專利名稱：燃料重整設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料重整設(shè)備，該燃料重整設(shè)備優(yōu)選用于在燃料重整催化劑的輔 助下由重整燃料產(chǎn)生可燃?xì)怏w。
背景技術(shù)：
存在帶有燃料重整設(shè)備的傳統(tǒng)已知的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料重整設(shè)備例如公開在專利 文獻(xiàn)l(JP-A-2007-113421)中。這種現(xiàn)有技術(shù)的燃料重整設(shè)備包括燃料重整催化劑，該燃 料重整催化劑通過對(duì)含有重整燃料和氧的氣體進(jìn)行重整而產(chǎn)生含氫的可燃?xì)怏w。當(dāng)燃料重整催化劑處于活化狀態(tài)時(shí)，其能夠產(chǎn)生含氫和一氧化碳的可燃?xì)怏w。然 而，當(dāng)燃料重整催化劑處于非活化狀態(tài)時(shí)，其不能產(chǎn)生具有足夠高濃度的可燃?xì)怏w。因此， 現(xiàn)有技術(shù)的燃料重整設(shè)備構(gòu)造成在燃料重整催化劑的下游設(shè)置氫或一氧化碳濃度傳感器。 此外，當(dāng)濃度傳感器的檢測(cè)結(jié)果表明產(chǎn)生了具有足夠高的濃度的可燃?xì)怏w時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的 燃料重整設(shè)備將可燃?xì)怏w供給到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣路徑。包括上述文獻(xiàn)在內(nèi)，申請(qǐng)人了解到以下文獻(xiàn)作為本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)。[專利文獻(xiàn) l]JP-A-2007-l 1342
發(fā)明內(nèi)容
同時(shí)，上述現(xiàn)有技術(shù)燃料重整設(shè)備構(gòu)造成使用檢測(cè)氫或一氧化碳的濃度的濃度傳 感器。氫或一氧化碳的濃度與可燃?xì)怏w生成量相關(guān)聯(lián)。因此，當(dāng)精確地實(shí)現(xiàn)了濃度檢測(cè)時(shí)， 能夠精確地檢測(cè)到可燃?xì)怏w生成量。然而，可以安裝在現(xiàn)有技術(shù)燃料重整設(shè)備中的小型、廉價(jià)的濃度傳感器不容易實(shí) 現(xiàn)高的檢測(cè)精度。此外，當(dāng)執(zhí)行操作以檢測(cè)氫的濃度時(shí)，可燃?xì)怏w中含有的氧和其它組分可 能影響檢測(cè)操作，導(dǎo)致檢測(cè)精度下降。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明以解決以上問題。本發(fā)明的目的是提供一種燃料重整設(shè)備，其 能夠使用小型、廉價(jià)的氫濃度傳感器，并且即使生成的可燃?xì)怏w包含除氫以外的組分，也能 夠精確地檢測(cè)可燃?xì)怏w生成量。以上目的是通過這樣的燃料重整設(shè)備實(shí)現(xiàn)的該燃料重整設(shè)備包括燃料重整催化 齊U，所述燃料重整催化劑布置在含有重整燃料的氣態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)路徑中，并用來由重整燃 料生成含氫的可燃?xì)怏w。該燃料重整設(shè)備包括上游空燃比傳感器，所述上游空燃比傳感器相對(duì)于所述氣態(tài) 物質(zhì)的流動(dòng)方向布置在燃料重整催化劑的上游，并用來輸出表示所述氣態(tài)物質(zhì)中的氧濃度 的上游傳感器信號(hào)。該燃料重整設(shè)備包括下游空燃比傳感器，所述下游空燃比傳感器相對(duì)于所述氣態(tài) 物質(zhì)的流動(dòng)方向布置在燃料重整催化劑的下游，并用來輸出表示所述氣態(tài)物質(zhì)中的氧濃度 和氫濃度的下游傳感器信號(hào)。并且，該燃料重整設(shè)備包括氫濃度檢測(cè)裝置，所述氫濃度檢測(cè)裝置利用上游傳感器信號(hào)和下游傳感器信號(hào)來檢測(cè)在燃料 重整催化劑的下游位置處的氣態(tài)物質(zhì)中的氫濃度。在本發(fā)明的第二方面中，根據(jù)本發(fā)明第一方面的燃料重整設(shè)備，其中，氫濃度檢測(cè) 裝置可包括信號(hào)修正裝置，所述信號(hào)修正裝置用于根據(jù)上游傳感器信號(hào)來修正包含在下游 傳感器信號(hào)中的氧濃度的影響。在本發(fā)明的第三方面中，根據(jù)本發(fā)明第二方面的燃料重整設(shè)備可包括氧濃度計(jì)算 裝置，所述氧濃度計(jì)算裝置由上游傳感器信號(hào)計(jì)算氧濃度。并且，該燃料重整設(shè)備包括存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置預(yù)先存儲(chǔ)表示下游傳感器信 號(hào)與氫濃度之間的關(guān)系的特性曲線數(shù)據(jù)。并且，信號(hào)修正裝置根據(jù)氧濃度來修正特性曲線 數(shù)據(jù)。并且，氫濃度檢測(cè)裝置利用修正后的特性曲線數(shù)據(jù)由下游傳感器信號(hào)計(jì)算氫濃度。在本發(fā)明的第四方面中，根據(jù)本發(fā)明第三方面的燃料重整設(shè)備，其中，信號(hào)修正裝 置可包括零點(diǎn)輸出獲取裝置，所述零點(diǎn)輸出獲取裝置根據(jù)氧濃度來獲取氫濃度為零時(shí)的下 游傳感器信號(hào)的值。并且，信號(hào)修正裝置包括變化率獲取裝置，所述變化率獲取裝置根據(jù)氧濃度獲取 下游傳感器信號(hào)的變化對(duì)氫濃度的變化的比率。并且，信號(hào)修正裝置包括特性設(shè)定裝置，所 述特性設(shè)定裝置根據(jù)零點(diǎn)輸出獲取裝置和變化率獲取裝置的獲取結(jié)果來設(shè)定在檢測(cè)到的 氧濃度下的特性曲線數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的第五方面中，根據(jù)本發(fā)明第一至第四方面中任一方面的燃料重整設(shè) 備，其中，下游空燃比傳感器的靈敏度可比上游空燃比傳感器的靈敏度低。在本發(fā)明的第六方面中，根據(jù)本發(fā)明第一至第五方面中任一方面的燃料重整設(shè) 備，其中，上游空燃比傳感器和下游空燃比傳感器可各包括檢測(cè)元件，所述檢測(cè)元件由含有 氧化鋯的材料制成，并設(shè)有一側(cè)面和另一側(cè)面。并且，上游空燃比傳感器和下游空燃比傳感器各包括兩個(gè)電極，所述兩個(gè)電極分 別安裝在所述檢測(cè)元件的所述一側(cè)面和所述另一側(cè)面上從而以所述檢測(cè)元件位于所述兩 個(gè)電極之間的方式彼此面對(duì)。并且，上游空燃比傳感器和下游空燃比傳感器各包括限制裝 置，所述限制裝置布置成將所述檢測(cè)元件的所述一側(cè)面與含有檢測(cè)目標(biāo)的所述氣態(tài)物質(zhì)遮 斷，并限制所述檢測(cè)目標(biāo)供給到所述檢測(cè)元件的所述一側(cè)面的速度。在本發(fā)明的第七方面中，根據(jù)本發(fā)明第六方面的燃料重整設(shè)備，其中，下游空燃比 傳感器的電極可比上游空燃比傳感器的電極具有更小的相對(duì)表面面積。并且其中，下游空 燃比傳感器的靈敏度根據(jù)上游空燃比傳感器與下游空燃比傳感器之間的相對(duì)表面面積之 差而降低。在本發(fā)明的第八方面中，根據(jù)本發(fā)明第六或第七方面的燃料重整設(shè)備，其中，限制 裝置可以是允許含有檢測(cè)目標(biāo)的外部氣態(tài)物質(zhì)朝檢測(cè)元件的所述一側(cè)面穿過的擴(kuò)散層。并且其中，下游空燃比傳感器的擴(kuò)散層比上游空燃比傳感器的擴(kuò)散層具有更低的 透氣性。并且其中，下游空燃比傳感器的靈敏度根據(jù)上游空燃比傳感器與下游空燃比傳感 器之間的透氣性之差而降低。在本發(fā)明的第九方面中，根據(jù)本發(fā)明第一至第八方面中任一方面的燃料重整設(shè) 備，可進(jìn)一步包括壓力檢測(cè)裝置，所述壓力檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述氣態(tài)物質(zhì)的壓力。并且該 燃料重整設(shè)備包括壓力相關(guān)的修正裝置，所述壓力相關(guān)的修正裝置用于根據(jù)所述氣態(tài)物質(zhì) 的壓力來修正至少上游傳感器信號(hào)或下游傳感器信號(hào)的值。
在本發(fā)明的第十方面中，根據(jù)本發(fā)明第九方面的燃料重整設(shè)備，其中，壓力相關(guān)的 修正裝置可以進(jìn)行修正以使得檢測(cè)到的氧濃度或氫濃度隨著所述壓力升高而降低。在本發(fā)明的第十一方面中，根據(jù)本發(fā)明第一至第十方面中任一方面的燃料重整設(shè) 備，可進(jìn)一步包括氣態(tài)物質(zhì)供給裝置，所述氣態(tài)物質(zhì)供給裝置向至少上游空燃比傳感器或 下游空燃比傳感器分別供給無氧氣態(tài)物質(zhì)和大氣。 并且，該燃料重整設(shè)備包括第一氧誤差檢測(cè)裝置，當(dāng)所述無氧氣態(tài)物質(zhì)被供給到 所述空燃比傳感器時(shí)，所述第一氧誤差檢測(cè)裝置檢測(cè)所述空燃比傳感器的輸出信號(hào)值與預(yù) 定的零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的偏離量。并且，該燃料重整設(shè)備包括第二氧誤差檢測(cè)裝置，當(dāng)所述大氣被供給到所述空燃 比傳感器時(shí)，所述第二氧誤差檢測(cè)裝置檢測(cè)所述空燃比傳感器的輸出信號(hào)值與預(yù)定的大氣 基準(zhǔn)值之間的偏離量。并且，該燃料重整設(shè)備包括氧信號(hào)校正裝置，所述氧信號(hào)校正裝置利 用與所述零點(diǎn)基準(zhǔn)值的偏離量和與所述大氣基準(zhǔn)值的偏離量來校正所述輸出信號(hào)值。在本發(fā)明的第十二方面中，根據(jù)本發(fā)明第一至第十一方面中任一方面的燃料重整 設(shè)備，可進(jìn)一步包括重整燃料供給裝置，所述重整燃料供給裝置向燃料重整催化劑供給重 整燃料。并且該燃料重整設(shè)備包括氣態(tài)材料供給裝置，所述氣態(tài)材料供給裝置向下游空燃 比傳感器供給無氧氣態(tài)物質(zhì)。并且，該燃料重整設(shè)備包括調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)以使影響氫濃度的 參數(shù)處于預(yù)定的誤差檢測(cè)狀態(tài)。并且，該燃料重整設(shè)備包括第一氫誤差檢測(cè)裝置，當(dāng)重整燃 料的供給被切斷并且所述無氧氣態(tài)物質(zhì)供給到下游空燃比傳感器時(shí)，所述第一氫誤差檢測(cè) 裝置檢測(cè)下游空燃比傳感器的輸出信號(hào)值與預(yù)定的零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的偏離量。