JP2023070336A - Controller - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、排出ガスセンサの制御装置に関する。 The present disclosure relates to a control device for an exhaust gas sensor.
内燃機関を有する車両の排気配管には、排出ガスに含まれる特定のガスの濃度を測定するための排出ガスセンサが設けられる。「特定のガス」とは、例えば窒素酸化物である。このような排出ガスセンサとしては、固体電解質層の両側に電極が形成されたセルを、複数有する構成のものが知られている。上記セルでは、電極間に電圧が印加された状態において、測定対象成分の濃度に応じた大きさの電流が流れる。排出ガスセンサは、当該電流の値に基づいて測定対象成分の濃度を測定する。 An exhaust gas sensor for measuring the concentration of a specific gas contained in the exhaust gas is provided in the exhaust pipe of a vehicle having an internal combustion engine. "Specific gas" is, for example, nitrogen oxides. As such an exhaust gas sensor, one having a structure having a plurality of cells in which electrodes are formed on both sides of a solid electrolyte layer is known. In the above cell, a current having a magnitude corresponding to the concentration of the component to be measured flows when a voltage is applied between the electrodes. The exhaust gas sensor measures the concentration of the component to be measured based on the current value.
例えば、上記の複数のセルとして、第1セル及び第2セルを有する構成の排出ガスセンサが知られている。当該排出ガスセンサでは、排出ガスに含まれる酸素が、上流側に配置された第1セルによって予め排出される。下流側に配置された第2セルでは、酸素が排出された後の排出ガスに含まれる残留酸素や窒素酸化物の濃度に応じた電流が流れる。以下では、当該電流のことを「出力電流」とも表記する。このような構成の排出ガスセンサでは、窒素酸化物よりも量の多い酸素を排出ガスから予め排出しておくことにより、窒素酸化物の濃度を精度よく測定することができる。 For example, an exhaust gas sensor configured to have a first cell and a second cell as the plurality of cells is known. In the exhaust gas sensor, oxygen contained in the exhaust gas is discharged in advance by the first cell arranged on the upstream side. In the second cell located downstream, a current flows according to the concentrations of residual oxygen and nitrogen oxides contained in the exhaust gas after oxygen has been exhausted. Below, the said current is also described as "output current." In the exhaust gas sensor having such a configuration, the concentration of nitrogen oxides can be measured with high accuracy by preliminarily discharging oxygen, which is larger than the amount of nitrogen oxides, from the exhaust gas.
複数のセルを有する排出ガスセンサでは、セルの劣化により、測定対象成分の濃度と出力電流との関係が変化してしまうことがある。そこで、下記特許文献1に記載のガスセンサの制御装置では、排出ガスセンサで生じている劣化の度合いを示す指標である劣化率、を算出することが可能となっている。具体的には、第1セル(ポンプセル)に印加される電圧を低減し、第2セル(センサセル)に到達する酸素の量を一時的に増加させた上で、その際における第2セルからの出力電流の変化の傾きに基づいて劣化率を算出することとしている。
In an exhaust gas sensor having a plurality of cells, deterioration of the cells may change the relationship between the concentration of the component to be measured and the output current. Therefore, in the gas sensor control device described in
第2セルからの出力電流の変化の傾きは、第2セルの劣化度合いに応じて小さくなる傾向がある。このため、第2セルからの出力電流の変化の傾きが通常時よりも小さくなると、第2セルに劣化が生じている、すなわち排出ガスセンサの劣化率が大きくなっていると判定することができる。 The slope of the change in the output current from the second cell tends to decrease according to the degree of deterioration of the second cell. Therefore, when the slope of the change in the output current from the second cell becomes smaller than normal, it can be determined that the second cell has deteriorated, that is, the deterioration rate of the exhaust gas sensor has increased.
ただし、第2セルからの出力電流の変化の傾きは、排出ガスの酸素濃度によっても変化する。また、第1セルを経由して第2セルに到達する排出ガスの酸素濃度は、第1セルに印加される電圧を低減した際の、第1セルの出力電流の変動量に概ね比例する。そこで、上記特許文献1に記載の制御装置では、第2セルからの出力電流の変化の傾き(A)を、第1セルの出力電流の変動量(ΔIP)で除することにより正規化し、この正規化で得られた値に基づいて劣化率を算出することとしている。
However, the slope of the change in the output current from the second cell also changes depending on the oxygen concentration of the exhaust gas. Further, the oxygen concentration of the exhaust gas that reaches the second cell via the first cell is roughly proportional to the amount of change in the output current of the first cell when the voltage applied to the first cell is reduced. Therefore, in the control device described in
しかしながら、第1セルの出力電流の変動量は、正確に取得することが難しいことが多い。例えば、第1セルに印加される電圧を低減した後において、排出ガスに含まれる酸素濃度がそのまま一定とはならず、時間の経過と共に変動することがある。この場合、第1セルの出力電流の変化は直線的とはならないので、上記の変動量(ΔIP)には誤差が含まれてしまうこととなる。その結果、劣化率の算出を正確には行えなくなってしまう可能性がある。 However, it is often difficult to accurately obtain the fluctuation amount of the output current of the first cell. For example, after the voltage applied to the first cell is reduced, the concentration of oxygen contained in the exhaust gas may not remain constant and may fluctuate over time. In this case, since the change in the output current of the first cell is not linear, the above variation (ΔI P ) includes an error. As a result, there is a possibility that the deterioration rate cannot be calculated accurately.
本開示は、排出ガスセンサの劣化率を正確に算出することのできる制御装置、を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a control device that can accurately calculate the deterioration rate of an exhaust gas sensor.
本開示に係る制御装置は、排出ガスセンサ(100)の制御装置(10)である。制御対象である排出ガスセンサは、内燃機関(EG)で生じた排出ガスから酸素を排出する第1セル(150)と、第1セルによって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる残留酸素の濃度、に応じた大きさの電流を出力する第2セル(160,170)と、を有するものである。この制御装置は、第1セルによる酸素の排出を制御する第1セル制御部(13)と、第2セルから出力される電流の変化の傾きを取得する第1取得部(14)と、第2セルから出力される電流の収束値を取得する第2取得部(15)と、排出ガスセンサで生じている劣化の度合いを示す指標、である劣化率を算出する劣化率算出部(17)と、を備える。第1セル制御部が、第1セルによる酸素の排出を一時的に抑制する排出抑制処理、を開始した後、劣化率算出部は、第1取得部で取得された傾き(A)を、第2取得部で取得された収束値(B)を用いて正規化した値に基づいて、劣化率を算出する。 A control device according to the present disclosure is a control device (10) for an exhaust gas sensor (100). The exhaust gas sensor to be controlled includes a first cell (150) that discharges oxygen from the exhaust gas generated by the internal combustion engine (EG), and a sensor that detects residual oxygen contained in the exhaust gas after oxygen is discharged by the first cell. and a second cell (160, 170) for outputting a current having a magnitude corresponding to the concentration. This control device includes a first cell control section (13) that controls the discharge of oxygen by the first cell, a first acquisition section (14) that acquires the slope of change in current output from the second cell, a first a second acquisition unit (15) for acquiring convergence values of the currents output from the two cells; and a deterioration rate calculation unit (17) for calculating a deterioration rate, which is an index indicating the degree of deterioration occurring in the exhaust gas sensor. , provided. After the first cell control unit starts the emission suppression process that temporarily suppresses the emission of oxygen by the first cell, the deterioration rate calculation unit converts the slope (A) acquired by the first acquisition unit to the 2 Calculate the deterioration rate based on the normalized value using the convergence value (B) obtained by the obtaining unit.
このような構成の制御装置では、第1セルから出力される電流の値を用いることなく、第2セルから出力される電流の値のみを用いて劣化率が算出される。このため、第1セルから出力される電流の測定誤差の影響を受けることなく、従来よりも正確に劣化率を算出することが可能となる。 In the control device having such a configuration, the deterioration rate is calculated using only the value of the current output from the second cell without using the value of the current output from the first cell. Therefore, it is possible to calculate the deterioration rate more accurately than before without being affected by the measurement error of the current output from the first cell.
本開示によれば、排出ガスセンサの劣化率を正確に算出することのできる制御装置、が提供される。 According to the present disclosure, a control device is provided that can accurately calculate the deterioration rate of an exhaust gas sensor.
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same constituent elements in each drawing are denoted by the same reference numerals as much as possible, and overlapping descriptions are omitted.
