DE112018002768T5

DE112018002768T5 - Gassensor-steuervorrichtung

Info

Publication number: DE112018002768T5
Application number: DE112018002768.6T
Authority: DE
Inventors: Yuki Murayama; Tadakatsu KOYABU; Ryozo Kayama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2020-02-20
Also published as: WO2018221528A1; JP2018204985A; JP6638700B2

Abstract

Ein Gassensor weist folgendes auf: eine Pumpenzelle, die eine Sauerstoffkonzentration in einem Erfassungszielgas, das durch Spannungsanlegung in eine Gaskammer eingeführt wird, anpasst; eine Sensorzelle, welche nach der Anpassung der Sauerstoffkonzentration durch die Pumpenzelle eine Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in der Gaskammer erfasst; und eine Überwachungszelle, welche eine Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer erfasst. Jede der SCUs 31 bis 33 beinhaltet: eine Pumpenzellen-Steuereinheit (M11), die bewirkt, dass die Pumpenzelle die Restsauerstoffkonzentration anpasst, um eine Ausgabe der Überwachungszelle auf einen Sollwert zu steuern; eine Erlangungseinheit (M12), die eine Ausgabe der Sensorzelle in einem Zustand erlangt, in welchem die Restsauerstoffkonzentration durch die Pumpenzellen-Steuereinheit angepasst wird; und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit (M13), die einen Verschlechterungszustand der Überwachungszelle auf Grundlage der Ausgabe der Sensorzelle, die durch die Erlangungseinheit erlangt wird, bestimmt.

Description

Querverweis auf ähnliche Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der Japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2017-107 026 , eingereicht am 30. Mai 2017, deren Beschreibung hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Gassensor-Steuervorrichtung.
Stand der Technik
Es ist ein NOx-Sensor, der die Konzentration von NOx (Stickstoffoxid) erfasst, als ein Gassensor bekannt, der die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in einem Erfassungszielgas wie beispielsweise einem Abgas aus einer Maschine mit interner Verbrennung erfasst. Der NOx-Sensor weist eine Dreizellenstruktur bzw. Struktur mit drei Zellen auf, die aus einer Pumpenzelle, einer Überwachungszelle und einer Sensorzelle ausgebildet ist, wie zum Beispiel in PTL 1 beschrieben wird. Die Pumpenzelle führt oder pumpt den Sauerstoff aus dem Abgas, das in eine Gaskammer eingeführt wird, ab. Die Überwachungszelle erfasst die Konzentration des Restsauerstoffs in der Gaskammer nach dem Durchtritt durch die Pumpenzelle. Die Sensorzelle erfasst die NOx-Konzentration des Gases nach dem Durchtritt durch die Pumpenzelle.
Der verschlechterte NOx-Sensor kann die NOx-Konzentration nicht genau erfassen. Im Ergebnis besteht eine Möglichkeit, dass das Abgassystem von einem Versagen wie beispielsweise herabgesetzten Abgasemissionen betroffen ist, wenn der NOx-Sensor in dem Abgassystem eines Automobils installiert ist. Somit gab es herkömmlich vorgeschlagene Verfahren zur Diagnose einer Verschlechterung eines NOx-Sensors. PTL 1 offenbart zum Beispiel ein Verfahren, um eine an die Pumpenzelle angelegte Spannung zwangsweise umzuschalten und die Verschlechterung des NOx-Sensors auf Grundlage des Betrags einer Veränderung hinsichtlich der Ausgabe der Sensorzelle zu dieser Zeit zu diagnostizieren.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2009-175 013 A
Kurzfassung der Erfindung
Bei einem Gassensor, der eine Pumpenzelle, eine Sensorzelle und eine Überwachungszelle aufweist, wird die Konzentration der spezifischen Gaskomponente berechnet, indem die Ausgabe der Überwachungszelle bzw. Überwachungszellen-Ausgabe von der Ausgabe der Sensorzelle bzw. Sensorzellen-Ausgabe subtrahiert wird. Wenn sich die Überwachungszelle verschlechtert, nimmt die Erfassungsgenauigkeit der Restsauerstoffkonzentration durch die Überwachungszelle ab, sodass die Erfassung der Konzentration der spezifischen Gaskomponente beeinflusst bzw. beeinträchtigt werden kann. Das heißt, dass bei der Konfiguration, bei welcher die Konzentration der spezifischen Gaskomponente durch die Differenz zwischen der Ausgabe der Sensorzelle und der Ausgabe der Überwachungszelle berechnet wird, die Genauigkeit der Erfassung der Konzentration der spezifischen Gaskomponente aufgrund der Verschlechterung der Überwachungszelle niedriger werden kann. In dieser Hinsicht gilt, dass hinsichtlich der bisherigen Technik noch Verbesserungspotential besteht.
Die vorliegende Offenbarung wurde im Lichte der vorhergehenden Probleme getätigt. Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Gassensor-Steuervorrichtung vorzusehen, die den Verschlechterungszustand einer Überwachungszelle in einem Gassensor, der eine Pumpenzelle, eine Sensorzelle und die Überwachungszelle aufweist, zweckmäßig bestimmt.
Das vorliegende Mittel, um die vorhergehenden Probleme zu lösen, ist eine Steuervorrichtung, die auf einen Gassensor angewendet wird, der folgendes aufweist: eine Pumpenzelle, die eine Sauerstoffkonzentration in einem Erfassungszielgas, das durch Spannungsanlegung in eine Gaskammer eingeführt wird, anpasst; eine Sensorzelle, welche nach der Anpassung der Sauerstoffkonzentration durch die Pumpenzelle die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in der Gaskammer erfasst; und eine Überwachungszelle, welche eine Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer erfasst, und die eine Steuerung durchführt, die den Gassensor betrifft. Die Steuervorrichtung beinhaltet: eine Pumpenzellen-Steuereinheit, die bewirkt, dass die Pumpenzelle die Restsauerstoffkonzentration anpasst, um eine Ausgabe der Überwachungszelle auf einen Sollwert zu steuern; eine Erlangungseinheit, die eine Ausgabe der Sensorzelle in einem Zustand erlangt, in welchem die Restsauerstoffkonzentration durch die Pumpenzellen-Steuereinheit angepasst wird; und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit, die einen Verschlechterungszustand der Überwachungszelle auf Grundlage der Ausgabe der Sensorzelle, die durch die Erlangungseinheit erlangt wird, bestimmt.
Bei dem Gassensor, der eine Pumpenzelle, die Sensorzelle und die Überwachungszelle aufweist, wird die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer durch die Pumpenzelle angepasst, und nach der Anpassung wird die Konzentration der spezifischen Gaskomponente durch die Sensorzelle erfasst und die Restsauerstoffkonzentration wird durch die Überwachungszelle erfasst. Unter Berücksichtigung dessen, dass die Konzentration der spezifischen Gaskomponente anhand der Differenz zwischen der Ausgabe der Sensorzelle und der Ausgabe der Überwachungszelle berechnet wird, verringert sich die Erfassungsgenauigkeit der Restsauerstoffkonzentration aufgrund der Verschlechterung der Überwachungszelle, was die Erfassung der Konzentration der spezifischen Gaskomponente beeinflussen kann. Daher gilt es als wichtig, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle zu erfassen.
In dieser Hinsicht wird gemäß der vorhergehenden Konfiguration die Restsauerstoffkonzentration durch die Pumpenzelle angepasst, um die Ausgabe der Überwachungszelle auf den Sollwert zu steuern, und die Ausgabe der Sensorzelle wird in einem Zustand erlangt, in welchem die Restsauerstoffkonzentration angepasst wird. Anschließend wird der Verschlechterungszustand der Überwachungszelle auf Grundlage der Ausgabe der Sensorzelle bestimmt. Falls sich die Überwachungszelle verschlechtert, wird die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer in einem Zustand, in welchem die Ausgabe der Überwachungszelle auf den Sollwert gesteuert wird, zu hoch oder zu niedrig, und die Ausgabe der Sensorzelle fluktuiert bzw. schwankt unter deren Einfluss, wobei der Verschlechterungszustand der Überwachungszelle unter Verwendung der Ausgabe der Sensorzelle bestimmt werden kann. Im Ergebnis ist es möglich, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle in dem Gassensor, welcher die Pumpenzelle, die Sensorzelle und die Überwachungszelle aufweist, zweckmäßig zu bestimmen.
Figurenliste
Die vorhergehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die folgenden detaillierten Beschreibungen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen klarer werden. Die Zeichnungen zeigen wie folgt:

1 ein Diagramm, das eine Systemkonfiguration eines Maschinenabgassystems veranschaulicht;
2 eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines NOx-Sensors;
3 eine Querschnittsansicht von 2, wobei der Querschnitt entlang einer Linie III-III vorgenommen worden ist;
4 ein Diagramm mit funktionellen Blöcken einer SCU und einer ECU;
5(a) ein Diagramm, dass eine Kennlinie der elektromotorischen Kraft einer Überwachungszelle veranschaulicht, 5(b) ein Diagramm, dass eine Kennlinie der elektromotorischen Kraft der Überwachungszelle in einem verschlechterten Zustand veranschaulicht, und 5(c) eine vergrößerte Ansicht von X in 5(b);
6 ein Zeitdiagramm, das Veränderungen hinsichtlich eines Sensorzellen-Stroms zusammen mit einem Start einer Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft veranschaulicht;
7 ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine Verschlechterungsbestimmung des Sensors in einem Fall, bei welchem die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft durchgeführt wird;
8(a) ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Ausgabeverhältnis und einer Verschlechterungsrate der Überwachungszelle veranschaulicht; und 8(b) ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Ausgabeverhältnis und einer Verschlechterungsrate der Sensorzelle veranschaulicht;
9 ein Diagramm, das eine Stromkennlinie der Überwachungszelle veranschaulicht;
10 ein Zeitdiagramm, das Veränderungen hinsichtlich des Sensorzellen-Stroms zusammen mit einem Start einer Strom-Feedback-Steuerung veranschaulicht;
11 ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine Verschlechterungsbestimmung des Sensors in einem Fall, bei welchem die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt wird;
12 ein Diagramm, das Beziehungen zwischen der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft und der Strom-Feedback-Steuerung zu einer Überwachungszellen-Verschlechterungszeit und einer Sensorzellen-Verschlechterungszeit veranschaulicht;
13 ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine Verschlechterungsbestimmung des Sensors in einem Fall, bei welchem die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft und Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt werden;
14 ein Diagramm, um Veränderungen einer Transienten-Kennlinie der Ausgabe der Sensorzelle aufgrund der Verschlechterung der Sensorzelle zu beschreiben;
15 ein Flussdiagramm eines Verschlechterungsbestimmungsprozesses bei einer zweiten Ausführungsform; und
16 eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines anderen NOx-Sensors.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Bei den vorliegenden Ausführungsformen wird in einem System, in welchem das Abgas, das ausgehend von einer fahrzeugeigenen Dieselmaschine ausgestoßen wird, als ein Erfassungszielgas angenommen wird und eine NOx-Konzentration in dem Abgas durch einen NOx-Sensor erfasst wird, eine Gassensor-Steuervorrichtung implementiert, um eine Steuerung durchzuführen, die den NOx-Sensor betrifft. Bei den folgenden Ausführungsformen werden identische oder äquivalente Komponenten in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen veranschaulicht, und Beschreibungen der Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen werden durch Bezugnahme mit aufgenommen.
Erste Ausführungsform
Wie in 1 veranschaulicht wird, ist auf der Abgasseite einer Dieselmaschine als eine Maschine 10 ein Abgasreinigungssystem vorgesehen, um das Abgas zu reinigen. Das Abgasreinigungssystem ist derart konfiguriert, dass die Maschine 10 mit einem Abgasrohr 11 verbunden ist, das eine Abgasstrecke bildet, und das Abgasrohr 11 ist ausgehend von der Seite der Maschine 10 in dieser Reihenfolge mit einem katalytischen Oxidationskonverter bzw. -wandler 12 und einem selektiven katalytischen Reduktionskonverter bzw. -wandler (nachfolgend als katalytischer SCR-Konverter bzw. -Wandler bezeichnet) 13 vorgesehen. Der katalytische Oxidationswandler 12 weist einen Diesel-Oxidationskatalysator 14 und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 15 auf. Der katalytische SCR-Wandler 13 weist einen SCR-Katalysator 16 als einen selektiven Reduktionskatalysator auf. Das Abgasrohr 11 ist mit einem Zufuhrventil bzw. Zugabeventil 17 für wässrigen Harnstoff vorgesehen, um zwischen den katalytischen Oxidationswandler 12 und den katalytischen SCR-Wandler 13 wässrigen Harnstoff (wässrige Harnstofflösung) als ein Reduktionsmittel in das Abgasrohr 11 hinzuzugeben und zuzuführen.
