DE112012005904T5 - NOx-Sensor-Steuervorrichtung - Google Patents

NOx-Sensor-Steuervorrichtung Download PDF

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c/o TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI Aoki Keiichiro
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Abstract

Für eine vorbestimmte Periode vor Erfassen einer Sensorausgabe eines NOx-Sensors der Einzelzellenart wird ein Zustand induziert, in dem eine Spannung nicht zwischen einem Paar von Elektroden angelegt wird, oder ein Zustand induziert, in dem eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kleiner als ein Referenzwert ist. Der ”Referenzwert” für die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kann angemessen innerhalb eines Bereichs eingestellt sein, der zumindest kleiner als die vorgenannte Spannung zum Erfassen der Ausgabe ist, und beträgt 0 V oder eine kleine Potentialdifferenz in der Umgebung von 0 V. Daher wird bewirkt, dass eine bestimmte Menge von NOx an den Elektroden des NOx-Sensors angesammelt wird. Nachdem die vorbestimmte Periode verstrichen ist, wird eine Spannung zur Sensorausgabeerfassung zwischen den Elektroden angelegt. Die NOx-Konzentration wird gemäß der Sensorausgabe während einer Zeit, in der die Spannung zur Sensorausgabeerfassung angelegt wird erfasst.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine NOx-Sensor-Steuervorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für einen NOx-Sensor der Einzelzellenart, die ein Paar von Elektroden umfasst, die an zwei Seiten eines Festelektrolyten angebracht sind.
  • Stand der Technik
  • Ein NOx-Sensor der Einzelzellenart, der ein Paar von Elektroden an zwei Seiten eines Festelektrolyten umfasst, ist in der Patentschrift 1 offenbart. In dem vorstehend genannten NOx-Sensor wird eine Elektrode der Perovskit-Art als eine Erfassungselektrode verwendet. Eine Elektrode der Perovskit-Art weist eine selektive Adsorptionsfähigkeit bezüglich NOx auf. Der vorstehende NOx-Sensor erzeugt einen Abbau- bzw. Dekompositionsstrom, der fließt, wenn an der Erfassungselektrode adsorbiertes bzw. angelagertes NOx abgebaut wird, als eine Ausgabe. Der Abbau- bzw. Dekompositionsstrom weist eine Korrelation mit der NOx-Konzentration auf, und daher wird die NOx-Konzentration durch Erfassen des Dekompositionsstroms erfasst.
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
    • Patentschrift 1: Nationale Offenlegung der Internationalen Patentanmeldung Nr. 2011-513735
    • Patentschrift 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 08-128979
    • Patentschrift 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-256232
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Wenn ein NOx-Sensor verwendet wird, der Elektroden der Perovskit-Art verwendet, wie in der vorstehenden Patentschrift 1 beschrieben ist, wird eine große Menge von NOx auf der Erfassungselektrode in einer Umgebung, in der eine hohe NOx-Konzentration vorliegt, adsorbiert bzw. angelagert, und der erfasste Dekompositionsstrom ist ebenso groß. Daher kann die NOx-Konzentration mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit erfasst werden. Andererseits nimmt die Rate der NOx-Adsorption auf der Erfassungselektrode in einer Umgebung ab, in der die NOx-Konzentration extrem niedrig ist. In diesem Fall gilt, dass auch wenn eine Elektrode der Perovskit-Art als eine Erfassungselektrode verwendet wird, und die Elektrodenoberfläche vergrößert wird, der Dekompositionsstrom nach wie vor ein extrem kleiner Strom ist. Folglich kann es sein, dass in einer Umgebung, in der eine niedrige NOx-Konzentration vorliegt, Fehler und Schwankungen der Sensorausgabe einem Anstieg unterworfen sind, und in einigen Fällen ist es schwer, die NOx-Konzentration innerhalb des Bereichs einer benötigten niedrigen Konzentration zu erfassen.
  • Weiterhin wird erwogen, dass auch wenn eine sehr kleine Spurenmenge des Dekompositionsstroms erfasst wird, es notwendig ist, beispielsweise eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Verarbeitung zum Verstärken des Signals durchführt oder Störungen oder dergleichen eliminiert, um die NOx-Konzentration mit einer Steuervorrichtung basierend auf einem Ausgangssignal zu erfassen, das einen kleinen Stromwert aufweist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und die vorliegende Erfindung stellt eine NOx-Sensor-Steuervorrichtung bereit, die derart verbessert ist, dass die Erfassungsgenauigkeit bezüglich einer NOx-Konzentration eines NOx-Sensors verbessert werden kann, während ein Anstieg der zur NOx-Erfassung notwendigen Ausstattung unterbunden wird.
  • Lösung des Problems
  • Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, betrifft die vorliegende Erfindung eine NOx-Sensor-Steuervorrichtung, die einen NOx-Sensor steuert, der in einer Abgaspassage einer Brennkraftmaschine angebracht ist, in der der NOx-Sensor einen Festelektrolyten und ein Paar von Elektroden umfasst, die derart angebracht sind, um den Festelektrolyten dazwischen einzuschieben, und eine Sensorausgabe abgibt, die von einer NOx-Konzentration eines Gases abhängt, das ein Erfassungsobjekt ist. Die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Einrichtung zum Induzieren, für eine vorbestimmte Periode vor Erfassung der Sensorausgabe, eines Zustands, in dem eine Spannung nicht zwischen dem Paar von Elektroden angelegt wird, oder eines Zustands, in dem eine Potentialdifferenz zwischen dem Paar von Elektroden kleiner als ein Referenzwert ist.
  • Hier kann der ”Referenzwert” für die Potentialdifferenz zwischen dem Paar von Elektroden angemessen innerhalb eines Bereichs eingestellt sein, der mindestens niedriger als eine Spannung für eine später beschriebene Ausgangserfassung ist, und es gilt vorzugsweise, dass der Referenzwert 0 V oder eine kleine Potentialdifferenz in der Umgebung von 0 V beträgt. Weiterhin kann die ”vorbestimmte Periode” eine feste Zeitperiode sein, die durch Berücksichtigen des für den NOx-Sensor notwendigen Ansprechverhaltens bestimmt wird, beispielsweise eine Periode, die während einer Steuerung gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt wird. In einem Fall, in dem die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung zwei oder mehr NOx-Sensoren entsprechend steuert, kann eine Konfiguration angewendet werden, in der die ”vorbestimmte Periode” für jeden der NOx-Sensoren eingestellt werden kann.
  • Die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung zur Sensorausgabeerfassung zwischen dem Paar von Elektroden, nachdem die vorbestimmte Periode verstreicht, und eine Einrichtung zum Erfassen einer NOx-Konzentration gemäß der Sensorausgabe zu einem Zeitpunkt, bei dem die Spannung zur Sensorausgabeerfassung angelegt wird.
  • Hier kann die Spannung zur Sensorausgabeerfassung eine Wechselspannung sein. In einem solchen Fall wird eine Frequenz zwischen 0,1 Hz und 10 Hz mehr bevorzugt als die Frequenz der Wechselspannung. Weiterhin kann die Wechselspannung nur für einen Zyklus angelegt werden.
  • Die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung sein, die, nach Anlegen der Spannung zur Sensorausgabeerfassung, eine Spannung anlegt, die in einer entgegengesetzten Richtung zu der Spannung zur Sensorausgabeerfassung verläuft, und ebenso eine Größe aufweist, die kleiner oder gleich der Spannung zur Sensorausgabeerfassung ist.
  • Die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann weiterhin eine Einrichtung zum Einstellen von zumindest einer Bedingung, gemäß einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, aus einer Länge der vorbestimmten Periode, einem Maximalwert der Spannung zur Sensorausgabeerfassung, und einer Anlegezeitperiode der Spannung zur Sensorausgabeerfassung umfassen. In diesem Fall kann die Einrichtung zum Erfassen einer NOx-Konzentration eine NOx-Konzentration gemäß der Sensorausgabe basierend auf einer Beziehung zwischen der Sensorausgabe und einer NOx-Konzentration gemäß einer voreingestellten Bedingung erfassen.
  • Die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine Steuervorrichtung sein, die jeden von zwei NOx-Sensoren steuert, die ein erster NOx-Sensor, der stromaufwärtig eines Harnstoff-SCR-Katalysators in der Abgaspassage der Brennkraftmaschine angebracht ist, und ein zweiter NOx-Sensor ist, der stromabwärtig des Harnstoff-SCR-Katalysators angebracht ist.
  • In diesem Fall kann beispielsweise eine Länge der vorbestimmten Periode bezüglich des ersten NOx-Sensors kürzer eingestellt sein als eine Länge der vorbestimmten Periode bezüglich des zweiten NOx-Sensors. Weiterhin kann beispielsweise ein Maximalwert der Spannung zur Sensorausgabeerfassung bezüglich des ersten NOx-Sensors niedriger eingestellt sein als ein Maximalwert der Spannung zur Sensorausgabeerfassung bezüglich des zweiten NOx-Sensors. Alternativ kann eine Anlegezeitperiode der Spannung zur Sensorausgabeerfassung bezüglich des ersten NOx-Sensors kürzer sein als eine Anlegezeitperiode der Spannung zur Sensorausgabeerfassung bezüglich des zweiten NOx-Sensors.
  • Die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann weiterhin umfassen: eine Einrichtung zum Anlegen, nach Anlegen der Spannung zur Sensorausgabeerfassung, einer Wechselspannung, deren Maximalwert kleiner als ein Maximalwert der Spannung zur Sensorausgabeerfassung ist; eine Einrichtung zum Erfassen einer Impedanz des Festelektrolyten zu einem Zeitpunkt, bei dem die kleine Wechselspannung angelegt wird; und eine Einrichtung zum Erfassen einer Temperatur eines Sensorelements des NOx-Sensors gemäß der Impedanz.
  • Zusätzlich kann die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Einrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung zur NOx-Entfernung zwischen dem Paar von Elektroden zu festgelegten Intervallen zum Entfernen von sich auf dem Paar von Elektroden befindlichen NOx während einer Periode, bis ein Sensorelement des NOx-Sensors eine Aktivierungsenergie erreicht, umfassen.
  • In diesem Fall kann die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung weiterhin umfassen: eine Einrichtung zum Anlegen, nach Anlegen der Wechselspannung zur NOx-Entfernung, einer Wechselspannung, deren Maximalwert kleiner als ein Maximalwert der Wechselspannung zur NOx-Entfernung ist; eine Einrichtung zum Erfassen einer Impedanz des Festelektrolyten zu einem Zeitpunkten, bei dem die kleine Wechselspannung angelegt wird; und eine Einrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Sensorelements gemäß der Impedanz.
  • Die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann weiterhin eine Einrichtung zum Anlegen einer Gleichstromspannung zwischen dem Paar von Elektroden während einer Periode, bis ein Sensorelement des NOx-Sensors eine Aktivierungstemperatur erreicht, umfassen.
