[Querverweis auf eine zugehörige Anmeldung][Cross-reference to an associated application]
Diese Anmeldung basiert auf der am 26. Mai 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-104901 , deren Beschreibung hierin durch Verweis aufgenommen ist.This registration is based on the one filed on May 26, 2017 Japanese Patent Application No. 2017-104901 , the description of which is incorporated herein by reference.
Technisches GebietTechnical field
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Gassensor-Steuervorrichtung.The present disclosure relates to a gas sensor control device.
Stand der TechnikState of the art
Als Gassensor, der die Konzentration einer bestimmten Gaskomponente in einem Detektionszielgas, wie beispielsweise Abgas aus einem Verbrennungsmotor, erfasst, ist ein NOx-Sensor bekannt, der die Konzentration von NOx (Stickoxiden) erfasst. Der NOx-Sensor weist eine Drei-Zellen-Struktur auf, die aus einer Pumpzelle, einer Monitorzelle und einer Sensorzelle gebildet wird, wie beispielsweise in PTL 1 beschrieben. Die Pumpzelle entlädt oder fördert den Sauerstoff aus dem in eine Gaskammer eingeleiteten Abgas. Die Monitorzelle detektiert die Konzentration des Restsauerstoffs in der Gaskammer nach dem Durchgang durch die Pumpzelle. Die Sensorzelle detektiert die NOx-Konzentration des Gases nach dem Durchgang durch die Pumpzelle.As a gas sensor that detects the concentration of a specific gas component in a detection target gas, such as exhaust gas from an internal combustion engine, a NOx sensor is known that detects the concentration of NOx (nitrogen oxides). The NOx sensor has a three-cell structure, which is formed from a pump cell, a monitor cell and a sensor cell, as described for example in PTL 1. The pump cell discharges or conveys the oxygen from the exhaust gas introduced into a gas chamber. The monitor cell detects the concentration of the residual oxygen in the gas chamber after passing through the pump cell. The sensor cell detects the NOx concentration of the gas after passing through the pump cell.
Der verschlechterte NOx-Sensor kann die NOx-Konzentration nicht genau erfassen. Wenn der NOx-Sensor in das Abgassystem eines Automobils eingebaut wird, besteht daher die Möglichkeit, dass das Abgassystem an einem Ausfall wie beispielsweise einer verminderten Abgasemission leidet. So gab es konventionell vorgeschlagene Methoden für die Diagnose der Verschlechterung eines NOx-Sensors. So offenbart beispielsweise PTL 1 ein Verfahren, mit dem eine an die Pumpzelle angelegte Spannung zwangsweise geschaltet und die Verschlechterung des NOx-Sensors basierend auf dem Betrag einer Änderung der zu diesem Zeitpunkt ausgegebenen Sensorzellenleistung diagnostiziert wird.The deteriorated NOx sensor cannot accurately detect the NOx concentration. Therefore, when the NOx sensor is installed in the exhaust system of an automobile, there is a possibility that the exhaust system suffers from a failure such as reduced exhaust gas emission. For example, there have been conventionally proposed methods for diagnosing deterioration of a NOx sensor. For example, PTL 1 discloses a method by which a voltage applied to the pump cell is forcibly switched and the deterioration of the NOx sensor is diagnosed based on the amount of a change in the sensor cell power output at that time.
Liste der EntgegenhaltungenList of citations
Patentliteraturpatent literature
[PTL 1] JP 2009-175013 A [PTL 1] JP 2009-175013 A
[Kurzfassung der Erfindung]SUMMARY OF THE INVENTION
Nach dem vorgenannten konventionellen Verschlechterungsdiagnoseverfahren wird die Konzentration des Restsauerstoffs in der Gaskammer durch Schalten der an die Pumpzelle angelegten Spannung bewusst verändert und die Verschlechterungsdiagnose der Sensorzelle wird basierend auf einer transienten Reaktion der Sensorzelle zusammen mit einer Änderung der Restsauerstoffkonzentration durchgeführt. Nach dem Schalten der angelegte Spannung der Pumpzelle kann jedoch, wenn die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer nicht richtig eingestellt ist, die Änderung des Ausgangs der Sensorzelle beeinflusst werden. In diesem Fall kann die Genauigkeit der Verschlechterungsdiagnose der Sensorzelle abnehmen.According to the aforementioned conventional deterioration diagnosis method, the concentration of the residual oxygen in the gas chamber is deliberately changed by switching the voltage applied to the pump cell, and the deterioration diagnosis of the sensor cell is carried out based on a transient reaction of the sensor cell together with a change in the residual oxygen concentration. After switching the applied voltage of the pump cell, however, if the residual oxygen concentration in the gas chamber is not set correctly, the change in the output of the sensor cell can be influenced. In this case, the accuracy of the deterioration diagnosis of the sensor cell may decrease.
Die vorliegende Offenbarung wurde unter Berücksichtigung der vorgenannten Punkte erstellt. Ein Hauptgegenstand der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung einer Gassensor-Steuervorrichtung, die den Verschlechterungszustand der Sensorzelle ordnungsgemäß bestimmt.The present disclosure has been prepared with the foregoing in mind. A main object of the present disclosure is to provide a gas sensor control device that properly determines the deterioration state of the sensor cell.
Um die vorgenannten Probleme zu lösen, ist das vorliegende Mittel eine Steuervorrichtung, die auf einen Gassensor angewendet wird, mit: einer Pumpzelle, die eine Sauerstoffkonzentration in einem durch Spannungsbeaufschlagung in eine Gaskammer eingeleiteten Detektionszielgas einstellt; einer Sensorzelle, die eine Konzentration einer bestimmten Gaskomponente in der Gaskammer nach der Einstellung der Sauerstoffkonzentration durch die Pumpzelle erfasst bzw. detektiert; und einer Monitorzelle, die eine Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer erfasst, wobei die Steuervorrichtung eine mit dem Gassensor verbundene Steuerung durchführt. Die Steuervorrichtung beinhaltet: eine Spannungsschalteinheit, die eine angelegte Spannung an die Pumpzelle schaltet; eine Erfassungseinheit, die, wenn die angelegte Spannung durch die Spannungsschalteinheit geschaltet wird, einen Ausgang der Sensorzelle und einen Ausgang der Monitorzelle erfasst; und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit, die einen Verschlechterungszustand der Sensorzelle basierend auf dem Ausgang der Sensorzelle und dem Ausgang der von der Erfassungseinheit erfassten Monitorzelle bestimmt.In order to solve the aforementioned problems, the present means is a control device applied to a gas sensor, comprising: a pump cell that adjusts an oxygen concentration in a detection target gas introduced into a gas chamber by voltage application; a sensor cell that detects or detects a concentration of a specific gas component in the gas chamber after the oxygen concentration has been set by the pump cell; and a monitor cell that detects a residual oxygen concentration in the gas chamber, wherein the control device performs a control connected to the gas sensor. The control device includes: a voltage switching unit that switches an applied voltage to the pump cell; a detection unit that detects, when the applied voltage is switched by the voltage switching unit, an output of the sensor cell and an output of the monitor cell; and a deterioration determination unit that determines a deterioration state of the sensor cell based on the output of the sensor cell and the output of the monitor cell detected by the detection unit.
In einem Gassensor kann bei der Durchführung einer Verschlechterungsbestimmung einer Sensorzelle basierend auf der Ausgangsreaktion der Sensorzelle die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle basierend auf der Ausgangsänderung der Sensorzelle entsprechend der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer nach dem Schalten der Pumpzelle unter Spannung negativ beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang werden gemäß der vorstehenden Konfiguration, wenn die angelegte Spannung durch die Spannungsschalteinheit geschaltet wird, der Sensorzellenausgang und der Monitorzellenausgang erfasst und der Verschlechterungszustand der Sensorzelle basierend auf dem Sensorzellenausgang und dem Monitorzellenausgang bestimmt. In diesem Fall kann die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle durchgeführt werden, nachdem die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer aus dem Ausgang der Monitorzelle korrekt erfasst wurde. Dadurch ist es möglich, den Verschlechterungszustand der Sensorzelle richtig zu bestimmen.In a gas sensor, when a deterioration determination of a sensor cell is carried out based on the output reaction of the sensor cell, the deterioration determination of the sensor cell based on the output change of the sensor cell corresponding to the residual oxygen concentration in the gas chamber after the pump cell is switched on under voltage. In this connection, according to the above configuration, when the applied voltage is switched by the voltage switching unit, the sensor cell output and the monitor cell output are detected, and the deterioration state of the sensor cell is determined based on the sensor cell output and the monitor cell output. In this case, the Determination of deterioration of the sensor cell can be carried out after the residual oxygen concentration in the gas chamber has been correctly detected from the output of the monitor cell. This makes it possible to correctly determine the deterioration state of the sensor cell.
Figurenlistelist of figures
Die vorgenannten und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die folgenden detaillierten Beschreibungen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind wie folgt:
- 1 ist ein Diagramm, das eine Systemkonfiguration eines Motorabgassystems veranschaulicht;
- 2 ist eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines NOx-Sensors;
- 3 ist eine Querschnittsansicht von 2 entlang der Linie III-III;
- 4 ist ein Diagramm zur Beschreibung von Änderungen der transienten Eigenschaften des Ausgangs einer Sensorzelle aufgrund einer Verschlechterung des NOx-Sensors;
- 5 ist ein Diagramm, das einen Startpunkt und einen Endpunkt veranschaulicht, die bei der Berechnung eines Gradientenparameters verwendet werden;
- 6 ist ein Funktionsblockdiagramm einer SCU und eines Steuergeräts;
- 7 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle;
- 8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Änderungsmenge eines Pumpzellenstroms und einem Konvergenzwert des Monitorzellenstroms veranschaulicht;
- 9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem aktuellen Konvergenzwert der Monitorzelle und einem Anfangsgradienten veranschaulicht;
- 10 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Reaktionsgeschwindigkeitsverhältnis, einem aktuellen Konvergenzwert der Sensorzelle und einer Verschlechterungsrate darstellt;
- 11 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Verschlechterungsbestimmung einer Sensorzelle in einer zweiten Ausführungsform;
- 12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Änderungsmenge eines Pumpzellenstroms und einem anfänglichen Gradienten veranschaulicht;
- 13 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Verschlechterungsbestimmung einer Sensorzelle in einer dritten Ausführungsform;
- 14 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Monitorzellenstrom und einem Sensorzellenstrom veranschaulicht;
- 15 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Verschlechterungsbestimmung einer Sensorzelle in einer vierten Ausführungsform; und
- 16 ist eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines anderen NOx-Sensors.
The foregoing and other objects, features, and advantages of the present disclosure are explained in more detail by the following detailed descriptions with reference to the accompanying drawings. The drawings are as follows: - 1 12 is a diagram illustrating a system configuration of an engine exhaust system;
- 2 12 is a cross-sectional view of a configuration of a NOx sensor;
- 3 is a cross-sectional view of FIG 2 along the line III-III;
- 4 Fig. 11 is a diagram for describing changes in the transient properties of the output of a sensor cell due to deterioration of the NOx sensor;
- 5 Fig. 12 is a diagram illustrating a start point and an end point used in calculating a gradient parameter;
- 6 Fig. 4 is a functional block diagram of an SCU and a controller;
- 7 FIG. 14 is a flowchart of a process for determining deterioration of the sensor cell;
- 8th FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a change amount of a pump cell current and a convergence value of the monitor cell current;
- 9 Fig. 12 is a graph illustrating a relationship between the current convergence value of the monitor cell and an initial gradient;
- 10 Fig. 12 is a graph showing a relationship between a response speed ratio, a current convergence value of the sensor cell, and a deterioration rate;
- 11 10 is a flowchart of a process for determining deterioration of a sensor cell in a second embodiment;
- 12 Fig. 12 is a graph illustrating a relationship between a change amount of a pump cell current and an initial gradient;
- 13 10 is a flowchart of a process for determining deterioration of a sensor cell in a third embodiment;
- 14 FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a monitor cell current and a sensor cell current;
- 15 11 is a flowchart of a process for determining deterioration of a sensor cell in a fourth embodiment; and
- 16 13 is a cross-sectional view of a configuration of another NOx sensor.
[Beschreibung der Ausführungsformen]DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Im Folgenden werden Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den vorliegenden Ausführungsformen ist in einem System, in dem die von einem Fahrzeug-Dieselmotor emittierten Abgase als Detektionszielgas und die NOx-Konzentration im Abgas durch einen NOx-Sensor erfasst wird, eine Gassensor-Steuervorrichtung implementiert, um eine Steuerung in Bezug auf den NOx-Sensor durchzuführen. Identische oder gleichwertige Komponenten in den folgenden Ausführungsformen werden mit den gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen dargestellt, und Beschreibungen der Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen werden durch Bezugnahme aufgenommen.In the following, embodiments are described with reference to the drawings. In the present embodiments, in a system in which the exhaust gases emitted from a vehicle diesel engine as a detection target gas and the NOx concentration in the exhaust gas is detected by a NOx sensor, a gas sensor control device is implemented to control NOx Sensor to perform. Identical or equivalent components in the following embodiments are shown with the same reference numerals in the drawings, and descriptions of the components with the same reference numbers are incorporated by reference.
(Erste Ausführungsform)(First embodiment)
Wie in 1 dargestellt, ist auf der Abgasseite eines Motors 10, der ein Dieselmotor zur Reinigung des Abgases ist, ein Abgasreinigungssystem vorgesehen. Das Abgasreinigungssystem ist so konfiguriert, dass der Motor 10 mit einem Abgasrohr 11 verbunden ist, das einen Abgasweg bildet, und das Abgasrohr 11 ist mit einem Oxidationskatalysator 12 und einem selektiven Katalysator (im Folgenden kurz SCR-Katalysator genannt) 13 in dieser Reihenfolge von der Seite des Motors 10 versehen. Der Oxidationskatalysator 12 weist einen Dieseloxidationskatalysator 14 und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 15 auf. Der selektive SCR-Katalysator 13 weist einen SCR-Katalysator 16 als selektiven Reduktionskatalysator auf. Das Abgasrohr 11 ist mit einem wässrigen Harnstoffzusatzventil 17 versehen, um wässrigen Harnstoff (wässrige Harnstofflösung) als Reduktionsmittel in das Abgasrohr 11 zwischen dem Oxidationskatalysator 12 und dem SCR-Katalysator 13 zuzuführen.As in 1 is shown on the exhaust side of an engine 10 , which is a diesel engine for purifying the exhaust gas, an exhaust gas purification system is provided. The emission control system is configured so that the engine 10 with an exhaust pipe 11 is connected, which forms an exhaust gas path, and the exhaust pipe 11 is with an oxidation catalyst 12 and a selective catalyst (hereinafter referred to as SCR catalyst) 13 in this order from the side of the engine 10 Mistake. The oxidation catalyst 12 has a diesel oxidation catalyst 14 and a diesel particulate filter (DPF) 15 on. The selective SCR catalyst 13 has an SCR catalyst 16 as a selective reduction catalyst. The exhaust pipe 11 is with an aqueous urea addition valve 17 provided to aqueous urea (aqueous urea solution) as a reducing agent in the exhaust pipe 11 between the oxidation catalyst 12 and the SCR catalyst 13 supply.
Im Oxidationskatalysator 12 besteht der Dieseloxidationskatalysator 14 hauptsächlich aus einem keramischen Träger, einer Oxidmischung, die Aluminiumoxid, Cerdioxid und Zirkoniumdioxid als Bestandteile enthält, und einem Edelmetallkatalysator wie Platin, Palladium oder Rhodium. Der Dieseloxidationskatalysator 14 oxidiert und reinigt Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid, Stickoxid und andere im Abgas enthaltene Stoffe. Der Dieseloxidationskatalysator 14 erhöht auch die Abgastemperatur durch Wärmeerzeugung zum Zeitpunkt der katalytischen Reaktion.In the oxidation catalyst 12 there is the diesel oxidation catalyst 14 Mainly a ceramic support, an oxide mixture containing aluminum oxide, cerium dioxide and zirconium dioxide as components, and a noble metal catalyst such as platinum, palladium or rhodium. The diesel oxidation catalyst 14 oxidizes and cleans hydrocarbon, carbon monoxide, nitrogen oxide and others Substances containing exhaust gas. The diesel oxidation catalyst 14 also increases the exhaust gas temperature by generating heat at the time of the catalytic reaction.
