphäre erfasst (wenn eine Sauerstoffkonzentration, die der fetten Atmosphäre entspricht, ausgegeben wird), zu einem mageren Betriebszustand geändert wird, und dann der Zustand des Motors zu einem Zeitpunkt, wenn der binäre Sensor eine magere Atmosphäre erfasst (wenn eine Sauerstoffkonzentration, die der mageren Atmosphäre entspricht, ausgegeben wird), zu einem fetten Betriebszustand geändert wird (vgl. z.B. Go Hayashita, Motoki Ohtani, Keiichiro Aoki und Shuntaro Okazaki, „New Exhaust Emission Control System with Two A/F Sensors“, SAE Technical Paper, 2017-01-0917, 2017).
Ferner ist es bereits bekannt, einen NOx-Sensor des Grenzstromtyps, der aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist, auf einer stromabwärtigen Seite eines Katalysators bereitzustellen, und wenn der NOx-Sensor NH₃ erfasst, wird der Betriebszustand des Motors geändert, so dass eine Emission von HC und CO, die Substanzen sind, die Beschränkungen unterliegen, unterdrückt wird, was die Tatsache nutzt, dass der NOx-Sensor eine NH₃-Störung aufweist (vgl. z.B. JP 2018 - 178 761 A und JP 2018 - 178 762 A ).
Das Verfahren, das in JP 2018 - 178 761 A und JP 2018 - 178 762 A offenbart ist, nutzt die Eigenschaft, dass die Geschwindigkeit des Auftretens von NH₃ größer ist als eine Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der stromabwärtigen Seite des TWC.
Nach einer intensiven Untersuchung durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde jedoch ein Fall gefunden, der nicht notwendigerweise unter die vorstehend beschriebene Eigenschaft fällt.
Ferner offenbart DE 10 2017 218 327 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrang ein Dreiwegekatalysator mit Lambdaregelung angeordnet ist, welches die folgenden Schritte aufweist: Anordnen eines NOx-Sensors mit integrierter Lambdasonde stromab des Dreiwegekatalysators; Erzeugen eines einen Lambdawert nach dem Dreiwegekatalysator wiedergebenden elektrischen Signals mit dem NOx-Sensor; Festlegen eines Schwellenwertes des elektrischen Signals und Bestimmen eines Lambdasollwertes stromauf des Dreiwegekatalysators mithilfe der Differenz zwischen dem Sollwert des elektrischen Signals nach dem Dreiwegekatalysator und dem gemessenen elektrischen Signal, wenn das gemessene elektrische Signal unter dem Schwellenwert liegt; wenn das gemessene elektrische Signal über dem Schwellenwert liegt, Bestimmen des Lambdasollwertes stromauf des Dreiwegekatalysators mithilfe der Differenz zwischen einem NH₃-Sollwert des NOx-Sensors und dem gemessenen NH₃-Signal des NOx-Sensors; und wenn die gemessene NH₃-Konzentration höher ist als der NH₃-Sollwert, Erhöhen des Lambdasollwertes stromauf des Dreiwegekatalysators und, wenn die gemessene NH₃-Konzentration niedriger ist als der NH₃-Sollwert, Reduzieren des Lambdasollwertes stromauf des Dreiwegekatalysators.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Betriebssteuerung eines Motors, der in einem Fahrzeug montiert ist, und insbesondere eine Steuerung auf der Basis einer Atmosphäre stromabwärts von einem Katalysator, der in einem Abgasweg des Motors bereitgestellt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Durchführen einer aktiven Steuerung zwischen einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand mit einem Fahrzeugmotor, der einen Dreiwegekatalysator in einem Abgasweg umfasst, Schritte des: a) Anordnens, auf einer stromabwärtigen Seite bezogen auf den Dreiwegekatalysator in dem Abgasweg, eines NOx-Sensors des Grenzstromtyps mit einer NH₃-Störung und der auch eine Änderung einer Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite erfassen kann; und b) Umschaltens eines Betriebszustands des Fahrzeugmotors zwischen einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand zu einem Zeitpunkt, bei dem eine Erfassung einer Änderung einer Sauerstoffkonzentration in einer Abgasluft, die aus dem Dreiwegekatalysator strömt, oder eine Erfassung von NOx oder NH₃ zuerst durch den NOx-Sensor durchgeführt wird.
Gemäß der vorstehenden Erfindung wird eine Verschlechterung einer Emission von dem Dreiwegekatalysator zu der stromabwärtigen Seite vorzugsweise ungeachtet einer Menge des Stroms der Abgasluft von dem Dreiwegekatalysator unterdrückt.
Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebssteuerverfahren eines Fahrzeugmotors und ein Fahrzeugsystem bereitzustellen, die eine Emission von einem TWC in einer mehr bevorzugten Weise als bisher unterdrücken können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Aufbau eines Fahrzeugs zeigt.
2 ist eine Zeichnung, die schematisch ein Beispiel eines Aufbaus eines NOx-Sensors zeigt.
3 ist eine Zeichnung, die eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und die zeitliche Änderung eines Werts eines Ansaugluft-MAF zeigt.
4 ist eine Zeichnung, welche die zeitliche Änderung eines binären Ausgabewerts und eines NOx-Konzentrationswerts bei einer Bedingung 1 zeigt.
5 ist eine Zeichnung, welche die zeitliche Änderung eines binären Ausgabewerts und eines NOx-Konzentrationswerts bei einer Bedingung 2 zeigt.
6 ist eine Zeichnung, welche die zeitliche Änderung eines binären Ausgabewerts und eines NOx-Konzentrationswerts bei einer Bedingung 3 zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Aufbau des Systems>
Die 1 ist eine Zeichnung, die schematisch einen Aufbau eines Fahrzeugs (System) 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Fahrzeug 1000 ein Automobil, das durch einen Fahrer DR gefahren wird.
Das Fahrzeug 1000 umfasst vorwiegend einen Benzinmotor (nachstehend einfach als Motor bezeichnet) 500, der eine Art eines Verbrennungsmotors ist und als Kraftquelle dient, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 501, die Kraftstoff in das Innere (Brennkammer) des Motors 500 einspritzt, eine Luftansaugeinheit 401, die dem Motor 500 Luft zuführt, einen Dreiwegekatalysator (TWC) 601, der ein Abgas reinigt, das von dem Motor 500 abgegeben wird, ein elektronisches Steuergerät (ECU) 100, das den Betrieb jeder Einheit des Fahrzeugs 1000 steuert, eine Anzeigeeinheit 200, wie z.B. ein Instrumentenfeld zum Darstellen von verschiedenen Informationen, die mit dem Fahrzeug 1000 zusammenhängen, für den Fahrer DR, und ein Gaspedal 300, das eines von verschiedenen Betätigungseinheiten ist, die durch den Fahrer DR betätigt werden, wenn der Fahrer DR das Fahrzeug 1000 betreibt. Es sollte beachtet werden, dass weitere Beispiele der Betätigungseinheiten ein Lenkrad, einen Schalthebel (Auswahlvorrichtung) für ein Getriebe und ein Bremspedal (wobei keines davon gezeigt ist) umfassen.
Die Luftansaugeinheit 401 und der TWC 601 sind mit jeweiligen Leitungen P mit dem Motor 500 verbunden. Ein Weg für ein Gas von der Luftansaugeinheit 401 zu dem Motor 500 wird nachstehend als zuführungsseitiger Weg oder Luftansaugweg bezeichnet, wohingegen ein Weg für ein Gas von dem Motor 500 zu dem TWC 601 als abgasseitiger Weg oder Abgasweg bezeichnet wird. Ferner wird eine Seite an dem Motor 500 bezogen auf den TWC 601 als stromaufwärtige Seite bezeichnet, wohingegen eine Seite auf der gegenüberliegenden Seite des Motors 500 bezogen auf den TWC 601 als stromabwärtige Seite bezeichnet wird, und zwar auf der Basis eines Stroms eines Abgases, in dem ein Abgas von dem Motor 500 abgegeben wird, in den TWC 601 eingeführt wird und ferner von dem TWC 601 abgegeben wird.
Als kurze Beschreibung wird in dem Fahrzeug 1000 Leistung in der folgenden Weise erzeugt: Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das ein Gemisch von Luft (Ansaugluft), die von außen durch die Luftansaugeinheit 401 entnommen wird, und Kraftstoff ist, der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 501 eingespritzt wird, wird in dem Motor 500 komprimiert; das komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch wird mit einer Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet; die Zündung bewirkt, dass das komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch explodiert und verbrennt und sich ausdehnt; der dabei erzeugte Druck bewegt einen Kolben (nicht gezeigt), wodurch Leistung erzeugt wird. Dann wird ein Gas, das durch eine solche Leistungserzeugung erzeugt worden ist, als Abgas in den Abgasweg abgegeben, so dass das Abgas durch den TWC 601 gereinigt wird.