  • In diesem Fall kann die NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung weiterhin umfassen: eine Einrichtung zum Überlagern einer Wechselspannung zur Impedanzerfassung über die Gleichstromspannung, und Anlegen der überlagerten Spannung zwischen dem Paar von Elektroden zu festgelegten Intervallen während einer Periode, bis das Sensorelement eine Aktivierungstemperatur erreicht; eine Einrichtung zum Erfassen einer Impedanz des Festelektrolyten zu einem Zeitpunkt, bei dem die Wechselspannung zur Impedanzerfassung angelegt wird; und eine Einrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Sensorselements gemäß der Impedanz.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird während einer vorbestimmten Periode vor Erfassen der Sensorausgabe ein Zustand induziert, in dem eine Spannung nicht zwischen dem Paar von Elektroden angelegt wird, oder in dem eine Potentialdifferenz zwischen dem Paar von Elektroden kleiner als ein Referenzwert ist. Als eine Folge kann während der vorbestimmten Periode eine Dekomposition von NOx auf den Elektroden unterbunden werden, und eine große Menge von NOx kann bewirkt werden, auf den Elektroden adsorbiert zu werden. Demzufolge kann eine Sensorausgabe, die erfasst wird, nachdem die vorbestimmte Periode verstrichen ist, eine große Ausgabe bewirken. Folglich können NOx-Konzentrationen über einen breiten Bereich erfasst werden, der ebenso einen Fall umfasst, in dem eine NOx-Konzentration eine extrem niedrige Konzentration aufweist. Weiterhin gilt, dass weil die Sensorausgabe eine große Ausgabe durchführen kann, der Einfluss von Ausgabefehlern, die aufgrund von Störungen und dergleichen entstehen, unterbunden werden kann, und die NOx-Konzentration kann mit einem hohen Ausmaß von Genauigkeit erfasst werden.
  • Weiterhin kann ein Händeln der Sensorausgabe, das durch Anlegen einer Spannung zur Sensorausgabeerfassung verursacht wird, durch Verwenden einer Wechselspannung als die Spannung zur Sensorausgabeerfassung unterbunden werden, oder durch Anlegen einer Spannung in der entgegengesetzten Richtung zu der Spannung zur Sensorausgabeerfassung nach Anlegen der Spannung zur Sensorausgabeerfassung.
  • Weiterhin kann durch Einstellen der Länge der vorbestimmten Periode der Maximalwert der Spannung zur Sensorausgabeerfassung, oder der Anlegezeitperiode der Spannung zur Sensorausgabeerfassung, gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, beispielsweise in einem Fall, in dem die NOx-Konzentration eine niedrige Konzentration ist, eine Steuerung durchgeführt werden, die in Einklang mit dem Betriebszustand ist, wie etwa Verlängern der vorbestimmten Periode oder der Anlegezeitperiode, sowie Erhöhen der angelegten Spannung.
  • Weiterhin kann durch Einstellen der Länge der vorbestimmten Periode, des Maximalwerts der Spannung zur Sensorausgabeerfassung, oder der Anlegezeitperiode der Spannung zur Sensorausgabeerfassung auf verschiedene Werte für jeden von zwei NOx-Sensoren, die stromaufwärtig oder stromabwärtig eines Harnstoff-SCR-Systems angeordnet sind, eine angemessene Steuerung gemäß der Verwendungsumgebung von jedem der beiden NOx-Sensoren durchgeführt werden.
  • Zusätzlich kann durch Anlegen einer Spannung zur Impedanzerfassung nach Anlegen einer Spannung zur Sensorausgabeerfassung, die Elementtemperatur parallel mit einer Steuerung zum Erfassen der NOx-Konzentration erfasst werden.
  • Weiterhin ist es während einer Periode, bis das Sensorelement des NOx-Sensors eine Aktivierungstemperatur erreicht, durch Anlegen einer Gleichstromspannung zwischen dem Paar von Elektroden, oder durch Anlegen einer Wechselspannung dazwischen zu festgelegten Intervallen, möglich, das Anhaften einer großen Menge von NOx auf den Elektroden, bevor das Sensorelement die Aktivierungstemperatur erreicht, zu unterbinden. Demzufolge kann eine Steuerung für eine NOx-Konzentrationserfassung zu einer früheren Stufe ausgeführt werden, nachdem das Sensorelement die Aktivierungstemperatur erreicht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Gesamtkonfiguration eines Systems gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Darstellung zum Beschreiben der Konfiguration eines Sensorelements des NOx-Sensors 14 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Darstellung zum Beschreiben einer Zusammenfassung einer Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Routine einer Steuerung, die durch die Steuervorrichtung 20 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • 5 ist eine Darstellung zum Beschreiben einer Genauigkeit der NOx-Konzentrationserfassung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine Darstellung zum Beschreiben einer Zusammenfassung einer Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine Darstellung zum Beschreiben eines Kennfelds, das gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in dem eine Beziehung zwischen einer Sensorausgabe eines NOx-Sensors und einer NOx-Konzentration definiert ist.
  • 8 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Routine einer Steuerung, die durch die Steuervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • 9 ist eine Darstellung zum Beschreiben einer Zusammenfassung einer Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Routine einer Steuerung, die durch die Steuervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • 11 ist eine Darstellung zum Beschreiben einer Zusammenfassung einer Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Routine einer Steuerung, die durch die Steuervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • 13 ist eine Darstellung zum Beschreiben eines weiteren Steuerbeispiels gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. Für jede der Zeichnungen werden gleiche oder entsprechende Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung von solchen Abschnitten wird vereinfacht oder weggelassen.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • [Gesamtkonfiguration des Systems gemäß Ausführungsbeispiel 1]
  • 1 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Gesamtkonfiguration eines Systems gemäß Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das in 1 veranschaulichte System ist in einem Fahrzeug oder dergleichen angebracht, und wird dort verwendet. In dem in 1 veranschaulichten System ist ein DPF (Dieselpartikelfilter) 6, der ein Filter zum Einfangen von Partikeln ist, in einer Abgaspassage 4 einer Brennkraftmaschine 2 angeordnet. Obwohl in den Zeichnungen nicht veranschaulicht, ist ein Oxidationskatalysator mit diesem kombiniert und in dem DPF 6 angebracht. Der DPF 6 ist ein Filter, der Feinstaubpartikel (PM), die in Abgas enthalten sind, einfängt.
  • Ein Harnstoff-SCR-System (nachstehend ebenso als ein ”SCR-System” bezeichnet) ist stromabwärtig des DPF 6 in der Abgaspassage 4 angebracht. Das SCR-System umfasst ein Harnstoffeinspritzventil 8 und einen selektiven Reduktions-NOx-Katalysator 10. Das Harnstoffeinspritzventil 8 ist über Leitungen mit einem Harnstofftank 12 verbunden. Das Harnstoffeinspritzventil 8 spritzt Harnstoffwasser, das von dem Harnstofftank 12 zugeführt wird, in die Abgaspassage 4 an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators 10 ein. Der NOx-Katalysator 10 reduziert in Abgas enthaltenes NOx durch Verwenden von Ammoniak, das aus dem Harnstoffwasser als ein Reduktionsmittel erzeugt wird, um dadurch das Abgas zu reinigen.
  • Ein NOx-Sensor 14 (erster NOx-Sensor) ist in der Abgaspassage 4 an einer Position angeordnet, die sich stromaufwärtig des NOx-Katalysators 10 und stromabwärtig des DPF 6 befindet. Ein NOx-Sensor 16 (zweiter NOx-Sensor) ist in der Abgaspassage 4 an der stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 10 angeordnet.
  • Das System umfasst eine Steuervorrichtung 20. Zusätzlich zu dem NOx-Sensor 14 und dem NOx-Sensor 16 sind ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor und verschiedene Sensoren der Brennkraftmaschine 2 mit der Eingangsseite der Steuervorrichtung 20 verbunden. Das Harnstoffeinspritzventil 8 und verschiedene andere Aktuatoren sind mit der Ausgangsseite der Steuervorrichtung 20 verbunden. Die Steuervorrichtung 20 führt ein vorbestimmtes Programm basierend auf Informationen, die von den verschiedenen Sensoren eingegeben werden, aus, um verschiedene Aktuatoren und dergleichen zu aktivieren, und dadurch verschiedene Arten von Steuerungen bezüglich einer Operation der Brennkraftmaschine 2 auszuführen.
  • [Konfiguration des NOx-Sensors gemäß Ausführungsbeispiel 1]
  • 2 ist eine schematische Darstellung zum Beschreiben der Konfiguration eines Sensorelements des NOx-Sensors 14 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 1. Es sei angemerkt, dass obwohl der NOx-Sensor 14 in der nachfolgenden Beschreibung als ein Beispiel genommen wird, der NOx-Sensor 16 an der stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 10 die gleiche Konfiguration wie der NOx-Sensor 14 aufweist.
  • Der NOx-Sensor 14 ist ein Sensor der Einzelzellenart. Insbesondere, wie in 2 gezeigt ist, umfasst das Sensorelement des NOx-Sensors 14 eine Zelle, die einen Festelektrolyten 30 aufweist, und ein Paar von Elektroden, die eine Erfassungselektrode 32 und eine Referenzelektrode 34 umfassen, die derart angebracht sind, um den Festelektrolyten 30 dazwischen einzuschieben. Der Festelektrolyt 30 besteht aus Zirkonia (ZrO2). Die Erfassungselektrode 32 des NOx-Sensors 14 ist eine Elektrode der Perovskit-Art. Eine Elektrode der Perovskit-Art weist eine selektive Adsorptionsfähigkeit bezüglich NOx auf. Die Referenzelektrode 34 ist eine Elektrode, die Platin (pt) umfasst.
  • Es sei angemerkt, dass ein Isoliersubstrat mit einem vorbestimmten konkaven Abschnitt an einer Seite einer Fläche des Festelektrolyten 30 angebracht ist, an der die Referenzelektrode 34 angebracht ist, und die Referenzelektrode 34 ist in einem Raum angebracht, der durch den konkaven Abschnitt des Isoliersubstrats und des Festelektrolyten 30 gebildet wird. Ein Heizelement ist innerhalb des Isoliersubstrats ausgebildet.
  • Die Konfiguration ist derart, dass eine Spannung zum Erfassen einer NOx-Konzentration durch eine elektrische Schaltung oder dergleichen zwischen der Erfassungselektrode 32 und der Referenzelektrode 34, die das Paar von Elektroden bilden, angelegt wird, und eine vorbestimmte Wechselspannung (AC-Spannung) zum Erfassen der Elementtemperatur ebenso zwischen der Erfassungselektrode 32 und der Referenzelektrode 34 angelegt wird. Weiterhin wird eine vorbestimmte Spannung durch eine elektrische Schaltung oder dergleichen an das Heizelement angelegt, um dadurch das Sensorelement aufzuheizen.