Das DPF 15 ist aus einer Wabenstruktur gebildet, in der ein Platingruppen-Katalysator wie Platin oder Palladium in poröser Keramik getragen wird. Der DPF 15 sammelt die im Abgas enthaltenen Partikel, indem er sie an den Trennwänden der Wabenstruktur ansammelt. Die angesammelten Partikelstoffe werden oxidiert und durch Verbrennung gereinigt. Die Verbrennung erfolgt unter Verwendung der Temperaturerhöhung des Dieseloxidationskatalysators 14 und der durch ein Additiv verursachten Verringerung der Verbrennungstemperatur der teilchenförmigen Stoffe.The DPF 15 is formed from a honeycomb structure in which a platinum group catalyst such as platinum or palladium is carried in porous ceramic. The DPF 15 collects the particles contained in the exhaust gas by collecting them on the partitions of the honeycomb structure. The accumulated particulate matter is oxidized and cleaned by combustion. The combustion takes place using the temperature increase of the diesel oxidation catalyst 14 and the reduction in the combustion temperature of the particulates caused by an additive.
Der SCR-Katalysator 13 ist eine Nachbehandlungsvorrichtung des Oxidationskatalysators 12, die NOx zu Stickstoff und Wasser reduziert. Der SCR-Katalysator 16 ist beispielsweise ein Katalysator, bei dem ein Edelmetall wie Pt auf der Oberfläche eines Basismaterials wie Zeolith oder Aluminiumoxid getragen wird. Wenn die Katalysatortemperatur in einem aktiven Temperaturbereich liegt, reduziert und reinigt der SCR-Katalysator 16 NOx unter Zusatz von Harnstoff als Reduktionsmittel.The SCR catalytic converter 13 is an aftertreatment device of the oxidation catalyst 12 that reduces NOx to nitrogen and water. The SCR catalytic converter 16 is, for example, a catalyst in which a noble metal such as Pt is carried on the surface of a base material such as zeolite or aluminum oxide. If the catalyst temperature is in an active temperature range, the SCR catalyst reduces and cleans 16 NOx with the addition of urea as a reducing agent.
Das Abgasrohr 11 ist mit Begrenzungsstrom-NOx-Sensoren 21, 22 und 23 als Gassensoren jeweils stromaufwärts des Oxidationskatalysators 12, stromaufwärts des wässrigen Harnstoffzusatzventils 17 zwischen dem Oxidationskatalysator 12 und dem SCR-Katalysator 13 und stromabwärts des SCR-Katalysators 13 versehen. Die NOx-Sensoren 21 bis 23 erfassen die NOx-Konzentration im Abgas an ihren jeweiligen Erfassungspositionen. Die Positionen und Anzahl der NOx-Sensoren im Motorabgassystem können beliebig eingestellt werden.The exhaust pipe 11 is with limit current NOx sensors 21 . 22 and 23 as gas sensors upstream of the oxidation catalyst 12 , upstream of the aqueous urea addition valve 17 between the oxidation catalyst 12 and the SCR catalyst 13 and downstream of the SCR catalyst 13 Mistake. The NOx sensors 21 to 23 detect the NOx concentration in the exhaust gas at their respective detection positions. The positions and number of NOx sensors in the engine exhaust system can be set as required.
Die NOx-Sensoren 21 bis 23 sind jeweils mit den Sensorsteuergeräten (SCUs) 31, 32 und 33 verbunden. Detektionssignale der NOx-Sensoren 21 bis 23 werden gegebenenfalls an die entsprechenden SCUs 31 bis 33 ausgegeben. Die SCUs 31 bis 33 sind elektronische Steuergeräte, die jeweils einen Mikrocomputer mit einer CPU und verschiedenen Speichern und deren Peripherieschaltungen beinhalten und die Sauerstoff-(O2)-Konzentration und die NOx-Konzentration als Konzentration einer bestimmten Gaskomponente im Abgas berechnen, basierend auf den Detektionssignalen (Grenzstromsignalen) der NOx-Sensoren 21 bis 23.The NOx sensors 21 to 23 are each with the sensor control units (SCUs) 31 . 32 and 33 connected. Detection signals from the NOx sensors 21 to 23 may be sent to the appropriate SCUs 31 to 33 output. The SCUs 31 to 33 are electronic control devices, each of which contains a microcomputer with a CPU and various memories and their peripheral circuits and which oxygen ( O2 ) Concentration and calculate the NOx concentration as the concentration of a specific gas component in the exhaust gas, based on the detection signals (limit current signals) of the NOx sensors 21 to 23 ,
Die SCUs 31 bis 33 sind über die Kommunikationsleitung 34 mit einer Kommunikationsleitung 34 wie dem CAN-Bus und mit verschiedenen Steuergeräten (z.B. dem Motor-ECU 35) verbunden. Das heißt, die SCUs 31 bis 33 und das Motorsteuergerät 35 können über die Kommunikationsleitung 34 gegenseitig Informationen senden und empfangen. So übertragen beispielsweise die SCUs 31 bis 33 Informationen über die Sauerstoffkonzentration und die NOx-Konzentration im Abgas an das Motorsteuergerät 35. Der Motor ECU 35 ist eine elektronische Steuervorrichtung mit einem Mikrocomputer mit einer CPU und verschiedenen Speichern und deren Peripherieschaltungen, die den Motor 10 und verschiedene Vorrichtungen im Abgassystem steuert. Das Motorsteuergerät 35 führt eine Kraftstoffeinspritzregelung durch und andere, die beispielsweise auf einer Gaspedalöffnung und einer Motordrehzahl basieren.The SCUs 31 to 33 are on the communication line 34 with a communication line 34 such as the CAN bus and with various control units (e.g. the engine ECU 35 ) connected. That is, the SCUs 31 to 33 and the engine control unit 35 can over the communication line 34 send and receive each other information. For example, the SCUs transmit 31 to 33 Information about the oxygen concentration and the NOx concentration in the exhaust gas to the engine control unit 35 , The engine ECU 35 is an electronic control device with a microcomputer with a CPU and various memories and their peripheral circuits that drive the motor 10 and controls various devices in the exhaust system. The engine control unit 35 performs fuel injection control and others based, for example, on accelerator opening and engine speed.
Darüber hinaus steuert das Motorsteuergerät 35 die Zugabe von wässrigem Harnstoff mit dem wässrigen Harnstoffzusatzventil 17 basierend auf der von den NOx-Sensoren 21 bis 23 erfassten NOx-Konzentration. Die Kontrolle der Zugabe von wässrigem Harnstoff wird kurz beschrieben. Das Motorsteuergerät 35 berechnet die additive Menge an wässrigem Harnstoff basierend auf der NOx-Konzentration, die von den NOx-Sensoren 21 und 22 stromaufwärts des SCR-Katalysators 13 erfasst wird, und führt eine Rückkopplungskorrektur der additiven Menge an wässrigem Harnstoff durch, sodass der Wert der NOx-Konzentration, die vom NOx-Sensor 23 stromabwärts des SCR-Katalysators 13 erfasst wird, so klein wie möglich wird. Anschließend steuert das Motor-ECU 35 das Antreiben des wässrigen Harnstoff-Additivventils 17 basierend auf der Additivmenge an wässrigem Harnstoff.In addition, the engine control unit controls 35 the addition of aqueous urea with the aqueous urea addition valve 17 based on that from the NOx sensors 21 to 23 detected NOx concentration. The control of the addition of aqueous urea is briefly described. The engine control unit 35 calculates the additive amount of aqueous urea based on the NOx concentration by the NOx sensors 21 and 22 upstream of the SCR catalyst 13 is detected, and performs a feedback correction on the additive amount of aqueous urea so that the value of the NOx concentration obtained from the NOx sensor 23 downstream of the SCR catalyst 13 is captured as small as possible. Then the engine-ECU controls 35 driving the aqueous urea additive valve 17 based on the amount of additive aqueous urea.
Als nächstes wird eine Konfiguration der NOx-Sensoren 21 bis 23 beschrieben. Die NOx-Sensoren 21 bis 23 sind in der Konfiguration gleich, daher wird hier die Konfiguration des NOx-Sensors 21 beschrieben. Die 2 und 3 sind Diagramme, die eine innere Struktur eines Sensorelements 40 darstellen, das den NOx-Sensor 21 bildet. Die längere Seite des Sensorelements 40 erstreckt sich in der Zeichnung entlang der rechten/linken Richtung, und das vordere Ende des Sensorelements 40 befindet sich auf der linken Seite der Zeichnung. Das Sensorelement 40 weist eine Drei-Zellen-Struktur auf, die eine Pumpzelle 41, eine Sensorzelle 42 und eine Monitorzelle 43 beinhaltet. Die Monitorzelle 43 hat die Funktion, sowohl aus einem Gas als auch aus der Pumpzelle 41 Sauerstoff abzuleiten und kann auch als Hilfspumpenzelle oder zweite Pumpzelle bezeichnet werden.Next is a configuration of the NOx sensors 21 to 23 described. The NOx sensors 21 to 23 are the same in configuration, therefore here the configuration of the NOx sensor 21 described. The 2 and 3 are diagrams showing an internal structure of a sensor element 40 represent that the NOx sensor 21 forms. The longer side of the sensor element 40 extends along the right / left direction in the drawing, and the front end of the sensor element 40 is on the left side of the drawing. The sensor element 40 has a three-cell structure that is a pump cell 41 , a sensor cell 42 and a monitor cell 43 includes. The monitor cell 43 has the function both from a gas and from the pump cell 41 Deriving oxygen and can also be referred to as an auxiliary pump cell or second pump cell.
Das Sensorelement 40 beinhaltet einen ersten Hauptkörperteil 51 und einen zweiten Hauptkörperteil 52 aus einem Isolator, wie beispielsweise Aluminiumoxid, einen Festelektrolytkörper 53, der zwischen den Hauptkörperteilen 51 und 52 angeordnet ist, einen diffusen Widerstand 54, eine Pumpzellenelektrode 55, eine Sensorzellenelektrode 56, eine Monitorzellenelektrode 57, eine gemeinsame Elektrode 58 und eine Heizung 59. Zwischen dem ersten Hauptkörperteil 51 und dem Festelektrolytkörper 53 ist eine Gaskammer 61 als Konzentrationsmesskammer ausgebildet, und zwischen dem zweiten Hauptkörperteil 52 und dem Festelektrolytkörper 53 ist eine Luftkammer 62 als Standardgaskammer ausgebildet.The sensor element 40 includes a first main body part 51 and a second main body part 52 a solid electrolyte body from an insulator such as aluminum oxide 53 between the main body parts 51 and 52 is arranged, a diffuse resistance 54 , a pump cell electrode 55 , a sensor cell electrode 56 , a monitor cell electrode 57 , a common electrode 58 and a heater 59 , Between the first main body part 51 and the solid electrolyte body 53 is a gas chamber 61 formed as a concentration measuring chamber, and between the second main body part 52 and the solid electrolyte body 53 is an air chamber 62 designed as a standard gas chamber.
Die Pumpzelle 41 passt die Sauerstoffkonzentration im in die Gaskammer 61 eingeleiteten Abgas an und ist aus der Pumpzellenelektrode 55, der gemeinsamen Elektrode 58 und einem Teil des Festelektrolytkörpers 53 gebildet. Die Sensorzelle 42 detektiert die Konzentration einer vorbestimmten Gaskomponente (NOx-Konzentration) in der Gaskammer 61 basierend auf einem zwischen der Sensorzellenelektrode 56 und der gemeinsamen Elektrode 58 fließenden Sauerstoffionenstrom und ist aus der Sensorzellenelektrode 56, der gemeinsamen Elektrode 58 und einem Teil des Festelektrolytkörpers 53 gebildet. Die Monitorzelle 43 detektiert die Konzentration des Restsauerstoffs in der Gaskammer 61 basierend auf einem zwischen der Monitorzellenelektrode 57 und der gemeinsamen Elektrode 58 fließenden Sauerstoffionenstrom und ist aus der Monitorzellenelektrode 57, der gemeinsamen Elektrode 58 und einem Teil des Festelektrolytkörpers 53 gebildet.The pump cell 41 fits the oxygen concentration in the gas chamber 61 introduced exhaust gas and is from the pump cell electrode 55 , the common electrode 58 and a part of the solid electrolyte body 53 educated. The sensor cell 42 detects the concentration of a predetermined gas component (NOx concentration) in the gas chamber 61 based on one between the sensor cell electrode 56 and the common electrode 58 flowing oxygen ion current and is from the sensor cell electrode 56 , the common electrode 58 and a part of the solid electrolyte body 53 educated. The monitor cell 43 detects the concentration of residual oxygen in the gas chamber 61 based on one between the monitor cell electrode 57 and the common electrode 58 flowing oxygen ion current and is from the monitor cell electrode 57 , the common electrode 58 and a part of the solid electrolyte body 53 educated.
Der Festelektrolytkörper 53 ist ein plattenförmiges Element, das aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolytmaterial wie Zirkonoxid gebildet wird. Das erste Hauptkörperteil 51 und das zweite Hauptkörperteil 52 sind auf beiden Seiten des Festelektrolytkörpers 53 angeordnet. Das erste Hauptkörperteil 51 ist auf der Seite des Festelektrolytkörpers 53 getreten, und die Stufe bildet einen konkaven Abschnitt, der die Gaskammer 61 bildet. Eine Seitenfläche des konkaven Abschnitts im ersten Hauptkörperteil 51 wird geöffnet, und der diffuse Widerstand 54 ist auf der einen geöffneten Seitenfläche angeordnet. Der diffundierte Widerstand 54 besteht aus einem porösen Material oder einem Material mit feinen Poren. Die Geschwindigkeit des in die Gaskammer 61 eingeleiteten Abgases wird durch die Wirkung des diffundierten Widerstandes 54 geregelt.The solid electrolyte body 53 is a plate-shaped element which is formed from an oxygen ion-conducting solid electrolyte material such as zirconium oxide. The first main body part 51 and the second main body part 52 are on both sides of the solid electrolyte body 53 arranged. The first main body part 51 is on the side of the solid electrolyte body 53 entered, and the step forms a concave section, which is the gas chamber 61 forms. A side surface of the concave portion in the first main body part 51 is opened, and the diffuse resistance 54 is arranged on one open side surface. The diffused resistance 54 consists of a porous material or a material with fine pores. The speed of the gas chamber 61 Exhaust gas introduced is diffused by the effect of resistance 54 regulated.
Ebenso wird das zweite Hauptkörperteil 52 auf die Seite des Festelektrolytkörpers 53 getreten, und die Stufe bildet einen konkaven Abschnitt, der die Luftkammer 62 bildet. Eine Seitenfläche der Luftkammer 62 ist geöffnet. Das von der Seite des Festelektrolytkörpers 53 in die Luftkammer 62 eingeleitete Gas wird an die Atmosphäre abgegeben.Likewise, the second main body part 52 to the side of the solid electrolyte body 53 entered, and the step forms a concave section, which is the air chamber 62 forms. One side face of the air can 62 is opened. That from the side of the solid electrolyte body 53 in the air chamber 62 The gas introduced is released into the atmosphere.
Die kathodenseitige Pumpzellenelektrode 55, die Sensorzellenelektrode 56 und die Monitorzellenelektrode 57 sind auf der der Gaskammer 61 zugewandten Oberfläche des Festelektrolytkörpers 53 vorgesehen. In diesem Fall ist die Pumpzellenelektrode 55 auf der Eingangsseite der Gaskammer 61 in der Nähe des diffusen Widerstandes 54, also stromaufwärts der Gaskammer 61, angeordnet. Die Sensorzellenelektrode 56 und die Monitorzellenelektrode 57 sind auf der gegenüberliegenden Seite des diffusen Widerstandes 54 mit der Pumpzellenelektrode 55 dazwischen, d.h. stromabwärts der Gaskammer 61, angeordnet. Die Pumpzellenelektrode 55 weist eine größere Oberfläche auf als die der Sensorzellenelektrode 56 und der Monitorzellenelektrode 57. Die Sensorzellenelektrode 56 und die Monitorzellenelektrode 57 sind an Positionen angeordnet, die nahe beieinander liegen und in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases gleich sind. Die Pumpzellenelektrode 55 und die Monitorzellenelektrode 57 sind Elektroden aus einem Edelmetall, das gegenüber NOx wie Au-Pt inaktiv ist (Elektroden, die weniger in der Lage sind, NOx zu zersetzen), während die Sensorzellenelektrode 56 eine Elektrode aus einem gegenüber NOx aktiven Edelmetall wie Platin Pt oder Rhodium Rh ist.The cathode-side pump cell electrode 55 , the sensor cell electrode 56 and the monitor cell electrode 57 are on the gas chamber 61 facing surface of the solid electrolyte body 53 intended. In this case, the pump cell electrode 55 on the entrance side of the gas chamber 61 near the diffuse resistance 54 , i.e. upstream of the gas chamber 61 , arranged. The sensor cell electrode 56 and the monitor cell electrode 57 are on the opposite side of the diffuse resistance 54 with the pump cell electrode 55 in between, ie downstream of the gas chamber 61 , arranged. The pump cell electrode 55 has a larger surface area than that of the sensor cell electrode 56 and the monitor cell electrode 57 , The sensor cell electrode 56 and the monitor cell electrode 57 are arranged at positions which are close to each other and are the same with respect to the flow direction of the exhaust gas. The pump cell electrode 55 and the monitor cell electrode 57 are electrodes made of a noble metal that is inactive towards NOx like Au-Pt (electrodes that are less able to decompose NOx), while the sensor cell electrode 56 is an electrode made of a noble metal active against NOx, such as platinum Pt or rhodium Rh.
