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[Querverweis auf verwandte Anwendung]
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-191238 , die am 9. Oktober 2018 eingereicht wurde und deren Beschreibung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist und deren Priorität beansprucht wird.
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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Abnormalitätsbestimmungsvorrichtung für einen Ammoniaksensor.
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[Hintergrundtechnik]
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Herkömmlicherweise ist ein System bekannt, bei dem zur Reinigung von Abgas, das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, ein selektiver katalytischer Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) in ein Abgasrohr eingesetzt und NOx durch Harnstoffwasser, das als Reduktionsmittel dient, gereinigt wird. In einem solchen System kann Ammoniak, das aus dem Harnstoffwasser erzeugt wird, möglicherweise nicht zur Reinigung verwendet werden und zu einer stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators austreten. Ein Ammoniaksensor ist auf der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators innerhalb des Abgasrohrs vorgesehen, um das Ausströmen von Ammoniak in Richtung der stromabwärts gelegenen Seite des SCR-Katalysators zu erkennen.
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PTL 1 offenbart eine Vorrichtung, die eine Abnormalität in einem solchem Ammoniaksensor diagnostiziert. Insbesondere unter Ausnutzung der Tatsache, dass ein NOx-Sensor in der Lage ist, Ammoniak zu detektieren, bestimmt die Vorrichtung basierend auf einem absoluten Wert einer Differenz zwischen einem Ausgabewert einer durch den NOx-Sensor detektierten Ammoniakanteils und einem Ausgabewert des Ammoniaksensors, ob der Ammoniaksensor normal ist.
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[Zitierliste]
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[Patentliteratur]
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[PTL 1] Japanische Patentveröffentlichung Nr. 6238564
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[Kurzfassung der Erfindung]
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Bei einer in PTL 1 beschriebenen Konfiguration wird eine Abnormalität im Ammoniaksensor nur durch den Absolutwert der Differenz zwischen dem Ausgabewert des NOx-Sensors und dem Ausgabewert des Ammoniaksensors bestimmt. Daher werden die Auswirkungen anderer Elemente auf diese Sensoren nicht berücksichtigt. Ein Problem ergibt sich dadurch, dass die Genauigkeit gering ist.
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Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme erstellt. Ein Hauptziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Vorrichtung zur Erkennung von Abnormalitäten für einen Ammoniaksensor bereitzustellen, die eine höhere Genauigkeit aufweist.
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Eine beispielhafte Ausführungsform sieht eine Abnormalitätsbestimmungsvorrichtung für einen Ammoniaksensor in einem Abgasreinigungssystem vor. Das Abgasreinigungssystem umfasst einen Katalysator vom selektiven Reduktionstyp bzw. SCR-Katalysator, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist und Stickstoffoxid im Abgas unter Verwendung von Ammoniak reinigt; eine Zuführungsvorrichtung, die ein Reduktionsmittel zur Erzeugung von Ammoniak auf einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators im Abgaskanal zuführt; einen Ammoniaksensor, der auf einer stromabwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen ist und ein Sensorsignal basierend auf einer Ammoniakkonzentration im Abgas ausgibt; einen NOx-Sensor, der auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen ist und ein Sensorsignal basierend auf einer NOx-Konzentration in dem Abgas ausgibt; und einen Sauerstoffsensor, der auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen ist und ein Sensorsignal basierend auf einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas ausgibt.
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Die Abnormalitätsbestimmungsvorrichtung umfasst eine erste Berechnungseinheit, die während einer Fortsetzungsperiode, innerhalb der die Ammoniakzufuhr zu dem Katalysator fortgesetzt wird, nachdem die Zufuhrvorrichtung die Zufuhr von Reduktionsmittel gestoppt hat, die Ammoniakkonzentration auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators basierend auf der Ammoniaksensorausgabe und der Sauerstoffsensorausgabe als einen ersten Konzentrationswert berechnet; eine zweite Berechnungseinheit, die während der Fortsetzungsperiode die Ammoniakkonzentration auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators basierend auf der NOx-Sensorausgabe und der Sauerstoffsensorausgabe als einen zweiten Konzentrationswert berechnet; und eine Abnormalität-Bestimmungseinheit, die das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Abnormalität in dem Ammoniaksensor basierend auf dem ersten Konzentrationswert und dem zweiten Konzentrationswert bestimmt.
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Im Abgasreinigungssystem, das NOx im Abgas mit einem Katalysator vom Typ selektive Reduktion reinigt, sind der NOx-Sensor und der Ammoniaksensor auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen. Die Überwachung von NOx und Ammoniak, die zur stromabwärtigen Seite des Katalysators strömen, wird von diesen Sensoren durchgeführt. Dabei besitzt der NOx-Sensor nicht nur eine Sensitivität für NOx, sondern auch für Ammoniak und gibt ein Erkennungssignal in Abhängigkeit von der im Abgas enthaltenen Ammoniakkonzentration aus.
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In diesem Fall kann in einem Zustand, in dem Ammoniak im Abgas enthalten ist, eine Abnormalitätsbestimmung bezüglich des Ammoniaksensors durch einen Vergleich der NOx-Sensorausgabe und der Ammoniaksensorausgabe durchgeführt werden. Auch in einem Zustand, in dem die Zufuhr des Reduktionsmittels zur Erzeugung von Ammoniak gestoppt ist, lagert sich ein Ammoniakanteil an einer Wandfläche des Abgaskanals und des Katalysators an. Ammoniak strömt zur stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators. Daher wird die Zufuhr von Ammoniak im Abgaskanal auch dann fortgesetzt, wenn die Zufuhrvorrichtung, die das Reduktionsmittel zuführt, gestoppt wird, und die Bestimmung der Abnormalität kann während dieser Fortsetzungsperiode durchgeführt werden.
