DE112009002347B3

DE112009002347B3 - Ausgangssignalkalibriervorrichtung und Ausgangssignalkalibrierverfahren für einen NOx-Sensor

Info

Publication number: DE112009002347B3
Application number: DE112009002347T
Authority: DE
Inventors: Nao Murase
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2029-09-19
Also published as: JP2010071195A; WO2010032481A1; US8056404B2; US20110138874A1; JP4692911B2

Abstract

Ausgangssignalkalibriervorrichtung für einen NOx-Sensor (50) gekennzeichnet dadurch, dass sie folgendes aufweist: ein Harnstoffzugabeventil (40), das in einem Abgasdurchgang (15) in einer Brennkraftmaschine (10) vorgesehen ist, um zu erlauben, dass Harnstoff nach innerhalb des Abgasdurchgangs (15) zugegeben wird; einen NOx-Sensor (50), der zumindest stromabwärts des Harnstoffzugabeventils (40) vorgesehen ist, wobei der NOx-Sensor (50) fähig ist, nicht nur eine NOx-Konzentration sondern auch eine Ammoniakkonzentration zu erfassen; eine Kraftstoffunterbrechungseinrichtung zum Durchführen einer Kraftstoffunterbrechung der Brennkraftmaschine (10); und eine Kalibriereinrichtung zum Kalibrieren einer Verstärkung des NOx-Sensors (50) auf der Grundlage von Ammoniak, das aus dem Harnstoff erhalten wird, das über das Harnstoffzugabeventil (40) während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung zugegeben wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ausgangskalibiervorrichtung und ein Ausgangssignalkalibrierverfahren für einen NOx-Sensor und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, die zum Kalibrieren der Verstärkung bzw. des Verstärkungswerts eines NOx-Sensors, der in einem Abgasdurchgang in einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, geeignet sind.
Stand der Technik
Im Allgemeinen ist ein NOx-Katalysator, der konfiguriert ist, um NOx (Stickstoffoxid), das in Abgas enthalten ist, abzureinigen, als eine Abgasreinigungsvorrichtung bekannt, die in einem Abgassystem in einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einer Dieselmaschine, angeordnet ist. Verschiedene Arten von NOx-Katalysatoren sind bekannt.
Insbesondere ist ein NOx-Katalysator der Bauart mit selektiver Reduktion gut bekannt, der kontinuierlich NOx durch Zugabe eines Reduktionsmittels reduziert und entfernt. Das Reduktionsmittel wird im Allgemeinen in der Form einer wässrigen Harnstofflösung verwendet. Die wässrige Harnstofflösung wird von der stromaufwärtigen Seite des Katalysators ausgestoßen und zugeführt. Dann empfängt die wässrige Harnstofflösung Wärme von dem Abgas und dem Katalysator und wird somit hydrolysiert, um Ammoniak zu generieren. Ammoniak reagiert mit NOx an dem NOx-Katalysator. Infolgedessen wird NOx in N₂ und H₂O zerlegt. Ein derartiges System, das konfiguriert ist, um kontinuierlich NOx mittels des NOx-Katalysators der Bauart mit selektiver Reduktion unter Verwendung von zugegebenem Harnstoff als Reduktionsmittel kontinuierlich zu reduzieren und zu entfernen, wird Harnstoff SCR System genannt.
Andererseits ist, um z. B. die Menge an Reduktionsmittel zu steuern, ein NOx-Sensor stromabwärts des NOx-Katalysators eingebaut, um die Konzentration von NOx zu erfassen. Der NOx-Sensor gibt ein Signal von einer Größe entsprechend der erfassten NOx Konzentration aus. Änderungen über die Zeit oder dergleichen können jedoch verursachen, dass der Ausgangssignalwert fortschreitend von demjenigen abweicht, der erhalten wird, wenn der Sensor neu ist. Die Abweichung kann insbesondere hinsichtlich beidem auftreten, einem Versatz bzw. einer Abweichung, das heißt einem Sensorsignalausgangswert, der erhalten wird, wenn die NOx-Konzentration Null ist, und einer Verstärkung, die für einen Grad einer Erhöhung eines Sensorsignalausgangswerts bezeichnend ist, der konsistent mit der NOx-Konzentration ist. Daher werden der Versatz und die Verstärkung bevorzugt bei geeigneten Steuerzeiten kalibriert, um zu erlauben, dass die NOx-Konzentration sogar mit einer Abweichung eines Sensorausgangssignals genau erfasst wird.
Zum Beispiel offenbart JP 2004-011 492 A , dass, da kein NOx in dem Abgas während einer Kraftstoffunterbrechung vorhanden ist, während die Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine gestoppt ist, ein Referenzpunkt für den NOx-Sensor während der Kraftstoffunterbrechung gelernt wird.
Ferner sind aus DE 100 23 072 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Korrektur eines Offsetfehlers eines NOx-Sensors während eine Schubabschaltung bekannt. Zudem lehrt diese Druckschrift, dass zur vollständigen Kalibrierung des NOx-Sensors auch eine Korrektur des Verstärkungsfehlers durchgeführt werden muss, indem ein zweiter Punkt der Kennlinie vermessen wird.
Die DE 10 2005 042 489 A1 betrifft ein SCR-System mit einem SCR-Katalysator und einem Harnstoffzugabeventil. Stromabwärts des SCR-Katalysators ist ein NOx-Sensor vorgesehen, der eine Querempfindlichkeit gegen Ammoniak aufweist. Der Sensor dient dem optimalen Einstellen der Harnstoffzufuhr.
Es ist jedoch keine Technik entwickelt worden, die zum kalibrieren der Verstärkung des NOx-Sensors geeignet ist, und es ist dringend erwartet worden, dass geeignete Maßnahmen entwickelt werden.
Unter diesen Umständen haben sich die gegenwärtigen Erfinder auf die Fähigkeit des NOx-Sensors nicht nur die NOx Konzentration sondern auch eine Ammoniakkonzentration zu erfassen fokussiert. Die vorliegenden Erfinder haben daher eine Technik neu entwickelt, um die Stärkung des NOx-Sensors unter Verwendung von Ammoniak, das aus zugegebenen Harnstoff erhalten wird, zu kalibrieren.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend beschriebenen Umstände erfolgt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Ausgangssignalkalibriervorrichtung und ein Ausgangssignalkalibrierverfahren für einen NOx-Sensor zu schaffen, die es ermöglichen die Verstärkung des NOx-Sensors geeignet zu kalibrieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Ausgangssignalkalibriervorrichtung für einen NOx-Sensor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie folgendes aufweist:
ein Harnstoffzugabeventil, das in einem Abgasdurchgang einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, um zu erlauben, dass Harnstoff in den Abgasdurchgang zugegeben wird;
einen NOx-Sensor, der zumindest stromabwärts des Harnstoffzugabeventils vorgesehen ist, wobei der NOx-Sensor fähig ist, nicht nur eine NOx-Konzentration sondern auch eine Ammoniakkonzentration zu erfassen;
eine Kraftstoffunterbrechungseinrichtung zum Ausführen einer Kraftstoffunterbrechung bzw. Kraftstoffabschaltung der Brennkraftmaschine; und
eine Kalibriereinrichtung zum Kalibrieren einer Verstärkung des NOx-Sensors auf der Grundlage von Ammoniak, das aus Harnstoff erhalten wird, der über das Harnstoffzugabeventil während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung zugegeben wird.
Wenn der Harnstoff über das Harnstoffzugabeventil während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung zugegeben wird, enthält Abgas, das zu dem NOx-Sensor zugeführt wird, kein NOx sondern nur Ammoniak, das aus dem zugegebenen Harnstoff erhalten wurde. Andererseits kann die Konzentration des Ammoniak durch den NOx-Sensor erfasst werden. Somit kann der Ammoniak, der aus dem zugegebenen Harnstoff erhalten wird, verwendet werden, um die Verstärkung des NOx-Sensors geeignet zu kalibrieren.