Die anodenseitige gemeinsame Elektrode 58 ist auf der der Luftkammer 62 zugewandten Oberfläche des Festelektrolytkörpers 53 an einer Position entsprechend den kathodenseitigen Elektroden 55 bis 57 vorgesehen.The common electrode on the anode side 58 is on the air chamber 62 facing surface of the solid electrolyte body 53 at a position corresponding to the electrodes on the cathode side 55 to 57 intended.
Wenn eine Spannung zwischen der Pumpzellenelektrode 55 und der gemeinsamen Elektrode 58 angelegt wird, wird der im Abgas in der Gaskammer 61 enthaltene Sauerstoff durch die kathodenseitige Pumpzellenelektrode 55 ionisiert. Dann bewegen sich die Sauerstoffionen im Festelektrolytkörper 53 in Richtung der anodenseitigen gemeinsamen Elektrode 58, und die Sauerstoffionen in der gemeinsamen Elektrode 58 setzen elektrische Ladung frei und werden zu Sauerstoff. Der Sauerstoff wird in die Luftkammer 62 abgegeben. Dementsprechend wird die Gaskammer 61 in einem vorgegebenen sauerstoffarmen Zustand gehalten.If there is a voltage between the pump cell electrode 55 and the common electrode 58 is created, it is in the exhaust gas in the gas chamber 61 contained oxygen through the cathode-side pump cell electrode 55 ionized. Then the oxygen ions move in the solid electrolyte body 53 towards the common electrode on the anode side 58 , and the oxygen ions in the common electrode 58 release electrical charge and become oxygen. The oxygen is in the air chamber 62 issued. Accordingly, the gas chamber 61 kept in a predetermined low-oxygen state.
Da die an die Pumpzelle 41 angelegte Spannung (d.h. die angelegte Spannung zwischen der Pumpzellenelektrode 55 und der gemeinsamen Elektrode 58) höher ist, wird die von der Pumpzelle 41 aus dem Abgas abgegebene Sauerstoffmenge größer. Umgekehrt, da die an die Pumpzelle 41 angelegte Spannung niedriger ist, wird die Menge an Sauerstoff, die von der Pumpzelle 41 aus dem Abgas abgegeben wird, kleiner. Daher ermöglicht das Erhöhen oder Verringern der an die Pumpzelle 41 angelegten Spannung, die Menge des Restsauerstoffs im Abgas zu erhöhen oder zu verringern, der in die nachfolgende Sensorzelle 42 und Monitorzelle 43 strömt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die an die Pumpzelle 41 angelegte Spannung als Pumpzellenanlegte Spannung Vp bezeichnet, und der von der Pumpzelle 41 im spannungsangelegten Zustand ausgegebene Strom wird als Pumpzellenstrom Ip bezeichnet.Because the to the pump cell 41 applied voltage (ie the applied voltage between the pump cell electrode 55 and the common electrode 58 ) is higher, that of the pump cell 41 the amount of oxygen released from the exhaust gas is greater. Conversely, since the pump cell 41 Applied voltage is lower, the amount of oxygen released by the pump cell 41 is released from the exhaust gas, smaller. Therefore, increasing or decreasing the pump cell enables 41 applied voltage to increase or decrease the amount of residual oxygen in the exhaust gas entering the subsequent sensor cell 42 and monitor cell 43 flows. In the present embodiment, the pump cell 41 applied voltage referred to as pump cell applied voltage Vp, and that of the pump cell 41 Current output in the voltage-applied state is referred to as pump cell current Ip.
Die Monitorzelle 43 detektiert die Konzentration des Restsauerstoffs in der Gaskammer 61, nachdem der Sauerstoff durch die Pumpzelle 41 abgeführt wurde. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Monitorzelle 43 als Detektionssignal der Restsauerstoffkonzentration ein durch das Anlegen der Spannung erzeugtes Stromsignal oder ein elektromotorisches Signal entsprechend der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 aus. Der Ausgang der Monitorzelle 43 wird von den SCUs 31 bis 33 als Monitorzellenstrom Im oder als elektromotorische Kraft Vm der Monitorzelle erfasst.The monitor cell 43 detects the concentration of residual oxygen in the gas chamber 61 . after the oxygen through the pump cell 41 was dissipated. At this point the monitor cell is there 43 as a detection signal of the residual oxygen concentration, a current signal generated by the application of the voltage or an electromotive signal corresponding to the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 out. The output of the monitor cell 43 is used by the SCUs 31 to 33 as monitor cell current Im or as electromotive force Vm of the monitor cell.
Nachdem der Sauerstoff durch die Pumpzelle 41 abgeführt wurde, unterzieht die Sensorzelle 42 das NOx im Abgas zusammen mit der Spannungsbeaufschlagung einer reduktiven Zersetzung und gibt ein Stromsignal entsprechend der NOx-Konzentration und der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 aus. Der Ausgang der Sensorzelle 42 wird als Sensorzellenstrom Is von den SCUs 31 bis 33 erfasst. Die SCUs 31 bis 33 berechnen die NOx-Konzentration im Abgas aus dem Sensorzellenstrom Is.After the oxygen through the pump cell 41 has been removed, the sensor cell undergoes 42 the NOx in the exhaust gas together with the voltage application of a reductive decomposition and gives a current signal corresponding to the NOx concentration and the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 out. The output of the sensor cell 42 is the sensor cell current Is from the SCUs 31 to 33 detected. The SCUs 31 to 33 calculate the NOx concentration in the exhaust gas from the sensor cell current Is.
In der Sensorzelle 42, auch wenn die Konzentration des Detektionszielgases im Abgas gleich ist, neigt die transiente Reaktionsfähigkeit des Sensorzellenstroms Is als Ausgang der Sensorzelle 42 dazu, unter Einfluss von Verschlechterungen mit der Zeit oder dergleichen zu variieren. Diese Tendenz wird mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 veranschaulicht schematisch Übergänge mit der Zeit von (a) der angelegten Spannung Vp der Pumpzelle, (b) dem Strom Ip der Pumpzelle, (c) dem Strom Is der Sensorzelle und (d) dem Strom Im der Monitorzelle. Im Folgenden wird der Fall der Durchführung einer ersten Spannungsschaltung beschrieben, bei der die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle zum Erhöhen der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 geschaltet wird, und eine zweite Spannungsschaltung, bei der die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle zum Verringern der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 nach der Durchführung der ersten Spannungsschaltung geschaltet wird.In the sensor cell 42 Even if the concentration of the detection target gas in the exhaust gas is the same, the transient reactivity of the sensor cell current Is tends to be the output of the sensor cell 42 to vary with time or the like under the influence of deterioration. This tendency is related to 4 described. 4 schematically illustrates transitions with time from (a) the applied voltage Vp of the pump cell, (b) the current Ip of the pump cell, (c) the current Is of the sensor cell and (d) the current Im of the monitor cell. In the following, the case of carrying out a first voltage circuit is described in which the applied voltage Vp of the pump cell for increasing the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 is switched, and a second voltage circuit in which the applied voltage Vp of the pump cell to reduce the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 is switched after performing the first voltage switching.
Unter Bezugnahme auf 4, zum Zeitpunkt t1, wird die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle stufenweise von Vp0 auf Vp1 als erste Spannungsschaltung (Vp0 >Vp1) geschaltet. Dementsprechend ändert und verringert sich der Strom Ip der Pumpzelle, um dadurch die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 zu erhöhen. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich der Strom Ip der Pumpzelle mit dem Nachlaufen von Ip0 und konvergiert auf Ip1. In der Sensorzelle 42 und der Monitorzelle 43 erhöhen sich der Sensorzellenstrom Is und der Monitorzellenstrom Im durch eine transiente Reaktion entsprechend der Erhöhung der Restsauerstoffkonzentration auf einen stationären Wert.With reference to 4 , at time t1, the applied voltage vp the pump cell gradually from vp0 on Vp1 as the first voltage circuit ( vp0 > Vp1 ) switched. Accordingly, the pump cell current Ip changes and decreases, thereby reducing the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 to increase. At this time, the current Ip of the pump cell changes with the lagging of ip0 and converges on Ip1 , In the sensor cell 42 and the monitor cell 43 the sensor cell current Is and the monitor cell current Im increase due to a transient reaction corresponding to the increase in the residual oxygen concentration to a stationary value.
4(c) veranschaulicht zwei Arten von transienten Ansprechverhalten des Sensorzellenstroms entsprechend der Abnahme der angelegten Spannung Vp der Pumpzelle, d.h. der Eigenschaften zum Zeitpunkt der Herstellung des NOx-Sensors (Anfangseigenschaften) und der Eigenschaften mit dem NOx-Sensor verschlechtert (Nachverschlechterungseigenschaften). In 4(c) werden die Anfangsmerkmale durch eine durchgezogene Linie und die Verschlechterungszeitmerkmale durch eine einpunktige Kettenlinie dargestellt. 4(c) zeigt, dass eine Differenz zwischen den Anfangseigenschaften und den Verschlechterungseigenschaften des Stromes der Sensorzelle auftritt, auch wenn das der Sensorzelle 42 zugeführte Abgas die gleiche Sauerstoffkonzentration aufweist. In diesem Fall ist zunächst einmal der stationäre Wert der Verschlechterungszeitmerkmale tendenziell kleiner als der stationäre Wert der ursprünglichen Merkmale. Zweitens ist der Anstieg der Verschlechterungszeitmerkmale tendenziell langsamer als der Anstieg der ursprünglichen Merkmale. So ist beispielsweise bei Gradienten der Merkmale in einer Periode Ta während einer transienten Änderung ein Gradient A11 der Verschlechterungszeitmerkmale kleiner als ein Gradient A10 der Ausgangsmerkmale. Die Periode Ta bezieht sich auf eine Zeitspanne zwischen einem Startpunkt P1 und einem Endpunkt P2 der transienten Reaktion auf das Schalten der Pumpzelle mit angelegter Spannung Vp. Diese Tendenzen werden mit dem Fortschreiten der Verschlechterung der Sensorzelle 42 immer deutlicher. 4 (c) illustrates two types of transient response of the sensor cell current according to the decrease in applied voltage vp the pump cell, ie the properties at the time of manufacture of the NOx sensor (initial properties) and the properties with the NOx sensor deteriorate (post-deterioration properties). In 4 (c) the initial characteristics are represented by a solid line and the deterioration time characteristics by a single-point chain line. 4 (c) shows that a difference occurs between the initial characteristics and the deterioration characteristics of the current of the sensor cell even if that of the sensor cell 42 supplied exhaust gas has the same oxygen concentration. In this case, the stationary value of the deterioration time characteristics tends to be smaller than the stationary value of the original characteristics. Second, the increase in the deterioration time characteristics tends to be slower than the increase in the original characteristics. For example, in the case of gradients of the features in a period Ta during a transient change, there is a gradient A11 the deterioration time characteristics are less than a gradient A10 of the initial characteristics. The period Ta refers to a period between a starting point P1 and an end point P2 the transient response to the switching of the pump cell with applied voltage Vp. These tendencies become apparent as the sensor cell deteriorates 42 more and more clearly.
Unter Bezugnahme auf 4, zum Zeitpunkt t2, wird die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle stufenweise von Vp1 auf Vp2 als zweite Spannungsschaltung (Vp1 <Vp2) geschaltet. Dementsprechend steigt der Strom Ip der Pumpzelle an, um dadurch die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 zu reduzieren. Darüber hinaus ändern und verringern sich der Sensorzellenstrom Is und die Monitorzelle Im entsprechend der Reduzierung der Restsauerstoffkonzentration auf ihre jeweiligen stationären Werte.With reference to 4 , at time t2, the applied voltage Vp of the pump cell is gradually increased from Vp1 on Vp2 as a second voltage circuit ( Vp1 < Vp2 ) switched. The current Ip of the pump cell increases accordingly, thereby increasing the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 to reduce. In addition, the sensor cell current Is and the monitor cell Im change and decrease in accordance with the reduction in the residual oxygen concentration to their respective stationary values.
Bei der Durchführung der ersten Spannungsumschaltung beziehen sich der Startpunkt P1 und der Endpunkt P2 auf Zeitpunkte, die in einem vorbestimmten Zeitraum nach dem Schalten der Pumpzelle mit angelegter Spannung Vp und vor der Stabilisierung des Sensorzellenstroms Is liegen. Die als Startpunkt P1 und Endpunkt P2 eingestellten Zeiten werden im Folgenden beschrieben.When the first voltage changeover is carried out, the starting point refers P1 and the end point P2 at times in a predetermined period after switching the pump cell with the voltage applied vp and lie before the stabilization of the sensor cell current Is. The as a starting point P1 and end point P2 set times are described below.
Wie in 5 dargestellt, ist der Startpunkt P1 beispielsweise einer der folgenden drei Punkte:
- (1) einen Zeitpunkt, mit dem das durch das Schalten der angelegte Spannung Vp der Pumpzelle verursachte Nachlaufen des Pumpzellenstroms Ip einen Nachlauftiefpunkt PL erreicht (ein in 5 dargestellter Punkt P11);
- (2) einen Zeitpunkt, mit dem eine Sensorzellenausgangsfluktuationsmenge, die durch das Schalten der Pumpzellenanlegte Spannung Vp verursacht wird, einen vorbestimmten Wert L1 erreicht (ein Punkt P12, der in 5 dargestellt ist); und
- (3) ein Timing, mit dem eine vorbestimmte Zeit E1 nach dem Schalten der an die Pumpzelle angelegten Spannung Vp vergeht (ein in 5 dargestellter Punkt P13).
Wie in 5 dargestellt, ist der Endpunkt P2 beispielsweise einer der beiden folgenden Punkte:
- (4) ein Timing, mit dem eine vorbestimmte Zeit E2 nach dem Schalten der an die Pumpzelle angelegten Spannung Vp (ein Punkt P21, dargestellt in 5) vergeht; und
- (5) einen Zeitpunkt, mit dem die Schwankungsbreite der Sensorzellenausgabe, die durch das Schalten der angelegte Spannung Vp der Pumpzelle verursacht wird, einen vorbestimmten Wert L2 erreicht (ein in 5 veranschaulichter Punkt P22).
As in 5 shown is the starting point P1 for example one of the following three points: - (1) a point in time at which the after-running of the pumping cell current Ip caused by the switching of the applied voltage Vp of the pumping cell reaches a lagging low point PL (an in 5 represented point P11 );
- (2) a time at which a sensor cell output fluctuation amount caused by switching the pump cell applied voltage Vp becomes a predetermined value L1 reached (one point P12 who in 5 is shown); and
- (3) a timing at which a predetermined time E1 after switching the voltage Vp applied to the pump cell (an in 5 represented point P13 ).
As in 5 is the end point P2 for example one of the following two points: - (4) a timing at which a predetermined time E2 after switching the voltage applied to the pump cell vp (one point P21 , shown in 5 ) passes; and
- (5) a time point at which the fluctuation range of the sensor cell output caused by the switching of the applied voltage Vp of the pump cell becomes a predetermined value L2 reached (one in 5 illustrated point P22 ).
Der vorgegebene Wert L1 ist ein Wert, der durch Erhöhen des Stromwertes vor der Spannungsumschaltung um einen vorgegebenen Prozentsatz (z.B. einen von 5 bis 30%) erhalten wird, wobei der Stromänderungsbetrag des Sensorzellenstroms zum Zeitpunkt des Schaltens der von der Pumpzelle angelegten Spannung Vp (Umschalten von Vp0 auf Vp1) auf 100% eingestellt wird, und zwar in gleicher Weise wie diesmal in den Anfangszuständen der NOx-Sensoren 21 bis 23. Der vorgegebene Wert L2 ist größer als der vorgegebene Wert L1, der durch Erhöhen des Stromwertes vor der Spannungsumschaltung um einen vorgegebenen Prozentsatz (z.B. ausgewählt aus 50 bis 95%) erhalten wird.The default value L1 is a value obtained by increasing the current value before the voltage switching by a predetermined percentage (for example, one of 5 to 30%), the current change amount of the sensor cell current at the time of switching the voltage applied by the pump cell vp (Toggle from vp0 on Vp1 ) is set to 100%, in the same way as this time in the initial states of the NOx sensors 21 to 23 , The default value L2 is greater than the specified value L1 , which is obtained by increasing the current value before the voltage changeover by a predetermined percentage (for example selected from 50 to 95%).