Bei dem katalytischen Oxidationswandler 12 ist der Diesel-Oxidationskatalysator 14 hauptsächlich aus einem Keramikträger, einem Oxidgemisch, das Aluminiumoxid, Ceriumdioxid, Zirconiumdioxid als die Inhaltsstoffe beinhaltet, und einem Edelmetallkatalysator wie beispielsweise Platin, Palladium oder Rhodium hergestellt. Der Diesel-Oxidationskatalysator 14 oxidiert und reinigt unter anderem Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Stickstoffoxid, die in dem Abgas beinhaltet sind. Der Diesel-Oxidationskatalysator 14 erhöht auch die Abgastemperatur, indem dieser während der katalytischen Reaktion Wärme erzeugt.
Der DPF 15 ist aus einer Wabenstruktur ausgebildet, in welcher ein Platingruppen-Katalysator wie beispielsweise Platin oder Palladium in porösen Keramiken gelagert ist. Der DPF 15 sammelt Partikelstoffe, die in dem Abgas beinhaltet sind, indem diese auf Trennwänden der Wabenstruktur angesammelt werden. Die angesammelten Partikelstoffe werden oxidiert und durch Verbrennung gereinigt. Die Verbrennung wird unter Verwendung des Temperaturanstiegs des Diesel-Oxidationskatalysators 14 und der Abnahme bzw. Verringerung der Verbrennungstemperatur der Partikelstoffe, die durch ein Zusatzmittel verursacht bzw. bewirkt wird, durchgeführt.
Der katalytische SCR-Wandler 13 ist eine Nach-Verarbeitungsvorrichtung des katalytischen Oxidationswandlers 12, der NOx zu Stickstoff und Wasser reduziert. Der SCR-Katalysator 16 ist zum Beispiel ein Katalysator, bei welchem ein Edelmetall wie beispielsweise Pt auf der Oberfläche eines Basismaterials wie beispielsweise Zeolith oder Aluminiumoxid gelagert bzw. getragen ist. Wenn die Katalysatortemperatur in einem aktiven Temperaturbereich vorliegt, reduziert der SCR-Katalysator 16 das NOx und reinigt dieses mit der Zugabe von Harnstoff als einem Reduktionsmittel.
Das Abgasrohr 11 ist jeweils stromaufwärts des katalytischen Oxidationswandlers 12, stromaufwärts des Zugabeventils 17 für wässrigen Harnstoff zwischen dem katalytischen Oxidationswandler 12 und dem katalytischen SCR-Wandler 13 und stromabwärts des katalytischen SCR-Wandlers 13 mit Grenzstrom-NOx-Sensoren 21, 22 und 23 als Gassensoren vorgesehen. Die NOx-Sensoren 21 bis 23 erfassen die NOx-Konzentration in dem Abgas an ihren jeweiligen Erfassungspositionen. Die Positionen und Anzahl der NOx-Sensoren in dem Maschinenabgassystem können beliebig eingestellt werden.
Die NOx-Sensoren 21 bis 23 sind jeweils mit den Sensorsteuereinheiten (SCUs) 31, 32 und 33 verbunden. Erfassungssignale ausgehend von den NOx-Sensoren 21 bis 23 werden geeignet an die geeigneten SCUs 31 bis 33 ausgegeben. Die SCUs 31 bis 33 sind elektronische Steuervorrichtungen, die jeweils einen Mikrocomputer beinhalten, der eine CPU und verschiedene Speicher und deren periphere Schaltungen aufweist, und auf Grundlage der Erfassungssignale (Grenzstromsignale) ausgehend von den NOx-Sensoren 21 bis 23 die Konzentration von Sauerstoff (O₂) bzw. Sauerstoffkonzentration und die NOx-Konzentration als die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in dem Abgas berechnen.
Die SCUs 31 bis 33 sind mit einer Kommunikationsleitung 34 wie beispielsweise einer CAN-Busleitung und über die Kommunikationsleitung 34 mit verschiedenen ECUs (zum Beispiel der Maschinen-ECU 35) verbunden. Das heißt, die SCUs 31 bis 33 und die Maschinen-ECU 35 können sich gegenseitig unter Verwendung der Kommunikationsleitung 34 Informationen übertragen und diese empfangen. Zum Beispiel übertragen die SCUs 31 bis 33 Informationen über die Sauerstoffkonzentration und die NOx-Konzentration in dem Abgas an die Maschinen-ECU 35. Die Maschinen-ECU 35 ist eine elektronische Steuervorrichtung, die einen Mikrocomputer, der eine CPU und verschiedene Speicher aufweist, sowie dessen periphere Schaltungen beinhaltet, welche die Maschine 10 und verschiedene Vorrichtungen in dem Abgassystem steuert. Die Maschinen-ECU 35 führt zum Beispiel auf Grundlage einer Gaspedalöffnung und einer Maschinendrehgeschwindigkeit bzw. Maschinendrehzahl unter anderem eine Kraftstoffeinspritzsteuerung durch.
Zusätzlich steuert die Maschinen-ECU 35 die Zugabe eines wässrigen Harnstoffs unter Verwendung des Zugabeventils 17 des wässrigen Harnstoffs auf Grundlage der NOx-Konzentration, die durch die NOx-Sensoren 21 bis 23 erfasst wird. Die Steuerung einer Zugabe von wässrigem Harnstoff wird kurz beschrieben werden. Die Maschinen-ECU 35 berechnet die Zusatzmenge eines wässrigen Harnstoffs auf Grundlage der NOx-Konzentration, die durch die NOx-Sensoren 21 und 22 stromaufwärts des katalytischen SCR-Wandlers 13 erfasst wird, und führt derart eine Feedback-Korrektur der Zusatzmenge eines wässrigen Harnstoffs durch, dass der Wert der NOx-Konzentration, die durch den NOx-Sensor 23 stromabwärts des katalytischen SCR-Wandlers 13 erfasst wird, so klein wie möglich wird. Anschließend steuert die Maschinen-ECU 35 ein Antreiben des Zugabeventils 17 des wässrigen Harnstoffs auf Grundlage der Zusatzmenge des wässrigen Harnstoffs.
Als nächstes wird eine Konfiguration der NOx-Sensoren 21 bis 23 beschrieben werden. Die NOx-Sensoren 21 bis 23 sind hinsichtlich der Konfiguration die Gleichen, und somit wird hierin die Konfiguration des NOx-Sensors 21 beschrieben werden. Die 2 und 3 sind Diagramme, die eine interne Struktur eines Sensorelements 40 veranschaulichen, das den NOx-Sensor 21 bildet. Die Längsrichtung des Sensorelements 40 erstreckt sich in der Zeichnung entlang der Rechts-Links-Richtung bzw. entlang der Richtung von rechts nach links und das vordere Ende des Sensorelements 40 ist auf der linken Seite der Zeichnung angeordnet. Das Sensorelement 40 weist eine Struktur mit drei Zellen auf, die eine Pumpenzelle 41, eine Sensorzelle 42 und eine Überwachungszelle 43 beinhaltet. Die Überwachungszelle 43 weist die Funktion, Sauerstoff aus einem Gas abzuführen, sowie die Pumpenzelle 41 auf, und kann ebenfalls als eine Hilfs-Pumpenzelle oder eine zweite Pumpenzelle bezeichnet werden.
Das Sensorelement 40 beinhaltet ein erstes Hauptkörperteil 51 und ein zweites Hauptkörperteil 52, das aus einem Isolator wie beispielsweise Aluminiumoxid hergestellt ist, einen Festelektrolytkörper 53, der zwischen den Hauptkörperteilen 51 und 52 eingeschoben ist, einen Diffusionswiderstand 54, eine Pumpenzellen-Elektrode 55, eine Sensorzellen-Elektrode 56, eine Überwachungszellen-Elektrode 57, eine gemeinsame Elektrode 58 und eine Heizvorrichtung 59. Eine Gaskammer 61 als eine Konzentrationsmesskammer ist zwischen dem ersten Hauptkörperteil 51 und dem Festelektrolytkörper 53 ausgebildet, und eine Luftkammer 62 als eine Referenzgaskammer ist zwischen dem zweiten Hauptkörperteil 52 und dem Festelektrolytkörper 53 ausgebildet.
Die Pumpenzelle 41 passt die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas an, das in die Gaskammer 61 eingeführt wird, und ist aus der Pumpenzellen-Elektrode 55, der gemeinsamen Elektrode 58 und einem Teil des Festelektrolytkörpers 53 ausgebildet. Die Sensorzelle 42 erfasst auf Grundlage eines Sauerstoffionenstroms, der zwischen der Sensorzellen-Elektrode 56 und der gemeinsamen Elektrode 58 strömt, die Konzentration einer vorgegebenen Gaskomponente (NOx-Konzentration) in der Gaskammer 61, und ist aus der Sensorzellen-Elektrode 56, der gemeinsamen Elektrode 58 und einem Teil des Festelektrolytkörpers 53 ausgebildet. Die Überwachungszelle 43 erfasst auf Grundlage eines Sauerstoffionenstroms, der zwischen der Überwachungszellen-Elektrode 57 und der gemeinsamen Elektrode 58 strömt, die Konzentration des Restsauerstoffs in der Gaskammer 61, und ist aus der Überwachungszellen-Elektrode 57, der gemeinsamen Elektrode 58 und einem Teil des Festelektrolytkörpers 53 ausgebildet.
Der Festelektrolytkörper 53 ist ein plattenartiges Bauteil, das durch ein Sauerstoffionen leitendes Festelektrolytmaterial wie beispielsweise Zirconiumoxid ausgebildet ist. Das erste Hauptkörperteil 51 und das zweite Hauptkörperteil 52 sind auf den beiden Seiten des Festelektrolytkörpers 53 angeordnet. Das erste Hauptkörperteil 51 ist auf der Seite des Festelektrolytkörpers 53 gestuft und die Stufe bildet einen konkaven Abschnitt aus, der die Gaskammer 61 bildet. Eine Seitenoberfläche des konkaven Abschnitts in dem ersten Hauptkörperteil 51 wird geöffnet und der Diffusionswiderstand 54 ist auf der einen geöffneten Seitenoberfläche angeordnet. Der Diffusionswiderstand 54 ist aus einem porösen Material oder einem Material mit feinen Poren hergestellt. Die Geschwindigkeit des Abgases, das in die Gaskammer 61 eingeführt wird, wird durch die Aktion des Diffusionswiderstands 54 reguliert.
Auf ähnliche Wiese ist das zweite Hauptkörperteil 52 auf der Seite des Festelektrolytkörpers 53 gestuft und die Stufe bildet einen konkaven Abschnitt aus, der die Luftkammer 62 bildet. Eine Seitenoberfläche der Luftkammer 62 wird geöffnet. Das Gas, das ausgehend von der Seite des Festelektrolytkörpers 53 in die Luftkammer 62 eingeführt wird, wird zu der Atmosphäre freigesetzt.