Das Abgas enthält toxische Substanzen, nämlich Stickstoffoxid (NOx), Gesamtkohlenwasserstoff (THC) und Kohlenmonoxid (CO). Der TWC 601 kann diese drei enthaltenen Substanzen bei jeweiligen hohen Entfernungsraten zusammen entfernen (ein Abgas reinigen).
Der TWC 601 umfasst einen Teil, der aus Edelmetall, wie z.B. Palladium (Pd), Platin (Pt) und Rhodium (Rh), hergestellt ist, und einen Teil, der aus Keramik, die vorwiegend Ceroxid (CeO₂) enthält, hergestellt ist. Der Teil, der aus Edelmetall hergestellt ist, bewirkt die katalytische Hauptwirkung. Der Teil, der aus Keramik hergestellt ist, dient als Promotor. Pd und Pt haben eine Funktion des Oxidierens von HC und CO in einem Abgas, so dass Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) erzeugt werden. Pd und Rh haben die Funktion des Reduzierens von NOx in einem Abgas, so dass Stickstoff (N₂) erzeugt wird. Ceroxid hat die Funktion des Bewirkens einer Absorption und Beseitigung von Sauerstoff (O₂). In dem TWC 601 wird dann, wenn HC und CO oxidiert werden, der erforderliche Sauerstoff von Ceroxid freigesetzt, und wenn NOx reduziert wird, der erzeugte Sauerstoff in Ceroxid absorbiert (darin gespeichert).
In der vorliegenden Ausführungsform kann der TWC 601 in einem normalen Zustand ohne Verschlechterung bzw. Abbau die folgende Funktion ausüben: Wenn sich der Motor 500 in einem stöchiometrischen Zustand (einem Zustand, in dem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases einen stöchiometrischen Wert aufweist (etwa 14,7)) oder einem fetten Zustand (einem Zustand, in dem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases einen Wert aufweist, der kleiner ist als der stöchiometrische Wert) befindet, entfernt der TWC 601 NOx mit einer hohen Entfernungsrate von 90 % oder mehr (reduziert NOx zu N₂); wenn sich der Motor 500 in einem stöchiometrischen Zustand oder einem mageren Zustand (einem Zustand, in dem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases einen Wert aufweist, der größer ist als der stöchiometrische Wert) befindet, entfernt der TWC 601 HC und CO mit einer hohen Entfernungsrate von 90 % oder mehr (oxidiert HC und CO zu H₂O bzw. CO₂).
Das Fahrzeug 1000 umfasst ferner eine stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 und einen NOx-Sensor 703. Die stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 ist an der Leitung P, die den Motor 500 und den TWC 601 verbindet, auf einer stromaufwärtigen Seite bezogen auf den TWC 601 bereitgestellt. Der NOx-Sensor 703 ist an der Leitung P bereitgestellt und befindet sich auf einer stromabwärtigen Seite bezogen auf den TWC 601.
Die stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 ist zum Messen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Abgases auf einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des TWC 601 angeordnet. Der NOx-Sensor 703 ist zum Messen der NOx-Konzentration in einem Abgas auf einer stromabwärtigen Seite des TWC 601 angeordnet. Ausgangssignale von diesen Erfassungseinrichtungen werden zur Fahrsteuerung des Fahrzeugs 1000 verwendet.
Das ECU 100 umfasst einen elektronischen Schaltkreis, der mindestens einen integrierten Schaltkreis (IC) umfasst. Der elektronische Schaltkreis umfasst mindestens einen Prozessor (nicht gezeigt). Jede Funktion des ECU 100 kann durch den Prozessor implementiert werden, der eine Software ausführt. Die Software ist als Programm geschrieben und ist in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert. Der Speicher zum Speichern des Programms kann in das ECU 100 einbezogen sein. Beispielsweise ist der Speicher ein nicht-flüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher.
Das ECU 100 umfasst vorwiegend als dessen funktionelle Komponenten einen stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110, einen Kraftstoffeinspritzsteuerteil 120, einen Luftansaugsteuerteil 130, einen integrierten Steuerteil 140 und einen NOx-Sensorausgabe-Erfassungsteil 150.
Der stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110 erfasst ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal von der stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnissignal muss nicht notwendigerweise als Luft-Kraftstoff-Verhältnis selbst erfasst werden und kann als Spannungswert oder Stromwert gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis erfasst werden.
Es sollte beachtet werden, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einer stromaufwärtigen Seite des TWC 601, das auf der Basis eines Erfassungsergebnisses bestimmt wird, das durch die stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701 erhalten wird, nachstehend als stromaufwärtiges A/F bezeichnet wird. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einer stromabwärtigen Seite des TWC 601 wird als stromabwärtiges A/F bezeichnet.
Der Kraftstoffeinspritzsteuerteil 120 steuert das Einspritzen von Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 501 beispielsweise gemäß einer Steueranweisung von dem integrierten Steuerteil 140 gemäß einem Betätigungszustand des Gaspedals 300, das durch den Fahrer DR betätigt wird.
Der Luftansaugsteuerteil 130 steuert das Ansaugen von Luft von der Luftansaugeinheit 401 beispielsweise gemäß einer Steueranweisung von dem integrierten Steuerteil 140 gemäß einem Betätigungszustand des Gaspedals 300, das durch den Fahrer DR betätigt wird.
Der integrierte Steuerteil 140 steuert integriert den Gesamtbetrieb des Fahrzeugs 1000 durch Ausgeben einer Steueranweisung an jede Steuereinrichtung des ECU 100 gemäß einem Zustand der Betätigung, die durch den Fahrer DR mit Betätigungseinheiten, wie z.B. dem Gaspedal 300, durchgeführt wird.
Der NOx-Sensorausgabe-Erfassungsteil 150 erfasst verschiedene Signalwerte, die von dem NOx-Sensor 703 ausgegeben werden. Beispiele für den Signalwert umfassen einen binären Ausgabewert, der nachstehend beschrieben wird, und einen NOx-Sensor-Ausgabewert, der einer NOx-Konzentration in dem Messgas entspricht (einen NOx-Stromwert oder einen NOx-Konzentrationswert).
In dem Fahrzeug 1000 kann ein zusätzlicher Katalysator 602 auf einer weiter stromabwärtigen Seite des NOx-Sensors 703 bereitgestellt sein. Beispielsweise ist der zusätzliche Katalysator 602 ein weiterer TWC, ein Benzinpartikelfilter (GPF) oder ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR). In diesem Fall wird ein Abgas von dem Motor 500 in einer mehr bevorzugten Weise gereinigt.
<Konzept des NOx-Sensors>
Als nächstes wird ein schematischer Aufbau des NOx-Sensors 703 beschrieben. Die 2 ist eine Zeichnung, die schematisch ein Beispiel eines Aufbaus des NOx-Sensor 703 zeigt, einschließlich eine vertikale Querschnittsansicht entlang der Längsrichtung eines Sensorelements 703s. In der vorliegenden Ausführungsform ist der NOx-Sensor 703 ein Sensor des Grenzstromtyps, der NOx unter Verwendung des Sensorelements 703s zum Messen von dessen Konzentration erfasst. Der NOx-Sensor 703 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 703c, die den Betrieb jedes Teils steuert und die NOx-Konzentration auf der Basis des NOx-Stroms, der in dem Sensorelement 703s fließt, ermittelt. Als NOx-Sensor 703 ist ein bekannter NOx-Sensor anwendbar.
Das Sensorelement 703s ist ein flaches, plattenartiges (längliches plattenartiges) Element mit einer Struktur, die aus sechs Festelektrolytschichten aus einer ersten Substratschicht 1, einer zweiten Substratschicht 2, einer dritten Substratschicht 3, einer ersten Festelektrolytschicht 4, einer Abstandshalterschicht 5 und einer zweiten Festelektrolytschicht 6 ausgebildet ist, wobei jede davon aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, nämlich Zirkoniumoxid (ZrO₂), ausgebildet ist (beispielsweise aus einem Yttriumoxidstabilisierten Zirkoniumoxid (YSZ) hergestellt ist), die bei einer Betrachtung in den Zeichnungen in dieser Reihenfolge von der Unterseite gestapelt sind. Der Festelektrolyt, der diese sechs Schichten bildet, weist eine hohe Dichte auf und ist luftdicht. In manchen Fällen wird nachstehend eine Oberfläche auf einer Oberseite von jeder der sechs Schichten in der 2 einfach als obere Oberfläche bezeichnet und eine Oberfläche auf einer Unterseite davon wird einfach als untere Oberfläche bezeichnet. Der gesamte Teil des Sensorelements 703s, der aus dem Festelektrolyten hergestellt ist, wird zusammen als Basisteil bezeichnet.
