JP3596274B2

JP3596274B2 - NOx concentration detector

Info

Publication number: JP3596274B2
Application number: JP4189198A
Authority: JP
Inventors: 暁白河; 英二相吉澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH11237363A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は窒素酸化物（以下ＮＯｘで略記する）の濃度を検出するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
実車に適用しうるＮＯｘ濃度センサとして固体電解質タイプのものが開発されつつある（自動車技術会学術講演会前刷集９７１１９９７−５、ｐ．２７７参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、検出対象ガス中に置かれる上記ＮＯｘ濃度センサは、図１に示したように、センサ本体１が主に２つの酸素ポンプセル３、７からなり、まず第一酸素ポンプセル３で第一拡散室５の雰囲気酸素濃度を調節し、次にこの酸素濃度の調節されたガスのうち、ＮＯｘを還元する触媒（第二測定室８の中にあるのり上の物質）を通過させることによって還元された酸素の量（この還元酸素量がガス中のＮＯｘ濃度に比例）を第二酸素ポンプセル７が発生する出力（Ｉｐ２）から検出する方法である。つまり、第一拡散室５に導かれるガス中から酸素をすっかりなくすことができないため（すっかりなくしたのでは第二酸素ポンプセルが働かない）、図３のようにセンサ出力にオフセット電流を持つことになる。
【０００４】
こうしたセンサの実際の性能を実験により調べてみたところ、２つの酸素ポンプセルの性能およびセンサ中の触媒の還元性能のバラツキにより、無視できない初期性能のバラツキや使用中の経時劣化があり、特に図４に示したようにオフセット量の初期バラツキおよび経時劣化が大きいことが分かった。
【０００５】
したがって、オフセット量の初期バラツキや経時劣化を補償するためオフセット量を学習することが考えられる。そのためには、実際のセンサのオフセット量を知る必要があり、この場合、ＮＯｘ濃度に対するセンサ出力の特性は直線であるから、異なる２点のＮＯｘ濃度が分かればその２点を結んで延長することによって実際のセンサのオフセット量を求めることができる（この方法は２点学習といわれる）。
【０００６】
しかしながら、エンジンの負荷と回転数が決まってもＮＯｘ濃度は一義的に定まらず、他の要因（ＥＧＲ量、噴射時期など）により容易に変化してしまう。また、ＮＯｘはその生成機構が燃焼温度と密接に関係していることから、吸気の温度や湿度の影響をも受ける。つまり、２点学習によりＮＯｘ濃度を精度良く予測することは困難である。
【０００７】
そこで本発明は、ＮＯｘ濃度の小さな領域でセンサのオフセット誤差を学習することことにより、センサの初期性能のバラツキや経時劣化を精度良くかつ安価に補償することを目的とする。
【０００８】
第１の発明は、図２４に示すように、第一酸素ポンプセルで第一拡散室の雰囲気酸素濃度を調節し、この酸素濃度の調節されたガスのうち、ＮＯｘを還元する触媒を通過させることによって還元された酸素の量を第二酸素ポンプセルが発生する出力から検出することにより燃焼ガス中のＮＯｘ濃度を計測するようにしたＮＯｘ濃度センサ２１を備え、前記センサ出力を実際のＮＯｘ濃度ＭＮＯｘに変換する手段２２と、ＮＯｘ濃度の小さな領域であるかどうかを判定する手段２３と、この領域であることが判定されたとき、基本ＮＯｘ濃度ＴＮＯｘ＃と前記実ＮＯｘ濃度ＭＮＯｘとの差を前記センサ２１のオフセット誤差Offset0として計算する手段２４と、このオフセット誤差Offset0に基づいてオフセット学習値OFFSETを演算する手段２５と、このオフセット学習値OFFSETで前記実ＮＯｘ濃度ＭＮＯｘを修正することによりＮＯｘ濃度ＲＮＯｘを演算する手段２６とを設け、ＮＯｘ濃度の小さな領域を外れる領域での前記実ＮＯｘ濃度を現在のオフセット学習値に応じたゲインで修正するものとした。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において基本ＮＯｘ濃度ＴＮＯｘ＃から実ＮＯｘ濃度ＭＮＯｘを差し引いた値をオフセット誤差とするとき、前記修正がオフセット学習値を実ＮＯｘ濃度に加算することである。
【００１０】
第３の発明では、第１または第２の発明において、前記オフセット学習値に応じたゲインは、テーブル値として予め設定されているものとする。
【００１１】
第４の発明では、第１または第２の発明において、前記オフセット学習値に応じたゲインは、前記オフセット学習値の演算時に前記オフセット誤差に基づいて演算したゲイン学習値であり、このゲイン学習値とそのときのオフセット学習値とを対応づけて記憶させてあるものとする。
【００１２】
第５の発明では、第１から第４までのいずれか一つの発明において燃焼ガス中のＮＯｘ濃度の小さな領域が補機負荷の働かない状態でのアイドル時かつ低温予混合燃焼域である。
【００１３】
第６の発明では、第５の発明において主燃料噴射量、主燃料噴射時期、副燃料噴射量、燃料噴射圧力、排気還流率またはそれ相当値、スワール比の少なくとも一つから前記低温予混合燃焼域を判定する。
【００１４】
第７の発明は、第１から第６までのいずれか一つの発明において前記オフセット学習値の演算を加重平均で行う場合に、その加重平均係数Ｋｌｃをエンジン初期作動時に小さくする。
【００１５】
第８の発明は、第７の発明において前記エンジン初期作動時を生産時からのエンジン回転の積算値ＳＮｅ、生産時からの総走行距離ＳＶｓｐ、生産時からの作動時間ＳＳｔｔｍの少なくとも一つから判定する。
【００１６】
【発明の効果】
第１と第２の各発明では、ＮＯｘ濃度の小さな領域においてオフセット誤差を計算し、このオフセット誤差に基づく学習を行わせることで１点学習が可能となることから、この１点学習によれば、２点学習よりも学習値の精度が格段によくなり、これによってセンサにオフセット量の初期バラツキや経時劣化があっても、ＮＯｘ濃度を正確に求めることができる。
【００１７】
たとえば、ＮＯｘ濃度の小さな領域で検出される実ＮＯｘ濃度をＭＮＯｘ１としたとき、このＭＮＯｘ１が基本ＮＯｘ濃度（図４に示す中央値の出力をするセンサを基本センサとすれば、この基本センサにより、ＮＯｘ濃度の小さな領域で検出されるであろうＮＯｘ濃度）よりも小さな値をとる場合（つまり、図４において二点鎖線で示した特性のセンサを対象とする場合）で考えると、第２の発明によれば、オフセット誤差がプラスとなり、学習値が収束した段階での学習値もプラスの値となる。この場合、簡単には学習値はオフセット誤差、つまり基本ＮＯｘ濃度からＭＮＯｘ１を差し引いた値にほぼ等しいとして差し支えない。
【００１８】
このとき得られた学習値をＭＮＯｘ１に加算すると、

