JP6725320B2 - Concentration calculating device and concentration calculating method - Google Patents
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Description
本発明は、選択還元触媒から排出されるアンモニアの濃度を算出する濃度算出装置および濃度算出方法に関する。 The present invention relates to a concentration calculation device and a concentration calculation method for calculating the concentration of ammonia discharged from a selective reduction catalyst.
従来、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるNOxを浄化するために、内燃機関の排気管にSCR(Selective Catalytic Reduction)触媒を設置し、還元剤として尿素をSCR触媒へ噴射するように構成されたシステムが存在する。このようなシステムにおいて、SCR触媒から流出するNOxを検出するNOxセンサの出力値と、SCR触媒から流出するアンモニアを検出するアンモニアセンサの出力値とを比較することにより、アンモニアセンサの出力値を補正する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, in order to purify NOx contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst is installed in an exhaust pipe of the internal combustion engine, and urea is injected as a reducing agent to the SCR catalyst. Existed system. In such a system, the output value of the ammonia sensor is corrected by comparing the output value of the NOx sensor that detects NOx flowing out from the SCR catalyst with the output value of the ammonia sensor that detects ammonia flowing out from the SCR catalyst. There is a known technique (for example, see Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載の技術では、NOxセンサの出力値をアンモニアセンサの出力値で除算した除算値、または、NOxセンサの出力値とアンモニアセンサの出力値との差分値のみでアンモニアセンサの出力値を補正しており、補正後のアンモニア濃度の検出精度が低いという問題があった。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the output value of the NOx sensor is divided by the output value of the ammonia sensor, or the difference value between the output value of the NOx sensor and the output value of the ammonia sensor is used for the ammonia sensor. Since the output value is corrected, there is a problem that the detection accuracy of the ammonia concentration after correction is low.
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、補正後のアンモニア濃度の検出精度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to improve the detection accuracy of the corrected ammonia concentration.
上記目的を達成するためになされた第1発明は、選択還元触媒と、尿素供給装置と、アンモニアセンサと、NOxセンサとを備える浄化システムにおいて、アンモニアセンサの検出結果に基づいて下流アンモニア濃度を算出する濃度算出装置である。選択還元触媒は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるNOxを浄化するために内燃機関の排気管に設置される。尿素供給装置は、選択還元触媒へ還元剤として尿素を供給する。アンモニアセンサは、選択還元触媒から排出される排気ガスに含まれるアンモニアの濃度である下流アンモニア濃度を検出する。NOxセンサは、選択還元触媒から排出される排気ガスに含まれるNOxの濃度である下流NOx濃度を検出する。 A first invention made to achieve the above object is to calculate a downstream ammonia concentration based on a detection result of an ammonia sensor in a purification system including a selective reduction catalyst, a urea supply device, an ammonia sensor, and a NOx sensor. It is a concentration calculation device that does. The selective reduction catalyst is installed in the exhaust pipe of the internal combustion engine in order to purify NOx contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. The urea supply device supplies urea as a reducing agent to the selective reduction catalyst. The ammonia sensor detects the downstream ammonia concentration, which is the concentration of ammonia contained in the exhaust gas discharged from the selective reduction catalyst. The NOx sensor detects the downstream NOx concentration, which is the concentration of NOx contained in the exhaust gas discharged from the selective reduction catalyst.
そして、第1発明の濃度算出装置は、尿素供給制御手段と、尿素供給補正手段とを備える。尿素供給制御手段は、内燃機関への燃料供給が停止されているフューエルカット状態である場合に、選択還元触媒へ尿素を供給するように尿素供給装置を制御する。尿素供給補正手段は、尿素供給制御手段による尿素供給装置の制御により選択還元触媒へ尿素が供給された後におけるNOxセンサの検出結果と、排気ガスに含まれる酸素の濃度とに基づいて、下流アンモニア濃度の算出結果を補正する。 The concentration calculation device of the first aspect of the invention includes a urea supply control means and a urea supply correction means. The urea supply control means controls the urea supply device so as to supply urea to the selective reduction catalyst in the fuel cut state where the fuel supply to the internal combustion engine is stopped. The urea supply correction means, based on the detection result of the NOx sensor after the urea is supplied to the selective reduction catalyst by the control of the urea supply device by the urea supply control means, and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas, the downstream ammonia. Correct the density calculation result.
このように構成された第1発明の濃度算出装置は、フューエルカット状態である場合に尿素供給装置に尿素を供給させる。フューエルカット状態では、内燃機関への燃料供給が停止されているため、内燃機関から排出される排気ガスにNOxが含まれない。そしてNOxセンサは、NOxだけではなくアンモニアにも反応して濃度を検出する。すなわち、フューエルカット状態において、下流にアンモニアが漏出する程度に選択還元触媒へ尿素が供給された後におけるNOxセンサの検出結果は、アンモニアの濃度に相関のある値を示す。このため、第1発明の濃度算出装置は、アンモニアセンサの検出結果が経時変化または日間変動で安定していない場合であっても、NOxセンサの検出結果に基づいてアンモニア濃度の算出値を補正することにより、下流アンモニア濃度の算出結果の安定性を確保することができる。 The concentration calculating device of the first aspect of the invention configured as described above causes the urea supplying device to supply urea in the fuel cut state. In the fuel cut state, the fuel supply to the internal combustion engine is stopped, so the exhaust gas discharged from the internal combustion engine does not contain NOx. The NOx sensor reacts not only with NOx but also with ammonia to detect the concentration. That is, in the fuel cut state, the detection result of the NOx sensor after urea is supplied to the selective reduction catalyst to the extent that ammonia leaks to the downstream shows a value having a correlation with the concentration of ammonia. Therefore, the concentration calculating device according to the first aspect of the invention corrects the calculated value of the ammonia concentration based on the detection result of the NOx sensor even when the detection result of the ammonia sensor is not stable due to a change over time or a daily change. As a result, the stability of the calculation result of the downstream ammonia concentration can be ensured.
そして、NOxセンサによる下流アンモニア濃度の検出結果は、排気ガスに含まれる酸素の濃度に応じて変化するため、第1発明の濃度算出装置は、下流NOx濃度を検出するNOxセンサの検出結果だけではなく、排気ガスに含まれる酸素の濃度に基づいて、下流アンモニア濃度の算出結果を補正する。これにより、第1発明の濃度算出装置は、下流アンモニア濃度の算出結果の精度を向上させることができる。 Since the detection result of the downstream ammonia concentration by the NOx sensor changes according to the concentration of oxygen contained in the exhaust gas, the concentration calculating device according to the first aspect of the invention is not limited to the detection result of the NOx sensor that detects the downstream NOx concentration. Instead, the calculation result of the downstream ammonia concentration is corrected based on the concentration of oxygen contained in the exhaust gas. Thereby, the concentration calculating device of the first aspect of the present invention can improve the accuracy of the calculation result of the downstream ammonia concentration.
また第1発明の濃度算出装置は、アンモニアセンサの検出結果とアンモニア濃度との対応関係を示す関係式を用いて算出された第1換算アンモニア濃度と、NOxセンサの検出結果と排気ガスに含まれる酸素の濃度とから求められた第2換算アンモニア濃度との対応関係を示すアンモニア濃度補正式を用いて、アンモニアセンサの検出結果をアンモニア濃度に変換することにより、下流アンモニア濃度を算出するように構成されるようにしてもよい。この場合に、第1発明の濃度算出装置の尿素供給補正手段は、アンモニア濃度補正式を更新することにより、下流アンモニア濃度の算出結果を補正するようにしてもよい。 Further, the concentration calculating device according to the first aspect of the present invention includes the first converted ammonia concentration calculated using the relational expression showing the correspondence between the detection result of the ammonia sensor and the ammonia concentration, the detection result of the NOx sensor, and the exhaust gas. The downstream ammonia concentration is calculated by converting the detection result of the ammonia sensor into the ammonia concentration using an ammonia concentration correction formula that shows the correspondence relationship between the oxygen concentration and the second converted ammonia concentration. It may be done. In this case, the urea supply correction means of the concentration calculation device of the first aspect of the invention may correct the calculation result of the downstream ammonia concentration by updating the ammonia concentration correction formula.
また第1発明の濃度算出装置は、排気ガスに含まれるNOxの濃度が予め設定された禁止判定濃度を超えている場合に、尿素供給補正手段によるアンモニア濃度補正式の更新を禁止する禁止手段を備えるようにしてもよい。 Further, the concentration calculating device according to the first aspect of the invention includes a prohibiting unit that prohibits the urea supply correcting unit from updating the ammonia concentration correction formula when the concentration of NOx contained in the exhaust gas exceeds a preset prohibition determination concentration. It may be provided.
これにより、第1発明の濃度算出装置は、フューエルカット状態であっても排気ガスにNOxが多く含まれている状況におけるNOxセンサの検出結果に基づいて下流アンモニア濃度の算出結果を補正するのを回避することができ、下流アンモニア濃度の算出結果の精度を更に向上させることができる。 As a result, the concentration calculating device of the first aspect of the present invention corrects the calculation result of the downstream ammonia concentration based on the detection result of the NOx sensor in the situation where the exhaust gas contains a large amount of NOx even in the fuel cut state. This can be avoided, and the accuracy of the calculation result of the downstream ammonia concentration can be further improved.
上記目的を達成するためになされた第2発明は、選択還元触媒と、アンモニア供給部と、アンモニアセンサと、NOxセンサとを備える浄化システムにおいて、アンモニアセンサの検出結果に基づいて下流アンモニア濃度を算出する濃度算出装置である。アンモニア供給部は、選択還元触媒へ還元剤としてアンモニアを供給する。 A second invention made to achieve the above object is to calculate a downstream ammonia concentration based on a detection result of an ammonia sensor in a purification system including a selective reduction catalyst, an ammonia supply unit, an ammonia sensor, and a NOx sensor. It is a concentration calculation device that does. The ammonia supply unit supplies ammonia as a reducing agent to the selective reduction catalyst.
そして、第2発明の濃度算出装置は、アンモニア供給制御手段と、アンモニア供給補正手段とを備える。アンモニア供給制御手段は、内燃機関への燃料供給が停止されているフューエルカット状態である場合に、選択還元触媒へアンモニアを供給するようにアンモニア供給部を制御する。アンモニア供給補正手段は、アンモニア供給制御手段によるアンモニア供給部の制御により選択還元触媒へアンモニアが供給された後におけるNOxセンサの検出結果と、排気ガスに含まれる酸素の濃度とに基づいて、下流アンモニア濃度の算出結果を補正する。 Then, the concentration calculating device of the second aspect of the invention includes an ammonia supply control means and an ammonia supply correction means. The ammonia supply control means controls the ammonia supply unit so as to supply ammonia to the selective reduction catalyst when the fuel cut state where the fuel supply to the internal combustion engine is stopped. The ammonia supply correction means, based on the detection result of the NOx sensor after the ammonia is supplied to the selective reduction catalyst by the control of the ammonia supply part by the ammonia supply control means and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas, the downstream ammonia. Correct the density calculation result.