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Außerdem sind die Ammoniaksensitivität des NOx-Sensors und die Ammoniaksensitivität des Ammoniaksensors beide von der Sauerstoffkonzentration abhängig. Daher wird die Ammoniakkonzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators als erster Konzentrationswert basierend auf der Ausgabe des Ammoniaksensors und der Ausgabe des Sauerstoffsensors berechnet. Die Ammoniakkonzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators wird als zweiter Konzentrationswert basierend auf der Ausgabe des NOx-Sensors und der Ausgabe des Sauerstoffsensors berechnet. Folglich kann die Korrektur der Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in Bezug auf die von jedem Sensor erfasste Ammoniakkonzentration angemessen durchgeführt werden. Daher kann die Genauigkeit der Erkennung von Abnormalitäten erhöht werden.
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Figurenliste
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Der oben beschriebene Gegenstand, andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen weiter verdeutlicht. Die Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Darstellung einer Gesamtkonfiguration eines Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors;
- 2 ein Zeitdiagramm der Sauerstoffkonzentration und der NH3-Konzentration während des Kraftstoffstopps;
- 3 ein Flussdiagramm eines Abnormalität-Erkennungsprozesses für einen Ammoniaksensor; und
- 4 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Ausgabewert des Ammoniaksensors und der Ammoniakkonzentration.
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[Beschreibung der Ausführungsformen]
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Gemäß einer vorliegenden Ausführungsform ist ein Abgasreinigungssystem für einen Motor für einen fahrzeuginternen, mehrzylindrigen Dieselmotor, der ein Verbrennungsmotor ist, konstruiert. Eine Darstellung der Gesamtkonfiguration des Motorabgasreinigungssystems ist in 1 dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass der Verbrennungsmotor nicht auf den Dieselmotor beschränkt ist, sondern auch ein Benzinmotor mit Magerverbrennung sein kann.
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Ein Lufteinlasskanal 11, der jeder Verbrennungskammer Luft zuführt, und ein Abgaskanal 12, der Abgas aus dem Inneren jeder Verbrennungskammer ausstößt, sind mit einem Motor 10 verbunden. Darüber hinaus ist im Motor 10 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 13 vorgesehen, die Kraftstoff in jede Brennkammer einspritzt.
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Im Abgaskanal 12 sind ein stromaufwärts gelegener Katalysator 21 und ein stromabwärts gelegener Katalysator 22 vorgesehen. Der stromaufwärts gelegene Katalysator 21 umfasst einen Oxidationskatalysator, der HC, CO und dergleichen oxidiert, die im Abgas enthalten sind, das vom Motor 10 ausgestoßen wird, sowie einen Dieselpartikelfilter (DPF), der Partikel (PM) auffängt.
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Der stromabwärts gelegene Katalysator 22 ist ein selektiver Reduktionskatalysator (SCR), der Stickoxide (NOx) im Abgas mit Ammoniak reduziert. Im stromabwärts gelegenen Katalysator 22 wird Harnstoffwasser, das von einer Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23 zugeführt wird, zu Ammoniak (NH3), und NOx wird selektiv reduziert und gereinigt. Dabei entspricht der stromabwärts gelegene Katalysator 22 einem Katalysator. Das Harnstoffwasser entspricht einem Reduktionsmittel. Die Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23 entspricht einer Zufuhrvorrichtung. Als Reduktionsmittel kann auch eine wässrige Ammoniaklösung o.ä. verwendet werden.
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Außerdem ist im Abgaskanal 12 zwischen dem stromaufwärts gelegenen Katalysator 21 und dem stromabwärts gelegenen Katalysator 22 ein erster kombinierter Sensor 24 vorgesehen, der Signale ausgibt, die jeweils auf den Konzentrationen von NOx und Sauerstoff im Abgas basieren. Im Abgaskanal 12 ist stromabwärts des stromabwärts gelegenen Katalysators 22 ein zweiter kombinierter Sensor 25 vorgesehen, der Signale ausgibt, die jeweils auf den Konzentrationen von NOx, Sauerstoff und Ammoniak im Abgas basieren. Die Erfassungsergebnisse der kombinierten Sensoren 24 und 25 werden an die ECU 50 ausgegeben. Hier entspricht der zweite kombinierte Sensor 25 einem Ammoniaksensor, einem NOx-Sensor und einem Sauerstoffsensor.
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Die kombinierten Sensoren 24 und 25 sind einer zu erfassenden Gasatmosphäre ausgesetzt. In jedem der kombinierten Sensoren 24 und 25 ist ein Festelektrolyt vorgesehen, der Sauerstoffleitfähigkeit besitzt. Eine Referenzelektrode, die dem als Referenz dienenden Referenzgas ausgesetzt ist, und eine Detektionselektrode, die dem detektierten Gas ausgesetzt ist, sind in dem Festelektrolyten vorgesehen. Darüber hinaus hat jeder der kombinierten Sensoren 24 und 25 eine isolierende Unterlage, auf der eine Schaltung vorgesehen ist, die die Referenzelektrode und die Detektionselektrode o. ä. verbindet.
