DE112019004369T5

DE112019004369T5 - Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE112019004369T5
Application number: DE112019004369.2T
Authority: DE
Inventors: Tadakatsu KOYABU; Ryozo Kayama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2021-05-12
Also published as: JP6927174B2; WO2020045148A1; JP2020033949A

Abstract

Ein Abgassensor (100) beinhaltet eine erste Zelle (150), die Sauerstoff aus Abgas abgibt, das in einem Verbrennungsmotor (EG) erzeugt wird, und der Abgassensor (100) beinhaltet eine zweite Zelle (160, 170), die ein Signal ausgibt, das eine Größe aufweist, die der Konzentration von Restsauerstoff entspricht, der in dem Abgas enthalten ist, das aus dem Sauerstoff durch die erste Zelle ausgestoßen wurde. Eine Steuervorrichtung (10) beinhaltet eine Stromwerterfassungseinheit (14), die die Stromausgabe von jeder der zweiten Zellen (160, 170) erfasst, und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit (15), die bestimmt, ob die zweite Zelle verschlechtert ist. Ein Wert des zu einem ersten Zeitpunkt erfassten Stroms ist als ein erster Stromwert definiert, und ein Wert des zu einem zweiten Zeitpunkt erfassten Stroms ist als ein zweiter Stromwert definiert, und die Verschlechterungsbestimmungseinheit (15) bestimmt auf Grundlage eines Verhältnisses des zweiten Stromwerts zu dem ersten Stromwert, ob sich die zweite Zelle (160, 170) verschlechtert.

Description

[QUERVERWEIS AUF ÄHNLICHE ANMELDUNGEN]
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung JP-2018-161512 A , eingereicht am 30. August 2018, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuervorrichtung eines Abgassensors.
Stand der Technik
Ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit interner Verbrennung weist ein Abgasrohr auf, in dem ein Abgassensor bereitgestellt wird, um die Konzentration eines spezifischen Gases, zum Beispiel eines Stickoxids, das im Abgas enthalten ist, zu messen. Ein solcher Abgassensor beinhaltet einen bekannten Abgassensor, der dazu konfiguriert ist, eine Vielzahl von Zellen aufzuweisen, in denen jeweils eine Elektrode auf beiden Seiten einer Festelektrolytschicht bereitgestellt ist. Während eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, fließt Strom in der Zelle mit einer Größe, die der Konzentration einer zu messenden Komponente entspricht. Der Abgassensor misst die Konzentration der zu messenden Komponente auf Grundlage eines Werts dieses Stroms.
Zum Beispiel ist ein Abgassensor bekannt, der eine erste Zelle und eine zweite Zelle als die Vielzahl von Zellen beinhaltet. In einem solchen Abgassensor wird Sauerstoff im Abgas zuvor von der stromaufwärts angeordneten ersten Zelle abgegeben. In der zweiten Zelle, die stromabwärts angeordnet ist, fließt Strom gemäß der Konzentration von Restsauerstoff und/oder Stickoxid, der in dem Abgas enthalten ist, aus dem Sauerstoff entladen wurde. Dieser Strom kann im Folgenden als „Ausgangsstrom“ bezeichnet werden. Der Abgassensor mit einer solchen Konfiguration entlädt zuvor Sauerstoff mit einer größeren Menge als Stickoxid und misst somit genau die Konzentration des Stickoxids.
Der Abgassensor mit der Vielzahl von Zellen kann aufgrund von Verschlechterung der Zelle eine Änderung des Verhältnisses zwischen der Konzentration des zu messenden Bestandteils und dem Ausgangsstrom erfahren. Um dies zu beheben, ist die in PTL 1 beschriebene Gassensorsteuervorrichtung dazu ausgelegt, eine Verschlechterungsbestimmung an dem Abgassensor durchführen zu können. Konkret bestimmt die Gassensorsteuervorrichtung die Verschlechterung auf Grundlage einer Steigung der Änderung des Ausgangsstroms von der zweiten Zelle (Sensorzelle), während eine an die erste Zelle (Pumpzelle) angelegte Spannung reduziert wird, um die Sauerstoffmenge, die die zweite Zelle erreicht, vorübergehend zu erhöhen.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
PTL 1: JP 2017 - 116438 A
Kurzfassung der Erfindung
Die Steigung bzw. der Anstieg der Änderung des Ausgangsstroms von der zweiten Zelle variiert nicht nur gemäß dem Grad der Verschlechterung der zweiten Zelle, sondem auch gemäß der Sauerstoffkonzentration des Abgases, die erfasst werden soll. Im Falle einer niedrigen Sauerstoffkonzentration des Abgases erreicht beispielsweise, wenn eine reduzierte Spannung auf die erste Zelle angewendet wird, nur eine relativ kleine Menge Sauerstoff die zweite Zelle. Dies führt zu einer geringen Steigung der Änderung des Ausgangsstroms von der zweiten Zelle eve, wenn sich die zweite Zelle nicht verschlechtert. Im Ergebnis kann fälschlicherweise bestimmt werden, dass sich die zweite Zelle verschlechtert.
Um eine solche fehlerhafte Bestimmung zu verhindern, beschreibt PTL 1, dass die Steigung durch den Betrag der Änderung des Ausgangsstroms von der ersten Zelle zur Normalisierung geteilt wird und eine Verschlechterungsbestimmung auf Grundlage der normierten Steigung erfolgt. Dies ermöglicht es, genau zu bestimmen, ob sich die zweite Zelle ohne Beeinträchtigung durch die Sauerstoffkonzentration des Abgases zu diesem Zeitpunkt verschlechtert.
Es ist jedoch eine gewisse Zeit erforderlich, bis eine Schwankung des Ausgangsstromwerts von der ersten Zelle, d. h. eine Schwankung eines Parameters für die Normalisierung, verschwindet, nachdem die reduzierte Spannung an die erste Zelle angelegt wird. Ebenso wird eine bestimmte Zeit benötigt, bevor die Schwankung des Ausgangsstromwerts von der ersten Zelle wieder verschwindet, nachdem die Spannung, die an die erste Zelle angelegt wird, wiederhergestellt wird. Daher ist eine relativ lange Zeit erforderlich, um den Änderungsbetrag des Ausgangsstroms von der ersten Zelle genau zu erfassen und die Verschlechterungsbestimmung auf Grundlage der normierten Steigung abzuschließen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Steuervorrichtung vorzusehen, die in kurzer Zeit genau bestimmen kann, ob die zweite Zelle des Abgassensors verschlechtert ist.
Eine Steuervorrichtung gemäß der Offenbarung ist eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Abgassensors. Der zu steuernde Abgassensor beinhaltet eine erste Zelle, die Sauerstoff aus Abgas abgibt, das in einem Verbrennungsmotor mit interner Verbrennung produziert wird, und eine zweite Zelle, die einen Strom ausgibt, der eine Größe aufweist, die der Konzentration von Restsauerstoff entspricht, der in dem Abgas enthalten ist, aus dem Sauerstoff durch die erste Zelle ausgestoßen wurde. Die Steuervorrichtung beinhaltet eine erste Zellensteuereinheit, die die Abgabe von Sauerstoff durch die erste Zelle steuert, eine Stromwerterfassungseinheit, die die Stromausgabe von der zweiten Zelle erfasst, und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit, die auf Grundlage des durch die Stromwerterfassungseinheit erfassten Stroms bestimmt, ob die zweite Zelle verschlechtert ist. Ein Wert des Stroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit zu einem ersten Zeitpunkt erfasst wird, ist als ein erster Stromwert definiert, wobei der erste Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, zu dem eine erste vorbestimmte Periode von einem Punkt verstrichen ist, an dem Sauerstoffentladung durch die erste Zelle durch die erste Zellensteuereinheit unterdrückt wird. Ein Wert des Stroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst wird, ist als ein zweiter Stromwert definiert, wobei der zweite Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, zu dem eine zweite vorbestimmte Periode von dem ersten Zeitpunkt verstrichen ist. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit bestimmt auf Grundlage eines Verhältnisses des zweiten Stromwerts zu dem ersten Stromwert, ob die zweite Zelle verschlechtert ist.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit der Steuervorrichtung bestimmt, ob die zweite Zelle auf Grundlage eines Verhältnisses zwischen zwei Werten der Ströme, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen werden, d. h. des Verhältnisses des zweiten Stromwerts zu dem ersten Stromwert, anstelle einer Steigung der Änderung der Stromausgabe von der zweiten Zelle verschlechtert wird.
Durch Untersuchungen einschließlich Experimenten haben die Erfinder herausgefunden, dass sich das obige Verhältnis des zweiten Stromwerts zu dem ersten Stromwert gemäß dem Grad der Verschlechterung der zweiten Zelle ändert, jedoch gemäß der Sauerstoffkonzentration von der ersten Zelle zu der zweiten Zelle nahezu unverändert bleibt.
Das Verhältnis des zweiten Stromwerts zu dem ersten Stromwert wird zu diesem Zeitpunkt wenig durch die Sauerstoffkonzentration des Abgases beeinflusst, was zu einer genauen Verschlechterungsbestimmung führt. Die Verschlechterungsbestimmung durch das oben beschriebene Verfahren erfordert keine Normalisierung, wie in PTL 1 beschrieben, was es möglich macht, die Verschlechterungsbestimmung innerhalb einer relativ kurzen Zeit abzuschließen.
Gemäß der Offenbarung ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die innerhalb kurzer Zeit genau bestimmen kann, ob sich die zweite Zelle des Abgassensors verschlechtert hat.
Figurenliste

1 zeigt ein Schema einer Konfiguration einer Fahrzeugabgasanlage, die eine Steuervorrichtung und einen Abgassensor gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Konfiguration der Steuervorrichtung und des Abgassensors gemäß der ersten Ausführungsform.
3 zeigt eine Schnittansicht, die einen Querschnitt entlang einer Linie III - III in 2 veranschaulicht.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Messprinzips des Abgassensors.
5 veranschaulicht Beispiele für zeitliche Änderungen von Werten, einschließlich eines Pumpzellenspannungswerts.
6 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Verschlechterungsbestimmungsverfahrens der ersten Ausführungsform.
7 zeigt eine Beziehung zwischen einem ersten Stromwert und einem zweiten Stromwert.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Vorgang veranschaulicht, der durch eine Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
9 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Verschlechterungsbestimmungsverfahrens einer zweiten Ausführungsform.
10 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Vorgang veranschaulicht, der durch eine Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird.
11 zeigt ein Schema einer Konfiguration einer Fahrzeugabgasanlage mit einer Steuervorrichtung und einem Abgassensor gemäß einer dritten Ausführungsform.
12 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Vorgang veranschaulicht, der durch die Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird.
13 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das durch eine Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform ausgeführt wird.
14 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Vorgang veranschaulicht, der durch eine Steuervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform ausgeführt wird.
15 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Vorgang veranschaulicht, der durch eine Steuervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform ausgeführt wird.

Beschreibung der Ausführungsformen
Einige Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. Um die Beschreibung leicht zu verstehen, werden entsprechende Komponenten durch entsprechende Bezugszeichen oder Zeichen so weit wie möglich in den Zeichnungen bezeichnet und eine duplizierte Beschreibung wird weggelassen.
Eine erste Ausführungsform wird nun beschrieben. Eine Steuervorrichtung 10 der ersten Ausführungsform ist dazu konfiguriert, Abgassensoren 100 zu steuern. 1 veranschaulicht ein Abgassystem eines Fahrzeugs mit den Abgassensoren 100 schematisch. Wie in 1 veranschaulicht, ist ein Verbrennungsmotor EG des Fahrzeugs mit interner Verbrennung mit einem Abgasrohr 20 verbunden, um Abgas von dem Verbrennungsmotor EG mit interner Verbrennung nach außen zu leiten. Eine Vielzahl der jeweiligen Abgassensoren 100 sind an Positionen in der Mitte des Abgasrohrs 20 bereitgestellt, um die Konzentration von Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, zu messen.
Ein Oxidationskatalysator 22 und ein SCR-Katalysator 23 sind zusätzlich zu den Abgassensoren 100 in der Mitte des Abgasrohrs 20 bereitgestellt.
Der Oxidationskatalysator 22 reinigt bzw. entfernt Schadstoffe, die in dem Abgas enthalten sind. Der Oxidationskatalysator 22 speichert einen (nicht näher dargestellten) Oxidationskatalysator. Der Oxidationskatalysator umfasst einen Träger, der hauptsächlich aus Keramik hergestellt ist, eine Oxidmischung, die aus Aluminiumoxid, Cerdioxid und Zirkoniumdioxid zusammengesetzt ist, und einen Edelmetallkatalysator, der Platin, Palladium oder Rhodium umfasst. Der Oxidationskatalysator reinigt durch Oxidation die Substanzen in dem Abgas, wie etwa Kohlenwasserstoff, Kohlenoxid und Stickstoffoxid. Der Oxidationskatalysator 22 kann nicht nur den Oxidationskatalysator, sondern auch einen Partikelfilter speichern, um kleine Partikel einzufangen.
Der SCR-Katalysator 23 reinigt ferner das Abgas, das durch den Oxidationskatalysator 22 durchgetreten ist, und speichert einen (nicht näher dargestellten) selektiven Reduktionskatalysator. Der zu verwendende selektive Reduktionskatalysator beinhaltet ein Edelmetall wie etwa Pt, das auf einer Oberfläche einer Base wie etwa einer Zeolith- oder Aluminiumoxidbase getragen wird. Wenn dieser Katalysator eine Temperatur in einem aktiven Temperaturbereich aufweist und Harnstoff als Reduktionsmittel enthält, reinigt der Katalysator das Stickstoffoxid durch Reduktion. Eine Harnstoffzugabeeinspritzvorrichtung 24 zum Zugeben von Harnstoff ist an einer Position stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 23 in dem Abgasrohr 20 bereitgestellt.