第2発明の濃度算出装置は、尿素の代わりにアンモニアを供給することにより下流アンモニア濃度の算出結果を補正するものであり、第1発明の濃度算出装置と同様の効果を得ることができる。 The concentration calculating device of the second invention corrects the calculation result of the downstream ammonia concentration by supplying ammonia instead of urea, and can obtain the same effect as the concentration calculating device of the first invention.
また第1発明および第2発明の濃度算出装置では、NOxセンサが限界電流式ガスセンサであるようにしてもよい。限界電流式のNOxセンサは、NOxセンサ内に導入された排気ガスに含まれる酸素の汲み入れ又は汲み出しを行い、NOxセンサ内に導入された排気ガスに含まれる酸素の濃度を一定に保持する。すなわち、限界電流式のNOxセンサは、汲み入れる酸素量または汲み出す酸素量に基づいて、排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出することができる。 Further, in the concentration calculating device of the first invention and the second invention, the NOx sensor may be a limiting current type gas sensor. The limiting current type NOx sensor pumps in or pumps out oxygen contained in the exhaust gas introduced into the NOx sensor, and keeps the concentration of oxygen contained in the exhaust gas introduced into the NOx sensor constant. That is, the limiting current type NOx sensor can detect the concentration of oxygen contained in the exhaust gas based on the amount of oxygen pumped in or the amount of oxygen pumped out.
これにより、第1発明および第2発明の濃度算出装置は、排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素センサを浄化システムに別途設置することを不要にし、浄化システムの構成を簡略化することができる。 As a result, the concentration calculating device according to the first invention and the second invention does not need to separately install an oxygen sensor for detecting the concentration of oxygen contained in the exhaust gas in the purification system, and simplifies the configuration of the purification system. You can
また第1発明および第2発明の濃度算出装置では、アンモニアセンサとNOxセンサが、一体型のガスセンサとして構成されているようにしてもよい。これにより、アンモニアセンサとNOxセンサは、排気ガスの略同一領域における下流アンモニア濃度を検出することができる。すなわち、アンモニアセンサとNOxセンサとで、濃度検出を行う排気ガスの領域が異ならないようにすることができる。これにより、第1発明および第2発明の濃度算出装置は、下流アンモニア濃度の算出結果の精度を更に向上させることができる。 Further, in the concentration calculating device of the first invention and the second invention, the ammonia sensor and the NOx sensor may be configured as an integrated gas sensor. As a result, the ammonia sensor and the NOx sensor can detect the downstream ammonia concentration in the substantially same region of the exhaust gas. That is, it is possible to prevent the ammonia sensor and the NOx sensor from having different exhaust gas regions for concentration detection. Thereby, the concentration calculating device of the first invention and the second invention can further improve the accuracy of the calculation result of the downstream ammonia concentration.
上記目的を達成するためになされた第3発明は、選択還元触媒と、尿素供給装置と、アンモニアセンサと、NOxセンサとを備える浄化システムにおいて、アンモニアセンサの検出結果に基づいて下流アンモニア濃度を算出する濃度算出方法である。 A third invention made to achieve the above object is to calculate a downstream ammonia concentration based on a detection result of an ammonia sensor in a purification system including a selective reduction catalyst, a urea supply device, an ammonia sensor, and a NOx sensor. This is a method for calculating the concentration.
そして、第3発明の濃度算出方法は、尿素供給制御手順と、尿素供給補正手順とを備える。尿素供給制御手順は、内燃機関への燃料供給が停止されているフューエルカット状態である場合に、選択還元触媒へ尿素を供給するように尿素供給装置を制御する。尿素供給補正手順は、尿素供給制御手順による尿素供給装置の制御により選択還元触媒へ尿素が供給された後におけるNOxセンサの検出結果と、排気ガスに含まれる酸素の濃度とに基づいて、下流アンモニア濃度の算出結果を補正する。 The concentration calculation method of the third aspect of the invention includes a urea supply control procedure and a urea supply correction procedure. The urea supply control procedure controls the urea supply device so as to supply urea to the selective reduction catalyst when the fuel cut state is that the fuel supply to the internal combustion engine is stopped. The urea supply correction procedure is performed based on the detection result of the NOx sensor after the urea is supplied to the selective reduction catalyst by the control of the urea supply apparatus by the urea supply control procedure and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas. Correct the density calculation result.
第3発明の濃度算出方法は、第1発明の濃度算出装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、第1発明の濃度算出装置と同様の効果を得ることができる。
上記目的を達成するためになされた第4発明は、選択還元触媒と、アンモニア供給部と、アンモニアセンサと、NOxセンサとを備える浄化システムにおいて、アンモニアセンサの検出結果に基づいて下流アンモニア濃度を算出する濃度算出方法である。
The concentration calculating method of the third invention is a method executed by the concentration calculating device of the first invention, and by executing the method, the same effect as that of the concentration calculating device of the first invention can be obtained.
A fourth invention made to achieve the above object is to calculate a downstream ammonia concentration based on a detection result of an ammonia sensor in a purification system including a selective reduction catalyst, an ammonia supply unit, an ammonia sensor, and a NOx sensor. This is a method for calculating the concentration.
そして、第4発明の濃度算出方法は、アンモニア供給制御手順と、アンモニア供給補正手順とを備える。アンモニア供給制御手順は、内燃機関への燃料供給が停止されているフューエルカット状態である場合に、選択還元触媒へアンモニアを供給するようにアンモニア供給部を制御する。アンモニア供給補正手順は、アンモニア供給制御手順によるアンモニア供給部の制御により選択還元触媒へアンモニアが供給された後におけるNOxセンサの検出結果と、排気ガスに含まれる酸素の濃度とに基づいて、下流アンモニア濃度の算出結果を補正する。 The concentration calculating method of the fourth aspect of the invention includes an ammonia supply control procedure and an ammonia supply correction procedure. The ammonia supply control procedure controls the ammonia supply unit so as to supply ammonia to the selective reduction catalyst in the fuel cut state where the fuel supply to the internal combustion engine is stopped. The ammonia supply correction procedure is based on the detection result of the NOx sensor after the ammonia is supplied to the selective reduction catalyst by the control of the ammonia supply unit by the ammonia supply control procedure and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas. Correct the density calculation result.
第4発明の濃度算出方法は、第2発明の濃度算出装置にて実行される方法であり、当該方法を実行することで、第2発明の濃度算出装置と同様の効果を得ることができる。 The concentration calculating method of the fourth invention is a method executed by the concentration calculating device of the second invention, and by executing the method, the same effect as that of the concentration calculating device of the second invention can be obtained.
(第1実施形態)
以下に本発明の第1実施形態を図面とともに説明する。
本発明が適用された実施形態の尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システム1は、図1に示すように、酸化触媒2、DPF(Diesel Particulate Filter)3、SCR触媒4、尿素水インジェクタ5、上流NOxセンサ6、NOxセンサ制御装置7、マルチガスセンサ8、マルチガスセンサ制御装置9および浄化制御装置10を備える。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a urea SCR (Selective Catalytic Reduction) system 1 of an embodiment to which the present invention is applied includes an oxidation catalyst 2, a DPF (Diesel Particulate Filter) 3, an SCR catalyst 4, a urea water injector 5, an upstream NOx. The sensor 6, the NOx sensor control device 7, the multi-gas sensor 8, the multi-gas sensor control device 9, and the purification control device 10 are provided.
酸化触媒2は、ディーゼルエンジン51の排気管52を介して、ディーゼルエンジン51から排出される排気ガスを取り込み、取り込んだ排気ガス中のNOxの酸化窒素(NO)を酸化して二酸化窒素(NO2)を生成する。 The oxidation catalyst 2 takes in exhaust gas discharged from the diesel engine 51 via the exhaust pipe 52 of the diesel engine 51, oxidizes NOx nitrogen oxide (NO) in the taken-in exhaust gas, and oxidizes nitrogen dioxide (NO 2 ) Is generated.
DPF3は、排気管52を介して、酸化触媒2から排出される排気ガスを取り込み、取り込んだ排気ガス中の粒子状物質を除去する。
SCR触媒4は、上流側から供給される尿素をアンモニアに加水分解し、排気管52を介して、DPF3から排出される排気ガスを取り込み、取り込んだ排気ガス中のNOxをこのアンモニアで還元する触媒として作用し、NOxを窒素ガスと水蒸気に転換する。これによりSCR触媒4は、NOxが還元された排気ガスを排出する。
The DPF 3 takes in the exhaust gas discharged from the oxidation catalyst 2 via the exhaust pipe 52 and removes the particulate matter in the taken-in exhaust gas.
The SCR catalyst 4 hydrolyzes urea supplied from the upstream side into ammonia, takes in exhaust gas discharged from the DPF 3 through the exhaust pipe 52, and reduces NOx in the taken-in exhaust gas with this ammonia. And converts NOx into nitrogen gas and water vapor. As a result, the SCR catalyst 4 discharges the exhaust gas in which NOx has been reduced.
尿素水インジェクタ5は、排気管52におけるDPF3とSCR触媒4との間に設置され、尿素水を排気ガス中に噴射する。噴射された尿素水は高温下で加水分解され、これによりアンモニアガスが生成される。このアンモニアガスは、NOx還元の還元剤として用いられる。 The urea water injector 5 is installed between the DPF 3 and the SCR catalyst 4 in the exhaust pipe 52 and injects urea water into the exhaust gas. The injected urea water is hydrolyzed at high temperature, and ammonia gas is generated thereby. This ammonia gas is used as a reducing agent for NOx reduction.
上流NOxセンサ6は、排気管52におけるDPF3とSCR触媒4との間に設置され、DPF3から排出された排気ガス中のNOx濃度を検出する。
NOxセンサ制御装置7は、上流NOxセンサ6を制御するとともに、上流NOxセンサ6の検出結果に基づいて、DPF3から排出された排気ガス中のNOx濃度(以下、上流NOx濃度ともいう)を算出する。NOxセンサ制御装置7は、通信線を介して、浄化制御装置10との間でデータを送受信することが可能に構成されており、上流NOx濃度を示す上流NOx濃度情報を浄化制御装置10へ送信する。
The upstream NOx sensor 6 is installed in the exhaust pipe 52 between the DPF 3 and the SCR catalyst 4, and detects the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the DPF 3.
The NOx sensor control device 7 controls the upstream NOx sensor 6 and calculates the NOx concentration (hereinafter, also referred to as upstream NOx concentration) in the exhaust gas discharged from the DPF 3 based on the detection result of the upstream NOx sensor 6. .. The NOx sensor control device 7 is configured to be able to send and receive data to and from the purification control device 10 via a communication line, and sends upstream NOx concentration information indicating the upstream NOx concentration to the purification control device 10. To do.
