JP3997841B2 - ＮＯｘセンサの基準点学習方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯxセンサの基準点学習方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）の濃度を検出するＮＯxセンサが知られている。このＮＯxセンサは、ＮＯxの濃度に応じた電気信号を発信するが、ＮＯxの濃度がゼロとなるときの出力値が個体差や経時変化等により変化してしまうという特性を有している。
【０００３】
ここで、特開平１１−１４８９１０号公報では、内燃機関の燃料カット時にＮＯx濃度がゼロとなることに着目し、このときのセンサ出力を基準点としてセンサ出力を校正している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関から排出されるＮＯxを浄化する手段として排気通路へＮＯx触媒を備えることがある。このＮＯx触媒が劣化すると、少量ではあるがＮＯxが下流へ流出することがある。このようにして流出したＮＯxは、ＮＯxセンサに検出されてしまうので、そのときのＮＯxの濃度をゼロとして学習してしまうとＮＯx濃度の判定に誤差を生じてしまう。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯxセンサの基準点学習方法において、基準点を精度良く学習させることができる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
車両減速時で且つ燃料の供給が停止されているときに吸入空気量を増加させ且つＥＧＲガス量を減少させつつ、このときに検出されるＮＯx濃度を基準点として学習させることを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、車両減速時で且つ燃料の供給が停止されているときに吸入空気量を増加させ且つＥＧＲ量を減少させて、ＮＯxを含んだ排気を速やかに排出させて基準点を学習させることを特徴とする。
【０００８】
一般に、車両減速時には燃料の供給が停止される。このような状態で吸入された空気は、そのまま排気となって排出される。このときの排気はＮＯxをほとんど含有していないためＮＯxセンサの基準点を学習させるには好適である。しかし、ＥＧＲを行っていると、ＥＧＲガス中に含まれているＮＯxが還流するため、排気中のＮＯx濃度がゼロとなるまでに時間を要してしまう。これに対し、ＥＧＲ量を減少させる若しくはＥＧＲを停止させることにより、排気中のＮＯx濃度を速やかにゼロとすることが可能となる。また、機関に吸入される新気の量を増加させることにより、機関内部や排気系に残留しているＮＯxを速やかに排出させて排気中のＮＯx濃度を速やかにゼロとすることが可能となる。
【０００９】
本発明においては、吸気絞り弁を開き側へ制御し且つＥＧＲ弁を閉じ側へ制御して吸入空気量を増加させ且つＥＧＲガス量を減少させることができる。
【００１０】
ＥＧＲ弁を閉め側へ制御することにより、ＮＯxセンサに検出されるＮＯxを減少させることができ、ＮＯxセンサの基準点算出の精度を向上させることができる。更に、吸気絞り弁を開き側へ制御することにより、機関に吸入される新気の量が増大し、機関内部や排気系に残留しているＮＯxを排出させ、ＮＯxセンサの基準点の学習を速やかに精度良く行うことが可能となる。その他にも、吸気の過給圧を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関では、該ノズルベーンを開き側へ制御しても良い。更に、排気絞り弁を備えた内燃機関では、該排気絞り弁を開き側へ制御しても良い。これらによっても、ＮＯxを含んだ排気を速やかに排出させることが可能となる。
【００１１】
本発明においては、ＮＯx触媒の下流に設けられたＮＯxセンサの基準点を学習させることができる。
【００１２】
ＮＯxセンサは、ＮＯx触媒が有効にＮＯxの浄化を行っているか検出するためにＮＯx触媒の下流に設けられることがある。このようなＮＯx触媒の下流に設けられたＮＯxセンサであっても、基準点の学習精度を向上させることが可能となる。
【００１３】
本発明においては、基準点を学習させる前にＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が十分であるか否か判定することができる。
【００１４】
ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が十分である場合には、該ＮＯx触媒からＮＯxがほとんど流出しないため精度の良い基準点学習が可能となる。
【００１５】
本発明においては、十分なＮＯxの還元が行われた直後にＮＯx吸蔵能力が十分であると判定することができる。
【００１６】
このようなＮＯxセンサの基準点学習方法では、十分なＮＯxの還元を行った直後にはＮＯx触媒にほとんどＮＯxが吸蔵されていないので、該ＮＯx触媒からＮＯxが流出することがなく、精度の良いＮＯxセンサの基準点学習が可能となる。
【００１７】
本発明においては、ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復直後にＮＯx吸蔵能力が十分であると判定することができる。
【００１８】
このようなＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＳＯx被毒回復が行われた直後にはＮＯx触媒にほとんどＮＯxが吸蔵されていないので、該ＮＯx触媒からＮＯxが流出することがなく、また、ＮＯx吸蔵能力が十分なため残留したＮＯxを吸蔵することができ、従って精度の良いＮＯxセンサの基準点学習が可能となる。
【００１９】
本発明においては、ＮＯx触媒が十分なＮＯx吸蔵能力を発揮可能な温度のときにＮＯxセンサの基準点を学習させることができる。
【００２０】
このようなＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＮＯx触媒が十分なＮＯx吸蔵能力を発揮可能な温度のときには排気中に残留しているＮＯxがＮＯx触媒に吸蔵されるため、ＮＯxセンサ周辺の雰囲気のＮＯx濃度をゼロとすることが可能となる。
【００２１】
本発明においては、ＮＯx触媒の新品時においてＮＯxセンサの基準点を学習させることができる。
【００２２】
このようなＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＮＯx触媒が新品のときにはＮＯx吸蔵能力が十分に発揮されるため、該ＮＯx触媒からＮＯxの流出がほとんどなく、精度の良いＮＯxセンサの基準点学習が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＮＯxセンサの基準点学習方法の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係るＮＯxセンサの基準点学習方法を車両駆動用のディーゼル機関の排気系に備えられたＮＯxセンサに適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。本実施の形態では、４つの気筒２を備えた気筒内直接噴射式ディーゼルエンジンを採用した。
【００２５】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２６】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２７】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２８】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２９】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００３０】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００３１】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００３２】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３３】
