JP2019052853A - 排気情報処理装置、排気情報処理システム及び排気情報処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】補正に用いる情報が少なくても、劣化状態にある検出部の検出特性が精度良く特定可能な排気情報処理装置等の提供。【解決手段】制御ユニット１００は、ＮＯｘセンサ５０，６０の出力を処理する排気情報処理装置として機能する。ＮＯｘセンサ５０，６０は、ＮＯｘを検出するＮＯｘ検出部５３及び酸素排出部５１を有している。制御ユニット１００は、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度に関連するＮＯｘ検出部５３の検出特性であって、酸素排出部５１から離脱した阻害物質のＮＯｘ検出部５３への付着によって変化する検出特性の基準特性データを記憶している。制御ユニット１００は、検出ＮＯｘ濃度と推定ＮＯｘ濃度との関係を用いて基準特性データを補正し、劣化状態でのＮＯｘ検出部５３の検出特性を算出する。【選択図】図２

Description

本開示は、窒素酸化物を検出する排気センサの出力を処理する技術に関する。

従来、例えば特許文献１には、排気ガスに含まれる窒素酸化物をＮＯｘセンサによって検出し、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を計測するエンジン制御装置が開示されている。こうしたＮＯｘセンサの出力は、継続的な使用によって変化することが知られている。そのため、エンジン制御装置は、ＮＯｘセンサの出力を補正する機能を備えている。

詳記すると、特許文献１のエンジン制御装置は、ＮＯｘセンサにて検出されたＮＯｘ濃度（以下、「検出濃度」）を取得すると共に、エンジンの運転状態から排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度（以下、「推定濃度」）を推定する。エンジン制御装置は、推定濃度の比較的高い特定状態であるときに、検出濃度を推定濃度と対応づけて、劣化状態におけるＮＯｘセンサの出力特性を算出する。

特開２００２−４７９７９号公報

さて、特許文献１では、ＮＯｘセンサにて生じる劣化のメカニズムは、何ら特定されていない。そのためエンジン制御装置は、推定濃度と検出濃度との対応関係から、例えば直線補間等の数学的な処理によって劣化状態でのＮＯｘセンサの出力を単に補正しているだけとなる。故に、補正後における検出濃度は、ＮＯｘセンサにおける検出部の劣化状態を正しく反映した内容とはなり難い。そのため、補正に用いる情報が少ない場合では、劣化状態にある検出部の検出特性が特定困難であり、ひいては補正後の検出濃度の精度も確保困難となり得た。

本開示は、補正に用いる情報が少なくても、劣化状態にある検出部の検出特性が精度良く特定できる排気情報の処理技術の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、機関（１）の排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部（５３）と、窒素酸化物の還元を阻害する阻害物質（６８）を含有し検出部に向かう排気ガスに含まれる酸素を取り除く排出部（５１）と、を有する排気センサ（５０，６０）の出力を処理する排気情報処理装置であって、窒素酸化物の濃度を示す濃度信号を検出部から取得する信号取得部（３１）と、機関の作動状態を示す作動情報に基づき排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を推定する濃度推定部（３２）と、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に関連する検出部の検出特性であって、排出部から離脱した阻害物質の検出部への付着によって変化する検出特性の基準データを記憶する特性記憶部（３３）と、濃度信号が示す検出濃度と濃度推定部にて推定された推定濃度との関係を用いて特性記憶部に記憶された基準データを補正し、阻害物質の付着による劣化状態での検出部の検出特性を算出する特性算出部（３４）と、を備える排気情報処理装置とされる。

また一つの態様は、機関（１）の排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部（５３）、及び窒素酸化物の還元を阻害する阻害物質（６８）を含有し検出部に向かう排気ガスに含まれる酸素を取り除く排出部（５１）、を有する排気センサ（５０，６０）と、窒素酸化物の濃度を示す濃度信号を検出部から取得する信号取得部（３１）、機関の作動状態を示す作動情報に基づき排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を推定する濃度推定部（３２）、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に関連する検出部の検出特性であって、排出部から離脱した阻害物質の検出部への付着によって変化する検出特性の基準データを記憶する特性記憶部（３３）、及び濃度信号が示す検出濃度と濃度推定部にて推定された推定濃度との関係を用いて特性記憶部に記憶された基準データを補正し、阻害物質の付着による劣化状態での検出部の検出特性を算出する特性算出部（３４）、を有し、排気センサの出力を処理する排気情報処理装置と、を備える排気情報処理システムとされる。

また一つの態様は、機関（１）の排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部（５３）と、窒素酸化物の還元を阻害する阻害物質（６８）を含有し検出部に向かう排気ガスに含まれる酸素を取り除く排出部（５１）と、を有する排気センサ（５０，６０）の出力を処理する排気情報処理プログラムであって、少なくとも一つの制御部（３０）を、窒素酸化物の濃度を示す濃度信号を検出部から取得する信号取得部（３１）、機関の作動状態を示す作動情報に基づき排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を推定する濃度推定部（３２）、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に関連する検出部の検出特性であって、排出部から離脱した阻害物質の検出部への付着によって変化する検出特性の基準データを記憶する特性記憶部（３３）、及び濃度信号が示す検出濃度と濃度推定部にて推定された推定濃度との関係を用いて特性記憶部に記憶された基準データを補正し、阻害物質の付着による劣化状態での検出部の検出特性を算出する特性算出部（３４）、として機能させる排気情報処理プログラムとされる。