  • [Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 1]
  • In dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 umfasst eine Steuerung, die die Steuervorrichtung 20 ausführt, eine Steuerung einer an die NOx-Sensoren 14 und 16 angelegten Spannung, sowie eine Steuerung zum Erfassen von Ausgangssignalen der NOx-Sensoren 14 und 16, um eine in Abgas stromaufwärtig oder stromabwärtig der SCR-Systems enthaltene NOx-Konzentration zu erfassen.
  • NOx wird selektiv an der Oberfläche der Erfassungselektrode 32, die eine Elektrode der Perovskit-Art ist, adsorbiert. Wenn eine vorbestimmte Spannung zum Erfassen einer Sensorausgabe während einer NOx-Konzentrationserfassung angelegt wird, wird NOx, das an der Erfassungselektrode 32 adsorbiert wurde, dekompostiert bzw. abgebaut, und ein Abbau- bzw. Dekompositionsstrom wird erzeugt. Der NOx-Sensor 14 gibt zu diesem Zeitpunkt einen Gegenwert aus. Die Steuervorrichtung 20 empfängt die Ausgabe des NOx-Sensors 14, um dabei die in dem Abgas enthaltene NOx-Konzentration zu erfassen.
  • Jedoch wird erwogen, dass die NOx-Konzentration in dem Abgas an der stromabwärtigen Seite des DPF 6 oder der stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 10 auf eine extrem niedrige Konzentration aufbereitet wurde. Demzufolge ist ein durch den bzw. die NOx-Abbau bzw. -Dekomposition erzeugter Abbau- bzw. Dekompositionsstrom extrem klein. Es wird erwogen, dass in diesem Fall möglicherweise Fehler in der Ausgabe des NOx-Sensors 14 und des NOx-Sensors 16 aufgrund des Einflusses von Störungen und dergleichen auftreten können, und folglich treten Schwankungen in den erfassten NOx-Konzentrationen auf.
  • Demzufolge wird gemäß dem System des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 1 eine NOx-Konzentrationserfassung unter der nachstehend beschriebenen Steuerung durchgeführt. 3 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben einer gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 durchgeführten Steuerung. Das Beispiel in 3 veranschaulicht Änderungen einer Spannung, die zwischen der Erfassungselektrode 32 und der Referenzelektrode 34 während einer NOx-Konzentrationserfassung gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 angelegt wird.
  • <NOx-Adsorptionsperiode>
  • In einer NOx-Adsorptions- bzw. Ablagerungsperiode (vorbestimmte Periode), die in 3 mit Bezugszeichen (a1) versehen ist, wird das Anlegen einer Spannung an die Elektroden 32 und 34 gestoppt (getrennt). Eine Potentialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode 32 und der Referenzelektrode 43 beträgt zu diesem Zeitpunkt 0 V. Während der NOx-Adsorptionsperiode ist NOx auf der Erfassungselektrode 32 nicht einer Dekomposition bzw. einem Abbau unterworfen, und die Menge von auf der Erfassungselektrode 32 adsorbiertem NOx nimmt allmählich zu.
  • <NOx-Erfassungsperiode>
  • In einer in 3 mit Bezugszeichen (b1) bezeichneten NOx-Erfassungsperiode wird eine Wechselspannung als eine Spannung zur Ausgabeerfassung zwischen der Erfassungselektrode 32 und der Referenzelektrode 34 angelegt. Insbesondere steigt die angelegte Spannung graduell bzw. allmählich von dem Zustand, in dem die Spannung 0 V beträgt, in der Vorwärtsrichtung an, was die Erfassungselektrode 32 negativ macht und die Referenzelektrode 34 positiv macht, und die angelegte Spannung wird für eine festgelegte Zeitperiode bei einer Stufe beibehalten, bei der die angelegte Spannung die maximale Spannung erreicht hat. Die Ausgabe während dieser Periode, in der die angelegte Spannung bei der maximalen Spannung beibehalten wird, wird überwacht, und eine Ausgabe zu einem Erfassungszeitpunkt (B), bei dem die maximale Ausgabe abgegeben wird, wird als die Sensorausgabe erfasst.
  • Nachdem die angelegte Spannung für eine festgelegte Zeitperiode bei der maximalen Spannung beibehalten wird, wird die Spannung graduell bzw. allmählich verringert, und nimmt schrittweise bis zu einer minimalen Spannung ab, die die Referenzelektrode 34 negativ macht und die Erfassungselektrode 32 positiv macht. Hier beziehen sich die Ausdrücke ”maximale Spannung” und ”minimale Spannung” auf Spannung der gleichen Größe in entgegengesetzten Richtungen mit der Mitte von 0 V, was die Spannung während der NOx-Adsorptionsperiode ist. Die Spannung wird für eine festgelegte Zeitperiode bei der Stufe beibehalten, bei der die minimale Spannung erreicht wird. Durch Anlegen von Spannungen der gleichen Größe für die gleichen Zeitperioden an der positiven Seite und der negativen Seite auf diese Weise, kann das Auftreten eines Pendelns durch einen Umkehrstrom nach Anlegen einer Wechselspannung verhindert werden, und es kann schnell zu einer ”NOx-Adsorptionsperiode” zurückgekehrt werden.
  • In dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass eine Wechselspannung für nun einen Zyklus angelegt wird. Weiterhin wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen angenommen, dass der Ausdruck ”Größe der Wechselspannung” eine maximale Spannung bedeutet, eine Differenz zwischen der maximalen Spannung und der minimalen Spannung der Wechselspannung wird ebenso als eine ”Amplitude” bezeichnet, und der Kehrwert einer Länge eines Zyklus einer angelegten Wechselspannung wird ebenso als eine ”Frequenz” bezeichnet.
  • In diesem Zusammenhang gilt, dass wenn die NOx-Adsorptionsperiode zu einer langen Periode gemacht wird, eine große Menge von NOx bewirkt werden kann, um während der NOx-Adsorptionsperiode an der Erfassungselektrode 32 adsorbiert zu werden. Demzufolge kann eine größere Sensorausgabe in der NOx-Erfassungsperiode erfasst werden. Andererseits kann eine NOx-Konzentration nicht während der NOx-Adsorptionsperiode erfasst werden. Folglich tritt eine entsprechende Antwortverzögerung auf. Daher wird eine Referenzzeitperiode als die Länge der NOx-Adsorptionsperiode auf einen angemessenen Wert eingestellt, der durch Experimente oder dergleichen bestimmt wird, und der eine Zeitperiode berücksichtigt, in der eine Menge von NOx, die benötigt wird, um eine Sensorausgabe einer benötigten Größe zu erhalten, adsorbiert werden kann, sowie die durch die NOx-Adsorptionsperiode verursachte Antwortverzögerung. Dieser Wert wird zuvor in der Steuervorrichtung 20 gespeichert. Insbesondere gilt beispielsweise vorzugsweise, dass eine Zeitspanne, die verwendet wird, um die NOx-Konzentration einmal von dem Start der NOx-Adsorptionsperiode bis zu dem Ende der NOx-Erfassungsperiode zu erfassen, auf einen Wert zwischen 0,1 und 10 Sekunden eingestellt ist.
  • Es besteht eine Korrelation zwischen der erfassten Sensorausgabe und der NOx-Konzentration. Jedoch variiert diese Korrelation in Abhängigkeit von der Länge der NOx-Adsorptionsperiode sowie der Größe der in der NOx-Erfassungsperiode angelegten Wechselspannung. Demzufolge wird die Beziehung zwischen der Sensorausgabe und der NOx-Konzentration durch Experimente oder dergleichen unter Berücksichtigung der Sensoreigenschaften und der Länge der NOx-Adsorptionsperiode sowie der Größe und dem Zyklus der in der NOx-Erfassungsperiode angelegten Wechselspannung bestimmt. Als eine Folge wird ein Kennfeld erhalten, das die Beziehung zwischen der Sensorausgabe und der NOx-Konzentration definiert, und das Kennfeld wird zuvor in der Steuervorrichtung 20 gespeichert. Bei der eigentlichen Steuerung wird die NOx-Konzentration gemäß dem Kennfeld gemäß der erfassten Sensorausgabe bestimmt.
  • [Spezifische Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 1]
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Routine einer Steuerung, welche die Steuervorrichtung 20 in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ausführt. Die Routine in 4 wird wiederholt zu festgelegten Betriebszyklen ausgeführt. Es sei angemerkt, dass der NOx-Sensor 14 an der stromaufwärtigen Seite in dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel als das Objekt der Steuerung beschrieben ist.
  • In der in 4 gezeigten Routine bestimmt zunächst die Steuervorrichtung 20, ob eine Vorbedingung erfüllt ist oder nicht (S102). Die Vorbedingung ist eine notwendige Bedingung zum angemessenen Erfassen von NOx mithilfe des NOx-Sensors 14, und ist beispielsweise eine Bedingung bezüglich dessen, ob das Fahrzeug nach einem Aufwärmen der Brennkraftmaschine 2 betrieben wird, oder ob das Sensorelement des NOx-Sensors 14 eine Aktivierungstemperatur erreicht hat, oder dergleichen. Es wird angenommen, dass eine spezifische Vorbedingung zuvor eingestellt und in der Steuervorrichtung 20 gespeichert ist. Wenn in Schritt S102 bestimmt wird, dass die Vorbedingung nicht erfüllt ist, endet die gegenwärtige Verarbeitung temporär.
  • Wenn in Schritt S102 bestimmt wird, dass die Vorbedingung erfüllt ist, schaltet die Steuervorrichtung 20 anschließend das Anlegen einer Spannung an die Elektroden 32 und 34 aus (S104). Als eine Folge wird die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 32 und 34 ungefähr 0 V und die vorstehend beschriebene NOx-Adsorptionsperiode beginnt.
  • Als Nächstes bestimmt die Steuervorrichtung 20, ob eine Referenzzeitperiode verstrichen ist oder nicht, seitdem ein Anlegen der Spannung ausgeschaltet wurde (S106). Das heißt, dass die Steuervorrichtung 20 bestimmt, ob die NOx-Adsorptionsperiode beendet ist oder nicht. Wenn hier die Steuervorrichtung 20 bestimmt, dass die Referenzzeitperiode nicht verstrichen ist, in einem Zustand, in dem ein Anlegen einer Spannung ausgeschaltet ist, wird die Bestimmungsverarbeitung in Schritt S106 wiederholt ausgeführt, bis bestimmt wird, dass die Referenzzeitperiode verstrichen ist.