一方、エンジン１には、排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３４】
前記排気枝管１２は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３５】
前記排気管１３の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１４が設けられている。フィルタ１４は、ＰＭを捕獲するとともに、流入する排気の空燃比がリーンのときに還元剤の存在下において吸蔵したＮＯxを還元する機能を有する。このフィルタ１４より下流の排気管１３には、該排気管１３内を流通する排気中のＮＯx濃度に対応した電気信号を出力するＮＯxセンサ１６が取り付けられている。
【００３６】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１２へ排出され、次いで排気枝管１２から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３７】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１３を介してフィルタ１４へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化された後マフラーを介して大気中に放出される。
【００３８】
また、排気枝管１２と吸気枝管８とは、排気枝管１２内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させるＥＧＲ通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）１７を介して連通されている。このＥＧＲ通路１７の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１７内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）１８が設けられている。
【００３９】
このように構成されたＥＧＲ機構では、ＥＧＲ弁１８が開弁されると、ＥＧＲ通路１７が導通状態となり、排気枝管１２内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路１７へ流入し、吸気枝管８へ導かれる。吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４０】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００４１】
次に、本実施の形態によるＮＯxセンサ１６について説明する。
【００４２】
図２は、本実施の形態によるＮＯxセンサ１６の概略構造を示した図である。
【００４３】
ＮＯxセンサ１６は、第１酸素イオンポンプセル７０、酸素濃度測定セル７１、第２酸素イオンポンプセル７２の順に積層されて構成されている。第１酸素イオンポンプセル７０と酸素濃度測定セル７１との間には絶縁層７３が、酸素濃度測定セル７１と第２酸素イオンポンプセル７２との間には絶縁層７４が夫々介在している。
【００４４】
第１酸素イオンポンプセル７０は、固体電解質層７５及び該固体電解質層７５を挟んだ一対の多孔質電極７６ａ、７６ｂを備えて構成されている。酸素濃度測定セル７１は、固体電解質層７７及び該固体電解質層７７を挟んだ一対の多孔質電極７８ａ、７８ｂを備えて構成されている。第２酸素イオンポンプセル７２は、固体電解質層７９及び該固体電解質層７９の表面に設けられた一対の電極８０ａ、８０ｂを備えて構成されている。第１酸素イオンポンプセル７０と酸素濃度測定セル７１と絶縁層７３とにより囲まれた空間により第１測定室８１が形成され、一方、酸素濃度測定セル７１と第２酸素イオンポンプセル７２と絶縁層７４とにより囲まれた空間により第２測定室８２が形成されている。第１測定室８１と第２測定室８２とは、多孔質物質により形成された拡散孔８３を介して連通されている。
【００４５】
このように構成されたＮＯxセンサ１６では、排気管を流通する排気が第１測定室８１に導入される。ここで、ＮＯを僅かに分解させる程度の電圧が第１酸素イオンポンプセル７０に印加される。このとき、酸素濃度測定セル７１からの出力電圧が一定となるように第１酸素イオンポンプセル７０に印加する電圧がフィードバック制御され、第１酸素イオンポンプセル７０の電極７６ａ、７６ｂ間には第１ポンプ電流が流れる。更に、ＮＯxを分解させる程度の電圧が第２酸素イオンポンプセル７２に印加され、第２酸素イオンポンプセル７２の電極８０ａ、８０ｂ間には、第２ポンプ電流が流れる。
【００４６】
第１測定室８１では、排気中の酸素は、電極７６ｂに接触することによりイオン化し、その酸素イオンが第１酸素イオンポンプセル７０の作用で第１測定室８１の外へと汲み出される。
【００４７】
また、第１測定室８１内に残留するガスは、拡散孔８３を介して第２測定室８２へと拡散する。この第２測定室８２では、ＮＯxが窒素と酸素とに分解され、その酸素がイオン化して、第２酸素イオンポンプセルの作用で第２測定室８２の外へと汲み出される。このときに、第１酸素イオンポンプセル７０に流れる第１ポンプ電流の電流値が排気中の酸素濃度に応じた値を示し、一方、第２酸素イオンポンプセル７２に流れる第２ポンプ電流の電流値が排気中のＮＯx濃度に応じた値を示す。このように、本実施の形態によるＮＯxセンサ１６によれば、排気中の酸素濃度とＮＯx濃度とを同時に検出することができる。
【００４８】
次に、本実施の形態によるフィルタ１４について説明する。本実施の形態に係るフィルタ１４は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更にＯ2ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ2Ｏ3）を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に「ＮＯx触媒」という。）を採用した。
【００４９】
このように構成されたＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵する。
【００５０】
一方、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）等に還元せしめることができる。
【００５１】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１９が併設されている。このＥＣＵ１９は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００５２】
ＥＣＵ１９には、ＮＯxセンサ１６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ１９に入力されるようになっている。
【００５３】
一方、ＥＣＵ１９には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１１、ＥＧＲ弁１８、還元剤噴射弁２０等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ１９が制御することが可能になっている。
【００５４】
また、ＥＣＵ１９は、各種アプリケーションプログラム及び制御マップを記憶している。
【００５５】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５６】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては例えば２０乃至５０で、三元触媒ではＮＯxを浄化できない領域を意味する。
【００５７】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を還元させる必要がある。
