JP2017003298A - OUTPUT CORRECTION DEVICE OF NOx SENSOR - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の燃焼室から排出される排気中の窒素酸化物(NOx)の濃度を検出するNOxセンサの出力値を補正する、NOxセンサの出力補正装置に関する。 The present invention relates to a NOx sensor output correction device that corrects an output value of a NOx sensor that detects a concentration of nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas discharged from a combustion chamber of an internal combustion engine.
従来から、内燃機関の排気中の窒素酸化物(NOx)の濃度を検出するNOxセンサが知られている。このNOxセンサは、SCR触媒及びNSR触媒等のNOx浄化触媒よりも下流位置に配設されることが多い。 Conventionally, NOx sensors that detect the concentration of nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas of an internal combustion engine are known. In many cases, this NOx sensor is disposed at a position downstream of the NOx purification catalyst such as an SCR catalyst and an NSR catalyst.
SCR触媒は、選択的触媒還元(SCR:Selective Catalytic Reduction)を行う。SCRとは、SCR触媒の上流に添加される還元剤(尿素)から生成されるNH3(アンモニア)により排気中のNOx(窒素酸化物)を窒素(N2)へと還元浄化することを指す。 The SCR catalyst performs selective catalytic reduction (SCR). SCR refers to reducing and purifying NOx (nitrogen oxide) in exhaust gas to nitrogen (N 2 ) by NH 3 (ammonia) generated from a reducing agent (urea) added upstream of the SCR catalyst. .
一方、NSR触媒は、NOx吸蔵還元(NSR:NOx Storage−Reduction)を行う。NSRは、リーン燃焼状態の排気中の一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)に酸化し、それを、アルカリ土類金属を用いて金属硝酸塩として吸蔵しておく。NSR触媒は、リッチ燃焼状態が瞬間的に作り出されたとき(所謂「リッチスパイク」が導入されたとき)、上記硝酸塩を分解してNOxを窒素(N2)へと還元浄化する。 On the other hand, the NSR catalyst performs NOx storage reduction (NSR: NOx Storage-Reduction). The NSR oxidizes nitric oxide (NO) in the exhaust gas in a lean combustion state to nitrogen dioxide (NO 2 ), and stores it as a metal nitrate using an alkaline earth metal. When a rich combustion state is created instantaneously (when a so-called “rich spike” is introduced), the NSR catalyst decomposes the nitrate and reduces and purifies NOx to nitrogen (N 2 ).
ところで、SCR触媒においては、例えば、過剰な還元剤の添加及び/又は当該触媒の劣化に伴う活性の低下等に起因して、当該触媒の下流へのアンモニア(NH3)の流出(所謂「アンモニアスリップ」)が発生する場合がある。NSR触媒においても、上述したリッチスパイクによりNH3が生成されることが知られている。このようにして排気中のNH3もまた、NOxセンサの検出値に影響を及ぼす。具体的には、NOxセンサの検出値は、排気中の「NOxの濃度及びNH3の濃度」に対応することが知られている(例えば、特許文献1及び2を参照。)。
By the way, in the SCR catalyst, ammonia (NH 3 ) flows out downstream of the catalyst (so-called “ammonia”, for example, due to the addition of an excessive reducing agent and / or a decrease in activity accompanying the deterioration of the catalyst). Slip ") may occur. It is known that NH 3 is also generated in the NSR catalyst by the above-described rich spike. In this way, NH 3 in the exhaust also affects the detection value of the NOx sensor. Specifically, it is known that the detected value of the NOx sensor corresponds to “the concentration of NOx and the concentration of NH 3 ” in the exhaust gas (see, for example,
NOxセンサが正常であるか否かを自己診断する場合、及び、NOxセンサの出力値を用いて内燃機関の各種制御を行う場合、等において、これらを精度良く行うためには、NOxセンサが、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度に応じた値を精度良く出力することが重要である。 In order to perform these accurately, such as when performing a self-diagnosis of whether the NOx sensor is normal and performing various controls of the internal combustion engine using the output value of the NOx sensor, the NOx sensor is It is important to accurately output values corresponding to the concentrations of “NOx and NH 3 ” contained in the exhaust gas.
本発明者は、NOxセンサに到達する排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度に基づいて推定される「NOxセンサが出力するであろう検出値(推定値)」よりもNOxセンサの実際の検出値(実測値)が小さい場合があることを見出した。更に、本発明者は、推定値と実測値との差の大きさが、排気中のNOxとNH3とのモル比に応じて変動することを発見した。ところが、従来は、このモル比を考慮して排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度に応じた値を精度良く得ることができる技術は提案されていない。 The present inventor has determined that the NOx sensor is more effective than the “detected value (estimated value) that the NOx sensor will output” estimated based on the concentration of “NOx and NH 3 ” contained in the exhaust gas that reaches the NOx sensor. It has been found that the actual detection value (actual measurement value) may be small. Furthermore, the present inventor has found that the magnitude of the difference between the estimated value and the actually measured value varies depending on the molar ratio of NOx and NH 3 in the exhaust gas. However, conventionally, no technology has been proposed that can accurately obtain values corresponding to the concentrations of “NOx and NH 3 ” contained in the exhaust gas in consideration of this molar ratio.
以上から、本発明の目的の一つは、排気中に「NOx及びNH3」が含まれる状況であっても、NOxセンサの検出値に基づいて、その「NOx及びNH3」の濃度に精度良く応じた出力値を得ることができる、NOxセンサの出力補正装置を提供することにある。 From the above, one of the objects of the present invention is to accurately adjust the concentration of “NOx and NH 3 ” based on the detection value of the NOx sensor even in a situation where “NOx and NH 3 ” is contained in the exhaust gas. An object of the present invention is to provide a NOx sensor output correction device capable of obtaining a well-matched output value.
上記のような点に鑑み、本発明に係るNOxセンサの出力補正装置(以降、「本発明装置」と称される場合がある。)は、内燃機関の排気通路に介装されるとともに排気中に含まれるNOxを還元浄化するNOx浄化触媒よりも下流側位置に配設され、且つ、排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散層及び同拡散層を通過した排気中に含まれるNOを還元してN2に変換する電極部を有し、前記電極部において還元されるNOの量に対応する値を検出値として出力するNOxセンサ、に適用される。 In view of the above points, the NOx sensor output correction device according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the present invention device”) is interposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and is exhausted. NOx contained in the exhaust gas that is disposed downstream of the NOx purification catalyst that reduces and purifies NOx contained in the exhaust gas and that is made of a porous material through which the exhaust gas can pass. Thus, the present invention is applied to a NOx sensor that has an electrode portion that converts to N 2 and outputs a value corresponding to the amount of NO reduced at the electrode portion as a detection value.
本発明装置は、前記検出値を補正することにより補正後検出値を出力値として求める制御部を備える。この制御部は、推定部と、補正部と、を備える。 The device of the present invention includes a control unit that obtains the corrected detection value as an output value by correcting the detection value. The control unit includes an estimation unit and a correction unit.
上記推定部は、前記NOx浄化触媒から流出する排気中のNO及びNH3の各濃度を前記検出値以外の取得値に基づいて推定する。 The estimation unit estimates each concentration of NO and NH 3 in the exhaust gas flowing out from the NOx purification catalyst based on an acquired value other than the detection value.
上記補正部は、前記推定されたNOの濃度及びNH3の濃度から導かれる排気中のNOとNH3とのモル比が1:1に近いほど、NOxセンサによる検出値をより大きい値に補正する。換言すれば、上記補正部は、前記推定されたNOの濃度及び前記推定されたNH3の濃度から導かれるNOに対するNH3のモル比が1に近いほど前記検出値に対する前記補正後検出値の比がより大きい値になるように、前記検出値を補正することにより前記補正後検出値を求める。具体的には、例えば、上記補正部は、上記「NOに対するNH3のモル比」と1との差の大きさが第1の値である場合における前記検出値に対する前記補正後検出値の比である第1補正比が、前記差の大きさが前記第1の値よりも大きい第2の値である場合における前記検出値に対する前記補正後検出値の比である第2補正比よりも大きい値になるように、前記検出値を補正する。従って、たとえ検出値の大きさが同じであっても、上記「NOに対するNH3のモル比」が1に近いほど、より大きい補正後検出値が求められる。 The correction unit corrects the value detected by the NOx sensor to a larger value as the molar ratio between NO and NH 3 in the exhaust gas derived from the estimated NO concentration and NH 3 concentration is closer to 1: 1. To do. In other words, the correction unit increases the detection value after correction with respect to the detection value as the molar ratio of NH 3 to NO derived from the estimated NO concentration and the estimated NH 3 concentration is closer to 1. The corrected detection value is obtained by correcting the detection value so that the ratio becomes a larger value. Specifically, for example, the correction unit performs a ratio of the detection value after correction to the detection value when the difference between the “molar ratio of NH 3 to NO” and 1 is a first value. The first correction ratio is greater than a second correction ratio that is a ratio of the detection value after correction to the detection value when the magnitude of the difference is a second value that is larger than the first value. The detected value is corrected so as to be a value. Accordingly, even if the detected value is the same, the larger the detected “molar ratio of NH 3 to NO” is, the larger the detected value after correction is obtained.
本発明装置によれば、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度をNOxセンサによる検出値から精度良く取得することができる。 According to the apparatus of the present invention, the concentration of “NOx and NH 3 ” contained in the exhaust gas can be obtained with high accuracy from the detection value obtained by the NOx sensor.
ところで、上述したように、NOxセンサに到達する排気中のNOとNH3とのモル比が1:1に近いほど(NOに対するNH3のモル比と1との差の大きさが小さいほど)、当該排気中の「NOxの濃度及びNH3の濃度」に基づいて推定される検出値と比較して、NOxセンサによって実際に出力される検出値がより小さい。このような現象が起こる原因としては、NOxセンサが備える拡散層において、以下の化学反応式(1)によって表される反応が起こり、排気中のNOとNH3とが1:1のモル比にて消費されることが挙げられる。 By the way, as described above, the closer the molar ratio between NO and NH 3 in the exhaust gas reaching the NOx sensor is closer to 1: 1 (the smaller the difference between the molar ratio of NH 3 to NO and 1 is). The detection value actually output by the NOx sensor is smaller than the detection value estimated based on the “NOx concentration and NH 3 concentration” in the exhaust gas. The cause of such a phenomenon is that a reaction represented by the following chemical reaction formula (1) occurs in the diffusion layer provided in the NOx sensor, and NO and NH 3 in the exhaust gas have a molar ratio of 1: 1. Is consumed.
上記反応の収率は、排気中のNOとNH3とのモル比のみならず、例えばNOxセンサに到達する排気の流量(排気流量)、温度(排気温)及び酸素濃度等、内燃機関の運転状況による影響を受け得る。 The yield of the above reaction is not only the molar ratio of NO and NH 3 in the exhaust, but also the operation of the internal combustion engine, such as the flow rate (exhaust flow rate), temperature (exhaust temperature) and oxygen concentration of the exhaust gas reaching the NOx sensor. Can be affected by the situation.