Bevorzugt kalibriert die Kalibriereinrichtung die Verstärkung des NOx-Sensors auf der Grundlage der Beziehung zwischen einem Ausgangssignal von dem NOx-Sensor und der Ammoniakkonzentration, die erhalten wird, wenn eine zu einer vorgegebenen Ammoniakkonzentration äquivalente Menge an Ammoniak über das Ammoniakzugabeventil während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung zugegeben wird.
Somit kann die Verstärkung des NOx-Sensors geeignet unter Verwendung von Ammoniakgas mit einer bekannten Konzentration als ein Standardgas oder ein Messbereichsgas („span gas”) kalibriert werden.
Bevorzugt kalibriert die Kalibriereinrichtung einen Versatz des NOx-Sensors vor einer Ausführung der Verstärkungskalibrierung und während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung.
Somit kann der Versatz geeignet kalibriert werden und die Verstärkung wird mit einem Bezugspunkt oder einem Nullpunkt, der geeignet festgelegt ist, kalibriert. Dementsprechend kann die Verstärkung genau kalibriert werden.
Bevorzugt kalibriert die Kalibriereinrichtung die Verstärkung von jeder von einer Vielzahl von geteilten Regionen der Ammoniakkonzentration oder NOx Konzentration.
Insbesondere hat ein wachsendes Bedürfnis für eine Emissionsreduktion kürzlich zu einem Erfordernis für eine Erhöhung der Genauigkeit der Erfassung von NOx in einen Niedrig-NOx-Konzentrationsbereich geführt. Dann erlaubt eine Kalibrierung der Verstärkung von jeder der Vielzahl von geteilten Regionen, dass die Verstärkung für jede Region genau erhalten wird. Dies ermöglicht eine drastische Verbesserung der Genauigkeit, mit der NOx in jeder Region erfasst wird, insbesondere in der Niedrigkonzentrationsregion.
Bevorzugt hat die Ausgangssignalkalibriervorrichtung ferner einen NOx-Sensor (stromaufwärtigen NOx-Sensor), der stromaufwärts des Harnstoffzugabeventils vorgesehen ist, und
kalibriert die Kalibriereinrichtung zumindest nach einer Ausführung der Kalibrierung der Verstärkung des NOx-Sensors (stromabwärtiger NOx-Sensor), der stromabwärts des Harnstoffzugabeventils vorgesehen ist, und während einer Nichtausführung der Kraftstoffunterbrechung und der Harnstoffzugabe eine Verstärkung des stromaufwärtigen NOx-Sensors durch Vergleichen eines Ausgangssignals von dem stromaufwärtigen NOx-Sensor mit einem Ausgangssignal von dem stromabwärtigen NOx-Sensor.
Zumindest nach einer Ausführung der Kalibrierung der Verstärkung des stromabwärtigen NOx-Sensors ist die Korrelation zwischen dem Ausgangsignal von dem stromabwärtigen NOx-Sensor und der NOx-Konzentration genau. Ferner ist während einer Nichtausführung der Kraftstoffunterbrechung NOx in dem Abgas vorhanden. Währen einer Nichtausführung der Harnstoffzugabe sind mögliche nachteilige Wirkungen von Ammoniak, der aus dem Harnstoff resultiert, unterbunden. Daher kann Abgas mit der gleichen NOx-Konzentration zu dem stromaufwärtigen NOx-Sensor und dem stromabwärtigen NOx-Sensor zugegeben werden. Dementsprechend kann die Verstärkung des stromaufwärtigen NOx-Sensors geeignet durch Miteinandervergleichen der Ausgangssignale von den zwei Sensoren kalibriert werden.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Ausgangssignals von einem NOx-Sensor, der in einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Harnstoffzugabeventil hat, das in einem Abgasdurchgang in der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, um zu erlauben, Harnstoff zu dem Abgasdurchgang zuzugeben, der NOx-Sensor zumindest stromabwärts des Harnstoffzugabeventils vorgesehen ist und fähig ist, nicht nur eine NOx-Konzentration sondern auch eine Ammoniakkonzentration zu erfassen, wobei das Ausgangssignalkalibrierverfahren für den NOx-Sensor folgendes aufweist:
einen Schritt Ausführen einer Kraftstoffunterbrechung der Brennkraftmaschine;
einen Schritt Zugeben von Harnstoff über das Harnstoffzugabeventil während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung; und
einen Schritt Kalibrieren einer Verstärkung des NOx-Sensors auf der Grundlage von Ammoniak, der aus dem zugegebenen Harnstoff erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung ist zum geeigneten Kalibrieren der Verstärkung des NOx-Sensors sehr wirksam.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Zeichnung des Systems einer Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Graph, der die Ausgangssignalcharakteristik eines stromabwärtigen NOx-Sensors für eine NOx-Konzentration und eine Ammoniakkonzentration zeigt;
3 ist ein schematisches Diagramm, das den Ablauf einer Ausgangssignalkalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Verstärkungskalibrierung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Ausgangssignalkalibrierprozesses gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel;
6 ist eine schematische Zeichnung einer Brennkraftmaschine gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Verstärkungskalibrierung eines stromaufwärtigen NOx-Sensors darstellt; und
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Verstärkungskalibrierprozesses für den stromaufwärtigen NOx-Sensor gemäß dem Ausführungsbeispiel, das in 6 gezeigt ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der beste Modus zum Ausführen der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Schemazeichnung des Systems einer Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Brennkraftmaschine für Automobile, d. h. eine Dieselmaschine. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Einlasskrümmer, der in Verbindung mit einem Einlassanschluss ist. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Abgaskrümmer, der in Verbindung mit einem Abgasanschluss ist. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Brennkammer. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Kraftstoff von einem Kraftstoffbehälter (in den Zeichnungen nicht gezeigt) zu einer Hochdruckpumpe 17 zugeführt. Die Hochdruckpumpe 17 pumpt dann den Kraftstoff zu einer Common-Rail 18, in der der Kraftstoff bei einem hohen Druck angesammelt wird. Der Hochdruckkraftstoff in der Common-Rail 18 wird durch einen Injektor 14 in die Brennkammer eingespritzt und zugeführt. Abgas von der Maschine strömt von dem Abgaskrümmer 12 durch einen Turbolader 19 zu einem stromabwärtigen Abgasdurchgang 15, wo das Abgas wie nachstehend beschrieben gereinigt wird. Das gereinigte Abgas wird dann in die Luft abgegeben. Der Aspekt der Dieselmaschine ist nicht auf die eine beschränkt, die ein Kraftstoffeinspritzsystem der Bauart mit Common-Rail hat, sondern kann optional eine andere Abgasreinigungsvorrichtung, wie beispielsweise eine EGR-Vorrichtung, aufweisen.
Anderseits wird Einlassluft durch einen Luftfilter 20 in einen Einlassdurchgang 21 eingeführt. Die Einlassluft strömt durch einen Luftströmungsmesser 22, einen Turbolader 19, einen Zwischenkühler 23 und ein Drosselventil 24 in dieser Reihenfolge zu einem Einlasskrümmer 11. Der Luftdurchflussmesser 22 ist ein Sensor der konfiguriert ist, um die Menge an Einlassluft zu erfassen. Insbesondere gibt der Luftströmungsmesser 22 ein Signal entsprechend der Strömungsrate der Einlassluft aus. Das eingesetzte Drosselventil 24 ist elektronisch gesteuert.
In dem Abgasdurchgang 15 ist das Nachstehende nacheinander in der folgenden Reihefolge von der stromaufwärtigen Seite her angeordnet: ein Oxidationskatalysator 30, der konfiguriert ist, unverbrannte Bestandteile (insbesondere Kohlenwasserstoff (HC)) in einem Abgas zu oxidieren und abzureinigen, ein DPR (Dieselpartikelreduktions-)Katalysator 32, der konfiguriert ist, Partikelmaterial (PM) in dem Abgas zu sammeln, zu verbrennen und zu entfernen, ein NOx-Katalysator, insbesondere der Bauart mit selektiver Reduktion 34, der konfiguriert ist, NOx in dem Abgas zu reduzieren und abzureinigen, und ein Ammoniakoxidationskatalysator 36.