Das Sensorelement 703s wird beispielsweise durch Durchführen einer vorgegebenen Verarbeitung und Drucken einer Schaltkreisstruktur auf eine Keramikgrünlage, die jeder Schicht entspricht, dann Laminieren der Grünlagen und ferner Brennen zum Integrieren derselben miteinander hergestellt.
Ein Gaseinlass 10, ein erster Diffusionseinstellteil 11, ein Pufferraum 12, ein zweiter Diffusionseinstellteil 13, ein erster Innenraum 20, ein dritter Diffusionseinstellteil 30 und ein zweiter Innenraum 40 sind zwischen einer unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 und einer oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 4 in einem vorderen Ende des Sensorelements 703s in dieser Reihenfolge derart angrenzend ausgebildet, dass sie miteinander in Verbindung stehen.
Der Gaseinlass 10, der Pufferraum 12, der erste Innenraum 20 und der zweite Innenraum 40 sind Räume in dem Sensorelement 703s, die so aussehen, als ob sie durch Aushöhlen der Abstandshalterschicht 5 bereitgestellt würden, wobei ein oberer Teil davon durch die untere Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 festgelegt ist, ein unterer Teil davon durch die obere Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 4 festgelegt ist und ein Seitenteil davon durch die Seitenoberfläche der Abstandshalterschicht 5 festgelegt ist.
Jeder des ersten Diffusionseinstellteils 11, des zweiten Diffusionseinstellteils 13 und des dritten Diffusionseinstellteils 30 ist als zwei horizontal lange Schlitze (mit einer Öffnung mit einer Längsrichtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt von 2) bereitgestellt. Ein Bereich von dem Gaseinlass 10 zu dem zweiten Innenraum 40 wird auch als Gasverteilungsteil bezeichnet.
Ein Referenzgaseinführungsraum 43 ist an einer Position weiter entfernt von der vorderen Endseite in Bezug auf den Gaseinführungsteil zwischen der oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 3 und der unteren Oberfläche der Abstandshalterschicht 5 bereitgestellt, wobei ein Seitenteil davon durch eine Seitenoberfläche der ersten Festelektrolytschicht 4 festgelegt ist. Beispielsweise wird beim Messen der NOx-Konzentration atmosphärische Luft als Referenzgas in den Referenzgaseinführungsraum 43 eingeführt.
Eine atmosphärische Luft-Einführungsschicht 48 ist eine Schicht, die aus porösem Aluminiumoxid ausgebildet ist, und das Referenzgas wird durch den Referenzgaseinführungsraum 43 in die atmosphärische Luft-Einführungsschicht 48 eingeführt. Die atmosphärische Luft-Einführungsschicht 48 ist so ausgebildet, dass sie eine Referenzelektrode 42 bedeckt.
Die Referenzelektrode 42 ist eine Elektrode, die einen Aufbau aufweist, bei dem sie zwischen der oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 3 und der ersten Festelektrolytschicht 4 angeordnet ist und die atmosphärische Luft-Einführungsschicht 48, die zu dem Referenzgaseinführungsraum 43 führt, ist um die Referenzelektrode 42 bereitgestellt, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Der Gaseinlass 10 ist ein Abschnitt mit einer Öffnung zu einem Außenraum in dem Gaseinführungsteil und das Messgas wird von dem Außenraum durch den Gaseinlass 10 in das Sensorelement 703s aufgenommen.
Der erste Diffusionseinstellteil 11 ist ein Abschnitt zum Bereitstellen des vorgegebenen Diffusionswiderstands für das Messgas, das von dem Gaseinlass 10 entnommen worden ist.
Der Pufferraum 12 ist ein Raum, der zum Leiten des Messgases, das von dem ersten Diffusionseinstellteil 11 eingeführt wird, zu dem zweiten Diffusionseinstellteil 13 bereitgestellt ist. Der Pufferraum 12 ist so bereitgestellt, dass ein Pulsieren eines Abgasdrucks die Messung in dem NOx-Sensor 703 nicht beeinflusst.
Der zweite Diffusionseinstellteil 13 ist ein Abschnitt zum Bereitstellen des vorgegebenen Diffusionswiderstands für das Messgas, das von dem Pufferraum 12 in den ersten Innenraum 20 eingeführt worden ist.
Der erste Innenraum 20 ist als Raum zum Einstellen des Sauerstoffpartialdrucks in dem Messgas, das durch den zweiten Diffusionseinstellteil 13 eingeführt worden ist, bereitgestellt. Der Sauerstoffpartialdruck wird durch den Betrieb einer Hauptpumpzelle 21 eingestellt.
Die Hauptpumpzelle 21 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die durch die innere Pumpelektrode 22 (22a, 22b), die auf den ersten Innenraum 20 gerichtet ist, eine äußere (außerhalb des Innenraums) Pumpelektrode 23, die so bereitgestellt ist, dass sie zu dem Außenraum auf der oberen Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 (einer Hauptoberfläche des Sensorelements 703s) freiliegt, und die zweite Festelektrolytschicht 6, die zwischen den Elektroden 22 und 23 angeordnet ist, ausgebildet ist.
Die innere Pumpelektrode 22 ist so, dass sie in einer Draufsicht eine rechteckige Form aufweist, als poröse Cermetelektrode ausgebildet, die aus einer Au-Pt-Legierung und ZrO₂ hergestellt ist.
Ferner ist die äußere Pumpelektrode 23 so, dass sie in einer Draufsicht eine rechteckige Form aufweist, als poröse Cermetelektrode ausgebildet, die beispielsweise aus Pt oder einer Pt-Legierung und ZrO₂ hergestellt ist.
In der Hauptpumpzelle 21 wird durch eine variable Stromquelle 24 eine gewünschte Pumpspannung Vp0 zwischen der inneren Pumpelektrode 22 und der äußeren Pumpelektrode 23 angelegt und ein Hauptpumpstrom Ip0 fließt zwischen der inneren Pumpelektrode 22 und der äußeren Pumpelektrode 23 in einer positiven Richtung oder einer negativen Richtung, so dass Sauerstoff in dem ersten Innenraum 20 zu dem Außenraum hinausgepumpt werden kann oder Sauerstoff in dem Außenraum in den ersten Innenraum 20 hineingepumpt werden kann. Die Pumpspannung Vp0, die zwischen der inneren Pumpelektrode 22 und der äußeren Pumpelektrode 23 in der Hauptpumpzelle 21 angelegt wird, wird auch als Hauptpumpspannung Vp0 bezeichnet.
Die innere Pumpelektrode 22, die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3 und die Referenzelektrode 42 bilden eine elektrochemische Sensorzelle, nämlich eine Hauptsensorzelle 80 zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in der Atmosphäre in dem ersten Innenraum 20.
Die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in dem ersten Innenraum 20 kann durch Messen einer elektromotorischen Kraft V0 in der Hauptsensorzelle 80 ermittelt werden.
Ferner führt die Steuereinrichtung 703c eine Regelung mit der Hauptpumpspannung Vp0 derart durch, dass die elektromotorische Kraft V0 auf einen konstanten Wert eingestellt wird, so dass der Hauptpumpstrom Ip0 gesteuert wird. Demgemäß wird die Sauerstoffkonzentration in dem ersten Innenraum 20 so aufrechterhalten, dass sie einen vorgegebenen konstanten Wert aufweist.
Der dritte Diffusionseinstellteil 30 ist ein Abschnitt zum Bereitstellen eines vorgegebenen Diffusionswiderstands für das Messgas, dessen Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) durch den Betrieb der Hauptpumpzelle 21 in dem ersten Innenraum 20 gesteuert wird, und zum Leiten des Messgases zu dem zweiten Innenraum 40.
Der zweite Innenraum 40 ist als Raum zum Durchführen einer Verarbeitung gemäß der Messung von Stickstoffoxid (NOx) in dem Messgas, das durch den dritten Diffusionseinstellteil 30 eingeführt worden ist, ausgebildet. Die NOx-Konzentration wird vorwiegend in dem zweiten Innenraum 40, wo die Sauerstoffkonzentration durch eine Hilfspumpzelle 50 eingestellt wird, durch den Betrieb einer Messpumpzelle 41 gemessen.
Die Sauerstoffkonzentration (der Sauerstoffpartialdruck) wird im Vorhinein in dem ersten Innenraum 20 eingestellt und anschließend wird ferner in dem zweiten Innenraum 40 die Einstellung des Sauerstoffpartialdrucks durch die Hilfspumpzelle 50 mit dem Messgas durchgeführt, das durch den dritten Diffusionseinstellteil 30 eingeführt worden ist.