Bei der ersten Ausführungsform steuert die Steuervorrichtung 10 zwei Abgassensoren 100, die in dem Abgasrohr 20 vorgesehen sind. Ein erster Abgassensor 100 (101 in 1) ist in dem Abgasrohr 20 an einer Position zwischen dem Oxidationskatalysator 22 und dem SCR-Katalysator 23 vorgesehen und misst die Konzentration des Stickstoffoxids in dem Abgas an dieser Position. Ein zweiter Abgassensor 100 (102 in 1) ist in dem Abgasrohr 20 an einer Position stromabwärts von dem SCR-Katalysator 23 vorgesehen und misst die Konzentration des Stickstoffoxids in dem Abgas an dieser Position.
Die Konzentration des Stickoxids, die durch jeden Abgassensor 100 gemessen wird, wird an die Steuervorrichtung 10 übertragen. Die Steuervorrichtung 10 führt verschiedene Arten von Steuerung der Maschine EG mit interner Verbrennung auf Grundlage der gemessenen Konzentration des Stickoxids aus. Beispiele für eine solche Steuerung beinhalten Einstellen des Zündzeitpunkts des Verbrennungsmotors EG mit interner Verbrennung, Einstellen der Menge an Kraftstoffeinspritzung und Einstellen der additiven Menge an Harnstoff in der Harnstoffzugabeeinspritzvorrichtung 24 mit Harnstoffzugabe.
Wie vorstehend beschrieben ist die Steuervorrichtung 10 der ersten Ausführungsform dazu konfiguriert, nicht nur den Abgassensor 100, wie später beschrieben, zu steuern, sondern auch den Verbrennungsmotor EG zu steuern. Mit anderen Worten weist die Steuervorrichtung 10 auch eine Funktion einer sogenannten „Motor-ECU“ auf. In einem möglichen Aspekt, der sich von einem solchen Aspekt unterscheidet, ist die Steuervorrichtung 10 dazu konfiguriert, eine dedizierte Vorrichtung zum Steuern des Abgassensors 100 zu sein, d. h. eine Steuervorrichtung, die von der Motor-ECU getrennt ist. In einem solchen Fall hilft die Steuervorrichtung 10 der Motor-ECU, den Verbrennungsmotor EG durch Kommunikation mit der Motor-ECU zu steuern.
Andere Konfigurationen werden beschrieben. Ein Gastemperatursensor 25 ist in dem Abgasrohr 20 an einer Position zwischen dem Oxidationskatalysator 22 und dem SCR-Katalysator 23 vorgesehen. Der Gastemperatursensor 25 misst eine Temperatur des Abgases in der Nähe des Abgassensors 100. Die Temperatur des Abgases, die durch den Gastemperatursensor 25 gemessen wird, wird an die Steuervorrichtung 10 übertragen. Ein ähnlicher Gastemperatursensor kann ferner in dem Abgasrohr 20 an einer Position stromabwärts von dem SCR-Katalysator 23 vorgesehen sein.
In 1 weisen die zwei Abgassensoren 100 die gleiche Konfiguration auf. Zusätzlich wird eine Steuerung zum Messen der Konzentration des Stickoxids oder eine Steuerung zum Bestimmen, wie etwa eine Verschlechterungsbestimmung, auf die gleiche Weise für jeden von zwei Abgassensoren 100 durchgeführt. Folglich werden die Konfiguration und andere Details nachfolgend nur auf dem Abgassensor 100 beschrieben, der durch die Ziffer 101 bezeichnet ist, und diejenigen des Abgassensors 100, die durch die Ziffer 102 bezeichnet sind, werden weggelassen.
Unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 wird nun eine spezifische Konfiguration des Abgassensors 100 beschrieben werden. 2 einen schematischen Querschnitt eines Abschnitts des Abgassensors 100, der innerhalb des Abgasrohrs 20 angeordnet ist. Ein Endabschnitt auf der linken Seite von 2, d. h. der Seite, auf der ein Diffusionswiderstand 140 angeordnet ist, entspricht einem Spitzendabschnitt des Abgassensors 100, der innerhalb des Abgasrohrs 20 vorsteht.
Der Abgassensor 100 beinhaltet einen Festelektrolyt 110 und Körperteile 120 und 130.
Der Festelektrolyt 110 ist ein Plattenelement und besteht aus einem Festelektrolytmaterial wie Zirkoniumoxid. Der Festelektrolyt 110 zeigt Sauerstoffionenleitfähigkeit in einem aktiven Zustand bei einer vorbestimmten Temperatur oder höher. Der Festelektrolyt 110 ist mit einer Vielzahl von Zellen vorgesehen, einschließlich einer Pumpzelle 150, einer Sensorzelle 160 und einer Überwachungszelle 170, wie später beschrieben wird.
Die Körperteile 120 und 130 sind jeweils ein Plattenelement, das aus einem isolierenden Material zusammengesetzt ist, das hauptsächlich Aluminiumoxid enthält. Zwischen den Körperteilen 120 und 130 ist der Festelektrolyt 110 sandwichartig angeordnet. Der Festelektrolyt 110 weist eine gegenüberliegende erste Seite und zweite Seite auf. Der Körper 120 ist auf der ersten Seite des Festelektrolyten 110 angeordnet und der Teil der Oberfläche des Körpers 120 ist der ersten Seite zugewandt und konkav in Richtung weit weg von der ersten Seite. Als Ergebnis wird ein Raum zwischen dem Körper 120 und dem Festelektrolyten 110 ausgebildet. Das Abgas, das gemessen werden soll, wird in den Raum eingeführt. Der Raum kann im Folgenden als „Messkammer 121“ bezeichnet werden.
Der Diffusionswiderstand 140 ist an dem Spitzenendabschnitt des Abgassensors 100 angeordnet. Der Messraum 121 ist durch den Diffusionswiderstand 140 zu der Außenseite, d. h. zu der Innenseite des Abgasrohrs 20, geöffnet. Der Diffusionswiderstand 140 ist aus einem keramischen Material wie beispielsweise Aluminiumoxid zusammengesetzt, welches porös ist oder darin ausgebildete Mikroporen aufweist. Der Durchfluss des Abgases, das in den Messraum 121 gesaugt wird, wird durch den Diffusionswiderstand 140 geregelt. Das Abgas, das durch den Diffusionswiderstand 140 in den Messraum 121 strömt, wird dann einer Pumpzelle 150, einer Sensorzelle 160 und einer Überwachungszelle 170 zugeführt, wie später beschrieben wird.
Der Körper 130 ist auf der zweiten Seite des Festelektrolyten 110 angeordnet und der Teil der Oberfläche des Körpers 130 ist der zweiten Seite zugewandt und konkav in Richtung weit weg von der zweiten Seite. Im Ergebnis wird auch ein Raum zwischen dem Körper 130 und dem Festelektrolyten 110 gebildet. Obwohl nicht gezeigt, ist der Raum teilweise offen zur Atmosphäre, d. h. zu der Außenseite des Abgasrohrs 20. Mit anderen Worten wird die Atmosphäre in den Raum eingeführt. Der Raum kann im Folgenden als „Atmosphärenkammer 131“ bezeichnet werden.
Der Festelektrolyt 110 weist eine erste Oberfläche auf, die die Oberfläche der ersten Seite und benachbart zu der Messkammer 121 ist. Eine Pumpelektrode 111, eine Sensorelektrode 112 und eine Überwachungselektrode 113 sind auf der ersten Oberfläche des Festelektrolyts 110 ausgebildet. Die Pumpelektrode 111 ist in der Nähe des Diffusionswiderstands 140 in dem Festelektrolyten 110 ausgebildet. Die Sensorelektrode 112 und die Überwachungselektrode 113 sind jeweils in dem Festelektrolyten 110 und gegenüber dem Diffusionswiderstand 140 ausgebildet, wobei die Pumpelektrode 111 dazwischen angeordnet ist. Die Sensorelektrode 112 und die Überwachungselektrode 113 sind entlang der Papiertiefenrichtung aus 2 (vergleiche 3) angeordnet.
Die Pumpelektrode 111 und die Überwachungselektrode 113 sind aus einer Platin-Gold (Pt-Au) -Legierung hergestellt. Alle Elektroden sind für Sauerstoff aktiv, aber für Stickstoffoxid inaktiv. Die Sensorelektrode 112 ist aus einem Edelmetall wie etwa Platin (Pt) und Rhodium (Rh) hergestellt und sowohl für Sauerstoff als auch für Stickstoffoxid aktiv.
Der Festelektrolyt 110 weist eine zweite Oberfläche auf, die die Oberfläche der zweiten Seite und angrenzend an die Atmosphärenkammer 131 ist. Eine gemeinsame Elektrode 114 ist auf der zweiten Oberfläche des Festelektrolyts 110 ausgebildet. Die gemeinsame Elektrode 114 ist in einem Bereich bereitgestellt, der eine beliebige der Pumpelektrode 111, der Sensorelektrode 112 und der Überwachungselektrode 113 abdeckt, wenn entlang einer Richtung senkrecht zu dem Festelektrolyten 110 betrachtet wird, wie in 3 gezeigt wird. Die gemeinsame Elektrode 114 ist aus einem Material hergestellt, das hauptsächlich Platin (Pt) enthält.
Wenn zwischen der Pumpelektrode 111 und der gemeinsamen Elektrode 114 eine Spannung angelegt wird, während der Festelektrolyt 110 in einem aktiven Zustand bei hoher Temperatur vorliegt, wird Sauerstoff, der in dem Abgas in der Messkammer 121 enthalten ist, auf der Pumpelektrode 111 zersetzt und in Sauerstoffionen gebildet, die dann durch den Festelektrolyten 110 hindurchtreten. Im Ergebnis wird der Sauerstoff aus der Messkammer 121 in die Atmosphärenkammer 131 abgeführt. Insbesondere dienen die Pumpelektrode 111, die gemeinsame Elektrode 114 und ein Abschnitt des Festelektrolyten 110 zwischen der Pumpelektrode 111 und der gemeinsamen Elektrode 114 gemeinsam als eine Pumpzelle 150, um Sauerstoff aus dem Abgas abzugeben. Die Pumpzelle 150 entspricht einer „ersten Zelle“ bei der ersten Ausführungsform.
Während der obigen Entladung von Sauerstoff fließt Strom zwischen der Pumpelektrode 111 und der gemeinsamen Elektrode 114. Ein Wert des Stroms ist ein Verhältnis zu der Menge an Sauerstoff, die von dem Abgas abgegeben wird, und zu einer Sauerstoffkonzentration des Abgases. Mit anderen Worten, die Pumpzelle 150 gibt einen Strom mit einer Größe aus, die der Sauerstoffkonzentration des Abgases entspricht. Unter Verwendung des aktuellen Stromwerts kann die Steuervorrichtung 10 die Sauerstoffkonzentration des Abgases in der Messkammer 121 erfassen.
Die Spannung, die zwischen der Pumpelektrode 111 und der gemeinsamen Elektrode 114 angelegt wird, kann nachfolgend als Pumpzellenspannung bezeichnet werden. Ein Strom, der zwischen der Pumpelektrode 111 und der gemeinsamen Elektrode 114 fließt, während die Pumpzellenspannung angelegt wird, kann nachfolgend als Pumpzellenstrom bezeichnet werden.
Wenn eine Spannung zwischen der Sensorelektrode 112 und der gemeinsamen Elektrode 114 angelegt wird, während sich der Festelektrolyt 110 in einem aktiven Zustand bei hoher Temperatur befindet, werden Sauerstoff und Stickstoffoxid, die in dem Abgas in der Messkammer 121 enthalten sind, jeweils auf der Sensorelektrode 112 zersetzt und in Sauerstoffionen gebildet, die dann durch den Festelektrolyten 110 hindurchtreten. Infolgedessen fließt Strom zwischen der Sensorelektrode 112 und der gemeinsamen Elektrode 114 auf einem Niveau, das der Gesamtkonzentration des Sauerstoffs und des Stickstoffoxids in der Nähe der Sensorelektrode 112 entspricht. Die Steuervorrichtung 10 erfasst einen Wert des Stroms.
Konkret dienen die Sensorelektrode 112, die gemeinsame Elektrode 114 und ein Abschnitt des Festelektrolyten 110 zwischen der Sensorelektrode 112 und der gemeinsamen Elektrode 114 gemeinsam als eine Sensorzelle 160, die einen Strom ausgibt, der eine Größe aufweist, die der Gesamtkonzentration des Sauerstoffs und des Stickstoffoxids, das in dem Abgas enthalten ist, entspricht, während eine Spannung angelegt wird. Das Abgas, dessen Gesamtkonzentration an Stickoxiden und Restsauerstoff durch die Sensorzelle 160 gemessen wird, ist das Abgas, nachdem der Sauerstoff durch die Pumpzelle 150 entladen wurde. Die Sensorzelle 160 entspricht einer von „zweiten Zellen“ bei der ersten Ausführungsform.
Die Spannung, die zwischen der Sensorelektrode 112 und der gemeinsamen Elektrode 114 angelegt wird, kann nachfolgend als Sensorzellenspannung bezeichnet werden. Der Strom, der zwischen der Sensorelektrode 112 und der gemeinsamen Elektrode 114 fließt, während die Sensorzellenspannung angelegt wird, kann nachfolgend als Sensorzellenstrom bezeichnet werden.
Wenn eine Spannung zwischen der Überwachungselektrode 113 und der gemeinsamen Elektrode 114 angelegt wird, während sich der Festelektrolyt 110 in einem aktiven Zustand bei hoher Temperatur befindet, wird Sauerstoff, der in dem Abgas in der Messkammer 121 enthalten ist, auf der Überwachungselektrode 113 zersetzt und in Sauerstoffionen gebildet, die dann durch den Festelektrolyten 110 hindurchtreten. Im Ergebnis fließt Strom zwischen der Überwachungselektrode 113 und der gemeinsamen Elektrode 114 auf einem Niveau, das der Konzentration des Sauerstoffs in der Nähe der Überwachungselektrode 113 entspricht. Die Steuervorrichtung 10 erfasst einen Wert des Stroms.