となる。つまり、学習値により修正した実ＮＯｘ濃度が基本ＮＯｘ濃度にほぼ等しくなる。言い換えると、センサにオフセット量の初期バラツキ（や経時劣化）があったとしても、その初期バラツキのあるセンサにより得られるＮＯｘ濃度を学習値により修正することで、上記の基本センサに対するＮＯｘ濃度が得られるのである。
【００１９】
一方、ＮＯｘ濃度の小さな領域を外れ、たとえばＮＯｘ濃度の大きくなる領域になると、図４二点鎖線で示したように、基本センサの出力特性からのずれ（オフセット誤差とゲインの違いによる分の合計）のうちゲインの違いによる分を無視できなくなり、この分がＮＯｘ濃度の演算誤差として生じる。つまり、図４において二点鎖線で示した特性のセンサによれば、ＮＯｘ濃度の大きな領域でオフセット誤差以上にＮＯｘ濃度を小さく検出することになる。
【００２０】
しかしながら、第１または第３、第４の各発明により、ゲインとゲイン学習値のいずれかを用いて実ＮＯｘ濃度が修正されると、修正後の値は、ゲインの違いによる分を補うだけ大きくなり、基本センサの出力特性と一致する。ＮＯｘ濃度が大きな領域においても、オフセット量に初期バラツキのあるセンサにより得られる実ＮＯｘ濃度を学習値とゲインにより補正することで、上記の基本センサに対するＮＯｘ濃度が得られるわけである。
【００２１】
このようにして、第１または第３、第４の各発明によれば、ＮＯｘ濃度の大きな領域においても、ＮＯｘ濃度を正確に求めることができる。
【００２２】
低温予混合燃焼を、アイドル時かつ補機負荷の働かない状態で実現させるときは、直接噴射式の従来のディーゼル燃焼の場合に数百ｐｐｍものＮＯｘ濃度があるのに対して、十数ｐｐｍのレベルまでＮＯｘ濃度を低減できることから、この程度にまでＮＯｘ濃度を低減できれば、ＮＯｘ濃度に対する湿度や吸気温度の影響が相対的に小さくなり、したがって湿度や吸気温度の影響を無視することができる。つまり、第５と第６の各発明によれば、湿度や吸気温度の影響を受けることなく、ＮＯｘ濃度を正確に求めることができる。
【００２３】
第７と第８の各発明では、エンジン初期作動時に加重平均係数を小さくすることで、エンジン初期作動時の不安定な状態で計算されるオフセット誤差をオフセット学習値に大きく反映させないようにすることで、エンジン初期作動時の不安定な状態においても、オフセット学習値が不安定になることがない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に固体電解質タイプのＮＯｘ濃度センサについてセンサ本体１の断面とセンサ駆動回路１１を示す。これは、自動車技術会学術講演前刷集９７１１９９７−５、ｐ．２７７により公知である。
【００２５】
エンジンから排出されたガスは第１拡散孔２を通り、最上部に位置する第一酸素ポンプセル３とこのセル３下方に位置する酸素分圧検知セル４により画成された第一測定室５に導かれる。
【００２６】
第一測定室５の酸素濃度は酸素分圧検知セル４に生じる起電力でモニターされ、あらゆるエンジンの運転条件において、第一測定室５内に存在するＯ_２を排気中のＮＯｘがすべて分解しないレベルで第一測定室５内の酸素濃度が一定になるように第一酸素ポンプセル３に流し込む電流Ｉｐ１がＰＩＤ制御される。つまり、一定濃度以上のＯ_２は、第一酸素ポンプセル３により外部（図で上部）へ汲み出される。
【００２７】
一定酸素濃度に制御された排気は、酸素分圧検知セル４を上下に貫通する第二拡散孔６を通して、酸素分圧検知セル４と最下部に位置する第二酸素ポンプセル７とにより画成された第二測定室８に導かれる。
【００２８】
第二酸素ポンプセル７には一定電圧が加わるように電流Ｉｐ２を流し込むことで、この第二酸素ポンプセル７により、第一測定室５に残留する酸素と排気中のＮＯｘが分解して生じた酸素とがＯ^２−として第二測定室８から外部（図で下方）に汲み出される。
【００２９】
なお、第二測定室８の中にあるのり状の物質にＮＯをＮとＯに分解する機能（ＮＯｘを還元する触媒機能）があると思われる。
【００３０】
この場合に、第一酸素ポンプセル３に流れる電流Ｉｐ１は図２に示すように排気中の酸素濃度に比例する。これに対して、第二酸素ポンプセル７に流れる電流Ｉｐ２は図３のように排気中のＮＯｘ濃度に比例する。ただし、第二測定室８に流入するガスには残留酸素が存在するため、第二ポンプ電流にはオフセット電流が生じる。
【００３１】
さて、上記センサについて実際の性能を調べてみたところ、２つの酸素ポンプセルの性能およびセンサ中の触媒の還元性能のバラツキにより、無視できない初期性能のバラツキや使用中の経時劣化があり、特にオフセット量の初期バラツキと経時劣化とが大きいことが分かった。
【００３２】
これを詳述すると、図４、図５は実験により得られたものである。図４よりセンサの出力バラツキは、オフセット量のバラツキが主たる要因であることが分かる。図５は中央値からのオフセット誤差とセンサのゲイン（図４で特性直線の傾きのこと）の関係を調べたもので、中央値からのオフセット誤差とゲインに一定の傾向が見られることが分かる。図５によれば、中央値に対してオフセット量が大きいと、センサゲインも大きくなり（これを図４に一点鎖線で示す）、これに対して中央値よりオフセット量が小さいときは、センサゲインも小さくなる（これを図４に二点鎖線で示す）傾向である。
【００３３】
したがって、オフセット量の初期バラツキや経時劣化を補償するため中央値からのオフセット誤差を学習することが考えられる。そのためには、実際のセンサのオフセット量を知る必要があり、この場合、ＮＯｘ濃度に対するセンサ出力の特性は直線であるから、異なる２点のＮＯｘ濃度が分かればその２点を結んで延長することによって実際のセンサのオフセット量を求めることができる（この方法は２点学習といわれる）。
【００３４】
しかしながら、エンジンの回転数と燃料噴射量（負荷相当）が決まってもＮＯｘ濃度は一義的に定まらず、他の要因（ＥＧＲ量、噴射時期など）により容易に変化してしまう。また、ＮＯｘはその生成機構が燃焼温度と密接に関係していることから、吸気の温度や湿度の影響をも受ける。つまり、２点学習によりＮＯｘ濃度を精度良く予測することは困難である。
【００３５】
ところで、低温予混合燃焼を行わせるようにした構成が特開平８−８６２５１号公報、特開平７−４２８７号公報などにより公知である。これを簡単に述べると、低温予混合燃焼は、大量ＥＧＲにより酸素濃度を低減させて低温燃焼を実現するとともに、予混合燃焼の実現のため、燃焼室形状やスワール比などのガス流動制御により燃料の分散を促進させ、かつ着火遅れ期間中に燃料噴射を終了させるようにしたもので、低温予混合燃焼を行わせるのに必要となるＥＧＲ量、スワール比、噴射時期などの各制御をコントロールユニットにより行わせている。
【００３６】
こうした低温予混合燃焼を、低負荷低回転時たとえばアイドル時かつ補機負荷の働かない状態で実現させるときは、直接噴射式の従来のディーゼル燃焼の場合に数百ｐｐｍものＮＯｘ濃度があるのに対して、十数ｐｐｍのレベルまでＮＯｘ濃度を低減できることが分かった。この程度にまでＮＯｘ濃度を低減できれば、ＮＯｘ濃度に対する湿度や吸気温度の影響が相対的に小さくなり、したがって湿度や吸気温度の影響を無視することができる。
【００３７】
そこで本発明の第１実施形態では、補機負荷の働かない状態でのアイドル時に低温予混合燃焼を行わせるとともに、補機負荷の働かない状態でのアイドル時かつ低温予混合燃焼域であると判定されたときセンサのオフセット誤差を学習する。
【００３８】
コントロールユニットで実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００３９】
図６はメインルーチンで、これに対して図７、図９、図１６、図１９はサブルーチンに相当する。つまり、Ｓ２）の詳細が図７、Ｓ３）の詳細が図９、Ｓ４）、Ｓ５）、Ｓ６）の詳細が図１６、図１９である。
【００４０】
まず、図６から説明すると、これは一定時間毎（たとえば２０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００４１】
Ｓ１）で各種信号を読み込み、Ｓ２）、Ｓ３）で学習を許可するかどうか、低温予混合燃焼状態（図ではＭＫ燃焼で略記）かどうかを判定し、Ｓ４）、Ｓ５）ではセンサのオフセット学習値、センサゲインを演算、記憶し、Ｓ６）でＮＯｘ濃度であるＲＮＯｘを演算して処理を終了する。