具体的には、上記反応は、排気中に含まれるNOとNH3とが上記拡散層中を通過する間に起こる。従って、上記拡散層を排気が通過するのに要する時間が短いほど、上記反応が起こり得る時間が短く、上記反応によって消費されるNO及びNH3が少ない。即ち、上記拡散層を通過する排気の速度が高いほど、上記反応に起因するNOxセンサによる検出値の低下量が小さい。従って、NOxセンサに到達する排気中のNOとNH3とのモル比が一定である場合、排気流量が大きいほど、より小さい補正後検出値を求めることが望ましい。 Specifically, the reaction occurs while NO and NH 3 contained in the exhaust gas pass through the diffusion layer. Therefore, the shorter the time required for the exhaust gas to pass through the diffusion layer, the shorter the time during which the reaction can occur, and the less NO and NH 3 are consumed by the reaction. That is, the higher the speed of the exhaust gas passing through the diffusion layer, the smaller the amount of decrease in the detected value by the NOx sensor due to the reaction. Therefore, when the molar ratio between NO and NH 3 in the exhaust gas reaching the NOx sensor is constant, it is desirable to obtain a smaller corrected detection value as the exhaust gas flow rate increases.
そこで、本発明の1つの実施態様に係るNOxセンサの出力補正装置において、前記制御部は、前記NOxセンサに到達する排気の流量である排気流量を検出する排気流量検出部を更に備え得る。詳しくは後述するように、排気流量は、例えば、エアフローメータによって検出される吸入空気量に基づいて取得することができる。この場合、排気流量検出部はエアフローメータを含む。更に、前記補正部は、前記検出された排気流量が大きいほど、前記第1補正後検出値と前記第2補正後検出値との差が小さくなるように、前記検出値を補正することにより前記補正後検出値を求めるように構成され得る。 Therefore, in the output correction apparatus for a NOx sensor according to one embodiment of the present invention, the control unit may further include an exhaust flow rate detection unit that detects an exhaust flow rate that is a flow rate of exhaust gas that reaches the NOx sensor. As will be described in detail later, the exhaust flow rate can be acquired based on, for example, an intake air amount detected by an air flow meter. In this case, the exhaust flow rate detection unit includes an air flow meter. Further, the correction unit corrects the detection value so that the difference between the first corrected detection value and the second corrected detection value decreases as the detected exhaust flow rate increases. It may be configured to obtain a corrected detection value.
上記によれば、排気流量の変化に起因するNO及びNH3の上記反応による消費量の変化に応じて、NOxセンサによる検出値をより適切に補正することができる。その結果、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度をNOxセンサによる検出値から更に精度良く取得することができる。 Based on the above, it is possible to more appropriately correct the detection value by the NOx sensor in accordance with the change in consumption due to the above reaction of NO and NH 3 due to the change in the exhaust flow rate. As a result, the concentration of “NOx and NH 3 ” contained in the exhaust gas can be obtained with higher accuracy from the detection value obtained by the NOx sensor.
ところで、上記化学反応式(1)によって表される反応の反応場である上記拡散層の温度が高いほど、上記反応がより高い速度で起こり、上記反応によって消費されるNO及びNH3がより多くなる。上記拡散層の温度は、例えば、上記拡散層を通過する排気の温度が高いほど、より高くなる。即ち、NOxセンサに到達する排気の温度(排気温)が高いほど、上記反応に起因するNOxセンサによる検出値の低下量が大きい。従って、NOxセンサに到達する排気中に含まれるNOとNH3とのモル比が一定である場合、排気温が高いほど、より大きい補正後検出値を求めることが望ましい。 By the way, the higher the temperature of the diffusion layer that is the reaction field of the reaction represented by the chemical reaction formula (1), the higher the reaction occurs, and the more NO and NH 3 are consumed by the reaction. Become. For example, the temperature of the diffusion layer becomes higher as the temperature of the exhaust gas passing through the diffusion layer is higher. That is, the higher the temperature of the exhaust gas that reaches the NOx sensor (exhaust temperature), the greater the amount of decrease in the detected value by the NOx sensor due to the reaction. Therefore, when the molar ratio between NO and NH 3 contained in the exhaust gas reaching the NOx sensor is constant, it is desirable to obtain a larger corrected detection value as the exhaust gas temperature is higher.
そこで、本発明のもう1つの実施態様に係るNOxセンサの出力補正装置において、前記制御部は、前記NOxセンサに到達する排気の温度である排気温を検出する排気温検出部を更に備え得る。詳しくは後述するように、排気温は、NOxセンサの上流位置の排気管(排気通路)に配設された温度センサによって検出することができる。この場合、排気温検出部は、温度センサを含む。更に、前記補正部は、前記検出された排気温が高いほど、前記第1補正後検出値と前記第2補正後検出値との差が大きくなるように、前記検出値を補正することにより前記補正後検出値を求めるように構成され得る。 Therefore, in the NOx sensor output correction apparatus according to another embodiment of the present invention, the control unit may further include an exhaust temperature detection unit that detects an exhaust temperature that is the temperature of the exhaust that reaches the NOx sensor. As will be described in detail later, the exhaust temperature can be detected by a temperature sensor disposed in an exhaust pipe (exhaust passage) upstream of the NOx sensor. In this case, the exhaust temperature detection unit includes a temperature sensor. Furthermore, the correction unit corrects the detection value so that the difference between the detection value after the first correction and the detection value after the second correction increases as the detected exhaust gas temperature increases. It may be configured to obtain a corrected detection value.
上記によれば、排気温の変化に起因するNO及びNH3の上記反応による消費量の変化に応じて、NOxセンサによる検出値をより適切に補正することができる。その結果、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度をNOxセンサによる検出値から更に精度良く取得することができる。 Based on the above, it is possible to more appropriately correct the detected value by the NOx sensor in accordance with the change in consumption due to the above reaction of NO and NH 3 due to the change in the exhaust temperature. As a result, the concentration of “NOx and NH 3 ” contained in the exhaust gas can be obtained with higher accuracy from the detection value obtained by the NOx sensor.
ところで、上記化学反応式(1)の反応物には酸素(O2)が含まれる。従って、NOxセンサに到達する排気中に含まれるO2の量が多いほど、上記反応がより高い速度で起こり、上記反応によって消費されるNO及びNH3がより多くなる。即ち、NOxセンサに到達する排気中に含まれるO2の量が多いほど、上記反応に起因するNOxセンサによる検出値の低下量が大きい。従って、NOxセンサに到達する排気中のNOとNH3とのモル比が一定である場合、当該排気中に含まれるO2の量が多いほど、より大きい補正後検出値を求めることが望ましい。 By the way, oxygen (O 2 ) is contained in the reaction product of the chemical reaction formula (1). Therefore, the greater the amount of O 2 contained in the exhaust gas that reaches the NOx sensor, the higher the rate of the reaction, and the more NO and NH 3 are consumed by the reaction. That is, the larger the amount of O 2 contained in the exhaust gas that reaches the NOx sensor, the greater the amount of decrease in the detected value by the NOx sensor due to the reaction. Therefore, when the molar ratio between NO and NH 3 in the exhaust gas that reaches the NOx sensor is constant, it is desirable to obtain a larger corrected detection value as the amount of O 2 contained in the exhaust gas increases.
そこで、本発明の更にもう1つの実施態様に係るNOxセンサの出力補正装置において、前記制御部は、前記NOxセンサに到達する排気中に含まれるO2の濃度である酸素濃度を検出する酸素濃度検出部を更に備え得る。詳しくは後述するように、酸素濃度は、NOxセンサの上流位置の排気管(排気通路)に配設されたO2センサによって検出することができる。この場合、酸素濃度検出部は、O2センサを含む。更に、前記補正部は、前記検出された酸素濃度が高いほど、前記第1補正後検出値と前記第2補正後検出値との差が大きくなるように、前記検出値を補正することにより前記補正後検出値を求めるように構成され得る。 Therefore, in the output correction device for a NOx sensor according to still another embodiment of the present invention, the control unit detects an oxygen concentration that is an oxygen concentration that is a concentration of O 2 contained in the exhaust gas that reaches the NOx sensor. A detection part may be further provided. As will be described in detail later, the oxygen concentration can be detected by an O 2 sensor disposed in an exhaust pipe (exhaust passage) upstream of the NOx sensor. In this case, the oxygen concentration detection unit includes an O 2 sensor. Further, the correction unit corrects the detection value so that the difference between the first corrected detection value and the second corrected detection value increases as the detected oxygen concentration increases. It may be configured to obtain a corrected detection value.
上記によれば、NOxセンサに到達する排気中に含まれるO2の濃度の変化に起因するNO及びNH3の上記反応による消費量の変化に応じて、NOxセンサによる検出値をより適切に補正することができる。その結果、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度をNOxセンサによる検出値から更に精度良く取得することができる。 According to the above, the detection value by the NOx sensor is more appropriately corrected in accordance with the change in consumption due to the above reaction of NO and NH 3 caused by the change in the concentration of O 2 contained in the exhaust gas that reaches the NOx sensor. can do. As a result, the concentration of “NOx and NH 3 ” contained in the exhaust gas can be obtained with higher accuracy from the detection value obtained by the NOx sensor.
ところで、上記NOx浄化触媒は、その下流にNH3を排出し得るNOx浄化触媒である。より具体的には、上記NOx浄化触媒は、SCR触媒及びNSR触媒の何れか一方又は両方を含む。 By the way, the NOx purification catalyst is a NOx purification catalyst capable of discharging NH 3 downstream thereof. More specifically, the NOx purification catalyst includes one or both of an SCR catalyst and an NSR catalyst.
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。 Other objects, other features, and attendant advantages of the present invention will be readily understood from the description of each embodiment of the present invention described with reference to the following drawings.