マルチガスセンサ8は、排気管52におけるSCR触媒4の下流側に設置され、SCR触媒4から排出された排気ガス中のNOx濃度と下流アンモニア濃度を検出する。
マルチガスセンサ制御装置9は、マルチガスセンサ8を制御するとともに、マルチガスセンサ8の検出結果に基づいて、SCR触媒4から排出された排気ガス中のNOx濃度(以下、下流NOx濃度ともいう)と、酸素濃度(以下、下流酸素濃度ともいう)と、アンモニア濃度(以下、下流アンモニア濃度ともいう)を算出する。マルチガスセンサ制御装置9は、通信線を介して、浄化制御装置10との間でデータを送受信することが可能に構成されており、下流NOx濃度を示す下流NOx濃度情報と、下流アンモニア濃度を示す下流アンモニア濃度情報を浄化制御装置10へ送信する。
The multi-gas sensor 8 is installed downstream of the SCR catalyst 4 in the exhaust pipe 52 and detects the NOx concentration and the downstream ammonia concentration in the exhaust gas discharged from the SCR catalyst 4.
The multi-gas sensor control device 9 controls the multi-gas sensor 8, and based on the detection result of the multi-gas sensor 8, the NOx concentration (hereinafter also referred to as the downstream NOx concentration) in the exhaust gas discharged from the SCR catalyst 4, and the oxygen concentration. A concentration (hereinafter, also referred to as a downstream oxygen concentration) and an ammonia concentration (hereinafter, also referred to as a downstream ammonia concentration) are calculated. The multi-gas sensor control device 9 is configured to be able to transmit and receive data to and from the purification control device 10 via a communication line, and indicates downstream NOx concentration information indicating downstream NOx concentration and downstream ammonia concentration. The downstream ammonia concentration information is transmitted to the purification control device 10.
浄化制御装置10は、CPU21、ROM22、RAM23および信号入出力部24等を備えるマイクロコンピュータを主要部として構成されている。信号入出力部24には、尿素水インジェクタ5、NOxセンサ制御装置7およびマルチガスセンサ制御装置9が接続される。 The purification control device 10 mainly includes a microcomputer including a CPU 21, a ROM 22, a RAM 23, a signal input/output unit 24, and the like. The urea water injector 5, the NOx sensor control device 7, and the multi-gas sensor control device 9 are connected to the signal input/output unit 24.
浄化制御装置10は、通信線を介して、NOxセンサ制御装置7およびマルチガスセンサ制御装置9との間でデータを送受信することが可能に構成されている。さらに浄化制御装置10は、通信線を介して、ディーゼルエンジン51を制御する電子制御装置53との間でデータを送受信することが可能に構成されている。以下、電子制御装置53をエンジンECU(Electronic Control Unit)53という。 The purification control device 10 is configured to be able to send and receive data to and from the NOx sensor control device 7 and the multi-gas sensor control device 9 via a communication line. Furthermore, the purification control device 10 is configured to be able to transmit and receive data to and from the electronic control device 53 that controls the diesel engine 51 via a communication line. Hereinafter, the electronic control unit 53 will be referred to as an engine ECU (Electronic Control Unit) 53.
上流NOxセンサ6は、図2に示すように、絶縁層113、固体電解質層114、絶縁層115、固体電解質層116、絶縁層117、固体電解質層118、絶縁層119および絶縁層120が順次積層されて構成されている。絶縁層113,115,117,119,120は、アルミナを主体として形成されている。固体電解質層114,116,118は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。 As shown in FIG. 2, the upstream NOx sensor 6 includes an insulating layer 113, a solid electrolyte layer 114, an insulating layer 115, a solid electrolyte layer 116, an insulating layer 117, a solid electrolyte layer 118, an insulating layer 119, and an insulating layer 120, which are sequentially stacked. Is configured. The insulating layers 113, 115, 117, 119 and 120 are formed mainly of alumina. The solid electrolyte layers 114, 116, 118 are mainly formed of zirconia having oxygen ion conductivity.
上流NOxセンサ6は、固体電解質層114と固体電解質層116との間に形成される第1測定室121を備える。NOx検出部101は、第1測定室121に隣接するようにして固体電解質層114と固体電解質層116との間に配置された拡散抵抗体122を介して、外部から第1測定室121の内部に排気ガスを導入する。上流NOxセンサ6は、第1測定室121を挟んで拡散抵抗体122とは反対側において第1測定室121に隣接するようにして固体電解質層114と固体電解質層116との間に配置された拡散抵抗体123を介して、排気ガスを第1測定室121の外部へ排出する。拡散抵抗体122,123は、アルミナ等の多孔質材料で形成されている。 The upstream NOx sensor 6 includes a first measurement chamber 121 formed between the solid electrolyte layer 114 and the solid electrolyte layer 116. The NOx detection unit 101 is arranged from the outside to the inside of the first measurement chamber 121 via the diffusion resistor 122 arranged between the solid electrolyte layer 114 and the solid electrolyte layer 116 so as to be adjacent to the first measurement chamber 121. Introduce exhaust gas into. The upstream NOx sensor 6 is arranged between the solid electrolyte layer 114 and the solid electrolyte layer 116 so as to be adjacent to the first measurement chamber 121 on the side opposite to the diffusion resistor 122 across the first measurement chamber 121. Exhaust gas is discharged to the outside of the first measurement chamber 121 via the diffusion resistor 123. The diffusion resistors 122 and 123 are made of a porous material such as alumina.
上流NOxセンサ6は、第1ポンピングセル130を備える。第1ポンピングセル130は、固体電解質層114と、ポンピング電極131,132を備える。ポンピング電極131,132は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極131は、固体電解質層114において第1測定室121と接触する面上に配置される。ポンピング電極131における第1測定室121側の表面は、多孔質体からなる保護層133によって覆われる。ポンピング電極132は、固体電解質層114を挟んでポンピング電極131とは反対側で固体電解質層114の面上に配置される。ポンピング電極132が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層113は除去され、絶縁層113の代わりに多孔質体134が充填される。多孔質体134は、ポンピング電極132と外部との間でガス(酸素)の出入りを可能とする。 The upstream NOx sensor 6 includes a first pumping cell 130. The first pumping cell 130 includes a solid electrolyte layer 114 and pumping electrodes 131 and 132. The pumping electrodes 131 and 132 are formed mainly of platinum. The pumping electrode 131 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 114 that contacts the first measurement chamber 121. The surface of the pumping electrode 131 on the first measurement chamber 121 side is covered with a protective layer 133 made of a porous body. The pumping electrode 132 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 114 on the side opposite to the pumping electrode 131 with the solid electrolyte layer 114 interposed therebetween. The insulating layer 113 in the region where the pumping electrode 132 is arranged and the region around it is removed, and the porous body 134 is filled in place of the insulating layer 113. The porous body 134 allows gas (oxygen) to flow in and out between the pumping electrode 132 and the outside.
上流NOxセンサ6は、酸素濃度検出セル140を備える。酸素濃度検出セル140は、固体電解質層116と、検知電極141と、基準電極142を備える。検知電極141と基準電極142は、白金を主体として形成されている。検知電極141は、第1測定室121内においてポンピング電極131よりも下流側(すなわち、拡散抵抗体122よりも拡散抵抗体123に近い側)になるようにして、固体電解質層116における第1測定室121と接触する面上に配置される。基準電極142は、固体電解質層116を挟んで検知電極141とは反対側で固体電解質層116の面上に配置される。 The upstream NOx sensor 6 includes an oxygen concentration detection cell 140. The oxygen concentration detection cell 140 includes the solid electrolyte layer 116, a detection electrode 141, and a reference electrode 142. The detection electrode 141 and the reference electrode 142 are mainly formed of platinum. The detection electrode 141 is located on the downstream side of the pumping electrode 131 in the first measurement chamber 121 (that is, on the side closer to the diffusion resistor 123 than the diffusion resistor 122), and the first measurement in the solid electrolyte layer 116 is performed. It is placed on the surface that contacts the chamber 121. The reference electrode 142 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 116 on the side opposite to the detection electrode 141 with the solid electrolyte layer 116 interposed therebetween.
上流NOxセンサ6は、基準酸素室146を備える。基準酸素室146は、固体電解質層116と固体電解質層118との間で基準電極142と接触するようにして形成されている。基準酸素室146の内部には、多孔質体が充填されている。 The upstream NOx sensor 6 includes a reference oxygen chamber 146. The reference oxygen chamber 146 is formed between the solid electrolyte layer 116 and the solid electrolyte layer 118 so as to be in contact with the reference electrode 142. The inside of the reference oxygen chamber 146 is filled with a porous body.
上流NOxセンサ6は、第2測定室148を備える。第2測定室148は、固体電解質層114と固体電解質層118との間で、絶縁層115、固体電解質層116および絶縁層117を貫通して形成される。上流NOxセンサ6は、第1測定室121から拡散抵抗体123を介して排出された排気ガスを第2測定室148の内部に導入する。 The upstream NOx sensor 6 includes a second measurement chamber 148. The second measurement chamber 148 is formed between the solid electrolyte layer 114 and the solid electrolyte layer 118, penetrating the insulating layer 115, the solid electrolyte layer 116, and the insulating layer 117. The upstream NOx sensor 6 introduces the exhaust gas discharged from the first measurement chamber 121 via the diffusion resistor 123 into the second measurement chamber 148.
上流NOxセンサ6は、第2ポンピングセル150を備える。第2ポンピングセル150は、固体電解質層118と、ポンピング電極151,152を備える。ポンピング電極151,152は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極151は、固体電解質層118において第2測定室148と接触する面上に配置される。ポンピング電極152は、基準酸素室146を挟んで基準電極142とは反対側で固体電解質層118の面上に配置される。 The upstream NOx sensor 6 includes a second pumping cell 150. The second pumping cell 150 includes a solid electrolyte layer 118 and pumping electrodes 151 and 152. The pumping electrodes 151 and 152 are formed mainly of platinum. The pumping electrode 151 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 118 that contacts the second measurement chamber 148. The pumping electrode 152 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 118 on the side opposite to the reference electrode 142 with the reference oxygen chamber 146 interposed therebetween.
上流NOxセンサ6は、ヒータ160を備える。ヒータ160は、白金を主体として形成され、通電されることで発熱する発熱抵抗体であり、絶縁層119と絶縁層120との間に配置される。 The upstream NOx sensor 6 includes a heater 160. The heater 160 is formed mainly of platinum, is a heating resistor that generates heat when energized, and is disposed between the insulating layer 119 and the insulating layer 120.
NOxセンサ制御装置7は、制御回路180と、マイクロコンピュータ190(以下、マイコン190という)を備える。
制御回路180は、回路基板上に配置されたアナログ回路である。制御回路180は、Ip1ドライブ回路181、Vs検出回路182、基準電圧比較回路183、Icp供給回路184、Vp2印加回路185、Ip2検出回路186およびヒータ駆動回路187を備える。
The NOx sensor control device 7 includes a control circuit 180 and a microcomputer 190 (hereinafter, referred to as a microcomputer 190).
The control circuit 180 is an analog circuit arranged on the circuit board. The control circuit 180 includes an Ip1 drive circuit 181, a Vs detection circuit 182, a reference voltage comparison circuit 183, an Icp supply circuit 184, a Vp2 application circuit 185, an Ip2 detection circuit 186, and a heater drive circuit 187.