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Darüber hinaus weist jeder der kombinierten Sensoren 24 und 25 eine Struktur auf, in der eine Vielzahl von zu detektierenden Gasen durch einen einzigen kombinierten Sensor detektiert werden, wie z. B. dadurch, dass ein Teil einer Struktur eines Sensors zur Detektion einer Vielzahl von Arten von detektierten Gasen gemeinsam genutzt wird. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Detektionselektroden und Referenzelektroden, die die detektierten Gase detektieren, in einem einzigen Festelektrolyten vorgesehen sein.
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Alternativ können Festelektrolyte, die mit den Elektroden versehen sind, die die detektierten Gase erkennen, laminiert werden. Alternativ kann ein Substrat, auf dem ein Schaltkreis gebildet wird, der die Elektroden, die die detektierten Gase detektieren, verbindet, gemeinsam genutzt werden. In den kombinierten Sensoren 24 und 25 ist es aufgrund der Integration der Sensoren, die die Vielzahl der detektierten Gase detektieren, unwahrscheinlich, dass während einer im Folgenden beschriebenen Abnormalitätsbestimmung ein Fehler in einem Detektionsergebnis auftritt, der durch einen Unterschied in einer Position verursacht wird, in der das detektierte Gas innerhalb des Abgaskanals 12 detektiert wird.
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Im zweiten kombinierten Sensor 25 sind der NOx-Sensor, der Sauerstoffsensor und der Ammoniaksensor integral eingebaut. Es ist ein Controller 340 vorgesehen, der diese Sensoren steuert. Der Controller 30 ist ein Mikrocomputer, der aus einer Zentraleinheit (CPU), einem Festwertspeicher (ROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und Ähnlichem besteht. Der Controller 30 ist mit dem Steuergerät 50 verbunden. Das Steuergerät 30 gibt Erfassungswerte der Sensoren an die ECU 50 aus und erfasst einen Betriebszustand des Motors 10 und dergleichen von der ECU 50. Hier entspricht der Controller 30 einer Vorrichtung zur Erkennung von Abnormalitäten.
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Die ECU 50 enthält einen Mikrocomputer, der aus einer CPU, einem ROM, einem RAM und dergleichen besteht. Die ECU 50 steuert die Luftmenge und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 13 in Abhängigkeit von der Drehfrequenz und der Last des Motors 10. Darüber hinaus führt die ECU 50 die Steuerung der Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23 und dergleichen basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors 10 und den Ausgaben verschiedener Sensoren durch.
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Als nächstes wird die Abnormitätsbestimmung bezüglich des Ammoniaksensors beschrieben. Der NOx-Sensor hat eine Sensitivität gegenüber Ammoniak zusätzlich zu NOx und gibt ein Erkennungssignal basierend auf der im Abgas enthaltenen Ammoniakkonzentration aus. Folglich kann in einem Zustand, in dem Ammoniak im Abgas enthalten ist, eine Abnormalitätsbestimmung bezüglich des Ammoniaksensors durch einen Vergleich des Ausgangs des NOx-Sensor und des Ausgangs des Ammoniaksensors durchgeführt werden.
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Nachstehend wird eine Bedingung für die Durchführung der Abnormitätsbestimmung bezüglich des Ammoniaksensors beschrieben. Während des Kraftstoffstopps, bei dem die Kraftstoffeinspritzung gestoppt und die Verbrennung im Motor 10 gestoppt wird, ist das aus der Verbrennung resultierende Abgas im Wesentlichen nicht im Abgaskanal 12 vorhanden.
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In einem Zustand, in dem das aus der Verbrennung im Motor 10 resultierende Abgas nicht vorhanden ist, ist NOx im Wesentlichen nicht im Abgaskanal 12 vorhanden. Daher werden der Ammoniaksensor und der NOx-Sensor nicht von NOx beeinflusst. In diesem Zustand treten keine von NOx stammenden Fehler auf. Daher ermöglicht dieser Zustand eine genauere Bestimmung der Abnormalität und ist vorzuziehen.
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Die Sauerstoffkonzentration und die Ammoniakkonzentration während des Kraftstoffstopps werden im Detail beschrieben. 2 ist ein Zeitdiagramm der Sauerstoffkonzentration und der Ammoniakkonzentration während des Kraftstoffstopps.
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Vor dem Zeitpunkt t11 wird die Verbrennung im Motor 10 durchgeführt. Die Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23 sprüht Harnstoffwasser in den Abgaskanal 12 und auf den stromabwärts gelegenen Katalysator 22, um NOx zu reduzieren, das in dem aus der Verbrennung resultierenden Abgas enthalten ist. Außerdem wird aus dem Harnstoffwasser im Abgaskanal 12 und auf dem stromabwärts gelegenen Katalysator 22 Ammoniak erzeugt.
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Dabei verwandelt sich das in den Abgaskanal 12 und auf den stromabwärts gelegenen Katalysator 22 gespritzte Harnstoffwasser nicht sofort vollständig in Ammoniak. Ein Teil davon haftet im Harnstoffwasser-Zustand an einer Wandfläche des Abgaskanals 12 und des stromabwärts gelegenen Katalysators 22. Darüber hinaus wird Ammoniak durch die Einwirkung vor hoher Temperatur erzeugt. Das heißt, dass zwischen dem Zeitpunkt der Einspritzung und dem Zeitpunkt, zu dem das Ammoniak erzeugt wird, ein geringer Zeitunterschied besteht. Da Ammoniak ein stark adsorbiertes Gas ist, bleibt außerdem ein Teil des erzeugten Ammoniaks im Abgaskanal 12 und am stromabwärts gelegenen Katalysator 22 hängen.
