JP2009281952A

JP2009281952A - ＮＯｘセンサの異常判定装置

Info

Publication number: JP2009281952A
Application number: JP2008136219A
Authority: JP
Inventors: Hideki Matsunaga; 英樹松永
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-12-03

Abstract

【課題】ＮＯｘセンサに異常が発生しているか否かを判定する。
【解決手段】排気中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサの出力値が所定閾値未満となったときに（Ｓ７）、エンジン運転状態から推測されたＮＯｘ積算量が第１の所定値より大（Ｓ８）、車両走行距離が第２の所定値より大（Ｓ９）、又は、燃料消費量が第３の所定値より大であれば（Ｓ１０）、ＮＯｘセンサに異常が発生していると判定して警報器を作動させる（Ｓ１１）。即ち、ＮＯｘセンサが正常であれば、その出力値が所定期間連続して所定閾値未満となることは極めて稀である一方、ＮＯｘセンサに異常が発生していれば、その出力値が所定期間連続して所定閾値未満となってしまう特性を利用して、ＮＯｘセンサに異常が発生したか否かを判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を測定するＮＯｘセンサに異常が発生しているか否かを判定する異常判定装置に関する。

排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置として、排気通路に配設されたＮＯｘ還元触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、ＮＯｘを選択的に還元浄化するものが実用化されている。かかる排気浄化装置では、排気浄化機能を担保すべく、ＮＯｘ還元触媒の排気下流のＮＯｘ濃度が規定値を越えたときに、例えば、警告灯などにより警報を発する構成が採用されている。排気中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサとしては、特公平６−７２８６１号公報（特許文献１）及び「車載型ＮＯｘセンサの実用化とその利用技術に関する研究」（非特許文献１）に記載されるようなものが利用され得る。
特公平６−７２８６１号公報野田明、山本敏郎、"車載型ＮＯｘセンサの実用化とその利用技術に関する研究"、［online］、独立行政法人交通安全環境研究所、［平成２０年４月３０日検索］、インターネット＜URL：http://www.ntsel.go.jp/jutaku/15files/01.pdf＞

しかしながら、何らかの原因により排気通路からＮＯｘセンサが外れて排気に晒されなくなったり、ＮＯｘセンサの排気導入孔に目詰まりが発生すると、その出力値たるＮＯｘ濃度が大幅に低下してしまう。このため、例えば、排気浄化装置に故障が発生して所要のＮＯｘ浄化率が得られなくなってしまっても、その異常を検知することができなくなってしまう。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ＮＯｘセンサの出力値が所定閾値未満の状態が所定期間続いたときに、ＮＯｘセンサに異常が発生したと判定するＮＯｘセンサの異常判定装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、所定期間の間、排気中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサの出力値が所定閾値未満のままであるときに、前記ＮＯｘセンサに異常が発生していると判定する判定手段を備えたことを特徴とする。
請求項２記載の発明では、エンジン運転状態に基づいて、ＮＯｘ質量流量を推定する流量推定手段と、前記流量推定手段により推定されたＮＯｘ質量流量を積算してＮＯｘ積算量を算出する積算量算出手段と、を更に備え、前記所定期間は、前記積算量算出手段により算出されたＮＯｘ積算量が第１の所定値増加するまでの期間であることを特徴とする。

請求項３記載の発明では、前記所定期間は、車両が第２の所定値走行するまでの期間であることを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記所定期間は、燃料が第３の所定値消費されるまでの期間であることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記判定手段によりＮＯｘセンサに異常が発生していると判定されたときに、その旨を報知する報知手段が更に備えられたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、所定期間の間、ＮＯｘセンサの出力値が所定閾値未満のままであるときに、例えば、ＮＯｘセンサが排気通路から外れ、又は、その排気導入孔が目詰まりし、ＮＯｘ濃度を正しく測定できない異常が発生したと判定される。即ち、ＮＯｘセンサが正常であれば、その出力値が所定期間連続して所定閾値未満となることは極めて稀である一方、ＮＯｘセンサに異常が発生していれば、排気中のＮＯｘ濃度が低く又は測定されないため、その出力値が所定期間連続して所定閾値未満となってしまう特性がある。このため、かかる特性を利用して、ＮＯｘセンサに異常が発生したか否かを判定することができる。

請求項２〜請求項４に記載の発明によれば、ＮＯｘセンサに異常が発生していないにもかかわらず、異常が発生していると誤判定されることを抑制することができる。即ち、所定期間として時間を適用した場合、アイドル運転時にはＮＯｘセンサの出力値が低いため、例えば、エンジンを稼動させたまま停車していると、ＮＯｘセンサに異常が発生していないにもかかわらず、異常が発生したと判定されてしまうおそれがある。しかし、所定期間として、ＮＯｘ積算量が第１の所定値増加するまでの期間、車両が第２の所定値走行するまでの期間、又は、燃料が第３の所定値消費されるまでの期間を適用することで、このような誤判定がなされることを抑制することができる。