そして、ポンピング電極131、検知電極141およびポンピング電極151は、基準電位に接続される。ポンピング電極132は、Ip1ドライブ回路181に接続される。基準電極142は、Vs検出回路182とIcp供給回路184に接続される。ポンピング電極152は、Vp2印加回路185とIp2検出回路186に接続される。ヒータ160は、ヒータ駆動回路187に接続される。 Then, the pumping electrode 131, the detection electrode 141, and the pumping electrode 151 are connected to the reference potential. The pumping electrode 132 is connected to the Ip1 drive circuit 181. The reference electrode 142 is connected to the Vs detection circuit 182 and the Icp supply circuit 184. The pumping electrode 152 is connected to the Vp2 applying circuit 185 and the Ip2 detecting circuit 186. The heater 160 is connected to the heater driving circuit 187.
Ip1ドライブ回路181は、ポンピング電極131とポンピング電極132との間に第1ポンピング電流Ip1を供給するとともに、供給した第1ポンピング電流Ip1を検出する。 The Ip1 drive circuit 181 supplies the first pumping current Ip1 between the pumping electrodes 131 and 132 and detects the supplied first pumping current Ip1.
Vs検出回路182は、検知電極141と基準電極142との間の電圧Vsを検出し、検出した結果を基準電圧比較回路183へ出力する。
基準電圧比較回路183は、基準電圧(例えば、425mV)とVs検出回路182の出力(電圧Vs)とを比較し、比較結果をIp1ドライブ回路181へ出力する。そしてIp1ドライブ回路181は、電圧Vsが基準電圧と等しくなるように、第1ポンピング電流Ip1の流れる向きと第1ポンピング電流Ip1の大きさとを制御するとともに、第1測定室121内の酸素濃度を、NOxが分解しない程度の所定値に調整する。
The Vs detection circuit 182 detects the voltage Vs between the detection electrode 141 and the reference electrode 142, and outputs the detection result to the reference voltage comparison circuit 183.
The reference voltage comparison circuit 183 compares the reference voltage (for example, 425 mV) with the output (voltage Vs) of the Vs detection circuit 182, and outputs the comparison result to the Ip1 drive circuit 181. Then, the Ip1 drive circuit 181 controls the direction in which the first pumping current Ip1 flows and the magnitude of the first pumping current Ip1 so that the voltage Vs becomes equal to the reference voltage, and also determines the oxygen concentration in the first measurement chamber 121. , NOx is adjusted to a predetermined value such that NOx is not decomposed.
Icp供給回路184は、検知電極141と基準電極142との間に微弱な電流Icpを流す。これにより、酸素が第1測定室121から固体電解質層116を介して基準酸素室146に送り込まれるため、基準酸素室146は、基準となる所定の酸素濃度に設定される。 The Icp supply circuit 184 causes a weak current Icp to flow between the detection electrode 141 and the reference electrode 142. As a result, oxygen is sent from the first measurement chamber 121 to the reference oxygen chamber 146 via the solid electrolyte layer 116, so that the reference oxygen chamber 146 is set to a predetermined reference oxygen concentration.
Vp2印加回路185は、ポンピング電極151とポンピング電極152との間に、一定電圧Vp2(例えば、450mV)を印加する。これにより、第2測定室148では、第2ポンピングセル150を構成するポンピング電極151,152の触媒作用によって、NOxが解離(還元)される。この解離により得られた酸素イオンがポンピング電極151とポンピング電極152との間の固体電解質層118を移動することにより第2ポンピング電流Ip2が流れる。Ip2検出回路186は、第2ポンピング電流Ip2を検出する。 The Vp2 applying circuit 185 applies a constant voltage Vp2 (for example, 450 mV) between the pumping electrode 151 and the pumping electrode 152. As a result, in the second measurement chamber 148, NOx is dissociated (reduced) by the catalytic action of the pumping electrodes 151 and 152 that form the second pumping cell 150. Oxygen ions obtained by this dissociation move in the solid electrolyte layer 118 between the pumping electrode 151 and the pumping electrode 152, so that the second pumping current Ip2 flows. The Ip2 detection circuit 186 detects the second pumping current Ip2.
ヒータ駆動回路187は、発熱抵抗体であるヒータ160の一端にヒータ通電用の正電圧を印加するともに、ヒータ160の他端にヒータ通電用の負電圧を印加することにより、ヒータ160を駆動する。 The heater driving circuit 187 drives the heater 160 by applying a positive voltage for energizing the heater to one end of the heater 160 that is a heating resistor and applying a negative voltage for energizing the heater to the other end of the heater 160. ..
マイコン190は、CPU191、ROM192、RAM193および信号入出力部194を備える。
CPU191は、ROM192に記憶されたプログラムに基づいて、上流NOxセンサ6を制御するための処理を実行する。信号入出力部194は、Ip1ドライブ回路181、Vs検出回路182、Ip2検出回路186およびヒータ駆動回路187に接続される。
The microcomputer 190 includes a CPU 191, a ROM 192, a RAM 193, and a signal input/output unit 194.
The CPU 191 executes a process for controlling the upstream NOx sensor 6 based on the program stored in the ROM 192. The signal input/output unit 194 is connected to the Ip1 drive circuit 181, the Vs detection circuit 182, the Ip2 detection circuit 186, and the heater drive circuit 187.
CPU191は、第1ポンピングセル130のポンピング動作により第1測定室121の酸素濃度を調整し、第2測定室148の酸素濃度をNOx検知が可能なNOx検知用濃度に設定して、第2ポンピング電流Ip2の電流値に基づきNOx濃度を算出する。またCPU191は、信号入出力部194を介してヒータ駆動回路187へ駆動信号を出力することによりヒータ160を制御する。 The CPU 191 adjusts the oxygen concentration of the first measurement chamber 121 by the pumping operation of the first pumping cell 130, sets the oxygen concentration of the second measurement chamber 148 to a concentration for NOx detection capable of NOx detection, and then performs the second pumping. The NOx concentration is calculated based on the current value of the current Ip2. Further, the CPU 191 controls the heater 160 by outputting a drive signal to the heater drive circuit 187 via the signal input/output unit 194.
マルチガスセンサ8は、図3に示すように、NOx検出部201と、アンモニア検出部202を備える。
NOx検出部201は、上流NOxセンサ6の絶縁層113上に固体電解質層112が積層され、更に固体電解質層112上に絶縁層111が積層された点以外は上流NOxセンサ6と同一である。絶縁層111は、アルミナを主体として形成されている。固体電解質層112は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。
As shown in FIG. 3, the multi-gas sensor 8 includes a NOx detection unit 201 and an ammonia detection unit 202.
The NOx detection unit 201 is the same as the upstream NOx sensor 6 except that the solid electrolyte layer 112 is laminated on the insulating layer 113 of the upstream NOx sensor 6, and the insulating layer 111 is further laminated on the solid electrolyte layer 112. The insulating layer 111 is formed mainly of alumina. The solid electrolyte layer 112 is formed mainly of zirconia having oxygen ion conductivity.
アンモニア検出部202は、検知電極211と、基準電極212と、選択反応層213と、拡散層214を備える。
検知電極211と基準電極212は、図4に示すように、固体電解質層112の上において互いに離間するように配置される。検知電極211は、金を主成分とする材料で形成される。基準電極212は、白金を主成分とする材料で形成される。基準電極212よりも検知電極211の方がアンモニアとの反応性が高いため、検知電極211と基準電極212との間で起電力が生じる。
The ammonia detection unit 202 includes a detection electrode 211, a reference electrode 212, a selective reaction layer 213, and a diffusion layer 214.
The detection electrode 211 and the reference electrode 212 are arranged on the solid electrolyte layer 112 so as to be separated from each other, as shown in FIG. The detection electrode 211 is formed of a material whose main component is gold. The reference electrode 212 is formed of a material whose main component is platinum. Since the detection electrode 211 has a higher reactivity with ammonia than the reference electrode 212, an electromotive force is generated between the detection electrode 211 and the reference electrode 212.
選択反応層213は、金属酸化物を主成分として形成され、検知電極211と基準電極212を覆うようにして配置される。選択反応層213は、アンモニア以外の可燃性ガス成分を燃焼させる機能を有する。すなわち、アンモニア検出部202は、選択反応層213により、可燃性ガス成分の影響を受けずに排気ガス中のアンモニアを検出することができる。 The selective reaction layer 213 is formed with a metal oxide as a main component, and is arranged so as to cover the detection electrode 211 and the reference electrode 212. The selective reaction layer 213 has a function of burning a combustible gas component other than ammonia. That is, the ammonia detection unit 202 can detect ammonia in the exhaust gas without being affected by the combustible gas component by the selective reaction layer 213.
拡散層214は、多孔質材料で形成され、選択反応層213を覆うようにして配置される。拡散層214は、外部からアンモニア検出部202に流入する排気ガスの拡散速度を調整可能に構成される。 The diffusion layer 214 is made of a porous material and is arranged so as to cover the selective reaction layer 213. The diffusion layer 214 is configured to be able to adjust the diffusion rate of the exhaust gas that flows into the ammonia detection unit 202 from the outside.
図3に示すように、マルチガスセンサ制御装置9は、制御回路220とマイコン230を備える。
制御回路220は、起電力検出回路221が追加された点が、NOxセンサ制御装置7の制御回路180と異なる。起電力検出回路221は、検知電極211と基準電極212との間の起電力(以下、アンモニア起電力EMFという)を検出し、検出結果を示す信号をマイコン230へ出力する。
As shown in FIG. 3, the multi-gas sensor control device 9 includes a control circuit 220 and a microcomputer 230.
The control circuit 220 differs from the control circuit 180 of the NOx sensor control device 7 in that an electromotive force detection circuit 221 is added. The electromotive force detection circuit 221 detects an electromotive force (hereinafter referred to as an ammonia electromotive force EMF) between the detection electrode 211 and the reference electrode 212, and outputs a signal indicating the detection result to the microcomputer 230.
マイコン230は、CPU231、ROM232、RAM233、EEPROM234および信号入出力部235を備える。
CPU231は、ROM232に記憶されたプログラムに基づいて、マルチガスセンサ8を制御するための処理を実行する。信号入出力部235は、Ip1ドライブ回路181、Vs検出回路182、Ip2検出回路186、ヒータ駆動回路187および起電力検出回路221に接続される。
The microcomputer 230 includes a CPU 231, a ROM 232, a RAM 233, an EEPROM 234, and a signal input/output unit 235.
The CPU 231 executes processing for controlling the multi-gas sensor 8 based on the program stored in the ROM 232. The signal input/output unit 235 is connected to the Ip1 drive circuit 181, the Vs detection circuit 182, the Ip2 detection circuit 186, the heater drive circuit 187, and the electromotive force detection circuit 221.