Die Hilfspumpzelle 50 ist eine elektrochemische Hilfspumpzelle, die durch eine Hilfspumpelektrode 51 (51a, 51b), die so bereitgestellt ist, dass sie auf den zweiten Innenraum 40 gerichtet ist, die äußere Pumpelektrode 23 und die zweite Festelektrolytschicht 6 ausgebildet ist.
Die Hilfspumpelektrode 51 ist in der entsprechenden Weise wie die innere Pumpelektrode 22 auch so, dass sie in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweist, als poröse Cermetelektrode ausgebildet, die aus einer Au-Pt-Legierung und ZrO₂ hergestellt ist.
In der Hilfspumpzelle 50 wird eine gewünschte Pumpspannung Vp1 zwischen der Hilfspumpelektrode 51 und der äußeren Pumpelektrode 23 mit der Steuerung der Steuereinrichtung 703c angelegt, so dass Sauerstoff in der Atmosphäre in dem zweiten Innenraum 40 zu dem Außenraum hinausgepumpt werden kann oder Sauerstoff von dem Außenraum in den zweiten Innenraum 40 hineingepumpt werden kann.
Die Hilfspumpelektrode 51, die Referenzelektrode 42, die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4 und die dritte Substratschicht 3 bilden eine elektrochemische Sensorzelle, nämlich eine Hilfssensorzelle 81 zum Steuern des Sauerstoffpartialdrucks in der Atmosphäre in dem zweiten Innenraum 40.
Die Hilfspumpzelle 50 führt ein Pumpen mit einer variablen Stromquelle 52 durch, mit der eine Spannungssteuerung auf der Basis einer elektromotorischen Kraft V1 durchgeführt wird, die dem Sauerstoffpartialdruck in dem zweiten Innenraum 40 entspricht, der in der Hilfssensorzelle 81 erfasst worden ist. Demgemäß wird der Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre in dem zweiten Innenraum 40 so eingestellt, dass er niedrig genug ist, um die Messung von NOx nicht wesentlich zu beeinflussen.
Dementsprechend wird ein Hilfspumpstrom Ip1 davon zum Steuern der elektromotorischen Kraft der Hauptsensorzelle 80 verwendet. Insbesondere wird der Hilfspumpstrom Ip1 als Steuersignal in die Hauptsensorzelle 80 eingespeist und durch die Steuerung von deren elektromotorischer Kraft V0 wird der Sauerstoffpartialdruck in dem Messgas, das durch den dritten Diffusionseinstellteil 30 in den zweiten Innenraum 40 eingeführt worden ist, so gesteuert, dass er einen Gradienten aufweist, der stets konstant ist. Die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Innenraum 40 wird durch die Funktionen der Hauptpumpzelle 21 und der Hilfspumpzelle 50 so aufrechterhalten, dass sie einen konstanten Wert von etwa 0,001 ppm aufweist.
Die Messpumpzelle 41 misst die NOx-Konzentration in dem Messgas in dem zweiten Innenraum 40. Die Messpumpzelle 41 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die durch eine Messelektrode 44, die auf der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 4 ausgebildet ist, die auf den zweiten Innenraum 40 in einer Position gerichtet ist, die von dem dritten Diffusionseinstellteil 30 getrennt ist, die äußere Pumpelektrode 23, die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5 und die erste Festelektrolytschicht 4 ausgebildet ist.
Die Messelektrode 44 ist als Cermetelektrode ausgebildet, die aus Pt oder einer Pt-Legierung und ZrO₂ hergestellt ist. Die Messelektrode 44 wirkt auch als NOx-Reduktionskatalysator zum Reduzieren von NOx in der Atmosphäre in dem zweiten Innenraum 40. Ferner ist die Messelektrode 44 mit einem vierten Diffusionseinstellteil 45 bedeckt.
Der vierte Diffusionseinstellteil 45 ist ein Film, der aus einem porösen Material ausgebildet ist, das vorwiegend Aluminiumoxid (Al₂O₃) enthält. Der vierte Diffusionseinstellteil 45 weist eine Funktion des Beschränkens der Menge von NOx auf, das in die Messelektrode 44 strömt, und wirkt auch als Schutzfilm der Messelektrode 44.
Die Messpumpzelle 41 kann Sauerstoff, der durch die Reduktion von NOx in der Atmosphäre um die Messelektrode 44 erzeugt worden ist, hinauspumpen, und die Erzeugungsmenge von Sauerstoff als Pumpstrom Ip2 mit der Steuerung der Steuereinrichtung 703c erfassen.
Die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3, die Messelektrode 44 und die Referenzelektrode 42 bilden eine elektrochemische Sensorzelle, nämlich eine Messsensorzelle 82 zum Erfassen des Sauerstoffpartialdrucks um die Messelektrode 44. Eine variable Stromquelle 46 wird auf der Basis einer elektromotorischen Kraft V2 gesteuert, die dem Sauerstoffpartialdruck um die Messelektrode 44 entspricht, der in der Messsensorzelle 82 erfasst worden ist.
Das Messgas, das in den zweiten Innenraum 40 eingeführt worden ist, erreicht die Messelektrode 44 durch den vierten Diffusionseinstellteil 45 bei einer Bedingung, bei welcher der Sauerstoffpartialdruck gesteuert wird. NOx in dem Messgas um die Messelektrode 44 wird reduziert (2NO → N₂ + O₂) und Sauerstoff wird erzeugt. Der erzeugte Sauerstoff wird durch die Messpumpzelle 41 gepumpt. Dabei wird eine Spannung Vp2 der variablen Stromquelle 46 so gesteuert, dass die elektromotorische Kraft V2, die in der Messsensorzelle 82 erfasst wird, auf einen konstanten Wert eingestellt wird. Da die Menge von Sauerstoff, die um die Messelektrode 44 erzeugt wird, proportional zur NOx-Konzentration in dem Messgas ist, wird die NOx-Konzentration in dem Messgas unter Verwendung des Pumpstroms Ip2 in der Messpumpzelle 41 berechnet. Der Pumpstrom Ip2 wird nachstehend auch als der NOx-Strom Ip2 bezeichnet.
Die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3, die äußere Pumpelektrode 23 und die Referenzelektrode 42 bilden eine elektrochemische Sensorzelle 83, und der Sauerstoffpartialdruck in dem Messgas außerhalb des Sensors kann durch eine elektromotorische Kraft Vref erfasst werden, die durch die Sensorzelle 83 erhalten wird. Die elektromotorische Kraft Vref fällt unter eine binäre Ausgabe in einer herkömmlichen Technik, so dass die elektromotorische Kraft Vref auch als binäre Ausgabe bezeichnet wird und ein Wert davon nachstehend auch als binärer Ausgabewert bezeichnet wird.
Der binäre Ausgabewert wird für den NOx-Sensorausgabe-Erfassungsteil 150 in dem ECU 100 zusammen mit dem NOx-Strom Ip2 oder dem NOx-Sensor-Ausgabewert, der die NOx-Konzentration ist, die auf der Basis des NOx-Stroms Ip2 berechnet wird, bereitgestellt. Der binäre Ausgabewert nimmt zu, wenn die Sauerstoffkonzentration um die äußere Pumpelektrode 23 kleiner wird, und nimmt ab, wenn die Sauerstoffkonzentration größer wird, und folglich kann das ECU 100 eine Veränderung der Abgasluft zwischen dem fetten Zustand und dem mageren Zustand durch Überwachen einer Veränderung des binären Ausgabewerts im Zeitverlauf und Erfassen einer Veränderung der Sauerstoffkonzentration erfassen.
Der vorstehende Aufbau zeigt, dass der NOx-Sensor 703 auch eine Funktion als herkömmlicher binärer Sensor oder A/F-Sensor aufweist.
Das Sensorelement 703s umfasst ferner einen Heizeinrichtungsteil 70 mit einer Funktion des Einstellens einer Temperatur zum Erwärmen des Sensorelements 703s und des Haltens der Temperatur zum Erhöhen der Sauerstoffionenleitfähigkeit des Festelektrolyten, der den Basisteil bildet.
In dem Heizeinrichtungsteil 70 wird Strom von einer Heizeinrichtungsstromquelle, die außerhalb des Sensorelements 703s bereitgestellt ist, durch eine Heizeinrichtungselektrode 71, ein Durchgangsloch 73 und eine Heizeinrichtungsanschlussleitung 72a zugeführt, die ein Stromversorgungsweg sind, so dass bewirkt wird, dass ein Heizeinrichtungselement (Widerstandsheizelement) 72 Wärme erzeugt, wodurch jeder Teil des Sensorelements 703s erwärmt werden kann und jeder Teil bei einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden kann. Das Heizeinrichtungselement 72 wird aus Pt oder vorwiegend aus Pt ausgebildet. Das Erwärmen erhöht die Sauerstoffionenleitfähigkeit des Festelektrolyten, der den Basisteil in dem Sensorelement 703s bildet. Die Erwärmungstemperatur beim Erwärmen durch das Heizeinrichtungselement 72 in einem Fall der Verwendung des NOx-Sensors 703 (in einem Fall des Betreibens des Sensorelements 703s) wird als Sensorelementbetriebstemperatur bezeichnet.
