JP6447569B2 - 窒素酸化物センサの制御装置 - Google Patents
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Description
以下、図1〜図10を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
図1は、本発明の第一実施形態に係る窒素酸化物(NOx)センサの制御装置が用いられる内燃機関1を概略的に示す図である。図1に示される内燃機関1は、圧縮自着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)である。内燃機関1は例えば車両に搭載される。
内燃機関1の排気通路には、さらに、窒素酸化物(NOx)センサ10が配置されている。NOxセンサ10は、内燃機関1の排気通路を流れる排気ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度を検出する。NOxセンサ10は、所定の電圧を印加したときにセンサ内に流れる限界電流を検出することによって排気ガス中のNOx濃度を算出する限界電流式NOxセンサである。本実施形態では、NOxセンサ10は排気通路において排気浄化触媒28の排気流れ方向上流側に配置されている。なお、NOxセンサ10は、排気通路の他の位置、例えば排気浄化触媒28の排気流れ方向下流側に配置されてもよい。
以下、NOxセンサ10を用いて排気ガス中のNOx濃度を検出する原理について説明する。上述したように、内燃機関1の排気通路を流れる排気ガスは拡散律速層16を通って被測ガス室30内に被測ガスとして導入される。被測ガス室30内に導入された被測ガスは最初にポンプセル52に到達する。
NOxセンサ10では、NOx濃度の検出精度を確保するために、各電気化学セルの温度を活性温度以上にする必要がある。しかしながら、ポンプセル52の温度が過剰に高くなると、ポンプセル52の第三電極43から金(Au)が蒸散する。蒸散したAuは、センサセル51の第一電極41に付着し、センサセル51の出力を恒久的に低下させる。このため、NOx濃度の検出時に、NOxセンサ10の素子部10bの温度はヒータ55によって所定の制御温度(例えば750℃〜800℃)に制御される。この結果、NOxセンサ10によるNOx濃度の検出精度を確保することができる。
以下、ポンプセル52からのAuの蒸散によるセンサセル51の出力低下を抑制すべくNOxセンサ10を制御するNOxセンサ10の制御装置の構成及び制御について説明する。
以下、図8のタイムチャートを参照して、NOxセンサ10の制御について具体的に説明する。図8は、本発明の第一実施形態における制御を実施する際の、内燃機関1のオンオフ、ヒータ55のオンオフ、ポンプセル52の温度及びポンプセル52への印加電圧の概略的なタイムチャートである。図示した例では、ポンプセル52の温度はポンプセル52のインピーダンスに基づいて算出されている。
以下、図9のフローチャートを参照して、ポンプセル52への印加電圧を設定するための制御について説明する。図9は、本発明の第一実施形態における印加電圧設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関1の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
図10は、本発明の第一実施形態における活性判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、内燃機関1の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
第二実施形態に係るNOxセンサの制御装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るNOxセンサの制御装置の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図12は、本発明の第二実施形態における印加電圧設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関1の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。図12におけるステップS301及びステップS302は、図9におけるステップS101及びステップS102と同様であることから説明を省略する。
第三実施形態に係るNOxセンサの制御装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るNOxセンサの制御装置の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図13は、本発明の第三実施形態における印加電圧設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関1の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。図13におけるステップS401及びステップS4022は、図9におけるステップS101及びステップS102と同様であることから説明を省略する。
