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    Mit Hilfe der elektronischen Steuereinheit ECU (22) eines bei einer Brennkraftmaschine (E) vorgesehenen Gaskonzentrationsdetektors (S) wird in einem geeigneten Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Verringerung der zwischen einem tatsächlichen Messwert eines Gassensors (1) und einem Referenz-Messwert bestehenden Differenz herbeigeführt. Der Referenz-Messwert stellt die Konzentration eines zu messenden Gasbestandteils in den Abgasen dar, bei der davon ausgegangen wird, dass sie in dem geeigneten Betriebszustand einen normalen Wert aufweist. Der geeignete Betriebszustand stellt einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine dar, der in einer geeigneten Beziehung zu dem Gasbestandteil steht. Auf diese Weise lässt sich ein Messfehler kompensieren, der auf alterungsbedingten Veränderungen der Eigenschaften des Gassensors und individuellen Differenzen zu anderen Gassensoren beruht, sodass eine höhere Messgenauigkeit bei der Ermittlung der Gaskonzentration erzielbar ist.
    公开号:DE102004007652A1
    申请号:DE200410007652
    申请日:2004-02-17
    公开日:2004-08-26
    发明作者:Tomoo Kawase；Daisuke Kojima；Eiji Takemoto
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:G01N27-41
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung bezieht sich auf einenGaskonzentrationsdetektor füreine Brennkraftmaschine.
    [0002] Ein mit einem Gassensor ausgestatteter Gaskonzentrationsdetektorhat bereits in verschiedenen Bereichen Anwendung gefunden. So istz.B. ein Gaskonzentrationsdetektor üblicherweise im Abgasrohr einerBrennkraftmaschine angeordnet, um die O2-Konzentration(Sauerstoffmolekül-Konzentration) derAbgase zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Gemischverhältnisseszu messen. Darüberhinaus dient ein Gaskonzentrationsdetektor in jüngerer Zeit auch zur Bewältigungvon Abgas-Emissionsauflagen, d.h., der Gaskonzentrationsdetektorist bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgas-Rückführungssystemvorgesehen, bei dem der Rückführungsbetrag derAbgase durch Messung der NOx-Konzentration inden Abgasen geregelt wird. Weiterhin wird der Gaskonzentrationsdetektorauch bei einer Brennkraftmaschine mit einem im Abgasrohr angeordneten NOx-Speicher-/Reduktionskatalysatormit NOx-Speicherfähigkeitzur Regelung der Zeitdauer der Speicherung oder Reduktion der Stickoxide(NOx) eingesetzt.
    [0003] Bei dem Gassensor eines solchen Gaskonzentrationsdetektorsfür eineBrennkraftmaschine findet üblicherweiseein Sauerstoffionen leitendes Festelektrolytelement aus Zirkondioxidusw. Verwendung. Das Festelektrolytelement dient hierbei z.B. zurBildung einer Zelle, bei der zwei Elektroden auf gegenüberliegendenSeiten des Festelektrolytelements angeordnet bzw. ausgebildet sind.Die Zelle kann hierbei in Bezug auf O2 einenPumpvorgang innerhalb einer Kammer ausführen, die der Zelle gegenüberliegt. Über dieZelle kann somit ein Austausch von O2 zwischendem Innenraum des Gassensors und seinem Außenbereich erfolgen, in dem sichein Messgas befindet. Der O2-Pumpvorgang wirddurch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden über mitden Elektroden verbundene Signalleitungen erzielt, wodurch Sauerstoffionenals Ladungsträgerinnerhalb des Festelektrolytelements bewegt bzw. übertragenwerden. Hierbei können zweiZellen dieser Art zur genauen Messung einer NOx-Konzentration dienen,wobei eine der Kammer einer ersten Zelle gegenüberliegende Elektrode in Bezugauf NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist, während eine Elektrode einerzweiten Zelle in Bezug auf NOx reaktionsfähig ist. Bei einer solchenAnordnung ergibt sich eine Differenz zwischen den an den Oberflächen derElektroden der beiden Zellen erzeugten Sauerstoffmengen in Abhängigkeitvon der NOx-Konzentration,d.h., durch die in Bezug auf NOx inaktive bzw. nicht reaktionsfähige ersteZelle (Überwachungszelle)wird die Beeinflussung der Messsignale der zweiten Zelle (Sensorzelle)durch in der Kammer verbleibenden Restsauerstoff unterdrückt, wodurchsich eine höhereMessgenauigkeit bei der NOx-Messung ergibt. Dieser Stand der Technikist aus der JP-A-2002-202285 bekannt.
    [0004] Auch ein solcher Gassensor, bei demein zu einer hohen Messgenauigkeit führendes Messprinzip Verwendungfindet, weist jedoch individuelle Unterschiede in Bezug auf andereGassensoren auf, was zu Messfehlern führen kann. Diese individuellenDifferenzen werden daher durch entsprechende Einstellung einer Ausgangssignalcharakteristikeiner zusammen mit dem Gassensor eingebauten Steuerschaltung kompensiert.Der den Gassensor und diese Steuerschaltung umfassende Gaskonzentrationsdetektorwird daher in einem Zustand versandt, bei dem sich diese unterschiedlichenEigenschaften der Gassensoren nicht länger bemerkbar machen.
    [0005] Dieses Verfahren gewährleistetzwar die Messgenauigkeit bei der Ermittlung der Gaskonzentration,erfordert jedoch gleichzeitig, dass ein Gassensor und seine zugehörige Steuerschaltunggemeinsam in das gleiche Kraftfahrzeug zuverlässig eingebaut werden. Allerdingswird hierbei der Gassensor in das Abgasrohr einer Brennkraftmaschineeingebaut, währendder Einbau der Steuerschaltung im Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugserfolgt. Dies kann zur Folge haben, dass der Gassensor und seine zugehörige Steuerschaltungan einem Montageband nicht in das gleiche Kraftfahrzeug eingebautwerden. Die Verhinderung einer solchen versehentlichen Fehlmontageerfordert jedoch eine verstärkteAufmerksamkeit der am Montageband beschäftigten Arbeiter oder zusätzlicheMaßnahmenzur Sicherstellung der Zuordnung eines jeweiligen Gassensors zu einerbestimmten Steuerschaltung.
    [0006] Wenn ferner ein Gassensor auf Grundeiner Fehlfunktion ausgetauscht wird, muss gleichzeitig auch diezusammen mit dem Gassensor eingebaute Steuerschaltung ausgetauschtwerden, was zu hohen Reparaturkosten führt. Außerdem wird hierdurch die Ersatzteil-Verfügbarkeiterschwert, da der Gassensor und die zugehörige Steuerschaltung in einer Werkstattbzw. einem Ersatzteillager als zusammengehöriger Satz gelagert werdenmüssen.
    [0007] Darüber hinaus ist zu berücksichtigen,dass der Gassensor im Abgasrohr auf Grund der mit hohen TemperaturenvorbeiströmendenAbgase extremen Betriebsbedingungen ausgesetzt ist. Auch wenn zumZeitpunkt des Versands eine geeignete Anpassung zwischen einem Gassensorund seiner zugehörigenSteuerschaltung besteht bzw. herbeigeführt worden ist, können Abweichungenbzw. Unverträglichkeitenzwischen dem Gassensor und der Steuerschaltung auf Grund von alterungsbedingten Schwankungender Charakteristik bzw. Kennwerte des Gassensors auftreten.
    [0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabezu Grunde, einen Gaskonzentrationsdetektor für eine Brennkraftmaschine anzugeben,bei dem durch Kompensation von alterungsbedingten Veränderungeneine hohe Genauigkeit bei der Gaskonzentrationsmessung gewährleistetwerden kann, sodass der Einbau eines Gassensors und einer Steuerschaltung durchführbar ist,ohne dass an einem Montageband zusätzliche Arbeitsvorgänge oderdas Vorliegen einer Konsistenz zwischen dem Gassensor und der Steuerschaltungerforderlich sind.