請求項５記載の発明によれば、ＮＯｘセンサに異常が発生したと判定されたときには、その旨が報知されるので、例えば、車両をサービス工場に搬送して修理することで、ＮＯｘセンサが機能しない状態での運用を防止することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明の適用対象の一例として、尿素水溶液を液体還元剤の前駆体として使用し、排気中のＮＯｘを選択還元反応により還元浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気通路１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して生成されたアンモニアによりＮＯｘを選択還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。

尿素水溶液を貯蔵する還元剤容器２４は、サクションホース２６を介して、尿素水溶液を吸引して圧送するポンプモジュール２８に連通接続される。ポンプモジュール２８は、プレッシャホース３０を介して、流量制御弁が内蔵された添加モジュール３２に連通接続される。添加モジュール３２は、添加ホース３４を介して、噴射ノズル１８に連通接続される。そして、ポンプモジュール２８及び添加モジュール３２は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３６により夫々電子制御され、エンジン運転状態に応じた添加流量で、還元剤容器２４に貯蔵された尿素水溶液が噴射ノズル１８からＮＯｘ還元触媒２０の排気上流に噴射供給される。ここで、エンジン運転状態としては、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのネットワークを介して、エンジンコントロールユニット３８からエンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑなどが読み込まれる。

かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。尿素水溶液から生成されたアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと選択還元反応し、窒素（Ｎ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）へと浄化される。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０におけるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ₂へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ₂との割合が選択還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止できる。

アンモニア酸化触媒２２の排気下流に位置する排気通路１４、例えば、マフラーには、排気に晒されつつＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ４０が取り付けられる。ＮＯｘセンサ４０としては、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ₂）厚膜技術を応用した公知のジルコニア式センサを適用することができる。また、ＮＯｘセンサ４０の排気上流、例えば、窒素酸化触媒１６と噴射ノズル１８との間に位置する排気通路には、排気温度Ｔを検出する排気温度センサ４２が取り付けられる。さらに、エンジン１０に連結された変速機（図示せず）の出力軸には、車速Ｖを検出する車速センサ４４が取り付けられる。

ＮＯｘセンサ４０により測定されたＮＯｘ濃度，排気温度センサ４２により検出された排気温度Ｔ、及び、車速センサ４４により検出された車速Ｖは、コントロールユニット３６に夫々入力される。そして、コントロールユニット３６は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された各種制御プログラムを実行することで、ＮＯｘ濃度が規定値を越えたときに警報を発すると共に、ＮＯｘセンサ４０に異常が発生しているか否かを判定する。

図２は、エンジン１０の始動を契機として、ＮＯｘセンサ４０に異常が発生しているか否かを判定すべく、コントロールユニット３６において実行される異常判定処理を示す。ここで、コントロールユニット３６が異常判定処理を実行することで、判定手段，流量推定手段，積算量算出手段及び報知手段が夫々具現化される。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、エンジン運転状態に応じたＮＯｘ濃度を推定演算する。即ち、エンジン回転速度，燃料噴射量及び排気温度に対応したＮＯｘ濃度が設定されたマップを参照し、エンジンコントロールユニット３８から読み込まれたエンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑ、並びに、排気温度センサ４２により検出された排気温度Ｔに対応したＮＯｘ濃度を検索する。

ステップ２では、エンジン運転状態に応じた排気流量を推定演算する。即ち、エンジン回転速度及び燃料噴射量に対応した排気流量が設定されたマップを参照し、エンジンコントロールユニット３８から読み込まれたエンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに対応した排気流量を検索する。
ステップ３では、ＮＯｘ濃度及び排気流量からＮＯｘ質量流量を推定演算する。ここで、ステップ１〜ステップ３の処理が流量推定手段に該当する。

ステップ４では、ＮＯｘ質量流量を順次積算することで、エンジン１０から排出されたＮＯｘ積算量を算出する。ここで、ステップ４の処理が積算量算出手段に該当する。
ステップ５では、車速センサ４４により検出された車速Ｖを順次積算することで、車両の走行距離を算出する。なお、車速Ｖを順次積算して走行距離を算出する代わりに、走行距離計の出力から走行距離を算出するようにしてもよい。

ステップ６では、エンジンコントロールユニット３８から読み込まれたエンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑから燃料消費率を算出し、これを順次積算することで、燃料消費量を算出する。
ステップ７では、ＮＯｘセンサ４０の出力値（ＮＯｘ濃度）が所定閾値未満であるか否かを判定する。ここで、所定閾値は、ＮＯｘセンサ４０に異常が発生しているか否かを判定するための閾値であって、例えば、ＮＯｘセンサ４０が正常であれば採り得ない値に設定される。そして、センサ出力値が所定閾値未満であればステップ８へと進む（Ｙｅｓ）。一方、センサ出力値が所定閾値以上であればステップ１２へと進み（Ｎｏ）、ＮＯｘ積算値，走行距離及び燃料消費量を夫々リセットする。