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Zum Zeitpunkt t11, wenn die Kraftstoffeinspritzung gestoppt und die Verbrennung im Motor 10 gestoppt ist, stoppt die Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23 die Zufuhr von Harnstoffwasser. In dem Zustand, in dem die Kraftstoffeinspritzung gestoppt ist und die Verbrennung nicht durchgeführt wird, wird kein neues NOx erzeugt. Daher wird die Zufuhr von Harnstoffwasser zur Reduzierung von NOx vorzugsweise gestoppt. Aber auch wenn die Zufuhr von Harnstoffwasser gestoppt wird, wandelt sich das Harnstoffwasser, das im Abgaskanal 12 und am stromabwärts gelegenen Katalysator 22 anhaftet, in Ammoniak um und wird zur stromabwärts gelegenen Seite des stromabwärts gelegenen Katalysators 22 ausgestoßen bzw. abgeleitet.
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Außerdem wird ein Ammoniakanteil, die sich im Abgaskanal 12 und im stromabwärts gelegenen Katalysator 22 festgesetzt hat, allmählich abgeleitet. Infolgedessen strömt Ammoniak weiter zur stromabwärtigen Seite des stromabwärtigen Katalysators 22, während seine Konzentration bis zum Zeitpunkt t13 allmählich abnimmt. Hier entspricht ein Zeitraum von Zeitpunkt t11 bis t13 einer Fortsetzungsperiode.
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Außerdem nähert sich in dem Zustand, in dem die Kraftstoffeinspritzung gestoppt und keine Verbrennung im Motor 10 durchgeführt wird, die Sauerstoffkonzentration im Abgaskanal 12 allmählich der Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft an. Zum Zeitpunkt t12 erreicht die Sauerstoffkonzentration ein Gleichgewicht mit der Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft.
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Infolgedessen ist ein Zeitraum vom Zeitpunkt t12 bis zum Zeitpunkt t13 ein Zeitraum, der ideal für die Durchführung eines Prozess der Abnormalitätsbestimmung ist, in dem in einem Gleichgewichtszustand, bei dem die Sauerstoffkonzentration im Abgas größer als ein vorbestimmter Wert ist, NOx nicht im Abgas vorhanden ist und Ammoniak im Abgas vorhanden ist, während sich die Konzentration ändert.
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Als nächstes wird der Prozess der Abnormalitätsbestimmung für den Ammoniaksensor beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das von dem Controller 30 in einem vorbestimmten Zyklus von dem Controller 30 wiederholt durchgeführt wird.
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Bei S11 bestimmt der Controller 30, ob die Kraftstoffeinspritzung im Motor 10 gestoppt ist, d. h. ob sich der Motor 10 in einem Kraftstoffstoppzustand befindet. Wenn basierend auf den von der ECU 50 erhaltenen Informationen festgestellt wird, dass die Kraftstoffeinspritzung nicht gestoppt ist, stellt der Controller 30 fest, dass die Umgebung nicht für die Abnormalitätsbestimmung geeignet ist und beendet den Prozess. Wenn festgestellt wird, dass die Kraftstoffeinspritzung gestoppt ist, fährt der Controller 30 mit S12 fort.
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Bei S12 bestimmt der Controller 30, ob die Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23 gestoppt ist. Wenn basierend auf den von der ECU 50 erhaltenen Informationen festgestellt wird, dass die Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23 nicht gestoppt ist, stellt der Controller 30 fest, dass die Umgebung nicht für die Abnormalitätsbestimmung geeignet ist und beendet den Prozess. Wenn festgestellt wird, dass die Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23 gestoppt ist, fährt der Controller 30 mit S13 fort.
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Bei S13 erfasst der Controller 30 den Ausgang bzw. die Ausgabe (Sensorsignal) des Sauerstoffsensors des zweiten kombinierten Sensors 25. Dann berechnet der Controller 30 die Sauerstoffkonzentration basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors. Die Ausgabe des Sauerstoffsensors und die Sauerstoffkonzentration haben eine positive Korrelation. Die Ausgabe des Sauerstoffsensors wird durch eine Speicherabbildung (map, Kennfeld) oder einen relationalen Ausdruck, der im Voraus durch ein Experiment oder Ähnliches berechnet wird, in die Sauerstoffkonzentration umgerechnet.
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Bei S14 bestimmt der Controller 30, ob die bei S13 berechnete Sauerstoffkonzentration größer als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn festgestellt wird, dass die Sauerstoffkonzentration gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, stellt der Controller 30 fest, dass das Abgas während der Verbrennung immer noch im Abgaskanal 12 verbleibt, stellt fest, dass die Umgebung nicht für die Bestimmung von Abnormalitäten geeignet ist, und beendet den Prozess. Wenn festgestellt wird, dass die Sauerstoffkonzentration größer als der vorbestimmte Wert ist, geht der Controller 30 zu S15 über.
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Dabei ist der vorgegebene Wert vorzugsweise ein Wert, der die Bestimmung ermöglicht, ob die Sauerstoffkonzentration einen Gleichgewichtszustand erreicht hat, der im Wesentlichen identisch mit der Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft ist. Außerdem kann die Bestimmung nicht anhand der Sauerstoffkonzentration erfolgen, sondem anhand des Ausgangs des Sauerstoffsensors.