In dem NOx-Sensor 703 mit einem solchen Aufbau wird Sauerstoff, der in dem Messgas enthalten ist, durch den Betrieb der Hauptpumpzelle 21 und ferner der Hilfspumpzelle 50 hinausgepumpt, und das Messgas, dessen Sauerstoffpartialdruck ausreichend vermindert worden ist, so dass es die Messung von NOx nicht wesentlich beeinflusst (beispielsweise 0,0001 ppm bis 1 ppm), erreicht die Messelektrode 44. In der Messelektrode 44 wird NOx in dem Messgas, das die Messelektrode 44 erreicht hat, reduziert und Sauerstoff wird erzeugt. Der erzeugte Sauerstoff wird durch die Messpumpzelle 41 hinausgepumpt. Der NOx-Strom Ip2, der beim Hinauspumpen von Sauerstoff fließt, weist eine bestimmte funktionelle Beziehung mit der Konzentration von NOx in dem Messgas auf (nachstehend als Empfindlichkeitseigenschaften bezeichnet).
Die Empfindlichkeitseigenschaften werden unter Verwendung einer Mehrzahl von Arten von Modellgasen, deren NOx-Konzentrationen bereits vor der tatsächlichen Verwendung des NOx-Sensors 703 bekannt sind, im Vorhinein festgelegt und Daten davon werden in der Steuereinrichtung 703c gespeichert. Bei der tatsächlichen Verwendung des NOx-Sensors 703 werden Signale, die einen Wert des NOx-Stroms Ip2 angeben, der gemäß der NOx-Konzentration in dem Messgas fließt, für die Steuereinrichtung 703c von Augenblick zu Augenblick bereitstellt. In der Steuereinrichtung 703c wird die NOx-Konzentration auf der Basis des Werts und den festgelegten Empfindlichkeitseigenschaften kontinuierlich berechnet und zu dem NOx-Sensorausgabe-Erfassungsteil 150 in dem ECU 100 als NOx-Sensorerfassungswert ausgegeben. Demgemäß kann in dem ECU 100 die NOx-Konzentration in dem Messgas nahezu in Echtzeit erhalten werden.
Ferner kann ein Aufbau verwendet werden, bei dem das ECU 100 beispielsweise direkt die Empfindlichkeitseigenschaften in dem Speicher aufweist und der Wert des NOx-Stroms Ip2, der in dem NOx-Sensor 703 gemessen wird, direkt zu dem NOx-Sensorausgabe-Erfassungsteil 150 als NOx-Sensor-Erfassungswert ausgegeben wird, und der Wert des NOx-Stroms Ip2, der durch den NOx-Sensorausgabe-Erfassungsteil 150 erfasst worden ist, in den NOx-Konzentrationswert umgewandelt wird.
<Steuerung des Motors>
Als nächstes wird die Steuerung eines Betriebszustands des Motors 500, die durch den integrierten Steuerteil 140 in dem Fahrzeug 1000 durchgeführt wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Insbesondere wird eine aktive Steuerung des Steuerns des Betriebszustands des Motors 500 beschrieben, derart, dass sich ein Steuerzielwert von stromaufwärtigen A/F-Änderungen zwischen einem eingestellten Wert AFa in einem mageren Zustand und einem eingestellten Wert AFb in einem fetten Zustand in einer abgestuften Weise ändert. Bei der aktiven Steuerung wird eine Abgastemperatur auf eine vorgegebene Temperatur, bei der die aktive Steuerung durchgeführt werden kann, in einem Bereich von 600 °C oder höher eingestellt (in einer realen Situation kann eine Temperaturspanne von etwa 30 °C höher oder niedriger als die vorstehend genannte Temperatur zulässig sein). Es sollte beachtet werden, dass zumindest unter den vorliegenden Umständen die Durchführung einer aktiven Steuerung schwierig ist, wenn eine Abgastemperatur 900 °C übersteigt. Folglich beträgt der obere Grenzwert der Abgastemperatur im Wesentlichen 900 °C.
Ein Betriebszustand des Motors 500 mit einem Steuerzielwert des stromaufwärtigen A/F, der auf AFa eingestellt ist, wird nachstehend als magerer Betriebszustand bezeichnet, und ein Betriebszustand des Motors 500 mit einem Steuerzielwert des stromaufwärtigen A/F, der auf AFb eingestellt ist, wird als fetter Betriebszustand bezeichnet. Diese Betriebszustände werden erreicht, wenn die Regelung mit einem auf AFa oder AFb eingestellten Zielwert gemäß einer Steueranweisung durch den integrierten Steuerteil 140 durchgeführt wird. Insbesondere werden diese Betriebszustände erreicht, wenn der Kraftstoffeinspritzsteuerteil 120 das Einspritzen des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 501 steuert und der Luftansaugsteuerteil 130 die Ansaugluft von der Luftansaugeinheit 401 steuert, und zwar auf der Basis des Erfassungsergebnisses des stromaufwärtigen A/F in der stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungseinrichtung 701, das durch den stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsteil 110 erfasst wird, und des Zielwerts AFa oder AFb.
Zuerst ist, wenn der Motor 500 auf den fetten Betriebszustand eingestellt ist, eine Menge von Sauerstoff, die in einem Abgas von dem Motor 500 enthalten ist, kleiner als diejenige in dem stöchiometrischen Zustand. Demgemäß wird in dem TWC 601 Sauerstoff, der in Ceroxid absorbiert worden ist, freigesetzt. Folglich wird das stromabwärtige A/F in dem mageren Zustand gehalten.
Wenn jedoch Sauerstoff vollständig von Ceroxid freigesetzt wird, gelangt auch die stromabwärtige Seite des TWC 601 in den fetten Zustand mit weniger Sauerstoff. Mit anderen Worten, das stromabwärtige A/F vermindert sich. In dem ECU 100 wird die Verminderung der Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite aufgrund des vorstehend genannten Zustands durch die Zunahme des binären Ausgabewerts erfasst, der von dem NOx-Sensor 703 bereitgestellt wird.
Ferner wird beim fetten Betrieb NH₃ in dem TWC 601 erzeugt. NH₃ wird durch eine Reaktion mit Sauerstoff beseitigt, während Sauerstoff in Ceroxid absorbiert ist, wobei jedoch dann, wenn Sauerstoff vollständig von Ceroxid freigesetzt worden ist und die stromabwärtige Seite in den fetten Zustand gelangt, NH₃ als solches aus der stromabwärtigen Seite ausströmt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Ausströmen von NH₃ gemäß dem vorstehend genannten Aufbau als Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts in dem NOx-Sensor 703 erfasst. Dies ist ein Aufbau, bei dem eine sogenannte NH₃-Störung des NOx-Sensors 703 positiv genutzt wird, bei der eine Auflösung von NH₃ mit dem NOx-Strom Ip2 überlappen kann, da die Auflösung nicht nur von NOx, sondern auch von NH₃ in der Messelektrode 44 in dem NOx-Sensor 703 auftreten kann.
Im Allgemeinen verursacht in dem Fall, bei dem der NOx-Sensor 703 NOx zur Messung in dem Messgas zum Ziel hat, in dem NOx und NH₃ zusammen vorliegen, die NH₃-Störung eine Verminderung der Messgenauigkeit der NOx-Konzentration. NOx wird in einem fetten Betrieb jedoch größtenteils in dem TWC 601 beseitigt, so dass dann, wenn dennoch der NOx-Strom Ip2 in dem NOx-Sensor 703 fließt, der NOx-Sensor 703 mit der NH₃-Störung NH₃ erfasst, das aus dem TWC 601 ausströmt. Dies bedeutet, dass die NH₃-Störung des NOx-Sensors 703 bevorzugt genutzt wird. Selbst in dem Fall, der durch das Ausströmen von NH₃ verursacht wird, wird der Ausgabewert des NOx-Sensors 703, der von dem Pumpstrom Ip2 abgeleitet ist, aus Gründen der Zweckmäßigkeit als NOx-Sensor-Ausgabewert bezeichnet.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, nimmt dann, wenn der Zustand der Atmosphäre auf der stromabwärtigen Seite des TWC 601 von dem mageren Zustand zu dem fetten Zustand verändert wird, der binäre Ausgabewert zu und der NOx-Sensor-Ausgabewert in dem NOx-Sensor 703 verändert sich.