并且，該燃料重整設(shè)備包括第二氫誤差檢測(cè)裝置，當(dāng)所述參數(shù)被調(diào)節(jié)并處于所述 預(yù)定狀態(tài)且所述無氧氣態(tài)物質(zhì)供給到下游空燃比傳感器時(shí)，所述第二氫誤差檢測(cè)裝置檢測(cè) 下游空燃比傳感器的輸出信號(hào)值與預(yù)定的非零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的偏離量。并且，該燃料重整 設(shè)備包括氫信號(hào)校正裝置，所述氫信號(hào)校正裝置利用與所述零點(diǎn)基準(zhǔn)值的偏離量和與所述 非零點(diǎn)基準(zhǔn)值的偏離量來校正所述輸出信號(hào)值。在本發(fā)明的第十三方面中，根據(jù)本發(fā)明第一至第十二方面中任一方面的燃料重整 設(shè)備，可進(jìn)一步包括催化劑診斷裝置，所述催化劑診斷裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)以使影響所述氫濃度 的參數(shù)處于預(yù)定的催化劑診斷狀態(tài)，并且將檢測(cè)到的氫濃度與預(yù)定的診斷基準(zhǔn)值進(jìn)行比較 以對(duì)所述燃料重整催化劑的工作進(jìn)行診斷檢查。在本發(fā)明的第十四方面中，根據(jù)本發(fā)明第一至第十三方面中任一方面的燃料重整 設(shè)備，其中，在空燃比反饋控制期間使用上游空燃比傳感器以根據(jù)從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排 氣中的氧濃度來調(diào)節(jié)空燃比。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，具有例如由氧化鋯(&02)制成的檢測(cè)元件的空燃比傳感 器對(duì)氧濃度檢測(cè)具有敏感性。因此，上游空燃比傳感器能夠根據(jù)氣態(tài)物質(zhì)中的氧濃度輸出 上游傳感器信號(hào)。下游空燃比傳感器對(duì)氧濃度檢測(cè)也具有敏感性。然而，當(dāng)燃料重整催化 劑工作時(shí)，流過下游空燃比傳感器的氣態(tài)物質(zhì)含有可燃?xì)怏w。在上述情況下，氧化鋯的氧檢測(cè)靈敏度受到傳感器周圍存在的氫的影響。更具體 地，當(dāng)存在氫時(shí)由空燃比傳感器產(chǎn)生的輸出偏離不存在氫的基準(zhǔn)狀態(tài)下產(chǎn)生的輸出，使得 氧濃度降低(以提供更濃的空燃比)。這使得下游空燃比傳感器能夠根據(jù)氣態(tài)物質(zhì)中的氧濃度和氫濃度來輸出下游傳感器信號(hào)。因此，當(dāng)用上游傳感器信號(hào)來修正下游傳感器信號(hào)時(shí)，能夠從下游空燃比傳感器 中消除氧濃度的影響，并能夠根據(jù)修正后的下游傳感器信號(hào)精確地確定氫濃度。因此，使用 兩個(gè)常用的空燃比傳感器使得能夠容易且精確地檢測(cè)氫濃度并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果高精度地計(jì) 算可燃?xì)怏w生成量。
結(jié)果，能夠通過利用小型、廉價(jià)的空燃比傳感器來實(shí)現(xiàn)用于檢測(cè)可燃?xì)怏w量的系 統(tǒng)。這消除了使用專用的氫濃度傳感器或一氧化碳濃度的需要，并且促進(jìn)了系統(tǒng)小型化和 削減成本。此外，可使用上游空燃比傳感器來修正氧濃度的影響。這使得能夠確定地防止 氧濃度降低氫濃度檢測(cè)的精度并能夠提供穩(wěn)定的檢測(cè)精度。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，信號(hào)修正裝置能夠利用反映氧濃度的上游傳感器信號(hào)來 修正下游傳感器信號(hào)。這使得能夠從反映氧濃度和氫濃度的下游傳感器信號(hào)中消除氧濃度 的影響。因此，能夠根據(jù)修正后的下游傳感器信號(hào)精確地確定氫濃度。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，信號(hào)修正裝置能夠根據(jù)氧濃度來修正表示下游傳感器信 號(hào)與氫濃度之間的關(guān)系的特性曲線數(shù)據(jù)。這樣，特性曲線數(shù)據(jù)表示在檢測(cè)到的氧濃度下下 游傳感器信號(hào)與氫濃度之間的關(guān)系。因此，氫濃度檢測(cè)裝置能夠利用特性曲線數(shù)據(jù)由下游 傳感器信號(hào)精確地計(jì)算出氫濃度。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，當(dāng)氧濃度固定時(shí)，下游傳感器信號(hào)隨氫濃度線性變化。因 此，表示下游傳感器信號(hào)與氫濃度之間的關(guān)系的特性曲線是線性的。特性曲線的截距和斜 率隨氧濃度而變化。因此，零點(diǎn)輸出獲取裝置根據(jù)氧濃度而計(jì)算零點(diǎn)輸出，該零點(diǎn)輸出是特 性曲線的截距，即在氫濃度為零時(shí)下游傳感器信號(hào)的值。此外，變化率獲取裝置根據(jù)氧濃度而計(jì)算變化率，該變化率為特性曲線的斜率，即 下游傳感器信號(hào)的變化與氫濃度變化的比率。這樣，特性設(shè)定裝置能夠利用零點(diǎn)輸出和變 化率來精確地設(shè)定與檢測(cè)到的氧濃度相關(guān)的特性曲線數(shù)據(jù)。因此，能夠?qū)⒀鯘舛鹊挠绊懢?確地反映在特性曲線數(shù)據(jù)中。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，當(dāng)嘗試檢測(cè)氫濃度時(shí)(氫濃度比氧濃度使傳感器信號(hào)變 化的程度更大)，設(shè)計(jì)用于氧濃度檢測(cè)的常用空燃比傳感器的輸出范圍不足以覆蓋氫濃度 變化范圍。在該情況下，有意地降低下游空燃比傳感器的靈敏度(傳感器信號(hào)的變化與濃 度變化的比率)以避免輸出范圍不足的問題。結(jié)果，下游傳感器信號(hào)隨氫濃度的變化范圍能夠與傳感器的輸出范圍相匹配。這 使得能夠防止下游傳感器信號(hào)因輸出范圍過窄而變飽和，并且能夠持續(xù)地檢測(cè)較寬范圍的 氫濃度。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，可將具有由氧化鋯制成的檢測(cè)元件的常用空燃比傳感器 用作上游空燃比傳感器和下游空燃比傳感器。這樣，可利用氧化鋯引起隨氧濃度和氫濃度 變化的離子電流這一功能來容易地實(shí)現(xiàn)氫濃度檢測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，構(gòu)成下游空燃比傳感器的兩個(gè)電極可以比構(gòu)成上游空燃 比傳感器的兩個(gè)電極具有更小的相對(duì)表面面積。因此，能夠減小在一定的濃度條件下在電 極之間流動(dòng)的離子電流，減小的量對(duì)應(yīng)于電極的相對(duì)表面面積的減小量。這使得能夠降低 下游空燃比傳感器的靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的第八方面，當(dāng)下游空燃比傳感器的擴(kuò)散層由例如較密材料制成時(shí)，下游空燃比傳感器的擴(kuò)散層可以比上游空燃比傳感器的擴(kuò)散層具有更低的透氣性。這樣， 可減少在一定的濃度條件下被供給到檢測(cè)元件的氧離子和氫離子的數(shù)量，減少的量對(duì)應(yīng)于 擴(kuò)散層透氣性的降低量。這使得能夠降低下游空燃比傳感器的靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的第九方面，空燃比傳感器的靈敏度隨氣態(tài)物質(zhì)的壓力而變化。因此， 壓力相關(guān)的修正裝置按照傳感器靈敏度的壓力相關(guān)的變化量來修正傳感器信號(hào)。這使得能 夠從傳感器信號(hào)中消除壓力的影響。因此，即使當(dāng)氣態(tài)物質(zhì)的壓力變化時(shí)，也能夠精確地檢 測(cè)氧濃度和氫濃度，而不受這種壓力變化的影響。根據(jù)本發(fā)明的第十方面，氣態(tài)物質(zhì)的壓力越高，供給到空燃比傳 感器的檢測(cè)元件 的氣態(tài)物質(zhì)分子的數(shù)量則越大，因此空燃比傳感器的靈敏度越高。因此，由空燃比傳感器檢 測(cè)到的濃度隨氣態(tài)物質(zhì)壓力升高而增加。因此，壓力相關(guān)的修正裝置進(jìn)行修正以使檢測(cè)到 的濃度隨壓力升高而降低。這使得能夠抵消壓力對(duì)檢測(cè)到的濃度的影響。根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，氣態(tài)物質(zhì)供給裝置能夠容易地實(shí)現(xiàn)無氧狀態(tài)和大氣供 給狀態(tài)，在這些狀態(tài)中能夠校正空燃比傳感器的輸出。第一氧誤差檢測(cè)裝置能夠檢測(cè)無氧 狀態(tài)下傳感器信號(hào)值與零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的偏離量。此外，第二氧誤差檢測(cè)裝置能夠檢測(cè)具 有已知氧濃度的大氣被供給到空燃比傳感器的狀態(tài)下傳感器信號(hào)值與大氣基準(zhǔn)值之間的 偏離量?？杖急葌鞲衅鞯妮敵鎏匦韵鄬?duì)于氧濃度呈線性。因此，氧濃度校正裝置能夠利用 兩種不同狀態(tài)——即前述無氧狀態(tài)和大氣供給狀態(tài)——下的偏離量來精確地校正傳感器 相對(duì)于氧濃度的輸出特性。因此，即使空燃比傳感器劣化，也能夠持續(xù)地高精度檢測(cè)氧濃 度。此外，還可以通過提高氧濃度檢測(cè)的精度來提高氫濃度檢測(cè)的精度。根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，可使用重整燃料供給裝置、氣態(tài)物質(zhì)供給裝置、以及調(diào) 節(jié)裝置來容易地實(shí)現(xiàn)關(guān)于氫濃度實(shí)施傳感器輸出校正的無氧、無氫狀態(tài)，以及供給具有預(yù) 定濃度的氫的無氧狀態(tài)。第一氫誤差檢測(cè)裝置能夠檢測(cè)無氧、無氫狀態(tài)下傳感器信號(hào)值與 零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的偏離量。此外，第二氫誤差檢測(cè)裝置能夠檢測(cè)無氧、預(yù)定的氫的供給狀態(tài) 下傳感器信號(hào)值與非零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的偏離量?？杖急葌鞲衅鞯妮敵鎏匦韵鄬?duì)于氫濃度也呈線性。因此，氫信號(hào)校正裝置能夠利 用兩種不同狀態(tài)——即前述無氧、無氫狀態(tài)和無氧、預(yù)定的氫的供給狀態(tài)——下的偏離量 來校正傳感器相對(duì)于氫濃度的輸出特性。因此，即使空燃比傳感器劣化，也能夠持續(xù)地高精 度檢測(cè)氫濃度。根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，催化劑診斷裝置能夠?qū)⒃陬A(yù)定的催化劑診斷狀態(tài)下檢 測(cè)到的氫濃度值與預(yù)定的診斷基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。因此，催化劑診斷裝置能夠根據(jù)氫濃度與 診斷基準(zhǔn)值的偏離量對(duì)燃料重整催化劑的工作進(jìn)行診斷檢查。在這種情況下，由于兩個(gè)空 燃比傳感器能夠精確地檢測(cè)氫濃度，所以能夠?qū)Υ呋瘎┚_地實(shí)施診斷檢查。這使得能夠 確定地把握例如燃料重整催化劑的劣化，從而提供增強(qiáng)的可靠性。根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的空燃比反饋控制期間使用的空燃比 傳感器能夠兼用作用于氫濃度檢測(cè)的上游空燃比傳感器。因此，即使使用兩個(gè)空燃比傳感 器用于氫濃度檢測(cè)，也能夠使傳感器和其它部件的數(shù)量增加最小化，從而有助于進(jìn)一步簡(jiǎn) 化系統(tǒng)和削減成本。


圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的燃料重整設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)造的總體視圖。圖2是示出上游空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖3是示出下游空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖4是示出上游傳感器信號(hào)相對(duì)于氧濃度變化的輸出特性的特性圖。圖5是示出下游傳感器信號(hào)相對(duì)于氫濃度和氧濃度變化的輸出特性的特性圖。圖6是示出氧濃度與零點(diǎn)輸出之間的關(guān)系的特性圖，其中零點(diǎn)輸出為圖5中各特性曲線數(shù)據(jù)的截距。圖7是示出氧濃度與變化率之間的關(guān)系的特性圖，其中變化率為圖5中所示的各 特性曲線數(shù)據(jù)的斜率。圖8是示出排氣(EGR氣體)壓力與信號(hào)修正量之間的關(guān)系的特性圖。圖9是示出第一實(shí)施方式中實(shí)施的氫濃度檢測(cè)過程的流程圖。圖10是示出第一實(shí)施方式中實(shí)施的氧校正過程的流程圖。圖11是示出第一實(shí)施方式中實(shí)施的氧校正過程的流程圖。圖12是如圖3所示的橫截面圖，示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的燃料重整設(shè)備的下游 空燃比傳感器。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施方式[第一實(shí)施方式的構(gòu)造]現(xiàn)在將參照?qǐng)D1至圖11來描述本發(fā)明的第一實(shí)施方式。圖1是示出根據(jù)第一實(shí) 施方式的系統(tǒng)的構(gòu)造的總體構(gòu)造圖。根據(jù)本實(shí)施方式的系統(tǒng)包括例如多缸內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10。 該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10利用醇和汽油的混合燃料來運(yùn)轉(zhuǎn)。本實(shí)施方式假定使用乙醇和汽油的混 合燃料。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的進(jìn)氣管12通過進(jìn)氣歧管14連接于每個(gè)氣缸的進(jìn)氣口。在進(jìn)氣 管12中間安裝有電節(jié)流閥16以調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。每個(gè)氣缸的進(jìn)氣口設(shè)有主燃料噴射閥18，主 燃料噴射閥18例如由用于燃料噴射的電磁閥構(gòu)成。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣管20通過排氣歧管22連接于每個(gè)氣缸的排氣口。在排氣 管20中間安裝有熱交換器24。在熱交換器24中形成有多個(gè)重整室26，這些重整室26間 隔開布置。在這些重整室26的每一個(gè)中都載有燃料重整催化劑28，該燃料重整催化劑28 含有諸如Rh、Pt、Co、Ni、Ru以及Cu的金屬材料。排氣路徑30設(shè)置在重整室26之間的每個(gè)空間中并與重整室26隔離。這些排氣 路徑30連接在排氣管20中間。如上述那樣構(gòu)造的熱交換器24能夠通過利用經(jīng)過排氣路 徑30的排氣的熱來加熱重整室26 (燃料重整催化劑28)。當(dāng)以這種方式加熱時(shí)，燃料重整 催化劑28可引起將在后面描述的重整反應(yīng)。排氣管20設(shè)有EGR路徑32，該EGR路徑32在熱交換器24的上游端處從排氣管 20分支，并與進(jìn)氣管12匯合。EGR路徑32用于使部分排氣流回到進(jìn)氣管12。熱交換器24 的重整室26連接在EGR路徑32中間。此外，EGR路徑32設(shè)有電磁重整燃料噴射閥34，該電磁重整燃料噴射閥34位于燃料重整催化劑28的上游。重整燃料噴射閥34將燃料(以下稱為重整燃料)噴射到在EGR 路徑32中流動(dòng)的排氣中。通過這種方式，重整燃料噴射閥34構(gòu)成將重整燃料供給到燃料 重整催化劑28的重整燃料供給裝置。
EGR路徑32還設(shè)有對(duì)EGR氣體進(jìn)行冷卻的冷卻器36、以及電磁流量調(diào)節(jié)閥38。冷 卻器36和流量調(diào)節(jié)閥38位于燃料重整催化劑28的下游。流量調(diào)節(jié)閥38改變經(jīng)由EGR路 徑32流回到進(jìn)氣管12的EGR氣體的流量。在如上述那樣構(gòu)造的系統(tǒng)中，在排氣管20中流動(dòng)的排氣的一部分流到EGR路徑32 中并且接收來自重整燃料噴射閥34的重整燃料供給。然后，產(chǎn)生的排氣和重整燃料的混合 物經(jīng)由EGR路徑32流入重整室26中，并且借助于燃料重整催化劑28引起將在后面描述的
重整反應(yīng)。由重整反應(yīng)得到的重整氣體(可燃?xì)怏w)用作與排氣混合的EGR氣體。然后EGR 氣體經(jīng)由EGR路徑32流回到進(jìn)氣管12中并與吸入空氣混合。在排氣管20中流動(dòng)但未流 入EGR路徑32的其余排氣經(jīng)過熱交換器24中的排氣路徑30以向重整室26供熱。然后該 排氣由排氣凈化催化劑40進(jìn)行凈化并排放到外界，排氣凈化催化劑40安裝在排氣管20中 并由例如三元催化劑構(gòu)成。同時(shí)，乙醇和汽油的混合燃料存儲(chǔ)在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃料箱42中。燃料箱42設(shè) 有燃料泵(未示出)，該燃料泵對(duì)燃料箱中的燃料進(jìn)行加壓并將加壓燃料輸送到外部。燃料 管路44連接于燃料泵的排出側(cè)，以將泵出的燃料供給到燃料噴射閥18、34中的每個(gè)。根據(jù)本實(shí)施方式的系統(tǒng)還包括E⑶(電子控制單元)50。E⑶50包括具有諸如ROM 和RAM的存儲(chǔ)回路的微型計(jì)算機(jī)，并構(gòu)成本實(shí)施方式的存儲(chǔ)裝置。ECU 50的輸入端連接于 傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)包括用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)傳感器、用于檢測(cè)進(jìn)氣量的空 氣流量計(jì)、用于檢測(cè)冷卻水的溫度的水溫傳感器、以及用于檢測(cè)加速器開度的加速器開度 傳感器，并且該傳感器系統(tǒng)控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)。該傳感器系統(tǒng)還包括燃料特性傳感器52、溫度傳感器54、壓力傳感器56、上游空 燃比傳感器58、以及下游空燃比傳感器60。燃料特性傳感器52例如安裝在燃料管路44中， 以檢測(cè)汽油和醇之間的燃料混合比。溫度傳感器54例如安裝在熱交換器24的重整室26 中，以檢測(cè)燃料重整催化劑28 (或排氣)的溫度。壓力傳感器56安裝在EGR路徑32中并且例如布置在熱交換器24(重整室26)的 下游。壓力傳感器56構(gòu)成檢測(cè)排氣(EGR氣體)壓力的壓力檢測(cè)裝置。上游空燃比傳感器 58和下游空燃比傳感器60將在后面進(jìn)行描述。E⑶50的輸出端連接于多種致動(dòng)器，例如上述節(jié)流閥16、主燃料噴射閥18、重整 燃料噴射閥34、流量調(diào)節(jié)閥38、以及燃料泵。ECU 50利用所述傳感器系統(tǒng)來檢測(cè)內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)10的工作狀態(tài)，并驅(qū)動(dòng)所述致動(dòng)器實(shí)施工作控制。實(shí)施上述工作控制例如以提供正常燃料噴射控制、空燃比反饋控制、以及后面將 描述的重整EGR控制。實(shí)施正常燃料噴射控制以使得從主燃料噴射閥18噴射的燃料的量 對(duì)應(yīng)于例如進(jìn)氣量。實(shí)施空燃比反饋控制以使得來自主燃料噴射閥18的燃料噴射量根據(jù) 上游空燃比傳感器58檢測(cè)到的空燃比而增加或減少，直到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比與理論空 燃比一致。(重整EGR控制)
