DE112019002670T5

DE112019002670T5 - Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor

Info

Publication number: DE112019002670T5
Application number: DE112019002670.4T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Nakamura; Toshihiko Harada; Kensuke Takizawa; Eriko Maeda; Hiroaki YOTO
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2021-02-18
Also published as: US11530665B2; US20210095611A1; JP2019203839A; JP6811209B2; WO2019225594A1

Abstract

Ein Verschlechterungsbestimmungsgerät (6) für einen Ammoniaksensor (1) umfasst eine Verschlechterungsbestimmungseinheit (63). Die Verschlechterungsbestimmungseinheit vergleicht einen ersten Auswertungswert und einen zweiten Auswertungswert und bestimmt, ob eine Verschlechterung in einem Ammoniakbauelementabschnitt (2) zu einer Auswertungszeit oder nachfolgend auf die Auswertungszeit aufgetreten ist. Der erste Auswertungswert basiert auf einem ersten Sensorstrom (I1), der erlangt wird, falls eine DC-Spannung (E) zwischen einer Ammoniakelektrode (22) und einer Bezugselektrode (23) zu einer Anfangszeitdauer angelegt wird, die sich während einer anfänglichen Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors (1) befindet. Der zweite Auswertungswert basiert auf einem zweiten Sensorstrom (I2), der erlangt wird, falls die DC-Spannung (E) zwischen der Ammoniakelektrode (22) und der Bezugselektrode (23) angelegt wird, die auf die Anfangszeitdauer einer Verwendung des Ammoniaksensors (1) nachfolgt.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 25. Mai 2018 eingereichten Druckschrift JP 2018 - 100 252 A , deren Beschreibung hiermit durch Inbezugnahme einbezogen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor, der bestimmt, ob eine Verschlechterung in einem Ammoniaksensor aufgetreten ist.
Stand der Technik
In einem Fahrzeug ist beispielsweise innerhalb eines Abgasrohrs ein Katalysator zum Reinigen von NOx (Stickstoffoxid) wie etwa NO und NO₂ in einem von einer Dieselmaschine oder dergleichen abgegebenen Abgas angeordnet. Die Dieselmaschine oder dergleichen dient als eine interne Brennkraftmaschine. In einem als der Katalysator zur Reduktion von NOx dienenden selektiven Reduktionskatalysator (selektive katalytische Reduktion [SCR]) haftet in einem wässrigen Harnstoff oder dergleichen enthaltenes Ammoniak (NH₃) an einen Katalysatorträger an. Das Ammoniak und NOx werden in einem Katalysatorträger chemisch zur Reaktion gebracht. Dadurch wird eine Reduktion von NOx in Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) durchgeführt.
Zusätzlich ist ein Reduktionsmittelzufuhrgerät an einer Position innerhalb des Abgasrohrs weiter zu einer vorgelagerten Seite eines Abgasflusses als der selektive Reduktionskatalysator angeordnet. Das Reduktionsmittelzufuhrgerät versorgt den selektiven Reduktionskatalysator mit Ammoniak, das als ein Reduktionsmittel dient. Zusätzlich sind beispielsweise ein NOx-Sensor und ein Ammoniaksensor an Positionen innerhalb des Abgasrohrs angeordnet, die auf einer nachgelagerten Seite des Abgasflusses von dem selektiven Reduktionskatalysator sind. Der NOx-Sensor erfasst eine NOx-Konzentration in dem Abgas. Der Ammoniaksensor erfasst eine Ammoniakkonzentration in dem Abgas. Durch eine Verwendung des NOx-Sensors und des Ammoniaksensors wird eine Abwandlung zur Verbesserung einer Reinigungsrate von NOx durch Ammoniak erreicht, während ein Ausfluss von Ammoniak aus dem selektiven Reduktionskatalysator unterdrückt wird.
Zusätzlich wird beispielsweise in einem Diagnosegerät in PTL1 zur Bestimmung einer Gültigkeit eines Erfassungswerts eines Ammoniaksensors ein Vergleich eines Erfassungswerts eines NOx-Sensors und des Erfassungswerts des Ammoniaksensors in einem Zustand, in dem kein Kraftstoff eingespritzt wird (Kraftstoffunterbrechungszustand) durchgeführt. Falls bestimmt wird, dass der Erfassungswert des Ammoniaksensors ungültig ist, wird der Erfassungswert des Ammoniaksensors durch eine Verwendung des Erfassungswerts des NOx-Sensors korrigiert.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL1 JP 2012 - 193 729 A
Erfindungszusammenfassung
Ein Sensorbauelement des Ammoniaksensors ist dazu eingerichtet, mit einer Ammoniakelektrode auf einer Oberfläche eines dem Abgas ausgesetzten Festelektrolyten und einer Bezugselektrode auf einer der Ammoniakelektrode gegenüberliegenden Seite bereitgestellt zu sein, wobei der Festelektrolyt sich dazwischen befindet. Zusätzlich wird beispielsweise in dem Fall eines Ammoniaksensors einer Strombegrenzungsart eine Spannung zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode angelegt. Darüber hinaus wird eine Flussrate des Abgases, das die Ammoniakelektrode erreicht, durch einen Diffusionswiderstandsabschnitt verringert. Es wird ein begrenzender Strom erfasst, der zwischen dem Paar von Elektroden auf der Grundlage der Konzentration von Ammoniak erzeugt wird.
Jedoch ist Ammoniakgas hochreaktiv, und kann oxidiert oder zerlegt werden, während die Flussrate verringert wird. Daher kann zur Verbesserung einer Erfassungsgenauigkeit hinsichtlich der Ammoniakkonzentration in dem Abgas eine Minimierung einer Abnahme der Flussrate des Abgases und ein Ermöglichen berücksichtigt werden, dass die Ammoniakelektrode leichter mit dem Abgas in Kontakt kommt. In diesem Fall kann ein Ammoniaksensor einer Potentialunterschiedsart (einer elektromotorischen Kraft-Art) verwendet werden, der einen Potentialunterschied erfasst, der zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode erzeugt wird.
In dem Ammoniaksensor der Potentialunterschiedsart tritt jedoch ein unterschiedliches Problem dadurch auf, dass die Ammoniakelektrode durch in dem Abgas enthaltene verschiedene toxische Substanzen vergiftet wird und leicht verschlechtert wird, da das Abgas mit der Ammoniakelektrode leicht in Kontakt kommt. Hinsichtlich des Ammoniaksensors der Potentialunterschiedsart, der eine Eigenschaft derart aufweist, dass die Ammoniakelektrode sich leicht verschlechtert, ist eine Entwicklung eines Geräts bevorzugt, das dazu in der Lage ist, eine in einem Sensorbauelement auftretende Verschlechterung geeigneter zu bestimmen.
Hierbei ist in dem Diagnosegerät in der PTL1 eine bestimmte Konfiguration eines Ammoniaksensors nicht beschrieben. Eine Abwandlung zur Bestimmung einer Verschlechterung, die für den Ammoniaksensor einer Potentialunterschiedsart einzigartig ist, ist in keiner Weise beschrieben.
Die vorliegende Offenbarung wurde zur Bereitstellung eines Verschlechterungsbestimmungsgeräts für einen Ammoniaksensor erzielt, der dazu in der Lage ist, geeignet zu bestimmen, ob eine Verschlechterung in einem Ammoniakbauelementabschnitt eines Ammoniaksensors einer Potentialunterschiedsart aufgetreten ist.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung stellt ein Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor bereit. Das Verschlechterungsbestimmungsgerät ist dazu eingerichtet, mit einem Ammoniaksensor verwendbar zu sein, der umfasst: einen Ammoniakbauelementabschnitt, der einen Festelektrolyten mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit, eine Ammoniakelektrode, die auf einer ersten Oberfläche des Festelektrolyten bereitgestellt ist, die einem Sauerstoff und Ammoniak enthaltenden Messgas ausgesetzt ist, und eine Bezugselektrode umfasst, die auf einer zweiten Oberfläche des Festelektrolyten auf einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist; eine Potentialunterschiedserfassungseinheit, die einen Potentialunterschied zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode erfasst; und eine Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit, die eine Ammoniakkonzentration in dem Messgas auf der Grundlage des durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit erfassten Potentialunterschieds berechnet.
Das Verschlechterungsbestimmungsgerät umfasst: eine Spannungsversorgungseinheit, die eine Gleichstromspannung (DC-Spannung, bzw. Gleichspannung) zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode anlegt; eine Stromerfassungseinheit, die einen zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode fließenden DC-Strom erfasst; und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit, die einen ersten Auswertungswert und einen zweiten Auswertungswert vergleicht und bestimmt, ob in dem Ammoniakbauelementabschnitt zu einer Auswertungszeit oder nachfolgend auf die Auswertungszeit eine Verschlechterung aufgetreten ist. Der erste Auswertungswert basiert auf einem ersten Sensorstrom, der ein durch die Stromerfassungseinheit erfasster DC-Strom ist, der bei Anlegen einer DC-Spannung zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode durch die Spannungsversorgungseinheit zu einer Anfangszeit erlangt ist, die sich während einer anfänglichen Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors befindet. Der zweite Auswertungswert basiert auf einem zweiten Sensorstrom, der ein durch die Stromerfassungseinheit erfasster DC-Strom ist, der bei Anlegen einer DC-Spannung einer selben Größe wie der zu der Anfangszeit durch die Spannungsversorgungseinheit zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode zu der Auswertungszeit erlangt ist, die auf die anfängliche Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors nachfolgt.
Das vorstehend beschriebene Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor wird in einem Ammoniaksensor einer Potentialunterschiedsart (einer elektromotorischen Kraft-Art) verwendet, und unter Verwendung eines Sensorstroms, der infolge eines Anlegens einer DC-Spannung zu dem Ammoniakbauelementabschnitt fließt, bestimmt, ob in einem Ammoniakbauelementabschnitt des Ammoniaksensors eine Verschlechterung aufgetreten ist.
Das Verschlechterungsbestimmungsgerät umfasst die Spannungsversorgungseinheit, die Stromerfassungseinheit und die Verschlechterungsbestimmungseinheit. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit erfasst und vergleicht die Sensorströme, die bei Anlegen einer DC-Spannung einer selben Größe zu der Anfangszeit, die die anfängliche Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors ist, und zu der auf die anfängliche Verwendungszeitdauer nachfolgenden Auswertungszeit erlangt werden und bestimmt, ob in dem Ammoniakbauelementabschnitt zu der Auswertungszeit oder nachfolgend auf die Auswertungszeit eine Verschlechterung aufgetreten ist.
Der Ammoniaksensor einer Gemischtpotentialart wird gewöhnlich verwendet, ohne dass bei der Verwendung zur Erfassung der Ammoniakkonzentration zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode eine Spannung angelegt wird. Zu dieser Zeit fließt zur Erfassung des Potentialunterschieds zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode ein winziger Strom dazwischen. Falls zu der Anfangszeit und zu der Auswertungszeit die Spannungsversorgungseinheit zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode zusätzlich die DC-Spannung anlegt, tritt plötzlich zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode eine Bewegung von Sauerstoffionen (Oxidionen) durch den ersten Festelektrolyten auf. Der Sensorstrom fließt zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode.
Das heißt, infolge des Anlegens der DC-Spannung zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode durch die Spannungsversorgungseinheit kann die Leistungsfähigkeit des Ammoniakbauelementabschnitts in der Größe des Sensorstroms reflektiert sein. Insbesondere in Fällen, in denen eine Verschlechterung in der Ammoniakelektrode als Ergebnis einer Vergiftung oder dergleichen aufgetreten ist, wird gedacht, dass der zweite Sensorstrom zu der Auswertungszeit niedriger als der erste Sensorstrom zu der Anfangszeit wird. Daher kann in der Verschlechterungsbestimmungseinheit als ein Vergleichsergebnis des auf dem ersten Sensorstrom basierenden ersten Auswertungswerts und des auf dem zweiten Sensorstrom basierenden zweiten Auswertungswerts geeignet bestimmt werden, ob in dem Ammoniakbauelementabschnitt eine Verschlechterung aufgetreten ist.
Als ein Ergebnis des vorstehend beschriebenen Verschlechterungsbestimmungsgeräts für einen Ammoniaksensor kann folglich geeignet bestimmt werden, ob eine Verschlechterung in einem Ammoniakbauelementabschnitt eines Ammoniaksensors einer Potentialunterschiedsart (einer elektromotorischen Kraft-Art) aufgetreten ist.
Hierbei kann die Anfangszeit, die die anfängliche Zeitdauer einer Verwendung des Ammoniaksensors ist, eine sein, zu der die Verwendung des Ammoniaksensors tatsächlich begonnen wird. Wahlweise kann die Anfangszeit eine sein, zu der der Ammoniaksensor vor einer tatsächlichen Verwendung experimentell verwendet wird. Zusätzlich kann der erste Auswertungswert ein Wert sein, der für jeden einzelnen Ammoniaksensor bestimmt ist. Wahlweise kann der erst Auswertungswert ein Wert sein, der für Ammoniaksensoren derselben Spezifikationen universell bestimmt ist.
Darüber hinaus kann der erste Auswertungswert ein Wert des ersten Sensorstroms oder ein Wert sein, der unter Verwendung des Werts des ersten Sensorstroms berechnet ist. In einer ähnlichen Weise kann der zweite Auswertungswert ein Wert des zweiten Sensorstroms sein, oder kann ein Wert sein, der unter Verwendung des Werts des zweiten Sensorstroms berechnet ist.
Falls zusätzlich die Potentialunterschiedserfassungseinheit den Potentialunterschied zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode während einer Verwendung des Ammoniaksensors erfasst, kann eine winzige Spannung zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode angelegt sein. In diesem Fall kann die DC-Spannung, die zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode durch die Spannungsversorgungseinheit für die durch die Verschlechterungsbestimmungseinheit durchzuführende Bestimmung angelegt ist, größer als die winzige Spannung sein, die während einer Verwendung angelegt wird.
Bezugszeichen in Klammern der Bestandteile der vorliegenden Offenbarung geben entsprechende Beziehungen zu Bezugszeichen in der Zeichnung gemäß den Ausführungsbeispielen an, jedoch begrenzen diese nicht die Bestandteile nur auf die Inhalte entsprechend den Ausführungsbeispielen.