Dann wird in dem Fahrzeug 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn der NOx-Sensorausgabe-Erfassungsteil 150 jedwede der Zunahme des binären Ausgabewerts und der Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts erfasst, der Betriebszustand des Motors 500 gemäß der Steuerung jedes Teils durch den integrierten Steuerteil 140 von dem fetten Betriebszustand zu dem mageren Betriebszustand umgeschaltet. Mit anderen Worten, der Betriebszustand des Motors 500 wird beim Auftreten von einem der Zunahme des binären Ausgabewerts und der Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts zuerst als Auslöser von dem fetten Betriebszustand zu dem mageren Betriebszustand umgeschaltet.
Aufgrund einer intensiven Untersuchung durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde bestätigt, dass es einen Unterschied bei dem Zeitpunkt des Auftretens der Zunahme des binären Ausgabewerts und dem Zeitpunkt des Auftretens der Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts gemäß einer Strömungsmenge von dem TWC 601 gibt. Kurz gesagt besteht eine Tendenz dahingehend, dass die Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts zuerst erfasst wird, wenn die Strömungsmenge gering ist, und die Zunahme des binären Ausgabewerts zuerst erfasst wird, wenn die Strömungsmenge gering ist.
In dem Fahrzeug 1000 wird jedoch gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie es vorstehend beschrieben worden ist, der Betriebszustand zu dem Zeitpunkt des Auftretens der Zunahme oder der Veränderung zuerst umgeschaltet, so dass die Verschlechterung der Emission von dem TWC 601 zu der stromabwärtigen Seite, die durch den kontinuierlichen fetten Betriebszustand verursacht wird, ungeachtet der Größe der Strömungsmenge der Abgasluft von dem TWC 601 vorzugsweise unterdrückt wird.
Ferner wird der Sauerstoffüberschuss, der in einem Abgas von dem Motor 500 enthalten ist, durch Ceroxid absorbiert, das in dem TWC 601 bereitgestellt ist, während der Motor 500 in dem mageren Betriebszustand gesteuert wird. Folglich wird das stromabwärtige A/F in dem fetten Zustand gehalten.
Danach wird, wenn die Sauerstoffabsorptionsmenge in Ceroxid gesättigt ist, Sauerstoff, der in einem Abgas enthalten ist, nicht durch Ceroxid absorbiert, sondern strömt als solcher auf eine stromabwärtige Seite des TWC 601. D.h., die stromabwärtige Seite des TWC 601 befindet sich ebenfalls in dem mageren Zustand mit einem Sauerstoffüberschuss. Mit anderen Worten, das stromabwärtige A/F nimmt zu. In dem ECU 100 wird die Zunahme der Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite aufgrund des vorstehend genannten Zustands durch die Verminderung des binären Ausgabewerts erfasst, der von dem NOx-Sensor 703 bereitgestellt wird.
Ferner wird NOx in der Abgasluft des Motors nicht in dem TWC 601 beseitigt, sondern strömt als solches während des mageren Betriebs heraus zur stromabwärtigen Seite. Dieses NOx wird in einer natürlichen Weise durch den NOx-Sensor 703 erfasst. Folglich ändert sich der NOx-Sensor-Ausgabewert zu dem Zeitpunkt, wenn NOx zu der stromabwärtigen Seite des TWC 601 herausströmt.
Als Ergebnis nimmt dann, wenn der Zustand der Atmosphäre auf der stromabwärtigen Seite des TWC 601 von dem fetten Zustand zu dem mageren Zustand verändert wird, der binäre Ausgabewert zu und der NOx-Sensor-Ausgabewert in dem NOx-Sensor 703 verändert sich.
Dann wird in dem Fahrzeug 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn der NOx-Sensorausgabe-Erfassungsteil 150 jedwede der Verminderung des binären Ausgabewerts und der Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts erfasst, der Betriebszustand des Motors 500 gemäß der Steuerung von jedem Teil durch den integrierten Steuerteil 140 von dem mageren Betriebszustand zu dem fetten Betriebszustand umgeschaltet. Mit anderen Worten, der Betriebszustand des Motors 500 wird beim Auftreten von einem der Verminderung des binären Ausgabewerts und der Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts zuerst als Auslöser von dem mageren Betriebszustand zu dem fetten Betriebszustand umgeschaltet.
Es wird bestätigt, dass es auch einen Unterschied bei der Reihenfolge des Zeitpunkts des Auftretens der Verminderung des binären Ausgabewerts und dem Zeitpunkt des Auftretens der Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts gemäß einer Strömungsmenge von dem TWC 601 gibt. Kurz gesagt gibt es eine Tendenz dahingehend, dass die Verminderung des binären Ausgabewerts zuerst erfasst wird, wenn die Strömungsmenge gering ist, und die Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts zuerst erfasst wird, wenn die Strömungsmenge groß ist.
In dem Fahrzeug 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch, wie es vorstehend beschrieben worden ist, der Betriebszustand bei dem Zeitpunkt des Auftretens der Verminderung oder der Veränderung zuerst umgeschaltet, wodurch die Verschlechterung der Emission von dem TWC 601 zu der stromabwärtigen Seite, die durch den kontinuierlichen mageren Betriebszustand verursacht wird, ebenfalls bevorzugt unterdrückt wird, und zwar ungeachtet der Größe der Strömungsmenge der Abgasluft von dem TWC 601.
D.h., in dem Fahrzeug 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden sowohl das Umschalten von dem fetten Betriebszustand zu dem mageren Betriebszustand als auch das Umschalten von dem mageren Betriebszustand zu dem fetten Betriebszustand bei dem Zeitpunkt durchgeführt, wenn die Veränderung des binären Ausgabewerts von dem NOx-Sensor 703, der auf der stromabwärtigen Seite des TWC 601 angeordnet ist, oder die Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts zuerst in der aktiven Steuerung des Motors 500 stattfindet. Demgemäß wird die Verschlechterung der Emission von dem TWC 601 zu der stromabwärtigen Seite ungeachtet der Größe der Strömungsmenge der Abgasluft von dem TWC 601 vorzugsweise unterdrückt.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform der NOx-Sensor des Grenzstromtyps, der auch die Veränderung der umgebenden Sauerstoffkonzentration erfassen kann, auf der stromabwärtigen Seite des TWC in dem Abgasweg von dem Motor angeordnet, und das Umschalten zwischen dem mageren Betriebszustand und dem fetten Betriebszustand beim Betreiben des Motors mit der aktiven Steuerung wird zu dem Zeitpunkt durchgeführt, wenn der NOx-Sensor die Veränderung der Sauerstoffkonzentration oder die Veränderung des Messpumpstroms zuerst erfasst, wodurch die Verschlechterung der Emission von dem TWC zu der stromabwärtigen Seite ungeachtet der Strömungsmenge der Abgasluft von dem TWC vorzugsweise unterdrückt wird.
<Modifizierungsbeispiel>
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die Zunahme und die Verminderung des Sauerstoffs auf der stromabwärtigen Seite des TWC 601 gemäß der Veränderung des binären Ausgabewerts erfasst, wobei jedoch der Stromwert des Hauptpumpstroms Ip0 als Ersatz bei der Erfassung verwendet werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Größe des Hauptpumpstroms Ip0 gemäß der Menge von Sauerstoff in dem Messgas bestimmt wird, das in das Innere des Sensorelements 703s eingeführt wird.
[Beispiel]
Die aktive Steuerung wurde derart mit dem Motor 500 durchgeführt, dass der Betriebszustand bei dem Zeitpunkt umgeschaltet wurde, wenn der NOx-Sensor 703 die Veränderung des binären Ausgabewerts oder die Veränderung des Pumpstroms zuerst erfasste, und dabei eine Beziehung zwischen dem Zeitpunkt, bei dem sich der binäre Ausgabewert und der NOx-Sensor-Ausgabewert veränderten, und der Veränderung der Menge des Abgasluftstroms stromabwärts von dem TWC 601 bestätigt.
Insbesondere wurde ein Auto mit einem Vierzylinder-Direkteinspritzer-Turbomotor mit einem Hubraum von 2,0 L als Fahrzeug 1000 vorbereitet und das Fahrzeug 1000 wurde mit Geschwindigkeiten auf drei verschiedenen Niveaus mittels eines Karosserieprüfstands gefahren, so dass Bedingungen mit verschiedenen Mengen eines Abgasluftstroms stromabwärts von dem TWC 601 erzeugt wurden, und eine Veränderung des binären Ausgabewerts und des NOx-Sensor-Ausgabewerts im Zeitverlauf in jedem Fall wurde bestätigt. Ein Wert eines Ansaugluft-Massenstromsensors (MAF), der im Wesentlichen der Menge des Abgasluftstroms stromabwärts von dem TWC 601 entspricht, wurde als Wert für den Abgasluftstrom verwendet. Der NOx-Konzentrationswert wurde als NOx-Sensor-Ausgabewert verwendet.