E⑶50實(shí)施如下所述的重整EGR控制，使得從排氣與重整燃料之間的重整反應(yīng)得 到的重整氣體與排氣一起流回到進(jìn)氣管12中。實(shí)施重整EGR控制以使重整燃料噴射閥34 將重整燃料噴射到在EGR路徑32中流動(dòng)的排氣中并將產(chǎn)生的混合氣體引入到重整室26 中。在上述情況中，E⑶50根據(jù)例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作狀態(tài)、燃料中乙醇的濃度、 燃料重整催化劑28的溫度、以及由空燃比傳感器58、60檢測(cè)到的重整氣體生成量來確定合 適的重整燃料噴射量(供給量)。然后，重整室26中的燃料重整催化劑28引起混合氣體中的乙醇與排氣中的水蒸 汽和二氧化碳之間的重整反應(yīng)(水蒸汽重整反應(yīng))。該水蒸汽重整反應(yīng)的結(jié)果是，產(chǎn)生了氫 氣(H2)和一氧化碳(CO)，如下式(1)所示C2H50H+0. 4C02+0. 6H20+2. 3N2+Q1 — 3. 6H2+2. 4C0+2. 3N2 (1)重整反應(yīng)還發(fā)生在混合氣體中的汽油與排氣中的水蒸汽和二氧化碳之間，如下式 (2) 所示1. 56 (7. 6C02+6. 8H20+40. 8N2) +3C7 6H13 6+Q2 — 31H2+34. 7C0+63. 6N2 (2)式(1)中的熱值Ql和式(2)中的熱值Q2表示由重整反應(yīng)所吸收的反應(yīng)熱。由于 重整反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以式(1)和(2)的右側(cè)表示的重整氣體所含有的熱值高于式(1) 和(2)的左側(cè)表示的反應(yīng)前物質(zhì)所含有的熱值。因此，熱交換器24能夠?qū)⒔?jīng)過排氣路徑30的排氣的熱傳遞到燃料重整催化劑28 并允許在上述重整反應(yīng)中吸熱。換言之，根據(jù)本實(shí)施方式的系統(tǒng)能夠回收排氣的熱并通過 利用回收的熱而將重整燃料轉(zhuǎn)化成具有較高熱值的物質(zhì)(H2和CO)。由于汽油的重整反應(yīng)所需的熱值Q2極高，所以必須例如將燃料重整催化劑28加 熱到600°C或更高的溫度以引起重整反應(yīng)。因此，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10在工作時(shí)，在大的工作范 圍內(nèi)始終發(fā)生乙醇的重整反應(yīng)，而僅在例如排氣溫度升高的高轉(zhuǎn)速、高負(fù)載工作范圍內(nèi)才 會(huì)高效地發(fā)生汽油的重整反應(yīng)。由上述重整反應(yīng)獲得的重整氣體與排氣混合，成為EGR氣體。該EGR氣體經(jīng)由EGR 路徑32流回到進(jìn)氣管12中并與吸入空氣混合。在這種情況下，E⑶50使用流量調(diào)節(jié)閥38 來控制EGR氣體流回到進(jìn)氣管12中的流量。然后EGR氣體與吸入空氣一起流到內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)10的氣缸中，并且重整氣體中的H2和CO與從主燃料噴射閥18噴射的燃料一起在氣缸 中燃燒。在上述情況下，如前所述，重整氣體的熱值比原始燃料的熱值高出由熱交換器24 所回收的排氣熱的量。因此，當(dāng)重整氣體在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10中燃燒時(shí)，系統(tǒng)的總體熱效率提 高。這使得能夠改善內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃料效率。另外，即使在沒有用于催化劑的專用加熱 設(shè)備和加熱能量可用的情況下，熱交換器24也能夠通過利用排氣熱來加熱燃料重整催化 劑28。這使得能夠構(gòu)建出具有較高工作效率的排氣熱回收型系統(tǒng)。此外，能夠?qū)嵤┲卣鸈GR控制以通過允許含有重整氣體的EGR氣體流回到進(jìn)氣系 統(tǒng)中來產(chǎn)生增強(qiáng)的EGR(排氣再循環(huán))效果。一般地，由于當(dāng)EGR率提高時(shí)造成燃燒不穩(wěn)定， 所以EGR率具有上限。另一方面，當(dāng)實(shí)施重整EGR控制時(shí)，EGR氣體含有可燃?xì)怏w。因此， 能夠通過實(shí)施重整EGR控制來保持良好的燃燒狀態(tài)。這使得能夠提高EGR率的上限。另外，本實(shí)施方式利用上游空燃比傳感器58和下游空燃比傳感器60來檢測(cè)EGR氣體中的氫濃度并利用該檢測(cè)結(jié)果以及EGR氣體的流量來計(jì)算重整氣體生成量。然后將計(jì) 算出的重整氣體生成量反映到例如接下來的工作狀態(tài)中，如重整燃料噴射量、主燃料噴射 量、點(diǎn)火正時(shí)、以及EGR閥(流量調(diào)節(jié)閥38)的打開。因此，本實(shí)施方式使得能夠根據(jù)例如 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)而對(duì)重整氣體生成量實(shí)施適當(dāng)?shù)姆答伩刂啤?上游空燃比傳感器結(jié)構(gòu))現(xiàn)在將描述用于檢測(cè)氫濃度的空燃比傳感器58、60。首先將描述上游空燃比傳感 器58。上游空燃比傳感器58由例如使用氧化鋯的常用空燃比傳感器構(gòu)成。上游空燃比傳 感器58安裝在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管20中并且相對(duì)于排氣的流動(dòng)方向布置在燃料重整催化 劑28的上游。上游空燃比傳感器58檢測(cè)排氣中的氧濃度并且輸出表示檢測(cè)到的氧濃度的上游 傳感器信號(hào)。該上游傳感器信號(hào)不僅用于ECU 50的空燃比反饋控制，還用于后面將描述的 氫濃度檢測(cè)過程。圖2是上游空燃比傳感器58的橫截面圖。如圖所示，上游空燃比傳感器58包括 檢測(cè)元 件58A，該檢測(cè)元件58A的形狀例如為平板狀；兩個(gè)電極58B、58C ；擴(kuò)散層58D，該擴(kuò) 散層58D用作限制裝置；以及殼體58E。檢測(cè)元件58A由諸如氧化鋯(ZrO2)的固體電解質(zhì)制成。電極58B、58C分別安裝 在檢測(cè)元件58A的一側(cè)面和另一側(cè)面上，從而以檢測(cè)元件58A位于電極58B、58C之間的方 式彼此面對(duì)。檢測(cè)元件58A的面對(duì)電極58B的一側(cè)面布置在可與排氣接觸的位置。檢測(cè)元 件58A的面對(duì)電極58C的另一側(cè)面布置在總是與大氣接觸的位置。擴(kuò)散層58D定位成與殼體58D配合將檢測(cè)元件58A的一側(cè)面與排氣遮斷。擴(kuò)散層 58D由例如透氣性多孔材料制成。因此，傳感器外的排氣經(jīng)由擴(kuò)散層58D供給到檢測(cè)元件 58A的一側(cè)面。然而，這種排氣供給的速度根據(jù)擴(kuò)散層58D的透氣性(或密度)而受到限 制。當(dāng)在上游空燃比傳感器58工作期間在電極58B、58C之間施加電壓時(shí)，使用氧離子 作為載體的離子電流在檢測(cè)元件58A中流動(dòng)。在這種情的況下，由排氣供給到檢測(cè)元件58A 的一側(cè)面的氧的量受到擴(kuò)散層58D限制。然后，離子電流在一電流值處變得飽和，該電流值 對(duì)應(yīng)于與檢測(cè)元件58A的一側(cè)面相接觸的排氣和與檢測(cè)元件58A的另一側(cè)面相接觸的大氣 之間的氧濃度差。根據(jù)飽和電流值輸出上游傳感器信號(hào)，且該上游傳感器信號(hào)隨排氣中的 氧濃度而線性變化。(下游空燃比傳感器結(jié)構(gòu))現(xiàn)在將描述下游空燃比傳感器60。如圖1所示，下游空燃比傳感器60安裝在內(nèi)燃 發(fā)動(dòng)機(jī)的EGR路徑32中并且相對(duì)于排氣的流動(dòng)方向布置在燃料重整催化劑28的下游。因 此，在重整EGR控制期間，下游空燃比傳感器60暴露于含氫的重整氣體。圖3是下游空燃比傳感器60的橫截面圖。如圖所示，下游空燃比傳感器60由使用 氧化鋯的空燃比傳感器構(gòu)成并且與上游空燃比傳感器58大致相同，其包括檢測(cè)元件60A、 電極60B和60C、擴(kuò)散層60D、以及殼體60E。氧化鋯對(duì)于氧濃度檢測(cè)具有敏感性。然而，該敏感性受到傳感器周圍存在的氫的 影響。更具體地，如果存在氫，則穿過擴(kuò)散層的氧的量會(huì)根據(jù)氫濃度而受到限制。因此，在 氧化鋯中流動(dòng)的氧離子電流隨氫濃度的增大而減小。
結(jié)果，當(dāng)存在氫時(shí)由空燃比傳感器產(chǎn)生的輸出偏離了當(dāng)不存在氫的基準(zhǔn)狀態(tài)中產(chǎn) 生的輸出，使得氧濃度降低(以提供更濃的空燃比)。因此，本實(shí)施方式能夠通過確定該偏 離量而用空燃比傳感器檢測(cè)氫濃度。 當(dāng)暴露于含有重整氣體(氫氣)的EGR氣體時(shí)，下游空燃比傳感器60輸出下游傳 感器信號(hào)，該下游傳感器信號(hào)根據(jù)上述原理隨EGR氣體中的氧濃度和氫濃度而變化。另一 方面，上游空燃比傳感器58并不將自身暴露于氫氣。因此，上游傳感器信號(hào)僅隨氧濃度而 變化。在該情況下，本實(shí)施方式構(gòu)造成通過利用上游傳感器信號(hào)和下游傳感器信號(hào)來檢測(cè) 氫濃度。對(duì)氧和氫的比較顯示，由于氫分子的分子量比氧分子小，所以氫分子比氧分子更 可能穿過擴(kuò)散層60D。因此，傳感器信號(hào)對(duì)氫濃度變化的響應(yīng)程度比對(duì)氧濃度變化的響應(yīng)程 度大。如果將傳感器信號(hào)變化與濃度變化的比率(變化率)定義為傳感器靈敏度，則空燃 比傳感器對(duì)氫濃度檢測(cè)的靈敏度高于對(duì)氧濃度檢測(cè)的靈敏度。同時(shí)，構(gòu)造用于氧濃度檢測(cè)的空燃比傳感器的輸出范圍設(shè)定成覆蓋氧濃度變化的 實(shí)際范圍。因此，當(dāng)試圖用空燃比傳感器檢測(cè)氫濃度時(shí)，輸出范圍不足以覆蓋比在氧濃度檢 測(cè)的情況下在更大程度上變化的傳感器信號(hào)。換言之，當(dāng)氫濃度高于一定水平時(shí)，由于傳感 器信號(hào)飽和，不能夠?qū)崿F(xiàn)濃度檢測(cè)。鑒于以上情況，本實(shí)施方式特意構(gòu)造成將下游空燃比傳感器60的靈敏度設(shè)定成 低于上游空燃比傳感器58的靈敏度，使得氫濃度檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的傳感器信號(hào)值處于輸出范 圍內(nèi)。更具體地，下游空燃比傳感器60的電極60B小于上游空燃比傳感器58的電極 58B。因此，下游空燃比傳感器的電極60B、60C的相對(duì)表面面積比上游空燃比傳感器的電極 58B、58C的相對(duì)表面面積小。由于使用了上述電極結(jié)構(gòu)，所以通過上游空燃比傳感器的電極58B、58C與下游空 燃比傳感器的電極60B、60C之間的相對(duì)表面面積之差，與在上游空燃比傳感器58的檢測(cè)元 件58A中相比，在下游空燃比傳感器60的檢測(cè)元件60A中流動(dòng)的離子電流較小。這減小了 對(duì)于給定氫濃度的下游傳感器信號(hào)值。因此，下游傳感器信號(hào)變化與濃度變化的比率降低， 從而能夠檢測(cè)更濃的氧濃度。換言之，下游空燃比傳感器60的靈敏度能夠根據(jù)電極之間的相對(duì)表面面積之差 而降低。這確保了下游傳感器信號(hào)隨氫濃度的變化范圍與傳感器輸出范圍相匹配。因此， 能夠防止因輸出范圍過窄而使下游傳感器信號(hào)變得飽和，并且能夠始終檢測(cè)較寬范圍的氫 濃度。(氧濃度檢測(cè)過程)圖4示出了上游傳感器信號(hào)相對(duì)于氧濃度變化的輸出特性。在氧化鋯中根據(jù)氧濃 度產(chǎn)生的飽和電流由信號(hào)處理回路或類似裝置轉(zhuǎn)化成線性電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)作為圖4 所示的上游傳感器信號(hào)輸出。上游傳感器信號(hào)的特性曲線數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)在ECU 50中。因此，E⑶50能夠通過用上游傳感器信號(hào)來參照特性曲線數(shù)據(jù)而檢測(cè)氧濃度。以 上述方式檢測(cè)到的氧濃度不僅用于ECU 50的空燃比反饋控制，還用于以下將描述的氫濃 度檢測(cè)過程。(氫濃度檢測(cè)過程)