本開示の発明者らは、検出部の劣化の主な要因が、排気ガスの酸素を取り除く排出部から離脱した阻害物質の検出物への付着であることを見出した。このように検出部に付着した阻害物質は、排気ガスと検出部との接触面積を実質的に低減させ、窒素酸化物の濃度に関連した検出部の検出特性に変化を引き起こすのである。

以上のように、検出部の劣化のメカニズムが特定できたことにより、検出部の検出特性の変化が予め推定可能となる。故に、本開示の各態様では、阻害物質の付着によって変化する検出特性の基準データが特性記憶部に記憶される。加えて、検出部の劣化の進み具合が、検出濃度と推定濃度との関係から、特性算出部によって把握され得る。そして、特性算出部は、現在の検出部の劣化状態を反映した検出特性を、基準データの補正によって算出する。以上によれば、算出された検出特性は、検出部の劣化状態を正しく反映した内容となり得る。したがって、補正に用いる情報が少なくても、劣化状態にある検出部の検出特性が精度良く特定可能になる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第一実施形態による機関制御システムが適用されるエンジン及び排気系の全体構成を示す全体図である。 機関制御システムの電気的構成を示すブロック図である。 ＮＯｘセンサにおける酸素排出部及びＮＯｘ検出部の機械的な構成を示す断面図である。 ＮＯｘ検出部の検出特性を示す図である。 ＮＯｘ検出部の劣化のメカニズムを説明するための模式図である。 実ＮＯｘ濃度とＮＯｘ検出率との対応関係を示す図であって、ＮＯｘ検出部の基準特性データ及び補正特性データを示す図である。 基準補正データ及び濃度補正データを示す図である。 制御回路にて実施される劣化検出処理の詳細を示すフローチャートである。 制御回路にて実施されるＮＯｘ計測処理の詳細を示すフローチャートである。 劣化検出処理の実施タイミングを説明するための図である。 補正処理が実施されない比較例にて想定される誤差と、許容上限値に対する余裕の大きさの関係を示す図である。 補正処理が実施される第一実施形態での誤差と、許容上限値に対する余裕の大きさの関係を示す図である。 補正処理による効果を説明するため図である。 補正処理の効果として、後処理装置の構成を簡素化した場合の排気ガスの状態を模式的に示す図である。 補正処理の効果として、燃費の向上を図った場合の排気ガスの状態を模式的に示す図である。 基準特性データから補正特性データを算出する第二実施形態の演算方法を説明する図である。 第二実施形態の基準補正データ及び濃度補正データを示す図である。 第三実施形態にて用いられる検出率マップを示す図である。 変形例１の機関制御システムを示す図である。 変形例２の機関制御システムを示す図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

（第一実施形態）
図１及び図２に示す第一実施形態による機関制御システム１０は、内燃機関と共に車両に搭載されている。内燃機関は、圧縮自着火式のディーゼルエンジン（以下、「エンジン１」）であり、車両を走行させるための動力源である。エンジン１は、軽油を燃焼させることにより、動力を発生させる。エンジン１に接続された排気管３には、酸化触媒２及びＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒４の等の後処理装置が設けられている。

機関制御システム１０は、エンジン１を制御するシステムである。機関制御システム１０は、排気管３を流れる排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」）の濃度の計測機能を有している。機関制御システム１０は、二つのＮＯｘセンサ５０，６０と、制御ユニット１００とを備えている。

ＮＯｘセンサ５０，６０は、排気管３において互いに異なる位置に設けられている。ＮＯｘセンサ５０は、ＮＯｘセンサ６０よりも上流（エンジン１）側であって、酸化触媒２とＳＣＲ触媒４との間に配置されている。ＮＯｘセンサ５０は、ＳＣＲ触媒４よりも酸化触媒２の近くに位置しており、酸化触媒２を通過した排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する。ＮＯｘセンサ６０は、ＮＯｘセンサ５０及びＳＣＲ触媒４よりも下流側であって、ＳＣＲ触媒４と排気管３の出口との間に配置されている。ＮＯｘセンサ６０は、ＳＣＲ触媒４を通過した排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する。

図２及び図３に示すＮＯｘセンサ５０，６０には、ＮＯｘを検出するためのセンサ素子が設けられている。センサ素子は、固体電解質６１、スペーサ６２、基準電極６３、ポンプ電極６４及びセンサ電極６５等によって構成されている。

固体電解質６１は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等の固体電解質材料によって矩形の板状に形成されている。固体電解質６１は、高温下、具体的にＹＳＺの場合では略６００℃以上の温度下にて、酸素イオンの伝導性を発現する。固体電解質６１の第一面には、ポンプ電極６４及びセンサ電極６５が設けられている。固体電解質６１にて第一面とは反対側となる第二面には、基準電極６３が設けられている。

スペーサ６２は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の電気絶縁材料から形成されている。スペーサ６２は、固体電解質６１の第一面側に積層されている。スペーサ６２と固体電解質６１との間には、ガス室５７及び導入口５９が区画されている。ガス室５７には、導入口５９を通じて、排気管３（図１参照）を流通する排気ガスが導入される。

