DE69833399T2

DE69833399T2 - Vorrichtung zum Messen der Konzentration von NOx

Info

Publication number: DE69833399T2
Application number: DE69833399T
Authority: DE
Inventors: Noriaki Kasugai-shi łAichi Kondo; Hiroshi Komaki-shi Inagaki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: EP0884587A1; US6082176A; DE69833399D1; EP0884587B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung zur Erfassung der Konzentration von Stickoxiden.
Die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung benutzt einen NO_X-Sensor zum Erfassen der Konzentration von Stickoxiden, die in Auspuffgasen von Explosionsmotoren und ähnlichem enthalten sind, wie zum Beispiel in US Pat. 5.034112 offenbart. Darin wird ein kompaktes Gerät zum Messen der Konzentration eines Stickoxids in einem Verbrennungsgas, wie zum Beispiel in einem Auspuffgas eines Explosionsmotorengases, gezeigt. Weitere Offenbarung kann zum Beispiel in der Europäischen Patentanmeldung 067840 A1 und im SAE Papier Nr. 960334, Seiten 137–142, 1996 gefunden werden. In solch einer herkömmlichen NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung wird ein NO_X-Sensor verwendet, der aus Sauerstoffionen leitenden festen Elektrolytschichten besteht, die einen ersten Messraum und einen zweiten Messraum bilden. Der erste Messraum steht mit dem Gas, das gemessen werden soll, (nachstehend „ein Messgas" genannt), durch eine erste diffusionsregelnde Schicht und der zweite Messraum mit dem ersten Messungsraum durch eine zweite diffusionsregelnde Schicht in Verbindung. Außerdem liegt die feste Elektrolytschicht des ersten Messraumes eingeklemmt zwischen porösen Elektroden, um so eine erste Sauerstoff pumpende Zelle und eine Sauerstoffkonzentrationsmesszelle zu bilden. Ebenso ist die feste Elektrolytschicht des zweiten Messraumes zwischen porösen Elektroden eingeklemmt, um so eine zweite Sauerstoff pumpende Zelle zu bilden.
In einer derartig aufgebauten NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung wird die erste Sauerstoff pumpende Zelle mit Strom versorgt, sodass die Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle einen vorbestimmten Wert erreicht, wobei Sauerstoff aus dem ersten Messeraum gepumpt wird und dabei die im ersten Messraum enthaltene Sauerstoffkonzentration auf einem konstanten Niveau gehalten wird. Zur gleichen Zeit wird eine konstante Spannung an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle angelegt, um damit Sauerstoff aus dem zweiten Messeraum herauszupumpen. Demzufolge kann die NO_X-Konzentration eines Messgases aus dem durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle fließenden Strom abgelesen werden.
Ein Messgas, beispielsweise Auspuffgas eines Explosionsmotors oder ähnliches, enthält, neben NO, Gasbestandteile wie Sauerstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Dabei wird, in der vorher erwähnten NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung, zuerst Strom an die erste Sauerstoff pumpende Zelle angelegt, um dabei den größten Teil des Sauerstoffs eines ersten im Messraum enthaltenen Messgases, herauszupumpen. Dann wird im zweiten Messraum, wohin das sauerstofffreie Messgas fließt, eine konstante Spannung an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle in einer Richtung angelegt, sodass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum herausgepumpt wird. Dadurch wird das NO, das im Messgas enthalten ist, durch die Katalysatorfunktion der porösen Elektroden der zweiten Sauerstoff pumpenden Zelle in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt und der dabei anfallende Sauerstoff wird dann aus dem zweiten Messraum heraus gepumpt. Dadurch kann die NO_X-Konzentration des Messgases durch den Strom, der durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle strömt, gewonnen werden, ohne durch andere im Messgas enthaltene Gaskomponenten beeinflusst zu werden.
In solch einer NO_X-Konzentrationserfassungvorrichtung wird die Konzentration der Stickoxide durch den Strom, der durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle strömt, angezeigt. Der Stromfluss bewegt sich normalerweise auf der μA-Skala und ist beträchtlich kleiner als der Stromfluss durch die erste Sauerstoff pumpende Zelle. Wenn sich der Stromfluss durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle um 1 μA verändert, verändert sich die Konzentration der Stickoxide um 100 bis 200 ppm. Dadurch ist der Sensorbetrieb hoch empfindlich gegenüber seinen Betriebsbedingungen, sodass der NO_X-Sensor unter gewissen Umständen unbrauchbar werden kann. Auch wenn die Konzentration von NO_X mit hoher Auflösung gemessen wird, zum Beispiel mit 1 ppm, bedeuten die dabei entstehenden mikroskopischen Veränderungen in der Konzentration von Stickoxiden ein signifikantes Messproblem.
Wenn der NO_X-Sensor auf Grund eines Fehlers oder ähnlichem unbrauchbar wird, ist das Wissen um die Betriebsbedingungen unter dem der NO_X-Sensor vorher gebraucht wurde wichtig bei der Erforschung der Ursache des Ausfalls. Wenn die Ursache gefunden werden kann, können Vergleichsmessungen durchgeführt werden, um so den NO_X-Sensor wirkungsvoll zu verbessern.
Üblicherweise jedoch, wenn man wissen möchte unter welchen Arbeitsbedingungen der ausgefallene NO_X-Sensor gebraucht wurde, gab es keine Wahl außer der Befragung eines Betreibers über seine Erinnerung an die Bedingungen. Daher besteht bei herkömmlichen NO_X-Sensoren ein Problem in der Schwierigkeit wirkungsvolle Verbesserungen zu erzielen.
Außerdem wird die NO_X-Konzentration im Messgas bestimmt durch Kenndaten, die mit dem Stromfluss durch die erste Sauerstoff pumpende Zelle korrelieren, dem Stromfluss durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle, und der Konzentration von NO_X- im Messgas. Jedoch unterscheiden sich die Kenndaten der verschiedenen NO_X-Sensoren ein wenig.
Die vorliegende Erfindung kam im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik zustande. Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung diese Missstände und Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Dieses Ziel wird durch die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung gemäß der unabhängigen Ansprüche 1, 6 und 17 erreicht. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Beispielen und Figuren ersichtlich. Die Ansprüche sind als Definieren der Erfindung in allgemeinen Begriffen zu verstehen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung zur Erfassung der Konzentration von Stickoxiden oder schädlichen Emissionen, die in Auspuffgasen verschiedener Verbrennungsvorrichtungen, einschließlich Explosionsmotoren, enthalten sind.
In dieser Anwendung ist eine NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung, umfassend einen NO_X-Sensor, Pumpstromregelmittel, Konstantspannungs-Anlegemittel, NO_X-Konzentrationserfassungsmittel und eine Heizvorrichtung, offenbart.
Der NO_X-Sensor dieser offenbarten Vorrichtung umfasst einen ersten Messraum und einen zweiten Messraum. Der erste Messraum umfasst eine erste Sauerstoff pumpende Zelle und eine Sauerstoffkonzentrationsmesszelle und steht mit einem Messgas mittels einer ersten diffusionsregelnden Schicht in Verbindung. Eine jegliche der ersten Sauerstoff pumpenden Zellen und die Sauerstoffkonzentrationsmesszelle wird durch eine sauerstoffleitende feste Elektrolytschicht und durch poröse Elektroden, die sich an gegenüberliegenden Oberflächen der Sauerstoffionen leitenden festen Elektrolytschicht befinden, gebildet. Der zweite Messraum weist eine zweite Sauerstoff pumpende Zelle auf und steht mit der ersten Messzelle durch eine zweite diffusionsregelnde Schicht in Verbindung. Die zweite Sauerstoff pumpende Zelle wird durch eine Sauerstoffionen leitende, feste Elektrolytschicht und durch poröse Elektroden gebildet, die auf gegenüberliegenden Oberflächen der Sauerstoffionen leitenden Elektrolytschicht angeordnet sind.
Das Pumpstromregelmittel regelt die Konzentration des im ersten Messraum enthaltenen Sauerstoffs, auf ein gleich bleibendes Niveau durch Herauspumpen von Sauerstoff aus dem ersten Messraum mittels der ersten Sauerstoff pumpenden Zelle, sodass sich eine Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle auf einem konstanten Wert ergibt.
Das Konstantspannungs-Anlegemittel führt der zweiten Sauerstoff pumpenden Zelle eine konstante Spannung in einer Richtung (oder Polarität) zu, so dass Sauerstoff aus dem zweiten Messeraum heraus gepumpt wird.
Das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel bestimmt die Konzentration von NO_X im Messgas basierend auf dem Wert des Stroms, der, als Folge des Anlegens einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle, durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle fließt.
Die Heizvorrichtung erhitzt den NO_X-Sensor bis zu einer Temperatur, die eine Erfassung der Konzentration von NO_X- im Messgas ermöglicht.
Die offenbarte NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung umfasst weiterhin Schreibmittel zum Schreiben auf Aufzeichnungsgeräte, von Veränderungen mindestens eines Messwertes aus der Gruppe umfassend: Den Wert des Stromes, der durch die erste Sauerstoff pumpende Zelle fließt, geregelt durch das Pumpstromregelmittel (nachstehend als erster Pumpstromwert bezeichnet), den Wert des Stromes, der durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle fließt, wenn die zweite Sauerstoff pumpende Zelle durch das Konstantspannungs-Anlegemittel mit Spannung versorgt wird (nachstehend als zweiter Pumpstromwert bezeichnet), die Konzentration von im Messgas enthaltenem Sauerstoff, der basierend auf dem ersten Pumpstromwert bestimmt wird und die NO_X-Konzentration im Messgas, die basierend auf dem zweiten Pumpstromwert bestimmt wird.
Wie im Fall der vorher erwähnten konventionellen NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung kann die offenbarte NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung die NO_X-Konzentration im Messgas durch den NO_X-Sensor bestimmen. Besonders die Heizvorrichtung erhitzt den NO_X-Sensor auf eine Temperatur, die eine Erfassung der NO_X-Konzentration im Messgas ermöglicht. Das Pumpstromregelmittel regelt die Konzentration des im ersten Messraum enthaltenen Sauerstoffs, auf ein konstantes Niveau. Das Konstantspannungs-Anlegemittel führt der zweiten Sauerstoff pumpenden Zelle eine konstante Spannung zu, in einer Richtung (oder Polarität), so dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum heraus gepumpt wird. Die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung bestimmt die NO_X-Konzentration im Messgas basierend auf dem Wert des Stroms, der durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle, als Folge des Anlegens einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle, fließt.
Die Schreibmittel schreiben die Veränderung mindestens eines Parameters aus der Gruppe, die aus dem ersten Pumpstromwert, dem zweiten Pumpstromwert, der Konzentration von im Messgas enthaltenem Sauerstoff und der Konzentration von NO_X- im Messgas besteht, auf Aufzeichnungsgeräte.
Daher steht, gemäß der offenbarten NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung, wenn der NO_X-Sensor auf Grund eines Fehlers oder ähnlichem unbrauchbar wird, eine Aufzeichnung der Bedingungen des Sensors durch die Aufzeichnungsgeräte zur Verfügung. Dieses Merkmal erleichtert Nachforschungen nach dem Grund, sodass ein Benutzer geeignete Maßnahmen ergreifen kann und den Sensor wirkungsvoll verbessern kann. Ebenso kann die Sensor-Qualität (z. B. Haltbarkeit und Hitzebelastbarkeit) genau bewertet werden.
Zusätzlich zu den darüber erwähnten vier Parametern können andere Parameter bezüglich der Erfassung der Konzentration von NO_X im Messgas durch Anwendung der Aufzeichnungsgeräte aufgezeichnet werden.
Dadurch können die Schreibmittel in festgelegten Intervallen die Änderung von mindestens einem Parameter aus der oben angegebenen Parametergruppe auf die Aufzeichnungsgeräte schreiben. In dem Fall, dass der NO_X-Sensor unbrauchbar wird, kann der Benutzer sehr schnell herausfinden wann der Sensor unbrauchbar wurde oder wann der Sensor Anzeichen zeigte, unbrauchbar zu werden, da die Änderung eines Parameters in festgelegten Intervallen aufgezeichnet wird.
Dabei können die Schreibmittel die Veränderung mindestens eines Parameters aus der oben angegebenen Gruppe in der Form eines Maximalwertes und eines Minimalwertes in jedem Zeitabschnitt auf die Aufzeichnungsgeräte schreiben. In diesem Fall kann die Kapazität der Aufzeichnungsgeräte, gegenüber dem Fall des ununterbrochenen Aufzeichnens der Änderungen eines Parameters, reduziert werden.
Dabei kann der NO_X-Sensor lösbar mit dem NO_X-Konzentrationserfassungmittel durch einen Verbinder verbunden werden. In diesem Fall, z. B. wenn der NO_X-Sensor unbrauchbar wird, kann der Sensor durch einen neuen ersetzt werden, um damit die Erfassung der NO_X-Konzentration und die Aufzeichnung der Bedingungen des Sensors aufrechtzuerhalten.
Dabei können die Aufzeichnungsmittel ein herausnehmbares Aufzeichnungsmedium beinhalten. Ein herausnehmbares Aufzeichnungsmedium kann dem NO_X-Sensor beiliegen. Da ein Aufzeichnungsmedium verwendet wird, um Daten, die einen bestimmten NO_X-Sensor betreffen, aufzuzeichnen, ist das Aufzeichnungsmedium vorzugsweise dem Sensor beigelegt. Beispiele solcher Aufzeichnungsmedien umfassen flexible Scheiben (Diskettenlaufwerke und Ähnliches), optische Scheiben und magneto-optische Scheiben. Gängige Personalcomputer und Ähnliches können Daten von diesen Aufzeichnungsmedien lesen und diese Aufzeichnungsmedien können leicht gehandhabt oder bewegt werden. Ebenso ist auch das Aufzeichnungsmittel vorzugsweise ein knopfartiges Aufzeichnungsmittel, das mit einer Halterung lösbar befestigt werden kann. Beispiele eines solchen Aufzeichnungsmittels umfassen TOUCH MEMORY BUTTON, DS1995, (Handelsname, Produkt von Dallas Semiconductor Corporation). Beispiele der Halterung umfassen TOUCH MEMORY BUTTON, DS1995, (Handelsname, Produkt von Dallas Semiconductor Corporation). In diesem Fall ist das Aufzeichnungsmittel kleiner und kann daher leichter gehandhabt oder bewegt werden.