【００５８】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中への燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、気筒２内への膨張行程中の燃料噴射等の方法が考えられる。
【００５９】
尚、本実施の形態では、フィルタ１４より上流の排気管１３を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ１４に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００６０】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１２（排気ポート１ｂ）内に臨むように取り付けられ、ＥＣＵ１９からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２０と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２０へ導く還元剤供給路２１と、を備えている。
【００６１】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２１を介して還元剤噴射弁２０へ印加される。そして、ＥＣＵ１９からの信号により該還元剤噴射弁２０が開弁して排気枝管１２（排気ポート１ｂ）内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００６２】
還元剤噴射弁２０から排気枝管１２（排気ポート１ｂ）内へ噴射された還元剤は、排気枝管１２（排気ポート１ｂ）の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【００６３】
このようにして形成された酸素濃度の低い排気は前述したターボチャージャ１５を介して下流のフィルタ１４に流入し、フィルタ１４に吸蔵されていたＮＯxを還元することになる。
【００６４】
その後、ＥＣＵ１９からの信号により還元剤噴射弁２０が閉弁し、排気枝管１２（排気ポート１ｂ）内への還元剤の添加が停止される。
【００６５】
このようにして、フィルタ１４に還元剤が供給されてＮＯxの還元が行われる。
【００６６】
一方、ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、ＮＯx吸蔵能力が低下するため、適宜の時期にＳＯx被毒から解消させる被毒解消処理を施す必要がある。この被毒解消処理は、ＮＯx触媒を高温にしつつ前記還元剤の添加により行われる。
【００６７】
ところで、ＮＯxセンサ１６は、個体差によりＮＯx濃度がゼロのときの出力値（基準点）が異なり、また、経時変化等によっても基準点が変化することがある。
【００６８】
ここで、図３は、複数のＮＯxセンサの出力信号値を比較した図である。この例によれば、ＮＯx濃度とセンサ出力値とは比例関係にあり、個体差によりＮＯx濃度がゼロのときのセンサ出力値（基準点）はそれぞれ異なっている。しかし、基準点は異なっているもののＮＯx濃度とセンサ出力との比例関係は同一のため、ＮＯx濃度がゼロになる点（基準点）と予め定められた値との差を求めれば、ＮＯxセンサの出力信号から前記求められた差を減じることによりＮＯx濃度を精度良く求めることができる。
【００６９】
ここで、従来のＮＯxセンサの基準点学習方法では、車両減速時で且つ燃料供給停止時にＮＯxセンサの校正を行っていた。車両減速時には、一般に燃料の供給が停止されるため、このときには排気管に空気が流通することになる。従って、ＮＯx濃度がゼロとなりＮＯxセンサの校正が可能となる。
【００７０】
ここで、図４は、車両減速時の実際のＮＯx濃度及び車速の時間推移を示したタイムチャート図である。車両の減速に従いＮＯx濃度は低下するがゼロとはならない。これは、少量ではあるがＮＯx触媒からＮＯxが流出しているためである。このようなときにＮＯxセンサの基準点を学習させると、その後ＮＯxセンサにより検出されるＮＯx濃度が実際のＮＯx濃度よりも低く表されてしまう。
【００７１】
一方、燃料供給停止時であっても排気管内には排気が残留しているため、ＮＯx濃度がゼロとなるまでに時間を要する。また、ＥＧＲガスが還流しているとＮＯxも一緒に還流してしまい、やはりＮＯx濃度がゼロとなるまでに時間を要してしまう。
【００７２】
そこで、本実施の形態では、ＮＯx触媒にＮＯxが吸蔵されていない状態であって且つ車両減速時の燃料供給停止時において、吸気絞り弁１０を開き側へ制御して吸気量を増加させ、ＥＧＲ弁を閉じ側へ制御してＥＧＲガス量を減少させてＮＯxセンサの基準点の学習を行う。
【００７３】
ここで、図５は、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元が不十分な場合であって、車両減速時で且つ燃料供給停止時に吸気絞り弁１０を開弁させＥＧＲ弁１８を閉弁させたときの車速及びＮＯx濃度の時間推移を示したタイムチャート図である。
【００７４】
図４に示される場合と比較して、排気管内の排気が速やかに空気と入れ換わるため、ＮＯx濃度の低下は早くなる。しかし、ＮＯx触媒からのＮＯxの流出によりＮＯx濃度はゼロにならない。
【００７５】
次に、図６は、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元が十分に行われた直後の場合であって、車両減速時で且つ燃料供給停止時に吸気絞り弁１０を開弁させＥＧＲ弁１８を閉弁させたときの車速及びＮＯx濃度の時間推移を示したタイムチャート図である。
【００７６】
図５に示される場合と比較して、ＮＯx触媒からのＮＯxの流出がなく速やかにＮＯx濃度がゼロとなる。このように、速やかにＮＯx濃度をゼロにすることができればＮＯxセンサの校正を速やかに行うことができ、ＮＯxセンサ校正の機会を増加させることができる。
【００７７】
次に、本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法について説明する。
【００７８】
図７、８は、本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法のフローを示したフローチャート図である。図７、８中の▲１▼及び▲２▼は夫々同一点を示している。
【００７９】
ステップＳ１０１では、ＮＯxセンサ１６の基準点校正に適した状態であるか否か判定する。例えば、ＮＯx触媒が劣化していない新品時のときや、ＳＯx被毒回復完了直後等であるか否か判定される。ここで、ＮＯx触媒が新品時のときやＳＯx被毒回復完了直後であれば、ＮＯx吸蔵能力が十分にあり、ＮＯx触媒からＮＯxの流出がほとんどない。そこで、本実施の形態では、このような場合に限りＮＯxセンサ１６の校正を行う。なお、ＳＯx被毒回復制御が行われた後に毎回ＮＯxセンサ１６の校正を行うようにしても良い。
【００８０】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００８１】
ステップＳ１０２では、ＮＯxセンサ１６が活性状態であるか否か判定する。ＮＯxセンサ１６は所定の温度領域以外ではＮＯxの検出が困難となるため、所定の温度領域内にある場合に限りＮＯxセンサ１６の校正を行う。
【００８２】
ＮＯxセンサ１６の温度は、例えば、ＮＯxセンサ１６を昇温させるための電気ヒータ（図示省略）が備えられている場合には、該電気ヒータの通電抵抗を電流及び電圧から算出し、予め実験等により求めておいた通電抵抗と電気ヒータの温度との関係から電気ヒータの温度を求め、この値をＮＯxセンサ１６の温度としても良い。また、機関運転状態により推定しても良いし、若しくは排気の温度を検出する排気温度センサ（図示省略）等の値を用いても良い。
【００８３】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
【００８４】