Die 3 ist eine Zeichnung, die eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1000 und eine Änderung des Werts des Ansaugluft-MAF im Zeitverlauf zeigt. Wie es in der 3 gezeigt ist, wird die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1000 auf drei Niveaus von 50 km/h (Bedingung 1), 75 km/h (Bedingung 2) und 112,5 km/h (Bedingung 3) variiert. Werte des Ansaugluft-MAF in jedem Fall betrugen etwa 6 m/s (Bedingung 1), etwa 9 m/s (Bedingung 2) bzw. etwa 20 m/s (Bedingung 3).
Die 4 ist eine Zeichnung, die einen Teil einer Änderung des binären Ausgabewerts und des NOx-Konzentrationswerts bei der Bedingung 1 in der 3 im Zeitverlauf zeigt. Wie es in der 4 gezeigt ist, erscheinen eine Zeit, bei der ein Wert im Wesentlichen konstant bei etwa 150 mV liegt, und eine Zeit, bei der ein Wert gleich oder größer als 600 mV zwischen einer schnellen Zunahme UP1 und einer schnellen Verminderung DN1 liegt, abwechselnd in einem Profil des binären Ausgabewerts. Ferner erscheinen ein relativ kleiner Peak Pa1 und ein relativ großer Peak Pb1 abwechselnd in einem Profil des NOx-Konzentrationswerts.
In dem vorstehenden Fall wird die schnelle Zunahme UP1, die in dem Profil des binären Ausgabewerts auftritt, durch den Zustand der Atmosphäre auf der stromabwärtigen Seite des TWC 601 verursacht, die sich von dem fetten Zustand zu dem mageren Zustand ändert. Der Peak Pa1, der in dem Profil des NOx-Konzentrationswerts einhergehend mit der schnellen Zunahme UP1 auftritt, wird durch das Ausströmen von NH₃ verursacht. Der Zeitpunkt des Auftretens des Peaks Pa1 ist um eine Zeitdifferenz Δta1 früher als der Zeitpunkt des Auftretens der schnellen Zunahme UP1. Folglich wurde bei der Bedingung 1 der Betriebszustand des Motors 500 zu einem Zeitpunkt, wenn der Peak Pa1 begann, in dem Profil des NOx-Konzentrationswerts zu erscheinen, von dem fetten Betriebszustand zu dem mageren Betriebszustand umgeschaltet.
Ferner wird die schnelle Verminderung DN1, die in dem Profil des binären Ausgabewerts auftritt, durch den Zustand der Atmosphäre auf der stromabwärtigen Seite des TWC 601 verursacht, der sich von dem mageren Zustand zu dem fetten Zustand ändert. Der Peak Pb1, der in dem Profil des NOx-Konzentrationswerts einhergehend mit der schnellen Verminderung DN1 auftritt, wird durch das Ausströmen von NOx verursacht. Der Zeitpunkt des Auftretens der schnellen Verminderung DN1 ist um eine Zeitdifferenz Δtb1 früher als der Zeitpunkt des Auftretens des Peaks Pb1. Folglich wurde bei der Bedingung 1 der Betriebszustand des Motors 500 zu einem Zeitpunkt, wenn die schnelle Verminderung DN1 in dem Profil des binären Ausgabewerts auftrat, von dem mageren Betriebszustand zu dem fetten Betriebszustand umgeschaltet.
Die 5 ist eine Zeichnung, die einen Teil einer Veränderung des binären Ausgabewerts und des NOx-Konzentrationswerts bei der Bedingung 2 in der 3 im Zeitverlauf zeigt. Ferner erscheinen auch in dem Fall in der 5 eine Zeit, bei der ein Wert im Wesentlichen konstant bei etwa 150 mV liegt, und eine Zeit, bei der ein Wert gleich oder größer als 600 mV zwischen einer schnellen Zunahme UP2 und einer schnellen Verminderung DN2 liegt, abwechselnd in einem Profil des binären Ausgabewerts. Ferner erscheinen ein relativ kleiner Peak Pa2 und ein relativ großer Peak Pb2 abwechselnd in einem Profil des NOx-Konzentrationswerts.
Die Bedeutungen der schnellen Zunahme UP2, der schnellen Verminderung DN2, des Peaks Pa2 und des Peaks Pb2 entsprechen denjeningen in dem Fall der Bedingung 1, die in der 4 gezeigt ist.
Wie es aus der 5 ersichtlich ist, ist der Zeitpunkt des Auftretens des Peaks Pa2 früher als derjenige der schnellen Zunahme UP2 in der Weise, die dem Fall der Bedingung 1 entspricht, jedoch besteht eine Tendenz dahingehend, dass eine Zeitdifferenz Δta2 mit der Zeitdifferenz Δta1 bei der Bedingung 1 identisch oder geringfügig kleiner als diese ist. Ferner ist der Zeitpunkt des Auftretens der schnellen Verminderung DN2 früher als derjenige des Peaks Pb2 in der Weise, die dem Fall der Bedingung 1 entspricht, jedoch besteht eine Tendenz dahingehend, dass eine Zeitdifferenz Δtb2 kleiner ist als die Zeitdifferenz Δtb1 bei der Bedingung 1.
Folglich wurde auch bei der Bedingung 2 der Betriebszustand des Motors 500 zu einem Zeitpunkt von dem fetten Betriebszustand zu dem mageren Betriebszustand umgeschaltet, wenn der Peak Pa2 begann, in dem Profil des NOx-Konzentrationswerts aufzutreten, und der Betriebszustand des Motors 500 wurde zu einem Zeitpunkt von dem mageren Betriebszustand zu dem fetten Betriebszustand umgeschaltet, wenn die schnelle Verminderung DN2 in dem Profil des binären Ausgabewerts auftrat.
Die 6 ist eine Zeichnung, die einen Teil einer Veränderung des binären Ausgabewerts und des NOx-Konzentrationswerts bei der Bedingung 3 in der 3 im Zeitverlauf zeigt. Ferner erscheinen auch in dem Fall in der 6 eine Zeit, bei der ein Wert im Wesentlichen konstant bei etwa 200 mV liegt, und eine Zeit, bei der ein Wert gleich oder größer als 600 mV zwischen einer schnellen Zunahme UP3 und einer schnellen Verminderung DN3 liegt, abwechselnd in einem Profil des binären Ausgabewerts. Die Bedeutungen der schnellen Zunahme UP3 und der schnellen Verminderung DN3 entsprechen denjeningen in dem Fall der Bedingung 1, die in der 4 gezeigt ist.
Ferner erscheinen im Unterschied zu der 4 und der 5 ein relativ großer Peak Pa3 und ein relativ kleiner Peak Pb2 abwechselnd in einem Profil des NOx-Konzentrationswerts, wobei jedoch festgestellt wird, dass der Peak Pa3 durch das Ausströmen von NH₃ verursacht wird und der Peak Pb3 durch das Ausströmen von NOx verursacht wird, und zwar gemäß einer Entsprechungsbeziehung zwischen dem binären Ausgabewert und dem Profil.
Bei der Bedingung 3, die in der 6 gezeigt ist, ist im Unterschied zu der Bedingung 1 und der Bedingung 2 der Zeitpunkt des Auftretens der Zunahme UP3 um eine Zeitdifferenz Δta3 früher als der Zeitpunkt des Auftretens des Peaks Pa3. Ferner ist der Zeitpunkt des Auftretens des Peaks Pb3 im Wesentlichen mit dem Zeitpunkt des Auftretens der schnellen Verminderung DN3 identisch oder um eine Zeitdifferenz Δtb3 früher als diese.
Folglich wurde bei der Bedingung 3 der Betriebszustand des Motors 500 zu einem Zeitpunkt von dem fetten Betriebszustand zu dem mageren Betriebszustand umgeschaltet, wenn die schnelle Zunahme UP3 in dem Profil des binären Ausgabewerts auftrat, und der Betriebszustand des Motors 500 wurde zu einem Zeitpunkt von dem mageren Betriebszustand zu dem fetten Betriebszustand umgeschaltet, wenn der Peak Pb3 begann, in dem Profil des NOx-Konzentrationswerts zu erscheinen.