圖5示出了下游傳感器信號(hào)相對(duì)于氫濃度變化和氧濃度變化的輸出特性。圖5中示出的多個(gè)特性曲線(特性曲線數(shù)據(jù))表示了在各種氧濃度下氫濃度與下游傳感器信號(hào)之 間的關(guān)系。下游傳感器信號(hào)隨氧濃度和氫濃度線性變化。更具體地，圖5中的每條特性曲線 數(shù)據(jù)顯示出當(dāng)氧濃度保持不變時(shí)，下游傳感器信號(hào)隨氫濃度線性變化。因此，當(dāng)根據(jù)上游空 燃比傳感器58檢測(cè)到的氧濃度而選擇圖5中所示的特性曲線數(shù)據(jù)中的一條時(shí)，能夠根據(jù)所 選的特性曲線數(shù)據(jù)由下游傳感器信號(hào)檢測(cè)出氫濃度。圖6示出了氧濃度與零點(diǎn)輸出(即各特性曲線數(shù)據(jù)的截距)之間的關(guān)系。零點(diǎn)輸 出定義為當(dāng)氫濃度為零時(shí)的下游傳感器信號(hào)值。如圖6所示，特性曲線數(shù)據(jù)的零點(diǎn)輸出隨 氧濃度的增加而線性增加。圖7示出了氧濃度與變化率——即各特性曲線數(shù)據(jù)的斜率——之間的關(guān)系。該變 化率指示傳感器信號(hào)值變化與氫濃度變化的比率，并且對(duì)應(yīng)于先前所述的氫濃度檢測(cè)的靈 敏度。在本實(shí)施方式中，特性曲線數(shù)據(jù)的變化率表現(xiàn)為負(fù)值，因此，圖7示出了變化率的絕 對(duì)值。如圖7所示，特性曲線數(shù)據(jù)變化率隨氧濃度增加而線性減小，并且逐漸變得平緩。圖6和圖7所示的數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)在E⑶50中。當(dāng)執(zhí)行氫濃度檢測(cè)過程時(shí)，E⑶50 首先通過使用上游傳感器信號(hào)檢測(cè)到的氧濃度來參照?qǐng)D6和圖7所示的數(shù)據(jù)，然后獲得在 該檢測(cè)到的氧濃度下的零點(diǎn)輸出和特性曲線數(shù)據(jù)的變化率。接下來，ECU 50利用獲得的零點(diǎn)輸出和變化率來設(shè)定特性曲線數(shù)據(jù)，該特性曲線 數(shù)據(jù)表示下游傳感器信號(hào)與檢測(cè)到的氧濃度下的氫濃度之間的關(guān)系。例如，所獲得的零點(diǎn) 輸出和變化率用于確定與檢測(cè)到的氧濃度相對(duì)應(yīng)的特性曲線數(shù)據(jù)的函數(shù)表達(dá)式。特性曲線數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于根據(jù)氧濃度修正后的特性曲線數(shù)據(jù)。其通過根據(jù)上游傳感器 信號(hào)來修正下游傳感器信號(hào)中所含有的氧濃度的影響而獲得。因此，能夠通過根據(jù)特性曲 線數(shù)據(jù)從下游傳感器信號(hào)計(jì)算氫濃度而精確地檢測(cè)任意氧濃度下的氫濃度。在氫濃度檢測(cè)過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)上游傳感器信號(hào)來修正下游傳感器信號(hào)，使得下 游傳感器信號(hào)值對(duì)應(yīng)于任意氧濃度下的氫濃度。進(jìn)行這種修正的方法并不限于本實(shí)施方式 中所描述的方法。根據(jù)本實(shí)施方式，氧濃度和氫濃度如先前所述那樣反映在下游傳感器信號(hào)中。因 此，當(dāng)通過使用僅反映氧濃度的上游傳感器信號(hào)來修正下游傳感器信號(hào)時(shí)，從下游傳感器 信號(hào)中消除了氧濃度的影響。這樣，能夠根據(jù)修正過的下游傳感器信號(hào)精確地確定氫濃度。因此，當(dāng)利用氧化鋯等的氧檢測(cè)能力以及根據(jù)氫濃度改變氧檢測(cè)能力的功能時(shí)， 能夠簡(jiǎn)單地通過在系統(tǒng)中安裝兩個(gè)常用的空燃比傳感器58、60而容易且精確地檢測(cè)氫濃 度。此外，能夠根據(jù)氫濃度檢測(cè)結(jié)果高精度地計(jì)算出可燃?xì)怏w生成量。因此，能夠通過使用小型、廉價(jià)的空燃比傳感器58、60來實(shí)現(xiàn)用于檢測(cè)氫濃度(可 燃?xì)怏w產(chǎn)生量)的系統(tǒng)而無需使用專用的氫濃度傳感器或一氧化碳濃度。這樣，能夠促進(jìn) 系統(tǒng)尺寸減小以及降低成本。此外，由于能夠使用上游空燃比傳感器58來修正氧濃度的影 響，所以能夠確定地防止氧濃度降低氫濃度檢測(cè)精度并提供穩(wěn)定的檢測(cè)精度。此外，本實(shí)施方式使得用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10中的空燃比反饋控制的空燃比傳感器 能夠兼用作用于氫濃度檢測(cè)的上游空燃比傳感器58。這使得能夠?qū)鞲衅骱推渌考?數(shù)量增加最小化，從而促進(jìn)進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)和降低成本，即便使用兩個(gè)空燃比傳感器58、60來進(jìn)行氫濃度檢測(cè)也是如此。此外，在由ECU 50執(zhí)行的氫濃度檢測(cè)過程中，使用圖6和圖7所示的數(shù)據(jù)使得能 夠根據(jù)氧濃度獲得特性曲線數(shù)據(jù)的零點(diǎn)輸出和變化率。因此，使用線性傳感器輸出使得能 夠通過使用特性曲線數(shù)據(jù)的零點(diǎn)輸出和變化率來精確地設(shè)定特性曲線數(shù)據(jù)。由于氧濃度反 映在如上述那樣設(shè)定的特性曲線數(shù)據(jù)中，所以能夠根據(jù)氧濃度適當(dāng)?shù)匦拚匦郧€數(shù)據(jù)。(壓力相關(guān)的修正過程)空燃比傳感器58、60構(gòu)造成使得氧濃度檢測(cè)的靈敏度隨氧分子穿過擴(kuò)散層58D、 60D的速度而變化。此外，氫濃度對(duì)氧檢測(cè)能力的影響的度隨氫分子穿過擴(kuò)散層58D、60D的 速度而變化。這些分子穿過速度隨排氣(EGR氣體)的壓力而變化。在該情況下，本實(shí)施方 式構(gòu)造成根據(jù)壓力傳感器56檢測(cè)到的壓力進(jìn)行傳感器信號(hào)修正。 圖8示出了排氣壓力與信號(hào)修正量之間的關(guān)系。圖8中示出的數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)在 E⑶50中。氧分子和氫分子穿過擴(kuò)散層58D、60D的速度隨壓力升高而增大。結(jié)果，在檢測(cè) 元件58A、60A中流動(dòng)的離子電流隨壓力升高而增大。因此，當(dāng)壓力升高時(shí)，傳感器信號(hào)沿使 檢測(cè)到的濃度升高的方向(使圖5所示的傳感器信號(hào)值減小的方向)變化。在該情況下，用于傳感器信號(hào)的信號(hào)修正量設(shè)定成使得信號(hào)修正量隨著壓力升高 而增加(檢測(cè)到的濃度降低)。換言之，空燃比傳感器58、60的靈敏度隨著排氣壓力升高而 提高。因此，壓力相關(guān)的修正過程執(zhí)行為進(jìn)行傳感器信號(hào)修正以使得明顯靈敏度隨著壓力 升高而降低。此外，排氣壓力變化改變分子穿過擴(kuò)散層58D、60D的速度。由于氫的分子量比氧 小，所以這種壓力變化對(duì)氫的影響程度比對(duì)氧的影響程度大。因此，進(jìn)行設(shè)定以使得與對(duì)于 氧分子相比，對(duì)于氫分子，信號(hào)修正量的變化與壓力變化的比率較高。當(dāng)要檢測(cè)氧濃度和氫濃度時(shí)，執(zhí)行如上述那樣構(gòu)造的壓力相關(guān)的修正過程，以便 利用壓力傳感器56檢測(cè)排氣壓力并通過使用檢測(cè)到的壓力來參照?qǐng)D8中所示的數(shù)據(jù)。這 樣能夠獲得對(duì)排氣壓力的氧濃度信號(hào)修正量和氫濃度信號(hào)修正量。接下來，通過例如將氧濃度信號(hào)修正量加到上游傳感器信號(hào)值上、或者用上游傳 感器信號(hào)值乘以氧濃度信號(hào)修正量來根據(jù)壓力修正上游傳感器信號(hào)值。然后使用修正后的 上游傳感器信號(hào)來執(zhí)行先前所述的氧濃度檢測(cè)過程。類似地，可通過將氫濃度信號(hào)修正量 反映在下游傳感器信號(hào)值中而根據(jù)壓力來修正下游傳感器信號(hào)值。然后使用修正后的下游 傳感器信號(hào)來執(zhí)行先前所述的氫濃度檢測(cè)過程。如上所述，壓力相關(guān)的修正過程使得能夠以空燃比傳感器58、60的壓力相關(guān)的靈 敏度變化量來修正傳感器信號(hào)。這樣，能夠從傳感器信號(hào)中消除壓力的影響。因此，即使排 氣壓力根據(jù)例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)而變化，根據(jù)本實(shí)施方式的系統(tǒng)也能夠精確地檢測(cè) 氧濃度和氫濃度而不受排氣壓力的這種變化的影響。(用于氧的校正過程)空燃比傳感器的輸出特性可能因?yàn)槔鐐鞲衅髁踊x預(yù)定的輸出特性。因 此，當(dāng)要操作上游空燃比傳感器58和下游空燃比傳感器60時(shí)，它們要經(jīng)受輸出特性校正過程。現(xiàn)在將描述用于氧的校正過程。對(duì)上游空燃比傳感器58和下游空燃比傳感器60 兩者均實(shí)施該校正過程。然而，以下描述針對(duì)上游空燃比傳感器58作為示例。用于氧校正過程的零點(diǎn)基準(zhǔn)值和大氣基準(zhǔn)值預(yù)先存儲(chǔ)在ECU 50中。零點(diǎn)基準(zhǔn)值是類似于例如圖4中的信號(hào)值A(chǔ)l并在氧濃度為零時(shí)從輸出校正空燃 比傳感器輸出的傳感器信號(hào)值。大氣基準(zhǔn)值是類似于例如圖4中的信號(hào)值A(chǔ)2并在大氣中 為已知氧濃度(大約21%)時(shí)從輸出校正空燃比傳感器輸出的傳感器信號(hào)值。通過使E⑶50調(diào)節(jié)燃料噴射量以便濃化排氣的空燃比而開始校正過程。然后將 無氧排氣供給到上游空燃比傳感器58。在這種狀態(tài)下，ECU 50檢測(cè)上游傳感器信號(hào)值與零 點(diǎn)基準(zhǔn)值之差作為零點(diǎn)處的偏離量。接下來，停止從噴射閥18、34噴射燃料，以便向上游空燃比傳感 器58供給大氣。 在這種狀態(tài)下，ECU 50檢測(cè)上游傳感器信號(hào)值與大氣基準(zhǔn)值之差作為大氣氧濃度處的偏離量。如圖4所示，上游傳感器信號(hào)的輸出特性相對(duì)于氧濃度呈線性。