Insbesondere dienen die Überwachungselektrode 113, die gemeinsame Elektrode 114 und ein Abschnitt des Festelektrolyten 110 zwischen der Überwachungselektrode 113 und der gemeinsamen Elektrode 114 gemeinsam als eine Überwachungszelle 170, die einen Strom ausgibt, der eine Größe aufweist, die der Konzentration des Restsauerstoffs entspricht, der in dem Abgas enthalten ist. Das Abgas, dessen Restsauerstoffkonzentration durch die Überwachungszelle 170 gemessen wird, ist das Abgas, nachdem der Sauerstoff durch die Pumpzelle 150 abgegeben wurde. Die Überwachungszelle 170 entspricht einer der „zweiten Zellen“ in der ersten Ausführungsform wie bei der vorstehend beschriebenen Sensorzelle 160.
Die Spannung, die zwischen der Überwachungselektrode 113 und der gemeinsamen Elektrode 114 angelegt wird, kann nachfolgend als Überwachungszellenspannung bezeichnet werden. Der Strom, der zwischen der Überwachungselektrode 113 und der gemeinsamen Elektrode 114 fließt, während die Überwachungszellenspannung angelegt wird, kann nachfolgend als Überwachungszellenstrom bezeichnet werden.
Wie vorstehend beschrieben, beinhalten die zweiten Zellen in der ersten Ausführungsform die Überwachungszelle 170, die einen Strom ausgibt, der eine Größe aufweist, die der Konzentration des Restsauerstoffs entspricht, der in dem Abgas enthalten ist, aus dem Sauerstoff durch die Pumpzelle 150 (erste Zelle) abgegeben wurde, und die Sensorzelle 160, die einen Strom ausgibt, der eine Größe aufweist, die der Gesamtkonzentration des Restsauerstoffs und des Stickoxids entspricht, das in dem Abgas enthalten ist, aus dem Sauerstoff durch die Pumpzelle 150 abgegeben wurde.
Das Abgas, das durch den Diffusionswiderstand 140 in die Messkammer 121 strömt, strömt ferner entlang der Pumpzelle 150 und wird dann der Sensorzelle 160 und der Überwachungszelle 170 zugeführt. 4 veranschaulicht derartige Ströme des Abgases schematisch durch eine Vielzahl von Pfeilen. Ein Pfeil AR10 zeigt einen Sauerstoffstrom an, der durch den Diffusionswiderstand 140 in die Messkammer 121 strömt und dann durch die Pumpzelle 150 entladen wird. Die Pumpzelle 150 entfernt den Großteil des Sauerstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, aber es ist weniger wahrscheinlich, dass der Sauerstoff vollständig entfernt wird. Im Ergebnis fließt eine geringe Menge an Sauerstoff zu der Sensorzelle 160 und zu der Überwachungszelle 170. Ein Pfeil AR11 gibt einen Sauerstoffstrom an, der zu der Sensorzelle 160 fließt, während ein Pfeil AR12 einen Sauerstoffstrom angibt, der zu der Überwachungszelle 170 fließt.
Wie zuvor beschrieben, sind die Pumpelektrode 111 und die Überwachungselektrode 113 jeweils für Stickoxid inaktiv. Folglich wird das Stickstoffoxid, das in dem Abgas enthalten ist, das in die Messkammer 121 strömt, nicht durch die Pumpzelle 150 oder die Überwachungszelle 170 entladen und strömt direkt zu der Sensorelektrode 112 der Sensorzelle 160. Ein Pfeil AR20 zeigt einen Strom des Stickoxids an, der auf eine derartige Weise zu der Sensorzelle 160 fließt.
Wie in 4 veranschaulicht wird, fließen sowohl das Stickoxid (Pfeil AR20) als auch der Restsauerstoff (Pfeil AR11) zu der Sensorzelle 160. Daher gibt die Größe des Sensorzellenstroms die Gesamtkonzentration des Stickstoffoxids und des Sauerstoffs an, der in dem Abgas enthalten ist.
Die Größe des Überwachungszellenstroms gibt die Konzentration des Sauerstoffs an, der in dem Abgas enthalten ist. Daher gibt ein Stromwert, der durch Subtrahieren eines Wertes des Überwachungszellenstroms von einem Wert des Sensorzellenstroms erreicht wird, nur die Konzentration des Stickoxids an. Ein solcher Abgassensor 100 kann den Einfluss des Sauerstoffs reduzieren, der in dem Abgas enthalten ist, um die Konzentration des Stickstoffoxids genau zu messen.
Wie in 2 veranschaulicht wird, ist eine Heizvorrichtung 180 in dem Körper 130 vergraben. Die Heizvorrichtung 180 erzeugt Wärme innerhalb des Körpers 130, um die Pumpzelle 150, die Sensorzelle 160 und die Überwachungszelle 170 zu erwärmen. Die Heizvorrichtung 180 hält den Festelektrolyten 110 bei einer Temperatur, bei welcher der Festelektrolyt 110 aktiv ist. Die Steuervorrichtung 10 stellt die Ausgabe der Heizvorrichtung 180, d. h. die Menge der Wärmeerzeugung, ein.
Eine Konfiguration der Steuervorrichtung 10 wird unter erneuter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden. Die Steuervorrichtung 10 ist als ein Computersystem konfiguriert, das CPU, Rom, RAM und dergleichen beinhaltet. Die Steuervorrichtung 10 umfasst funktionale Steuerblöcke, die eine Konzentrationserfassungseinheit 11, eine Verbrennungsmotorsteuereinheit 12, eine erste Zellensteuereinheit 13, eine Stromwerterfassungseinheit 14 und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 beinhalten.
Die Konzentrationserfassungseinheit 11 ist ein Teil, das die Konzentration des Stickstoffoxids, das in dem Abgas enthalten ist, auf Grundlage des Überwachungszellenstroms und des Sensorzellenstroms erfasst. Wie zuvor beschrieben, erfasst die Konzentrationserfassungseinheit 11 die Konzentration des Stickoxids auf Grundlage eines Stromwerts, der erhalten wird, indem der Wert des Überwachungszellenstroms von dem Wert des Sensorzellenstroms subtrahiert wird.
Die Steuereinheit 12 für einen Verbrennungsmotor mit interner Verbrennung ist ein Teil, das den Verbrennungsmotor EG mit interner Verbrennung unter Verwendung der Konzentration des Stickoxids steuert, das durch die Konzentrationserfassungseinheit 11 erfasst wird. Die Verbrennungsmotorsteuereinheit 12 stellt zum Beispiel die Kraftstoffeinspritzmenge des Verbrennungsmotors EG mit interner Verbrennung so ein, dass die Konzentration des Stickoxids, die durch den Abgassensor 100 erfasst wird, sich Null nähert. Wie zuvor beschrieben, ist die Steuervorrichtung 10 in einem möglichen Aspekt als eine dedizierte Vorrichtung zum Steuern des Abgassensors 100 konfiguriert, d. h. eine Steuervorrichtung, die von der Motor-ECU getrennt ist. In einem derartigen Fall ist die Verbrennungsmotorsteuereinheit 12 als Teil der Motor-ECU konfiguriert.
Die erste Zellensteuereinheit 13 ist ein Teil, das die Pumpzellenspannung ändert, um die Sauerstoffabgabe durch die Pumpzelle 150, d. h. die erste Zelle, zu steuern. Die erste Zellensteuereinheit 13 hält die Pumpzellenspannung während der Konzentrationserfassung des Stickstoffoxids durch den Abgassensor 100, d. h. während des normalen Betriebs, auf einem annähernd konstanten Wert. Andererseits reduziert die erste Zellensteuereinheit 13 vorübergehend die Pumpzellenspannung während der Verschlechterungsbestimmung, wie später beschrieben.
Die Stromwerterfassungseinheit 14 ist ein Teil, das einen Wert eines Stromausgangs bzw. einer Stromausgabe von der zweiten Zelle erfasst, insbesondere einen Wert des Sensorzellenstroms oder des Überwachungszellenstroms. Der Wert des Sensorzellenstroms oder des Überwachungszellenstroms, der von der Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird, wird zur Berechnung der Konzentration des Stickoxids in normaler Funktion verwendet. Der Wert des Sensorzellenstroms oder des Überwachungszellenstroms wird auch zur Verschlechterungsbestimmung verwendet, wie später beschrieben wird.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 ist ein Teil, das bestimmt, ob sich die Sensorzelle 160, d. h. die zweite Zelle, verschlechtert. Bei der ersten Ausführungsform erfolgt eine solche Verschlechterungsbestimmung auf Grundlage des Wertes des Sensorzellenstroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird.
Wenn sich die Sensorzelle 160 verschlechtert, wird der Wert des Sensorzellenstroms im Vergleich zu einem Wert des Sensorzellenstroms in einem normalen Zustand reduziert, selbst wenn die gleiche Konzentration des Stickoxids in dem Abgas enthalten ist. Im Ergebnis kann der Abgassensor 100 die Konzentration nicht genau messen. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 führt daher periodisch einen Prozess durch, um zu bestimmen, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist, d. h. eine Verschlechterungsbestimmung.
Nun wird ein Verfahren bzw. ein Prozess zur Verschlechterungsbestimmung zusammengefasst werden. 5 (A) veranschaulicht ein Beispiel einer zeitlichen Änderung der Pumpzellenspannung bei der Verschlechterungsbestimmung. 5 (B) veranschaulicht ein Beispiel einer zeitlichen Änderung des Pumpzellenstroms. 5(C) veranschaulicht ein Beispiel einer zeitlichen Änderung des Sensorzellenstroms.
In den in 5 veranschaulichten Beispielen wird die normale Steuerung, d. h. das Verfahren bzw. der Prozess zum Messen der Konzentration des Stickoxids, ausgesetzt und die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 beginnt die Verschlechterungsbestimmung zum Zeitpunkt t0. Zu dem Zeitpunkt t0 wird die an die Pumpzelle 150 angelegte Spannung von dem anfänglichen VP1 zu einem Wert VP0 geändert, der niedriger als VP1 ist (5(A)). Dieser Prozess wird durch die erste Zellensteuereinheit 13 durchgeführt. Im Ergebnis wird die Sauerstoffabgabe durch die Pumpzelle 150 nach der Zeit t0 unterdrückt.
Der Pumpzellenstrom nimmt dementsprechend von dem Anfangswert IP0 auf einen Wert IP1 ab, der niedriger ist als IP0 (5(B)). Eine solche Verringerung des Pumpzellenstroms bedeutet, dass eine Menge an Sauerstoff zu der Sensorzelle 160 durch die Pumpzelle 150 nach dem Zeitpunkt t0 zunimmt. Somit beginnt, wie in Zeile L10 in 5 (C) gezeigt wird, der Sensorzellenstrom zum Zeitpunkt t0 zu steigen und weist schließlich einen annähernd konstanten Wert auf.
Danach wird die Pumpzellenspannung zum Zeitpunkt t1 (5(A)) auf den Anfangswert VP1 zurückgestellt.
Der Wert des Pumpzellenstroms steigt dementsprechend auf IP2. IP2 kann gleich dem Anfangswert IP1 sein, unterscheidet sich jedoch häufig geringfügig von IP1, zum Beispiel aufgrund einer vorherigen Zustandsänderung des Verbrennungsmotors mit interner Verbrennung.
Nach dem Zeitpunkt t1 nimmt eine Menge an Sauerstoff zu der Sensorzelle 160 ab. Der Wert des Sensorzellenstroms nimmt dementsprechend zu dem Zeitpunkt t1 ( 5(C)) ab.
Die Linie L10 in 5(C) zeigt eine zeitliche Änderung des Sensorzellenstroms für die Sensorzelle 160 an, die sich nicht verschlechtert, d. h. in einem normalen Zustand. Andererseits zeigt die Linie L11 in 5 (C) eine zeitliche Änderung des Sensorzellenstroms für die Sensorzelle 160 an, die sich verschlechtert.
Wie aus dem Vergleich zwischen der Linie L10 und der Linie L11 ersichtlich, ist die Steigung des Sensorzellenstroms nach der Zeit t0 kleiner als die in einem normalen Zustand, wenn sich die Sensorzelle 160 verschlechtert. Dies legt nahe, dass die Verschlechterungsbestimmung auf Grundlage der Größe dieser Steigung durchgeführt wird, wie in JP 2017-116438 A beschrieben.
Jedoch variiert die Steigung der zeitlichen Änderung des Sensorzellenstroms nicht nur gemäß dem Grad der Verschlechterung der Sensorzelle 160, sondern auch gemäß der Sauerstoffkonzentration des Abgases, das erfasst werden soll. Wenn das Abgas zum Beispiel eine niedrige Sauerstoffkonzentration enthält, würde nur eine relativ geringe Menge an Sauerstoff die Sensorzelle 160 erreichen, nachdem die Pumpzellenspannung zu dem Zeitpunkt t0 reduziert wurde. Somit kann die Steigung der zeitlichen Änderung des Sensorzellenstroms wie die Linie L11 klein werden, selbst wenn sich die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert. Im Ergebnis kann fälschlicherweise bestimmt werden, dass die Sensorzelle 160 verschlechtert ist.
Um eine solche fehlerhafte Bestimmung zu verhindern, kann die Steigung der zeitlichen Änderung des Sensorzellenstroms durch den Änderungsbetrag (ΔIP in 5(B)) des Pumpzellenstroms geteilt werden, um so normiert zu werden, dass eine Verschlechterungsbestimmung auf Grundlage der normierten Steigung erfolgt. Dies ermöglicht es, genau zu bestimmen, ob sich die Sensorzelle 160 ohne Beeinträchtigung durch die Sauerstoffkonzentration des Abgases verschlechtert.