    [0009] Diese Aufgabe wird mit den in denPatentansprüchenangegebenen Mitteln gelöst.
    [0010] Der erfindungsgemäße Gaskonzentrationsdetektorumfasst einen Gassensor, der ein Messsignal in Abhängigkeitvon der Konzentration eines Gasbestandteils in den Abgasen einerBrennkraftmaschine abgibt. Ein Korrekturkoeffizient wird zur Korrektur einesin einem gegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine erhaltenentatsächlichenMesswertes des Gassensors eingestellt. Hierdurch wird eine zwischendem tatsächlichenMesswert des Gassensors und einem Referenz-Messwert des Gassensors bestehende Differenzverringert. Der Referenz-Messwert ist hierbei vorgespeichert unddient als angemessener Messwert, wenn der jeweilige Betriebszustandder Brennkraftmaschine dem vorgegebenen Betriebszustand entspricht.
    [0011] Die Konzentration des Gasbestandteilsin den Abgasen hängtvom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ab, der z.B. durch Betriebsparameter wiedie Ansaugluftmenge oder die Kraftstoffeinspritzmenge gegeben ist,sodass sich die Gaskonzentration auf der Basis des Betriebszustandsin einem gewissen Ausmaß abschätzen lässt. Aufder Basis eines Betriebszustands, bei dem eine angemessene odergeeignete Korrespondenzbeziehung mit der Gaskonzentration besteht,lässt sichsomit ein Referenz-Messwert abschätzen. Ein Vergleich zwischen diesemReferenz-Messwert und dem tatsächlichen Messwertführt dannzur Ermittlung individueller Differenzen in der Ausgangssignalcharakteristikdes Gassensors, d.h., ein Korrekturkoeffizient wird auf der Basisdes Referenz-Messwertesund des tatsächlichenMesswertes zur Korrektur des tatsächlichen Messwertes festgelegtbzw. eingestellt. Auf diese Weise eignet sich die Steuerschaltungfür einen jeweiligenGassensor, ohne dass vorher eine paarweise Zuordnung von Gassensorund Steuerschaltung getroffen werden muss.
    [0012] Der Gassensor und die Steuerschaltung können somitseparat in einem jeweiligen geeigneten Vorgang eingebaut werden,sodass die am Montageband tätigenPersonen dem Einbau des Gassensors und der Steuerschaltung keinebesondere Beachtung schenken müssen.
    [0013] Darüber hinaus lassen sich auchbei Auftreten von alterungsbedingten Schwankungen der Ausgangssignalcharakteristikeines Gassensors diese alterungsbedingten Veränderungen durch Aktualisiereneines Korrekturkoeffizienten kompensieren, wenn sich die Brennkraftmaschinein dem vorgegebenen Betriebszustand befindet.
    [0014] Die Erfindung wird nachstehend anhandvon bevorzugten Ausführungsbeispielenunter Bezugnahme auf die zugehörigenZeichnungen näherbeschrieben. Es zeigen:
    [0015] 1 eineschematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Brennkraftmaschine,die mit einem Gaskonzentrationsdetektor gemäß einem Ausführungsbeispielder Erfindung ausgestattet ist,
    [0016] 2 eineSchnittansicht des Hauptbereichs eines Gassensors des Gaskonzentrationsdetektors,
    [0017] 3 eineSchnittansicht entlang der Linie III-III gemäß 2,
    [0018] 4 eineSchnittansicht entlang der Linie IV-IV gemäß 2,
    [0019] 5 einKennlinienfeld zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Gassensors,
    [0020] 6 einAblaufdiagramm zur Veranschaulichung einer von einem Mikrocomputerdes Gaskonzentrationsdetektors ausgeführten Gaskonzentrations-Korrekturverarbeitung,
    [0021] 7 einSteuerdiagramm zur Veranschaulichung von Betrieb und Wirkungsweisedes Gaskonzentrationsdetektors,
    [0022] 8 einin dem Mikrocomputer des Gaskonzentrationsdetektors gespeichertesKennfeld von Beziehungen,
    [0023] 9 eineschematische Darstellung eines Steuerverfahrens des Gassensors,
    [0024] 10 eineschematische Darstellung eines weiteren Steuerverfahrens des Gassensors,
    [0025] 11 eineSchnittansicht des Hauptbereichs eines modifizierten Ausführungsbeispielsdes Gassensors, und
    [0026] 12 eineSchnittansicht des Hauptbereichs eines weiteren modifizierten Ausführungsbeispielsdes Gassensors.
    [0027] 1 zeigteine mit einem erfindungsgemäßen GaskonzentrationsdetektorS ausgestattete Brennkraftmaschine E in Form einer Vierzylinder-Dieselbrennkraftmaschinemit Abgasturboaufladung. Die Brennkraftmaschine E umfasst Injektoren 42,die jeweils einzeln einem jeweiligen Zylinder zugeordnet sind, einegemeinsame Druckleitung (Common Rail) 41 zur Zuführung vonunter hohem Druck stehendem Kraftstoff, eine Abgas-Sammelleitung 51, eineAnsaug-Sammelleitung 31 und eine Abgas-Rückführungsleitung(AGR-Leitung) 61, die eine Verbindung zwischen der Abgas-Sammelleitung 51 undder Ansaug-Sammelleitung 31 herstellt. Die von den Zylindernder Brennkraftmaschine E ausgestoßenen Abgase strömen durchein Abgasrohr 52 hindurch, in dem ein Oxidationskatalysator 54 zurOxidation der Abgase und stromauf des Katalysators 52 einNOx-Speicher-/Reduktionskatalysator 53 angeordnet sind.Die Abgas-Sammelleitung 51 ist stromauf des Abgasrohrs 52 angeordnetund enthältein Abgas-Kraftstoffeinspritzventil 43,das von einer Kraftstoffpumpe 44 zugeführten Kraftstoff in die Abgas-Sammelleitung 51 zurZuführungvon HC zwecks Verringerung des in dem NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator 53 gespeichertenNOx einspritzt.
    [0028] Der Gaskonzentrationsdetektor S gemäß 1 umfasst einen Gassensor 1,der in dem Abgasrohr 52 zwischen dem NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator 53 unddem Oxidationskatalysator 54 angeordnet ist. Der Gassensor 1 ist über eineVerbindungsleitung mit einer im Fahrzeuginnenraum angeordneten Steuerschaltung 21 verbunden.Ein Mikrocomputer der Steuerschaltung 21 berechnet aufder Basis der vom Gassensor 1 abgegebenen Signale die O2-Konzentrationswerte und NOx-Konzentrationswerteder Abgase und führtsie einer elektronischen Steuereinheit ECU 22 zu. Die berechneten Gaskonzentrationswertewerden dann von der elektronischen Steuereinheit ECU 22 zurAusführungverschiedener Regelvorgänge,wie der Regelung eines Abgas-Rückführventils(AGR-Ventils) 62 zur Einstellung der Abgas-Rückführmengeund der Regelung des Abgas-Kraftstoffeinspritzventils 43 verwendet.
