JP2005273613A

JP2005273613A - 排気ガスのｏｂｄ用センシング方法

Info

Publication number: JP2005273613A
Application number: JP2004091725A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Funahashi; 博舟橋
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06
Also published as: EP1580412A1; DE602005006038D1; EP1580412B1; US20050210868A1; DE602005006038T2

Abstract

【課題】ＯＢＤを実現するのに必要なＮＯx濃度、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の全てを車載可能な既存のＮＯxセンサを利用して測定し得るようにする。
【解決手段】排気管４の途中にＮＯxセンサ８を備え、該ＮＯxセンサ８により排気ガス３中のＮＯx濃度を検出すると共に、該ＮＯx濃度の測定過程で得られるＯ₂濃度に基づき相互の対応関係からＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を換算して求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスのＯＢＤ用センシング方法に関するものである。

近年、自動車の排気ガス制御状況を車載コンピュータでモニタし得るようにすることが提唱されており、一般的には、ＯＢＤ（On Board Diagnostic Systems）と呼称され、その将来的な法規制を伴う義務化へ向けた動きが活発化してきている。

尚、排気浄化装置の制御系に関して、排気ガスの温度やＮＯx（窒素酸化物）の濃度をセンサにより検出するといった技術に関しては、従来より下記の特許文献１等に開示されているものがある。
特開２００２−１６１７３２号公報

しかしながら、従来においては、いわゆる排ガス測定機として知られているものの殆どが実験室レベルの定置式大型装置となっており、既に車両への搭載が実現しているコンパクトなＮＯxセンサを除き、ＰＭ（Particulate Matter：浮遊粒子状物質）濃度、ＨＣ（炭化水素）濃度、ＣＯ（一酸化炭素）濃度を検出する各測定機の車両への搭載は今のところ不可能な状況にある。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ＯＢＤを実現するのに必要なＮＯx濃度、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の全てを車載可能な既存のＮＯxセンサを利用して測定し得るようにすることを目的としている。

本発明は、排気管の途中にＮＯxセンサを備え、該ＮＯxセンサにより排気ガス中のＮＯx濃度を検出すると共に、該ＮＯx濃度の測定過程で得られるＯ₂濃度に基づき相互の対応関係からＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を換算して求めることを特徴とする排気ガスのＯＢＤ用センシング方法、に係るものである。

即ち、既存のＮＯxセンサは、ＮＯx濃度を測定するにあたりＯ₂濃度を利用しなければならないため、排気ガス中のＯ₂濃度を測定する広域Ｏ₂センサが元々内蔵されている。

そこで、このＮＯxセンサのＯ₂濃度を測定する機能を有効に活用し、このＯ₂濃度と対応関係を持つＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を換算すれば、ＮＯxセンサにより直接測定されるＮＯx濃度に加え、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度が全て代替計測されることになる。

尚、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度がＯ₂濃度と対応関係を持つことは本発明者により知見として得られている事実であり、これらＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度はエンジンでの燃焼性に大きく依存していて、Ｏ₂濃度が低下して燃焼性が不良となった時に顕著に増大する傾向を有している。

而して、このようなセンシング方法を採用すれば、ＯＢＤを実現するのに必要なＮＯx濃度、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の全てを車載可能な既存のＮＯxセンサを利用して測定することが可能となる。

更に、本発明においては、排気管のＮＯxセンサより下流側に酸化触媒を備えている場合に、該酸化触媒の入側に温度センサを備え、該温度センサにより排出温度を検出すると共に、現在の排気温度における前記酸化触媒の触媒活性に応じてＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の浄化率を求め、その浄化率に基づきＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を補正すると良い。

即ち、排気管のＮＯxセンサより下流側に酸化触媒を備えている場合には、ＮＯxセンサによりＮＯx濃度やＯ₂濃度を測定した後に、排気ガスが酸化触媒を通過することで浄化されてＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度が低下するので、その低下分を補正してＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の最終的な検出値を求める必要がある。

これらＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の浄化率は、酸化触媒の入側の排気温度に依存した触媒活性により決まるため、現在の排気温度における酸化触媒の触媒活性に応じてＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の浄化率を求め、その浄化率に基づきＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を補正すれば、酸化触媒を経て浄化された排気ガス中のＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の最終的な検出値が得られる。

上記した本発明の排気ガスのＯＢＤ用センシング方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ＮＯx濃度、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の全てを車載可能な既存のＮＯxセンサを利用して測定することができ、これによりＯＢＤを容易に且つ安価なコストで実現することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、排気管に酸化触媒が備えられていても、その入側で検出した排気温度に基づきＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を適切に補正することができ、酸化触媒を経て浄化された排気ガス中のＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の最終的な検出値を得ることができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図７は本発明の排気ガスのＯＢＤ用センシング方法を実施する形態の一例を示すもので、図１に図示している例においては、ディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、フロースルー方式のハニカム構造を有する酸化触媒５がケーシング６に抱持されて装備されている。

また、排気管４の最も上流側にあたるターボチャージャ７のタービン出口付近にＮＯxセンサ８が装備されていると共に、前記ケーシング６の入側には排気ガス３の温度を検出する温度センサ９が装備されており、これらＮＯxセンサ８及び温度センサ９からの検出信号８ａ，９ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１０に対し入力されるようになっている。