ステップＳ１０３では、ＮＯx触媒に還元剤を添加することができる状態であるか否か判定する。例えば、機関回転数及び機関負荷をパラメータとした還元剤添加領域マップに基づいて、還元剤添加領域であるか否か判定される。この還元剤添加領域であれば還元剤噴射弁から還元剤が添加される。機関回転数はクランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサ（図示省略）等により求め、一方、機関負荷は燃料噴射量やアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ（図示省略）等により求めることができる。
【００８５】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。
【００８６】
ステップＳ１０４では、還元剤の連続添加時間を示す還元剤添加カウンタに１を加算する。
【００８７】
ステップＳ１０５では、還元剤添加カウンタをリセットする。
【００８８】
ステップＳ１０６では、還元剤添加カウンタが所定値よりも大きいか否か判定される。この所定値は、ＮＯx触媒からＮＯxが十分に放出されるのに必要な値である。所定値は、機関運転状態の履歴から求まるＮＯxの吸蔵量を予め実験等により求め、この値を用いても良い。
【００８９】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
【００９０】
ステップＳ１０７では、ＮＯxセンサ１６の基準点の学習を許可するか否かを示したＮＯxセンサ学習実行フラグをＯＮにする。
【００９１】
ステップＳ１０８では、車両が減速状態であり且つ燃料の供給が停止されているか否か判定される。車両の減速は、車両の速度に応じたパルス信号を発信するスピードセンサ（図示省略）の出力信号の変化量から判定する。また、燃料の供給は、ＥＣＵ１９により制御されているため、該ＥＣＵ１９から燃料噴射弁の制御信号が発信されていなければ燃料の供給が停止されていると判定することができる。
【００９２】
ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
【００９３】
ステップＳ１０９では、吸気絞り弁１０を全開、ＥＧＲ弁１８を全閉とし、車両の減速時間を示す減速カウンタに１を加算する。
【００９４】
ステップＳ１１０では、減速カウンタが所定値以上で且つ触媒床温が所定範囲内であるか否か判定される。ここで、減速状態が所定時間以上継続すると、図６に示されるようにＮＯx濃度がゼロとなる。このＮＯx濃度がゼロとなる時間を予め実験等により求めてＥＣＵ１９に所定値として記憶させておく。また、減速状態が継続するとフィルタ１４に空気が多く流入するためＮＯx触媒の温度が低下してしまう。このように、ＮＯx触媒の温度が低下すると、排気管１３内に残留したＮＯxを吸蔵できなくなり、ＮＯxセンサ１６の出力となるので、誤った値を学習してしまう虞がある。従って、本実施の形態では、ＮＯx触媒の床温が所定範囲内（例えば、２５０乃至４５０℃）である場合に限りＮＯxセンサ１６の基準点を学習させることとした。
【００９５】
ステップＳ１１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ戻る。
【００９６】
ステップＳ１１１では、ＮＯxセンサの出力信号が読み込まれる。このときに読み込まれる出力値はＮＯx濃度がゼロのときの値である。
【００９７】
ステップＳ１１２では、ＮＯxセンサの基準点を学習させる。ステップＳ１１１で読み込まれたＮＯxセンサの出力信号をＮＯx濃度がゼロのときの信号としてＥＣＵに記憶させる。
【００９８】
以上により、ＮＯxセンサの基準点を校正することが可能となる。
【００９９】
ここで、従来のＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力やＮＯx触媒からのＮＯxの流出は考慮されていなかった。また、ＮＯxを含んだ排気を速やかに空気と入れ換えることはなされていなかった。そのため、基準点に誤差が生じる虞があった。
【０１００】
その点、本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法では、例えばＮＯxの還元直後、ＳＯx被毒回復直後若しくはＮＯx触媒の新品時等のＮＯx触媒に十分な吸蔵能力がある場合に限りＮＯxセンサの基準点を学習させるため、排気管内に残留したＮＯxの影響をほとんど受けることがない。また、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元した後にＮＯxセンサの基準点を学習させるため、ＮＯxの流出によるセンサ出力の変動の影響をほとんど受けることがない。更に、ＮＯxセンサ校正前に吸気絞り弁を開弁させ、ＥＧＲ弁を閉弁させることにより吸入空気量を増加させて速やかにＮＯxを含んだ排気を空気と入れ換えることが可能となる。これにより、ＮＯxセンサ校正の機会を増加させることが可能となる。
【０１０１】
以上述べたように、本実施の形態によれば、ＮＯxセンサの基準点を精度良く学習させることができる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明に係るＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＮＯxセンサの基準点を精度良く学習させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】 本実施の形態によるＮＯxセンサの概略構造を示した図である。
【図３】 複数のＮＯxセンサの出力信号値を比較した図である。
【図４】 車両減速時の実際のＮＯx濃度及び車速の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図５】 ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元が不十分な場合であって、車両減速時で且つ燃料供給停止時に吸気絞り弁を開弁させＥＧＲ弁を閉弁させたときの車速及びＮＯx濃度の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図６】 ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元が十分に行われた直後の場合であって、車両減速時で且つ燃料供給停止時に吸気絞り弁を開弁させＥＧＲ弁を閉弁させたときの車速及びＮＯx濃度の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図７】 本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法のフローの前半部分を示したフローチャート図である。
【図８】 本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法のフローの後半部分を示したフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・吸気絞り弁
１１・・・吸気絞り用アクチュエータ
１２・・・排気枝管
１３・・・排気管
１４・・・パティキュレートフィルタ
１５・・・ターボチャージャ
１６・・・ＮＯxセンサ
１７・・・ＥＧＲ通路
１８・・・ＥＧＲ弁
１９・・・ＥＣＵ
２０・・・還元剤噴射弁
２１・・・還元剤供給路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯxセンサの基準点学習方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）の濃度を検出するＮＯxセンサが知られている。このＮＯxセンサは、ＮＯxの濃度に応じた電気信号を発信するが、ＮＯxの濃度がゼロとなるときの出力値が個体差や経時変化等により変化してしまうという特性を有している。
【０００３】