Die Pumpenzellen-Elektrode 55 auf der Seite der Kathode, eine Sensorzellen-Elektrode 56 und eine Überwachungszellen-Elektrode 57 sind auf der Oberfläche des Festelektrolytkörpers 53 vorgesehen, die der Gaskammer 61 zugewandt angeordnet ist. In diesem Fall ist die Pumpenzellen-Elektrode 55 auf der Eingangsseite der Gaskammer 61 nahe dem Diffusionswiderstand 54, das heißt, stromaufwärts der Gaskammer 61 angeordnet. Die Sensorzellen-Elektrode 56 und die Überwachungszellen-Elektrode 57 sind auf der gegenüberliegenden Seite des Diffusionswiderstands 54 angeordnet, wobei die Pumpenzellen-Elektrode 55 zwischen diesen, das heißt stromabwärts der Gaskammer 61 angeordnet ist. Die Pumpenzellen-Elektrode 55 weist eine Oberflächenfläche auf, die größer ist als die der Sensorzellen-Elektrode 56 und der Überwachungszellen-Elektrode 57. Die Sensorzellen-Elektrode 56 und die Überwachungszellen-Elektrode 57 sind an Positionen angeordnet, die in Nähe zueinander angeordnet und einander in Hinblick auf die Strömung des Abgases gleich sind. Die Pumpenzellen-Elektrode 55 und die Überwachungszellen-Elektrode 57 sind Elektroden, die aus einem Edelmetall hergestellt sind, das gegenüber NOx inaktiv ist, wie beispielsweise Au-Pt (Elektroden, die weniger dazu in der Lage sind, NOx zu zersetzen), wohingegen die Sensorzellen-Elektrode 56 eine Elektrode ist, die aus einem Edelmetall hergestellt ist, das gegenüber NOx aktiv ist, wie beispielsweise Platin Pt oder Rhodium Rh.
Die gemeinsame Elektrode 58 auf der Seite der Anode ist auf der Oberfläche des Festelektrolytkörpers 53 vorgesehen, welche der Luftkammer 62 an einer Position zugewandt angeordnet ist, die den Elektroden 55 bis 57 auf der Seite der Kathode entspricht.
Wenn zwischen der Pumpenzellen-Elektrode 55 und der gemeinsamen Elektrode 58 eine Spannung angelegt wird, wird der Sauerstoff, der in dem Abgas in der Gaskammer 61 enthalten ist, durch die Pumpenzellen-Elektrode 55 auf der Seite der Kathode ionisiert. Anschließend bewegen sich die Sauerstoffionen in dem Festelektrolytkörper 53 hin zu der gemeinsamen Elektrode 58 auf der Seite der Anode und die Sauerstoffionen in der gemeinsamen Elektrode 58 setzen eine elektrische Ladung frei und werden zu Sauerstoff. Der Sauerstoff wird in die Luftkammer 62 abgeführt. Entsprechend wird die Gaskammer 61 in einem vorgegebenen sauerstoffarmen Zustand gehalten.
So wie die an die Pumpenzelle 41 angelegte Spannung (das heißt, die zwischen der Pumpenzellen-Elektrode 55 und der gemeinsamen Elektrode 58 angelegte Spannung) höher ist, wird die Menge an Sauerstoff, der durch die Pumpenzelle 41 aus dem Abgas abgeführt wird, größer. Umgekehrt wird die Menge an Sauerstoff, der durch die Pumpenzelle 41 aus dem Abgas abgeführt wird, kleiner, so wie die an die Pumpenzelle 41 angelegte Spannung niedriger ist. Daher ermöglicht das Zunehmen bzw. Erhöhen oder Abnehmen bzw. Verringern der an die Pumpenzelle 41 angelegten Spannung es, die Menge des Restsauerstoffs in dem Abgas, das in die folgende Sensorzelle 42 und Überwachungszelle 43 strömt, zu erhöhen oder verringern. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die an die Pumpenzelle 41 angelegte Spannung als eine an die Pumpenzelle angelegte Spannung Vp bezeichnet, und der Strom, der in dem Zustand mit angelegter Spannung ausgehend von der Pumpenzelle 41 ausgegeben wird, wird als ein Strom der Pumpenzelle bzw. Pumpenzellen-Strom Ip bezeichnet.
Die Überwachungszelle 43 erfasst die Konzentration des Restsauerstoffs in der Gaskammer 61, nachdem der Sauerstoff durch die Pumpenzelle 41 abgeführt wird. Zu dieser Zeit gibt die Überwachungszelle 43 ein Stromsignal, das erzeugt wird, was aus der Spannungsanlegung oder einem elektromotorischen Signal gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 resultiert, als ein Erfassungssignal der Restsauerstoffkonzentration aus. Die Ausgabe der Überwachungszelle 43 wird durch die SCUs 31 bis 33 als der Strom der Überwachungszelle bzw. Überwachungszellen-Strom Im oder eine elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle erlangt.
Nachdem der Sauerstoff durch die Pumpenzelle 41 abgeführt wird, unterzieht die Sensorzelle 42 das NOx in dem Abgas zusammen mit einer Spannungsanlegung einer reduktiven Zersetzung, und gibt gemäß der NOx-Konzentration und der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 ein Stromsignal aus. Die Ausgabe der Sensorzelle 42 wird durch die SCUs 31 bis 33 als der Strom der Sensorzelle bzw. Sensorzellen-Strom Is erlangt. Die SCUs 31 bis 33 berechnen unter Verwendung des Sensorzellen-Stroms Is die NOx-Konzentration in dem Abgas.
Bei der Erfassung einer NOx-Konzentration durch die NOx-Sensoren 21 bis 23, welche die Pumpenzelle 41, die Sensorzelle 42 und die Überwachungszelle 43 aufweisen, wird die NOx-Konzentration in dem Abgas berechnet, indem der Überwachungszellen-Strom Im von dem Sensorzellen-Strom Is subtrahiert wird. In einem derartigen Fall nimmt die Genauigkeit des Überwachungszellen-Stroms Im ab, wenn sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, sodass die Erfassung der NOx-Konzentration beeinträchtigt werden kann. Somit wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 durchgeführt. Die SCUs 31 bis 33, die jeweils für die NOx-Sensoren 21 bis 23 vorgesehen sind, weisen die gleichen Funktionen auf.
4 zeigt ein Diagramm mit funktionellen Blöcken zum Beschreiben der Funktionen der SCUs 31 bis 33 und der Maschinen-ECU 35. Jede der SCUs 31 bis 33 beinhaltet: eine Pumpenzellen-Steuereinheit M11, die bewirkt, dass die Pumpenzelle 41 die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 anpasst, um eine Ausgabe (Vm, Im) der Überwachungszelle auf einen Sollwert zu steuern; eine Erlangungseinheit M12, die eine Ausgabe (Is) der Sensorzelle in einem Zustand erlangt, in welchem die Restsauerstoffkonzentration durch die Pumpenzellen-Steuereinheit M11 angepasst wird, und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit M13, die einen Verschlechterungszustand der Überwachungszelle 43 auf Grundlage der Ausgabe der Sensorzelle, die durch die Erlangungseinheit M12 erlangt wird, bestimmt. Bei der vorliegenden Ausführungsform können die NOx-Sensoren 21 bis 23 eine elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 als die Ausgabe der Überwachungszelle erzeugen und einen Überwachungszellen-Strom Im gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 bei Spannungsanlegung an die Überwachungszelle 43 erzeugen. Bei den SCUs 31 bis 33 werden unter anderem die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle, der Überwachungszellen-Strom Im, der Sensorzellen-Strom Is und der Pumpenzellen-Strom Ip geeignet erfasst. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 führt die Verschlechterungsbestimmung der NOx-Sensoren 21 bis 23 durch, wobei die Überwachungszelle 43 oder die Überwachungszelle 43 und die Sensorzelle 42 als ein Erfassungsziel dienen.
Die Pumpenzellen-Steuereinheit M11 führt eine Feedback-Steuerung (VmF/B-Steuerung) der elektromotorischen Kraft durch, um die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle auf einen Sollwert Vmtg zu steuern, wodurch bewirkt wird, dass die Pumpenzelle 41 die Restsauerstoffkonzentration anpasst. Zu dieser Zeit stellt die Pumpenzellen-Steuereinheit M11 eine an die Pumpenzelle angelegte Spannung Vp auf Grundlage einer Abweichung der tatsächlichen elektromotorischen Kraft Vm der Überwachungszelle von dem Sollwert Vmtg ein und führt unter Verwendung der an die Pumpenzelle angelegten Spannung Vp eine Spannungsanlegung durch.
Die Pumpenzellen-Steuereinheit M11 führt eine Feedback-Steuerung des Stroms bzw. Strom-Feedback-Steuerung (ImF/B-Steuerung) durch, um den Überwachungszellen-Strom Im auf einen Sollwert Imtg zu steuern, wodurch bewirkt wird, dass die Pumpenzelle 41 die Restsauerstoffkonzentration anpasst. Zu dieser Zeit stellt die Pumpenzellen-Steuereinheit M11 eine an die Pumpenzelle angelegte Spannung Vp auf Grundlage einer Abweichung des tatsächlichen Überwachungszellen-Stroms Im von dem Sollwert Imtg ein und führt unter Verwendung der an die Pumpenzelle angelegten Spannung Vp eine Spannungsanlegung an die Pumpenzelle 41 durch. Bei einer derartigen Steuerung der an die Pumpenzelle angelegten Spannung Vp wird die Restsauerstoffkonzentration geeignet durch die Pumpenzelle 41 angepasst. Die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft entspricht einer „Steuerung der elektromotorischen Kraft“, und die Strom-Feedback-Steuerung entspricht einer „Stromsteuerung der Überwachungszelle“ bzw. „Überwachungszellen-Stromsteuerung“.
Die Erlangungseinheit M12 erlangt den Sensorzellen-Strom Is, der sich als Reaktion auf die elektromotorische Feedback-Steuerung verändert, als die Ausgabe der Sensorzelle in einem Zustand, in welchem die Restsauerstoffkonzentration durch die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft angepasst wird. Zusätzlich erlangt die Erlangungseinheit M12 den Sensorzellen-Strom Is, der sich als Reaktion auf die Strom-Feedback-Steuerung verändert, als die Ausgabe der Sensorzelle in einem Zustand, in welchem die Restsauerstoffkonzentration durch die Strom-Feedback-Steuerung angepasst wird.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 führt unter Verwendung von zumindest einem ausgewählt aus den Sensorzellen-Strom Is, der bei der Ausführung der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft erlangt wird, und dem Sensorzellen-Strom Is, der bei der Ausführung der Strom-Feedback-Steuerung erlangt wird, Verschlechterungsbestimmungen der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 durch. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 berechnet zum Beispiel eine Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43 auf Grundlage eines Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs des Sensorzellen-Stroms Is und berechnet eine Verschlechterungsrate Cs der Sensorzelle 42 auf Grundlage eines Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs des Sensorzellen-Stroms Is.
Die Maschinen-ECU 35 weist eine Anomalitätsbestimmungseinheit M21 auf, die eine Anomalität bestimmt, die durch ein Emissionsversagen auf Grundlage der Ergebnisse von Verschlechterungsbestimmungen durch die SCUs 31 bis 33 verursacht wird. Die Anomalitätsbestimmungseinheit M21 bestimmt eine Anomalität in der Maschinenemission auf Grundlage der Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43 und der Verschlechterungsrate Cs der Sensorzelle 42, die durch die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13 in jeder der SCUs 31 bis 33 berechnet wird. Zusätzlich zu diesen Verschlechterungsraten Cm und Cs kann eine Emissionsanomalität umfassend bestimmt werden, indem unter anderem die Ausgaben der NOx-Sensoren 21 bis 23, verschiedene Arten von Sensorinformationen ausgehend von anderen Sensoren und ein Maschinenbetriebszustand berücksichtigt werden.
Die Verschlechterungsbestimmung, welche die NOx-Sensoren 21 bis 23 betrifft, und die Emissionsanomalitätsbestimmung können beide durch die SCUs 31 bis 33 oder durch die Maschinen-ECU 35 durchgeführt werden. Die Emissionsanomalitätsbestimmung wird vorzugsweise durch die Maschinen-ECU 35 durchgeführt, weil es wünschenswert ist, dass die Emissionsanomalitätsbestimmung unter Verwendung von Elementen, welche andere sind als die Verschlechterungsgrade der NOx-Sensoren 21 bis 23, durchgeführt wird.
Als nächstes werden die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft und die Strom-Feedback-Steuerung beschrieben werden, und die Verschlechterungsbestimmungen der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42, die zusammen mit den Feedback-Steuerungen durchgeführt werden, werden beschrieben werden.