第1実施形態について説明する。本実施形態に係る制御装置10は、排出ガスセンサ100の制御を行うための装置として構成されている。図1には、排出ガスセンサ100が設けられる車両の排気系が模式的に示されている。同図に示されるように、当該車両の内燃機関EGには、内燃機関EGから排出された排出ガスを外部に導くための排気配管20が接続されている。排出ガスセンサ100は、排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定するためのものであって、排気配管20の途中となる位置に設けられている。尚、本実施形態においては、排出ガスセンサ100の検知対象となる成分は上記の通り窒素酸化物なのであるが、例えばアンモニアのような、窒素酸化物以外の成分であってもよい。
A first embodiment will be described. The
排気配管20の途中には、排出ガスセンサ100のほか、酸化触媒コンバータ22が設けられている。酸化触媒コンバータ22は、排出ガスに含まれる有害物質を浄化するものである。酸化触媒コンバータ22の内部には酸化触媒(不図示)が収容されている。酸化触媒は、主としてセラミック製の担体と、酸化アルミニウム、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムを成分とする酸化物混合物、並びに白金、パラジウム、ロジウムといった貴金属触媒で構成されている。酸化触媒は、排出ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを酸化させ浄化する。酸化触媒コンバータ22の内部には、上記の酸化触媒に加えて、微小粒子を捕捉するためのパティキュレートフィルタや窒素酸化物浄化用触媒が収容されていてもよい。
In addition to the
制御装置10の制御対象である排出ガスセンサ100は、排気配管20のうち、酸化触媒コンバータ22の下流側となる位置に設けられており、当該位置における排出ガスの窒素酸化物の濃度を測定するものとなっている。
The
排出ガスセンサ100で測定された窒素酸化物の濃度は、制御装置10に伝えられる。制御装置10は、測定された窒素酸化物の濃度に基づいて、内燃機関EGの各種制御を行う。当該制御には、例えば、内燃機関EGにおける点火タイミングや噴射タイミングを調整する制御等が含まれる。
The nitrogen oxide concentration measured by the
このように、本実施形態に係る制御装置10は、後に説明する排出ガスセンサ100の制御のほか、内燃機関EGの制御をも行う装置として構成されている。つまり、制御装置10は所謂「エンジンECU」としての機能をも有している。このような態様に換えて、制御装置10が、排出ガスセンサ100の制御を行うための専用の装置として構成されており、エンジンECUとは別の制御装置となっているような態様であってもよい。この場合、制御装置10は、エンジンECUと通信を行うことにより、エンジンECUが行う内燃機関EGの制御に寄与することとなる。
Thus, the
図2乃至図4を参照しながら、排出ガスセンサ100の具体的な構成について説明する。図2では、排出ガスセンサ100のうち排気配管20の内部に配置されている部分の断面が模式的に示されている。図2における左側、すなわち拡散抵抗体140が配置されている側の端部が、排気配管20の内部で突出する排出ガスセンサ100の先端部分に該当する。
A specific configuration of the
排出ガスセンサ100は、固体電解質体110と、本体部120、130とを備えている。
The
固体電解質体110は板状の部材であって、酸化ジルコニア等の固体電解質材料によって構成されている。固体電解質体110は、所定温度以上の活性状態になると酸素イオン伝導性を有するようになる。固体電解質体110には、ポンプセル150、センサセル160、及びモニタセル170がそれぞれ形成されているのであるが、これら複数のセルについては後述する。
The
本体部120、130は、いずれも板状の部材であって、アルミナを主成分とする絶縁体材料によって構成されている。本体部120、130は、上記の固体電解質体110を間に挟むように配置されている。固体電解質体110の一方側に配置された本体部120のうち、固体電解質体110側の面の一部は、固体電解質体110とは反対側に向けて凹状に後退している。これにより、本体部120と固体電解質体110との間には空間が形成されている。当該空間は、測定対象である排出ガスが導入される空間となっている。以下では、当該空間のことを「測定室121」とも表記する。
Both of the
排出ガスセンサ100の先端部分には拡散抵抗体140が配置されている。測定室121は、この拡散抵抗体140を介して外部(つまり排気配管20の内側)に開放されている。拡散抵抗体140は、多孔質又は細孔が形成されたアルミナ等のセラミック材料からなっている。拡散抵抗体140の作用により、測定室121内に引き込まれる排出ガスの流量が律せられる。拡散抵抗体140を通って測定室121に流入した排出ガスは、後述のポンプセル150やセンサセル160、モニタセル170へと供給される。
A
固体電解質体110の他方側に配置された本体部130のうち、固体電解質体110側の面の一部は、固体電解質体110とは反対側に向けて凹状に後退している。これにより、本体部130と固体電解質体110との間にも空間が形成されている。当該空間の一部(不図示)は、排気配管20の外側である大気に開放されている。つまり、当該空間は大気が導入される空間となっている。以下では、当該空間のことを「大気室131」とも表記する。
Of
固体電解質体110のうち測定室121に接している方の面には、ポンプ電極111と、センサ電極112と、モニタ電極113と、がそれぞれ形成されている。ポンプ電極111は、固体電解質体110のうち拡散抵抗体140寄りとなる位置に形成されている。センサ電極112及びモニタ電極113は、固体電解質体110のうち、ポンプ電極111を間に挟んで拡散抵抗体140とは反対側となる位置に形成されている。センサ電極112及びモニタ電極113は、図2において紙面奥行方向に沿って並ぶように配置されている(図3を参照)。
A
ポンプ電極111及びモニタ電極113は、Pt-Au合金(白金-金合金)によって形成されている。これらはいずれも、酸素に対して活性であり、かつ窒素酸化物に対して不活性な電極となっている。一方、センサ電極112は、Pt(白金)やRh(ロジウム)等の貴金属によって形成されており、酸素に対して活性であり、且つ窒素酸化物に対しても活性な電極となっている。
The
固体電解質体110のうち大気室131に接している方の面には、共通電極114が形成されている。共通電極114は、図3のように固体電解質体110に対し垂直な方向に沿って見た場合において、ポンプ電極111、センサ電極112、及びモニタ電極113の全てに重なるような範囲に形成されている。共通電極114はPt(白金)を主成分とする材料によって形成されている。
A
固体電解質体110が高温の活性状態となっているときに、ポンプ電極111と共通電極114との間に電圧が印加されると、測定室121の排出ガスに含まれる酸素がポンプ電極111において分解され、酸素イオンとなって固体電解質体110を通過する。これにより、測定室121から大気室131へと酸素が排出される。つまり、ポンプ電極111、共通電極114、及び固体電解質体110のうちポンプ電極111と共通電極114との間に挟まれた部分は、排出ガスから酸素を排出するためのポンプセル150として機能する部分となっている。ポンプセル150は、本実施形態における「第1セル」に該当する。
When a voltage is applied between the
上記のような酸素の排出が行われているときには、ポンプ電極111と共通電極114との間に電流が流れる。当該電流の値は、排出ガスから排出される酸素の量に比例した値であって、且つ、排出ガスの酸素濃度に比例した値となる。つまり、ポンプセル150は、排出ガスの酸素濃度に応じた大きさの電流を出力するものということができる。制御装置10は、上記電流の値に基づいて、測定室121に存在する排出ガスの酸素濃度を取得することができる。
A current flows between the
ポンプ電極111と共通電極114との間に印加される電圧のことを、以下では「ポンプセル電圧」とも称する。また、ポンプセル電圧が印加された状態で、ポンプ電極111と共通電極114との間に流れる電流のことを、以下では「ポンプセル電流」とも称する。
The voltage applied between the
固体電解質体110が高温の活性状態となっているときに、センサ電極112と共通電極114との間に電圧が印加されると、測定室121の排出ガスに含まれる酸素及び窒素酸化物がセンサ電極112において分解され、いずれも酸素イオンとなって固体電解質体110を通過する。その結果、センサ電極112と共通電極114との間には、センサ電極112の近傍における酸素及び窒素酸化物の濃度に応じた電流が流れることとなる。当該電流の値は制御装置10によって取得される。
When a voltage is applied between the
つまり、センサ電極112、共通電極114、及び固体電解質体110のうちセンサ電極112と共通電極114との間に挟まれた部分は、排出ガスに含まれる残留酸素及び窒素酸化物の濃度に応じた大きさの電流を、電圧が印加された状態において出力するセンサセル160として機能する部分となっている。センサセル160によって窒素酸化物および残留酸素の濃度が測定される排出ガスは、ポンプセル150において酸素が排出された後の排出ガスである。センサセル160は、本実施形態における「第2セル」の1つに該当する。
That is, the portion sandwiched between the
センサ電極112と共通電極114との間に印加される電圧のことを、以下では「センサセル電圧」とも称する。また、センサセル電圧が印加された状態で、センサ電極112と共通電極114との間に流れる電流のことを、以下では「センサセル電流」とも称する。