CPU231は、CPU191と同様にして、NOx濃度を算出する。またCPU231は、第1ポンピング電流Ip1の通電方向および電流値に基づいて酸素濃度を算出する。
またCPU231は、アンモニア起電力EMFおよび酸素濃度との関係式から得られたアンモニア濃度(以下、起電力換算アンモニア濃度)と、下流NOx出力値と下流酸素濃度から求められたアンモニア濃度(以下、NOx出力値換算アンモニア濃度)との対応関係を示すアンモニア濃度補正式を用いて、アンモニア起電力EMFをアンモニア濃度に変換することによりアンモニア濃度を算出する。アンモニア濃度補正式は、オフセット値と傾きを係数とし、アンモニア起電力EMFと酸素濃度から得られた起電力換算アンモニア濃度を変数とする一次式である。アンモニア濃度補正式のオフセット値および傾きはそれぞれ、第1アンモニア補正係数および第2アンモニア補正係数としてEEPROM234に記憶される。
The CPU 231 calculates the NOx concentration similarly to the CPU 191. Further, the CPU 231 calculates the oxygen concentration based on the energizing direction and the current value of the first pumping current Ip1.
Further, the CPU 231 causes the ammonia concentration obtained from the relational expression between the ammonia electromotive force EMF and the oxygen concentration (hereinafter referred to as electromotive force converted ammonia concentration), and the ammonia concentration obtained from the downstream NOx output value and the downstream oxygen concentration (hereinafter referred to as NOx). The ammonia concentration is calculated by converting the ammonia electromotive force EMF into the ammonia concentration using an ammonia concentration correction formula showing a correspondence relationship with the output value conversion ammonia concentration). The ammonia concentration correction formula is a linear formula in which the offset value and the slope are used as coefficients, and the electromotive force conversion ammonia concentration obtained from the ammonia electromotive force EMF and oxygen concentration is used as a variable. The offset value and the slope of the ammonia concentration correction formula are stored in the EEPROM 234 as the first ammonia correction coefficient and the second ammonia correction coefficient, respectively.
またCPU231は、信号入出力部235を介してヒータ駆動回路187へ駆動信号を出力することによりヒータ160を制御する。
また、マルチガスセンサ制御装置9のマイコン230は、濃度算出処理を実行する。
Further, the CPU 231 controls the heater 160 by outputting a drive signal to the heater drive circuit 187 via the signal input/output unit 235.
Further, the microcomputer 230 of the multi-gas sensor control device 9 executes concentration calculation processing.
ここで、濃度算出処理の手順を説明する。この濃度算出処理は、マルチガスセンサ制御装置9のマイコン230が起動した直後に、その処理を開始する。
この濃度算出処理が実行されると、マイコン230のCPU231は、図5に示すように、まずS2にて、アンモニア濃度を算出するために設けられた各種パラメータを予め設定された初期値に設定する。なお、S2の処理で、上述の第1アンモニア補正係数および第2アンモニア補正係数は初期値に設定され、後述の初回フラグはクリアされる。
Here, the procedure of the density calculation process will be described. This concentration calculation process is started immediately after the microcomputer 230 of the multi-gas sensor control device 9 is activated.
When this concentration calculation processing is executed, the CPU 231 of the microcomputer 230 first sets various parameters provided for calculating the ammonia concentration to preset initial values in S2, as shown in FIG. .. In the process of S2, the first ammonia correction coefficient and the second ammonia correction coefficient described above are set to initial values, and the initial flag described below is cleared.
そしてS4にて、ディーゼルエンジン51への燃料供給が停止されているフューエルカット状態であるか否かを判断する。具体的には、浄化制御装置10から受信したフューエルカット信号がオン状態である場合に、フューエルカット状態であると判断し、フューエルカット信号がオフ状態である場合に、フューエルカット状態でないと判断する。フューエルカット信号は、フューエルカット状態であるか否かを示すものである。フューエルカット信号は、フューエルカット状態である場合に電圧がハイレベルになる。この状態の場合に、「フューエルカット信号がオン状態である」という。またフューエルカット信号は、フューエルカット状態でない場合に電圧がローレベルになる。この状態の場合に、「フューエルカット信号がオフ状態である」という。フューエルカット信号は、エンジンECU53から浄化制御装置10へ送信され、更に、浄化制御装置10からマルチガスセンサ制御装置9へ送信される。 Then, in S4, it is determined whether or not the fuel cut state in which the fuel supply to the diesel engine 51 is stopped is performed. Specifically, when the fuel cut signal received from the purification control device 10 is in the on state, it is determined that it is in the fuel cut state, and when the fuel cut signal is in the off state, it is determined that it is not in the fuel cut state. .. The fuel cut signal indicates whether or not the fuel cut state is set. The voltage of the fuel cut signal becomes high level in the fuel cut state. In this case, the fuel cut signal is said to be on. The voltage of the fuel cut signal becomes low level when the fuel cut state is not set. In this case, the fuel cut signal is in the off state. The fuel cut signal is transmitted from the engine ECU 53 to the purification control device 10, and is further transmitted from the purification control device 10 to the multi-gas sensor control device 9.
ここで、フューエルカット状態でない場合には(S4:NO)、S8に移行する。一方、フューエルカット状態である場合には(S4:YES)、S6にて、後述する補正係数算出処理を実行し、S8に移行する。 If the fuel cut state is not set (S4: NO), the process proceeds to S8. On the other hand, if it is in the fuel cut state (S4: YES), a correction coefficient calculation process described later is executed in S6, and the process proceeds to S8.
そしてS8に移行すると、上述のように、アンモニア起電力EMFおよび酸素濃度との関係式から起電力換算アンモニア濃度する。さらにS8では、アンモニア濃度補正式を用いて起電力換算アンモニア濃度をNOx出力値換算アンモニア濃度に変換し、このNOx出力値換算アンモニア濃度をアンモニア濃度として算出する。S8の処理が終了すると、S4に移行する。 Then, in S8, as described above, the electromotive force conversion ammonia concentration is calculated from the relational expression between the ammonia electromotive force EMF and the oxygen concentration. Further, in S8, the ammonia concentration correction formula is used to convert the electromotive force converted ammonia concentration into the NOx output value converted ammonia concentration, and this NOx output value converted ammonia concentration is calculated as the ammonia concentration. When the process of S8 ends, the process proceeds to S4.
次に、S6で実行される補正係数算出処理の手順を説明する。
この補正係数算出処理が実行されると、マイコン230のCPU231は、図6に示すように、まずS12にて、初回フラグがセットされているか否かを判断する。なお、初回フラグは、初期値として0が設定されている。すなわち、初回フラグの初期状態は、クリアされた状態である。
Next, the procedure of the correction coefficient calculation process executed in S6 will be described.
When this correction coefficient calculation process is executed, the CPU 231 of the microcomputer 230 first determines in S12 whether or not the initial flag is set, as shown in FIG. The initial flag is set to 0 as an initial value. That is, the initial state of the initial flag is a cleared state.
ここで、初回フラグがセットされている場合には(S12:YES)、S50に移行する。一方、初回フラグがセットされていない場合には(S12:NO)、S20にて、上流NOx濃度情報が示す上流NOx濃度が予め設定された噴射判定濃度以下であるか否かを判断する。噴射判定濃度は0ppm近傍の値に設定される。マルチガスセンサ制御装置9は、浄化制御装置10との間の通信により上流NOx濃度情報を取得する。ここで、上流NOx濃度が噴射判定濃度を超えている場合には(S20:NO)、補正係数算出処理を終了する。一方、上流NOx濃度が噴射判定濃度以下である場合には(S20:YES)、S22にて、初回フラグをセットする。そしてS30にて、補正用尿素噴射命令を浄化制御装置10へ送信する。これにより、浄化制御装置10は、補正用に予め設定された補正用噴射量の尿素水を尿素水インジェクタ5に噴射させる。さらにS40にて、尿素噴射停止命令を浄化制御装置10へ送信する。これにより、浄化制御装置10は、尿素水インジェクタ5の尿素水噴射の制御を一旦停止する。 Here, if the initial flag is set (S12: YES), the process proceeds to S50. On the other hand, when the initial flag is not set (S12: NO), it is determined in S20 whether the upstream NOx concentration indicated by the upstream NOx concentration information is equal to or lower than the preset injection determination concentration. The injection determination concentration is set to a value near 0 ppm. The multi-gas sensor control device 9 acquires upstream NOx concentration information through communication with the purification control device 10. Here, when the upstream NOx concentration exceeds the injection determination concentration (S20: NO), the correction coefficient calculation process ends. On the other hand, when the upstream NOx concentration is equal to or lower than the injection determination concentration (S20: YES), the initial flag is set in S22. Then, in S30, the correction urea injection command is transmitted to the purification control device 10. As a result, the purification control device 10 causes the urea water injector 5 to inject the urea water of the correction injection amount set in advance for correction. Further, in S40, the urea injection stop command is transmitted to the purification control device 10. Accordingly, the purification control device 10 temporarily stops the control of the urea water injection of the urea water injector 5.
そしてS50にて、RAM233にデータを記憶可能であるか否かを判断する。具体的には、S60で実行されるデータ記憶に必要なデータ量として予め設定さえた記憶判定データ量以上の空き容量がRAM233に存在しているか否かを判断する。ここで、RAM233にデータを記憶可能でない場合には(S50:NO)、S80に移行する。 Then, in S50, it is determined whether data can be stored in the RAM 233. Specifically, it is determined whether or not there is a free space in the RAM 233 that is equal to or larger than the storage determination data amount preset as the data amount required for the data storage executed in S60. If data cannot be stored in the RAM 233 (S50: NO), the process proceeds to S80.
一方、RAM233にデータを記憶可能である場合には(S50:YES)、S60にて、マルチガスセンサ8から取得した最新の下流NOx出力値、下流アンモニア出力値および下流酸素出力値をRAM233に記憶する。下流NOx出力値は、第2ポンピング電流Ip2の値である。下流アンモニア出力値は、アンモニア起電力EMFの値である。下流酸素出力値は、第1ポンピング電流Ip1の値である。 On the other hand, when the data can be stored in the RAM 233 (S50: YES), the latest downstream NOx output value, downstream ammonia output value, and downstream oxygen output value acquired from the multi-gas sensor 8 are stored in the RAM 233 in S60. .. The downstream NOx output value is the value of the second pumping current Ip2. The downstream ammonia output value is the value of the ammonia electromotive force EMF. The downstream oxygen output value is the value of the first pumping current Ip1.
そしてS70にて、S4と同様にして、フューエルカット状態であるか否かを判断する。ここで、フューエルカット状態でない場合には(S70:NO)、補正係数算出処理を終了する。一方、フューエルカット状態である場合には(S70:YES)、S80に移行する。 Then, in S70, similarly to S4, it is determined whether or not the fuel cut state is set. Here, when it is not in the fuel cut state (S70: NO ), the correction coefficient calculation process ends. On the other hand, if a fuel cut state (S70: YES), the process proceeds to S80.
