DE102023105876A1 - CO2-Massenschätzungssystem, Verfahren zur Schätzung des Abgaszusammensetzungsverhältnisses und Verfahren zur Schätzung der Masse von CO2 - Google Patents

Abstract

Ein CO2-Massenschätzungssystem enthält: ein Sammelelement, das Erfassungswerte gemäß den Konzentrationen von Sauerstoff, H2O und CO2, die in einem von einem Gassensor ausgegebenen Motorabgas enthalten sind, sammelt; ein Einstellelement, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gemischs einstellt; und ein Berechnungselement, das die Masse von CO2, die in dem Abgas enthalten ist, berechnet, wobei das Berechnungselement die Konzentrationen von Sauerstoff, H2O und CO2, die in dem Abgas enthalten sind, auf der Grundlage der Sensor-Erfassungswerte berechnet, die Konzentrationen von Sauerstoff und H2O in Luft und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis sammelt, auf der Grundlage der Konzentrationen im Abgas, der Konzentrationen in der Luft und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein Zusammensetzungsverhältnis von mindestens C-Atomen, die im Kraftstoff enthalten sind, berechnet und auf der Grundlage des Zusammensetzungsverhältnisses und der Einspritzmenge des Kraftstoffs in den Motor die Masse des im Abgas enthaltenen CO2schätzt.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft die Schätzung der Masse von CO₂, die in einem Abgas eines Fahrzeugmotors enthalten ist.
• Beschreibung des technischen Hintergrunds
• Bei der Messung der Menge eines von einem Fahrzeug ausgestoßenen Abgases ist die Technologie zur Messung der Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) bereits bekannt (siehe z.B. Japanisches Patent Nr. 5918177 und Japanisches Patent Nr. 6469464 ). In jedem der in dem Japanischen Patent Nr. 5918177 und dem Japanischen Patent Nr. 6469464 offenbarten Gassensoren kann neben einer Kohlendioxidkomponente (CO₂) auch eine Wasserdampfkomponente (H₂O) parallel gemessen werden.
• Bei der Handhabung der emittierten Abgasmenge eines Fahrzeugs ist die Messung der Emissionsmasse in manchen Fällen wichtiger als die Messung der Emissionskonzentration (ein Beispiel für eine Referenzemissionsmenge: 95 g CO₂/km oder weniger). Das Japanische Patent Nr. 5918177 und das Japanische Patent Nr. 6469464 offenbaren ein Verfahren zur Messung der CO₂-Konzentration, nicht aber ein Verfahren zur Messung der Masse von CO₂. Die Masse kann auf der Grundlage der Konzentration berechnet werden, erfordert aber die Messung des Massenstromes des Abgases. Dies liegt daran, dass es eine Beziehung gibt, die durch eine Gleichung ausgedrückt wird: Konzentration von CO₂ × Massenstrom = Masse von CO₂.
• Die Messung des Massenstromes des Abgases während der Fahrt des Fahrzeugs ist jedoch nicht unbedingt einfach und das Hinzufügen einer Komponente für die Messung ist aus Kostengründen und dergleichen Gründen nicht sinnvoll. Vielmehr ist es bevorzugt, die Masse der CO₂-Emissionen unter Verwendung vorhandener Komponenten und Informationen zu schätzen.
• KURZDARSTELLUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft die Schätzung der Masse von CO₂, die in einem Abgas aus einem Fahrzeugmotor enthalten ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein System zur Schätzung der Masse von CO₂, die in einem Abgas eines Fahrzeugmotors enthalten ist: einen Gassensor, der in der Lage ist, Erfassungswerte gemäß den Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die in einem Messgas enthalten sind, auszugeben; ein Erfassungswert-Sammelelement, das Erfassungswerte gemäß den Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die in dem Abgas des Motors enthalten sind, sammelt, wobei die Erfassungswerte vom Gassensor ausgegeben werden; ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Gemisches aus Kraftstoff und Luft einstellt und ein Berechnungselement, das die im Abgas enthaltene Masse von CO₂ berechnet, wobei das Berechnungselement die im Abgas enthaltene Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, auf der Grundlage der vom Gassensor ausgegebenen Erfassungswerte berechnet, wenn das Messgas das Abgas ist, die Konzentrationen von Sauerstoff und H₂O in Luft sammelt, das durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis sammelt, ein Zusammensetzungsverhältnis von mindestens C-Atomen, die in dem Kraftstoff enthalten sind, auf der Grundlage der Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die in dem Abgas enthalten sind, der Konzentrationen von Sauerstoff und H₂O in der Luft und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement gesammelt wird, berechnet und die im Abgas enthaltene Masse von CO₂ auf der Grundlage des berechneten Zusammensetzungsverhältnisses und der Menge des in den Motor eingespritzten Kraftstoffs schätzt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die im Abgas enthaltene Masse von CO₂ abgeschätzt werden, wenn eine bestimmte Kraftstoffmasse eingespritzt wird, ohne den Massenstrom des Abgases zu messen.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Schätzung der in einem Abgas enthaltenen CO₂-Emissionsmasse ohne Messung des Massenstromes bereitzustellen.
• KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 zeigt schematisch ein Beispiel für die Konfiguration eines Gassensors 200;
• 2 zeigt schematisch die Konfiguration eines CO₂-Massenschätzungssystems 1000; und
• 3 zeigt schematisch eine Beziehung zwischen verschiedenen Parametern, die zur Schätzung der Masse von CO₂ verwendet werden.
• BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• <Konfiguration des Gassensors>
• 1 zeigt schematisch ein Beispiel für die Konfiguration eines Gassensors 200 eines CO₂-Massenschätzungssystems 1000 (2) gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Gassensor 200 ist ein Multigassensor, der eine Vielzahl von Arten von Gaskomponenten erfasst und deren Konzentrationen unter Verwendung eines Sensorelements 201 misst. Es wird davon ausgegangen, dass zumindest Wasserdampf (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) die Haupterfassungs-Zielgaskomponenten des Gassensors 200 in der vorliegenden Ausführungsform sind. Der Gassensor 200 enthält weiterhin einen Controller 210, der den Betrieb jedes Teils steuert. Wie nachstehend beschrieben wird, ist der Gassensor 200 an einem Abgaspfad eines Fahrzeugmotors angebracht und wird in der vorliegenden Ausführungsform mit einem entlang des Abgaspfads strömenden Abgas als Messgas verwendet. 1 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht entlang einer Längsrichtung des Sensorelements 201.
• Das Sensorelement 201 enthält eine längliche planare Struktur (Basisteil) 14, die aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten gebildet ist, einen Gaseinlass 10, der sich in einem Endabschnitt (einem linken Endabschnitt in 1) der Struktur 14 befindet und durch den das Messgas eingeleitet wird, und einen Pufferraum 12, eine erste Kammer 20, eine zweite Kammer 40 und eine dritte Kammer 61, die sich in der Struktur 14 befinden und nacheinander mit dem Gaseinlass 10 in Verbindung stehen. Der Pufferraum 12 steht mit dem Gaseinlass 10 über ein erstes Diffusionssteuerteil 11 in Verbindung. Die erste Kammer 20 steht über ein zweites Diffusionssteuerteil 13 mit dem Pufferraum 12 in Verbindung. Die zweite Kammer 40 steht über ein drittes Diffusionssteuerteil 30 mit der ersten Kammer 20 in Verbindung. Die dritte Kammer 61 steht über ein viertes Diffusionssteuerteil 60 mit der zweiten Kammer 40 in Verbindung.
• Die Struktur 14 wird durch Laminieren einer Vielzahl von Substraten, z.B. aus Keramik, gebildet. Insbesondere weist die Struktur 14 eine Konfiguration auf, bei der sechs Schichten, die ein erstes Substrat 1, ein zweites Substrat 2, ein drittes Substrat 3, eine erste Festelektrolytschicht 4, eine Abstandshalterschicht 5 und eine zweite Festelektrolytschicht 6 enthält, nacheinander von unten laminiert werden. Jede Schicht ist aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten, wie Zirkoniumdioxid (ZrO₂), aufgebaut.
• Der Gaseinlass 10, das erste Diffusionssteuerteil 11, der Pufferraum 12, das zweite Diffusionssteuerteil 13, die erste Kammer 20, das dritte Diffusionssteuerteil 30, die zweite Kammer 40, das vierte Diffusionssteuerteil 60 und die dritte Kammer 61 sind in dieser Reihenfolge zwischen einer unteren Oberfläche 6b der zweiten Festelektrolytschicht 6 und einer oberen Oberfläche 4a der ersten Festelektrolytschicht 4 auf einer Seite des einen Endabschnitts der Struktur 14 ausgebildet. Ein Teil, das sich vom Gaseinlass 10 zur dritten Kammer 61 erstreckt, wird auch als Gasverteilungsteil bezeichnet.