The voltage applied between the
固体電解質体110が高温の活性状態となっているときに、モニタ電極113と共通電極114との間に電圧が印加されると、測定室121の排出ガスに含まれる酸素がモニタ電極113において分解され、酸素イオンとなって固体電解質体110を通過する。その結果、モニタ電極113と共通電極114との間には、モニタ電極113の近傍における酸素の濃度に応じた電流が流れることとなる。当該電流の値は制御装置10によって取得される。
When a voltage is applied between the
つまり、モニタ電極113、共通電極114、及び固体電解質体110のうちモニタ電極113と共通電極114との間に挟まれた部分は、排出ガスに含まれる残留酸素の濃度に応じた大きさの電流を出力するモニタセル170として機能する部分となっている。モニタセル170によって残留酸素の濃度が測定される排出ガスは、ポンプセル150において酸素が排出された後の排出ガスである。モニタセル170は、上記のセンサセル160と共に、本実施形態における「第2セル」の1つに該当する。
In other words, a portion of the
モニタ電極113と共通電極114との間に印加される電圧のことを、以下では「モニタセル電圧」とも称する。また、モニタセル電圧が印加された状態で、モニタ電極113と共通電極114との間に流れる電流のことを、以下では「モニタセル電流」とも称する。
The voltage applied between the
このように、ポンプセル150の下流側となる位置には、ポンプセル150によって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる、残留酸素の濃度に応じた大きさの電流を出力するモニタセル170と、ポンプセル150によって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる、残留酸素及び窒素酸化物の濃度に応じた大きさの電流を出力するセンサセル160と、が配置されている。
In this way, at a position downstream of the
拡散抵抗体140を通って測定室121に流入した排出ガスは、ポンプセル150に沿って流れた後、センサセル160及びモニタセル170のそれぞれに供給される。図4では、このような排出ガスの流れが複数の矢印で模式的に示されている。矢印AR10で示されるのは、拡散抵抗体140を通って測定室121に流入した後、ポンプセル150によって排出される酸素の流れである。ポンプセル150では、排出ガスに含まれる酸素の殆どが除去されるのであるが、酸素を完全に除去することは難しい。このため、僅かな量の酸素が、センサセル160及びモニタセル170のそれぞれに到達することとなる。矢印AR11で示されるのはセンサセル160に到達する酸素の流れであり、矢印AR12で示されるのはモニタセル170に到達する酸素の流れである。
The exhaust gas that has flowed into the
既に述べたように、ポンプ電極111及びモニタ電極113は、いずれも窒素酸化物に対して不活性な電極となっている。このため、測定室121に流入した排出ガスに含まれる窒素酸化物は、ポンプセル150やモニタセル170によっては排出されず、そのままセンサセル160のセンサ電極112に到達することとなる。矢印AR20で示されるのは、このようにセンサセル160に到達する窒素酸化物の流れである。
As already described, both the
図4に示されるように、センサセル160には窒素酸化物(矢印AR20)と残余の酸素(矢印AR11)との両方が到達する。このため、センサセル電流の大きさは、排出ガスに含まれる窒素酸化物及び酸素の濃度を示すものとなっている。
As shown in FIG. 4,
一方、モニタセル電流の大きさは、排出ガスに含まれる酸素の濃度を示すものとなっている。従って、センサセル電流の値から、モニタセル電流の値を差し引いて得られる電流値は、窒素酸化物のみの濃度を示すものとなる。このような排出ガスセンサ100では、排出ガスに含まれる酸素の影響を抑制し、窒素酸化物の濃度を正確に測定することが可能となっている。
On the other hand, the magnitude of the monitor cell current indicates the concentration of oxygen contained in the exhaust gas. Therefore, the current value obtained by subtracting the monitor cell current value from the sensor cell current value indicates the concentration of only nitrogen oxides. Such an
図2に示されるように、本体部130にはヒーター180が埋設されている。ヒーター180は、本体部130の内側において発熱し、ポンプセル150、センサセル160、及びモニタセル170のそれぞれを加熱するためのものである。ヒーター180によって、固体電解質体110が活性となる温度に保たれる。ヒーター180の出力は制御装置10によって調整される。
As shown in FIG. 2, a
図2を参照しながら、制御装置10の構成について説明する。制御装置10は、CPU、ROM、RAM等を有するコンピュータシステムとして構成されている。制御装置10は、その機能を表すブロック要素として、濃度検知部11と、内燃機関制御部12と、第1セル制御部13と、第1取得部14と、第2取得部15と、記憶部16と、劣化率算出部17と、を備えている。
The configuration of the
濃度検知部11は、モニタセル電流及びセンサセル電流のそれぞれに基づいて、排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検知する部分である。既に述べたように、濃度検知部11による窒素酸化物の濃度の検知は、センサセル電流の値からモニタセル電流の値を差し引いて得られる電流値に基づいて行われる。
The
内燃機関制御部12は、濃度検知部11によって検知された窒素酸化物の濃度に基づいて、内燃機関EGの制御を行う部分である。内燃機関制御部12は、排出ガスセンサ100によって検知される窒素酸化物の濃度が0に近づくように、内燃機関EGの燃料噴射量等を調節する。既に述べたように、制御装置10が排出ガスセンサ100の制御を行うための専用の装置として構成されており、エンジンECUとは別の制御装置となっているような態様であってもよい。この場合、内燃機関制御部12はエンジンECUの一部として構成されることとなる。
The internal combustion
第1セル制御部13は、ポンプセル電圧を変化させることにより、第1セルであるポンプセル150による酸素の排出を制御する部分である。排出ガスセンサ100による窒素酸化物の濃度検知が行われているとき、すなわち通常時においては、第1セル制御部13はポンプセル電圧を概ね一定の値に維持する。一方、後に説明する劣化率の算出が行われる際には、第1セル制御部13はポンプセル電圧を一時的に低下させる。
The first
第1取得部14は、第2セルから出力される電流の変化の傾き、具体的には、センサセル電流の変化の傾きを取得する処理を行う部分である。第2取得部15は、第2セルから出力される電流の収束値、具体的には、センサセル電流の収束値を取得する処理を行う部分である。第1取得部14により取得された傾き、及び、第2取得部15により取得された収束値は、後に説明する劣化率の算出に用いられる。
The
記憶部16は、制御装置10に設けられた不揮発性の記憶装置であり、具体的にはフラッシュメモリである。記憶部16には、劣化率の算出を行うために必要となる情報が予め記憶されている。当該情報の具体的な内容については後に説明する。
The
劣化率算出部17は、排出ガスセンサ100の劣化率を算出する処理を行う部分である。「劣化率」とは、排出ガスセンサ100で生じている劣化の度合いを示す指標であって、排出ガスセンサ100の劣化が進行するほど大きな値として算出されるものである。本実施形態では、劣化率は0%から100%までの範囲のいずれかの値、として算出される。劣化率の具体的な算出方法については後に説明する。
The deterioration
劣化率算出部17によって算出される劣化率は、例えば、排出ガスセンサ100が正常か否かを判定するための指標として用いられる。算出された劣化率が所定値を超えた場合には、車両に設けられた警告灯を点灯させ、乗員に対し交換等の対応を促すことができる。排出ガスセンサ100で取得される窒素酸化物の濃度の値を、劣化率を用いて補正することとしてもよい。
The deterioration rate calculated by the
劣化率を算出するために行われる処理の概要について説明する。図5(A)に示されるのは、劣化率の算出が行われる際における、ポンプセル電圧の時間変化の例である。図5(B)に示されるのは、ポンプセル電流の時間変化の例である。図5(C)に示されるのは、センサセル電流の時間変化の例である。 An overview of the processing performed to calculate the deterioration rate will be described. FIG. 5(A) shows an example of the change over time of the pump cell voltage when the deterioration rate is calculated. FIG. 5(B) shows an example of a change in pump cell current over time. FIG. 5(C) shows an example of the change over time of the sensor cell current.