因此，E⑶50使 用兩點(diǎn)處——即零點(diǎn)處和大氣氧濃度處——的偏離量來校正例如存儲(chǔ)在ECU 50中的特性 曲線數(shù)據(jù)的零點(diǎn)輸出和變化率。該校正實(shí)施為使得上游傳感器信號(hào)的輸出特性與預(yù)定的輸 出特性相一致。在這種情況下，校正結(jié)果存儲(chǔ)在例如ECU 50的非易失性存儲(chǔ)器中，作為用 于校正各傳感器誤差等的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。類似地，上述校正過程還在下游空燃比傳感器60上執(zhí)行。當(dāng)停止噴射重整燃料、 并且流量調(diào)節(jié)閥38打開以向EGR路徑32供給大氣時(shí)，校正下游空燃比傳感器60。如上所述，當(dāng)實(shí)施氧校正過程時(shí)，能夠容易且精確地對(duì)空燃比傳感器58、60關(guān)于 氧濃度進(jìn)行輸出校正。在這種情況下，本實(shí)施方式能夠根據(jù)例如燃料噴射量(空燃比)來 調(diào)節(jié)傳感器周圍的氧濃度，以容易地實(shí)現(xiàn)無氧狀態(tài)和大氣供給狀態(tài)，在這些狀態(tài)下能夠?qū)?現(xiàn)傳感器輸出校正。因此，即使空燃比傳感器58、60劣化，本實(shí)施方式也能夠連續(xù)地以高精度檢測(cè)氧 濃度。此外，當(dāng)氧濃度檢測(cè)的精度提高時(shí)，由于氫濃度檢測(cè)基于氧濃度檢測(cè)，所以也能夠提 高氫濃度檢測(cè)的精度。(用于氫的校正過程)現(xiàn)在將描述用于氫的校正過程。該校正過程在下游空燃比傳感器60上執(zhí)行。用 于氫校正過程的零點(diǎn)基準(zhǔn)值和非零點(diǎn)基準(zhǔn)值預(yù)先存儲(chǔ)在ECU 50中。零點(diǎn)基準(zhǔn)值是這樣的傳感器信號(hào)值其類似于例如圖5中的信號(hào)值Bi，在氧濃度 和氫濃度均為零時(shí)由輸出校正空燃比傳感器輸出。非零點(diǎn)基準(zhǔn)值是這樣的傳感器信號(hào)值 其類似于例如圖5中的信號(hào)值B2，在氧濃度為零且氫濃度被調(diào)節(jié)到預(yù)定的基準(zhǔn)濃度時(shí)由輸 出校正空燃比傳感器輸出。在這種情況下，當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)以使影響氫濃度的參數(shù)處于預(yù)定的誤差檢測(cè)狀態(tài)時(shí)， 實(shí)現(xiàn)校正過程中的基準(zhǔn)濃度。所述參數(shù)包括例如重整燃料供給量、排氣流量、壓力、以及溫 度。可根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)來調(diào)節(jié)排氣流量、壓力、以及溫度。校正過程通過以上述方式濃化排氣的空燃比、并且停止噴射重整燃料以向下游空 燃比傳感器60的外圍提供無氧、無氫的排氣(EGR氣體)而開始。在這種狀態(tài)下，ECU 50檢 測(cè)下游傳感器信號(hào)值與零點(diǎn)基準(zhǔn)值之差作為零點(diǎn)處的偏離量。接下來，通過將內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)調(diào)整到上述預(yù)定狀態(tài)、同時(shí)保持EGR氣體 處于無氧狀態(tài)而產(chǎn)生具有基準(zhǔn)濃度的氫(無氧、預(yù)定的氫的供給狀態(tài))。在產(chǎn)生的狀態(tài)中，ECU 50檢測(cè)下游傳感器信號(hào)值與非零點(diǎn)基準(zhǔn)值之差作為非零點(diǎn)處的偏離量。如圖5所示，下游傳感器信號(hào)的輸出特性相對(duì)于氫濃度呈線性。因此，E⑶50使 用兩點(diǎn)處——即零點(diǎn)處和非零點(diǎn)處——的偏離量來校正例如存儲(chǔ)在ECU 50中的特性曲線 數(shù)據(jù)的零點(diǎn)輸出和變化率。實(shí)施該校正以使下游傳感器信號(hào)的輸出特性與預(yù)定的輸出特性 一致。在這種情況下，校正結(jié)果存儲(chǔ)在E⑶50中作為學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。 如上所述，實(shí)施氫校正過程以提供與氧校正過程大致相同的操作優(yōu)勢(shì)。更具體地， 氫校正過程使得能夠容易且精確地校正下游空燃比傳感器60關(guān)于氫濃度的輸出特性。因 此，即使當(dāng)下游空燃比傳感器60劣化時(shí)，也能夠高精度地連續(xù)檢測(cè)氫濃度。此外，在校正過程中，當(dāng)例如通過燃料噴射而保持排氣無氧時(shí)，能夠根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)的工作狀態(tài)而調(diào)節(jié)氫濃度。這使得能夠容易地實(shí)現(xiàn)能夠?qū)嵤﹤鞲衅鬏敵鲂Ｕ臒o氧、無 氫狀態(tài)，以及無氧、預(yù)定的氫的供給狀態(tài)。(催化劑診斷過程)如上所述，本實(shí)施方式能夠在實(shí)施重整EGR控制的同時(shí)精確地檢測(cè)氫濃度。因此， 這種能力用于對(duì)燃料重整催化劑28執(zhí)行診斷過程。該催化劑診斷過程通過進(jìn)行調(diào)節(jié)以使 影響氫濃度的參數(shù)處于預(yù)定的催化劑診斷狀態(tài)而開始。預(yù)定的催化劑診斷狀態(tài)與前述的預(yù)定誤差檢測(cè)狀態(tài)大致相同。在預(yù)定的催化劑診 斷狀態(tài)中產(chǎn)生的重整氣體中的氫濃度預(yù)先存儲(chǔ)在ECU50中作為診斷基準(zhǔn)值。ECU 50進(jìn)行調(diào) 節(jié)以使得例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)處于預(yù)定的催化劑診斷狀態(tài)，并且將在預(yù)定的催化劑 診斷狀態(tài)中檢測(cè)到的氫濃度與診斷基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。因此，能夠根據(jù)預(yù)定的催化劑診斷狀 態(tài)中的氫濃度與診斷基準(zhǔn)值之間的偏離量而對(duì)燃料重整催化劑28實(shí)施診斷檢查，以判斷 燃料重整催化劑28是否在正常工作。本實(shí)施方式能夠用兩個(gè)空燃比傳感器58、60精確地檢測(cè)氫濃度。因此，本實(shí)施方 式還能夠高精度地對(duì)催化劑進(jìn)行診斷檢查。這使得能夠確定地把握例如燃料重整催化劑28 的劣化，從而提供增強(qiáng)的系統(tǒng)可靠性。[實(shí)現(xiàn)第一實(shí)施方式的實(shí)施過程細(xì)節(jié)]圖9至圖11是流程圖，示出了根據(jù)本實(shí)施方式，ECU 50執(zhí)行系統(tǒng)操作的程序。當(dāng) 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，這些圖中所示的程序開始，并且以固定的間隔重復(fù)?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D9描述氫濃度檢測(cè)過程。氫濃度檢測(cè)過程通過實(shí)施下面將描述的氧 校正過程和氫校正過程以校正空燃比傳感器58、60的各個(gè)輸出(步驟100和102)而開始。 在接下來的步驟中，即步驟104中，實(shí)施前述催化劑診斷過程以判斷燃料重整催化劑28是 否正常。如果發(fā)現(xiàn)燃料重整催化劑28中存在異常，則實(shí)施控制以處理該異常。接下來，實(shí)施步驟106以讀取上游傳感器信號(hào)。然后在步驟108中對(duì)讀取的信號(hào) 值實(shí)施前述壓力相關(guān)的修正過程。接下來，實(shí)施步驟110，用校正后的信號(hào)值參照?qǐng)D4所示 的數(shù)據(jù)，并檢測(cè)排氣中的氧濃度。進(jìn)一步地，實(shí)施步驟112，以通過用檢測(cè)到的氧濃度參照?qǐng)D 6所示的數(shù)據(jù)來獲得檢測(cè)到的氧濃度下的下游傳感器信號(hào)的零點(diǎn)輸出。然后類似地實(shí)施步 驟114，以通過用檢測(cè)到的氧濃度值參照?qǐng)D7所示的數(shù)據(jù)來獲取檢測(cè)到的氧濃度下的下游 傳感器信號(hào)的變化率。接下來，實(shí)施步驟116，以檢查圖5中所示的每條特性曲線數(shù)據(jù)，選擇與檢測(cè)到的 氧濃度相對(duì)應(yīng)的特性曲線數(shù)據(jù)，并且通過使用零點(diǎn)輸出和變化率來設(shè)定例如用于選定的特性曲線數(shù)據(jù)的函數(shù)表達(dá)式。然后實(shí)施步驟118以讀取下游傳感器信號(hào)。接下來實(shí)施步驟 120以對(duì)讀取的信號(hào)的值實(shí)施壓力相關(guān)的修正過程。然后實(shí)施步驟122，以通過例如用修正 后的信號(hào)值計(jì)算用于選定的特性曲線數(shù)據(jù)的函數(shù)表達(dá)式來檢測(cè)EGR氣體中的氫濃度。接下來，實(shí)施步驟124以根據(jù)例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和流量調(diào)節(jié)閥38的開度 計(jì)算EGR氣體的流速，并利用該流速和檢測(cè)到的氫濃度的值來計(jì)算重整氣體生成量。然后， 實(shí)施步驟126以執(zhí)行重整EGR控制，同時(shí)將重整氣體生成量反饋到該控制的執(zhí)行中?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D10描述氧校正過程。在氧校正過程中，首先實(shí)施步驟200以判斷排 氣的空燃比是否濃(λ彡1)。如果排氣的空燃比不濃，則實(shí)施步驟202，以例如通過調(diào)節(jié)燃 料噴射量來濃化排氣空燃比。 結(jié)果，無氧的排氣被供給到上游空燃比傳感器58。在產(chǎn)生的狀態(tài)中，實(shí)施步驟204 以讀取上游傳感器信號(hào)。然后實(shí)施步驟206以檢測(cè)讀取的信號(hào)值與預(yù)先存儲(chǔ)在ECU 50中 的零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的差值，并將檢測(cè)到的差值作為零點(diǎn)下的偏離量存儲(chǔ)。接下來，實(shí)施步驟208以通過停止從主燃料噴射閥18噴射燃料而將大氣供給到上 游空燃比傳感器58。在產(chǎn)生的狀態(tài)中，實(shí)施步驟210以讀取上游傳感器信號(hào)。然后實(shí)施步 驟212以檢測(cè)讀取的信號(hào)值與預(yù)先存儲(chǔ)在ECU 50中的大氣基準(zhǔn)值之間的差值，并將檢測(cè)到 的差值作為大氣氧濃度下的偏離量存儲(chǔ)。接下來，實(shí)施步驟214以利用兩點(diǎn)——即零點(diǎn)和大氣氧濃度——下的偏離量來校 正上游傳感器信號(hào)的輸出特性。