• Der Gaseinlass 10, der Pufferraum 12, die erste Kammer 20, die zweite Kammer 40 und die dritte Kammer 61 sind so ausgebildet, dass sie die Abstandshalterschicht 5 in einer Dickenrichtung durchdringen. Die untere Oberfläche 6b der zweiten Festelektrolytschicht 6 ist in oberen Abschnitten in 1 dieser Kammern und dergleichen freigelegt, und die obere Oberfläche 4a der ersten Festelektrolytschicht 4 ist in unteren Abschnitten in 1 dieser Kammern und dergleichen freigelegt. Die Seitenabschnitte dieser Kammern und dergleichen sind jeweils durch die Abstandshalterschicht 5 oder eines der Diffusionssteuerteile definiert.
• Das erste Diffusionssteuerteil 11, das zweite Diffusionssteuerteil 13, das dritte Diffusionssteuerteil 30 und das vierte Diffusionssteuerteil 60 enthalten jeweils zwei horizontal lange Schlitze. Das heißt, sie haben jeweils Öffnungen, die sich in einer Richtung senkrecht zur Seite von 1 in einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt in 1 erstrecken.
• Das Sensorelement 201 enthält einen Referenzgaseinleitungsraum 43 in dem anderen Endabschnitt (ein rechter Endabschnitt in 1) gegenüber dem einen Endabschnitt, in dem sich der Gaseinlass 10 befindet. Der Referenzgaseinleitungsraum 43 ist zwischen einer oberen Oberfläche 3a des dritten Substrats 3 und einer unteren Oberfläche 5b der Abstandshalterschicht 5 ausgebildet. Ein Seitenabschnitt des Referenzgaseinleitungsraums 43 wird durch eine Seitenoberfläche der ersten Festelektrolytschicht 4 definiert. In den Referenzgaseinleitungsraum 43 werden beispielsweise Sauerstoff (O₂) und Luft als Referenzgase eingeleitet.
• Der Gaseinlass 10 ist ein Teil, das sich zu einem Außenraum öffnet, und das Messgas wird aus dem Außenraum durch den Gaseinlass 10 in das Sensorelement 201 geleitet.
• Das erste Diffusionssteuerteil 11 ist ein Teil, das dem durch den Gaseinlass 10 in den Pufferraum 12 eingeleiteten Messgas einen vorbestimmten Diffusionswiderstand verleiht.
• Der Pufferraum 12 wird gebildet, um Konzentrationsschwankungen des Messgases auszugleichen, die durch Druckschwankungen des Messgases im Außenraum verursacht werden. Als Beispiel für solche Druckschwankungen des Messgases wird die Pulsation des Abgasdrucks der Fahrzeugabgase genannt.
• Das zweite Diffusionssteuerteil 13 ist ein Teil, das dem Messgas, das aus dem Pufferraum 12 in die erste Kammer 20 eingeleitet wird, einen vorbestimmten Diffusionswiderstand verleiht.
• Die erste Kammer 20 ist als ein Raum zum Abpumpen von Sauerstoff aus dem Messgas, das durch das zweite Diffusionssteuerteil 13 eingeführt wird, und zum Reduzieren (Zersetzen) von H₂O und CO₂, die als die Messzielgaskomponenten im Messgas enthalten sind, um Wasserstoff (H₂) und Kohlenmonoxid (CO) zu erzeugen, so dass nicht nur Sauerstoff, sondern auch H₂O und CO₂ im Wesentlichen nicht im Messgas enthalten sind, ausgebildet. Die Reduktion (Zersetzung) von H₂O und CO₂ wird durch den Betrieb einer ersten Pumpzelle 21 realisiert.
• Die erste Pumpzelle 21 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die eine erste innere Pumpelektrode 22, eine äußere Pumpelektrode 23 und einen Festelektrolyten in einem Abschnitt der Struktur 14, der zwischen diesen Elektroden vorliegt, enthält.
• In der ersten Pumpzelle 21 wird über die erste innere Pumpelektrode 22 und die äußere Pumpelektrode 23 eine Spannung Vp1 von einer außerhalb des Sensorelements 201 angeordneten variablen Stromversorgung 24 angelegt, um einen Sauerstoffpumpstrom (Sauerstoffionenstrom) Ip1 zu erzeugen. Dadurch kann der in der ersten Kammer 20 befindliche Sauerstoff in den Außenraum gepumpt werden.
• Die erste innere Pumpelektrode 22 ist im Wesentlichen auf den gesamten Abschnitten der unteren Oberfläche 6b der zweiten Festelektrolytschicht 6 und der oberen Oberfläche 4a der ersten Festelektrolytschicht 4 angeordnet, die die erste Kammer 20 als Deckenelektroden- 22a bzw. als Bodenelektroden-Abschnitt 22b begrenzen.
• Die erste innere Pumpelektrode 22 ist mit Platin als Metallkomponente als poröse Cermet-Elektrode, die Platin und Zirkoniumdioxid enthält, ausgebildet und in der Draufsicht z.B. rechteckig.
• Die äußere Pumpelektrode 23 ist mit Platin oder einer Legierung (Pt-Au-Legierung) aus Platin und Gold als Metallkomponente als poröse Cermet-Elektrode ausgebildet, die Platin oder die Pt-Au-Legierung und Zirkoniumdioxid enthält und in der Draufsicht z.B. rechteckig ist.
• In dem Sensorelement 201 bilden die erste innere Pumpelektrode 22, eine Referenzelektrode 42 und ein Festelektrolyt, der sich in einem Abschnitt der Struktur 14 befindet, der zwischen diesen Elektroden liegt, eine erste Kammersensorzelle 80. Die erste Kammersensorzelle 80 ist eine elektrochemische Sensorzelle zur Registrierung des Sauerstoffpartialdrucks in einer Atmosphäre in der ersten Kammer 20.
• Die Referenzelektrode 42 ist eine Elektrode, die zwischen der ersten Festelektrolytschicht 4 und dem dritten Substrat 3 gebildet wird und als poröse Cermet-Elektrode, die Platin und Zirkoniumdioxid enthält, ausgebildet ist und in der Draufsicht z.B. rechteckig ist.
• Um die Referenzelektrode 42 herum ist eine aus porösem Aluminiumoxid gebildete Referenzgaseinleitungsschicht 48 angeordnet, die zum Referenzgaseinleitungsraum 43 führt. Ein Referenzgas in dem Referenzgaseinleitungsraum 43 wird über die Referenzgaseinleitungsschicht 48 in eine Oberfläche der Referenzelektrode 42 eingeleitet. Das bedeutet, dass die Referenzelektrode 42 immer mit dem Referenzgas in Kontakt ist.
• In der ersten Kammersensorzelle 80 wird zwischen der ersten inneren Pumpelektrode 22 und der Referenzelektrode 42 eine elektromotorische Kraft (Nernstsche elektromotorische Kraft) V1 erzeugt. Die elektromotorische Kraft V1 hat einen Wert, der der Differenz zwischen einer Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in der ersten Kammer 20 und einer Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) des Referenzgases entspricht. Die Sauerstoffkonzentration (der Sauerstoffpartialdruck) des Referenzgases ist im Grunde genommen konstant, so dass die elektromotorische Kraft V1 einen Wert gemäß der Sauerstoffkonzentration (dem Sauerstoffpartialdruck) in der ersten Kammer 20 hat.
• Das dritte Diffusionssteuerteil 30 ist ein Teil, das einen vorbestimmten Diffusionswiderstand für das aus der ersten Kammer 20 in die zweite Kammer 40 eingeleitete Messgas bereitstellt, das H₂ und CO enthält und im Wesentlichen kein H₂O, CO₂ und Sauerstoff enthält.
• Die zweite Kammer 40 ist als Raum ausgebildet, um selektiv von H₂ und CO, die in dem durch das dritte Diffusionssteuerteil 30 eingeführten Messgas enthalten sind, nur das gesamte H₂ zu oxidieren, um wieder H₂O zu erzeugen. Die Erzeugung von H₂O durch die Oxidation von H₂ wird durch den Betrieb einer zweiten Pumpzelle 50 realisiert.
• Die zweite Pumpzelle 50 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die eine zweite innere Pumpelektrode 51, die äußere Pumpelektrode 23 und einen Festelektrolyten in einem Abschnitt der Struktur 14, der zwischen diesen Elektroden liegt, enthält.
• In der zweiten Pumpzelle 50 wird über die zweite innere Pumpelektrode 51 und die äußere Pumpelektrode 23 eine Spannung Vp2 von einer außerhalb des Sensorelements 201 angeordneten variablen Stromversorgung 52 angelegt, um einen Sauerstoffpumpstrom (Sauerstoffionenstrom) Ip2 zu erzeugen. Dadurch kann Sauerstoff aus dem Außenraum in die zweite Kammer 40 gepumpt werden.
• Die zweite innere Pumpelektrode 51 ist im Wesentlichen auf den gesamten Abschnitten der unteren Oberfläche 6b der zweiten Festelektrolytschicht 6 und der oberen Oberfläche 4a der ersten Festelektrolytschicht 4 angeordnet, die die zweite Kammer 40 als Deckenelektroden- 51a bzw. als Bodenelektroden-Abschnitt 51b definieren.
• Die zweite innere Pumpelektrode 51 ist mit der Pt-Au-Legierung als Metallkomponente als poröse Cermet-Elektrode ausgebildet, die die Pt-Au-Legierung und Zirkoniumdioxid enthält und in der Draufsicht z.B. rechteckig ist.
• In dem Sensorelement 201 bilden die zweite innere Pumpelektrode 51, die Referenzelektrode 42 und ein Festelektrolyt, der in einem Abschnitt der Struktur 14 zwischen diesen Elektroden liegt, eine zweite Kammersensorzelle 81. Die zweite Kammersensorzelle 81 ist eine elektrochemische Sensorzelle zur Erfassung des Sauerstoffpartialdrucks in einer Atmosphäre in der zweiten Kammer 40.