  • Wenn andererseits in Schritt S106 bestimmt wird, dass die Referenzzeitperiode verstrichen ist, legt die Steuervorrichtung 20 eine Wechselspannung als eine NOx-Erfassungsspannung an (S108). In diesem Fall, wie in 3 gezeigt ist, wird als die Wechselspannung eine Spannung angelegt, um allmählich in Richtung der maximalen Spannung in der Vorwärtsrichtung anzusteigen. Anschließend wird die Spannung bei der maximalen Spannung beibehalten, und anschließend wird die Spannung allmählich in Richtung der minimalen Spannung gesenkt. Anschließend wird die Spannung bei der minimalen Spannung beibehalten, und wird dann allmählich auf 0 V zurückgesetzt.
  • Die Sensorausgabe wird während der Periode, in der die Spannung in der Vorwärtsrichtung nach Start des Anlegens der Wechselspannung in Schritt S108 angelegt wird, überwacht, und eine Ausgabe, die dem Maximalwert entspricht, wird als die Sensorausgabe erfasst (S110). Als Nächstes wird eine NOx-Konzentration basierend auf der Sensorausgabe berechnet (S112). Die NOx-Konzentration wird gemäß der Sensorausgabe gemäß einem Kennfeld oder dergleichen berechnet, das die Beziehung zwischen der Sensorausgabe und der NOx-Konzentration definiert. Anschließend endet die gegenwärtige Verarbeitung.
  • [Vorteilhafte Effekt von Ausführungsbeispiel 1]
  • 5 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Beziehung zwischen der Sensorausgabe und der NOx-Konzentration gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. In 5 bezeichnet die horizontale Achse die Sensorausgabe (Strom) und die vertikale Achse stellt die NOx-Konzentration dar. Weiterhin stellt in 5 eine durchgezogene Linie (a) Erfassungswerte in dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 dar und eine gestrichelte Linie (b) stellt Erfassungswerte gemäß dem herkömmlichen Erfassungsverfahren dar.
  • Wie in 5 gezeigt ist, können die beiden folgenden vorteilhaften Effekte durch die Steuerung des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 1 erhalten werden.
  • (Vorteilhafter Effekt 1)
  • Gemäß dem herkömmlichen Erfassungsverfahren gilt, dass in einem Bereich einer extrem niedrigen Konzentration ein Konzentrationsbereich vorliegt, in dem eine angemessene Sensorausgabe nicht erhalten werden kann, und eine Konzentration nicht durch den NOx-Sensor 14 erfasst werden kann. Jedoch kann gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 durch Erfassen eines Dekompositionsstroms, nachdem eine Adsorption von NOx angemessen durchgeführt wird, eine NOx-Konzentration ebenso bezüglich des extrem niedrigen Konzentrationsbereichs erfasst werden. Daher ist es möglich, sicherzustellen, dass ein breiter Bereich von NOx-Konzentrationen durch den NOx-Sensor 14 erfasst werden kann.
  • (Vorteilhafter Effekt 2)
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 wird ein Dekompositionsstrom als eine Sensorausgabe erfasst, nachdem NOx bewirkt wurde, um auf Elektroden zu adsorbieren. Demzufolge kann die Größe des Dekompositionsstroms, der erfasst wird, erhöht werden. Das heißt, wie in 5 gezeigt ist, dass im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall (b) die Änderungsrate des Sensorsstroms (Ausgabe) bezüglich einer Änderung der NOx-Konzentration erhöht werden kann. Daher unterliegt die Ausgabe des NOx-Sensors 14 keiner Beeinflussung durch Störungen oder dergleichen, und es ist schwierig, dass Schwankungen in der Ausgabe auftreten. Daher kann gemäß dem System des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 1 eine NOx-Konzentration mit einem hohen Grad von Genauigkeit durch den NOx-Sensors 14 erfasst werden. Weiterhin gilt, dass weil die Sensorausgabe auf einen großen Wert gesetzt werden kann, es beispielsweise nicht mehr notwendig ist, einen Verstärker oder dergleichen zwischen der Steuervorrichtung 20 und dem NOx-Sensor 14 bereitzustellen. Daher können die Kosten des Gesamtsystems, das den NOx-Sensor 14 enthält, reduziert werden.
  • Es sei angemerkt, dass gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1, weil die angelegte Spannung während der NOx-Adsorptionsperiode zum Bewirken einer Adsorption von NOx gestoppt wird, gilt, dass eine Verzögerung in der Sensorausgabe auftritt. Jedoch gilt, dass auch wenn die Referenzzeitperiode, für die die NOx-Adsorptionsperiode beibehalten wird, eine extrem kurze Zeitperiode ist, die basierend auf der NOx-Adsorption erhaltene Sensorausgabe auf ein bestimmtes Ausmaß erhöht werden kann. Daher kann eine Kompatibilität zwischen dem Sicherstellen der notwendigen Ausgabeansprechempfindlichkeit des NOx-Sensors und einem Verbessern der Genauigkeit der NOx-Konzentrationserfassung erlangt werden.
  • [Weiteres Beispiel gemäß Ausführungsbeispiel 1]
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 wurde ein Fall beschrieben, in dem ein Anlegen der Spannung während der NOx-Adsorptionsperiode ausgeschaltet wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und es kann ebenso eine Konfiguration angewendet wird, die eine Spannung anlegt, sodass eine Potentialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode 32 und der Referenzelektrode 34 0 V oder ein Wert kleiner oder gleich einem Referenzwert, der in der Umgebung von 0 V eingestellt ist, wird. Hier wird angenommen, dass der Referenzwert ein Wert ist, der zumindest niedriger als eine maximale Spannung der während der NOx-Erfassungsperiode angelegten Wechselspannung ist. Weiterhin ist die Referenzspannung in einem kleinen Bereich eingestellt, in dem eine Dekomposition von NOx an der Erfassungselektrode nicht begünstigt wird. Dies trifft gleichermaßen bezüglich der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zu.
  • Weiterhin wurde gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 ein Fall beschrieben, in dem während der NOx-Erfassungsperiode eine Wechselspannung angelegt wird. Dies wird gemacht, um das Auftreten eines Pendelns bezüglich der Sensorausgabe nach Anlegen der Wechselspannung zu unterbinden, durch Anlegen einer Spannung der gleichen Größe in der entgegengesetzten Richtung, um mit der in der Vorwärtsrichtung angelegten Spannung symmetrisch zu sein. Jedoch ist gemäß der vorliegenden Erfindung das Anlegen einer Spannung zur NOx-Erfassung nicht notwendigerweise auf ein Anlegen einer Wechselspannung beschränkt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine Konfiguration angewendet werden, in der eine Einzelimpulsspannung einer vorbestimmten Größe als eine Spannung zur Ausgabeerfassung in einer Richtung angelegt wird, die auf der Erfassungselektrode 32 vorhandenes NOx abbaut. In diesem Fall ist es ausreichend, die NOx-Adsorptionsperiode wieder zu starten, nachdem das Pendeln konvergiert ist. Dies trifft gleichermaßen bezüglich der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zu.
  • Bezüglich des Unterbindens der Pendelung ist es ebenso effektiv, nach Anlegen einer Einzelimpulsspannung auf diese Weise, eine Spannung in der entgegengesetzten Richtung bezüglich jener anzulegen, in der ein Absolutwert kleiner als der maximale Wert der Spannung zur Ausgabeerfassung ist. In einem solchen Fall gilt vorzugsweise, einen durch Integrieren der angelegten Spannung in der Vorwärtsrichtung über die Anlegezeitperiode (Fläche der Wellenform an der positiven Seite der Wechselspannung in 3) erhaltenen Wert und einen durch Integrieren der angelegten Spannung in der entgegensetzten Richtung über die Anlegezeitperiode (Fläche der Wellenform an der negativen Seite der Wechselspannung in 3) erhaltenen Wert einzustellen, um gleich sein. Das heißt, dass in einem Fall, in dem der Absolutwert der angelegten Spannung in der entgegengesetzten Richtung klein gemacht wird, es erwünscht ist, die Anlegezeitperiode der Spannung in der entgegengesetzten Richtung zu verlängern. Dies trifft gleichermaßen bezüglich der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zu.
  • Zusätzlich wurde gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ein Fall beschrieben, in dem die Sensorausgabe während des Anlegens einer Wechselspannung in der Vorwärtsrichtung in der NOx-Erfassungsperiode überwacht wird, und die maximale Ausgabe zu dieser Zeit wird als die Sensorausgabe verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann beispielsweise eine Konfiguration angewendet werden, bei der ein Mittelwert der Sensorausgabe während des Anlegens der Wechselspannung in der Vorwärtsrichtung bestimmt wird, und der Mittelwert als die Sensorausgabe angewendet wird. Weiterhin kann eine Konfiguration angewendet werden, bei der die Sensorausgabe auf eine Weise erfasst wird, wobei ein vorbestimmter Zeitpunkt während einer Periode, in der eine maximale Spannung in der Vorwärtsrichtung während der NOx-Erfassungsperiode angelegt wird, als der Zeitpunkt der Ausgabeerfassung verwendet wird. Dies trifft gleichermaßen bezüglich der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zu.
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 wurde eine Steuerung des NOx-Sensors 14 beschrieben, der an der stromaufwärtigen Seite angebracht ist. Jedoch ist die gegenwärtige Erfindung nicht darauf beschränkt und kann ebenso zum Steuern des NOx-Sensors 16 angewendet werden, der an der stromabwärtigen Seite angebracht ist. Dies trifft gleichermaßen bezüglich der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zu.
  • Weiterhin ist die Konfiguration und dergleichen des Sensorselements des NOx-Sensors 14, die in dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist, nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung einzuschränken. Beispielsweise gilt, dass obwohl das gegenwärtige Ausführungsbeispiel 1 einen Fall beschreibt, in dem eine Elektrode der Perovskit-Art als die Erfassungselektrode 32 verwendet wird, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist, und eine andere Art der Elektrode mit einer NOx-Adsorptionsfähigkeit ebenso verwendet werden kann. Weiterhin sind der Festelektrolyt 30 und die Referenzelektrode 34 nicht auf jene in dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 1 beschriebene beschränkt. Dies trifft gleichermaßen bezüglich der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zu. Weiterhin kann ebenso eine Sensorkonfiguration, die kein Isoliersubstrat oder kein Heizelement an der Seite der Referenzelektrode 34 aufweist, angewendet werden. Dies trifft gleichermaßen bezüglich der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zu.