基準電極６３は、Ｐｔを含む導電材料により、例えば１０μｍ程度の矩形薄膜状に形成されている。基準電極６３は、固体電解質６１の第二面に配置されている。基準電極６３は、固体電解質６１を挟んだ状態で、ポンプ電極６４及びセンサ電極６５の両方と重なっている。

ポンプ電極６４は、Ａｕ及びＰｔを含む導電材料により、例えば１０μｍ程度の矩形薄膜状に形成されている。ポンプ電極６４に含有されるＡｕは、ポンプ電極６４によるＮＯｘの還元作用を阻害する阻害物質６８（図５参照）である。ポンプ電極６４は、Ａｕの含有により、ＮＯｘ分子に対する分解活性能力を下げられている。一方で、ポンプ電極６４は、酸素分子に対して還元作用を発現する。ポンプ電極６４は、ガス流れ方向Ｆにおいて、導入口５９よりも下流側且つセンサ電極６５よりも上流側に位置している。ポンプ電極６４は、固体電解質６１及び基準電極６３等と共に酸素排出部５１を形成している。

酸素排出部５１は、被測定ガスとなる排気ガスに含まれる酸素濃度を調整する機能を発揮する。詳記すると、ポンプ電極６４及び基準電極６３の間には、制御ユニット１００によって所定の電圧が印加される。電圧が印加された状態下、ガス室５７に導入された被測定ガス中の酸素分子は、ポンプ電極６４の貴金属表面である吸着面６４ａに吸着され、還元作用を受けて酸素イオンに分解される。酸素イオンは、ポンプ電極６４から固体電解質６１に伝導して基準電極６３へと移動する。以上のポンピング作用により、酸素排出部５１は、被測定ガスに含まれる酸素分子の少なくとも一部、望ましくは全てを取り除き、被測定ガス中の酸素濃度を調整する。

センサ電極６５は、ＰｔとＲｈ（ロジウム）とを含むことでＮＯｘ分子に対する分解活性能力の高められた導電材料により、例えば１０μｍ程度の矩形薄膜状に形成されている。センサ電極６５は、ＮＯｘ分子に対して触媒作用を発現する。センサ電極６５は、固体電解質６１にてガス室５７に臨む面に設けられている。センサ電極６５は、ガス流れ方向Ｆにおいてポンプ電極６４よりも下流側に位置している。センサ電極６５は、固体電解質６１及び基準電極６３等と共にＮＯｘ検出部５３を形成している。

ＮＯｘ検出部５３は、被測定ガスとなる排気ガスに含まれるＮＯｘを検出する機能を発揮する。詳記すると、センサ電極６５及び基準電極６３の間には、制御ユニット１００によって所定の電圧が印加される。電圧が印加された状態下、ガス室５７に導入された被測定ガス中のＮＯｘ分子は、センサ電極６５の貴金属表面である検出面６５ａに吸着され、触媒作用を受けて窒素イオンと酸素イオンとに分解される。酸素イオンは、センサ電極６５から固体電解質６１に伝導して基準電極６３へと移動し、センサ電流を生じさせる。ＮＯｘ検出部５３は、酸素イオンの量に従って増減するセンサ電流の大きさを、被測定ガスに含まれるＮＯｘの濃度を示す濃度信号として、制御ユニット１００に出力する。

ここで、ＮＯｘ検出部５３にて検出されるＮＯｘ濃度を被計測ガス中の実ＮＯｘ濃度で除算した値を、ＮＯｘ検出率とする。ＮＯｘ検出率は、図４に示すように、被計測ガス中のＮＯｘ濃度と検出面６５ａの実効面積との比率（ＮＯｘ濃度／実効面積）により、実質的に一意に決定される値となる。ＮＯｘ検出率は、ＮＯｘ濃度と実効面積との比率が所定値よりも低い領域では実質的に「１」となり、ＮＯｘ濃度と実効面積との比率が所定値を超えると、当該比率の上昇に伴って漸減する。

そして、ＮＯｘ検出率は、ＮＯｘセンサ５０，６０の劣化によって低下する。その主な要因は、図５に示す阻害物質６８である。阻害物質６８は、ポンプ電極６４の吸着面６４ａから離脱し、ガス流れ方向Ｆの下流側に位置するセンサ電極６５に付着して検出面６５ａに被膜を生じさせる。阻害物質６８による被膜は、センサ電極６５におけるＮＯｘの還元反応を阻害する。こうしたメカニズムにより、阻害物質６８による検出面６５ａの実効面積の実質的な減少が引き起こされる。その結果、図４に示すように、ＮＯｘ濃度と実効面積との比率が初期状態から劣化状態への遷移によって増加し、ＮＯｘ検出率の低下が引き起こされる。

図１及び図２に示す制御ユニット１００は、ＮＯｘセンサ５０，６０の出力を処理する機能の一部として、劣化に伴うＮＯｘ検出率の低下を補正可能である。制御ユニット１００は、マイクロコンピュータ又はマイクロコントローラを主体に構成された制御回路３０を備えている。制御回路３０には、プロセッサ、ＲＡＭ、及び書き換え可能な不揮発性のメモリ装置が設けられている。制御ユニット１００は、ＮＯｘセンサ５０，６０と直接的又は間接的に電気接続されている。制御ユニット１００は、メモリ装置に格納された排気情報処理プログラムをプロセッサによって実行することで、ＮＯｘセンサ５０，６０の出力を処理する複数の機能ブロックを構築する。具体的に、制御ユニット１００には、信号取得部３１、濃度推定部３２、特性記憶部３３、特性算出部３４、濃度算出部３５及び更新制御部３６等が構築される。