Figurenliste
Gegenstände, Eigenschaften, Vorteile und dergleichen der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachstehende ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung weiter erklärt. Die Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung sind wie folgt:

1 zeigt eine erklärende Darstellung von Konfigurationen eines Ammoniaksensors und eines Verschlechterungsbestimmungsgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II gemäß 1, die ein Sensorbauelement des Ammoniaksensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III gemäß 1, die das Sensorbauelement des Ammoniaksensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV gemäß 1, die das Sensorbauelement des Ammoniaksensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
5 zeigt eine erklärende Darstellung eines Zustands, in dem der Ammoniaksensor und das Verschlechterungsbestimmungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer internen Brennkraftmaschine angeordnet sind;
6 zeigt eine erklärende Darstellung von Konzentrationsgebieten auf der Grundlage einer Beziehung zwischen einer Ammoniakkonzentration und einer NOx-Konzentration gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
7 zeigt eine erklärende Darstellung eines Mischpotentials, das in einer Ammoniakelektrode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt wird;
8 zeigt eine erklärende Darstellung eines Mischpotentials, das in der Ammoniakelektrode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt wird, falls sich die Ammoniakkonzentration ändert;
9 zeigt eine erklärende Darstellung eines Mischpotentials, das in der Ammoniakelektrode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt wird, falls sich eine Sauerstoffkonzentration ändert;
10 zeigt eine erklärende Darstellung einer Weise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, durch die ein erster Auswertungswert und ein zweiter Auswertungswert verglichen werden;
11 zeigt eine erklärende Darstellung einer weiteren Weise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, durch die der erste Auswertungswert und der zweite Auswertungswert verglichen werden;
12 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und einem Verschlechterungsberechnungsfehler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verschlechterungsbestimmungsverfahrens des Verschlechterungsbestimmungsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
14 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verschlechterungsbestimmungsverfahrens des Verschlechterungsbestimmungsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
15 zeigt eine erklärende Darstellung einer Beziehungskarte eines Potentialunterschieds und eines ersten Auswertungswerts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verschlechterungsbestimmungsverfahrens des Verschlechterungsbestimmungsgeräts gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

[Beschreibung der Ausführungsbeispiele]
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des vorstehend beschriebenen Verschlechterungsbestimmungsgeräts für einen Ammoniaksensor sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
<Erstes Ausführungsbeispiel>
Gemäß den 1 bis 4 wird ein Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 für einen Ammoniaksensor 1 gemäß einem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem Ammoniaksensor 1 einer Potentialunterschiedsart (einer elektromotorischen Kraft-Art) verwendet. Der Ammoniaksensor 1 umfasst einen Ammoniakbauelementabschnitt 2, eine Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 und eine Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52. Der Ammoniakbauelementabschnitt 2 umfasst einen ersten Festelektrolyten 21, eine Ammoniakelektrode 22 und eine Bezugselektrode 23. Der erste Festelektrolyt 21 weist eine Sauerstoffionenleitfähigkeit auf. Die Ammoniakelektrode 22 ist auf einer ersten Oberfläche 211 des ersten Festelektrolyten 21 bereitgestellt, der einem Messgas G ausgesetzt ist, das Sauerstoff und Ammoniak enthält. Die Bezugselektrode 23 ist auf einer zweiten Oberfläche 221 des ersten Festelektrolyten 21 bereitgestellt, der sich auf einer der ersten Oberfläche 211 gegenüberliegenden Seite befindet.
Gemäß 1 ist die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 zur Erfassung eines Potentialunterschieds ΔV eingerichtet, der zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 erzeugt ist. Die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 ist zur Berechnung einer Ammoniakkonzentration in dem Messgas G auf der Grundlage des Potentialunterschieds ΔV eingerichtet, der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 erfasst ist.
Gemäß 1 umfasst das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 eine Spannungsversorgungseinheit 61, eine Stromerfassungseinheit 62 und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit 63. Die Spannungsversorgungseinheit 61 ist dazu eingerichtet, eine DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 anzulegen. Die Stromerfassungseinheit 62 ist dazu eingerichtet, Sensorströme I1 und I2 zu erfassen, die DC-Ströme sind, die zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 fließen. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 ist dazu eingerichtet, einen ersten Auswertungswert H1 und einen zweiten Auswertungswert H2 zu vergleichen, und zu bestimmen, ob eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 zu einer Auswertungszeit oder nachfolgend auf eine Auswertungszeit aufgetreten ist. Der erste Auswertungswert H1 basiert auf dem ersten Sensorstrom I1 zu einer Anfangszeit, die eine Anfangszeitdauer einer Verwendung des Ammoniaksensors 1 ist. Der zweite Auswertungswert H2 basiert auf dem zweiten Sensorstrom 12, der auf die Anfangszeitdauer einer Verwendung des Ammoniaksensors 1 nachfolgt.
Der erste Sensorstrom I1 und der zweite Sensorstrom I2 beziehen sich jeweils auf den DC-Strom, der durch die Stromerfassungseinheit 62 erfasst wird, falls die DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 durch die Spannungsversorgungseinheit 61 angelegt wird.
Die durch die Spannungsversorgungseinheit 61 bei Erfassung des ersten Sensorstromes I1 zu der Anfangszeit und bei Erfassung des zweiten Sensorstromes I2 zu der Auswertungszeit angelegten DC-Spannungen E sind von derselben Größe.
Nachstehend ist das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 für den Ammoniaksensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben.
(Ammoniaksensor 1)
Gemäß 1 ist der Ammoniaksensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von einer Mischpotentialart, die eine Potentialunterschiedsart ist. In dem Ammoniaksensor 1 wird die Konzentration von Ammoniak in dem Messgas G erfasst, das sich in einem Zustand befindet, in dem das Messgas G Sauerstoff und Ammoniak enthält. Die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dazu eingerichtet, den Potentialunterschied ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 zu erfassen, der erzeugt wird, falls ein Reduktionsstrom und ein Oxidationsstrom in der Ammoniakelektrode 22 gleich werden. Der Reduktionsstrom wird als Ergebnis einer elektrochemischen Reduktionsreaktion (nachstehend der Einfachheit halber als Reduktionsreaktion bezeichnet) von Sauerstoff erzeugt. Der Oxidationsstrom wird als Ergebnis einer elektrochemischen Oxidationsreaktion (nachstehend der Einfachheit halber als Oxidationsreaktion bezeichnet) von Ammoniak erzeugt.
Gemäß 5 erfasst der Ammoniaksensor 1 die Konzentration von Ammoniak, das aus einem NOx reduzierenden Katalysator 72 herausfließt, in einem Abgasrohr 71 einer internen Brennkraftmaschine (Maschine) 7 eines Fahrzeugs. Das Messgas G ist ein Abgas, das von der internen Brennkraftmaschine 7 an das Abgasrohr 71 abgegeben wird. Eine Zusammensetzung des Abgases ändert sich abhängig von einem Verbrennungszustand in der internen Brennkraftmaschine 7. Falls sich ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das ein Massenverhältnis von Luft und Kraftstoff in der internen Brennkraftmaschine 7 ist, im Vergleich zu einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem kraftstoffreichen Zustand befindet, nehmen in der Zusammensetzung des Abgases in einem nicht verbrannten Gas enthaltene Anteile von HC (Kohlenwasserstoff), CO (Kohlenstoffoxid), H2 (Wasserstoff) und dergleichen zu, wohingegen ein Anteil von NOx (Stickstoffoxid) abnimmt. Falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der internen Brennkraftmaschine sich im Vergleich zu einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem kraftstoffarmen Zustand befindet, nehmen in der Zusammensetzung des Abgases die Anteile von HC, CO und dergleichen ab, wohingegen der Anteil von NOx zunimmt. Zusätzlich enthält das Messgas G in dem kraftstoffreichen Zustand kaum Sauerstoff (Luft). Das Messgas enthält in dem kraftstoffarmen Zustand mehr Sauerstoff (Luft).
(Katalysator 72)
Gemäß 5 sind der Katalysator 72 zum Reduzieren von NOx und ein Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 in einem Abgasrohr 71 angeordnet. Das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 versorgt den Katalysator 72 mit einem Reduktionsmittel K, das Ammoniak enthält. Der Katalysator 72 ist derjenige, in dem Ammoniak, das als das Reduktionsmittel K für NOx dient, an einem Katalysatorträger anhaftet. Eine Menge einer Anhaftung von Ammoniak an den Katalysatorträger des Katalysators 72 verringert sich in Begleitung einer Reduktionsreaktion von NOx.
Falls sich zusätzlich die Anhaftungsmenge von Ammoniak an den Katalysatorträger verringert, wird der Katalysatorträger aus dem Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 wieder mit Ammoniak aufgefüllt. Das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 ist an einer Position in dem Abgasrohr 71 weiter in Richtung einer vorgelagerten Seite eines Abgasflusses angeordnet, als es der Katalysator 72 ist. Das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 versorgt das Abgasrohr 71 mit Ammoniakgas, das dadurch erzeugt wird, dass wässriger Harnstoff versprüht wird. Das Ammoniakgas wird als Ergebnis einer Hydrolyse des wässrigen Harnstoffs erzeugt. Ein Tank 731 eines wässrigen Harnstoffs ist mit dem Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 verbunden.
Die interne Brennkraftmaschine 7 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Dieselmaschine, die einen Verbrennungsvorgang unter Verwendung einer Selbstzündung eines leichten Öls durchführt. Zusätzlich ist der Katalysator 72 ein selektiver Reduktionskatalysator (SCR), der bewirkt, dass NOx (Stickstoffoxid) chemisch mit Ammoniak (NH₃) reagiert, und zu Stickstoff (N2) und Wasser (H₂O) reduziert wird.
Obwohl dies in der Zeichnung weggelassen ist, können ein Oxidationskatalysator (ein Dieseloxidationskatalysator [DOC]), der NO zu NO₂ umwandelt (oxidiert) und CO, HC (Kohlenwasserstoff) und dergleichen reduziert, ein Filter (DPF), der Partikel sammelt, und dergleichen an einer Position in dem Abgasrohr 71 an einer vorgelagerten Seite des Katalysators 72 angeordnet sein.
(Multi-Gassensor)
Gemäß 5 ist der Ammoniaksensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an einer Position in dem Abgasrohr 71 weiter in Richtung einer nachgelagerten Seite als der Katalysator 72 angeordnet. Hierbei sind genauer gesagt ein Sensorbauelement 10 und ein Sensorhauptkörper des Ammoniaksensors 1 im dem Abgasrohr 71 angeordnet. Der Sensorhauptkörper hält das Sensorbauelement 10. Der Einfachheit halber kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Sensorhauptkörper als der Ammoniaksensor 1 bezeichnet sein.
Der Ammoniaksensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als ein Multi-Gassensor (zusammengesetzter Sensor) ausgebildet, der dazu in der Lage ist, nicht nur die Ammoniakkonzentration, sondern auch eine Sauerstoffkonzentration und eine NOx-Konzentration zu erfassen. Zusätzlich wird die Sauerstoffkonzentration für eine Korrektur der Ammoniakkonzentration verwendet. Darüber hinaus werden die Ammoniakkonzentration und die NOx-Konzentration, die durch den Ammoniaksensor 1 erfasst sind, durch die Maschinensteuereinheit (ECU) 50 verwendet, um einen Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem das als das Reduktionsmittel K dienende Ammoniak von dem Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 an das Abgasrohr 71 zugeführt wird. Die Maschinensteuereinheit (ECU) 50 dient als Steuergerät der internen Brennkraftmaschine 7.
Hierbei umfasst das Steuergerät verschiedene elektronische Steuereinheiten zusätzlich zu der die Maschine steuernden Maschinensteuereinheit (ECU) 50 und einer den Ammoniaksensor 1 steuernden Sensorsteuereinheit 5. Das Steuergerät bezieht sich auf verschiedene Arten von Computern (Verarbeitungsgeräten).
Falls der Ammoniaksensor 1 erfasst, dass NOx in dem Messgas G vorhanden ist, ist die Maschinensteuereinheit 50 dazu eingerichtet, zu erfassen, dass Ammoniak in dem Katalysator 72 fehlt, einen wässrigen Harnstoff von dem Reduktionsmittelzufuhrgerät 731 einzusprühen, und den Katalysator 72 mit Ammoniak zu versorgen. Falls indessen der Ammoniaksensor 1 erfasst, dass Ammoniak dem Messgas G vorhanden ist, ist die Maschinensteuereinheit 50 dazu eingerichtet, zu erfassen, dass Ammoniak in dem Katalysator 72 übermäßig vorhanden ist, ein Einsprühen von wässrigem Harnstoff von dem Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 zu stoppen, und die Zufuhr von Ammoniak an den Katalysator 72 zu stoppen. In dem Katalysator 72 wird das Ammoniak zum Reduzieren von NOx vorzugsweise ohne Übermaß oder Mangel zugeführt.
(Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration an einem Katalysatorausgang 721)
Als ein Ergebnis einer Durchführung einer Steuerung der Ammoniakzufuhr durch die Maschinensteuereinheit 50 treten in einem Konzentrationsbereich von NOx und Ammoniak in dem Messgas G, das an der nachgelagerten Position (Katalysatorausgang 721) des Katalysators 72 vorhanden ist, und an einer Anordnungsposition des Ammoniaksensors 1 zu verschiedenen Zeiten ein Zustand, in dem NOx durch das Ammoniak geeignet reduziert ist, ein Zustand, in dem die Ausflussmenge von NOx vergrößert ist, und ein Zustand auf, in dem eine Ausflussmenge von Ammoniak vergrößert ist.
Insbesondere ist gemäß 6 in der Maschinensteuereinheit 50 der Konzentrationsbereich, der die Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration (NH₃-Konzentration) und der NOx-Konzentration anzeigt, in einen ersten Konzentrationsbereich N1, in dem die NOx-Konzentration um eine Menge, die größer oder gleich einer vorbestimmten Konzentration (einem ersten Konzentrationsunterschied Δn1) ist, höher als die Ammoniakkonzentration ist, einen dritten Konzentrationsbereich N3, in dem die Ammoniakkonzentration um eine Menge, die größer oder gleich einer vorbestimmten Konzentration (zweiter Konzentrationsunterschied Δn2) ist, höher als die NOx-Konzentration ist, und einen zweiten Konzentrationsbereich N2 unterteilt, der sich zwischen dem ersten Konzentrationsbereich N1 und dem dritten Konzentrationsbereich N3 befindet. Dieser Konzentrationsbereich vergleicht die NOx-Konzentration und die Ammoniakkonzentration, die durch den Ammoniaksensor 1 erfasst sind, und zeigt an, welche der Konzentrationen in dem Messgas G höher ist.
Hier zeigt ein Fall, in dem die NOx-Konzentration um eine Menge, die größer oder gleich der vorbestimmten Konzentration ist, höher als die Ammoniakkonzentration ist, einen Fall an, in dem die NOx-Konzentration höher als die Ammoniakkonzentration ist, und ein Unterschied zwischen der NOx-Konzentration und der Ammoniakkonzentration ist größer oder gleich dem ersten Konzentrationsunterschied Δn1. Ein Fall, in dem die Ammoniakkonzentration um eine Menge, die größer oder gleich einer vorbestimmten Konzentration ist, größer als die NOx-Konzentration ist, zeigt zusätzlich einen Fall an, in dem die Ammoniakkonzentration größer als die NOx-Konzentration ist, und der Unterschied zwischen der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration ist größer oder gleich dem zweiten Konzentrationsunterschied Δn2.
Die durch den Ammoniaksensor 1 erfasste NOx-Konzentration kann als die Ammoniakkonzentration umfassend angesehen werden, da eine nachstehend beschriebene NOx-Elektrode 33 nicht nur NOx, sondern auch Ammoniak erfasst. Falls die NOx-Konzentration und die Ammoniakkonzentration verglichen werden, kann die NOx-Konzentration daher eine NOx-Konzentration nach einer Korrektur sein, die durch eine Subtraktion der auf der Grundlage der Spannung erfassten Ammoniakkonzentration von einer auf der Grundlage des Stroms erfassten NOx-Konzentration vor einer Korrektur erlangt ist.
In 6 wird angenommen, dass in dem ersten Konzentrationsbereich N1, in dem die NOx-Konzentration hoch ist, eine kleine Menge von Ammoniak in dem Messgas G vorhanden ist. In dem dritten Konzentrationsbereich N3, in dem die Ammoniakkonzentration hoch ist, wird angenommen, dass eine geringe Menge von NOx in dem Messgas G vorhanden ist. Falls die Reduktionsreaktion von NOx in dem Katalysator 72 geeigneter durchgeführt wird, wird angenommen, dass ein Zustand ausgebildet ist, in dem in dem ersten Konzentrationsbereich kaum Ammoniak vorhanden ist, und in dem dritten Konzentrationsbereich N3 kaum NOx vorhanden ist.