Wie in 5 (B) gezeigt wird, variiert der Pumpzellenstrom jedoch zeitlich für eine bestimmte Zeit stark, nachdem die Pumpzellenspannung zum Zeitpunkt t0 reduziert wird, und konvergiert dann zu einem annähernd konstanten Wert. Gleichermaßen variiert der Pumpzellenstrom zeitlich für eine bestimmte Zeit stark, nachdem die Pumpzellenspannung zu dem Zeitpunkt t1 auf den Anfangswert zurückgeführt wird, und konvergiert zu einem annähernd konstanten Wert nach dem folgenden Zeitpunkt t2.
Im Fall von 5(B) weist der Pumpzellenstrom einen Wert IP0 unmittelbar vor dem Zeitpunkt t0 und einen Wert IP2 zu dem Zeitpunkt t2 auf. Wenn angenommen wird, dass sich der Wert des Pumpzellenstroms in einer Periode von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 von IP0 zu IP2 mit einer konstanten Steigung ändert, wird diese Änderung durch eine gerade gepunktete Linie DL1 in 5 (B) gezeigt. Die gerade gepunktete Linie zeigt eine Änderung des Werts des Pumpzellenstroms in dem Fall, bei dem der Wert der Pumpzellenspannung auf VP1 gehalten wird. Der Betrag der Änderung des Pumpzellenstroms ΔIP ist als eine Differenz zwischen der auf diese Weise definierten geraden gepunkteten Linie DL1 und dem Wert (IP1) des Pumpzellenstroms unmittelbar vor dem Zeitpunkt t1 definiert.
Obwohl sich ein Zustand der Brennkraftmaschine mit interner Verbrennung oder dergleichen auch nach der Zeit t0 ändert, wird die Steigung unter Verwendung VON ΔIP, wie oben beschrieben, normalisiert, selbst wenn Sauerstoff zu der Sensorzelle 160 strömt, wobei seine Konzentration variiert, würde eine Verschlechterungsbestimmung genau vorgenommen werden, während sie im Wesentlichen nicht von solchen Variationen beeinflusst wird.
Um ein solches ΔIP zu berechnen, muss die Steuervorrichtung jedoch von dem Zeitpunkt t0, zu dem die Pumpzellenspannung reduziert wird, auf den Zeitpunkt t2 warten, zu dem der Wert des Pumpzellenstroms konvergiert wird. Insbesondere ist relativ lange Zeit erforderlich, um das Ausmaß der Änderung des Pumpzellenstroms ΔIP genau zu erfassen und die Verschlechterungsbestimmung auf Grundlage der normierten Steigung abzuschließen.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 in der ersten Ausführungsform führt daher eine Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 160 durch ein Verfahren durch, das sich von dem oben beschriebenen Verfahren unterscheidet, d. h. durch ein Verfahren, das auf einer Änderung des Sensorzellenstroms nach dem Zeitpunkt t0 basiert.
Ein solches Verschlechterungsbestimmungsverfahren wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben werden. 6 zeigt dasselbe Diagramm wie dasjenige aus 5(C), das ein Beispiel einer zeitlichen Änderung des Sensorzellenstroms nach dem Zeitpunkt t0 veranschaulicht, zu dem die Pumpzellenspannung reduziert wird.
Die Zeit t10 in 6 entspricht dem Zeitpunkt, zu dem eine zuvor festgelegte erste vorbestimmte Periode TM1 von der Zeit t0 verstrichen ist. Mit anderen Worten entspricht die Zeit t10 dem Zeitpunkt, zu dem die erste vorbestimmte Periode TM1 von dem Zeitpunkt (Zeitpunkt t0) verstrichen ist, zu dem die Sauerstoffabgabe durch die Pumpzelle 150 durch die erste Zellensteuereinheit 13 unterdrückt wird. Die erste vorbestimmte Periode TM1 wird zuvor als eine Periode eingestellt, die kürzer ist als eine Periode, bevor der Sensorzellenstrom nach der Zeit t0, zu der die Pumpzellenspannung reduziert wird, auf einen konstanten Wert ansteigt. Während der Zeitpunkt 110 dem Zeitpunkt entspricht, zu dem die erste vorbestimmte Periode TM1 verstrichen ist, entspricht er auch einem ersten Zeitpunkt bei der ersten Ausführungsform.
Die Zeit t20 in 6 entspricht einem Zeitpunkt, zu dem eine zuvor eingestellte zweite vorbestimmte Periode TM2 ferner von der Zeit t10 verstrichen ist. Mit anderen Worten entspricht die Zeit t20 dem Zeitpunkt, zu dem die zweite vorbestimmte Periode TM2 ferner von der Zeit t10 als der erste Zeitpunkt verstrichen ist. Die zweite vorbestimmte Periode TM2 ist zuvor als eine Periode eingestellt, die kürzer ist als eine Periode, bevor der Sensorzellenstrom nach der Zeit t10 als ersten Zeitpunkt auf einen konstanten Wert ansteigt. Während der Zeitpunkt t20 dem Zeitpunkt entspricht, zu dem die zweite vorbestimmte Periode TM2 verstrichen ist, entspricht er auch einem zweiten Zeitpunkt bei der ersten Ausführungsform.
Die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst einen Wert des Sensorzellenstroms zu dem ersten Zeitpunkt als einen ersten Stromwert IS1 und erfasst einen Wert des Sensorzellenstroms zu dem zweiten Timing als einen zweiten Stromwert IS2.
Nachfolgend bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 auf Grundlage eines Verhältnisses des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist. Insbesondere bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15, wenn der Wert IS2 / IS1, der durch Teilen des zweiten Stromwerts IS2 durch den ersten Stromwert IS1 erhalten wird, kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert TH1 ist, dass die Sensorzelle 160 verschlechtert ist.
Durch Untersuchung einschließlich Experimenten haben die Erfinder herausgefunden, dass sich das Verhältnis des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1 in Abhängigkeit von dem Grad der Verschlechterung der Sensorzelle 160 ändert. Genauer gesagt wird festgestellt, dass der Wert von IS2 / IS1 mit einer Zunahme des Verschlechterungsgrades der Sensorzelle 160 kleiner wird. Andererseits wird festgestellt, dass das Verhältnis des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1 abhängig von der Konzentration des Sauerstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, nahezu unverändert bleibt.
7 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem ersten Stromwert IS1 (horizontale Achse) und dem zweiten Stromwert IS2 (vertikale Achse) für die Sensorzelle 160, die sich nicht verschlechtert. Wie in 7 veranschaulicht wird, ist der Graph, welcher die Beziehung zwischen dem ersten Stromwert IS1 und dem zweiten Stromwert IS2 zeigt, ein linearer Graph, welcher nach rechts steigt. Wenn die Sensorzellenspannung zunimmt, nehmen der erste Stromwert IS1 und der zweite Stromwert IS2 jeweils entsprechend zu, während die Beziehung zwischen den beiden nahezu unverändert bleibt. Außerdem nehmen mit zunehmender Konzentration des Sauerstoffs im Abgas der erste Stromwert IS1 und der zweite Stromwert IS2 jeweils entsprechend zu, während das Verhältnis zwischen den beiden ebenfalls nahezu unverändert bleibt.
Für die normale Sensorzelle 160 werden, wenn sich die Sensorzellenspannung und die Sauerstoffkonzentration jeweils allmählich ändern, jeweilige Punkte, die gemessene Werte der ersten und zweiten Stromwerte IS1 und IS2 angeben, auf einer geraden Linie aufgetragen, die nach rechts ansteigt, wie in 7 veranschaulicht wird.
Wenn daher der Wert von IS2 / IS1 ungefähr gleich der Neigung des Graphen ist, der in 7 gezeigt wird, insbesondere wenn IS2 / IS1 ≥ TH1 gegeben wird, kann bestimmt werden, dass sich die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert. Andererseits kann bestimmt werden, dass sich die Sensorzelle 160 verschlechtert, wenn der Wert von IS2 / IS1 kleiner ist als die Neigung des Graphen, der in 7 gezeigt wird, insbesondere wenn IS2 / IS1 < TH1 gegeben wird.
Der Prozess, der durch die Steuervorrichtung 10 durchgeführt wird, wird nun unter Bezugnahme auf 8 spezifisch beschrieben werden. Eine Reihe von Prozessen, die in 8 gezeigt wird, wird bei jedem Verstreichen eines vorgegebenen Steuerzeitraums bzw. einer Steuerperiode durch die Steuervorrichtung 10 wiederholt.
In einem ersten Schritt S01 des Prozesses wird bestimmt, ob eine Diagnosebedingung erfüllt ist. Hier wird die Diagnosebedingung zuvor als eine Bedingung eingestellt, die zur Verschlechterungsbestimmung an der Sensorzelle 160 erforderlich ist. Bei der ersten Ausführungsform ist als Diagnosebedingung festgelegt, dass die Verschlechterungsbestimmung unmittelbar durchgeführt wird, nachdem ein Fahrer einen Zündschalter (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs ausgeschaltet hat. Anstelle eines solchen Aspekts kann zum Beispiel als die Diagnosebedingung festgelegt sein, dass eine Maschine mit interner Verbrennung stabil arbeitet.
Wenn die Diagnosebedingung nicht erfüllt ist, wird eine Reihe von Prozessen, wie in 8 gezeigt, beendet. Wenn die Diagnosebedingung erfüllt ist, schreitet der Prozess zu Schritt S02 fort. In Schritt S02 führt die erste Zellensteuereinheit 13 einen Prozess zum Verringern der Pumpzellenspannung durch. Dieser Prozess entspricht einem Prozess, der zum Zeitpunkt t0 in 5 (C) oder 6 gestartet wird. Nach dem Prozess von Schritt S02 wird die Sauerstoffabgabe durch die Pumpzelle 150 unterdrückt, und der Pumpzellenstrom steigt allmählich an.
In Schritt S03, der auf Schritt S02 folgt, wird bestimmt, ob die erste vorbestimmte Periode TM1 von einem Punkt, an dem der Prozess des Schrittes S02 durchgeführt wird, d. h. einem Punkt, an dem Sauerstoffabgabe durch die Pumpzelle 150 durch die erste Zellensteuereinheit 13 unterdrückt wird, verstrichen ist. Wenn die erste vorbestimmte Periode TM1 nicht verstrichen ist, wird der Prozess des Schritts S03 wiederholt. Wenn die erste vorbestimmte Periode TM1 verstrichen ist, schreitet der Prozess zu Schritt S04 fort. Somit ist der Zeitpunkt zum Fortfahren zu Schritt S04 der erste oben erwähnte Zeitpunkt (Zeitpunkt t10 in 6).
Bei dem Schritt S04 führt die Stromwerterfassungseinheit 14 einen Prozess zum Erfassen des ersten Stromwerts IS 1 durch. Der erfasste erste Stromwert IS 1 wird in einem (nicht näher dargestellten) Speicher in der Steuervorrichtung 10 gespeichert.
Im Schritt S05, der auf den Schritt S04 folgt, wird bestimmt, ob die zweite vorbestimmte Periode TM2 von einem Punkt, an dem der Prozess des Schrittes S04 durchgeführt wird, d. h. von dem ersten Zeitpunkt, verstrichen ist. Wenn die zweite vorbestimmte Periode TM2 nicht verstrichen ist, wird der Prozess des Schritts S05 wiederholt. Wenn die zweite vorbestimmte Periode TM2 verstrichen ist, schreitet der Prozess zu Schritt S06 fort. Somit ist der Zeitpunkt zum Fortfahren zu Schritt S06 der oben erwähnte zweite Zeitpunkt (Zeitpunkt t20 in 6).
In dem Schritt S06 führt die Stromwerterfassungseinheit 14 einen Prozess zum Erfassen des zweiten Stromwerts IS2 durch. Der erfasste zweite Stromwert IS2 wird in dem (nicht näher dargestellten) Speicher in der Steuervorrichtung 10 gespeichert.
In Schritt S07, der auf Schritt S06 folgt, wird bestimmt, ob der Wert IS2 / IS1, der durch Teilen des zweiten Stromwerts IS2 durch den ersten Stromwert IS1 erreicht wird, kleiner ist als der Schwellenwert TH1. Der Schwellenwert TH1 wird zuvor als der untere Grenzwert eines Bereichs von IS2 / IS1 für eine Sensorzelle 160 festgelegt, die sich nicht verschlechtert. Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 führt diese Bestimmung durch.
Wenn der Wert von IS2 / IS1 kleiner ist als der Schwellenwert TH1, schreitet der Prozess zu Schritt S08 fort. In dem Schritt S08 bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15, dass sich die Sensorzelle 160 verschlechtert. Wie hierin verwendet, bedeutet „die Sensorzelle 160 ist verschlechtert“ eine Situation, in der zum Beispiel eine Warnleuchte eingeschaltet werden muss, um einen Austausch oder eine Reparatur der Sensorzelle 160 zu veranlassen, sodass ein Fahrer über die Verschlechterung informiert wird.
Wenn der Wert von IS2 / IS1 gleich oder größer als der Schwellenwert TH1 in Schritt S7 ist, schreitet der Prozess zu Schritt S09 fort. In Schritt S09 bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15, dass die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert ist.
Nach dem Prozess des Schritts S08 oder S09 schreitet der Prozess zu Schritt S10 fort. In Schritt S10 führt die erste Zellensteuereinheit 13 einen Prozess zum Zurückführen der Pumpzellenspannung auf eine Spannung vor dem Zeitpunkt t0 durch. Dieser Prozess entspricht dem Prozess, der zu dem Zeitpunkt t1 in 5 durchgeführt wird. Dies ist das Ende des Verfahrens bzw. des Prozesses zur Verschlechterungsbestimmung.