Dabei kann der NO_X-Sensor lösbar mit dem NO_X-Konzentrationserfassungsmittel durch einen Verbinder verbunden werden und das Aufnahmegerät ist in den Verbinder eingebaut. Beispiele eines solchen eingebauten Aufnahmegerätes umfassen TOUCH MEMORY PROBE DS9092, und ADD ONLY MEMORY DS2505 ein (Handelsname, Produkte von Dallas Semiconductor Corporation). In diesem Fall, dass das Aufzeichnungsmittel in einen Verbinder eingebaut ist, der zugleich mit dem NO_X-Sensors verbunden ist, wird eine eins zu eins Korrelationen zwischen den Daten, die auf das Aufzeichnungsmittel aufgenommen werden, und dem NO_X-Sensor zuverlässig aufgebaut. Mit anderen Worten, es gibt keine Zwischenfälle bei denen Daten die einen bestimmten NO_X-Sensor betreffen, irrtümlich mit einem anderen NO_X-Sensor in Korrelation gebracht werden.
Dabei umfasst die offenbarte NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung außerdem Standardkennlinien-Speichermittel zum Speichern vorbestimmter Standardkennlinien, die eine Korrelation zwischen dem ersten Pumpenstromwert, dem zweiten Pumpenstromwert und der NO_X-Konzentration repräsentieren. Das Aufzeichnungsmittel beinhaltet Korrekturdaten, um die vorher gemessenen Kenndaten des NO_X-Sensors an die Standardkennlinien anzupassen, die Korrelationen zwischen dem ersten Pumpenstromwert, dem zweiten Pumpenstromwert und der NO_X-Konzentration im Messgas repräsentieren. Das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel erfasst den ersten Pumpstromwert und den zweiten Pumpstromwert, berichtigt, basierend auf den in den Aufzeichnungsmitteln gespeicherten Korrekturdaten, die erfassten Werte und bestimmt die NO_X-Konzentration im Messgas durch Verwenden der Standardkennlinien, die im Standardkennlinien-Speichermittel gespeichert sind.
In diesem Fall erfasst das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel den ersten Pumpstromwert und den zweiten Pumpstromwert, berichtigt, basierend auf den in den Aufzeichnungsmitteln gespeicherten Korrekturdaten die erfassten Werte und bestimmt die NO_X-Konzentration im Messgas durch Verwenden der Standardkennlinien, die im Standardkennlinien-Speichermittel gespeichert sind, und zwar stellen die Standardkennlinien Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstromwert, dem zweiten Pumpstromwert und der NO_X-Konzentration dar.
Die Korrekturdaten werden verwendet, um die vorher gemessenen Kenndaten des NO_X-Sensors den Standardkennlinien anzugleichen, deren Kenndaten Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstromwert, dem zweiten Pumpstromwert und der NO_X-Konzentration im Messgas darstellen. Die Standardkennlinien sind Kenndaten eines speziellen Sensors, der als Standard-Sensor dient. Die vorher gemessenen Sensokenndaten sind jene, die tatsächlich für den jeweiligen NO_X-Sensor gemessen wurden, da die oben erwähnten Kenndaten zwischen einzelnen NO_X-Sensoren differieren.
Demgemäß liefert, wenn die NO_X-Konzentration im gleichen Messgas unter Verwendung verschiedener NO_X-Sensor gemessen wird, jeder der NO_X-Sensoren eine exakte Messung, da die Messabweichungen der Sensoren untereinander durch die Korrekturdaten berichtigt werden. Die oben erwähnten Kenndaten, die jedem NO_X-Sensor eigen sind, müssen nicht gespeichert werden. Das bedeutet, dass die Speicherung auf die Standardkennlinien und Korrekturdaten begrenzt werden kann, sodass die Speicherkapazität für das Speichern solcher Daten relativ klein bleibt. Demgemäß können die Korrekturdaten auf den Aufzeichnungsgeräten, die auch zum Aufzeichnen der Arbeitsbedingungen des NO_X-Sensors verwendet werden, gespeichert werden.
Die Erfindung stellt eine NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung zur Verfügung, die geeignet ist NO_X-Konzentrationen mit hoher Auflösung zu bestimmen, auch wenn unterschiedliche NO_X-Sensoren verwendet werden. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist durch das zur Verfügung stellen einer NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung erreicht, die einen NO_X-Sensor, ein Pumpstromregelmittel und ein Konstantspannungs-Anlegemittel umfasst.
Der NO_X-Sensor dieses Aspekts der Erfindung umfasst einen ersten Messraum und einen zweiten Messraum. Der erste Messraum umfasst eine erste Sauerstoff pumpende Zelle und eine Sauerstoffkonzentrationsmesszelle und steht mit einem Messgas durch eine erste diffusionsregelnde Schicht in Verbindung. Jeder der beiden, die erste Sauerstoff pumpende Zelle und die erste Sauerstoffkonzentrationsmesszelle wird durch eine Sauerstoffionen leitende, feste Elektrolytschicht und poröse Elektroden, die sich an gegenüberliegenden Oberflächen des Sauerstoffionen leitenden, festen Elektrolytschicht befinden, gebildet.
Das Pumpstromregelmittel regelt die im ersten Messraum enthaltene Sauerstoffkonzentration durch Herauspumpen von Sauerstoff aus dem ersten Messraum mittels der ersten Sauerstoff pumpenden Zelle, sodass die Ausgabespannung der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle auf einem konstanten Wert gehalten wird.
Das Konstantspannungs-Anlegemittel legt Spannung an eine zweite Sauerstoff pumpende Zelle in einer Richtung (oder Polarität) an, so dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum heraus gepumpt wird.
Die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung umfasst weiterhin Standardkennlinien-Speichermittel, Korrekturdaten-Speichermittel und NO_X-Konzentrationserfassungsmittel.
Das Standardkennlinien-Speichermittel speichert vorbestimmte Standardkennlinien die Korrelationen darstellen zwischen dem beim der Regeln durch das Pumpstromregelmittel durch die erste Sauerstoff pumpende Zelle fließenden Strom, dem beim Anliegen einer Spannung an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle durch das Konstantspannungs-Anlegemittel fließenden Strom und der NO_X-Konzentration im Messgas.
Das Korrekturdaten-Speichermittel in speichert Korrekturdaten, um die vorher gemessenen Kennlinien des NO_X-Sensors den Standardkennlinien anzugleichen, deren Kenndaten Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstromwert, dem zweiten Pumpstromwert und der NO_X-Konzentration im Messgas darstellen.
Das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel erfasst den ersten Pumpstromwert und den zweiten Pumpstromwert, berichtigt die erfassten Werte basierend auf den in den Aufzeichnungsmitteln gespeicherten Korrekturdaten und bestimmt die NO_X-Konzentration im Messgas durch Verwenden der Standardkennlinien, die im Standardkennlinien-Speichermittel gespeichert sind.
Wie im Falle der vorher erwähnten konventionellen NO_X-Konzentrationsverfassungsvorrichtung bestimmt die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung die NO_X-Konzentration im Messgas durch Verwendung eines NO_X-Sensors. Insbesondere regelt das Pumpstromregelmittel die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum auf ein konstantes Niveau. Das Konstantspannungsanlegemittel legt an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle eine konstante Spannung in einer Richtung (Polarität) an, so dass Sauerstoff aus dem zweiten Messraum heraus gepumpt wird. Die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung bestimmt die NO_X-Konzentration im Messgas basierend auf dem Wert des Stroms, der, beim Anliegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle, durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle, fließt.
Das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel für den Gebrauch in diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst den ersten Pumpstromwert und den zweiten Pumpstromwert, berichtigt, basierend auf den in den Aufzeichnungsmitteln gespeicherten Korrekturdaten, die erfassten Werte und bestimmt die NO_X-Konzentration im Messgas durch Verwenden der Standardkennlinien, die im Standardkennlinien-Speichermittel gespeichert sind, und zwar stellen die Standardkennlinien Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstrom, dem zweiten Pumpstrom und der NO_X-Konzentration im Messgas dar.
Die Korrekturdaten werden verwendet, um die vorher gemessenen Kenndaten des NO_X-Sensors den Standardkennlinien anzugleichen, deren Kenndaten Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstromwert, dem zweiten Pumpstromwert und der NO_X-Konzentration im Messgas darstellen. Die Standardkennlinien sind Kenndaten eines speziellen Sensors, der als Standard-Sensor dient. Die vorher gemessenen Sensokenndaten sind jene, die tatsächlich für den jeweiligen NO_X-Sensor gemessen wurden, da die oben erwähnten Kenndaten zwischen einzelnen NO_X-Sensoren differieren.
Dadurch liefert gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn die NO_X-Konzentration im gleichen Messgas unter Verwendung verschiedener NO_X-Sensor gemessen wird, jeder der NO_X-Sensoren eine exakte Messung, da die Messabweichungen der Sensoren untereinander durch die Korrekturdaten berichtigt werden. Die oben erwähnten Kenndaten, die jedem NO_X-Sensor eigen sind, müssen nicht gespeichert werden. Das bedeutet, dass die Speicherung auf die Standardkennlinien und Korrekturdaten begrenzt werden kann, sodass die Speicherkapazität für das Speichern solcher Daten relativ klein bleibt. Demgemäß liegt der Vorteil des NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung darin, dass die Anordnung vereinfacht werden und die NO_X-Konzentration mit hoher Auflösung bestimmt werden kann, ohne Rücksicht auf den hierbei verwendeten Sensor.
Das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel bestimmt üblicherweise die Sauerstoffkonzentration im Messgas basierend auf den erfassten Werten des ersten Pumpstroms und auf dem Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration im Messgas und im ersten Pumpstrom. Aus der dadurch erhaltenen Sauerstoffkonzentration bestimmt das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel einen Offset-Stromwert (unten beschrieben), basierend auf dem Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration im Messgas und dem zweiten Pumpstrom. Wie bei der NO_X-Konzentration im Messgas bestimmt das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel eine NO_X-Konzentration, die einem Wert entspricht, der durch Subtrahieren des so erhaltenen Offset-Stromwerts von einem erfassten Wert des zweiten Pumpstroms erhalten wird.
Der Offset-Stromwert ist der Wert des Stroms, der durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle fließt wenn der NO_X-Gehalt des Messgases Null ist. Insbesondere die im ersten Messraum enthaltene Sauerstoffkonzentration wird auf ein niedriges Niveau gesetzt, sodass das Anlegen des ersten Pumpstroms an die erste pumpende Zelle keine im Messgas des ersten Messraumes enthaltenen Stickoxide, zerlegt. Folglich bewirkt die geringe Menge von vorhandenem Sauerstoff im ersten Messraum, dass Strom durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle fließt, auch wenn der NO_X-Inhalt des Messgases Null ist. Da der Stromfluss nicht von der NO_X-Konzentration abhängt, wird der Wert des Stroms als Offset-Stromwert genommen und vom zweiten Pumpstromwert abgezogen.
Demgemäß umfassen die oben erwähnten Kenndaten vorzugsweise mindestens eine Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration im Messgas und dem ersten Pumpstrom, zwischen der NO_X-Konzentration im Messgas und dem zweiten Pumpstrom, und eine zwischen der Sauerstoffkonzentration im Messgas und dem zweiten Pumpstrom (d. h. dem Offset-Strom) Diese drei Korrelationen werden von dem NO_X-Konzentrationserfassungsmittel verwendet, um die NO_X-Konzentration im Messgas, wie vorher erwähnt, zu bestimmen und haben eine bedeutende Auswirkung auf die Messgenauigkeit.
Vorzugsweise schließt die oben erwähnte Korrelation zwischen der NO_X-Konzentration im Messgas und dem zweiten Pumpstrom eine Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration im Messgas und der Änderungsrate des zweiten Pumpstroms bezüglich der NO_X-Konzentration im Messgas ein. Da die Korrelation zwischen der NO_X-Konzentration im Messgas und dem zweiten Pumpstrom normalerweise linear verläuft, ist die Änderungsrate im zweiten Pumpstrom, bezogen auf die NO_X-Konzentration, im wesentlichen konstant und wird I_P2-Zunahme genannt. Da die I_P2-Zunahme, abhängig von der Sauerstoffkonzentration im Messgas, leicht schwankt verbessert die entsprechende Korrektur der I_P2-Zunahme die Messgenauigkeit weiter.
Vorzugsweise umfassen die oben erwähnten Kenndaten eine Korrelation zwischen der Temperatur des NO_X-Sensors und dem zweiten Pumpstrom. Da der Wert des zweiten Pumpstroms empfindlich gegenüber der Temperatur des NO_X-Sensors ist, wird die Messgenauigkeit durch Anpassung (Korrektur) des zweiten Pumpstromwertes an die Temperatur des NO_X-Sensors weiter verbessert. Insbesondere ist dies die Temperatur der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle, die verwendet wird, um die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum zu erfassen. Vorzugsweise wird die Temperatur des NO_X-Sensors auf ein konstantes Niveau geregelt. Selbst in diesem Fall kann eine solche Regelung versagen einer Temperaturänderung des Messgases, mit einer sich daraus ergebenden Änderung der Temperatur des NO_X-Sensors, zu folgen. Daher wird der zweite Pumpstromwert vorzugsweise nach der Temperatur des NO_X-Sensors berichtigt.
Vorzugsweise sind der NO_X-Sensor und das Korrekturdaten Speichermittel lösbar befestigt. Im Fall, dass der NO_X-Sensor wegen eines Fehlers oder ähnlichem ersetzt werden muss, wird der NO_X-Sensor durch einen neuen ersetzt. Das Korrekturdaten Speichermittel wird ebenso durch eines ersetzt, das dem neuen NO_X-Sensor entsprechende Korrekturdaten enthält, und dabei der Gebrauch der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung ermöglicht. Der NO_X-Sensor kann, zum Beispiel mittels eines Verbinders, lösbar gestaltet sein. Beispiele des Korrekturdaten-Speichermittels schließen flexible Disketten (Diskettenlaufwerke und dergleichen), Disketten, magneto-optische Disketten und ähnliche Aufzeichnungsgeräte ein. Solch ein Aufzeichnungsmittel kann lösbar in einem Laufwerk befestigt sein. Da ein Aufzeichnungsgerät Daten enthält, die einen speziellen NO_X-Sensor betreffen, begleitet das Aufzeichnungsgerät vorzugsweise den NO_X-Sensor.