In der Unterteilung der Konzentrationsbereiche sind die Ammoniakkonzentration und die NOx-Konzentration jeweils durch Volumen-% (Teile pro Million [ppm]) ausgedrückt. Die Maschinensteuereinheit 50 kann dazu eingerichtet sein, die Menge des von dem Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 an den Katalysator 72 zuzuführenden Reduktionsmittels K derart einzustellen, dass die Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration sich innerhalb des zweiten Konzentrationsbereichs N2 befindet.
Der erste Konzentrationsunterschied Δn1 zwischen der NOx-Konzentration und der Ammoniakkonzentration, der als die vorbestimmte Konzentration für eine Trennung des ersten Konzentrationsbereichs N1 und des zweiten Konzentrationsbereichs N2 dient, kann von 10 ppm bis 50 ppm reichen. Falls zusätzlich die NOx-Konzentration um eine Menge, die größer oder gleich 10 ppm bis 50 ppm ist, höher als die Ammoniakkonzentration ist, kann die Maschinensteuereinheit 50 bestimmen, dass die Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration sich in dem ersten Konzentrationsbereich N1 befindet. Der erste Konzentrationsunterschied Δn1 kann je nach Bedarf auf der Grundlage von Spezifikationen des Ammoniaksensors 1, einer Anbringungsumgebung und dergleichen geändert sein.
Der zweite Konzentrationsunterschied Δn2 zwischen der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration, der als die vorbestimmte Konzentration für eine Trennung des zweiten Konzentrationsbereichs N2 und des dritten Konzentrationsbereichs N3 dient, kann zusätzlich von 50 ppm bis 100 ppm reichen. Falls die Ammoniakkonzentration um eine Menge, die größer oder gleich als 50 ppm bis 100 ppm ist, höher als die NOx-Konzentration ist, kann die Maschinensteuereinheit 50 zusätzlich bestimmen, dass die Beziehung zwischen Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration sich in dem dritten Konzentrationsbereich N3 befindet. Der zweite Konzentrationsunterschied Δn2 kann je nach Bedarf auf der Grundlage der Spezifikationen des Ammoniaksensors 1, der Anbringungsumgebung und dergleichen geändert sein.
Obwohl dies in der Zeichnung weggelassen ist, umfasst der Ammoniaksensor 1 das Sensorbauelement 10, ein Gehäuse, eine kopfseitige Abdeckung und eine bodenseitige Abdeckung. Das Sensorbauelement 10 ist dazu bereitgestellt, die Ammoniakkonzentration und die NOx-Konzentration zu erfassen. Das Gehäuse ist dazu bereitgestellt, das Sensorbauelement 10 zu halten, und an das Abgasrohr 71 anzubringen. Die kopfseitige Abdeckung ist an einer Seite eines Kopfendes des Gehäuses angebracht, und schützt das Sensorbauelement 10. Die bodenseitige Abdeckung ist an einer Seite eines Bodenendes des Gehäuses angebracht, und schützt einen elektrischen Verdrahtungsabschnitt des Sensorbauelements 10. Gemäß 1 und 2 ist das Sensorbauelement 10 durch einen Heizabschnitt 4 gemäß der nachstehenden Beschreibung ausgebildet, der an den Ammoniakbauelementabschnitt 2 und einen NOx-Bauelementabschnitt 3 laminiert ist, die nachstehend beschrieben sind.
(Ammoniakbauelementabschnitt 2)
Der erste Festelektrolyt 21 ist in einer Plattenform ausgebildet. Der erste Festelektrolyt 21 ist unter Verwendung eines Zirkoniamaterials eingerichtet, das in einem vorbestimmten Temperaturbereich eine Eigenschaft einer Sauerstoffionenleitung aufweist. Das Zirkoniamaterial kann durch verschiedene Materialien eingerichtet sein, von denen Zirkonia eine Hauptzutat ist. Als das Zirkoniamaterial können ein stabilisiertes Zirkonia oder ein teilweise stabilisiertes Zirkonia verwendet werden, indem ein Abschnitt des Zirkonia durch ein metallisches Element der Selten-Erden-Gruppe wie etwa Yttria (Yttriumoxid) oder ein metallisches Element der Erdalkali-Gruppe ersetzt ist.
Die Ammoniakelektrode 22 ist unter Verwendung eines Edelmetallmaterials wie etwa Gold (Au), einer Platin-Gold-Legierung, einer Platin-Palladium-Legierung oder einer Palladium-Gold-Legierung eingerichtet, das eine katalytische Aktivität in Bezug auf Ammoniak und Sauerstoff aufweist. Die Bezugselektrode 23 ist unter Verwendung eines Edelmetallmaterials wie etwa Platin (Pt) eingerichtet, das eine katalytische Aktivität in Bezug auf Sauerstoff aufweist. Zusätzlich können die Ammoniakelektrode 22 und die Bezugselektrode 23 ein Zirkoniamaterial enthalten, das als ein gemeinsames Material für ein Sintern mit dem ersten Festelektrolyten 21 dient.
Gemäß 1 und 2 bildet die dem Messgas G ausgesetzte erste Oberfläche 211 des ersten Festelektrolyten 21 eine äußerste Oberfläche des Sensorbauelements 10 des Ammoniaksensors 1 aus. Zusätzlich ist in der auf der ersten Oberfläche 211 bereitgestellten Ammoniakelektrode 22 ein Zustand ausgebildet, in dem ein Kontakt mit dem Messgas G erleichtert ist. Eine aus einem keramischen porösen Körper oder dergleichen zusammengesetzte Schutzschicht ist auf einer Oberfläche der Ammoniakelektrode 22 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht bereitgestellt. Zusätzlich kommt das Messgas G mit der Ammoniakelektrode 22 in Kontakt, ohne diffusionsgesteuert zu sein. Hierbei kann eine Schutzschicht auf der Oberfläche der Ammoniakelektrode 22 bereitgestellt sein, die eine Abnahme der Flussrate des Messgases G minimiert.
Die zweite Oberfläche 212 des ersten Festelektrolyten 21 und die Bezugselektrode 23, die auf der zweiten Oberfläche 212 bereitgestellt ist, sind einer atmosphärischen Luft ausgesetzt, die als ein Bezugsgas A dient. Eine Führung für atmosphärische Luft (Bezugsgasführung) 24, in die atmosphärische Luft eingeführt wird, ist in einer angrenzenden Weise auf der zweiten Oberfläche 212 des ersten Festelektrolyten 21 ausgebildet.
(Potentialunterschiedserfassungseinheit 51)
Gemäß 1 erfasst die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Potentialunterschied ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23, falls ein Mischpotential (bzw. ein gemischtes Potential) in der Ammoniakelektrode 22 erzeugt wird. Falls Ammoniak und Sauerstoff in dem Messgas G vorhanden sind, das mit der Ammoniakelektrode 22 in Kontakt kommt, schreiten in der Ammoniakelektrode 22 die Oxidationsreaktion von Ammoniak und die Reduktionsreaktion von Sauerstoff gleichzeitig voran.
Die Oxidationsreaktion von Ammoniak ist gewöhnlich durch 2NH₃ + 3O₂- → N₂ + 3H₂O + 6e- dargestellt. Die Reduktionsreaktion von Sauerstoff ist gewöhnlich durch O₂ + 4e- → 2O₂- dargestellt. Zusätzlich wird das Mischpotential, das von Ammoniak und Sauerstoff in der Ammoniakelektrode 22 herrührt, als ein Potential erzeugt, falls die Oxidationsreaktion (Oxidationsreaktionsgeschwindigkeit) von Ammoniak und die Reduktionsreaktion (Reduktionsreaktionsgeschwindigkeit) von Sauerstoff in der Ammoniakelektrode 22 gleich sind.
7 zeigt eine Darstellung zum Erklären des Mischpotentials, das in der Ammoniakelektrode 22 erzeugt wird. In 7 ist das Potential (der Potentialunterschied ΔV) der Ammoniakelektrode 22 in Bezug auf die Bezugselektrode 23 auf einer horizontalen Achse aufgezeichnet, der zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 fließende Strom ist auf einer vertikalen Achse aufgetragen, und es ist eine Weise gezeigt, in der sich das Mischpotential ändert.
Zusätzlich zeigt 7 eine erste Linie L1, die eine Beziehung zwischen dem Potential und dem Strom anzeigt, falls die Oxidationsreaktion von Ammoniak in der Ammoniakelektrode 22 durchgeführt wird, und eine zweite Linie L2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Potential und dem Strom an, falls die Reduktionsreaktion von Sauerstoff in der Ammoniakelektrode 22 durchgeführt wird. Die erste Linie L1 und die zweite Linie L2 sind beide durch Linien angegeben, die zur rechten Seite hin ansteigen.
Falls der Potentialunterschied ΔV 0 (null) ist, zeigt dies an, dass das Potential an der Ammoniakelektrode 22 identisch zu dem Potential an der Bezugselektrode 23 ist. Das Mischpotential ist das Potential, falls der Strom auf einer positiven Seite auf der ersten Linie L1, die die Oxidationsreaktion von Ammoniak anzeigt, und der Strom auf einer negativen Seite auf der Linie L2 ausgeglichen sind, die die Reduktionsreaktion von Sauerstoff anzeigt. Zusätzlich wird das Mischpotential an der Ammoniakelektrode 22 als das Potential auf der negativen Seite in Bezug auf die Bezugselektrode 23 erfasst.
Falls darüber hinaus gemäß 8 die Ammoniakkonzentration in dem Messgas G groß wird, wird ein Gradient θa der ersten Linie L1, die die Oxidationsreaktion von Ammoniak anzeigt, steil. In diesem Fall verschiebt sich das Potential, bei dem der Strom auf der positiven Seite der ersten Linie L1 und der Strom auf der negativen Seite der zweiten Linie L2 ausgeglichen sind, weiter in Richtung der negativen Seite. Infolgedessen vergrößert sich mit steigender Ammoniakkonzentration das Potential an der Ammoniakelektrode 22 in Bezug auf das bei der Bezugselektrode 23 in Richtung der negativen Seite.
Mit anderen Worten, der Potentialunterschied (das Mischpotential) ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 vergrößert sich mit steigender Ammoniakkonzentration. Demzufolge vergrößert sich der Potentialunterschied ΔV mit einer Erhöhung der Ammoniakkonzentration. Als eine Folge der Erfassung des Potentialunterschieds ΔV kann die Ammoniakkonzentration in dem Messgas G erfasst werden.
Falls zusätzlich gemäß 9 die Sauerstoffkonzentration in dem Messgas groß wird, wird ein Gradient θs der zweiten Linie L2 steil, die die Reduktionsreaktionen von Sauerstoff anzeigt. In diesem Fall verschiebt sich das Potential, bei dem der Strom auf der positiven Seite der ersten Linie L1 und der Strom auf der negativen Seite der zweiten Linie L2 ausgeglichen sind, zu einer Position, die auf der negativen Seite näher zu null ist.
Infolgedessen nimmt das Potential auf der negativen Seite an der Ammoniakelektrode 22 in Bezug auf das Potential an der Bezugselektrode 23 mit steigender Sauerstoffkonzentration ab. Mit anderen Worten, der Potentialunterschied (Mischpotential) ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 nimmt mit steigender Sauerstoffkonzentration ab. Demzufolge kann eine Erfassungsgenauigkeit hinsichtlich der Ammoniakkonzentration mit steigender Sauerstoffkonzentration als ein Ergebnis einer Durchführung einer Korrektur zur Erhöhung des Potentialunterschieds ΔV oder der Ammoniakkonzentration verbessert werden.
(Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52)
Gemäß 1 ist die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, die Ammoniakkonzentration durch Verwendung der Sauerstoffkonzentration zu korrigieren, die durch eine nachstehend beschriebene Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55 berechnet ist, um die Ammoniakkonzentration in dem Messgas G auf der Grundlage des Potentialunterschieds ΔV zu berechnen, der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 erfasst ist. In der Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 wird eine Korrektur zur Erhöhung der Ammoniakkonzentration mit steigender Sauerstoffkonzentration durchgeführt.
Hierbei kann die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 ebenso dazu eingerichtet sein, die Ammoniakkonzentration auf der Grundlage der Sauerstoffkonzentration und der NOx-Konzentration zu korrigieren. Die NOx-Elektrode 33 in dem nachstehend beschriebenen NOx-Bauelementabschnitt 3 weist nicht nur eine katalytische Aktivität in Bezug auf NOx auf, sondern weist ebenso eine katalytische Aktivität in Bezug auf Ammoniak auf. Daher kann die Ammoniakkonzentration als die NOx-Konzentration in der NOx-Elektrode 33 erfasst werden. Infolgedessen können in der Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 die Ammoniakkonzentration und die NOx-Konzentration verglichen werden, und die Ammoniakkonzentration kann korrigiert werden, um einen korrekteren Wert anzugeben.
Die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 und die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 sind in der Sensorsteuereinheit (SCU) 5 ausgebildet, die elektrisch mit dem Ammoniaksensor 1 verbunden ist. Die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 ist unter Verwendung eines Verstärkers oder dergleichen ausgebildet, der den Potentialunterschied ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 misst. Die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 umfasst einen Computer oder dergleichen. Zusätzlich ist die Sensorsteuereinheit 5 mit der Maschinensteuereinheit (ECU) 50 der internen Brennkraftmaschine 7 verbunden. Die Sensorsteuereinheit 5 wird für eine Steuerung von Vorgängen der internen Brennkraftmaschine 7, des Reduktionsmittelzufuhrgeräts 73 und dergleichen durch die Maschinensteuereinheit 50 verwendet.
(NOx-Bauelementabschnitt 3)
Gemäß 1 umfasst der Ammoniaksensor 1 zur Ausbildung des Multi-Gassensors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich zu dem Ammoniakbauelementabschnitt 2, der Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 und der Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 den NOx-Bauelementabschnitt 3, eine Pumpeinheit 53, eine Pumpstromerfassungseinheit 54, die Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55, eine NOx-Erfassungseinheit 56 und eine NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57. Die Heizeinheit 4, die den NOx-Bauelementabschnitt 3 heizt, und der Ammoniakbauelementabschnitt 2 sind zu dem NOx-Bauelementabschnitt 3 laminiert.
Der NOx-Bauelementabschnitt 3 umfasst einen zweiten Festelektrolyten 31, eine Messgaskammer 35, einen Diffusionswiderstandsabschnitt 351, eine Pumpelektrode 32, die NOx-Elektrode 33 und eine andere Bezugselektrode 34. Der zweite Festelektrolyt 31 ist derart angeordnet, dass er dem ersten Festelektrolyten 21 gegenüberliegt. Der zweite Festelektrolyt 31 ist in einer Plattenform ausgebildet. Der zweite Festelektrolyt 31 ist unter Verwendung eines Zirkoniamaterials eingerichtet, das bei einer vorbestimmten Temperatur eine Eigenschaft einer Sauerstoffionenleitung aufweist. Dieses Zirkoniamaterial ist dem des ersten Festelektrolyten 21 ähnlich.
Gemäß 1, 2 und 4 ist Messgaskammer 35 derart ausgebildet, dass sie mit einer dritten Oberfläche 311 des zweiten Festelektrolyten 31 in Kontakt steht. Die Messgaskammer 35 ist durch einen Gaskammerisolationskörper 36 ausgebildet. Der Gaskammerisolationskörper 36 ist aus einem keramischen Material wie etwa Alumina ausgebildet. Der Diffusionswiderstandsabschnitt 351 ist als eine poröse keramische Schicht ausgebildet. Der Diffusionswiderstandsabschnitt 351 ist ein Abschnitt zum Einführen des Messgases G in die Messgaskammer 35, während eine Diffusionsgeschwindigkeit begrenzt wird.