Wie vorstehend beschrieben ist die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 der Steuervorrichtung 10 der ersten Ausführungsform dazu konfiguriert zu bestimmen, ob die Sensorzelle 160, d. h. die zweite Zelle, auf Grundlage des Verhältnisses des zweiten aktuellen Werts IS2 zu dem ersten aktuellen Stromwert IS1 verschlechtert ist. Das Verhältnis des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1 wird zu diesem Zeitpunkt kaum durch die Sauerstoffkonzentration des Abgases beeinflusst, und somit ist eine genaue Verschlechterungsbestimmung möglich, selbst wenn die Normalisierung, wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, nicht erforderlich ist. Da keine Normalisierung erforderlich ist, kann eine Verschlechterungsbestimmung innerhalb einer relativ kurzen Zeit abgeschlossen werden, ohne bis zu dem Zeitpunkt t2 zu warten, wie in 5(B) gezeigt wird. Im Ergebnis tritt bei der Verschlechterungsbestimmung lediglich eine relativ kleine Änderung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine mit interner Verbrennung auf, und somit kann eine durch diese Änderung verursachte fehlerhafte Bestimmung verhindert werden.
In dem Beispiel, das in 8 gezeigt wird, wird eine Verschlechterungsbestimmung durch direkten Vergleich des Werts von IS2 / IS1 mit dem Schwellenwert TH1 in Schritt S07 durchgeführt. Anstelle eines solchen Aspekts kann eine Verschlechterungsbestimmung durchgeführt werden, indem ein anderer Index berechnet wird, der den Grad der Verschlechterung der Sensorzelle 160 auf Grundlage von IS2 / IS1 veranschaulicht, und dieser Index mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird. Beispiele für einen solchen Index können ein Verschlechterungsverhältnis beinhalten, das sich in einem Bereich von 0 %, einem Anfangszustand ohne Verschlechterung bis 100 %, einem deaktivierten Zustand aufgrund eines vollständigen Fortschritts der Verschlechterung ändert. In diesem Fall erhöht sich das Verschlechterungsverhältnis mit einer Abnahme des berechneten IS2 / IS1, und wenn das Verschlechterungsverhältnis größer als ein Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass die Sensorzelle 160 verschlechtert ist. Die Beziehung zwischen IS2 / IS1 und dem Index, wie etwa das Verschlechterungsverhältnis, wird zuvor in einer Form eines Kennfelds in der Steuervorrichtung 10 gespeichert.
Die Größe des Sensorzellenstromwerts ist nicht für alle Abgassensoren 100 gleich und variiert typischerweise für einzelne Abgassensoren 100. Somit weist auch bei demselben Zustand beispielsweise der Sensorzellenspannung oder der Sauerstoffkonzentration des Abgases die Größe des Sensorzellenstromwerts, der in diesem Fall erfasst wird, einen anderen Wert für die einzelnen Abgassensoren 100 auf. Wenn Bedingungen wie etwa die Sensorzellenspannung und die Sauerstoffkonzentration des Abgases unterschiedlich sind, variiert auch eine Variation des Sensorzellenstroms.
Wenn daher eine Verschlechterungsbestimmung der Sensorzelle 160 durch ein vorheriges Verfahren durchgeführt wird, wurde ein Wert einer anfänglichen Charakteristik als Referenz der Verschlechterungsbestimmung, d. h. ein Wert des normalen Sensorzellenstroms in einem normalen Zustand, erforderlich, um zuvor für die einzelnen Abgassensoren 100 für jede der Bedingungen, einschließlich der Sensorzellenspannungsbedingung und der Sauerstoffkonzentrationsbedingung, erfasst zu werden.
Im Gegensatz dazu erfordert die erste Ausführungsform einfach, dass lediglich die Beziehung zwischen dem ersten Stromwert IS1 und dem zweiten Stromwert IS2, wie in 7 gezeigt wird, zuvor als die anfängliche Charakteristik erlangt wird, um die Referenz für eine Verschlechterungsbestimmung für jeden der Abgassensoren 100 zu sein. Mit anderen Worten wird nur der Wert von IS2 / IS1 für eine normale Sensorzelle 160 als die anfängliche Charakteristik erfasst und der Schwellenwert TH1 wird auf Grundlage des erfassten Werts angemessen eingestellt, wodurch eine nachfolgende Verschlechterungsbestimmung genau durchgeführt werden kann. Folglich ermöglicht die erste Ausführungsform ferner vorteilhaft, dass die Anfangscharakteristik relativ einfach für die einzelnen Abgassensoren 100 erfasst werden kann.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen ist die Sensorzelle 160 die zweite Zelle, die einer Verschlechterungsbestimmung unterzogen werden soll. Jedoch kann die Überwachungszelle 170 anstelle der Sensorzelle 160 die zweite Zelle sein, die einer Verschlechterungsbestimmung unterzogen werden soll. In einem derartigen Fall kann durch das gleiche Verfahren wie das vorstehend beschriebene Verfahren bestimmt werden, ob sich die Überwachungszelle 170 verschlechtert.
Nun wird eine zweite Ausführungsform beschrieben werden. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich lediglich hinsichtlich Details des Prozesses zur Verschlechterungsbestimmung von der ersten Ausführungsform. Im Folgenden werden solche Unterschiede von der ersten Ausführungsform hauptsächlich erwähnt, und andere der ersten Ausführungsform gemeinsame Details werden entsprechend weggelassen.
Der Prozess zur Verschlechterungsbestimmung der zweiten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 9 zusammengefasst werden. Die Graphen in 9 sind jeweils ein Beispiel für eine zeitliche Änderung des Sensorzellenstroms nach dem Zeitpunkt t0, zu dem die Pumpzellenspannung reduziert wird.
Eine Linie L20 zeigt eine zeitliche Änderung des Sensorzellenstroms für die Sensorzelle 160 an, die nicht verschlechtert wird. Eine Linie L21 zeigt eine zeitliche Änderung des Sensorzellenstroms für die Sensorzelle 160 an, die sich verschlechtert. Wenn sich die Sensorzelle 160 verschlechtert, erhöht sich der Sensorzellenstrom nach der Zeit t0 im Vergleich zu dem in einem Normalzustand (Linie L20) allmählich. Im Ergebnis ist der berechnete Wert von IS2 / IS1 kleiner als der in einem normalen Zustand.
Der Wert des Sensorzellenstroms neigt dazu, mit einer Zunahme der Temperatur der Sensorzelle 160 zunimmt. Eine Linie L22 in 9 gibt eine zeitliche Änderung des Sensorzellenstroms für die Sensorzelle 160 an, die nicht verschlechtert wird und eine höhere Temperatur als die normale Temperatur aufweist. In diesem Fall steigt der Sensorzellenstrom nach der Zeit t0 steiler an als die Linie L20, und dann weist die Linie L22 allmählich eine leichte Steigung auf und konvergiert schließlich auf den gleichen Wert wie der der Linie L20.
Somit kann, wenn sich der Sensorzellenstrom ändert, wie durch die Linie L22 gezeigt, der Wert von IS2 / IS1 kleiner als ein Wert von IS2 / IS1 sein, der gegeben ist, wenn sich der Sensorzellenstrom ändert, wie durch die Linie L20 gezeigt. Das heißt, wenn die Sensorzelle 160 eine hohe Temperatur aufweist, kann der Wert von IS2 / IS1 kleiner sein, selbst wenn die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert ist. Wenn der Wert von IS2 / IS1 kleiner ist als der Schwellenwert TH1, wird fälschlicherweise zum Beispiel bestimmt, dass sich die Sensorzelle 160 verschlechtert.
Wenn die Sensorzelle 160 eine hohe Temperatur aufweist, bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 der zweiten Ausführungsform daher nicht, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist.
Ein Referenzwert ST1, der in 9 gezeigt wird, entspricht dem ersten Stromwert IS1, der zu dem ersten Zeitpunkt (Zeitpunkt t10) für die Sensorzelle 160 erfasst wird, der nicht verschlechtert wird und eine normale Temperatur aufweist.
Wie durch die Linie L21 gezeigt wird, ist der erste Stromwert IS1, der bei dem ersten Zeitpunkt erfasst wird, kleiner als der Referenzwert ST1, wenn sich die Sensorzelle 160 verschlechtert. Andererseits ist der erste Stromwert IS1, der zu dem ersten Zeitpunkt erfasst wird, größer als der Referenzwert ST 1, wenn die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert ist und eine hohe Temperatur aufweist, wie durch die Linie L22 gezeigt wird.
Wenn der erfasste erste Stromwert IS1 größer als der Referenzwert ST1 ist, bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 der zweiten Ausführungsform daher nicht, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist. Dies verhindert die oben beschriebene Fehlbestimmung.
Wie in 9 gezeigt wird, konvergiert der Sensorzellenstrom zu einem annähernd konstanten Wert zu dem Zeitpunkt t30 als ein Zeitpunkt, zu dem eine ausreichende Zeit von dem Zeitpunkt t0 verstrichen ist. Der Sensorzellenstrom hat zum Zeitpunkt t30 den gleichen Wert für eine der Leitungen L20, L21 und L22. Der Wert des Sensorzellenstroms, der zu dem Zeitpunkt t30 konvergiert, wie in 6 oder 9 gezeigt wird, kann nachfolgend als ein dritter Stromwert IS3 bezeichnet werden.
Der Zeitpunkt t30 entspricht einem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt t20, d. h. dem zweiten Zeitpunkt, und entspricht einem dritten Zeitpunkt in der zweiten Ausführungsform. Der dritte Stromwert IS3 ist ein Wert des Sensorzellenstroms, der von der Stromwerterfassungseinheit 14 zu dem dritten Zeitpunkt erfasst wird, der nach dem zweiten Zeitpunkt liegt.
Der dritte Stromwert IS3 ist nicht immer konstant und variiert beispielsweise abhängig von der Sauerstoffkonzentration des Abgases. Wenn der dritte Stromwert IS3 groß wird, wird auch der Referenzwert ST1 groß. Daher wird der Referenzwert ST1 als Referenz für die Bestimmung vorzugsweise zuvor auf einen geeigneten Wert gemäß dem dritten Stromwert IS3 eingestellt, um die oben beschriebene Bestimmung durchzuführen.
Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Kandidaten für den Referenzwert ST1 für den ersten Stromwert IS1 für die Sensorzelle 160, die nicht verschlechtert ist, d. h. sich in einem normalen Zustand befindet, zuvor in Übereinstimmung mit einer Vielzahl der dritten Stromwerte IS3 gespeichert. Das heißt, dass im Falle keiner Verschlechterung ein Wert des Sensorzellenstroms, der zum ersten Zeitpunkt erfasst werden sollte, zuvor als Kandidat für den Referenzwert ST1 für jeden von verschiedenen dritten Stromwerten IS3 gespeichert wurde.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 der zweiten Ausführungsform erfasst den dritten aktuellen Stromwert IS3 zum Zeitpunkt t30 und wählt und setzt dann einen entsprechenden Referenzwert ST1 aus den Kandidaten. Anschließend wird der eingestellte Referenzwert ST1 mit dem ersten aktuellen Stromwert IS1 verglichen, der zuvor zu dem ersten Zeitpunkt erfasst wurde, und wenn letzterer größer ist, bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 nicht, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist.
Der Prozess, der durch die Steuervorrichtung 10 durchgeführt wird, wird nun unter Bezugnahme auf 10 spezifisch beschrieben werden. Eine Reihe von Prozessen, die in 10 gezeigt werden, ist ein Prozess, der anstelle der Reihe von Prozessen, die in 8 gezeigt werden, durchgeführt wird. Der Prozess beinhaltet die Schritte S11 bis S14, die zwischen die Schritte S06 und S07 der Reihe von Prozessen eingefügt werden, die in 8 gezeigt werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird der zweite Stromwert IS2 erfasst und in dem Prozess von Schritt S06 gespeichert, und dann schreitet der Prozess zu Schritt S11 fort. In Schritt S11 wird bestimmt, ob eine dritte vorbestimmte Periode TM3 von einem Punkt verstrichen ist, an dem der Prozess von Schritt S06 durchgeführt wird, d. h. von dem zweiten Zeitpunkt. Die dritte vorbestimmte Periode TM3 wird zuvor als eine Periode eingestellt, die erforderlich ist, bevor der Wert des Sensorzellenstroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird, nach dem zweiten Zeitpunkt stabilisiert wird. Die dritte vorbestimmte Periode TM3 entspricht einem Zeitraum von einem Zeitpunkt t20 bis zu einem Zeitpunkt 30 in dem Beispiel, das in 9 gezeigt wird.
Wenn die dritte vorbestimmte Periode TM3 nicht verstrichen ist, wird der Prozess von Schritt S11 wiederholt. Wenn die dritte vorbestimmte Periode TM3 verstrichen ist, schreitet der Prozess zu Schritt S12 fort. Somit ist der Zeitpunkt zum Fortfahren zu Schritt S12 der oben erwähnte dritte Zeitpunkt (Zeitpunkt t30 in 6 oder 9).
In Schritt S12 führt die Stromwerterfassungseinheit 14 einen Prozess zum Erfassen des dritten Stromwerts IS3 durch. Der erfasste dritte Stromwert IS3 wird in dem (nicht näher dargestellten) Speicher in der Steuervorrichtung 10 gespeichert.
In Schritt S13 wird im Anschluss an Schritt S12 ein Prozess zum Einstellen des Referenzwerts ST1 durchgeführt. Wie zuvor beschrieben, wird dabei aus einer Vielzahl von Kandidaten für den Referenzwert ST1, die zuvor gespeichert wurden, ein Referenzwert ST1 ausgewählt und eingestellt, der dem in Schritt S12 erfassten dritten Stromwert IS3 entspricht.