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Bei S15 erfasst der Controller 30 den Ausgang bzw. die Ausgabe (Sensorsignal) des Ammoniaksensors des zweiten kombinierten Sensors 25. Dann, bei S 16, berechnet der Controller 30 eine erste Ammoniakkonzentration, die ein erster Konzentrationswert ist, basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors und der Ausgabe des Ammoniaksensors. Die erste Ammoniakkonzentration wird basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors und der Ausgabe des Ammoniaksensors unter Verwendung einer Korrelationsspeicherabbildung der Sauerstoffkonzentrations-Ammoniakkonzentrationssensorausgabe des Ammoniaksensors berechnet, wie in 4 gezeigt. Die Korrelationsspeicherabbildung wird im Voraus erzeugt, indem sowohl die Sauerstoffkonzentration als auch die Ammoniakkonzentration eines normalen Ammoniaksensors geändert und gemessen werden, und wird in dem Controller 30 gespeichert.
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Der Ausgabe des Ammoniaksensors und die Ammoniakkonzentration haben eine positive Korrelation, bei der die Ausgabe mit steigender Ammoniakkonzentration im Abgas zunimmt. Darüber hinaus nimmt die Ausgabe des Ammoniaksensors auch bei gleicher Ammoniakkonzentration im Abgas infolge einer Reaktion zwischen Ammoniak und Sauerstoff mit steigender Sauerstoffkonzentration ab. Das heißt, die Ammoniaksensitivität des Ammoniaksensors nimmt mit steigender Sauerstoffkonzentration ab. Unter Verwendung einer solchen Korrelation wird die erste Ammoniakkonzentration basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors und der Ausgabe des Ammoniaksensors berechnet. Hier entspricht S16 einer ersten Berechnungseinheit.
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Bei
S17 erfasst der Controller
30 der Ausgabe (Sensorsignal) des NOx-Sensors des zweiten kombinierten Sensors
25. Dann, bei
S18, berechnet der Controller
30 eine zweite Ammoniakkonzentration, die ein zweiter Konzentrationswert ist, basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors und der Ausgabe des NOx-Sensors durch ein bekanntes Verfahren, wie das in
JP-A-2015-215334 offengelegte.
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Insbesondere wird die zweite Ammoniakkonzentration basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors und der Ausgabe des Ammoniaksensors unter Verwendung einer Korrelationsspeicherabbildung der Sauerstoffkonzentration-Ammoniakkonzentration-Sensorausgabe des NOx-Sensors berechnet. Die Korrelationsspeicherabbildung wird im Voraus erzeugt, indem sowohl die Sauerstoffkonzentration als auch die Ammoniakkonzentration eines normalen NOx-Sensors geändert und gemessen werden, und wird in dem Controller 30 gespeichert.
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Die Ausgabe des NOx-Sensors und die Ammoniakkonzentration haben eine positive Korrelation, bei der die Ausgabe mit steigender Ammoniakkonzentration im Abgas zunimmt. Darüber hinaus nimmt die Ausgabe des Ammoniaksensors auch bei gleicher Ammoniakkonzentration im Abgas mit steigender Sauerstoffkonzentration ab. Das heißt, die Ammoniaksensitivität des NOx-Sensors nimmt mit steigender Sauerstoffkonzentration ab. Unter Verwendung einer solchen Korrelation wird die zweite Ammoniakkonzentration basierend auf der Ausgabe des Sauerstoffsensors und der Ausgabe des NOx-Sensors berechnet.
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Dabei ist der Grad der Abhängigkeit vom Sauerstoff zwischen dem Ammoniaksensor und dem NOx-Sensor unterschiedlich, d. h. auch bei gleicher Sauerstoffkonzentration ist die Art und Weise, wie die Ammoniaksensitivität abnimmt, zwischen dem Ammoniaksensor und dem NOx-Sensor unterschiedlich. Daher werden für den Ammoniaksensor und den NOx-Sensor unterschiedliche Korrelationsspeicherabbildungen verwendet. Außerdem entspricht S18 einer zweiten Berechnungseinheit.
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Dann vergleicht der Controller 30 in S19 die in S16 berechnete erste Ammoniakkonzentration und die in S18 berechnete zweite Ammoniakkonzentration. Insbesondere wird ein absoluter Wert eines Wertes, der durch Subtraktion der zweiten Ammoniakkonzentration von der ersten Ammoniakkonzentration erhalten wird, als eine Differenz zwischen der ersten Ammoniakkonzentration und der zweiten Ammoniakkonzentration berechnet.
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Bei S20 ermittelt der Controller 30, ob ein Vergleichsergebnis des Vergleichs zwischen der ersten Ammoniakkonzentration und der zweiten Ammoniakkonzentration bei S19 kleiner als ein erster Schwellwert ist. Insbesondere ermittelt der Controller 30, ob die berechnete Differenz zwischen der ersten Ammoniakkonzentration und der zweiten Ammoniakkonzentration kleiner als der erste Schwellwert ist. Wenn festgestellt wird, dass die Differenz kleiner als der erste Schwellwert ist, stellt der Controller 30 bei S21 fest, dass der Ammoniaksensor normal ist und beendet den Prozess. Wenn bei S20 festgestellt wird, dass die Differenz größer als der erste Schwellwert ist, stellt der Controller 30 bei S22 fest, dass der Ammoniaksensor abnormal ist.