• In der zweiten Kammersensorzelle 81 wird zwischen der zweiten inneren Pumpelektrode 51 und der Referenzelektrode 42 eine elektromotorische Kraft (Nernstsche elektromotorische Kraft) V2 erzeugt. Die elektromotorische Kraft V2 hat einen Wert, der einer Differenz zwischen einer Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in der zweiten Kammer 40 und der Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) des Referenzgases entspricht. Da die Sauerstoffkonzentration (der Sauerstoffpartialdruck) des Referenzgases im Grunde genommen konstant ist, weist die elektromotorische Kraft V2 einen Wert gemäß der Sauerstoffkonzentration (dem Sauerstoffpartialdruck) in der zweiten Kammer 40 auf.
• Das vierte Diffusionssteuerteil 60 ist ein Teil, das einen vorbestimmten Diffusionswiderstand für das von der zweiten Kammer 40 in die dritte Kammer 61 eingeleitete Messgas bereitstellt, das H₂O und CO enthält und im Wesentlichen kein CO₂ und Sauerstoff enthält.
• Die dritte Kammer 61 wird als ein Raum gebildet, um das gesamte CO zu oxidieren, das in dem Messgas enthalten ist, das durch das vierte Diffusionssteuerteil 60 eingeführt wird, um wieder CO₂ zu erzeugen. Die Erzeugung von CO₂ durch die Oxidation von CO wird durch den Betrieb einer dritten Pumpzelle 41 realisiert.
• Die dritte Pumpzelle 41 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die eine dritte innere Pumpelektrode 44, die äußere Pumpelektrode 23 und einen Festelektrolyten in einem Abschnitt der Struktur 14, der zwischen diesen Elektroden liegt, enthält.
• In der dritten Pumpzelle 41 wird über die dritte innere Pumpelektrode 44 und die äußere Pumpelektrode 23 eine Spannung Vp3 von einer außerhalb des Sensorelements 201 angeordneten variablen Stromversorgung 46 angelegt, um einen Sauerstoffpumpstrom (Sauerstoffionenstrom) Ip3 zu erzeugen. Dadurch kann Sauerstoff aus dem Außenraum in die dritte Kammer 61 gepumpt werden.
• Die dritte innere Pumpelektrode 44 ist im Wesentlichen auf dem gesamten Abschnitt der oberen Oberfläche 4a der ersten Festelektrolytschicht 4 angeordnet, die die dritte Kammer 61 definiert.
• Die dritte innere Pumpelektrode 44 ist mit Platin als Metallkomponente als poröse Cermet-Elektrode, die Platin und Zirkoniumdioxid enthält, ausgebildet und in der Draufsicht z.B. rechteckig.
• In dem Sensorelement 201 bilden eine dritte innere Pumpelektrode 44, die Referenzelektrode 42 und ein Festelektrolyt, der sich in einem Abschnitt der Struktur 14 befindet, der zwischen diesen Elektroden liegt, eine dritte Kammersensorzelle 82. Die dritte Kammersensorzelle 82 ist eine elektrochemische Sensorzelle zur Ergreifung des Sauerstoffpartialdrucks in einer Atmosphäre in der dritten Kammer 61.
• In der dritten Kammersensorzelle 82 wird zwischen der dritten inneren Pumpelektrode 44 und der Referenzelektrode 42 eine elektromotorische Kraft (Nernstsche elektromotorische Kraft) V3 erzeugt. Die elektromotorische Kraft V3 hat einen Wert, der einer Differenz zwischen einer Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in der dritten Kammer 61 und der Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) des Referenzgases entspricht. Da die Sauerstoffkonzentration (der Sauerstoffpartialdruck) des Referenzgases im Grunde genommen konstant ist, hat die elektromotorische Kraft V3 einen Wert gemäß der Sauerstoffkonzentration (dem Sauerstoffpartialdruck) in der dritten Kammer 61.
• Das Sensorelement 201 enthält weiterhin eine elektrochemische Sensorzelle 83, die die äußere Pumpelektrode 23, die Referenzelektrode 42 und einen Festelektrolyten, der sich in einem Abschnitt der Struktur 14 befindet, der zwischen diesen Elektroden liegt, enthält. Die elektromotorische Kraft Vref, die zwischen der äu-ßeren Pumpelektrode 23 und der Referenzelektrode 42 der Sensorzelle 83 erzeugt wird, hat einen Wert, der dem Sauerstoffpartialdruck des außerhalb des Sensorelements 201 vorhandenen Messgases entspricht.
• Das Sensorelement 201 enthält außerdem einen Heizer 72, der von oben und unten zwischen dem zweiten Substrat 2 und dem dritten Substrat 3 angeordnet ist. Der Heizer 72 erzeugt Wärme, indem er von außen über eine Heizerelektrode 71, die auf einer unteren Oberfläche 1b des ersten Substrats 1 angeordnet ist, mit Strom versorgt wird. Der Heizer 72 ist über die gesamte Region eines Bereichs zwischen dem Pufferraum 12 bis zur dritten Kammer 61 eingelassen und kann das Sensorelement 201 auf eine vorbestimmte Temperatur aufheizen und diese Temperatur auch halten. Der Heizer 72 erzeugt Wärme, um die Sauerstoffionenleitfähigkeit des Festelektrolyten, der das Sensorelement 201 bildet, zu erhöhen.
• Eine Heizer-Isolierschicht 74 aus Aluminiumoxid und dergleichen ist über und unter dem Heizer 72 ausgebildet, um den Heizer 72 von dem zweiten Substrat 2 und dem dritten Substrat 3 elektrisch zu isolieren. Der Heizer 72, die Heizerelektrode und die Heizer-Isolierschicht 74 werden nachstehend auch gemeinsam als Heizerteil bezeichnet. Das Heizerteil enthält auch ein Druckableitungsloch 75. Das Druckableitungsloch 75 ist ein Teil, das so ausgebildet ist, dass es das dritte Substrat 3 durchdringt und mit dem Referenzgaseinleitungsraum 43 in Verbindung steht, und das so ausgebildet ist, dass es einen Anstieg des Innendrucks in Verbindung mit einem Temperaturanstieg in der Heizer-Isolierschicht 74 abschwächt.
• Der Controller 210 ist durch einen oder mehrere elektronische Schaltkreise konfiguriert, die beispielsweise eine oder mehrere Zentralverarbeitungseinheiten (CPUs), eine Speichervorrichtung und dergleichen enthalten. Jeder der elektronischen Schaltkreise ist ein Softwarefunktionsteil, das eine vorbestimmte Funktionskomponente durch eine CPU implementiert, die ein vorbestimmtes Programm ausführt, das z.B. in der Speichervorrichtung gespeichert ist. Der Controller 210 kann natürlich durch einen integrierten Schaltkreis, wie ein Field-Programmable Gate Array (FPGA), konfiguriert werden, auf dem eine Vielzahl von elektronischen Schaltkreisen entsprechend ihrer Funktionen und dergleichen verbunden sind.
• <Multigas-Erfassungs- und Konzentrationsbestimmung>
• Nun wird ein Verfahren zur Erfassung einer Vielzahl von Gasarten (Multigaserfassung) und zur Identifizierung der Konzentrationen der erfassten Gase beschrieben, das durch den Gassensor 200 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration realisiert wird. Nachstehend wird davon ausgegangen, dass das Messgas ein Abgas ist, das Sauerstoff, H₂O und CO₂ enthält.
• Im Sensorelement 201 des Gassensors 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das durch den Gaseinlass 10 in das Element eingeleitete Messgas durch den Pufferraum 12 in die erste Kammer 20 eingeleitet.
• In der ersten Kammer 20 wird durch den Betrieb der ersten Pumpzelle 21 Sauerstoff aus dem eingeleiteten Messgas herausgepumpt. Eine Reduktionsreaktion (Zersetzung) (2H₂O → 2H₂ + O₂ und 2CO₂ → 2CO + O₂) von H₂O und CO₂, die im Messgas enthalten sind, schreitet somit voran, wobei im Wesentlichen das gesamte H₂O und CO₂ in Wasserstoff (H₂), Kohlenmonoxid (CO) und Sauerstoff zersetzt werden und der so erzeugte Sauerstoff abgepumpt wird. Die Zersetzung des im Wesentlichen gesamten H₂O und CO₂ bedeutet, dass H₂O und CO₂ nicht in die zweite Kammer 40 eingeführt werden.
• Dies geschieht dadurch, dass der Controller 210 einen Sollwert (Steuerspannung) der elektromotorischen Kraft V1 in der ersten Kammersensorzelle 80 in einem Bereich von 1000 mV bis 1500 mV (vorzugsweise auf 1000 mV) entsprechend dem gewünschten Sauerstoffpartialdruck (Sauerstoffkonzentration) einstellt und die von der variablen Stromversorgung 24 an die erste Pumpzelle 21 angelegte Spannung Vp1 gemäß einer Differenz zwischen einem Istwert und dem Sollwert der elektromotorischen Kraft V1 so steuert, dass der Sollwert erreicht wird. In diesem Fall ist die Spannung Vp1 die Summe eines IR-Überpotenzials und eines Reaktions-Überpotenzials.
• Beispielsweise weicht ein Wert der elektromotorischen Kraft V1 deutlich vom Sollwert ab, wenn das Messgas mit einer großen Sauerstoffmenge in die erste Kammer 20 gelangt, und daher steuert der Controller 210 die von der variablen Stromversorgung 24 an die erste Pumpzelle 21 angelegte Pumpspannung Vp1 so, dass die Abweichung verringert wird.
• Der Sollwert (Steuerspannung) der elektromotorischen Kraft V1 wird auf einen Wert im Bereich von 1000 mV bis 1500 mV eingestellt, so dass der Sauerstoffpartialdruck in der ersten Kammer 20 ausreichend reduziert wird. Der Sauerstoffpartialdruck beträgt etwa 10^-20 atm, wenn eine Gleichung V1 = 1000 mV gilt. Das Messgas in der ersten Kammer 20 enthält im Wesentlichen kein H₂O, CO₂ und Sauerstoff, wohl aber H₂ und CO. Das Messgas wird in die zweite Kammer 40 eingeführt.