ここで、特開平１１−１４８９１０号公報では、内燃機関の燃料カット時にＮＯx濃度がゼロとなることに着目し、このときのセンサ出力を基準点としてセンサ出力を校正している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関から排出されるＮＯxを浄化する手段として排気通路へＮＯx触媒を備えることがある。このＮＯx触媒が劣化すると、少量ではあるがＮＯxが下流へ流出することがある。このようにして流出したＮＯxは、ＮＯxセンサに検出されてしまうので、そのときのＮＯxの濃度をゼロとして学習してしまうとＮＯx濃度の判定に誤差を生じてしまう。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯxセンサの基準点学習方法において、基準点を精度良く学習させることができる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
車両減速時で且つ燃料の供給が停止されているときに吸入空気量を増加させ且つＥＧＲガス量を減少させつつ、このときに検出されるＮＯx濃度を基準点として学習させることを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、車両減速時で且つ燃料の供給が停止されているときに吸入空気量を増加させ且つＥＧＲ量を減少させて、ＮＯxを含んだ排気を速やかに排出させて基準点を学習させることを特徴とする。
【０００８】
一般に、車両減速時には燃料の供給が停止される。このような状態で吸入された空気は、そのまま排気となって排出される。このときの排気はＮＯxをほとんど含有していないためＮＯxセンサの基準点を学習させるには好適である。しかし、ＥＧＲを行っていると、ＥＧＲガス中に含まれているＮＯxが還流するため、排気中のＮＯx濃度がゼロとなるまでに時間を要してしまう。これに対し、ＥＧＲ量を減少させる若しくはＥＧＲを停止させることにより、排気中のＮＯx濃度を速やかにゼロとすることが可能となる。また、機関に吸入される新気の量を増加させることにより、機関内部や排気系に残留しているＮＯxを速やかに排出させて排気中のＮＯx濃度を速やかにゼロとすることが可能となる。
【０００９】
本発明においては、吸気絞り弁を開き側へ制御し且つＥＧＲ弁を閉じ側へ制御して吸入空気量を増加させ且つＥＧＲガス量を減少させることができる。
【００１０】
ＥＧＲ弁を閉め側へ制御することにより、ＮＯxセンサに検出されるＮＯxを減少させることができ、ＮＯxセンサの基準点算出の精度を向上させることができる。更に、吸気絞り弁を開き側へ制御することにより、機関に吸入される新気の量が増大し、機関内部や排気系に残留しているＮＯxを排出させ、ＮＯxセンサの基準点の学習を速やかに精度良く行うことが可能となる。その他にも、吸気の過給圧を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関では、該ノズルベーンを開き側へ制御しても良い。更に、排気絞り弁を備えた内燃機関では、該排気絞り弁を開き側へ制御しても良い。これらによっても、ＮＯxを含んだ排気を速やかに排出させることが可能となる。
【００１１】
本発明においては、ＮＯx触媒の下流に設けられたＮＯxセンサの基準点を学習させることができる。
【００１２】
ＮＯxセンサは、ＮＯx触媒が有効にＮＯxの浄化を行っているか検出するためにＮＯx触媒の下流に設けられることがある。このようなＮＯx触媒の下流に設けられたＮＯxセンサであっても、基準点の学習精度を向上させることが可能となる。
【００１３】
本発明においては、基準点を学習させる前にＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が十分であるか否か判定することができる。
【００１４】
ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が十分である場合には、該ＮＯx触媒からＮＯxがほとんど流出しないため精度の良い基準点学習が可能となる。
【００１５】
本発明においては、十分なＮＯxの還元が行われた直後にＮＯx吸蔵能力が十分であると判定することができる。
【００１６】
このようなＮＯxセンサの基準点学習方法では、十分なＮＯxの還元を行った直後にはＮＯx触媒にほとんどＮＯxが吸蔵されていないので、該ＮＯx触媒からＮＯxが流出することがなく、精度の良いＮＯxセンサの基準点学習が可能となる。
【００１７】
本発明においては、ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復直後にＮＯx吸蔵能力が十分であると判定することができる。
【００１８】
このようなＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＳＯx被毒回復が行われた直後にはＮＯx触媒にほとんどＮＯxが吸蔵されていないので、該ＮＯx触媒からＮＯxが流出することがなく、また、ＮＯx吸蔵能力が十分なため残留したＮＯxを吸蔵することができ、従って精度の良いＮＯxセンサの基準点学習が可能となる。
【００１９】
本発明においては、ＮＯx触媒が十分なＮＯx吸蔵能力を発揮可能な温度のときにＮＯxセンサの基準点を学習させることができる。
【００２０】
このようなＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＮＯx触媒が十分なＮＯx吸蔵能力を発揮可能な温度のときには排気中に残留しているＮＯxがＮＯx触媒に吸蔵されるため、ＮＯxセンサ周辺の雰囲気のＮＯx濃度をゼロとすることが可能となる。
【００２１】
本発明においては、ＮＯx触媒の新品時においてＮＯxセンサの基準点を学習させることができる。
【００２２】
このようなＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＮＯx触媒が新品のときにはＮＯx吸蔵能力が十分に発揮されるため、該ＮＯx触媒からＮＯxの流出がほとんどなく、精度の良いＮＯxセンサの基準点学習が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＮＯxセンサの基準点学習方法の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係るＮＯxセンサの基準点学習方法を車両駆動用のディーゼル機関の排気系に備えられたＮＯxセンサに適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。本実施の形態では、４つの気筒２を備えた気筒内直接噴射式ディーゼルエンジンを採用した。
【００２５】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２６】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２７】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２８】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２９】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００３０】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００３１】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００３２】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３３】
一方、エンジン１には、排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３４】
前記排気枝管１２は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３５】
前記排気管１３の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１４が設けられている。フィルタ１４は、ＰＭを捕獲するとともに、流入する排気の空燃比がリーンのときに還元剤の存在下において吸蔵したＮＯxを還元する機能を有する。このフィルタ１４より下流の排気管１３には、該排気管１３内を流通する排気中のＮＯx濃度に対応した電気信号を出力するＮＯxセンサ１６が取り付けられている。