In Schritt S14 wird im Anschluss an Schritt S13 bestimmt, ob der erste aktuelle Stromwert IS 1, der in Schritt S04 erfasst wird, gleich oder kleiner ist als der Referenzwert ST1, der in Schritt S13 eingestellt wird. Wenn der erste aktuelle Stromwert IS1 gleich oder kleiner als der Referenzwert ST1 ist, schreitet der Prozess zu Schritt S07 fort. Danach wird durch das gleiche Verfahren wie das bei der ersten Ausführungsform beschriebene Verfahren bestimmt, ob sich die Sensorzelle 160 verschlechtert.
Wenn der erste Stromwert IS1 größer ist als der Referenzwert ST1 in Schritt S14, wird die Reihe von Prozessen, wie in 10 gezeigt wird, beendet, ohne zu bestimmen, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert wird, wenn der erste Stromwert IS1 größer ist als der Referenzwert ST1 in Schritt S14.
Wie vorstehend beschrieben, erfasst die Stromwerterfassungseinheit 14 bei der zweiten Ausführungsform den Wert des Sensorzellenstroms als den dritten Stromwert zu dem dritten Zeitpunkt (Zeitpunkt t30), der nach dem zweiten Zeitpunkt (Zeitpunkt t20) liegt. Eine Vielzahl der Referenzwerte ST1 für den ersten Stromwert IS1 für die normale Sensorzelle 160, die nicht verschlechtert ist, d. h. sich in einem normalen Zustand befindet, werden zuvor in Übereinstimmung mit einer Vielzahl der dritten Stromwerte IS3 gespeichert.
In dieser Konfiguration bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 nicht, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist, wenn der erste Stromwert IS1, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird, größer ist als der Referenzwert ST1, der den dritten Stromwerten IS3 entspricht, die durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst werden. Folglich verhindert dies eine fehlerhafte Bestimmung, dass sich die zweite Zelle verschlechtert, wenn die Sensorzelle 160 eine hohe Temperatur aufweist.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird der erste Stromwert IS1 mit dem Referenzwert (ST1) verglichen, und wenn der erste Stromwert IS1 größer ist, wird keine Verschlechterungsbestimmung durchgeführt. Anstelle eines solchen Aspekts kann der zweite aktuelle Stromwert IS2 anstelle des ersten aktuellen Stromwerts IS1 mit dem Referenzwert verglichen werden.
Es wird nun eine Steuerung beschrieben, die bei einer solchen Modifikation durchgeführt wird. Ein Referenzwert ST2, der in 9 gezeigt wird, entspricht dem zweiten Stromwert IS2, der zu dem zweiten Zeitpunkt (Zeitpunkt t20) für eine Sensorzelle 160 erfasst wird, die nicht verschlechtert wird und eine normale Temperatur aufweist.
Wie durch die Linie L21 gezeigt wird, ist der zweite Stromwert IS2, der zu dem zweiten Zeitpunkt erfasst wird, kleiner als der Referenzwert ST2, wenn sich die Sensorzelle 160 verschlechtert. Andererseits ist der zweite Stromwert IS2, der zu dem zweiten Zeitpunkt erfasst wird, größer als der Referenzwert ST2, wie durch die Linie L22 gezeigt wird, wenn die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert wird und eine hohe Temperatur aufweist.
In dieser Modifikation bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 daher nicht, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist, wenn der zweite Stromwert IS2 größer als der Referenzwert ST2 ist. Dadurch wird verhindert, dass bei hoher Temperatur eine Fehlbestimmung auftritt.
Der dritte Stromwert IS3 ist nicht immer konstant und variiert beispielsweise abhängig von der Sauerstoffkonzentration des Abgases. Wenn der dritte Stromwert IS3 groß wird, wird auch der Referenzwert ST2 groß. Daher wird der Referenzwert ST2 als Referenz für die Bestimmung vorzugsweise zuvor auf einen geeigneten Wert gemäß dem dritten Stromwert IS3 eingestellt, um die oben beschriebene Bestimmung durchzuführen.
In diesem Vergleichsbeispiel wird eine Vielzahl von Kandidaten für den Referenzwert ST2 für den zweiten Stromwert IS2 für die normale Sensorzelle 160, die nicht verschlechtert ist, d. h. in einem normalen Zustand, zuvor in Übereinstimmung mit einer Vielzahl der dritten Stromwerte IS3 gespeichert. Das heißt, dass im Falle keiner Verschlechterung ein Wert des Sensorzellenstroms, der zum zweiten Zeitpunkt erfasst werden sollte, zuvor als Kandidat für den Referenzwert ST2 für jeden von verschiedenen dritten Stromwerten IS3 gespeichert wird.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 dieser Ausführungsform erfasst den dritten aktuellen Stromwert IS3 zum Zeitpunkt t30 und wählt und setzt dann einen entsprechenden Referenzwert ST2 aus den Kandidaten. Anschließend wird der eingestellte Referenzwert ST2 mit dem zweiten Stromwert IS2 verglichen, der zuvor zu dem dritten Zeitpunkt erfasst wurde, und wenn letzterer größer ist, bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 nicht, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist.
Die spezifische Verarbeitung, um eine solche Steuerung zu erreichen, ist dieselbe wie eine Prozedur, die durch Ersetzen des ersten Stromwerts IS1 durch den zweiten Stromwert IS2 und Ersetzen des Referenzwerts ST1 durch den Referenzwert ST2 in den Schritten S11 bis S14 in 10 gegeben ist. Daher werden Details der spezifischen Verarbeitung weggelassen.
Wie vorstehend beschrieben, erfasst die Stromwerterfassungseinheit 14 in diesem Vergleichsbeispiel den Wert des Sensorzellenstroms als den dritten Stromwert zu dem dritten Zeitpunkt (Zeitpunkt t30), der nach dem zweiten Zeitpunkt (Zeitpunkt t20) liegt. Eine Vielzahl der Referenzwerte ST2 für den zweiten Stromwert IS2 für die normale Sensorzelle 160, die nicht verschlechtert ist, d. h. sich in einem normalen Zustand befindet, werden zuvor in Übereinstimmung mit einer Vielzahl der dritten Stromwerte IS3 gespeichert.
In dieser Konfiguration bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 nicht, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist, wenn der zweite Stromwert IS2, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird, größer als der Referenzwert ST2 ist, der den dritten Stromwerten IS3 entspricht, die durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst werden. Folglich verhindert dies eine fehlerhafte Bestimmung, dass sich die zweite Zelle verschlechtert, wenn die Sensorzelle 160 eine hohe Temperatur aufweist.
In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform und der Modifikation davon wird die Zeit t30 als den dritte Zeitpunkt als ein Zeitpunkt eingestellt, nachdem Sauerstoffabgabe durch die Pumpzelle 150 durch die erste Zellensteuereinheit 13 unterdrückt wird und nachdem der Wert des Sensorzellenstroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird, stabilisiert wird. Jedoch kann der Zeitpunkt t30 als der dritte Zeitpunkt auf einen beliebigen anderen Zeitpunkt eingestellt sein, der nach dem Zeitpunkt t20 liegt. Zum Beispiel kann der dritte Zeitpunkt auf einen Zeitpunkt eingestellt sein, bevor der Wert des Sensorzellenstroms stabilisiert wird. In einem derartigen Fall wird der Referenzwert ST1 oder ST2 ebenfalls in Übereinstimmung mit dem dritten Stromwert IS3 eingestellt, der zu dem dritten Zeitpunkt erfasst wird.
Nun wird eine dritte Ausführungsform beschrieben werden. Bei der dritten Ausführungsform wird die zweite Ausführungsform in der Konfiguration der Steuervorrichtung 10 und in Details des Verfahrens zur Verschlechterungsbestimmung modifiziert. Im Folgenden werden solche Unterschiede von der zweiten Ausführungsform hauptsächlich erwähnt und andere Details, die der zweiten Ausführungsform gemeinsam sind, werden entsprechend weggelassen.
Wie in 11 veranschaulicht wird, beinhaltet die Steuervorrichtung 10 der dritten Ausführungsform ferner eine Temperaturschätzeinheit 16. Die Temperaturschätzeinheit 16 ist ein Teil, das die Temperatur der Sensorzelle 160 als die zweite Zelle schätzt. Die Temperatur der Sensorzelle 160, die durch die Temperaturschätzeinheit 16 geschätzt wird, wird zum Beispiel verwendet, um die Konzentration des Stickoxids, die durch den Abgassensor 100 gemessen wird, zu korrigieren.
Das Verfahren zum Schätzen der Temperatur der Sensorzelle 160 wird nun unter Bezugnahme auf 12 beschrieben werden. In der dritten Ausführungsform wird, wann immer die Reihe von Prozessen, die in 10 gezeigt wird, durchgeführt wird, anschließend eine Reihe von Prozessen, die in 12 gezeigt wird. Die Reihe von Prozessen, die in 12 gezeigt wird, wird durch die Temperaturschätzeinheit 16 durchgeführt.
Im ersten Verfahrensschritt bzw. Prozessschritt S21 wird ein Stromwert IS1 / ST1 berechnet, indem der erste Stromwert IS1 durch den Referenzwert ST1 dividiert wird. Der erste Stromwert IS1, der für eine solche Berechnung verwendet wird, ist ein Wert des Sensorzellenstroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 zu dem ersten Zeitpunkt in Schritt S04 in 10 erfasst wurde. Der Referenzwert ST1, der für die Berechnung verwendet wird und dem dritten aktuellen Stromwert IS3 entspricht, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird, wurde in Schritt S13 in 10 eingestellt.
Der so berechnete Wert von IS 1 / ST1 ist ein Parameter, der den Abweichungsgrad des ersten Stromwertes IS1 vom Referenzwert ST1 angibt. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 9 beschrieben, erhöht sich der erste Stromwert IS1, wenn die Sensorzelle 160 eine höhere Temperatur aufweist, und somit erhöht sich auch der Wert des berechneten IS1 / ST1. Wenn sich die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert, ist der Wert von IS1 / ST1 ein Wert, der der Temperatur der Sensorzelle 160 entspricht.
Der Speicher (nicht gezeigt) in der Steuervorrichtung 10 speichert in einer Form einer Karte eine Korrespondenzbeziehung zwischen dem Wert von IS1 / ST1 und der Temperatur der Sensorzelle 160 für eine Sensorzelle 160, die nicht verschlechtert wird.
In Schritt S22 nach Schritt S21 wird die Temperatur der Sensorzelle 160 unter Bezugnahme auf den in Schritt S21 berechneten Wert von IS1 / ST1 und die Abbildung geschätzt.
Wenn die Sensorzelle 160 verschlechtert ist, ändert sich die Korrespondenzbeziehung zwischen dem Wert von IS1 / ST1 und der Temperatur der Sensorzelle 160, sodass die Temperatur der Sensorzelle 160 ungenau geschätzt werden kann. Der Prozess aus 12 kann daher nur dann durchgeführt werden, wenn der Prozess aus 10 von Schritt S07 zu Schritt S09 fortschreitet, d. h. nur dann, wenn bestimmt wird, dass die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert ist.
Wie vorstehend beschrieben, schätzt die Temperaturschätzeinheit 16 die Temperatur der Sensorzelle 160 auf Grundlage des Werts, der durch Teilen des ersten Stromwerts IS 1, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird, durch den Referenzwert ST1, der dem dritten Stromwert IS3 entspricht, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird, erhalten wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird die Temperatur der Sensorzelle 160 auf Grundlage des ersten aktuellen Stromwerts IS 1 geschätzt. Anstelle eines solchen Aspekts kann die Temperatur der Sensorzelle 160 auf Grundlage des zweiten aktuellen Stromwerts IS2 anstelle des ersten aktuellen Werts IS1 geschätzt werden.
Nun wird eine Beschreibung der Steuerung angegeben werden, die in einer solchen Modifikation durchgeführt wird. In dieser Modifikation wird anstelle von Schritt S21 in 12 ein Prozess durchgeführt, um einen Wert IS2 / ST2 zu berechnen, indem der zweite Stromwert IS1 durch den Referenzwert ST2 geteilt wird. Der zweite Stromwert IS2, der für eine solche Berechnung verwendet wird, ist ein Wert des Sensorzellenstroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 zu dem zweiten Zeitpunkt erfasst wurde, der in Schritt S06 in 10 erfasst wird. Der Referenzwert ST2, der für die Berechnung verwendet wird, ist der Referenzwert ST2, der dem dritten aktuellen Stromwert IS3 entspricht, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wurde, die in Schritt S13 in 10 in der Modifikation der zweiten Ausführungsform eingestellt wurde.
Der so berechnete Wert von IS2 / ST2 ist ein Parameter, der den Abweichungsgrad des zweiten Stromwertes IS2 vom Referenzwert ST2 angibt. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 9 beschrieben, erhöht sich der zweite Stromwert IS2, wenn die Sensorzelle 160 eine höhere Temperatur aufweist, und somit erhöht sich auch der Wert des berechneten IS2 / ST2. Wenn die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert ist, ist der Wert von IS2 / ST2 ein Wert, der der Temperatur der Sensorzelle 160 entspricht.
Der Speicher (nicht gezeigt) in der Steuervorrichtung 10 speichert in Form einer Karte eine Korrespondenzbeziehung zwischen dem Wert von IS2 / ST2 und der Temperatur der Sensorzelle 160 für eine Sensorzelle 160, die nicht verschlechtert wird.
In dieser Modifikation wird in Schritt S22 die Temperatur der Sensorzelle 160 unter Bezugnahme auf den wie oben berechneten Wert von IS2 / ST2 und die Abbildung geschätzt.
Wenn die Sensorzelle 160 verschlechtert ist, ändert sich die Korrespondenzbeziehung zwischen dem Wert von IS2 / ST2 und der Temperatur der Sensorzelle 160, sodass die Temperatur der Sensorzelle 160 ungenau geschätzt werden kann. Die Schätzung der Temperatur der Sensorzelle 160 kann daher wie oben nur durchgeführt werden, wenn der Prozess aus 10 von Schritt S07 zu Schritt S09 fortschreitet, d. h. nur, wenn bestimmt wird, dass die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert ist.