<第1実施形態>
以下、図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係るNOxセンサの出力補正装置(以下、「第1装置」とも称呼する。)」について説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, an NOx sensor output correction apparatus (hereinafter also referred to as “first apparatus”) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<内燃機関の構成>
第1装置は、図1に示した内燃機関(機関)10に適用される。機関10は、多気筒(本例では直列4気筒)・4サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関10は、機関本体部20、燃料供給システム30、吸気システム40、排気システム50、及び、EGRシステム60を含んでいる。
<Configuration of internal combustion engine>
The first device is applied to the internal combustion engine (engine) 10 shown in FIG. The
機関本体部20は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケース等を含む本体21を含む。本体21には、4つの気筒(燃焼室)♯1乃至♯4が形成されている。各気筒♯1乃至♯4の上部には、それぞれ、燃料噴射弁(インジェクタ)23が配設されている。各燃料噴射弁23は、後述するエンジンECU(電子制御ユニット)80の指示に応答して開弁し、対応する気筒♯1乃至♯4内に燃料を直接噴射するようになっている。
The engine
燃料供給システム30は、燃料加圧ポンプ(サプライポンプ)31、燃料送出管32及びコモンレール(蓄圧室)33を含む。燃料加圧ポンプ31の吐出口は燃料送出管32に接続されている。燃料送出管32はコモンレール33に接続されている。コモンレール33は燃料噴射弁23に接続されている。
The
燃料加圧ポンプ31は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料を汲み上げた後に加圧し、その加圧された高圧燃料を、燃料送出管32を通してコモンレール33へ供給するようになっている。
The
吸気システム40は、インテークマニホールド41、吸気管42、エアクリーナ43、過給機44のコンプレッサ44a、インタークーラ45、スロットル弁46、及び、スロットル弁アクチュエータ47を含んでいる。
The
インテークマニホールド41は、「各気筒♯1乃至♯4に接続された枝部」及び「枝部が集合した集合部」を含む。吸気管42はインテークマニホールド41の集合部に接続されている。インテークマニホールド41及び吸気管42は吸気通路を構成している。
The
吸気管42には、吸入空気の流れの上流から下流に向け、エアクリーナ43、コンプレッサ44a、インタークーラ45及びスロットル弁46が順に配設されている。スロットル弁アクチュエータ47は、ECU80の指示に応じてスロットル弁46の開度を変更するようになっている。
In the
排気システム50は、エキゾーストマニホールド51、排気管52、過給機44のタービン44b、排気浄化装置53及び尿素水添加装置54を含んでいる。
The
エキゾーストマニホールド51は、「各気筒♯1乃至♯4に接続された枝部」及び「枝部が集合した集合部」を含む。排気管52はエキゾーストマニホールド51の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド51及び排気管52は排気通路を構成している。
The
排気管52には、排気の流れの上流から下流に向け、タービン44b及び排気浄化装置53が配設されている。
A
排気浄化装置53は、酸化触媒53a、触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、「DPR」と称呼する。)53b、選択還元型NOx触媒(以下、「SCR触媒」と称呼する。)53c、及び、NH3酸化触媒(ASC)53dを含んでいる。
The
酸化触媒53aは、過給機44のタービン44bの下流位置の排気管52内に配設されている。DPR53bは、酸化触媒53aの下流位置の排気管52内に配設されている。SCR触媒53cは、DPR53bの下流位置の排気管52内に配設されている。NH3酸化触媒53dは、SCR触媒53cの下流位置の排気管52内に配設されている。
The
尿素水添加装置54は、尿素水タンク55、第1接続管56、尿素水加圧装置57、第2接続管58及び尿素水噴射弁59を含んでいる。第1接続管56は、尿素水タンク55と尿素水加圧装置57とを接続している。第2接続管58は、尿素水加圧装置57と尿素水噴射弁59とを接続している。尿素水噴射弁59は、SCR触媒53cの上流位置の排気管52に配設されている。
The urea
過給機44は、周知の可変容量型過給機であり、そのタービン44bには図示しない複数のノズルベーン(可変ノズル)が設けられている。このノズルベーンは、ECU80の指示に応じて開度が変更され、その結果、過給圧が変更(制御)されるようになっている。
The
EGRシステム60は、排気還流管61、EGR制御弁62、及び、EGRクーラ63を含んでいる。
The
排気還流管61は、タービン44bの上流位置の排気通路(エキゾーストマニホールド51)と、スロットル弁46の下流位置の吸気通路(インテークマニホールド41)と、を連通している。排気還流管61はEGRガス通路を構成している。
The exhaust
EGR制御弁62は排気還流管61に配設されている。EGR制御弁62は、ECU80からの指示に応じてEGRガス通路の通路断面積を変更することにより、排気通路から吸気通路へと再循環される排気量(EGRガス量)を変更し得るようになっている。
The
EGRクーラ63は排気還流管61に介装され、排気還流管61を通過するEGRガスの温度を低下するようになっている。
The
ECU80は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM及びインターフェース等を含む。ECU80は、以下に述べるセンサ類と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信(入力)するようになっている。更に、ECU80は、各種アクチュエータ(燃料噴射弁23及び尿素水噴射弁59等)に指示(駆動)信号を送出するようになっている。
The
ECU80は、エアフローメータ71、スロットル弁開度センサ72、EGR制御弁開度センサ73、クランク角度センサ74、水温センサ75、NOxセンサ76、NOxセンサ77、アクセル操作量センサ78、車速センサ79、温度センサ81、及び、温度センサ82と接続されている。
The
エアフローメータ71は、吸気管42に配設されている。このエアフローメータ71は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量(吸入空気量)を測定し、その吸入空気量Gaを表す信号を出力する。
The
スロットル弁開度センサ72は、スロットル弁46の開度(スロットル弁開度)を検出し、そのスロットル弁開度TAを表す信号を出力する。
The throttle
EGR制御弁開度センサ73は、EGR制御弁62の開度を検出し、その開度を表す信号を出力する。
The EGR control valve opening sensor 73 detects the opening of the
クランク角度センサ74は、機関本体部20に配設されている。このクランク角度センサ74は、機関10の図示しないクランクシャフトの回転位置(即ち、クランク角度)に応じた信号を出力する。
The
ECU80は、クランク角度センサ74及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関10のクランク角度(絶対クランク角度)を取得する。更に、ECU80は、クランク角度センサ74からの信号に基づいて、機関回転速度NEを取得する。
The
水温センサ75は、機関10の冷却水の温度(冷却水温度)を検出し、その冷却水温度THWを表す信号を出力する。
The water temperature sensor 75 detects the temperature of the cooling water (cooling water temperature) of the
NOxセンサ76は、DPR53bの下流位置であって且つ尿素水噴射弁59の上流位置の排気管52に配設されている。このセンサ(以下、「上流側NOxセンサ」とも称呼する。)78は、後述するように、そこに到達する排気中のNOx濃度を測定し、そのNOx濃度を表す信号(電流)を出力する。
The
NOxセンサ77は、SCR触媒53cの下流位置であって且つNH3酸化触媒53dの上流位置の排気管52に配設されている。このセンサ(以下、「下流側NOxセンサ」とも称呼する。)77は、後述するように、そこに到達する排気中の「NOx及びNH3濃度」を測定し、その「NOx及びNH3濃度」を表す信号(電流)を出力する。
The
アクセル操作量センサ78は、図示しないアクセルペダルの操作量を検出し、その操作量Accpを表す信号を出力する。
車速センサ79は、機関10が搭載されている車両の走行速度を検出し、その走行速度(車速)SPDを表す信号を出力する。
The accelerator
The
温度センサ81は、SCR触媒53cに配設されている。この温度センサ81は、SCR触媒53cの温度を検出し、その温度TSCRを表す信号を出力する。
The
温度センサ82は、SCR触媒53cの下流位置であって且つNH3酸化触媒53dの上流位置の排気管52に配設されている。この温度センサ82は、SCR触媒53cから流出する排気の温度(排気温)を検出し、その排気温度TEXを表す信号を出力する。
The
<酸化触媒の基本動作>
酸化触媒53aは、そこに流入する排気中の未燃炭化水素(未燃HC)及び一酸化炭素(CO)を酸化する。加えて、酸化触媒53aには、そこに流入する排気中のNO2濃度を増大させる働きもある。
<Basic operation of oxidation catalyst>
The
<DPRの基本動作>
DPR53bは、排気中のパティキュレート(煤)を捕集するフィルタであり、その表面に貴金属が担持されている。DPR53bに捕集されたパティキュレートは、DPF53bの温度が高くなると貴金属の触媒作用によって燃焼処理される。
<Basic operation of DPR>
The
<SCR触媒の基本動作>
尿素水噴射弁59は、ECU80の指示に応答して尿素水タンク55内の尿素水を排気管52内に噴射する。これにより、尿素水がSCR触媒53cに供給される。SCR触媒53cに供給された尿素水は、以下の化学反応式(2)に示した加水分解反応を経てNH3に変換される。
<Basic operation of SCR catalyst>
The urea
各気筒(各燃焼室)♯1乃至♯4内における燃焼に伴い、NOxが発生する。このNOxは、排気通路に排出され、SCR触媒53cに流入する。SCR触媒53cに流入したNOxは、前記尿素水から生成されたNH3を還元剤として、以下の化学反応式(3)乃至(5)に示した化学反応の何れかを経てSCR触媒53cにより還元浄化される。
NOx is generated with combustion in each cylinder (each combustion chamber) # 1 to # 4. This NOx is discharged into the exhaust passage and flows into the
<NH3酸化触媒の基本動作>
ところで、SCR触媒53cに適量の尿素水(NH3の原料)が供給されている場合、その尿素水から生成されるNH3はNOxの浄化に使用されるので、SCR触媒53cからNH3が流出することは無い。しかしながら、SCR触媒53cに過剰な量の尿素水が供給されると、SCR触媒53cからNH3が流出することがある。
<Basic operation of NH 3 oxidation catalyst>
However, if the appropriate amount of urea water (raw material NH 3) is supplied to the
NH3酸化触媒53dは、その活性時において、上記のようにSCR触媒53cから流出するNH3を以下の化学反応式(6)に示した反応により酸化処理する。
NH 3 oxidation catalyst 53d, during its activity, oxidizing the reaction shown a NH 3 flowing out of the
<尿素水噴射制御>
上述したように、SCR触媒53cに流入したNOxは、排気管52内に噴射された尿素水から生成されたNH3を還元剤として、化学反応式(3)乃至(5)に示した化学反応の何れかを経てSCR触媒53cにより還元浄化される。従って、排気管52内に噴射される尿素水が多いほど、SCR触媒53cによるNOxの浄化率は高まる傾向にある。しかしながら、排気管52内に過剰な尿素が噴射されるとSCR触媒53cからNH3が流出する「いわゆるアンモニアスリップ」が生じてしまう。
<Urea water injection control>
As described above, the NOx that has flowed into the
そこで、本例においては、機関10の運転中、ECU80が、SCR触媒53cに吸着されているNH3の量(以下、「NH3吸着量」と称呼する。)QNH3が「所定範囲の量」である状態が維持されるように、尿素水噴射弁59から噴射される尿素水の量を制御する。上記「所定範囲の量」は、例えば、SCR触媒53cによるNOxの浄化率が許容範囲内にあり且つアンモニアスリップが生じない程度の値に設定される。本例において、前記所定範囲の上限値QNH3upperは、アンモニアスリップが生じない程度の値に設定される。一方、前記所定範囲の下限値QNH3lowerは、SCR触媒53cのNOx浄化率RNOXが最小限要求される浄化率となる値に設定される。
Therefore, in this example, during the operation of the
一方、上記NH3吸着量QNH3は、SCR触媒53cによるNOxの還元浄化にNH3が消費されることによって減少する。従って、ECU80は、「SCR触媒53cにてNOxの還元に消費されるNH3の量(以下、「NH3消費量」と称呼する。)dQNH3d」を推定する。
On the other hand, the NH 3 adsorption amount QNH3 decreases as NH 3 is consumed for the reduction purification of NOx by the
より具体的に述べると、ECU80は、「SCR触媒53cに流入する排気中のNOx濃度(以下、「流入NOx濃度」と称呼する。)CNOXin」と「吸入空気量Ga」とに基づいて「SCR触媒53cに流入するNOxの量(以下、「流入NOx量」と称呼する。)QNOXを推定する。流入NOx濃度CNOXinは、上流側NOxセンサ76により測定される。吸入空気量Gaは、エアフローメータ71により測定される。
More specifically, the
更に、ECU80は、「流入NOx濃度CNOXin」と「SCR触媒53cから流出する排気中のNOx濃度(以下、「流出NOx濃度」と称呼する。)CNOXout」と、に基づいて、SCR触媒53cのNOx浄化率RNOXを推定する。流出NOx濃度CNOXoutは、下流側NOxセンサ77により測定される。
Further, the
ECU80は、上記「流入NOx量QNOX」及び「SCR触媒53cのNOx浄化率RNOX」に基づいて、NH3消費量dQNH3dを推定する。ECU80は、この推定されたNH3消費量dQNH3dを「現在のNH3吸着量QNH3」から減ずることにより得られる値を新たに現在のNH3吸着量QNH3とする。
The