図5に示される例では、通常時の制御、つまり窒素酸化物濃度を測定するための処理が時刻t0において一時的に停止されており、時刻t0から、劣化率を算出するための処理が開始されている。時刻t0においては、ポンプセル150に印加される電圧が、当初のVP1から、これよりも低いVP0へと変更されている(図5(A))。当該処理は第1セル制御部13によって行われる。その結果、ポンプセル150による酸素の排出は、時刻t0以降においては一時的に抑制された状態となる。第1セル制御部13によって、図5における時刻t0から時刻t3まで期間で行われる処理、すなわち、ポンプセル150による酸素の排出を一時的に抑制する処理のことを、以下では「排出抑制処理」とも称する。
In the example shown in FIG. 5, normal control, that is, the process for measuring the nitrogen oxide concentration is temporarily stopped at time t0, and the process for calculating the deterioration rate starts at time t0. It is At time t0, the voltage applied to the
排出抑制処理が開始されると、ポンプセル電流は、当初のIP0から、これよりも低いIP1へと低下している(図5(B))。ポンプセル電流がこのように減少したことは、ポンプセル150を通過してセンサセル160へと到達する酸素の量が、時刻t0以降においては増加したことを意味する。このため、図5(C)の線L10に示されるように、センサセル電流は時刻t0から増加し始めており、最終的には概ね一定の値に収束している。
When the emission control process is started, the pump cell current drops from IP0 at the beginning to IP1, which is lower than this (FIG. 5(B)). This decrease in pump cell current means that the amount of oxygen passing through
その後の時刻t3では、ポンプセル電圧が元の値VP1に戻され(図5(A))、これにより排出抑制処理が終了する。その後、ポンプセル電流の値は上昇し、時刻t4においてIP2に収束している(図5(B))。IP2は、元の値であるIP0に等しくなることもあるが、それまでにおける内燃機関の状態変化等により、IP0とは異なる値となることもある。 At subsequent time t3, the pump cell voltage is returned to the original value VP1 (FIG. 5(A)), thereby ending the emission control process. After that, the value of the pump cell current increases and converges to IP2 at time t4 (FIG. 5(B)). IP2 may become equal to IP0, which is the original value, but may become a value different from IP0 due to a change in the state of the internal combustion engine or the like.
排出抑制処理が終了した時刻t3以降は、センサセル160へと到達する酸素の量が減少する。これに伴い、センサセル電流の値は時刻t3以降において減少している(図5(C))。このように、劣化率を算出するにあたっては、排出抑制処理が行われ、ポンプセル150による酸素の排出が一時的に抑制される。図5においては、排出抑制処理が実行される期間が「期間TM0」として示されている。
After time t3 when the emission control process ends, the amount of oxygen reaching the
図5(C)の線L10は、センサセル160に劣化が生じていない正常時における、センサセル電流の時間変化を示している。一方、同図の線L11は、センサセル160に劣化が生じているときにおける、センサセル電流の時間変化を示している。
A line L10 in FIG. 5(C) indicates the change over time of the sensor cell current in a normal state when the
線L10と線L11とを比較すると明らかなように、時刻t0以降におけるセンサセル電流の変化の傾きは、センサセル160に劣化が生じている場合には、正常時に比べて小さくなる。また、センサセル160の劣化の度合いが大きくなるほど、上記の傾きは小さくなる傾向がある。このため、時刻t0以降のセンサセル電流の変化の傾きに基づけば、劣化率を算出することができる。例えば、センサセル電流の変化の傾きと劣化率との対応関係を、予めマップとして作成しておけば、当該マップを参照することにより、センサセル電流の変化の傾きに基づいて劣化率を算出することができる。
As can be seen by comparing the line L10 and the line L11, the slope of the change in the sensor cell current after time t0 is smaller than that in the normal state when the
しかしながら、センサセル電流の変化の傾きと、劣化の度合いを示す劣化率と、の対応関係は、常に同じなのではなく、ポンプセル150に到達する酸素の量(濃度といってもよい)に応じて変化する。これについて、図6を参照しながら説明する。
However, the correspondence relationship between the slope of change in the sensor cell current and the deterioration rate indicating the degree of deterioration is not always the same, and changes according to the amount (which can be called concentration) of oxygen reaching the
図6の線L20は、図5(C)の線L10と同様に、センサセル160に劣化が生じていないときにおけるセンサセル電流の時間変化を示すものである。線L21は、図5(C)の線L11と同様に、センサセル160に劣化が生じているときにおける、センサセル電流の時間変化を示すものである。上記のように、センサセル160において劣化が生じた場合には、期間TM0におけるセンサセル電流の変化の傾き(線L21)が、正常時の傾き(線L20)に比べて小さくなる。
A line L20 in FIG. 6 indicates the change over time of the sensor cell current when the
図6の線L22は、センサセル160に劣化が生じていないときであって、且つ、ポンプセル150に到達する酸素の量が線L20のときよりも少ない場合における、センサセル電流の時間変化を示すものである。この場合、増加しているときにおけるセンサセル電流の傾きは、線L20に比べて線L22の方が小さくなる。このため、劣化率が大きな値として算出される可能性がある。
A line L22 in FIG. 6 shows the change over time of the sensor cell current when the
このように、ポンプセル150に到達する酸素の量によっては、センサセル160に劣化が生じていないにも拘らず、センサセル電流の変化の傾きが小さくなり、その結果として、排出ガスセンサ100の劣化率が大きな値として誤算出されてしまう可能性がある。
As described above, depending on the amount of oxygen reaching the
ところで、線L20と線L22とを比較すると明らかなように、ポンプセル150に到達する酸素の量が少ない場合(線L22)には、センサセル電流の変化の傾きが上記のように小さくなることに加えて、センサセル電流の収束値も小さくなっている。
By the way, as is clear from comparing the line L20 and the line L22, when the amount of oxygen reaching the
本発明者らは、センサセル電流の変化の傾きを、センサセル電流の収束値で除して正規化することで得られる値、について調査を行った。その結果、排出ガスセンサ100の劣化率が同じであれば、ポンプセル150に到達する酸素の量によることなく、当該値は概ね一定の値として算出される、という新たな知見を得た。従って、センサセル電流の変化の傾きを、センサセル電流の収束値で正規化することで得られる値、に基づけば、ポンプセル150に到達する酸素の量によることなく、劣化率を正確に算出することが可能となる。
The inventors investigated the value obtained by normalizing the slope of the change in the sensor cell current by dividing it by the convergence value of the sensor cell current. As a result, new knowledge was obtained that if the deterioration rate of the
劣化率算出部17が劣化率を算出する具体的な方法について説明する。図7に示されるのは、排出抑制処理が実行される期間TM0における、センサセル電流の変化の一例である。制御装置10は、このようなセンサセル電流の変化の波形を、所定の周期でサンプリングすることにより取得する。
A specific method for calculating the deterioration rate by the
図7では、時刻t3におけるセンサセル電流の値がIS3として示されている。このIS3は、排出抑制処理が開始されたタイミング(時刻t0)から、一定の期間TM0が経過したタイミングにおけるセンサセル電流の値である。期間TM0は、センサセル電流の値が概ね一定値に収束するまでの期間として予め設定された期間であって、本実施形態では4秒間の期間として設定されている。 In FIG. 7, the value of the sensor cell current at time t3 is indicated as IS3. This IS3 is the value of the sensor cell current at the timing when a certain period of time TM0 has elapsed from the timing (time t0) when the emission control process was started. The period TM0 is a period preset as a period until the value of the sensor cell current converges to a substantially constant value, and is set as a period of 4 seconds in this embodiment.
上記のIS3は、ポンプセル150による酸素の排出が抑制されてから、しばらく時間が経過して収束した後におけるセンサセル電流の値、すなわち、センサセル電流の「収束値」に該当する。以下では、IS3のことを「収束値B」とも称する。制御装置10の第2取得部15は、排出抑制処理が開始されてから一定の期間TM0が経過したタイミング(時刻t3)で取得されたセンサセル電流の値(IS3)を、収束値Bとして取得する。尚、収束値Bが取得されるタイミングにおけるセンサセル電流は、「概ね」一定値に収束していればよいのであって、時間の経過と共に僅かに変動していてもよい。
The above IS3 corresponds to the value of the sensor cell current after convergence after some time has passed since the discharge of oxygen by the
図7に示されるIS1は、IS3(つまり収束値B)に対する所定割合の値として設定されたセンサセル電流の値である。この「所定割合」は、0%から50%までの何れかの値として設定されるのであるが、20%以上の値として設定されるのが好ましい。図7では、センサセル電流の値がIS1に到達したタイミングが、時刻t1として示されている。また、図7のグラフ上には、時刻t1に対応する点P1が示されている。 IS1 shown in FIG. 7 is the value of the sensor cell current set as a value of a predetermined ratio to IS3 (that is, the convergence value B). This "predetermined percentage" is set to any value from 0% to 50%, but is preferably set to a value of 20% or more. In FIG. 7, the timing at which the value of the sensor cell current reaches IS1 is shown as time t1. A point P1 corresponding to time t1 is also shown on the graph of FIG.
図7に示されるIS2は、IS3(つまり収束値B)に対する所定割合の値として設定されたセンサセル電流の値である。この「所定割合」は、30%から100%までの何れかの値として設定されるのであるが、90%以下の値として設定されるのが好ましい。図7では、センサセル電流の値がIS2に到達したタイミングが、時刻t2として示されている。また、図7のグラフ上には、時刻t2に対応する点P2が示されている。 IS2 shown in FIG. 7 is the value of the sensor cell current set as a value of a predetermined ratio to IS3 (that is, the convergence value B). This "predetermined percentage" is set to any value from 30% to 100%, but is preferably set to a value of 90% or less. In FIG. 7, the timing when the value of the sensor cell current reaches IS2 is shown as time t2. A point P2 corresponding to time t2 is also shown on the graph of FIG.