• In der zweiten Kammer 40 wird durch den Betrieb der zweiten Pumpzelle 50 Sauerstoff hineingepumpt und nur das im eingeleiteten Messgas enthaltene H₂ wird oxidiert.
• Das Einpumpen von Sauerstoff wird durchgeführt, indem der Controller 210 einen Sollwert (Steuerspannung) der elektromotorischen Kraft V2 in der zweiten Kammersensorzelle 81 in einem Bereich von 250 mV bis 450 mV (vorzugsweise bis 350 mV) gemäß dem gewünschten Sauerstoffpartialdruck (Sauerstoffkonzentration) einstellt und eine Rückkopplungssteuerung der von der variablen Stromversorgung 52 an die zweite Pumpzelle 50 angelegten Spannung Vp2 gemäß einer Differenz zwischen einem Istwert und dem Sollwert der elektromotorischen Kraft V2 durchführt, so dass der Sollwert erreicht wird.
• Durch den Betrieb der zweiten Pumpzelle 50 wird auf diese Weise eine Oxidationsreaktion (Verbrennung) 2H₂ + O₂ → 2H₂O ermöglicht, und H₂O in einer Menge, die mit der durch den Gaseinlass 10 eingeführten Menge an H₂O korreliert, wird in der zweiten Kammer 40 wieder erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet H₂O oder CO₂ in einer Menge, die mit der Menge an H₂O oder CO₂ korreliert, dass die Menge an H₂O oder CO₂, die durch den Gaseinlass 10 eingeleitet wird, und die Menge an H₂O oder CO₂, die durch die Oxidation von H₂ und CO, das durch die Zersetzung von H₂O und CO₂ erzeugt wird, wieder erzeugt wird, gleich sind oder innerhalb eines bestimmten Fehlerbereichs liegen, der hinsichtlich der Messgenauigkeit zulässig ist.
• Durch Einstellen des Sollwerts der elektromotorischen Kraft V2 auf einen Wert im Bereich von 250 mV bis 450 mV wird der Sauerstoffpartialdruck in der zweiten Kammer 40 auf einem Wert in einem Bereich gehalten, in dem fast das gesamte H₂ oxidiert wird, CO jedoch nicht oxidiert wird. Der Sauerstoffpartialdruck beträgt beispielsweise etwa 10^-7 atm, wenn eine Gleichung V2 = 350 mV gilt.
• Der Sauerstoffpumpstrom Ip2 (nachstehend auch als Wasserdampferfassungsstrom Ip2 bezeichnet), der durch die zweite Pumpzelle 50 fließt, wenn die elektromotorische Kraft V2 auf dem Sollwert gehalten wird, ist im Wesentlichen proportional zu einer Konzentration von H₂O, die durch die Verbrennung von H₂ in der zweiten Kammer 40 erzeugt wird (es besteht eine lineare Beziehung zwischen dem Wasserdampferfassungsstrom Ip2 und der erzeugten Konzentration von H₂O). Die durch die Verbrennung erzeugte Menge an H₂O korreliert mit der Menge an H₂O im Messgas, das in der ersten Kammer 20 einmal zersetzt wurde, nachdem es durch den Gaseinlass 10 eingeführt wurde. H₂O im Messgas wird daher durch die Erfassung des Wasserdampferfassungsstroms Ip2 erfasst.
• Außerdem besteht eine lineare Beziehung zwischen dem Wasserdampferfassungsstrom Ip2 und einer Wasserdampfkonzentration des Messgases. Durch die Identifizierung von Daten (Wasserdampfcharakteristikdaten), die die lineare Beziehung im Voraus zeigen, unter Verwendung eines Modellgases mit einer bekannten Wasserdampfkonzentration, kann ein Wert der Wasserdampfkonzentration, der einem Wert des von dem Controller 210 gesammelten Wasserdampferfassungsstroms Ip2 entspricht, identifiziert werden, indem der Wert des Wasserdampferfassungsstroms Ip2 gegen die Daten der Wasserdampfcharakteristik geprüft wird.
• Wenn in dem durch den Gaseinlass 10 eingeleiteten Messgas kein H₂O vorhanden ist, wird die Zersetzung von H₂O in der ersten Kammer 20 natürlich nicht verursacht, und somit wird H₂ nicht in die zweite Kammer 40 eingeleitet, so dass der Wasserdampferfassungsstrom Ip2 nahezu Null ist.
• Da H₂ zu H₂O oxidiert wird, enthält das Messgas H₂O und CO, aber im Wesentlichen kein CO₂ und keinen Sauerstoff. Das Messgas wird in die dritte Kammer 61 eingeleitet. In der dritten Kammer 61 wird durch den Betrieb der dritten Pumpzelle 41 Sauerstoff hineingepumpt und das im eingeleiteten Messgas enthaltene CO wird oxidiert.
• Das Einpumpen von Sauerstoff wird durchgeführt, indem der Controller 210 einen Sollwert (Steuerspannung) der elektromotorischen Kraft V3 in der dritten Kammersensorzelle 82 in einem Bereich von 100 mV bis 300 mV (vorzugsweise 200 mV) gemäß dem gewünschten Sauerstoffpartialdruck (Sauerstoffkonzentration) einstellt und eine Rückkopplungssteuerung der von der variablen Stromversorgung 46 an die dritte Pumpzelle 41 angelegten Spannung Vp3 gemäß einer Differenz zwischen einem Istwert und dem Sollwert der elektromotorischen Kraft V3 durchführt, so dass der Sollwert erreicht wird.
• Durch den Betrieb der dritten Pumpzelle 41 wird auf diese Weise eine Oxidationsreaktion (Verbrennung) 2CO + O₂ → 2CO₂ erleichtert, und in der dritten Kammer 61 wird wieder CO₂ in einer Menge erzeugt, die mit der durch den Gaseinlass 10 eingeführten CO₂-Menge korreliert.
• Durch Einstellen des Sollwertes der elektromotorischen Kraft V3 auf einen Wert im Bereich von 100 mV bis 300 mV wird der Sauerstoffpartialdruck in der dritten Kammer 61 auf einem Wert in einem Bereich gehalten, in dem fast das gesamte CO oxidiert wird. Der Sauerstoffpartialdruck beträgt beispielsweise etwa 10^-4 atm, wenn eine Gleichung V3 = 200 mV gilt.
• Der durch die dritte Pumpzelle 41 fließende Sauerstoffpumpstrom Ip3 (nachstehend auch als Kohlendioxid-Erfassungsstrom Ip3 bezeichnet) ist, wenn die elektromotorische Kraft V3 auf dem Sollwert gehalten wird, im Wesentlichen proportional zu einer durch Verbrennung von CO in der dritten Kammer 61 erzeugten CO₂-Konzentration (es besteht eine lineare Beziehung zwischen dem Kohlendioxid-Erfassungsstrom Ip3 und der erzeugten CO₂-Konzentration). Die durch die Verbrennung erzeugte CO₂-Menge korreliert mit der CO₂-Menge im Messgas, das in der ersten Kammer 20 einmal zersetzt wurde, nachdem es durch den Gaseinlass 10 eingeführt wurde. CO₂ im Messgas wird daher durch Erfassen des Kohlendioxid-Erfassungsstroms Ip3 erfasst.
• Außerdem besteht eine lineare Beziehung zwischen dem Kohlendioxid-Erfassungsstrom Ip3 und der Kohlendioxidkonzentration des Messgases. Durch die Identifizierung von Daten (Kohlendioxidcharakteristikdaten), die die lineare Beziehung im Voraus zeigen, unter Verwendung eines Modellgases mit einer bekannten Kohlendioxidkonzentration, kann ein Wert der Kohlendioxidkonzentration, der einem Wert des vom Controller 210 gesammelten Kohlendioxid-Erfassungsstroms Ip3 entspricht, identifiziert werden, indem der Wert des Kohlendioxid-Erfassungsstroms Ip3 mit den Kohlendioxidcharakteristikdaten verglichen wird.
• Wenn kein CO₂ in dem durch den Gaseinlass 10 eingeleiteten Messgas vorhanden ist, wird die Zersetzung von CO₂ in der ersten Kammer 20 natürlich nicht verursacht, und somit wird kein CO in die dritte Kammer 61 eingeleitet, so dass der Kohlendioxid-Erfassungsstrom Ip3 nahezu Null ist.
• Wie vorstehend beschrieben, kann der Gassensor 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in geeigneter Weise die Wasserdampfkonzentration und die Kohlendioxidkonzentration ermitteln.
• Darüber hinaus kann der Gassensor 200 indirekt eine Konzentration des im Messgas enthaltenen Sauerstoffs bestimmen. Im Allgemeinen entspricht ein Differenzwert zwischen der Konzentration des aus der ersten Kammer 20 abgepumpten Sauerstoffs und der Konzentration des in die zweite Kammer 40 und die dritte Kammer 61 gepumpten Sauerstoffs der Konzentration des Sauerstoffs, der in dem durch den Gaseinlass 10 eingeleiteten Messgas enthalten ist. Die Konzentration von Sauerstoff, die Konzentration von H₂O und die Konzentration von CO₂ im Messgas haben Werte, die im Wesentlichen proportional zum Sauerstoffpumpstrom Ip1, zum Sauerstoffpumpstrom Ip2 bzw. zum Sauerstoffpumpstrom Ip3 sind. Wenn also die Sauerstoffkonzentration, die H₂O-Konzentration und die CO₂-Konzentration, die im Messgas enthalten sind, jeweils durch C_{e_O2}, C_{e_H2O} und C_{e_CO2} dargestellt werden, können diese Werte wie nachstehend gezeigt ausgedrückt werden. Die Sauerstoffpumpströme Ip1, Ip2 und Ip3 haben positive Vorzeichen, wenn Sauerstoff abgepumpt wird, und a₁ bis a₅ sind experimentell ermittelte Proportionalitätskonstanten.
  $${\text{C}}_{\text{e\_O2}}={\text{a}}_{\text{1}}\cdot \text{Ip1}+{\text{a}}_{\text{2}}\cdot \text{Ip2}+{\text{a}}_{\text{3}}\cdot \text{Ip3}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{e\_H2O}}={\text{a}}_{\text{4}}\cdot \text{Ip2}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{e\_CO2}}={\text{a}}_{\text{5}}\cdot \text{Ip3}$$