【００３６】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１２へ排出され、次いで排気枝管１２から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３７】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１３を介してフィルタ１４へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化された後マフラーを介して大気中に放出される。
【００３８】
また、排気枝管１２と吸気枝管８とは、排気枝管１２内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させるＥＧＲ通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）１７を介して連通されている。このＥＧＲ通路１７の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１７内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）１８が設けられている。
【００３９】
このように構成されたＥＧＲ機構では、ＥＧＲ弁１８が開弁されると、ＥＧＲ通路１７が導通状態となり、排気枝管１２内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路１７へ流入し、吸気枝管８へ導かれる。吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４０】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００４１】
次に、本実施の形態によるＮＯxセンサ１６について説明する。
【００４２】
図２は、本実施の形態によるＮＯxセンサ１６の概略構造を示した図である。
【００４３】
ＮＯxセンサ１６は、第１酸素イオンポンプセル７０、酸素濃度測定セル７１、第２酸素イオンポンプセル７２の順に積層されて構成されている。第１酸素イオンポンプセル７０と酸素濃度測定セル７１との間には絶縁層７３が、酸素濃度測定セル７１と第２酸素イオンポンプセル７２との間には絶縁層７４が夫々介在している。
【００４４】
第１酸素イオンポンプセル７０は、固体電解質層７５及び該固体電解質層７５を挟んだ一対の多孔質電極７６ａ、７６ｂを備えて構成されている。酸素濃度測定セル７１は、固体電解質層７７及び該固体電解質層７７を挟んだ一対の多孔質電極７８ａ、７８ｂを備えて構成されている。第２酸素イオンポンプセル７２は、固体電解質層７９及び該固体電解質層７９の表面に設けられた一対の電極８０ａ、８０ｂを備えて構成されている。第１酸素イオンポンプセル７０と酸素濃度測定セル７１と絶縁層７３とにより囲まれた空間により第１測定室８１が形成され、一方、酸素濃度測定セル７１と第２酸素イオンポンプセル７２と絶縁層７４とにより囲まれた空間により第２測定室８２が形成されている。第１測定室８１と第２測定室８２とは、多孔質物質により形成された拡散孔８３を介して連通されている。
【００４５】
このように構成されたＮＯxセンサ１６では、排気管を流通する排気が第１測定室８１に導入される。ここで、ＮＯを僅かに分解させる程度の電圧が第１酸素イオンポンプセル７０に印加される。このとき、酸素濃度測定セル７１からの出力電圧が一定となるように第１酸素イオンポンプセル７０に印加する電圧がフィードバック制御され、第１酸素イオンポンプセル７０の電極７６ａ、７６ｂ間には第１ポンプ電流が流れる。更に、ＮＯxを分解させる程度の電圧が第２酸素イオンポンプセル７２に印加され、第２酸素イオンポンプセル７２の電極８０ａ、８０ｂ間には、第２ポンプ電流が流れる。
【００４６】
第１測定室８１では、排気中の酸素は、電極７６ｂに接触することによりイオン化し、その酸素イオンが第１酸素イオンポンプセル７０の作用で第１測定室８１の外へと汲み出される。
【００４７】
また、第１測定室８１内に残留するガスは、拡散孔８３を介して第２測定室８２へと拡散する。この第２測定室８２では、ＮＯxが窒素と酸素とに分解され、その酸素がイオン化して、第２酸素イオンポンプセルの作用で第２測定室８２の外へと汲み出される。このときに、第１酸素イオンポンプセル７０に流れる第１ポンプ電流の電流値が排気中の酸素濃度に応じた値を示し、一方、第２酸素イオンポンプセル７２に流れる第２ポンプ電流の電流値が排気中のＮＯx濃度に応じた値を示す。このように、本実施の形態によるＮＯxセンサ１６によれば、排気中の酸素濃度とＮＯx濃度とを同時に検出することができる。
【００４８】
次に、本実施の形態によるフィルタ１４について説明する。本実施の形態に係るフィルタ１４は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更にＯ2ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ2Ｏ3）を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に「ＮＯx触媒」という。）を採用した。
【００４９】
このように構成されたＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵する。
【００５０】
一方、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）等に還元せしめることができる。
【００５１】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１９が併設されている。このＥＣＵ１９は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００５２】
ＥＣＵ１９には、ＮＯxセンサ１６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ１９に入力されるようになっている。
【００５３】
一方、ＥＣＵ１９には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１１、ＥＧＲ弁１８、還元剤噴射弁２０等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ１９が制御することが可能になっている。
【００５４】
また、ＥＣＵ１９は、各種アプリケーションプログラム及び制御マップを記憶している。
【００５５】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５６】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては例えば２０乃至５０で、三元触媒ではＮＯxを浄化できない領域を意味する。
【００５７】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を還元させる必要がある。
【００５８】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中への燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、気筒２内への膨張行程中の燃料噴射等の方法が考えられる。
【００５９】
尚、本実施の形態では、フィルタ１４より上流の排気管１３を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ１４に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００６０】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１２（排気ポート１ｂ）内に臨むように取り付けられ、ＥＣＵ１９からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２０と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２０へ導く還元剤供給路２１と、を備えている。