上記のようにして求められた「現在のNH3吸着量QNH3」が前記所定範囲の量よりも少ない場合、ECU80は、尿素水噴射弁59からの尿素水の噴射によりSCR触媒53cにNH3を新たに吸着させて、NH3吸着量QNH3を増大させる。より具体的に述べると、ECU80は、「現在のNH3吸着量QNH3と前記所定範囲の量との差ΔQNH3」に基づいて、NH3吸着量QNH3を前記所定範囲の量とするために必要な尿素水の量を算出し、算出された量の尿素水を尿素水噴射弁59から噴射させる。
When the “current NH 3 adsorption amount QNH3” obtained as described above is smaller than the predetermined range, the
このとき、ECU80は、尿素水噴射弁59から噴射された尿素水の量に基づいて「SCR触媒53cに新たに吸着するNH3の量(以下、「新規NH3吸着量」と称呼する。)dQNH3iを推定する。そして、ECU80は、この推定された新規NH3吸着量dQNH3iを「現在のNH3吸着量QNH3」に加えることにより得られる値を新たに現在のNH3吸着量QNH3とする。
At this time, the
<下流側NOxセンサの内部構造>
次に、図2を参照しながら、下流側NOxセンサ77の内部構造について説明する。尚、上流側NOxセンサ76の内部構造も、以下で説明する下流側NOxセンサ77の内部構造と同じである。
<Internal structure of downstream NOx sensor>
Next, the internal structure of the
下流側NOxセンサ77は、その内部にセンサ素子77aを有する。このセンサ素子77aは、図2に示したように、2つの固体電解質層90a及び90b、6つのアルミナ層91a乃至91f、1つのヒータ層92、1つの拡散抵抗層93、5つの電極94a乃至94e、並びに、保護層(トラップ層)99を含む。
The
固体電解質層90a及び90bは、ジルコニア等からなる酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。アルミナ層91a乃至91fは、アルミナからなる緻密層(ガス不透過性の板体)である。これら層は、図2において下方から上方に向かって、アルミナ層91f、アルミナ層91e、アルミナ層91d、固体電解質層90b、アルミナ層91c、固体電解質層90a、アルミナ層91b、及び、アルミナ層91aの順で積層されている。
The
拡散抵抗層93は、多孔質の層であり、排気を通すことができる。この拡散抵抗層93は、固体電解質層90aと固体電解質層90bとの間に配設されている。
The
「固体電解質層90a及び90b」と「拡散抵抗層93」と「アルミナ層91c」との間には、これら層の壁面により空間98aが画成されている。この空間98aには、センサ素子77aの外部から拡散抵抗層93を通って排気が流入する(以下、この空間を「排気室」と称呼する。)。
Between the “
更に、「固体電解質層90a」と「アルミナ層91a及び91b」との間には、これら層の壁面により空間98bが画成されている。この空間98bは、大気に通流している(以下、この空間を「大気室」と称呼する。)。
Furthermore, a
加えて、「固体電解質層90b」と「アルミナ層91d及び91e」との間には、これら層の壁面により空間98cが画成されている。この空間98cは、基準ガスとしての大気に通流している(以下、この空間を「大気室」又は「基準ガス室」と称呼する。)。
In addition, a
ヒータ層92は、アルミナ層91eとアルミナ層91fとの間に配設されている。ヒータ層92は、ECU80からの駆動(指示)信号に応答して発熱し、センサ素子77aの温度を上昇させる。
The
保護層99は、多孔質の層であり、排気が通ることができる。この保護層99は、アルミナ層91aの外面、「固体電解質層90a及び90b、アルミナ層91a乃至91f、拡散抵抗層93」の端面、並びに、アルミナ層91fの外面上に配設されている。
The
保護層99は、排気中に混入した凝縮水が「固体電解質層90a及び90b、アルミナ層91a乃至91f、アルミナ層91d乃至91f、並びに、拡散抵抗層93」に付着することにより、これら層にクラックが生じることを防止する。
The
更に、保護層99は、排気中に含まれている「センサ素子77aを劣化させる成分」を捕捉することにより、センサ素子77aの劣化を防止する。
Furthermore, the
電極94bは、排気室98a内に配置されるように固体電解質層90aの一方の壁面に配設されている。電極94aは、固体電解質層90aを挟んで電極94bに対向するように、固体電解質層90aの他方の壁面に配設されている。この電極94aは、大気室98b内に配設されている。
The
電極94aは、配線95dを介して電圧源95bの正極に接続されている。配線95dには、電極94aから電圧源95bに向かう方向に順に、電気抵抗95c及び電流測定器95aが介装されている。電流測定器95aはECU80と接続されていて、電流測定器95aが測定する電流(後述する「ポンプ電流」)はECU80に送出される。一方、電極94bは、配線95eを介して電圧源95bの負極に接続されている。
The
これら「電極94a及び94b、固体電解質層90a、電流測定器95a、電圧源95b、電気抵抗95c、並びに、配線95d及び95e」は、ポンプ部95を構成している。
These “
電極94cは、排気の流れの方向に沿って前記電極94bの下流側において排気室98a内に配置されるように固体電解質層90bの一方の壁面に配設されている。電極94dは、固体電解質層90bを挟んで電極94cに対向するように、固体電解質層90bの他方の壁面に配設されている。この電極94dは、大気室98c内に配置されている。
The
電極94cは、配線96bを介して電圧測定器96aに接続されている。一方、電極94dは、配線96cを介して電圧測定器96aに接続されている。電圧測定器96aはECU80と接続されていて、電圧測定器96aが測定する電圧はECU80に送出される。これら「電極94c及び94d、電圧測定器96a、並びに、配線96b及び96c」は、酸素濃度検出部96を構成している。
The
電極94eは、排気の流れの方向に沿って前記電極94cの下流側において排気室98a内に配置されるように固体電解質層90bの一方の壁面に配設されている。この電極94eは、固体電解質層90bを挟んで電極94dに対向するように固体電解質層90bの壁面に配設されている。
The
電極94dは、配線97cを介して電圧源97bの正極に接続されている。一方、電極94eは、配線97dを介して電圧源97bの負極に接続されている。配線97dには、電流測定器97aが介装されている。電流測定器97aはECU80と接続されていて、電流測定器97aが測定する電流(後述する「センサ電流」)はECU80に送出される。これら「電極94d及び94e、電流測定器97a、電圧源97b、並びに、配線97c及び97d」は、センサ部97を構成している。
The
<NOx濃度測定>
次に、下流側NOxセンサ77による排気中のNOx濃度の測定について図3を参照しながら説明する。尚、上流側NOxセンサ76による排気中のNOx濃度の測定原理も、以下で説明する「下流側NOxセンサ77による排気中のNOx濃度の測定」と同じである。
<NOx concentration measurement>
Next, measurement of NOx concentration in exhaust gas by the
下流側NOxセンサ77に到達した排気は、「保護層99及び拡散抵抗層93」を順に通って排気室98aに流入する。即ち、「保護層99及び拡散抵抗層93」は「拡散層」に該当する。ポンプ部95を構成する「電極94aと電極94bと」の間には、電圧源95bにより電圧が印加されている。これにより、図3に示したように、排気中の酸素(O2)は、電極94bにおいて電子(e−)を受け取り、酸化物イオン(O2−)となる。このO2−は、固体電解質層90aを通って電極94aに到達する。電極94aに到達したO2−は、同電極94aにおいて電子を放出して酸素(O2)となり、センサ素子77aの大気室98bに放出される。
The exhaust gas that has reached the downstream
このように、固体電解質層90a内をO2−が通過することにより、ポンプ部95に電流が流れる。
In this way, current flows through the
更に、排気中に二酸化窒素(NO2)が含まれている場合、このNO2は、電極94bにおいて還元されてNOとなる。このNO2の還元によってO2−が生成される。このO2−も固体電解質層90aを通って電極94aに到達する。この電極94aに到達したO2−も、同電極94aにおいて電子(e−)を放出してO2となり、センサ素子77aの大気室98bに放出される。
Further, when nitrogen dioxide (NO 2 ) is contained in the exhaust gas, this NO 2 is reduced at the
このように、NO2の還元に起因して生成されるO2−が固体電解質層90a内を通過することによっても、ポンプ部95に電流が流れる。
Thus, the current flows through the
電流測定器95aは、上述したようにポンプ部95を流れる電流IPを検出する。この電流(以下、「ポンプ電流」とも称呼する。)IPは、固体電解質層90a内を通過するO2−の量が多いほど大きい。つまり、このポンプ電流IPは、排気室98aに流入する排気中の酸素濃度が高いほど大きく、同排気中のNO2濃度が高いほど大きい。
The
尚、電極94aと電極94bとの間には、これらの電極間に流れる電流が酸素の限界電流となる値の電圧(酸素の限界電流域に該当する電圧)が印加されている。このため、センサ素子77aの外部から「保護層99及び拡散抵抗層93」(拡散層)を通って排気室98aに流入した排気中の酸素濃度は、ポンプ部95により極めて小さい一定の濃度(本例においては、略「0(ゼロ)」と見做すことができる数ppmの濃度)にまで低下される。
A voltage having a value at which the current flowing between these
酸素濃度検出部96を構成する「電極94cと電極94dと」の間には、「ポンプ部95により酸素濃度が低下された排気中の酸素濃度」と「大気室98c内の酸素濃度」との差に起因して電圧(起電力)が発生する。電圧測定器96aはこの電圧を測定する。ECU80は、この測定された電圧に基づいて「ポンプ部95により酸素濃度が低下された排気中の酸素濃度」を推定する。この酸素濃度は、後述するようにNOx濃度を算出(推定)する際の「センサ電流の補正」に用いられる。
Between the “
センサ部97を構成する「電極94dと電極94eと」の間には、センサ部97の電圧源97bにより一定の電圧が印加されている。これにより、電極94eに到達した排気中にNOが含まれている場合、このNOは、電極94eにおいて還元されて窒素(N2)となる。
A constant voltage is applied between the “
このNOの還元によってO2−が生成される。このO2−は固体電解質層90bを通って電極94dに到達する。この電極94dに到達したO2−は、同電極94dにおいて電子(e−)を放出してO2となり、センサ素子77aの大気室98cに放出される。
O 2− is produced by the reduction of NO. This O 2− reaches the
このように、NOの還元に起因して生成されるO2−が固体電解質層90b内を通過することにより、センサ部97に電流ISが流れる。電流測定器97aは、この電流ISを検出する。この電流(以下、「センサ電流」とも称呼する。)ISは、固体電解質層90b内を通過するO2−の量が多いほど大きい。つまり、このセンサ電流ISは、電極94eに到達した排気中のNO濃度(NOx濃度)が高いほど大きい。
Thus, the current IS flows through the
<NH3流入量>
ところで、SCR触媒53cに過剰な尿素水が供給されると、排気室98aにNH3が流入することがある。その排気室98aに流入した排気中のNH3は、図4に示したように、ポンプ部95の電極94b(以下、「ポンプ電極94b」とも称呼する。)において排気中に多量に含まれているO2の一部と反応して一酸化窒素(NO)と水(H2O)とに変換される。
<NH 3 inflow>
By the way, if excessive urea water is supplied to the
更に、NH3から生成されたNOは、その後、センサ電極94eに到達し、上述したように、このセンサ電極94eにおいてN2に還元される。そして、このNOの還元によってO2−が生成される。このO2−は固体電解質層90bを通って電極94dに到達する。この電極94dに到達したO2−は、同電極94dにおいて電子を放出してO2となり、センサ素子77aの大気室98cに放出される。
Further, NO generated from NH 3 then reaches the
このように、NH3から生成されたNOの還元により生成されたO2−が固体電解質層90b内を通過することにより、センサ部97に電流(センサ電流)ISが流れる。このセンサ電流ISは、固体電解質層90b内を通過するO2−の量が多いほど大きい。つまり、このセンサ電流ISは、センサ電極94eに到達する排気中のNO量が多いほど、言い換えると、排気室98aに流入する排気中のNH3量が多いほど大きい。
As described above, when O 2− generated by reduction of NO generated from NH 3 passes through the
以上のように、センサ部97に流れるセンサ電流ISは、下流側NOxセンサ77に到達した排気に含まれていたNO、NO2及びNH3のそれぞれに由来するNOの還元によって生成されたO2−に起因する電流が含まれる。
As described above, the sensor current IS flowing through the
<酸素濃度推定>
ところで、センサ部97の電極94e(以下、「センサ電極94e」と称呼する。)に到達した排気中にO2が含まれている場合、センサ電極94eにおいて、排気中のO2もO2−に変換され、このO2−も固体電解質層90bを通って電極94dに到達する。この場合、センサ電流ISには、「NOの還元によって生成されたO2−に起因する電流」に加えて、「電極94eに到達した排気に元々含まれていたO2に起因する電流」もまた含まれている。
<Oxygen concentration estimation>
By the way, when O 2 is contained in the exhaust gas that has reached the
一方、センサ電極94eに到達した排気に元々含まれていたO2の量は、前述した酸素濃度検出部96により検出される酸素濃度に基づいて推定することができる。そこで、本例においては、ECU80は、「センサ電極94eに到達した排気に元々含まれていたO2に起因して発生したセンサ電流」をセンサ電流ISから減ずる(補正する)。これにより、下流側NOxセンサ77に到達した排気に含まれていたNO、NO2及びNH3のそれぞれに由来するNOの還元によって生成されたO2−のみに起因する電流を、センサ部97に流れるセンサ電流ISとして検出することができる。即ち、センサ電流ISに基づいて「SCR触媒53cから流出する排気中のNOx及びNH3の濃度」を推定(測定)することができる。つまり、センサ電流ISは、NOxセンサ77による「検出値」に該当する。
On the other hand, the amount of O 2 originally contained in the exhaust gas that has reached the
但し、前述したように、「保護層99及び拡散抵抗層93」を通って排気室98aに流入した排気中の酸素濃度は、ポンプ部95により極めて小さい一定の濃度にまで低下されている。従って、酸素濃度検出部96により検出される酸素濃度に基づくセンサ電流ISの補正量は微小な一定値に設定することができ、場合によってはそのような補正は行わなくてもよい。