Eine Harnstoffzugabevorrichtung 48 ist vorgesehen, um Harnstoff zu dem NOx-Katalysator 34 als ein Reduktionsmittel zuzugeben. Insbesondere ist ein Harnstoffzugabeventil 40, das konfiguriert ist, Harnstoff zuzugeben oder einzuspitzen (insbesondere eine wässrige Harnstofflösung), in einem Teil des Abgasdurchgangs 15 vorgesehen, der stromabwärts des DPR-Katalysators 32 und stromaufwärts des NOx-Katalysators 34 angeordnet ist. Das Harnstoffzugabeventil 40 wird mit einer wässrigen Harnstofflösung mittels einer Harnstoffzufuhrpumpe 42 durch eine Zufuhrleitung 41 versorgt. Die Harnstoffzufuhrpumpe 42 saugt die wässrige Harnstofflösung an, die in dem Harnstoffbehälter 44 gespeichert ist, und stößt sie aus. Um zu erlauben, dass die wässrige Harnstofflösung, die über das Harnstoffzugabeventil 40 eingespritzt wird, gleichmäßig zu dem NOx-Katalysator 34 zugeführt wird, ist eine Verteilungsplatte 43 zwischen dem Harnstoffzugabeventil 40 und dem NOx-Katalysator 34 vorgesehen.
Ferner ist eine elektronische Steuereinheit (nachstehend als ECU bezeichnet) 100 vorgesehen, die als eine Steuerung zum Steuern der gesamten Maschine dient. Die ECU 100 weist eine CPU, einen ROM, einen RAM, einen I/O-Anschluss und eine Speichervorrichtung auf. Die ECU 100 steuert den Injektor 14, die Hochdruckpumpe 17, das Drosselventil 24 und dergleichen auf der Grundlage von z. B. Erfassungswerten von verschiedenen Sensoren, um zu erlauben, dass eine geeignete Maschinensteuerung durchgeführt wird. Zusätzlich steuert die ECU 100 das Harnstoffzugabeventil 40 und die Harnstoffzufuhrpumpe 42, um die Menge an zugegebenem Harnstoff zu steuern. Die Sensoren, die mit der ECU 100 verbunden sind, weisen den vorstehend beschriebenen Luftströmungsmesser 22, einen NOx-Sensor, der stromabwärts des NOx-Katalysators 34 vorgesehen ist, d. h. einen stromabwärtigen NOx-Sensor 50, und einen Vorkatalysatorabgastemperatursensor 52 sowie einen Nachkatalysatorabgastemperatursensor 54, die stromaufwärts bzw. stromabwärts des NOx-Katalysators 34 vorgesehen sind, auf. Der stromabwärtige NOx-Sensor 50 ist zwischen dem NOx-Katalysator 34 und dem Ammoniakoxidationskatalysator 36 eingebaut. Der Vorkatalysatorabgastemperatursensor 52 ist zwischen dem DPR-Katalysator 32 und dem NOx-Katalysator 34 eingebaut.
Die anderen Sensoren, die mit der ECU 100 verbunden sind, umfassen einen Kurbelwinkelsensor 26, einen Beschleunigeröffnungssensor 27 und einen Maschinenschalter 28. Der Kurbelwinkelsensor 26 gibt ein Kurbelimpulssignal zu der ECU 100 während einer Drehung des Kurbelwinkels aus. Auf der Grundlage des Kurbelimpulssignals erfasst die ECU 100 den Kurbelwinkel der Maschine 10 und berechnet die Drehzahl der Maschine 10. Der Beschleunigeröffnungssensor 27 gibt ein Signal entsprechend der Öffnung (Beschleunigeröffnung) eines Beschleunigerpedals, das durch einen Anwender betätigt wird, zu der ECU 100 aus. Der Maschinenschalter 28 wird durch den Anwender eingeschaltet, um die Maschine zu starten, und durch den Anwender ausgeschaltet, um die Maschine zu stoppen.
Der stromabwärtige NOx-Sensor 50 stellt ein Ausgangssignal mit einer Größe proportional zu der NOx-Konzentration und der Ammoniakkonzentration des Abgases bereit. Insbesondere kann der stromabwärtige NOx-Sensor 50 nicht nur NOx sondern auch Ammoniak (NH₃) in dem Abgas erfassen. Der stromabwärtige NOx-Sensor 50 ist ein sogenannter Grenzstrom-NOx-Sensor. Der stromabwärtige NOx-Sensor 50 zerlegt intern NOx (insbesondere NO) in dem Abgas in N₂ und O₂. Dann generiert der stromabwärtige NOx-Sensor 50 auf der Grundlage einer Migration von Sauerstoffionen zwischen Elektroden auf der Grundlage von O₂ einen Stromausgang. Andererseits zerlegt der stromabwärtige NOx-Sensor 50 NH₃ in dem Abgas intern in NO und H₂O und zerlegt ferner NO in N₂ und O₂. Der stromabwärtige NOx-Sensor 50 generiert dann einen Stromausgang wieder in Übereinstimmung mit einem zu jenem für NOx ähnlichen Prinzip. Der stromabwärtige NOx-Sensor 50 stellt ein Ausgangssignal proportional zu der Summe der NOx-Konzentration und der Ammoniakkonzentration bereit. Der stromabwärtige NOx-Sensor 50 kann keine verschiedenen Ausgangssignale für die NOx-Konzentration und die Ammoniakkonzentration bereitstellen.
Zum Beispiel trägt der NOx-Katalysator der Bauart mit selektiver Reduktion (SCR: Selektive Katalytische Reduktion) 34 ein Edelmetall, wie beispielsweise Pt auf der Oberfläche eines Basismaterials, wie beispielsweise Zeolit oder Aluminiumoxid, oder trägt ein Übergangsmetall, wie beispielsweise Cu, auf der Oberfläche des Basismaterials durch einen Ionenaustausch oder trägt einen Titan/Vanadiumkatalysator (V₂O₅/WO₃/TiO₂). Der NOx-Katalysator der Bauart mit selektiver Reduktion 34 hat eine Katalysatortemperatur innerhalb eines aktiven Temperaturbereichs. Wenn Harnstoff zu dem NOx-Katalysator der Bauart mit selektiver Reduktion 34 als Reduktionsmittel zugegeben wird, reduziert der NOx-Katalysator der Bauart mit selektiver Reduktion 34 NOx und reinigt es ab. Wenn Harnstoff zu dem Katalysator zugegeben wird, wird Ammoniak an dem Katalysator generiert. Das Ammoniak reagiert mit NOx und reduziert es. Diese Reaktion wird durch die nachstehende Formel ausgedrückt: NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O
Die Temperatur des NOx-Katalysators 34 kann direkt durch einen Temperatursensor erfasst werden, der in dem Katalysator eingebettet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur abgeschätzt. Insbesondere schätzt die ECU 100 die Katalysatortemperatur auf der Grundlage einer Vorkatalysatorabgastemperatur mit einer Nachkatalysatorabgastemperatur ab, die durch den Vorkatalysatorabgastemperatursensor 52 bzw. den Nachkatalysatorabgastemperatursensor 54 erfasst werden. Das Abschätzungsverfahren ist nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt.