【００６１】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２１を介して還元剤噴射弁２０へ印加される。そして、ＥＣＵ１９からの信号により該還元剤噴射弁２０が開弁して排気枝管１２（排気ポート１ｂ）内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００６２】
還元剤噴射弁２０から排気枝管１２（排気ポート１ｂ）内へ噴射された還元剤は、排気枝管１２（排気ポート１ｂ）の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【００６３】
このようにして形成された酸素濃度の低い排気は前述したターボチャージャ１５を介して下流のフィルタ１４に流入し、フィルタ１４に吸蔵されていたＮＯxを還元することになる。
【００６４】
その後、ＥＣＵ１９からの信号により還元剤噴射弁２０が閉弁し、排気枝管１２（排気ポート１ｂ）内への還元剤の添加が停止される。
【００６５】
このようにして、フィルタ１４に還元剤が供給されてＮＯxの還元が行われる。
【００６６】
一方、ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、ＮＯx吸蔵能力が低下するため、適宜の時期にＳＯx被毒から解消させる被毒解消処理を施す必要がある。この被毒解消処理は、ＮＯx触媒を高温にしつつ前記還元剤の添加により行われる。
【００６７】
ところで、ＮＯxセンサ１６は、個体差によりＮＯx濃度がゼロのときの出力値（基準点）が異なり、また、経時変化等によっても基準点が変化することがある。
【００６８】
ここで、図３は、複数のＮＯxセンサの出力信号値を比較した図である。この例によれば、ＮＯx濃度とセンサ出力値とは比例関係にあり、個体差によりＮＯx濃度がゼロのときのセンサ出力値（基準点）はそれぞれ異なっている。しかし、基準点は異なっているもののＮＯx濃度とセンサ出力との比例関係は同一のため、ＮＯx濃度がゼロになる点（基準点）と予め定められた値との差を求めれば、ＮＯxセンサの出力信号から前記求められた差を減じることによりＮＯx濃度を精度良く求めることができる。
【００６９】
ここで、従来のＮＯxセンサの基準点学習方法では、車両減速時で且つ燃料供給停止時にＮＯxセンサの校正を行っていた。車両減速時には、一般に燃料の供給が停止されるため、このときには排気管に空気が流通することになる。従って、ＮＯx濃度がゼロとなりＮＯxセンサの校正が可能となる。
【００７０】
ここで、図４は、車両減速時の実際のＮＯx濃度及び車速の時間推移を示したタイムチャート図である。車両の減速に従いＮＯx濃度は低下するがゼロとはならない。これは、少量ではあるがＮＯx触媒からＮＯxが流出しているためである。このようなときにＮＯxセンサの基準点を学習させると、その後ＮＯxセンサにより検出されるＮＯx濃度が実際のＮＯx濃度よりも低く表されてしまう。
【００７１】
一方、燃料供給停止時であっても排気管内には排気が残留しているため、ＮＯx濃度がゼロとなるまでに時間を要する。また、ＥＧＲガスが還流しているとＮＯxも一緒に還流してしまい、やはりＮＯx濃度がゼロとなるまでに時間を要してしまう。
【００７２】
そこで、本実施の形態では、ＮＯx触媒にＮＯxが吸蔵されていない状態であって且つ車両減速時の燃料供給停止時において、吸気絞り弁１０を開き側へ制御して吸気量を増加させ、ＥＧＲ弁を閉じ側へ制御してＥＧＲガス量を減少させてＮＯxセンサの基準点の学習を行う。
【００７３】
ここで、図５は、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元が不十分な場合であって、車両減速時で且つ燃料供給停止時に吸気絞り弁１０を開弁させＥＧＲ弁１８を閉弁させたときの車速及びＮＯx濃度の時間推移を示したタイムチャート図である。
【００７４】
図４に示される場合と比較して、排気管内の排気が速やかに空気と入れ換わるため、ＮＯx濃度の低下は早くなる。しかし、ＮＯx触媒からのＮＯxの流出によりＮＯx濃度はゼロにならない。
【００７５】
次に、図６は、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元が十分に行われた直後の場合であって、車両減速時で且つ燃料供給停止時に吸気絞り弁１０を開弁させＥＧＲ弁１８を閉弁させたときの車速及びＮＯx濃度の時間推移を示したタイムチャート図である。
【００７６】
図５に示される場合と比較して、ＮＯx触媒からのＮＯxの流出がなく速やかにＮＯx濃度がゼロとなる。このように、速やかにＮＯx濃度をゼロにすることができればＮＯxセンサの校正を速やかに行うことができ、ＮＯxセンサ校正の機会を増加させることができる。
【００７７】
次に、本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法について説明する。
【００７８】
図７、８は、本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法のフローを示したフローチャート図である。図７、８中の▲１▼及び▲２▼は夫々同一点を示している。
【００７９】
ステップＳ１０１では、ＮＯxセンサ１６の基準点校正に適した状態であるか否か判定する。例えば、ＮＯx触媒が劣化していない新品時のときや、ＳＯx被毒回復完了直後等であるか否か判定される。ここで、ＮＯx触媒が新品時のときやＳＯx被毒回復完了直後であれば、ＮＯx吸蔵能力が十分にあり、ＮＯx触媒からＮＯxの流出がほとんどない。そこで、本実施の形態では、このような場合に限りＮＯxセンサ１６の校正を行う。なお、ＳＯx被毒回復制御が行われた後に毎回ＮＯxセンサ１６の校正を行うようにしても良い。
【００８０】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００８１】
ステップＳ１０２では、ＮＯxセンサ１６が活性状態であるか否か判定する。ＮＯxセンサ１６は所定の温度領域以外ではＮＯxの検出が困難となるため、所定の温度領域内にある場合に限りＮＯxセンサ１６の校正を行う。
【００８２】
ＮＯxセンサ１６の温度は、例えば、ＮＯxセンサ１６を昇温させるための電気ヒータ（図示省略）が備えられている場合には、該電気ヒータの通電抵抗を電流及び電圧から算出し、予め実験等により求めておいた通電抵抗と電気ヒータの温度との関係から電気ヒータの温度を求め、この値をＮＯxセンサ１６の温度としても良い。また、機関運転状態により推定しても良いし、若しくは排気の温度を検出する排気温度センサ（図示省略）等の値を用いても良い。
【００８３】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
【００８４】
ステップＳ１０３では、ＮＯx触媒に還元剤を添加することができる状態であるか否か判定する。例えば、機関回転数及び機関負荷をパラメータとした還元剤添加領域マップに基づいて、還元剤添加領域であるか否か判定される。この還元剤添加領域であれば還元剤噴射弁から還元剤が添加される。機関回転数はクランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサ（図示省略）等により求め、一方、機関負荷は燃料噴射量やアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ（図示省略）等により求めることができる。
【００８５】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。
【００８６】
ステップＳ１０４では、還元剤の連続添加時間を示す還元剤添加カウンタに１を加算する。
【００８７】
ステップＳ１０５では、還元剤添加カウンタをリセットする。
【００８８】