Vorzugsweise ist das Korrekturdaten Speichermittel ein im wesentlichen knopfartiges Aufnahmenmedium, angepasst, um mittels einer Halterung lösbar zu sein. Beispiele eines solchen Aufnahmegerätes umfassen TOUCH MEMORY Button, DS1995 (Handelsname, Produkte der Dallas Semiconductor Corporation). Beispiele einer solchen Halterung umfassen TOUCH MEMORY MOUNT PRODUCT, DS9093x (Handelsname, Produkte der Dallas Semiconductor Corporation). In diesem Falle ist das Aufnahmegerät kleiner und kann so leichter einen entsprechenden NO_X-Sensor begleiten.
Wenn die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Verbinder einschließt, der mit dem NO_X-Sensor verbunden ist und eine elektrische Verbindung zwischen dem NO_X-Sensor und dem NO_X-Konzentrationserfassungsmittel aufbaut, ist das Korrekturdaten-Speichermittel vorzugsweise in den Verbinder eingebaut. Beispiele eines solchen eingebauten Aufnahmegerätes umfassen TOUCH MEMORY PROBE DS9092 und ADD ONLY MEMORY DS2505 (Handelsnamen, Produkte von Dallas Semiconductor Corporation). Da das Aufnahmegerät in einen Verbinder eingebaut ist, der mit einem NO_X-Sensor verbunden ist, begleitet das Aufzeichnungsgerät in diesem Fall den entsprechenden NO_X-Sensor immer. Solch eine NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung ist zum Beispiel zum Gebrauch an Bord eines Automobils geeignet.
Ein Aufzeichnungsgerät, zum Gebrauch in der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung. das die oben erwähnten verschiedenen Korrekturdaten beinhaltet, ist mit jedem Sensor zum Erfassen der NO_X-Konzentration mit hoher Auflösung verwendbar. Da das Aufzeichnungsgerät Daten enthält, die einen speziellen Sensor betreffen, begleitet das Aufzeichnungsgerät vorzugsweise den NO_X-Sensor. Die vorher erwähnten und andere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden Zeichnungen erläutert.
1 ist ein schematisches Diagramm, das die ganze innere Anordnung einer, sich auf eine erste Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung beziehende, NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, die die gesamte äußere Anordnung der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die die Struktur eines NO_X-Sensors zeigt;
4 ist ein Diagramm, das das Verfahren zur Bestimmung von NO_X-Konzentration zeigt.
5A ist ein Flussdiagramm, das einen ersten Hauptablauf zeigt, der wiederholt durch ein ECU ausgeführt wird;
5B ist ein Flussdiagramm, das einen zweiten Hauptablauf zeigt, der wiederholt durch ein ECU ausgeführt wird;
6 ist eine schematische Ansicht, die die gesamte äußere Anordnung einer NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung zeigt, entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine schematische Ansicht, die die gesamte äußere Anordnung einer NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung zeigt, entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8A ist eine schematische Ansicht, die die gesamte äußere Anordnung einer NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung zeigt, entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8B ist eine Teilausschnittsansicht, die einen männlichen Verbinder zeigt, mit einem eingebautem Aufzeichnungsgerät; und
8C ist eine Teilausschnittsansicht, die einen weiblichen Verbinder zeigt, mit einem eingebautem Aufzeichnungsgerät;
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun detaillierter, in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, was für die Erfindung nicht als in irgendeiner Art begrenzend ausgelegt werden sollte.
Erste Ausführungsform:
1 zeigt die gesamte innere Anordnung einer NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung, die sich auf eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht. 2 zeigt schematisch die äußere Anordnung der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung. 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines NO_X-Sensors, der in der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung verwendet wird.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung einen NO_X-Sensor 2; einen Antriebsstromkreis 40 zur Stromversorgung einer ersten Sauerstoff pumpenden Zelle 4 (nachstehend eine erste Pumpzelle genannt) und eine Sauerstoffkonzentrationsmesszelle 6 (nachstehend eine Vs-Zelle genannt) des NO_X-Sensors 2 und zum Umschalten von einem Stromversorgungspfad zum anderen; einen Sensorstromkreis 42 zum Erfassen des Stromes I_P2 (nachstehend zweiter Pumpstrom genannt), der zu einer zweiten Sauerstoff pumpenden Zelle 8 (nachstehend zweite Pumpzelle genannt) des NO_X-Sensors 2 fließt, wenn eine konstante Spannung an die zweite Pumpzelle 8 gelegt wird; einen die Heizvorrichtung energetisierenden Stromkreis 44 zum Aufheizen der Zellen 4, 6 und 8 durch Anlegen von Strom an zwei Heizvorrichtungen 12 und 14 des NO_X-Sensors 2; und eine elektronische Regeleinheit 50 (nachstehend eine ECU genannt), die einen Microcomputer umfasst zum Betreiben und Regeln des Antriebsstromkreises 40 und des die Heizvorrichtung energetisierenden Stromkreises 44 und zur Berechnung der NO_X-Konzentration in einem Messgas, basierend auf einem Erfassungssignal VI_P2, das vom Sensorstromkreis 40 stammt.
Der Antriebsstromkreis 40, der Sensorstromkreis 42 und der energetisierende Heizstromkreis 44 sind in einer Regelbox 45, gezeigt in 2, dargestellt. Die ECU 50 kann in Form eines Personalcomputers 60 implementiert sein, der ein Diskettenlaufwerk umfasst, das geeignet ist, aufgezeichnete Daten von einer Diskette 52 zu lesen (dient als ein Aufzeichnungsmittel der Erfindung). Die Regelbox 45 und der Personalcomputer 60 sind mittels eines Kabels 46 elektrisch verbunden. Die Regelbox 45 besitzt ein Verbindungskabel 48, das wiederum einen Verbinder 48a an seinem Ende besitzt. Der NO_X-Sensor 2 besitzt ein Verbindungskabel 21, das wiederum einen Verbinder 21a seinem Ende trägt. Die Verbinder 21a und 48a werden verbunden, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Demgemäß kann der NO_X-Sensor 2 durch das voneinander Trennen der Verbinder 21a und 48a schnell ersetzt werden.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die erste Sauerstoff pumpende Zelle im NO_X-Sensor 2 einen flächige feste Elektrolytschicht 4a und rechtwinklige poröse Elektroden 4b und 4c, die an beiden Seiten der festen Elektrolytschicht 4a ausgebildet sind. Die Leiterabschnitte 4b1 und 4c1 erstrecken sich aus den porösen Elektroden 4b bzw. 4c. Außerdem wird ein rundes Loch in der festen Elektrolytschicht 4a in solch einer Art gebildet, dass die porösen Elektroden 4b und 4c in ihrem Zentrum durchdrungen werden. Das hierbei gebildete runde Loch wird mit porösem Füllstoff gefüllt, um dadurch eine diffusionsregelnde Schicht 4d zu bilden.
Die Vs-Zelle 6 schließt eine flächige feste Elektrolytschicht 6a, ähnlich der festen Elektrolytschicht 4a der ersten Pumpzelle 4 und ringförmige poröse Elektroden 6b und 6c ein, die an gegenüberliegenden Seiten der festen Elektrolytschicht 6a ausgebildet sind. Leiterabschnitte 6b1 und 6c1 gehen von den porösen Elektroden 6b beziehungsweise 6c aus. Außerdem wird ein rundes Loch in der festen Elektrolytschicht 6a in solch einer Art gebildet, dass die porösen Elektroden 6b und 6c in ihrem Zentrum durchdrungen werden. Das hierbei gebildete runde Loch wird mit porösem Füllstoff gefüllt, um dadurch eine diffusionsregelnde Schicht 6d zu bilden.
Die porösen Elektroden 4b und 4c der ersten Pumpzelle 4 und die porösen Elektroden 6b und 6c der Vs-Zelle 6 befinden sich auf der festen Elektrolytschicht 4a bzw. 6a, sodass ihre Zentren aufeinander ausgerichtet sind. Demgemäß stehen sich, wenn die erste Pumpzelle 4 und die Vs-Zelle 6 in Schichten angeordnet sind, die diffusionsregelnden Schichten 4d und 6d einander gegenüber. Die ringförmigen porösen Elektroden 6b und 6c der Vs-Zelle 6c sind um die diffusionsregelnde Schicht 6d herum angeordnet und haben eine Größe, die kleiner ist als die der rechtwinkligen porösen Elektroden 4b und 4c der ersten 4 Pumpzelle 4. Ein Isolationsfilm aus Aluminiumoxid oder ähnlichem wird auf beiden Oberflächen der Vs-Zelle ausgebildet, um so die Leiterabschnitte 6b1 und 6c2 von der Außenseite abzudecken, um einen Stromverlust aus den Leiterabschnitten 6b1 und 6c1 zu verhindern. Außerdem wird ein Isolationswiderstand 6f zwischen den Leiterabschnitten 6b1 und 6c1 ausgebildet, um zu verhindern, dass ein Teil des ausgepumpten Sauerstoffs von der Seite der porösen Elektroden 6c zu der Seite der porösen Elektroden 6b entweicht.
Die erste Pumpzelle 4 und die Vs-Zelle 6 sind in Schichten mit einer festen Elektrolytschicht 18 dazwischen aufgebaut. Die feste Elektrolytschicht 18 hat die gleiche Form wie die festen Elektrolytschichten 4a und 6a. Die feste Elektrolytschicht 18 besitzt ein rechtwinkliges darin ausgebildetes Loch in einer Position, entsprechend den porösen Elektroden 4c und 6b und besitzt eine Größe, die größer ist als die der porösen Elektrode 4c. Das so geformte rechtwinklige Loch dient als erster Messraum 20.
Ebenso wird eine feste Elektrolytschicht 22, der die gleiche Form hat wie die festen Elektrolytschichten 4a und 6a, auf die Vs-Zelle 6 auf der Seite der porösen Elektrode 6c angeordnet. Die feste Elektrolytschicht 22 besitzt ein rundes darin gebildetes Loch in einer Position entsprechend der diffusionsregelnden Schicht 6d der Vs-Zelle mit der gleichen Größe wie das der diffusionsregelnden Schicht 6d. Das hierbei gebildete runde Loch wird mit porösem Füllstoff gefüllt, um dadurch eine diffusionsregelnde Schicht 22d zu formen.
Wie bei der ersten Pumpzelle 4 umfasst die zweite Pumpzelle 8 eine flächige feste Elektrolytschicht 8a und rechtwinklige poröse Elektroden 8b und 8c, die an gegenüberliegenden Seiten der festen Elektrolytschicht 8a ausgebildet sind. Die Leiterabschnitte 8b1 und 8c1 gehen von den porösen Elektroden 8b bzw. 8c aus. Die zweite Pumpzelle 8 und die feste Elektrolytschicht 22 sind in Schichten mit einer festen Elektrolytschicht 24 dazwischen aufgebaut. Die feste Elektrolytschicht 24 ist in gleicher Weise geformt wie die feste Elektrolytschicht 18. Daher bildet ein in der festen Elektrolytschicht 24 ausgebildetes rechtwinkliges Loch einen zweiten Messraum 26.
Heizvorrichtungen 12 und 14 befinden sich an entgegengesetzten Seiten des vorher beschriebenen Schichtstoffverbundes aus der ersten Pumpzelle 4, der Vs-Zelle 6 und der zweiten Pumpzelle 8, und zwar außerhalb der ersten Pumpzelle 4 bzw. der zweiten Pumpzelle 8, sodass ein vorbestimmter Spalt zwischen jeder einzelnen der Heizvorrichtungen 12 und 14 und dem Schichtstoffverbund durch Abstandshalter 28 und 29 geformt ist.
Die Heizvorrichtung 12 (14) umfasst Heizvorrichtungssubstrat 12a und 12c, mit ähnlicher Form wie die feste Elektrolytschicht 4a, 6a, einen Heizdraht 12b (14b), und einen Leiterabschnitt 12b1 (14b1), der von den Heizdrähten 12b (14b) ausgeht. Die Heizdrähte 12b (14b) und der Leiterabschnitt 12b1 sind zwischen die Heizvorrichtungssubstrate 12 und 12c (14a und 14c) eingeschoben. Der Abstandshalter 28 (29) ist zwischen die Heizvorrichtung 12 (14) und der ersten Pumpzelle 4 (zweite Pumpzelle 8) eingeschoben, sodass die Heizvorrichtung 12 (14) der porösen Elektrode 4b (8c) der ersten Zelle 4 (zweite Punktzelle 8) mit einem dazwischen liegenden Spalt gegenüberliegt.
Typische Beispiele von festen Elektrolyten, die geeignet sind die festen Elektrolytschichten 4a, 6a, zu bilden umfassen eine feste Lösung von Zirkoniumoxid und Yttriumoxid und eine feste Verbindung von Zirkonoxid und Calciumoxid. Andere Beispiele eines solchen festen Elektrolyten umfassen eine feste Lösung aus Hafniumoxid, eine feste Lösung aus Perowskitoxid und eine feste Lösung aus dreiwertigem Metalloxid. Die auf der Oberfläche der festen Elektrolytschichen 4a, 6a, und 8a vorgesehenen porösen Elektroden sind vorzugsweise aus Platin oder Rhodium oder Legierungen hiervon hergestellt und haben eine katalytische Funktion. Bekannte Herstellungsverfahren solch einer porösen Elektrode umfassen ein Dickfilmherstellungsverfahren und eine thermisches Spritzverfahren. Das Dickfilmherstellungsverfahren umfasst die Schritte: Mischen von Platinpulver und Pulver des gleichen Materials wie dem der festen Elektrolytschicht, um eine Paste zu erhalten; Bedrucken einer festen Elektrolytschicht mit der Paste im Siebdruckverfahren und das Sintern der festen Elektrolytschicht. Die diffusionsregelnden Schichten 4d, 6d, und 22d sind vorzugsweise aus kleine durchgehende Löcher aufweisender Keramik oder aus poröser Keramik hergestellt.