Die Menge an Harnstoff, die zu dem NOx-Katalysator 34 zugegeben wird, wird auf der Grundlage der NOx-Konzentration gesteuert, die durch den stromabwärtigen NOx-Sensor 50 erfasst ist. Insbesondere wird die Menge an Harnstoff, die über das Harnstoffzugabeventil 40 eingespritzt wird, so gesteuert, dass sie immer den Erfassungswert der NOx-Konzentration bei Null aufrechterhält. In diesem Fall kann die Harnstoffeinspritzmenge auf der Grundlage von nur dem Erfassungswert der NOx-Konzentration festgelegt werden. Alternativ kann eine derartige Grundharnstoffeinspritzmenge, die die NOx-Konzentration zu Null macht, auf der Grundlage eines Maschinenbetriebszustands (z. B. einer Maschinendrehzahl und einer Beschleunigeröffnung) gesetzt werden und auf eine rückgekoppelte Weise auf der Grundlage eines Erfassungswerts von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 korrigiert werden. Der NOx-Katalysator 34 kann NOx nur bei Empfang von zugegebenem Harnstoff reduzieren. Somit wird Harnstoff konstant zugegeben. Ferner wird eine Steuerung durchgeführt, so dass nur eine minimale Menge an Harnstoff, die für eine NOx-Reduktion erforderlich ist, zugegeben wird. Eine Zugabe einer übermäßigen Menge an Harnstoff kann verursachen, dass Ammoniak stromabwärts des Katalysators abgegeben wird (dies ist das, was NH₃ Spur genannt wird), was in einen anormalen Geruch oder dergleichen resultieren kann.
Hier ist die minimale Menge an Harnstoff, die erforderlich ist, um die Gesamtmenge an NOx, die von der Maschine abgegeben wird, zu reduzieren, als A definiert. Die Menge an Harnstoff, die tatsächlich zugegeben wird, ist als B definiert. Dann wird das Verhältnis B/A Äquivalenzverhältnis genannt. Die Harnstoffzugabesteuerung wird ausgeführt, um das Äquivalenzverhältnis so nahe wie möglich zu Eins zu machen. Der Betriebszustand der Maschine variiert jedoch jeden Augenblick. Daher ist das tatsächliche Äquivalenzverhältnis nicht immer Eins. Ein kleineres Äquivalenzverhältnis als Eins resultiert in einer unzureichenden Harnstoffzufuhrmenge und NOx wird stromabwärts des Katalysators abgegeben. Dies wird durch den stromabwärtigen NOx-Sensor 50 gefühlt, so dass erlaubt wird, dass die Harnstoffzufuhrmenge erhöht wird. Ein Äquivalenzverhältnis von größer als resultiert in einer überschüssigen Harnstoffzufuhrmenge und Ammoniak tritt stromabwärts von dem NOx-Katalysators 34 aus. Das Ammoniak wird jedoch durch den Ammoniakoxidationskatalysator 36 entfernt und es wird somit verhindert, dass es nach außen abgegeben wird. Der zugegebene Harnstoff kann durch den NOx-Katalysator 34 absorbiert werden und an ihn angehaftet werden. In diesem Fall erlaubt, sogar wenn die Zugabe von Harnstoff gestoppt ist, der angehaftete Harnstoff, dass das NOx für eine Weile reduziert wird.
Die Ausführung und der Stopp der Harnstoffzugabe werden abhängig von der Katalysatortemperatur (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein geschätzter Wert) des NOx-Katalysators 34 gesteuert. Insbesondere wird die Harnstoffzugabe ausgeführt, wenn die Katalysatortemperatur zumindest eine vorgegebene minimale aktive Temperatur (z. B. 200°C) beträgt, und wird gestoppt, wenn die Katalysatortemperatur geringer als die minimale aktive Temperatur ist. Dies ist so, da NOx sogar mit der Harnstoffzugabe nicht wirksam reduziert werden kann, bevor die Katalysatortemperatur die minimale aktive Temperatur erreicht. Ferner wird die Harnstoffzugabe gestoppt, wenn die Katalysatortemperatur zumindest eine vorgegebene obere Grenztemperatur (z. B. 400°C) wird, die höher als die minimale aktive Temperatur ist. Dies ist so, da sogar in diesem Fall NOx sogar mit der Harnstoffzugabe nicht wirksam reduziert werden kann. Tatsächlich haben Dieselmaschinen im Allgemeinen eine niedrigere Abgastemperatur als Benzinmaschinen und die Katalysatortemperatur erreicht verhältnismäßig unregelmäßig eine derartige obere Grenztemperatur. Schließlich wird die Harnstoffzugabe ausgeführt, wenn die Katalysatortemperatur zumindest die minimale aktive Temperatur beträgt und geringer als die obere Grenztemperatur ist, und wird außerhalb dieses Temperaturbereichs gestoppt.
Ferner erfasst die ECU 100 indirekt die Elementtemperatur des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 auf der Grundlage des Elementimpendanz des stromabwärtigen NOx-Sensors 50, um zu bestimmen, ob die erfasste Elementtemperatur sich innerhalb einer vorgegebenen aktiven Zone oder nicht befindet. Falls die Elementtemperatur sich innerhalb der aktiven Zone befindet, erfasst der stromabwärtige NOx-Sensor 50 die NOx-Konzentration (und die Ammoniakkonzentration). Falls die Elementtemperatur sich außerhalb der aktiven Zone befindet, vermeidet der stromabwärtige NOx-Sensor 50 eine derartige Erfassung.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Oxidationskatalysator 30, der DPR-Katalysator 32 und der NOx-Katalysator 34 in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite angeordnet. Die Anordnungsreihenfolge ist jedoch nicht auf dies beschränkt. Der DPR-Katalysator 32 ist eine Art Dieselpartikelfilter (DPF) und hat somit eine Filterstruktur. Der DPR-Katalysator 32 ist auch von der Bauart mit kontinuierlicher Rezyklierung, in dem ein Edelmetall an der Oberfläche des Filters vorgesehen ist und verwendet wird, um Partikelmaterial, das durch den Filter gesammelt ist, kontinuierlich zu oxidieren (zu verbrennen). Der DPF ist nicht auf den DPR-Katalysator 32 beschränkt, sondern kann von jeglicher Bauart sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann zumindest einer von dem Oxidationskatalysator 30 und dem DPR-Katalysator 32 weggelassen werden.
Nachstehend ist die Ausgangssignalkalibrierung des NOx-Sensors beschrieben.
Zunächst sind die Ausgangscharakteristiken des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 für jede Konzentration beschrieben. Wie in 2 gezeigt ist, stellt der stromabwärtige NOx-Sensor 50 ein Ausgangssignal I bereit, das proportional zur Konzentration von NOx oder Ammoniak in dem Abgas ist. In 2 gibt ”NO” die Beziehung zwischen der NOx-Konzentration und dem Sensorausgangssignal I an, die beobachtet wird, wenn das Abgas NOx aber kein Ammoniak enthält und wenn NOx aus dem einzigen Gas NO besteht. Ferner gibt ”NH3” die Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und dem Sensorausgangssignal I an, die beobachtet wird, wenn das Abgas Ammoniak aber kein NOx enthält. Wie aus der 2 gewürdigt wird, ist bei einer Konzentration von 100 ppm das Sensorausgangssignal I für NOx 100 und für Ammoniak nur 80. Somit beträgt die Korrelation zwischen dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 und dem Ammoniak 80%. Zusätzlich beträgt hinsichtlich der Verstärkung, die durch (Sensorausgangssignal)/(Konzentration) definiert ist, die Verstärkung 100/100 = 1 für NOx und 80/100 = 0,8 für Ammoniak. Somit beträgt das Verstärkungsverhältnis von NOx zu Ammoniak 1/0,8 = 1,25.
Nachstehend ist der Ablauf einer Ausgangssignalkalibrierung, die durch ECU 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, allgemein beschrieben. In 3 zeigt eine dicke Linie (a), dass der stromabwärtige NOx-Sensor 50 normal ist. Eine dünne Linie (b) zeigt, dass beide, der Versatz und die Verstärkung des stromabwärtigen NOx-Sensors 50, von jenen in dem normalen Zustand abweichen (dieser stromabwärtige NOx-Sensor 50 ist nachstehend als abweichender Sensor bezeichnet). In dem dargestellten Beispiel stellt der normale Sensor ein Null-Ausgangssignal bereit, wenn die Ammoniakkonzentration Null beträgt, und stellt ein Ausgangssignal Ia bei einer Ammoniakkonzentration Xz bereit. Andererseits stellt der abweichende Sensor ein Ausgangssignal I₀, das größer als Null ist, bereit, wenn die Ammoniakkonzentration Null beträgt, und stellt ein Ausgangssignal Ib, das kleiner als das Ausgangssignal Ia ist, bei der Ammoniakkonzentration Xz bereit.