Die Pumpelektrode 32 ist innerhalb der Messgaskammer 35 auf der dritten Oberfläche 311 untergebracht und dem Messgas G innerhalb der Messgaskammer 35 ausgesetzt. Die NOx-Elektrode 33 ist innerhalb der Messgaskammer 35 auf der dritten Oberfläche 311 untergebracht und dem Messgas G ausgesetzt, nachdem die Sauerstoffkonzentration durch die Pumpelektrode 32 eingestellt ist. Die andere Bezugselektrode 34 ist auf einer vierten Oberfläche 312 des zweiten Festelektrolyten 31 auf einer der dritten Oberfläche 311 gegenüberliegenden Seite bereitgestellt.
Die Pumpelektrode 32 ist unter Verwendung eines Edelmetallmaterials wie etwa einer Platin-Gold-Legierung eingerichtet, das eine katalytische Aktivität in Bezug auf Sauerstoff aufweist. Die NOx-Elektrode 33 ist unter Verwendung eines Edelmetallmaterials wie etwa einer Platin-Rhodium-Legierung eingerichtet, das eine katalytische Aktivität in Bezug auf NOx und Sauerstoff aufweist. Die andere Bezugselektrode 34 ist unter Verwendung eines Edelmetallmaterials wie etwa Platin eingerichtet, das eine katalytische Aktivität in Bezug auf Sauerstoff aufweist. Zusätzlich können die Pumpelektrode 32, die NOx-Elektrode 33 und die andere Bezugselektrode 34 ein Zirkoniamaterial enthalten, das als ein gemeinsames Material für ein Sintern mit dem zweiten Festelektrolyten 31 dient.
Die andere Bezugselektrode 34 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist sowohl an einer der Pumpelektrode 32 gegenüberliegenden Position als auch an einer der NOx-Elektrode 33 gegenüberliegenden Position bereitgestellt, wobei der zweite Festelektrolyt 31 sich dazwischen befindet. Hierbei kann eine einzelne andere Bezugselektrode 34 für die gesamten Positionen bereitgestellt sein, die der Pumpelektrode 32 und der NOx-Elektrode 33 gegenüberliegen.
Gemäß 1 bis 3 sind die vierte Oberfläche 312 des zweiten Festelektrolyten 31 und die auf der vierten Oberfläche 312 bereitgestellte andere Bezugselektrode 34 der atmosphärischen Luft ausgesetzt, die als das Bezugsgas A dient. Der erste Festelektrolyt 21 und der zweite Festelektrolyt 31 sind mit einem Führungsisolationskörper 25 dazwischen laminiert. Der Führungsisolationskörper 25 bildet die atmosphärische Führung 24. Der Führungsisolationskörper 25 ist aus einem keramischen Material wie etwa Alumina zusammengesetzt.
Die atmosphärische Führung 24 ist in einem Zustand ausgebildet, in dem die zweite Oberfläche 212 des ersten Festelektrolyten 21 und die Bezugselektrode 23, sowie die vierte Oberfläche 312 des zweiten Festelektrolyten 31 und die andere Bezugselektrode 34 in Kontakt mit atmosphärischer Luft stehen. Die Bezugselektrode 23 und die andere Bezugselektrode 34 sind in der atmosphärischen Führung 24 untergebracht. Die atmosphärische Führung 24 ist von einem Bodenende des Sensorbauelements 10 bis zu einer Position ausgebildet, die der Messgaskammer 35 gegenüberliegt.
Das Bezugsgas A, das in die bodenseitige Abdeckung des Ammoniaksensors 1 eingeführt wird, wird von dem Öffnungsabschnitt an einer Seite eines Bodenendes der atmosphärischen Führung 24 in die atmosphärische Führung 24 eingeführt. Das Sensorbauelement 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist zwischen dem ersten Festelektrolyten 21 und dem zweiten Festelektrolyten 31 die atmosphärische Führung 24 auf. Infolgedessen können die gesamte Bezugselektrode 23 und die andere Bezugselektrode 34 gemeinsam mit atmosphärischer Luft in Kontakt gesetzt werden.
(Heizeinheit 4)
Gemäß 1 und 2 sind die den NOx-Bauelementabschnitt 3 heizende Heizeinheit 4 und der Ammoniakbauelementabschnitt 2 auf einer Seite des zweiten Festelektrolyten 31 laminiert, die der Seite gegenüberliegt, auf die der erste Festelektrolyt 21 laminiert ist. Die Heizeinheit 4 wird durch einen Wärmeerzeugungskörper 41 und einen Heizisolationskörper 42 ausgebildet. Der Wärmeerzeugungskörper 41 erzeugt durch eine Erregung Wärme. Der Wärmeerzeugungskörper 41 ist in dem Heizisolationskörper 42 eingebettet. Der Heizisolationskörper 42 ist aus einem keramischen Material wie etwa Alumina zusammengesetzt.
Der Wärmeerzeugungskörper 41 ist durch einen Wärmeerzeugungsabschnitt und einen Führungsabschnitt ausgebildet, der mit dem Wärmeerzeugungsabschnitt verbunden ist. Der Wärmeerzeugungsabschnitt ist an Positionen ausgebildet, die den Elektroden 22, 23, 32, 33 und 34 gegenüberliegen. Eine Erregungssteuereinheit 58 zur Durchführung einer Erregung des Wärmeerzeugungskörpers 41 ist mit dem Wärmeerzeugungskörper 41 verbunden. Die Erregungssteuereinheit 58 ist unter Verwendung einer Ansteuerschaltung oder dergleichen ausgebildet, die eine Spannung an den Wärmeerzeugungskörper 41 anlegt, die einer Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) oder dergleichen unterzogen wird. Die Erregungssteuereinheit 58 ist in der Sensorsteuereinheit 5 ausgebildet.
Ein Abstand zwischen dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 und der Heizeinheit 4 ist größer als ein Abstand zwischen dem NOx-Bauelementabschnitt 3 und der Heizeinheit 4. Zusätzlich ist eine Temperatur, auf die die Heizeinheit 4 den Ammoniakbauelementabschnitt 2 heizt, geringer als eine Temperatur, auf die die Heizeinheit 4 das NOx-Bauelement 3 heizt. Die Pumpelektrode 32 und die NOx-Elektrode 33 des NOx-Bauelementabschnitts 3 werden in Temperaturen verwendet, die von 600°C bis 900°C reichen. Die Ammoniakelektrode 22 des Ammoniakbauelementabschnitts 2 wird in Temperaturen verwendet, die von 400°C bis 600°C reichen. Die Temperatur des Ammoniakbauelements 22 wird durch Heizen durch die Heizeinheit 4 mit irgendeiner Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 400°C bis 600°C als einem Soll gesteuert.
Als Ergebnis einer Ausbildung der atmosphärische Führung 24 zwischen dem NOx-Bauelementabschnitt 3 und dem Ammoniakbauelementabschnitt 2, kann die atmosphärische Führung 24 derart ausgebildet sein, dass sie als eine Wärmeisolationsschicht agiert, falls die Heizeinheit 4 den NOx-Bauelementabschnitt 3 und den Ammoniakbauelementabschnitt 2 heizt. Infolgedessen kann die Temperatur der Ammoniakelektrode 22 des Ammoniakbauelementabschnitts 2 im Vergleich zu der Temperatur der Pumpelektrode 32 und der NOx-Elektrode 33 des NOx-Bauelementabschnitts 3 leicht verringert werden. Als ein Ergebnis einer Durchführung einer Erregungssteuerung durch die Erregungssteuereinheit 58 werden die Temperaturen des NOx-Bauelementabschnitts 3 und des Ammoniakbauelementabschnitts 2 auf Soll-Temperaturen gesteuert.
(Pumpeinheit 53, Pumpstromerfassungseinheit 54 und Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55)
Gemäß 1 ist die Pumpeinheit 53 dazu eingerichtet, eine DC-Spannung zwischen der Pumpelektrode 32 und der anderen Bezugselektrode 34 mit der anderen Bezugselektrode 34 als der positiven Seite anzulegen, und den Sauerstoff in dem Messgas G innerhalb der Messgaskammer 35 auszupumpen.
Falls die DC-Spannung zwischen der Pumpelektrode 32 und der anderen Bezugselektrode 34 angelegt wird, wird der Sauerstoff in dem Messgas G innerhalb der Messgaskammer 35, der mit der Pumpelektrode 32 in Kontakt kommt, zu Sauerstoffionen. Die Sauerstoffionen treten durch den zweiten Festelektrolyten 31 in Richtung der anderen Bezugselektrode 34 hindurch, und werden von der anderen Bezugselektrode 34 zu der atmosphärischen Führung 24 hin abgegeben. Infolgedessen wird die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Messgaskammer 35 auf eine Konzentration eingestellt, die für eine Erfassung von NOx geeignet ist.
Die Pumpstromerfassungseinheit 54 ist dazu eingerichtet, einen DC-Strom zu erfassen, der zwischen der Pumpelektrode 32 und der anderen Bezugselektrode 34 fließt. Die Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55 ist dazu eingerichtet, die Sauerstoffkonzentration in dem Messgas G auf der Grundlage des durch die Pumpstromerfassungseinheit 54 erfassten DC-Stroms zu berechnen. In der Pumpstromerfassungseinheit 54 wird der DC-Strom erfasst, der zu einer Menge von Sauerstoff proportional ist, die von der Innenseite der Messgaskammer 35 an die atmosphärische Führung 24 durch die Pumpeinheit 53 abgegeben wird.
Zusätzlich gibt die Pumpeinheit 53 den Sauerstoff von der Innenseite der Messgaskammer 35 an die atmosphärische Führung 24 ab, bis die Sauerstoffkonzentration in dem Messgas G innerhalb der Messgaskammer 35 eine vorbestimmte Konzentration annimmt. Daher kann die Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55 die Sauerstoffkonzentration in dem Messgas G berechnen, das den Ammoniakbauelementabschnitt 2 und den NOx-Bauelementabschnitt 3 erreicht, indem der DC-Strom überwacht wird, der durch die Pumpstromerfassungseinheit 54 erfasst ist.
Die Sauerstoffkonzentration, die durch die Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55 berechnet ist, wird als die Sauerstoffkonzentration für eine Korrektur der Ammoniakkonzentration durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 verwendet.
(NOx-Erfassungseinheit 56 und NOx-Konzentrationsberechnungseinheit)
Gemäß 1 ist die NOx-Erfassungseinheit 56 dazu eingerichtet, eine DC-Spannung zwischen der NOx-Elektrode 33 und der anderen Bezugselektrode 34 mit der anderen Bezugselektrode 34 als der positiven Seite anzulegen, und einen DC-Strom zu erfassen, der zwischen der NOx-Elektrode 33 und der anderen Bezugselektrode 34 fließt.
Die NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57 ist dazu eingerichtet, die NOx-Konzentration vor einer Korrektur in dem Messgas G auf der Grundlage des DC-Stroms zu berechnen, der durch die NOx-Erfassungseinheit 56 erfasst ist, und die NOx-Konzentration nach einer Korrektur durch Subtrahieren der durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechneten Ammoniakkonzentration von der NOx-Konzentration vor einer Korrektur zu berechnen. In der NOx-Erfassungseinheit 56 wird zusätzlich zu NOx auch Ammoniak erfasst. Daher wird in der NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57 eine Ist-Erfassungsmenge von NOx durch Subtrahieren einer Erfassungsmenge von Ammoniak erlangt.
Die durch die NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57 berechnete NOx-Konzentration weist zwei Arten auf. Die NOx-Konzentration, die auf dem in der NOx-Erfassungseinheit 56 erzeugten Strom basiert, ist die NOx-Konzentration vor einer Korrektur. Die NO_x-Konzentration vor der Korrektur umfasst die Ammoniakkonzentration, die auf in der NOx-Elektrode 33 reagierendem Ammoniak basiert. Indessen ist die NOx-Konzentration nach einer Korrektur die Konzentration, die durch Subtrahieren der durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechneten Ammoniakkonzentration von der durch die NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57 berechneten NOx-Konzentration vor der Korrektur erlangt ist. Die NOx-Konzentration nach der Korrektur zeigt die NOx-Konzentration an, von der die Wirkungen von Ammoniak entfernt sind. Falls die Ammoniakkonzentration und die NOx-Konzentration verglichen werden, wird die NOx-Konzentration nach der Korrektur verwendet.
Die NOx-Elektrode 33 kommt mit dem Messgas G in Kontakt, nachdem die Sauerstoffkonzentration durch die Pumpelektrode 32 eingestellt ist. Falls die DC-Spannung zwischen der NOx-Elektrode 33 und der anderen Bezugselektrode 34 angelegt wird, wird zusätzlich in der NOx-Erfassungseinheit 56 das NOx in dem Messgas G, das mit der NOx-Elektrode 33 in Kontakt kommt, innerhalb der Messgaskammer 35 in Sauerstoff und Stickstoff zerlegt.
Der Sauerstoff wird zu Sauerstoffionen. Die Sauerstoffionen treten durch den zweiten Festelektrolyten 31 in Richtung der anderen Bezugselektrode 34 hindurch, und werden von der anderen Bezugselektrode 34 zu der atmosphärischen Führung 24 hin abgegeben. Falls darüber hinaus das Ammoniak die NOx-Erfassungseinheit 56 erreicht, wird das durch die Oxidierung des Ammoniaks hergestellte NOx in ähnlicher Weise in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt.
Zusätzlich berechnet die NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57 die NOx-Konzentration vor der Korrektur in dem Messgas G, das den NOx-Bauelementabschnitt 3 erreicht, durch Überwachen des DC-Stroms, der durch die NOx-Erfassungseinheit 56 erfasst ist. Die NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57 subtrahiert die Ammoniakkonzentration von der NOx-Konzentration vor der Korrektur, und berechnet die NOx-Konzentration als die NOx-Konzentration nach der Korrektur.
In 6 kann die NOx-Konzentration in den Konzentrationsbereichen, die die Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration an dem Katalysatorausgang 721 anzeigen, als die NOx-Konzentration nach der Korrektur betrachtet werden, die durch die NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57 berechnet ist. Zusätzlich kann die Ammoniakkonzentration in den Konzentrationsbereichen als die Ammoniakkonzentration angesehen werden, die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechnet ist.
Als ein Ergebnis davon, dass der Ammoniaksensor 1 der Multi-Gassensor ist, der nicht nur die Ammoniakkonzentration, sondern auch die Sauerstoffkonzentration und die NOx-Konzentration erfasst, kann eine Verwendungsanzahl von in dem Abgasrohr 71 angeordneten Gassensoren bei einer Erfassung der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration verringert werden. Zusätzlich kann die Sauerstoffkonzentration durch die Pumpstromerfassungseinheit 54 und die Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55 durch eine Verwendung der Pumpelektrode 32 und der Pumpeinheit 52 erfasst werden, die zur Erfassung der NOx-Konzentration verwendet werden.
Die Pumpeinheit 53, die Pumpstromerfassungseinheit 54 und die NOx-Erfassungseinheit 56 sind innerhalb der Sensorsteuereinheit 5 unter Verwendung eines Verstärkers oder dergleichen ausgebildet. Die Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55 und die NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57 sind innerhalb der Sensorsteuereinheit 5 unter Verwendung eines Computers oder dergleichen ausgebildet.
Hierbei sind in 1 die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51, die Pumpeinheit 53, die Pumpstromerfassungseinheit 54 und die NOx-Erfassungseinheit 56 der Einfachheit halber getrennt von der Sensorsteuereinheit 5 gezeigt. Tatsächlich sind diese Bestandteile innerhalb der Sensorsteuereinheit 5 implementiert.