制御装置10の第1取得部14は、時刻t1から時刻t2までの期間におけるセンサセル電流の値の変化の傾きを、「傾きA」として算出する。傾きAは、点P1と点P2とを結ぶ直線の傾きであって、
A=(IS2-IS1)/(t2-t1)
の式により算出される。
The
A = (IS2-IS1)/(t2-t1)
It is calculated by the formula of
本実施形態では上記のように、傾きAが、所定の期間における傾きとして算出される。このような態様に替えて、傾きAが、所定のタイミングにおける傾きとして算出されてもよい。所定のタイミングにおける傾きとは、例えば、センサセル電流の変化を示すグラフにおける、特定の時点における微分係数のことである。すなわち、上記の「所定の期間」の長さを極限まで0に近づけた上で、傾きAが算出されることとしてもよい。 In this embodiment, as described above, the slope A is calculated as the slope in a predetermined period. Instead of such a mode, the slope A may be calculated as a slope at a predetermined timing. The slope at a predetermined timing is, for example, a differential coefficient at a specific time in a graph showing changes in sensor cell current. That is, the slope A may be calculated after the length of the "predetermined period" is brought as close to 0 as possible.
劣化率算出部17は、以上のように算出された傾きAの値を、先に述べた収束値Bで除することにより正規化することで、指標ANを算出する。つまり、指標ANは、
AN=A/B
の式により算出されるものである。排出ガスセンサ100の劣化の度合いが大きいほど、指標ANは小さな値として算出される。その一方で、ポンプセル150に到達する酸素の量が変化しても、指標ANの算出値はほとんど変化しない。
The deterioration
A N = A/B
It is calculated by the formula of The index AN is calculated as a smaller value as the degree of deterioration of the
劣化率算出部17は、図8に示されるマップを参照することで、排出ガスセンサ100の劣化率を算出する。図8のマップは、AN/基準値(横軸)と、劣化率(縦軸)との対応関係を示すものであり、制御装置10の記憶部16に予め記憶されている。尚、上記の「基準値」とは、排出ガスセンサ100が製造された直後の時点で測定された指標ANの値のことである。つまり、排出ガスセンサ100の劣化率が0のときにおいて実験により求められた、指標ANの実測値のことである。この基準値も、制御装置10の記憶部16に予め記憶されている。尚、図8に示されるマップの横軸は、指標ANの値そのものであってもよい。また、指標ANと劣化率との対応関係は、マップではなく数式として記憶されていてもよい。
The
以上に述べたような劣化率の算出を実現するために、制御装置10により実行される具体的な処理の流れについて、図9を参照しながら説明する。図9に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置10によって繰り返し実行されるものである。
A flow of specific processing executed by the
当該処理の最初のステップS01では、車両のイグニッションスイッチがOFFとなっているか否かが判定される。イグニッションスイッチがONとなっている場合には、劣化率の算出を行うことなく、図9に示される一連の処理を終了する。 In the first step S01 of the process, it is determined whether or not the ignition switch of the vehicle is turned off. If the ignition switch is ON, the series of processes shown in FIG. 9 is terminated without calculating the deterioration rate.
イグニッションスイッチがONとなっており、内燃機関EGから排出ガスが排出されているときには、排出ガスセンサ100の周囲における酸素濃度が変動している可能性がある。このような状況の下では、センサセル電流の変化の傾きが、劣化率以外の要因によって変化してしまうため、センサセル電流の変化の傾きに基づいて劣化率を精度良く算出することが難しい。そこで、本実施形態では、イグニッションスイッチがONのときには劣化率の算出が禁止されることとしている。
When the ignition switch is ON and exhaust gas is being discharged from the internal combustion engine EG, the oxygen concentration around the
ステップS01において、イグニッションスイッチがOFFとなっている場合には、ステップS02に移行する。ステップS02では、所定の環境条件が成立しているか否かが判定される。「環境条件」とは、劣化率の算出を行うために必要な条件として、予め設定されたものである。本実施形態では、排出ガスセンサ100の周囲における酸素濃度の値が所定範囲内であり、且つ、同酸素濃度の変動幅の大きさが所定値以下であることが、環境条件として設定されている。尚、「排出ガスセンサ100の周囲における酸素濃度」は、ポンプセル電流の値に基づいて取得することができる。
In step S01, when the ignition switch is OFF, the process proceeds to step S02. In step S02, it is determined whether or not a predetermined environmental condition is established. "Environmental conditions" are preset as conditions necessary for calculating the deterioration rate. In this embodiment, the environmental conditions are set such that the value of the oxygen concentration around the
環境条件が成立していない場合には、センサセル電流の変化の傾きに基づいて劣化率を精度良く算出することが難しい。このため、この場合には劣化率の算出を行うことなく、図9に示される一連の処理を終了する。環境条件が成立している場合にはステップS03に移行する。 If the environmental conditions are not satisfied, it is difficult to accurately calculate the deterioration rate based on the slope of change in the sensor cell current. Therefore, in this case, the series of processes shown in FIG. 9 ends without calculating the deterioration rate. If the environmental conditions are satisfied, the process proceeds to step S03.
ステップS03では、第1セル制御部13により排出抑制処理が実行される。先に述べたように、ここでは、ポンプセル電圧が、当初のVP1から、これよりも低いVP0へと一時的に変更される。排出抑制処理が開始されると共に、センサセル電流の変化の波形が、所定の周期で制御装置10によりサンプリングされ始める。
In step S03, the first
このサンプリングは、図5(B)に示される時刻t0から、期間TM0の経過する時刻t3までの期間において繰り返し行われる。このような態様に換えて、期間TM0よりも長い期間に亘り、センサセル電流のサンプリングが実行されることとしてもよい。 This sampling is repeated in a period from time t0 shown in FIG. 5B to time t3 when the period TM0 elapses. Alternatively, the sensor cell current may be sampled for a period longer than the period TM0.
ステップS03に移行した時点(時刻t0)から、上記のサンプリング期間が経過すると、排出抑制処理及びサンプリングを停止すると共に、ステップS04に移行する。サンプリングされたセンサセル電流の波形は、記憶部16に記憶される。
After the above-mentioned sampling period has elapsed from the point of time (time t0) when the process proceeds to step S03, the emission control process and the sampling are stopped, and the process proceeds to step S04. The waveform of the sampled sensor cell current is stored in the
ステップS04では、サンプリングされたセンサセル電流の波形から、図7に示されるIS1、IS2、及びIS3のそれぞれの値が取得される。それぞれの値の意味及びそれぞれの値が取得されるタイミングは、図7を参照しながら先に述べた通りである。 In step S04, respective values of IS1, IS2, and IS3 shown in FIG. 7 are acquired from the waveform of the sampled sensor cell current. The meaning of each value and the timing at which each value is acquired are as described above with reference to FIG.
ステップS04に続くステップS05では、第1取得部14により、傾きAの値を算出し取得する処理が行われる。先に述べた通り、傾きAの値は、ステップS04で取得されたIS1、IS2の値を用いて、A=(IS2-IS1)/(t2-t1)の式により算出される。
In step S05 following step S04, the
ステップS05に続くステップS06では、第2取得部15により、収束値Bの値を算出し取得する処理が行われる。第2取得部15は、ステップS04で取得されたIS3の値を、そのまま収束値Bとして取得する。
In step S06 subsequent to step S05, the
ステップS06に続くステップS07では、劣化率算出部17により、傾きAを正規化して指標ANを算出する処理が行われる。先に述べた通り、指標ANは、AN=A/Bの式により算出される。ステップS07に続くステップS08では、劣化率算出部17により、指標AN/基準値の値を算出する処理が行われる。
In step S07 following step S06, the
ステップS08に続くステップS09では、ステップS07で算出された指標AN/基準値の値と、図8のマップに示される対応関係とを参照することにより、劣化率を算出する処理が行われる。当該処理も劣化率算出部17により行われる。
In step S09 following step S08, a process of calculating the deterioration rate is performed by referring to the value of the index A N /reference value calculated in step S07 and the correspondence shown in the map of FIG. This processing is also performed by the
以上のように、本実施形態に係る制御装置10では、第1セル制御部13が、ポンプセル150による酸素の排出を一時的に抑制する排出抑制処理、を開始した後、劣化率算出部17は、第1取得部14で取得された傾きAを、第2取得部15で取得された収束値Bを用いて正規化した値に基づいて、劣化率を算出するように構成されている。具体的には、劣化率算出部17は、傾きAを収束値Bで除することにより正規化し、当該正規化により得られた指標ANに基づいて劣化率を算出するように構成されている。
As described above, in the
尚、以上に説明した方法においては、ステップS05において傾きAの算出が行われた後に、ステップS07において傾きAを正規化する処理が行われる。このような態様に換えて、先ず、ステップS04で取得されたIS1、IS2の値のそれぞれを、IS3で除することにより正規化した後に、正規化後の各値を用いて傾きAを算出することとしてもよい。この場合、得られた傾きAが、そのまま指標ANとして用いられることとなる。 In the method described above, after the slope A is calculated in step S05, the slope A is normalized in step S07. Instead of such a mode, first, the values of IS1 and IS2 obtained in step S04 are normalized by dividing them by IS3, and then the slope A is calculated using the normalized values. You can do it. In this case, the obtained slope A is directly used as the index AN .