  
• Durch die vorherige Ermittlung der Gleichung (1) kann die im Messgas enthaltene Sauerstoffkonzentration aus den Erfassungswerten der Sauerstoffpumpströme Ip1, Ip2 und Ip3 bestimmt werden. Die Gleichung (2) und die Gleichung (3) sind nichts anderes als eine Gleichung für die Wasserdampfcharakteristikdaten bzw. eine Gleichung für die Kohlendioxidcharakteristikdaten.
• <CO₂-Massenschätzungssystem>
• Das CO₂-Massenschätzungssystem 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend beschrieben. 2 zeigt schematisch eine Konfiguration des CO₂-Massenschätzungssystems 1000. Das CO₂-Massenschätzsystem 1000 ist im Allgemeinen ein System zur Schätzung der Masse des im Abgas des Fahrzeugmotors enthaltenen CO₂ unter Verwendung der Erfassungsströme im Gassensor 200.
• Wie in 2 gezeigt, enthält das CO₂-Massenschätzsystem 1000 zusätzlich zu dem Gassensor 200 eine elektronische Steuereinheit (ECU) 100, die den Betrieb jedes Teils des Fahrzeugs steuert, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 301, die Kraftstoff in den (eine Verbrennungskammer von dem) Motor 300 des Fahrzeugs einspritzt, und ein Ansaugteil 400, das entlang eines Luftzufuhrpfads P1 des Motors 300 angeordnet ist und dem Motor 300 Luft zuführt. Der Gassensor 200 ist an einem Abgaspfad P2 des Motors 300 angebracht. Das heißt, dass das CO₂-Massenschätzungssystem 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert ist, dass es Komponenten des Fahrzeugs enthält und verwendet wird, indem es in das Fahrzeug eingebaut wird.
• Der Gassensor 200 hat die vorstehend beschriebene Konfiguration und wird ursprünglich verwendet, um die Konzentrationen von H₂O und CO₂ zu messen, die in dem Abgas enthalten sind, das entlang des Abgaspfads P2 strömt, und um einen Betriebszustand des Motors 300 zu erfassen. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Gassensor 200 zur Schätzung der Masse von CO₂ im CO₂-Massenschätzungssystem 1000 verwendet.
• Die ECU 100 ist durch einen elektronischen Schaltkreis, der mindestens einen IC (integrierter Schaltkreis) enthält, konfiguriert. Der elektronische Schaltkreis enthält mindestens einen Prozessor (nicht dargestellt). Jede der Funktionen der ECU 100 kann durch den Prozessor implementiert werden, der Software ausführt. Die Software wird als Programm beschrieben und ist in einem Speicher (nicht dargestellt) gespeichert. Der Speicher zum Speichern des Programms kann in der ECU 100 enthalten sein und ist beispielsweise ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher.
• Die ECU 100 enthält hauptsächlich ein integriertes Steuerteil 110, ein Kraftstoffeinspritzsteuerteil 120, ein Ansaugsteuerteil 130, ein Sensorerfassungswert-Sammelteil 140 und ein CO₂-Massenberechnungsteil 150 als funktionale Komponenten.
• Das integrierte Steuerteil 110 liefert Steuerbefehle an jedes der Steuerteile der ECU 100 gemäß einem Betriebszustand des Fahrzeugs, der von einem Fahrer ausgeführt wird, um dadurch die Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs als Ganzes durchzuführen.
• Das Kraftstoffeinspritzungssteuerteil 120 steuert die Einspritzung des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung 301 unter den Steueranweisungen des integrierten Steuerteils 110. Das Kraftstoffeinspritzungssteuerteil 120 liefert auch ein Signal, das einen Istwert der Einspritzmenge des Kraftstoffs an das integrierte Steuerteil 110 anzeigt.
• Das Ansaugsteuerteil 130 steuert die Ansaugung aus dem Ansaugteil 400 gemäß den Steueranweisungen des integrierten Steuerteils 110.
• Das Kraftstoffeinspritzungssteuerteil 120 und das Ansaugungssteuerteil 130 steuern jeweils die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung 301 und das Ansaugteil 400, so dass die Einspritzung des Kraftstoffs und die Ansaugung gemäß einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F durchgeführt werden, das durch das integrierte Steuerteil 110 gemäß einer Fahrsituation des Fahrzeugs eingestellt wird.
• Das Sensorerfassungswert-Sammelteil 140 sammelt Signale, die verschiedene vom Gassensor 200 erfasste Erfassungswerte zeigen. Die Werte des Sauerstoffpumpstroms Ip1, des Sauerstoffpumpstroms (Wasserdampferfassungsstrom) Ip2 und des Sauerstoffpumpstroms (Kohlendioxid-Erfassungsstrom) Ip3 werden als Beispiele für die Erfassungswerte genommen.
• Das CO₂-Massenberechnungsteil 150 berechnet einen geschätzten Wert der im Abgas enthaltenen Masse von CO₂ auf der Grundlage der von dem Gassensor 200 erfassten Erfassungswerte, die von dem Sensorerfassungswert-Sammelteil 140 gesammelt werden, und der Werte des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F und der Einspritzmenge des Kraftstoffs, die von dem integrierten Steuerteil 110 ausgegeben werden. Die Gleichungen (1) bis (3) (insbesondere die Proportionalitätskonstanten a₁ bis a₅, die diese Gleichungen liefern), die im Voraus experimentell ermittelt wurden, werden in dem CO₂-Massenberechnungsteil 150 (insbesondere in einem nicht dargestellten Speicher, der den Teil bildet) gespeichert.
• <Vorgehensweise bei der CO₂-Massenschätzung>
• Das Verfahren zur Verarbeitung der Massenschätzung des im Abgas enthaltenen CO₂, das im CO₂-Massenschätzungssystem 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, wird nachstehend beschrieben. 3 zeigt schematisch eine Beziehung zwischen verschiedenen Parametern, die für die Schätzung der Masse von CO₂ durch das CO₂-Massenberechnungsteil 150 des CO₂-Massenschätzungssystems 1000 verwendet werden.
• Im Allgemeinen wird in der vorliegenden Ausführungsform die Zusammensetzung des Kraftstoffs (zumindest die Masse der C-Atome, die in einer Masseneinheit des Kraftstoffs enthalten sind) auf der Grundlage der Erfassungswerte der Sauerstoffpumpströme Ip1, Ip2 und Ip3, die vom Gassensor 200 erfasst werden, und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das vom integrierten Steuerteil 110 der ECU 100 eingestellt wird, geschätzt, und die Masse von CO₂, die im Abgas enthalten ist, wird auf der Grundlage der geschätzten Zusammensetzung des Kraftstoffs und des Istwerts der Einspritzmenge des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 301 geschätzt. Die Schätzung der Masse von CO₂ basiert in der vorliegenden Ausführungsform jedoch auf der Annahme, dass der Kraftstoff im Motor 300 vollständig verbrannt wird und das Abgas kein unverbranntes CO und HC enthält.
• Erstens besteht eine Beziehung, die durch die vorstehend erwähnten Gleichungen (1) bis (3) ausgedrückt wird, zwischen den Erfassungswerten der Sauerstoffpumpströme Ip1, Ip2 und Ip3, die durch den Gassensor 200 erfasst werden, und der Konzentration C_{e_O2} von Sauerstoff, der Konzentration C_{e_H2O} von H₂O und der Konzentration C_{e_CO2} von CO₂, die im Abgas als Messgas in einer Situation enthalten sind, in der das Abgas, das durch die Verbrennung im Motor 300 erzeugt wird, entlang des Abgaspfads P2 strömt.
• Es besteht eine proportionale Beziehung zwischen der Masse jedes C-Atoms, H-Atoms und O-Atoms, die in einer bestimmten Masse des Abgases enthalten sind, und der Konzentration jedes Sauerstoffs, H₂O und CO₂, die im Abgas enthalten sind, ausgedrückt durch die Gleichungen (1) bis (3). $$\text{Masse der Atome}\propto {\displaystyle \sum \left(\begin{array}{l}\text{Konzentration des Zielgases}\times \text{Anzahl det Atome in}\\ \text{einem einzigen Molek}ü\text{l des Zielgases}\end{array}\right)\times \text{Atomgewicht}}$$