【００４２】
図７、図８は学習許可フラグを設定するためのもので、２０ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００４３】
学習許可フラグの設定は、まずＳ１）〜Ｓ１３）の内容を一つずつチェックすることにより行い、一つでも反するときは、図８のＳ１４）、Ｓ１５）に進んで、学習許可カウンタＣｔｒｌｒｎを所定値ＴＭＲＬＲＮ＃にセットするとともに、学習許可フラグＦｌｇｑｌｎ＝０とし（学習を不許可とする）、これに対して各項目の全てを満たすときはＳ１６）に進み、学習許可カウンタＣｔｒｌｒｎをデクリメントしてゆく。つまり次の条件
〈１〉スタートスイッチ（ＳＴＳＷ）がＯＦＦある、
〈２〉イグニッションスイッチ（ＩＧＮＳＷ）がＯＮである、
〈３〉アイドルスイッチ（ＩＤＬＥＳＷ）がＯＮである、
〈４〉車速Ｖｓｐが０ｋｍ／ｈである、
〈５〉エンジン回転数Ｎｒｐｍが所定の範囲にある（Ｎｓｅｔ−ＮＬＲＮＬ＃＜Ｎｒｐｍ＜Ｎｓｅｔ−ＮＬＲＮＨ＃）、
〈６〉電源電圧Ｖｂが所定値ＶＢＬＲＮ＃以上である、
〈７〉冷却水温Ｔｗｎが所定の範囲にある（ＴＷＬＲＮＬ＃＜Ｔｗｎ＜ＴＷＬＲＮＨ＃）、
〈８〉燃料温度Ｔｆｎが所定の範囲にある（ＴＦＬＲＮＨＬ＃＜Ｔｆｎ＜ＴＦＬＲＮＨ＃）、
〈９〉パワステスイッチ（ＰＷＳＴＳＷ）がＯＦＦである、
〈１０〉ヘッドライトやデフォッガ等の電気負荷スイッチがＯＦＦである
とき、学習許可カウンタＣｔｒｌｒｎのデクリメントを開始する。
【００４４】
Ｓ１７）では学習許可カウンタＣｔｒｌｒｎと０を比較し、このカウンタＣｔｒｌｒｎが正である間は学習許可フラグＦｌｇｑｌｎ＝０のままであり、上記〈１〉〜〈１０〉がすべて成立した状態が所定値ＴＭＲＬＲＮ＃の時間継続したとき、カウンタＣｔｒｌｒｎが０以下となるので、Ｓ１８）に進んで、学習許可フラグＦｌｇｑｌｎ＝１とする。所定値ＴＭＲＬＲＮ＃は学習許可条件が成立してから学習許可フラグを立てるまでの遅れ時間を定めるものである。
【００４５】
図９は低温予混合燃焼フラグ（図ではＭＫ燃焼フラグで略記）を設定するためのもので、２０ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００４６】
低温予混合燃焼（ＭＫ燃焼）の判定は、Ｓ１）〜Ｓ６）の内容を一つずつチェックすることにより行い、各項目の全てを満たすときは低温予混合燃焼域であると判定してＳ７）に進み、一つでも反するときは低温予混合燃焼域でないと判定してＳ８）に進む。つまり次の条件
〈１〉目標主燃料噴射量Ｑｓｏｌが所定の範囲にある（ＱＬ＜Ｑｓｏｌ＜ＱＨ）、
〈２〉目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲが所定の範囲にある（ＥＬ＜ＭＥＧＲ＜ＥＨ）、
〈３〉目標主噴射時期ＭＩＴが所定の範囲にある（ＩＬ＜ＭＩＴ＜ＩＨ）、
〈４〉目標スワール比ＭＳＲが所定の範囲にある（ＳＬ＜ＭＳＲ＜ＳＨ）、
〈５〉目標コモンレール圧Ｍｐｉｎｊが所定の範囲にある（ＰＬ＜Ｍｐｉｎｊ＜ＰＨ）、
〈６〉目標パイロット噴射量Ｍｑｐｌｔが所定の範囲にある（ＰＬＬ＜Ｍｑｐｌｔ＜ＰＬＨ）
とき、Ｓ７）に進んで低温予混合燃焼フラグＦｌｇｑｍｋ＝１とし、一つでも反するときは、Ｓ８）に進んでフラグＦｌｇｑｍｋ＝０とする。
【００４７】
ここで、目標主燃料噴射量Ｑｓｏｌ、目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲ、目標主噴射時期ＭＩＴ、目標スワール比ＭＳＲ、目標コモンレール圧Ｍｐｉｎｊ、目標パイロット噴射量Ｍｑｐｌｔの各特性は図１０〜図１５に示す通りである。
【００４８】
なお、図１０は基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖの特性（したがってアクセル開度Ｃｌとエンジン回転数Ｎｅから定まる）であり、正確には、基本燃料噴射量Ｍｑｄｒｖに対して冷却水温などの各種補正を行った後の値がＱｓｏｌである。簡略には基本燃料噴射量ＭｑｄｒｖをＱｓｏｌとして用いることができる。
【００４９】
また、図１３は一部に切欠きを有するスワール制御弁が、コントロールユニットからのＯＮ、ＯＦＦ信号を受けて、全閉になるか全開になるかの２位置弁の場合のもので、この場合にはスワール制御弁がＯＮのとき上記〈４〉が成立することになる。
【００５０】
図１６はセンサの誤差を修正するためのもので、２０ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００５１】
Ｓ１）では実ＮＯｘ濃度ＭＮＯｘを読み込む。この実ＮＯｘ濃度ＭＮＯｘの変換については図１７のフローにより説明する。
【００５２】
図１７は４ｍｓｅｃ毎に実行する。Ｓ１）でセンサ出力電圧を読み込み、このセンサ出力電圧からＳ２）において図１８を内容とするテーブルを検索することによりＮＯｘ濃度ＭＮＯｘを求める。
【００５３】
図１６に戻り、Ｓ２）、Ｓ３）では学習許可フラグＦｌｇｑｌｎと低温予混合燃焼フラグＦｌｇｑｍｋをみて、Ｆｌｇｑｌｎ＝１かつＦｌｇｑｍｋ＝１のときだけＳ４）、Ｓ５）に進み、基本ＮＯｘ濃度ＴＮＯｘ＃（詳しくは後述する）を設定するとともに、センサのオフセット誤差の学習値ＯＦＦＥＳＴとゲインＧＡＩＮを演算する。
【００５４】
これらオフセット学習値ＯＦＦＥＳＴとゲインＧＡＩＮの演算については、図１９のフローにより説明する。
【００５５】
図１９はＲＥＦ信号（クランク角センサの基準位置毎に発生する信号）の入力毎に実行する。
【００５６】
Ｓ１）では前回のオフセット学習値ＯＦＦＳＥＴ_ｎ−１から図２０を内容とするテーブルを検索してゲインＧＡＩＮを求める。
【００５７】
ＧＡＩＮは図２０のように、オフセット学習値がプラスのとき１．０より大きくなり、マイナスのとき１．０より小さくなる値である。このように設定したのは、図５の特性に合わせたものある。なお、０を中心とする所定範囲の学習値に対しては不感帯を設けている。
【００５８】
このゲインＧＡＩＮの値は、次の学習値の演算タイミングまでＲＡＭに保存しておく。
【００５９】
Ｓ２）、Ｓ３）、Ｓ４）で生産時からのエンジン回転の積算値ＳＮｅ、生産時からの総走行距離ＳＶｓｐ、生産時からの作動時間ＳＳｔｔｍからそれぞれ図２１、図２２、図２３を内容とするテーブルを検索して、加重平均時定数補正係数Ｋｌｓｎｅ、Ｋｌｓｖｓｐ、Ｋｌｓｓｔを求め、これら３つの値を用いＳ５）において
Ｋｌｃ＝Ｋｌｓｎｅｋａ×Ｋｌｓｖｓｐ×Ｋｌｓｓｔ … ▲１▼
の式により加重平均時定数相当値Ｋｌｃを計算し、この値をＳ６）で０以上１以下の値に制限する。
【００６０】
ここで、Ｋｌｓｎｅ、Ｋｌｓｖｓｐ、Ｋｌｓｓｔは図２１、図２２、図２３に示したように、ＳＮｅ、ＳＶｓｐ、ＳＳｔｔｍが小さい場合（つまりエンジン初期作動時）に１．０より小さくなる値である。これは、エンジン初期作動時の不安定な状態で計算されるオフセット誤差Ｏｆｆｓｅｔ０をオフセット学習値ＯＦＦＳＥＴに大きく反映させないようにする（つまり学習ゲインを小さくする）ためのものである。なお、Ｋｌｓｎｅ、Ｋｌｓｖｓｐ、Ｋｌｓｓｔはいずれか一つだけの導入でもかまわない。
【００６１】
Ｓ７）では基本ＮＯｘ濃度ＴＮＯｘ＃から実ＮＯｘ濃度ＭＮＯｘを差し引いた値をオフセット誤差Ｏｆｆｓｅｔ０として計算する。
【００６２】
ここで、基本ＮＯｘ濃度ＴＮＯｘ＃は、図４に示す中央値の出力をするセンサを基本センサとすれば、この基本センサにより、補機負荷の働いていない状態でのアイドル時かつ低温予混合燃焼域で検出されるであろうＮＯｘ濃度（予め設定する）である。したがって、ＭＮＯｘがＴＮＯｘ＃より大きいときは、そのセンサは基本センサよりもＮＯｘ濃度を大きくする側にシフトしていることを、この反対にＭＮＯｘがＴＮＯｘ＃より小さいときは、そのセンサが基本センサよりＮＯｘ濃度を小さくする側にシフトしていることを表す。
【００６３】
Ｓ８）では、オフセット誤差Ｏｆｆｓｅｔ０と上記の加重平均時定数相当値Ｋｌｃを用い
ＯＦＦＳＥＴ＝ＯＦＦＳＥＴ_ｎ−１×（１−Ｋｌｃ）＋Ｏｆｆｓｅｔ０×Ｋｌｃ …▲２▼
の式（加重平均の式）でオフセット学習値ＯＦＦＳＥＴを演算する。
【００６４】
学習値ＯＦＦＳＥＴは０を中心とする値で、プラスやマイナスの値をとる。この学習値はバックアップしておく。
【００６５】