However, as described above, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the
上流側NOxセンサ76も、同様にして、SCR触媒53cに流入する排気中のNOx濃度を推定(測定)する。
Similarly, the
<第1装置による検出値の補正>
上述したように、下流側NOxセンサ77によれば、「検出値」であるセンサ電流ISに基づいて、「SCR触媒53cから流出する排気中のNOx及びNH3の濃度」を検出することができる。しかしながら、前述したように、本発明者による検討の結果、下流側NOxセンサ77に到達する排気中に含まれるNOx及びNH3の各濃度に基づいて推定される検出値としてのセンサ電流IS(推定値)よりもNOxセンサによって実際に出力される検出値としてのセンサ電流IS(実測値)が小さい場合がある。
<Correction of detection value by first device>
As described above, the
従って、排気中に含まれるNOx及びNH3の濃度を下流側NOxセンサ77による検出値としてのセンサ電流ISから精度良く取得するためには、下流側NOxセンサ77による検出値を補正する必要がある。具体的には、例えば、以下の計算式(1)に示したように、下流側NOxセンサ77によって検出されるセンサ電流ISに補正係数kを乗ずることにより、補正センサ電流IScを得ることができると考えられる。
Therefore, in order to accurately obtain the concentrations of NOx and NH 3 contained in the exhaust gas from the sensor current IS as the detection value by the
しかしながら、本発明者は、センサ電流ISの推定値と実測値との差は一定ではなく、上記補正係数kとして一定の固定値を採用したのでは、正しい補正センサ電流IScを得ることができない場合があることに気付いた。より具体的に述べると、本発明者は、下流側NOxセンサ77による検出値の推定値と実測値との差異は、下流側NOxセンサ77に到達する排気中のNOとNH3とのモル比が1:1に近いほど大きくなるという知見を得たのである。
However, the present inventor has a case where the difference between the estimated value and the actual measurement value of the sensor current IS is not constant, and the correct correction sensor current ISc cannot be obtained by adopting a fixed value as the correction coefficient k. I noticed that there is. More specifically, the present inventor has found that the difference between the estimated value of the detection value by the
即ち、図5の(a)に示したように、下流側NOxセンサ77に到達する排気中に含まれるNO、NO2及びNH3の合計モル濃度が一定であっても、当該排気中のNOとNH3とのモル比が1:1に近いほど、センサ電流ISの大きさが小さくなる。即ち、当該排気中に含まれるNO及びNH3の総量に対するNH3のモル比率(NH3モル比率MRNH3)が50%に近いほど、センサ電流ISの大きさが小さくなり、下流側NOxセンサ77による検出値の推定値と実測値との差が大きくなる。
That is, as shown in FIG. 5 (a), even if the total molar concentration of NO, NO 2 and NH 3 contained in the exhaust gas reaching the
上記現象は、前述したように、下流側NOxセンサ77が備える拡散層(保護層99及び拡散抵抗層93)において、以下の化学反応式(1)によって表される反応が起こり、排気中のNOとNH3とが1:1のモル比にて消費されることに起因すると考えられる。
As described above, in the above phenomenon, the reaction expressed by the following chemical reaction formula (1) occurs in the diffusion layer (
従って、排気中に含まれるNOx及びNH3の濃度を下流側NOxセンサ77による検出値としてのセンサ電流ISから精度良く取得するためには、下流側NOxセンサ77に到達する排気中のNOとNH3とのモル比が1:1に近いほどセンサ電流ISをより大きい値に補正することが望ましい。
Therefore, in order to accurately obtain the concentrations of NOx and NH 3 contained in the exhaust gas from the sensor current IS as a detection value by the
<制御部の構成>
そこで、第1装置は、下流側NOxセンサ77による検出値(センサ電流IS)を補正する制御部を備える。図6に示すように、この制御部100は、推定部110と、補正部120と、を備える。第1装置において、制御部100は、ECU80が発揮する機能として実装される。具体的には、制御部100は、上述した各種センサからの入力信号に基づいて、ECU80が備えるROMに格納されたプログラムに従って、ECU80が備えるCPU(以下、単に「CPU」と称呼する。)が以下に説明するような処理及び動作を実行するように構成される。
<Configuration of control unit>
Therefore, the first device includes a control unit that corrects the detection value (sensor current IS) from the
推定部110は、NOx浄化触媒であるSCR触媒53cから流出する排気中に含まれるNOの濃度及びNH3の濃度をそれぞれ推定する。具体的には、CPUは、上流側NOxセンサ76によって測定される「流入NOx濃度CNOXin」、尿素水添加装置54から添加される尿素水の量である「尿素水量QNY」及び温度センサ81によって検出されるSCR触媒53cの温度である「温度TSCR」を取得する。
The
そして、CPUは、「流入NOx濃度CNOXin」、「尿素水量QNY」及び「温度TSCR」を、上述したROMに予め格納された各ルックアップテーブルにそれぞれ適用する。これにより、CPUは、SCR触媒53cから流出する排気中に含まれるNO及びNH3の濃度(それぞれ、「NO濃度CNO_S」及び「NH3濃度CNH3_S」)を取得する。
Then, the CPU applies “inflow NOx concentration CNOXin”, “urea water amount QNY”, and “temperature TSCR” to each lookup table stored in advance in the ROM. Thereby, the CPU acquires the concentrations of NO and NH 3 contained in the exhaust gas flowing out from the
以上のようにして、CPUは、NOx浄化触媒(SCR触媒53c)から流出する排気中のNO及びNH3の各濃度(「NO濃度CNO_S」及び「NH3濃度CNH3_S」)を、下流側NOxセンサ77による検出値以外の取得値(「流入NOx濃度CNOXin」、「尿素水量QNY」及び「温度TSCR」)に基づいて推定する。即ち、CPUは、第1装置が備える制御部100を構成する推定部110として機能する。尚、流入NOx濃度CNOXin、尿素水量QNY及び温度TSCRからNO濃度CNO_S及びNH3濃度CNH3_Sを取得するために使用される各ルックアップテーブルは、例えば、実験等により求めてECU80のROMに格納しておく。
As described above, the CPU determines the concentrations of NO and NH 3 (“NO concentration CNO_S” and “NH 3 concentration CNH3_S”) in the exhaust gas flowing out from the NOx purification catalyst (
或いは、推定部110(として機能するCPU)は、例えば、SCR触媒53cの理論モデル等に基づき、NO濃度CNO_S及びNH3濃度CNH3_Sを推定してもよい。
Alternatively, the estimation unit 110 (the CPU functioning as the CPU) may estimate the NO concentration CNO_S and the NH 3 concentration CNH3_S based on, for example, a theoretical model of the
一方、補正部120(として機能するCPU)は、上述したようにして取得されたNO濃度CNO_S及びNH3濃度CNH3_Sに基づき、排気中のNOとNH3とのモル比を算出する。そして、CPUは、上記モル比が1:1に近いほど(NH3モル比率MRNH3が50%に近いほど)、下流側NOxセンサ77による検出値としてのセンサ電流ISを補正するための補正係数kをより大きい値に設定する。
On the other hand, the correction unit 120 (the CPU functioning as) calculates the molar ratio of NO and NH 3 in the exhaust based on the NO concentration CNO_S and the NH 3 concentration CNH3_S acquired as described above. Then, as the molar ratio is closer to 1: 1 (as the NH 3 molar ratio MRNH3 is closer to 50%), the CPU corrects the sensor current IS as a detection value by the
本例においては、CPUは、図5の(b)に示したようなNH3モル比率MRNH3とセンサ電流ISを補正するための補正係数kとの対応関係に基づき、上述したようにして取得されたNO濃度CNO_S及びNH3濃度CNH3_Sから算出されるNH3モル比率MRNH3から、補正係数kの具体的な値を取得する。そして、CPUは、取得された補正係数kをセンサ電流ISに乗じて補正センサ電流IScを算出する。CPUは、このようにしてセンサ電流ISの実測値を真の値に近付けるように補正することにより、下流側NOxセンサ77による検出値を補正する。
In this example, the CPU is acquired as described above based on the correspondence relationship between the NH 3 molar ratio MRNH3 and the correction coefficient k for correcting the sensor current IS as shown in FIG. A specific value of the correction coefficient k is obtained from the NH 3 molar ratio MRNH3 calculated from the NO concentration CNO_S and the NH 3 concentration CNH3_S. Then, the CPU multiplies the acquired correction coefficient k by the sensor current IS to calculate a correction sensor current ISc. The CPU corrects the detection value by the
以上のようにして、CPUは、推定されたNOの濃度及び推定されたNH3の濃度から導かれるNOに対するNH3のモル比が1に近いほど(下流側NOxセンサ77による)検出値(センサ電流IS)に対する補正後検出値の比がより大きい値になるように、(下流側NOxセンサ77による)検出値(センサ電流IS)を補正する。具体的には、上記「NOに対するNH3のモル比」と1との差の大きさが第1の値である場合における検出値(センサ電流IS)に対する補正後検出値の比である第1補正比が、上記(モル比と1との)差の大きさが第1の値よりも大きい第2の値である場合における同検出値(センサ電流IS)に対する補正後検出値の比である第2補正比よりも大きい値になるように検出値(センサ電流IS)を補正する。これにより、たとえ検出値(センサ電流IS)の大きさが同じであっても、上記「NOに対するNH3のモル比」が1に近いほど、より大きい補正後検出値(センサ電流ISc)が求められる。 As described above, the CPU detects the detected value (by the downstream NOx sensor 77) as the molar ratio of NH 3 to NO derived from the estimated NO concentration and the estimated NH 3 concentration is closer to 1 (by the downstream NOx sensor 77). The detected value (sensor current IS) (by the downstream NOx sensor 77) is corrected so that the ratio of the corrected detected value to the current IS) becomes a larger value. Specifically, the first is the ratio of the corrected detection value to the detection value (sensor current IS) when the difference between the “molar ratio of NH 3 to NO” and 1 is the first value. The correction ratio is the ratio of the corrected detection value to the detection value (sensor current IS) when the magnitude of the difference (between the molar ratio and 1) is a second value larger than the first value. The detection value (sensor current IS) is corrected so as to be a value larger than the second correction ratio. As a result, even if the magnitude of the detected value (sensor current IS) is the same, the larger the detected “molar ratio of NH 3 to NO” is, the larger the detected value (sensor current ISc) after correction is obtained. It is done.
