JP2003515166A - NOx濃度を求める方法 - Google Patents
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Abstract
Description
める方法に関する。
めに、厚膜測定検出器を使用することが知られている。この種の測定検出器は例
えば N.Kato et al., "Thick Film ZrO2 NOx Sensor for the Measurement of
Low NOx Concentration", Society of Automotive Engineers, Veroeffentlichu
ng 980170, 1989 または N.Kato et al., "Performance of Thick Film NOx Sen
sor on Diesel and Gasoline Engines", Society of Automotive Engineers, Ve
roeffentlichung 970858, 1997 に記載されている。こうした測定検出器は2つ
の測定セルを有しており、酸素イオンを伝導するジルコニアから成っている。こ
こには次のような測定コンセプトが示されている。すなわち第1の測定セルに測
定すべきガスが拡散バリアを介して供給され、ここで第1の酸素イオンポンピン
グ電流から第1の酸素濃度が調整される。その際にNOxの分解は起こっていな
い。第2の測定セルは拡散バリアを介して第1の測定セルに接続されており、こ
こでは酸素含量は第2の酸素イオンポンピング電流によりさらに低下する。測定
電極でのNOxの分解により第3の酸素イオンポンピング電流が生じ、これがN
Ox濃度を表す尺度量となる。測定検出器全体はここでは電気ヒータにより例え
ば750℃の高温下に置かれる。
第1のチャンバから第2のチャンバへ酸素がすり抜けることにより、NOx測定
値に誤差が生じるからである。第2のセルへの酸素のすり抜けをポンピングによ
って抑制すれば確かに測定信号に誤差をもたらす酸素含量を低減することはでき
るが、それでもNOxの分解に由来しない酸素が一緒に検出されてしまうので、
充分ではない。
いてより正確に検出できる方法を提供することである。
送出されるNOx濃度値の測定誤差は内燃機関の排気ガス中の酸素濃度のレベル
に依存するという知識に基づいている。測定値検出器は酸素濃度を測定すること
はできない。第1の酸素イオンポンピング電流は排気ガス中の空気比λの直接の
尺度量である。当該の測定誤差が酸素濃度に関係せず、λ値(有利には逆数であ
る1/λ)に関係する場合、複数の測定検出器での測定誤差を簡単な関数により
表すことができ、これは1/λで一貫して線形に記述できる。一貫して線形であ
るということは、列を展開する際に高次の項をきわめて小さな係数で考慮すれば
よいということである。
には排気ガスの1/λ値が得られ、これにより空気比信号と測定誤差とのあいだ
の関係を利用して測定誤差が求められる。その後測定されたNOx濃度が当該の
測定誤差のぶんだけ補正される。
特性マップ、特性曲線、または関数関係のかたちで形成される。
第1の酸素イオンポンピング電流と空気比信号(例えば1/λ)またはλの別の
関数との関係を表すさらに別の特性曲線が求められる。この場合第1の酸素イオ
ンポンピング電流と1/λとの関係は驚くべきことに一貫して線形である。これ
により有利には空気比信号として1/λを選定することができる。
算しか必要とならないという利点を有している。低コストのマイクロコントロー
ラの計算能力にきわめて強い負荷をかける除算は必要なくなる。
装置の概略図が示されている。図2にはNOx測定検出器の概略図が示されてい
る。図3には本発明の方法を実施するためのフローチャートが示されている。
器24として内燃機関20の排気管27でのNOx濃度を求めるために使用され
る。このためにNOx測定検出器24の測定値はNOx測定検出器24に接続さ
れた制御ユニット23によって読み出され、内燃機関20の駆動制御装置25へ
供給される。この駆動制御装置は内燃機関20の燃料供給システム21をNOx
還元触媒28が最適な駆動特性を示すように駆動する。このNOx還元触媒はこ
こでは内燃機関20の排気管27内でNOx測定検出器24の上流に配置されて
いる。
、この場合ZrO2から成る測定検出器1は拡散バリア3を介して測定すべき排
気ガスを収容し、そのNOx濃度を求める。排気ガスは拡散バリア3を通して第
1の測定セル4へ拡散する。測定セル内の酸素含量は第1の電極5と周囲空気に
曝される基準電極11とのあいだのネルンスト電圧を取り出すことにより測定さ
れる。ここで基準電極11は空気チャネル12内に配置されており、この空気チ
ャネルは開口部14を介して周囲空気に通じている。
コントローラに供給され、このマイクロコントローラにより調整電圧VS0が調
製される。この電圧により電圧制御形電流源UI0が駆動され、この電流源によ
り第1の酸素イオンポンピング電流IP0が測定検出器1の固体電解質2を通っ
て第1の電極5と外部電極6とのあいだを流れる。その際に制御器C0からの調
製電圧VS0により第1の測定セル4内では予め定められた酸素濃度がセットさ
れる。この酸素濃度が電極4と基準電極1とのあいだのネルンスト電圧により測
定され、制御器C0の制御回路が閉成される。第1の酸素イオンポンピング電流
は排気ガス中の空気比に対する尺度量であり、例えばラムダセンサから既知とな
る。
第2の測定セル8は別の拡散バリア7を介して第1の測定セル4へ接続されてい
る。当該の拡散バリア7を介して第1の測定セル4内に存在する気体は第2の測