Wie vorstehend beschrieben, schätzt die Temperaturschätzeinheit 16 in dieser Modifikation die Temperatur der Sensorzelle 160 auf Grundlage des Werts, der durch Teilen des zweiten Stromwerts IS2, der durch die Stromwerterfassungseinheit 14 erfasst wird, durch den Referenzwert ST2, der dem dritten Stromwert IS3 entspricht, der durch die Stromwert-Erfassungseinheit 14 erfasst wird, erhalten wird.
Die Temperaturschätzeinheit 16 kann die Temperatur der Überwachungszelle 170 anstelle der Sensorzelle 160 durch einen Prozess schätzen, der dem obigen Prozess der zweiten Ausführungsform oder der Modifikation davon ähnelt.
Nun wird eine vierte Ausführungsform beschrieben werden. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich lediglich hinsichtlich Details des Prozesses zur Verschlechterungsbestimmung von der ersten Ausführungsform. Im Folgenden werden solche Unterschiede zu der ersten Ausführungsform hauptsächlich erwähnt, und andere Details, die der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, werden entsprechend weggelassen.
In der vierten Ausführungsform wird eine Reihe von Prozessen, wie in 13 gezeigt wird, anstelle der Reihe von Prozessen aus 8 durchgeführt. Dabei wird der Prozess zwischen Schritt S06 und Schritt S08 oder S09 in der Prozessreihe von 8 durch die Schritte S31 bis S33 ersetzt.
Bei der vierten Ausführungsform wird der zweite Stromwert IS2 bei dem Prozess von Schritt S06 erfasst und gespeichert, und dann schreitet der Prozess zu Schritt S31 fort. In einem Prozess von Schritt S31 wird der in Schritt S04 erfasste erste Stromwert IS1 von dem in Schritt S06 erfassten zweiten Stromwert IS2 subtrahiert, um einen Differenzwert ΔIS zwischen den beiden zu berechnen. ΔIS kann ein Parameter sein, der die Größe einer Steigung einer Änderung des Sensorzellenstroms in der zweiten vorbestimmten Periode TM2 in 6 angibt. Wenn sich die Sensorzelle 160 verschlechtert, verringert sich der Wert von berechnetem ΔIS gemäß dem Grad der Verschlechterung.
In Schritt S32, der auf Schritt S31 folgt, wird ΔIS für eine Sensorzelle 160 berechnet, die sich nicht verschlechtert. Solche ΔIS können im Folgenden als normale ΔIS bezeichnet werden.
Der Speicher (nicht gezeigt) der Steuervorrichtung 10 speichert in einer Form einer Karte eine Korrespondenzbeziehung zwischen dem ersten Stromwert IS1 für eine Sensorzelle 160, die nicht verschlechtert ist, und einem Verhältnis des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1, insbesondere IS2 / IS1, für die Sensorzelle 160, die nicht verschlechtert ist. Die Steuervorrichtung 10 bezieht sich auf den ersten Stromwert IS1, der in dem Schritt S04 erfasst wurde, und die Karte, um den zweiten Stromwert IS2 für die Sensorzelle 160 zu berechnen, der nicht verschlechtert ist. Anschließend wird der im Schritt S04 erfasste erste Stromwert IS1 von dem berechneten zweiten Stromwert IS2 subtrahiert, um einen Differenzwert zwischen den beiden als normales ΔIS zu berechnen.
In Schritt S33, der auf Schritt S32 folgt, wird ein Wert, ΔIS / normal ΔIS, berechnet, indem ΔIS, das in Schritt S31 berechnet wurde, durch die normale ΔIS, die in Schritt S32 berechnet wurde, dividiert wird, und bestimmt wird, ob der Wert kleiner als der Schwellenwert TH2 ist.
Wenn sich die Sensorzelle 160 verschlechtert, verringert sich ein Wert der berechneten ΔIS / normalen ΔIS gemäß dem Grad der Verschlechterung. Der Schwellenwert TH2 wird zuvor als der untere Grenzwert eines Bereichs VON ΔIS / normalen ΔIS festgelegt, wobei ΔIS für die Sensorzelle 160 berechnet werden kann, die sich nicht verschlechtert.
Wenn der Wert von ΔIS / normalem ΔIS kleiner als der Schwellenwert TH2 ist, schreitet der Prozess zu Schritt S08 fort und es wird bestimmt, dass sich die Sensorzelle 160 verschlechtert. Wenn der Wert von ΔIS / normalem ΔIS gleich oder größer ist als der Schwellenwert TH2, schreitet der Prozess zu Schritt S09 fort und es wird bestimmt, dass die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert ist. Die nachfolgende Verarbeitung ist die gleiche wie die der ersten Ausführungsform, wie in 10 gezeigt.
Bei der vierten Ausführungsform bestimmt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 außerdem auf Grundlage des Verhältnisses des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1, ob die Sensorzelle 160 verschlechtert ist. Jedoch wird eine Verschlechterungsbestimmung durch einen Vergleich zwischen dem Wert ΔIS / normal ΔIS, der unter Verwendung des Verhältnisses des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1 berechnet wird, und dem Schwellenwert TH2 anstelle eines direkten Vergleichs zwischen dem Verhältnis des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1, zum Beispiel IS2 / IS1, und dem Schwellenwert durchgeführt.
Bei der Speicherung von ΔIS in bestehenden Techniken ist es notwendig, erste Stromwerte IS1 und zweite Stromwerte IS2 an einer Vielzahl von Punkten zu erfassen, die Sauerstoffkonzentrationen berücksichtigen, und ΔIS zu speichern, die jeder der Sauerstoffkonzentrationen entsprechen. Bei der vierten Ausführungsform kann das normale ΔIS erhalten werden, indem IS2 auf Grundlage des Verhältnisses des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1 erhalten wird, der weniger von der Sauerstoffkonzentration beeinflusst wird, wie auch bei der ersten Ausführungsform beschrieben wird, weshalb eine Verschlechterungsbestimmung relativ einfach und genau durchgeführt werden kann. Verschlechterungsbestimmung kann auch durch Berechnen eines Verhältnisses zwischen einem absoluten Wert des zweiten aktuellen Werts IS2 in einem normalen Zustand, der durch ein Verhältnis des zweiten aktuellen Werts IS2 zu dem ersten aktuellen Stromwert IS 1 berechnet wird, und einem absoluten Wert des zweiten aktuellen Werts IS2, der in Schritt S06 erfasst wird, und Vergleichen des berechneten Verhältnisses mit einem Schwellenwert durchgeführt werden. Allerdings wird wie bei der vierten Ausführungsform der Grad der Verschlechterung gegenüber dem Normalzustand durch Berechnen eines Verhältnisses der Differenz deutlicher, was zu einer genauen Verschlechterungsbestimmung führt.
In Schritt S32 wird das normale ΔIS auf Grundlage des tatsächlich erfassten ersten Stromwerts IS1 und des zweiten Stromwerts IS2 berechnet, die unter Bezugnahme auf die Karte erhalten werden. Allerdings können die normalen ΔIS durch ein anderes Verfahren berechnet werden. Zum Beispiel kann die normale ΔIS auf der Grundlage des tatsächlich erfassten zweiten Stromwerts IS2 in Schritt 06 und des ersten Stromwerts IS1 berechnet werden, der unter Bezugnahme auf die Karte erhalten wird. In einem solchen Fall muss die Karte lediglich eine Korrespondenzbeziehung zwischen dem zweiten Stromwert IS2 für eine Sensorzelle 160, die nicht verschlechtert wird, und einem Verhältnis des zweiten Stromwerts IS2 zu dem ersten Stromwert IS1 für diese Sensorzelle 160 speichern.
Nun wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben werden. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich lediglich hinsichtlich Details des Prozesses zur Verschlechterungsbestimmung von der ersten Ausführungsform. Im Folgenden werden solche Unterschiede zu der ersten Ausführungsform hauptsächlich erwähnt, und andere Details, die der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, werden entsprechend weggelassen.
In der fünften Ausführungsform wird eine Reihe von Prozessen, wie in 14 gezeigt wird, anstelle der Reihe von Prozessen aus 8 durchgeführt. Im Folgenden werden Unterschiede zu der Reihe von Prozessen von 8 beschrieben.
Bei der fünften Ausführungsform wird bestimmt, dass die erste vorbestimmte Periode TM1 in Schritt S03 verstrichen ist, und dann schreitet der Prozess zu Schritt S41 fort. In Schritt S41 werden jeweils ein Wert des Sensorzellenstroms und ein Wert des Überwachungszellenstroms zu dem ersten Zeitpunkt erfasst. Jeder dieser Stromwerte entspricht einem ersten Stromwert bei der fünften Ausführungsform.
Der Wert des zu dem ersten Zeitpunkt erfassten Sensorzellenstroms wird im Folgenden als erster Sensorzellenstromwert IS1 erwähnt. Der Wert des zum ersten Zeitpunkt erfassten Überwachungszellenstroms wird im Folgenden als ein erster Überwachungszellenstromwert IM1 erwähnt. Das heißt, der erste Stromwert in der fünften Ausführungsform beinhaltet den ersten Überwachungszellenstromwert IM1, der von der Überwachungszelle 170 ausgegeben wird, und den ersten Sensorzellenstromwert IS 1, der von der Sensorzelle 160 ausgegeben wird.
In Schritt S05, der auf Schritt S41 folgt, wird der gleiche Prozess durchgeführt, der unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wird. Bei der fünften Ausführungsform schreitet der Prozess zu Schritt S42 fort, wenn bestimmt wird, dass die zweite vorbestimmte Periode TM2 in Schritt S05 verstrichen ist. In Schritt S42 werden jeweils ein Wert des Sensorzellenstroms und ein Wert des Überwachungszellenstroms zu dem zweiten Zeitpunkt erfasst. Jeder dieser Stromwerte entspricht einem zweiten Stromwert bei der fünften Ausführungsform.
Der Wert des zu dem zweiten Zeitpunkt erfassten Sensorzellenstroms wird im Folgenden als ein zweiter Sensorzellenstromwert IS2 erwähnt. Der Wert des zum zweiten Zeitpunkt erfassten Überwachungszellenstroms wird nachfolgend als zweiter Überwachungszellenstromwert IM2 erwähnt. Das heißt, der zweite Stromwert in der fünften Ausführungsform beinhaltet den zweiten Überwachungszellenstromwert IM2, der von der Überwachungszelle 170 ausgegeben wird, und den zweiten Sensorzellenstromwert IS2, der von der Sensorzelle 160 ausgegeben wird.
In Schritt S43 im Anschluss an Schritt S42 werden jeweils ein erstes Verhältnis und ein zweites Verhältnis berechnet.
Das obige erste Verhältnis bedeutet einen Wert, der durch Teilen des in Schritt S42 berechneten zweiten Sensorzellenstromwerts IS2 durch den in Schritt S41 berechneten ersten Sensorzellenstromwert IS1 erreicht wird.
Das obige zweite Verhältnis bedeutet einen Wert, der durch Teilen des in Schritt S42 berechneten zweiten Überwachungszellenstromwerts IM2 durch den in Schritt S41 berechneten ersten Überwachungszellenstromwert IM1 erreicht wird.
Ein Anstieg der Temperatur der Sensorzelle 160 ändert eine Wellenform des Sensorzellenstroms von der Linie L20 zu der Linie L22 in 9. Im Ergebnis neigt das erste Verhältnis dazu, sich mit einem Anstieg der Temperatur der Sensorzelle 160 zu verringern. Das zweite Verhältnis neigt auch dazu, sich mit einer Zunahme der Temperatur der Überwachungszelle 170 zu reduzieren.
Die Sensorzelle 160 und die Überwachungszelle 170 sind an Positionen nahe beieinander in dem Abgassensor 100 angeordnet und weisen ungefähr die gleiche Temperatur auf. Durch Experimente haben die Erfinder herausgefunden, dass, wenn die Temperatur der Sensorzelle 160 und die Temperatur der Überwachungszelle 170 um das gleiche Ausmaß ansteigen, ein Reduktionsbetrag in dem zweiten Verhältnis größer ist als ein Reduktionsbetrag in dem ersten Verhältnis. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass der Strom der Überwachungszelle aufgrund eines Unterschieds im Herstellungsverfahren zwischen der Sensorzelle 160 und der Überwachungszelle 170 tendenziell stärker von der Temperatur beeinflusst wird.
In Schritt S44 wird im Anschluss an Schritt S43 bestimmt, ob eine Differenz, die durch Subtrahieren des zweiten Verhältnisses von dem ersten Verhältnis erhalten wird, gleich oder kleiner als ein Schwellenwert TH3 ist. Der Schwellenwert TH3 wird zuvor in dem Fall, in dem die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert ist und die Sensorzelle 160 und dergleichen eine Temperatur aufweisen, die nicht höher als die normale Temperatur ist, als der obere Grenzwert eines Bereichs möglicher Werte der obigen Differenz festgelegt.
Wenn die Differenz größer als der Schwellenwert TH3 ist, wird geschätzt, dass die Temperatur der Sensorzelle 160 und/oder der Überwachungszelle 170 höher als die normale Temperatur ist, so dass sich eine Wellenform des Sensorzellenstromwerts oder des Überwachungszellenstromwerts von einer normalen Wellenform ändert. In einem solchen Fall wird daher die Reihe von Prozessen, wie in 14 gezeigt wird, beendet, ohne zu bestimmen, ob sich die Sensorzelle 160 verschlechtert.
Wenn die Differenz gleich oder kleiner als der Schwellenwert TH3 in Schritt S44 ist, wird geschätzt, dass die Sensorzelle 160 oder die Überwachungszelle 170 die normale Temperatur aufweist. In einem derartigen Fall schreitet der Prozess daher zu Schritt S07 fort, und der gleiche Prozess wie in der ersten Ausführungsform wird danach durchgeführt.