この場合、基本ＮＯｘ濃度ＴＮＯｘ＃との差を採られるＭＮＯｘは、補機負荷の働いていない状態でのアイドル時かつ低温予混合燃焼域での値である。つまり、学習値の演算に用いるＮＯｘ濃度は１点でしか検出していないのであり、したがって本実施形態での学習は１点学習である。
【００６６】
このようにしてオフセット学習値とゲインを求めたら、図１６に戻り、Ｓ６）でこれらオフセット学習値、ゲインと実ＮＯｘ濃度ＭＮＯｘから、またＦｌｇｑｌｎ＝１でないかまたはＦｌｇｑｍｋ＝１でないときは、記憶値（ＧＡＩＮとＯＦＦＳＥＴ）を用いて
ＲＮＯｘ＝ＧＡＩＮ×ＭＮＯｘ＋ＯＦＦＳＥＴ …▲３▼
の式により、ＮＯｘ濃度ＲＮＯｘを演算する。
【００６７】
▲３▼ 式は、実ＮＯｘ濃度ＭＮＯｘをオフセット学習値、ゲインにより補正するものである。
【００６８】
このようにして求めたＮＯｘ濃度ＲＮＯｘは、たとえばＥＧＲ制御に用いることができる。
【００６９】
また、ＮＯｘ還元触媒を排気通路に設けておく一方で、このＮＯｘ還元触媒への還元剤として未燃燃料を供給するため、排気行程の下死点近傍で副次的に燃料噴射を行うようにしたものがあり（特開平６−２１２９６１号公報参照）、このものを前提として前記ＮＯｘ還元触媒の劣化診断を行うものに対しても、上記のＮＯｘ濃度ＲＮＯｘを用いることができる。
【００７０】
ここで、この実施形態の作用を説明する。
【００７１】
学習許可条件の成立時かつ低温予混合燃焼域で検出される実ＮＯｘ濃度をＭＮＯｘ１としたとき、このＭＮＯｘ１がＴＮＯｘ＃よりも小さな値をとる場合（つまり、図４において二点鎖線で示した特性のセンサを対象とする場合）で考えると、オフセット誤差Ｏｆｆｓｅｔ０がプラスとなり、学習値が収束した段階での学習値ＯＦＦＳＥＴもプラスの値となり、ゲインＧＡＩＮが１．０より大きな値を持つ。この場合、簡単には学習値ＯＦＦＳＥＴはオフセット誤差Ｏｆｆｓｅｔ０、つまりＴＮＯｘ＃−ＭＮＯｘ１の値にほぼ等しいとして差し支えない。
【００７２】
このとき得られた学習値とゲインによりＭＮＯｘ１を上記▲３▼式により修正するのであるが、ＭＮＯｘ１はもともと小さいからゲインＧＡＩＮを掛けたものもＭＮＯｘ１にほぼ等しいとみなすことができ、したがって、ＲＮＯｘはＭＮＯｘ１に学習値ＯＦＦＳＥＴを加えたものとなり（ＲＮＯｘ ≒ ＭＮＯｘ１＋ＯＦＦＳＥＴ）、さらにＲＮＯｘ ≒ ＭＮＯｘ１＋（ＴＮＯｘ＃−ＭＮＯｘ１）＝ＴＮＯｘ＃となる。つまり、ＲＮＯｘはＴＮＯｘ＃にほぼ等しくなる。言い換えると、センサにオフセット量の初期バラツキ（や経時劣化）があったとしても、その初期バラツキのあるセンサにより得られるＮＯｘ濃度を学習値ＯＦＦＳＥＴとゲインＧＡＩＮにより修正することで、上記の基本センサに対するＮＯｘ濃度が得られるのである。
【００７３】
一方、学習許可条件の成立時かつ低温予混合燃焼域である領域を外れ、たとえばＮＯｘ濃度の大きくなる領域になると、図４二点鎖線で示したように、基本センサの出力特性からのずれ（オフセット誤差とゲインの違いによる分の合計）のうちゲインの違いによる分を無視できなくなり、この分がＮＯｘ濃度の演算誤差として生じる。つまり、図４において二点鎖線で示した特性のセンサによれば、ＮＯｘ濃度の大きな領域でオフセット誤差以上にＮＯｘ濃度を小さく検出することになる。
【００７４】
しかしながら、このときも学習値とゲインを用いて上記▲３▼式により修正されると、このときの実ＮＯｘ濃度にゲインＧＡＩＮを掛けたものは、ゲインの違いによる分を補うだけ大きくなり、基本センサの出力特性と一致する。ＮＯｘ濃度が大きな領域においても、オフセット量に初期バラツキのあるセンサにより得られる実ＮＯｘ濃度を学習値とゲインにより補正することで、上記の基本センサに対するＮＯｘ濃度が得られるわけである。
【００７５】
上記のＭＮＯｘ１がＴＮＯｘ＃よりも大きな値をとる場合（つまり、図４において一点鎖線で示した特性のセンサを対象とする場合）も同様である。
【００７６】
このように、本実施形態では、補機負荷の働いていない状態でのアイドル時かつ低温予混合燃焼域でだけ、そのときに得られる実ＮＯｘ濃度と基本ＮＯｘ濃度の差に基づくオフセット誤差の学習を行わせることで、１点学習が可能となり、１点学習によれば、学習値の精度が前述した２点学習より格段によくなり、センサにオフセット量の初期バラツキや経時劣化があっても、ＮＯｘ濃度を正確に求めることができる。
【００７７】
また、他の領域（補機負荷の働いていない状態でのアイドル時かつ低温予混合燃焼域でない領域）では、学習値に加えてゲインの違いをも修正するようにしているので、この他の領域においても、ＮＯｘ濃度を正確に求めることができる。
【００７８】
実施形態では図９で示したようにエンジン制御パラメータから低温予混合燃焼域であるかどうかを判定したが、たとえばシリンダ内に圧力センサを設け、圧力波形から燃焼割合を算出し、この燃焼割合から低温予混合燃焼中であるかどうか（緩慢な初期燃焼かつ急速な中期燃焼）を判定することもできる。
【００７９】
実施形態では、ゲインがテーブル値である場合で説明したが、学習値で構成してもかまわない。たとえば、オフセット誤差に基づくオフセット学習値の演算時に、同じくオフセット誤差に基づいてゲイン学習値を演算するとともに、このゲイン学習値とそのときのオフセット学習値とを対応づけて記憶しておき、このゲイン学習値をテーブル値に代えて用いることができる。
【００８０】
実施形態では、２つの酸素ポンプセルが図１において上下方向に並んでいる構造のもので説明したが、これに限られるものでなく、２つの酸素ポンプセルが図１において左右方向に並んでいる構造のものがあり、このものに対しても本発明を適用することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】センサ本体の断面とセンサ駆動回路を示す図。
【図２】第一ポンプ電流Ｉｐ１の特性図。
【図３】第二ポンプ電流Ｉｐ２の特性図。
【図４】ＮＯｘ濃度に対するセンサ出力の特性図。
【図５】中央値からのオフセット誤差とゲインの関係を示す図。
【図６】ＮＯｘ濃度の演算を説明するための流れ図。
【図７】学習許可フラグの設定を説明するための流れ図。
【図８】学習許可フラグの設定を説明するための流れ図。
【図９】低温予混合燃焼フラグの設定を説明するための流れ図。
【図１０】基本燃料噴射量の特性図。
【図１１】目標ＥＧＲ率の特性図。
【図１２】目標主噴射時期の特性図。
【図１３】目標スワール比の特性図。
【図１４】目標コモンレール圧の特性図。
【図１５】目標パイロット噴射量の特性図。
【図１６】センサ誤差の修正を説明するための流れ図。
【図１７】ＮＯｘ濃度の検知を説明するための流れ図。
【図１８】センサ出力電圧に対するＮＯｘ濃度検出値の特性図。
【図１９】学習値の演算を説明するための流れ図。
【図２０】ゲインの特性図。
【図２１】加重平均時定数補正係数の特性図。
【図２２】加重平均時定数補正係数の特性図。
【図２３】加重平均時定数補正係数の特性図。
【図２４】第１の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
１センサ本体
３第一酸素ポンプセル
７第二酸素ポンプセル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for detecting the concentration of nitrogen oxides (hereinafter abbreviated as NOx).
[0002]
[Prior art]
As a NOx concentration sensor applicable to an actual vehicle, a solid electrolyte type sensor is being developed (see the preprints 971 1997-5, p.277 of the Society of Automotive Engineers of Japan).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in the NOx concentration sensor placed in the gas to be detected, as shown in FIG. 1, the sensor main body 1 is mainly composed of two