    [0029] Der Gassensor 1 besitzteine in den 2, 3 und 4 veranschaulichte mehrschichtige Struktur,die Festelektrolyt-Elementschichten 111, 112 auseinem Sauerstoffionen leitenden Material wie Zirkondioxid sowieIsolierschichten 113, 114, 115 aus einemIsoliermaterial wie Aluminiumoxid umfasst. Die zwischen den Festelektrolyt-Elementschichten 111, 112 angeordneteIsolierschicht 114 ist zur Bildung von zwei, über eineDurchgangsöffnung 103 miteinander inStrömungsverbindungstehenden Kammern 101, 102 in Dickenrichtung teilweiseausgestanzt. Die Kammern 101, 102 sind in Längsrichtungdes Sensorelements 1 ausgerichtet, wobei die Kammer 101 näher an demMessende des Gassensors 1 als die Kammer 102 angeordnetist. Wie 3 zu entnehmenist, ist die Kammer 102 annähernd doppelt so breit wiedie Kammer 101.
    [0030] Die beiden Kammern 101, 102 sind über die Festelektrolyt-Elementschichten 111, 112 gegenüber Luftkanälen 104, 105 angeordnet.Die Luftkanäle 104, 105 stehen über einAnschlussende des Gassensors 1 mit der Atmosphäre bzw.Umgebungsluft in Verbindung. Hierbei ist der Luftkanal 105 über die Festelektrolyt-Elementschicht 111 gegenüber der Kammer 102 angeordnet,währendder Luftkanal 104 überdie Festelektrolyt-Elementschicht 112 nicht nur gegenüber derKammer 102, sondern auch gegenüber der Kammer 101 angeordnetist. Die Luftkanäle 104, 105 bildensomit Zwischenräume,die eine O2-Referenzkonzentration enthalten.
    [0031] Die obere Festelektrolyt-Elementschicht 111 besitztein Nadelloch 106, das in Dickenrichtung durch die Festelektrolyt-Elementschicht 111 hindurch biszu der ersten Kammer 101 verläuft. Über dieses Nadelloch 106 gelangendie den Gassensor 1 umgebenden Abgase in die erste Kammer 101.Das Nadelloch 106 ist hierbei durch eine poröse Diffusionsschicht 116 ausz.B. porösemAluminiumoxid verschlossen, wodurch sich das Eindringen von Abgaspartikelnin die Kammer 101 verhindern lässt.
    [0032] In der Nähe der ersten Kammer 101 sindan der Festelektrolyt-Elementschicht 112 zwei einander gegenüberliegendeElektroden 121, 122 zur Bildung einer Pumpzelle 1a angeordnet.Die der Kammer 101 gegenüberliegende Elektrode 121 bestehthierbei aus einem Edelmetall wie Au-Pt, das in Bezug auf die Aufspaltung(Reduktion) von NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist.
    [0033] In der Nähe der zweiten Kammer 102 sindan der Festelektrolyt-Elementschicht 111 zwei Elektroden 123, 125 sowiezwei Elektroden 124, 125 jeweils einander gegenüberliegendangeordnet. Hierbei findet die dem Luftkanal 104 gegenüberliegendeElektrode 125 in der in 4 veranschaulichtenWeise als sowohl der Elektrode 123 als auch der Elektrode 124 gegenüberliegende,gemeinsame Elektrode Verwendung. Auf diese Weise wird von der Festelektrolyt-Elementschicht 111 undden Elektroden 123, 125 eine Überwachungszelle 1b gebildet,währendvon der Festelektrolyt-Elementschicht 111 und den Elektroden 124, 125 eineSensorzelle 1c gebildet wird. Bei der Überwachungszelle 1b bestehtdie der Kammer 102 gegenüberliegende Elektrode 123 auseinem Edelmetall wie Au-Pt, das in Bezug auf die Aufspaltung vonNOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist. Demgegenüber bestehtbei der Sensorzelle 1c die der Kammer 102 gegenüberliegendeElektrode 124 aus einem Edelmetall wie Pt, das in Bezugauf die Aufspaltung von NOx reaktionsfähig ist. Nachstehend werdendie jeweiligen Elektroden unter Verwendung einer Kombination derBegriffe kammerseitig/atmosphäreseitigund Überwachungs-/Sensor-/Pump-bezeichnet, d.h., als kammerseitige Pumpelektrode 121,als kammerseitige Sensorelektrode 124 und als atmosphäreseitigeSensor-/Überwachungselektrode 125.
    [0034] Die Isolierschicht 115,die zusammen mit der Festelektrolyt-Elementschicht 112 dieKanalwände desLuftkanals 104 bildet, enthält ein Leitungsmuster aus einemMetall wie Pt, das ein Heizelement 13 zur Erwärmung desgesamten Gassensors 1 bildet. Das Heizelement 13 isthierbei ein elektrisches Bauelement, das Joul'sche Wärme durch Stromführung erzeugt.
    [0035] Das Heizelement 13 wirddurch Zuführung eineselektrischen Stroms von der Steuerschaltung 21 aufgeheizt.Hierbei wird von der Steuerschaltung 21 z.B. die temperaturabhängige Admittanzzwischen den Elektroden 121, 122 berechnet, wobeidie Steuerschaltung 21 durch Steuerung der Stromzufuhrzu dem Heizelement 13 das Erreichen eines Soll-Admittanzwertesder berechneten Admittanz herbeiführt, der einem aktiven Temperaturbereichder Festelektrolyt-Elementschichten 111, 112 entspricht. DieSteuerung des Heizelements 13 erfolgt z.B. durch Pulsdauermodulation(PDM) eines Strom-Impulssignalsbzw. Strom-Einschaltsignals. Die jeweilige Admittanz kann z.B. dadurchberechnet werden, dass bei einer Änderung der Klemmenspannungder Zellen 1a, 1b, 1c zur Erzeugung vonStromänderungendie Admittanz dann durch Teilung der erhaltenen Stromänderungendurch die Klemmenspannungsänderungenberechnet wird.
    [0036] Die Steuerschaltung 21 legteine Spannung ("PumpzellenspannungVP") an die Elektroden 121, 122 derPumpzelle 1a an, wobei die atmosphäreseitige Pumpelektrode 122 anpositivem Potential liegt. Außerdemmisst die Steuerschaltung 21 den zwischen den Elektroden 121, 122 fließenden elektrischenStrom ("PumpzellenstromIP").
    [0037] Wenn die im Bereich des Gassensors 1 vorbeiströmenden Abgase über dieporöseDiffusionsschicht 116 und das Nadelloch 106 indie erste Kammer 101 eintreten, wird O2 inden Abgasen aufgespalten und an der kammerseitigen Pumpelektrode 122 ionisiert.Der ionisierte Sauerstoff tritt durch die Festelektrolyt-Elementschicht 112 hindurchund wird in den Luftkanal 104 abgeführt. Die in die Kammer 101 gelangendeMenge an O2 wird vom Strömungswiderstand des Nadellochs 106 bestimmt.Wenn hierbei die Pumpzellenspannung VP in einem nachstehend nochnäher beschriebenenGrenzstrombereich liegt, lässtsich die O2-Konzentration der Abgase aus dem PumpzellenstromIP ableiten. Das in den Abgasen enthaltene NOx verbleibt in derersten Kammer 101, da die kammerseitige Pumpelektrode 121 inBezug auf die Aufspaltung von NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist.
    [0038] Die Klemmenspannung VP wird in Abhängigkeitvon dem Pumpzellenstrom IP gesteuert. Das in 5 dargestellte Kennlinienfeld der Pumpzelle 1a zeigtauch einen Grenzstrombereich, in dem der Pumpzellenstrom IP nichtvon der Klemmenspannung VP abhängt.In einem Festspeicher der Steuerschaltung 21 ist eine in 5 durch eine strichpunktierteLinie dargestellte Beziehung zwischen dem Pumpzellenstrom IP undder Pumpzellenspannung VP vorgespeichert. Die Steuerschaltung 21 stelltsomit die Pumpzellenspannung VP derart ein, dass der PumpzellenstromIP im Grenzstrombereich liegt.