  • Gleichermaßen ist das System gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung nicht auf das in 1 gezeigte System beschränkt. Das heißt, dass gemäß der NOx-Sensor-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung die NOx-Sensoren nicht auf Sensoren beschränkt sind, die an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite des Harnstoff-SCR-Systems angeordnet sind, und Sensoren sein können, die an anderen Positionen angeordnet sind. Dies trifft gleichermaßen bezüglich der nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zu.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Die Konfiguration des Systems und die Konfiguration der NOx-Sensoren des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 2 sind die gleiche wie die entsprechenden Konfigurationen des Systems und der NOx-Sensoren, die in den 1 und 2 veranschaulicht sind. Das System des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 2 steuert die beiden Sensoren, nämlich den NOx-Sensor 14 an der stromaufwärtigen Seite und den NOx-Sensor 16 an der stromabwärtigen Seite. Obwohl das Verfahren zum Steuern des NOx-Sensors 14 bzw. des NOx-Sensors 16 das gleiche wie in Ausführungsbeispiel 1 ist, unterscheidet die Länge der NOx-Adsorptionsperiode sowie die Amplitude und der Zyklus der Wechselspannung, die in der NOx-Erfassungsperiode angelegt wird, zwischen den beiden NOx-Sensoren 14 und 16, und weiterhin unterscheidet sich ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen der Sensorausgabe und der NOx-Konzentration definiert, das verwendet wird, wenn eine NOx-Konzentration berechnet wird, zwischen den beiden NOx-Sensoren 14 und 16.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung. In 6 stellt eine Wellenform an der oberen Seite eine an dem NOx-Sensor 14 an der stromaufwärtigen Seite angelegte Spannung dar, und eine Wellenform an der unteren Seite stellt eine an dem NOx-Sensor 16 angelegte Spannung dar.
  • Wie vorstehend beschrieben wird in dem NOx-Katalysator 10 in Abgas enthaltenes NOx durch Ammoniak gereinigt. Demzufolge ist die NOx-Konzentration des Abgases, das ein Erfassungsobjekt des NOx-Sensors 16 an der stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 10 ist, eine extrem niedrige Konzentration hinsichtlich der NOx-Konzentration des Abgases, das ein Erfassungsobjekt des NOx-Sensors 14 an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators 10 ist.
  • Demzufolge sind die Referenzzeitperiode, welche die Längen der entsprechenden NOx-Adsorptionsperioden (a1 und a2) sind, derart eingestellt, dass die Referenzzeitperiode für den NOx-Sensor 16 an der stromabwärtigen Seite länger als die Referenzzeitperiode für den NOx-Sensor 14 an der stromaufwärtigen Seite ist. Zusätzlich ist die maximale Spannung einer in den NOx-Erfassungsperioden (b1 und b2) angelegten Wechselspannung derart eingestellt, dass die bezüglich des NOx-Sensors 16 an der stromabwärtigen Seite angelegte maximale Spannung größer als die bezüglich des NOx-Sensors 14 an der stromaufwärtigen Seite angelegte maximale Spannung ist. Weiterhin ist der Zyklus der Wechselspannung derart eingestellt, dass der Zyklus der bezüglich des NOx-Sensors 16 an der stromabwärtigen Seite angelegten Wechselspannung länger als der Zyklus der bezüglich des NOx-Sensors 14 an der stromaufwärtigen Seite angelegten Wechselspannung ist.
  • Gleichermaßen wie in Ausführungsbeispiel 1 werden unter den Ausgaben, die während eines Anlegens der maximalen Spannung in den NOx-Erfassungsperioden (b1 und b2) überwacht werden, die maximalen Ausgaben (beispielsweise Ausgaben zu B1 und B2) als Sensorausgaben der entsprechenden NOx-Sensoren 14 und 16 erfasst.
  • In einem Fall, in dem die Referenzzeitperioden oder die Größe oder Zeitperiode der Wechselspannungen unterschiedlich sind, wird sich die Korrelation zwischen der Sensorausgabe (Stromwert) und der NOx-Konzentration gemäß dessen unterscheiden. Beispielsweise wird eine NOx-Adsorptionsmenge bezüglich der gleichen NOx-Konzentration ansteigen, wenn die NOx-Adsorptionsperiode verlängert wird. Demzufolge gilt, dass je länger die NOx-Adsorptionsperiode ist, desto größer wird die Sensorausgabe sein, die erhalten wird. Das heißt, dass wenn Sensorausgaben verglichen werden, die dieselben sind, je länger die NOx-Adsorptionszeitperiode war, desto kleiner die tatsächliche NOx-Konzentration ist. Gleichermaßen gilt bezüglich Gasen, die die gleichen NOx-Konzentrationen enthalten, dass ein größerer Sensorstrom bezüglich des Gases fließen wird, für das die Wechselspannung zur Ausgabeerfassung größer ist, oder für das die Anlegezeitperiode der Wechselspannung länger ist.
  • Demzufolge, wie in 7 gezeigt ist, sind gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 2 Kennfelder vorbereitet, die unterschiedliche Beziehungen zwischen der Sensorausgabe (Stromwert) und der NOx-Konzentration für jeden der NOx-Sensoren 14 und 16 an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite definieren. NOx-Konzentrationen gemäß Ausgaben werden gemäß dem Kennfeld an der oberen Seite in 7 für den NOx-Sensor 14 an der stromaufwärtigen Seite berechnet, und NOx-Konzentrationen gemäß Ausgaben werden gemäß dem Kennfeld auf der unteren Seite in 7 für den NOx-Sensor 16 an der stromabwärtigen Seite berechnet. Durch Vergleichen der beiden in 7 gezeigten Kennfelder wird ersichtlich, dass die bezüglich der gleichen Ausgaben berechneten NOx-Konzentrationen für den NOx-Sensor 14 an der stromaufwärtigen Seite größer sind als für den NOx-Sensor 16 an der stromabwärtigen Seite.
  • Es sei angemerkt, dass Kennfelder dieser Art sich in Abhängigkeit von der Länge der Referenzzeitperiode oder der maximalen Spannung sowie ein Zyklus der Wechselspannung für die NOx-Sensoren 14 bzw. 16 unterscheiden, oder in Abhängigkeit von den entsprechenden Eigenschaften der NOx-Sensoren 14 und 16 und dergleichen, und die angemessenen Beziehungen werden durch Experimente oder dergleichen bestimmt und in der Steuervorrichtung 20 gespeichert.
  • Wie vorstehend beschrieben werden gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 2 die Länge der Referenzzeitperiode, die maximale Spannung der Wechselspannung während der NOx-Erfassungsperiode und die Anlegezeitperiode jeweils eingestellt, um den Differenzen in den NOx-Konzentrationen zu entsprechen, die aus der Differenz zwischen den Installationspositionen der NOx-Sensoren 14 und 16 herrühren. Es ist dadurch möglich, eine angemessene Steuerung in Einklang mit den entsprechenden Umgebungen, in denen NOx-Konzentrationen unterschiedlich sind, durchzuführen, und die Genauigkeit des Erfassens der NOx-Konzentrationen zu verbessern.
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 2 wurde ein Fall beschrieben, in dem die NOx-Sensoren 14 und 16, die an der stromaufwärtigen Seite bzw. stromabwärtigen Seite des NOx-Katalysators 10 des Harnstoff-SCR-Systems installiert sind, gesteuert werden. Jedoch sind die Installationspositionen der NOx-Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehenden Position beschränkt. Die Steuerung gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 2 kann bei einem Fall angewendet werden, in dem zwei oder mehr NOx-Sensoren gesteuert werden, die in einer Umgebung verwendet werden, in der die NOx-Konzentrationen von Abgas, das das Erfassungsobjekt ist, vorausgesagt werden, sich zu unterscheiden. Dies trifft gleichermaßen in einem Fall zu, in dem das gegenwärtige Ausführungsbeispiel 2 bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen angewendet wird.
  • Weiterhin wurde gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 2 ein Fall beschrieben, in dem angenommen wird, dass sich die Länge der NOx-Adsorptionsperiode sowie die maximale Spannung und die Anlegezeitperiode der Wechselspannung alle zwischen dem NOx-Sensor 14 und dem NOx-Sensoren 16 unterscheiden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und es ist ausreichend anzunehmen, dass sich einer oder mehrere Faktoren unter der Länge der NOx-Adsorptionsperiode, der maximalen Spannung der Wechselspannung und der Anlegezeitperiode (Zyklus) der Wechselspannung gemäß einer Differenz zwischen den Umgebungen, in denen die NOx-Sensoren installiert sind, unterscheiden. Dies trifft gleichermaßen in einem Fall zu, in dem das gegenwärtige Ausführungsbeispiel 2 bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen angewendet wird.
  • Zusätzlich wurde gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 2 ein Fall beschrieben, in dem ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der NOx-Konzentration und der Ausgabe definiert, sowohl für den NOx-Sensor 14 als auch den NOx-Sensor 16 bereitgestellt ist, und NOx-Konzentrationen werden basierend auf den entsprechenden Kennfeldern erfasst. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann beispielsweise eine Konfiguration angewendet werden, in der ein Korrekturkoeffizient gemäß einem Steuersollwert (die Länge einer NOx-Adsorptionsperiode, die maximale Spannung oder die Anlegezeitperiode der Wechselspannung, oder dergleichen) der angelegten Spannung berechnet wird, und die Sensorausgabe oder NOx-Konzentration wird basierend auf dem Korrekturkoeffizienten korrigiert. Dies trifft gleichermaßen in einem Fall zu, in dem das gegenwärtige Ausführungsbeispiel 2 in einem anderen Ausführungsbeispiel angewendet wird.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Die Konfigurationen des Systems und der NOx-Sensoren gemäß Ausführungsbeispiel 3 sind identisch mit den Konfigurationen des Systems und der NOx-Sensoren, die in 1 und 2 veranschaulicht sind. Gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung wurde ein Fall beschrieben, in dem die Länge der NOx-Adsorptionsperiode und die Größe sowie der Zyklus der Wechselspannung und dergleichen zuvor für die NOx-Sensoren 14 und 16 an der stromaufwärtigen Seite bzw. der stromabwärtigen Seite eingestellt sind. Im Gegensatz werden in dem System gemäß Ausführungsbeispiel 3 eine Referenzzeitperiode (Länge einer NOx-Adsorptionsperiode) und eine maximale Spannung sowie ein Zyklus (Anlegezeitperiode) der Wechselspannung während einer Steuerung eingestellt, die bezüglich des einzelnen NOx-Sensors 14 durchgeführt wird.
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 3 werden die Länge einer NOx-Adsorptionsperiode, die maximale Spannung der Wechselspannung oder die Länge eines Zyklus davon gemäß Differenzen der NOx-Konzentrationen eingestellt, die basierend auf dem Betriebszustand prognostiziert bzw. vorhergesagt werden. Beispielsweise ist die NOx-Konzentration einem Anstieg unterworfen, wenn die Brennkraftmaschine 2 kaltgestartet wird, oder während eines Betriebs bei hoher Last davon. In einer Umgebung, in der die NOx-Konzentration auf diese Weise ansteigt, wird die NOx-Adsorptionszeitperiode verkürzt, die maximale Spannung der Wechselspannung reduziert und der Zyklus der Wechselspannung verkürzt. Auch wenn diese Konfiguration angewendet wird, ist es möglich, eine Sensorausgabe zu erhalten, die zu einem bestimmten Ausmaß bezüglich der NOx-Konzentration groß ist. Weiterhin kann durch Verkürzen der NOx-Adsorptionszeitperiode das Ansprechverhalten des NOx-Sensors 14 beschleunigt werden, um einem Zeitpunkt des Betriebs bei hoher Last zu entsprechen, bei dem ein schnelles Ansprechverhalten notwendig ist.