oxygen pump cells

3 and 7, and first the first oxygen pump cell 3 is used for the first diffusion chamber. The oxygen concentration of the atmosphere was adjusted, and then the gas whose oxygen concentration had been adjusted was reduced by passing it through a catalyst for reducing NOx (a substance on a paste in the second measurement chamber 8). In this method, the amount of oxygen (the amount of reduced oxygen is proportional to the NOx concentration in the gas) is detected from the output (Ip2) generated by the second oxygen pump cell 7. That is, since oxygen cannot be completely eliminated from the gas introduced into the first diffusion chamber 5 (the second oxygen pump cell does not work if it is completely eliminated), the sensor output has an offset current as shown in FIG. Become.
[0004]
When the actual performance of such a sensor was examined by experiments, the initial performance and the aging deterioration during use were not negligible due to the performance of the two oxygen pump cells and the reduction performance of the catalyst in the sensor. It was found that the initial variation and the deterioration with time of the offset amount were large as shown in FIG.
[0005]
Therefore, it is conceivable to learn the offset amount in order to compensate for the initial variation of the offset amount and the deterioration with time. For that purpose, it is necessary to know the actual offset amount of the sensor. In this case, since the characteristic of the sensor output with respect to the NOx concentration is a straight line, if the NOx concentration at two different points is known, it is necessary to extend the two points. Thus, the actual offset amount of the sensor can be obtained (this method is called two-point learning).
[0006]
However, even if the load and the number of revolutions of the engine are determined, the NOx concentration is not uniquely determined, and easily changes due to other factors (EGR amount, injection timing, etc.). Further, NOx is also affected by the temperature and humidity of the intake air because its generation mechanism is closely related to the combustion temperature. That is, it is difficult to accurately predict the NOx concentration by two-point learning.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to compensate for variations in initial performance and deterioration over time of a sensor accurately and inexpensively by learning the offset error of the sensor in a region where the NOx concentration is small.
[0008]
The first invention isFIG.As shown in (1), the oxygen concentration of the atmosphere in the first diffusion chamber is adjusted by the first oxygen pump cell, and the amount of oxygen reduced by passing the NOx-reducing catalyst out of the gas with the adjusted oxygen concentration is adjusted. A NOx concentration sensor 21 configured to measure the NOx concentration in the combustion gas by detecting the output from the output generated by the second oxygen pump cell, a means 22 for converting the sensor output to an actual NOx concentration MNOx, Means 23 for determining whether or not the area is small, and when it is determined that the area is small, the difference between the basic NOx concentration TNOx # and the actual NOx concentration MNOx is calculated as an offset error Offset0 of the sensor 21. A means 24 for calculating an offset learning value OFFSET based on the offset error Offset0; Means 26 for calculating the NOx concentration RNOx by correcting the actual NOx concentration MNOx at T.The actual NOx concentration in a region outside the small NOx concentration region is corrected by a gain corresponding to the current offset learning value.
[0009]
In the second invention, when the offset error is a value obtained by subtracting the actual NOx concentration MNOx from the basic NOx concentration TNOx # in the first invention, the correction is to add the offset learning value to the actual NOx concentration.
[0010]
In a third aspect based on the first or second aspect, a gain according to the offset learning value is provided.Is set in advance as a table value.
[0011]
In a fourth aspect, in the first or second aspect,The gain according to the offset learning value is a gain learning value calculated based on the offset error when calculating the offset learning value. The gain learning value and the offset learning value at that time are stored in association with each other. There is.
[0012]
In a fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects,In the combustion gasThe region where the NOx concentration is small is the idling and low-temperature premixed combustion region in which the auxiliary load does not work.
[0013]
In a sixth aspect based on the fifth aspect, the low-temperature premix combustion is performed based on at least one of the main fuel injection amount, the main fuel injection timing, the sub fuel injection amount, the fuel injection pressure, the exhaust gas recirculation rate or its equivalent value, and the swirl ratio. Determine the area.
[0014]
According to a seventh aspect of the present invention, when the calculation of the offset learning value is performed by a weighted average in any one of the first to sixth aspects, the weighted average coefficient Klc is reduced during the initial operation of the engine.
[0015]
In an eighth aspect based on the seventh aspect, the initial operation of the engine is determined based on at least one of the integrated value SNe of the engine rotation from the production time, the total travel distance SVsp from the production time, and the operation time SSttm from the production time. I do.
[0016]
【The invention's effect】
In each of the first and second inventions, one-point learning can be performed by calculating an offset error in a region where the NOx concentration is small and performing learning based on the offset error. (2) The accuracy of the learning value is significantly improved as compared with the two-point learning, whereby the NOx concentration can be accurately obtained even if the sensor has an initial variation in the offset amount or deterioration with time.
[0017]
For example, when the actual NOx concentration detected in the region where the NOx concentration is small is MNOx1, this MNOx1 is a basic NOx concentration (if the sensor that outputs the median value shown in FIG. Considering a case where a value smaller than the NOx concentration that would be detected in a region where the NOx concentration is small (that is, a case where a sensor having a characteristic indicated by a two-dot chain line in FIG. 4 is targeted) is considered to be second. According to the invention, the offset error becomes positive, and the learning value at the stage when the learning value converges also becomes a positive value. In this case, the learning value may be simply set to be substantially equal to an offset error, that is, a value obtained by subtracting MNOx1 from the basic NOx concentration.
[0018]
When the learning value obtained at this time is added to MNOx1,