(Verschlechterungsbestimmungsgerät 6)
Gemäß 1 ist das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 dazu eingerichtet, eine katalytische Leistungsfähigkeit der Ammoniakelektrode 22 in dem Ammoniakbauelementabschnitt 22 des Ammoniaksensors 1 zu überwachen. Das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 kann erfassen, dass eine Fehlfunktion in dem Ammoniaksensor 1 aufgetreten ist, falls ein durch die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 bestimmter Verschlechterungsgrad groß ist. Das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 ist in dem Ammoniaksensor 1 und der Sensorsteuereinheit 5 als eine zusätzliche Funktion ausgeführt.
Das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 verwendet das Anlegen einer DC-Spannung E in dem Ammoniaksensor 1 der Potentialunterschiedsart, der verwendet wird, ohne eine DC-Spannung anzulegen. In dem Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 werden als Folge des Anlegens der DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 die Sensorströme I1 und I2 gezwungenermaßen zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 erzeugt.
Zusätzlich bestimmt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Vorhandensein/eine Abwesenheit einer Verschlechterung, und einen Grad einer Verschlechterung in der katalytischen Leistungsfähigkeit der Ammoniakelektrode auf der Grundlage eines Ausmaßes, um das sich der zweite Sensorstrom I2 zu der Auswertungszeit im Vergleich zu dem ersten Sensorstrom I1 verringert hat, nachdem der Ammoniaksensor 1 für eine bestimmte ausgedehnte Zeitdauer verwendet wurde, vor einer Verwendung des Ammoniaksensors 1 oder zu der Anfangszeit, die die anfängliche Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors 1 ist.
(Umschalteinheit 60)
Gemäß 1 umfasst das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 eine Umschalteinheit 60 zum Verbinden der Spannungsversorgungseinheit 61 und der Stromerfassungseinheit 62, falls eine Verschlechterungsbestimmung durchgeführt wird. Die Umschalteinheit 60 ist durch einen Umschaltschaltkreis eingerichtet, der die Spannungsversorgungseinheit 61 und die Stromerfassungseinheit 62 zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 verbindet, falls das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 die Verschlechterungsbestimmung durchführt, und die Spannungsversorgungseinheit 61 und die Stromerfassungseinheit 62 von zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 trennt, falls das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 die Verschlechterungsbestimmung nicht durchführt.
(Spannungsversorgungseinheit 61 und Stromerfassungseinheit 62)
Gemäß 1 ist die Spannungsversorgungseinheit 61 dazu eingerichtet, die DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 mit der Bezugselektrode 23 als der negativen Seite anzulegen. Ein „Anlegen der DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 mit der Bezugselektrode 23 als der negativen Seite“ bedeutet, dass die Spannung angelegt ist, wobei das Potential an der Bezugselektrode 23 geringer als das Potential an der Ammoniakelektrode 22 ist.
Die Stromerfassungseinheit 62 ist dazu eingerichtet, den DC-Strom zu erfassen, der zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 fließt, falls die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E anlegt. Falls die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 den Potentialunterschied (Mischpotential) ΔV erfasst, ist die DC-Spannung E nicht zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 angelegt, und ein winziger Strom fließt zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23. Falls indessen die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 anlegt, fließt ein großer DC-Strom zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23. Die Stromerfassungseinheit 62 kann den großen DC-Strom erfassen.
(Anlegerichtung der DC-Spannung E)
Die katalytische Leistungsfähigkeit der Ammoniakelektrode 22 in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 umfasst eine Oxidationsleistungsfähigkeit von Ammoniak und eine Reduktionsleistungsfähigkeit von Sauerstoff. In dem Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hauptsächlich das Vorhandensein/die Abwesenheit einer Verschlechterung oder der Verschlechterungsgrad der Oxidationsleistungsfähigkeit von Ammoniak in der Ammoniakelektrode 22 bestimmt. Daher wird in dem Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 die Bestimmung hinsichtlich des Vorhandenseins/der Abwesenheit der Verschlechterung oder des Grads der Verschlechterung zu Zeiten, zu denen das Messgas G Ammoniak enthält, als der Anfangszeit und der Auswertungszeit durchgeführt.
Falls die Oxidationsleistungsfähigkeit von Ammoniak in der Ammoniakelektrode 22 bestimmt wird, legt die Spannungsversorgungseinheit 61 des Verschlechterungsbestimmungsgeräts 6 vorzugsweise die DC-Spannung E, die die Oxidationsreaktion befördert, zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 an. Daher legt die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 mit der Bezugselektrode 23 als der negativen Seite an. In diesem Fall werden Sauerstoffionen gezwungenermaßen von der Bezugselektrode 23, die der atmosphärischen Luft ausgesetzt ist, an die Ammoniakelektrode 22 zugeführt. Es wird gedacht, dass die Oxidationsreaktion von Ammoniak befördert wird, und ein großer Strom fließt.
Falls hierbei eine Verschlechterung in der Reduktionsleistungsfähigkeit von Sauerstoff in der Ammoniakelektrode 22 bestimmt wird, wird das Vorhandensein/die Abwesenheit einer Verschlechterung oder der Verschlechterungsgrad mit Zeiten, zu denen das Messgas G kaum Ammoniak enthält, als der Anfangszeit und der Auswertungszeit bestimmt. In diesem Fall wird gedacht, dass hinsichtlich der zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 angelegten DC-Spannung E entweder die Ammoniakelektrode 22 oder die Bezugselektrode 23 die negative Seite sein kann.
(Wirkungen von anderen Gasen)
Zusätzlich zu Sauerstoff, Ammoniak und NOx können CO (Kohlenmonoxid), HC (Kohlenwasserstoff) und dergleichen, die unverbrannte Gasbestandteile sind, in das als das Messgas G dienende Abgas eingemischt sein. Es ist bestätigt, dass das Mischpotential, das an der Ammoniakelektrode 22 erfasst wird, sich nicht nur auf der Grundlage der Ammoniakkonzentration und der Sauerstoffkonzentration ändert, sondern sich auch auf Grundlage von Konzentrationen von CO, HC und dergleichen ändert, die als andere Gase dienen. Jedoch ist es bestätigt, dass die Änderungen in dem Mischpotential aufgrund von diesen anderen Gasen kaum auftreten, falls in dem Messgas G Ammoniak enthalten ist.
Falls das Messgas G Ammoniak enthält, bestimmt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Vorhandensein/die Abwesenheit einer Verschlechterung oder des Verschlechterungsgrads des Ammoniakbauelementabschnitts 2 durch Anlegen der DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 durch die Spannungsversorgungseinheit 61. Demzufolge können die Wirkungen verringert werden, die die anderen Gase auf die Verschlechterungsbestimmung aufweisen.
(Verschlechterungsbestimmungseinheit 63)
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 führt die Bestimmung hinsichtlich einer Verschlechterung unter Berücksichtigung des Mischpotentials (des Potentialunterschieds ΔV), das zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 erzeugt ist, unmittelbar vor einem Anlegen der DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 durch die Spannungsversorgungseinheit 61 durch.
Insbesondere bestimmt gemäß 10 die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den ersten Auswertungswert H1 auf der Grundlage eines ersten Unterschieds ΔE und des ersten Sensorstroms I1. Der erste Unterschied ΔE wird erlangt, indem ein erfasster Spannungswert von einem angelegten Spannungswert subtrahiert wird. Der angelegte Spannungswert ist die DC-Spannung E, die durch die Spannungsversorgungseinheit 61 zu der Anfangszeit angelegt ist. Der erfasste Spannungswert ist der Potentialunterschied ΔV, der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 unmittelbar vor Anlegen der DC-Spannung E durch die Spannungsversorgungseinheit 61 zu der Anfangszeit erfasst ist.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bestimmt den ersten Auswertungswert H1 als einen Gradienten θ1 (I1 / ΔE), der durch Dividieren des ersten Sensorstroms I1 durch den ersten Unterschied ΔE erlangt ist. Der Gradient θ1 ist als θ1 = I1 / (E - ΔV) bestimmt.
Zusätzlich bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den zweiten Auswertungswert H2 auf der Grundlage eines zweiten Unterschieds ΔE und des zweiten Sensorstroms 12. Der zweite Unterschied ΔE wird durch Subtrahieren eines erfassten Spannungswerts von einem angelegten Spannungswert erlangt. Der angelegte Spannungswert ist die DC-Spannung E, die durch die Spannungsversorgungseinheit 61 zu der Auswertungszeit angelegt wird. Der erfasste Spannungswert ist der Potentialunterschied ΔV, der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 unmittelbar vor einem Anlegen der DC-Spannung E zu der Auswertungszeit durch die Spannungsversorgungseinheit 61 erfasst ist. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bestimmt den zweiten Auswertungswert H2 als einen Gradienten θ2 (I2 / ΔE), der durch Dividieren des zweiten Sensorstroms I2 durch den zweiten Unterschied ΔE erlangt ist. Der Gradient θ2 ist als θ2 = I2 / (E - ΔV) bestimmt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die DC-Spannung E angelegt, bei der die Ammoniakelektrode 22 die positive Seite ist. Daher ist der erste Unterschied (zweiter Unterschied) ΔE (= E - ΔV) eine Summe der DC-Spannung E, die ein positiver Bestandteil ist, und einem Absolutwert des Potentialunterschieds ΔV, der ein negativer Bestandteil ist.
Der Potentialunterschied ΔV wird bei der Bestimmung des zweiten Auswertungswerts H2 vorzugsweise so identisch wie möglich zu dem Potentialunterschied ΔV bei der Bestimmung des ersten Auswertungswerts H1 gestaltet. Das heißt, als ein Ergebnis dessen, dass die Anfangszeit und die Auswertungszeit auf Zeiten eingestellt sind, zu denen die Ammoniakkonzentrationen im Wesentlichen identisch sind, kann verhindert werden, dass sich ein Unterschied zwischen den Ammoniakkonzentrationen als ein Unterschied zwischen dem ersten Sensorstrom I1 und dem zweiten Sensorstrom I2 manifestiert.
Um die Ammoniakkonzentrationen in dem Messgas G so identisch wie möglich zu gestalten, können zusätzlich die Anfangszeit und die Auswertungszeit auf Zeiten eingestellt sein, zu denen die Betriebsbedingungen der internen Brennkraftmaschine 7 und der Betriebszustand des Reduktionsmittelzufuhrgeräts 73 so identisch wie möglich sind. Beispielsweise können die Anfangszeit und die Auswertungszeit auf eine Kraftstoffunterbrechungszeit der internen Brennkraftmaschine 7 oder auf eine Zeit eingestellt sein, zu der eine vorbestimmte Menge eines wässrigen Harnstoffs von dem Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 während eines Leerlaufs eingesprüht wird.
Der erste Sensorstrom I1 kann ein Stromwert sein, der durch eine Konvergenz erlangt ist, falls die DC-Spannung E angelegt wird. Wahlweise kann der erste Sensorstrom I1 auch ein maximaler Stromwert sein, der instantan beim Anlegen der DC-Spannung E erfasst wird. Dies trifft in gleicher Weise für den zweiten Sensorstrom I2 zu.
10 zeigt eine Weise, durch die der erste Auswertungswert H1 und der zweite Auswertungswert H2 verglichen werden. In 10 ist der Potentialunterschied [V] der Ammoniakelektrode 22 in Bezug auf die Bezugselektrode 23 auf einer horizontalen Achse aufgezeichnet. Ein zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 erzeugter Sensorstrom [mA] ist auf einer vertikalen Achse aufgezeichnet. 10 zeigt den Gradienten θ1, der als ein erster Auswertungswert H1 dient, und den Gradienten θ2, der als der zweite Auswertungswert H2 dient.
Falls an der Bezugselektrode 23 das Potential 0 V ist, wird in der Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 das Potential an der Ammoniakelektrode 22 als eine negative Spannung ausgegeben. Zusätzlich legt die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E derart an, dass das Potential an der Ammoniakelektrode 22 ein positives Potential ist. In 10 ist die DC-Spannung E, die durch die Spannungsversorgungseinheit 61 angelegt ist, als ein angelegter Spannungswert angegeben.
Falls zu der Auswertungszeit kaum eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist, ist der Gradient θ2, der als der zweite Auswertungswert H2 dient, im Wesentlichen zu dem Gradienten θ1 identisch, der als der erste Auswertungswert H1 dient. Als ein Ergebnis kann die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 bestimmen, dass kaum eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist. Falls indessen zu der Auswertungszeit eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist, ist der als der zweite Auswertungswert H2 dienende Gradient θ2 kleiner als der als der erste Auswertungswert H1 dienende Gradient θ1. Infolgedessen kann die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 bestimmen, dass eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist.
Ein Grund für die Verwendung der Gradienten θ1 und θ2 als die Auswertungswerte H1 und H2 beruht auf der nachstehenden Betrachtung. Das heißt, falls gemäß 10 eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist, wird der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 erfasste Potentialunterschied ΔV zu der Auswertungszeit derart ausgegeben, dass er geringer als der Potentialunterschied ΔV bei der tatsächlichen Ammoniakkonzentration ist. Ursprünglich wurde angenommen, dass der durch die Stromerfassungseinheit 62 erfasste Sensorstrom I2 einen größeren Wert als ein Ergebnis der tatsächlichen Ammoniakkonzentration anzeigt, falls die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 anlegt,
Als ein Ergebnis davon, dass als die Auswertungswerte die Gradienten θ1 und θ2 eingestellt sind, die durch Dividieren der Sensorströme I1 und I2 durch den zweiten Unterschied ΔE zwischen der angelegten Spannung, die die DC-Spannung E ist, und dem erfassten Spannungswert erlangt werden, der der Potentialunterschied ΔV ist, kann daher eine Erfassungsgenauigkeit der Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 hinsichtlich einer Verschlechterung verbessert werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Auswertungswerte H1 und H2 bestimmt, bei denen die Größe des Mischpotentials unmittelbar vor dem Anlegen der DC-Spannung E und der Unterschied der Ammoniakkonzentrationen zu der Anfangszeit und zu der Auswertungszeit berücksichtigt wird. Demzufolge kann eine Genauigkeit der Bestimmung hinsichtlich einer Verschlechterung des Ammoniakbauelementabschnitts 2 verbessert werden.
Die Anfangszeit kann derart eingestellt sein, dass sie unmittelbar nach einer Verwendung des Ammoniaksensors 1 tatsächlich gestartet wird, oder innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nach einer Verwendung gestartet wird. Die Auswertungszeit kann als eine vorbestimmte Einstellzeitdauer eingestellt sein, während der die Anwesenheit/die Abwesenheit oder der Grad einer Verschlechterung des Ammoniakbauelementabschnitts 2 auszuwerten ist.
Die Verschlechterungsbestimmung kann durch die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 zu der Auswertungszeit durchgeführt werden. Zusätzlich kann zu der Auswertungszeit die Stromerfassungseinheit 62 den zweiten Sensorstrom I2 erfassen, und nachfolgend auf die Auswertungszeit kann die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den ersten Auswertungswert H1 und den zweiten Auswertungswert H2 vergleichen, und die Verschlechterungsbestimmung des Ammoniakbauelementabschnitts 2 durchführen.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 kann den Grad einer Verschlechterung des Ammoniakbauelementabschnitts 2 durch einen Grad einer Reduktion des zweiten Auswertungswerts H2 hinsichtlich des ersten Auswertungswerts H1 erfassen. Falls zusätzlich eine Abnahmerate des zweiten Auswertungswerts H2 in Bezug auf den ersten Auswertungswert H1 eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, kann die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 erfassen, dass eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist.