  
• Das heißt, es besteht eine Beziehung zwischen der Masse m_{e_C} der C-Atome, der Masse m_{e_H} der H-Atome und der Masse m_{e_O} der O-Atome, die in einer bestimmten Masse des Abgases enthalten sind, und der Konzentration C_{e_O2} des Sauerstoffs, der Konzentration C_{e_H2O} des H₂O und der Konzentration C_{e_CO2} des CO₂, die im Abgas enthalten sind, ausgedrückt durch die Gleichungen (1) bis (3). $${\text{m}}_{\text{e\_C}}={\text{k}}_{\text{1}}\cdot {\text{C}}_{\text{e\_CO2}}\times 1\times 12={\text{k}}_{\text{1}}\cdot 12\cdot {\text{C}}_{\text{e\_CO2}}$$

  

  $${\text{m}}_{\text{e\_H}}={\text{k}}_{\text{1}}\cdot {\text{C}}_{\text{e\_H2O}}\times 2\times 1={\text{k}}_{\text{1}}\cdot 2\cdot {\text{C}}_{\text{e\_H2O}}$$

  

  $$\begin{array}{l}{\text{m}}_{\text{e\_O}}={\text{k}}_{\text{1}}\cdot \left({\text{C}}_{\text{e\_O2}}\times 2+{\text{C}}_{\text{e\_H2O}}\times 1+{\text{C}}_{\text{e\_CO2}}\times 2\right)\times 16\\ ={\text{k}}_{\text{1}}\cdot \left(32\cdot {\text{C}}_{\text{e\_O2}}+16\cdot {\text{C}}_{\text{e\_H2O}}+32\cdot {\text{C}}_{\text{e\_CO2}}\right)\end{array}$$

  

  wobei k₁ ein geeigneter Proportionalitätskoeffizient ist.
• In einer Situation, in der das Abgas nicht durch Verbrennung im Motor 300 erzeugt wird, strömt die vom Ansaugteil 400 angesaugte Luft unverändert durch den Abgaspfad P2. Durch Einsetzen der Erfassungswerte der Sauerstoffpumpströme Ip1, Ip2 und Ip3, die von dem Gassensor 200 in dieser Situation erfasst werden, in die nachstehend dargestellten Gleichungen (1') und (2') kann die Konzentration C_{a_O2} von Sauerstoff und die Konzentration C_{a_H2O} von H₂O, die in der Luft enthalten sind, ermittelt werden.
  $${\text{C}}_{\text{a\_O2}}={\text{a}}_{\text{1}}\cdot \text{Ip1}+{\text{a}}_{\text{2}}\cdot \text{Ip2}+{\text{a}}_{\text{3}}\cdot \text{Ip3}$$

  

  $${\text{C}}_{\text{a\_H2O}}={\text{a}}_{\text{4}}\cdot \text{Ip2}$$

  
• Obwohl die CO₂-Konzentration bestimmt werden kann, hat CO₂ eine niedrige Konzentration von etwa 300 ppm in der Luft, so dass die CO₂-Konzentration bei der nachfolgenden Berechnung als Null ignoriert wird. C_{a_O2} und C_{a_H2O} können durch Messung an einem anderen Ort als dem Abgaspfad P2 unter Verwendung eines vom Gassensor 200 getrennten Gassensors ermittelt werden.
• Die Masse m_{e_C} der C-Atome, die Masse m_{e_H} der H-Atome und die Masse m_{e_O} der O-Atome, die in einer Masseneinheit der Luft enthalten sind, werden wie nachstehend gezeigt unter Verwendung der Konzentration C_{a_O2} des Sauerstoffs und der Konzentration C_{a_H2O} des H₂O in der Luft ausgedrückt. Angenommen, das mittlere Molekulargewicht M_air der Luft beträgt 28,8.
  $${\text{m}}_{\text{a\_C}}=0$$

  

  $${\text{m}}_{\text{a\_H}}=\left({\text{C}}_{\text{a\_H2O}}\times 2\times 1\right)/{\text{M}}_{\text{air}}=2\cdot {\text{C}}_{\text{a\_H2O}}/{\text{M}}_{\text{air}}$$

  

  $$\begin{array}{l}{\text{m}}_{\text{a\_O}}=\left({\text{C}}_{\text{a\_O2}}\times 2+{\text{C}}_{\text{a\_H2O}}\times 1\right)\times 16/{\text{M}}_{\text{air}}\\ =\left(32\cdot {\text{C}}_{\text{a\_O2}}+16\cdot {\text{C}}_{\text{a\_H2O}}\right)/{\text{M}}_{\text{air}}\end{array}$$

  
• Da Kraftstoff fast ausschließlich aus C-Atomen, H-Atomen und O-Atomen besteht, ergibt sich eine Beziehung zwischen der Masse m_{f_C} der C-Atome, der Masse m_{f_H} der H-Atome und der Masse m_{f_O} der O-Atome, die in einer Masseneinheit des Kraftstoffs enthalten sind. $${\text{m}}_{\text{f\_C}}+\text{m}+{\text{m}}_{\text{f\_Hf\_O}}=1$$

  
• Die Masse der C-Atome, die Masse der H-Atome und die Masse der O-Atome, die in einem Gemisch aus Kraftstoff und Luft enthalten sind, sind jeweils die Summe der Masse der im Kraftstoff enthaltenen Atome und der Masse der in der Luft enthaltenen Atome und das Verhältnis zwischen der Masse der Luft und der Masse des Kraftstoffs im Gemisch ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Unter der Annahme, dass ein Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F r (= Masse der Luft/Masse des Kraftstoffs) ist, werden die Masse m_{m_C} der C-Atome, die Masse m_{m_H} der H-Atome und die Masse m_{m_O} der O-Atome, die in einem Gemisch aus einer Masseneinheit des Kraftstoffs und der Luft bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F enthalten sind, wie folgt ausgedrückt.
  $${\text{m}}_{\text{m\_C}}={\text{m}}_{\text{f\_C}}+{\text{m}}_{\text{a\_C}}\cdot \text{r}$$