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Hier wird die Differenz zwischen der ersten Ammoniak-Konzentration und der zweiten Ammoniak-Konzentration in S19 berechnet und die Bestimmung der Abnormalität wird basierend auf der Differenz in S20 durchgeführt. Die Abnormalitätsbestimmung kann jedoch auch unter Verwendung eines Verhältnisses der ersten Ammoniakkonzentration geteilt durch die zweite Ammoniakkonzentration oder eines anderen Parameters durchgeführt werden, der eine Abweichung zwischen der ersten Ammoniakkonzentration und der zweiten Ammoniakkonzentration ausdrückt. Außerdem entspricht S20 einer Einheit zur Bestimmung der Abnormalität.
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Dann bestimmt der Controller 30 bei S23, ob die Differenz zwischen der ersten Ammoniakkonzentration und der bei S19 berechneten zweiten Ammoniakkonzentration kleiner als ein zweiter Schwellwert ist. Der zweite Schwellwert ist ein Wert, der größer als der erste Schwellwert ist, und wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Abweichung so groß ist, dass die Korrektur den Fehler zu groß macht. Wenn bei S23 festgestellt wird, dass die Differenz kleiner als der zweite Schwellwert ist, führt der Controller 30 bei S24 eine Ausgangskorrektur des Ammoniaksensors unter Verwendung einer Korrekturspeicherabbildung bzw. eines Korrekturkennfelds durch, das im Voraus auf der Grundlage des Werts der Differenz berechnet wird.
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Das Korrekturkennfelds zeigt beispielsweise eine Korrelation an, bei der der Korrekturwert mit zunehmender Differenz zunimmt, und wird im Voraus durch ein Experiment oder Ähnliches berechnet. Wenn in der Zwischenzeit bei S23 festgestellt wird, dass die Differenz größer als der zweite Schwellwert ist, betrachtet der Controller 30 die Abweichung als nicht korrigierbar und gibt bei S25 eine Mitteilung bzw. Benachrichtigung über das Auftreten einer Abnormalität im Ammoniaksensor aus.
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Als Methode zur Benachrichtigung über das Auftreten einer Abnormalität gibt es Methoden wie das Aufleuchten einer Fehlerwarnleuchte. Hier wird die Korrektur nicht durchgeführt, wenn der Ammoniaksensor bei S21 als normal bestimmt wird. Die Korrektur kann jedoch auch gebildet werden, wenn die Differenz kleiner als der erste Schwellwert ist. Außerdem kann eine Korrektur auch dann durchgeführt werden, wenn die Differenz größer als der zweite Schwellwert ist, obwohl der Fehler zunimmt. Außerdem entsprechen die Schritte S23 bis S25 einer Korrektureinheit.
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Hierbei wird der Prozess in 3 vorzugsweise mehrmals während der Fortsetzungsperiode durchgeführt, innerhalb derer die Ammoniakzufuhr im Abgaskanal 12 fortgesetzt wird, nachdem die Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23 die Zufuhr von Harnstoffwasser gestoppt hat. Wenn die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, das heißt, wenn die Verbrennung im Motor 10 gestoppt wird, wird der Gleichgewichtszustand in einem Zustand erreicht, in dem die Sauerstoffabgabe größer als der vorbestimmte Wert ist. Änderungen der Sauerstoffkonzentration treten kaum auf.
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Das heißt, da sich die Sauerstoffkonzentration im Gleichgewichtszustand befindet, ist eine Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration im Abgas und der Ausgabe des Ammoniaksensors eindeutig bestimmt. In einem Zustand, in dem die Zufuhr von Ammoniak zum stromabwärts gelegenen Katalysator 22 gestoppt wird, nimmt die Desorptionsmenge allmählich ab. Daher nimmt die Ammoniakkonzentration im Abgas allmählich ab.
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Die Bestimmung der Abnormalität wird vorzugsweise mehrere Male basierend auf den zeitlichen Änderungen der Ammoniakkonzentration in einem Zustand wie dem oben genannten durchgeführt. Zusätzlich kann die Konzentration durch einen relationalen Ausdruck in eine Ausgabe umgewandelt werden, in dem jede Sensorausgabe bei der Sauerstoffkonzentration, die sich im Zustand des Gleichgewichts befindet, die im Voraus berechnet wurde, in die Ammoniakkonzentration umgewandelt wird.
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Die Berechnung der Ammoniakkonzentration kann mehrere Male mit demselben relationalen Ausdruck durchgeführt werden. Im Allgemeinen nimmt bei einem Ammoniaksensor, der degradiert ist und sich in einem anormalen Zustand befindet, wie durch eine gestrichelte Linie in 4 angedeutet, ein Änderungsbetrag der Sensorausgabe in Bezug auf eine Änderung der Ammoniakkonzentration ab. Wenn also nur eine einzige Ammoniakkonzentration verwendet wird, kann die Ammoniakkonzentration zufällig zu einem Konzentrationsbereich gehören, der eine kleine Differenz aufweist.
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Hier kann durch mehrmaliges Durchführen der Abnormalität-Bestimmung und vorzugsweise durch Berechnen eines Anteils des Änderungsbetrages in der Korrelation (eine Steigung des Ausdrucks in der Korrelationsspeicherabbildung) und Vergleichen mit dem eines normalen Ammoniaksensors eine hochgenaue Abnormalität-Bestimmung durchgeführt werden.