定セル8内へ拡散する。第2の測定セル内では回路装置を介して第2の酸素濃度
が調整される。このために第2の電極9と基準電極11とのあいだで第2のネル
ンスト電圧が取り出され、制御器C1へ供給される。この制御器により第2の調
整電圧VS1が調製され、これにより第2の電圧制御形電流源UI1が駆動され
る。第2の測定セル8から酸素イオンポンピング電流IP1を流す回路装置は第
1の測定セル4に対する回路装置に相応している。
は予め定められた酸素濃度が調整される。
さないように選定される。NOxは触媒として構成される測定電極10で第3の
酸素イオンポンピング電流IP2により測定電極10から外部電極8へポンピン
グされる。測定セル8内の残余酸素含量は充分に低下しているので、当該の酸素
イオンポンピング電流IP2は実質的には測定電極10でのNOxの分解から生
じた酸素イオンのみに関連している。したがってポンピング電流IP2は測定セ
ル8でのNOx濃度、ひいては測定すべき排気ガス中のNOx濃度の尺度量とな
る。
御形電流源UI2により流され、その調整電圧VS2は制御器C2によって設定
される。この制御器は測定電極10と基準電極11とのあいだのネルンスト電圧
を取り出し、調整電圧VS2を設定することにより予め定められたネルンスト電
圧を調整する。
い。なぜなら第1の測定セルから第2の測定セル内への酸素のすり抜けがつねに
測定されたNOx濃度と排気ガス中の酸素濃度との依存関係に作用するからであ
る。
る。最初に第1の酸素イオンポンピング電流IP0から第1の測定セル4におい
て排気ガス中の空気比を表す酸素信号1/LAMが得られる。第1の酸素イオン
ポンピング電流IP0の変換は、特性曲線15または各電流と1/λ値(ここで
は空気比信号1/LAMである)とを対応させる特性マップにより行われる。特
性曲線15はそれぞれの測定検出器1に対してキャリブレーション測定により定
められる。
れる。特性曲線16は測定検出器1の相応のキャリブレーション測定から得られ
たものであり、測定誤差と1/LAMとの関係を表している。
場合、特性曲線による変換は当該の関数関係による換算へ置換される。空気比信
号として1/λ値が採用される場合、一貫した線形関係が得られる。このような
ほぼ線形の関係に基づく換算を支持できない場合には、所定の関数に代えて特性
曲線16が用いられる。ただし結果としては1/λ値が空気比信号1/LAMと
して使用され、一貫した線形関係が支持される。その際、空気比信号1/LAM
の値を乗算係数で簡単に乗算し、また加算係数と加算することにより、測定誤差
NOx_Dが得られる。このように例えば補正乗算係数として実現される測定誤
差NOx_Dと測定されたNOx濃度NOx_Mとを計算演算ステップ17にお
いて簡単に乗算することにより、補正されたNOx濃度NOx_Cが得られる。
Ox濃度NOx_Cを計算する際にも、一般に浮動小数点演算を伴うためにコス
トの高いマイクロコントローラを要求する除算は必要なくなる。これに代えてこ
こでは簡単かつ低コストのマイクロコントローラを使用することができる。
を支持することができず特性曲線16を使用する場合には、特性曲線15と特性
曲線16とを統合して、第1の酸素イオンポンピング電流IP0から直接に測定
誤差NOx_Dを例えば乗算補正係数または加算補正係数として得ることができ
る。この場合空気比信号1/LAMの形成を省略できるので、作業ステップを1
つ減らすことができる。ただしこの空気比信号1/LAMを例えば内燃機関を駆
動する際に他の開制御機能または閉ループ制御機能のために必要とする場合には
、もちろん第1の酸素イオンポンピング電流IP0からこれを形成してよい。
Claims (5)
- 【請求項1】 排気ガスの一部が導入されて酸素イオンポンピング電流によ
り第1の酸素濃度が調製される第1の測定セルと、該第1の測定セルに接続され
ており第2の酸素濃度が調整される第2の測定セルとを備えた測定検出器が設け
られており、第2の測定セル内のNOx濃度が測定される 内燃機関の排気ガス中のNOx濃度を求める方法において、 a)酸素イオンポンピング電流から排気ガスのλ値の関数を表す空気比信号を求
め、 b)該空気比信号から、測定されたNOx濃度と真のNOx濃度との差を表す測
定誤差を求め、 c)測定されたNOx濃度を測定誤差のぶんだけ補正する ことを特徴とする内燃機関の排気ガス中のNOx濃度を求める方法。 - 【請求項2】 空気比信号と測定誤差との関係をキャリブレーション測定に
より求め、該キャリブレーション測定においては測定検出器を混合気に曝して測
定誤差を検出し、混合気中で少なくともλ値およびNOx濃度の変化する特性マ
ップまたは特性曲線または関数関係のかたちで記述する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記ステップc)での補正を乗算‐加算の計算演算および/
または減算の計算演算により行う、請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】 空気比信号と測定誤差との関係として前記ステップb)で一
貫した線形関数を使用する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項5】 前記ステップa)で特性曲線または特性マップへアクセスし
、空気比信号を酸素イオンポンピング電流から求める、請求項1から4までのい
ずれか1項記載の方法。
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