在典型示例中，實(shí)施該校正過程以校正例如存儲(chǔ)在ECU 50 中的特性曲線數(shù)據(jù)的零點(diǎn)輸出和變化率。接下來，實(shí)施步驟216以通過對(duì)下游空燃比傳感器60實(shí)施與步驟200至214中所 描述的相同的校正過程來校正下游傳感器信號(hào)的輸出特性。更具體地，校正過程通過停止 重整燃料的噴射并濃化排氣空燃比以向下游空燃比傳感器60供給無氧、無氫的EGR氣體而 開始。然后，在產(chǎn)生的狀態(tài)中，檢測(cè)前述零點(diǎn)下的偏離量。進(jìn)一步地，停止噴射主燃料和重整燃料以向下游空燃比傳感器60供給無氫的大 氣。然后，在產(chǎn)生的狀態(tài)中，檢測(cè)前述大氣氧濃度下的偏離量。能夠利用上述兩點(diǎn)下的偏離 量來校正下游傳感器信號(hào)的輸出特性?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D11描述氫校正過程。在氫校正過程中，首先實(shí)施步驟300以判斷是 否正在執(zhí)行非重整狀態(tài)下的EGR控制(正常EGR控制)。如果在該情況下正在執(zhí)行重整EGR 控制，則將其停止。如果停止正常EGR控制，則開始向EGR路徑32供給無重整氣體的排氣 (步驟302)。接下來，實(shí)施步驟304以判斷排氣的空燃比是否濃。如果排氣空燃比不濃，則以與 步驟202中相同的方式實(shí)施步驟306以濃化排氣空燃比。結(jié)果，無氧、無氫的EGR氣體被供給到下游空燃比傳感器60。在產(chǎn)生的狀態(tài)中，實(shí) 施步驟308以讀取下游傳感器信號(hào)。然后實(shí)施步驟310以檢測(cè)讀取的信號(hào)值與預(yù)先存儲(chǔ)在 ECU 50中的零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的差值，并將檢測(cè)到的差值作為零點(diǎn)下的偏離值存儲(chǔ)。接下來，在開始重整EGR控制的狀態(tài)中，實(shí)施步驟312以進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得諸如 重整燃料供給量、排氣流速、壓力、以及溫度的參數(shù)處于預(yù)先記憶在ECU 50中的預(yù)定誤差 檢測(cè)狀態(tài)。這確保了燃料重整催化劑28向EGR路徑32供給基準(zhǔn)濃度的氫。在產(chǎn)生的狀態(tài)中，實(shí)施步驟314以讀取下游傳感器信號(hào)。然后實(shí)施步驟316以檢測(cè)讀取的信號(hào)值與預(yù)先存儲(chǔ)在ECU 50中的非零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的差值，并將檢測(cè)到的差值作為所述非零點(diǎn)下的偏離量存儲(chǔ)。接下來，以與氧校正過程中大致相同的方式實(shí)施步驟318， 以利用兩點(diǎn)——即零點(diǎn)和所述非零點(diǎn)——下的偏離量來校正下游傳感器信號(hào)的輸出特性。如以上詳細(xì)所述，本實(shí)施方式能夠利用兩個(gè)空燃比傳感器58、60在重整EGR控制 期間精確地檢測(cè)氫濃度，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果適當(dāng)?shù)乜刂浦卣麣怏w生成量。第二實(shí)施方式現(xiàn)在將參照?qǐng)D12描述本發(fā)明的第二實(shí)施方式。第二實(shí)施方式使用與第一實(shí)施方 式相同的系統(tǒng)構(gòu)造(圖1)，但與第一實(shí)施方式的不同之處在于下游空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)。根據(jù)第二實(shí)施方式的下游空燃比傳感器70與第一實(shí)施方式的下游空燃比傳感器 的相似之處在于，下游空燃比傳感器70包括檢測(cè)元件70A、電極70B和70C、擴(kuò)散層70D、以 及殼體70E。然而，擴(kuò)散層70D由比上游空燃比傳感器58的擴(kuò)散層58D更密的材料制成。 因此，擴(kuò)散層70D與上游空燃比傳感器58的擴(kuò)散層58D相比較不透氣。其結(jié)果是，與上游空燃比傳感器58的情況相比，氧和氫較不容易供給到檢測(cè)元件 70A的一側(cè)面。這在相同濃度條件下減小了檢測(cè)元件70A中產(chǎn)生的離子電流。在該情況下， 本實(shí)施方式構(gòu)造成使得下游空燃比傳感器70的靈敏度比上游空燃比傳感器58的靈敏度 低，二者之差對(duì)應(yīng)于擴(kuò)散層58D與擴(kuò)散層70D的透氣性的差值。雖然本實(shí)施方式是如上述那樣構(gòu)造的，但其提供了與第一實(shí)施方式大致相同的操 作優(yōu)勢(shì)。另外，在本實(shí)施方式中，特別地，下游空燃比傳感器70可簡(jiǎn)單地通過將上游空燃比 傳感器58的擴(kuò)散層58D替換為較密的擴(kuò)散層70D來實(shí)現(xiàn)。在這樣的情況下，電極70B、70C 可與上游空燃比傳感器58的電極相同。因此，容易形成靈敏度有限的下游空燃比傳感器 70。在前述實(shí)施方式中，圖9所示的步驟112至122表示的是氫濃度檢測(cè)裝置的具體 示例；且步驟112至116具體表示的是信號(hào)修正裝置的具體示例。進(jìn)一步地，步驟112表示 的是零點(diǎn)輸出獲取裝置的具體示例；步驟114表示的是變化率獲取裝置的具體示例；且步 驟116表示的是特性設(shè)定裝置的具體示例。此外，步驟106和110表示的是氧濃度計(jì)算裝 置的具體示例；步驟108和120表示的是壓力相關(guān)的修正裝置的具體示例；且步驟104表示 的是催化劑診斷裝置的具體示例。進(jìn)一步地，參見圖10，步驟200、202和208表示的是氣態(tài)物質(zhì)供給裝置的具體示 例；步驟204和206表示的是第一氧誤差檢測(cè)裝置的具體示例；步驟210和212表示的是第 二氧誤差檢測(cè)裝置的具體示例；且步驟214表示的是氧信號(hào)校正裝置的具體示例。此外，參見圖11，步驟312表示的是調(diào)節(jié)裝置的具體示例；步驟308和310表示的 是第一氫誤差檢測(cè)裝置的具體示例；步驟314和316表示的是第二氫誤差檢測(cè)裝置的具體 示例；且步驟318表示的是氫信號(hào)校正裝置的具體示例。前述實(shí)施方式所采用的構(gòu)造為，通過減小電極60B的尺寸或者使擴(kuò)散層70D較密 而降低下游空燃比傳感器60、70的靈敏度。然而，本發(fā)明可使用替代的方法來降低下游空 燃比傳感器的靈敏度。例如，當(dāng)所采用的空燃比傳感器通過殼體中制成的擴(kuò)散孔向檢測(cè)元 件的一側(cè)面供給測(cè)量目標(biāo)氣態(tài)物質(zhì)時(shí)，能夠通過減小擴(kuò)散孔的直徑來降低傳感器靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的下游空燃比傳感器可通過將以下傳感器中的任何兩個(gè)或全部三個(gè) 組合起來而構(gòu)造根據(jù)第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的空燃比傳感器60、70以及具有上述小直徑擴(kuò)散孔的空燃比傳感器。例如，下游空燃比傳感器可通過使用小型電極并形成密的 擴(kuò)散層構(gòu)造而成。
已經(jīng)結(jié)合空燃比傳感器58、60、70描述了前述實(shí)施方式，這些空燃比傳感器58、 60、70的信號(hào)隨著檢測(cè)目標(biāo)的濃度增加而線性減小。然而，本發(fā)明并不局限于使用這種空燃 比傳感器。本發(fā)明可以替代性地構(gòu)造成使用這樣的空燃比傳感器其信號(hào)隨濃度增加而線 性增加或者隨濃度非線性地變化。此外，已經(jīng)結(jié)合空燃比傳感器58、60、70描述了前述實(shí)施方式，這些空燃比傳感器 58,60,70包括由氧化鋯制成的檢測(cè)元件58A、60A或70A，以及由例如氧化鋁制成的擴(kuò)散層 58D、60D或70D。然而，本發(fā)明并不局限于使用這種空燃比傳感器。例如，一種替代方案可 使用由除氧化鋯和氧化鋁以外的材料制成的檢測(cè)元件和擴(kuò)散層，只要它們具有氧檢測(cè)能力 以及根據(jù)氫濃度改變氧檢測(cè)靈敏度的功能即可。同時(shí)，前述實(shí)施方式構(gòu)造成EGR路徑32在熱交換器24的上游端從排氣管20分支。 然而，本發(fā)明并不局限于這種構(gòu)造?？刹捎锰娲缘臉?gòu)造，使得EGR路徑32在熱交換器24 的下游端從排氣管20分支。此外，前述實(shí)施方式構(gòu)造成使得上游空燃比傳感器58安裝在排氣管20中并布置 在熱交換器24的上游。然而，根據(jù)本發(fā)明的上游空燃比傳感器的安裝位置并不局限于結(jié)合 前述實(shí)施方式所描述的位置。例如，排氣管20的位于熱交換器24下游的一部分可布置在燃 料重整催化劑28的上游。因此，上游空燃比傳感器58可以替代性地安裝在排氣管20中并 布置在熱交換器24的下游。另一種替代性方案可以是將上游空燃比傳感器58安裝在EGR 路徑32中并將其布置在燃料重整催化劑28的上游。類似地，根據(jù)本發(fā)明的下游空燃比傳感器的安裝位置并不局限于結(jié)合上述實(shí)施方 式所描述的位置?？梢詫⑾掠慰杖急葌鞲衅鞯陌惭b位置替代性地選擇為使其位于燃料重整 催化劑28下游的任何安裝位置。例如，下游空燃比傳感器60可布置在EGR路徑32與進(jìn)氣 管12的接合處，或者布置在微微離開接合處且朝向進(jìn)氣管12的位置。假設(shè)了前述實(shí)施方式使用汽油和乙醇的混合燃料作為重整燃料。然而，本發(fā)明并 不局限于使用這種混合燃料。例如，可以替代性地使用汽油和甲醇或其它醇的混合燃料作 為重整燃料。此外，本發(fā)明并不局限于使用含醇燃料。任何含有汽油的燃料都可應(yīng)用于本發(fā)明。 更具體地，本發(fā)明能夠應(yīng)用于例如僅由汽油構(gòu)成的燃料以及汽油和除醇以外的物質(zhì)的混合 燃料。此外，假設(shè)了前述實(shí)施方式通過利用排氣熱來加熱燃料重整催化劑28。然而，本發(fā) 明并不總是需要利用排氣熱。例如，本發(fā)明可應(yīng)用于不是排氣熱回收式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。更 具體地，本發(fā)明可構(gòu)造成通過利用除排氣以外的熱源(例如，專用加熱器)來加熱燃料重整 催化劑28。此外，已經(jīng)在假設(shè)將燃料重整設(shè)備應(yīng)用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的情況下描述了前述實(shí) 施方式。然而，本發(fā)明不僅能夠應(yīng)用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，還能夠應(yīng)用于實(shí)施燃料重整的多種類型 的機(jī)器和設(shè)備。