Darüber hinaus kann gemäß 11 die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den ersten Auswertungswert H1 auf der Grundlage einer Fläche S1 bestimmen, die durch Multiplizieren des ersten Unterschieds ΔE und des ersten Sensorstroms I1 erlangt ist. Zusätzlich kann die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den zweiten Auswertungswert H2 auf der Grundlage einer Fläche S2 bestimmen, die durch Multiplizieren des zweiten Unterschieds ΔE und des zweiten Sensorstroms I2 erlangt ist. Hierbei können die Flächen S1 und S2 jeweils 1/2 der Produkte der Unterschiede ΔE und der Sensorströme I1 und I2 sein. Zusätzlich können durch eine Verwendung der Unterschiede ΔE und der Sensorströme I1 und I2 der erste Auswertungswert H1 und der zweite Auswertungswert H2 auch auf der Grundlage von anderen Kriterien als den Gradienten θ1 und θ2 oder den Flächen S1 und S2 bestimmt sein.
Zusätzlich kann die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 auch eine Vielzahl von zweiten Auswertungswerten H2 zu einer Vielzahl von Zeitpunkten, zu denen die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechneten Ammoniakkonzentrationen abweichen, als den Auswertungszeiten bestimmen. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 kann danach aufeinanderfolgend den ersten Auswertungswert H1 und jeden der Vielzahl von zweiten Auswertungswerten H2 vergleichen, und das Vorhandensein/die Abwesenheit oder den Grad einer Verschlechterung des Ammoniakbauelementabschnitts 2 bestimmen. In diesem Fall kann eine Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung weiter verbessert werden.
Die Spannungsversorgungseinheit 61, die Stromerfassungseinheit 62 und die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 sind innerhalb der Sensorsteuereinheit 5 ausgebildet. Die Spannungsversorgungseinheit 61 ist unter Verwendung einer DC-Stromversorgung oder dergleichen eingerichtet. Die Stromerfassungseinheit 62 ist unter Verwendung eines Verstärkers oder dergleichen ausgebildet, der den Strom misst, der zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 fließt. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 ist unter Verwendung eines Computers oder dergleichen ausgebildet.
(Einstellung von Zeitabläufen, zu denen die Verschlechterungsbestimmung durchzuführen ist)
In der Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 ist die Anfangszeit derart eingestellt, dass sie sich innerhalb der Anfangszeitdauer einer Verwendung des Ammoniaksensors 1 befindet, und falls die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechnete Ammoniakkonzentration eine Konzentration ist, die die Erfassung von Ammoniak anzeigt. Zusätzlich ist die Auswertungszeit in der Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 derart eingestellt, dass sie auf die Anfangszeitdauer einer Verwendung des Ammoniaksensors 1 nachfolgt, und falls die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechnete Ammoniakkonzentration eine Konzentration ist, die die Erfassung von Ammoniak anzeigt. Falls die Konzentrationsbereiche, die die Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration in 6 anzeigen, verwendet werden, sind die Anfangszeit und die Auswertungszeit auf Zeiten eingestellt, zu denen sich die Beziehung in dem zweiten Konzentrationsbereich N2 oder dem dritten Konzentrationsbereich N3 befindet.
Der Ammoniaksensor der Mischpotentialart 1 weist eine Eigenschaft dahingehend auf, dass das durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 erfasste Mischpotential mit steigender Ammoniakkonzentration in dem Messgas G leicht gesättigt ist und das Mischpotential sich nicht leicht ändert. Falls die Ammoniakkonzentration in dem Messgas G gering ist, kann ein leichter Unterschied in der Ammoniakkonzentration leicht als eine Änderung des Mischpotentials ausgegeben werden. Falls im Gegensatz dazu die Ammoniakkonzentration in dem Messgas G groß wird, ist es nicht leicht, die Änderung als eine Änderung des Mischpotentials auszugeben, auch falls sich die Ammoniakkonzentration signifikant ändert.
Falls die Ammoniakkonzentration in dem Messgas G groß wird, wird gemäß 8 der Gradient einer ersten Linie L1 steil, der die Oxidationsreaktion von Ammoniak anzeigt. Zusätzlich verringert sich mit steilerem Gradienten der ersten Linie L1 die Änderungsmenge des Potentialunterschieds ΔV, während der Potentialunterschied ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 ansteigt.
Im Allgemeinen nimmt eine Erfassungsgenauigkeit hinsichtlich der Ammoniakkonzentration mit abnehmender Ammoniakkonzentration zu. Falls daher die Erfassungsgenauigkeit hinsichtlich der Ammoniakkonzentration berücksichtigt wird, ist daher ein Bereich der Ammoniakkonzentration, über den die Verschlechterungsbestimmung durch das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 durchgeführt wird, vorzugsweise derjenige, zu dem die Ammoniakkonzentration mit einer Konzentration erfasst wird, die nicht übermäßig hoch ist.
Die Anfangszeit und die Auswertungszeit können auf eine Zeit eingestellt sein, zu der das Ammoniak mit einer geeigneten Konzentration in dem Ammoniaksensor 1 erfasst wird. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 kann die Anfangszeit und die Auswertungszeit unter einer Bedingung bestimmen, dass die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechnete Ammoniakkonzentration eine Konzentration ist, die die Erfassung von Ammoniak anzeigt, und eine Konzentration ist, die kleiner oder gleich 200 [ppm] ist. In diesem Fall kann die Genauigkeit der Bestimmung durch das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 verbessert werden. Beispielsweise kann die Konzentration, die die Erfassung von Ammoniak anzeigt, auf 5 [ppm] eingestellt sein.
12 zeigt Wirkungen auf einen Verschlechterungsberechnungsfehler, der durch Unterschiede in der Größe der Ammoniakkonzentration verursacht ist, die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechnet ist. Der Verschlechterungsberechnungsfehler ist ein Fehler, der in der Berechnung des Grads einer Verschlechterung (Verschlechterungsmenge) des Ammoniakbauelementabschnitts 2 durch die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 auftritt. Der Verschlechterungsberechnungsfehler bezieht sich auf eine Fehlerabweichung, die in einem Wert auftritt, der als die Verschlechterungsmenge berechnet ist, falls sich die Ammoniakkonzentration um 10 [%] verändert.
Um zusätzlich die Fehlerabweichung der Verschlechterungsmenge, die bei einer Berechnung des Verschlechterungsgrads zulässig ist, auf kleiner oder gleich 40 [%] einzustellen, muss die Ammoniakkonzentration kleiner oder gleich 200 [ppm] sein. Hierbei beruht ein Grund für eine Einstellung einer Abweichungsmenge der Ammoniakkonzentration auf 10 [%] darauf, dass die Erfassungsgenauigkeit des Ammoniaksensors 1 hinsichtlich der Ammoniakkonzentration auf ±10 [%] angenommen wird.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 kann die Anfangszeit und die Auswertungszeit zur Bestimmung des Vorhandenseins/der Abwesenheit und des Grads der Verschlechterung des Ammoniakbauelementabschnitts 2 in einer folgenden Weise einstellen.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 kann als eine Bedingung die Anfangszeit und die Auswertungszeit mit einer Zeitdauer bestimmen, während der das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 den Katalysator 72 mit dem Reduktionsmittel K versorgt. Falls das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 den Katalysator 72 mit dem Reduktionsmittel K versorgt, wird in dem Katalysator 72 eine Erhöhung von Ammoniak angenommen, das nicht zum Reduzieren von NOx verwendet wird. In diesem Fall wird angenommen, dass Ammoniak in dem Ammoniaksensors 1 erfasst wird. Daher können die Anfangszeit und die Auswertungszeit auf diese Zeitdauer eingestellt sein.
Zusätzlich kann die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 als eine Bedingung auch die Anfangszeit und die Auswertungszeit mit einer Zeitdauer bestimmen, während der die interne Brennkraftmaschine 7 einen Kraftstoffunterbrechungsbetrieb durchführt und das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 das Reduktionsmittel K zuführt. Während einer Kraftstoffunterbrechung ist die Verbrennung von Kraftstoff in der internen Brennkraftmaschine 7 gestoppt, und es tritt kaum eine Abgabe von NOx von der internen Brennkraftmaschine 7 zu dem Abgasrohr 7 auf.
Darüber hinaus ist der Katalysator mit dem in der atmosphärischen Luft enthaltenen Sauerstoff befüllt. Falls in diesem Zustand das als das Reduktionsmittel K dienende Ammoniak von dem Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 an den Katalysator 72 zugeführt wird, erreicht das Ammoniak von dem Katalysator 72 leicht den Ammoniaksensor 1. Daher können die Anfangszeit und die Auswertungszeit in dieser Zeitdauer eingestellt sein.
Eine NOx-Abgabemenge zu dem Abgasrohr 71 ändert sich geeignet auf der Grundlage einer Drehzahl, einer Kraftstoffeinspritzmenge, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dergleichen der internen Brennkraftmaschine 7.
Falls sich im Allgemeinen die Drehzahl der internen Brennkraftmaschine erhöht, wird die Kraftstoffeinspritzmenge geeignet verringert, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis befindet sich in Bezug auf ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem mageren Zustand, und die NOx-Abgabemenge erhöht sich. Zusätzlich wird der Betrieb der internen Brennkraftmaschine 7 durchgeführt, und eine Beziehungskarte der Drehzahl, der Kraftstoffeinspritzmenge, des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und dergleichen der internen Brennkraftmaschine und der NOx-Abgabemenge ist erzeugt. Darüber hinaus wird hinsichtlich der NOx-Abgabemenge auch ein Verhältnis von NO und NO₂ in dem Abgas berücksichtigt.
Nachdem der Betrieb der internen Brennkraftmaschine 7 gestartet ist, wird bei Bestimmung der Anfangszeit oder der Auswertungszeit zusätzlich die Drehzahl, die Kraftstoffeinspritzmenge, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dergleichen der internen Brennkraftmaschine zu einer gegenwärtigen Zeit mit der Beziehungskarte zusammengetragen. Es wird die NOx-Abgabemenge ausgelesen, die das Verhältnis von NO und NO₂ berücksichtigt. Es wird eine theoretische Ammoniakmenge zum Reduzieren des NOx bestimmt.
Darüber hinaus wird durch das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 zu der gegenwärtigen Zeit eine erzeugte Menge eines erzeugten Ammoniaks aus einer Einspritzmenge von wässrigem Harnstoffs bestimmt. Falls nachfolgend die Menge von erzeugtem Ammoniak um eine Menge, die größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, größer als die theoretische Menge von Ammoniak ist, kann die Anfangszeit und die Auswertungszeit eingestellt sein.
(Verschlechterungsbestimmungsverfahren)
Nachstehend ist ein Beispiel eines Verfahrens zur Durchführung einer Verschlechterungsbestimmungssteuerung unter Verwendung des Verschlechterungsbestimmungsgeräts 6 unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme in 13 und 14 beschrieben.
Falls der Verbrennungsbetrieb der internen Brennkraftmaschine 7 gestartet ist, werden der Ammoniaksensor 1, das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73, das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 und dergleichen betrieben. In dem Ammoniaksensor 1 erfasst die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 den Potentialunterschied ΔV, der zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 erzeugt ist. Zusätzlich erfasst die Pumpstromerfassungseinheit 54 den zwischen der Pumpelektrode 32 und der anderen Bezugselektrode 34 fließenden DC-Strom.
Darüber hinaus berechnet die Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55 die Sauerstoffkonzentration in dem Messgas G auf der Grundlage des durch die Pumpstromerfassungseinheit 54 erfassten DC-Stroms. Zusätzlich berechnet die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 die Ammoniakkonzentration in dem Messgas G auf der Grundlage des durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 erfassten Potentialunterschieds ΔV. Darüber hinaus korrigiert die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 die Ammoniakkonzentration auf der Grundlage der durch die Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit 55 berechneten Sauerstoffkonzentration.
Um einen Fall auszuwählen, in dem Ammoniak durch den Ammoniaksensor 1 erfasst wird, bestimmt als Nächstes das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6, ob der Verbrennungszustand der internen Brennkraftmaschine 7 der Kraftstoffunterbrechungszustand ist und das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 eine vorbestimmte Menge von wässrigem Harnstoff einspritzt (Schritt S101 in 13). Hierbei können bei dieser Bestimmung verschiedene vorstehend beschriebene andere Verfahren verwendet werden, um den Fall auszuwählen, in dem Ammoniak erfasst wird.
Falls der Verbrennungszustand der internen Brennkraftmaschine der Kraftstoffunterbrechungszustand ist, und das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 die vorbestimmte Menge von wässrigem Harnstoff einspritzt, erkennt nachfolgend das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 die Anfangszeit für die Verschlechterungsbestimmung (S102). Nachfolgend erfasst zu der Anfangszeit die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 den Potentialunterschied ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 als den erfassten Spannungswert (Schritt S103).
Als Nächstes legt die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E eines vorbestimmten angelegten Spannungswerts zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 an. Die Stromerfassungseinheit 62 erfasst den zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 fließenden DC-Strom als den ersten Sensorstrom I1 (Schritt S104). Nachfolgend bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den ersten Unterschied Δ1, der durch Subtrahieren des erfassten Spannungswerts von dem angelegten Spannungswert erlangt wird. Zusätzlich dividiert die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den ersten Sensorstrom I1 durch den ersten Unterschied ΔE, und bestimmt den ersten Auswertungswert H1 (Schritt S105).
Hierbei kann der erste Auswertungswert H1 in dem Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 als einer Karteneinheit 59 als ein Wert gespeichert werden, der Ammoniaksensoren 1 einer identischen Spezifikation gemein ist. Ein Fall, in dem diese Karteneinheit 59 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist nachstehend beschrieben. Zusätzlich zeigt „a“ in 13 an, dass das Ablaufdiagramm bei „a“ in 14 fortgesetzt wird.
Um zu erfassen, dass der Ammoniaksensor 1 für eine vorbestimmte Zeitdauer verwendet wurde, bestimmt als Nächstes das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6, ob eine Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors 1 eine vorbestimmte Verschlechterungsbestimmungszeitdauer durchlaufen hat (Schritt S106 in 14). Die Bestimmung hinsichtlich der Verschlechterungsbestimmungszeitdauer kann basierend darauf bestimmt werden, ob eine Fahrstrecke eines Fahrzeugs eine vorbestimmte Fahrstrecke erreicht hat. Falls zusätzlich die Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors 1 die vorbestimmte Verschlechterungsbestimmungszeitdauer überschreitet, bestimmt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6, ob der Verbrennungszustand der internen Brennkraftmaschine 7 der Kraftstoffunterbrechungszustand ist und das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 die vorbestimmte Menge von wässrigem Harnstoff einspritzt (Schritt S107).
Falls nachfolgend der Verbrennungszustand der internen Brennkraftmaschine 7 der Kraftstoffunterbrechungszustand ist, und das Reduktionsmittelzufuhrgerät 73 die vorbestimmte Menge von wässrigem Harnstoff einspritzt, erkennt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 die Auswertungszeit für die Verschlechterungsbestimmung (Schritt S108). Als ein Ergebnis einer Erkennung der Auswertungszeit kann die Ammoniakkonzentration in dem Messgas G zu der Auswertungszeit im Wesentlichen identisch zu der Ammoniakkonzentration sein, zu der der erste Auswertungswert H1 zu der Anfangszeit bestimmt ist.
Nachfolgend erfasst die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 zu der Auswertungszeit den Potentialunterschied ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 als den erfassten Spannungswert (Schritt S109).