信号取得部３１は、ＮＯｘセンサ５０，６０の各ＮＯｘ検出部５３及び各酸素排出部５１に電圧を印加する制御を行う。信号取得部３１は、各ＮＯｘ検出部５３のセンサ電流の値を濃度信号として取得する。

濃度推定部３２は、エンジン１の作動状態を示す機関作動情報として、燃料噴射量、噴射タイミング、噴射パターン、吸気量、ＥＧＲ率、吸気温度及び水温等の情報を取得する。濃度推定部３２は、これらの機関作動情報に基づき、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度（以下、「推定ＮＯｘ濃度」）を推定する。例えば燃料噴射量は、インジェクタに設けられた圧力センサの値、及びインジェクタに印加される駆動信号の波形等から高精度に推定可能である。さらに濃度推定部３２は、酸化触媒２及びＳＣＲ触媒４によるＮＯｘの浄化率を推定可能であり、各ＮＯｘセンサ５０，６０に到達する排気ガスの推定ＮＯｘ濃度を個別に算出する。こうして算出される推定ＮＯｘ濃度は、ＮＯｘセンサ５０，６０の各出力に基づかない値となる。

特性記憶部３３は、ＮＯｘ検出部５３の検出特性を示す基準特性データ（図６ 実線参照）と、濃度信号を補正して実ＮＯｘ濃度を演算するための基準補正データ（図７ 実線参照）とを記憶している。基準特性データは、ＮＯｘ濃度に関連した検出特性を示すデータであって、具体的には排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度とＮＯｘ検出率との対応関係を示したデータである。基準補正データは、信号取得部３１にて取得される濃度信号の示すＮＯｘ濃度（以下、「検出ＮＯｘ濃度」）と、実ＮＯｘ濃度との対応関係を示したデータである。各データは、ＮＯｘ検出部５３に劣化が生じていない初期状態での相関を示している。各データの示すＮＯｘ検出部５３の特性は、吸着面６４ａから離脱した阻害物質６８の検出面６５ａへの付着によって変化する。各データの形式は、マップであってもよく、近似曲線を示すモデル式であってもよい。

特性算出部３４は、ＮＯｘセンサ５０，６０の劣化の進み具合を推定し、特性記憶部３３に記憶された基準特性データ及び基準補正データを共に補正する劣化判定処理を実行する（図８参照）。まず特性算出部３４は、検出ＮＯｘ濃度のゼロ点補正を行う（図８ Ｓ１１参照）。詳記すると、特性算出部３４は、実ＮＯｘ濃度が実質的にゼロになる条件にて、ＮＯｘ検出率が「１」となるように、又は検出ＮＯｘ濃度がセロとなるように、濃度信号の値をオフセットさせる（図６及び図７ 一点鎖線参照）。

特性算出部３４は、特定の条件下にて、濃度信号の示す検出ＮＯｘ濃度Ｄ１及び特性記憶部３３にて推定された推定ＮＯｘ濃度Ｅ１を取得する（図８ Ｓ１２，Ｓ１３参照）。特性算出部３４は、これら一組の検出ＮＯｘ濃度Ｄ１及び推定ＮＯｘ濃度Ｅ１に基づき、現在のＮＯｘ検出率Ｒ１（＝Ｄ１／Ｅ１）を算出する（図８ Ｓ１４参照）。特性算出部３４は、推定ＮＯｘ濃度Ｅ１及びＮＯｘ検出率Ｒ１の交差ポイントを通過するように、基準特性データを変形させる。こうして得られた検出特性が、現在の（劣化状態での）ＮＯｘ検出部５３の検出特性を示す補正特性データとなる（図６ 破線参照）。

さらに特性算出部３４は、補正特性データに基づいて基準補正データを補正する。具体的に、特性算出部３４は、基準特性データにてＮＯｘ検出率Ｒ１を取るＮＯｘ濃度Ｅ２の算出（図８ Ｓ１５参照）と、劣化に伴った変化割合を示す劣化補正係数Ｋ（＝Ｅ１／Ｅ２）の算出（図８ Ｓ１６参照）とを順に実施する。特性算出部３４は、初期特性を示す基準補正データの横軸（検出ＮＯｘ濃度軸）に劣化補正係数Ｋを乗算する（図８ Ｓ１７参照）。その結果、現在の劣化状態での検出ＮＯｘ濃度と実ＮＯｘ濃度との対応関係を示した濃度補正データ（図７ 破線参照）が生成される（図８ Ｓ１８参照）。特性算出部３４は、ＮＯｘセンサ５０，６０の各ＮＯｘ検出部５３に紐付けられる濃度補正データを個別に生成する。尚、第一実施形態では、濃度補正データは、マップ形式の情報としてメモリ装置に格納される。故に、以下の説明では、濃度補正データを「補正マップ」と記載する。濃度補正データは、上述の基準補正データ等と同等に、モデル式等であってもよい。