    [0039] Da die Abgase von der ersten Kammer 101 über dieDurchgangsöffnung 103 indie zweite Kammer 102 diffundieren, enthält die zweiteKammer 102 Abgase mit einer niedrigen O2-Konzentrationals Messgas.
    [0040] Die Steuerschaltung 21 legtan die Elektroden 123, 125 der Überwachungszelle 1b eineSpannung ("ÜberwachungszellenspannungVM") an, wobei dieatmosphäreseitigeSensor-/Überwachungselektrode 125 anpositivem Potential liegt, und beaufschlagt auch die Elektroden 124, 125 derSensorzelle 1c mit einer Spannung ("Sensorzellenspannung VS"). Ferner misst dieSteuerschaltung 21 den zwischen den Elektroden 123, 125 fließenden elektrischenStrom ("ÜberwachungszellenstromIM") sowie den zwischenden Elektroden 124, 125 fließenden elektrischen Strom ("SensorzellenstromIS").
    [0041] Durch Anlegen der ÜberwachungszellenspannungVM an die Überwachungszelle 1b undder Sensorzellenspannung VS an die Sensorzelle 1c wirddas in der Kammer 102 befindliche restliche O2 inden Luftkanal 105 abgeführt.Eine entsprechende Einstellung der Überwachungszellenspannung VM undder Sensorzellenspannung VS führthierbei in den Zellen 1b, 1c zur Erzeugung desGrenzstroms. Bei den der zweiten Kammer 102 gegenüberliegendenElektroden 123, 124 führt nur die kammerseitige Sensorelektrode 124 eineAufspaltung von NOx herbei, was eine Vergrößerung der ionisierten Sauerstoffmengean der kammerseitige Sensorelektrode 124 zur Folge hat.Der Sensorzellenstrom IS ist daher größer als der ÜberwachungszellenstromIM. Die NOx-Konzentration in den Abgasen lässt sich somit auf der Basisder Differenz zwischen dem ÜberwachungszellenstromIM und dem Sensorzellenstrom IS erhalten. Hierbei werden der PumpzellenstromIP, der ÜberwachungszellenstromIM und der Sensorzellenstrom IS jeweils als Spannungsabfälle an Widerständen gemessen,die in den Klemmenspannungsschaltungen der jeweiligen Zellen 1a, 1b und 1c inReihe geschaltet sind.
    [0042] Weiterhin ist im Abgasrohr 52 direktstromab des NOx-Speicher-/Reduktionskatalysators 53 ein Abgas-Temperatursensor 4 inder in 1 veranschaulichtenWeise angeordnet, überden die Temperaturwerte der Abgase erfasst und der elektronischen SteuereinheitECU 22 zugeführtwerden.
    [0043] Bei der vorstehend beschriebenenAnordnung ergibt sich die NOx-Konzentration aus der Differenz zwischendem ÜberwachungszellenstromIM und dem Sensorzellenstrom IS. Auch bei der gleichen NOx-Konzentrationkann jedoch die Differenz zwischen dem Überwachungszellenstrom IM und demSensorzellenstrom IS auf Grund von Differenzen zwischen den verwendetenGassensoren oder alterungsbedingten Veränderungen der Eigenschaftenunterschiedlich ausfallen und auf diese Weise ein Messfehler entstehen.Die elektronische Steuereinheit ECU 22 nimmt daher eineKorrektur der von der Steuerschaltung 21 zugeführten NOx-Konzentrationswerte(oder NOx-Sensorausgangssignale) zur Verringerung dieses Messfehlersvor.
    [0044] Nachstehend wird diese Korrekturverarbeitungunter Bezugnahme auf ein in 6 dargestelltesAblaufdiagramm eines von der elektronischen Steuereinheit ECU 22 ausgeführten Lernprogramms näher beschrieben.Bei diesem Unterprogramm dient die in den Schritten 101 bis 103erfolgende Verarbeitung der Bestimmung, ob ein Korrekturkoeffizient kNOxgebildet und aktualisiert worden ist. Hierbei wird im Schritt 101ermittelt, ob ein Leerlaufzustand vorliegt. In dem Schritt 102 wirdermittelt, ob die Abgastemperatur nicht über einem vorgegebenen Schwellenwerttoff liegt, währendim Schritt 103 ermittelt wird, ob der derzeitige Zeitpunkt direktvor einem Schwefelablagerungs-Aufbereitungsregelvorgang bzw. Regenerierungsregelvorgangliegt.
    [0045] Bei dieser Schwefelablagerungs-Aufbereitungsregelungbzw. Regenerierungsregelung wird über das Abgas-Kraftstoffeinspritzventil 43 denAbgasen kontinuierlich Kraftstoff hinzugefügt. Hierdurch wird die O2-Konzentration des dem NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator 53 zugeführten Kraftstoffgemischesannäherndauf den stöchiometrischenWert verringert, um Schwefel (S) abzubauen, der sich in dem NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator 53 angesammeltbzw. abgelagert hat. Auf diese Weise kann die NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators 53 wiederhergestellt werden. Diese Regenerierungsregelung wird zu einem Zeitpunktausgeführt,bei dem die Kraftstoffverbrauchsmenge einen vorgegebenen Wert erreicht hat.Der Betrag an Schwefelablagerung erhöht sich nämlich mit steigender Kraftstoffverbrauchsmenge. DieKraftstoffverbrauchsmenge wird daher ausgehend von einem Zeitpunktberechnet, bei dem die Schwefelablagerung abgebaut worden ist, d.h., nachdemdie vorherige Regenerierungsregelung erfolgt ist. Hierbei kann dieKraftstoffverbrauchsmenge durch Integration von Befehlswerten derKraftstoffeinspritzmengen bei den jeweiligen Einspritzvorgängen erhaltenwerden.
    [0046] Wenn in den Schritten 101 bis 103jeweils ein positives Ergebnis erhalten wird, geht der Ablauf auf einenSchritt 104 und die weiteren Schritte über, bei denen eine Korrekturverarbeitungder ermittelten NOx-Konzentrationswertein Verbindung mit einer Aktualisierung der Lernwerte erfolgt.
    [0047] Nachstehend wird näher aufden Schritt 104 und die folgenden Schritte eingegangen. Im Schritt 104wird die Abgasrückführung unterbrochen.In den Schritten 105 bis 107 erfolgt eine Korrekturkoeffizienten-Einstellungsverarbeitung.Hierbei wird im Schritt 105 ein NOx-Sollausgangswert Noxtrg unterVerwendung der nachstehend wiedergegebenen Gleichung (1) berechnet: NOxtrg = NOxin × (1 – kNOxcat) (1)
    [0048] Hierbei ist mit NOxin ein NOx-SensormesswertNOxs bezeichnet, der vorher experimentell durch Anordnung einesReferenz-Gassensors direkt stromab der Abgas-Sammelleitung 51 unterden in den Schritten 101 bis 103 bestätigten Bedingungen erhaltenworden ist. Der Wert NOxin ist z.B. bei sämtlichen Gaskonzentrationsdetektorengespeichert, die dem gleichen Typ einer Brennkraftmaschine zugeordnetsind. Mit kNOxcat ist das Verhältnisdes im NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator 53 gespeichertenund nicht abgeführtenNOx zu dem überdie Abgas-Sammelleitung 51 ausgestoßenen gesamten NOx bezeichnet.Hierbei wird kNOxcat vorher auf einen Wert von z.B. 0,1 eingestellt,da die Aktualisierung des Lernwertes auf den Zeitpunkt direkt voreiner Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelung beschränkt ist(JA im Schritt 103).
