JP2015232569A - NOxセンサの制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[実施の形態1のシステムの全体構成]
図1は、この発明の実施の形態1のシステムの全体構成について説明するための図である。図1に示すシステムは車両に搭載されて用いられる。図1に示すシステムにおいて、内燃機関2の排気経路4には、微粒子捕集用フィルタであるDPF(Diesel Particulate Filter)6が設置されている。図示を省略するがDPF6には酸化触媒が組み合わされて配置されている。DPF6は、排気ガスに含まれる微粒子状物質(PM;particulate matter)を捕集するフィルタである。
図2は、本実施の形態1のNOxセンサ14のセンサ素子の構成について説明するための模式図である。なお、NOxセンサ14を例にとって説明するが、NOx触媒10の下流側のNOxセンサ16も同様の構成を有するセンサである。
本実施の形態1において、制御装置20が実行する制御には、NOxセンサ14、16に印加する電圧を制御し、NOxセンサ14、16の出力信号を検出して、SCRシステムの上流又は下流の排気ガスに含まれるNOx濃度を検出する制御が含まれる。
図3の(a1)に示される、NOx吸着期間(所定の期間)では、電極32、34への電圧印加を停止(開放)する。このとき検出極32と基準極34との間の電位差は0Vである。NOx吸着期間は、検出極32においてNOx分解がされず、検出極32へのNOx吸着量が次第に増加する。
図3の(b1)で示される、NOx検出期間において、検出極32と基準極34との間には出力検出用の電圧である交番電圧を印加する。具体的に、印加電圧は、電圧0Vの状態から、検出極32をマイナス基準極34をプラスとする正方向に徐々に上昇し、印加電圧が最大電圧に達した段階で一定時間、保持される。この最大電圧に保持されている間の出力をモニターし最大出力を発した検出タイミング(B)における出力を、センサ出力として検出する。
図4は、本発明の実施の形態1において制御装置20が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図4のルーチンは、一定の演算周期で繰り返し実行されるルーチンである。なお、本実施の形態では、上流側のNOxセンサ14を制御対象として説明する。
図5は、本発明の実施の形態1におけるセンサ出力とNOx濃度との関係を説明するための図である。図5において横軸はセンサ出力(電流)、縦軸はNOx濃度を表している。また図5において、実線(a)は、本実施の形態1における検出値を表し、破線(b)は従来の検出方法での検出値を表している。
(効果1)
従来の検出方法では、ごく低濃度な領域において、十分なセンサ出力を得ることができず、NOxセンサ14では検出できない濃度領域が存在していた。しかし、本実施の形態1では、NOxの吸着を十分に行った後で分解電流を検出することで、ごく低濃度の領域についてもNOx濃度を検出することができる。従って、NOxセンサ14によるNOx濃度の検出可能な範囲を広く確保することができる。
本実施の形態1では、NOxを吸着させた後に分解電流をセンサ出力として検出する。従って、検出する分解電流量を増加させることができる。つまり、図5に示されるように、従来の場合(b)に比べて、NOx濃度の変化に対する、センサ電流(出力)の変化の割合を大きくすることができる。従って、NOxセンサ14の出力はノイズ等の影響を受けにくく、出力にばらつきが生じにくい。従って、本実施の形態1のシステムによれば、NOxセンサ14により高い精度でNOx濃度を検出することができる。また、センサ出力値を大きくすることができるため、例えば、制御装置20とNOxセンサ14との間に増幅器等を設置する必要がなくなる。従って、NOxセンサ14を含むシステム全体のコストダウンを図ることができる。
本実施の形態1では、NOx吸着期間の間、電圧印加をOFFとする場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、検出極32と基準極34との電位差が、0V若しくは0V近傍に設定された基準値以下の値になるように、電圧を印加するものであってもよい。ここで基準値は、少なくともNOx検出期間に印加される交番電圧の最大電圧よりも小さいものとする。また基準値は、検出極でのNOxの分解が促進されない小さい範囲に設定する。これは、以下の実施の形態についても同様である。
本実施の形態2のシステム及びNOxセンサの構成は、図1、図2に示すシステム及びNOxセンサの構成と同一である。本実施の形態2のシステムは、上流側のNOxセンサ14と下流側のNOxセンサ16との2つのセンサを制御する。NOxセンサ14とNOxセンサ16とのそれぞれの制御手法は、実施の形態1と同一であるが、NOx吸着期間の長さ、及び、NOx検出期間に印加される交番電圧の振幅及び周期が、両NOxセンサ14、16間で異なり、かつ、NOx濃度算出において用いられるセンサ出力とNOx濃度との関係を定めたマップが両NOxセンサ14、16間で異なる。