そしてS80に移行すると、NOx出力差が予め設定された補正NOx判定値以上であるか否かを判断する。NOx出力差は、RAM233に記憶されている複数の下流NOx出力値の中の最大値と最小値との差である。ここで、NOx出力差が補正NOx判定値未満である場合には(S80:NO)、S130に移行する。 Then, in S80, it is determined whether or not the NOx output difference is equal to or greater than a preset corrected NOx determination value. The NOx output difference is the difference between the maximum value and the minimum value of the plurality of downstream NOx output values stored in the RAM 233. Here, when the NOx output difference is less than the corrected NOx determination value (S80: NO), the process proceeds to S130.
一方、NOx出力差が補正NOx判定値以上である場合には(S80:YES)、S90にて、RAM233に記憶されている複数の下流NOx出力値の中の最大値と最小値に対応するアンモニア濃度を算出する。具体的には、下流NOx出力値とアンモニア濃度との対応関係が予め設定されたアンモニア濃度算出マップを参照することにより、下流NOx出力値の中の最大値と最小値に対応するアンモニア濃度を算出する。アンモニア濃度算出マップは、ROM232に記憶されている。以下、下流NOx出力値の最大値に対応するアンモニア濃度を最大アンモニア濃度という。また、下流NOx出力値の最小値に対応するアンモニア濃度を最小アンモニア濃度という。 On the other hand, when the NOx output difference is equal to or greater than the corrected NOx determination value (S80: YES), the ammonia corresponding to the maximum value and the minimum value of the plurality of downstream NOx output values stored in the RAM 233 is determined in S90. Calculate the concentration. Specifically, the ammonia concentration corresponding to the maximum value and the minimum value in the downstream NOx output value is calculated by referring to the ammonia concentration calculation map in which the correspondence between the downstream NOx output value and the ammonia concentration is preset. To do. The ammonia concentration calculation map is stored in the ROM 232. Hereinafter, the ammonia concentration corresponding to the maximum downstream NOx output value is referred to as the maximum ammonia concentration. Further, the ammonia concentration corresponding to the minimum downstream NOx output value is referred to as the minimum ammonia concentration.
次にS100にて、下流酸素濃度に応じて、最大アンモニア濃度と最小アンモニア濃度を補正する。具体的には、まず、下流酸素出力値と酸素濃度調整係数との対応関係が予め設定された調整係数設定マップを参照することにより、下流NOx出力値の最大値に対応する下流酸素出力値における酸素濃度調整係数(以下、最大調整係数という)を、調整係数設定マップから抽出する。調整係数設定マップは、ROM232に記憶されている。同様にして、調整係数設定マップを参照することにより、下流NOx出力値の最小値に対応する下流酸素出力値における酸素濃度調整係数(以下、最小調整係数という)を、調整係数設定マップから抽出する。そして、最大アンモニア濃度に最大調整係数を乗じた乗算値を補正最大アンモニア濃度として算出する。同様に、最小アンモニア濃度に最小調整係数を乗じた乗算値を補正最小アンモニア濃度として算出する。 Next, in S100, the maximum ammonia concentration and the minimum ammonia concentration are corrected according to the downstream oxygen concentration. Specifically, first, by referring to the adjustment coefficient setting map in which the correspondence relationship between the downstream oxygen output value and the oxygen concentration adjustment coefficient is set in advance, the downstream oxygen output value corresponding to the maximum downstream NOx output value An oxygen concentration adjustment coefficient (hereinafter referred to as maximum adjustment coefficient) is extracted from the adjustment coefficient setting map. The adjustment coefficient setting map is stored in the ROM 232. Similarly, by referring to the adjustment coefficient setting map, the oxygen concentration adjustment coefficient (hereinafter referred to as the minimum adjustment coefficient) at the downstream oxygen output value corresponding to the minimum downstream NOx output value is extracted from the adjustment coefficient setting map. .. Then, a multiplication value obtained by multiplying the maximum ammonia concentration by the maximum adjustment coefficient is calculated as the corrected maximum ammonia concentration. Similarly, a multiplication value obtained by multiplying the minimum ammonia concentration by the minimum adjustment coefficient is calculated as the corrected minimum ammonia concentration.
さらにS105にて、下流NOx出力値の最大値と最小値に対応する下流アンモニア出力値(すなわち、アンモニア起電力EMF)および下流酸素出力値から起電力換算アンモニア濃度を算出する。 Further, in S105, the electromotive force conversion ammonia concentration is calculated from the downstream ammonia output value (that is, the ammonia electromotive force EMF) and the downstream oxygen output value corresponding to the maximum value and the minimum value of the downstream NOx output value.
そしてS110にて、補正最大アンモニア濃度と補正最小アンモニア濃度を用いて、上述の第1アンモニア補正係数および第2アンモニア補正係数を算出する。具体的には、起電力換算アンモニア濃度をX軸とし、NOx出力値換算アンモニア濃度をY軸とした二次元直交座標系において、補正最大アンモニア濃度に対応する座標点(以下、最大座標点という)と、補正最小アンモニア濃度に対応する座標点(以下、最小座標点という)とを結ぶ直線を示す一次式のオフセット値および傾きをそれぞれ第1アンモニア補正係数および第2アンモニア補正係数とする。最大座標点は、補正最大アンモニア濃度に対応する起電力換算アンモニア濃度をx1と表記し、補正最大アンモニア濃度をy1と表記した場合に、二次元直交座標系において、(x1,y1)に位置する点である。最小座標点は、補正最小アンモニア濃度に対応する起電力換算アンモニア濃度をx2と表記し、補正最小アンモニア濃度をy2と表記した場合に、二次元直交座標系において、(x2,y2)に位置する点である。 Then, in S110, the above-described first ammonia correction coefficient and second ammonia correction coefficient are calculated using the corrected maximum ammonia concentration and the corrected minimum ammonia concentration. Specifically, in a two-dimensional orthogonal coordinate system in which the electromotive force-converted ammonia concentration is on the X-axis and the NOx output value-converted ammonia concentration is on the Y-axis, the coordinate point corresponds to the corrected maximum ammonia concentration (hereinafter referred to as the maximum coordinate point). And an offset value and a slope of a linear expression showing a straight line connecting the coordinate point corresponding to the corrected minimum ammonia concentration (hereinafter, referred to as the minimum coordinate point) are set as the first ammonia correction coefficient and the second ammonia correction coefficient, respectively. The maximum coordinate point is located at (x1, y1) in the two-dimensional Cartesian coordinate system when the electromotive force conversion ammonia concentration corresponding to the corrected maximum ammonia concentration is expressed as x1 and the corrected maximum ammonia concentration is expressed as y1. It is a point. The minimum coordinate point is located at (x2, y2) in the two-dimensional orthogonal coordinate system when the electromotive force conversion ammonia concentration corresponding to the corrected minimum ammonia concentration is expressed as x2 and the corrected minimum ammonia concentration is expressed as y2. It is a point.
そしてS120にて、S110で算出された第1アンモニア補正係数および第2アンモニア補正係数をEEPROM234に上書きすることで、第1アンモニア補正係数および第2アンモニア補正係数を更新し、S130に移行する。 Then, in S120, the first ammonia correction coefficient and the second ammonia correction coefficient calculated in S110 are overwritten in the EEPROM 234 to update the first ammonia correction coefficient and the second ammonia correction coefficient, and the process proceeds to S130.
そしてS130に移行すると、RAM233に記憶されている全ての下流NOx出力値、下流アンモニア出力値および下流酸素出力値を消去する。またS132にて、初回フラグをクリアする。そしてS140にて、尿素噴射再開命令を浄化制御装置10へ送信し、S10に移行する。これにより、浄化制御装置10は、尿素水インジェクタ5による尿素水噴射の制御を再開する。 Then, in S130, all the downstream NOx output values, the downstream ammonia output values, and the downstream oxygen output values stored in the RAM 233 are erased. In S132, the initial flag is cleared. Then, in S140, the urea injection restart command is transmitted to the purification control device 10, and the process proceeds to S10. As a result, the purification control device 10 restarts the control of the urea water injection by the urea water injector 5.
次に、フューエルカット状態で尿素水噴射が行われた場合の下流NOx出力値と下流アンモニア出力値の変化の具体例を図7(a),(b)および図8(a),(b)に示す。
図7(a),(b)および図8(a),(b)は、フューエルカット信号がオン状態になり(矢印FC1を参照)、上流NOx濃度が噴射判定濃度以下である場合に、尿素水インジェクタ5による尿素水噴射が行われ、その後にフューエルカット信号がオフ状態になる(矢印FC2を参照)状況を示している。
Next, specific examples of changes in the downstream NOx output value and the downstream ammonia output value when urea water injection is performed in the fuel cut state are shown in FIGS. 7(a) and (b) and FIGS. Shown in.
7(a), 7(b) and 8(a), 8(b), when the fuel cut signal is in the ON state (see arrow FC1) and the upstream NOx concentration is equal to or lower than the injection determination concentration, urea The situation is shown in which urea water is injected by the water injector 5 and then the fuel cut signal is turned off (see arrow FC2).
図7(a)は、尿素水噴射後における下流NOx出力値L1の最大値が高く、且つ、下流NOx出力値L1の最大値と下流アンモニア出力値L2の最大値が略一致している状況を示している。この場合には、NOx出力差DNが補正NOx判定値以上であるため、第1,2アンモニア補正係数が更新される。 FIG. 7A shows a situation in which the maximum value of the downstream NOx output value L1 after the urea water injection is high, and the maximum value of the downstream NOx output value L1 and the maximum value of the downstream ammonia output value L2 substantially match. Showing. In this case, since the NOx output difference DN is equal to or larger than the corrected NOx determination value, the first and second ammonia correction coefficients are updated.
図7(b)は、尿素水噴射後における下流NOx出力値L1の最大値が高く、且つ、下流アンモニア出力値L2の最大値が下流NOx出力値L1の最大値よりも低い状況を示している。この場合には、NOx出力差DNが補正NOx判定値以上であるため、第1,2アンモニア補正係数が更新される。 FIG. 7B shows a situation where the maximum value of the downstream NOx output value L1 after the urea water injection is high and the maximum value of the downstream ammonia output value L2 is lower than the maximum value of the downstream NOx output value L1. .. In this case, since the NOx output difference DN is equal to or larger than the corrected NOx determination value, the first and second ammonia correction coefficients are updated.
図8(a)は、尿素水噴射後における下流NOx出力値L1の最大値が低く、且つ、下流NOx出力値L1の最大値と下流アンモニア出力値L2の最大値が略一致している状況を示している。この場合には、NOx出力差DNが補正NOx判定値未満であるため、第1,2アンモニア補正係数が更新されない。 FIG. 8A shows a situation in which the maximum value of the downstream NOx output value L1 after the urea water injection is low, and the maximum value of the downstream NOx output value L1 and the maximum value of the downstream ammonia output value L2 substantially match. Showing. In this case, since the NOx output difference DN is less than the corrected NOx determination value, the first and second ammonia correction coefficients are not updated.