    [0049] Im Schritt 106 wird ein NOx-Sensormesswert NOxsvon der Steuerschaltung 21 eingelesen. Im Schritt 107 wirdein Korrekturkoeffizient kNOx unter Verwendung der nachstehend wiedergegebenen Gleichung(2) berechnet: kNOx= NOxtrg/NOxs (2)
    [0050] In einem Schritt 110 wird dann aufder Basis des NOx-SensormesswertesNOxs und des Korrekturkoeffizienten kNOx ein korrigierter NOx-SensormesswertNOxsr unter Verwendung der nachstehend wiedergegebenen Gleichung(3) berechnet: NOxsr= kNOx × NOxs (3)
    [0051] In einem Schritt 111 wird sodannder berechnete Korrekturkoeffizient kNOx in einem Speicher als kNOxoldabgespeichert. Ein Anfangswert von kNOxold wird z.B. auf den Wert1 gesetzt. Hiermit endet das Lernprogramm.
    [0052] Wenn dagegen bei zumindest einemder Schritte 101 bis 103 ein negatives Ergebnis erhalten wird, gehtder Ablauf auf einen Schritt 108 und die folgenden Schritte über, beidenen die Korrekturverarbeitung der NOx-Sensormesswerte NOxs ohneAktualisierung der Lernwerte erfolgt. Hierbei wird im Schritt 108ein NOx-Sensormesswert NOxs von der Steuerschaltung 21 eingelesen,woraufhin in einem Schritt 109 der Korrekturkoeffizient kNOx aufden im Speicher gespeicherten Wert kNOxold gesetzt wird und derAblauf sodann auf den Schritt 110 übergeht.
    [0053] Die NOx-Konzentration in den Abgasen hängt vonBetriebszuständenab, die durch Betriebsparameter wie der Ansaugluftmenge oder derKraftstoffeinspritzmenge gegeben sind, sodass die NOx-Konzentrationauf der Basis des Betriebszustands in einem gewissen Ausmaß abgeschätzt werdenkann. Der NOx-Sollausgangswert NOxtrg, der einen Referenz-Messwertdarstellt, lässtsich daher auf der Basis eines Betriebszustands abschätzen, derin einer geeigneten Korrespondenzbeziehung zu der NOx-Konzentrationsteht. Aus einem Vergleich zwischen dem NOx-Sollausgangswert NOxtrgund dem den tatsächlichenMesswert darstellenden NOx-SensormesswertNOxs ergibt sich dann die jeweilige individuelle Differenz in derAusgangssignalcharakteristik des Gassensors 1, d.h., einKorrekturkoeffizient kNOx wird auf der Basis des NOx-Sollausgangswerts NOxtrgund eines NOx-Sensormesswerts NOxs derart eingestellt, dass dieDifferenz zwischen einem NOx-Sollausgangswert NOxtrg und einem nachder Korrektur erhaltenen NOx-Sensormesswert NOxsr kompensiert bzw.korrigiert wird. Auf der Basis dieses eingestellten KorrekturkoeffizientenkNOx erfolgt sodann die Korrektur des NOx-Sensorausgangssignals bzw.NOx-Sensormesswertes NOxs. Die Steuerschaltung 21 und dieelektronische Steuereinheit ECU 22 können daher bei einem Gassensor 1 ingeeigneter Weise Verwendung finden, ohne dass eine vorherige Anpassung(paarweise Zuordnung) zwischen dem Gassensor 1, der Steuerschaltung 21 und derelektronischen Steuereinheit ECU 22 vorgenommen wird.
    [0054] Der Gassensor 1, die Steuerschaltung 21 unddie elektronische Steuereinheit ECU 22 können daherseparat in jeweiligen geeigneten Schritten eingebaut werden, ohnedass die am Montageband beschäftigtenPersonen diesem Einbau besondere Aufmerksamkeit schenken müssen.
    [0055] Darüber hinaus lassen sich beimAuftreten von alterungsbedingten Veränderungen der Ausgangssignalcharakteristikdes Gassensors 1 diese alterungsbedingten Veränderungendurch Aktualisierung des Korrekturkoeffizienten kNOx bei Vorliegen derBeurteilungsbedingungen gemäß den Schritten 101bis 103 bei der Brennkraftmaschine E kompensieren.
    [0056] Nachstehend wird näher aufdie Beurteilungsbedingungen fürdie Aktualisierung des Korrekturkoeffizienten kNOx gemäß den Schritten101 bis 103 eingegangen. Gemäß dem Schritt101 ist es erforderlich, dass sich die Brennkraftmaschine E im Leerlaufzustandbefindet, da im Leerlaufzustand eine ausreichend konstante Kraftstoffeinspritzungstattfindet, um Abweichungen des NOx-Sensormesswertes NOxs zu verhindern.
    [0057] Gemäß dem Schritt 102 ist es erforderlich, dassdie Abgastemperatur einen Schwellenwert toff nicht überschreitet.Bei einer niedrigen Abgastemperatur besitzt nämlich der Speicher-/Reduktionskatalysator 53 einegeringe NOx-Speicherkapazität,sodass sich in diesem Betriebszustand Abweichungen des NOx-SensormesswertesNOxs auf Grund der Speicherung von NOx in dem Speicher-/Reduktionskatalysator 53 vermeidenlassen.
    [0058] Gemäß dem Schritt 103 ist das Vorliegeneines Zeitpunktes direkt vor einer Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelungerforderlich. Direkt vor einer Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelungkann nämlichvon einem Sättigungszustand ausgegangenwerden, bei dem keine nennenswerte NOx-Speicherkapazität des Speicher-/Reduktionskatalysators 53 mehrvorhanden ist, sodass auch keine Abweichungen des NOx-Sensormesswertes NOxsauf Grund der Speicherung von NOx in dem Speicher-/Reduktionskatalysator 53 mehrauftreten.
    [0059] Im Schritt 104 wird die Abgasrückführung (AGR)unterbrochen, wenn sämtlicheBeurteilungsbedingungen der Schritte 101 bis 103 erfüllt sind. Durchdiese Unterbrechung bzw. Abschaltung der Abgasrückführung werden Schwankungen der über dieAbgas-Sammelleitung 51 abgeführten NOx-Konzentration aufGrund der Einwirkung der Abgasrückführung verhindert,sodass sich auf diese Weise auch Abweichungen eines tatsächlichenMesswertes verhindern lassen.
    [0060] Im übrigen sind nicht sämtlicheBedingungen gemäß den Schritten101 bis 104 zwangsläufigerforderlich, sondern in Abhängigkeitvon der erforderlichen Genauigkeit des Korrekturkoeffizienten können aucheine oder mehrere der Bedingungen zur Aktualisierung des Korrekturkoeffizientenausgewähltwerden.
    [0061] Wie vorstehend beschrieben, stelltder Wert kNOxcat das Verhältnisdes in dem NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator 53 gespeichertenund nicht abgeführtenNOx zu dem überdie Abgas-Sammelleitung 51 abgeführten gesamten NOx dar. Hierbeiwird kNOxcat auf 0,1 eingestellt, da ein Zeitpunkt direkt vor derSchwefelablagerungs-Regenerierungsregelung in Betracht gezogen ist(Ergebnis JA im Schritt 103), jedoch können auch andere Werte Verwendungfinden. So ist z.B. die NOx-Speicherkapazität auch direkt nach einer Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelungin ähnlicherWeise wie zu einem Zeitpunkt direkt vor einer Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelungkonstant. Der Anteil des nicht in den stromab gelegenen Bereichdes Gassensors 1 abgeführtenNOx ist ebenfalls konstant, sodass hierbei keine nennenswerte Abweichungdes tatsächlichenMesswertes des Gassensors 1 auftritt. Da in diesem Falleeine hohe NOx-Katalysatorspeicherkapazität vorliegt, wird ein hoher Anteildes NOx nicht in den stromab gelegenen Bereich abgeführt, sodassder Korrekturkoeffizient z.B. auf den Wert 0,9 eingestellt werdenkann. In diesem Fall wird die im Schritt 103 erfolgende Beurteilung desVorliegens eines Zeitpunkts direkt vor einer Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelung durcheine Beurteilung des Vorliegens eines Zeitpunkts direkt nach einerSchwefelablagerungs-Regenerierungsregelung ersetzt.