濃度算出部３５は、エンジン１の作動している期間にて、排ガスに含まれるＮＯｘ濃度（以下、「補正後ＮＯｘ濃度」）を算出するＮＯｘ計測処理（図９参照）を実施する。濃度算出部３５は、各ＮＯｘ検出部５３の濃度信号に基づき検出ＮＯｘ濃度を取得し（図９ Ｓ２１参照）、各検出ＮＯｘ濃度を各補正マップに適用して補正後ＮＯｘ濃度を算出する（図９ Ｓ２２参照）。以上の処理の繰り返しにより、各ＮＯｘセンサ５０，６０の配置された各計測点におけるＮＯｘ濃度が継続的に算出される。尚、検出ＮＯｘ濃度は、上述したゼロ点位置の補正を適用された値である。

更新制御部３６は、特性算出部３４等による劣化補正の実施タイミング、即ち、基準補正データ及び補正マップ（濃度補正データ）を更新するタイミングを制御する。更新制御部３６は、エンジン１の暖気が十分に行われた状態であって、エンジン１が例えば定常運転された状態下で、基準補正データ及び補正マップ（濃度補正データ）を更新する劣化検出処理を実行させる。劣化検出処理の実施間隔は、予め設定された運転情報に基づいて決定される。運転情報として運転時間を用いる場合、更新制御部３６は、図１０に示すように、前回の劣化検出処理の実施時からカウントした積算運転時間が実行判定閾値ｔｈを超えた場合に、劣化検出処理を実施させる。尚、劣化検出処理の実施間隔は、一定でなくてもよく、実行判定閾値ｔｈの増減によって不等間隔とされてもよい。

ここまで説明したように、ＮＯｘ検出部５３の劣化のメカニズムが特定できたことにより、ＮＯｘ検出部５３の検出特性の変化が予め推定可能となる。具体的に第一実施形態では、阻害物質６８の付着によって変化する検出特性の基準特性データが特性記憶部３３に記憶されている。加えて、ＮＯｘ検出部５３の劣化の進み具合が、検出ＮＯｘ濃度と推定ＮＯｘ濃度との関係から、特性算出部３４によって把握される。そして、特性算出部３４は、現在のＮＯｘ検出部５３の劣化状態を反映した検出特性を示す補正特性データを、基準特性データの補正によって算出する。以上によれば、補正特性データは、ＮＯｘ検出部５３の劣化状態を正しく反映した内容となり得る。したがって、補正に用いる情報が少なくても、劣化状態にあるＮＯｘ検出部５３の検出特性が精度良く特定可能になる。

加えて第一実施形態では、ＮＯｘ検出部５３の検出特性を示すデータとして、実ＮＯｘ濃度とＮＯｘ検出率との対応関係を示した基準特性データが記憶されている。上述したように、阻害物質６８の付着による実効面積の減少は、実ＮＯｘ濃度に対するＮＯｘ検出率の値に直接的に影響する。そのため、新たに見出した阻害物質６８の付着による劣化のメカニズムを反映させつつ、ＮＯｘ検出部５３の検出特性の変化を特定する処理には、実ＮＯｘ濃度とＮＯｘ検出率との対応関係を示す上記の基準特性データの使用が好適となる。

また第一実施形態の濃度算出部３５は、補正特性データを用いて生成した補正マップを用いて検出ＮＯｘ濃度を補正し、補正後ＮＯｘ濃度を算出する。以上のように、劣化状態での検出特性を反映した補正マップを用いて検出ＮＯｘ濃度を補正すれば、補正後ＮＯｘ濃度と実ＮＯｘ濃度との誤差は、低減され得る。このように、ＮＯｘセンサ５０，６０の劣化を精度良く補正できることの利点を、図１１〜図１５に基づいて説明する。

図１１に示す従来技術となる比較例では、検出特性の変化を反映した補正処理が実施されていない。故に、実ＮＯｘ濃度に対する検出ＮＯｘ濃度の誤差が、ＮＯｘセンサの使用時間の累積に伴って増加していく。そのため、実ＮＯｘ濃度が許容上限値（例えば、法規的な規制値）を下回るよう、後処理装置の目標制御値は、余裕分と誤差分とを含めて検出ＮＯｘ濃度が許容上限値を下回るよう、許容上限値に対して相当に低い値に設定せざるを得なかった。

しかし、図１２に示すように、補正マップに基づく補正処理によれば、補正後ＮＯｘ濃度と実ＮＯｘ濃度との誤差は、縮小可能となる。その結果、実ＮＯｘ濃度は、許容上限値を大きく下回る値にて推移可能となる。故に、図１３に示すように、処理装置の目標制御値を比較例（図１１参照）よりも許容上限値に近い値に設定したとしても、比較例と同等の余裕分の確保が可能になる。こうした目標制御値の緩和分は、後処理装置の簡素化及び燃費の向上に寄与し得る。

詳記すると、図１４に示すように、補正処理の実施によってＮＯｘ排出量が緩和可能となれば、後処理装置の性能を下げることができる。具体的には、酸化触媒２及びＳＣＲ触媒４の触媒サイズの小型化が実現できる。さらに、ＳＣＲ触媒４に供給される尿素水、及びＮＯｘを吸蔵するＬＮＴ触媒に供給される燃料等の還元剤の消費量が低減可能となる。以上の結果、後処理装置に関連する初期コスト及びランニングコストの抑制効果が獲得できる。