第四実施形態に係るNOxセンサの制御装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るNOxセンサの制御装置の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第四実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図14は、本発明の第四実施形態における印加電圧設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関1の始動後、ECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。図14におけるステップS501は、図9におけるステップS101と同様であることから説明を省略する。
10 NOxセンサ
10b 素子部
11 第一固体電解質層
12 第二固体電解質層
30 被測ガス室
41 第一電極
42 第二電極
43 第三電極
44 第四電極
51 センサセル
52 ポンプセル
55 ヒータ
80 電子制御ユニット(ECU)
80a 電圧制御部
80b 温度推定部
80c ヒータ制御部
80d 空燃比推定部
Claims (8)
- 内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中の窒素酸化物濃度を検出する窒素酸化物センサを制御する、窒素酸化物センサの制御装置であって、
前記窒素酸化物センサは、
前記排気ガスが被測ガスとして導入される被測ガス室と、
酸化物イオン伝導性を有するセンサ用固体電解質層と、前記被測ガスに曝されるように前記センサ用固体電解質層の一方の側面上に配置された第一電極と、基準ガスに曝されるように前記センサ用固体電解質層の他方の側面上に配置された第二電極とを有するセンサセルと、
酸化物イオン伝導性を有するポンプ用固体電解質層と、前記被測ガスに曝されるように前記ポンプ用固体電解質層の一方の側面上に配置され且つ白金−金合金から構成された第三電極と、前記基準ガスに曝されるように前記ポンプ用固体電解質層の他方の側面上に配置された第四電極とを有すると共に、前記被測ガスの流れ方向において前記センサセルよりも上流側に配置されたポンプセルと、
前記第四電極の電位が前記第三電極の電位よりも高くなるように前記ポンプセルに電圧を印加する電圧印加回路と、
前記センサセル及び前記ポンプセルを加熱するヒータとを備え、
当該制御装置は、
前記ポンプセルへの印加電圧を制御する電圧制御部と、
前記ポンプセルの温度を推定する温度推定部とを備え、
前記電圧制御部は、前記温度推定部によって推定された前記ポンプセルの推定温度が該ポンプセルの活性温度未満の所定の温度領域内にあるときに、前記ポンプセルへの印加電圧を水の分解開始電圧以上の電圧にする蒸散抑制制御を実行する、窒素酸化物センサの制御装置。 - 前記電圧制御部は、前記ポンプセルの推定温度が前記活性温度以上であるとき、前記ポンプセルへの印加電圧を酸素の限界電流領域内の電圧であって水の分解開始電圧未満の電圧にする、請求項1に記載の窒素酸化物センサの制御装置。
- 前記ヒータを制御するヒータ制御部を更に備え、
前記ヒータ制御部は、前記内燃機関の始動後に前記ポンプセルの温度を前記活性温度以上に上昇させる暖機制御を実行し、前記電圧制御部は、前記暖機制御によって前記ポンプセルの推定温度が前記活性温度以上に最初に達するまでは、前記ポンプセルの推定温度が前記所定の温度領域内にあっても、前記蒸散抑制制御を実行せずに、前記ポンプセルへの印加電圧を水の分解開始電圧未満の電圧にし又は前記ポンプセルに電圧を印加しない、請求項1又は2に記載の窒素酸化物センサの制御装置。 - 前記被測ガスの空燃比を推定する空燃比推定部を更に備え、
前記電圧制御部は、前記ポンプセルの推定温度が前記所定の温度領域内にあり且つ前記空燃比推定部によって推定された前記被測ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに前記蒸散抑制制御を開始する、請求項1から3のいずれか1項に記載の窒素酸化物センサの制御装置。 - 前記空燃比推定部は前記ポンプセルの出力に基づいて前記被測ガスの空燃比を推定し、前記電圧制御部は、前記ポンプセルの推定温度が前記所定の温度領域外の温度に達したときに、前記蒸散抑制制御を終了させる、請求項4に記載の窒素酸化物センサの制御装置。
- 前記電圧制御部は、前記内燃機関において燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カット制御又はアイドル運転が実施されているときに前記蒸散抑制制御を実行する、請求項1から5のいずれか1項に記載の窒素酸化物センサの制御装置。
- 前記電圧制御部は、前記内燃機関の停止が要求された後、前記蒸散抑制制御を実行する、請求項1から6のいずれか1項に記載の窒素酸化物センサの制御装置。
- 前記電圧制御部は、前記ポンプセルの推定温度が前記所定の温度領域未満の温度に達したときに前記ポンプセルへの電圧印加を終了させる、請求項7に記載の窒素酸化物センサの制御装置。
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