Unter Berücksichtigung der frühzeitigen Durchführung der Verschlechterungsbestimmung werden sowohl der Startpunkt P1 als auch der Endpunkt P2 vorzugsweise mit möglichst frühen Zeitpunkten eingestellt. In den vorstehenden konkreten Beispielen (1) bis (5) wird es bevorzugt, den Startpunkt P1 auf (1) und den Endpunkt P2 auf (4) zu setzen.Taking into account the early implementation of the deterioration determination, both the starting point P1 as well as the end point P2 preferably set as early as possible. In the above concrete examples (1) to (5), it is preferable to use the starting point P1 on (1) and the end point P2 to put on (4).
Bei der Durchführung der Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 ändert sich die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 durch das Schalten der Pumpzelle mit angelegter Spannung Vp, und die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 wird basierend auf der transienten Reaktion der Sensorzelle 42 auf die Änderung der Restsauerstoffkonzentration durchgeführt. Die Verschlechterungsbestimmung kann jedoch entsprechend der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 nach dem Schalten der Pumpzelle mit angelegter Spannung Vp negativ beeinflusst werden. Wenn beispielsweise unter Bezugnahme auf 4 die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 nach dem Schalten der Pumpzellenspannung Vp (nach Zeit t1) größer als ein angenommener Wert ist, kann die Erfassungsgenauigkeit des Sensorzellenstroms Is als Parameter für die Alterungsbestimmung abnehmen.When performing the deterioration determination of the sensor cell 42 the residual oxygen concentration in the gas chamber changes 61 by switching the pump cell with applied voltage Vp, and determining the deterioration of the sensor cell 42 is based on the transient response of the sensor cell 42 to change the residual oxygen concentration. However, the determination of the deterioration can correspond to the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 after switching the pump cell with applied voltage Vp. For example, with reference to 4 the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 after switching the pump cell voltage vp (after time t1) is greater than an assumed value, the detection accuracy of the sensor cell current Is can decrease as a parameter for the aging determination.
So wird in der vorliegenden Ausführungsform beim Schalten der Pumpzellenspannung Vp der Sensorzellenstrom Is und der Monitorzellenstrom Im erfasst und der Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 basierend auf dem Sensorzellenstrom Is und der Monitorzelle Im bestimmt, um dadurch eine Verringerung der Genauigkeit der Verschleißbestimmung der Sensorzelle 42 zu unterdrücken.Thus, in the present embodiment, when the pump cell voltage Vp is switched, the sensor cell current Is and the monitor cell current Im are detected and the deteriorated state of the sensor cell 42 based on the sensor cell current Is and the monitor cell Im, thereby reducing the accuracy of the wear determination of the sensor cell 42 to suppress.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm zur Beschreibung der Funktionen der SCUs 31 bis 33. Jede der SCUs 31 bis 33 beinhaltet: eine Spannungsschalteinheit M11, die die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle schaltet; eine Erfassungseinheit M12, die beim Schalten der angelegte Spannung Vp den Sensorzellenstrom Is und den Monitorzellenstrom Im erfasst; und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit M13, die den Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 basierend auf dem Sensorzellenstrom Is und dem Monitorzellenstrom Im bestimmt. 6 is a functional block diagram for describing the functions of the SCUs 31 to 33 , Each of the SCUs 31 to 33 includes: a voltage switch unit M11 that the applied voltage vp the pump cell switches; a registration unit M12 that when switching the applied voltage vp detects the sensor cell current Is and the monitor cell current Im; and a deterioration determination unit M13 that the deterioration state of the sensor cell 42 based on the sensor cell current Is and the monitor cell current Im.
Die Spannungsschalteinheit M11 führt die erste Spannungsschaltung durch, bei der die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle zum Erhöhen der Sauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 (die Spannungsschaltung von Vp0 auf Vp1 in 4) und die zweite Spannungsschaltung, bei der die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle zum Verringern der Sauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 geschaltet wird (die Spannungsschaltung von Vp1 auf Vp2 in 4). Das heißt, die Spannungsschalteinheit M11 führt einen Spannungsschaltzyklus durch, bei dem die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle verringert und dann erhöht wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird die von der Pumpzelle angelegte Spannung Vp stufenweise geschaltet. Die Wellenform der Spannungsänderung kann sich jedoch von einer gestuften Wellenform unterscheiden. Dennoch ist die Wellenform der Spannungsänderung vorzugsweise die gleiche wie zum Zeitpunkt der Messung der Anfangseigenschaften, da die Verschlechterungsbestimmung im Vergleich zu den Anfangseigenschaften durchgeführt wird.The voltage switch unit M11 performs the first voltage switching at which the applied voltage Vp of the pumping cell increases the oxygen concentration in the gas chamber 61 (the voltage switching of vp0 on Vp1 in 4 ) and the second voltage circuit, in which the applied voltage Vp of the pump cell to reduce the oxygen concentration in the gas chamber 61 is switched (the voltage switching of Vp1 on Vp2 in 4 ). That is, the voltage switching unit M11 performs a voltage switching cycle in which the applied voltage Vp of the pump cell is reduced and then increased. In the present embodiment, the voltage applied by the pump cell vp switched in stages. However, the voltage change waveform may differ from a stepped waveform. However, the waveform of the voltage change is preferably the same as that at the time of measuring the initial properties because the deterioration determination is made compared to the initial properties.
Die Erfassungseinheit M12 erfasst den Sensorzellenstrom Is als Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx unter der Bedingung, dass die Änderung des Monitorzellenstroms Im nach dem Schalten der Pumpzellenspannung Vp durch die Spannungsschalteinheit M11 konvergiert ist, und erfasst einen Gradienten der transienten Änderung des Sensorzellenstroms Is vor der Konvergenz der Änderung des Monitorzellenstroms Im als Gradientenparameter. Die Erfassungseinheit M12 erfasst auch einen Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx. The registration unit M12 detects the sensor cell current Is as the sensor cell current convergence value Isx under the condition that the change of the monitor cell current Im after the switching of the pump cell voltage Vp by the voltage switching unit M11 converges, and detects a gradient of the transient change in the sensor cell current Is before the convergence of the change in the monitor cell current Im as a gradient parameter. The registration unit M12 also detects a monitor cell current convergence value Imx.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 bestimmt den Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 basierend auf dem Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx und dem Gradienten des Sensorzellenstroms Isx, der von der Erfassungseinheit M12 erfasst wird. In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 als Verschlechterungsprozess die Verschlechterungsrate C der Sensorzelle 42 basierend auf dem Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx und der Steigung des Sensorzellenstroms Is. In diesem Fall ist der Sensorzellenstrom Konvergenzwert Isx der Sensorzellenstrom Wird nach der Konvergenz der Änderung des Monitorzellenstroms Im seit dem Umschalten der Pumpzellenspannung Vp von Vp0 auf Vp1 erfasst. Darüber hinaus hat der Gradient des Sensorzellenstroms Is einen Wert, der aus einem Stromänderungsbetrag ΔIs pro Zeiteinheit Δt während der transienten Änderung des Sensorzellenstroms berechnet wird. Ist auf das Schalten der an die Pumpzelle angelegten Spannung Vp zurückzuführen.The deterioration determination unit M13 determines the deterioration state of the sensor cell 42 based on the sensor cell current convergence value Isx and the gradient of the sensor cell current Isx by the detection unit M12 is recorded. In the present embodiment, the deterioration determination unit calculates M13 as the deterioration process, the deterioration rate C of the sensor cell 42 based on the sensor cell current convergence value Isx and the slope of the sensor cell current Is. In this case, the sensor cell current convergence value Isx is the sensor cell current Is after the convergence of the change in the monitor cell current Im since the switching of the pump cell voltage vp of vp0 on Vp1 detected. In addition, the gradient of the sensor cell current Is has a value which is calculated from a current change amount ΔIs per unit time Δt during the transient change in the sensor cell current. Is on switching the voltage applied to the pump cell vp due.
Kurz gesagt, wenn die Spannungsschalteinheit M11 die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle schaltet, bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 den Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 basierend auf dem Sensorzellenstrom Is und dem Monitorzellenstrom Im.In short, if the voltage switching unit M11 the applied voltage Vp of the pump cell switches, determines the deterioration determination unit M13 the deterioration of the sensor cell 42 based on the sensor cell current Is and the monitor cell current Im.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 beinhaltet eine Monitorzellen-Ausgangsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob der Monitorzellenstrom Im einen Normalwert hat, unter Verwendung von Korrelationsdaten, die eine Beziehung zwischen dem Pumpzellenstrom Ip und dem Monitorzellenstrom Im zumindest vor oder nach der Spannungsumschaltung definieren. Wenn die Monitorzellen-Ausgangsbestimmungseinheit nicht bestimmt, dass der Monitorzellenstrom Im einen Normalwert hat, invalidiert die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42. Die Korrelationsdaten definieren eine Beziehung zwischen einem Änderungsbetrag ΔIp des Pumpzellenstroms Ip zwischen vor und nach der Durchführung der ersten Spannungsschaltung und dem Konvergenzwert Imx des Monitorzellenstroms. Außerdem können die Korrelationsdaten Daten sein, die eine Beziehung zwischen dem Pumpzellenstrom Ip0 vor der Durchführung der ersten Spannungsschaltung und dem Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx definieren, oder Daten, die eine Beziehung zwischen dem Pumpzellenstrom Ip1 nach der Durchführung der ersten Spannungsschaltung und dem Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imxm definieren. In beiden Fällen definieren die Korrelationsdaten vorzugsweise eine Beziehung entsprechend der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61.The deterioration determination unit M13 includes a monitor cell output determination unit that determines whether the monitor cell current Im has a normal value using correlation data that shows a relationship between the pump cell current ip and define the monitor cell current Im at least before or after the voltage switchover. If the monitor cell output determination unit does not determine that the monitor cell current Im has a normal value, the deterioration determination unit invalidates M13 the determination of the deterioration of the sensor cell 42 , The correlation data define a relationship between a change amount ΔIp of the pump cell current Ip between before and after the first voltage circuit has been carried out and the convergence value Imx of the monitor cell current. In addition, the correlation data can be data that shows a relationship between the pump cell current ip0 before performing the first voltage switching and the monitor cell current convergence value Imx, or data defining a relationship between the pump cell current Ip1 Define Imxm after performing the first voltage switching and the monitor cell current convergence value. In either case, the correlation data preferably defines a relationship corresponding to the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 ,
Die Sensorzelle 42 detektiert den Sensorzellenstrom Ist zum Zeitpunkt der allgemeinen NOx-Konzentrationserfassung in einem nA-Orderpegel, erfasst aber den Sensorzellenstrom Ist aufgrund der Restsauerstoffkonzentration zum Zeitpunkt des Schaltens der Pumpzelle aufgrund der zum Zeitpunkt des Schaltens der Pumpzelle angelegten Spannung Vp für die Alterungsbestimmung in einem µA-Orderpegel. In beiden Fällen wird der A/D-Wandlungsstromverarbeitungsbereich in den SCUs 31 bis 33 vorzugsweise zwischen dem Zeitpunkt der NOx-Konzentrationserfassung und dem Zeitpunkt der Verschlechterungsbestimmung umgeschaltet. Zum Zeitpunkt der Verschlechterungsbestimmung wird der aktuelle Verarbeitungsbereich vorzugsweise gegenüber demjenigen zum Zeitpunkt der NOx-Konzentrationsbestimmung erweitert.The sensor cell 42 detects the sensor cell current Is at the time of the general NOx concentration detection in an nA order level, but detects the sensor cell current Is due to the residual oxygen concentration at the time of switching the pump cell due to the voltage Vp applied at the time of switching the pump cell for the aging determination in a µA order level , In both cases, the A / D conversion current processing area in the SCUs 31 to 33 preferably switched between the time of the NOx concentration detection and the time of the deterioration determination. At the time of the deterioration determination, the current processing range is preferably expanded compared to that at the time of the NOx concentration determination.
Das Motorsteuergerät 35 weist eine Anomalie-Bestimmungseinheit M21 auf, die eine Anomalie aufgrund von Emissionsveränderungen basierend auf den Ergebnissen der Verschlechterungsbestimmung durch die SCUs 31 bis 33 bestimmt. Die Anomalie-Bestimmungseinheit M21 bestimmt Motoremissionsanomalien basierend auf der Verschlechterungsrate C der Sensorzelle 42, die von den Verschlechterungsbestimmungseinheiten M13 der SCUs 31 bis 33 berechnet wird. Die Anomalie-Bestimmungseinheit M21 kann konfiguriert werden, um eine Emissionsanomalie nicht nur basierend auf der Verschlechterungsrate C der Sensorzelle 42 zu bestimmen, sondern auch in umfassender Betrachtung der Ausgänge der NOx-Sensoren 21 bis 23, verschiedener Arten von Sensorinformationen von anderen Sensoren, des Motorbetriebszustands und anderer.The engine control unit 35 has an anomaly determination unit M21 an anomaly due to emission changes based on the results of the deterioration determination by the SCUs 31 to 33 certainly. The anomaly determination unit M21 determines engine emission anomalies based on the deterioration rate C of the sensor cell 42 by the deterioration determination units M13 of the SCUs 31 to 33 is calculated. The anomaly determination unit M21 can be configured to detect an emission anomaly based not only on the rate of deterioration C of the sensor cell 42 to determine, but also in a comprehensive view of the outputs of the NOx sensors 21 to 23 , various types of sensor information from other sensors, engine operating status and others.
Die Verschlechterungsbestimmung in Bezug auf die NOx-Sensoren 21 bis 23 und die Bestimmung der Emissionsabweichung kann sowohl von den SCUs 31 bis 33 als auch von der Motorsteuerung 35 durchgeführt werden. Die Bestimmung der Emissionsabweichung wird vorzugsweise vom Motor ECU 35 durchgeführt, da die Bestimmung der Emissionsabweichung vorzugsweise mit anderen Elementen als dem Grad der Verschlechterung der NOx-Sensoren 21 bis 23 durchgeführt wird.The determination of deterioration in relation to the NOx sensors 21 to 23 and the determination of the emission variance can be done by both the SCUs 31 to 33 as well as from the engine control 35 be performed. The engine ECU preferably determines the emission deviation 35 carried out, since the determination of the emission deviation preferably with elements other than the degree of deterioration of the NOx sensors 21 to 23 is carried out.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 mit Bezug auf das in 7 dargestellte Flussdiagramm beschrieben. Der in 7 dargestellte Prozess ist eine arithmetische Verarbeitung zur Implementierung der in 6 beschriebenen Funktionen der SCUs 31 bis 33, die beispielsweise von den SCUs 31 bis 33 in jedem vorgegebenen Zyklus durchgeführt wird. Next is a method for determining the deterioration of the sensor cell 42 with respect to that in 7 described flowchart described. The in 7 process shown is an arithmetic processing to implement the in 6 described functions of the SCUs 31 to 33 , for example, by the SCUs 31 to 33 is performed in any given cycle.
In Schritt S10 bestimmt jede der SCUs, ob eine Bedingung für die Durchführung der Verschlechterungsbestimmung erfüllt ist. Die Ausführungsbedingung beinhaltet beispielsweise den Empfang eines Genehmigungssignals, um die Durchführung der Verschlechterungsbestimmung aus dem Motorsteuergerät 35 zu ermöglichen. Das Motorsteuergerät 35 überträgt das Genehmigungssignal, wenn die Gasumgebung im Abgasrohr 11 eine vorbestimmte stabile Umgebung ist. Insbesondere überträgt das Motorsteuergerät 35 das Genehmigungssignal, wenn sich der Motor 10 in einem vorgegebenen Betriebszustand mit einer relativ stabilen Emissionsmenge befindet, oder wenn ein Kraftstoff abgestellt wird, oder unmittelbar nach dem Ausschalten des Zündschalters (unmittelbar nach dem Ausschalten des Zündschalters), oder wenn das Motorsteuergerät 35 durch einen Einweichtimer gestartet wird. Insbesondere ist die Ausführungsbedingung sinnvollerweise auf die Zeit unmittelbar nach der IG-Abschaltung eingestellt. Denn unmittelbar nach der IG-Abschaltung wird der Abgasstrom durch das Abstellen des Motors beendet und die Verschlechterungsbestimmung kann in der stabilen Gasumgebung durchgeführt werden. Wenn die Bedingung für die Durchführung der Verschlechterungsbestimmung erfüllt ist, geht die SCU zum nächsten Schritt S11 über. Wenn die Bedingung für die Durchführung der Verschlechterungsbestimmung nicht erfüllt ist, beendet die SCU diesen Prozess.In step S10 each of the SCUs determines whether a condition for performing the deterioration determination is satisfied. The execution condition includes, for example, receiving an approval signal to perform the deterioration determination from the engine control unit 35 to enable. The engine control unit 35 transmits the approval signal when the gas environment in the exhaust pipe 11 is a predetermined stable environment. In particular, the engine control unit transmits 35 the approval signal when the engine 10 is in a predetermined operating condition with a relatively stable amount of emissions, or when a fuel is turned off, or immediately after the ignition switch is turned off (immediately after the ignition switch is turned off), or when the engine control unit 35 is started by a soak timer. In particular, the execution condition is expediently set to the time immediately after the IG shutdown. Immediately after the IG shutdown, the exhaust gas flow is stopped by switching off the engine and the deterioration determination can be carried out in the stable gas environment. If the condition for performing the deterioration determination is met, the SCU goes to the next step S11 about. If the condition for performing the deterioration determination is not met, the SCU ends this process.