Zunächst wird die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft der Überwachungszelle 43 beschrieben werden. Die Überwachungszelle 43 weist eine Kennlinie der elektromotorischen Kraft (sogenannte Z-Kennlinie) auf, bei der die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle gemäß der Sauerstoffkonzentration (Luftüberschussverhältnis) erzeugt wird. Genauer gesagt weist die Überwachungszelle 43, wie in 5(a) veranschaulicht wird, eine Kennlinie der elektromotorischen Kraft auf, bei welcher die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle in einem Bereich der Sauerstoffkonzentration > 0 im Wesentlichen null beträgt, anschließend einen vorgegebenen Wert (zum Beispiel ungefähr 0,9 V) in einem Bereich der Sauerstoffkonzentration < 0 erreicht, und sich anschließend in einem Bereich der Sauerstoffkonzentration ungefähr = 0 steil verändert. Indem diese anstelle der Sauerstoffkonzentration in Hinblick auf das Luftüberschussverhältnis beschreiben wird, weist die Überwachungszelle 43 eine Kennlinie der elektromotorischen Kraft auf, bei welcher die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle in einem Bereich des Luftüberschussverhältnisses > 1 im Wesentlichen null beträgt, anschließend einen vorgegebenen Wert (zum Beispiel ungefähr 0,9 V) in einem Bereich des Luftüberschussverhältnisses < 1 erreicht, und sich anschließend in einem Bereich des Luftüberschussverhältnisses ungefähr = 1 steil verändert.
Die SCUs 31 bis 33 führen die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft derart durch, dass die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle, die gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 erzeugt wird, mit dem Sollwert Vmtg übereinstimmt. In diesem Fall wird der Sollwert Vmtg, wie in 5(a) veranschaulicht wird, vorzugsweise als die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle bestimmt, die innerhalb des steilen Änderungsbereichs, in welchem die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle sich hinsichtlich der Kennlinie der elektromotorischen Kraft der Überwachungszelle 43 steil verändert und die Sauerstoffkonzentration größer als 0 ist (das heißt, das Luftüberschussverhältnis ist größer als 1). Durch die Ausführung der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft wird die Restsauerstoffkonzentration derart gesteuert, dass diese zum Beispiel 1000 ppm beträgt (A1 in der Zeichnung).
Falls sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, verändert sich die Kennlinie der elektromotorischen Kraft zusammen mit einer Reduzierung hinsichtlich der Empfindlichkeit, wie durch eine durchgehende Linie in 5(b) gezeigt wird. In 5(b) wird eine anfängliche Kennlinie vor der Verschlechterung durch eine Strich-Strichlinie gezeigt, die Kennlinie nach einer Verschlechterung wird durch eine durchgehende Linie gezeigt. Bei der Kennlinie nach einer Verschlechterung ist die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle in dem Bereich der Sauerstoffkonzentration < 0 (dem Bereich des Luftüberschussverhältnisses < 1) aufgrund der Veränderung der Kennlinie bzw. Kennlinien-Veränderung klein. Somit wird in einem Zustand, in welchem die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft durchgeführt wird, die tatsächliche Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 ausgehend von einer angepeilten Sauerstoffkonzentration verschoben. Genauer gesagt nimmt die Restsauerstoffkonzentration bei der Ausführung der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft von A1 zu A2 ab, wie in 5(c), in welcher ein X-Teil in 5(b) vergrößert ist, veranschaulicht wird.
Die SCUs 31 bis 33 führen die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 durch, wobei ein Vorteil aus der Tatsache gezogen wird, dass, wenn die Restsauerstoffkonzentration aufgrund der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 bei der Ausführung der elektromotorischen Feedback-Steuerung verschoben wird, sich die Ansprechempfindlichkeit des Sensorzellen-Stroms Is entsprechend verändert. Die Gliederung der Verschlechterungsbestimmung wird unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm beschrieben werden, das in 6 veranschaulicht ist.
Unter Bezugnahme auf 6 wird die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft zur Zeit t1 gestartet. Vor der Zeit t1 ist die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 extrem niedrig, und die Zufuhr von Sauerstoff zu der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 wird zusammen mit dem Start einer Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft gestartet. Das heißt, bei der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft wird die Sauerstoffkonzentration angepasst, um die Restsauerstoffkonzentration zu erhöhen. In diesem Fall weist der Sensorzellen-Strom Is in dem anfänglichen Zustand, bei dem keine Verschlechterung der Überwachungszelle 43 vorliegt, eine Transientenveränderung vor, wie durch eine Strich-Strichlinie veranschaulicht wird. Andererseits weist der Sensorzellen-Strom Is bei der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 eine Transientenveränderung vor, wie durch eine durchgehende Linie veranschaulicht wird, wenn die Restsauerstoffkonzentration kleiner gleich einem angenommenen Wert wird. Das heißt, der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is nimmt in Hinblick auf den anfänglichen Wert des Reaktions-Änderungsbetrags (nachfolgend als ein anfänglicher Änderungsbetrag ΔIsini1 bezeichnet) des Sensorzellen-Stroms Is ab, der unter den gleichen Bedingungen wie denen für die vorliegende Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft im Voraus berechnet wird. Die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 wird durch den Unterschied hinsichtlich der Veränderung des Sensorzellen-Stroms Is ermöglicht.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine Verschlechterungsbestimmung der NOx-Sensoren 21 bis 23 in einem Fall, bei welchem die Feedback-Steuerung (VmF/B-Steuerung) der elektromotorischen Kraft ausgeführt wird. Der Prozess, der in 7 veranschaulicht wird, ist zum Beispiel eine arithmetische Verarbeitung, um die Funktionen der SCUs 31 bis 33, die in 4 beschrieben werden, welche durch die SCUs 31 bis 33 in jedem vorgegebenen Zyklus durchgeführt werden, umzusetzen.
In Schritt S11 bestimmt jede der SCUs, ob eine Bedingung zum Ausführen der Verschlechterungsbestimmung erfüllt ist. Die Ausführungsbedingung beinhaltet zum Beispiel den Empfang eines Erlaubnissignals zum Zulassen der Ausführung der Verschlechterungsbestimmung ausgehend von der Maschinen-ECU 35. Die Maschinen-ECU 35 überträgt das Erlaubnissignal, wenn die Gasumgebung in dem Abgasrohr 11 eine vorgegebene stabile Umgebung ist. Genauer gesagt überträgt die Maschinen-ECU 35 das Erlaubnissignal, wenn die Maschine 10 in einem vorgegebenen Betriebszustand mit einer relativ stabilen Emissionsmenge vorliegt, oder wenn kein Kraftstoff zugeführt wird, oder unmittelbar nachdem der Zündschalter abgeschaltet ist (unmittelbar nach dem Zünd-Abschalten), oder wenn die Maschinen-ECU 35 durch einen Soak-Timer gestartet wird. Insbesondere ist es wünschenswert, dass die Ausführungsbedingung auf die Zeit unmittelbar nach dem Zünd-Abschalten eingestellt ist. Dies kommt daher, dass die Strömung des Abgases aufgrund des Stopps der Maschine unmittelbar nach dem Zünd-Abschalten aufhört, und die Verschlechterungsbestimmung kann in einer stabilen Gasumgebung ausgeführt werden. Wenn die Bedingung zum Ausführen der Verschlechterungsbestimmung erfüllt ist, bewegt sich die SCU zum nächsten Schritt S12 fort. Wenn die Bedingung zum Ausführen der Verschlechterungsbestimmung nicht erfüllt ist, beendet die SCU diesen Prozess.
In Schritt S12 führt die SCU die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft durch. Zu dieser Zeit stellt die SCU den Sollwert Vmtg der elektromotorischen Kraft Vm der Überwachungszelle ein und führt eine Feedback-Steuerung der an die Pumpenzelle angelegten Spannung Vp auf Grundlage einer Abweichung der tatsächlichen elektromotorischen Kraft Vm der Überwachungszelle von dem Sollwert Vmtg durch. Entsprechend wird die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle auf den Sollwert Vmtg gesteuert und die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 wird an die Sauerstoffkonzentration angepasst, die dem Sollwert Vmtg entspricht.
Danach berechnet die SCU in Schritt S13 den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is nach dem Start der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft. Zu dieser Zeit, wenn der Änderungsbetrag des Sensorzellen-Stroms Is pro Zeiteinheit kleiner wird als ein vorgegebener Wert, befindet die SCU, dass die Veränderung des Sensorzellen-Stroms Is konvergiert ist, und berechnet den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 anhand der Differenz zwischen dem Sensorzellen-Strom Is nach der Konvergenz und dem Sensorzellen-Strom Is vor dem Start der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft.
In Schritt S14 verwendet die SCU die folgende Gleichung (1), um ein Ausgabeverhältnis β1 anhand des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs1, der zu dieser Zeit berechnet wird, und des anfänglichen Änderungsbetrags ΔIsini1 des Sensorzellen-Stroms Is zu berechnen. Das Ausgabeverhältnis β1 wird als ein Verhältnis des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs1 zu dem anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini1 berechnet. Der anfängliche Änderungsbetrag ΔIsini1 wird im Voraus in den Speichern der SCUs 31 bis 33 gespeichert. $β_{1} = Δ Is 1 / Δ Isini 1$
Im nächsten Schritt S15 bestimmt die SCU, ob das Ausgabeverhältnis β1 kleiner ist als ein vorgegebener Wert TH1, wobei 0 < TH1 < 1. Wenn in Schritt S15 eine JA-Bestimmung getätigt wird, befindet die SCU, dass sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, und bewegt sich zu Schritt S16 fort.
In Schritt S15 bestimmt die SCU, ob das Ausgabeverhältnis β1, das dieses Mal berechnet wird, aus der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 resultiert. Wenn ein Vergleich zwischen einem Fall, bei welchem der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is sich aufgrund der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 verringert, und einem Fall, bei welchem der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is sich aufgrund der Verschlechterung der Sensorzelle 42 verringert, vorgenommen wird, neigt der Grad einer Verringerung des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs1 genauer gesagt dazu, in dem ersteren Fall größer zu sein als in dem letzteren Fall (ΔIs1 neigt dazu, einen kleinen Wert aufzuweisen). Dies kommt daher, dass eine Stromverringerung auftritt, die aus einer Verschiebung der Restsauerstoffkonzentration resultiert, wenn sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert. Diese Differenz macht es möglich zu spezifizieren, dass die Ursache der Verschlechterung in der Überwachungszelle 43 liegt.
In Schritt S16 verwendet die SCU eine Beziehung L1, die zum Beispiel in 8(a) veranschaulicht wird, um auf Grundlage des Ausgabeverhältnisses β1 die Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43 zu berechnen. Gemäß der Beziehung L1 wird die Verschlechterungsrate Cm als ein größerer Wert berechnet, so wie das Ausgabeverhältnis β1 kleiner als 1 ist, das heißt, so wie die Differenz zu der anfänglichen Kennlinie größer ist. Die hohe Verschlechterungsrate Cm bedeutet, dass der Grad einer Verschlechterung der Überwachungszelle 43 hoch ist. Unter Bezugnahme auf 7 kann Schritt S15 weggelassen werden.
Als nächstes wird die Strom-Feedback-Steuerung der Überwachungszelle 43 beschrieben werden. Die Überwachungszelle 43 weist eine Stromkennlinie, die in 9 veranschaulicht wird, als eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und dem Überwachungszellen-Strom Im auf. Die SCUs 31 bis 33 führen die Strom-Feedback-Steuerung derart durch, dass der Überwachungszellen-Strom Im, der gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 erzeugt wird, mit dem Sollwert Imtg übereinstimmt.
In 9 wird eine anfängliche Kennlinie vor der Verschlechterung durch eine Strich-Strichlinie gezeigt, die Kennlinie nach einer Verschlechterung wird durch eine durchgehende Linie gezeigt, und bei der Kennlinie nach einer Verschlechterung nimmt die Reaktionsempfindlichkeit gegenüber dem Sauerstoff aufgrund der Kennlinien-Veränderung ab. Somit wird in dem Zustand, in welchem die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt wird, die tatsächliche Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 ausgehend von einer angepeilten Sauerstoffkonzentration verschoben. Genauer gesagt nimmt die Restsauerstoffkonzentration zu der Zeit einer Ausführung der Strom-Feedback-Steuerung von A3 zu A4 zu, wie in 9 veranschaulicht wird.