Die Heizdrähte 12b und 14b der Heizvorrichtung 12 bzw. 14 sind vorzugsweise aus einem aus Keramik und Platin zusammengesetzten Material oder einer Platinlegierung hergestellt. Die Leiterabschnitte 12b1 und 14b1 sind vorzugsweise aus Platin oder einer Platinlegierung hergestellt, um durch die Verringerung ihres Widerstands den elektrischen Verlust zu verringern. Die Substrate der Heizvorrichtung 12a, 12b, 14a und 14c und die Abstandshalter 28 und 29 können aus Aluminiumoxid, Spinnel, Forsterit, Steatit, Zirkonium oder ähnlichem geformt sein.
In besonders bevorzugter Weise sind die Substrate der Heizvorrichtung und die Abstandshalter aus Zirkoniumoxid geformt, da die Heizvorrichtung- und die Pumpzellen gleichzeitig durch Sintern verbunden werden können, um dadurch die Herstellung des NO_X-Sensors 2 zu erleichtern. In diesem Fall ist eine Isolationsschicht (aus Aluminiumoxid oder ähnlichem geformt) eingefügt zwischen dem Substrat der Heizvorrichtung 12a (12c) und dem Heizdraht 12b, einschließlich des Leiterabschnittes 12b1 und zwischen dem Substrat 14a (14c) der Heizvorrichtung und dem Heizdraht 14b, einschließlich des Leiterabschnitts 14b1.
Wenn die Substrate der Heizvorrichtung aus Aluminiumoxid geformt sind, sind die Abstandshalter vorzugsweise aus porösem Materials geformt, um Brechen, welches sonst während des Sinterns der Substrate der Heizvorrichtung und der Pumpzelle aufgrund ihrer unterschiedlichen Kontraktions- oder Ausdehnungskoeffizienten auftreten würde, zu verhindern. Alternativ können die Heizvorrichtung und die Pumpzelle getrennt gesintert werden, und sie können dann durch Verwendung von Zement oder einem ähnlichen anorganischen Material, das sowohl als Abstandhalter, wie auch als Kleber dient, verbunden werden.
Wie in 1 dargestellt, ist die poröse Elektrode 4c der ersten Pumpzelle 4 und die poröse Elektrode 6b der Vs-Zelle 6, die sich beide auf der Seite des ersten Messraums 20 befinden, über einen Widerstand R1 geerdet. Die anderen porösen Elektroden 4b und 6c werden mit dem Antriebsstromkreis 40 verbunden.
Der Antriebsstromkreis 40 umfasst einen Regelebene 40a, der wiederum einen Widerstand R2 und einen Differenzverstärkter AMP umfasst. Eine konstante Spannung V_CP ist an ein Ende des Widerstands R2 angelegt und das andere Ende des Widerstands R2 ist mit der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 durch einen Schalter SW1 verbunden. Die negative Eingangsklemme des Differenzverstärkers AMP ist durch den Schalter SW1 mit der porösen Elektrode 6 der Vs-Zelle 6 und mit einem Ende eines Kondensators Cp verbunden. Eine Bezugsspannung V_C0 ist an die positive Eingangsklemme des Differenzverstärkers AMP angelegt. Die Ausgangsklemme des Differenzverstärkers AMP ist mit der porösen Elektrode 4b der ersten Pumpzelle durch einen Widerstand R0 verbunden. Das andere Ende des Kondensators ist geerdet.
Wenn der Schalter SW1 eingeschaltet ist arbeitet die Kontrollebene 40a in folgender Weise.
Zuerst versorgt ein konstanter kleiner Strom i_cp die Vs-Zelle 6 über den Widerstand R2, um dadurch Sauerstoff aus dem ersten Messraum 20 in die poröse Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 zu pumpen. Da die poröse Elektrode 6c durch die feste Elektrolytschicht 22 blockiert ist und mit der porösen Elektrode 6b durch den Leckwiderstandsabschnitt 6f in Verbindung steht, wird die in dem blockierten Raum enthaltene Sauerstoffkonzentration der porösen Elektrode durch Anlegen eines kleines Stroms i_cp an die Vs-Zelle 6 auf einem konstanten Niveau gehalten. So dient der blockierte Raum als eine interne Referenzsauerstoffquelle.
Wenn die poröse Elektrode 6c der Vs-Zelle als eine interne Referenz-Sauerstoffquelle dient, wird eine Elektromotorische Kraft in der Vs-Zelle 6 in Übereinstimmung mit dem Unterschied in der Sauerstoffkonzentration zwischen dem ersten Messraum 20 und der internen Referenz Sauerstoffquelle erzeugt. Daher korrespondiert eine, auf der Seite der porösen Elektrode 6c erzeugte, Spannung Vs mit der Sauerstoffkonzentration, die im ersten Messraum 20 enthalten ist. Da die Spannung Vs eine Eingangsspannung am Differenzverstärkter AMP darstellt, gibt der Differenzverstärkter AMP eine Spannung in Übereinstimmung mit der Abweichung der Eingangsspannung von der Referenzspannung V_C0 (V_C0 – Eingangsspannung) aus. Die Ausgangsspannung wird an die poröse Elektrode der ersten Pumpzelle 4 über den Widerstand R0 angelegt.
Daher fließt ein Strom I_P1 (nachfolgend als erster Pumpstrom I_P1 bezeichnet) durch die erste Pumpzelle 4. Durch Regelung des ersten Pumpstroms I_P1 wird in der Vs-Zelle 6 eine konstante elektromotorische Kraft erzeugt (mit anderen Worten, die Sauerstoffkonzentration, die im ersten Messraum 20 enthalten ist, wird konstant).
Das bedeutet, die Regelebene 40a dient als das Pumpstromregelmittel der Erfindung und regelt die Menge des aus dem ersten Messraum 20 heraus gepumpten Sauerstoffs. Dadurch wird die in einem Messgas enthaltene Sauerstoffkonzentration, das den ersten Messraum 20 durch die diffusionsregelnde Schicht 4d betreten hat, konstant gehalten.
Die so geregelte im ersten Messraum 20 enthaltene Sauerstoffkonzentration, ist so eingestellt, dass nur eine kleine Menge Sauerstoff (z. B., 100 ppm) vorhanden ist, um damit die Zerlegung eines NO_X-Bestandteils des im ersten Messeraum 20 enthaltenen Messgases, auf Grund des Anlegens eines ersten Pumpstroms I_P1 an die erste Pumpzelle 4 zu verhindern. Die Referenzspannung VC0 zum Festlegen dieser Sauerstoffkonzentration ist auf 100 mV bis 200 mV eingestellt. Der Widerstand R0, der zwischen der Ausgangsklemme des Differenzverstärkers AMP und der porösen Elektrode 4b eingefügt ist, ist angepasst, um den ersten Pumpstrom I_P1 zu erfassen. Eine über den Widerstand R0 erzeugte Spannung V_IP1 ist Eingang für die ECU 5 als Erfassungssignal, das mit dem ersten Pumpstrom I_P1 korrespondiert.
Weiterhin umfasst der Antriebsstromkreis 40 einen Konstantstromkreis 40b und einen Konstantstromkreis 40c. Der Konstantstromkreis 40b ist mit der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 durch einen Schalter SW2 verbunden und bewirkt, dass ein konstanter Strom zwischen den porösen Elektroden 6b und 6c in eine der Flussrichtung des kleinen Stroms i_cp entgegen gesetzten Richtung fließt. Der Konstantstromkreis 40c ist mit der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 durch einen Schalter SW3 verbunden und bewirkt, dass ein konstanter Strom zwischen den porösen Elektroden 6b und 6c in die gleiche Richtung, wie die Flussrichtung des kleinen Stroms i_cp, fließt.
Die Konstantstromkreise 40b und 40c sind angepasst, um den inneren Widerstand R_VS der Vs-Zelle 6 zu erfassen. Um für die ECU 50 den inneren Widerstand R_VS der Vs-Zelle 6, durch Versorgung der Vs-Zelle 6 mit konstantem Strom, zu erfassen, stellt die Spannung Vs, die auf der Seite der porösen Elektrode 6c entsteht, eine Eingangsspannung für die ECU 50 dar. Die Konstantstromkreise 40b und 40c stellen einen konstanten Strom des gleichen Wertes in entgegen gesetzten Richtungen zur Verfügung. Der Wert des konstanten Stromes ist größer als der Wert des kleinen Stroms i_cp, mit dem die Vs-Zelle 6 über den Widerstand R2 versorgt ist.
Die Schalter SW1, SW2 und SW3 die zwischen den porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 und der Regelebene 40a liegen und die Konstantstromkreise 40b bzw. 40c, werden in Übereinstimmung mit einem Steuersignal, das von der ECU 50 ausgeht, EIN oder AUS geschaltet. In der normalen Betriebsart, bei der die NO_X-Konzentration mit der Regelebene 40a erfasst werden soll, ist nur der Schalter SW1 auf EIN geschaltet. Wenn nur der innere Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 erfasst werden soll, wird der Schalter SW1 auf AUS und die Schalter SW2 und SW3 nacheinander, in dieser Reihenfolge, auf EIN geschaltet.
Eine konstante Spannung VP2 ist zwischen den porösen Elektroden 8b und 8c der zweiten Pumpzelle 8 des NO_X-Sensors 2 über einen Widerstand R3 angelegt, der einen Bestandteil des Sensorkreises 42 darstellt und als das Konstantspannungs-Anlegemittel der Erfindung dient. Die konstante Spannung VP2 ist an die zweite Pumpzelle 8 in einer Richtung (Polarität) angelegt, sodass die porösen Elektroden 8c und 8b positive bzw. negative Polaritäten annehmen. Daher fließt Strom von der porösen Elektrode 8c zur porösen Elektrode 8b, um dadurch Sauerstoff aus dem zweiten Messraum 26 herauszupumpen. Die konstante Spannung VP2 wird auf eine Spannung, zum Beispiel 450 mV, gesetzt, sodass der NO_X-Bestandteil, der im Messgas ist, das vom ersten Messraum 20 zum zweiten Messraum 26 über die diffusionsregelnde Schicht 6d und 22d fließt, zerlegt werden kann, um dabei einen Sauerstoffbestandteil aus dem Messgas herauszupumpen.
Der Widerstand R3 ist angepasst, um den durch die zweite Pumpzelle 8, infolge des Anlegens einer konstanten Spannung VP2, fließenden zweiten Pumpstrom I_P2 in eine Spannung VI_P2 zu konvertieren, und ist angepasst um die Spannung VI_P2 dem ECU 50 als ein mit dem zweiten Pumpstrom I_P2 korrespondierendes Erfassungssignal zuzuführen.
In der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung, mit dem oben beschriebenen Aufbau, kann, durch Einschalten des Schalters SW1 und Ausschalten der Schalter SW2 und SW3 die Regelebene 40a die Sauerstoffkonzentration im Messgas, das den ersten Messraum 20 durch die diffusionsregelnde Schicht 4d (erste diffusionsregelnde Schicht 4d) betreten hat, auf ein konstantes Niveau regeln. Das Messgas, das auf eine konstante Sauerstoffskonzentration eingeregelt ist, fließt vom ersten Messraum 20 zum zweiten Messraum 26 über die diffusionsregelnden Schichten 6d und 22d (zweite diffusionsregelnde Schichten 6d und 22d). Demgemäß variiert der zweite Pumpstrom I_P2, der durch die zweite Pumpzelle 8 fließt, in Übereinstimmung mit der NO_X-Konzentration. Also kann die ECU 50 durch Auslesen des, mit dem zweiten Pumpstrom I_P2 korrespondierenden Erfassungssignals VI_P2 und durch das Ausführen einer auf dem ausgelesenem Signal basierenden vorbestimmten Berechnung die NO_X-Konzentration im Messgas aus dem Erfassungssignal VI_P2 (in anderen Worten der zweite Pumpstrom I_P2) bestimmen. Das bedeutet, die ECU dient als das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel der Erfindung.
Um einen gleich bleibenden Genauigkeitsgrad in der Erfassung der NO_X-Konzentration sicher zu stellen, müssen die Temperaturen der Zellen 4,6 und 8, insbesondere die Temperatur der Vs-Zelle 6, die angepasst ist, um die im ersten Messraum 20 enthaltene Sauerstoffkonzentration zu erfassen, auf einen konstanten Wert eingeregelt werden. Also muss die Strommenge, die an die Heizvorrichtungen 12 und 14 durch den die Heizvorrichtung energetisierenden Stromkreis 44 angelegt wurde, so geregelt werden, dass die Temperatur der Vs-Zelle 6 einen Zielwert erreicht. Um dieses Ziel zu erreichen, erfasst die ECU 50 in der vorliegenden Ausführungsform den inneren Widerstand R_VS der Vs-Zelle 6 durch geeignetes Schalten der Schalter SW1, SW2 und SW3 in den EIN oder AUS Zustand und durch Regeln der Strommenge, die vom die Heizvorrichtung energetisierenden Stromkreis 44 für die Heizvorrichtung 12 und 14 bereitgestellt wird, sodass der erfasste innere Widerstand RVS konstant wird (das bedeutet, die Temperatur der Vs-Zelle 6 erreicht einen Zielwert).
Als nächstes wird der Arbeitsablauf zum Erfassen der NO_X-Konzentration im Messgas in der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wie folgt beschrieben. 4 zeigt den Arbeitsablauf zum Bestimmen der NO_X-Konzentration.