以上に述べた方法で劣化率を算出することの利点について説明するために、比較例に係る劣化率の算出方法について説明する。 In order to explain the advantage of calculating the deterioration rate by the method described above, a method of calculating the deterioration rate according to a comparative example will be described.
図5や図6を参照しながら説明したように、センサセル電流の変化の傾きAと、劣化率との対応関係は、ポンプセル150に到達する酸素の量に応じて変化する。また、図5(B)のΔIPも、ポンプセル150に到達する酸素の量に応じて変化する。
As described with reference to FIGS. 5 and 6, the correspondence relationship between the slope A of change in the sensor cell current and the deterioration rate changes according to the amount of oxygen reaching the
そこで、比較例では、センサセル電流の変化の傾きAと、劣化率との対応関係を、互いに異なるΔIPの値ごとに予め複数記憶しておくこととしている。比較例に係る制御装置は、図5(B)に示されるポンプセル電流の値を、例えば時刻t0から時刻t4までの期間においてサンプリングにより取得し、得られたデータに基づいてΔIPを算出する。その後、当該ΔIPに対応した上記対応関係(つまり、傾きAと劣化率との対応関係)と、センサセル電流の傾きAとを参照すれば、本実施形態と同様に劣化率を正確に算出することができるはずである。 Therefore, in the comparative example, a plurality of corresponding relationships between the slope A of change in the sensor cell current and the deterioration rate are stored in advance for different values of ΔIP. The control device according to the comparative example obtains the values of the pump cell current shown in FIG. 5B by sampling, for example, during the period from time t0 to time t4, and calculates ΔIP based on the obtained data. Thereafter, referring to the correspondence relationship corresponding to ΔIP (that is, the correspondence relationship between the slope A and the deterioration rate) and the slope A of the sensor cell current, the deterioration rate can be accurately calculated in the same manner as in the present embodiment. should be possible.
ΔIPは、例えば以下のような方法で算出することができる。先ず、図5(B)に示される点線DL1の式を算出する。点線DL1は、時刻t0の直前においてサンプリングされたポンプセル電流の値(IP0)と、時刻t4においてサンプリングされたポンプセル電流の値(IP2)と、を繋ぐ直線である。当該直線は、ポンプセル電圧の値が仮にVP1のまま一定に維持されていた場合における、ポンプセル電流の値の変化を示すもの、ということができる。得られた点線DL1の式を用いれば、点線DL1と、時刻t3の直前におけるポンプセル電流の値(IP1)との差分を、ΔIPとして算出することができる。 ΔIP can be calculated, for example, by the following method. First, the equation of dotted line DL1 shown in FIG. 5B is calculated. A dotted line DL1 is a straight line connecting the pump cell current value (IP0) sampled immediately before time t0 and the pump cell current value (IP2) sampled at time t4. It can be said that the straight line indicates a change in the value of the pump cell current when the value of the pump cell voltage is maintained constant at VP1. Using the obtained formula of the dotted line DL1, the difference between the dotted line DL1 and the pump cell current value (IP1) immediately before time t3 can be calculated as ΔIP.
しかしながら、実際には、ΔIPを正確に算出することは難しい場合が多く、上記方法では劣化率を正確に算出することができない可能性が高い。ΔIPを正確に算出することが難しい理由について、図10を参照しながら説明する。図10には、排出抑制処理が行われる際におけるポンプセル電流の変化の例が、複数示されている。 However, in reality, it is often difficult to accurately calculate ΔIP, and there is a high possibility that the above method cannot accurately calculate the deterioration rate. The reason why it is difficult to accurately calculate ΔIP will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a plurality of examples of changes in the pump cell current when the emission control process is performed.
図10(A)に示される例では、図5(B)に示される例と同様に、IP0が取得されるまでの期間におけるポンプセル電流の変化を示す直線と、IP2が取得された後の期間におけるポンプセル電流の変化を示す直線と、が互いに一致している。このような場合において、仮に排出抑制処理が行われなかったとすると、ポンプセル電流は、概ね図10(A)の点線DL1に沿って変化すると推測される。従って、点線DL1の式を用いれば、ΔIPを正確に算出することができる。 In the example shown in FIG. 10A, similarly to the example shown in FIG. , and , coincide with each other. In such a case, if the discharge control process were not performed, it is estimated that the pump cell current would change roughly along the dotted line DL1 in FIG. 10(A). Therefore, ΔIP can be accurately calculated by using the formula of the dotted line DL1.
図10(B)に示される例では、IP0が取得されるまでの期間におけるポンプセル電流の変化を示す直線と、IP2が取得された後の期間におけるポンプセル電流の変化を示す直線と、が互いに一致しておらず、前者の傾きよりも後者の傾きの方が緩やかとなっている。このような場合において、仮に排出抑制処理が行われなかったとすると、ポンプセル電流は、その変化の傾きを次第に減少させながら、概ね図10(B)の点線DL2に沿って変化すると推測される。 In the example shown in FIG. 10B, the straight line indicating the change in the pump cell current during the period until IP0 is obtained and the straight line indicating the change in the pump cell current during the period after IP2 is obtained are aligned with each other. The slope of the latter is gentler than that of the former. In such a case, if the emission control process were not performed, it is estimated that the pump cell current would change roughly along the dotted line DL2 in FIG. 10(B) while gradually decreasing the slope of the change.
一方、ΔIPを算出するために用いられる点線DL1は、IP0とIP2とを単純に直線で繋いだ線であるから、点線DL1と点線DL2との間には、図10(B)に示されるように差が生じてしまうこととなる。図10(B)に示される「るΔIP’」は、IP1から、点線DL2とグラフとの交点までの電流変化量であって、本来算出されるべきΔIPの値を示している。しかしながら、実際に算出されるΔIPは、IP1から、点線DL1とグラフとの交点までの電流変化量となるので、本来の値であるΔIP’よりも小さな値として算出されてしまう。 On the other hand, the dotted line DL1 used for calculating ΔIP is a line that simply connects IP0 and IP2 with a straight line. difference will occur. "ΔIP'" shown in FIG. 10(B) is the amount of current change from IP1 to the intersection of the dotted line DL2 and the graph, and indicates the value of ΔIP that should be calculated. However, the actually calculated ΔIP is the amount of current change from IP1 to the intersection of the dotted line DL1 and the graph, so it is calculated as a smaller value than the original value ΔIP'.
図10(C)に示される例では、IP0が取得されるまでの期間におけるポンプセル電流の変化を示す直線と、IP2が取得された後の期間におけるポンプセル電流の変化を示す直線と、が互いに一致しておらず、前者の傾きよりも後者の傾きの方が急となっている。このような場合において、仮に排出抑制処理が行われなかったとすると、ポンプセル電流は、その変化の傾きを次第に増加させながら、概ね図10(C)の点線DL2に沿って変化すると推測される。 In the example shown in FIG. 10C, the straight line indicating the change in the pump cell current during the period until IP0 is obtained and the straight line indicating the change in the pump cell current during the period after IP2 is obtained are aligned with each other. The slope of the latter is steeper than that of the former. In such a case, if the emission control process were not performed, it is estimated that the pump cell current would change roughly along the dotted line DL2 in FIG. 10(C) while gradually increasing the slope of the change.
一方、ΔIPを算出するために用いられる点線DL1は、IP0とIP2とを単純に直線で繋いだ線であるから、点線DL1と点線DL2との間には、図10(C)に示されるように差が生じてしまうこととなる。図10(C)に示される「るΔIP’」は、IP1から、点線DL2とグラフとの交点までの電流変化量であって、本来算出されるべきΔIPの値を示している。しかしながら、実際に算出されるΔIPは、IP1から、点線DL1とグラフとの交点までの電流変化量となるので、本来の値であるΔIP’よりも大きな値として算出されてしまう。 On the other hand, the dotted line DL1 used for calculating ΔIP is a line that simply connects IP0 and IP2 with a straight line. difference will occur. “ΔIP′” shown in FIG. 10(C) is the amount of current change from IP1 to the intersection of the dotted line DL2 and the graph, and indicates the value of ΔIP that should be calculated. However, the actually calculated ΔIP is the amount of current change from IP1 to the intersection of the dotted line DL1 and the graph, so it is calculated as a larger value than the original value ΔIP'.