Die SCUs 31 bis 33 führen die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 durch, wobei ein Vorteil aus der Tatsache gezogen wird, dass, wenn sich die Restsauerstoffkonzentration aufgrund der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 zu der Zeit einer Ausführung der Strom-Feedback-Steuerung verändert, sich die Ansprechempfindlichkeit des Sensorzellen-Stroms Is entsprechend verändert. Die Gliederung der Verschlechterungsbestimmung wird unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm beschrieben werden, das in 10 veranschaulicht ist.
Unter Bezugnahme auf 10 wird die Strom-Feedback-Steuerung zur Zeit t2 gestartet. Vor der Zeit t2 ist die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 extrem niedrig, und die Zufuhr von Sauerstoff zu der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 wird zusammen mit dem Start einer Strom-Feedback-Steuerung gestartet. Das heißt, bei der Strom-Feedback-Steuerung wird die Sauerstoffkonzentration angepasst, um die Restsauerstoffkonzentration zu erhöhen. In diesem Fall weist der Sensorzellen-Strom Is in dem anfänglichen Zustand, bei dem keine Verschlechterung der Überwachungszelle 43 vorliegt, eine Transientenveränderung vor, wie durch eine Strich-Strichlinie gezeigt wird. Andererseits weist der Sensorzellen-Strom Is bei der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 eine Transientenveränderung vor, wie durch eine durchgehende Linie gezeigt wird, wenn die Restsauerstoffkonzentration größer gleich einem angenommenen Wert wird. Genauer gesagt nimmt der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is in Hinblick auf den anfänglichen Wert des Reaktions-Änderungsbetrags (nachfolgend als ein anfänglicher Änderungsbetrag ΔIsini2 bezeichnet) des Sensorzellen-Stroms Is zu, der unter den gleichen Bedingungen wie denen für die vorliegende Feedback-Steuerung im Voraus berechnet wird. Die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 wird durch den Unterschied hinsichtlich einer Veränderung des Sensorzellen-Stroms Is ermöglicht.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses für die Verschlechterungsbestimmung der NOx-Sensoren 21 bis 23 in dem Fall, bei welchem die Strom-Feedback-Steuerung (ImF/B-Steuerung) durchgeführt wird. Der Prozess, der in 11 veranschaulicht wird, ist zum Beispiel ein arithmetischer Prozess, um die Funktionen der SCUs 31 bis 33, die in 4 veranschaulicht werden, welche durch die SCUs 31 bis 33 in jedem vorgegebenen Zyklus durchgeführt werden, umzusetzen.
In Schritt S21 bestimmt jede der SCUs, ob die Bedingung zur Ausführung der Verschlechterungsbestimmung erfüllt ist. Allerdings ist Schritt S21 der gleiche wie Schritt S11, der in 7 veranschaulicht wird, und somit wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen werden. Wenn die Ausführungsbedingung erfüllt ist, bewegt sich die SCU zum nächsten Schritt S22 fort, und wenn die Ausführungsbedingung nicht erfüllt ist, beendet die SCU diesen Prozess.
In Schritt S22 führt die SCU die Strom-Feedback-Steuerung durch. Zu dieser Zeit stellt die SCU den Sollwert Imtg des Überwachungszellen-Stroms Im ein und führt eine Feedback-Steuerung der an die Pumpenzelle angelegten Spannung Vp auf Grundlage einer Abweichung des tatsächlichen Überwachungszellen-Stroms Im von dem Sollwert Imtg durch. Entsprechend wird der Überwachungszellen-Strom Im auf den Sollwert Imtg gesteuert und die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 wird an die Sauerstoffkonzentration angepasst, die dem Sollwert Imtg entspricht.
Danach berechnet die SCU in Schritt S23 den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is nach dem Start der Strom-Feedback-Steuerung. Zu dieser Zeit, wenn der Änderungsbetrag des Sensorzellen-Stroms Is pro Zeiteinheit kleiner wird als ein vorgegebener Wert, befindet die SCU, dass die Veränderung des Sensorzellen-Stroms Is konvergiert ist, und berechnet den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 anhand der Differenz zwischen dem Sensorzellen-Strom Is nach der Konvergenz und dem Sensorzellen-Strom Is vor dem Start der Strom-Feedback-Steuerung.
Danach berechnet die SCU in Schritt S24 eine Differenz zwischen den Reaktion-Änderungsbetrag ΔIs2, der in Schritt S23 berechnet wird, und dem anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini2 als α1 (α1 = ΔIsini2 - ΔIs2). Anschließend bestimmt die SCU in Schritt S25, ob die Differenz α1 kleiner ist als ein negativer vorgegebener Wert TH2, und in Schritt S26 bestimmt die SCU, ob die Differenz α1 größer ist als ein positiver vorgegebener Wert TH3. Der anfängliche Änderungsbetrag ΔIsini2 wird Im Voraus in den Speichern der SCUs 31 bis 33 gespeichert. Der Wert TH2 ist kleiner als 0 und der Wert TH3 ist größer als 0.
In den Schritten S24 bis S26 bestimmt die SCU, welche ausgewählt aus der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 und der Verschlechterung der Sensorzelle 42 die Differenz α1 zwischen dem Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2, der zu dieser Zeit berechnet wird, und dem anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini2 verursacht hat. Das heißt, die Restsauerstoffkonzentration wird in dem Fall, in welchem die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt wird, wenn sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, derart verschoben, dass diese zunimmt (vergleiche 9), und wenn die Sensorzelle 42, nicht die Überwachungszelle 43, sich verschlechtert, wird die Restsauerstoffkonzentration an einen zweckmäßigen bzw. geeigneten Wert angepasst. In einem derartigen Fall, wenn sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, wird der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is größer als der anfängliche Änderungsbetrag ΔIsini2, der aus der Restsauerstoffkonzentration resultiert, die größer gleich dem angenommenen Wert ist, und wenn sich die Sensorzelle 42 verschlechtert, wird der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is kleiner als der anfängliche Änderungsbetrag ΔIsini2, der aus der Reduzierung hinsichtlich der Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle 42 resultiert. Dies macht es möglich zu bestimmen, welche ausgewählt aus der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 sich abhängig davon verschlechtert, ob der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is in Hinblick auf den anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini2 zugenommen oder abgenommen hat.
Wenn in Schritt S25 eine JA-Bestimmung getätigt wird, befindet die SCU, dass sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, und bewegt sich zu Schritt S27 fort, und wenn in Schritt S26 eine JA-Bestimmung getätigt wird, befindet die SCU, dass sich die Sensorzelle 42 verschlechtert, und bewegt sich zu Schritt S28 fort.
In Schritt S27 führt die SCU auf Grundlage des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 durch. Zu dieser Zeit verwendet die SCU die folgende Gleichung (2), um ein Ausgabeverhältnis β2 anhand des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs2, der zu dieser Zeit berechnet wird, und des anfänglichen Änderungsbetrags ΔIsini2 des Sensorzellen-Stroms Is zu berechnen: $β_{2} = Δ Is2 / Δ Isini2$
Anschließend verwendet die SCU eine Beziehung L2, die in 8(a) veranschaulicht wird, um auf Grundlage des Ausgabeverhältnisses β2 die Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43 zu berechnen. Gemäß der Beziehung L2 wird die Verschlechterungsrate Cm als ein größerer Wert berechnet, so wie das Ausgabeverhältnis β2 größer als 1 ist, das heißt, so wie die Differenz zu der anfänglichen Kennlinie größer ist.
In Schritt S28 führt die SCU auf Grundlage des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 durch. Zu dieser Zeit verwendet die SCU die folgende Gleichung (3), um ein Ausgabeverhältnis β3 anhand des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs2, der zu dieser Zeit berechnet wird, und des anfänglichen Änderungsbetrags ΔIsini2 des Sensorzellen-Stroms Is zu berechnen: $β_{3} = Δ Is2 / Δ Isini2$
Anschließend verwendet die SCU eine Beziehung L3, die in 8(b) veranschaulicht wird, um auf Grundlage des Ausgabeverhältnisses β3 die Verschlechterungsrate Cs der Sensorzelle 42 zu berechnen. Gemäß der Beziehung L3 wird die Verschlechterungsrate Cs als ein größerer Wert berechnet, so wie das Ausgabeverhältnis β3 kleiner als 1 ist, das heißt, so wie die Differenz zu der anfänglichen Kennlinie größer ist.
Unter Bezugnahme auf 11 kann die SCU bestimmen, welche ausgewählt aus der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 sich verschlechtert, indem das Ausgabeverhältnis β2 vor den Schritten S27 und S28 anstelle der Schritte S24 bis S26 berechnet wird und bestimmt wird, ob das Ausgabeverhältnis β2 größer ist als ein vorgegebener Wert TH4 oder ob das Ausgabeverhältnis β2 kleiner ist als ein vorgegebener Wert TH5. Das heißt, wenn das Ausgabeverhältnis β2 größer ist als der vorgegebene Wert TH4, bestimmt die SCU, dass sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, und wenn das Ausgabeverhältnis β2 kleiner ist als der vorgegebene Wert TH5, bestimmt die SCU, dass sich die Sensorzelle 42 verschlechtert. Danach bewegt sich die SCU auf Grundlage der Ergebnisse der Bestimmungen zu Schritt S27 und Schritt S28 fort. Es ist zu beachten, dass der vorgegebene Wert TH4 größer als 1 ist und der vorgegebene Wert TH5 kleiner als 1 ist.
Die Schritte S24 bis S26 und S28 können weggelassen werden. In diesem Fall wird unter Bezugnahme auf 11, so wie die Verschlechterungsbestimmung der NOx-Sensoren 21 bis 23, die Verschlechterungsbestimmung nur auf der Überwachungszelle 43 ausgeführt.
Die SCUs 31 bis 33 können einen beliebigen ausgewählt aus dem Verschlechterungsbestimmungsprozess in dem Fall, bei welchem die Feedback-Steuerung (VmF/B-Steuerung) der elektromotorischen Kraft durchgeführt wird (7), und dem Verschlechterungsbestimmungsprozess in dem Fall, bei welchem die Strom-Feedback-Steuerung (ImF/B-Steuerung) durchgeführt wird (11), durchführen. Zusätzlich können die SCUs diese Bestimmungsprozesse zu unterschiedlichen bzw. verschiedenen Gelegenheiten durchführen. Die SCUs können zum Beispiel einen beliebigen der Bestimmungsprozesse in jedem Antriebszyklus auf eine derartige Weise durchführen, um so einen der Bestimmungsprozesse unmittelbar nach dem vorliegenden Zünd-Abschalten durchzuführen und den anderen Bestimmungsprozess unmittelbar nach dem nächsten Zünd-Abschalten durchzuführen.
Als nächstes werden Beschreibungen wie zu dem Fall, bei welchem sowohl die Feedback-Steuerung (VmF/B-Steuerung) der elektromotorischen Kraft als auch die Strom-Feedback-Steuerung (ImF/B-Steuerung) zusammen durchgeführt werden, angegeben werden, und die Verschlechterungsbestimmungen der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 werden auf Grundlage der Verschlechterungsinformation durchgeführt, die anhand der Ausführung der Feedback-Steuerungen erhalten wird.
12 veranschaulicht Beziehungen zwischen der Reaktionsveränderung des Sensorzellen-Stroms Is zu der Zeit einer Verschlechterung der Überwachungszelle und der Reaktionsveränderung des Sensorzellen-Stroms Is zu der Zeit einer Verschlechterung der Sensorzelle in dem Fall, bei welchem das Feedback der elektromotorischen Kraft durchgeführt wird, und dem Fall, bei welchem die Strom-Feedback-Steuerung ausgeführt wird, kollektiv. In 12 wird eine anfängliche Kennlinie durch eine Strich-Strichlinie gezeigt, und die Kennlinie nach einer Verschlechterung wird durch eine durchgehende Linie gezeigt.
In diesem Fall weist die Kennlinie wie folgt jeweils Tendenzen zu der Zeit einer Verschlechterung der Überwachungszelle 43 und zu der Zeit einer Verschlechterung der Sensorzelle 42 auf:

(1) Mit dem Fortschritt einer Verschlechterung der Überwachungszelle 43 verringert sich der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is zu der Zeit einer Ausführung der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft, und der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is nimmt zu der Zeit einer Ausführung der Strom-Feedback-Steuerung zu.