Zuerst wird ein Standard-NO_X-Sensor 2 ausgewählt. Durch Gebrauch eines Standard-NO_X-Sensors 2 und eines Testgases, das keinen Sauerstoff enthält und das als Messgas dient, wird die Kennlinie des zweiten Pumpstroms I_P2 bezüglich der NO_X-Konzentration (nachstehend als die I_P2 Kennlinie bezeichnet) gemessen. Die so gemessene I_P2 Kennlinie wird als die Standard-I_P2-Kennlinie (vgl. 4) in einem nicht dargestellten ROM der ECU 50 gespeichert. Die ECU 50 erfasst den zweiten Punktstrom I_P2 und bestimmt die NO_X-Konzentration im Messgas aus dem erfassten zweiten Pumpstrom I_P2 und den Standard-I_P2-Kennlinien. Das Messgas, das keinen Sauerstoff enthält, zeigt eine im wesentlichen konstante Änderungsrate im zweiten Pumpstrom I_P2 bezüglich der NO_X-Konzentration. Diese konstante Änderungsrate wird die I_P2-Zunahme genannt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird durch die oben erwähnte vom Antriebsstromkreis 40 ausgeführte Pumpstromregelung die Sauerstoffkonzentration im ersten Messraum 20 auf ein niedriges Niveau eingeregelt, um keinen NO_X-Bestandteil des im ersten Messraum 20 enthaltenen Messgases zu zerlegen. Dadurch fließt nicht nur im Messgas enthaltenes NO_X, sondern auch im ersten Messraum 20 verbliebener Sauerstoff in den zweiten Messraum 26. Demgemäß variiert der zweite Pumpstrom I_P2 nicht nur in Übereinstimmung mit der NO_X-Konzentration im Messgas sondern wird ebenso durch die Sauerstoffkonzentration im Messgas beeinflusst. Das bedeutet, auch wenn das Messgas keinen einzigen NO_X-Bestandteil enthält, variiert der zweite Pumpstrom I_P2 in Relation zur Sauerstoffkonzentration im Messgas. Um dieses Phänomen zu bewältigen, wird durch Verwenden des Standard-NO_X-Sensors 2 und eines Testgases als Messgas, das keinen einzigen NO_X-Bestandteil enthält, die Kennlinie des zweiten Pumpstroms I_P2 bezüglich der Sauerstoffkonzentration im Voraus gemessen nachstehend wird dieser zweite Pumpstrom I_P2 als Offset-Strom I_P2OFF und diese Kennlinie als Offset-Kennlinie bezeichnet). Die so gemessene Offset-Kennlinie wird in einem nicht dargestellten ROM der ECU 50 als Standard-Offset-Kennlinie (vgl. 4) gespeichert. Basierend auf der vorher erwähnten I_P2-Kennlinie wird die NO_X-Konzentration aus einem durch Abziehen des Offset-Stromes I_P2OFF vom gemessenen zweiten Pumpstrom I_P2 erhaltenen Wert bestimmt, der der Sauerstoffkonzentration zum Zeitpunkt der Messung entspricht. Die Berichtigung des Offset-Stromes I_P2OFF wird Berichtigung des Offsets genannt.
Um den Offset-Strom I_P2OFF zu messen, muss die Sauerstoffkonzentration im Messgas gemessen werden. Diese Sauerstoffkonzentration kann aus dem ersten Pumpstrom I_P1 gewonnen werden. Jedoch variiert der erste Pumpstrom I_P1 während des Einregelns des Pumpstroms, abhängig von der Sauerstoffkonzentration im Messgas. Um dieses Phänomen zu bewältigen, wird die Kennlinie des ersten Pumpstroms I_P1 bezüglich der Sauerstoffkonzentration (nachstehend wird diese als I_P1 Kennlinie bezeichnet) im Voraus gemessen, indem man den Standard-NO_X-Sensor 2 und ein Testgas, das keinen einzigen NO_X-Bestandteil enthält, als ein Messgas verwendet. Die so gemessene I_P1 Kennlinie wird in einem nicht dargestellten ROM der ECU 50 als I_P1-Standardkennlinie (vgl. 4) gespeichert. Die Sauerstoffkonzentration wird bestimmt aus dem gemessenen ersten Pumpstrom I_P1 und der I_P1-Standardkennlinie. Der Offset-Strom I_P2OFF wird aus der, wie oben beschrieben, so bestimmten Sauerstoffkonzentration gewonnen. Wenn die NO_X-Konzentration aus dem gemessenen zweiten Pumpstrom I_P2 bestimmt werden soll, muss der gemessene zweite Pumpstrom I_P2 vorzugsweise nach der Temperatur des NO_X-Sensors berichtigt werden (nachstehend die Elementtemperatur genannt), da der zweite Pumpstrom I_P2 sich mit der Elementtemperatur ändert. In dieser Hinsicht wird in der vorliegenden Ausführungsform der innere Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 gemessen und die Strommenge, mit der die Heizvorrichtungen 12 und 14 versorgt werden, wird so geregelt, dass der gemessene innere Widerstand RVS einen vorbestimmten Wert annimmt (in anderen Worten, die Elementtemperatur erreicht einen vorbestimmten Zielwert). Bei einer abrupten Temperaturänderung des Messgases kann die Temperaturregelung der Temperaturänderung des Messgases nicht folgen. Daher kann eine Temperaturänderung des Messgases eine Änderung der Elementtemperatur verursachen. Um dieses Phänomen zu bewältigen, wird die Kennlinie des zweiten Pumpstroms I_P2 bezüglich der Elementtemperatur (nachstehend Temperaturkennlinie genannt) im Voraus gemessen, indem man den Standard-NO_X-Sensor verwendet. Die so gemessene Temperaturkennlinie wird in einem nicht dargestellten ROM der ECU als Standardtemperaturkennlinie (vgl. 4) gespeichert. Basierend auf der Standardtemperaturkennlinie wird ein Temperaturkorrekturbetrag aus der Elementtemperatur gewonnen, die wiederum aus dem inneren Widerstand R_VS gewonnen wird. Durch die Verwendung der so gewonnenen Temperaturkorrekturbetrags wird der gemessene zweite Pumpstrom I_P2 bezüglich der Temperatur berichtigt.
Auch wenn die NO_X-Konzentration bestimmt werden soll, wird die I_P2-Standardkennlinie vorzugsweise in Übereinstimmung mit der Sauerstoffkonzentration im Messgas berichtigt, da die I_P2-Zunahme sich mit der Sauerstoffkonzentration verändert. In der vorliegenden Ausführungsform werden bei Verwendung des Standard-NO_X-Sensors 2 die I_P2-Zunahme bei einer bestimmten Sauerstoffkonzentration (zum Beispiel, Null) und die I_P2-Zunahme bei einer anderen Sauerstoffkonzentration im Voraus gemessen. Basierend auf den gemessenen Werten der I_P2-Zunahme wird die einer linearen Funktion ähnliche Kennlinie der I_P2-Zunahme, bezogen auf die Sauerstoffkonzentration (nachstehend die I_P2-Zunahme-Kennlinie genannt), berechnet. Die so errechnete I_P2-Zunahme-Kennlinie wird in einem nicht dargestellten ROM des ECU 50 als I_P2-Zunahme-Standardkennlinie (siehe 4) gespeichert. Basierend auf der I_P2-Zunahme-Standardkennlinie wird ein I_P2-Zunahme-Korrekturbetrag aus der Sauerstoffkonzentration gewonnen, die wiederum aus dem ersten Pumpstrom I_P1 gewonnen wird. Durch Anwendung des so erhaltenen I_P2-Zunahme-Korrekturbetrags wird der erfasste zweite Pumpstrom I_P2 dementsprechend berichtigt.
Das oben erwähnte ROM dient als Standardkennlinien-Speichermittel der vorliegenden Erfindung.
Die oben erwähnte I_P2-Kennlinie, die Offset-Kennlinie, die Temperatur Kennlinie und die I_P2-Zunahme-Kennlinie unterscheiden sich bei einzelnen NO_X-Sensoren 2 geringfügig. Daher wird, wenn die NO_X-Konzentration durch Verwendung der oben erwähnten Standardkennlinien bestimmt wird, ein befriedigender Grad an Messgenauigkeit bei verschiedenen NO_X-Sensoren 2 nicht erreicht. Daher werden, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, diese Kennlinien für jeden der NO_X-Sensoren 2 vorher gemessenen und korrespondierende Korrekturdaten (I_P1-Kennlinien-Korrekturdaten, Offset-Kennlinien-Korrekturdaten, Temperaturkennlinien-Korrekturdaten und I_P2-Zunahme-Kennlinien-Korrekturdaten) werden erzeugt, sodass die vorher gemessenen Kennlinien gleich werden mit den oben erwähnten Bezugs Standardkennlinien. Die so geschaffenen Korrekturdaten werden auf dem Diskettenlaufwerk 52 gespeichert, das den entsprechenden NO_X-Sensor 2 begleitet.
Weiterhin wird ein Hauptprozess, der von der ECU 50 der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung ausgeführt wird, Bezug nehmend auf die 4 und 5A, beschrieben werden. 5A zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Hauptprozesses zur Bestimmung der NO_X-Konzentration und zum Aufzeichnen der Betriebsbedingungen.
Gemäß einem ersten Hauptprozess wird die Aufzeichnungszahl n auf 1 gesetzt, das Maximum bzw. das Minimum der ersten Pumpströme I_P1max bzw. I_P1min und das Maximum bzw. Minimum der zweiten Pumpströme I_P2max bzw. I_P2min werden auf entsprechende Anfangswerte gesetzt und dann wird ein Zeitglied gestartet. Dann werden eine Elementtemperatur und die ersten bzw. zweiten Pumpströme I_P1 und I_P2 erfasst. Basierend auf den erfassten Werten wird die NO_X-Konzentration bestimmt. Anschließend wird, wenn der erfasste I_P1(I_P2) größer ist als der anfängliche I_P1max(I_P2max) oder kleiner ist als der anfängliche I_P1min(I_P2min), der erfasste I_P1(I_P2) einen neuen I_P1max(I_P2max) oder I_P1min(I_P2min) annehmen. Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne T werden _P1max, I_P1min, I_P2max und I_P2min mit der laufenden Aufzeichnungsnummer verknüpft und auf eine Diskette geschrieben.
Nach dem Start der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung wird im Schritt S100 des Hauptprozesses, wie in 5A gezeigt, ein Aktivierungs-Bewertungsprozess für den NO_X-Sensor 2 ausgeführt. Insbesondere wird eine Bewertung durchgeführt, ob man den NO_X-Sensor 2 durch Anlegen von Strom an die Heizvorrichtungen 12 und 14 aktivieren soll oder nicht. Wenn der NO_X-Sensor 2 nicht aktiviert wird, befindet sich die Ablaufsteuerung in einer Schleife bis der NO_X-Sensor 2 aktiviert wird.
Während des Aktivierungs-Bewertungsprozesses wird, zum Beispiel, eine Feststellung getroffen ob der innere Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 auf oder unter einen vorbestimmten Aktivierungs-Bewertungswert gefallen ist oder nicht. Während die Aktivierung der Vs-Zelle 6 bei ansteigen der Elementtemperatur voranschreitet, wird der innere Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 verringert. Daher wird, in Schritt S100, nach dem Start der Stromversorgung für die Heizvorrichtungen 12 und 14, eine Feststellung getroffen, ob der innere Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 auf oder unter den Aktivierungsbewertungswert gefallen ist oder nicht, wobei bewerte wirdt, ob die Elementtemperatur eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur ereicht hat oder nicht.
Unmittelbar nachdem die NO_X-Konzentrationerfassungsvorrichtung gestartet ist, schaltet ein nicht dargestellter Initialisierungsprozess den Schalter SW1 im Antriebsstromkreis 40 AN und schaltet die Schalter SW2 und SW3 im Antriebsstromkreis 40 AUS. Die Arbeit des Differenzverstärkers AMP im Antriebsstromkreis 40 wird jedoch unterbrochen, bis im Aktivierungsbewertungsprozess in Schritt S100 bestimmt wurde, dass die Temperatur des NO_X-Sensors 2 bis nahe an die Aktivierungstemperatur angestiegen ist.
Weiterhin, wenn der NO_X-Sensor 2 im Schritt S100 als aktiv bewertet wurde, geht die Ablaufsteuerung auf Schritt S110 weiter, in dem die Aufzeichnungsnummer auf 1 gesetzt wird. Im darauf folgenden Schritt S120, werden die Parameter, die aufgezeichnet werden sollen initialisiert, das heißt auf ihre jeweiligen Anfangswerte gesetzt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die aufzuzeichnenden Parameter die maximalen bzw. minimalem ersten Pumpströme, I_P1max und I_P1min, und die maximalen bzw. minimalem zweiten Pumpströme, I_P2max und I_P2min, und diese Parameter werden auf die jeweiligen Anfangswerte gesetzt. Diese Anfangswerte werden temporär auf einem nicht dargestellten RAM (temporäres Speichermittel) der ECU 50 gespeichert. Der maximale erste Pumpstrom _P1max und der maximale zweite Pumpstrom I_P2max werden auf Werte initialisiert, die kleiner sind als die, die normalerweise vom ersten Pumpstrom I_P1 und vom zweiten Pumpstrom I_P2 angenommen werden. Der minimale erste Pumpstrom I_P1min und der minimale zweite Pumpstrom I_P2min werden auf Werte initialisiert, die größer sind als die, die normalerweise vom ersten. Strom I_P1 und zweiten Pumpstrom I_P2 angenommen werden.
In Schritt 130 wird das Zeitglied zurückgestellt und dann wird die Messung gestartet. Dadurch wird die Messung der Betriebszeiten des NO_X-Sensors gestartet. Dann rückt die Ablaufsteuerung auf Schritt S140 vor. In Schritt S140 wird der innere Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 ausgelesen und der ausgelesene innere Widerstand RVS wird zur Elementtemperatur der Vs-Zelle 6 umgewandelt. In Schritt S150 wird das vom Widerstand R0 des Antriebsstromkreises 40 ausgehende Erfassungssignal V_IP1 ausgelesen, um dadurch den ersten Pumpstrom I_P1 zu erfassen. Ebenso wird das vom Widerstand R3 des Antriebsstromkreises 42 ausgehende Erfassungssignal V_IP2 ausgelesen, um dadurch den zweiten Pumpstrom I_P2 zu erfassen.
in Schritt S160 wird, basierend auf der Elementtemperatur, die in Schritt S140 ausgelesen wurde, eine Temperatur-Korrekturbetrag für den zweiten Pumpstrom I_P2 berechnet. Dann wird, basierend auf dem so erhaltenen Temperatur-Korrekturbetrag, der zweite Pumpstrom I_P2 bezüglich der Temperatur berichtigt. Insbesondere, um die NO_X-Konzentration aus dem zweiten Pumpstrom I_P2, sogar bei einem abrupten Temperaturwechsel im Messgas genau zu bestimmen wird eine Temperatur-Korrekturbetrag der Vs-Zelle 6 gewonnen, zum Beispiel für die Elementtemperatur, aus der Standardtemperaturkennlinie (siehe 4) die eine in einem nicht dargestellten RAM gespeichert ist. Der so gewonnene Temperatur-Korrekturbetrag wird, basierend auf den Temperaturkennlinien-Korrekturdaten, von der Diskette 52 gelesen, um einen berichtigten Temperatur-Korrekturbetrag zu erhalten. Durch Verwendung des berichtigten Temperatur-Korrekturbetrags, wird eine Berichtigung für die Temperaturmessung ausgeführt.