  

  $${\text{m}}_{\text{m\_H}}={\text{m}}_{\text{f\_H}}+{\text{m}}_{\text{a\_H}}\cdot \text{r}$$

  

  $${\text{m}}_{\text{m\_O}}={\text{m}}_{\text{f\_O}}+{\text{m}}_{\text{a\_O}}\cdot \text{r}$$

  
• Bei vollständiger Verbrennung (bei normalem Betrieb des Motors) besteht die nachstehend dargestellte Beziehung, da die Zusammensetzung des Gemischs und die Zusammensetzung des Abgases einander entsprechen.
  $${\text{m}}_{\text{m\_C}}={\text{m}}_{\text{e\_C}}$$

  

  $${\text{m}}_{\text{m\_H}}={\text{m}}_{\text{e\_H}}$$

  

  $${\text{m}}_{\text{m\_O}}={\text{m}}_{\text{e\_O}}$$

  
• Wenn die Gleichungen (4) bis (16) kombiniert werden, wird der Proportionalitätskoeffizient k₁ in jeder der Gleichungen (4) bis (6) wie in nachstehend dargestellter Gleichung (17) ausgedrückt.
  $${\text{k}}_1=\left\{{\text{M}}_{\text{air}}+\left(32\cdot {\text{C}}_{\text{a\_O2}}+18\cdot {\text{C}}_{\text{a\_H2O}}\right)\cdot \text{r}\right\}/\left\{{\text{M}}_{\text{air}}+\left(32\cdot {\text{C}}_{\text{a\_O2}}+18\cdot {\text{C}}_{\text{a\_H2O}}+44\cdot {\text{C}}_{\text{e\_CO2}}\right)\right\}$$

  
• In der Gleichung (17) ist das mittlere Molekulargewicht M_air der Luft ein bekannter fester Wert. C_{a_O2} und C_{a_H2O} sind die Konzentration von Sauerstoff bzw. die Konzentration von H₂O in der Luft, die vom Gassensor 200 gemessen wird. C_{e_O2}, C_{e_H2O} und C_{e_CO2} sind die Sauerstoffkonzentration, die H₂O-Konzentration und die CO₂-Konzentration, die im Abgas enthalten sind, die ebenfalls vom Gassensor 200 gemessen werden. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis r ist ein Wert, der von dem integrierten Steuerteil 110 gemäß der Fahrsituation des Fahrzeugs eingestellt wird. Der Proportionalitätskoeffizient k₁ lässt sich somit gezielt aus der Gleichung (17) bestimmen.
• Unter Verwendung des Proportionalitätskoeffizienten k₁ kann aus den Gleichungen (4), (11) und (14) die nachstehend dargestellte Gleichung (18) bestimmt werden, die die Masse m_{f_C} der in einer Masseneinheit des Kraftstoffs enthaltenen C-Atome angibt.
  $${\text{m}}_{\text{f\_C}}={\text{m}}_{\text{m\_C}}+{\text{m}}_{\text{e\_C}}={\text{k}}_1\cdot 12\cdot {\text{C}}_{\text{e\_CO2}}$$

  
• Gleichungen, die die Masse m_{f_H} der H-Atome und die Masse m_{f_O} der O-Atome, die in einer Masseneinheit des Kraftstoffs enthalten sind, angeben, können auf ähnliche Weise bestimmt werden. In diesem Fall ist das aus Gleichung (18) und diesen zwei Gleichungen bestimmte Verhältnis m_{f_C} :m_{f_H} :m_{f_O} ein Zusammensetzungsverhältnis der im Kraftstoff enthaltenen C-Atome, H-Atome und O-Atome.
• Darüber hinaus entspricht ein Wert von m_{f_C} in Anbetracht der Gleichung (10) der Zusammensetzung von C-Atomen im Kraftstoff mit dem Zusammensetzungsverhältnis m_{f_C} :m_{f_H} :m_{f_O}, so dass man sagen kann, dass die Gleichung (18) eine Gleichung zur Berechnung der Zusammensetzung von C-Atomen im Kraftstoff ist.
• Bei der vollständigen Verbrennung wandeln sich alle im Kraftstoff enthaltenen C-Atome in CO₂ um, so dass die Masse M_{e_CO2} von CO₂, die im Abgas enthalten ist, das durch die Einspritzung einer Masse M_f des Kraftstoffs erzeugt wird, unter Verwendung der nachstehend dargestellten Gleichung (19) unter Verwendung der Werte von M_f und m_{f_C} bestimmt werden kann.
  $$\begin{array}{l}{\text{M}}_{\text{e\_CO2}}={\text{M}}_{\text{f}}\cdot {\text{m}}_{\text{f\_C}}\cdot \left({\text{Molekulargewicht von CO}}_2\text{/Atomgewicht von C}\right)\\ ={\text{M}}_{\text{f}}\cdot {\text{m}}_{\text{f\_C}}\cdot \left(44\text{/}12\right)\end{array}$$

  
• Alternativ kann die Masse M_{e_CO2} von CO₂ unter Verwendung von der nachstehenden Gleichung (20) bestimmt werden, die durch Einsetzen der Gleichung (18) in die Gleichung (19) ermittelt wird.
  $${\text{M}}_{\text{e\_CO2}}=44\cdot {\text{M}}_{\text{f}}\cdot {\text{k}}_1\cdot {\text{C}}_{\text{e\_CO2}}$$

  
• In der vorliegenden Ausführungsform werden, wenn das CO₂-Massenschätzungssystem 1000 die Masse von CO₂ zu einem vorbestimmten Zeitpunkt schätzt, die Erfassungswerte der Sauerstoffpumpströme Ip1, Ip2 und Ip3 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Messgas das Abgas ist, und die Erfassungswerte der Sauerstoffpumpströme Ip1, Ip2, und Ip3 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Messgas die Luft ist, zuerst von dem Sensorerfassungswert-Sammelteil 140 an das CO₂-Massenberechnungsteil 150 geliefert, die von dem Sensorerfassungswert-Sammelteil 140 von dem Gassensor 200 kontinuierlich oder intermittierend zu vorbestimmten Zeitpunkten gesammelt werden.
• Der CO₂-Massenberechnungsteil 150 berechnet C_{e_O2}, C_{e_H2O}, C_{e_CO2}, C_{a_O2} und C_{a_H2O} unter Verwendung dieser Werte. Es wird davon ausgegangen, dass die Proportionalitätskonstanten auf der rechten Seite jeder der Gleichungen (1) bis (3) und der Gleichungen (1') und (2') für den zu verwendenden Gassensor 200 einzigartig sind und im Voraus experimentell ermittelt wurden.
• Die Zusammensetzung der Luft ist weniger variabel als die Zusammensetzung des Abgases und die Messung mit der Luft als Messgas kann manchmal nicht zum passenden Zeitpunkt für die Schätzung in Abhängigkeit von der Fahrsituation des Fahrzeugs durchgeführt werden, so dass die zuvor berechneten und dann in der ECU 100 gespeicherten oder separat identifizierten Werte von C_{a_O2} und C_{a_H2O} verwendet werden können.
• Das CO₂-Massenberechnungsteil 150 sammelt auch den Wert r des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F von dem integrierten Steuerteil 110. Der Proportionalitätskoeffizient k₁ wird dann auf der Grundlage der Gleichung (17) berechnet.
• Das CO₂-Massenberechnungsteil 150 sammelt weiterhin einen Wert der Masse M_f des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 301 eingespritzten Kraftstoffs, der von dem Kraftstoffeinspritzsteuerteil 120 an das integrierte Steuerteil 110 geliefert wird. Nachdem die Masse m_{f_C} der C-Atome aus der Gleichung (18) berechnet wurde, wird die Masse M_{e_CO2} von CO₂ aus der Gleichung (19) berechnet. Alternativ wird die Masse M_{e_CO2} von CO₂ auf der Grundlage der Gleichung (20) berechnet.
• In dem CO₂-Massenschätzungssystem 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das Zusammensetzungsverhältnis von C-Atomen, H-Atomen und O-Atomen, die im Abgas enthalten sind, wenn eine bestimmte Masse des Kraftstoffs eingespritzt wird, durch das vorstehend erwähnte Verfahren geschätzt werden. Außerdem kann die Masse der CO₂-Emissionen abgeschätzt werden. Gemäß dem Verfahren kann die CO₂-Emissionsmasse auf der Grundlage von Werten geschätzt werden, die von der ECU 100 während des Fahrens des Fahrzeugs ergriffen oder eingestellt werden, d.h. die von dem Gassensor 200 erfassten Erfassungswerte, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Menge der Kraftstoffeinspritzung ohne Messung des Massenstrom des Abgases.
• [Beispiel]
• Das CO₂-Massenschätzungssystem 1000 hat die Masse des im Abgas eines Benzin-Pkw enthaltenen CO₂ gemessen.
• Zunächst wurden die Proportionalitätskonstanten a₁ bis a₅ [Einheit: %/mA] in den Gleichungen (1) bis (3), die die Beziehung zwischen den vom Gassensor 200 erfassten Sauerstoffpumpströmen Ip1, Ip2 und Ip3 [Einheit: mA] und der im Abgas enthaltenen Konzentration C_{e_O2} von Sauerstoff, der Konzentration C_{e_H2O} von H₂O und der Konzentration C_{e_CO2} von CO₂ [Einheit: %] zeigen, vorab experimentell unter Verwendung eines Modellgases, wie nachstehend dargestellt, ermittelt:
  $${\text{C}}_{\text{e\_O2}}=\mathrm{20,0}\cdot \text{Ip}1+\mathrm{22,0}\cdot \text{Ip}2+\mathrm{57,1}\cdot \text{Ip}3;$$