Aus den Ergebnissen, die in den 4 bis 6 gezeigt sind, ergeben sich die folgenden Tendenzen. Es gibt eine Differenz in der Reihenfolge des Zeitpunkts des Auftretens der Veränderung des binären Ausgabewerts und des Zeitpunkts des Auftretens der Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts, die der Auslöser für das Umschalten des Betriebszustands des Motors 500 zwischen dem fetten Betriebszustand und dem mageren Betriebszustand ist, gemäß der Größe der Menge des Abgasluftstroms stromabwärts von dem TWC 601, und beim Umschalten von dem fetten Betriebszustand zu dem mageren Betriebszustand wird die Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts früher erfasst, wenn die Strömungsmenge gering ist, und die Zunahme des binären Ausgabewerts wird früher erfasst, wenn die Strömungsmenge groß ist. Beim Umschalten von dem mageren Betriebszustand zu dem fetten Betriebszustand wird die Verminderung des binären Ausgabewerts früher erfasst, wenn die Strömungsmenge gering ist, und die Veränderung des NOx-Sensor-Ausgabewerts wird früher erfasst, wenn die Strömungsmenge groß ist.

Claims

Verfahren zum Durchführen einer aktiven Steuerung zwischen einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand mit einem Fahrzeugmotor, der einen Dreiwegekatalysator in einem Abgasweg umfasst, umfassend Schritte des: a) Anordnens, auf einer stromabwärtigen Seite bezogen auf den Dreiwegekatalysator in dem Abgasweg, eines NOx-Sensors des Grenzstromtyps mit einer NH₃-Störung und der auch eine Änderung einer Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite erfassen kann; und b) Umschaltens eines Betriebszustands des Fahrzeugmotors zwischen einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand zu einem Zeitpunkt, bei dem eine Erfassung einer Änderung einer Sauerstoffkonzentration in einer Abgasluft, die aus dem Dreiwegekatalysator strömt, oder eine Erfassung von NOx oder NH₃ zuerst durch den NOx-Sensor durchgeführt wird.
Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugmotors nach Anspruch 1, wobei wenn sich der Fahrzeugmotor in einem fetten Betriebszustand befindet, der Betriebszustand des Fahrzeugmotors zu einem Zeitpunkt, wenn eine Erfassung einer Verminderung der Sauerstoffkonzentration in der Abgasluft oder eine Erfassung von NH₃ zuerst durch den NOx-Sensor durchgeführt wird, zu einem mageren Betriebszustand umgeschaltet wird, und wenn sich der Fahrzeugmotor in einem mageren Betriebszustand befindet, der Betriebszustand des Fahrzeugmotors zu einem Zeitpunkt, wenn eine Erfassung einer Zunahme der Sauerstoffkonzentration in der Abgasluft oder eine Erfassung von NOx zuerst durch den NOx-Sensor durchgeführt wird, zu einem fetten Betriebszustand umgeschaltet wird.
Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugmotors nach Anspruch 1 oder 2, wobei der NOx-Sensor ein Sensorelement umfasst, das einen Basisteil aufweist, der aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist, wobei das Sensorelement umfasst: einen Gaseinlass, durch den die Abgasluft von einem Außenraum eingeführt wird; einen ersten Innenraum, der mit dem Gaseinlass bei einem vorgegebenen Diffusionswiderstand in Verbindung steht; eine Hauptpumpzelle, die eine elektrochemische Pumpzelle ist, die durch eine innere Pumpelektrode, die so bereitgestellt ist, dass sie auf den ersten Innenraum gerichtet ist, eine Pumpelektrode außerhalb des Raums, die so bereitgestellt ist, dass sie auf einen Raum gerichtet ist, der von dem ersten Innenraum verschieden ist, und den Festelektrolyten, der sich zwischen der inneren Pumpelektrode und der Pumpelektrode außerhalb des Raums befindet, ausgebildet ist; eine Messelektrode, die in dem Sensorelement angeordnet ist und mindestens einen Diffusionseinstellteil zwischen der Messelektrode und dem ersten Innenraum aufweist; eine Referenzelektrode, die so in dem Sensorelement bereitgestellt ist, dass sie einen Kontakt mit einem Referenzgas aufweisen kann; und eine Messpumpzelle, die eine elektrochemische Pumpzelle ist, die durch die Messelektrode, die Pumpelektrode außerhalb des Raums und den Festelektrolyten, der sich zwischen der Messelektrode und der Pumpelektrode außerhalb des Raums befindet, ausgebildet ist, und in dem NOx-Sensor das NOx oder NH₃ erfasst wird, wenn in der Messpumpzelle ein Strom fließt, und eine Änderung einer Sauerstoffkonzentration der Abgasluft auf der Basis einer Größe einer elektromotorischen Kraft erfasst wird, die zwischen der Pumpelektrode außerhalb des Raums und der Referenzelektrode auftritt, und die mit zunehmender Sauerstoffkonzentration um die Pumpelektrode außerhalb des Raums abnimmt und mit abnehmender Sauerstoffkonzentration um die Pumpelektrode außerhalb des Raums zunimmt.
Fahrzeugsystem, das einen Dreiwegekatalysator in einem Abgasweg eines Motors umfasst, umfassend: ein Betriebssteuerelement, das zur Durchführung einer aktiven Steuerung zwischen einem mageren Fahrzustand und einem fetten Fahrzustand des Motors ausgebildet und angeordnet ist; und einen NOx-Sensor des Grenzstromtyps, der sich auf einer stromabwärtigen Seite bezogen auf den Dreiwegekatalysator in dem Abgasweg befindet, eine NH₃-Störung aufweist und auch eine Änderung einer Sauerstoffkonzentration auf der stromabwärtigen Seite erfassen kann, wobei das Betriebssteuerelement einen Betriebszustand des Motors zwischen einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand zu einem Zeitpunkt umschaltet, wenn der NOx-Sensor eine Erfassung einer Änderung einer Sauerstoffkonzentration in einer Abgasluft, die aus dem Dreiwegekatalysator ausströmt, oder eine Erfassung von NOx oder NH₃ zuerst durchführt.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 4, wobei das Betriebssteuerelement durchführt: wenn sich der Motor in einem fetten Betriebszustand befindet, ein Umschalten des Betriebszustands des Motors zu einem mageren Betriebszustand zu einem Zeitpunkt, wenn eine Erfassung einer Verminderung der Sauerstoffkonzentration in der Abgasluft oder eine Erfassung von NH₃ zuerst durch den NOx-Sensor durchgeführt wird; und wenn sich der Motor in einem mageren Betriebszustand befindet, ein Umschalten des Betriebszustands des Motors zu einem fetten Betriebszustand zu einem Zeitpunkt, wenn eine Erfassung einer Zunahme der Sauerstoffkonzentration in der Abgasluft oder eine Erfassung von NOx zuerst durch den NOx-Sensor durchgeführt wird.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei der NOx-Sensor ein Sensorelement umfasst, das einen Basisteil aufweist, der aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist, wobei das Sensorelement umfasst: einen Gaseinlass, durch den die Abgasluft von einem Außenraum eingeführt wird; einen ersten Innenraum, der mit dem Gaseinlass bei einem vorgegebenen Diffusionswiderstand in Verbindung steht; eine Hauptpumpzelle, die eine elektrochemische Pumpzelle ist, die durch eine innere Pumpelektrode, die so bereitgestellt ist, dass sie auf den ersten Innenraum gerichtet ist, eine Pumpelektrode außerhalb des Raums, die so bereitgestellt ist, dass sie auf einen Raum gerichtet ist, der von dem ersten Innenraum verschieden ist, und den Festelektrolyten, der sich zwischen der inneren Pumpelektrode und der Pumpelektrode außerhalb des Raums befindet, ausgebildet ist; eine Messelektrode, die in dem Sensorelement angeordnet ist und mindestens einen Diffusionseinstellteil zwischen der Messelektrode und dem ersten Innenraum aufweist; eine Referenzelektrode, die so in dem Sensorelement bereitgestellt ist, dass sie einen Kontakt mit einem Referenzgas aufweisen kann; und eine Messpumpzelle, die eine elektrochemische Pumpzelle ist, die durch die Messelektrode, die Pumpelektrode außerhalb des Raums und den Festelektrolyten, der sich zwischen der Messelektrode und der Pumpelektrode außerhalb des Raums befindet, ausgebildet ist, und in dem NOx-Sensor das NOx oder NH₃ erfasst wird, wenn in der Messpumpzelle ein Strom fließt, und eine Änderung einer Sauerstoffkonzentration der Abgasluft auf der Basis einer Größe einer elektromotorischen Kraft erfasst wird, die zwischen der Pumpelektrode außerhalb des Raums und der Referenzelektrode auftritt, und die mit zunehmender Sauerstoffkonzentration um die Pumpelektrode außerhalb des Raums abnimmt und mit abnehmender Sauerstoffkonzentration um die Pumpelektrode außerhalb des Raums zunimmt.