Nach der oben genannten vorherigen Berichtigung bezüglich der Temperatur, geht die Ablaufsteuerung zu Schritt S170, in dem der zweite Pumpstrom I_P2 bezüglich des Offsets berichtigt wird. Insbesondere werden die I_P1-Kennlinien-Korrekturdaten von der Diskette 52 gelesen und der erste Pumpstrom I_P1 wird, basierend auf den gelesenen I_P1 Kennlinien-Korrekturdaten, berichtigt, um den berichtigten ersten Pumpstrom I_P1 zu erhalten. Die Sauerstoffkonzentration im Messgas wird aus dem berichtigten ersten Pumpstrom I_P1 durch Anwendung der I_P1-Standardkennlinie (siehe 4) gewonnen. Der Offset-Strom I_P2OFF wird aus der so erhaltenen Sauerstoffkonzentration durch Anwendung der Offset-Standardkennlinie gewonnen (siehe 4). Der so erhaltenen Offset-Strom I_P2OFF wird, basierend auf den Offset-Kennlinien-Korrekturdaten, die von der Diskette 52 gelesen wurden, berichtigt, um den berichtigten Offset-Strom I_P2OFF zu erhalten. Durch Anwendung des berichtigten Offset-Stroms I_P2OFF wird der bezüglich der Temperatur berichtigte zweite Pumpstrom I_P2 bezüglich des Offsets berichtigt.
In Schritt S180 wird der zweite Pumpstrom I_P2 bezüglich der I_P2-Zunahme berichtigt. Insbesondere wird, durch Anwendung der I_P2-Zunahme-Standardkennlinie (siehe 4), die I_P2-Zunahme aus der Sauerstoffkonzentration gewonnen, die wiederum aus dem ersten Pumpstrom IP1 gewonnen wurde. Die so erhaltene I_P2-Zunahme wird, basierend auf den, von der Diskette 52 ausgelesenen I_P2-Zunahme-Korrekturdaten, berichtigt, um eine berichtigte I_P2-Zunahme zu erhalten. Durch Anwendung der berichtigten I_P2-Zunahme wird ein I_P2-Zunahme-Korrekturkoeffizient erhalten (zum Beispiel in dem man die berichtigte I_P2-Zunahme durch eine in der I_P2-Standardkennlinie erscheinende I_P2-Zunahme teilt). Durch Verwendung des I_P2-Zunahme-Korrekturkoeffizienten wird der zweite Pumpstrom I_P2, der bezüglich des Offsets berichtigt ist, bezüglich der I_P2-Zunahme berichtigt.
In Schritt S190 wird, durch Verwendung der I_P2-Standardkennlinie (siehe 4), die NO_X-Konzentration aus dem zweiten Pumpstrom I_P2 gewonnen (d. h. vom berichtigten zweiten Pumpstrom I_P2), der sich, wie oben beschrieben, verschiedene Korrekturen durchlief. Die so erhaltene NO_X-Konzentration ist Ausgabegröße für die NO_X-Konzentration im Messgas.
Gemäß der I_P2-Standardkennlinie, stehen die NO_X-Konzentration und der zweite Pumpstrom I_P2 in proportionaler Beziehung. Daher kann die NO_X-Konzentration ohne die Verwendung der I_P2-Standardkennlinie gewonnen werden. Insbesondere ist, nachdem die I_P2-Zunahme aus der I_P2-Zunahme-Standardkennlinie gewonnen wurde, die so erhaltene I_P2-Zunahme, basierend auf den I_P2-Zunahme-Korrekturdaten, berichtigt, um eine berichtigte I_P2-Zunahme zu erhalten. Basierend auf der berichtigten I_P2-Zunahme, kann die NO_X-Konzentration aus dem, bezüglich des Offsets berichtigten, zweiten Pumpstrom I_P2 gewonnen werden.
In den Schritten S200 bis S270 werden die in Schritt S150 erfassten ersten bzw. zweiten Pumpströme I_P1 und I_P2 mit den maximalen bzw. minimalen ersten Pumpströmen _P1max und I_P1min und mit den maximalen bzw. minimalen zweiten Pumpströmen I_P2max und I_P2min verglichen, die vorübergehend in einem nicht dargestellten RAM des ECU 50 gespeichert sind. Wenn der I_P1(I_P2)-Wert größer als der maximale Wert _P1max(I_P2max) oder wenn der I_P1(I_P2) Wert kleiner ist als der minimale Wert I_P1min(I_P2min) wird der _P1max(I_P2max) oder der I_P1min(I_P2min) Wert entsprechend aktualisiert.
Insbesondere wird, in Schritt S200 der erste, in Schritt S150 erfasste, Pumpstrom mit dem maximalen ersten Pumpstrom _P1max verglichen. Wenn der erfasste I_P1 Wert größer ist als der _P1max Wert (Entscheidung JA in Schritt S200), geht die Ablaufsteuerung zu Schritt S210 in welchem der erfasste I_P1 Wert als ein neuer _P1max Wert gespeichert wird. Wenn der erfasste I_P1 Wert nicht größer ist als der _P1max Wert (Entscheidung NEIN in Schritt S200) geht die Ablaufsteuerung zu Schritt S220, ohne den _P1max Wert zu aktualisieren.
In Schritt S220 wird der erste, in Schritt S150 erfasste, Pumpstrom I_P1 mit dem minimalen ersten Pumpstrom I_P1min verglichen. Wenn der erfasste I_P1 Wert kleiner ist als der I_P1min Wert (Entscheidung JA in Schritt S220) geht die Ablaufsteuerung zu Schritt S230 in der der erfasste I_P1-Wert als ein neuer I_P1min-Wert gespeichert wird. Wenn der erfasste I_P1-Wert nicht kleiner ist als der I_P1min-Wert (Entscheidung NEIN in Schritt S220) wird die Ablaufsteuerung zu Schritt S240 gehen, ohne den I_P1min-Wert zu aktualisieren.
In Schritt S240 wird der in Schritt S150 erfasste zweite Pumpstrom I_P2 mit dem maximalen zweiten Punktstrom I_P2max verglichen. Wenn der erfasste Wert I_P2 größer ist als der Wert I_P2max (Entscheidung JA in Schritt S240) geht die Ablaufsteuerung zu Schritt S250 in dem der erfasste Wert I_P2 als ein neuer Wert I_P2max gespeichert wird. Wenn der erfasste Wert I_P2 nicht größer ist als der Wert I_P2max (Entscheidung NEIN in Schritt S240) wird die Ablaufsteuerung zu Schritt S260 gehen, ohne den Wert I_P2max zu aktualisieren.
In Schritt S260 wird der zweite in Schritt S150 erfasste Pumpstrom I_P2 mit dem minimalen zweiten Pumpstrom I_P2min verglichen. Wenn der erfasste I_P2-Wert kleiner ist als der I_P2min-Wert (Entscheidung JA in Schritt S260) geht die Ablaufsteuerung zu Schritt S270 in der der erfasste I_P2-Wert als ein neuer I_P2min-Wert gespeichert wird. Wenn der erfasste I_P2-Wert nicht kleiner ist als der I_P2min-Wert (Entscheidung NEIN in Schritt S260) wird die Ablaufsteuerung zu Schritt S280 gehen, ohne den I_P2min-Wert zu aktualisieren.
In Schritt S280 wird eine von einem Zeitglied gemessene Zeit t mit einer vorbestimmten Zeitspanne T verglichen. Wenn die gemessene Zeit t kleiner ist als die vorbestimmte Zeitspanne T (Entscheidung JA in Schritt S280) werden der Schritt S140 und die folgenden Schritte erneut ausgeführt. Wenn die gemessene Zeit t nicht kleiner ist als die vorbestimmte Zeitspanne T (Entscheidung NEIN in Schritt S280) geht die Ablaufsteuerung zu Schritt S300. In Schritt S300 werden die in einem nicht dargestellten RAM der ECU 50 gespeicherten maximalen bzw. minimalen ersten Pumpströme _P1max und I_P2min und die in einem nicht dargestellten RAM der ECU 50 gespeicherten maximalen bzw. zweiten Pumpströme I_P2max und I_P2min mit der laufenden Aufzeichnungsnummer n verknüpft und diese mit der laufenden Aufzeichnungsnummer n verknüpften Werte werden auf die Diskette 52 geschrieben. So dient die ECU 50 als Schreibmittel der vorliegenden Erfindung.
Anschließend geht die Ablaufsteuerung zu Schritt 310, indem die Aufzeichnungsnummer n erhöht wird. Dann werden Schritt S130 und folgende Schritte erneut ausgeführt.
Demzufolge wird, in Intervallen der vorbestimmten Zeitspanne T die Aufzeichnungsnummer n den maximalen bzw. minimalen ersten Pumpströmen _P1max und I_P1min und den maximalen bzw. minimalen zweiten Pumpströmen I_P2max und I_P2min zugeordnet. So werden die Werte von _P1max, I_P1min, I_P2max und I_P2min in Verbindung mit der Aufzeichnungsnummer n auf die Diskette 52 aufgezeichnet. Da ein durch Multiplizieren der vorbestimmten Zeitspanne T mit der Aufzeichnungsnummer n gewonnener Wert mit der abgelaufenen Zeit korrespondiert, ist der oben erwähnte Aufzeichnungsprozess gleichbedeutend mit der Aufzeichnung von Änderungen in den Werten von I_P1max, I_P1min, I_P2max und I_P2min über die Zeit.
In Schritt S120 werden der maximale erste Pumpstrom _P1max und der maximale zweite Pumpstrom I_P2max auf Werte initialisiert, die kleiner sind als die, die normalerweise dem ersten Pumpstrom I_P1 und dem zweiten Pumpstrom I_P2 unterstellt werden; der minimale erste Pumpstrom I_P1min und der minimale zweite Pumpstrom I_P2min werden auf Werte initialisiert, die größer sind als die, die normalerweise dem ersten. Strom I_P1 und dem zweiten Pumpstrom I_P2 unterstellt werden. Dementsprechend wird, wenn die Aufzeichnungsnummer n gleich 1 ist, wird in jedem der Schritte S200, S220, S240 und S260 eine Entscheidung mit JA getroffen. Die erfassten I_P1 und I_P2-Werte ersetzen dadurch die Anfangswerte von I_P1max, I_P1min, I_P2max und I_P2min und werden unweigerlich zu neuen Maximum- und Minimumswerten. Deshalb werden in Schritt S300 diese Anfangswerte niemals auf die Diskette 52 geschrieben.
Die in den Schritten S160 bis S180 verwendeten Korrekturdaten sind für den einzelnen NO_X-Sensor 2 spezifisch und werden korrespondierend zum einzelnen NO_X-Sensor 2 auf Diskette 52 aufgezeichnet. Wenn der NO_X-Sensor 2 durch einen anderen NO_X-Sensor 2 durch Lösen des Verbinders 21a ersetzt wird, ersetzt die Diskette 52, die den neuen NO_X-Sensor 2 begleitet, die frühere Diskette 52, um so den neuen NO_X-Sensor 2 zu aktivieren.
Wie oben beschrieben, gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Änderung im ersten Pumpstrom I_P1 in Form von maximalen und minimalen Werten I_P1max und I_P1min während jeder vorbestimmten Zeitspanne T auf die Diskette 52 geschrieben. Ebenso wird die Änderung im zweiten Pumpstrom I_P2 in Form von maximalen und minimalen Werten I_P2max und I_P2min während jeder vorbestimmten Zeitspanne T auf Diskette 52 geschrieben. Dadurch ist, auch wenn der NO_X-Sensor 2 wegen eines Fehlers oder ähnlichem unbrauchbar wird, eine Aufzeichnung der Betriebsbedingungen des unbrauchbaren NO_X-Sensors 2 auf der begleitenden Diskette 52 leicht verfügbar. Dieses Merkmal erleichtert die Nachforschungen nach dem Grund des Fehlers. Daher kann ein Benutzer leicht notwendige Maßnahmen durchführen, um den NO_X-Sensor 2 entsprechend zu verbessern. Ebenso kann die Qualität (zum Beispiel Haltbarkeit und Hitzebelastbarkeit) des NO_X-Sensors 2 genau bewertet werden.
Da die abgelaufene Nutzungszeit des NO_X-Sensors 2 aus der Aufzeichnungsnummer und der vorbestimmten Zeitspanne T gewonnen werden kann, kann ein Benutzer leicht herausfinden wann, z. B. der NO_X-Sensor 2 unbrauchbar wurde oder wann ein Anzeichen von Instabilität zuerst auftrat.
Außerdem, da die maximalen und minimalen ersten Pumpströme _P1max beziehungsweise I_P1min und die maximalen und minimalen zweiten Pumpströme I_P2max Und I_P2min in Intervallen der vorbestimmten Zeitspanne T aufgezeichnet werden, kann der von den gespeicherten Daten auf der Diskette 52 benötigte Platz gegenüber dem Fall, dass jede Änderung im ersten und zweiten Pumpstrom I_P1 und I_P2 aufgezeichnet wird, reduziert werden
Beim Ausführen der Schritte S160 bis S190 werden, auch wenn im gleichen Messgas NO_X-Konzentration mit verschiedenen NO_X-Sensoren 2 gemessen wird, die Abweichungen in der Messung zwischen den NO_X-Sensoren 2 durch den einzelnen NO_X-Sensor eigene Datenkorrekturmittel berichtigt. Daher liefern die NO_X-Sensoren 2 mit einem hohen Grad an Genauigkeit gleiche Messergebnisse. Außerdem kann die Speicherung lediglich auf die Standardkennlinien und die Korrekturdaten begrenzt werden, anstatt verschiedene Kennlinien I_P1-Kennlinie, Offset-Kennlinie, Temperaturkennlinie und I_P2-Zunahme-Kennlinie) für einzelne NO_X-Sensoren 2 zu speichern. Infolgedessen kann die Speicherkapazität relativ klein sein. Zusätzlich können, da die den entsprechenden NO_X-Sensor 2 begleitenden Korrekturdaten auf der Diskette 52 (eine flexible Diskette) gespeichert werden, die Korrekturdaten bequem transportiert werden.
in der oben beschriebenen, vorliegenden Ausführungsform werden Änderungen des ersten und zweiten Pumpstroms I_P1 bzw. I_P2 aufgezeichnet. Außerdem können Änderungen in anderen Parametern in einer ähnlichen, wie vorher beschriebenen, Art aufgezeichnet werden, was beim Erfassen der Konzentration von Stickoxiden im Messgas beachtet werden muss. Beispiele solcher Parameter umfassen die Temperatur der Vs-Zelle 6 oder die Elementtemperatur, die Sauerstoffkonzentration im Messgas und die Stickoxidkonzentration im Messgas. Da die der Anzahl der aufzuzeichnenden Parameter wächst, wird die Erforschung der Ursache eines NO_X-Sensor 2 Fehlers weiter erleichtert und die Qualität des NO_X-Sensors 2 kann genauer bewertet werden.