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Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform werden folgende Effekte erzielt.
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Im Abgasreinigungssystem, das NOx im Abgas unter Verwendung des stromabwärts gelegenen Katalysators 22, der ein SCR-Katalysator ist, reinigt, sind der NOx-Sensor und der Ammoniaksensor an der stromabwärts gelegenen Seite des stromabwärts gelegenen Katalysators 22 vorgesehen. Die Überwachung von NOx und Ammoniak, die zur stromabwärtigen Seite des Katalysators strömen, wird von diesen Sensoren durchgeführt. Dabei weist der NOx-Sensor nicht nur eine Sensitivität für NOx, sondern auch für Ammoniak auf und gibt ein Erkennungssignal in Abhängigkeit von der im Abgas enthaltenen Ammoniakkonzentration aus.
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In diesem Fall kann in einem Zustand, in dem Ammoniak im Abgas enthalten ist, eine Abnormitätsbestimmung bezüglich des Ammoniaksensors durch einen Vergleich des Ausgangs des NOx-Sensors und des Ausgangs des Ammoniaksensors durchgeführt werden. Auch in einem Zustand, in dem die Zufuhr des Reduktionsmittels zur Erzeugung von Ammoniak gestoppt ist, setz sich ein Teil des Ammoniaks an der Wandoberfläche des Abgaskanals 12 und des stromabwärts gelegenen Katalysators 22 fest. Ammoniak strömt zur stromabwärts gelegenen Seite des stromabwärts gelegenen Katalysators 22. Daher wird die Zufuhr von Ammoniak innerhalb des Abgaskanals 12 fortgesetzt, selbst wenn die Harnstoffwasserzufuhrvorrichtung 23, die das Reduktionsmittel Harnstoffwasser zuführt, gestoppt wird, und die Abnormalitätsbestimmung kann während dieser Fortsetzungsperiode durchgeführt werden.
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Außerdem sind die Ammoniaksensitivität des NOx-Sensors und die Ammoniaksensitivität des Ammoniaksensors beide von der Sauerstoffkonzentration abhängig. Daher wird die Ammoniakkonzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite des stromabwärts gelegenen Katalysators 22 als erste Ammoniakkonzentration basierend auf der Ausgabe des Ammoniaksensors und der Ausgabe des Sauerstoffsensors berechnet. Die Ammoniakkonzentration auf der stromabwärts gelegenen Seite des stromabwärts gelegenen Katalysators 22 wird als die zweite Ammoniakkonzentration berechnet, basierend auf der Ausgabe des NOx-Sensors und der Ausgabe des Sauerstoffsensors. Folglich kann die Korrektur der Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration in Bezug auf die von jedem Sensor erfasste Ammoniakkonzentration angemessen durchgeführt werden. Daher kann die Genauigkeit der Abnormalitätenerkennung erhöht werden.
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Nachdem die Verbrennung im Motor 10 gestoppt ist, nähert sich die Sauerstoffkonzentration im Inneren des Abgaskanals 12 allmählich der Sauerstoffkonzentration der atmosphärischen Luft an. In dem Zustand, in dem die Sauerstoffkonzentration im Inneren des Abgaskanals 12 größer als der vorgegebene Wert ist, kann festgestellt werden, dass die Verbrennung im Motor 10 gestoppt ist und das aus der Verbrennung resultierende Abgas im Wesentlichen nicht im Inneren des Abgaskanals 12 vorhanden ist.
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In dem Zustand, in dem das aus der Verbrennung im Motor 10 resultierende Abgas nicht vorhanden ist, werden der Ammoniaksensor und der NOx-Sensor nicht von NOx beeinflusst. Da die Abnormalitätsbestimmung bezüglich des Ammoniaksensors in diesem Zustand durchgeführt wird, weil der von NOx stammende Fehler nicht auftritt, kann eine genauere Abnormalitätsbestimmung durchgeführt werden.
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Außerdem nimmt in dem Zustand, in dem die Zufuhr von Ammoniak zum stromabwärts gelegenen Katalysator 22 gestoppt wird, die Menge an Ammoniak auf der stromabwärts gelegenen Seite des Katalysators allmählich ab. Daher nimmt die Ammoniakkonzentration im Abgas allmählich ab. Dadurch, dass die Abnormalitätsbestimmung mehrere Male auf der Grundlage von zeitlichen Änderungen der Ammoniakkonzentration durchgeführt wird, während der Zustand, in dem das aus der Verbrennung im Motor 10 resultierende Abgas nicht vorhanden ist, beibehalten wird, kann eine hochgenaue Abnormalitätsbestimmung durchgeführt werden.
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Der Ausgabewert des Ammoniaksensors wird basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs zwischen der ersten Ammoniakkonzentration und der zweiten Ammoniakkonzentration korrigiert. Dadurch, dass die Korrektur auch dann durchgeführt wird, wenn der Ammoniaksensor degradiert ist, kann die Stabilität der berechneten Ammoniakkonzentration gewährleistet werden.
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Wenn die Differenz zwischen der ersten Ammoniakkonzentration und der zweiten Ammoniakkonzentration groß ist, wird die Abnormalität im Ammoniaksensor als gravierend angesehen. In diesem Fall wird keine Korrektur durchgeführt und der Ammoniaksensor weiter verwendet, sondern es wird eine Mitteilung bzw. Benachrichtigung über das Auftreten einer Abnormalität im Ammoniaksensor ausgegeben. Infolgedessen kann eine Reaktion basierend auf dem Grad der Abnormalität erfolgen.