Nachfolgend legt die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E des vorbestimmten angelegten Spannungswerts zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 an. Die Stromerfassungseinheit 62 erfasst den zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 fließenden DC-Strom als den zweiten Sensorstrom I2 (Schritt S110).
Als Nächstes bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den zweiten Unterschied ΔE, der durch Subtrahieren des erfassten Spannungswerts von dem angelegten Spannungswert erlangt ist. Zusätzlich dividiert die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den zweiten Sensorstrom I2 durch den zweiten Unterschied ΔE, und bestimmt den zweiten Auswertungswert H2 (Schritt S111).
Als Nächstes vergleicht die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den auf dem ersten Auswertungswert H1 basierenden Gradienten θ1 und den auf dem zweiten Auswertungswert H2 basierenden Gradienten θ2, und bestimmt, ob der auf dem zweiten Auswertungswert H2 basierende Gradient θ2 um eine einen vorbestimmten Wert überschreitende Menge kleiner als der auf dem ersten Auswertungswert H1 basierende Gradient θ1 ist (Schritt S112).
Falls der auf dem zweiten Auswertungswert H2 basierende Gradient θ2 um eine den vorbestimmten Wert überschreitende Menge kleiner als der auf dem ersten Auswertungswert H1 basierende Gradient θ1 ist, erfasst die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63, dass eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist (Schritt S113).
Hierbei ist der vorbestimmte Wert ein Schwellwert zur Bestimmung einer Verschlechterung, und kann je nach Bedarf auf der Grundlage der Einstellung des Verschlechterungsgrads geändert werden, falls eine Verschlechterung erfasst wird. Anstelle eines Erfassens des Vorhandenseins/der Abwesenheit einer Verschlechterung oder zusätzlich zu der Erfassung des Vorhandenseins/der Abwesenheit einer Verschlechterung, kann zusätzlich eine Verschlechterungsrate erfasst werden, die ein Ausmaß angibt, um das der auf dem zweiten Auswertungswert H2 basierende Gradient kleiner als der auf dem ersten Auswertungswert H1 basierende Gradient ist.
Falls der auf dem zweiten Auswertungswert H2 basierende Gradient θ2 nicht um eine den vorbestimmten Wert überschreitende Menge kleiner als der auf dem ersten Auswertungswert H1 basierende Gradient θ1 ist, bestimmt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6, ob ein Signal zum Beenden einer Steuerung des Ammoniaksensors 1 vorhanden ist (Schritt S114). Falls das Signal zum Beenden einer Steuerung vorhanden ist, beendet das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 eine Steuerung des Ammoniaksensors 1. Falls indessen das Signal zum Beenden einer Steuerung nicht vorhanden ist, kehrt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 zu Schritt S106 zurück, und führt wiederholt die Schritte S106 bis S114 wiederum auf der Grundlage der Fahrstrecke des Fahrzeugs oder dergleichen aus.
Falls hierbei das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 zu Schritt S106 zurückkehrt, kann die Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors 1 zurückgesetzt werden. In diesem Fall befindet sich bei Schritt S106 der Bestimmungsvorgang hinsichtlich einer Verschlechterung in Bereitschaft, bis die Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors 1 wieder die Verschlechterungsbestimmungszeitdauer überschreitet. In diesem Fall kann der Bestimmungsvorgang hinsichtlich einer Verschlechterung jedes Mal durchgeführt werden, falls eine vorbestimmte Fahrstrecke durchlaufen ist.
Zusätzlich kann die vorbestimmte Verschlechterungsbestimmungszeitdauer bei einem Zurückkehren des Verschlechterungsbestimmungsgeräts 6 zu Schritt S106 auch kürzer als die Verschlechterungsbestimmungszeitdauer während einer Bestimmung bei einem ersten Schritt S106 eingestellt sein.
(Arbeitswirkungen)
Das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 für den Ammoniaksensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in dem Ammoniaksensor 1 einer Mischpotentialart verwendet. Das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 bestimmt unter Verwendung der zu dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 infolge eines Anlegens der DC-Spannung E fließenden Sensorströme I1 und I2, ob eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 des Ammoniaksensors 1 aufgetreten ist.
Das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 umfasst die Spannungsversorgungseinheit 61, die Stromerfassungseinheit 62 und die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63. In der Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 werden zu der Anfangszeit, die die Anfangszeitdauer einer Verwendung des Ammoniaksensors 1 ist, und zu der Auswertungszeit, die auf die anfängliche (bzw. initiale) Verwendungszeitdauer nachfolgt, die bei Anlegen der DC-Spannung E derselben Größe erlangten Sensorströme erfasst und verglichen. Es wird zu der Auswertungszeit oder nachfolgend auf die Auswertungszeit bestimmt, ob eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist.
Bei Verwendung zur Erfassung der Ammoniakkonzentration wird der Ammoniaksensor der Mischpotentialart 1 gewöhnlich verwendet, ohne dass eine Spannung zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 angelegt ist. Zu dieser Zeit fließt dazwischen ein winziger Strom für eine Erfassung des Potentialunterschieds ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23.
Zusätzlich tritt zu der Anfangszeit und zu der Auswertungszeit bei einem Anlegen der DC-Spannung E durch die Spannungsversorgungseinheit 61 zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 plötzlich eine Bewegung von Sauerstoffionen (Oxidionen) zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 durch den ersten Festelektrolyten 21 auf. Die Sensorströme I1 und I2 fließen zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23.
Infolge des Anlegens der DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 durch die Spannungsversorgungseinheit 61, kann eine Leistungsfähigkeit des Ammoniakbauelementabschnitts 2 in den Größen der Sensorströme I1 und I2 widergespiegelt werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird insbesondere zur Bestimmung des Vorhandenseins/der Abwesenheit oder des Grads einer Verschlechterung der Oxidationsleistungsfähigkeit von Ammoniak die DC-Spannung E an die Ammoniakelektrode 22 derart, dass die Bezugselektrode 23 die negative Seite ist, als einer Richtung angelegt, die die Oxidationsreaktion von Ammoniak in einem Zustand befördert, in dem das Messgas G Ammoniak enthält.
Insbesondere in Fällen, in denen eine Verschlechterung der Ammoniakelektrode 22 als Ergebnis einer Vergiftung oder dergleichen aufgetreten ist, ist infolgedessen der zweite Sensorstrom I2 zu der Auswertungszeit kleiner als der erste Auswertungsstrom I1 zu der Anfangszeit. Als ein Ergebnis einer Erkennung des Ausmaßes einer Änderung des auf dem zweiten Sensorstrom I2 basierenden zweiten Auswertungswerts H2 im Vergleich zu dem auf dem ersten Sensorstrom I1 basierenden ersten Auswertungswert H1 kann daher in der Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 geeignet bestimmt werden, ob eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist.
Unter Verwendung des Verschlechterungsbestimmungsgeräts 6 für den Ammoniaksensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann folglich geeignet bestimmt werden, ob eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 des Ammoniaksensors der Mischpotentialart 1 aufgetreten ist.
<Zweites Ausführungsbeispiel>
Gemäß einem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nachstehend ein Fall beschrieben, in dem der erste Auswertungswert H1 zu der Anfangszeit auf der Grundlage einer in dem Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 gespeicherten Beziehungskarte M bestimmt wird.
Gemäß 1 und 15 umfasst das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Karteneinheit 59, in der die Beziehung zwischen dem Potentialunterschied ΔV und dem ersten Auswertungswert H1 als die Beziehungskarte M bestimmt ist. Die Beziehungskarte M ist auf der Grundlage der ersten Auswertungswerte H1 in einer Vielzahl von Fällen erzeugt, in denen der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 erfasste Potentialunterschied ΔV während eines Testens vor einer tatsächlichen Benutzung des Ammoniaksensors 1 als der Anfangszeit des Ammoniaksensors 1 abweicht.
Während eines Testens des Ammoniaksensors 1 legt die Spannungsversorgungseinheit 61 bei einem Erzeugen der Beziehungskarte M die DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 an, und misst den ersten Sensorstrom I1 für die Vielzahl von Fällen, in denen der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 erfasste Potentialunterschied ΔV abweicht. Nachfolgend wird für jeden Potentialunterschied ΔV der erste Auswertungswert H1 unter Verwendung des erfassten Spannungswerts, der der Potentialunterschied ΔV ist, der angelegte Spannungswert, der die DC-Spannung E ist, und der gemessene erste Sensorstrom I1 bestimmt. In dieser Weise wird eine Regressionsanalyse oder dergleichen für jeden Potentialunterschied ΔV und jeden ersten Auswertungswert H1 durchgeführt, und die Beziehungskarte M wird bestimmt.
Unmittelbar bevor die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E zu der Auswertungszeit anlegt, trägt gemäß 15 die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 erfassten Potentialunterschied ΔV mit der Beziehungskarte M zusammen, und liest den ersten Auswertungswert H1 bei dem Potentialunterschied ΔV aus der Beziehungskarte M aus. Der erste Auswertungswert H1 ist derjenige, der hinsichtlich des Ammoniakbauelementabschnitts 2 bestimmt ist, in dem keine Verschlechterung aufgetreten ist.
Zusätzlich vergleicht die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den ersten Auswertungswert H1 und den zweiten Auswertungswert H2 auf der Grundlage des zweiten Sensorstroms 12, und bestimmt das Vorhandensein/die Abwesenheit oder den Grad einer Verschlechterung des Ammoniakbauelementabschnitts 2 auf der Grundlage des Ausmaßes einer Änderung des zweiten Auswertungswerts H2 im Vergleich zu dem ersten Auswertungswert H1.
Die Beziehungskarte M kann auch als eine Beziehung zwischen dem Potentialunterschied ΔV und dem ersten Sensorstrom I1 bestimmt sein. In diesem Fall trägt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den Potentialunterschied ΔV mit der Beziehungskarte M zusammen, und liest den ersten Sensorstrom I1 bei dem Potentialunterschied ΔV. Nachfolgend bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den ersten Auswertungswert H1 unter Verwendung des ersten Sensorstroms I1, den erfassten Spannungswert, der der Potentialunterschied ΔV ist, und den angelegten Spannungswert, der die DC-Spannung E ist.
Die Beziehungskarte M kann zusätzlich auch als eine Beziehung zwischen der durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechneten Ammoniakkonzentration und dem ersten Sensorstrom I1 oder dem ersten Auswertungswert H1 bestimmt sein. Als die Ammoniakkonzentration kann entweder die Ammoniakkonzentration vor einer Korrektur auf der Grundlage der Sauerstoffkonzentration oder die Ammoniakkonzentration sein, die auf der Grundlage der Sauerstoffkonzentration korrigiert ist. Als ein Ergebnis einer Verwendung der auf der Grundlage der Sauerstoffkonzentration korrigierten Ammoniakkonzentration kann eine Bestimmungsgenauigkeit in Bezug auf eine Verschlechterung verbessert werden.
(Verschlechterungsbestimmungsverfahren)
Nachstehend ist ein Verfahren zur Durchführung einer Verschlechterungsbestimmungssteuerung unter Verwendung des Verschlechterungsbestimmungsgeräts 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm gemäß 16 beschrieben.
Falls die Beziehungskarte M des Potentialunterschieds und des ersten Auswertungswerts H1 bestimmt ist, legt die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 an, und die Stromerfassungseinheit 62 erfasst den ersten Sensorstrom I1 zu einer Vielzahl von Zeitpunkten, zu denen die durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 erfassten Potentialunterschiede ΔV geeignet abweichen. Die angelegte DC-Spannung E ist zu allen Zeiten festgelegt, zu denen die Potentialunterschiede ΔV einer Vielzahl von Größen erfasst werden.
Hinsichtlich der jeweiligen ersten Sensorströme I1 wird zusätzlich bei einer Erfassung der Potentialunterschiede ΔV einer Vielzahl von Größen jeder erste Sensorstrom I1 durch den ersten Unterschied ΔE geteilt, der durch Subtrahieren des erfassten Spannungswerts, der der erfasste Spannungsunterschied ΔV ist, von dem angelegten Spannungswert erlangt ist, der die angelegte DC-Spannung E ist, und der Gradient θ1 wird bestimmt, der als der erste Auswertungswert H1 dient. Darüber hinaus wird ein Beziehungsausdruck, der durch eine Regressionsanalyse oder dergleichen erzeugt ist, für die Beziehung zwischen jedem Potentialunterschied ΔV und jedem ersten Auswertungswert H1 durchgeführt. Der Beziehungsausdruck wird als die Beziehungskarte M gespeichert.
Um zu erfassen, dass der Ammoniaksensor 1 bei einer Verwendung des Ammoniaksensors 1 über eine vorbestimmte Zeitdauer verwendet ist, wird als Nächstes bestimmt, ob die Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors 1 die vorbestimmte Verschlechterungsbestimmungszeitdauer durchlaufen hat (Schritt S201 in 16). Die Bestimmung hinsichtlich der Verschlechterungsbestimmungszeitdauer kann auf der Grundlage bestimmt sein, ob die Fahrstrecke des Fahrzeugs eine vorbestimmte Fahrstrecke erreicht hat.
Falls die Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors 1 die vorbestimmte Verschlechterungsbestimmungszeitdauer durchlaufen hat, bestimmt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 zusätzlich, ob sich die Beziehung zwischen der durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit 52 berechneten Ammoniakkonzentration und der durch die NOx-Konzentrationsberechnungseinheit 57 berechneten NOx-Konzentration nach einer Korrektur in dem dritten Konzentrationsbereich N3 befindet, um einen Fall auszuwählen, in dem Ammoniak durch den Ammoniaksensor 1 erfasst wird (Schritt S202). Hierbei können bei dieser Bestimmung verschiedene vorstehend beschriebene andere Verfahren zur Auswahl des Falls verwendet werden, in dem Ammoniak erfasst wird.
Falls sich die Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und der NOx-Konzentration nach der Korrektur sich in dem dritten Konzentrationsbereich N3 befindet, erkennt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 die Auswertungszeit für die Verschlechterungsbestimmung (Schritt S203).
Nachfolgend erfasst zu der Auswertungszeit die
Potentialunterschiedserfassungseinheit 51 den Potentialunterschied ΔV zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 als den erfassten Spannungswert (Schritt S204).
Als Nächstes trägt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 den Potentialunterschied ΔV mit der Beziehungskarte M zusammen, und liest den als der erste Auswertungswert H1 dienenden Gradienten θ1 zu der Anfangszeit bei dem Potentialunterschied ΔV aus der Beziehungskarte M aus (Schritt S205).
Als Nächstes legt die Spannungsversorgungseinheit 61 die DC-Spannung E eines vorbestimmten angelegten Spannungswerts zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 an. Die Stromerfassungseinheit 62 erfasst als den zweiten Sensorstrom I2 den DC-Strom, der zwischen der Ammoniakelektrode 22 und der Bezugselektrode 23 fließt (Schritt S206).
Als Nächstes bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den zweiten Unterschied ΔE, der durch Subtrahieren des erfassten Spannungswerts von dem angelegten Spannungswert erlangt ist. Zusätzlich dividiert die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den zweiten Sensorstrom I2 durch den zweiten Unterschied ΔE, und bestimmt den Gradienten θ2, der als der zweite Auswertungswert H2 dient (Schritt S207).
Als Nächstes vergleicht die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 den auf dem ersten Auswertungswert H1 basierenden Gradienten θ1 und den auf dem zweiten Auswertungswert H2 basierenden Gradienten θ2, und bestimmt, ob der auf dem zweiten Auswertungswert H2 basierende Gradient θ2 um eine einen vorbestimmten Wert überschreitenden Menge kleiner als der auf dem ersten Auswertungswert H1 basierende Gradient θ1 ist (Schritt S208).