In der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird die Diskette 52 als Aufzeichnungsmittel verwendet. Jedoch können optische Scheiben oder magneto-optische Scheiben verwendet werden. Ebenso können feste Speichermittel wie Festplatten verwendet werden. Eine Festplatte ist für einen Benutzer nicht komfortabel zu transportieren aber sie kann ausreichend nützlich sein, wenn die Vorrichtung dazu bestimmt ist, die zu jedem NO_X-Sensor 2 korrespondierenden Korrekturdaten aus der Festplatte auszulesen.
Weiter wird ein weiterer Hauptprozess, der von der ECU 50 der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung ausgeführt wird, Bezug nehmend auf die 4 und 5B beschrieben. 5B zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Hauptprozesses zur Erfassung der NO_X-Konzentration.
Im Anschluss an den Start der NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung wird in Schritt P100 des Hauptprozesses ein Aktivierungsbewertungsprozess für den NO_X-Sensor 2 ausgeführt. Insbesondere wird eine Entscheidung getroffen, ob der NO_X-Sensor 2 durch Anlegen von Strom an die Heizvorrichtungen 12 und 14 aktiviert werden soll oder nicht. Wenn der NO_X-Sensor 2 nicht aktiviert wird, befindet sich die Ablaufsteuerung in einer Schleife bis der NO_X-Sensor aktiviert wird.
Im Aktivierungsbewertungsprozess wird z.B. eine Feststellung getroffen, ob der innere Widerstand R_VS der Vs-Zelle 6 auf oder unter einen vorbestimmten Aktivierungsbewertungswert gefallen ist oder nicht. Während die Aktivierung der Vs-Zelle 6 bei ansteigender Elementtemperatur voranschreitet wird der innere Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 verringert. Daher wird, in Schritt S100, nach dem Start der Stromversorgung für die Heizvorrichtungen 12 und 14 eine Feststellung getroffen, ob der innere Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 auf oder unter den Aktivierungsbewertungswert gefallen ist oder nicht und dabei bewertet, ob die Elementtemperatur eine vorbestimmte Aktivierungstemperatur ereicht hat oder nicht.
Unmittelbar nachdem die NO_X-Konzentrationerfassungsvorrichtung gestartet ist, schaltet ein nicht dargestellter Initialisierungsprozess den Schalter SW1 im Antriebsstromkreis 40 auf AN und schaltet die Schalter SW2 und SW3 im Antriebsstromkreis auf AUS. Die Arbeit des Differenzverstärkers AMP im Antriebsstromkreis 40 wird jedoch unterbrochen bis im Aktivierungsbewertungsprozess in Schritt S100 bestimmt wurde, dass die Temperatur des NO_X-Sensors 2 bis nahe an die Aktivierungstemperatur angestiegen ist.
Weiterhin, wenn der NO_X-Sensor 2 im Schritt P100 als aktiv bewertet wurde, geht die Ablaufsteuerung auf Schritt P110 voran, in dem der innere Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 ausgelesen wird. Im darauf folgenden Schritt P120 wird das vom Widerstand R3 ausgehende Erfassungssignal V_IP2 des Sensorstromkreises 42 ausgelesen, um dadurch den zweiten Pumpstrom I_P2 zu erfassen. Ebenso wird das vom Widerstand R0 des Antriebsstromkreises 40 ausgehende Signal ausgelesen, um dadurch den ersten Pumpstrom I_P1 zu erfassen.
In Schritt P130 wird, basierend auf dem inneren Widerstand RVS, der in Schritt P110 ausgelesen wurde, ein Temperatur-Korrekturbetrag für den zweiten Pumpstrom I_P2 errechnet. Dann wird, basierend auf dem so gewonnenen Temperatur-Korrekturbetrag der zweite Pumpstrom I_P2 bezüglich der Temperatur berichtigt.
Insbesondere, um die NO_X-Konzentration aus dem zweiten Pumpstrom I_P2 auch bei einer abrupten Änderung der Temperatur des Messgases genau zu bestimmen, wird die Temperatur der Vs-Zelle 6, das heißt die Elementtemperatur, aus dem inneren Widerstand RVS der Vs-Zelle 6 gewonnen. Ein Korrekturbetrag für die Elementtemperatur wird, basierend auf der Standardtemperaturkennlinie, die in einem nicht dargestellten ROM gespeichert ist, gewonnen. Der so erhaltene Temperatur-Korrekturbetrag wird, basierend auf den von der Diskette 52 gelesenen Temperatur-Kennlinienkorrekturdaten berichtigt, um einen berichtigten Temperatur-Korrekturbetrag zu erhalten. Durch Verwenden des berichtigten Temperatur-Korrekturbetrags wird eine Berichtigung bezüglich der Temperatur ausgeführt. Wenn der NO_X-Sensor 2 ein Standard-NO_X-Sensor ist, wird der berichtigte Temperaturkorrekturbetrag gleich dem auf Basis der Standardtemperatur-Kennlinie gewonnenen Temperatur-Korrekturbetrag
Nach der obigen Berichtigung bezüglich der Temperatur geht die Ablaufsteuerung auf Schritt P140 in der der zweite Pumpstrom I_P2 bezüglich des Offsets korrigiert wird. Insbesondere werden die Kennlinienkorrekturdaten I_P1 aus der Diskette 52 ausgelesen und der erste Pumpstrom I_P1 wird, basierend auf den ausgelesenen I_P1-Kennlinienkorrekturdaten berichtigt, um den berichtigten ersten Pumpstrom I_P1 zu erhalten. Die Sauerstoffkonzentration im Messgas wird aus dem berichtigten ersten Pumpstrom I_P1 durch Anwendung der I_P1-Standardkennlinie gewonnen. Der Offset-Strom I_P2OFF wird aus der so gewonnenen Sauerstoffkonzentration durch Anwendung der Offset-Standardkennlinie gewonnen. Der so gewonnene Offset-Strom I_P2OFF wird, basierend auf den Offset-Kennlinienkorrekturdaten, die aus der Diskette 52 ausgelesen wurden, berichtigt, um den berichtigten Offset-Strom I_P2OFF zu gewinnen. Durch Anwendung des berichtigten Offset-Stromes I_P2OFF wird der zweite, bezüglich der Temperatur berichtigte, Pumpstrom I_P2 bezüglich des Offsets berichtigt. Wenn der NO_X-Sensor ein Standard-NO_X-Sensor ist, wird der berichtigte Offset-Stromwert gleich dem Offset-Stromwert, der auf Basis der Offset-Standardkennlinie gewonnen wurde.
Im nachfolgenden Schritt P150 wird der bezüglich des Offsets berichtigte zweite Pumpstrom I_P2 bezüglich der I_P2-Zunahme berichtigt. Insbesondere durch Anwendung der I_P2-Zunahme-Standardkennlinie wird die I_P2-Zunahme aus der Sauerstoffkonzentration gewonnen, die wiederum aus dem ersten Pumpstrom I_P1 in Schritt P140 gewonnen wurde. Die so erhaltene I_P2-Zunahme wird, basierend auf den, von der Diskette 52 ausgelesenen I_P2-Korrekturdaten, berichtigt, um eine berichtigte I_P2-Zunahme zu erhalten. Durch Anwendung der berichtigten I_P2-Zunahme wird ein I_P2-Zunahme-Korrekturkoeffizient erhalten (zum Beispiel in dem man die berichtigte I_P2-Zunahme durch eine in der I_P2-Standardkennlinie erscheinende I_P2-Zunahme teilt). Durch Verwendung des I_P2-Zunahme-Korrekturkoeffizienten unterliegt der, bezüglich des Offsets berichtigte, zweite Pumpstrom der I_P2-Zunahme-Korrektur. Wenn der NO_X-Sensor ein Standard-NO_X-Sensor ist, ist die berichtigte I_P2-Zunahme gleich der I_P2-Zunahme, die auf Basis der I_P2-Zunahme-Standardkennlinie gewonnen wurde.
In Schritt P160 wird, durch Verwendung der I_P2-Standardkennlinie, die NO_X-Konzentration aus dem zweiten Pumpstrom I_P2, der sich der I_P2-Zunahme-Korrektur (d. h. vom berichtigten zweiten Pumpstrom I_P2) unterzogen hat, gewonnen. Die so erhaltene NO_X-Konzentration ist Ausgabegröße für die NO_X-Konzentration im Messgas.
Gemäß der I_P2-Standardkennlinie, stehen die NO_X-Konzentration und der zweite Pumpstrom I_P2 in proportionaler Beziehung. Daher kann die NO_X-Konzentration ohne die Verwendung der I_P2-Standardkennlinie gewonnen werden. Insbesondere wird, nachdem die I_P2-Zunahme aus der I_P2-Zunahme-Standardkennlinie gewonnen wurde, die so erhaltene I_P2-Zunahme, basierend auf den I_P2-Zunahme-Korrekturdaten, berichtigt, um eine berichtigte I_P2-Zunahme zu erhalten. Basierend auf der berichtigten I_P2-Zunahme kann die NO_X-Konzentration aus dem, bezüglich des Offsets berichtigten, zweiten Pumpstrom I_P2 gewonnen werden.
Da die oben erwähnten Korrekturdaten für jeden einzelnen NO_X-Sensor 2 besonders sind, begleitet eine einzelne Diskette 52, die spezifische Korrekturdaten enthält, jeden der NO_X-Sensoren. Wenn der NO_X-Sensor 2 durch einen anderen NO_X-Sensor 2 durch Lösen des Verbinders 21a ersetzt wird, wird die Diskette 52, die den vorigen NO_X-Sensor 2 begleitet, durch die, die den neuen NO_X-Sensor 2 begleitet ersetzt, bevor die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung gestartet wird.
Wie oben beschrieben, werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform, sogar wenn das gleiche Messgas auf NO_X-Konzentration bei Verwendung verschiedener NO_X-Sensoren 2 gemessen wird, die Abweichungen im Messvorgang zwischen den NO_X-Sensoren 2 durch Korrekturdaten, die jedem einzelnen NO_X-Sensor 2 eigen sind, berichtigt. Daher liefern die NO_X-Sensoren 2 gleiche Messergebnisse mit einem guten Genauigkeitsgrad. Außerdem kann die Speicherung auf lediglich die Standardkennlinien und die Korrekturdaten begrenzt werden, anstatt verschiedene Kennlinien (I_P1-Kennlinie, Offset-Kennlinie, Temperaturkennlinie und I_P2-Zunahme-Kennlinie) für einzelne NO_X-Sensoren 2 zu speichern. Infolgedessen kann die Speicherkapazität relativ klein sein. Zusätzlich können, da die dem entsprechenden NO_X-Sensor 2 begleitenden Korrekturdaten auf der Diskette 52 (eine flexible Diskette) gespeichert werden, die Korrekturdaten bequem transportiert und die Anwendbarkeit der Korrekturdaten sehr verbessert werden.
In der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird die Diskette 52 als Korrekturdaten-Speichermittel verwendet. Jedoch können Disketten oder MOD-Disketten verwendet werden. Optische oder magneto-optische Disketten sind der handlich und ermöglichen die leichte Verbindung der Korrekturdaten mit dem einzelnen NO_X-Sensor 2. Ebenso können feste Speichermittel, wie Festplatten verwendet werden. Eine Festplatte ist für einen Benutzer nicht komfortabel zu transportieren aber sie kann nützlich sein, wenn die Vorrichtung dazu bestimmt ist, die, zu jedem NO_X-Sensor 2 korrespondierenden, Korrekturdaten aus der Festplatte auszulesen.
Die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist, zum Beispiel, zur Verwendung in einem Gasmessgerät für Innen- und Außenbetrieb gut geeignet.
Zweite Ausführungsform:
Eine zweite Ausführungsform, die sich auf die vorliegende Erfindung bezieht, besitzt einen ähnlichen inneren Aufbau wie die erste Ausführungsform aber sie besitzt einen äußeren Aufbau der sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet. 6 zeigt schematisch den äußeren Aufbau dieser Ausführungsform. Insbesondere umfasst eine Regelbox 145 den Antriebsstromkreis 40, den Sensorstromkreis 42, den die Heizvorrichtung energetisierenden Stromkreis 44, die elektronische Regeleinheit 50 und das Diskettenlaufwerk 52, die in 1 gezeigt werden. Wie in der ersten Ausführungsform, sind die Regelbox 145 und der NO_X-Sensor 2 durch die Kabel 21 und 48 elektrisch verbunden, die wiederum durch die Verbinder 21a und 48a verbunden sind. Die so aufgebaute zweite Ausführungsform liefert ähnliche Abläufe und Ergebnisse wie die erste Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform:
Eine dritte sich auf die vorliegende Erfindung beziehende Ausführungsform ist in ähnlicher Art wie die zweite Ausführungsform aufgebaut aber sie unterscheidet sich dadurch, dass ein im wesentlichen knopfartiges Halbleiter-Aufzeichnungsmittel an Stelle einer Diskette verwendet wird. 7 zeigt schematisch den äußeren Aufbau dieser Ausführungsform. Insbesondere umfasst eine Regelbox 145 den Antriebsstromkreis 40, den Sensorstromkreis 42, den die Heizvorrichtung energetisierenden Stromkreis 44, eine elektronische Regeleinheit 50, die in 1 gezeigt werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden verschiedene Korrekturdaten, die jedem NO_X-Sensor 2 eigen sind in einem im wesentlichen knopfartigem Halbleiter Aufzeichnungsmittel 252 (zum Beispiel, TOUCH MEMORY BUTTON DS1995 (Handelsname, Produkt der Dallas Semiconductor Corporation)) gespeichert. Das Halbleiteraufzeichnungsmittel 252 hat einen Durchmesser von ungefähr 2 cm und ist in einem im wesentlichen rhombusförmigen Halter 253 (TOUCH MEMORY MOUNT PRODUCT, DS9093, (Handelsname, Produkt der Dallas Semiconductor Corporation)) eingebaut. Der Halter 253 wird auf die äußere Oberfläche der Regelbox 245 geschraubt. Demgemäß ist das Halbleiteraufzeichnungsmittel 252 abnehmbar an der Regelbox 245 befestigt. Wie in der ersten Ausführungsform, sind die Regelbox 245 und der NO_X-Sensor 2 durch die Kabel 21 und 48 elektrisch verbunden, die wiederum durch die Verbinder 21a und 48a verbunden sind.