  • Andererseits neigt die Gesamt-NOx-Konzentration dazu, niedrig zu sein, während die Brennkraftmaschine 2 während einer Leerlaufstoppsteuerung oder während einer Kraftstoffabtrennoperation der Brennkraftmaschine 2 gestoppt ist. Unter solchen Betriebsbedingungen, in denen prognostiziert wird, dass die NOx-Konzentration niedrig ist, wird die NOx-Adsorptionsperiode verlängert, die maximale Spannung der Wechselspannung erhöht und der Zyklus davon verkürzt. Es ist dadurch möglich, eine Sensorausgabe eines bestimmten Ausmaßes auch hinsichtlich einer extrem niedrigen NOx-Konzentration sicherzustellen.
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 3 werden eine Vielzahl von Kategorien basierend auf einer Vielzahl von Bedingungen eingestellt, wie etwa der Temperatur bei einer Inbetriebnahme, der gegenwärtigen Last, ob eine Kraftstoffabtrennoperation durchgeführt wird oder nicht, und ob die Brennkraftmaschine gegenwärtig bezüglich einer Leerlaufstoppsteuerung gestoppt ist oder nicht, sowie Kombinationen von Steuersollwerten der angelegten Spannung, welche die Länge einer NOx-Adsorptionsperiode (Referenzzeitperiode) und die maximale Spannung sowie den Zyklus der Wechselspannung umfassen, sind als Kennfelder für jede Kategorie eingestellt und zuvor in der Steuervorrichtung 20 gespeichert. Während der tatsächlichen Steuerung werden die gegenwärtigen Betriebszustände basierend auf den Ausgaben von verschiedenen Sensoren und dergleichen erfasst, und Steuersollwerte der angelegten Spannung werden bezüglich des NOx-Sensors 14 basierend auf dem Kennfeld von diesen entsprechenden angelegten Spannungen eingestellt.
  • 8 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Routine einer Steuerung, die die Steuervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung ausführt. Die in 8 veranschaulichte Routine ist identisch mit der in 4 veranschaulichten Routine, außer dass 8 die Verarbeitung in den Schritten S302 bis S304 zwischen der Verarbeitung in Schritt S104 und der Verarbeitung in Schritt S106 umfasst.
  • Insbesondere gilt, dass wenn bestimmt wird, dass die Vorbedingung erfüllt ist, und das Anlegen einer Spannung ausgeschaltet wird (S104), anschließend verschiedene Betriebszustände erfasst werden (302). Die gegenwärtigen Betriebszustände der Brennkraftmaschine 2 werden gemäß den Ausgaben von verschiedenen Sensoren und dergleichen erfasst.
  • Als Nächstes werden Steuersollwerte der angelegten Spannung gemäß den erfassten Betriebszuständen eingestellt (S304). Insbesondere werden in diesem Fall die Referenzzeitperiode, die die Länge der NOx-Adsorptionsperiode ist, und die maximale Spannung sowie der Zyklus der Wechselspannung, die in der NOx-Erfassungsperiode anzulegen ist, entsprechend eingestellt. Diese Steuersollwerte werden gemäß den erfassten Betriebszuständen gemäß den in der Steuervorrichtung 20 gespeicherten Kennfeldern eingestellt.
  • Anschließend wird bestimmt, ob die Referenzzeitperiode verstrichen ist oder nicht (S106). Hierbei wird bestimmt, ob die in Schritt S304 eingestellte Referenzzeitperiode verstrichen ist oder nicht, seitdem die angelegte Spannung in Schritt S104 ausgeschaltet wurde. Wenn das in Schritt S106 bestimmte Ergebnis negativ ist, wird die Bestimmung in Schritt S106 wiederholt, bis bestimmt wird, dass die Referenzzeitperiode verstrichen ist.
  • Wenn andererseits das in Schritt S106 bestimmte Ergebnis derart ist, dass die Referenzzeitperiode verstrichen ist, wird anschließend eine Wechselspannung angelegt. Die maximale Spannung und der Zyklus der Wechselspannung werden auf die in Schritt S304 eingestellten Werte gesteuert. Die maximale Ausgabe während dieses Anlegens der Wechselspannung wird als die Sensorausgabe erfasst (S110).
  • Als Nächstes wird die NOx-Konzentration gemäß der erfassten Sensorausgabe bestimmt (S112). Hier wird die NOx-Konzentration entsprechend der Sensorausgabe gemäß einem Kennfeld gemäß Spannungsanlegebedingungen, die in Schritt S304 eingestellt wurden, bestimmt. Anschließend endet die gegenwärtige Verarbeitung.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 3 in einem Fall, in dem sich die NOx-Konzentration in Abhängigkeit von dem Operationszustand unterscheidet, möglicht, angemessen die angelegte Spannung in Einklang mit einer solchen Differenz zu steuern. Insbesondere wird beispielsweise die Gesamterfassungszeitperiode in einem Umfeld verkürzt, in dem die Last hoch ist und eine schnellere Erfassung der NOx-Konzentration verlangt wird. Weiterhin kann in einem Fall, in dem die NOx-Konzentration eine niedrige Konzentration ist, die NOx-Adsorptionsperiode auf eine längere Periode eingestellt werden und eine größere Ausgabe kann erfasst werden. Es ist dadurch möglich, die NOx-Konzentration mit einem höheren Grad von Genauigkeit zu erfassen.
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 3 wurde ein Fall beschrieben, in dem eine Vielzahl von Betriebszuständen erfasst werden, und die Referenzzeitperiode und die maximale Spannung sowie der Zyklus der Wechselspannung entsprechend gemäß der Vielzahl von Betriebszuständen eingestellt werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Konfiguration angewendet werden, in der die Referenzzeitperiode, die maximale Spannung der Spannung zur Ausgabeerfassung oder die Amplitude der Wechselspannung, und der Zyklus der Wechselspannung oder dergleichen geändert werden. Dies trifft gleichermaßen für einen Fall zu, in dem die Steuerung des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 3 bei einem anderen Ausführungsbeispiel angewendet wird.
  • Weiterhin wurde gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 3 ein Fall beschrieben, in dem Steuersollwerte der angelegten Spannung für den einzelnen NOx-Sensor 14 gemäß Betriebszuständen eingestellt werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und es kann ebenso eine Konfiguration angewendet werden, in der, wenn eine Vielzahl von NOx-Sensoren gesteuert werden, Steuersollwerte der angelegten Spannung gemäß den Betriebszuständen für die entsprechenden NOx-Sensoren eingestellt werden, wie in Ausführungsbeispiel 2. Dies trifft gleichermaßen für einen Fall zu, in dem die Steuerung des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 3 bei anderen Ausführungsbeispielen angewendet wird.
  • Weiterhin wurde gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 3 ein Fall beschrieben, in dem ein Kennfeld bereitgestellt ist, das die Beziehung zwischen der NOx-Konzentration und der Ausgabe gemäß den Steuersollwerten definiert, die eingestellt sind, und die NOx-Konzentration wird basierend darauf erfasst. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ebenso eine Konfiguration angewendet werden, in der ein Korrekturkoeffizient gemäß einem Steuersollwert der angelegten Spannung berechnet wird, und die Sensorausgabe der NOx-Konzentration wird basierend auf dem Korrekturkoeffizienten korrigiert. Dies trifft gleichermaßen für einen Fall zu, in dem das gegenwärtige Ausführungsbeispiel an einem anderen Ausführungsbeispiel angewendet wird.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Die Konfigurationen des Systems und der NOx-Sensoren des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 4 sind identisch mit den Konfiguration in 1 und 2. Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel, gleichermaßen wie in Ausführungsbeispiel 1, wenn die NOx-Konzentration erfasst wird, wird zusätzlich zu einer Steuerung, die eine NOx-Adsorptionsperiode und eine Wechselspannungsanlegeperiode herstellt, eine Steuerung zum Erfassen der Elementtemperatur des NOx-Sensors 14 ausgeführt.
  • Eine Impedanz des Festelektrolyten 30, die erfasst wird, wenn eine Hochfrequenzwechselspannung zwischen den Elektroden 32 und 34 angelegt wird, weist eine starke Korrelation mit der Sensorelementtemperatur auf. Demzufolge kann die Elementtemperatur durch Erfassen der Impedanz erfasst werden. Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 4 wird zusätzlich zu der Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 1 eine Steuerung ausgeführt, die die Elementtemperatur des NOx-Sensors 14 basierend auf der Impedanz erfasst.
  • 9 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben der Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung. Wie in 9 gezeigt ist, gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 4, gleichermaßen wie Ausführungsbeispiel 1, wird eine NOx-Adsorptionsperiode (a1) hergestellt, um zu bewirken, dass NOx an den Elektroden adsorbiert wird. Nachdem eine ausreichende Menge von NOx adsorbiert wurde, wird in die NOx-Erfassungsperiode (b1) eingetreten. In der NOx-Erfassungsperiode (b1) wird eine Wechselspannung als eine Spannung zur Ausgabeerfassung angelegt. Während dieser Zeit wird die Sensorausgabe überwacht und beispielsweise eine maximale Ausgabe zu einem Zeitpunkt (B) in 9 als die Sensorausgabe erfasst.
  • Anschließend wird eine Elementtemperaturerfassungsperiode (c1) hergestellt. In der Elementtemperaturerfassungsperiode (c1) wird eine Wechselspannung als eine Spannung zum Erfassen der Impedanz des Festelektrolyten 30 angelegt. Es wird angenommen, dass die Wechselspannung zur Impedanzerfassung zumindest eine höhere Frequenz (kürzeren Zyklus) und eine kleinere Amplitude bezüglich der Frequenz und Amplitude der Wechselspannung, die in der NOx-Erfassungsperiode angelegt wird, aufweist. Insbesondere ist beispielsweise die Frequenz der Wechselspannung zur Ausgabeerfassung zwischen 0,1 Hz und 10 Hz eingestellt, und die Wechselspannung zur Impedanzerfassung ist auf eine Frequenz von ungefähr 1 kHz oder mehr eingestellt, und der maximale Spannungswert davon beträgt ungefähr 0,1 V oder weniger. Nach dem Ende der Elementtemperaturerfassungsperiode (c1) kehrt die Steuerung zu der NOx-Adsorptionsperiode (a1) zurück.
  • Daher werden gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 4 während einer Periode des Erfassens der NOx-Konzentration die NOx-Adsorptionsperiode (a1), die NOx-Erfassungsperiode (b1) und die Elementtemperaturerfassungsperiode (c1) in dieser Reihenfolge wiederholt ausgeführt.