実施の形態3のシステム及びNOxセンサの構成は、図1及び図2のシステム及びNOxセンサの構成と同一である。本実施の形態2では、上流と下流とのNOxセンサ14、16のそれぞれに対し、予めNOx吸着期間の長さ、交番電圧の大きさ及び周期等を設定する場合について説明した。これに対し、実施の形態3のシステムは、1つのNOxセンサ14に対し、その制御中に基準時間(NOx吸着期間の長さ)、交番電圧の最大電圧、及び周期(印加時間)を設定する。
本実施の形態4のシステム及びNOxセンサの構成は、図1及び図2において説明したものと同一である。本実施の形態4では、実施の形態1と同様に、NOx濃度検出にあたり、NOx吸着期間と、交番電圧印加期間とを設ける制御に加え、NOxセンサ14の素子温を検出するための制御を実行する。
実施の形態5のシステム及びNOxセンサは図1及び図2のシステム及びNOxセンサと同一の構成を有している。本実施の形態5の制御は、実施の形態4の制御に加えて、始動時のセンサ活性前に、検出極32へのNOx吸着を防ぐ制御を行う。
4 排気経路
8 尿素噴射弁
10 NOx触媒
12 尿素タンク
14 NOxセンサ
16 NOxセンサ
20 制御装置
30 固体電解質
32 検出極
34 基準極
Claims (6)
- 内燃機関の排気経路に配置されるNOxセンサを制御する、NOxセンサの制御装置であって、
前記NOxセンサは、固体電解質と、前記固体電解質を挟んで配置された一対の電極と、を備え、検出対象となるガスのNOx濃度に応じたセンサ出力を発するセンサであって、
前記NOxセンサの制御装置は、
所定のNOx吸着期間、前記一対の電極間に電圧が印加されない状態、又は、前記一対の電極間の電位差が基準値より小さな状態とするNOx吸着状態と、前記所定のNOx吸着期間の経過後の所定のNOx検出期間、前記一対の電極間にセンサ出力検出用の電圧を印加するNOx検出状態と、を交互に繰り返す手段と、
前記所定のNOx検出期間における前記センサ出力に応じて、NOx濃度を検出する手段と、
を備え、
前記所定のNOx検出期間の経過後、かつ、前記所定のNOx吸着期間の開始前に、前記センサ出力検出用の電圧とは逆方向であって、かつ、前記センサ出力検出用の電圧以下の大きさの電圧を印加することを特徴とするNOxセンサの制御装置。 - 前記NOxセンサの制御装置は、前記内燃機関の排気経路の尿素SCR触媒の上流に配置された第1NOxセンサと下流に配置された第2NOxセンサとの、2つのNOxセンサをそれぞれ制御する制御装置であって、
前記第1NOxセンサに対する前記所定のNOx吸着期間の長さは、前記第2NOxセンサに対する所定のNOx吸着期間の長さよりも短いことを特徴とする請求項1に記載のNOxセンサの制御装置。 - 前記NOxセンサの制御装置は、前記内燃機関の排気経路の尿素SCR触媒の上流に配置された第1NOxセンサと下流に配置された第2NOxセンサとの、2つのNOxセンサをそれぞれ制御する制御装置であって、
前記第1NOxセンサに対する前記センサ出力検出用の電圧の最大値は、前記第2NOxセンサに対する前記センサ出力検出用の電圧の最大値よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載のNOxセンサの制御装置。 - 前記NOxセンサの制御装置は、前記内燃機関の排気経路の尿素SCR触媒の上流に配置された第1NOxセンサと下流に配置された第2NOxセンサとの、2つのNOxセンサをそれぞれ制御する制御装置であって、
前記第1NOxセンサに対する前記所定のNOx検出期間の長さは、前記第2NOxセンサに対する前記所定のNOx検出期間の長さよりも短いことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のNOxセンサの制御装置。 - 前記所定のNOx検出期間の経過後、かつ、前記所定のNOx吸着期間の開始前に、前記センサ出力検出用の電圧の最大値よりも、最大値が小さい交番電圧を印加する手段と、
前記小さい交番電圧を印加した際の前記固体電解質のインピーダンスを検出する手段と、
前記インピーダンスに応じて、前記NOxセンサのセンサ素子の温度を検出する手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のNOxセンサの制御装置。 - 前記NOxセンサのセンサ素子が活性温度に達するまでの間、一定期間ごとに、前記一対の電極間にNOx除去用の交番電圧を印加して、前記一対の電極上のNOxを除去する手段と、
前記NOx除去用の交番電圧印加の後、前記NOx除去用の交番電圧の最大値よりも、最大値が小さい交番電圧を印加する手段と、
前記小さい交番電圧を印加した際の前記固体電解質のインピーダンスを検出する手段と、
前記インピーダンスに応じて、前記センサ素子の温度を検出する手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のNOxセンサの制御装置。
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