    [0062] Außerdem kann die im Schritt103 erfolgende Beurteilung dahingehend ausgestaltet werden, dassauf den Schritt 104 übergegangenwird, wenn der beurteilte Zeitpunkt entweder vor oder nach einer Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelungliegt. Vor dem Schritt 105, bei dem der NOx-Sollausgangswert NOxtrgberechnet wird, kann der Wert kNOxcat entsprechend der Bedingung "vor" oder "nach" entweder auf 0,1oder auf 0,9 eingestellt werden, wodurch sich eine bessere Aktualisierungdes Wertes kNOxcat und damit eine weitere Steigerung der Messgenauigkeitbei der Ermittlung der NOx-Konzentration erzielen lässt.
    [0063] Da der tatsächliche Messwert eines Gassensors 1 vonder NOx-Katalysatorspeicherkapazität abhängt, kann die Aktualisierungdes Korrekturkoeffizienten kNOx auch in Abhängigkeit von einer Änderungder NOx-Katalysatorspeicherkapazität erfolgen, wenndiese Veränderungvorher bekannt ist. Auf diese Weise lässt sich eine sehr hohe Messgenauigkeit erzielen,da in diesem Fall der Korrekturkoeffizient kNOx unabhängig voneinem Zeitpunkt vor oder einem Zeitpunkt nach einer Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelungzu beliebigen Zeiten aktualisiert werden kann. In dem Steuerdiagrammgemäß 7 sind über der akkumulierten Kraftstoff-Verbrauchsmenge dieSpeicherkapazitätdes NOx-Speicher-/Reduktionskatalysators 53,die Brennstoffverbrauchsmenge nach einer jeweils vorhergehenden Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelung,die Frequenz bzw. Häufigkeitder Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgänge sowie die akkumulierteSchwefelmenge aufgetragen. Wie vorstehend beschrieben, steigt nacheiner Entfernung der Schwefelablagerung durch einen Schwefelablagerungs- Regenerierungsregelvorgangdie akkumulierte Schwefelmenge mit steigender Kraftstoffverbrauchsmengean, währenddie NOx-Speicherkapazitätmit steigender Kraftstoffverbrauchsmenge abnimmt. Die akkumulierteSchwefelmenge und die NOx-Speicherkapazität stehen daher miteinanderin einer Wechselbeziehung. Die NOx-Speicherkapazität zeigt zwar auf Grund derSchwefelablagerungs-Regenerierungsregelung einen sägezahnartigenVerlauf über derZeit, jedoch nimmt sie direkt nach einem Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgangauf Grund der alterungsbedingten Verschlechterung der Eigenschaftendes NOx-Speicher-/Reduktionskatalysators 53 allmählich ab.
    [0064] Bei der Verschlechterung der NOx-Speicherkapazität wird davonausgegangen, dass sie sich mit steigender Akkumulierungsmenge derdurch den NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator 53 hindurchtretendenAbgase entwickelt. Die Aktualisierung des KorrekturkoeffizientenkNOxcat kann daher nicht nur auf der Basis der Kraftstoffverbrauchsmengenach einem jeweiligen Regenerierungsregelvorgang, sondern auch aufder Basis der Frequenz bzw. Häufigkeit derSchwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgänge erfolgen.Dies lässtsich unter Verwendung eines zweidimensionalen Kennfeldes durchführen, bei demkNOxcat der Kraftstoffverbrauchsmenge nach einem jeweiligen Regenerierungsregelvorgangsowie der Frequenz bzw. Häufigkeitder Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgänge entspricht.Da die NOx-Speicherkapazität mit steigenderKraftstoffverbrauchsmenge abnimmt, führt dies zu einer Verringerungdes Anteils an NOx, der nicht in den stromab gelegenen Bereich abgeführt wird,in dem der Gassensor 1 angeordnet ist. Wie in dem Kennfeldgemäß 8 veranschaulicht ist, wirdder Korrekturkoeffizient kNOxcat mit steigender akkumulierter Kraftstoffverbrauchsmengenach einem jeweils vorhergehenden Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgangund mit steigender Frequenz bzw. Häufigkeit der Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgänge verringert.
    [0065] Die elektronische Steuereinheit ECU 22 berechnetdie Kraftstoffverbrauchsmenge nach einem jeweils vorhergehendenSchwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgang durch Aufaddierender Einspritzbefehlswerte bei den jeweiligen Kraftstoffeinspritzvorgängen. Außerdem nimmtdie elektronische Steuereinheit ECU 22 eine Hochzählung der Frequenzbzw. Häufigkeitder Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgänge vomZeitpunkt des Vorliegens eines neuen NOx-Speicher-/Reduktionskatalysators 53 beijeder Ausführungeines Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgangsvor. Der Korrekturkoeffizient kNOx wird auf der Basis des vorstehendbeschriebenen Kennfeldes währenddes Lernprogramms gebildet. Hierbei entfällt der Schritt 103 gemäß 6, während die akkumulierte Kraftstoffverbrauchsmengenach einem jeweils vorhergehenden Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgangund die Frequenz bzw. Häufigkeitder Schwefelablagerungs-Regenerierungsregelvorgänge sodann vor dem Schritt104 eingelesen werden, wodurch die Einstellung des KorrekturkoeffizientenkNOxcat erfolgt.
    [0066] Nachstehend wird auf weitere modifizierte Ausführungsbeispielenäher eingegangen.Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die PumpzellenspannungVP unter Verwendung eines Klemmenspannungs-Kennfeldes auf der Basis desPumpzellenstroms IP eingestellt, was einem Steuer- oder Regelverfahrenentspricht, wie es in 9 dargestelltist. Es kann jedoch auch ein in 10 veranschaulichtesanderes Regelverfahren in Betracht gezogen werden. Hierbei wirddie Pumpzellenspannung VP durch Rückkopplung derart geregelt,dass der ÜberwachungszellenstromIM einen gegebenen Wert annimmt. Bei diesem Regelverfahren wirddie NOx-Konzentration überden Sensorstrom (IS – IM)erhalten, währenddie O2-Konzentration über den Pumpzellenstrom IPerhalten wird.
    [0067] Ein weiterer Aufbau eines Gassensorskann z.B. in der in 11 veranschaulichtenWeise erhalten werden. Der in 11 dargestellteGassensor 1A umfasst Festelektrolyt-Elementschichten 151, 152, 153,die von z.B. aus Zirkondioxid bestehenden Festelektrolytelementengebildet werden, eine aus einem Isoliermaterial wie porösem Aluminiumoxidbestehende Diffusionsraten-Steuerschicht 154 sowie eineaus einem Isoliermaterial wie Aluminiumoxid bestehende Isolierschicht 155.Diese Schichten sind in Dickenrichtung übereinander angeordnet undbilden ein vielschichtiges Laminat, das in Bezug auf die Schichtflächen Rechteckformaufweist.