(2) Mit dem Fortschritt einer Verschlechterung der Sensorzelle 42 verringert sich der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is zu der Zeit einer Ausführung der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft, und der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is nimmt zu der Zeit einer Ausführung der Strom-Feedback-Steuerung ab.

Unter Berücksichtigung dieser Tendenzen bestimmt jede der SCUs 31 bis 33 (die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13), dass die Überwachungszelle 43 sich verschlechtert, wenn der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 in dem Fall, bei welchem die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft in Hinblick auf den anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini1 als ein erster Standardwert kleiner wird, und der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 in dem Fall, bei welchem die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt wird, in Hinblick auf den anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini2 als ein zweiter Standardwert größer wird. Zusätzlich bestimmt jede der SCUs, dass die Sensorzelle 42 sich verschlechtert, wenn der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 in dem Fall, bei welchem die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft in Hinblick auf den anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini1 kleiner wird, und der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 in dem Fall, bei welchem die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt wird, in Hinblick auf den anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini2 kleiner wird.
13 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine Verschlechterungsbestimmung der NOx-Sensoren 21 bis 23 in dem Fall, bei welchem die Feedback-Steuerung (VmF/B-Steuerung) der elektromotorischen Kraft und die Strom-Feedback-Steuerung (ImF/B-Steuerung) durchgeführt werden. Der Prozess, der in 13 veranschaulicht wird, ist zum Beispiel ein arithmetischer Prozess, um die Funktionen der SCUs 31 bis 33, die in 4 veranschaulicht werden, welche durch jede der SCUs 31 bis 33 in jedem vorgegebenen Zyklus durchgeführt werden, umzusetzen. Der Prozess, der in 13 veranschaulicht wird, wird anstelle der Prozesse, die in den 7 und 11 veranschaulicht werden, durchgeführt.
In Schritt S31 bestimmt die SCU, ob die Bedingung zur Ausführung der Verschlechterungsbestimmung erfüllt ist. Allerdings ist dieser Schritt der gleiche wie Schritt S11, der in 7 veranschaulicht wird, und somit wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen werden. Wenn die Bedingung zur Ausführung der Verschlechterungsbestimmung erfüllt ist, bewegt sich die SCU zum nächsten Schritt S32 fort, und wenn die Ausführungsbedingung nicht erfüllt ist, beendet die SCU diesen Prozess.
In den Schritten S32 und S33 führt die SCU die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft durch, um den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is (genauso wie in den vorstehend beschriebenen Schritten S12 und S13) zu berechnen. In den Schritten S34 und S35 führt die SCU die Strom-Feedback-Steuerung durch, um den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is (genauso wie in den vorstehend beschriebenen Schritten S22 und S23) zu berechnen.
Danach bestimmt die SCU in Schritt S36, ob der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 sich in Hinblick auf den anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini1 verringert bzw. abgenommen hat, und in Schritt S37 bestimmt die SCU, ob der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 sich in Hinblick auf den anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini2 erhöht bzw. zugenommen hat. Wenn in beiden Schritten S36 und S37 eine JA-Bestimmung getätigt wird, bewegt sich die SCU zu Schritt S38 fort, um die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 durchzuführen. Wenn in Schritt S36 eine JA-Bestimmung getätigt wird und in Schritt S37 eine NEIN-Bestimmung getätigt wird, bewegt sich die SCU zu Schritt S39 fort, um die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 durchzuführen.
Die SCU kann den Berechnungsprozess des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs1 in den Schritten S32 und S33 sowie den Berechnungsprozess des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs2 in den Schritten S34 und S35 auf eine nicht kontinuierliche Weise, das heißt zu unterschiedlichen bzw. verschiedenen Gelegenheiten durchführen. Die SCU kann zum Beispiel diese Prozesse in jedem Antriebszyklus auf eine Weise durchführen, um so den Berechnungsprozess des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs1 unmittelbar nach dem vorliegenden Zünd-Abschalten durchzuführen und den Berechnungsprozess des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs2 unmittelbar nach dem nächsten Zünd-Abschalten durchzuführen. Anschließend führt die SCU zu dem Zeitpunkt, wenn die Reaktions-Änderungsbeträge ΔIs1 und ΔIs2 berechnet worden sind, die Verschlechterungsbestimmung von entweder der Überwachungszelle 43 oder der Sensorzelle 42 durch.
Gemäß der vorstehend detailliert beschriebenen vorliegenden Ausführungsform können die folgenden ausgezeichneten Effekte erhalten werden.
Bei der vorhergehenden Konfiguration bewirkt die SCU, dass die Pumpenzelle 41 die Restsauerstoffkonzentration anpasst, um die Ausgaben (Vm und Im) der Überwachungszelle auf die Sollwerte zu steuern, und bestimmt auf Grundlage der Ausgabe der Sensorzelle, die in dem Zustand erlangt wird, in welchem die Restsauerstoffkonzentration angepasst wird, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle 43. Falls sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, wird die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 in dem Zustand, in welchem die Ausgabe der Überwachungszelle auf den Sollwert gesteuert wird, zu hoch oder zu niedrig, und die Ausgabe der Sensorzelle fluktuiert bzw. schwankt unter dem Einfluss der Restsauerstoffkonzentration, wobei der Verschlechterungszustand der Überwachungszelle 43 unter Verwendung der Ausgabe der Sensorzelle bestimmt werden kann. Im Ergebnis ist es möglich, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle 43 in den NOx-Sensoren 21 bis 23, welche die Pumpenzelle 41, die Sensorzelle 42 und die Überwachungszelle 43 aufweisen, zweckmäßig zu bestimmen.
Bei der Konfiguration, bei welcher die Ausgaben (Vm und Im) der Überwachungszellen auf die Sollwerte gesteuert werden, wird die Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 konstant gehalten, und somit kann die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 unter der Bedingung durchgeführt werden, dass die Sauerstoffkonzentration konstant ist. Dies steigert die Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung.
Die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft, um die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle an den Sollwert anzugleichen, wird durchgeführt, um die Restsauerstoffkonzentration durch die Pumpenzelle 41 anzupassen (7). In diesem Fall verändert sich die Kennlinie der elektromotorischen Kraft aufgrund einer Verringerung der Empfindlichkeit, falls sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, sodass die tatsächliche Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 in dem Zustand, in welchem die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft durchgeführt wird, ausgehend von einer angepeilten Sauerstoffkonzentration verschoben wird. Entsprechend wird der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is ausgehend von dem vorgegebenen Standardwert (dem anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini1) verschoben, wodurch es ermöglicht wird, zweckmäßig zu bestimmen, dass sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert.
In dem Zustand, in welchem sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, wenn die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft durchgeführt wird, wird die Restsauerstoffkonzentration derart verschoben, dass diese abnimmt. In diesem Fall wird aufgrund der Verschiebung der Restsauerstoffkonzentration der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is kleiner als der vorgegebene Standardwert (der anfängliche Änderungsbetrag ΔIsini1). Auf Grundlage dessen ist es möglich, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle 43 zweckmäßig zu bestimmen.
In dem Fall, bei welchem die elektromotorische Feedback-Steuerung durchgeführt wird, wenn die Restsauerstoffkonzentration aufgrund der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 derart verschoben wird, dass diese abnimmt, wird der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is gemäß der Verschiebung der Restsauerstoffkonzentration kleiner. Allerdings wird der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is auf die gleiche Weise kleiner, wenn sich nicht die Überwachungszelle 43 verschlechtert, sondern die Sensorzelle 42 sich verschlechtert. Wenn der Fall, bei welchem der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is aufgrund der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 kleiner wird, und der Fall, bei welchem der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is aufgrund der Verschlechterung der Sensorzelle 42 kleiner wird, verglichen werden, neigt der Grad einer Verringerung des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs1 in dem ersten Fall nichtsdestotrotz dazu, höher zu sein. Dies kommt daher, dass aufgrund der Verschiebung der Restsauerstoffkonzentration zu der Zeit einer Verschlechterung der Überwachungszelle 43 eine Stromverringerung auftritt. Dies macht es möglich, die Verschlechterung der Überwachungszelle 43 auf Grundlage der Größe des Verhältnisses zwischen dem Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 und dem anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini1 des Sensorzellen-Stroms Is zu spezifizieren. Entsprechend ist es möglich, auf Grundlage der Tatsache, dass das Verhältnis des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs1 zu dem anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini1 kleiner als ein vorgegebener Wert ist, das heißt auf Grundlage der Tatsache, dass der Grad einer Verringerung des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs1 in Hinblick auf den anfänglichen Änderungsbetrag ΔIs1 hoch ist, zweckmäßig zu bestimmen, dass sich zwischen der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 die Überwachungszelle 43 verschlechtert.
Die Strom-Feedback-Steuerung, um den Überwachungszellen-Strom Im an den Sollwert Vmtg anzugleichen, wird durchgeführt, um die Restsauerstoffkonzentration durch die Pumpenzelle 41 anzupassen (11). In diesem Fall verändert sich die Kennlinie des Überwachungszellen-Stroms aufgrund einer Verringerung der Empfindlichkeit, falls sich die Überwachungszelle verschlechtert, sodass die tatsächliche Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer 61 in dem Zustand, in welchem die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt wird, ausgehend von einer Soll-Sauerstoffkonzentration verschoben wird. Entsprechend wird der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is ausgehend von dem vorgegebenen Standardwert (zum Beispiel dem anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini2) verschoben. Auf Grundlage dessen ist es möglich, zweckmäßig zu bestimmen, dass sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert.
In dem Zustand, in welchem sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, wird die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt, um die Restsauerstoffkonzentration zu erhöhen. In diesem Fall wird aufgrund der Verschiebung der Restsauerstoffkonzentration der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is größer als der vorgegebene Standardwert (der anfängliche Änderungsbetrag ΔIsini2). Auf Grundlage dessen ist es möglich, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle 43 zweckmäßig zu bestimmen.
In dem Fall, bei welchem die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt wird, wenn die Überwachungszelle 43 nicht in dem verschlechterten Zustand sondern in dem normalen Zustand vorliegt, wird die Restsauerstoffkonzentration an den zweckmäßigen bzw. geeigneten Wert angepasst. In diesem Fall, wenn sich die Sensorzelle 42 verschlechtert, wird der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is kleiner als der vorgegebene Standardwert (der anfängliche Änderungsbetrag ΔIsini2), der aus der Reduzierung hinsichtlich einer Ansprechempfindlichkeit aufgrund der Verschlechterung resultiert. Entsprechend ist es möglich, den Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 auf Grundlage der Tatsache, dass der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs klein wird, zweckmäßig zu bestimmen.
Die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft der Überwachungszelle 43 wird durchgeführt, um den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is zu dieser Zeit zu berechnen, und die Strom-Feedback-Steuerung wird durchgeführt, um den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is zu dieser Zeit zu berechnen, und die Verschlechterungsbestimmungen der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 werden auf Grundlage der Reaktions-Änderungsbeträge ΔIs1 und ΔIs2 durchgeführt (13). Die Verschlechterungsbestimmung mit der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft und die Verschlechterungsbestimmung mit der Strom-Feedback-Steuerung variieren abhängig davon, ob die Verschlechterung der NOx-Sensoren 21 bis 23 hauptsächlich aus der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 oder hauptsächlich aus der Verschlechterung der Sensorzelle 42 resultiert, in der Form der Reaktionsveränderung des Sensorzellen-Stroms Is. Entsprechend ist es möglich, günstig zu bestimmen, welche ausgewählt aus der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 sich verschlechtert.
Mit Fokus auf die Tatsache, dass die Kennlinien-Veränderung des Sensorzellen-Stroms Is in dem Fall, bei welchem die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft und die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt werden, sich zwischen dem Zustand, in welchem sich die Überwachungszelle 43 verschlechtert, und dem Zustand, in welchem sich die Sensorzelle 42 verschlechtert, unterscheidet, wie in 12 veranschaulicht wird, kann erkannt werden, ob die Verschlechterung der NOx-Sensoren 21 bis 23 aus der Verschlechterung der Überwachungszelle 43 oder der Verschlechterung der Sensorzelle 42 resultiert. Entsprechend ist es möglich, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle 43 und den Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 in den NOx-Sensoren 21 bis 23 zweckmäßig zu bestimmen.