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<Andere Ausführungsformen>
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Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann z. B. auf folgende Weise ausgeführt werden.
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Der Prozess zur Bestimmung der Abnormalität des Ammoniaksensors kann auch durchgeführt werden, wenn die Kraftstoffeinspritzung nicht gestoppt ist. Wenn der Prozess zur Bestimmung der Abnormalität anders als bei gestoppter Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, entfallen die Prozessschritte S11, S13 und S16. Wenn der Prozess zur Bestimmung der Abnormalität für den Ammoniaksensor jedoch anders als bei gestoppter Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, weil NOx auch im Abgas vorhanden ist, umfasst die Ausgabe des NOx-Sensors sowohl die von NOx als auch den von Ammoniak stammende Ausgabe.
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Daher wird die von NOx stammende Ausgabe beispielsweise dadurch berechnet, dass die NOx-Konzentration im Abgas aus einem von der ECU 50 ausgegebenen Motorparameter, wie z. B. einer Motorlast oder einer Kraftstoffeinspritzmenge, oder die NOx-Konzentration nach dem Durchgang durch den stromabwärts gelegenen Katalysator 22 aus der Ausgabe des NOx-Sensors, der von dem ersten kombinierten Sensor 24 erfasst wird, geschätzt wird. Durch Subtraktion der von NOx stammenden Ausgabe von der Ausgabe des NOx-Sensors kann dann die von Ammoniak stammende Ausgabe des NOx-Sensors berechnet werden.
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In S16 bis S20 in 3 wird die Bestimmung der Abnormalität unter Verwendung der Ammoniakkonzentration als erster Konzentrationswert und zweiter Konzentrationswert durchgeführt. Die Abnormalitätsbestimmung kann jedoch auch unter Verwendung der Ausgaben (Sensorsignale) der Sensoren als erster Konzentrationswert und zweiter Konzentrationswert durchgeführt werden. In diesem Fall wird bei S16, der ersten Recheneinheit, eine erster Ammoniak-Ausgabe, die die Auswirkungen der Sauerstoffkonzentration berücksichtigt, durch eine Korrelationsspeicherabbildung bzw. Korrelationskennfeld berechnet, die bzw. das im Voraus vorbereitet wird, ohne in die Ammoniakkonzentration umgewandelt zu werden.
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Darüber hinaus wird bei Schritt S18, der der zweiten Recheneinheit entspricht, die vom NOx-Sensor berechnete zweite Ammoniakkonzentration in einen Ammoniakausgabewert umgewandelt, der der Ammoniakkonzentration eines normalen Ammoniaksensors entspricht, und als zweite Ammoniakausgabe berechnet. Dann werden bei Schritt S19 die erste Ammoniakausgabe und der zweite Ammoniakausgabe verglichen.
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Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform führt der Controller 30 die Steuerung der Sensorelemente 31 zur Degradationsdiagnose und dergleichen durch. Wenn der Ammoniaksensor jedoch nicht über der Controller 30 verfügt und nur ein Sensorelement ist, kann die Steuerung eines Sensorelements zur Abnormitätsbestimmung und dergleichen auch von der ECU 50 oder dergleichen durchgeführt werden.
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Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform sind die kombinierten Sensoren 24 und 25 vorgesehen. Der NOx-Sensor, der Sauerstoffsensor und der Ammoniaksensor können jedoch jeweils separat im Abgaskanal 12 vorgesehen sein.
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Die in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Steuereinheit (Abnormalitätsbestimmungsvorrichtung) und ihr Verfahren können durch einen dedizierten Computer verwirklicht werden, der so vorgesehen ist, dass er durch einen Prozessor und einen Speicher konfiguriert wird, wobei der Prozessor so programmiert ist, dass er eine oder eine Vielzahl von Funktionen bereitstellt, die durch ein Computerprogramm realisiert werden.
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Alternativ kann die in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Steuereinheit (Abnormalitätsbestimmungsvorrichtung) und ihr Verfahren durch einen dedizierten Computer verwirklicht werden, der durch einen Prozessor bereitgestellt wird, der durch eine einzelne dedizierte Hardware-Logikschaltung oder mehrere konfiguriert ist. Weiterhin alternativ können die Steuereinheit (Abnormalitätsbestimmungsvorrichtung) und das in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Verfahren durch einen einzelnen dedizierten Computer oder mehrere davon verwirklicht werden, wobei der dedizierte Computer durch eine Kombination aus einem Prozessor, der so programmiert ist, dass er eine oder mehrere Funktionen bereitstellt, einem Speicher und einem Prozessor, der durch eine einzelne Hardware-Logikschaltung oder mehrere konfiguriert ist, konfiguriert ist. Darüber hinaus kann das Verfahren als Computerprogramm in einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein, das von einem Computer als Anweisungen gelesen werden kann, die von dem Computer auszuführen sind.
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Während die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Modifikationsbeispiele und Modifikationen im Bereich der Äquivalenz. Darüber hinaus sind auch verschiedene Kombinationen und Konfigurationen, und weiter, andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger, oder nur ein einzelnes Element davon vom Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018191238 [0001]
- JP 2015215334 A [0042]