Wie vorstehend beschrieben ist die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 in der fünften Ausführungsform dazu konfiguriert zu bestimmen, ob die Sensorzelle 160 nur als Reaktion auf eine Bestimmung verschlechtert ist, dass das erste Verhältnis zusammen mit dem zweiten Verhältnis eine vorher festgelegte Bedingung erfüllt. Die obige vorbestimmte Bedingung ist, dass eine Differenz zwischen dem ersten Verhältnis und dem zweiten Verhältnis gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Wert, d. h. der Schwellenwert TH3. Dies verhindert eine fehlerhafte Bestimmung, ob sich die Sensorzelle 160 aufgrund eines Temperaturanstiegs der Sensorzelle 160 und dergleichen verschlechtert.
Nun wird eine sechste Ausführungsform beschrieben werden. Die sechste Ausfiihrungsform unterscheidet sich lediglich hinsichtlich Details des Prozesses zur Verschlechterungsbestimmung von der fünften Ausführungsform. Im Folgenden werden solche Unterschiede von der fünften Ausführungsform hauptsächlich erwähnt und andere Details, die der fünften Ausführungsform gemeinsam sind, werden in geeigneter Weise weggelassen.
In der sechsten Ausführungsform wird eine Reihe von Prozessen, wie in 15 gezeigt wird, anstelle der Reihe von Prozessen von 14 durchgeführt. Bei diesem Prozess wird Schritt S44 in 14 durch Schritt S45 ersetzt.
Bei der sechsten Ausführungsform schreitet der Prozess zu Schritt S45 fort, nachdem das erste Verhältnis und das zweite Verhältnis jeweils in Schritt S43 berechnet wurden. In Schritt S45 wird eine Bestimmung durchgeführt, ob ein Wert, der durch Teilen des ersten Verhältnisses durch das zweite Verhältnis erreicht wird, gleich oder kleiner als ein Schwellenwert TH4 ist. Der vorstehende Wert, der durch Teilen des ersten Verhältnisses durch das zweite Verhältnis erreicht wird, kann nachfolgend als ein Verhältnis des ersten Verhältnisses zu dem zweiten Verhältnis bezeichnet werden. Der Schwellenwert TH4 wird zuvor in dem Fall, in dem sich die Sensorzelle 160 nicht verschlechtert und die Sensorzelle 160 und dergleichen jeweils eine Temperatur aufweisen, die nicht höher als die Normaltemperatur ist, als die obere Grenze eines Bereichs möglicher Werte des obigen Verhältnisses des ersten Verhältnisses zu dem zweiten Verhältnis festgelegt.
Wenn das Verhältnis des ersten Verhältnisses zu dem zweiten Verhältnis den Schwellenwert TH4 übersteigt, ist die Temperatur der Sensorzelle 160 und/oder die Temperatur der Überwachungszelle 170 höher als die normale Temperatur, daher wird geschätzt, dass sich eine Wellenform des Sensorzellenstromwerts und/oder eine Wellenform des Überwachungszellenstromwerts von der normalen Wellenform ändert. In einem solchen Fall wird daher die Reihe von Prozessen, wie in 15 gezeigt wird, beendet, ohne zu bestimmen, ob sich die Sensorzelle 160 verschlechtert.
Wenn bei Schritt S45 das Verhältnis des ersten Verhältnisses zu dem zweiten Verhältnis gleich oder kleiner als der Schwellenwert TH4 ist, wird geschätzt, dass die Sensorzelle 160 und/oder die Überwachungszelle 170 die normale Temperatur aufweisen. In einem derartigen Fall schreitet der Prozess daher zu Schritt S07 fort und wird danach der gleiche Prozess wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt.
Wie vorstehend beschrieben ist die Verschlechterungsbestimmungseinheit 15 in der sechsten Ausführungsform dazu konfiguriert zu bestimmen, ob die Sensorzelle 160 nur als Reaktion auf eine Bestimmung verschlechtert ist, dass das erste Verhältnis zusammen mit dem zweiten Verhältnis eine vorher festgelegte Bedingung erfüllt. Die obige vorbestimmte Bedingung ist, dass das Verhältnis, das durch Teilen des ersten Verhältnisses durch das zweite Verhältnis erhalten wird, gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, d. h. der Schwellenwert TH4. Dies verhindert eine fehlerhafte Bestimmung, ob sich die Sensorzelle 160 aufgrund eines Temperaturanstiegs der Sensorzelle 160 und dergleichen verschlechtert.
Bisher wurden unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele einige Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben worden sein. Allerdings ist die Offenbarung nicht auf solche spezifischen Beispiele beschränkt. Einige Designänderungen können durch Fachleute angemessen an jedem der spezifischen Beispiele vorgenommen werden, und derartige Modifikationen oder Modifikationen sind ebenfalls in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet, solange sie Merkmale der Offenbarung aufweisen. Details der spezifischen Beispiele, wie etwa Elemente, Anordnungen der Elemente, Bedingungen und Formen, sind nicht auf die erläuterten beschränkt und können geeignet geändert oder modifiziert werden. Die Elemente der konkreten Beispiele können geeignet in veränderbarer Weise kombiniert werden, solange kein technischer Widerspruch auftritt.
Die Steuervorrichtung und das Steuerverfahren gemäß der Offenbarung können durch einen oder mehrere dedizierte Computer erreicht werden, die durch Konfigurieren eines Prozessors, der programmiert ist, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen, die durch ein Computerprogramm verkörpert sind, und eines Speichers bereitgestellt werden. Die Steuervorrichtung und das Steuerverfahren gemäß der Offenbarung können durch einen dedizierten Computer erreicht werden, der durch Konfigurieren eines Prozessors bereitgestellt wird, der eine oder mehrere spezielle Hardware-Logikschaltungen beinhaltet. Die speziellen Hardware-Logikschaltungen können durch eine digitale Schaltung, die eine Vielzahl von logischen Schaltungen beinhaltet, oder eine analoge Schaltung erreicht sein. Die Steuervorrichtung und das Steuerverfahren gemäß der Offenbarung können durch einen oder mehrere dedizierte Computer erreicht werden, die durch eine Kombination eines Prozessors, der programmiert ist, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen, eines Speichers und eines Prozessors, der eine oder mehrere Hardware-Logikschaltungen beinhaltet, konfiguriert sind. Die logischen Hardwareschaltungen können durch eine digitale Schaltung, die eine Vielzahl von logischen Schaltungen beinhaltet, oder eine analoge Schaltung erreicht sein. Das Computerprogramm kann als Anweisungen gespeichert sein, die durch einen Computer in einem computerlesbaren, nicht übergangsweisen, greifbaren Aufzeichnungsmedium ausführbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018161512 A [0001]
JP 2017116438 A [0006, 0063]

Claims

Steuervorrichtung (10) zum Steuern eines Abgassensors (100), wobei der Abgassensor eine erste Zelle (150), die Sauerstoff aus Abgas abgibt, das in einem Verbrennungsmotor (EG) erzeugt wird, und eine zweite Zelle (160, 170) aufweist, die einen Strom mit einer Größe ausgibt, die der Konzentration von Restsauerstoff entspricht, der in dem Abgas enthalten ist, das aus dem Sauerstoff durch die erste Zelle ausgestoßen wurde, wobei die Steuervorrichtung das Folgende aufweist: eine erste Zellensteuereinheit (13), die die Abgabe von Sauerstoff durch die erste Zelle steuert; eine Stromwerterfassungseinheit (14), die die Stromausgabe von der zweiten Zelle erfasst; und eine Verschlechterungsbestimmungseinheit (15), die auf Grundlage des durch die Stromwerterfassungseinheit erfassten Stroms bestimmt, ob die zweite Zelle verschlechtert ist, wobei ein Wert des Stroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit zu einem ersten Zeitpunkt erfasst wird, als ein erster Stromwert definiert ist, wobei der erste Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, zu dem eine erste vorbestimmte Periode von einem Punkt verstrichen ist, an dem Sauerstoffentladung durch die erste Zelle durch die erste Zellensteuereinheit unterdrückt wird, wobei ein Wert des Stroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst wird, als ein zweiter Stromwert definiert ist, wobei der zweite Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, zu dem eine zweite vorbestimmte Periode von dem ersten Zeitpunkt verstrichen ist, und wobei die Verschlechterungsbestimmungseinheit auf Grundlage eines Verhältnisses des zweiten Stromwerts zu dem ersten Stromwert bestimmt, ob die zweite Zelle verschlechtert ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verschlechterungsbestimmungseinheit bestimmt, dass die zweite Zelle als Reaktion auf eine Bestimmung, dass ein Wert, der durch Teilen des zweiten Stromwerts durch den ersten Stromwert erreicht wird, kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, verschlechtert ist.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei Werte des Stroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit zu einem dritten Zeitpunkt erfasst wird, der nach dem zweiten Zeitpunkt liegt, jeweils als dritte Stromwerte definiert sind, wobei eine Vielzahl von Referenzwerten für den ersten Stromwert in der Steuervorrichtung vorgespeichert sind, um jeweils mit den dritten Stromwerten zu korrelieren, wobei jeder der Referenzwerte eine Schätzung des ersten Stromwerts zu dem ersten Zeitpunkt darstellt, wenn sich die zweite Zelle in einem normalen Zustand befindet; und wobei die Verschlechterungsbestimmungseinheit dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf die Bestimmung, dass der durch die Stromerfassungseinheit erfasste erste Stromwert größer als einer der Referenzwerte ist, der mit einem der durch die Stromerfassungseinheit erfassten dritten Stromwerte korreliert, keine Bestimmung durchzuführen, ob sich die zweite Zelle verschlechtert.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 3, ferner aufweisend eine Temperaturschätzeinheit (16), die eine Temperatur der zweiten Zelle schätzt, wobei die Temperaturschätzeinheit die Temperatur der zweiten Zelle auf Grundlage eines Werts schätzt, der durch Teilen des ersten Stromwerts, der durch die Stromwerterfassungseinheit erfasst wird, durch einen der Referenzwerte, der mit einem der dritten Stromwerte korreliert, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, erreicht wird.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei Werte des Stroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit zu einem dritten Zeitpunkt erfasst wird, der nach dem zweiten Zeitpunkt liegt, jeweils als dritte Stromwerte definiert sind, eine Vielzahl von Referenzwerten für den zweiten Stromwert zuvor in der Steuervorrichtung gespeichert werden, um jeweils mit den dritten Stromwerten zu korrelieren, wobei jeder der Referenzwerte eine Schätzung des zweiten Stromwerts zu dem zweiten Zeitpunkt darstellt, zu dem sich die zweite Zelle in einem normalen Zustand befindet; und die Verschlechterungsbestimmungseinheit so konfiguriert ist, dass sie als Reaktion auf die Bestimmung, dass der von der Stromerfassungseinheit erfasste zweite Stromwert größer als einer der Referenzwerte ist, der mit einem der von der Stromerfassungseinheit erfassten dritten Stromwerte korreliert, keine Bestimmung durchführt, ob sich die zweite Zelle verschlechtert.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 5, ferner aufweisend eine Temperaturschätzeinheit, die eine Temperatur der zweiten Zelle schätzt, wobei die Temperaturschätzeinheit die Temperatur der zweiten Zelle auf Grundlage eines Werts schätzt, der durch Teilen des zweiten Stromwerts, der durch die Stromwerterfassungseinheit erfasst wird, durch einen der Referenzwerte, der mit einem der dritten Stromwerte korreliert, der durch die Strom-Erfassungseinheit erfasst wird, erreicht wird.
Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der dritte Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, nachdem ein Wert eines Stroms, der durch die Stromwerterfassungseinheit erfasst wurde, stabilisiert wurde, nachdem Sauerstoffentladung durch die erste Zelle durch die erste Zellensteuereinheit unterdrückt wurde.
Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Zelle das Folgende aufweist: eine Überwachungszelle (170), die einen Strom ausgibt, der eine Größe aufweist, die der Konzentration des Restsauerstoffs entspricht, der in dem Abgas enthalten ist, aus dem Sauerstoff durch die erste Zelle entladen wurde, und eine Sensorzelle (160), die einen Strom ausgibt, der eine Größe aufweist, die der Gesamtkonzentration des Restsauerstoffs und Stickstoffoxids entspricht, die in dem Abgas enthalten sind, aus dem Sauerstoff durch die erste Zelle entladen wurde.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der erste Stromwert einen ersten Überwachungszellenstromwert, der von der Überwachungszelle ausgegeben wird, und einen ersten Sensorzellenstromwert, der von der Sensorzelle ausgegeben wird, beinhaltet, wobei der zweite Stromwert einen zweiten Überwachungszellenstromwert beinhaltet, der von der Überwachungszelle ausgegeben wird, und einen zweiten Sensorzellenstromwert beinhaltet, der von der Sensorzelle ausgegeben wird, ein Wert, der durch Teilen des zweiten Sensorzellenstromwerts durch den ersten Sensorzellenstromwert erreicht wird, als erstes Verhältnis definiert ist, ein Wert, der durch Teilen des zweiten Überwachungszellenstromwerts durch den ersten Überwachungszellenstromwert erreicht wird, als zweites Verhältnis definiert ist, und die Verschlechterungsbestimmungseinheit bestimmt, ob die zweite Zelle nur als Reaktion auf die Bestimmung, dass das erste Verhältnis zusammen mit dem zweiten Verhältnis eine vorher festgelegte Bedingung erfüllt, verschlechtert ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die vorbestimmte Bedingung ist, dass eine Differenz zwischen dem ersten Verhältnis und dem zweiten Verhältnis gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die vorbestimmte Bedingung ist, dass ein Wert, der durch Teilen des ersten Verhältnisses durch das zweite Verhältnis erreicht wird, gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.