このように、ポンプセル150に到達する酸素の変化によっては、ΔIPが本来の値とは異なる値として誤って算出されることがある。尚、図10に示される例はいずれも、ポンプセル150に到達する酸素が次第に増加する例となっているが、ポンプセル150に到達する酸素が次第に減少する場合においても、上記と同様の問題が生じ得る。
Thus, depending on changes in the amount of oxygen reaching the
このため、ΔIPに基づいて劣化率を算出する比較例の方法においては、劣化率を正確に算出することが難しい。ΔIPの値を用いてセンサセル電流の値を正規化する、特許第6776533号公報に記載の方法についても同様である。これに対し、本実施形態に係る劣化率の算出方法によれば、上記のように誤差を含み得るΔIPを用いる必要が無いので、劣化率を精度良く算出することが可能となる。 Therefore, in the method of the comparative example in which the deterioration rate is calculated based on ΔIP, it is difficult to accurately calculate the deterioration rate. The same applies to the method described in Japanese Patent No. 6776533, which normalizes the value of the sensor cell current using the value of ΔIP. On the other hand, according to the deterioration rate calculation method according to the present embodiment, it is not necessary to use ΔIP, which may include an error as described above, so that the deterioration rate can be calculated with high accuracy.
更に、上記比較例の方法では、センサセル電流の変化の傾きAと、劣化率との対応関係を、互いに異なるΔIPの値ごとに複数記憶しておく必要があるので、排出ガスセンサ100のそれぞれについて、複数の対応関係(例えばマップ)を予め個別に作成しておく作業を要する。これに対し、本実施形態に係る方法では、図8に示されるような対応関係を1つだけ要しておけばよいので、マップ等の作成作業を、従来に比べて大幅に簡素化することも可能となる。 Furthermore, in the method of the comparative example, it is necessary to store a plurality of correspondence relationships between the slope A of the change in the sensor cell current and the deterioration rate for each different value of ΔIP. It is necessary to individually create a plurality of correspondence relationships (for example, maps) in advance. On the other hand, in the method according to the present embodiment, only one correspondence relationship as shown in FIG. 8 is required. is also possible.
先に述べたように、第1取得部14は、図7に示される点P1と点P2とを結ぶ直線の傾きAを算出する。点P1及び点P2は、センサセル電流の値が、収束値Bの所定割合に到達したタイミングの点を表している。上記「所定割合」の好ましい範囲について、図11及び図12を参照しながら説明する。
As described above, the
図11に示されるそれぞれのグラフは、排出ガスセンサ100の動作時間(横軸)と、算出される傾きA(縦軸)との対応関係を表している。各グラフの右側に示されている「10%~15%」等の文字列は、傾きAを算出するにあたり、上記「所定割合」がどのような範囲に設定されたのかを表している。
Each graph shown in FIG. 11 represents the correspondence relationship between the operating time (horizontal axis) of the
例えば「10%~15%」が付されたグラフは、センサセル電流の値が、収束値Bの10%から15%の範囲内となっているときに取得された2点のデータ(点P1、P2)を用いて傾きAが算出された場合における、当該傾きAの時間変化を表している。 For example, the graph labeled "10% to 15%" shows two points of data (points P1, P2) is used to calculate the slope A, and the time change of the slope A is shown.
尚、図11の横軸に示される動作時間は、排出ガスセンサ100の劣化率が大きくなる程度に十分に長い時間となっている。このため、傾きAは、時間の経過と共に次第に小さな値として算出されるはずである。
Note that the operating time shown on the horizontal axis of FIG. 11 is sufficiently long enough to increase the deterioration rate of the
図11に示されるように、収束値Bの20%よりも大きな範囲内で取得されたデータを用いて、傾きAが算出された場合には、当該傾きAの時間変化は上記の通り次第に小さくなって行く。つまり、劣化率が次第に大きくなる様子を顕著に表している。 As shown in FIG. 11, when the slope A is calculated using data acquired within a range larger than 20% of the convergence value B, the time change of the slope A gradually decreases as described above. become. In other words, it clearly shows how the deterioration rate gradually increases.
これに対し、収束値Bの20%よりも小さな範囲内で取得されたデータを用いて、傾きAが算出された場合には、当該傾きAの時間変化は比較的小さくなっている。つまり、これらのグラフからは、劣化率が次第に大きくなる様子を明確に読み取ることが難しい。これは、排出抑制処理が開始された直後におけるセンサセル電流の時間変化には、劣化率の違いが反映されにくいことを示している。 On the other hand, when the slope A is calculated using data acquired within a range smaller than 20% of the convergence value B, the time change of the slope A is relatively small. In other words, it is difficult to clearly read how the deterioration rate gradually increases from these graphs. This indicates that the change in the sensor cell current over time immediately after the start of the emission control process is less likely to reflect the difference in deterioration rate.
従って、傾きAを算出するための上記の「所定割合」は、20%以上とすることが好ましい。そこで、本実施形態に係る制御装置10の第1取得部14は、排出抑制処理が開始された後、センサセル160(第2セル)から出力されるセンサセル電流が収束値Bの20%となった以降の期間内における、当該センサセル電流の変化に基づいて、傾きAを取得するように構成されている。これにより、取得される傾きAには劣化率が大きく反映されることとなるので、劣化率を精度良く算出することができる。
Therefore, the "predetermined ratio" for calculating the slope A is preferably 20% or more. Therefore, in the
図12のグラフには、傾きAを算出するための上記所定割合(横軸)と、算出される傾きAの値(縦軸)との関係が示されている。尚、同グラフの横軸に示される「所定割合」は、軸上の値を上限とする幅5%の範囲を表している。例えば、図12のグラフにおいて横軸の値が「80%」となっているデータは、センサセル電流の値が、収束値Bの「75%から80%まで」の範囲内となっているときに取得された2点のデータ(点P1、P2)を用いて算出された場合における、傾きAの値を表している。 The graph of FIG. 12 shows the relationship between the predetermined ratio (horizontal axis) for calculating the slope A and the calculated value of the slope A (vertical axis). The "predetermined ratio" shown on the horizontal axis of the graph represents a range of width 5% with the value on the axis as the upper limit. For example, in the graph of FIG. 12, the value of the horizontal axis is "80%" when the value of the sensor cell current is within the range of "75% to 80%" of the convergence value B. It represents the value of the slope A when calculated using the acquired two points of data (points P1 and P2).
図12においては、上記「所定割合」を同じ条件として、傾きAを複数回取得した場合における平均値がプロットされており、傾きAのバラつき範囲がエラーバーとして示されている。線L30は傾きAの平均値を表しており、線L31はエラーバーの上限を表しており、線L32はエラーバーの下限を表している。 In FIG. 12, the average value is plotted when the slope A is obtained a plurality of times under the same condition of the "predetermined ratio", and the variation range of the slope A is indicated as an error bar. Line L30 represents the average value of the slope A, line L31 represents the upper limit of the error bar, and line L32 represents the lower limit of the error bar.
図12に示されるように、傾きAの算出に用いられる「所定割合」が90%以下の範囲として設定されている場合には、傾きAのバラつき範囲は比較的小さくなっている。一方、「所定割合」が90%を超えると、傾きAのバラつき範囲は次第に大きくなって行く。このため、傾きAを算出するための上記の「所定割合」は、90%以下とすることが好ましい。 As shown in FIG. 12, when the "predetermined ratio" used to calculate the slope A is set to a range of 90% or less, the variation range of the slope A is relatively small. On the other hand, when the "predetermined ratio" exceeds 90%, the variation range of the slope A gradually increases. For this reason, the above-mentioned "predetermined ratio" for calculating the slope A is preferably 90% or less.