ステップ８では、ＮＯｘ積算量が第１の所定値増加したか否か、即ち、ＮＯｘ積算量が第１の所定値より大きいか否かを判定する。ここで、第１の所定値は、所定期間の１つを規定するための閾値であって、例えば、センサ出力値にノイズが重畳して一時的に所定閾値未満となっても、簡単に異常判定がなされないような値に設定される。そして、ＮＯｘ積算量が第１の所定値より大きければステップ１１へと進む一方（Ｙｅｓ）、ＮＯｘ積算量が第１の所定値以下であればステップ９へと進む（Ｎｏ）。

ステップ９では、車両が第２の所定値走行したか否か、即ち、走行距離が第２の所定値より大きいか否かを判定する。ここで、第２の所定値は、所定期間の１つを規定するための閾値であって、例えば、センサ出力値にノイズが重畳して一時的に所定閾値未満となっても、簡単に異常判定がなされないような値に設定される。そして、走行距離が第２の所定値より大きければステップ１１へと進む一方（Ｙｅｓ）、走行距離が第２の所定値以下であればステップ１０へと進む（Ｎｏ）。

ステップ１０では、燃料が第３の所定値消費されたか否か、即ち、燃料消費量が第３の所定値より大きいか否かを判定する。ここで、第３の所定値は、所定期間の１つを規定するための閾値であって、例えば、センサ出力値にノイズが重畳して一時的に所定閾値未満となっても、簡単に異常判定がなされないような値に設定される。そして、燃料消費量が第３の所定値より大きければステップ１１へと進む一方（Ｙｅｓ）、燃料消費量が第３の所定値以下であればステップ１へと戻る（Ｎｏ）。なお、ステップ７〜ステップ１０の処理が判定手段に該当する。

ステップ１１では、ＮＯｘセンサ４０に異常が発生したと判定し、警告灯，ブザーなどの警報器を作動させる。ここで、ステップ１１の処理が報知手段に該当する。
このような異常判定処理によれば、所定期間の間、ＮＯｘセンサ４０の出力値が所定閾値未満のままであるときに、例えば、ＮＯｘセンサ４０が排気通路１４から外れ、又は、その排気導入孔が目詰まりし、ＮＯｘ濃度を正しく測定できない異常が発生したと判定される。即ち、ＮＯｘセンサ４０が正常であれば、図３の実線で示すように、その出力値が所定期間連続して所定閾値未満となることは極めて稀である。一方、ＮＯｘセンサ４０に異常が発生していれば、排気中のＮＯｘ濃度が低く又は測定されないため、同図の破線で示すように、その出力値が所定期間連続して所定閾値未満となってしまう。このため、かかる特性を利用して、ＮＯｘセンサ４０に異常が発生したか否かを判定することができる。

このとき、所定期間としては、ＮＯｘ積算量が第１の所定値より大となるまでの期間、走行距離が第２の所定値より大となるまでの期間、及び、燃料消費量が第３の所定値より大となるまでの期間のいずれか１つが適用される。即ち、所定期間として時間を適用した場合、アイドル運転時にはＮＯｘセンサ４０の出力値が低いため、例えば、エンジン１０を稼動させたまま停車していると、ＮＯｘセンサ４０に異常が発生していないにもかかわらず、異常が発生したと判定されてしまうおそれがある。しかし、車両が実際に走行した状態を考慮した条件を適用することで、このような誤判定がなされることを抑制することができる。

また、ＮＯｘセンサ４０に異常が発生したと判定されたときには、その旨が警報器を介して報知されるので、例えば、車両をサービス工場に搬送して修理することで、ＮＯｘセンサ４０が機能しない状態での運用を防止することができる。このため、排気浄化装置に故障が発生してＮＯｘ浄化率が低下したとき、警報装置が作動するので、ＮＯｘ浄化の実効を図ることができる。

なお、エンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑは、エンジンコントロールユニット３８から読み込む代わりに、公知のセンサを用いて直接検出するようにしてもよい。

本発明の適用対象の一例を示す排気浄化装置の全体構成図異常判定処理を説明するフローチャート異常判定原理の説明図

符号の説明

１０エンジン
３６コントロールユニット
３８エンジンコントロールユニット
４０ＮＯｘセンサ
４２排気温度センサ
４４車速センサ

Claims

所定期間の間、排気中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサの出力値が所定閾値未満のままであるときに、前記ＮＯｘセンサに異常が発生していると判定する判定手段を備えたことを特徴とするＮＯｘセンサの異常判定装置。
エンジン運転状態に基づいて、ＮＯｘ質量流量を推定する流量推定手段と、
前記流量推定手段により推定されたＮＯｘ質量流量を積算してＮＯｘ積算量を算出する積算量算出手段と、
を更に備え、
前記所定期間は、前記積算量算出手段により算出されたＮＯｘ積算量が第１の所定値増加するまでの期間であることを特徴とする請求項１記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
前記所定期間は、車両が第２の所定値走行するまでの期間であることを特徴とする請求項１記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
前記所定期間は、燃料が第３の所定値消費されるまでの期間であることを特徴とする請求項１記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
前記判定手段によりＮＯｘセンサに異常が発生していると判定されたときに、その旨を報知する報知手段が更に備えられたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。