It becomes. That is, the actual NOx concentration corrected by the learning value becomes substantially equal to the basic NOx concentration. In other words, even if there is an initial variation (or deterioration with time) of the offset amount in the sensor, the NOx concentration obtained by the sensor having the initial variation is corrected by the learning value to obtain the NOx concentration for the basic sensor. It is done.
[0019]
On the other hand, when the region falls outside the region where the NOx concentration is small, for example, the region where the NOx concentration becomes large, as shown by the two-dot chain line in FIG. ) Cannot be neglected due to the difference in gain, and this is caused as a calculation error of the NOx concentration. That is, according to the sensor having the characteristics indicated by the two-dot chain line in FIG. 4, the NOx concentration is detected to be smaller than the offset error in the region where the NOx concentration is large.
[0020]
However,1st or 3rd, 4thWhen the actual NOx concentration is corrected using one of the gain and the gain learning value according to the inventions, the corrected value becomes large enough to compensate for the difference due to the gain, and matches the output characteristic of the basic sensor. . Even in a region where the NOx concentration is large, the NOx concentration for the above-described basic sensor can be obtained by correcting the actual NOx concentration obtained by the sensor having the initial variation in the offset amount using the learning value and the gain.
[0021]
In this way,1st or 3rd, 4thAccording to the inventions described above, the NOx concentration can be accurately obtained even in a region where the NOx concentration is large.
[0022]
When realizing low-temperature premixed combustion at idle and in a state where the auxiliary load does not work, the direct injection type conventional diesel combustion has NOx concentration of several hundred ppm, whereas NOx concentration of several ten ppm is used. Since the NOx concentration can be reduced to the level, if the NOx concentration can be reduced to this level, the influence of the humidity and the intake air temperature on the NOx concentration becomes relatively small, so that the influence of the humidity and the intake air temperature can be ignored. That is, according to each of the fifth and sixth aspects, the NOx concentration can be accurately obtained without being affected by the humidity or the intake air temperature.
[0023]
In each of the seventh and eighth inventions, the weighted average coefficient is reduced at the time of the initial operation of the engine, so that the offset error calculated in an unstable state at the time of the initial operation of the engine is not largely reflected in the offset learning value. Therefore, even in an unstable state at the time of the initial operation of the engine, the offset learning value does not become unstable.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a cross section of a sensor body 1 and a sensor drive circuit 11 for a solid electrolyte type NOx concentration sensor. This is described in Preprints 971 1997-5, p. 277.
[0025]
The gas discharged from the engine passes through the first diffusion hole 2 and enters the first measurement chamber 5 defined by the first oxygen pump cell 3 located at the top and the oxygen partial pressure detection cell 4 located below this cell 3. Be guided.
[0026]
The oxygen concentration in the first measuring chamber 5 is monitored by the electromotive force generated in the oxygen partial pressure detecting cell 4, and the oxygen concentration existing in the first measuring chamber 5 under all operating conditions of the engine.₂The current Ip1 flowing into the first oxygen pump cell 3 is controlled by PID so that the oxygen concentration in the first measurement chamber 5 becomes constant at a level at which NOx in the exhaust gas is not completely decomposed. In other words, O₂Is pumped out (upper part in the figure) by the first oxygen pump cell 3.
[0027]
The exhaust gas controlled at a constant oxygen concentration is defined by the oxygen partial pressure detection cell 4 and the second oxygen pump cell 7 located at the bottom through the second diffusion holes 6 penetrating vertically through the oxygen partial pressure detection cell 4. To the second measurement chamber 8.
[0028]
The current Ip2 is supplied to the second oxygen pump cell 7 so that a constant voltage is applied, so that the oxygen remaining in the first measurement chamber 5 and the oxygen generated by the decomposition of NOx in the exhaust gas are generated by the second oxygen pump cell 7. Is O^2-From the second measurement chamber 8 to the outside (downward in the figure).
[0029]
It is considered that the glue-like substance in the second measurement chamber 8 has a function of decomposing NO into N and O (a catalytic function of reducing NOx).
[0030]
In this case, the current Ip1 flowing through the first oxygen pump cell 3 is proportional to the oxygen concentration in the exhaust as shown in FIG. On the other hand, the current Ip2 flowing through the second oxygen pump cell 7 is proportional to the NOx concentration in the exhaust as shown in FIG. However, since there is residual oxygen in the gas flowing into the second measurement chamber 8, an offset current is generated in the second pump current.
[0031]
By examining the actual performance of the above sensor, the performance of the two oxygen pump cells and the reduction performance of the catalyst in the sensor showed variations in the initial performance that could not be ignored and deterioration over time during use. It was found that the initial variation and the deterioration with the lapse of time were large.
[0032]
4 and 5 are obtained by experiments. It can be seen from FIG. 4 that the output variation of the sensor is mainly caused by the variation of the offset amount. FIG. 5 shows the relationship between the offset error from the median and the gain of the sensor (the slope of the characteristic line in FIG. 4). It can be seen that the offset error and the gain from the median have a certain tendency. . According to FIG. 5, when the offset amount is larger than the median value, the sensor gain is also increased (this is indicated by a dashed line in FIG. 4). (This is indicated by the two-dot chain line in FIG. 4).
[0033]
Therefore, it is conceivable to learn the offset error from the median value in order to compensate for the initial variation of the offset amount and the deterioration with time. For that purpose, it is necessary to know the actual offset amount of the sensor. In this case, since the characteristic of the sensor output with respect to the NOx concentration is a straight line, if the NOx concentration at two different points is known, it is necessary to extend the two points. Thus, the actual offset amount of the sensor can be obtained (this method is called two-point learning).
[0034]
However, even if the engine speed and the fuel injection amount (corresponding to the load) are determined, the NOx concentration is not uniquely determined, and easily changes due to other factors (EGR amount, injection timing, etc.). Further, NOx is also affected by the temperature and humidity of the intake air because its generation mechanism is closely related to the combustion temperature. That is, it is difficult to accurately predict the NOx concentration by two-point learning.
[0035]
Incidentally, configurations in which low-temperature premix combustion is performed are known from JP-A-8-86251 and JP-A-7-4287. To put it simply, low-temperature premixed combustion achieves low-temperature combustion by reducing the oxygen concentration by a large amount of EGR, and in order to realize premixed combustion, the fuel flow is controlled by controlling the gas flow such as the shape of the combustion chamber and the swirl ratio. The control unit controls the EGR amount, swirl ratio, injection timing, and other controls required to perform low-temperature premixed combustion by promoting dispersion of fuel and terminating fuel injection during the ignition delay period. It is made by.
[0036]
When such low-temperature premixed combustion is realized at low load and low rotation speed, for example, at idle and in a state where the auxiliary load does not work, the direct injection type conventional diesel combustion has a NOx concentration of several hundred ppm. On the other hand, it was found that the NOx concentration could be reduced to a level of more than ten ppm. If the NOx concentration can be reduced to this extent, the influence of the humidity and the intake air temperature on the NOx concentration will be relatively small, so that the influence of the humidity and the intake air temperature can be neglected.
[0037]
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the low-temperature premixed combustion is performed at the time of idling without the auxiliary load, and the low-temperature premixed combustion region is set at the idle time without the auxiliary load. When determined, the offset error of the sensor is learned.
[0038]
The contents of this control executed by the control unit will be described with reference to the following flowchart.
[0039]
FIG. 6 shows a main routine, whereas FIGS. 7, 9, 16, and 19 correspond to subroutines. That is, FIG. 7 shows the details of S2), FIG. 9 shows the details of S3), and FIGS. 16 and 19 show the details of S4), S5) and S6).
[0040]
First, referring to FIG. 6, this is executed at regular intervals (for example, every 20 msec).
[0041]
In S1), various signals are read. In S2) and S3), it is determined whether or not learning is permitted, and whether or not a low-temperature premixed combustion state (abbreviated as MK combustion in the figure) is determined. The value and the sensor gain are calculated and stored, and the NOx concentration RNOx is calculated in S6), and the process ends.
[0042]
7 and 8 are for setting a learning permission flag, and are executed every 20 msec.
[0043]
The setting of the learning permission flag is performed by first checking the contents of S1) to S13) one by one, and if even one is not satisfied, the process proceeds to S14) and S15) of FIG. 8, and the learning permission counter Ctrlrln is set to a predetermined value. The value is set to TMRLRN #, and the learning permission flag Flgqln is set to 0 (learning is not permitted). If all of the items are satisfied, the process proceeds to S16, and the learning permission counter Ctrlrln is decremented. . That is, the following condition
<1> Start switch (ST SW) is OFF,
<2> the ignition switch (IGN SW) is ON;
<3> The idle switch (IDLE SW) is ON.
<4> The vehicle speed Vsp is 0 km / h.
<5> the engine speed Nrpm is within a predetermined range (Nset-NLRNL # <Nrpm <Nset-NLRNH #);
<6> The power supply voltage Vb is equal to or higher than the predetermined value VBLRN #.
<7> the cooling water temperature Twn is within a predetermined range (TWLRNL # <Twn <TWLRNH #),
<8> the fuel temperature Tfn is within a predetermined range (TFLRNHL # <Tfn <TFLRN #);
<9> the power steering switch (PWST SW) is OFF,
<10> Electric load switch such as headlight or defogger is OFF
At this time, the learning permission counter Ctrlln starts decrementing.
[0044]
In S17), the learning permission counter Ctrllrn is compared with 0, and while the counter Ctrlrln is positive, the learning permission flag Flgqln = 0 remains, and the state where all of the above <1> to <10> are satisfied is the predetermined value TMRLRN. When the time # continues, the value of the counter Ctrlrln becomes 0 or less, so that the process proceeds to S18), where the learning permission flag Flgqln = 1. The predetermined value TMRLRN # defines a delay time from when the learning permission condition is satisfied to when the learning permission flag is set.
[0045]
FIG. 9 is for setting a low-temperature premix combustion flag (abbreviated as MK combustion flag in the figure), and is executed every 20 msec.
[0046]
The determination of low-temperature premixed combustion (MK combustion) is made by checking the contents of S1) to S6) one by one, and when all of the items are satisfied, it is determined that the low-temperature premixed combustion range is satisfied and S7). If even one is not the case, it is determined that the temperature is not in the low temperature premixed combustion region, and the process proceeds to S8). That is, the following condition
<1> The target main fuel injection amount Qsol is within a predetermined range (QL <Qsol <QH),
<2> the target EGR rate MEGR is within a predetermined range (EL <MEGR <EH);
<3> The target main injection timing MIT is within a predetermined range (IL <MIT <IH),
<4> The target swirl ratio MSR is within a predetermined range (SL <MSR <SH),
<5> The target common rail pressure Mpinj is within a predetermined range (PL <Mpinj <PH),
<6> The target pilot injection amount Mqplt is within a predetermined range (PLL <Mqplt <PLH)
At this time, the routine proceeds to S7), where the low-temperature premixed combustion flag Flgqmk is set to 1. If at least one of them is contrary, the routine proceeds to S8) where the flag Flgqmk is set to 0.
[0047]
Here, the respective characteristics of the target main fuel injection amount Qsol, the target EGR rate MEGR, the target main injection timing MIT, the target swirl ratio MSR, the target common rail pressure Mpinj, and the target pilot injection amount Mqplt are as shown in FIGS. .