他方、制御装置１０からは、ＮＯxセンサ８及び温度センサ９からの検出信号８ａ，９ａに基づいて把握されるＮＯx濃度、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度に異常が生じた際に点灯指令信号１１ａが出力されてインストルメントパネルの警告ランプ１１が点灯するようになっている。

即ち、既存のＮＯxセンサ８は、ＮＯx濃度を測定するにあたりＯ₂濃度を利用しなければならないため、排気ガス３中のＯ₂濃度を測定する広域Ｏ₂センサが元々内蔵されている。

そこで、このＮＯxセンサ８のＯ₂濃度を測定する機能を有効に活用し、このＯ₂濃度と対応関係を持つＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を制御装置１０にて換算すれば、ＮＯxセンサ８により直接測定されるＮＯx濃度に加え、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度が全て代替計測されることになる。

ここで、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度がＯ₂濃度と対応関係を持つことは本発明者により知見として得られている事実であり、図２はＯ₂濃度とＰＭ濃度との対応関係、図３はＯ₂濃度とＨＣ濃度との対応関係、図４はＯ₂濃度とＣＯ濃度との対応関係を夫々示しており、ＣＯ濃度はディーゼルエンジン１での燃焼性に大きく依存していて、Ｏ₂濃度が低下して燃焼性が不良となった時に顕著に増大する傾向を有するものとなっている。

ただし、本形態例のように、排気管４のＮＯxセンサ８より下流側に酸化触媒５を備えている場合には、ＮＯxセンサ８によりＮＯx濃度やＯ₂濃度を測定した後に、排気ガス３が酸化触媒５を通過することで浄化されてＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度が低下するので、その低下分を補正してＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の最終的な検出値を求める必要がある。

これらＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の浄化率は、酸化触媒５の入側の排気温度に依存した触媒活性により図５〜図７の夫々に示すように決まるため、現在の排気温度における酸化触媒５の触媒活性に応じて、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の浄化率を求め、その浄化率に基づき前記ターボチャージャ７のタービン出口付近の排気ガス３について得られているＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を補正すれば、酸化触媒５を経て浄化された排気ガス３中のＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の最終的な検出値が得られる。

尚、本形態例においては、フロースルー方式の酸化触媒５を単独配置した場合を例示しているが、この酸化触媒５がパティキュレートフィルタに担持されている場合や、この酸化触媒５の後段にパティキュレートフィルタが別途配置されている場合には、図７のグラフの上側に二点鎖線で示している通り、酸化触媒５による浄化率と無関係にパティキュレートフィルタで殆どのＰＭが捕集されてしまうので、最終的なＰＭ濃度を特に測定しなくてもほぼ一定の濃度まで低減しているものと看做すことができる。

そして、このようにして求められたＮＯx濃度、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度は、制御装置１０内で各濃度の規定値内に収まっているか否かを判定され、規定値を超えていると判定された時にインストルメントパネルの警告ランプ１１に向け点灯指令信号１１ａが出力され、該警告ランプ１１が点灯して運転者に異常発生が告知されることになる。

この際、図１中には警告ランプ１１を一つしか図示していないが、ＮＯx濃度、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の夫々について個別に警告ランプ１１を設けても良く、また、斯かる異常検知時にあっては、その異常発生の記録を制御装置１０内のメモリーに記録するようにしたり、ディーゼルエンジン１への適切な修正運転が実行されるようにしておくと良い。

従って、以上に述べた如き排気ガス３のＯＢＤ用センシング方法によれば、ＮＯx濃度、ＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の全てを車載可能な既存のＮＯxセンサ８を利用して測定することができ、また、排気管４に酸化触媒５が備えられていても、その入側で温度センサ９により検出した排気温度に基づきＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を適切に補正することができるので、ＯＢＤを容易に且つ安価なコストで実現することができる。

尚、本発明の排気ガスのＯＢＤ用センシング方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、排気管に酸化触媒を備えていない自動車にも適用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。Ｏ₂濃度とＰＭ濃度との対応関係を示すグラフである。Ｏ₂濃度とＨＣ濃度との対応関係を示すグラフである。Ｏ₂濃度とＣＯ濃度との対応関係を示すグラフである。ＨＣ浄化率と排気温度との対応関係を示すグラフである。ＣＯ浄化率と排気温度との対応関係を示すグラフである。ＰＭ浄化率と排気温度との対応関係を示すグラフである。

符号の説明

３排気ガス
４排気管
５酸化触媒
８ＮＯxセンサ
８ａ検出信号
９温度センサ
９ａ検出信号
１０制御装置

Claims

排気管の途中にＮＯxセンサを備え、該ＮＯxセンサにより排気ガス中のＮＯx濃度を検出すると共に、該ＮＯx濃度の測定過程で得られるＯ₂濃度に基づき相互の対応関係からＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を換算して求めることを特徴とする排気ガスのＯＢＤ用センシング方法。
排気管のＮＯxセンサより下流側に酸化触媒を備えている場合に、該酸化触媒の入側に温度センサを備え、該温度センサにより排出温度を検出すると共に、現在の排気温度における前記酸化触媒の触媒活性に応じてＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度の浄化率を求め、その浄化率に基づきＰＭ濃度、ＨＣ濃度、ＣＯ濃度を補正することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスのＯＢＤ用センシング方法。