一方で、後処理装置の浄化性能を維持した場合、図１５に示すように、精度向上による効果分をエンジン１の出力向上に用いることが可能になる。具体的には、インジェクタの噴射タイミングを進角側に適合させる制御により、ＮＯｘの増加を許容しつつ、燃費を改善することが可能になる。

さらに、検出面６５ａの実効面積の縮小を予め想定することによれば、劣化を前提としたＮＯｘ検出部５３の設計が可能になる。即ち、検出面６５ａの面積を従来よりも縮小させたＮＯｘ検出部５３が実現され得る。さらに、劣化の検出と補正が可能であれば、ＮＯｘセンサに想定する製品寿命の延長が可能になる。

加えて第一実施形態では、補正特性データを用いて生成した補正マップに検出ＮＯｘ濃度を適用する処理により、補正後ＮＯｘ濃度が算出される。こうした処理によれば、制御ユニット１００は、濃度信号から高精度な補正後ＮＯｘ濃度を取得する演算を、低負荷で実施可能となる。

また第一実施形態では、一組の検出ＮＯｘ及び推定ＮＯｘ濃度の関係を用いて、基準特性データから補正特性データを算出する。こうした処理によれば、劣化状態でのＮＯｘ検出部５３の検出特性を、低負荷且つ高速に特定することが可能になる。

さらに第一実施形態では、窒素酸化物の濃度が実質的にゼロになる条件にて、濃度信号の示す検出ＮＯｘ濃度がゼロを示すように、各ＮＯｘセンサ５０，６０力が補正される。こうしたゼロ点補正が実施されたうえで、特性算出部３４は、基準特性データから補正特性データを算出する。以上によれば、補正特性データは、劣化状態にあるＮＯｘ検出部５３の検出特性をさらに正確に反映した内容となり得る。

尚、第一実施形態において、エンジン１が「機関」に相当し、制御回路３０が「制御部」に相当し、濃度算出部３５が「濃度補正部」に相当する。また、ＮＯｘセンサ５０，６０がそれぞれ「排気センサ」に相当し、酸素排出部５１が「排出部」に相当し、ＮＯｘ検出部５３が「検出部」に相当する。さらに、機関制御システム１０が「排気情報処理システム」に相当し、制御ユニット１００が「排気情報処理装置」に相当する。そして、基準特性データが「基準データ」に相当し、濃度補正データが「補正データ」に相当し、検出ＮＯｘ濃度が「検出濃度」に相当し、推定ＮＯｘ濃度が「推定濃度」に相当する。

（第二実施形態）
第二実施形態の特性算出部３４は、劣化検出処理にて、エンジンの運転条件を変更した状態で濃度信号を取得する。その結果、図１６に示すように、特性算出部３４は、複数組（二組）の検出ＮＯｘ濃度Ｄ１，Ｄ２及び推定ＮＯｘ濃度Ｅ２１，Ｅ２２を、補正のための情報として取得する。特性算出部３４は、各組の情報について、それぞれのＮＯｘ検出率Ｒ１（＝Ｄ１／Ｅ２１），Ｒ２（＝Ｄ２／Ｅ２２）を算出し、座標Ｐ１（Ｅ２１，Ｒ１）及びＰ２（Ｅ２２，Ｒ２）を規定する。そして、特性算出部３４は、基準特性データを横軸（ＮＯｘ濃度軸）方向に縮小させ、縮小させたデータ線と各座標Ｐ１，Ｐ２との二乗誤差が最小となるような縮尺の値を探索する。特性算出部３４は、各座標Ｐ１，Ｐ２との二乗誤差が最小となったデータ線を、現状の検出特性を示す補正特性データとして取得し、且つ、補正特性データの基準特性データに対する縮尺率を劣化補正係数Ｋとする。

特性算出部３４は、図１７に示すように、初期状態を示す基準補正データの横軸（検出ＮＯｘ濃度軸）に劣化補正係数Ｋを乗算する。その結果、劣化状態にあるＮＯｘ検出部５３の検出特性を反映した濃度補正データが取得される。以上により、濃度算出部３５は、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１に対して、初期状態の補正後ＮＯｘ濃度Ｃ１ではなく、劣化状態に見合った補正後ＮＯｘ濃度ＤＣ１を算出できる。

ここまで説明した第二実施形態でも、制御ユニットは、第一実施形態と同様の効果を発揮し、劣化状態にあるＮＯｘ検出部５３の検出特性を精度良く特定して、実ＮＯｘ濃度との誤差の少ない補正ＮＯｘ濃度を算出できる。加えて第二実施形態のように、基準特性データから補正特性データを生成する処理に、複数組（二組）の検出ＮＯｘ濃度及び推定ＮＯｘ濃度の情報を用いれば、補正特性データは、劣化状態にあるＮＯｘ検出部の検出特性をさらに正確に示すことができる。

（第三実施形態）
第三実施形態の特性算出部３４は、検出ＮＯｘ濃度の補正に用いられる「補正データ」として、図１８に示す検出率マップを生成する。検出率マップは、検出ＮＯｘ濃度とＮＯｘ検出率との対応関係を示すデータである。特性算出部３４は、初期状態を示す基準補正データの横軸（検出ＮＯｘ濃度軸）に劣化補正係数Ｋを乗算する処理により、現状の劣化状態を反映した検出率マップを生成する。