図8(b)は、尿素水噴射後における下流NOx出力値L1の最大値が低く、且つ、下流アンモニア出力値L2の最大値が下流NOx出力値L1の最大値よりも高い状況を示している。この場合には、NOx出力差DNが補正NOx判定値未満であるため、第1,2アンモニア補正係数が更新されない。 FIG. 8B shows a situation in which the maximum value of the downstream NOx output value L1 after the urea water injection is low and the maximum value of the downstream ammonia output value L2 is higher than the maximum value of the downstream NOx output value L1. .. In this case, since the NOx output difference DN is less than the corrected NOx determination value, the first and second ammonia correction coefficients are not updated.
このように構成されたマルチガスセンサ制御装置9は、SCR触媒4と、尿素水インジェクタ5と、アンモニア検出部202と、NOx検出部201とを備える尿素SCRシステム1において、アンモニア検出部202の検出結果に基づいて下流アンモニア濃度を算出する。 In the urea SCR system 1 including the SCR catalyst 4, the urea water injector 5, the ammonia detection unit 202, and the NOx detection unit 201, the multi-gas sensor control device 9 configured in this way detects the detection result of the ammonia detection unit 202. The downstream ammonia concentration is calculated based on
そしてマルチガスセンサ制御装置9は、ディーゼルエンジン51への燃料供給が停止されているフューエルカット状態である場合に、SCR触媒4へ尿素を供給するように尿素水インジェクタ5を制御する(S2,S30)。 Then, the multi-gas sensor control device 9 controls the urea water injector 5 so as to supply urea to the SCR catalyst 4 in the fuel cut state where the fuel supply to the diesel engine 51 is stopped (S2, S30). ..
またマルチガスセンサ制御装置9は、マルチガスセンサ制御装置9による尿素水インジェクタ5の制御によりSCR触媒4へ尿素が供給された後におけるNOx検出部201の検出結果と、排気ガスに含まれる酸素の濃度とに基づいて、第1,2アンモニア補正係数を更新することにより、下流アンモニア濃度の算出結果を補正する(S50〜S120)。 Further, the multi-gas sensor control device 9 detects the detection result of the NOx detection unit 201 after urea is supplied to the SCR catalyst 4 by the control of the urea water injector 5 by the multi-gas sensor control device 9 and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas. Based on, the first and second ammonia correction coefficients are updated to correct the calculation result of the downstream ammonia concentration (S50 to S120).
このようにマルチガスセンサ制御装置9は、フューエルカット状態である場合に尿素水インジェクタ5に尿素を供給させる。フューエルカット状態では、ディーゼルエンジン51への燃料供給が停止されているため、ディーゼルエンジン51から排出される排気ガスにNOxが含まれない。そしてNOx検出部201は、NOxだけではなくアンモニアにも反応して濃度を検出する。すなわち、フューエルカット状態においてSCR触媒4へ尿素が供給された後におけるNOx検出部201の検出結果は、アンモニアの濃度と相関のある値を示す。このため、マルチガスセンサ制御装置9は、アンモニア検出部202の検出結果が経時変化または日間変動で安定していない場合であっても、NOx検出部201の検出結果に基づいて補正することにより、下流アンモニア濃度の算出結果の安定性を確保することができる。 In this way, the multi-gas sensor control device 9 causes the urea water injector 5 to supply urea in the fuel cut state. In the fuel cut state, since the fuel supply to the diesel engine 51 is stopped, NOx is not included in the exhaust gas discharged from the diesel engine 51. Then, the NOx detection unit 201 detects not only NOx but also ammonia to detect the concentration. That is, the detection result of the NOx detection unit 201 after the urea is supplied to the SCR catalyst 4 in the fuel cut state shows a value having a correlation with the concentration of ammonia. Therefore, even if the detection result of the ammonia detection unit 202 is not stable due to a change over time or a daily change, the multi-gas sensor control device 9 corrects it based on the detection result of the NOx detection unit 201, and It is possible to ensure the stability of the calculation result of the ammonia concentration.
そして、NOx検出部201による下流アンモニア濃度の検出結果は、排気ガスに含まれる酸素の濃度に応じて変化するため、マルチガスセンサ制御装置9は、下流NOx濃度を検出するNOx検出部201の検出結果だけではなく、排気ガスに含まれる酸素の濃度に基づいて、下流アンモニア濃度の算出結果を補正する。これにより、マルチガスセンサ制御装置9は、下流アンモニア濃度の算出結果の精度を向上させることができる。 Since the detection result of the downstream ammonia concentration by the NOx detection unit 201 changes according to the concentration of oxygen contained in the exhaust gas, the multi-gas sensor control device 9 detects the detection result of the NOx detection unit 201 that detects the downstream NOx concentration. Not only that, the calculation result of the downstream ammonia concentration is corrected based on the concentration of oxygen contained in the exhaust gas. Thereby, the multi-gas sensor control device 9 can improve the accuracy of the calculation result of the downstream ammonia concentration.
またマルチガスセンサ制御装置9は、上流NOx濃度が噴射判定濃度を超えている場合に(S20:NO)、第1,2アンモニア補正係数の更新を禁止することにより、下流アンモニア濃度の算出結果の補正を禁止する(S20)。これにより、マルチガスセンサ制御装置9は、フューエルカット状態であっても排気ガスにNOxが多く含まれている状況におけるNOxセンサの検出結果に基づいて下流アンモニア濃度の算出結果を補正するのを回避することができ、下流アンモニア濃度の算出結果の精度を更に向上させることができる。 Further, when the upstream NOx concentration exceeds the injection determination concentration (S20: NO), the multi-gas sensor control device 9 prohibits the updating of the first and second ammonia correction coefficients to correct the calculation result of the downstream ammonia concentration. Is prohibited (S20). As a result, the multi-gas sensor control device 9 avoids correcting the calculation result of the downstream ammonia concentration based on the detection result of the NOx sensor in a situation where the exhaust gas contains a large amount of NOx even in the fuel cut state. Therefore, the accuracy of the calculation result of the downstream ammonia concentration can be further improved.
またNOx検出部201は、限界電流式ガスセンサである。NOx検出部201は、第1測定室121に導入された排気ガスに含まれる酸素の汲み入れ又は汲み出しを第1ポンピングセル130により行い、第1測定室121に導入された排気ガスに含まれる酸素の濃度を一定に保持する。すなわち、NOx検出部201は、第1ポンピング電流Ip1の通電方向および電流値に基づいて、排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出することができる。これにより、マルチガスセンサ制御装置9は、排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素センサを尿素SCRシステム1に別途設置することを不要にし、尿素SCRシステム1の構成を簡略化することができる。 Further, the NOx detection unit 201 is a limiting current type gas sensor. The NOx detection unit 201 pumps in or pumps out oxygen contained in the exhaust gas introduced into the first measurement chamber 121 by the first pumping cell 130, and oxygen contained in the exhaust gas introduced into the first measurement chamber 121. The concentration of is kept constant. That is, the NOx detection unit 201 can detect the concentration of oxygen contained in the exhaust gas based on the energization direction and the current value of the first pumping current Ip1. Accordingly, the multi-gas sensor control device 9 does not need to separately install an oxygen sensor that detects the concentration of oxygen contained in the exhaust gas in the urea SCR system 1, and can simplify the configuration of the urea SCR system 1. ..
また、アンモニア検出部202とNOx検出部201が、一体型のマルチガスセンサ8として構成されている。これにより、マルチガスセンサ制御装置9では、アンモニア検出部202とNOx検出部201は、排気ガスの略同一領域における下流アンモニア濃度を検出することができる。すなわち、アンモニア検出部202とNOx検出部201とで、濃度検出を行う排気ガスの領域が異ならないようにすることができる。これにより、マルチガスセンサ制御装置9は、下流アンモニア濃度の算出結果の精度を更に向上させることができる。 Further, the ammonia detecting unit 202 and the NOx detecting unit 201 are configured as an integrated multi-gas sensor 8. As a result, in the multi-gas sensor control device 9, the ammonia detector 202 and the NOx detector 201 can detect the downstream ammonia concentration in the substantially same region of the exhaust gas. That is, it is possible to prevent the ammonia detection unit 202 and the NOx detection unit 201 from having different exhaust gas regions for concentration detection. Thereby, the multi-gas sensor control device 9 can further improve the accuracy of the calculation result of the downstream ammonia concentration.
以上説明した実施形態において、マルチガスセンサ制御装置9は本発明における濃度算出装置、ディーゼルエンジン51は本発明における内燃機関、SCR触媒4は本発明における選択還元触媒、尿素水インジェクタ5は本発明における尿素供給装置、アンモニア検出部202は本発明におけるアンモニアセンサ、NOx検出部201は本発明におけるNOxセンサ、尿素SCRシステム1は本発明における浄化システムである。 In the embodiment described above, the multi-gas sensor control device 9 is the concentration calculation device of the present invention, the diesel engine 51 is the internal combustion engine of the present invention, the SCR catalyst 4 is the selective reduction catalyst of the present invention, and the urea water injector 5 is the urea of the present invention. The supply device, the ammonia detection unit 202 is the ammonia sensor of the present invention, the NOx detection unit 201 is the NOx sensor of the present invention, and the urea SCR system 1 is the purification system of the present invention.
また、S2,S30の処理は本発明における尿素供給制御手段および尿素供給制御手順、S50〜S120の処理は本発明における尿素供給補正手段および尿素供給補正手順、S20の処理は本発明における禁止手段である。 Further, the processing of S2 and S30 is the urea supply control means and the urea supply control procedure of the present invention, the processing of S50 to S120 is the urea supply correction means and the urea supply correction procedure of the present invention, and the processing of S20 is the prohibition means of the present invention. is there.
また、起電力換算アンモニア濃度は本発明における第1換算アンモニア濃度、NOx出力値換算アンモニア濃度は本発明における第2換算アンモニア濃度である。
(第2実施形態)
以下に本発明の第2実施形態を図面とともに説明する。なお第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。
The electromotive force conversion ammonia concentration is the first conversion ammonia concentration in the present invention, and the NOx output value conversion ammonia concentration is the second conversion ammonia concentration in the present invention.
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the second embodiment, parts different from the first embodiment will be described.
第2実施形態の尿素SCRシステム1は、補正係数算出処理が変更された点以外は第1実施形態と同じである。
第2実施形態の補正係数算出処理は、S20の処理の代わりにS25の処理が実行される点以外は第1実施形態と同じである。
The urea SCR system 1 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the correction coefficient calculation process is changed.
The correction coefficient calculation process of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the process of S25 is executed instead of the process of S20.
すなわち、図9に示すように、初回フラグがセットされていない場合に(S12:NO)、S25にて、マルチガスセンサ制御装置9が算出した最新の下流NOx濃度が噴射判定濃度以下であるか否かを判断する。ここで、下流NOx濃度が噴射判定濃度を超えている場合には(S25:NO)、補正係数算出処理を終了する。一方、下流NOx濃度が噴射判定濃度以下である場合には(S25:YES)、S22に移行する。 That is, as shown in FIG. 9, when the initial flag is not set (S12: NO), whether the latest downstream NOx concentration calculated by the multi-gas sensor control device 9 is equal to or lower than the injection determination concentration in S25. To judge. Here, when the downstream NOx concentration exceeds the injection determination concentration (S25: NO), the correction coefficient calculation process ends. On the other hand, when the downstream NOx concentration is equal to or lower than the injection determination concentration (S25:YES), the process proceeds to S22.