[0048]
FIG. 10 shows the characteristics of the basic fuel injection amount Mqdrv (accordingly, it is determined from the accelerator opening Cl and the engine speed Ne). To be precise, various corrections such as the cooling water temperature are performed on the basic fuel injection amount Mqdrv. The latter value is Qsol. For simplicity, the basic fuel injection amount Mqdrv can be used as Qsol.
[0049]
FIG. 13 shows a two-position valve in which the swirl control valve partially notched is fully closed or fully opened in response to ON / OFF signals from the control unit. <4> holds when the swirl control valve is ON.
[0050]
FIG. 16 is for correcting a sensor error, and is executed every 20 msec.
[0051]
In S1), the actual NOx concentration MNOx is read. The conversion of the actual NOx concentration MNOx will be described with reference to the flow of FIG.
[0052]
FIG. 17 is executed every 4 msec. The sensor output voltage is read in S1), and the NOx concentration MNOx is obtained from the sensor output voltage by searching a table containing the contents in FIG. 18 in S2).
[0053]
Referring back to FIG. 16, in S2) and S3), the learning permission flag Flgqln and the low-temperature premix combustion flag Flgqmk are checked, and only when Flgqln = 1 and Flgqmk = 1, the process proceeds to S4), S5), and the basic NOx concentration TNOx # (details). Is described later), and a learning value OFFEST of a sensor offset error and a gain GAIN are calculated.
[0054]
The calculation of the offset learning value OFFEST and the gain GAIN will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0055]
FIG. 19 is executed every time a REF signal (a signal generated for each reference position of the crank angle sensor) is input.
[0056]
In S1), the previous offset learning value OFFSET_n-120 is searched to find the gain GAIN.
[0057]
GAIN is a value that is larger than 1.0 when the offset learning value is positive and smaller than 1.0 when the offset learning value is negative, as shown in FIG. The reason for setting in this way is in accordance with the characteristics shown in FIG. A dead zone is provided for a learning value in a predetermined range centered on 0.
[0058]
The value of the gain GAIN is stored in the RAM until the next learning value calculation timing.
[0059]
In FIGS. 21, 22, and 23, the integrated value SNe of the engine rotation from the time of production, the total travel distance SVsp from the time of production, and the operation time SSttm from the time of production in S2), S3), and S4), respectively. By searching the table, the weighted average time constant correction coefficients Klsne, Klsvsp, and Klsst are obtained, and these three values are used in S5).
Klc = Klsneka × Klsvsp × Klsst (1)
The value Klc corresponding to the weighted average time constant is calculated by the following equation, and this value is limited to a value of 0 or more and 1 or less in S6).
[0060]
Here, as shown in FIGS. 21, 22, and 23, Klsne, Klsvsp, and Klsst are values that are smaller than 1.0 when SNe, SVsp, and SSttm are small (that is, during the initial operation of the engine). This is to prevent the offset error Offset0 calculated in an unstable state during the initial operation of the engine from being largely reflected in the offset learning value OFFSET (that is, to reduce the learning gain). In addition, only one of Klsne, Klsvsp, and Klsst may be introduced.
[0061]
In S7), a value obtained by subtracting the actual NOx concentration MNOx from the basic NOx concentration TNOx # is calculated as an offset error Offset0.
[0062]
Here, assuming that the sensor that outputs the median value shown in FIG. 4 is a basic sensor, the basic NOx concentration TNOx # is used for idling and low-temperature premix combustion in the state where the auxiliary equipment load is not working. NOx concentration (set in advance) that will be detected in the range. Therefore, when MNOx is larger than TNOx #, the sensor is shifted to a side where the NOx concentration is made larger than the basic sensor. On the contrary, when MNOx is smaller than TNOx #, the sensor is shifted from the basic sensor. This indicates that the NOx concentration has shifted to a lower side.
[0063]
In S8), the offset error Offset0 and the weighted average time constant equivalent value Klc are used.
OFFSET = OFFSET_n-1× (1−Klc) + Offset0 × Klc (2)
(The weighted average expression) is used to calculate the offset learning value OFFSET.
[0064]
The learning value OFFSET is a value centered on 0, and takes a plus or minus value. This learning value is backed up.
[0065]
In this case, MNOx, which is a difference from the basic NOx concentration TNOx #, is a value in the low-temperature premixed combustion region at the time of idling in the state where the auxiliary load is not working. That is, the NOx concentration used for calculating the learning value is detected at only one point, and therefore, the learning in the present embodiment is one-point learning.
[0066]
When the offset learning value and the gain are obtained in this manner, the process returns to FIG. 16, and in step S6), based on the offset learning value, the gain, and the actual NOx concentration MNOx, if the Flgqln is not 1 or the Flgqmk is not 1, the stored value is obtained. (GAIN and OFFSET)
RNOx = GAIN × MNOx + OFFSET (3)
The NOx concentration RNOx is calculated by the following equation.
[0067]
Equation (3) is for correcting the actual NOx concentration MNOx by the offset learning value and the gain.
[0068]
The NOx concentration RNOx obtained in this way can be used, for example, for EGR control.
[0069]
Further, while the NOx reduction catalyst is provided in the exhaust passage, unburned fuel is supplied as a reducing agent to the NOx reduction catalyst, so that fuel injection is performed in the vicinity of the bottom dead center of the exhaust stroke. The above-described NOx concentration RNOx can also be used for a device that performs the deterioration diagnosis of the NOx reduction catalyst on the premise of this (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-212961).
[0070]
Here, the operation of this embodiment will be described.
[0071]
When MNOx1 is the actual NOx concentration detected in the low-temperature premixed combustion region when the learning permission condition is satisfied and MNOx1 is smaller than TNOx # (that is, the characteristic indicated by the two-dot chain line in FIG. 4). In the case where the sensor is targeted), the offset error Offset0 becomes positive, and the learning value OFFSET at the stage when the learning value converges also becomes positive, and the gain GAIN has a value larger than 1.0. In this case, the learning value OFFSET may be simply set to be substantially equal to the offset error Offset0, that is, the value of TNOx # -MNOx1.
[0072]
MNOx1 is corrected by the above equation (3) using the learning value and the gain obtained at this time. Since MNOx1 is originally small, the value obtained by multiplying the gain GAIN can be regarded as substantially equal to MNOx1. The learning value OFFSET is added to MNOx1 (RNOx ≒ MNOx1 + OFFSET), and further, RNOx ≒ MNOx1 + (TN0 # −MNOx1) = TNOx #. That is, RNOx is substantially equal to TNOx #. In other words, even if there is an initial variation (or deterioration with time) of the offset amount in the sensor, the NOx concentration obtained by the sensor having the initial variation is corrected by the learning value OFFSET and the gain GAIN, so that the above-described basic sensor can be corrected. The NOx concentration is obtained.
[0073]
On the other hand, when the learning permission condition is satisfied and the region is outside the low-temperature premixed combustion region, for example, when the NOx concentration becomes large, as shown by the two-dot chain line in FIG. 4, the deviation from the output characteristic of the basic sensor ( Of the sum of the offset error and the difference due to the gain, the difference due to the gain cannot be ignored, and this difference occurs as a calculation error of the NOx concentration. That is, according to the sensor having the characteristics indicated by the two-dot chain line in FIG. 4, the NOx concentration is detected to be smaller than the offset error in the region where the NOx concentration is large.
[0074]
However, at this time, if the correction is made by the above equation (3) using the learning value and the gain, the product of the actual NOx concentration at this time and the gain GAIN becomes large enough to compensate for the difference due to the difference in gain. It matches the output characteristics of the sensor. Even in a region where the NOx concentration is large, the NOx concentration for the above-described basic sensor can be obtained by correcting the actual NOx concentration obtained by the sensor having the initial variation in the offset amount using the learning value and the gain.
[0075]
The same applies to the case where the above-mentioned MNOx1 takes a value larger than the TNOx # (that is, the case of targeting a sensor having the characteristics indicated by the dashed line in FIG. 4).
[0076]
As described above, in the present embodiment, the learning of the offset error based on the difference between the actual NOx concentration obtained at that time and the basic NOx concentration only at the time of idling and in the low-temperature premixed combustion region when the auxiliary load is not working. Is performed, one-point learning becomes possible, and according to the one-point learning, the accuracy of the learning value is much better than the two-point learning described above, and even if the sensor has initial variation in the offset amount or deterioration over time, , NOx concentration can be accurately obtained.
[0077]
In other regions (i.e., regions where the auxiliary load is not operating and the engine is idling and not in the low-temperature premixed combustion region), differences in gain are corrected in addition to the learning value. Even in the region, the NOx concentration can be accurately obtained.
[0078]
In the embodiment, as shown in FIG. 9, whether or not the engine is in the low temperature premixed combustion region is determined from the engine control parameters. For example, a pressure sensor is provided in the cylinder, the combustion ratio is calculated from the pressure waveform, and the combustion ratio is calculated from this combustion ratio. It is also possible to determine whether or not low-temperature premix combustion is being performed (slow initial combustion and rapid middle combustion).
[0079]
In the embodiment, the case where the gain is a table value has been described. However, the gain may be a learning value. For example, when calculating an offset learning value based on an offset error, a gain learning value is also calculated based on the offset error, and the gain learning value is stored in association with the offset learning value at that time. The learning value can be used instead of the table value.
[0080]
In the embodiment, the structure in which the two oxygen pump cells are arranged vertically in FIG. 1 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the structure in which the two oxygen pump cells are arranged horizontally in FIG. It is needless to say that the present invention can also be applied to this.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a sensor main body and a sensor drive circuit.
FIG. 2 is a characteristic diagram of a first pump current Ip1.
FIG. 3 is a characteristic diagram of a second pump current Ip2.
FIG. 4 is a characteristic diagram of sensor output with respect to NOx concentration.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an offset error from a median and a gain.
FIG. 6 is a flowchart for explaining the calculation of the NOx concentration.
FIG. 7 is a flowchart for explaining setting of a learning permission flag.
FIG. 8 is a flowchart for explaining setting of a learning permission flag.
FIG. 9 is a flowchart for explaining setting of a low-temperature premixed combustion flag.
FIG. 10 is a characteristic diagram of a basic fuel injection amount.
FIG. 11 is a characteristic diagram of a target EGR rate.
FIG. 12 is a characteristic diagram of a target main injection timing.
FIG. 13 is a characteristic diagram of a target swirl ratio.
FIG. 14 is a characteristic diagram of a target common rail pressure.
FIG. 15 is a characteristic diagram of a target pilot injection amount.
FIG. 16 is a flowchart for explaining correction of a sensor error.
FIG. 17 is a flowchart for explaining detection of a NOx concentration.
FIG. 18 is a characteristic diagram of a NOx concentration detection value with respect to a sensor output voltage.
FIG. 19 is a flowchart for explaining calculation of a learning value.
FIG. 20 is a characteristic diagram of gain.
FIG. 21 is a characteristic diagram of a weighted average time constant correction coefficient.
FIG. 22 is a characteristic diagram of a weighted average time constant correction coefficient.
FIG. 23 is a characteristic diagram of a weighted average time constant correction coefficient.
FIG. 24 is a diagram corresponding to claims of the first invention.
[Explanation of symbols]
1 Sensor body
3 First oxygen pump cell
7 Second oxygen pump cell