Falls der auf dem zweiten Auswertungswert H2 basierende Gradient θ2 um eine einen vorbestimmten Wert überschreitenden Menge kleiner als der auf dem ersten Auswertungswert H1 basierende Gradient θ1 ist, erfasst die Verschlechterungsbestimmungseinheit 63, dass eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt 2 aufgetreten ist (Schritt S209).
Falls der auf dem zweiten Auswertungswert H2 basierende Gradient θ2 nicht u um eine einen vorbestimmten Wert überschreitenden Menge kleiner als der auf dem ersten Auswertungswert H1 basierende Gradient θ1 ist, bestimmt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6, ob ein Signal zum Beenden einer Steuerung des Ammoniaksensors 1 vorhanden ist (Schritt S210).
Falls das Signal zum Beenden einer Steuerung vorhanden ist, beendet das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 eine Steuerung des Ammoniaksensors 1. Falls indessen das Signal zum Beenden einer Steuerung nicht vorhanden ist, kehrt das Verschlechterungsbestimmungsgerät 6 zu Schritt S201 zurück, und führt wiederholt die Schritte S201 und S210 auch wieder auf der Grundlage der Fahrstrecke des Fahrzeugs oder dergleichen durch.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel muss die Beziehungskarte M erzeugt sein. Als Ergebnis einer Verwendung der Beziehungskarte M kann jedoch eine Bestimmungsgenauigkeit der Verschlechterungsbestimmungseinheit 63 hinsichtlich einer Verschlechterung leicht verbessert werden. Andere Konfigurationen, das Verschlechterungsbestimmungsverfahren, Arbeitswirkungen und dergleichen des Verschlechterungsbestimmungsgeräts 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich. Zusätzlich sind auch Bestandteile gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die durch zu jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel identische Bezugszeichen angezeigt sind, zu jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele begrenzt. Weitere abweichende Ausführungsbeispiele sind ebenso möglich, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich umfasst die vorliegende Offenbarung verschiedene Abwandlungsbeispiele, Abwandlungsbeispiele innerhalb des Äquivalenzbereiches und dergleichen.
Ein Verschlechterungsbestimmungsgerät (6) für einen Ammoniaksensor (1) umfasst eine Verschlechterungsbestimmungseinheit (63). Die Verschlechterungsbestimmungseinheit vergleicht einen ersten Auswertungswert und einen zweiten Auswertungswert und bestimmt, ob eine Verschlechterung in einem Ammoniakbauelementabschnitt (2) zu einer Auswertungszeit oder nachfolgend auf die Auswertungszeit aufgetreten ist. Der erste Auswertungswert basiert auf einem ersten Sensorstrom (I1), der erlangt wird, falls eine DC-Spannung (E) zwischen einer Ammoniakelektrode (22) und einer Bezugselektrode (23) zu einer Anfangszeitdauer angelegt wird, die sich während einer anfänglichen Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors (1) befindet. Der zweite Auswertungswert basiert auf einem zweiten Sensorstrom (I2), der erlangt wird, falls die DC-Spannung (E) zwischen der Ammoniakelektrode (22) und der Bezugselektrode (23) angelegt wird, die auf die Anfangszeitdauer einer Verwendung des Ammoniaksensors (1) nachfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018100252 A [0001]
JP 2012193729 A [0006]

Claims

Verschlechterungsbestimmungsgerät (6) für einen Ammoniaksensor, wobei das Verschlechterungsbestimmungsgerät dazu eingerichtet ist, mit einem Ammoniaksensor (1) verwendbar zu sein, der einen Ammoniakbauelementabschnitt (2), der einen Festelektrolyten (21) mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit, eine Ammoniakelektrode (22), die auf einer ersten Oberfläche (211) des Festelektrolyten bereitgestellt ist, die einem Sauerstoff und Ammoniak enthaltenden Messgas (G) ausgesetzt ist, und eine Bezugselektrode (23) umfasst, die auf einer zweiten Oberfläche (212) des Festelektrolyten auf einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist, eine Potentialunterschiedserfassungseinheit (51), die einen Potentialunterschied (ΔV) zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode erfasst, und eine Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit (52) umfasst, die eine Ammoniakkonzentration in dem Messgas auf der Grundlage des durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit erfassten Potentialunterschieds berechnet, wobei das Verschlechterungsbestimmungsgerät: eine Spannungsversorgungseinheit (61), die eine DC-Spannung (E) zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode anlegt; eine Stromerfassungseinheit (62), die einen zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode fließenden DC-Strom erfasst; und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit (63) umfasst, die einen ersten Auswertungswert (H1) und einen zweiten Auswertungswert (H2) vergleicht und bestimmt, ob in dem Ammoniakbauelementabschnitt zu einer Auswertungszeit oder nachfolgend auf die Auswertungszeit eine Verschlechterung aufgetreten ist, der erste Auswertungswert auf einem ersten Sensorstrom (I1) basiert, der ein durch die Stromerfassungseinheit erfasster DC-Strom bei Anlegen einer DC-Spannung zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode durch die Spannungsversorgungseinheit zu einer Anfangszeit ist, die eine anfängliche Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors ist, und der zweite Auswertungswert auf einem zweiten Sensorstrom (12) basiert, der ein durch die Stromerfassungseinheit erfasster DC-Strom bei Anlegen einer DC-Spannung einer selben Größe wie der zu der Anfangszeit durch die Spannungsversorgungseinheit zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode zu der Auswertungszeit ist, die auf die anfängliche Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors nachfolgt.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor gemäß Anspruch 1, wobei: die Spannungsversorgungseinheit dazu eingerichtet ist, die DC-Spannung zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode mit der Bezugselektrode als einer negativen Seite anzulegen; die anfängliche Zeit in der Verschlechterungsbestimmungseinheit derart eingestellt ist, dass sie sich während der anfänglichen Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors befindet, und falls die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit berechnete Ammoniakkonzentration eine Konzentration ist, die eine Erfassung von Ammoniak anzeigt; und die Auswertungszeit in der Verschlechterungsbestimmungseinheit derart eingestellt ist, dass sie auf die anfängliche Verwendungszeitdauer des Ammoniaksensors nachfolgt, und falls die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit berechnete Ammoniakkonzentration eine Konzentration ist, die eine Erfassung von Ammoniak anzeigt.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor gemäß einem Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einer Karteneinheit (59), in der eine Beziehung zwischen dem Potentialunterschied oder der Ammoniakkonzentration und dem ersten Sensorstrom als eine Beziehungskarte (M), auf der Grundlage des ersten Sensorstroms in einer Vielzahl von Fällen bestimmt ist, in denen der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit erfasste Potentialunterschied oder die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit berechnete Ammoniakkonzentration zu der Anfangszeit abweicht; und die Verschlechterungsbestimmungseinheit dazu eingerichtet ist, den durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit erfassten Potentialunterschied oder die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit berechnete Ammoniakkonzentration mit der Beziehungskarte zusammenzutragen, den ersten Sensorstrom bei dem Potentialunterschied oder der Ammoniakkonzentration aus der Beziehungskarte zu lesen, um den ersten Auswertungswert zu bestimmen, unmittelbar bevor die Spannungsversorgungseinheit die DC-Spannung zu der Auswertungszeit anlegt, und den ersten Auswertungswert und den zweiten Auswertungswert zu vergleichen, der auf dem zweiten Sensorstrom basiert.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einer Karteneinheit (59), in der eine Beziehung zwischen dem Potentialunterschied oder der Ammoniakkonzentration und dem ersten Auswertungswert als eine Beziehungskarte (M) auf der Grundlage der ersten Auswertungswerte in einer Vielzahl von Fällen bestimmt ist, in denen der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit erfasste Potentialunterschied oder die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit berechnete Ammoniakkonzentration zu der Anfangszeit abweicht; und die Verschlechterungsbestimmungseinheit dazu eingerichtet ist, den durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit erfasste Potentialunterschied oder die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit berechnete Ammoniakkonzentration mit der Beziehungskarte zusammenzutragen, und den ersten Auswertungswert bei dem Potentialunterschied oder der Ammoniakkonzentration aus der Beziehungskarte auszulesen, unmittelbar bevor die Spannungsversorgungseinheit die DC-Spannung zu der Anfangszeit anlegt, und den ersten Auswertungswert und den zweiten Auswertungswert zu vergleichen, der auf dem zweiten Sensorstrom basiert.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Verschlechterungsbestimmungseinheit dazu eingerichtet ist, den ersten Auswertungswert auf der Grundlage eines ersten Unterschieds (ΔE) und des ersten Sensorstroms zu bestimmen, wobei der erste Unterschied durch Subtrahieren eines erfassten Spannungswerts, der der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit erfasste Potentialunterschied unmittelbar vor dem Anlegen der DC-Spannung durch die Spannungsversorgungseinheit zu der Anfangszeit ist, von einem angelegten Spannungswert erlangt ist, der die durch die Spannungsversorgungseinheit zu der Anfangszeit angelegte DC-Spannung ist, und den zweiten Auswertungswert auf der Grundlage eines zweiten Unterschieds (ΔE) und des zweiten Sensorstroms zu bestimmen, wobei der zweite Sensorstrom durch Subtrahieren eines erfassten Spannungswerts, der der durch die Potentialunterschiedserfassungseinheit unmittelbar vor dem Anlegen der DC-Spannung durch die Spannungsversorgungseinheit zu der Auswertungszeit erfasste Potentialunterschied ist, von einem angelegten Spannungswert erlangt ist, der die durch die Spannungsversorgungseinheit angelegte DC-Spannung zu der Auswertungszeit ist.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor gemäß Anspruch 5, wobei: die Verschlechterungsbestimmungseinheit dazu eingerichtet ist, den ersten Auswertungswert auf der Grundlage einer Fläche (S1) zu bestimmen, die durch eine Multiplikation eines Gradienten (θ1) oder des ersten Sensorstroms und dem ersten Unterschied erlangt ist, wobei der Gradient durch Dividieren des ersten Sensorstroms durch den ersten Unterschied erlangt ist, und den zweiten Auswertungswert auf der Grundlage einer Fläche (S2) zu bestimmen, die durch Multiplikation eines Gradienten (θ2) oder des zweiten Sensorstroms und dem zweiten Unterschied erlangt ist, wobei der Gradient durch Dividieren des zweiten Sensorstroms durch den zweiten Unterschied erlangt ist.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Verschlechterungsbestimmungseinheit dazu eingerichtet ist, eine Vielzahl von zweiten Auswertungswerten mit einer Vielzahl von Zeitpunkten als der Auswertungszeit zu bestimmen, zu denen die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit berechnete Ammoniakkonzentration abweicht, und nacheinander den ersten Auswertungswert und jeden der Vielzahl von Auswertungswerten zu vergleichen und zu bestimmen, ob eine Verschlechterung in dem Ammoniakbauelementabschnitt aufgetreten ist.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die Verschlechterungsbestimmungseinheit die Anfangszeit und die Auswertungszeit bestimmt, falls die durch die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit berechnete Ammoniakkonzentration eine Konzentration ist, die eine Erfassung von Ammoniak anzeigt, und eine Konzentration ist, die kleiner oder gleich 200 Teilen pro Million ist.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: in einem Abgasrohr (71) einer internen Brennkraftmaschine (7), in der ein NOx reduzierender Katalysator (72) und ein Reduktionsmittelzufuhrgerät (73) angeordnet sind, das ein Ammoniak enthaltendes Reduktionsmittel (K) an den Katalysator zuführt, wobei der Ammoniaksensor eine Konzentration von aus dem Katalysator herausfließenden Ammoniak erfasst; und die Verschlechterungsbestimmungseinheit die Anfangszeit und die Auswertungszeit in einer Zeitdauer bestimmt, während der das Reduktionsmittel an den Katalysator durch das Reduktionsmittelzufuhrgerät zugeführt wird.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: in einem Abgasrohr (71) einer internen Brennkraftmaschine (7), in der ein NOx reduzierender Katalysator (72) und ein Reduktionsmittelzufuhrgerät (73) angeordnet sind, das ein Ammoniak enthaltendes Reduktionsmittel (K) an den Katalysator zuführt, wobei der Ammoniaksensor eine Konzentration von aus dem Katalysator herausfließenden Ammoniak erfasst; und die Verschlechterungsbestimmungseinheit die Anfangszeit und die Auswertungszeit in einer Zeitdauer bestimmt, während der durch die interne Brennkraftmaschine ein Kraftstoffunterbrechungsbetrieb durchgeführt wird, und das Reduktionsmittel durch das Reduktionsmittelzufuhrgerät an den Katalysator zugeführt wird.
Verschlechterungsbestimmungsgerät für einen Ammoniaksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei: die Potentialunterschiedserfassungseinheit dazu eingerichtet ist, den Potentialunterschied zwischen der Ammoniakelektrode und der Bezugselektrode zu erfassen, der erzeugt wird, falls eine Reduktionsreaktion von Sauerstoff und eine Oxidationsreaktion von Ammoniak in der Ammoniakelektrode gleich werden; wobei der Ammoniaksensor ferner einen NOx-Bauelementabschnitt (3), der einen zweiten Festelektrolyten (31) mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit, der dem Festelektrolyten gegenüberliegend angeordnet ist, eine Messgaskammer (35), die derart ausgebildet ist, dass sie mit einer dritten Oberfläche (311) des zweiten Festelektrolyten in Kontakt steht, einen Diffusionswiderstandsabschnitt (251), der das Messgas in die Messgaskammer einführt, während er eine Diffusionsgeschwindigkeit begrenzt, eine Pumpelektrode (32), die an einer Position innerhalb der Messgaskammer auf der dritten Oberfläche bereitgestellt ist, eine NOx-Elektrode (33), die an einem Abschnitt innerhalb der Messgaskammer auf der dritten Oberfläche bereitgestellt ist, und eine oder eine Vielzahl von zweiten Bezugselektroden (34) umfasst, die auf einer vierten Oberfläche (312) des zweiten Festelektrolyten auf einer der dritten Oberfläche gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist/sind, eine Pumpeinheit (53), die eine DC-Spannung zwischen der Pumpelektrode und der anderen Bezugselektrode mit der anderen Bezugselektrode als einer positiven Seite anlegt, und Sauerstoff in dem Messgas innerhalb der Messgaskammer auspumpt, eine Pumpstromerfassungseinheit (54), die einen zwischen der Pumpelektrode und der anderen Bezugselektrode fließenden DC-Strom erfasst, eine Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit (55), die eine Sauerstoffkonzentration in dem Messgas auf der Grundlage des durch die Pumpstromerfassungseinheit erfassten DC-Stroms berechnet, eine NOx-Erfassungseinheit (56), die eine DC-Spannung zwischen der NOx-Elektrode und der zweiten Bezugselektrode mit der anderen Bezugselektrode als der positiven Seite anlegt, und den zwischen der NOx-Elektrode und der anderen Bezugselektrode fließenden DC-Strom erfasst, und eine NOx-Konzentrationsberechnungseinheit (57) umfasst, die eine NOx-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage des durch die NOx-Erfassungseinheit erfassten DC-Stroms berechnet, und die Ammoniakkonzentrationsberechnungseinheit dazu eingerichtet ist, die Ammoniakkonzentration auf der Grundlage von zumindest entweder der durch die Sauerstoffkonzentrationsberechnungseinheit berechneten Sauerstoffkonzentration oder der durch die NOx-Konzentrationsberechnungseinheit berechneten NOx-Konzentration zu korrigieren.