權(quán)利要求
一種燃料重整設(shè)備，包括燃料重整催化劑，所述燃料重整催化劑布置在含有重整燃料的氣態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)路徑中，并用來由所述重整燃料生成含氫的可燃?xì)怏w；上游空燃比傳感器，所述上游空燃比傳感器相對(duì)于所述氣態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)方向布置在所述燃料重整催化劑的上游，并用來輸出表示所述氣態(tài)物質(zhì)中的氧濃度的上游傳感器信號(hào)；下游空燃比傳感器，所述下游空燃比傳感器相對(duì)于所述氣態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)方向布置在所述燃料重整催化劑的下游，并用來輸出表示所述氣態(tài)物質(zhì)中的氧濃度和氫濃度的下游傳感器信號(hào)；以及氫濃度檢測(cè)裝置，所述氫濃度檢測(cè)裝置利用所述上游傳感器信號(hào)和所述下游傳感器信號(hào)來檢測(cè)在所述燃料重整催化劑的下游位置處的所述氣態(tài)物質(zhì)中的氫濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料重整設(shè)備，其中，所述氫濃度檢測(cè)裝置包括信號(hào)修正裝置，所述信號(hào)修正裝置用于根據(jù)所述上游 傳感器信號(hào)來修正包含在所述下游傳感器信號(hào)中的所述氧濃度的影響。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料重整設(shè)備如權(quán)利要求2所述的燃料重整設(shè)備，進(jìn)一步包括氧濃度計(jì)算裝置，所述氧濃度計(jì)算裝置由所述上游傳感器信號(hào)計(jì)算所述氧濃度；以及 存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置預(yù)先存儲(chǔ)表示所述下游傳感器信號(hào)與所述氫濃度之間的關(guān)系 的特性曲線數(shù)據(jù)；其中，所述信號(hào)修正裝置根據(jù)所述氧濃度來修正所述特性曲線數(shù)據(jù)；并且 其中，所述氫濃度檢測(cè)裝置利用修正后的所述特性曲線數(shù)據(jù)由所述下游傳感器信號(hào)計(jì) 算所述氫濃度。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料重整設(shè)備， 其中，所述信號(hào)修正裝置包括零點(diǎn)輸出獲取裝置，所述零點(diǎn)輸出獲取裝置根據(jù)所述氧濃度來獲取所述氫濃度為零時(shí) 的所述下游傳感器信號(hào)的值；變化率獲取裝置，所述變化率獲取裝置根據(jù)所述氧濃度獲取所述下游傳感器信號(hào)的變 化對(duì)所述氫濃度的變化的比率；以及特性設(shè)定裝置，所述特性設(shè)定裝置根據(jù)所述零點(diǎn)輸出獲取裝置和所述變化率獲取裝置 的獲取結(jié)果來設(shè)定在檢測(cè)到的氧濃度下的所述特性曲線數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的燃料重整設(shè)備，其中，所述下游空燃比傳感器的靈敏度比所述上游空燃比傳感器的靈敏度低。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的燃料重整設(shè)備，其中，所述上游空燃比傳感器和所述下游空燃比傳感器各包括 檢測(cè)元件，所述檢測(cè)元件由含有氧化鋯的材料制成，并設(shè)有一側(cè)面和另一側(cè)面； 兩個(gè)電極，所述兩個(gè)電極分別安裝在所述檢測(cè)元件的所述一側(cè)面和所述另一側(cè)面上從 而以所述檢測(cè)元件位于所述兩個(gè)電極之間的方式彼此面對(duì)；以及限制裝置，所述限制裝置布置成將所述檢測(cè)元件的所述一側(cè)面與含有檢測(cè)目標(biāo)的所述 氣態(tài)物質(zhì)遮斷，并限制所述檢測(cè)目標(biāo)供給到所述檢測(cè)元件的所述一側(cè)面的速度。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料重整設(shè)備，其中，所述下游空燃比傳感器的所述電極比所述上游空燃比傳感器的所述電極具有更 小的相對(duì)表面面積；并且其中，所述下游空燃比傳感器的靈敏度根據(jù)所述上游空燃比傳感器與所述下游空燃比 傳感器之間的相對(duì)表面面積之差而降低。
8.如權(quán)利要求6或7所述的燃料重整設(shè)備，其中，所述限制裝置為允許含有所述檢測(cè)目標(biāo)的外部氣態(tài)物質(zhì)朝所述檢測(cè)元件的所述 一側(cè)面穿過的擴(kuò)散層；其中，所述下游空燃比傳感器的所述擴(kuò)散層比所述上游空燃比傳感器的所述擴(kuò)散層具 有更低的透氣性；并且其中，所述下游空燃比傳感器的所述靈敏度根據(jù)所述上游空燃比傳感器與所述下游空 燃比傳感器之間的透氣性之差而降低。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的燃料重整設(shè)備，進(jìn)一步包括壓力檢測(cè)裝置，所述壓力檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述氣態(tài)物質(zhì)的壓力；以及 壓力相關(guān)的修正裝置，所述壓力相關(guān)的修正裝置用于根據(jù)所述氣態(tài)物質(zhì)的壓力來修正 至少所述上游傳感器信號(hào)或所述下游傳感器信號(hào)的值。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料重整設(shè)備，其中，所述壓力相關(guān)的修正裝置進(jìn)行修正以使得檢測(cè)到的氧濃度或氫濃度隨著所述壓 力升高而降低。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的燃料重整設(shè)備，進(jìn)一步包括氣態(tài)物質(zhì)供給裝置，所述氣態(tài)物質(zhì)供給裝置向至少所述上游空燃比傳感器或所述下游 空燃比傳感器分別供給無氧氣態(tài)物質(zhì)和大氣；第一氧誤差檢測(cè)裝置，當(dāng)所述無氧氣態(tài)物質(zhì)被供給到所述空燃比傳感器時(shí)，所述第 一氧誤差檢測(cè)裝置檢測(cè)所述空燃比傳感器的輸出信號(hào)值與預(yù)定的零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的偏離 量；第二氧誤差檢測(cè)裝置，當(dāng)所述大氣被供給到所述空燃比傳感器時(shí)，所述第二氧誤差檢 測(cè)裝置檢測(cè)所述空燃比傳感器的輸出信號(hào)值與預(yù)定的大氣基準(zhǔn)值之間的偏離量；以及氧信號(hào)校正裝置，所述氧信號(hào)校正裝置利用與所述零點(diǎn)基準(zhǔn)值的偏離量和與所述大氣 基準(zhǔn)值的偏離量來校正所述輸出信號(hào)值。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的燃料重整設(shè)備，進(jìn)一步包括重整燃料供給裝置，所述重整燃料供給裝置向所述燃料重整催化劑供給所述重整燃料；氣態(tài)物質(zhì)供給裝置，所述氣態(tài)物質(zhì)供給裝置向所述下游空燃比傳感器供給無氧氣態(tài)物質(zhì)；調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)以使影響所述氫濃度的參數(shù)處于預(yù)定的誤差檢測(cè)狀態(tài)；第一氫誤差檢測(cè)裝置，當(dāng)所述重整燃料的供給被切斷并且所述無氧氣態(tài)物質(zhì)供給到所 述下游空燃比傳感器時(shí)，所述第一氫誤差檢測(cè)裝置檢測(cè)所述下游空燃比傳感器的輸出信號(hào) 值與預(yù)定的零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的偏離量；第二氫誤差檢測(cè)裝置，當(dāng)所述參數(shù)被調(diào)節(jié)并處于所述預(yù)定狀態(tài)且所述無氧氣態(tài)物質(zhì)供給到所述下游空燃比傳感器時(shí)，所述第二氫誤差檢測(cè)裝置檢測(cè)所述下游空燃比傳感器的輸 出信號(hào)值與預(yù)定的非零點(diǎn)基準(zhǔn)值之間的偏離量；以及氫信號(hào)校正裝置，所述氫信號(hào)校正裝置利用與所述零點(diǎn)基準(zhǔn)值的偏離量和與所述非零 點(diǎn)基準(zhǔn)值的偏離量來校正所述輸出信號(hào)值。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的燃料重整設(shè)備，進(jìn)一步包括催化劑診斷裝置，所述催化劑診斷裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)以使影響所述氫濃度的參數(shù)處于預(yù)定 的催化劑診斷狀態(tài)，并且將檢測(cè)到的氫濃度與預(yù)定的診斷基準(zhǔn)值進(jìn)行比較以對(duì)所述燃料重 整催化劑的工作進(jìn)行診斷檢查。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的燃料重整設(shè)備，其中，在空燃比反饋控制期間使用所述上游空燃比傳感器以根據(jù)從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排出的 排氣中的氧濃度來調(diào)節(jié)空燃比。
全文摘要
當(dāng)燃料重整催化劑28與含有重整燃料的排氣接觸時(shí)，產(chǎn)生含氫的重整氣體。上游和下游空燃比傳感器58、60分別安裝在燃料重整催化劑28的上游和下游。上游空燃比傳感器58根據(jù)氧濃度輸出上游傳感器信號(hào)。下游空燃比傳感器60通過利用氧化鋯的氧檢測(cè)能力和擴(kuò)散層的與氫濃度相關(guān)的氧檢測(cè)能力的變化而根據(jù)氧濃度和氫濃度輸出下游傳感器信號(hào)。ECU 50利用僅反映氧濃度的上游傳感器信號(hào)和反映氧濃度和氫濃度的下游傳感器信號(hào)來檢測(cè)氫濃度，而不受氧濃度的影響。這使得能夠利用常用的空燃比傳感器58、60來實(shí)現(xiàn)氫濃度檢測(cè)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C01B3/38GK101960127SQ20098010671
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者中田勇, 佐佐木敬規(guī), 矢作秀夫, 青木圭一郎 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社