Wenn ein Ausgangssignal von dem abweichende Sensor kalibriert wird, wird das Sensorausgangssignal I₀, das erhalten wird, wenn die Ammoniakkonzentration Null beträgt, durch die ECU 100 gespeichert und gelernt, die dann den Versatz kalibriert. Dann wird die Verstärkung durch (Ib – I₀)/(Yz – 0) derart berechnet, dass das Sensorausgangssignal von I₀ zu Ib steigt, wenn die NOx-Konzentration von Null auf Yz steigt. Der Wert wird in der ECU 100 gespeichert und durch die ECU 100 gelernt, die dann die Verstärkung kalibriert. Somit können sogar für den abweichenden Sensor die Korrelation zwischen der Ammoniakkonzentration und dem Sensorausgangssignal oder die Korrelation zwischen der NOx-Konzentration und dem Sensorausgang genau und zuverlässig bestimmt werden.
Der Versatz wird während einer Ausführung einer Kraftstoffunterbrechung kalibriert, während die Einspritzung von Kraftstoff in die Maschine 10 gestoppt ist. Während dieser Zeit wird selbstverständlich die Zugabe von Harnstoff über das Harnstoffzugabeventil 48 auch nicht durchgeführt. Die Verstärkung wird während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung kalibriert, während der Harnstoff über das Harnstoffzugabeventil 48 zugegeben wird.
Während der Kraftstoffunterbrechung enthält das Abgas (im Wesentlichen Luft), das zu dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 zugeführt wird, kein NOx. Somit erlaubt die Versatzkalibrierung während dieser Zeit, dass der Versatz genau kalibriert wird.
Ferner enthält, wenn eine wässrige Harnstofflösung über das Harnstoffzugabeventil 48 während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung zugegeben wird, das Abgas, das zu dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 zugeführt wird, kein NOx sondern nur Ammoniak, das durch eine Hydrolyse von wässrigen Harnstofflösung auf der Grundlage von Abgaswärme und katalytischer Wärme erhalten wird. Somit wird, wenn eine vorgegebene Menge an wässriger Harnstofflösung zugegeben wird, die äquivalent zu einer vorgegebenen Ammoniakkonzentration ist, die geeignete Korrespondenzbeziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und dem Sensorausgangssignal eingerichtet. Infolgedessen kann die Verstärkung geeignet kalibriert werden. In anderen Worten wird Ammoniakgas mit einer bekannten Konzentration als Standardgas oder Messbereichsgas („span gas”) zur Kalibrierung verwendet, um die Verstärkung des NOx-Sensors zu kalibrieren.
4 ist ein schematisches Diagramm, das die Verstärkungskalibrierung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel spezifisch darstellt. Wie in 4 gezeigt ist, ist der Versatz schon kalibriert worden. Somit hat der Versatz, d. h. das Sensorausgangssignal, das erhalten wird, wenn die Ammoniak- oder NOx-Konzentration Null beträgt, den korrekten Wert (in dem dargestellten Beispiel beträgt zur Erleichterung der Versatz Null). Zum Beispiel werden, wenn die Kraftstoffunterbrechung für eine Fahrzeuggeschwindigkeitsreduktion durchgeführt wird, Mengen an wässriger Harnstofflösung, die äquivalent zu vorgegebenen zwei Ammoniakkonzentrationen X₁ und X₂ sind, über das Harnstoffzugabeventil 48 zugegeben. Hier wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ammoniakkonzentration X in mehrere Regionen vorgeteilt und die Verstärkung wird für jede der Regionen kalibriert. Insbesondere wird die Ammoniakkonzentration X in zwei Regionen, d. h. eine Region mit niedriger Konzentration, in der 0 ≤ X ≤ X₁ gilt, und eine Region mit hoher Konzentration, in der X₁ < X gilt, geteilt. Die Verstärkung wird unter Verwendung von X = 0 und X₁ für die Region mit niedriger Konzentration und X = X₁ und X₂ (X₁ < X₂) für die Region mit hoher Konzentration kalibriert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gilt X₁ = 100 (ppm) und gilt X₂ = 500 (ppm), aber diese Werte werden optional festgelegt.
Insbesondere hat eine wachsende Nachfrage nach einer Emissionsreduktion kürzlich zu einer Anforderung für eine Erhöhung der Genauigkeit einer Fassung von NOx in der Region mit niedriger NOx-Konzentration geführt. Somit kann, wenn die Ammoniakkonzentration, die mit der NOx-Konzentration korreliert, in mehrere Regionen geteilt und die Verstärkung für jede der Regionen kalibriert wird, wie vorstehend beschrieben ist, die Verstärkung für jede Region genau erhalten werden. Dies ermöglicht eine drastische Verbesserung der Genauigkeit, mit der NOx in jeder Region, insbesondere in der Region mit niedriger Konzentration, erfasst wird.
Zunächst wird für die Region mit niedriger Konzentration während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung eine Menge an wässriger Harnstofflösung, die äquivalent zu der Ammoniakkonzentration X₁ ist, über das Harnstoffzugabeventil 48 zugegeben. Ein Sensorausgangssignal I₁ entsprechend der Ammoniakkonzentration X₁ wird ferner erlangt. Dann wird eine Verstärkung G₁ für die Region mit niedriger Konzentration durch G₁ = I₁/X₁ bestimmt.
Dann wird für die Region mit hoher Konzentration während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung eine Menge an wässriger Harnstofflösung, die äquivalent zu der Ammoniakkonzentration X₂ ist, über das Harnstoffzugabeventil 48 zugegeben. Ein Sensorausgangssignal I₂ entsprechend der Ammoniakkonzentration X₂ wird ferner erlangt. Dann wird eine Verstärkung G₂ für den Bereich mit hoher Konzentration durch G₂ = (I₂ – I₂)/(X₂ – X₁) bestimmt.
Nachstehend ist ein spezifischer Ausgangssignalkalibrierprozess unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Eine dargestellte Routine wird wiederholt durch die ECU 100 zu jeder vorgegebenen Zeit ausgeführt.
In dem ersten Schritt S101 bestimmt die Routine, ob der stromabwärtige NOx-Sensor 50 aktiv oder nicht ist. Beim Bestimmen, dass der stromabwärtige NOx-Sensor 50 nicht aktiv ist, wird die Routine beendet.
Andererseits bestimmt beim Bestimmen, dass der stromabwärtige NOx-Sensor 50 aktiv ist, die Routine in Schritt S102, ob die Kraftstoffunterbrechung (F/C) für eine Geschwindigkeitsreduktion oder dergleichen durchgeführt wird. Falls die Kraftstoffunterbrechung nicht durchgeführt wird, wird die Routine beendet. Andererseits bestimmt, wenn die Kraftstoffunterbrechung ausgeführt wird, die Routine in Schritt S103, ob das Ausgangssignal I von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 einen Wert gleich dem in dem Normalzustand erhaltenen hat, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Null. Um ein Maß an Zeit auf der Grundlage einer Transportverzögerung von dem Beginnen der Kraftstoffunterbrechung bis zu der Ankunft von Luft, das als Abgas dient, bei dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 sicherzustellen, kann die Routine nach einer vorgegebenen Zeit ab dem Beginn der Kraftstoffunterbrechung bestimmen, ob das Ausgangssignal I von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 Null beträgt oder nicht Null beträgt.