濃度算出部３５は、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１を検出率マップに適用し、ＮＯｘ検出率Ｒ１を算出する。濃度算出部３５は、検出ＮＯｘ濃度Ｄ１をＮＯｘ検出率Ｒ１で除算する処理により、補正後ＮＯｘ濃度（＝Ｄ１／Ｒ１）を算出する。以上のように、検出率マップを補正データとして使用して補正後ＮＯｘ濃度を算出する第三実施形態でも、第一実施形態と同様の効果が発揮される。

（第四実施形態）
第四実施形態の特性算出部３４は、検出ＮＯｘ濃度の補正に用いられる「補正データ」として、劣化補正係数Ｋを生成する。濃度算出部３５は、検出ＮＯｘ濃度を劣化補正係数Ｋで除算した値（＝Ｄ１／Ｋ）を、基準補正データ（図７ 実線参照）に適用する処理により、補正後ＮＯｘ濃度を算出する。以上のように、劣化補正係数Ｋを用いて補正後ＮＯｘ濃度を算出する第四実施形態でも、第一実施形態と同様の効果が発揮される。さらに、劣化補正係数Ｋを用いる上記の処理の採用によれば、検出ＮＯｘ濃度の補正に必要な記憶容量の削減が可能になる。尚、第四実施形態において、劣化補正係数Ｋが「補正係数」に相当する。

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態の機関制御システム１０は、複数（二つ）のＮＯｘセンサ５０，６０を備えていた。しかし、ＮＯｘセンサの個数及び配置は、適宜変更可能である。例えば、三つ以上のＮＯｘセンサが排気管に設けられていてもよい。また、図１９に示す変形例１の機関制御システム５１０のように、ＳＣＲ触媒４の上流側のみにＮＯｘセンサ５０が設けられてもよい。或いは、図２０に示す変形例２の機関制御システム６１０のように、ＳＣＲ触媒４の下流側のみにＮＯｘセンサ６０が設けられてもよい。

上記実施形態では、実ＮＯｘ濃度とＮＯｘ検出率との対応関係を示す基準特性データが、ＮＯｘ検出部５３の検出特性を示す「基準データ」として用いられていた。しかし、「基準データ」は、こうした情報に限定されない。また、濃度信号のオフセットを補正するゼロ点補正の実施は、適宜省略されてもよい。

上記実施形態の更新制御部は、運転情報として、運転時間を用いていた。しかし、更新制御部は、運転情報として、温度積算量及び走行距離等を用いることができる。温度積算値は、排気ガスの温度を運転時間で時間積分した値である。こうした処理によっても、補正特性データ及び濃度補正データを適切なタイミングにて、ＮＯｘ検出部の劣化状態に合わせて更新することが可能である。

上記実施形態では、酸素排出部に含まれる阻害物質として、Ａｕを記載した。しかし、阻害物質は、Ａｕに限定されない。酸素排出部にて、ポンプ電極からのＮＯｘの排出を抑制し、且つ、ポンプ電極からセンサ電極に飛散する虞のある物質が阻害物質に相当し得る。また阻害物質は、ポンプ電極に含有された物質であってもよく、ポンプ電極の表面に被覆された物質であってもよい。

上記実施形態において、制御ユニットの制御回路によって提供されていた機能は、上述のものとは異なるハードウェア及びソフトウェア、或いはこれらの組み合わせによって提供可能である。例えば上記実施形態では、濃度補正データを用いて濃度算出部が検出ＮＯｘ濃度を補正し、補正後ＮＯｘ濃度が算出されていた。しかし、補正後ＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ計測処理は、制御ユニットとは異なる構成によって実施されてもよい。さらに、エンジンの稼動を統合制御するＥＣＵとは別に設けられた後処理専用の制御回路が、「排気情報処理装置」として、劣化検出処理及びＮＯｘ計測処理の一部又は全部を実行してもよい。

排気情報処理プログラムを格納するメモリ装置には、フラッシュメモリ及びハードディスク等の種々の非遷移的実体的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）が採用可能である。加えて、排気情報処理プログラムを記憶する記憶媒体は、車両に搭載された制御ユニットに設けられた記憶媒体に限定されず、当該記憶媒体へのコピー元となる光学ディスク及び汎用コンピュータのハードディスクドライブ等であってもよい。

上記実施形態では、車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用される機関制御システム及び制御ユニットに、本開示による補正処理を適用した例を説明した。しかし、車載された機関に限らず、船舶、鉄道車両、及び航空機等に搭載された内燃機関又は外燃機関の機関制御システム及び制御ユニットにも、上記の補正処理は適用可能である。さらに、発電用機関の機関制御システム及び制御ユニットにも、上記の補正処理は適用可能である。

１ エンジン（機関）、１０，５１０，６１０ 機関制御システム（排気情報処理システム）、３０ 制御回路（制御部）、３１ 信号取得部、３２ 濃度推定部、３３ 特性記憶部、３４ 特性算出部、３５ 濃度算出部（濃度補正部）、５０，６０ ＮＯｘセンサ（排気センサ）、５１ 酸素排出部（排出部）、５３ ＮＯｘ検出部（検出部）、６８ 阻害物質、１００ 制御ユニット（排気情報処理装置）、Ｋ 劣化補正係数（補正係数）