そこで、本実施形態に係る制御装置10の第1取得部14は、排出抑制処理が開始された後、センサセル160(第2セル)から出力されるセンサセル電流が収束値Bの90%となるまで期間内における、当該センサセル電流の変化に基づいて、傾きAを取得するように構成されている。これにより、取得される傾きAの誤差が小さくなるので、劣化率を更に精度良く算出することができる。
Therefore, the
先に述べたように、本実施形態に係る制御装置の第2取得部15は、排出抑制処理が開始されてから所定期間(TM0)が経過したタイミング、におけるセンサセル電流(つまり、第2セルから出力される電流)を、収束値Bとして取得する。上記「所定期間」の好ましい範囲について、図13を参照しながら説明する。
As described above, the
図13のグラフには、排出抑制処理が開始されてから、図7のIS3が取得されるまでの所定期間の長さ(横軸)と、算出される劣化率(縦軸)との関係が示されている。横軸に示される所定期間の長さは、IS3すなわち収束値Bの取得タイミングということもできる。 The graph in FIG. 13 shows the relationship between the length of the predetermined period from the start of the emission control process until the acquisition of IS3 in FIG. 7 (horizontal axis) and the calculated deterioration rate (vertical axis). It is shown. The length of the predetermined period shown on the horizontal axis can also be said to be the acquisition timing of IS3, that is, the convergence value B. FIG.
図13に示されるように、上記「所定期間」が4秒間よりも短い場合には、算出される劣化率は、その真値よりも小さな値として算出される。これは、所定期間が短く設定され過ぎたことにより、センサセル電流が十分には収束しない状態でIS3が取得された結果として、正規化に用いられる収束値Bが大きな誤差を含んでしまうためである。このため、IS3の取得タイミングである上記の「所定期間」の長さは、本実施形態のように4秒間もしくはそれ以上とすることが好ましい。尚、所定期間の長さが15秒を超えてしまうと、劣化判定のために排出ガスセンサ100の動作を中断する期間が長くなり過ぎて、窒素酸化物の濃度測定に支障が生じてしまう。このため、IS3の取得タイミングである上記の「所定期間」の長さは、15秒間以下とすることが好ましい。
As shown in FIG. 13, when the "predetermined period" is shorter than 4 seconds, the calculated deterioration rate is smaller than the true value. This is because IS3 is acquired in a state in which the sensor cell current does not sufficiently converge because the predetermined period is set too short, and as a result, the convergence value B used for normalization includes a large error. . Therefore, it is preferable that the length of the above-mentioned "predetermined period", which is the acquisition timing of IS3, be 4 seconds or longer as in the present embodiment. If the length of the predetermined period exceeds 15 seconds, the period during which the operation of the
以上においては、排出抑制処理が行われている期間におけるセンサセル電流の変化に基づいて、傾きAや収束値Bを取得し、これらに基づいて劣化率が算出される例について説明した。このような態様に換えて、同期間におけるモニタセル電流の変化に基づいて、傾きAや収束値Bを取得し、これらに基づいて劣化率が算出される態様としてもよい。その場合であっても、本実施形態と同様の効果を奏することができる。 An example has been described above in which the slope A and the convergence value B are obtained based on changes in the sensor cell current during the period in which the emission control process is being performed, and the deterioration rate is calculated based on these. Instead of such a mode, the slope A and the convergence value B may be acquired based on changes in the monitor cell current during the same period, and the deterioration rate may be calculated based on these. Even in that case, the same effects as in the present embodiment can be obtained.
第2実施形態について説明する。以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明し、第1実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。 A second embodiment will be described. Differences from the first embodiment will be mainly described below, and descriptions of common points with the first embodiment will be omitted as appropriate.
図14に示される一連の処理は、本実施形態に係る制御装置10により、図9に示される一連の処理に換えて実行されるものである。本実施形態では、ステップS07における指標ANの算出方法において、第1実施形態と異なっている。
A series of processes shown in FIG. 14 are executed by the
本実施形態に係る劣化率算出部17は、指標ANを、
AN=A/(B×C)
の式を用いて算出する。当該式における「C」は、ゲインとして用いられる一定値である。このような方法で指標ANを算出することとすれば、ゲインCの値を適宜変更することにより、正規化の度合いを調整することが可能となり、その結果として劣化判定の動作を調整することが可能となる。このような態様でも、第1実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
The deterioration
AN = A/(BxC)
Calculated using the formula "C" in the equation is a constant value used as a gain. If the index AN is calculated by such a method, it becomes possible to adjust the degree of normalization by appropriately changing the value of the gain C, and as a result, it is possible to adjust the deterioration determination operation. becomes possible. Even in such a mode, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。 The present embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the present disclosure is not limited to these specific examples. Design modifications to these specific examples by those skilled in the art are also included in the scope of the present disclosure as long as they have the features of the present disclosure. Each element included in each specific example described above and its arrangement, conditions, shape, etc. are not limited to those illustrated and can be changed as appropriate. As long as there is no technical contradiction, the combination of the elements included in the specific examples described above can be changed as appropriate.
本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、1つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと1つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。 The control apparatus and control method described in the present disclosure are provided by one or more dedicated processors provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. It may be implemented by a computer. The control apparatus and control method described in this disclosure may be implemented by a special purpose computer provided by configuring a processor including one or more special purpose hardware logic circuits. The control apparatus and control method described in the present disclosure are configured by a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor including one or more hardware logic circuits. It may be implemented by one or more special purpose computers. The computer program may be stored as computer-executable instructions on a computer-readable non-transitional tangible storage medium. Dedicated hardware logic circuits and hardware logic circuits may be implemented by digital circuits containing multiple logic circuits or by analog circuits.
10:制御装置
13:第1セル制御部
14:第1取得部
15:第2取得部
17:劣化率算出部
100:排出ガスセンサ
150:ポンプセル
160:センサセル
170:モニタセル
A:傾き
B:収束値
EG:内燃機関
10: Control device 13: First cell control unit 14: First acquisition unit 15: Second acquisition unit 17: Deterioration rate calculation unit 100: Exhaust gas sensor 150: Pump cell 160: Sensor cell 170: Monitor cell A: Inclination B: Convergence value EG : internal combustion engine
Claims (5)
前記排出ガスセンサは、内燃機関(EG)で生じた排出ガスから酸素を排出する第1セル(150)と、前記第1セルによって酸素が排出された後の排出ガスに含まれる残留酸素の濃度、に応じた大きさの電流を出力する第2セル(160,170)と、を有するものであり、
前記第1セルによる酸素の排出を制御する第1セル制御部(13)と、
前記第2セルから出力される電流の変化の傾きを取得する第1取得部(14)と、
前記第2セルから出力される電流の収束値を取得する第2取得部(15)と、
前記排出ガスセンサで生じている劣化の度合いを示す指標、である劣化率を算出する劣化率算出部(17)と、を備え、
前記第1セル制御部が、前記第1セルによる酸素の排出を一時的に抑制する排出抑制処理、を開始した後、
前記劣化率算出部は、
前記第1取得部で取得された前記傾き(A)を、前記第2取得部で取得された前記収束値(B)を用いて正規化した値に基づいて、前記劣化率を算出する、制御装置。 A controller (10) for an exhaust gas sensor (100), comprising:
The exhaust gas sensor includes a first cell (150) that discharges oxygen from the exhaust gas generated by the internal combustion engine (EG), the concentration of residual oxygen contained in the exhaust gas after the oxygen is discharged by the first cell, and a second cell (160, 170) that outputs a current having a magnitude corresponding to
a first cell control unit (13) for controlling the discharge of oxygen by the first cell;
a first acquisition unit (14) for acquiring a slope of change in the current output from the second cell;
a second acquisition unit (15) for acquiring a convergence value of the current output from the second cell;
a deterioration rate calculation unit (17) for calculating a deterioration rate, which is an index indicating the degree of deterioration occurring in the exhaust gas sensor,
After the first cell control unit starts an emission suppression process that temporarily suppresses the emission of oxygen by the first cell,
The deterioration rate calculation unit
Control of calculating the deterioration rate based on a value obtained by normalizing the slope (A) acquired by the first acquisition unit using the convergence value (B) acquired by the second acquisition unit Device.
前記第1取得部で取得された前記傾きを、前記第2取得部で取得された前記収束値で除することにより正規化する、請求項1に記載の制御装置。 The deterioration rate calculation unit
2. The control device according to claim 1, wherein said slope acquired by said first acquisition unit is normalized by dividing it by said convergence value acquired by said second acquisition unit.
前記第1取得部は、
前記第2セルから出力される電流が前記収束値の20%となってから、前記収束値の90%となるまで、の期間内における、当該電流の変化に基づいて、前記傾きを取得する、請求項1又は2に記載の制御装置。 After the emission control process is started,
The first acquisition unit
Obtaining the slope based on a change in the current within a period from when the current output from the second cell reaches 20% of the convergence value to when it reaches 90% of the convergence value; 3. A control device according to claim 1 or 2.
前記排出抑制処理が開始されてから所定期間が経過したタイミング、において前記第2セルから出力される電流を、前記収束値として取得する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御装置。 The second acquisition unit
4. The control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the current output from the second cell is acquired as the convergence value at a timing when a predetermined period has passed since the emission control process was started. .
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