In Schritt S11 bestimmt die SCU, ob die erste Spannungsschaltung, d.h. das Schalten der an die Pumpzelle angelegten Spannung Vp zur Erhöhung der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61, durchgeführt werden soll. Zu diesem Zeitpunkt bestimmt jede der SCUs 31 bis 33, ob sich die Sauerstoffkonzentration und die NOx-Konzentration im Abgas in einem stabilen Zustand befinden, in dem die Schwankungsmengen pro Zeiteinheit gleich oder kleiner als vorgegebene Werte sind. Unter der Voraussetzung, dass sich diese Konzentrationen im stabilen Zustand befinden, erlaubt die SCU die Durchführung der ersten Spannungsschaltung. Insbesondere bestimmt die SCU, ob der Schwankungsbetrag des Pumpzellenstroms Ip pro Zeiteinheit gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert und der Schwankungsbetrag des Sensorzellenstroms Is pro Zeiteinheit gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert vor der Durchführung der ersten Spannungsschaltung ist. Wenn sich diese Konzentrationen im stabilen Zustand befinden, nimmt die SCU in Schritt S11 eine bestätigende Bestimmung vor und geht zum nächsten Schritt S12 über. Der Prozess der Bestimmung der Konzentrationsstabilität kann jedoch entfallen.In step S11 the SCU determines whether the first voltage switching, ie switching the voltage Vp applied to the pumping cell, to increase the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 , should be carried out. At this point, each of the SCUs determines 31 to 33 whether the oxygen concentration and the NOx concentration in the exhaust gas are in a stable state in which the fluctuation quantities per unit of time are equal to or less than predetermined values. Provided that these concentrations are in a stable state, the SCU allows the first voltage switching to be carried out. In particular, the SCU determines whether the fluctuation amount of the pump cell current Ip per time unit is equal to or less than a predetermined value and the fluctuation amount of the sensor cell current Is per time unit is equal to or less than a predetermined value before the first voltage circuit is carried out. When these concentrations are stable, the SCU takes a step S11 make a confirmatory determination and go to the next step S12 about. However, the process of determining concentration stability can be omitted.
Jede der SCUs 31 bis 33 kann bestimmen, ob sich entweder die Sauerstoffkonzentration oder die NOx-Konzentration im Abgas in dem stabilen Zustand befindet, in dem die Fluktuationsmenge pro Zeiteinheit gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. In diesem Fall, wenn sich die Sauerstoffkonzentration im Abgas im stabilen Zustand befindet, oder wenn sich die NOx-Konzentration im Abgas im stabilen Zustand befindet, erlaubt die SCU die Durchführung der ersten Spannungsschaltung. Wenn das Abgasrohr 11 mit einem Wechselstromsensor ausgestattet ist, kann die SCU basierend auf dem Erfassungswert des Wechselstromsensors bestimmen, ob sich die Sauerstoffkonzentration im Abgas im stabilen Zustand befindet.Each of the SCUs 31 to 33 can determine whether either the oxygen concentration or the NOx concentration in the exhaust gas is in the stable state in which the fluctuation amount per unit time is equal to or less than a predetermined value. In this case, when the oxygen concentration in the exhaust gas is in the stable state, or when the NOx concentration in the exhaust gas is in the stable state, the SCU allows the first voltage switching to be carried out. If the exhaust pipe 11 is equipped with an AC current sensor, the SCU can determine whether the oxygen concentration in the exhaust gas is in a stable state based on the detection value of the AC current sensor.
Alternativ kann die SCU die Durchführung der ersten Spannungsschaltung unter der Bedingung gestatten, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas innerhalb eines vorbestimmten Konzentrationsbereichs liegt oder die NOx-Konzentration im Abgas innerhalb eines vorbestimmten Konzentrationsbereichs liegt. In diesem Fall führt die SCU anstelle oder zusätzlich zur Bestimmung, ob die Sauerstoffkonzentration oder die NOx-Konzentration im Abgas stabil ist, vorzugsweise eine Bestimmung durch, ob die Sauerstoffkonzentration oder die NOx-Konzentration innerhalb eines vorgegebenen Konzentrationsbereichs liegt.Alternatively, the SCU can allow the first voltage switching to be carried out under the condition that the oxygen concentration in the exhaust gas is within a predetermined concentration range or the NOx concentration in the exhaust gas is within a predetermined concentration range. In this case, instead of or in addition to determining whether the oxygen concentration or the NOx concentration in the exhaust gas is stable, the SCU preferably carries out a determination as to whether the oxygen concentration or the NOx concentration is within a predetermined concentration range.
In Schritt S11 kann die SCU zusätzlich zu den vorgenannten Bedingungen die Ausführung der ersten Spannungsschaltung unter der Bedingung gestatten, dass keine Ausfallhistorie (Dialoginformationen) in Bezug auf die Motorabgasanlage vorliegt oder dass die Leistungsspannung (Batteriespannung) gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist. Wenn die Leistungsspannung niedriger als ein vorgegebener Wert ist, reicht die Stromverteilung an die Sensorheizung nicht aus, so dass die NOx-Sensoren 21 bis 23 nicht in einem ordnungsgemäßen aktiven Zustand gehalten werden können, was zu einer Verringerung der Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung führt.In step S11 In addition to the aforementioned conditions, the SCU can allow the first voltage switching to be carried out on the condition that there is no failure history (dialog information) with respect to the engine exhaust system or that the power voltage (battery voltage) is equal to or greater than a predetermined value. If the power voltage is lower than a predetermined value, the current distribution to the sensor heater is not sufficient, so that the NOx sensors 21 to 23 cannot be kept in a properly active state, resulting in a decrease in the accuracy of the deterioration determination.
Im Falle der Durchführung der ersten Spannungsschaltung detektiert die SCU in Schritt S12 einen Pumpzellenstrom Ip0 als Pumpzellenausgang vor dem Schalten der Pumpzellenanlegte Spannung Vp auf Vp1, d.h. in dem Zustand, in dem die Pumpzellenanlegte Spannung Vp Vp0 ist.If the first voltage switching is carried out, the SCU detects in step S12 a pump cell current ip0 voltage Vp applied as the pump cell output before switching the pump cell Vp1 , ie in the state in which the pump cell applied voltage Vp vp0 is.
Danach schaltet die SCU in Schritt S13 die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle von Vp0 auf Vp1. Unter Bezugnahme auf das in 4 dargestellte Zeitdiagramm wird dieser Schritt zum Zeitpunkt t1 durchgeführt. Danach detektiert die SCU in Schritt S14 einen Sensorzellenstrom Is1 am Startpunkt P1 und einen Sensorzellenstrom Is2 am Endpunkt P2 in der ersten Spannungsschaltung. In Schritt S15 erkennt bzw. detektiert die SCU den Strom Ip1 der Pumpzelle als Ausgang der Pumpzelle nach dem Schalten der angelegte Spannung Vp der Pumpzelle auf Vp1. Die SCU detektiert den Pumpzellenstrom Ip1 mit einem Timing, wenn eine vorgegebene Zeit ab der Spannungsumschaltung verstrichen ist (Zeit t1), d.h. mit einem Timing, wenn der Pumpzellenstrom Ip stabil wird. Die Erkennungsreihenfolge der Sensorzellenströme Is1 und Is2 und des Pumpzellenstroms Ip1 ist beliebig einstellbar.Then the SCU switches in step S13 the applied voltage Vp of the pump cell from vp0 on Vp1 , With reference to the in 4 shown timing diagram, this step becomes at time t1 carried out. The SCU then detects in step S14 a sensor cell current Is 1 at the starting point P1 and a sensor cell current Is 2 at the end point P2 in the first voltage circuit. In step S15 the SCU recognizes or detects the current Ip1 of the pump cell as the output of the pump cell after switching on the applied voltage Vp of the pump cell Vp1 , The SCU detects the pump cell current Ip1 with a timing when a predetermined time has elapsed since the voltage switchover (time t1), ie with a timing when the pump cell current Ip becomes stable. The order of detection of the sensor cell currents Is 1 and Is 2 and the pump cell current Ip1 is freely adjustable.
Danach erfasst die SCU in Schritt S16 den Sensorzellenstrom Is und den Monitorzellenstrom Im zum Zeitpunkt der Konvergenz der Änderung des Monitorzellenstroms Im nach dem Schalten der Pumpzelle mit angelegter Spannung Vp, als den Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx bzw. den Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx. In diesem Fall, wenn der Änderungsbetrag des Monitorzellenstroms Im pro Zeiteinheit kleiner als ein vorgegebener Wert wird, betrachtet die SCU, dass die Änderung des Monitorzellenstroms Im konvergiert ist, und erfasst den aktuellen Konvergenzwert der Sensorzelle Isx und den aktuellen Konvergenzwert der Monitorzelle Imx nach der Konvergenz. Unter Bezugnahme auf das in 4 dargestellte Zeitdiagramm werden der aktuelle Konvergenzwert der Sensorzelle Isx und der aktuelle Konvergenzwert der Monitorzelle Imx zum Zeitpunkt t11 erfasst.The SCU then records in step S16 the sensor cell current Is and the monitor cell current Im at the time of the convergence of the change in the monitor cell current Im after switching the pump cell with applied voltage Vp, as the sensor cell current convergence value Isx and the monitor cell current convergence value Imx, respectively. In this case, when the amount of change in the monitor cell current Im per unit time becomes smaller than a predetermined value, the SCU considers that the change in the monitor cell current Im has converged, and detects the current convergence value of the sensor cell Isx and the current convergence value of the monitor cell Imx after the convergence , With reference to the in 4 shown time diagram, the current convergence value of the sensor cell Isx and the current convergence value of the monitor cell Imx are recorded at time t11.
In Schritt S17 bestimmt die SCU, ob der Monitorzellenstrom Im einen Normalwert hat, indem sie die Korrelationsdaten verwendet, die die Beziehung zwischen dem Pumpzellenstrom Ip und dem Monitorzellenstrom Im definieren. Die Korrelationsdaten sind vordefiniert als das Verhältnis bzw. die Beziehung zwischen dem Änderungsbetrag ΔIp (= Ip0 - Ip1) des Pumpzellenstroms Ip und dem Konvergenzwert Imx des Monitorzellenstroms, wie beispielsweise in 8 dargestellt. In Schritt S17 bestimmt die SCU, ob der Konvergenzwert der Monitorzelle Imx mit der in 8 dargestellten Beziehung übereinstimmt.In step S17 The SCU determines whether the monitor cell current Im has a normal value by using the correlation data that defines the relationship between the pump cell current Ip and the monitor cell current Im. The correlation data are predefined as the ratio between the change amount ΔIp (= ip0 - Ip1 ) of the pump cell current Ip and the convergence value Imx of the monitor cell current, as for example in 8th shown. In step S17 the SCU determines whether the convergence value of the monitor cell Imx with the in 8th shown relationship matches.
Genauer gesagt, unter Bezugnahme auf 8, wird der Standardwert des Monitorzellenstrom-Konvergenzwertes Imx als Imsd gemäß der Änderungsmenge ΔIp des Pumpzellenstroms Ip bestimmt, und ein vorgegebener zulässiger Bereich RA wird gemäß dem Standardwert Imsd bestimmt. Die SCU bestimmt, ob der Konvergenzwert der Monitorzellenstrom-Konvergenz Imx innerhalb des zulässigen Bereichs RA liegt, der gemäß dem Stromänderungswert der Pumpzellen ΔIp bestimmt wird. Wenn der Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx im zulässigen Bereich RA liegt, bestimmt die SCU, dass der Monitorzellenstrom Im einen Normalwert hat, und wenn der Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx außerhalb des zulässigen Bereichs RA liegt, bestimmt die SCU, dass der Monitorzellenstrom Im keinen Normalwert hat. Wenn der Monitorzellenstrom Im einen Normalwert hat, geht die SCU zum nächsten Schritt S18 über, und wenn der Monitorzellenstrom Im keinen Normalwert hat, geht die SCU zu Schritt S17a über. In Schritt S17a bestimmt die SCU, dass die Monitorzelle 43 anormal ist, und beendet dann diesen Prozess. Das heißt, wenn der Monitorzellenstrom Im keinen Normalwert hat, wird die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 diesmal ungültig.More specifically, referring to 8th , the standard value of the monitor cell current convergence value Imx becomes Imsd according to the change amount ΔIp of the pump cell current ip determined, and a predetermined allowable range RA is determined according to the standard value Imsd. The SCU determines whether the convergence value of the monitor cell current convergence Imx is within the allowable range RA lies according to the current change value of the pump cells ΔIp is determined. When the monitor cell current convergence value Imx is in the allowable range RA lies, determines the SCU that the monitor cell current Im has a normal value and when the monitor cell current convergence value Imx is outside the allowable range RA lies, determines the SCU that the monitor cell current Im has no normal value. If the monitor cell current Im has a normal value, the goes SCU to the next step S18 over, and if the monitor cell current Im has no normal value, the goes SCU to step S17a about. In step S17a determines the SCU that the monitor cell 43 is abnormal, and then ends this process. That is, if the monitor cell current Im has no normal value, the deterioration determination of the sensor cell 42 invalid this time.
In Schritt S18 berechnet die SCU mit der folgenden Gleichung (1) den Gradienten A11 des Sensorzellenstroms Is zum Zeitpunkt einer transienten Reaktion basierend auf einem Stromänderungsbetrag ΔIs1 (= Is2 - Is1) als Differenz zwischen den Sensorzellenströmen Is1 und Is2 am Startpunkt P1 und Endpunkt P2 und auf einer Zeitdifferenz Δt1 zwischen dem Startpunkt P1 und dem Endpunkt P2:
In step S18 calculates the SCU with the following equation (1) the gradient A11 of the sensor cell current Is at the time of a transient response based on a current change amount ΔIs1 (= Is2-Is1) as the difference between the sensor cell currents Is 1 and Is 2 at the starting point P1 and end point P2 and on a time difference Δt1 between the starting point P1 and the end point P2 :
Die SCU berechnet auch den Gradienten A10 in den in 4 dargestellten Anfangsmerkmalen unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (1).The SCU also calculates the gradient A10 in the in 4 initial features shown using equation (1) above.
In Schritt S19 berechnet die SCU einen Gradienten B11, indem sie den Gradienten A11 normiert. In diesem Fall berechnet die SCU aus der folgenden Gleichung (2) den normierten Gradienten B11 basierend auf dem Gradienten A11 des Sensorzellenstroms Is zum Zeitpunkt der transienten Änderung und dem Änderungsbetrag ΔIp1 (= Ip0 - Ip1) des Pumpzellenstroms Ip durch Schalten der Pumpzellenanlegte Spannung Vp:
In step S19 calculates the SCU a gradient B11 by changing the gradient A11 normalized. In this case, the SCU the normalized gradient from the following equation (2) B11 based on the gradient A11 of the sensor cell current Is at the time of the transient change and the change amount ΔIp1 (= ip0 - Ip1 ) of the pump cell current Ip by switching the pump cell applied voltage Vp:
Danach setzt die SCU in Schritt S20 einen Anfangsgradienten B10 des Sensorzellenstroms Is als Bestimmungskriteriumswert, der ein Kriterium für die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 basierend auf dem Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx ist. Der Anfangsgradient B10 gibt die anfänglichen Eigenschaften der Sensorzelle 42 an, die beispielsweise über die in 9 dargestellte Beziehung eingestellt wird. Unter Bezugnahme auf 9, da der aktuelle Konvergenzwert der Monitorzelle Imx größer ist, wird der Anfangsgradient B10 auf einen größeren Wert eingestellt.Then the SCU sets in step S20 an initial gradient B10 of the sensor cell current Is as a determination criterion value, which is a criterion for determining the deterioration of the sensor cell 42 based on the monitor cell current convergence value Imx. The initial gradient B10 gives the initial properties of the sensor cell 42 which, for example, about the in 9 shown relationship is set. With reference to 9 , since the current convergence value of the monitor cell Imx is larger, the initial gradient becomes B10 set to a larger value.