Falls das Ausgangssignal I von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 Null beträgt, bestimmt die Routine, dass der Versatz nicht abweicht und schreitet zu Schritt S104. Andererseits bestimmt, falls das Ausgangssignal I von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 nicht Null beträgt, die Routine, dass der Versatz abweicht und schreitet zu Schritt S109, um den Versatz zu kalibrieren. Insgesamt wird der aktuell erlangte Sensorausgangssignalwert I₀ durch die ECU 100 als ein Wert (Differenzwert), der einer NOx-Konzentration von Null äquivalent ist, gespeichert und gelernt.
In Schritt S104 bestimmt die Routine, ob der NOx-Katalysator 34 mit dem absorbierten Harnstoff und Ammoniak gesättigt oder nicht gesättigt ist. Das heißt, dass der NOx-Katalysator 34 gegebene Mengen an Harnstoff und Ammoniak absorbieren kann. Falls der NOx-Katalysator 34 nicht mit dem absorbierten Harnstoff und Ammoniak gesättigt ist, wird dann sogar mit einer Zugabe von Harnstoff Ammoniak durch den NOx-Katalysator 34 absorbiert. Infolgedessen kann keine Gesamtmenge an Ammoniak durch den NOx-Katalysator 34 gelangen. Somit prüft das vorliegende Ausführungsbeispiel im Voraus, ob der NOx-Katalysator 34 mit dem absorbierten Harnstoff und Ammoniak gesättigt ist oder nicht gesättigt ist. Dann gibt nach einem Bestimmen, dass der NOx-Katalysator 34 gesättigt ist, das vorliegende Ausführungsbeispiel eine vorgegebene Menge an Harnstoff zu. Somit kann eine Gesamtmenge an Ammoniak, die von dem zugegebenen Harnstoff erhalten wird, durch den NOx-Katalysator 34 gelangen und zu dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 zugeführt werden. Dementsprechend kann eine vorgegebene Ammoniakkonzentration zu dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 zugeführt werden, womit die Genauigkeit der Verstärkungskalibrierung verbessert wird.
Ob der NOx-Katalysator gesättigt ist oder nicht gesättigt ist, wird wie nachstehend bestimmt. Zunächst wird die Harnstoffeinspritzmenge während eines normalen Betriebs der Maschine akkumuliert. Dann wird während Schritt S104 die maximale Harnstoffabsorptionsmenge auf der Grundlage der abschätzten Katalysatortemperatur unter Verwendung eines vorgegebenen Kennfelds oder dergleichen bestimmt. Die maximale Harnstoffabsorptionsmenge und die akkumulierte Harnstoffeinspritzmenge werden miteinander verglichen, um zu bestimmen, ob der NOx-Katalysator mit absorbiertem Ammoniak gesättigt ist oder nicht gesättigt ist. Falls der NOx-Katalysator mit absorbiertem Ammoniak gesättigt ist, schreitet die Routine zu Schritt S105. Falls der NOx-Katalysator nicht mit dem absorbierten Ammoniak gesättigt ist, wird die Routine beendet. Falls der NOx-Katalysator nicht mit dem absorbierten Ammoniak gesättigt ist, wird Harnstoff bevorzugt weiter zugegeben, bis die Sättigung erreicht ist.
In Schritt S105 wird eine vorgegebene Menge an wässriger Harnstofflösung, die äquivalent zu der Ammoniakkonzentration X₁ ist, über das Harnstoffzugabeventil 48 zugegeben. Danach bestimmt in Schritt S106 die Routine, ob das Ist-Ausgangssignal I von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 im Wesentlichem gleich dem vorgegebenen Ausgangssignal I₁ in dem normalen Zustand, der der Ammoniakkonzentration X₁ entspricht, ist oder nicht ist. Insbesondere bestimmt die Routine, ob das Ausgangssignal I derart ist oder nicht ist, dass I₁ – α ≤ I ≤ I₁ + α gilt (α ist ein sehr kleiner Wert gleich wie oder größer als 0).
Falls das Ist-Ausgangssignal I im Wesentlichen gleich groß wie I₁ ist, bestimmt die Routine, dass die Verstärkung nicht von der Region mit niedriger Konzentration abweicht, um zu Schritt S107 fortzuschreiten. Andererseits, ist das Ist-Ausgangssignal I im Wesentlichen nicht gleich groß wie I₁ bestimmt die Routine, dass die Verstärkung in der Region mit niedriger Konzentration abweicht. Im Schritt S110 kalibriert die Routine die Verstärkung in der Region mit niedriger Konzentration. Das heißt, dass die Differenz zwischen dem Ist-Sensorausgangssignal I und dem Referenzwert I₀ durch Ammoniakkonzentration X₁ geteilt wird, um eine berechnete Verstärkung G1 für die Region mit niedriger Konzentration zu berechnen (G₁ = (I – I₀)/X₁). Die kalibrierte Verstärkung G₁ wird in der ECU 100 gespeichert oder durch sie gelernt.
Dann bestimmt die Routine in Schritt S107 und den nachfolgenden Schritten, ob die Verstärkung in der Region mit hoher Konzentration abweicht oder nicht abweicht, und führt eine erforderliche Verstärkungskalibrierung durch. Zunächst wird in Schritt S107 eine vorgegebene Menge an wässriger Harnstofflösung, die äquivalent zu der Ammoniakkonzentration X₂ ist, über das Harnstoffzugabeventil 48 zugegeben. Danach bestimmt die Routine in Schritt S108, ob das Ist-Ausgangssignal I des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 im Wesentlichen gleich dem vorgegebenen Ausgangssignal I in dem normalen Zustand, der der Ammoniakkonzentration X₂ entspricht, ist oder nicht ist. Insbesondere bestimmt die Routine, ob das Ausgangssignal I derart ist oder nicht ist, dass I₂ – β ≤ I ≤ I₂ + β gilt (β ist ein sehr kleiner Wert gleich wie oder größer als 0).
Falls das Ist-Ausgangssignal I im Wesentlichen gleich wie I₂ ist, bestimmt die Routine, dass die Verstärkung nicht in der Region mit hoher Konzentration abweicht und wird beendet. Andererseits bestimmt, falls das Ist-Ausgangssignal I nicht im Wesentlichen gleich wie I₂ ist, die Routine, dass die Verstärkung in der Region mit hoher Konzentration abweicht. Somit wird in Schritt S111 die Verstärkung in der Region mit hoher Konzentration kalibriert. Das heißt, dass der Ausdruck:
G₂ = (I – I₁)/(X₂ – X₁) verwendet wird, um die kalibrierte Verstärkung G₂ für die Region mit niedriger Konzentration zu berechnen, die dann in der ECU 100 gespeichert oder durch sie gelernt wird.
Der Versatz und die Verstärkung des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 ist kalibriert worden. Die Werte der kalibrierten Verstärkungen G₁ und G2 sind jedoch unter Verwendung von Ammoniak als Standardgas erhalten worden. Daher müssen, um zu erlauben, dass das Ausgangssignal von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 als ein Wert verwendet wird, der für die NOx-Konzentration bezeichnend ist, die Werte der kalibrierten Verstärkungen G₁ und G₂ unter Verwendung einer derartigen Korrelation zwischen Ammoniak und NOx, wie in 2 gezeigt ist, korrigiert werden. Somit führt die ECU 100 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Korrektur wie nachstehend aus.