Zu der Zeit einer Ausführung der elektromotorischen Feedback-Steuerung ist die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle, die innerhalb des steilen Änderungsbereichs, in welchem die elektromotorische Kraft Vm der Überwachungszelle sich hinsichtlich der Kennlinie der elektromotorischen Kraft der Überwachungszelle 43 steil verändert und die Sauerstoffkonzentration größer als 0 ist (das Luftüberschussverhältnis größer als 1 ist), als der Sollwert eingestellt und die Sauerstoffkonzentration wird auf Grundlage des Sollwerts durch die Pumpenzelle 41 angepasst. Entsprechend wird die Restsauerstoffkonzentration anfällig dafür, gemäß dem Verschlechterungszustand verschoben zu werden, wenn sich die Überwachungszelle verschlechtert, wodurch es ermöglicht wird, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle genau zu bestimmen.
Die NOx-Sensoren 21 bis 23 weisen eine Struktur mit einer Kammer auf, bei welcher die Elektroden (Kathoden) der Pumpenzelle 41, der Sensorzelle 42 und der Überwachungszelle 43 in der gleichen Gaskammer 61 vorgesehen sind. Gemäß dieser Konfiguration werden die Gasatmosphären der Überwachungszelle 43 und der Sensorzelle 42 früh durch die Sauerstoffkonzentrationsanpassung mit der an die Pumpenzelle angelegten Spannung Vp umgeschaltet, was es möglich macht, die Verschlechterungsbestimmung verglichen mit einer Konfiguration mit einer Mehrzahl von Kammern in einer kurzen Zeit durchzuführen.
Bei der ersten Ausführungsform kann der Gradient des Sensorzellen-Stroms Is zu der Zeit einer Transientenveränderung anstelle des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs des Sensorzellen-Stroms Is als ein Parameter für eine Verschlechterungsbestimmung verwendet werden.
Zweite Ausführungsform
Nachfolgend wird hauptsächlich mit Fokus auf Unterschiede von der ersten Ausführungsform eine zweite Ausführungsform beschrieben werden. Bei der zweiten Ausführungsform weisen die SCUs 31 bis 33 eine Funktion auf, bei welcher eine an die Pumpenzelle angelegte Spannung Vp auf einen vorgegebenen Wert umgeschaltet wird und der Verschlechterungszustand einer Sensorzelle 42 auf Grundlage einer Veränderung hinsichtlich eines Sensorzellen-Stroms Is aufgrund der Spannungsumschaltung bestimmt wird. Jede der SCUs 31 bis 33 (die Verschlechterungsbestimmungseinheit M13) bestimmt den Verschlechterungszustand einer Überwachungszelle 43 auf Grundlage eines Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs eines Sensorzellen-Stroms Is, der einer Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft unterzogen worden ist, und eines Ergebnisses einer Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42.
Die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42, die durchgeführt wird, indem die an die Pumpenzelle angelegte Spannung Vp umgeschaltet wird, wird unter Bezugnahme auf 14 kurz beschrieben werden. Unter Bezugnahme auf 14 wird die an die Pumpenzelle angelegte Spannung Vp zur Zeit t3 auf eine gestufte Weise von Vp0 zu Vp1 umgeschaltet (Vp0 > Vp1). Aufgrund dessen verändert sich ein Pumpenzellen-Strom Ip und nimmt ab, um dadurch die Restsauerstoffkonzentration in einer Gaskammer 61 zu erhöhen. In der Sensorzelle 42 nimmt der Sensorzellen-Strom Is gemäß der Zunahme der Restsauerstoffkonzentration bei einer Transientenantwort bis zu einem Wert des Stationärzustands (Konvergenzwert) zu. Der Initialzustand bzw. anfängliche Zustand der Sensorzelle 42 ohne Verschlechterung wird mit dem Zustand nach einer Verschlechterung der Sensorzelle 42 verglichen werden. Nach der Verschlechterung nimmt der Wert des Stationärzustands derart ab, dass dieser hinsichtlich der anfänglichen Kennlinie niedriger ist als der Wert des Stationärzustands, und der Anstieg wird zusammen mit einer Reduzierung hinsichtlich einer Ansprechempfindlichkeit langsamer als der Anstieg hinsichtlich der anfänglichen Kennlinie. Die SCUs 31 bis 33 führen auf Grundlage dieser Unterschiede bzw. Differenzen die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 durch.
15 zeigt ein Flussdiagramm eines Verschlechterungsbestimmungsprozesses bei der vorliegenden Ausführungsform. Dieser Prozess wird zum Beispiel mit einem vorgegebenen Zyklus durch die SCUs 31 bis 33 durchgeführt.
In Schritt S31 bestimmt jede der SCUs, ob eine Bedingung zur Ausführung einer Verschlechterungsbestimmung erfüllt ist. Allerdings ist dieser Schritt der gleiche wie Schritt S11, der in 7 veranschaulicht wird, und somit wird dessen detaillierte Beschreibung weggelassen werden. Wenn die Bedingung zur Ausführung einer Verschlechterungsbestimmung erfüllt ist, bewegt sich die SCU zum nächsten Schritt S42 fort, und wenn die Bedingung zur Ausführung einer Verschlechterungsbestimmung nicht erfüllt ist, beendet die SCU diesen Prozess.
In Schritt S42 schaltet die SCU die an die Pumpenzelle angelegte Spannung Vp von Vp0 zu Vp1 um. Das Bezugszeichen Vp1 bezeichnet einen vorgegebenen Wert. Danach berechnet die SCU in Schritt S43 einen Ausgaben-Änderungsbetrag des Sensorzellen-Stroms Is nach der Spannungsumschaltung. In diesem Fall berechnet die SCU einen Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs3 (vergleiche 14) zum Beispiel unter Verwendung des Sensorzellen-Stroms Is nach einer Konvergenz der Stromveränderung. Stattdessen kann die SCU den Gradienten des Sensorzellen-Stroms Is zu der Zeit einer Transientenveränderung als den Ausgaben-Änderungsbetrag des Sensorzellen-Stroms Is berechnen.
Danach führt die SCU in Schritt S44 die Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 durch, indem diese den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs3 mit einem anfänglichen Wert eines Reaktions-Änderungsbetrags des Sensorzellen-Stroms Is (nachfolgend als anfänglicher Änderungsbetrag ΔIsini3 bezeichnet) vergleicht, der unter den gleichen Bedingungen wie denen für die vorliegende Spannungsumschaltung Im Voraus berechnet wird. In diesem Fall führt die SCU vorzugsweise die Verschlechterungsbestimmung durch, indem diese anhand eines Verhältnisses zwischen dem Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs3 und dem anfänglichen Änderungsbetrag ΔIsini3 ein Ausgabeverhältnis (ΔIs3/ΔIsini3) berechnet und anhand des Ausgabeverhältnisses die Verschlechterungsrate berechnet.
In den Schritten S45 und S46 führt die SCU die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft durch und berechnet den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs1 des Sensorzellen-Stroms Is (genauso wie in den vorstehend beschriebenen Schritten S12 und S13).
Danach führt die SCU in Schritt S47 die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 durch. Zu dieser Zeit berechnet die SCU eine Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43 auf Grundlage des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs1 und des anfänglichen Änderungsbetrags ΔIsini1 des Sensorzellen-Stroms Is, wobei das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S44 (der Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42) berücksichtigt wird. Die SCU berechnet zum Beispiel die Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43 unter der Bedingung, dass sich die Sensorzelle 42 nicht verschlechtert (die Verschlechterungsrate der Sensorzelle 42 kleiner ist als ein vorgegebener Wert). In diesem Fall, wenn die Sensorzelle 42 in einem Verschlechterungszustand vorliegt, führt die SCU nicht die Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 durch.
Alternativ korrigiert die SCU auf Grundlage der Verschlechterungsrate (Grad der Verschlechterung) der Sensorzelle 42 die Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43. In dem Fall, bei welchem die Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft durchgeführt wird, neigt der Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs des Sensorzellen-Stroms Is zum Beispiel dazu, sowohl zu der Zeit einer Verschlechterung der Überwachungszelle 43 als auch zu der Zeit einer Verschlechterung der Sensorzelle 42 abzunehmen. Somit korrigiert die SCU auf Grundlage der Verschlechterungsrate der Sensorzelle 42 die Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43 derart, dass diese abnimmt. Das heißt, die SCU korrigiert die Verschlechterungsrate Cm derart, dass der Grad einer Verschlechterung niedriger wird.
In den Schritten S45 und S46 kann die SCU anstelle der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft die Strom-Feedback-Steuerung durchführen, um den Reaktions-Änderungsbetrag ΔIs2 des Sensorzellen-Stroms Is (genauso wie in den vorstehend beschriebenen Schritten S22 und S23) zu berechnen. In diesem Fall berechnet die SCU in Schritt S47 die Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43 auf Grundlage des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs2 und des anfänglichen Änderungsbetrags ΔIsini2 des Sensorzellen-Stroms Is, wobei das Ergebnis einer Bestimmung in Schritt S44 (der Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42) berücksichtigt wird. Die spezifischen Inhalte sind die gleichen wie vorstehend beschrieben. Allerdings werden in dem Fall, bei welchem die Strom-Feedback-Steuerung durchgeführt wird, die Zunahme und Abnahme des Reaktions-Änderungsbetrags ΔIs bei dem Fall einer Verschlechterung der Überwachungszelle 43 und dem Fall einer Verschlechterung der Sensorzelle 42 umgekehrt. Somit korrigiert die SCU auf Grundlage der Verschlechterungsrate der Sensorzelle 42 die Verschlechterungsrate Cm der Überwachungszelle 43 vorzugsweise derart, dass diese zunimmt. Das heißt, die SCU korrigiert die Verschlechterungsrate Cm derart, dass der Grad einer Verschlechterung höher wird.
In dem Fall, bei welchem die an die Pumpenzelle angelegte Spannung Vp absichtlich umgeschaltet wird, verändert sich der Sensorzellen-Strom Is zusammen mit einer Veränderung hinsichtlich der Restsauerstoffkonzentration aufgrund der Spannungsumschaltung, und der Verschlechterungszustand der Sensorzelle 42 kann auf Grundlage der Veränderung hinsichtlich des Sensorzellen-Stroms Is bestimmt werden. Bei dieser Konfiguration bestimmt die SCU den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle 43 auf Grundlage des Sensorzellen-Stroms Is, der durch die Ausführung der Feedback-Steuerung der elektromotorischen Kraft erlangt wird, wobei das Ergebnis einer Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 berücksichtigt wird. In diesem Fall hängt die Transientenveränderung des Sensorzellen-Stroms Is von den Verschlechterungszuständen von sowohl der Überwachungszelle 43 als auch der Sensorzelle 42 ab. Allerdings wird es ermöglicht, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle 43 zweckmäßig zu bestimmen, indem die Verschlechterungsbestimmungen einzeln durchgeführt werden.
Andere Ausführungsformen
Die vorhergehenden Ausführungsformen können zum Beispiel wie folgt modifiziert werden.