Danach berechnet die SCU in Schritt S21 die Verschlechterungsrate C (%) der Sensorzelle 42 basierend auf den Gradienten B10 und B11 und dem aktuellen Konvergenzwert Isx der Sensorzelle. Zu diesem Zeitpunkt berechnet die SCU das Verhältnis des Gradienten B11 zum Ausgangsgradienten B10 (B11/B10) als Reaktionsgeschwindigkeitsverhältnis und berechnet die Verschlechterungsrate C der Sensorzelle 42 basierend auf dem Reaktionsgeschwindigkeitsverhältnis B11/B10 und dem aktuellen Konvergenzwert Isx der Sensorzelle unter Verwendung der in 10 beispielsweise dargestellten Beziehung. Das Reaktionsgeschwindigkeitsverhältnis B11/B10 wird als das Verhältnis von Reaktionsgeschwindigkeit zu dem der Sensorzelle 42 zugeführten Sauerstoff bestimmt.The SCU then calculates in step S21 the rate of deterioration C (%) of the sensor cell 42 based on the gradient B10 and B11 and the current convergence value Isx of the sensor cell. At this point the SCU the Ratio of the gradient B11 to the initial gradient B10 (B11 / B10) as the reaction speed ratio and calculates the deterioration rate C of the sensor cell 42 based on the reaction speed ratio B11 / B10 and the current convergence value Isx of the sensor cell using the in 10 for example depicted relationship. The reaction rate ratio B11 / B10 is called the ratio of reaction speed to that of the sensor cell 42 supplied oxygen determined.
10 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Reaktionsgeschwindigkeitsverhältnis B11/B10 und der Verschlechterungsrate C, bei der, da das Reaktionsgeschwindigkeitsverhältnis B11/B10 klein ist, d.h. da die Differenz zwischen den Verschlechterungszeitmerkmalen und den anfänglichen Eigenschaften der Sensorzelle 42 größer ist, die Verschlechterungsrate C höher wird. 10 veranschaulicht auch die Beziehung zwischen dem aktuellen Konvergenzwert der Sensorzelle Isx und der Verschlechterungsrate C, bei der, wenn der aktuelle Konvergenzwert der Sensorzelle Isx kleiner ist, die Verschlechterungsrate C niedriger wird. Es wird daher davon ausgegangen, dass bei kleinerem Konvergenzwert der Sensorzellenstrom Isx die Änderungsbreite der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 durch das Schalten der Pumpzelle mit angelegter Spannung Vp kleiner wird und die transiente Reaktion des Sensorzellenstroms Is langsamer wird. Daher wird die Beziehung zwischen dem aktuellen Konvergenzwert der Sensorzelle Isx und der Verschlechterungsrate C, bei der, da der Konvergenzwert der Sensorzelle Isx kleiner ist, die Verschlechterungsrate C niedriger wird, definiert, um eine falsche Bestimmung zu unterdrücken, dass der Verschlechterungsgrad zu hoch ist, obwohl der aktuelle Konvergenzwert der Sensorzelle Isx klein ist. Die hohe Verschleißrate C bedeutet, dass der Verschleißgrad der Sensorzelle 42 hoch ist. 10 illustrates the relationship between the reaction speed ratio B11 / B10 and the rate of deterioration C at which, since the reaction speed ratio B11 / B10 is small, ie because of the difference between the deterioration time characteristics and the initial characteristics of the sensor cell 42 is greater, the rate of deterioration C gets higher. 10 also illustrates the relationship between the current convergence value of the sensor cell isx and the rate of deterioration C , when if the current convergence value of the sensor cell isx is smaller, the rate of deterioration C gets lower. It is therefore assumed that with a smaller convergence value, the sensor cell current Isx is the range of change of the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 by switching the pump cell with the voltage applied vp becomes smaller and the transient reaction of the sensor cell current Is slows down. Therefore, the relationship between the current convergence value of the sensor cell Isx and the rate of deterioration C at which, since the convergence value of the sensor cell Isx is smaller, the rate of deterioration C is defined lower to suppress a wrong determination that the degree of deterioration is too high even though the current convergence value of the sensor cell Isx is small. The high wear rate C means the degree of wear of the sensor cell 42 is high.
Danach überträgt die SCU in Schritt S22 die Verschlechterungsrate C der Sensorzelle 42 an das Motor-ECU 35.The SCU then transmits in step S22 the rate of deterioration C of the sensor cell 42 to the engine-ECU 35 ,
In Schritt S23 bestimmt die SCU, ob die zweite Spannungsschaltung durchgeführt werden soll, d.h. das Schalten der an die Pumpzelle angelegten Spannung Vp, um die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 zu verringern. Im Falle der Durchführung der zweiten Spannungsschaltung geht die SCU zu Schritt S24 über, um die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle von Vp1 auf Vp2 zu schalten. Unter Bezugnahme auf das in 4 dargestellte Zeitdiagramm wird dieser Vorgang zum Zeitpunkt t2 durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform ist Vp2 = Vp0. Wenn die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle auf Vp2 (Vp0) umgeschaltet wird, wird die Reihe von Schritten in der Verschlechterungsbestimmung beendet.In step S23 determines the SCU whether the second voltage switching should be carried out, ie switching the voltage Vp applied to the pump cell by the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 to reduce. In the case of performing the second voltage switching, the SCU to step S24 over to the applied voltage Vp of the pump cell from Vp1 on Vp2 to switch. With reference to the in 4 shown timing diagram, this process is carried out at time t2. In the present embodiment, Vp2 = Vp0. When the applied voltage Vp the pump cell on Vp2 ( vp0 ) is switched, the series of steps in the deterioration determination is ended.
Nach der Berechnung der Verschlechterungsrate C der Sensorzelle 42 korrigiert jede der SCUs 31 bis 33 den Sensorzellenstrom Is um die Verschlechterungsrate C für jeden der NOx-Sensoren 21 bis 23 zum Zeitpunkt der Erfassung der NOx-Konzentration durch die NOx-Sensoren 21 bis 23 und berechnet die NOx-Konzentration basierend auf dem korrigierten Sensorzellenstrom Is. In diesem Fall korrigiert die SCU den Strom der Sensorzelle, um die Eigenschaften der aktuellen Sensorzelle auf die ursprünglichen Eigenschaften zurückzusetzen.After calculating the deterioration rate C of the sensor cell 42 corrects each of the SCUs 31 to 33 the sensor cell current Is by the deterioration rate C for each of the NOx sensors 21 to 23 at the time the NOx concentration is detected by the NOx sensors 21 to 23 and calculates the NOx concentration based on the corrected sensor cell current Is. In this case, the SCU corrects the current of the sensor cell to reset the properties of the current sensor cell to the original properties.
Gemäß der oben im Detail beschriebenen vorliegenden Ausführungsform können die folgenden hervorragenden Effekte erzielt werden:
- Im Falle der Durchführung der Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 basierend auf der Ausgangsreaktion der Sensorzelle 42 in den NOx-Sensoren 21 bis 23 kann die durchzuführende Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 basierend auf einer Änderung des Sensorzellenstroms Is gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 nach dem Schalten der Pumpzelle mit Spannung Vp negativ beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang werden gemäß der vorstehenden Konfiguration beim Schalten der Pumpzellenanlegte Spannung Vp der Sensorzellenstrom Is und der Monitorzellenstrom Im erfasst und der Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 basierend auf dem Sensorzellenstrom Is und dem Monitorzellenstrom Im bestimmt. In diesem Fall kann die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 durchgeführt werden, nachdem die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 aus dem Strom der Monitorzelle Im korrekt ermittelt wurde. Dadurch ist es möglich, den Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 richtig zu bestimmen.
According to the present embodiment described in detail above, the following excellent effects can be achieved: - In the case of performing the deterioration determination of the sensor cell 42 based on the output response of the sensor cell 42 in the NOx sensors 21 to 23 can determine the deterioration of the sensor cell 42 based on a change in sensor cell current Is according to the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 after switching the pump cell with voltage Vp. In this connection, according to the above configuration, when the pump cell voltage Vp is switched, the sensor cell current Is and the monitor cell current Im and the deteriorated state of the sensor cell are detected 42 based on the sensor cell current Is and the monitor cell current Im. In this case, the determination of the deterioration of the sensor cell 42 be carried out after the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 from the current of the monitor cell Im was determined correctly. This makes it possible to determine the deterioration state of the sensor cell 42 to determine correctly.
Nach dem Schalten der Pumpzellenspannung Vp wird der Sensorzellenstrom Is mit der Konvergenz der Änderung des Monitorzellenstroms Im als Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx, der Änderungsgradient des Sensorzellenstroms Is vor der Konvergenz der Änderung des Monitorzellenstroms Im als Gradientenparameter erfasst und der Verschlechterungszustand bzw. den Verschleißzustand der Sensorzelle 42 basierend auf dem Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx und dem Gradienten des Sensorzellenstroms Is bestimmt. Dies ermöglicht es, die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 unter Berücksichtigung sowohl der Tatsache, dass der stationäre Wert der Verschlechterungszeitmerkmale (die Konvergenz des Sensorzellenstroms Isx) niedriger wird als der stationäre Wert der Anfangsmerkmale, als auch der Tatsache, dass der Anstieg der Verschlechterungszeitmerkmale (der Gradient des Sensorzellenstroms Is) langsamer wird als der der Anfangsmerkmale zusammen mit dem Fortschritt der Verschlechterung der Sensorzelle 42.After switching the pump cell voltage Vp, the sensor cell current Is with the convergence of the change in the monitor cell current Im is recorded as the sensor cell current convergence value Isx, the change gradient of the sensor cell current Is before the convergence of the change in the monitor cell current Im as a gradient parameter, and the deterioration or wear condition of the sensor cell 42 based on the sensor cell current convergence value Isx and the gradient of the sensor cell current Is. This makes it possible to determine the deterioration of the sensor cell 42 considering both the fact that the stationary value of the deterioration time characteristics (the convergence of the sensor cell current Isx) becomes lower than the stationary value of the initial characteristics, and the fact that the The increase in the deterioration time characteristics (the gradient of the sensor cell current Is) becomes slower than that of the initial characteristics together with the progress of the deterioration of the sensor cell 42 ,
Der Bestimmungskriteriumswert als Kriterium für die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 (der Anfangsgradient B10 in der vorliegenden Ausführungsform) wird basierend auf dem aktuellen Konvergenzwert Imx der Monitorzelle eingestellt. Dies ermöglicht es, die Verschlechterungsrate C durch Vergleich zwischen dem Gradienten B11 der vorliegenden Eigenschaften und dem Ausgangsgradienten B10 zur Verwendung bei der Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 unter gleichen Bedingungen zu berechnen und dadurch die Berechnungsgenauigkeit der Verschlechterungsrate C, d.h. der Verschlechterungsbestimmungsgenauigkeit, zu erhöhen.The determination criterion value as a criterion for determining the deterioration of the sensor cell 42 (the initial gradient B10 in the present embodiment) is set based on the current convergence value Imx of the monitor cell. This enables the rate of deterioration C by comparison between the gradients B11 the existing properties and the initial gradient B10 for use in determining the deterioration of the sensor cell 42 to calculate under the same conditions and thereby to increase the calculation accuracy of the deterioration rate C, that is, the deterioration determination accuracy.
Wenn die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 durch Anlegen einer Spannung an die Pumpzelle 41 eingestellt wird, kann der Wert des Stroms, der als Monitorzellenstrom Im genommen werden kann, basierend auf dem Pumpzellenstrom Ip vor und nach der Spannungsumschaltung angenommen werden. Mit Blick auf diesen Punkt werden die Korrelationsdaten, die die Beziehung zwischen dem Pumpzellenstrom Ip vor und nach der Spannungsumschaltung und dem Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx definieren, verwendet, um zu bestimmen, ob der Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx ein Normalwert in dieser Beziehung ist. Wenn bestimmt wird, dass der aktuelle Konvergenzwert der Monitorzelle Imx kein Normalwert ist, wird die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 invalidiert. Dies unterdrückt eine Verringerung der Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42, die durch eine Anomalie in der Monitorzelle 43 verursacht wird.When the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 by applying a voltage to the pump cell 41 is set, the value of the current, which can be taken as the monitor cell current Im, can be assumed based on the pump cell current Ip before and after the voltage switchover. With this point in mind, the correlation data defining the relationship between the pump cell current Ip before and after the voltage switch and the monitor cell current convergence value Imx is used to determine whether the monitor cell current convergence value Imx is a normal value in this relationship. If it is determined that the current convergence value of the monitor cell Imx is not a normal value, the deterioration determination of the sensor cell becomes 42 invalidated. This suppresses a decrease in the accuracy of the deterioration determination of the sensor cell 42 caused by an anomaly in the monitor cell 43 is caused.
In der vorstehenden Ausführungsform wird der Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 basierend auf dem aktuellen Konvergenzwert der Sensorzelle Isx und dem Gradienten des Sensorzellenstroms Is bestimmt. Diese Konfiguration kann jedoch so geändert werden, dass zwischen dem aktuellen Konvergenzwert der Sensorzelle Isx und dem Gradienten des Sensorzellenstroms Ix nur der aktuelle Konvergenzwert der Sensorzelle Isx oder nur der Gradient des Sensorzellenstroms Is zum Bestimmen des Verschlechterungszustands der Sensorzelle 42 verwendet wird. Bei Verwendung nur des Sensorzellenstrom-Konvergenzwertes Isx kann der Anfangskonvergenzwert Isx0 als Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx in den Anfangseigenschaften der Sensorzelle basierend auf dem Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx eingestellt werden, und die Verschlechterungsrate C kann aus dem Verhältnis zwischen dem Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx in den aktuellen Eigenschaften und dem Anfangskonvergenzwert Isx0 berechnet werden. Auch nach dieser Konfiguration ist es möglich, die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 unter Berücksichtigung der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 ordnungsgemäß durchzuführen.In the above embodiment, the deterioration state of the sensor cell 42 based on the current convergence value of the sensor cell Isx and the gradient of the sensor cell current Is. However, this configuration can be changed so that between the current convergence value of the sensor cell isx and the gradient of the sensor cell current ix only the current convergence value of the sensor cell isx or only the gradient of the sensor cell current Is to determine the deterioration state of the sensor cell 42 is used. When using only the sensor cell current convergence value isx can be the initial convergence value Isx0 as sensor cell current convergence value isx can be set in the initial properties of the sensor cell based on the monitor cell current convergence value Imx, and the deterioration rate C can be determined from the relationship between the sensor cell current convergence value isx can be calculated in the current properties and the initial convergence value Isx0. Even after this configuration, it is possible to determine the deterioration of the sensor cell 42 taking into account the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 to perform properly.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen beschrieben, die sich hauptsächlich auf Unterschiede zur ersten Ausführungsform konzentrieren.In the following, further embodiments are described which mainly focus on differences from the first embodiment.
(Zweite Ausführungsform)(Second embodiment)
In der zweiten Ausführungsform, wie in 6 dargestellt, beinhaltet eine Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 eine Monitorzellen-Ausgangsbestimmungseinheit, die Korrelationsdaten verwendet, die eine Beziehung zwischen einem Pumpzellenstrom Ip (ΔIp, Ip0 oder Ip1) zumindest vor oder nach der Spannungsumschaltung und einem Monitorzellenstrom Im definieren, um zu bestimmen, ob der Monitorzellenstrom Im einen Normalwert in dieser Beziehung aufweist. Beim Bestimmen, dass der Monitorzellenstrom Im einen Normalwert aufweist, setzt die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 einen Bestimmungskriteriumswert (ein Anfangsgradient B10) der Sensorzellenverschlechterung basierend auf einem Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx und bestimmt den Verschlechterungszustand einer Sensorzelle 42 unter Verwendung des Bestimmungskriteriumswertes. Bei der Bestimmung, dass der Monitorzellenstrom Im keinen Normalwert aufweist, setzt die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 den Bestimmungskriteriumswert (den Anfangsgradienten B10) basierend auf dem Pumpzellenstrom Ip zumindest vor oder nach der Spannungsumschaltung und bestimmt den Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 anhand des Bestimmungskriteriumswertes. Das heißt, wenn der Monitorzellenstrom Im keinen Normalwert hat, führt die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 die Verschlechterungsbestimmung mit dem Pumpzellenstrom Ip anstelle des Monitorzellenstroms Im durch.In the second embodiment, as in 6 shown includes a deterioration determination unit M13 a monitor cell output determination unit that uses correlation data that establishes a relationship between a pump cell current Ip ( ΔIp . ip0 or Ip1 ) define at least before or after the voltage switchover and a monitor cell current Im to determine whether the monitor cell current Im has a normal value in this regard. When determining that the monitor cell current Im has a normal value, the deterioration determination unit sets M13 a determination criterion value (an initial gradient B10 ) the sensor cell deterioration based on a monitor cell current convergence value IMx and determines the deterioration state of a sensor cell 42 using the determination criterion value. When determining that the monitor cell current Im has no normal value, the deterioration determination unit sets M13 the determination criterion value (the initial gradient B10 ) based on the pump cell current ip at least before or after the voltage switchover and determines the deterioration state of the sensor cell 42 based on the determination criterion value. That is, if the monitor cell current Im has no normal value, the deterioration determination unit performs M13 the determination of deterioration with the pump cell current ip instead of the monitor cell current Im through.