Wie vorstehend beschrieben ist, beträgt das Verstärkungsverhältnis von NOx zu Ammoniak 1/0,8 = 1,25. Daher werden die kalibrierten Verstärkungen G₁ und G₂ mit 1,25 multipliziert, um die Verstärkungen G_1N und G_2N zu erhalten, die für die Beziehung zwischen dem stromabwärtigen NOx-Sensorsignal I und der NOx-Konzentration bezeichnend sind (G_1N = 1,25·G₁, G_2N = 1,25·G₂). Ferner korrespondieren für das gleiche Sensorausgangssignal die Ammoniakkonzentration X₁ und X₂ zu NOx-Konzentrationen Y₁ = 0,8·X₁ und Y₂ = 0,8·X₂. Somit erfasst der stromabwärtige NOx-Sensor 50 die NOx-Konzentration Y unter Verwendung des Ausdrucks: I = G_1N·Y für die Region mit niedriger Konzentration in der 0 ≤ Y ≤ Y₁ gilt, und unter Verwendung des Auszugs: I = G_2N·Y für die Region mit hoher Konzentration, in der Y₁ < Y gilt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verstärkung für jede der Vielzahl von (zwei) Konzentrationsregionen festgelegt. Wie in 3 gezeigt ist, kann jedoch eine einzige Verstärkung für die gesamte Konzentrationsregion festgelegt werden. In diesem Fall können die Harnstoffzugabe, die Bestimmung und die Verstärkungskalibrierung (Schritte S107, S108 und S111) für den zweiten Punkt (X₂) in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weggelassen werden. Die Konzentration an dem ersten Punkt (X₁) ist bevorzugt auf einen größeren Wert festgelegt.
Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kalibrierung auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Sensorausgangssignal und der Ammoniakkonzentration durchgeführt. Die Kalibrierung kann jedoch auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Sensorausgangssignal und der NOx-Konzentration unter Verwendung der Korrelation zwischen der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration durchgeführt werden.
Nachstehend ist ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Bestandteile, die zu jenen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels gleich sind, sind durch die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnen bezeichnet und sind nachstehend nicht beschrieben. Nachstehend sind hauptsächlich Unterschiede beschrieben.
6 ist eine Zeichnung, die das System einer Brennkraftmaschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel schematisch zeigt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist das gleiche, wie das vorstehend beschriebene, mit der Ausnahme davon, dass ein stromaufwärtiger NOx-Sensor 51, der ein anderer NOx-Sensor ist, stromaufwärts des Harnstoffzugabeventils 48, insbesondere zwischen dem Harnstoffzugabeventil 48 und dem DPR-Katalysator 32, vorgesehen ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der stromaufwärtige NOx-Sensor 51 die gleiche Konfiguration, wie jene des stromabwärtigen NOx-Sensors 50.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zumindest nach einer Ausführung der Verstärkungskalibrierung des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 und während einer Nichtausführung einer Kraftstoffunterbrechung und einer Harnstoffzugabe ein Ausgangssignal (mit Iu bezeichnet) von dem stromaufwärtigen NOx-Sensor 51 mit einem Ausgangssignal (mit Id bezeichnet) von dem stromabwärtigen NOx-Sensor verglichen, um die Verstärkung kalibriert zu haben. Das heißt, dass zumindest nach der Verstärkungskalibrierung des stromabwärtigen NOx-Sensors 50, bevorzugt nach der Versatz- und Verstärkungskalibrierung des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 die Korrelation zwischen dem Ausgangssignal Id von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 und der NOx-Konzentration Y genau ist. Ferner ist während einer Nichtausführung einer Kraftstoffunterbrechung NOx in dem Abgas vorhanden. Während der Nichtausführung einer Harnstoffzugabe reduziert der NOx-Katalysator 34 nicht NOx und die möglichen nachteiligen Wirkungen von Ammoniak, das aus dem Harnstoff resultiert, sind unterbunden. Daher kann Abgas mit der gleichen NOx-Konzentration zu dem stromaufwärtigen NOx-Sensor 51 und dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 zugeführt werden. Dementsprechend wird erwartet, dass der stromaufwärtige NOx-Sensor 51 und der stromabwärtige NOx-Sensor 50 äquivalente Ausgangssignale bereitstellen. Somit erlaubt der Vergleich der zwei NOx-Sensoren, dass die Verstärkung des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 kalibriert wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zuerst der Versatz und die Verstärkung des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 in Überreinstimmung mit der Technik, die in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kalibriert. Die Versatzkalibrierung des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 wird gleichzeitig mit der Versatzkalibrierung des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 ausgeführt. Während der Versatzkalibrierung wird eine Kraftstoffunterbrechung ausgeführt, um zu erlauben, dass die gleiche Luft zu dem stromaufwärtigen NOx-Sensor 51 und dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 zugeführt wird. Somit kann die gleiche Technik, wie die für den stromabwärtigen NOx-Sensor 50 verwendet werden, um den Versatz des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 zu kalibrieren.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden der Versatz und die Verstärkung des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 kalibriert und wird der Versatz des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 kalibriert. Danach wird die Maschine gestoppt, und wenn die Maschine wieder gestartet wird, wird die Verstärkung des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 kalibriert. Die Verstärkung des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 wird kalibriert, während der NOx-Katalysator 34 inaktiv ist und kein Harnstoff zugegeben wird. Dies verhindert, dass NOx in dem Abgas durch den NOx-Katalysator 34 reduziert wird, und verhindert ebenso das Vorhandensein von Ammoniak, das durch die Harnstoffzugabe verursacht wird. Infolgedessen können der stromaufwärtige NOx-Sensor 51 und der stromabwärtige NOx-Sensor 50 mit Abgas mit der gleichen NOx-Konzentration versorgt werden.
7 ist eine schematische Zeichnung, die die Verstärkungskalibrierung des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 darstellt. Wie in 7 gezeigt ist, sind der Versatz und die Verstärkung des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 schon kalibriert worden. Somit ist das Ausgangssignal für den stromabwärtigen NOx-Sensor 50 für jede NOx-Konzentration normal. In dem dargestellten Beispiel beträgt das Ausgangssignal von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 Id₁, wenn die NOx-Konzentration Y₁ beträgt, und beträgt Id₂, wenn die NOx-Konzentration Y₂ beträgt. Die Verstärkung beträgt Gd₁ in der Region mit niedriger Konzentration, in der 0 ≤ Y ≤ Y₁ gilt, und beträgt Gd₂ in der Region mit hoher Konzentration, in der Y₁ < Y gilt.
Andererseits ist der Versatz des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 schon kalibriert worden und ist somit normal. Anders als in dem Fall des stromaufwärtigen NOx-Sensors 50 weicht die Verstärkung des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 jedoch ab, wie in 7 gezeigt ist. In dem dargestellten Beispiel beträgt das Ausgangssignal von dem stromaufwärtigen NOx-Sensor 51 Iu₁, wenn die NOx-Konzentration Y₁ beträgt, und beträgt Iu₂, wenn die NOx-Konzentration Y₂ beträgt. Die Verstärkung beträgt Gu₁ in der Region mit niedriger Konzentration, in der 0 ≤ Y ≤ Y₁ gilt, und beträgt Gu₂ in der Region mit hoher Konzentration in der Y₁ < Y gilt. In diesem Fall gelten Iu₁ > Id₁, Iu₂ > Id₂, Gu₁ > Gd₁ und Gu₂ > Gd₂.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Verstärkung derart kalibriert, dass das Ausgangssignal von dem stromaufwärtigen NOx-Sensor 51 äquivalent zu dem Ausgangssignal von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 über die gesamte NOx-Konzentrationsregion ist. Insbesondere wird, wie durch einen Pfeil in 7 gezeigt ist, die Verstärkung derart berechnet, dass in der Region mit niedriger Konzentration die Verstärkung Gu₁ des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 gleich zu der Verstärkung Gd₁ des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 ist, und dass in der Region mit der hohen Konzentration die Verstärkung Gu₂ des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 gleich der Verstärkung Gd₂ des stromabwärtigen NOx-Sensors 50 ist. Somit ist die Korrelation zwischen dem Ausgangssignal von dem stromaufwärtigen NOx-Sensor 51 und der NOx-Konzentration äquivalent zu jener zwischen dem Ausgangssignal von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 50 und der NOx-Konzentration. Infolgedessen kann die Verstärkung durch den stromaufwärtigen NOx-Sensor 51 geeignet kalibriert werden.
Nachstehend ist der Verstärkungskalibrierprozess für den stromaufwärtigen NOx-Sensor 51 unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Die dargestellte Routine wird durch die ECU 100 zu jeder vorgegebenen Zeit wiederholt ausgeführt.