  • Es wird angenommen, dass die in der Elementtemperaturerfassungsperiode angelegte Wechselspannung eine Hochfrequenzspannung ist und viel kleiner als die in der NOx-Erfassungsperiode angelegte Wechselspannung ist. Es ist dadurch möglich, eine Dekomposition von NOx durch die Wechselspannung in der Elementtemperaturerfassungsperiode zu unterbinden, und eine lange Zeitperiode, in der NOx tatsächlich adsorbiert wird, kann sichergestellt werden, ohne das Ansprechverhalten des NOx-Sensors 14 zu vermindern.
  • 10 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Routine einer Steuerung, die die Steuervorrichtung 20 gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung ausführt. Die in 10 veranschaulichte Routine wird wiederholt zu einem festgelegten Zyklus anstatt der in 4 gezeigten Routine ausgeführt. Die in 10 gezeigte Routine ist identisch mit der in 4 gezeigten Routine, außer dass die in 10 gezeigte Routine die Verarbeitung in den Schritten S402 bis S406 zwischen der Verarbeitung in Schritt S110 und der Verarbeitung in Schritt S112 der in 4 gezeigten Routine umfasst.
  • In der in 10 gezeigten Routine wird gleichermaßen wie in der in 4 gezeigten Routine eine Wechselspannung zur Ausgabeerfassung während einer Ausgabeerfassungsperiode angelegt (S108), und eine maximale Ausgabe während dieser Periode wird als die Sensorausgabe erfasst (S110).
  • Als Nächstes wird eine Wechselspannung zur Impedanzerfassung angelegt (S402). Wie vorstehend beschrieben weist im Vergleich zu der Wechselspannung zur Ausgabeerfassung die Wechselspannung zur Impedanzerfassung eine höhere Frequenz auf, die Anlegezeitperiode davon ist kürzer und die Amplitude davon ist kleiner. Eine spezifische Anlegezeitperiode, Frequenz und Amplitude der Wechselspannung sind zuvor in der Steuervorrichtung 20 gespeichert.
  • Als Nächstes wird die Impedanz zu einem vorbestimmten Erfassungszeitpunkt (C) während des Anlegens der Wechselspannung für die Impedanzerfassung erfasst (S404).
  • Al Nächstes wird die Elementtemperatur erfasst (S406). Die Elementtemperatur wird gemäß einem Kennfeld erfasst, das die Beziehung zwischen der Impedanz und der Elementtemperatur gemäß der in Schritt S404 erfassten Impedanz definiert.
  • Anschließend wird die NOx-Konzentration gemäß der in Schritt S110 erfassten Sensorausgabe erfasst (S112). Die NOx-Konzentration wird gemäß der Elementtemperatur und der Sensorausgabe gemäß einem Kennfeld bestimmt, das die Beziehung zwischen der Elementtemperatur, der Sensorausgabe und der NOx-Konzentration definiert. Anschließend endet die gegenwärtige Verarbeitung.
  • Wie vorstehend beschrieben kann gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 4 die Elementtemperatur erfasst werden, während der Einfluss auf die NOx-Konzentrationserfassung unterbunden wird. Die erfasste Temperatur kann verwendet werden, um die NOx-Konzentration zu erfassen, und daher kann die NOx-Konzentration mit einer höheren Genauigkeit bestimmt werden.
  • Es sei angemerkt, dass gemäß Ausführungsbeispiel 4 ein Fall beschrieben wurde, in dem eine Steuerung zum Erfassen der Elementtemperatur mit der Steuerung von Ausführungsbeispiel 1 kombiniert ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und eine Konfiguration kann ebenso angewendet werden, in der die Steuerung zum Erfassen der Elementtemperatur mit der Steuerung von Ausführungsbeispiel 2 oder 3 kombiniert ist. Dies trifft gleichermaßen bezüglich des nachfolgenden Ausführungsbeispiels 5 zu.
  • Ausführungsbeispiel 5
  • Das System und die NOx-Sensoren gemäß Ausführungsbeispiel 5 weisen die gleichen Konfigurationen wie das System und die NOx-Sensoren auf, die in 1 und 2 gezeigt sind. Gemäß der Steuerung nach dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 5 wird zusätzlich zu der Steuerung von Ausführungsbeispiel 4 eine Steuerung durchgeführt, die eine NOx-Adsorption auf der Erfassungselektrode 32 verhindert, bevor der Sensor aktiviert wird, wenn die Brennkraftmaschine 2 gestartet wird.
  • 11 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben der Steuerung gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung. Wie in 11 gezeigt ist, wird gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 5 nach Starten der Brennkraftmaschine 2 eine Wechselspannung zu einem festgelegten Zyklus während einer Voraktivierungsperiode (d1) angelegt, bis die Elementtemperatur die Aktivierungstemperatur der Sensorelementtemperatur erreicht. Die angelegte Wechselspannung ist derart eingestellt, dass die maximale angelegte Spannung erhöht wird und der Zyklus (Anlegezeitperiode) davon verlängert wird, um so eine adäquate Dekomposition von adsorbiertem NOx innerhalb eines Bereichs zu ermöglichen, der nicht die Eigenschaften des Elements beeinflusst. Vorzugsweise wird eine Spannung bezüglich dessen angelegt, dass sowohl die Amplitude als auch der Zyklus im Vergleich zu der Wechselspannung zur NOx-Erfassung groß sind.
  • Weiterhin wird die Wechselspannung zur Impedanzerfassung unmittelbar nach Anlegen der Wechselspannung zur NOx-Entfernung in der Voraktivierungsperiode (d1) angelegt. Hier wird die Impedanz des Festelektrolyten 30 zu einem Erfassungszeitpunkt (D) erfasst, und gemäß dieser wird die Elementtemperatur bestimmt. Die Steuervorrichtung 20 bestimmt, ob das Sensorelement eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur erreicht hat oder nicht, basierend auf der Elementtemperatur. Es wird angenommen, dass die Wechselspannung zur Impedanzerfassung, die in diesem Fall angelegt wird, die gleiche wie die Wechselspannung zur Impedanzerfassung ist, die in der Elementtemperaturerfassungsperiode (c1) angelegt wird, die in Ausführungsbeispiel 4 beschrieben ist.
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 5 werden ein Anlegen einer Wechselspannung zur NOx-Entfernung und ein anschließendes Anlegen einer Wechselspannung zur Impedanzerfassung zu einem festgelegten Zyklus während einer Periode wiederholt, bis das Sensorelement eine Aktivierungstemperatur erreicht. Daher kann NOx, das auf der Erfassungselektrode 32 adsorbiert, zu einem festgelegten Zyklus während der Voraktivierungsperiode entfernt werden, und es kann ein Zustand induziert werden, dass ein Erfassen der NOx-Konzentration durch den NOx-Sensor 14 unmittelbar nach Aktivierung gestartet werden kann.
  • 12 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer Routine einer Steuerung, die die Steuervorrichtung 20 gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung ausführt. Die in 12 gezeigte Routine wird anstatt der in 10 gezeigten Routine ausgeführt. Die in 12 gezeigte Routine ist die gleiche wie die in 10 gezeigte Routine, außer dass die Routine in 12 eine Verarbeitung in den Schritten S502 bis S512 vor Schritt S102 in der in 10 gezeigten Routine umfasst.
  • Gemäß der in 12 gezeigten Routine bestimmt zunächst die Steuervorrichtung 20, ob der gegenwärtige Zustand ein Zustand zu einem Zeitpunkt eines Startens der Brennkraftmaschine 2 ist oder nicht (S502). Das heißt, dass die Steuervorrichtung 20 bestimmt, ob die gegenwärtige Verarbeitung eine initiale Verarbeitung nach Starten der Brennkraftmaschine 2 ist oder nicht. Wenn ein Starten der Brennkraftmaschine 2 nicht erfasst wird, fährt die Steuervorrichtung 20 mit Schritt S102 fort, um die Verarbeitung in den Schritten S102 bis S112 wie vorstehend beschrieben auszuführen.
  • Wenn andererseits ein Starten der Brennkraftmaschine 2 erfasst wird, wird anschließend eine Wechselspannung zur NOx-Entfernung angelegt (S504). Die Amplitude und Anlegezeitperiode (Zyklus) und dergleichen der Wechselspannung zur NOx-Entfernung, die anzulegen ist, ist zuvor in der Steuervorrichtung 20 gespeichert.
  • Wenn die Wechselspannung zur NOx-Entfernung endet, wird als Nächstes eine Wechselspannung zur Impedanzerfassung angelegt (S506). Die Amplitude und der Zyklus der Wechselspannung zur Impedanzerfassung sind im Vergleich zu der Wechselspannung zur NOx-Entfernung und der Wechselspannung in der NOx-Erfassungsperiode extrem klein, und spezifische Werte der Amplitude und des Zyklus sind zuvor eingestellt und in der Steuervorrichtung 20 gespeichert.
  • Die Impedanz wird zu einem Zeitpunkt während eines Anlegens der Wechselspannung zur Impedanzerfassung erfasst (S508), und die Elementtemperatur wird gemäß der erfassten Impedanz berechnet (S510). Die Elementtemperatur wird basierend auf der erfassten Impedanz gemäß einer Beziehung zwischen der Impedanz und der Elementtemperatur, die in der Steuervorrichtung 20 gespeichert ist, bestimmt.
  • Als Nächstes bestimmt die Steuervorrichtung 20, ob die berechnete Elementtemperatur höher als die Aktivierungstemperatur ist oder nicht (S512). Wenn die Steuervorrichtung 20 bestimmt, dass die Elementtemperatur nicht höher als die Aktivierungstemperatur ist, kehrt die Steuervorrichtung 20 wiederum zu Schritt S504 zurück. Das heißt, dass die Verarbeitung in Schritten S504 bis S512 wiederholt zu einem festgelegten Zyklus während einer Periode, bis die Steuervorrichtung 20 in Schritt S512 bestimmt, dass die Elementtemperatur größer als die Aktivierungstemperatur ist, ausgeführt.
  • Wenn andererseits die Steuervorrichtung 20 in Schritt S512 bestimmt, dass die Elementtemperatur höher als die Aktivierungstemperatur ist, fährt der Prozess mit Schritt S102 fort, um die Verarbeitung in den Schritten S102 bis S112 in 10 auf eine gleiche Weise wie in Ausführungsbeispiel 4 auszuführen.
  • Wie vorstehend beschrieben wird gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 5 eine große Wechselspannung zu einem festgelegten Zyklus während einer Periode, bis das Sensorelement die Aktivierungstemperatur erreicht, angelegt. Es ist dadurch möglich, NOx, das sich auf der Erfassungselektrode 32 abgelagert hat, zu einem festgelegten Zyklus zu entfernen, bis das Sensorelement die Aktivierungstemperatur erreicht. Demzufolge kann eine Erfassung der NOx-Konzentration durch den NOx-Sensor 14 bei einer frühen Stufe, nachdem das Sensorelement die Aktivierungstemperatur erreicht, gestartet werden.