In der vorliegenden Ausführungsform führen die SCUs 31 bis 33 einen Verschlechterungsbestimmungsprozess durch, der in 11 anstelle des in 7 beschrieben Verschlechterungsbestimmungsprozesses vorgesehen ist. Der in 11 dargestellte Prozess wird teilweise gegenüber dem in 7 dargestellten Prozess geändert, bei dem die gleichen Schritte wie in 7 mit den gleichen Schrittnummern wie in 7 dargestellt versehen werden.In the present embodiment, the SCUs perform 31 to 33 through a deterioration determination process, which in 11 instead of in 7 described deterioration determination process is provided. The in 11 process is partially compared to that in 7 changed process, following the same steps as in 7 with the same step numbers as in 7 shown.
Unter Bezugnahme auf 11, erfasst in Schritt S16 jede der SCUs einen Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx und den Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx. Im nachfolgenden Schritt S18 berechnet die SCU einen Gradienten A11 des Sensorzellenstroms Is zum Zeitpunkt der transienten Änderung und berechnet in Schritt S19 einen Gradienten B11 durch Normierung des Gradienten A11. Danach verwendet die SCU in Schritt S31 die Korrelationsdaten (siehe 8) zum definieren einer Beziehung zwischen dem Änderungsbetrag ΔIp des Pumpzellenstroms Ip und dem Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx, um zu bestimmen, ob der Monitorzellenstrom Im einen Normalwert aufweist. Dieser Schritt ist derselbe wie der Schritt S17, der in 7 beschrieben ist, und damit entfällt eine detaillierte Beschreibung dessen.With reference to 11 , recorded in step S16 each of the SCUs has a sensor cell current convergence value Isx and the monitor cell current convergence value Imx. In the next step S18 the SCU calculates a gradient A11 of the sensor cell current Is at the time of the transient change and calculated in step S19 a gradient B11 by normalizing the gradient A11 , After that, the SCU used in step S31 the correlation data (see 8th ) to define a relationship between the amount of change ΔIp of the pump cell current Ip and the monitor cell current convergence value Imx to determine whether the monitor cell current Im has a normal value. This step is the same as the step S17 who in 7 is described, and thus a detailed description thereof is omitted.
Wenn der Strom der Monitorzelle Im einen Normalwert hat, geht die SCU zu Schritt S32 über. In Schritt S32 stellt die SCU den Anfangsgradienten B10 des Sensorzellenstroms ein. Basierend auf dem Konvergenzwert Imx des Monitorzellenstroms. Dieser Schritt ist derselbe wie der Schritt S20, der in 7 und entfällt damit die detaillierte Beschreibung.If the monitor cell current Im has a normal value, the SCU goes to step S32 about. In step S32 the SCU provides the initial gradient B10 of the sensor cell current. Based on the convergence value Imx of the monitor cell current. This step is the same as the step S20 who in 7 and thus the detailed description is omitted.
Wenn der Strom der Monitorzelle Im einen abnormalen Wert hat, fährt die SCU mit Schritt S33 fort. In Schritt S33 bestimmt die SCU, dass die Monitorzelle 43 anormal ist. Danach stellt die SCU in Schritt S34 den Anfangsgradienten B10 des Sensorzellenstroms ein. Basierend auf dem Pumpzellenstrom Ip mindestens vor oder nach der Spannungsumschaltung. Die SCU stellt den Anfangsgradienten B10 mit Hilfe einer Beziehung ein, die in 12 beispielsweise dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf 12, da die Änderungsmenge ΔIp des Pumpzellenstroms Ip größer ist, wird die Anfangssteigung B10 auf einen größeren Wert gesetzt. Alternativ kann der Anfangsgradient B10 basierend auf dem Strom der Pumpzelle Ip0 oder Ip1 eingestellt werden. In beiden Fällen wird der Anfangsgradient B10 entsprechend der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 eingestellt.If the current of the monitor cell Im has an abnormal value, the runs SCU with step S33 continued. In step S33 determines the SCU that the monitor cell 43 is abnormal. Then the SCU in step S34 the initial gradient B10 of the sensor cell current. Based on the pump cell current Ip at least before or after the voltage switchover. The SCU represents the initial gradient B10 with the help of a relationship that is in 12 is shown for example. With reference to 12 because the change set ΔIp of the pump cell current ip is greater, the initial slope B10 set to a larger value. Alternatively, the initial gradient B10 based on the current of the pump cell ip0 or Ip1 can be set. In both cases the initial gradient becomes B10 according to the residual oxygen concentration in the gas chamber 61 set.
Danach berechnet die SCU in Schritt S21 eine Verschlechterungsrate C basierend auf den Gradienten B10 und B11 und dem aktuellen Konvergenzwert Isx der Sensorzelle 42, und im nächsten Schritt S22 sendet die SCU die Verschlechterungsrate C.The SCU then calculates in step S21 a rate of deterioration C based on the gradients B10 and B11 and the current convergence value Isx of the sensor cell 42 , and in the next step S22 sends the SCU the rate of deterioration C ,
In den vorstehenden Ausführungsformen wird die Beziehung zwischen dem Pumpzellenstrom Ip und dem Monitorzellenstrom Im vor und nach der Spannungsumschaltung bezogen, um zu bestimmen, ob der Monitorzellenstrom Im einen Normalwert aufweist. Wenn der Monitorzellenstrom Im normal ist, wird der Anfangsgradient B10 des Sensorzellenstroms Is basierend auf dem Konvergenzwert Imx des Monitorzellenstroms eingestellt. Wenn der Monitorzellenstrom Im nicht normal ist, wird der Anfangsgradient B10 des Sensorzellenstroms Is basierend auf dem Pumpzellenstrom Ip eingestellt. Dadurch ist es möglich, eine Abnahme der Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 aufgrund einer Anomalie in der Monitorzelle 43 zu unterdrücken.In the above embodiments, the relationship between the pump cell current Ip and the monitor cell current Im before and after the voltage switch is referred to determine whether the monitor cell current Im has a normal value. If the monitor cell current Im is normal, the initial gradient becomes B10 of the sensor cell current Is set based on the convergence value Imx of the monitor cell current. If the monitor cell current Im is not normal, the initial gradient becomes B10 of the sensor cell current Is is set based on the pump cell current Ip. This makes it possible to decrease the accuracy of the deterioration determination of the sensor cell 42 due to an abnormality in the monitor cell 43 to suppress.
(Dritte Ausführungsform)(Third embodiment)
In einer dritten Ausführungsform beinhaltet eine Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 anstelle der Monitorzellen-Ausgangsbestimmungseinheit eine Korrelationsbestimmungseinheit, die Korrelationsdaten verwendet, die eine Beziehung zwischen einem Monitorzellenstrom Im und einem Sensorzellenstrom Is zum Zeitpunkt des Schaltens einer Pumpzellenanlegte Spannung Vp definieren, um zu bestimmen, ob die Beziehung zwischen dem Monitorzellenstrom Im und dem Sensorzellenstrom Is zum Zeitpunkt des tatsächlichen Spannungsschaltens mit den Korrelationsdaten übereinstimmt. Wenn die Korrelationsbestimmungseinheit bestimmt, dass die tatsächliche Beziehung nicht mit den Korrelationsdaten übereinstimmt, setzt die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 die Verschlechterungsbestimmung einer Sensorzelle 42 außer Kraft.In a third embodiment, a deterioration determination unit includes M13 instead of the monitor cell output determination unit, a correlation determination unit that uses correlation data defining a relationship between a monitor cell current Im and a sensor cell current Is at the time of switching a pump cell applied voltage Vp to determine whether the relationship between the monitor cell current Im and the sensor cell current Is at the time of the actual voltage switching matches the correlation data. If the correlation determination unit determines that the actual relationship does not match the correlation data, the deterioration determination unit sets M13 the determination of the deterioration of a sensor cell 42 inoperative.
In der vorliegenden Ausführungsform führen die SCUs 31 bis 33 einen in 13 dargestellten Verschlechterungsbestimmungsprozess anstelle des in 7 dargestellten Verschlechterungsbestimmungsprozesses durch. Der in 13 dargestellte Prozess wird teilweise gegenüber dem in 7 dargestellten Prozess geändert, bei dem die gleichen Schritte wie in 7 mit den gleichen Schrittnummern wie in 7 dargestellt versehen werden.In the present embodiment, the SCUs perform 31 to 33 one in 13 depicted deterioration determination process instead of the one shown in 7 shown deterioration determination process by. The in 13 process is partially compared to that in 7 changed process, following the same steps as in 7 with the same step numbers as in 7 shown.
Unter Bezugnahme auf 13 erfasst jede der SCUs in Schritt S16 einen aktuellen Konvergenzwert der Sensorzelle Isx und fährt dann mit Schritt S41 fort. In Schritt S41 verwendet die SCU die Korrelationsdaten, die eine Beziehung zwischen dem Monitorzellenstrom Im und dem Sensorzellenstrom Is definieren, um zu bestimmen, ob die tatsächliche Beziehung zwischen dem Monitorzellenstrom Im und dem Sensorzellenstrom Is den Korrelationsdaten entspricht. Die Korrelationsdaten sind vorgegeben, wie beispielsweise in 14 dargestellt. In Schritt S41 bestimmt die SCU, ob eine Beziehung zwischen einem Monitorzellenstrom-Konvergenzwert Imx und dem Sensorzellenstrom-Konvergenzwert Isx mit der in 14 dargestellten Beziehung übereinstimmt.With reference to 13 captured each of the SCU in step S16 a current convergence value of the sensor cell Isx and then moves to step S41 continued. In step S41 the SCU uses the correlation data defining a relationship between the monitor cell current Im and the sensor cell current Is to determine whether the actual relationship between the monitor cell current Im and the sensor cell current Is corresponds to the correlation data. The correlation data are predefined, for example in 14 shown. In step S41 the SCU determines whether a relationship between a monitor cell current convergence value Imx and the sensor cell current convergence value Isx with the in 14 shown relationship matches.
Insbesondere wird unter Bezugnahme auf 14 ein Standardwert des Sensorzellenstroms Is als Issd gemäß dem Monitorzellenstrom Im und ein vorgegebener zulässiger Bereich B gemäß dem Standardwert Issd bestimmt. Anschließend bestimmt die SCU, ob der aktuelle Konvergenzwert der Sensorzelle Isx in Bezug auf den aktuellen Konvergenzwert der Monitorzelle Imx innerhalb des zulässigen Bereichs RB liegt. Wenn der aktuelle Konvergenzwert der Sensorzelle Isx innerhalb des zulässigen Bereichs RB liegt, bestimmt die SCU, dass die Korrelation normal ist, und wenn der aktuelle Konvergenzwert der Sensorzelle Isx außerhalb des zulässigen Bereichs RB liegt, bestimmt die SCU, dass die Korrelation nicht normal ist. Wenn die Korrelation normal ist, geht die SCU zum nächsten Schritt S18 über, und wenn die Korrelation nicht normal ist, geht die SCU zu Schritt S42 über. In Schritt S42 bestimmt die SCU, dass die Monitorzelle 43 anormal ist, und beendet diesen Prozess. Das heißt, wenn die Korrelation nicht normal ist, hebt die SCU die aktuelle Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 auf. Schritt S18 und die nachfolgenden Schritte sind wie oben beschrieben.In particular, referring to 14 a standard value of the sensor cell current Is as Issd according to the monitor cell current Im and a predetermined permissible range B according to the default value ISSD certainly. Then determines the SCU whether the current convergence value of the sensor cell isx with respect to the current convergence value of the monitor cell Imx within the permissible range RB lies. If the current convergence value of the sensor cell isx within the allowable range RB lies, determines the SCU that the correlation is normal and if the current convergence value of the sensor cell Isx is outside the allowable range RB , the SCU determines that the correlation is not normal. If the correlation is normal, it goes SCU to the next step S18 over, and if the correlation is not normal, the SCU to step S42 about. In step S42 determines the SCU that the monitor cell 43 is abnormal and ends this process. That is, if the correlation is not normal, the SCU overrides the current deterioration determination of the sensor cell 42 on. step S18 and the subsequent steps are as described above.
Wenn die Sensorzelle 42 und die Monitorzelle 43 in den NOx-Sensoren 21 bis 23 normal sind, besteht eine vorgegebene Korrelation zwischen dem Monitorzellenstrom Im und dem Sensorzellenstrom Is zum Zeitpunkt der Spannungsumschaltung. In der vorliegenden Ausführungsform werden unter Ausnutzung dessen die Korrelationsdaten zwischen dem Monitorzellenstrom Im und dem Sensorzellenstrom Is zum Zeitpunkt der Spannungsumschaltung herangezogen. Wenn die Beziehung zwischen dem Monitorzellenstrom Im und dem Sensorzellenstrom Is nicht mit den Korrelationsdaten übereinstimmt, wird die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 ungültig. Dies unterdrückt eine Verringerung der Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42, die durch eine Anomalie in der Monitorzelle 43 verursacht wird.If the sensor cell 42 and the monitor cell 43 in the NOx sensors 21 to 23 are normal, there is a predetermined correlation between the monitor cell current Im and the sensor cell current Is at the time of the voltage switchover. In the present embodiment, the correlation data between the monitor cell current Im and the sensor cell current Is at the time of the voltage switchover is used. If the relationship between the monitor cell current Im and the sensor cell current Is does not match the correlation data, the deterioration determination of the sensor cell is made 42 invalid. This suppresses a decrease in the accuracy of the deterioration determination of the sensor cell 42 caused by an anomaly in the monitor cell 43 is caused.
(Vierte Ausführungsform)Fourth Embodiment
In einer vierten Ausführungsform beinhaltet eine Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 anstelle der Monitorzellen-Ausgangsbestimmungseinheit oder der Korrelationsbestimmungseinheit eine Ausgangsdifferenzberechnungseinheit, die eine erste Ausgangsdifferenz ΔIX1 als Differenz zwischen einem Sensorzellenstrom Is und einem Monitorzellenstrom Im vor dem Schalten einer Pumpzellenanlegte Spannung Vp berechnet und eine zweite Ausgangsdifferenz ΔIX2 als Differenz zwischen dem Sensorzellenstrom Is und dem Monitorzellenstrom Im nach dem Schalten berechnet. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 bestimmt den Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 basierend auf einem Vergleich zwischen der ersten Ausgangsdifferenz ΔIX1 und der zweiten Ausgangsdifferenz ΔIX2, die durch die AusgangsdifferenzBerechnungseinheit berechnet wird.In a fourth embodiment, a deterioration determination unit includes M13 instead of the monitor cell output determination unit or the correlation determination unit, an output difference calculation unit which has a first output difference ΔIX1 calculated as the difference between a sensor cell current Is and a monitor cell current Im before switching a pump cell voltage Vp and a second output difference ΔIX2 calculated as the difference between the sensor cell current Is and the monitor cell current Im after switching. The deterioration determination unit M13 determines the deterioration state of the sensor cell 42 based on a comparison between the first output difference ΔIX1 and the second output difference ΔIX2 which is calculated by the output difference calculation unit.
In der vorliegenden Ausführungsform führen die SCUs 31 bis 33 einen in 15 dargestellten Verschlechterungsbestimmungsprozess anstelle des in 7 dargestellten Verschlechterungsbestimmungsprozesses durch. Der in 15 dargestellte Prozess wird teilweise gegenüber dem in 7 dargestellten Prozess geändert, bei dem die gleichen Schritte wie in 7 mit den gleichen Schrittnummern wie in 7 dargestellt versehen werden.In the present embodiment, the SCUs perform 31 to 33 one in 15 depicted deterioration determination process instead of the one shown in 7 shown deterioration determination process by. The in 15 process is partially compared to that in 7 changed process, following the same steps as in 7 with the same step numbers as in 7 shown.