    [0068] Die Festelektrolyt-Elementschicht 152 und dieDiffusionsraten-Steuerschicht 154, die in Längsrichtungdes Gassensors 1A beide in der gleichen Schicht angeordnetsind, befinden sich zwischen den Festelektrolyt-Elementschichten 151 und 153.Die Diffusionsraten-Steuerschicht 154 isthierbei auf der Seite des Messendes des Gassensors 1A angeordnet,währendsich die Festelektrolyt-Elementschicht 152 auf der Seitedes Anschlussendes befindet. Die Festelektrolyt-Elementschicht 152 unddie Diffusionsraten-Steuerschicht 154 sind teilweise ausgestanztund bilden in Dickenrichtung zwischen den Festelektrolyt-Elementschichten 151 und 153 zwei miteinanderin Strömungsverbindungstehende Kammern 141 und 142. Über die Diffusionsraten-Steuerschicht 154 tretenim Außenbereichbefindliche Gase als Messgase in die erste Kammer 141 amMessende des Gassensors 1A ein, wobei durch diese Schichtgleichzeitig eine Strömungs-oder Diffusionsverbindung zwischen der ersten Kammer 141 und derzweiten Kammer 142 hergestellt wird.
    [0069] Die beiden Kammern 141 und 142 sind über dieFestelektrolyt-Elementschicht 153 gegenüber dem Luftkanal 143 angeordnet.Der Luftkanal 143 steht am Anschlussende des Gassensors 1A mitder Atmosphärebzw. Umgebungsluft in Verbindung.
    [0070] In der Nähe der ersten Kammer 141 sindan der Festelektrolyt-Elementschicht 151 zwei Elektroden 161 und 162 zurBildung einer Pumpzelle 1d einander gegenüberliegendangeordnet. Die der Kammer 141 gegenüberliegende Elektrode 161 besteht auseinem Edelmetall wie Au-Pt, das in Bezug auf die Aufspaltung vonNOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist.
    [0071] In der Nähe des Bereiches, in dem dieerste Kammer 141 dem Luftkanal 143 gegenüberliegt,sind an der Festelektrolyt-Elementschicht 153 zweiElektroden 163 und 165 zur Bildung einer Überwachungszelle 1e einandergegenüberliegendangeordnet. Die der Kammer 141 gegenüberliegende Elektrode 163 bestehtaus einem Edelmetall wie Au-Pt, das in Bezug auf die Aufspaltungvon NOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist. Hierbei ist die demLuftkanal 143 gegenüberliegendeElektrode 165 längerals die Elektrode 163 und verläuft bis zu der zweiten Kammer 142,wobei sie eine gemeinsame Elektrode für eine Sensorzelle 1f undeine weitere Pumpzelle 1g bildet.
    [0072] In der Nähe der zweiten Kammer 142 sindan der Festelektrolyt-Elementschicht 153 die Elektrode 165 und eineweitere Elektrode 164 zur Bildung der Sensorzelle 1f einandergegenüberliegendangeordnet.
    [0073] Außerdem ist an der Festelektrolyt-Elementschicht 151 eineder zweiten Kammer 142 gegenüberliegende Elektrode 166 ausgebildet.Die weitere Pumpzelle 1g wird somit von den Festelektrolyt-Elementschichten 151, 152, 153 sowieden Elektroden 166 und 165 gebildet. Hierbei liegtbei der weiteren Pumpzelle 1g die Elektrode 166 desElektrodenpaars 166, 165 der zweiten Kammer 142 gegenüber, während dieElektrode 165 des Elektrodenpaars 166, 165 demLuftkanal 143 gegenüberliegt.
    [0074] Von den der zweiten Kammer 142 gegenüberliegendenElektroden 164, 166 besteht die Elektrode 164 derSensorzelle 1f aus einem Edelmetall wie Pt, das in Bezugauf die Aufspaltung von NOx reaktionsfähig ist. Demgegenüber bestehtdie Elektrode 166 der weiteren Pumpzelle 1g auseinem Edelmetall wie Au-Pt, das in Bezug auf die Aufspaltung vonNOx inaktiv bzw. nicht reaktionsfähig ist.
    [0075] Die Isolierschicht 155,die zusammen mit der Festelektrolyt-Elementschicht 153 dieKanalwände desLuftkanals 143 bildet, enthält in ähnlicher Weise die bei demAusführungsbeispielgemäß 2 ein Leitungsmuster auseinem Metall wie Pt, das ein Heizelement 17 zur Erwärmung desgesamten Gassensors 1A bildet.
    [0076] Bei dem Gassensor 1A wirddie Klemmenspannung der Pumpzelle 1d durch Rückkopplungauf der Basis einer von der Überwachungszelle 1e erzeugtenEMK bzw. Quellenspannung VM1 ("Überwachungszellen-Quellenspannung") geregelt. Die Überwachungszellen-QuellenspannungVM1 konvergiert hierbei zu einer Referenzspannung, d.h., die O2-Konzentration in der ersten Kammer 141 nimmteinen niedrigen und konstanten Konzentrationswert an. Der Sauerstoffin der ersten Kammer 141 wird hierdurch abgeführt, wasauch fürden Sauerstoff in der mit der ersten Kammer 141 in einerStrömungs-oder Diffusionsverbindung stehenden zweiten Kammer 142 zutrifft,sodass deren O2-Konzentration einen ähnlichenWert wie die O2-Konzentration in der erstenKammer 141 annimmt.
    [0077] Die in der zweiten Kammer 142 verbleibende restlicheO2-Konzentrationwird sodann von der Pumpzelle 1g abgepumpt. In der Sensorzelle 1f wird derStrom IS in Abhängigkeitvon der Aufspaltung von NOx an der der zweiten Kammer 142 gegenüberliegendenElektrode 164 entsprechend der NOx-Konzentration in der zweiten Kammer 142 erzeugt.In der Pumpzelle 1g wird der Strom IP2 entsprechend der O2-Konzentrationin der zweiten Kammer 142 erzeugt.
    [0078] Bei diesem Aufbau des Gassensors 1A wird dieNOx-Konzentration über denSensorstrom IS (IS – IP2)erhalten, währenddie O2-Konzentration über den Pumpzellenstrom IP1der Pumpzelle 1d erhalten wird. In ähnlicher Weise wie bei demGassensor 1 ist auch bei dem Gassensor 1A eineVerringerung eines auf alterungsbedingten Veränderungen des Gassensors undindividuellen Differenzen zu anderen Gassensoren beruhenden Messfehlerserzielbar, indem ein Korrekturkoeffizient für einen tatsächlichenMesswert des Gassensors 1A derart eingestellt wird, dass hierdurchdie Differenz zu einem Referenz-Messwert verringert wird, bei demdavon ausgegangen wird, dass er einen geeigneten Messwert darstellt,wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine einem gegebenenBetriebszustand entspricht.
    [0079] Außerdem kann die Erfindung auchin Form des in 12 dargestelltenGassensors 1B Verwendung finden. Der Aufbau des Gassensors 1B entsprichtmit Ausnahme der Elektrodenanordnung dem Gassensor 1A gemäß 11. Die Elektrode 163 gemäß 11 ist nämlich bei der Anordnung gemäß 12 nicht mehr vorhanden.Eine erste Pumpzelle 1d wird von der Festelektrolyt-Elementschicht 151 undden an der Schicht 151 einander gegenüberliegend angeordneten Elektroden 161 und 162 gebildet. Eineerste Überwachungszelle 1h wirdvon den Festelektrolyt-Elementschichten 151, 152, 153 sowie denElektroden 162, 165 gebildet. Hierbei wird die Klemmenspannungder ersten Pumpzelle 1d zwischen den Elektroden 161, 162 durchRückkopplung aufder Basis einer von der ersten Überwachungszelle 1h erzeugtenEMK bzw. Quellenspannung VM1 ("Überwachungszellen-Quellenspannung") geregelt. Die Überwachungszellen-Quellenspannungkonvergiert auf diese Weise zu einer Referenzspannung, d.h., dieO2-Konzentration in der ersten Kammer 141 nimmteinen niedrigen und konstanten Konzentrationswert an. Auf dieseWeise wird der in der ersten Kammer 141 befindliche Sauerstoffabgeführt.