即ち、CPUは、第1装置が備える制御部100を構成する補正部120としても機能する。尚、SCR触媒53cから流出して下流側NOxセンサ77に到達する排気中のNOとNH3とのモル比(又はNO及びNH3の総量に対するNH3のモル比率)と、センサ電流ISを補正するための補正係数kと、の対応関係は、例えば実験等によって求めて、例えば、ルックアップテーブル等のデータとして、ECU80のROMに格納しておく。
That is, the CPU also functions as the
尚、本例においては、上記のように、推定部によって推定されたNOの濃度及びNH3の濃度から排気中のNOとNH3とのモル比(具体的には、NH3モル比率MRNH3)を算出し、NH3モル比率MRNH3から補正係数kの具体的な値を取得する処理を補正部が実施した。しかしながら、これらの処理の両方又は一方を推定部が実施してもよい。 In this example, as described above, the molar ratio of NO and NH 3 in the exhaust gas (specifically, the NH 3 molar ratio MRNH3) is calculated from the concentration of NO estimated by the estimation unit and the concentration of NH 3. And the correction unit performed a process of obtaining a specific value of the correction coefficient k from the NH 3 molar ratio MRNH3. However, the estimation unit may perform both or one of these processes.
更に、本例においては、上記のような制御部100の機能を、機関10を制御するECU80に発揮させた。しかしながら、制御部100の機能を、機関10を制御するECU80以外の別個の制御装置に発揮させてもよく、或いは、このような別個の制御装置とECU80とに分散して発揮させてもよい。
Further, in this example, the function of the
<第1装置の具体的動作>
ここで、NOxセンサによる検出値の補正における第1装置の具体的動作につき、添付のフローチャートに沿って説明する。CPUは、図7にフローチャートにより示した検出値補正ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、CPUは、所定のタイミングになると、図7のステップ700から処理を開始してステップ710に進み、検出条件が成立しているか否かを判定する。
<Specific operation of first device>
Here, a specific operation of the first device in correction of the detection value by the NOx sensor will be described with reference to the attached flowchart. The CPU executes the detection value correction routine shown by the flowchart in FIG. 7 every elapse of a predetermined time. Therefore, when the predetermined timing comes, the CPU starts processing from
上記「検出条件」は、
(1)機関10の温度が所定温度以上であり(機関10の暖機が完了しており)、
(2)SCR触媒53cが活性化しており(SCR触媒53cの暖機が完了しており)、且つ、
(3)下流側NOxセンサ77が活性化している(下流側NOxセンサ77の暖機が完了している)、
ときに成立する。
The above "detection conditions"
(1) The temperature of the
(2) The
(3) The downstream
Sometimes true.
CPUがステップ710の処理を実行する時点において検出条件が成立していない場合、CPUはそのステップ710にて「No」と判定してステップ795に進み、本ルーチンを一旦終了する。
If the detection condition is not satisfied at the time when the CPU executes the process of
これに対し、CPUがステップ710の処理を実行する時点において検出条件が成立している場合、CPUはそのステップ710にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ720乃至ステップ750の処理を順に実行する。
On the other hand, when the detection condition is satisfied at the time when the CPU executes the process of
ステップ720:CPUは、SCR触媒53cから流出して下流側NOxセンサ77に到達する排気の「NO濃度CNO_S及びNH3濃度CNH3_S」を推定する。具体的には、CPUは、「流入NOx濃度CNOXin」、「尿素水量QNY」及び「温度TSCR」を、上述したROMに予め格納された各ルックアップテーブルにそれぞれ適用する。これにより、CPUは、SCR触媒53cから流出する排気中に含まれるNO及びNH3の濃度(それぞれ、「NO濃度CNO_S」及び「NH3濃度CNH3_S」)を取得する。
Step 720: The CPU estimates “NO concentration CNO_S and NH 3 concentration CNH3_S” of the exhaust gas that flows out of the
ステップ730:CPUは、推定された「NO濃度CNO_S及びNH3濃度CNH3_S」に基づき、上記排気中に含まれるNO及びNH3の総量に対するNH3のモル比率(NH3モル比率MRNH3)を算出する。
ステップ740:CPUは、算出されたNH3モル比率MRNH3及び図5の(b)に示したルックアップテーブルから、下流側NOxセンサ77による検出値であるセンサ電流ISを補正するための補正係数kを取得する。
ステップ750:CPUは、取得された補正係数kをセンサ電流ISに乗じて補正センサ電流IScを算出する(下流側NOxセンサ77による検出値を補正する。)。
Step 730: CPU, based on the estimated "NO concentration CNO_S and NH 3 concentrations CNH3_S", to calculate the molar ratio of NH 3 (NH 3 molar ratio MRNH3) to the total amount of NO and NH 3 contained in the exhaust .
Step 740: The CPU corrects the sensor current IS, which is a value detected by the
Step 750: The CPU calculates the correction sensor current ISc by multiplying the acquired correction coefficient k by the sensor current IS (corrects the detection value by the downstream NOx sensor 77).
上記ステップ720乃至ステップ750の処理を実行した後、CPUはステップ795に進み、本ルーチンを一旦終了する。
After executing the processing of
以上のように、第1装置によれば、下流側NOxセンサ77が備える拡散層(保護層99及び拡散抵抗層93)における上述した化学反応式(1)によって表される反応に起因する下流側NOxセンサ77からの検出値の変化を適切に補正することができる。その結果、第1装置によれば、下流側NOxセンサ77を使用して、下流側NOxセンサ77に到達する排気中に含まれるNOx及びNH3の濃度に応じた値を精度良く取得することができる。
As described above, according to the first device, the downstream side caused by the reaction represented by the above-described chemical reaction formula (1) in the diffusion layer (the
<第2実施形態>
ところで、前述したように、NOxセンサによって検出される排気の「NOx及びNH3の濃度」に対応する検出値が本来の値よりも小さくなるのは、NOxセンサが備える拡散層において、上述した化学反応式(1)によって表される反応が起こるためであると考えられる。更に、前述したように、上記反応の収率は、例えばNOxセンサに到達する排気の流量(排気流量)、温度(排気温)及び酸素濃度等、内燃機関の運転状況による影響を受ける。
Second Embodiment
By the way, as described above, the detected value corresponding to the “NOx and NH 3 concentration” of the exhaust gas detected by the NOx sensor is smaller than the original value in the diffusion layer included in the NOx sensor. This is probably because the reaction represented by the reaction formula (1) occurs. Furthermore, as described above, the yield of the reaction is affected by the operating conditions of the internal combustion engine, such as the flow rate of exhaust gas (exhaust flow rate), temperature (exhaust gas temperature), and oxygen concentration reaching the NOx sensor.
そこで、本発明の第2実施形態に係るNOxセンサの出力補正装置(以下、「第2装置」とも称呼する。)」は、内燃機関の運転状況による上記反応の収率への影響を考慮して、NOxセンサによる検出値をより適切に補正して、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度を更に精度良く取得する。具体的には、第2装置は、NOxセンサに到達する排気の流量(排気流量)、温度(排気温)及び酸素濃度による上記反応の収率への影響を考慮して、NOxセンサによる検出値をより適切に補正して、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度を更に精度良く取得する。 Therefore, the NOx sensor output correction device (hereinafter also referred to as “second device”) according to the second embodiment of the present invention takes into consideration the influence on the yield of the reaction due to the operating state of the internal combustion engine. Thus, the concentration of “NOx and NH 3 ” contained in the exhaust gas is obtained more accurately by correcting the detection value by the NOx sensor more appropriately. Specifically, the second device takes into account the influence of the exhaust flow rate (exhaust flow rate), temperature (exhaust temperature), and oxygen concentration on the yield of the reaction, which is detected by the NOx sensor. Is more appropriately corrected, and the concentrations of “NOx and NH 3 ” contained in the exhaust gas are obtained with higher accuracy.
<内燃機関の構成>
第2装置もまた、第1装置と同様に、図1に示した内燃機関(機関)10に適用される。但し、本例においては、機関10は、排気管52内のSCR触媒53cの下流位置であり且つ下流側NOxセンサ77の上流位置に配設されたO2センサ83(図示省略)を更に備えている。
<Configuration of internal combustion engine>
Similarly to the first device, the second device is also applied to the internal combustion engine (engine) 10 shown in FIG. However, in this example, the
<下流側NOxセンサの内部構造>
第2装置が備える上流側NOxセンサ76及び下流側NOxセンサ77の構成及び動作についても、第1装置に関する説明において詳細に述べたので、ここでは説明を繰り返さない。
<Internal structure of downstream NOx sensor>
Since the configurations and operations of the
<第2装置による検出値の補正> <Correction of detection value by second device>
第2装置もまた、図8の(b)の実線によって示したように、下流側NOxセンサ77に到達する排気中のNOとNH3とのモル比が1:1に近いほど(即ち、NH3モル比率MRNH3が50%に近いほど)、センサ電流ISを補正するための補正係数kをより大きい値に設定する。この点においては、第2装置は、第1装置と同様である。
In the second apparatus, as indicated by the solid line in FIG. 8B, the closer the molar ratio of NO to NH 3 in the exhaust gas that reaches the
但し、上述したように、上述した化学反応式(1)によって表される反応の収率は、例えばNOxセンサに到達する排気の流量(排気流量)、温度(排気温)及び酸素濃度等、内燃機関の運転状況による影響を受ける。従って、以下に詳述するように、下流側NOxセンサ77によって検出される排気中に含まれるNOx及びNH3の濃度に対応する検出値が本来の値よりも小さくなる程度もまた、内燃機関の運転状況による影響を受ける。
However, as described above, the yield of the reaction represented by the chemical reaction formula (1) described above is the internal combustion rate such as the flow rate of exhaust gas (exhaust flow rate), temperature (exhaust gas temperature), and oxygen concentration reaching the NOx sensor. It is affected by the operating conditions of the engine. Therefore, as will be described in detail below, the degree to which the detected values corresponding to the concentrations of NOx and NH 3 contained in the exhaust gas detected by the downstream
ここで、NOxセンサによる検出値への内燃機関の運転状況による影響及び第2装置による検出値の補正につき、以下に詳しく説明する。以下の説明においては、理解を容易にするため、排気流量、排気温及び酸素濃度のそれぞれにつき、個別に説明する。 Here, the influence of the operating state of the internal combustion engine on the detection value by the NOx sensor and the correction of the detection value by the second device will be described in detail below. In the following description, for easy understanding, each of the exhaust flow rate, the exhaust temperature, and the oxygen concentration will be described individually.