ステップＳ１０６では、還元剤添加カウンタが所定値よりも大きいか否か判定される。この所定値は、ＮＯx触媒からＮＯxが十分に放出されるのに必要な値である。所定値は、機関運転状態の履歴から求まるＮＯxの吸蔵量を予め実験等により求め、この値を用いても良い。
【００８９】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
【００９０】
ステップＳ１０７では、ＮＯxセンサ１６の基準点の学習を許可するか否かを示したＮＯxセンサ学習実行フラグをＯＮにする。
【００９１】
ステップＳ１０８では、車両が減速状態であり且つ燃料の供給が停止されているか否か判定される。車両の減速は、車両の速度に応じたパルス信号を発信するスピードセンサ（図示省略）の出力信号の変化量から判定する。また、燃料の供給は、ＥＣＵ１９により制御されているため、該ＥＣＵ１９から燃料噴射弁の制御信号が発信されていなければ燃料の供給が停止されていると判定することができる。
【００９２】
ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
【００９３】
ステップＳ１０９では、吸気絞り弁１０を全開、ＥＧＲ弁１８を全閉とし、車両の減速時間を示す減速カウンタに１を加算する。
【００９４】
ステップＳ１１０では、減速カウンタが所定値以上で且つ触媒床温が所定範囲内であるか否か判定される。ここで、減速状態が所定時間以上継続すると、図６に示されるようにＮＯx濃度がゼロとなる。このＮＯx濃度がゼロとなる時間を予め実験等により求めてＥＣＵ１９に所定値として記憶させておく。また、減速状態が継続するとフィルタ１４に空気が多く流入するためＮＯx触媒の温度が低下してしまう。このように、ＮＯx触媒の温度が低下すると、排気管１３内に残留したＮＯxを吸蔵できなくなり、ＮＯxセンサ１６の出力となるので、誤った値を学習してしまう虞がある。従って、本実施の形態では、ＮＯx触媒の床温が所定範囲内（例えば、２５０乃至４５０℃）である場合に限りＮＯxセンサ１６の基準点を学習させることとした。
【００９５】
ステップＳ１１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ戻る。
【００９６】
ステップＳ１１１では、ＮＯxセンサの出力信号が読み込まれる。このときに読み込まれる出力値はＮＯx濃度がゼロのときの値である。
【００９７】
ステップＳ１１２では、ＮＯxセンサの基準点を学習させる。ステップＳ１１１で読み込まれたＮＯxセンサの出力信号をＮＯx濃度がゼロのときの信号としてＥＣＵに記憶させる。
【００９８】
以上により、ＮＯxセンサの基準点を校正することが可能となる。
【００９９】
ここで、従来のＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力やＮＯx触媒からのＮＯxの流出は考慮されていなかった。また、ＮＯxを含んだ排気を速やかに空気と入れ換えることはなされていなかった。そのため、基準点に誤差が生じる虞があった。
【０１００】
その点、本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法では、例えばＮＯxの還元直後、ＳＯx被毒回復直後若しくはＮＯx触媒の新品時等のＮＯx触媒に十分な吸蔵能力がある場合に限りＮＯxセンサの基準点を学習させるため、排気管内に残留したＮＯxの影響をほとんど受けることがない。また、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元した後にＮＯxセンサの基準点を学習させるため、ＮＯxの流出によるセンサ出力の変動の影響をほとんど受けることがない。更に、ＮＯxセンサ校正前に吸気絞り弁を開弁させ、ＥＧＲ弁を閉弁させることにより吸入空気量を増加させて速やかにＮＯxを含んだ排気を空気と入れ換えることが可能となる。これにより、ＮＯxセンサ校正の機会を増加させることが可能となる。
【０１０１】
以上述べたように、本実施の形態によれば、ＮＯxセンサの基準点を精度良く学習させることができる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明に係るＮＯxセンサの基準点学習方法では、ＮＯxセンサの基準点を精度良く学習させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】 本実施の形態によるＮＯxセンサの概略構造を示した図である。
【図３】 複数のＮＯxセンサの出力信号値を比較した図である。
【図４】 車両減速時の実際のＮＯx濃度及び車速の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図５】 ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元が不十分な場合であって、車両減速時で且つ燃料供給停止時に吸気絞り弁を開弁させＥＧＲ弁を閉弁させたときの車速及びＮＯx濃度の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図６】 ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元が十分に行われた直後の場合であって、車両減速時で且つ燃料供給停止時に吸気絞り弁を開弁させＥＧＲ弁を閉弁させたときの車速及びＮＯx濃度の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図７】 本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法のフローの前半部分を示したフローチャート図である。
【図８】 本実施の形態によるＮＯxセンサの基準点学習方法のフローの後半部分を示したフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・吸気絞り弁
１１・・・吸気絞り用アクチュエータ
１２・・・排気枝管
１３・・・排気管
１４・・・パティキュレートフィルタ
１５・・・ターボチャージャ
１６・・・ＮＯxセンサ
１７・・・ＥＧＲ通路
１８・・・ＥＧＲ弁
１９・・・ＥＣＵ
２０・・・還元剤噴射弁
２１・・・還元剤供給路
Claims (8)
- 車両減速時で且つ燃料の供給が停止されているときに吸入空気量を増加させ且つＥＧＲガス量を減少させつつ、このときに検出されるＮＯx濃度を基準点として学習させることを特徴とするＮＯxセンサの基準点学習方法。
- 吸気絞り弁を開き側へ制御し且つＥＧＲ弁を閉じ側へ制御して吸入空気量を増加させ且つＥＧＲガス量を減少させることを特徴とする請求項１に記載のＮＯxセンサの基準点学習方法。
- ＮＯx触媒の下流に設けられたＮＯxセンサの基準点を学習させることを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯxセンサの基準点学習方法。
- 基準点を学習させる前にＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が十分であるか否か判定することを特徴とする請求項３に記載のＮＯxセンサの基準点学習方法。
- 十分なＮＯxの還元が行われた直後にＮＯx吸蔵能力が十分であると判定することを特徴とする請求項４に記載のＮＯxセンサの基準点学習方法。
- ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復直後にＮＯx吸蔵能力が十分であると判定することを特徴とする請求項４に記載のＮＯxセンサの基準点学習方法。
- ＮＯx触媒が十分なＮＯx吸蔵能力を発揮可能な温度のときにＮＯxセンサの基準点を学習させることを特徴とする請求項３乃至６の何れかに記載のＮＯxセンサの基準点学習方法。
- ＮＯx触媒の新品時においてＮＯxセンサの基準点を学習させることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のＮＯxセンサの基準点学習方法。
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