Unter Bezugnahme auf 15 geht die SCU nach dem Erfassen eines aktuellen Konvergenzwertes der Sensorzelle Isx in Schritt S16 zu Schritt S51 über. In Schritt S51 berechnet die SCU eine Differenz zwischen dem Sensorzellenstrom Is und dem Monitorzellenstrom Im als erste Ausgangsdifferenz ΔIX1 in einem Zustand, in dem die angelegte Spannung der Pumpzelle Vp Vp0 ist, und berechnet eine Differenz zwischen dem Sensorzellenstrom Is und dem Monitorzellenstrom Im als zweite Ausgangsdifferenz ΔIX2 in einem Zustand, in dem die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle auf Vp1 geschaltet wird. Die SCU berechnet die erste Ausgangsdifferenz ΔIX1 aus den in einem Zustand, in dem die Spannung Vp0 angelegt wird, erfassten Stromwerten (Is und Im) und berechnet die zweite Ausgangsdifferenz ΔIX2 aus den in einem Zustand, in dem die Spannung Vp1 angelegt wird, erfassten aktuellen Konvergenzwerten (Isx und Imx).With reference to 15 does that SCU after acquiring a current convergence value of the sensor cell Isx in step S16 to step S51 about. In step S51 calculates the SCU a difference between the sensor cell current Is and the monitor cell current Im as the first output difference ΔIX1 in a state in which the applied voltage of the pump cell Vp vp0 and calculates a difference between the sensor cell current Is and the monitor cell current Im as the second output difference ΔIX2 in a state in which the applied voltage vp the pump cell Vp1 is switched. The SCU calculates the first output difference ΔIX1 from the in a state where the tension vp0 is applied, recorded current values (Is and Im) and calculates the second output difference ΔIX2 from the in a state where the tension Vp1 is created, recorded current convergence values (Isx and Imx).
Danach bestimmt die SCU in Schritt S52, ob die erste Ausgangsdifferenz ΔIX1 und die zweite Ausgangsdifferenz ΔIX2 übereinstimmen. Insbesondere bestimmt die SCU, ob eine Differenz zwischen der ersten Ausgangsdifferenz ΔIX1 und der zweiten Ausgangsdifferenz ΔIX2 kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Wenn ΔIX1 und ΔIX2 übereinstimmen, geht die SCU zum nächsten Schritt S18 über, und wenn ΔIX1 und ΔIX2 nicht übereinstimmen, geht die SCU zu Schritt S53 über. In Schritt S53 bestimmt die SCU, dass eine Monitorzelle 43 anormal ist, und beendet dann diesen Prozess. Das heißt, wenn ΔIX1 und ΔIX2 nicht übereinstimmen, hebt die SCU die aktuelle Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 auf bzw. invalidiert diese. Schritt S18 und die nachfolgenden Schritte sind wie oben beschrieben.Then the SCU in step S52 whether the first output difference ΔIX1 and the second output difference ΔIX2 to match. In particular, the SCU whether a difference between the first output difference ΔIX1 and the second output difference ΔIX2 is less than a predetermined value. If ΔIX1 and ΔIX2 match, that goes SCU to the next step S18 about and if ΔIX1 and ΔIX2 do not match, that goes SCU to step S53 about. In step S53 determines the SCU that a monitor cell 43 is abnormal, and then ends this process. That is, if ΔIX1 and ΔIX2 do not match, highlights the SCU the current deterioration determination of the sensor cell 42 on or invalidates them. step S18 and the subsequent steps are as described above.
Wenn die angelegte Spannung der Pumpzelle Vp in den NOx-Sensoren 21 bis 23 geschaltet wird, ändern sich der Sensorzellenstrom Is und der Monitorzellenstrom Im jeweils in der Sensorzelle 42 und der Monitorzelle 43 zusammen mit einer Änderung der Restsauerstoffkonzentration in einer Gaskammer 61. In diesem Fall, wenn die Sensorzelle 42 und die Monitorzelle 43 normal sind, stimmen die erste Ausgangsdifferenz ΔIX1 vor der Spannungsumschaltung und die zweite Ausgangsdifferenz ΔIX2 nach der Spannungsumschaltung weitgehend überein. In der vorliegenden Ausführungsform wird unter Ausnutzung dieser Tatsache bestimmt, ob die erste Ausgangsdifferenz ΔIX1 und die zweite Ausgangsdifferenz ΔIX2 übereinstimmen, und wenn festgestellt wird, dass keine Übereinstimmung vorliegt, wird die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 außer Kraft gesetzt bzw. invalidiert. Dies unterdrückt eine Verringerung der Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42, die durch eine Anomalie in der Monitorzelle 43 verursacht wird.When the applied voltage of the pump cell vp in the NOx sensors 21 to 23 is switched, the sensor cell current Is and the monitor cell current Im each change in the sensor cell 42 and the monitor cell 43 along with a change in the residual oxygen concentration in a gas chamber 61 , In this case, if the sensor cell 42 and the monitor cell 43 are normal, the first output difference is correct ΔIX1 before switching the voltage and the second output difference ΔIX2 largely match after switching the voltage. In the present embodiment, using this fact, it is determined whether the first output difference ΔIX1 and the second output difference ΔIX2 match, and if it is determined that there is no match, the deterioration determination of the sensor cell 42 overridden or invalidated. This suppresses a decrease in the accuracy of the Determination of deterioration of the sensor cell 42 caused by an anomaly in the monitor cell 43 is caused.
(Andere Ausführungsformen)(Other embodiments)
Die vorgenannten Ausführungsformen können beispielsweise wie nachfolgend beschrieben geändert werden.The aforementioned embodiments can be changed, for example, as described below.
Bei der Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 kann bei der Umschaltung der Pumpzellenspannung Vp zur Erhöhung der Sauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 (bei der ersten Spannungsumschaltung) die Pumpzellenspannung Vp auf Null geschaltet werden, d.h. in einen Zustand ohne Spannungsanwendung versetzt werden. Andernfalls kann die angelegte Spannung Vp der Pumpzelle auf eine negative Spannung umgeschaltet werden. In beiden Fällen wird die Sauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 durch das Schalten der angelegten Spannung erhöht, und die Verschlechterungsbestimmung kann durch das transiente Verhalten der Sensorzelle 42 zu diesem Zeitpunkt durchgeführt werden.When determining the deterioration of the sensor cell 42 can when switching the pump cell voltage vp to increase the oxygen concentration in the gas chamber 61 (during the first voltage switchover) the pump cell voltage Vp are switched to zero, that is to say are put into a state without voltage application. Otherwise, the applied voltage vp the pump cell can be switched to a negative voltage. In both cases the oxygen concentration in the gas chamber 61 by switching the applied voltage, and the deterioration can be determined by the transient behavior of the sensor cell 42 be done at this time.
In den vorstehenden Ausführungsformen wird der Gradient der transienten Änderung durch den aktuellen Änderungsbetrag ΔIs pro Zeiteinheit Δt in der transienten Periode des Sensorzellenstroms Is als „Gradientenparameter“ des Sensorzellenstroms Is berechnet. Alternativ kann auch der aktuelle Änderungsbetrag ΔIs in einer vorgegebenen Zeit als Gradientenparameter verwendet werden. Andernfalls kann die Dauer der Zeit, die für die Erzeugung eines vorbestimmten Stromänderungsbetrags erforderlich ist, als Gradientenparameter verwendet werden. Kurz gesagt, der Gradient des Sensorzellenstroms Is oder ein damit korrelierender Wert wird vorzugsweise als Gradientenparameter berechnet.In the above embodiments, the gradient of the transient change becomes the current change amount ΔIs per unit of time .delta.t calculated in the transient period of the sensor cell current Is as the "gradient parameter" of the sensor cell current Is. Alternatively, the current change amount ΔIs can be used as gradient parameters in a predetermined time. Otherwise, the duration of the time required to generate a predetermined amount of current change can be used as the gradient parameter. In short, the gradient of the sensor cell current Is or a value correlating with it is preferably calculated as a gradient parameter.
In den vorliegenden Ausführungsformen wird der Gradient B11 durch Normierung des Gradienten A11 des Sensorzellenstroms Is und die Verschleißrate C durch den Gradienten B11 berechnet. Diese Konfiguration kann jedoch geändert werden. So kann beispielsweise die Verschlechterungsrate C mit der Steigung A11 berechnet werden.In the present embodiments, the gradient becomes B11 by normalizing the gradient A11 of the sensor cell current Is and the wear rate C through the gradient B11 calculated. However, this configuration can be changed. For example, the rate of deterioration C with the slope A11 be calculated.
In den vorstehenden Ausführungsformen wird als Bestimmung der Verschlechterungsrate der Sensorzelle 42 die Verschlechterungsrate C (%) als Verhältnis zwischen den vorliegenden Eigenschaften und den Anfangseigenschaften der Sensorzelle 42 berechnet. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. So kann beispielsweise die Differenz des Gradienten des Sensorzellenstroms Is als Verschlechterungsbestimmungsparameter für die Sensorzelle 42, ein damit korrelierender Wert oder der Stromänderungsbetrag ΔIs nach der Konvergenz des Sensorzellenstroms Is vom Ausgangswert berechnet werden, und der Verschlechterungsgrad der Sensorzelle 42 kann basierend auf der Differenz erfasst werden. Andernfalls kann der Vergleich nicht mit dem Anfangswert, sondern mit einem vorgegebenen Standardwert durchgeführt werden. Der Grad der Verschlechterung kann durch einen Index bestimmt werden, der als „100 - die Verschlechterungsrate C“ dargestellt wird. In diesem Fall wird nach dem Index der Wert der Merkmale zunächst als 100% dargestellt und sinkt mit dem Fortschritt der Verschlechterung. In beiden Fällen wird der Verschlechterungszustand, d.h. der Verschleißgrad, basierend auf der charakteristischen Änderung der Sensorzelle 42 bestimmt.In the above embodiments, as the determination of the deterioration rate of the sensor cell 42 the deterioration rate C (%) as a ratio between the present properties and the initial properties of the sensor cell 42 calculated. However, the present disclosure is not limited to this configuration. For example, the difference in the gradient of the sensor cell current Is can be used as a deterioration determination parameter for the sensor cell 42 , a correlated value or the amount of current change ΔIs after the convergence of the sensor cell current Is can be calculated from the initial value, and the degree of deterioration of the sensor cell 42 can be captured based on the difference. Otherwise the comparison cannot be carried out with the initial value, but with a predefined standard value. The degree of deterioration can be determined by an index represented as "100 - the deterioration rate C". In this case, after the index, the value of the characteristics is initially shown as 100% and decreases with the progress of the deterioration. In both cases, the deterioration state, ie the degree of wear, is based on the characteristic change in the sensor cell 42 certainly.
In den vorstehenden Ausführungsformen weist das Sensorelement 40 den einzelnen Festelektrolytkörper 53 und die einzelne Gaskammer 61 auf. Diese Konfiguration kann jedoch geändert werden. So kann beispielsweise das Sensorelement 40 eine Vielzahl von Festelektrolytkörpern 53 und eine Vielzahl von Gaskammern 61 aufweisen, und die Pumpzelle 41 und die Sensorzelle 42 können in den verschiedenen Festelektrolytkörpern 53 und gegenüber den verschiedenen Gaskammern 61 vorgesehen sein. 16 zeigt ein Beispiel für diese Konfiguration.In the above embodiments, the sensor element has 40 the individual solid electrolyte body 53 and the single gas chamber 61 on. However, this configuration can be changed. For example, the sensor element 40 a variety of solid electrolyte bodies 53 and a variety of gas chambers 61 have, and the pump cell 41 and the sensor cell 42 can in the various solid electrolyte bodies 53 and opposite the different gas chambers 61 be provided. 16 shows an example of this configuration.
Ein in 16 dargestelltes Sensorelement 40 weist zwei gegenüberliegende Festelektrolytkörper 53a und 53b und Gaskammern 61a und 61b zwischen den Festelektrolytkörpern 53a und 53b auf. Die Gaskammer 61a kommuniziert mit einer Abgaseintrittsöffnung 53c, und die Gaskammer 61b kommuniziert mit der Gaskammer 61a über einen gezogenen Abschnitt 71. Die Pumpzelle 41 weist ein Paar Elektroden 72 und 73 auf, und eine Elektrode 72 ist der Innenseite der Gaskammer 61a ausgesetzt. Die Sensorzelle 42 weist eine Elektrode 74 und eine gemeinsame Elektrode 76 gegenüberliegend auf. Die Monitorzelle 43 weist eine Elektrode 75 und die gemeinsame Elektrode 76 gegenüberliegend auf. Die Sensorzelle 42 und die Monitorzelle 43 sind nebeneinander angeordnet. In diesen Zellen sind die Elektroden 74 und 75 auf einer Seite dem Inneren der Gaskammer 61b ausgesetzt. Je nach Konfiguration, in der die Pumpzelle 41 und die Sensorzelle 42 auch in den verschiedenen Gaskammern 61a und 61b vorgesehen sind, ist es möglich, die Funktionen in den vorgenannten Ausführungsformen wie der Verschlechterungsbestimmung günstig zu realisieren.An in 16 sensor element shown 40 has two opposite solid electrolyte bodies 53a and 53b and gas chambers 61a and 61b between the solid electrolyte bodies 53a and 53b on. The gas chamber 61a communicates with an exhaust gas inlet opening 53c , and the gas chamber 61b communicates with the gas chamber 61a over a drawn section 71 , The pump cell 41 has a pair of electrodes 72 and 73 on, and an electrode 72 is the inside of the gas chamber 61a exposed. The sensor cell 42 has an electrode 74 and a common electrode 76 opposite on. The monitor cell 43 has an electrode 75 and the common electrode 76 opposite on. The sensor cell 42 and the monitor cell 43 are arranged side by side. The electrodes are in these cells 74 and 75 on one side the inside of the gas chamber 61b exposed. Depending on the configuration in which the pump cell 41 and the sensor cell 42 also in the different gas chambers 61a and 61b are provided, it is possible to implement the functions in the aforementioned embodiments such as the deterioration determination cheaply.
Die zu erfassende spezifische Gaskomponente kann von NOx verschieden sein. So kann beispielsweise der Gassensor gezielt zur Erkennung von HC oder CO im Abgas eingesetzt werden. In diesem Fall leitet der Gassensor vorzugsweise Sauerstoff im Abgas durch die Pumpzelle ab und zersetzt HC oder CO aus dem Gas nach der Abgabe des Sauerstoffs, um die HC-Konzentration oder die CO-Konzentration zu erfassen. Andernfalls kann der Gassensor die Konzentration von Ammoniak im Detektionszielgas erfassen.The specific gas component to be detected may differ from NOx. For example, the gas sensor can be used specifically to detect HC or CO in the exhaust gas. In this case, the gas sensor preferably conducts oxygen in the exhaust gas through the pump cell and decomposes HC or CO from the gas after the emission of the Oxygen to detect the HC concentration or the CO concentration. Otherwise, the gas sensor can detect the concentration of ammonia in the detection target gas.
Die vorliegende Offenbarung kann auch als Gassensor-Steuervorrichtung verkörpert werden, die auf einen Gassensor ausgerichtet ist, der in anderen Arten von Motoren verwendet wird, wie beispielsweise einen Gassensor, der im Ansaugpfad eines Verbrennungsmotors oder eines anderen Benzinmotors als eines Dieselmotors vorgesehen ist. Der Gassensor kann auf ein anderes Detektionszielgas als das Abgas ausgerichtet sein oder für andere Zwecke als Automobile verwendet werden.The present disclosure can also be embodied as a gas sensor control device aimed at a gas sensor used in other types of engines, such as a gas sensor provided in the intake path of an internal combustion engine or a gasoline engine other than a diesel engine. The gas sensor may be aimed at a detection target gas other than the exhaust gas or used for purposes other than automobiles.
Die vorliegende Offenbarung wurde bisher gemäß den Ausführungsformen beschrieben, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen oder Strukturen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung enthält verschiedene Änderungen und Ergänzungen zu einem gleichwertigen Umfang. Darüber hinaus sind verschiedene Kombinationen und Modi und andere Kombinationen und Modi, die nur ein Element der vorgenannten Kombinationen und Modi umfassen, weniger oder mehr als das eine Element, in den Umfang und den konzeptionellen Bereich der vorliegenden Offenbarung einbezogen.The present disclosure has been described in accordance with the embodiments so far, but it should be understood that the present disclosure is not limited to the aforementioned embodiments or structures. The present disclosure includes various changes and additions to an equivalent scope. In addition, various combinations and modes and other combinations and modes that include only one element of the aforementioned combinations and modes are less or more than the one element included in the scope and conceptual scope of the present disclosure.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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JP 2017104901 [0001]JP 2017104901 [0001]
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JP 2009175013 A [0005]JP 2009175013 A [0005]