(排気流量による影響)
前述したように、排気流量が大きくなるほど、下流側NOxセンサ77が備える拡散層(保護層99及び拡散抵抗層93)を通過する排気の速度が高くなり、上記拡散層を排気が通過するのに要する時間が短くなる。従って、化学反応式(1)によって表される反応が起こり得る時間が短くなり、当該反応によって消費されるNO及びNH3が少なくなる。
(Effect of exhaust flow rate)
As described above, the higher the exhaust gas flow rate, the higher the speed of the exhaust gas passing through the diffusion layer (the
上記の結果、下流側NOxセンサ77によって検出される排気中に含まれるNOx及びNH3の濃度に対応する検出値が本来の値よりも小さくなる程度もまた、排気流量が大きくなるほど小さくなる。具体的には、図8の(a)の破線によって示したように、センサ電流ISは、排気流量が大きくなるほど大きくなる(白抜きの矢印)。
As a result, the extent to which the detected values corresponding to the concentrations of NOx and NH 3 contained in the exhaust gas detected by the downstream
そこで、第2装置は、図8の(b)の破線によって示したように、排気流量が大きくなるほど、センサ電流ISを補正するための補正係数kをより小さい値に設定する(白抜きの矢印)。これにより、第2装置においては、補正部120が、検出された排気流量が大きいほど第1補正後検出値と第2補正後検出値との差が小さくなるように、検出値を補正することにより補正後検出値を求める。
Therefore, as shown by the broken line in FIG. 8B, the second device sets the correction coefficient k for correcting the sensor current IS to a smaller value as the exhaust gas flow rate increases (open arrow). ). Accordingly, in the second device, the
逆に、排気流量が小さくなるほど、下流側NOxセンサ77によって検出される排気中に含まれるNOx及びNH3の濃度に対応する検出値が本来の値よりも小さくなる程度は大きくなる。具体的には、図8の(a)の点線によって示したように、センサ電流ISは、排気流量が小さくなるほど小さくなる(黒塗りの矢印)。
Conversely, as the exhaust gas flow rate decreases, the extent to which the detected values corresponding to the concentrations of NOx and NH 3 contained in the exhaust gas detected by the downstream
そこで、第2装置は、図8の(b)の点線によって示したように、排気流量が小さくなるほど、センサ電流ISを補正するための補正係数kをより大きい値に設定する(黒塗りの矢印)。これにより、第2装置においては、補正部120が、検出された排気流量が小さいほど第1補正後検出値と第2補正後検出値との差が大きくなるように、検出値を補正することにより補正後検出値を求める。
Therefore, as indicated by the dotted line in FIG. 8B, the second device sets the correction coefficient k for correcting the sensor current IS to a larger value as the exhaust flow rate decreases (black arrow). ). Thereby, in the second device, the
上記により、第2装置は、下流側NOxセンサ77が備える拡散層における上述した化学反応式(1)によって表される反応の収率への排気流量による影響を反映させつつ、下流側NOxセンサ77による検出値をより適切に補正して、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度を更に精度良く取得することができる。
As described above, the second device reflects the influence of the exhaust flow rate on the yield of the reaction represented by the above-described chemical reaction formula (1) in the diffusion layer included in the
(排気温による影響)
前述したように、排気温が高くなるほど、下流側NOxセンサ77が備える拡散層(保護層99及び拡散抵抗層93)の温度が高くなる。従って、化学反応式(1)によって表される反応の速度が速くなり、当該反応によって消費されるNO及びNH3が多くなる。
(Effect of exhaust temperature)
As described above, the higher the exhaust gas temperature, the higher the temperature of the diffusion layer (the
上記の結果、下流側NOxセンサ77によって検出される排気中に含まれるNOx及びNH3の濃度に対応する検出値が本来の値よりも小さくなる程度もまた、排気温が高くなるほど大きくなる。具体的には、図8の(a)の点線によって示したように、センサ電流ISは、排気温が高くなるほど小さくなる(黒塗りの矢印)。
As a result of the above, the degree to which the detected values corresponding to the concentrations of NOx and NH 3 contained in the exhaust gas detected by the downstream
そこで、第2装置は、図8の(b)の点線によって示したように、排気温が高くなるほど、センサ電流ISを補正するための補正係数kをより大きい値に設定する(黒塗りの矢印)。これにより、第2装置においては、補正部120が、検出された排気温が高いほど第1補正後検出値と第2補正後検出値との差が大きくなるように、検出値を補正することにより補正後検出値を求める。
Therefore, as indicated by the dotted line in FIG. 8B, the second device sets the correction coefficient k for correcting the sensor current IS to a larger value as the exhaust temperature becomes higher (black arrow). ). Thereby, in the second device, the
逆に、排気温が低くなるほど、下流側NOxセンサ77によって検出される排気中に含まれるNOx及びNH3の濃度に対応する検出値が本来の値よりも小さくなる程度は小さくなる。具体的には、図8の(a)の破線によって示したように、センサ電流ISは、排気温が低くなるほど大きくなる(白抜きの矢印)。
Conversely, the lower the exhaust gas temperature, the smaller the detected values corresponding to the concentrations of NOx and NH 3 contained in the exhaust gas detected by the
そこで、第2装置は、図8の(b)の破線によって示したように、排気温が低くなるほど、センサ電流ISを補正するための補正係数kをより小さい値に設定する(白抜きの矢印)。これにより、第2装置においては、補正部120が、検出された排気温が低いほど第1補正後検出値と第2補正後検出値との差が小さくなるように、検出値を補正することにより補正後検出値を求める。
Therefore, as indicated by the broken line in FIG. 8B, the second device sets the correction coefficient k for correcting the sensor current IS to a smaller value as the exhaust temperature becomes lower (open arrow). ). Accordingly, in the second device, the
上記により、第2装置は、下流側NOxセンサ77が備える拡散層における上述した化学反応式(1)によって表される反応の収率への排気温による影響を反映させつつ、下流側NOxセンサ77による検出値をより適切に補正して、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度を更に精度良く取得することができる。
As described above, the second device reflects the influence of the exhaust temperature on the yield of the reaction represented by the above-described chemical reaction formula (1) in the diffusion layer included in the
(酸素濃度による影響)
前述したように、化学反応式(1)の反応物には酸素(O2)が含まれるので、下流側NOxセンサ77に到達する排気中に含まれるO2の濃度(酸素濃度)が高くなるほど、化学反応式(1)によって表される反応の速度がより速くなる。従って、下流側NOxセンサ77に到達する排気の酸素濃度が高くなるほど、上記反応によって消費されるNO及びNH3がより多くなる。
(Effect of oxygen concentration)
As described above, since the reaction product of the chemical reaction formula (1) contains oxygen (O 2 ), the concentration of O 2 (oxygen concentration) contained in the exhaust gas that reaches the
上記の結果、下流側NOxセンサ77によって検出される排気中に含まれるNOx及びNH3の濃度に対応する検出値が本来の値よりも小さくなる程度もまた、上記酸素濃度が高くなるほど大きくなる。具体的には、図8の(a)の点線によって示したように、センサ電流ISは、上記酸素濃度が高くなるほど小さくなる(黒塗りの矢印)。
As a result, the extent to which the detected values corresponding to the concentrations of NOx and NH 3 contained in the exhaust gas detected by the
そこで、第2装置は、図8の(b)の点線によって示したように、上記酸素濃度が高くなるほど、センサ電流ISを補正するための補正係数kをより大きい値に設定する(黒塗りの矢印)。これにより、第2装置においては、補正部120が、検出された酸素濃度が高いほど第1補正後検出値と第2補正後検出値との差が大きくなるように、検出値を補正することにより補正後検出値を求める。
Therefore, as indicated by the dotted line in FIG. 8B, the second device sets the correction coefficient k for correcting the sensor current IS to a larger value as the oxygen concentration becomes higher (blacked). Arrow). Accordingly, in the second device, the
逆に、上記酸素濃度が低くなるほど、下流側NOxセンサ77によって検出される排気中のNOx及びNH3の濃度に対応する検出値が本来の値よりも小さくなる程度は小さくなる。具体的には、図8の(a)の破線によって示したように、センサ電流ISは、上記酸素濃度が低くなるほど大きくなる(白抜きの矢印)。
Conversely, the lower the oxygen concentration, the smaller the extent to which the detected values corresponding to the concentrations of NOx and NH 3 in the exhaust detected by the
そこで、第2装置は、図8の(b)の破線によって示したように、上記酸素濃度が低くなるほど、センサ電流ISを補正するための補正係数kをより小さい値に設定する(白抜きの矢印)。これにより、第2装置においては、補正部120が、検出された酸素濃度が低いほど第1補正後検出値と第2補正後検出値との差が小さくなるように、検出値を補正することにより補正後検出値を求める。
Therefore, the second device sets the correction coefficient k for correcting the sensor current IS to a smaller value as the oxygen concentration is lower as indicated by the broken line in FIG. Arrow). Thereby, in the second device, the
上記により、第2装置は、下流側NOxセンサ77が備える拡散層における上述した化学反応式(1)によって表される反応の収率への上記酸素濃度による影響を反映させつつ、下流側NOxセンサ77による検出値をより適切に補正して、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度を更に精度良く取得することができる。
As described above, the second device reflects the influence of the oxygen concentration on the yield of the reaction represented by the chemical reaction formula (1) described above in the diffusion layer provided in the
<制御部の構成>
第2装置が備える制御部200も、基本的には、第1制御部が備える制御部100と同様の構成を有する。但し、図9に示したように、制御部200は、以下に列挙する各種検出部(1)乃至(3)を更に備える。
(1)排気流量を検出する排気流量検出部、
(2)排気温を検出する排気温検出部、及び
(3)酸素濃度を検出する酸素濃度検出部。
<Configuration of control unit>
The
(1) An exhaust flow rate detection unit for detecting the exhaust flow rate,
(2) An exhaust temperature detection unit that detects the exhaust temperature, and (3) an oxygen concentration detection unit that detects the oxygen concentration.