Die Verschlechterungsbestimmung (Berechnung der Verschlechterungsrate), die vorstehend unter Bezugnahme auf die 7, 11, 13 und 15 beschrieben wird, kann mehrmalig durchgeführt werden und aus den Ergebnissen der Mehrzahl von bzw. mehrmaligen Verschlechterungsbestimmungen kann ein Durchschnitt gebildet werden, um die finale Verschlechterungsbestimmung durchzuführen. Dies steigert die Genauigkeit der Bestimmung.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen werden die anfänglichen Werte, die unter den gleichen Bedingungen Im Voraus berechnet werden, als Standardwerte zur Verwendung bei der Ausführung einer Verschlechterungsbestimmung der Überwachungszelle 43 und einer Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 42 verwendet. Allerdings können beliebige andere Werte verwendet werden, sofern diese Werte es ermöglichen, den Grad einer Verschlechterung mit der Zeit zu erfassen. Es können zum Beispiel die voreingestellten Werte, welche andere sind als die anfänglichen Werte oder vorgegebene Werte, über die gemäß dem Dienstalter entschieden wird, verwendet werden.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen weist das Sensorelement 40 den einzelnen Festelektrolytkörper 53 und die einzelne Gaskammer 61 auf (Struktur mit einer Kammer). Allerdings kann diese Konfiguration modifiziert werden. Das Sensorelement 40 kann zum Beispiel eine Mehrzahl von Festelektrolytkörpern 53 und eine Mehrzahl von Gaskammern 61 aufweisen, und die Pumpenzelle 41 und die Sensorzelle 42 können in den unterschiedlichen Festelektrolytkörpern 53 vorgesehen und den unterschiedlichen Gaskammern 61 zugewandt angeordnet sein. 16 veranschaulicht ein Beispiel dieser Konfiguration.
Ein Sensorelement 40, das in 16 veranschaulicht wird, weist zwei Festelektrolytkörper 53a und 53b, die einander gegenüberliegen, und Gaskammern 61a und 61b zwischen den Festelektrolytkörpern 53a und 53b auf. Die Gaskammer 61a steht mit einem Abgas-Einführungsanschluss 53c in Verbindung, und die Gaskammer 61b steht über einen gezogenen Abschnitt 71 mit der Gaskammer 61a in Verbindung. Die Pumpenzelle 41 weist ein Paar von Elektroden 72 und 73 bzw. Elektrodenpaar auf, und eine Elektrode 72 ist zu der Innenseite der Gaskammer 61a freigelegt. Die Sensorzelle 42 weist eine Elektrode 74 und eine gemeinsame Elektrode 76 auf, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Überwachungszelle 43 weist eine Elektrode 75 und eine gemeinsame Elektrode 76 auf, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Sensorzelle 42 und die Überwachungszelle 43 sind zueinander benachbart angeordnet. In diesen Zellen sind die Elektroden 74 und 75 auf einer Seite zu der Innenseite der Gaskammer 61b freigelegt. Gemäß der Konfiguration, bei welcher die Pumpenzelle 41 und die Sensorzelle 42 ebenfalls in den unterschiedlichen Gaskammern 61a und 61b vorgesehen sind, ist es möglich, die Funktionen bei den vorhergehenden Ausführungsformen, wie beispielsweise die Verschlechterungsbestimmung, günstig zu implementieren bzw. umzusetzen.
Die spezifische Gaskomponente, die erfasst werden soll, kann sich von NOx unterscheiden. Der Gassensor kann zum Beispiel für eine Erfassung von HC oder CO in dem Abgas vorbestimmt sein. In diesem Fall führt der Gassensor vorzugsweise durch die Pumpenzelle Sauerstoff in dem Abgas ab und zersetzt nach der Abfuhr des Sauerstoffs das Gas in HC oder CO, um die HC-Konzentration oder die CO-Konzentration zu erfassen. Andererseits kann der Gassensor die Konzentration von Ammoniak in dem Erfassungszielgas erfassen.
Die vorliegende Offenbarung kann auch als eine Gassensor-Steuervorrichtung ausgeführt sein, die für einen Gassensor vorbestimmt ist, der bei anderen Arten von Maschinen verwendet wird, wie beispielsweise einen Gassensor, der in dem Ansaugpfad einer Maschine mit interner Verbrennung oder einer Benzinmaschine, welche eine andere ist als eine Dieselmaschine, vorgesehen ist. Der Gassensor kann für ein Erfassungszielgas vorbestimmt sein, das ein anderes ist als das Abgas, oder dieser kann für andere Zwecke außer für Automobile angewendet werden.
Die vorliegende Offenbarung ist bisher gemäß der Ausführungsformen beschrieben worden, aber es ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorhergehenden Ausführungsformen oder Strukturen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet verschiedene Modifikationen und Veränderungen in einem Umfang eines Äquivalents. Zusätzlich sind verschiedene Kombinationen und Modi sowie andere Kombinationen und Modi, die nur ein Element der vorhergehenden Kombinationen und Modi, weniger oder mehr als das eine Element beinhalten, in dem Umfang und der gedanklichen Breite der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017107026 [0001]
JP 2009175013 A [0005]

Claims

Gassensor-Steuervorrichtung (31 bis 33, 35), die auf einen Gassensor (21 bis 23) angewendet wird, der folgendes aufweist: eine Pumpenzelle (41), die eine Sauerstoffkonzentration in einem Erfassungszielgas, das durch Spannungsanlegung in eine Gaskammer (61) eingeführt wird, anpasst; eine Sensorzelle (42), welche nach der Anpassung der Sauerstoffkonzentration durch die Pumpenzelle die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in der Gaskammer erfasst; und eine Überwachungszelle (43), welche eine Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer erfasst, und wobei die Gassensor-Steuervorrichtung eine Steuerung durchführt, die den Gassensor betrifft, wobei die Gassensor-Steuervorrichtung folgendes umfasst: eine Pumpenzellen-Steuereinheit, die bewirkt, dass die Pumpenzelle die Restsauerstoffkonzentration durch die Pumpenzelle anpasst, um eine Ausgabe (Vm, Im) der Überwachungszelle auf einen Sollwert zu steuern; eine Erlangungseinheit, die eine Ausgabe (Is) der Sensorzelle in einem Zustand erlangt, in welchem die Restsauerstoffkonzentration durch die Pumpenzellen-Steuereinheit angepasst wird; und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit, die einen Verschlechterungszustand der Überwachungszelle auf Grundlage der Ausgabe der Sensorzelle, die durch die Erlangungseinheit erlangt wird, bestimmt.
Gassensor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gassensor eine elektromotorische Kraft (Vm) der Überwachungszelle gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer als die Ausgabe der Überwachungszelle erzeugt, die Pumpenzellen-Steuereinheit eine Steuerung der elektromotorischen Kraft durchführt, um die elektromotorische Kraft der Überwachungszelle auf einen Sollwert zu steuern, wodurch bewirkt wird, dass die Pumpenzelle die Restsauerstoffkonzentration anpasst, und die Verschlechterungsbestimmungseinheit auf Grundlage eines Ausgaben-Änderungsbetrags (ΔIs1) der Sensorzelle, die durch die Ausführung der Steuerung der elektromotorischen Kraft erzeugt wird, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle bestimmt.
Gassensor-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verschlechterungsbestimmungseinheit den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle auf Grundlage der Tatsache bestimmt, dass ein Verhältnis des Ausgaben-Änderungsbetrags der Sensorzelle zu dem Ausgaben-Änderungsbetrag in einem anfänglichen Zustand vor der Verschlechterung kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
Gassensor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gassensor bei Spannungsanlegung an die Überwachungszelle den Überwachungszellen-Strom (Im) gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer als die Ausgabe der Überwachungszelle erzeugt, die Pumpenzellen-Steuereinheit eine Überwachungszellen-Stromsteuerung durchführt, um den Überwachungszellen-Strom auf einen Sollwert zu steuern, wodurch bewirkt wird, dass die Pumpenzelle die Restsauerstoffkonzentration anpasst, und die Verschlechterungsbestimmungseinheit auf Grundlage eines Ausgaben-Änderungsbetrags (ΔIs2) der Sensorzelle, die durch die Ausführung der Überwachungszellen-Stromsteuerung erzeugt wird, den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle bestimmt.
Gassensor-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Verschlechterungsbestimmungseinheit den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle auf Grundlage der Tatsache bestimmt, dass der Ausgaben-Änderungsbetrag der Sensorzelle in Hinblick auf einen vorgegebenen Standardwert größer wird.
Gassensor-Steuervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Verschlechterungsbestimmungseinheit den Verschlechterungszustand der Sensorzelle auf Grundlage der Tatsache bestimmt, dass der Ausgaben-Änderungsbetrag der Sensorzelle in Hinblick auf einen vorgegebenen Standardwert kleiner wird.
Gassensor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Gassensor-Steuervorrichtung eine an die Pumpenzelle angelegte Spannung (Vp) auf einen vorgegebenen Wert umschaltet und auf Grundlage der Ausgabeveränderung der Sensorzelle aufgrund der Spannungsumschaltung den Verschlechterungszustand der Sensorzelle bestimmt, und die Verschlechterungsbestimmungseinheit den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle auf Grundlage der Ausgabe der Sensorzelle, die durch die Erlangungseinheit erlangt wird, und eines Ergebnisses der Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle bestimmt.
Gassensor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gassensor dazu in der Lage ist, eine elektromotorische Kraft (Vm) der Überwachungszelle gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer als die Ausgabe der Überwachungszelle zu erzeugen und bei Spannungsanlegung an die Überwachungszelle gemäß der Restsauerstoffkonzentration in der Gaskammer einen Überwachungszellen-Strom (Im) zu erzeugen, die Pumpenzellen-Steuereinheit eine Steuerung der elektromotorischen Kraft durchführt, um die elektromotorische Kraft der Überwachungszelle auf einen Sollwert zu steuern, wodurch bewirkt wird, dass die Pumpenzelle die Restsauerstoffkonzentration anpasst, und eine Überwachungszellen-Stromsteuerung durchführt, um den Überwachungszellen-Strom auf einen Sollwert zu steuern, wodurch bewirkt wird, dass die Pumpenzelle die Restsauerstoffkonzentration anpasst, und die Verschlechterungsbestimmungseinheit auf Grundlage eines Ausgaben-Änderungsbetrags (ΔIs1) der Sensorzelle, der durch die Ausführung der Steuerung der elektromotorischen Kraft erzeugt wird, und eines Ausgaben-Änderungsbetrags (ΔIs2) der Sensorzelle, der durch die Ausführung der Überwachungszellen-Stromsteuerung erzeugt wird, Verschlechterungsbestimmungen der Überwachungszelle und der Sensorzelle durchführt.
Gassensor-Steuervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Verschlechterungsbestimmungseinheit den Verschlechterungszustand der Überwachungszelle auf Grundlage der Tatsache bestimmt, dass der Ausgaben-Änderungsbetrag der Sensorzelle in einem Fall, bei welchem die Steuerung der elektromotorischen Kraft durchgeführt wird, in Hinblick auf einen vorgegebenen ersten Standardwert (ΔIsini1) kleiner wird, und in einem Fall, bei welchem die Überwachungszellen-Stromsteuerung durchgeführt wird, in Hinblick auf einen vorgegebenen zweiten Standardwert (ΔIsini2) größer wird, und die Verschlechterungsbestimmungseinheit den Verschlechterungszustand der Sensorzelle auf Grundlage der Tatsache bestimmt, dass der Ausgaben-Änderungsbetrag der Sensorzelle in dem Fall, bei welchem die Steuerung der elektromotorischen Kraft durchgeführt wird, in Hinblick auf den ersten Standardwert (ΔIsini1) kleiner wird, und in dem Fall, bei welchem die Überwachungszellen-Stromsteuerung durchgeführt wird, in Hinblick auf den zweiten Standardwert (ΔIsini2) größer wird.
Gassensor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3, 8 und 9, wobei der Gassensor als Kennlinien einer elektromotorischen Kraft der Überwachungszelle ein Kennlinie aufweist, wonach die elektromotorische Kraft der Überwachungszelle in einem Bereich eines Luftüberschussverhältnisses > 1 Im Wesentlichen null wird, die elektromotorische Kraft der Überwachungszelle in einem Bereich eines Luftüberschussverhältnisses < 1 einen vorgegebenen Wert erreicht, und die elektromotorische Kraft der Überwachungszelle sich in einem Bereich eines Luftüberschussverhältnisses ungefähr = 1 steil verändert, und die Pumpenzellen-Steuereinheit bei der Ausführung der Steuerung der elektromotorischen Kraft die elektromotorische Kraft der Überwachungszelle in einem Bereich, in welchem sich die elektromotorische Kraft der Überwachungszelle hinsichtlich der elektromotorischen Kennlinie der Überwachungszelle steil verändert und das Luftüberschussverhältnis größer als 1 ist, als den Sollwert einstellt und bewirkt, dass die Pumpenzelle die Sauerstoffkonzentrationsanpassung auf Grundlage des Sollwerts durchführt.