Zunächst bestimmt die Routine einen Schritt S201, ob der stromaufwärtige NOx-Sensor 51 und der stromabwärtige NOx-Sensor 50 aktiviert worden sind oder nicht aktiviert worden sind. Falls der stromaufwärtige NOx-Sensor 51 und der stromabwärtige NOx-Sensor 50 nicht aktiviert worden sind, wird die Routine beendet. Andererseits bestimmt bei einem Bestimmen, dass der stromaufwärtige NOx-Sensor 51 und der stromabwärtige NOx-Sensor 50 aktiviert worden sind, die Routine in Schritt S202, ob eine Kraftstoffunterbrechung ausgeführt worden ist oder nicht ausgeführt worden ist. Falls eine Kraftstoffunterbrechung ausgeführt worden ist, wird die Routine beendet. Andererseits bestimmt, falls eine Kraftstoffunterbrechung nicht ausgeführt worden ist, die Routine in Schritt S203, ob die Maschine in einem Zustand, in dem eine Harnstoffzugabe nicht gestartet worden ist, ist oder nicht ist. Das heißt, dass die Routine bestimmt, ob der NOx-Katalysator 34 aktiv gewesen ist und die Maschine in dem Zustand ist oder nicht ist, in dem eine Harnstoffzugabe nicht gestartet worden ist.
Falls eine Harnstoffzugabe bereits gestartet worden ist, wird die Routine beendet. Andererseits schreitet, falls eine Harnstoffzugabe noch nicht gestartet worden ist, die Routine zu Schritt S204, um zu bestimmen, ob es eine Abweichung von zumindest einem vorgegebenen Wert zwischen dem stromaufwärtigen NOx-Sensorausgangssignal Iu und dem stromabwärtigen NOx-Sensorausgangssignal Id gibt oder nicht gibt.
Bei Bestimmen, dass es keine Abweichung von zumindest dem vorgegebenen Wert gibt, wird die Routine beendet. Bei Bestimmen, dass es eine Abweichung von zumindest dem vorgegebenen Wert gibt, führt die Routine eine derartige Verstärkungskalibrierung des stromaufwärtigen NOx-Sensors 51 aus, wie vorstehend in Schritt S205 beschrieben ist.
In Schritt S204 kann die Routine durch z. B. Vergleichen der Sensorausgangssignale Iu und Id, die zu der Zeit einer Ausführung von Schritt S204 erhalten worden sind, bestimmen, ob es eine Abweichung von zumindest einem vorgegebenen Wert gibt oder nicht gibt. Alternativ kann die Routine die Sensorausgangssignale Iu und Id in der Region mit niedriger Konzentration miteinander die Sensorausgangssignale Iu und Id in der Region mit niedriger Konzentration miteinander vergleichen, und falls es eine Abweichung von zumindest dem vorgegebenen Wert in einer oder beiden von den Regionen mit niedriger und hoher Konzentration gibt, bestimmen, dass es eine Abweichung von zumindest dem vorgegebenen Wert gibt.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind beschrieben. Es sind jedoch andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung möglich. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung auf andere Brennkraftmaschinen als Kompressionszündungsbrennkraftmaschinen anwendbar. Die vorliegende Erfindung ist z. B. auf Fremdzündungsbrennkraftmaschinen, insbesondere Direkteinspritzmagerverbrennungsbenzinmaschinen anwendbar.
Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nicht auf jenes vorstehend beschriebene beschränkt. Die vorliegende Erfindung umfasst jegliche Veränderungen, Anwendungen und Äquivalente, die in dem Konzept der vorliegenden Erfindung, das durch die Ansprüche definiert ist, enthalten sind. Somit sollte die vorliegende Erfindung nicht als in einer beschränkten Weise interpretiert werden, sondern auf jegliche andere Technik anwendbar sein, die zu dem Umfang der Konzepte der vorliegenden Erfindung gehört.

Claims

Ausgangssignalkalibriervorrichtung für einen NOx-Sensor (50) gekennzeichnet dadurch, dass sie folgendes aufweist: ein Harnstoffzugabeventil (40), das in einem Abgasdurchgang (15) in einer Brennkraftmaschine (10) vorgesehen ist, um zu erlauben, dass Harnstoff nach innerhalb des Abgasdurchgangs (15) zugegeben wird; einen NOx-Sensor (50), der zumindest stromabwärts des Harnstoffzugabeventils (40) vorgesehen ist, wobei der NOx-Sensor (50) fähig ist, nicht nur eine NOx-Konzentration sondern auch eine Ammoniakkonzentration zu erfassen; eine Kraftstoffunterbrechungseinrichtung zum Durchführen einer Kraftstoffunterbrechung der Brennkraftmaschine (10); und eine Kalibriereinrichtung zum Kalibrieren einer Verstärkung des NOx-Sensors (50) auf der Grundlage von Ammoniak, das aus dem Harnstoff erhalten wird, das über das Harnstoffzugabeventil (40) während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung zugegeben wird.
Ausgangssignalkalibriervorrichtung für den NOx-Sensor (50) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinrichtung die Verstärkung des NOx-Sensors (50) auf der Grundlage der Beziehung zwischen einem Ausgangssignal von dem NOx-Sensor (50) und der Ammoniakkonzentration kalibriert, die erhalten wird, wenn eine Menge an Harnstoff, die äquivalent zu einer vorgegebenen Ammoniakkonzentration ist, über das Harnstoffzugabeventil (40) während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung zugegeben wird.
Ausgangssignalkalibriervorrichtung für den NOx-Sensor (50) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinrichtung einen Versatz des NOx-Sensors vor einer Ausführung der Verstärkungskalibrierung und während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung kalibriert.
Ausgangssignalkalibriervorrichtung für den NOx-Sensor (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinrichtung die Verstärkung für jede einer Vielzahl von geteilten Regionen der Ammoniakkonzentration oder der NOx-Konzentration kalibriert.
Ausgangssignalkalibriervorrichtung für den NOx-Sensor (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner gekennzeichnet durch einen NOx-Sensors (einen stromaufwärtigen NOx-Sensor) (51), der stromaufwärts des Harnstoffzugabeventils (40) vorgesehen ist, und dass zumindest nach einer Ausführung der Kalibrierung der Verstärkung des NOx-Sensors (eines stromabwärtigen NOx-Sensors) (50), der stromabwärts des Harnstoffzugabeventils (40) vorgesehen ist, und während einer Nichtausführung der Kraftstoffunterbrechung und der Harnstoffzugabe, die Kalibriereinrichtung eine Verstärkung des stromaufwärtigen NOx-Sensors (51) durch Vergleichen eines Ausgangssignals von dem stromaufwärtigen NOx-Sensor (51) mit einem Ausgangssignal von dem stromabwärtigen NOx-Sensor (50) kalibriert.
Verfahren zum Kalibrieren eines Ausgangssignals von einem NOx-Sensor (50), der in einer Brennkraftmaschine (10) vorgesehen ist, wobei die Brennkraftmaschine ein Harnstoffzugabeventil (40) aufweist, das in einem Abgasdurchgang in der Brennkraftmaschine (10) vorgesehen ist, um zu erlauben, dass Harnstoff zu dem Abgasdurchgang (15) zugegeben wird, der NOx-Sensor (50) zumindest stromabwärts des Harnstoffzugabeventils (40) vorgesehen ist und fähig ist, nicht nur eine NOx-Konzentration sondern auch eine Ammoniakkonzentration zu erfassen, wobei das Ausgangssignalkalibrierverfahren für den NOx-Sensor (40) folgendes aufweist: einen Schritt Ausführen einer Kraftstoffunterbrechung der Brennkraftmaschine; einen Schritt (S105, S107) Zugeben von Harnstoff über das Harnstoffzugabeventil (40) während einer Ausführung der Kraftstoffunterbrechung; und einen Schritt (S110, S111) Kalibrieren einer Verstärkung des NOx-Sensors (50) auf der Grundlage von Ammoniak, das aus dem zugegebenen Harnstoff erhalten wird.