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 5 wurde ein Fall beschrieben, in dem die Steuerung einer Voraktivierungsperiode des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels 5 zu der Steuerung von Ausführungsbeispiel 4 hinzugefügt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ebenso eine Konfiguration angewendet werden, in der die Steuerung der Voraktivierungsperiode, die in Ausführungsbeispiel 5 beschrieben ist, zu der Steuerung von einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 hinzugefügt wird.
  • Weiterhin ist eine Spannung, die zum Entfernen von NOx in der Voraktivierungsperiode angelegt wird, nicht auf eine Wechselspannung beschränkt. 13 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben eines weiteren Beispiels einer NOx-Entfernungsverarbeitung in der Voraktivierungsperiode (d1) gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Beispiel, wie in 13 gezeigt ist, wird eine bestimmte Gleichstromspannung zum Entfernen von NOx kontinuierlich während der Voraktivierungsperiode (d1) angelegt.
  • In diesem Beispiel wird die Wechselspannung zur Impedanzerfassung in der Voraktivierungsperiode (d1) auf einem Gleichstrom zur NOx-Entfernung überlagert, und die überlagerte Spannung wird zu festgelegten Zeitintervallen angelegt. Die Impedanz kann ebenso auf diese Weise erfasst werden. Die Elementtemperatur wird gemäß der erfassten Impedanz erfasst, und die Steuervorrichtung 20 bestimmt, ob das Sensorelement die Aktivierungstemperatur erreicht hat oder nicht, basierend auf der erfassten Elementtemperatur. Nachdem die Elementtemperatur die Aktivierungstemperatur erreicht hat, stoppt die Steuervorrichtung 20 das Anlegen der Gleichstromspannung und startet die Steuerung zur NOx-Konzentrationserfassung, wie in jedem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 beschrieben ist.
  • Durch kontinuierliches Anlegen einer Gleichstromspannung auf diese Weise wird ein Zustand, in dem eine Dekomposition von NOx an der Erfassungselektrode 32 begünstigt wird, beibehalten werden. Demzufolge kann gleichermaßen wie in dem Fall des Anlegens einer Wechselspannung zur NOx-Entfernung ein Ansammeln von NOx auf der Erfassungselektrode 32 in der Voraktivierungsperiode unterbunden werden, und eine Steuerung zum Erfassen der NOx-Konzentration kann unmittelbar gestartet werden, wenn die Aktivierungstemperatur erreicht wird.
  • Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 5 wurde ein Fall beschrieben, in dem eine Steuerung zum Erfassen einer Elementtemperatur durch Anlegen einer Spannung zur Impedanzerfassung zu festgelegten Zeitintervallen in der Voraktivierungsperiode (d1) durchgeführt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und es kann ebenso eine Konfiguration angewendet werden, die eine solche Steuerung zur Impedanzerfassung nicht umfasst. In einem solchen Fall kann bestimmt werden, ob das Sensorelement die Aktivierungstemperatur erreicht hat oder nicht, basierend auf einem Temperaturerfassungswert, der auf einem anderen Sensor basiert oder auf einer verstrichenen Zeitperiode nach Inbetriebnahme oder dergleichen basiert.
  • Es sollte verstanden sein, dass auch wenn eine Anzahl, Menge, Größe, Bereich oder andere numerische Attribute eines Elements in der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele genannt sind, die vorliegende Erfindung nicht auf die genannten numerischen Attribute beschränkt ist, wenn dies nicht ausdrücklich angegeben ist oder theoretisch definiert ist. Weiterhin sind Strukturen und Steuerprozesse und dergleichen, die in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen beschrieben sind, nicht notwendigerweise essentiell bezüglich der vorliegenden Erfindung, wenn dies nicht ausdrücklich angegeben ist oder theoretisch definiert ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Brennkraftmaschine
    4
    Abgaspassage
    8
    Harnstoffeinspritzventil
    10
    NOx-Katalysator
    12
    Harnstofftank
    14
    NOx-Sensor
    16
    NOx-Sensor
    20
    Steuervorrichtung
    20
    Steuervorrichtung
    30
    Festelektrolyt
    32
    Erfassungselektrode
    34
    Referenzelektrode

Claims (14)

  1. NOx-Sensor-Steuervorrichtung, die einen NOx-Sensor steuert, der in einer Abgaspassage einer Brennkraftmaschine angebracht ist, wobei der NOx-Sensor einen Festelektrolyten und ein Paar von Elektroden aufweist, die derart angebracht sind, um den Festelektrolyten dazwischen einzuschieben, und eine Sensorausgabe ausgibt, die von einer NOx-Konzentration eines Gases abhängt, das ein Erfassungsobjekt ist; wobei die NOx-Sensor-Steuervorrichtung aufweist: eine Einrichtung zum Induzieren, für eine vorbestimmte Periode vor Erfassen der Sensorausgabe, eines Zustands, in dem eine Spannung zwischen dem Paar von Elektroden nicht angelegt wird, oder eines Zustands, in dem eine Potentialdifferenz zwischen dem Paar von Elektroden kleiner als ein Referenzwert ist; eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung zur Sensorausgabeerfassung zwischen dem Paar von Elektroden, nachdem die vorbestimmte Periode verstrichen ist; und eine Einrichtung zum Erfassen einer NOx-Konzentration gemäß der Sensorausgabe, während die Spannung für eine Sensorausgabeerfassung angelegt wird.
  2. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Spannung zur Sensorausgabeerfassung eine Wechselspannung ist.
  3. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei eine Frequenz der Wechselspannung zwischen 0,1 Hz und 10 Hz liegt.
  4. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei, nach Anlegen der Spannung zur Sensorausgabeerfassung, die NOx-Sensor-Steuervorrichtung eine Spannung anlegt, die eine entgegengesetzte Richtung der Spannung zur Sensorausgabeerfassung aufweist, und ebenso eine Größe aufweist, die kleiner oder gleich der Spannung zur Sensorausgabeerfassung ist.
  5. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin mit einer Einrichtung zum Einstellen von zumindest einer Bedingung gemäß einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, aus einer Länge der vorbestimmten Periode, einem maximalen Wert der Spannung zur Sensorausgabeerfassung, und einer Anlegezeitperiode der Spannung zur Sensorausgabeerfassung.
  6. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Einrichtung zum Erfassen einer NOx-Konzentration eine NOx-Konzentration gemäß der Sensorausgabe basierend auf einer Beziehung zwischen der Sensorausgabe und einer NOx-Konzentration gemäß einer voreingestellten Bedingung erfasst.
  7. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die NOx-Sensor-Steuervorrichtung eine Steuervorrichtung ist, die jeden von zwei NOx-Sensoren steuert, die ein erster NOx-Sensor, der stromaufwärtig eines Harnstoff-SCR-Katalysators in der Abgaspassage der Brennkraftmaschine angebracht ist, und ein zweiter NOx-Sensor, der stromabwärtig des Harnstoff-SCR-Katalysators angebracht ist, sind, wobei eine Länge der vorbestimmten Periode bezüglich des ersten NOx-Sensors kürzer als eine Länge der vorbestimmten Periode bezüglich des zweiten NOx-Sensors ist.
  8. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die NOx-Sensor-Steuervorrichtung eine Steuervorrichtung ist, die jeden von zwei NOx-Sensoren steuert, die ein erster NOx-Sensor, der stromaufwärtig eines Harnstoff-SCR-Katalysators in der Abgaspassage der Brennkraftmaschine angebracht ist, und ein zweiter NOx-Sensor, der stromabwärtig des Harnstoff-SCR-Katalysators angebracht ist, sind, wobei ein Maximalwert der Spannung zur Sensorausgabeerfassung bezüglich des ersten NOx-Sensors kleiner ist als ein Maximalwert der Spannung zur Sensorausgabeerfassung bezüglich des zweiten NOx-Sensors.
  9. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die NOx-Sensor-Steuervorrichtung eine Steuervorrichtung ist, die jeden von zwei NOx-Sensoren steuert, die ein erster NOx-Sensor, der stromaufwärtig eines Harnstoff-SCR-Katalysators in der Abgaspassage der Brennkraftmaschine angebracht ist, und ein zweiter NOx-Sensor, der stromabwärtig des Harnstoff-SCR-Katalysators angebracht ist, sind, wobei eine Anlegezeitperiode der Spannung zur Sensorausgabeerfassung bezüglich des ersten NOx-Sensors kürzer als eine Anlegezeitperiode der Spannung zur Sensorausgabeerfassung bezüglich des zweiten NOx-Sensors ist.
  10. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin mit: einer Einrichtung zum Anlegen, nach Anlegen der Spannung zur Sensorausgabeerfassung, einer Wechselspannung, deren Maximalwert kleiner als ein Maximalwert der Spannung zur Sensorausgabeerfassung ist; einer Einrichtung zum Erfassen einer Impedanz des Festelektrolyten während die kleine Wechselspannung angelegt wird; und einer Einrichtung zum Erfassen einer Temperatur eines Sensorelements des NOx-Sensors gemäß der Impedanz.
  11. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin mit: einer Einrichtung zum Anlegen einer Wechselspannung zur NOx-Entfernung zwischen dem Paar von Elektroden zu festgelegten Intervallen zum Entfernen von NOx, das auf dem Paar von Elektroden vorhanden ist, während einer Periode, bis ein Sensorelement des NOx-Sensors eine Aktivierungsenergie erreicht.
  12. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 11, weiterhin mit: einer Einrichtung zum Anlegen, nach Anlegen der Wechselspannung zur NOx-Entfernung, einer Wechselspannung, deren Maximalwert kleiner als ein Maximalwert der Wechselspannung zur NOx-Entfernung ist; einer Einrichtung zum Erfassen einer Impedanz des Festelektrolyten, während die kleine Wechselspannung angelegt wird; und einer Einrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Sensorelements gemäß der Impedanz.
  13. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin mit einer Einrichtung zum Anlegen einer Gleichstromspannung zwischen dem Paar von Elektroden während einer Periode, bis ein Sensorelement des NOx-Sensors eine Aktivierungstemperatur erreicht.
  14. NOx-Sensor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 13, weiterhin mit: einer Einrichtung zum Überlagern einer Wechselspannung zur Impedanzerfassung über die Gleichstromspannung, und Anlegen der überlagerten Spannung zwischen dem Paar von Elektroden zu festgelegten Intervallen während einer Periode, bis das Sensorelement eine Aktivierungstemperatur erreicht; einer Einrichtung zum Erfassen einer Impedanz des Festelektrolyten, während die Wechselspannung zur Impedanzerfassung angelegt wird; und einer Einrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Sensorselements gemäß der Impedanz.
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