Claims

The first oxygen pump cell adjusts the atmospheric oxygen concentration of the first diffusion chamber, and the second oxygen pump cell adjusts the amount of oxygen reduced by passing the NOx reducing catalyst out of the gas with the adjusted oxygen concentration. A NOx concentration sensor configured to measure the NOx concentration in the combustion gas by detecting the output from the generated output;
Means for converting the sensor output to an actual NOx concentration;
Means for determining whether or not the region is a region where the NOx concentration in the combustion gas is small;
Means for calculating a difference between a basic NOx concentration and the actual NOx concentration as an offset error of the sensor when it is determined that the region is in the region;
Means for calculating an offset learning value based on the offset error;
Means for calculating the NOx concentration by correcting the actual NOx concentration with the offset learning value;
With
A NOx concentration detecting device , wherein the actual NOx concentration in a region outside a region having a small NOx concentration is corrected with a gain according to a current offset learning value .

2. The NOx concentration detecting apparatus according to claim 1, wherein when a value obtained by subtracting the actual NOx concentration from the basic NOx concentration is used as the offset error, the correction is to add an offset learned value to the actual NOx concentration.

The NOx concentration detecting device according to claim 1 or 2, wherein the gain according to the offset learning value is set in advance as a table value .

The gain according to the offset learning value is a gain learning value calculated based on the offset error when calculating the offset learning value. The gain learning value and the offset learning value at that time are stored in association with each other. NOx concentration detection apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized in that.

The NOx concentration according to any one of claims 1 to 4, wherein the region where the NOx concentration in the combustion gas is small is an idling and low-temperature premixed combustion region in a state where no auxiliary load is applied. Detection device.

The low-temperature premixed combustion region is determined from at least one of a main fuel injection amount, a main fuel injection timing, a sub fuel injection amount, a fuel injection pressure, an exhaust gas recirculation rate or an equivalent value thereof, and a swirl ratio. 6. The NOx concentration detecting device according to 5.

7. The NOx concentration detecting device according to claim 1, wherein when the calculation of the offset learning value is performed by a weighted average, the weighted average coefficient is reduced during an initial operation of the engine.

The NOx concentration according to claim 7, wherein the initial operation of the engine is determined from at least one of an integrated value of engine rotation from a production time, a total mileage from a production time, and an operation time from a production time. Detection device.