Claims (11)

1. 機関（１）の排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部（５３）と、窒素酸化物の還元を阻害する阻害物質（６８）を含有し前記検出部に向かう排気ガスに含まれる酸素を取り除く排出部（５１）と、を有する排気センサ（５０，６０）の出力を処理する排気情報処理装置であって、
   窒素酸化物の濃度を示す濃度信号を前記検出部から取得する信号取得部（３１）と、
   前記機関の作動状態を示す作動情報に基づき排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を推定する濃度推定部（３２）と、
   排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に関連する前記検出部の検出特性であって、前記排出部から離脱した前記阻害物質の前記検出部への付着によって変化する前記検出特性の基準データを記憶する特性記憶部（３３）と、
   前記濃度信号が示す検出濃度と前記濃度推定部にて推定された推定濃度との関係を用いて前記特性記憶部に記憶された前記基準データを補正し、前記阻害物質の付着による劣化状態での前記検出部の前記検出特性を算出する特性算出部（３４）と、を備える排気情報処理装置。
2. 前記特性記憶部は、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度と、前記検出部における窒素酸化物の検出率との対応関係を、前記検出特性の前記基準データとして記憶する請求項１に記載の排気情報処理装置。
3. 前記特性算出部にて算出された劣化状態での前記検出特性を反映させた補正データを用いて、前記濃度信号が示す前記検出濃度を補正する濃度補正部（３５）、をさらに備える請求項１又は２に記載の排気情報処理装置。
4. 前記特性算出部は、前記検出濃度を補正する補正マップを前記補正データとして生成し、
   前記濃度補正部は、前記検出濃度を前記補正マップに適用する処理により、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を算出する請求項３に記載の排気情報処理装置。
5. 前記特性算出部は、前記検出濃度を補正する補正係数を前記補正データとして生成し、
   前記濃度補正部は、前記補正係数を用いて前記濃度信号を補正する処理により、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を算出する請求項３に記載の排気情報処理装置。
6. 前記特性算出部は、前記検出濃度と窒素酸化物の検出率との対応関係を示す検出率マップを前記補正データとして生成し、
   前記濃度補正部は、前記検出濃度を前記検出率マップに適用する処理により、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を算出する請求項３に記載の排気情報処理装置。
7. 特性算出部は、一組の前記検出濃度と前記推定濃度との関係を用いて前記基準データを補正し、劣化状態での前記検出部の前記検出特性を算出する請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気情報処理装置。
8. 特性算出部は、複数組の前記検出濃度と前記推定濃度との関係を用いて前記基準データを補正し、劣化状態での前記検出部の前記検出特性を算出する請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気情報処理装置。
9. 前記特性算出部は、窒素酸化物の濃度が実質的にゼロになる条件にて前記濃度信号の示す前記検出濃度がゼロを示すように前記排気センサの出力を補正したうえで、劣化状態での前記検出部の前記検出特性を算出する請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気情報処理装置。
10. 機関（１）の排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部（５３）、
    及び窒素酸化物の還元を阻害する阻害物質（６８）を含有し前記検出部に向かう排気ガスに含まれる酸素を取り除く排出部（５１）、を有する排気センサ（５０，６０）と、
    窒素酸化物の濃度を示す濃度信号を前記検出部から取得する信号取得部（３１）、
    前記機関の作動状態を示す作動情報に基づき排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を推定する濃度推定部（３２）、
    排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に関連する前記検出部の検出特性であって、前記排出部から離脱した前記阻害物質の前記検出部への付着によって変化する前記検出特性の基準データを記憶する特性記憶部（３３）、
    及び前記濃度信号が示す検出濃度と前記濃度推定部にて推定された推定濃度との関係を用いて前記特性記憶部に記憶された前記基準データを補正し、前記阻害物質の付着による劣化状態での前記検出部の前記検出特性を算出する特性算出部（３４）、を有し、前記排気センサの出力を処理する排気情報処理装置（１００）と、
    を備える排気情報処理システム。
11. 機関（１）の排気ガスに含まれる窒素酸化物を検出する検出部（５３）と、窒素酸化物の還元を阻害する阻害物質（６８）を含有し前記検出部に向かう排気ガスに含まれる酸素を取り除く排出部（５１）と、を有する排気センサ（５０，６０）の出力を処理する排気情報処理プログラムであって、
    少なくとも一つの制御部（３０）を、
    窒素酸化物の濃度を示す濃度信号を前記検出部から取得する信号取得部（３１）、
    前記機関の作動状態を示す作動情報に基づき排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を推定する濃度推定部（３２）、
    排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に関連する前記検出部の検出特性であって、前記排出部から離脱した前記阻害物質の前記検出部への付着によって変化する前記検出特性の基準データを記憶する特性記憶部（３３）、
    及び前記濃度信号が示す検出濃度と前記濃度推定部にて推定された推定濃度との関係を用いて前記特性記憶部に記憶された前記基準データを補正し、前記阻害物質の付着による劣化状態での前記検出部の前記検出特性を算出する特性算出部（３４）、として機能させる排気情報処理プログラム。

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