  

  $${\text{C}}_{\text{e\_H2O}}=-\mathrm{10,0}\cdot \text{Ip}2;$$

  

  und $${\text{C}}_{\text{e\_CO2}}=-\mathrm{71,4}\cdot \text{Ip}3.$$

  
• Der Gassensor 200 wurde an einem Auspuffrohr des Benzin-Pkw angebracht und maß das Abgas, wenn der Pkw unter den folgenden Bedingungen gefahren wurde:
• Geschwindigkeit des Personenkraftwagens: konstant bei 60 km/h;
• Messzeit: 60 Sekunden;
• Menge des eingespritzten Kraftstoffs pro Zeiteinheit: 0,34 g/s; und Luft-Kraftstoff-Verhältnis r: 14,3.
• Die Werte der resultierenden Sauerstoffpumpströme Ip1, Ip2 und Ip3 waren wie folgt:
  $$\text{Ip}1=\mathrm{1,63}\text{ mA};$$

  

  $$\text{Ip}2=-\mathrm{1,04}\text{ mA};$$

  

  und $$\text{Ip}3=-\mathrm{0,17}\text{ mA}.$$

  
• Die Konzentration C_{a_O2} von Sauerstoff und die Konzentration C_{a_H2O} von H₂O, die in der zuvor ermittelten Luft enthalten sind, waren wie folgt:
• Konzentration C_{a_O2} von Sauerstoff in der Luft: 20,7%; und
• Konzentration C_{a_H2O} von H₂O in Luft: 1,0 %.
• Ein Wert der Proportionalitätskonstante k₁ wurde aus der Gleichung (17) unter Verwendung dieser Werte wie nachstehend gezeigt bestimmt. $${\text{k}}_1=\mathrm{0,60669.}$$

  
• Andererseits wurde die Konzentration C_{e_CO2} des im Abgas enthaltenen CO₂ wie folgt berechnet. $${\text{C}}_{\text{e\_CO2}}=-\mathrm{71,4}\cdot \text{Ip}3=-\mathrm{71,4}\times \left(-\mathrm{0,17}\right)=\mathrm{12,1}\text{\%}.$$

  
• Wenn diese Werte in die Gleichung (18) eingesetzt werden, ergibt sich die Masse m_{f_C} der C-Atome, die in einer Masseneinheit des Kraftstoffs enthalten sind, wie nachstehend dargestellt. $${\text{m}}_{\text{f\_C}}=\text{k}1\cdot 12\cdot {\text{C}}_{\text{e\_CO2}}=\mathrm{0,60669}\times 12\times \mathrm{12,1}=88\text{\%}.$$

  
• Das Zusammensetzungsverhältnis des Kraftstoffs war wie nachstehend dargestellt. $${\text{m}}_{\text{f\_C}}:{\text{m}}_{\text{f\_H}}:{\text{m}}_{\text{f\_O}}=88:12:0$$

  
• Der Schätzwert M_{e_CO2} für die im Abgas enthaltene Masse von CO₂ (wenn der Kraftstoff 60 Sekunden lang mit 0,34 g/s eingespritzt wurde) wurde schließlich wie folgt berechnet. $$\begin{array}{l}{\text{M}}_{\text{e\_CO2}}={\text{M}}_{\text{f}}\cdot {\text{m}}_{\text{f\_C}}\cdot \left(44/12\right)\\ =\left(\mathrm{0,34}\times 60\right)\cdot \left(88/100\right)\cdot \left(44/12\right)\\ =66\text{ g}\end{array}$$

  
• Der Wert der CO₂-Emissionsmasse, der gleichzeitig mit einer Vorrichtung zur Entnahme von Proben mit konstantem Verdünnungsvolumen gemessen wurde, betrug 64 g, was ungefähr dem geschätzten Wert M_{e_CO2} entsprach. Der Fehler zwischen ihnen betrug ungefähr 3 %.
• Das Ergebnis zeigt, dass die Masse der CO₂-Emissionen ohne Messung des Massenstromes geschätzt werden kann.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 5918177 [0002, 0003]
• JP 6469464 [0002, 0003]

Claims (3)

1. System zur Schätzung der Masse von CO₂, die in einem Abgas eines Fahrzeugmotors enthalten ist, wobei das System umfasst: einen Gassensor, der in der Lage ist, Erfassungswerte gemäß den in einem Messgas enthaltenen Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂ auszugeben; ein Erfassungswert-Sammelelement, das Erfassungswerte gemäß den Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die in dem Abgas des Motors enthalten sind, sammelt, wobei die Erfassungswerte vom Gassensor ausgegeben werden; ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement, das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor zugeführten Gemisches aus Kraftstoff und Luft einstellt; und ein Berechnungselement, das die Masse des im Abgas enthaltenen CO₂ berechnet, wobei das Berechnungselement die im Abgas enthaltenen Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂ auf der Grundlage der vom Gassensor ausgegebenen Erfassungswerte berechnet, wenn das Messgas das Abgas ist, die Konzentrationen von Sauerstoff und H₂O in der Luft sammelt, das durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis sammelt, ein Zusammensetzungsverhältnis von mindestens C-Atomen, die in dem Kraftstoff enthalten sind, auf der Grundlage der Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die in dem Abgas enthalten sind, der Konzentrationen von Sauerstoff und H₂O in der Luft und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Einstellelement gesammelt wird, berechnet, und die im Abgas enthaltene Masse von CO₂ auf der Grundlage des berechneten Zusammensetzungsverhältnisses und der Menge des in den Motor eingespritzten Kraftstoffs schätzt.
2. Verfahren zum Schätzen eines Zusammensetzungsverhältnisses von C-Atomen, H-Atomen und O-Atomen, die in einem Abgas von einem Fahrzeugmotor enthalten sind, wobei das Verfahren umfasst: a) Sammeln von Erfassungswerten gemäß den Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die im Abgas des Motors enthalten sind, von einem Gassensor, der in der Lage ist, Erfassungswerte gemäß den Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die in einem Messgas enthalten sind, auszugeben; b) Berechnen der im Abgas enthaltenen Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂ auf der Grundlage der Erfassungswerte; c) Sammeln der Konzentrationen von Sauerstoff und H₂O in der Luft; d) Sammeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Motor zugeführten Gemisches aus Kraftstoff und Luft; und e) Schätzen eines Zusammensetzungsverhältnisses von C-Atomen, H-Atomen und O-Atomen, die in dem Kraftstoff enthalten sind, auf der Grundlage der Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die in dem Abgas enthalten sind, das in dem Schritt b) berechnet wurde, den Konzentrationen von Sauerstoff und H₂O in der Luft, die in dem Schritt c) gesammelt wurden, und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in dem Schritt d) gesammelt wurde.
3. Verfahren zum Schätzen der Masse von CO₂, die in einem Abgas eines Fahrzeugmotors enthalten ist, wobei das Verfahren umfasst: a) Sammeln von Erfassungswerten gemäß den Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die im Abgas des Motors enthalten sind, von einem Gassensor, der in der Lage ist, Erfassungswerte gemäß den Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die in einem Messgas enthalten sind, auszugeben; b) Berechnung der im Abgas enthaltenen Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂ auf der Grundlage der Erfassungswerte; c) Sammeln der Konzentrationen von Sauerstoff und H₂O in der Luft; d) Sammeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Motor zugeführten Gemisches aus Kraftstoff und Luft; e) Schätzen eines Zusammensetzungsverhältnisses von C-Atomen, H-Atomen und O-Atomen, die in dem Kraftstoff enthalten sind, auf der Grundlage der Konzentrationen von Sauerstoff, H₂O und CO₂, die in dem Abgas enthalten sind, das in dem Schritt b) berechnet wurde, den Konzentrationen von Sauerstoff und H₂O in der Luft, die in dem Schritt c) gesammelt wurden, und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in dem Schritt d) gesammelt wurde; und f) Schätzen der im Abgas enthaltenen Masse von CO₂ auf der Grundlage eines in Schritt e) geschätzten Zusammensetzungsverhältnisses der im Kraftstoff enthaltenen C-Atome und der Menge der Einspritzung des Kraftstoffs in den Motor.

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