尚、本例においては、ECU80のCPUが、上述したエアフローメータ71によって検出された吸入空気量Gaに基づいて、下流側NOx濃度センサ77に到達する排気の流量(排気流量)SVを取得する。即ち、本例においては、エアフローメータ71が排気流量検出部を構成する。この排気流量SVは、CPUが別途実行する処理により取得される。
In this example, the CPU of the
更に、排気温TEXは、ECU80のCPUが、SCR触媒53cの下流位置であって且つ下流側NOxセンサ77の上流位置の排気管52に配設された温度センサ82からの出力信号に基づいて取得する。即ち、本例においては、温度センサ82が排気温検出部を構成する。この排気温TEXもまた、CPUが別途実行する処理により取得される。
Further, the exhaust temperature TEX is acquired by the CPU of the
加えて、酸素濃度COXは、ECU80のCPUが、SCR触媒53cの下流位置であって且つ下流側NOxセンサ77の上流位置の排気管52に配設された図示しないO2センサ83からの出力信号に基づいて取得する。即ち、本例においては、CPU及びO2センサが酸素濃度検出部を構成する。この酸素濃度COXもまた、CPUが別途実行する処理により取得されてECU80のバックアップRAMに格納されている。
In addition, the oxygen concentration COX is output from an O 2 sensor 83 (not shown) provided by the CPU of the
尚、本例においては、上記のように、酸素濃度検出部を構成するO2センサを個別に設けて酸素濃度COXを取得したが、例えば、機関10が空燃比センサを備える場合等、酸素濃度COXの取得に利用することができる既存の構成要素がある場合は、当該既存の構成要素を利用して酸素濃度COXを取得してもよい。
In this example, as described above, the oxygen concentration COX is obtained by separately providing the O 2 sensor constituting the oxygen concentration detection unit. However, for example, when the
上述したように、第2装置が備える制御部200は、各種検出部(1)乃至(3)を更に備え、機関10の運転状況(具体的には、排気流量SV、排気温TEX及び酸素濃度COX)によるセンサ電流ISへの影響を反映して検出値を補正する。この点を除き、制御部200もまた、第1制御部が備える制御部100と同様に、ECU80が発揮する機能として実装される。
As described above, the
具体的には、制御部200が備える推定部210は、制御部100が備える推定部110と同様に、NOx浄化触媒であるSCR触媒53cから流出する排気の「NOの濃度(CNO_S)及びNH3の濃度(CNH3_S)」をそれぞれ推定する。制御部200が備える補正部220もまた、制御部100が備える補正部120と同様に、NO濃度CNO_S及びNH3濃度CNH3_Sから算出されるNH3モル比率MRNH3から、NH3モル比率MRNH3と補正係数kとの対応関係に基づいて、補正係数kの具体的な値を取得する。
Specifically, the
但し、補正部220は、機関10の運転状況(具体的には、排気流量SV、排気温TEX及び酸素濃度COX)に応じた「NH3モル比率MRNH3と補正係数kとの対応関係」に基づいて、補正係数kの具体的な値を取得する。そして、補正部220は、取得された補正係数kをセンサ電流ISに乗じて補正センサ電流IScを算出する。第2装置は、このようにしてセンサ電流ISの実測値を真の値に更に近付けるように補正することにより、下流側NOxセンサ77による検出値をより適切に補正して、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度を更に精度良く取得することができる。
However, the
制御部200もまた、制御部100と同様に、上述した各種センサからの入力信号に基づいて、ECU80が備えるROMに格納されたプログラムに従って、CPUが、センサ電流ISの第2装置による補正に必要とされる各種処理及び動作を実行するように構成される。即ち、CPUは、第2装置が備える制御部200を構成する推定部210及び補正部220として機能する。
Similarly to the
尚、機関10の種々の運転状況(具体的には、排気流量SV、排気温TEX及び酸素濃度COX)におけるNH3モル比率MRNH3と補正係数kとの対応関係は、例えば実験等によって予め求められる。そして、それぞれの対応関係は、例えば、機関10の運転状況(具体的には、排気流量SV、排気温TEX及び酸素濃度COX)と関連付けて、ルックアップテーブル等のデータとして、ECU80のROMに格納しておく。
The correspondence relationship between the NH 3 molar ratio MRNH3 and the correction coefficient k in various operating conditions of the engine 10 (specifically, the exhaust flow rate SV, the exhaust temperature TEX, and the oxygen concentration COX) is obtained in advance by, for example, experiments or the like. . Each correspondence relationship is stored in the ROM of the
<第2装置の具体的動作>
ここで、NOxセンサによる検出値の補正における第2装置の具体的動作につき、添付のフローチャートに沿って説明する。CPUは、図10にフローチャートにより示した検出値補正ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。図10に示したフローチャートは、以下の点を除き、図7に示したフローチャートと同様である。
<Specific operation of the second device>
Here, the specific operation of the second device in the correction of the detection value by the NOx sensor will be described with reference to the attached flowchart. The CPU executes the detection value correction routine shown by the flowchart in FIG. 10 every elapse of a predetermined time. The flowchart shown in FIG. 10 is the same as the flowchart shown in FIG. 7 except for the following points.
ステップ730の処理を実行した後、CPUは、ステップ735に進み、排気流量SV、排気温TEX及び酸素濃度COXを取得する。次に、CPUは、ステップ740に進み、ステップ730において算出されたNH3モル比率MRNH3、並びに、ステップ735において取得された排気流量SV、排気温TEX及び酸素濃度COXから、ECU80のROMに格納されたルックアップテーブルに基づいて、補正係数kを取得する。
After executing the processing of
その後、CPUは、図7に示したフローチャートと同様に、ステップ750に進み、取得された補正係数kをセンサ電流ISに乗じて補正センサ電流IScを算出することにより、下流側NOxセンサ77による検出値を補正する。
Thereafter, similarly to the flowchart shown in FIG. 7, the CPU proceeds to step 750 to calculate the correction sensor current ISc by multiplying the acquired correction coefficient k by the sensor current IS, thereby detecting by the
以上のように、第2装置は、機関10の運転状況におけるNH3モル比率MRNH3に応じた補正係数kを取得する。これにより、第2装置によれば、下流側NOxセンサ77が備える拡散層(保護層99及び拡散抵抗層93)における上述した化学反応式(1)によって表される反応に起因する下流側NOxセンサ77からの検出値の変化を更に適切に補正することができる。その結果、第2装置によれば、下流側NOxセンサ77を使用して、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度を更に精度良く取得することができる。
As described above, the second device acquires the correction coefficient k according to the NH 3 molar ratio MRNH3 in the operating state of the
<変形例>
上述した実施形態においては、下流側NOxセンサ77の保護層99及び拡散抵抗層93における化学反応式(1)によって表されるNOとNH3との反応を考慮している。しかしながら、下流側NOxセンサ77の保護層99及び拡散抵抗層93の何れか一方のみにおいて上記反応が起こる場合及びNOxセンサが保護層を備えない場合においても、上述した実施形態と同様に、NOxセンサからの検出値を適切に補正することができる。
<Modification>
In the embodiment described above, the reaction between NO and NH 3 expressed by the chemical reaction formula (1) in the
更に、上述した実施形態に係る出力補正装置は、過給機44及びEGRシステム60を備える機関10に配設されたNOxセンサに適用された。しかしながら、当然のことながら、本発明に係るNOxセンサの出力補正装置(本発明装置)は、過給機及びEGRシステムの何れか一方又は両方を備えない内燃機関に配設されたNOxセンサにも適用することができる。
Further, the output correction device according to the above-described embodiment is applied to a NOx sensor disposed in the
加えて、上述した実施形態に係る出力補正装置は、多気筒(本例では直列4気筒)・4サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である機関10に配設されたNOxセンサに適用された。しかしながら、本発明装置は、当然のことながら、上記以外の形式のディーゼル機関に配設されたNOxセンサにも適用することができる。更に、本発明装置は、種々の形式のガソリン機関に配設されたNOxセンサにも適用することができる。
In addition, the output correction device according to the above-described embodiment is applied to a NOx sensor disposed in the
ところで、本発明装置は、上述したように、NOxセンサの拡散層(保護層及び拡散抵抗層)におけるNOとNH3との反応に起因するセンサ電流の変化を適切に補正して、排気中に含まれる「NOx及びNH3」の濃度を精度良く取得する。従って、本発明装置は、NOxセンサに到達する排気中にNH3が含まれ得る場合において、その効果を発揮する。即ち、本発明装置は、その下流にNH3を排出する可能性があるNOx浄化触媒を備える内燃機関において、その触媒の下流に配設されるNOxセンサに適用することが望ましい。 By the way, as described above, the device of the present invention appropriately corrects a change in sensor current due to the reaction between NO and NH 3 in the diffusion layer (protective layer and diffusion resistance layer) of the NOx sensor, The concentration of “NOx and NH 3 ” contained is obtained with high accuracy. Therefore, the device of the present invention exhibits its effect when NH 3 can be contained in the exhaust gas that reaches the NOx sensor. In other words, the present invention device is preferably applied to an NOx sensor disposed downstream of the catalyst in an internal combustion engine having a NOx purification catalyst that may discharge NH 3 downstream thereof.
本明細書の冒頭で述べたように、上記のように、その下流にNH3を排出する可能性があるNOx浄化触媒の具体例としては、例えば、SCR触媒及びNSR触媒等を挙げることができる。 As described at the beginning of this specification, as described above, specific examples of the NOx purification catalyst that may discharge NH 3 downstream thereof include, for example, an SCR catalyst and an NSR catalyst. .
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。 In the above, for the purpose of explaining the present invention, several embodiments and modifications having specific configurations have been described with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited to these illustrative examples. It should be understood that the present invention should not be construed as being limited to the embodiments and the modifications, and that appropriate modifications can be made within the scope of the matters described in the claims and the specification.
10…内燃機関、52…排気通路(排気管)、53c…SCR触媒、54…尿素水添加装置、76…上流側NOxセンサ、77…下流側NOxセンサ、80…エンジン電子制御ユニット(ECU)、及び100…制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記検出値を補正することにより補正後検出値を出力値として求める制御部を備え、
前記制御部は、
前記NOx浄化触媒から流出する排気中のNO及びNH3の各濃度を前記検出値以外の取得値に基づいて推定する推定部と、
前記推定されたNOの濃度及び前記推定されたNH3の濃度から導かれるNOに対するNH3のモル比が1に近いほど前記検出値に対する前記補正後検出値の比がより大きい値になるように、前記検出値を補正することにより前記補正後検出値を求める補正部と、
を備える、
NOxセンサの出力補正装置。 A diffusion layer made of a porous material that is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and disposed downstream of the NOx purification catalyst that reduces and purifies NOx contained in the exhaust, and is made of a porous material through which the exhaust can pass. A NOx sensor having an electrode part that reduces NO contained in exhaust gas that has passed through the diffusion layer and converts it into N 2, and outputs a value corresponding to the amount of NO reduced in the electrode part as a detection value An output correction device,
A control unit for obtaining the corrected detection value as an output value by correcting the detection value;
The controller is
An estimation unit that estimates each concentration of NO and NH 3 in the exhaust gas flowing out from the NOx purification catalyst based on an acquired value other than the detected value;
As the molar ratio of NH 3 to NO derived from the estimated NO concentration and the estimated NH 3 concentration is closer to 1, the ratio of the corrected detection value to the detection value becomes larger. A correction unit for obtaining the detection value after correction by correcting the detection value;
Comprising
Output correction device for NOx sensor.
前記制御部は、前記NOxセンサに到達する排気の流量である排気流量を検出する排気流量検出部を更に備え、
前記補正部は、前記検出された排気流量が大きいほど前記第1補正後検出値と前記第2補正後検出値との差が小さくなるように、前記検出値を補正することにより前記補正後検出値を求めるように構成されている、
出力補正装置。 The output correction apparatus according to claim 1,
The control unit further includes an exhaust flow rate detection unit that detects an exhaust flow rate that is a flow rate of exhaust reaching the NOx sensor,
The correction unit corrects the detection value by correcting the detection value so that the difference between the detection value after the first correction and the detection value after the second correction becomes smaller as the detected exhaust flow rate is larger. Configured to determine the value,
Output correction device.
前記制御部は、前記NOxセンサに到達する排気の温度である排気温を検出する排気温検出部を更に備え、
前記補正部は、前記検出された排気温が高いほど前記第1補正後検出値と前記第2補正後検出値との差が大きくなるように、前記検出値を補正することにより前記補正後検出値を求めるように構成されている、
出力補正装置。 The output correction apparatus according to claim 1,
The control unit further includes an exhaust gas temperature detection unit that detects an exhaust gas temperature that is the temperature of the exhaust gas that reaches the NOx sensor,
The correction unit corrects the detection value by correcting the detection value so that the difference between the detection value after the first correction and the detection value after the second correction increases as the detected exhaust gas temperature increases. Configured to determine the value,
Output correction device.
前記制御部は、前記NOxセンサに到達する排気中に含まれるO2の濃度である酸素濃度を検出する酸素濃度検出部を更に備え、
前記補正部は、前記検出された酸素濃度が高いほど前記第1補正後検出値と前記第2補正後検出値との差が大きくなるように、前記検出値を補正することにより前記補正後検出値を求めるように構成されている、
出力補正装置。 The output correction apparatus according to claim 1,
The control unit further includes an oxygen concentration detection unit that detects an oxygen concentration that is a concentration of O 2 contained in the exhaust gas that reaches the NOx sensor,
The correction unit corrects the detection value by correcting the detection value so that the difference between the detection value after the first correction and the detection value after the second correction increases as the detected oxygen concentration increases. Configured to determine the value,
Output correction device.
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