    [0080] Eine zweite Pumpzelle 1i wirdvon der Festelektrolyt-Elementschicht 151 undden an der Schicht 151 einander gegenüberliegend angeordneten Elektroden 166 und 162 gebildet.Eine zweite Überwachungszelle 1j wirdvon den Festelektrolyt-Elementschichten 151, 152, 153 undden Elektroden 166, 165 gebildet. Hierbei wirddie Klemmenspannung der zweiten Pumpzelle 1i zwischen denElektroden 166, 162 durch Rückkopplung auf der Basis einervon der zweiten Überwachungszelle 1j erzeugtenEMK bzw. Quellenspannung VM2 ("Überwachungszellen-Quellenspannung") geregelt. Die Überwachungszellen-QuellenspannungVM2 konvergiert auf diese Weise zu einer Referenzspannung, d. h.,die O2-Konzentration in der zweiten Kammer 142 nimmteinen niedrigen und konstanten Konzentrationswert an. Auf dieseWeise wird der in der zweiten Kammer 142 befindliche Sauerstoffabgeführt.
    [0081] Weiterhin wird eine Sensorzelle 1f vonder Festelektrolyt-Elementschicht 153 undden an der Schicht 153 einander gegenüberliegend angeordneten Elektroden 164, 165 gebildet.Bei der Sensorzelle 1f wird der Strom IS in Abhängigkeitvon der Aufspaltung von NOx an der der zweiten Kammer 142 gegenüberliegendenElektrode 164 entsprechend der NOx-Konzentration in der zweiten Kammer 142 erzeugt.
    [0082] Bei diesem Aufbau des Gassensors 1B wird dieNOx-Konzentration über denSensorzellenstrom IS erhalten, währenddie O2-Konzentration über den Pumpzellenstrom IP1erhalten wird. In ähnlicherWeise wie bei den Gassensoren 1 und 1A ist auchbei dem Gassensor 1B eine Verringerung eines auf alterungsbedingtenVeränderungendes Gassensors und individuellen Differenzen zu anderen Gassensoren beruhendenMessfehlers erzielbar, indem ein Korrekturkoeffizient für einentatsächlichenMesswert des Gassensors 1B derart eingestellt wird, dassdie Differenz zu einem Referenz-Messwert verringert wird, bei demdavon ausgegangen wird, dass er einen geeigneten Messwert darstellt,wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine einem vorgegebenen Betriebszustandentspricht.
    [0083] Wie vorstehend beschrieben, wirdsomit mit Hilfe der elektronischen Steuereinheit ECU (22)eines bei einer Brennkraftmaschine (E) vorgesehenen Gaskonzentrationsdetektors(S) in einem geeigneten Betriebszustand der Brennkraftmaschine eineVerringerung der zwischen einem tatsächlichen Messwert eines Gassensors(1) und einem Referenz-Messwert bestehenden Differenz herbeigeführt. DerReferenz-Messwert stellt die Konzentration eines zu messenden Gasbestandteilsin den Abgasen dar, bei der davon ausgegangen wird, dass sie indem geeigneten Betriebszustand einen normalen Wert aufweist. Dergeeignete Betriebszustand stellt einen Betriebszustand der Brennkraftmaschinedar, der in einer geeigneten Beziehung zu dem Gasbestandteil steht. Aufdiese Weise lässtsich ein Messfehler kompensieren, der auf alterungsbedingten Veränderungen derEigenschaften des Gassensors und individuellen Differenzen zu anderenGassensoren beruht, sodass eine höhere Messgenauigkeit bei derErmittlung der Gaskonzentration erzielbar ist.
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] Gaskonzentrationsdetektor (S) zur Messung derKonzentration eines Gasbestandteils in den Abgasen einer Brennkraftmaschine(E), mit einem Gassensor (1), der ein Messsignal in Abhängigkeitvon der Konzentration des Gasbestandteils abgibt, gekennzeichnet,durch eine Korrekturkoeffizienten-Einstelleinrichtung (22),durch die ein Korrekturkoeffizient zur Korrektur eines tatsächlichenMesswertes des Gassensors in einem vorgegebenen Betriebszustandder Brennkraftmaschine derart korrigiert wird, dass eine zwischendem tatsächlichenMesswert des Gassensors und einem Referenz-Messwert des Gassensorsbestehende Differenz verringert wird, wobei der Referenz-Messwert vorgespeichertist und davon ausgegangen wird, dass er einen angemessenen Messwertdarstellt, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine dem vorgegebenenBetriebszustand entspricht.
    [2] Gaskonzentrationsdetektor nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass der vorgegebene Betriebszustand den Leerlaufzustandumfasst.
    [3] Gaskonzentrationsdetektor nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbestandteil NOx umfasst, dassin einem Abgasrohr (52) der Brennkraftmaschine ein NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator(53) angeordnet ist, durch den das stromauf des Gassensorsbefindliche NOx speicherbar ist, und dass der vorgegebene Betriebszustand einenBetriebszustand umfasst, bei dem die Abgastemperatur einen vorhereingestellten, vorgegebenen Temperaturwert nicht überschreitet.
    [4] Gaskonzentrationsdetektor nach zumindest einem derAnsprüche1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbestandteil NOx umfasst,dass in einem Abgasrohr (52) der Brennkraftmaschine ein NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator(53) angeordnet ist, durch den das stromauf des Gassensorsbefindliche NOx speicherbar ist, und dass der vorgegebene Betriebszustandeinen Betriebszustand direkt vor oder direkt nach einer Regenerierungsregelung desNOx-Speicher-/Reduktionskatalysatorsumfasst.
    [5] Gaskonzentrationsdetektor nach zumindest einem derAnsprüche1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine einAbgasrückführsystemumfasst, durch das eine Rückführung vonAbgasen erfolgt, dass der gegebene Betriebszustand eine Vielzahlvon Betriebszuständenumfasst, die einen bestimmten Betriebszustand einschließen, beidem keine Abgasrückführung erfolgt,und dass eine Einrichtung (22) zur Unterbrechung der Abgasrückführung vorgesehenist, wenn die Vielzahl von Betriebszuständen mit Ausnahme des bestimmtenBetriebszustands vorliegt.
    [6] Gaskonzentrationsdetektor nach zumindest einem derAnsprüche1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbestandteil NOx umfasst,dass in einem Abgasrohr (52) der Brennkraftmaschine ein NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator(53) angeordnet ist, durch den das stromauf des Gassensorsbefindliche NOx speicherbar ist, dass die Speicherkapazität des NOx-Speicher-/Reduktionskatalysators durcheine Regenerierungsregelung währendeines Betriebszustands der Brennkraftmaschine wiederherstellbarist, und dass eine Einrichtung (22) zur erneuten Einstellungdes Referenz-Messwertes vorgesehen ist, die den Referenz-Messwerterhöht,wenn die akkumulierte Verbrauchsmenge der Kraftstoffeinspritzungder Brennkraftmaschine nach einer vorhergehenden Regenerierungsregelungansteigt.
    [7] Gaskonzentrationsdetektor nach zumindest einem derAnsprüche1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbestandteil NOx umfasst,dass in einem Abgasrohr (52) der Brennkraftmaschine ein NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator(53) angeordnet ist, durch den das stromauf des Gassensorsbefindliche NOx speicherbar ist, dass die Speicherkapazität des NOx-Speicher-/Reduktionskatalysators durcheine Regenerierungsregelung währendeines Betriebszustands der Brennkraftmaschine wiederherstellbarist, und dass eine Einrichtung (22) zur erneuten Einstellungdes Referenz-Messwertes vorgesehen ist, die den Referenz-Messwerterhöht,wenn die Frequenz oder Häufigkeitder Regenerierungsregelvorgängeansteigt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
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    法律状态:
    2006-12-14| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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