Wie im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben, variieren die Korrekturdaten unter den einzelnen NO_X-Sensoren 2. Demgemäß begleitet ein Aufzeichnungsmittel, in dem solche spezifischen Korrekturdaten vorzugsweise gespeicherten werden, den betreffenden NO_X-Sensor 2. Diesbezüglich verwendet die vorliegende Ausführungsform das im wesentlichen knopfartig geformte Halbleiter-Aufzeichnungsmittel 252, das kleiner ist als die Diskette 52 und das dadurch den NO_X-Sensor 2 komfortabler begleitet.
Die so aufgebaute dritte Ausführungsform führt zu ähnlichen Abläufen und Ergebnissen wie die erste Ausführungsform. Außerdem, da das Halbleiter-Aufzeichnungsmittel 252 kleiner als eine Diskette ist, wird das Halbleiter-Aufzeichnungsmittel 252 nicht zu einer Beeinträchtigung, auch wenn es jeden NO_X-Sensor 2 begleitet.
Vierte Ausführungsform:
Eine vierte sich auf die vorliegende Erfindung beziehende Ausführungsform ist in ähnlicher Art wie die zweite Ausführungsform aufgebaut aber sie unterscheidet sich dadurch, dass ein Halbleiteraufzeichnungsmittel, das in einen Verbinder eingebaut ist, anstatt einer Diskette verwendet wird. 8a–8c zeigen schematisch den äußeren Aufbau der vorliegenden Ausführungsform. Insbesondere umfasst eine Kontrollbox 345 der 8a den Antriebsstromkreis 40, den Sensorstromkreis 42, den die Heizvorrichtung energetisierenden Stromkreis 44 und die elektronische Regeleinheit 50, die in 1 gezeigt werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden verschiedene Korrekturdaten (siehe die Beschreibung der ersten Ausführungsform), die jedem NO_X-Sensor 2 eigen sind in einem Halbleiter-Aufzeichnungsmittel 352 (zum Beispiel, TOUCH MEMORY PROBE DS9092 oder ADD ONLY MEMORY DS2505, (Handelsnamen, Produkte der Dallas Semiconductor Corporation)) gespeichert, das in den Verbinder 21 des NO_X-Sensors 2 eingebaut ist. 8B zeigt das Halbleiteraufzeichnungsmittel 352, das in den männlichen Verbinder 21 des NO_X-Sensors 2 eingebaut ist und 8C zeigt das Halbleiter-Aufzeichnungsmittel 352, das in den weiblichen Verbinder 21a des NO_X-Sensors 2 eingebaut ist. In jedem Falle ist das Halbleiter-Aufzeichnungsmittel 352 mit unverwendeten Anschlüssen aus einer Vielzahl von Anschlüssen verbunden (nicht gezeigt), mit denen der Verbinder 21a ausgestattet ist, um dadurch eine elektrische Verbindung mit der Regelbox 345 durch den Verbinder 21a herzustellen. Da das Halbleiter-Aufzeichnungsmittel 352, in dem die Korrekturdaten aufgezeichnet werden, in den Verbinder 21 eingebaut ist, der mit dem NO_X-Sensor 2 verbunden ist, wird der NO_X-Sensor von den Korrekturdaten immer begleitet. Dadurch hat die vorliegende Ausführungsform, zusätzlich zu dem Vorteil der kleinen Abmessung, den Vorteil, dass, wenn der NO_X-Sensor 2 ersetzt wird, die Korrekturdaten zwangsläufig ausgetauscht werden. Die NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist zur Verwendung in einem Automobil geeignet.
Während die Erfindung detailliert und in Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde wird es für jemanden, der im Stand der Technik sachkundig ist, offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen darin gemacht werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung, umfassend: einen NO_X-Sensor (2) zum Messen eines oder mehrerer Parameter eines Meßgases; ein Standardkennlinien-Speichermittel zum Speichern vorbestimmter Standardkennlinien, die Korrelationen zwischen den einen oder mehreren durch einen Standardsensor gemessenen Parametern und der NO_X-Konzentration im Meßgas repräsentieren; ein Korrekturdaten-Speichermittel zum Speichern von Korrekturdaten, um vorhergehend gemessene Kennlinien des NO_X-Sensors mit den Standardkennlinien anzugleichen; und ein NO_X-Konzentrationserfassungsmittel (50) zum Bestimmen der NO_X-Konzentration des Meßgases beruhend auf zumindest einem der durch den NO_X-Sensor gemessenen Parameter, Daten, die in dem Standardkennlinien-Speichermittel gespeichert sind, und Daten, die in dem Korrekturdaten-Speichermittel gespeicherten sind.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Standardkennlinien-Speichermittel angepaßt ist zum Speichern von vorherbestimmten Standardkennlinien, die Korrelationen zwischen einem ersten Pumpstromwert, einem zweiten Pumpstromwert und der NO_XKonzentration im Meßgas repräsentieren, wobei das NO_X-Konzentrationserfassungsmittel (50) Mittel zum Erfassen des ersten Pumpstromwerts und des zweiten Pumpstromwerts, Mittel zum Korrigieren der erfaßten Werte beruhend auf den im Korrekturdaten-Speichermittel gespeicherten Korrekturdaten, und Mittel zum Erfassen der NO_X-Konzentration im Meßgas unter Verwendung der im Standardkennlinien-Speichermittel gespeicherten Standardkennlinien; weiterhin umfassend Schreibmittel zum Schreiben einer Änderung zumindest eines der Parameter auf ein Aufzeichnungsgerät; wobei das Aufzeichnungsgerät Korrekturdaten beinhaltet, um vorhergehend gemessene Kennlinien des NO_X-Sensors (2) an die Standardkennlinien anzugleichen, wobei die Kennlinien die Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstromwert, dem zweiten Pumpstromwert und der NO_X-Konzentration im Meßgas repräsentieren.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der NO_X-Sensor (2) und das Korrekturdaten-Speichermittel lösbar angebracht sind.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei das Korrekturdaten-Speichermittel ein im wesentlichen knopfartiges Aufnahmemedium umfaßt, das angepaßt ist, um mittels einer Halterung lösbar angebracht zu werden.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der NO_X-Sensor (2) mit dem NO_X-Konzentrationserfassungsmittel (50) über einen Verbinder (21a) lösbar verbunden ist, und wobei das Korrekturdaten-Speichermittel in den Verbinder (21a) eingebaut ist.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung, umfassend: einen NO_X-Sensor (2), umfassend: einen ersten Meßraum (20), der über eine erste diffusionsregelnde Schicht (4d) mit dem Meßgas in Verbindung steht, eine erste Sauerstoff pumpende Zelle (4) zum Auspumpen von Sauerstoff aus dem ersten Meßraum (20), eine Sauerstoffkonzentrationsmeßzelle (6) zum Messen der Sauerstoffkonzentration im ersten Meßraum (20), einem zweiten Meßraum (26), der über eine zweite diffusionsregelnde Schicht (6d, 22d) mit der ersten Meßraum in Verbindung steht, und eine zweite Sauerstoff pumpende Zelle (8) zum Auspumpen von Sauerstoff aus dem zweiten Meßraum (26); und ein Pumpstromregelmittel (40a) zum Regeln der der Sauerstoffkonzentration, die im ersten Meßraum beinhaltet ist, auf einen konstanten Wert, ein Konstantspannungs-Anlegemittel zum Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle (8), ein Standardkennlinien-Speichermittel zum Speichern vorbestimmter Standardkennlinien, die Korrelationen zwischen einem ersten Pumpstrom, der der Strom ist, der durch die erste Sauerstoff pumpende Zelle (4) strömt, wenn die Sauerstoffkonzentration im ersten Meßraum (20) durch das Pumpstromregelmittel auf einem konstanten Niveau eingeregelt ist, einem zweiten Pumpstrom, der der Strom ist, der durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle (8) strömt, wenn eine konstante Spannung von dem Konstantspannungs-Anlegemittel an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle (8) angelegt ist, und der NO_X-Konzentration im Meßgas repräsentieren, ein Korrekturdaten-Speichermittel zum Speichern von Korrekturdaten, um vorhergehend gemessene Kennlinien des NO_X-Sensors an die Standardkennlinien anzugleichen, wobei die Kennlinien Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstrom, dem zweiten Pumpstrom und der NO_X-Konzentration im Meßgas repräsentieren, und ein NO_X-Konzentrationserfassungsmittel (50) zum Erfassen des ersten Pumpstroms und des zweiten Pumpstroms, zum Korrigieren der erfaßten Stromwerte beruhend auf den im Korrekturdaten-Speichermittel gespeicherten Korrekturdaten, und zum Bestimmen der NO_X-Konzentration im Meßgas unter Verwendung der im Standardkennlinien-Speichermittel gespeicherten Standardkennlinien.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend Schreibmittel zum Schreiben einer Änderung zumindest eines Parameters auf ein Aufzeichnungsgerät (60; 145; 245; 352), wobei der Parameter aus der Menge gewählt ist bestehend aus: einem ersten Pumpstromwert, der der Strom ist, der durch die erste Sauerstoff pumpende Zelle (4) strömt, wenn die Sauerstoffkonzentration im ersten Meßraum (20) durch das Pumpstromregelmittel (40a) auf einem konstanten Niveau eingeregelt ist, einem zweiten Pumpstromwert, der der Strom ist, der durch die zweite Sauerstoff pumpende Zelle (8) strömt, wenn eine konstante Spannung von dem Konstantspannungs-Anlegemittel an die zweite Sauerstoff pumpende Zelle (8) angelegt ist, der im Meßgas enthaltenen Sauerstoffkonzentration, die anhand des ersten Pumpstromwertes ermittelt wird, und der NO_X-Konzentration im Meßgas, die anhand des zweiten Pumpstromwerts ermittelt wird; wobei das Aufzeichnungsgerät (60; 145; 245; 352) Korrekturdaten beinhaltet, um vorhergehend gemessene Kennlinien des NO_X-Sensors (2) an die Standardkennlinien anzugleichen, wobei die Kennlinien Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstromwert, dem zweiten Pumpstromwert und der NO_X-Konzentration im Meßgas repräsentieren.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei eine jeweilige der ersten und der zweiten Sauerstoff pumpenden Zellen (4, 8) und die Sauerstoffkonzentrationsmeßzelle (6) eine sauerstoffionenleitende feste Elektrolytschicht (4a, 6a, 8a) und poröse Elektroden (4b, 4c, 6b, 6c, 8b, 8c), die auf gegenüberliegenden Oberflächen der sauerstoffionenleitenden festen Elektrolytschicht (4a, 6a, 8a) angeordnet sind, umfaßt.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Pumpstromregelmittel (40a) Mittel zum Halten einer Ausgangsspannung von der Sauerstoffkonzentrationsmeßzelle (6) auf einem konstanten Wert aufweist.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, weiterhin umfassend eine Heizvorrichtung (12, 14) zum Erhitzen des NO_X-Sensors (2) auf eine Temperatur, bei der die Erfassung der NO_X-Konzentration im Meßgas ermöglicht ist.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Kennlinien, die Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstrom, den zweiten Pumpstrom und der NO_X-Konzentration im Meßgas repräsentieren, zumindest beinhalten eine Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration im Meßgas und dem ersten Pumpstrom, eine Korrelation zwischen der NO_X-Konzentration im Meßgas und dem zweiten Pumpstrom, und eine Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration im Meßgas und dem zweiten Pumpstrom.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Korrelation zwischen der NO_X-Konzentration im Meßgas und dem zweiten Pumpstrom eine Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration im Meßgas und der Änderungsrate im zweiten Pumpstrom relativ zur NO_X-Konzentration im Meßgas beinhaltet.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei die Kennlinien, die die Korrelationen zwischen dem ersten Pumpstrom, den zweiten Pumpstrom und der NO_X-Konzentration im Meßgas repräsentieren, weiterhin eine Korrelation zwischen der Temperatur des NO_X-Sensors (2) und dem zweiten Pumpstrom beinhalten.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei der NO_X-Sensor (2) und das Korrekturdaten-Speichermittel lösbar angebracht sind.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei das Korrekturdaten-Speichermittel einen im wesentlichen knopfartiges Aufnahmemedium umfaßt, das angepaßt ist, um mittels einer Halterung lösbar angebracht zu werden.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei der NO_X-Sensor (2) mit dem NO_X-Konzentrationserfassungsmittel (50) über einen Verbinder (21a) lösbar verbunden ist, und wobei das Korrekturdaten-Speichermittel in den Verbinder (21a) eingebaut ist.
NO_X-Konzentrationserfassungsvorrichtung, umfassend: einen NO_X-Sensor (2) zum Messen eines oder mehrerer Parameter eines Meßgases; ein Kennlinien-Speichermittel zum Speichern vorhergehend gemessener Kennlinien des NO_X-Sensors (2), die Korrelationen zwischen den einen oder mehreren durch den NO_X-Sensor (2) gemessenen Parametern und der NO_X-Konzentration im Meßgas repräsentieren; ein NO_X-Konzentrationserfassungsmittel (50) zum Bestimmen der NO_X-Konzentration des Meßgases beruhend auf zumindest einem der durch den NO_X-Sensor (2) gemessenen Parameter und Daten, die in dem Kennlinien-Speichermittel gespeichert sind; wobei das Kennlinien-Speichermittel umfaßt ein Standardkennlinien-Speichermittel zum Speichern vorbestimmter Standardkennlinien, die Korrelationen zwischen den einen oder mehreren durch einen Standardsensor gemessenen Parametern und der NO_X-Konzentration im Meßgas repräsentieren; ein Korrekturdaten-Speichermittel zum Speichern von Korrekturdaten, um vorhergehend gemessene Kennlinien des NO_X-Sensors (2) mit den Standardkennlinien anzugleichen.