このように構成されたマルチガスセンサ制御装置9は、下流NOx濃度が噴射判定濃度を超えている場合に(S25:NO)、第1,2アンモニア補正係数の更新を禁止することにより、下流アンモニア濃度の算出結果の補正を禁止する(S25)。これにより、マルチガスセンサ制御装置9は、フューエルカット状態であっても排気ガスにNOxが多く含まれている状況におけるNOxセンサの検出結果に基づいて下流アンモニア濃度の算出結果を補正するのを回避することができ、下流アンモニア濃度の算出結果の精度を更に向上させることができる。 When the downstream NOx concentration exceeds the injection determination concentration (S25: NO), the multi-gas sensor control device 9 configured in this way prohibits the first and second ammonia correction coefficients from being updated, thereby reducing the downstream ammonia concentration. The correction of the calculation result of is prohibited (S25). Thereby, the multi-gas sensor control device 9 avoids correcting the calculation result of the downstream ammonia concentration based on the detection result of the NOx sensor in a situation where the exhaust gas contains a large amount of NOx even in the fuel cut state. Therefore, the accuracy of the calculation result of the downstream ammonia concentration can be further improved.
以上説明した実施形態において、S25の処理は本発明における禁止手段である。
(第3実施形態)
以下に本発明の第3実施形態を図面とともに説明する。なお第3実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。
In the embodiment described above, the processing of S25 is the prohibition means in the present invention.
(Third Embodiment)
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the third embodiment, parts different from the first embodiment will be described.
第3実施形態の尿素SCRシステム1は、濃度算出処理が変更された点以外は第1実施形態と同じである。
第3実施形態の濃度算出処理は、S3の処理が追加される点以外は第1実施形態と同じである。
The urea SCR system 1 of the third embodiment is the same as that of the first embodiment except that the concentration calculation process is changed.
The density calculation process of the third embodiment is the same as the first embodiment except that the process of S3 is added.
すなわち、図10に示すように、S2の処理が終了すると、S3にて、エンジン回転数が予め設定された開始判定回転数以上であるか否かを判断する。ここで、エンジン回転数が開始判定回転数未満である場合には(S3:NO)、S8に移行する。一方、エンジン回転数が開始判定回転数以上である場合には(S5:YES)、S4に移行する。 That is, as shown in FIG. 10, when the process of S2 ends, it is determined in S3 whether or not the engine speed is equal to or higher than a preset start determination speed. If the engine speed is less than the start determination speed (S3: NO), the process proceeds to S8. On the other hand, when the engine speed is equal to or higher than the start determination speed (S5: YES), the process proceeds to S4.
また、S8の処理が終了すると、S3に移行する。
このように構成されたマルチガスセンサ制御装置9は、排気管52内における排気ガスの流速が所定値以上である場合に、第1,2アンモニア補正係数の算出を行うようにすることができる。これにより、マルチガスセンサ制御装置9は、排気ガスの流速が小さい場合において上流NOxセンサ6内に導入されたアンモニアガスが上流NOxセンサ6の熱で燃焼してしまい、上流NOxセンサ6によるアンモニア濃度の検出精度が低下するのを回避することができる。
When the process of S8 ends, the process proceeds to S3.
The multi-gas sensor control device 9 configured as described above can calculate the first and second ammonia correction coefficients when the flow velocity of the exhaust gas in the exhaust pipe 52 is equal to or higher than a predetermined value. As a result, the multi-gas sensor control device 9 burns the ammonia gas introduced into the upstream NOx sensor 6 with the heat of the upstream NOx sensor 6 when the flow velocity of the exhaust gas is small, and the ammonia concentration of the upstream NOx sensor 6 is reduced. It is possible to prevent the detection accuracy from decreasing.
(第4実施形態)
以下に本発明の第4実施形態を図面とともに説明する。
第4実施形態の浄化システム301は、図11に示すように、酸化触媒2と尿素水インジェクタ5が省略された点と、NOx吸蔵還元触媒302(以下、NSR触媒302)が追加された点が第1実施形態と異なる。
(Fourth Embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 11, the purification system 301 of the fourth embodiment is that the oxidation catalyst 2 and the urea water injector 5 are omitted, and that the NOx storage reduction catalyst 302 (hereinafter, NSR catalyst 302) is added. Different from the first embodiment.
NSR触媒302は、排気管52におけるディーゼルエンジン51とDPF3との間に設置される。NSR触媒302は、排気管52内の排気ガスが、理論空燃比よりも燃料が希薄なリーン状態である場合に、排気ガス中のNOxを吸蔵する。そして、排気管52内の排気ガスが、理論空燃比よりも燃料が過剰なリッチ状態である場合に、NSR触媒302に吸蔵されているNOxが排気ガス中のHC,CO等により還元されて窒素となり、NSR触媒302から窒素が排出される。 The NSR catalyst 302 is installed in the exhaust pipe 52 between the diesel engine 51 and the DPF 3. The NSR catalyst 302 stores NOx in the exhaust gas when the exhaust gas in the exhaust pipe 52 is in a lean state in which the fuel is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Then, when the exhaust gas in the exhaust pipe 52 is in a rich state in which the fuel is in excess of the stoichiometric air-fuel ratio, the NOx stored in the NSR catalyst 302 is reduced by HC, CO, etc. in the exhaust gas to generate nitrogen. And nitrogen is discharged from the NSR catalyst 302.
排気ガスがリッチ状態である場合には、NSR触媒302においてアンモニアも生成される。例えば、以下の反応式(1),(2)に示すように、COおよびH2OによりNOが還元されることで、アンモニアが生成される。 When the exhaust gas is in a rich state, ammonia is also generated in the NSR catalyst 302. For example, as shown in the following reaction formulas (1) and (2), ammonia is generated by reducing NO with CO and H 2 O.
CO+H2O → H2+CO2 ・・・(1)
2NO+3H2+2CO → 2NH3+2CO2 ・・・(2)
また、第4実施形態の浄化システム301は、補正係数算出処理が変更された点が第1実施形態と異なる。
CO+H 2 O → H 2 +CO 2 (1)
2NO+3H 2 +2CO → 2NH 3 +2CO 2 (2)
Further, the purification system 301 of the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the correction coefficient calculation process is changed.
第4実施形態の補正係数算出処理は、S30,S40,S140の処理が省略された点と、S35の処理が追加された点以外は第1実施形態と同じである。
すなわち、図12に示すように、S22の処理が終了すると、S35にて、補正用アンモニア生成命令を浄化制御装置10へ送信し、S50に移行する。そして浄化制御装置10は、補正用アンモニア生成命令をエンジンECU53へ送信するように構成されている。これにより、エンジンECU53は、リッチスパイク制御を実行する。リッチスパイク制御は、空燃比を一時的にリッチにした状態でディーゼルエンジン51を作動させる制御である。リッチスパイク制御が実行されることにより、未燃成分を大量に含み酸素が欠乏したリッチガスがディーゼルエンジン51から排出される。これにより、NSR触媒302においてアンモニアが生成される。
The correction coefficient calculation process of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment except that the processes of S30, S40, and S140 are omitted and the process of S35 is added.
That is, as shown in FIG. 12, when the process of S22 ends, in S35, a correction ammonia generation command is transmitted to the purification control device 10, and the process proceeds to S50. Then, the purification control device 10 is configured to send a correction ammonia generation command to the engine ECU 53. As a result, the engine ECU 53 executes rich spike control. The rich spike control is a control for operating the diesel engine 51 with the air-fuel ratio temporarily made rich. By executing the rich spike control, the rich gas containing a large amount of unburned components and lacking oxygen is discharged from the diesel engine 51. As a result, ammonia is produced in the NSR catalyst 302.
またS132の処理が終了すると、補正係数算出処理を終了する。
このように構成されたマルチガスセンサ制御装置9は、SCR触媒4と、NSR触媒302と、アンモニア検出部202と、NOx検出部201とを備える浄化システム301において、アンモニア検出部202の検出結果に基づいて下流アンモニア濃度を算出する。
When the process of S132 ends, the correction coefficient calculation process ends.
The multi-gas sensor control device 9 configured as above is based on the detection result of the ammonia detection unit 202 in the purification system 301 including the SCR catalyst 4, the NSR catalyst 302, the ammonia detection unit 202, and the NOx detection unit 201. Then, the downstream ammonia concentration is calculated.
そしてマルチガスセンサ制御装置9は、ディーゼルエンジン51への燃料供給が停止されているフューエルカット状態である場合に、SCR触媒4へアンモニアを供給するようにNSR触媒302を制御する(S10,S35)。 Then, the multi-gas sensor control device 9 controls the NSR catalyst 302 so as to supply ammonia to the SCR catalyst 4 in the fuel cut state where the fuel supply to the diesel engine 51 is stopped (S10, S35).
またマルチガスセンサ制御装置9は、マルチガスセンサ制御装置9によるNSR触媒302の制御によりSCR触媒4へアンモニアが供給された後におけるNOx検出部201の検出結果と、排気ガスに含まれる酸素の濃度とに基づいて、第1,2アンモニア補正係数を更新することにより、下流アンモニア濃度の算出結果を補正する(S50〜S120)。 Further, the multi-gas sensor control device 9 determines the detection result of the NOx detection unit 201 after the ammonia is supplied to the SCR catalyst 4 by the control of the NSR catalyst 302 by the multi-gas sensor control device 9 and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas. Based on this, the calculation result of the downstream ammonia concentration is corrected by updating the first and second ammonia correction coefficients (S50 to S120).
このようにマルチガスセンサ制御装置9は、フューエルカット状態である場合にNSR触媒302にアンモニアを供給させる。このため、マルチガスセンサ制御装置9は、第1実施形態と同様に、下流アンモニア濃度の算出結果の安定性を確保することができる。 In this way, the multi-gas sensor control device 9 causes the NSR catalyst 302 to supply ammonia in the fuel cut state. Therefore, the multi-gas sensor control device 9 can secure the stability of the calculation result of the downstream ammonia concentration, as in the first embodiment.
以上説明した実施形態において、NSR触媒302は本発明におけるアンモニア供給部、S10,S35の処理は本発明におけるアンモニア供給制御手段およびアンモニア供給制御手順、S50〜S120の処理は本発明におけるアンモニア供給補正手段およびアンモニア供給補正手順である。 In the embodiment described above, the NSR catalyst 302 is the ammonia supply unit in the present invention, the processing of S10 and S35 is the ammonia supply control means and the ammonia supply control procedure in the present invention, and the processing of S50 to S120 is the ammonia supply correction means in the present invention. And the ammonia supply correction procedure.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、NOxセンサ制御装置7、マルチガスセンサ制御装置9および浄化制御装置10を備えるものを示した。しかし、制御装置7,9,10の代わりに、制御装置7,9,10の機能を備えた一体型の制御装置を備えるようにしてもよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various forms can be adopted as long as they are within the technical scope of the present invention.
For example, in the above embodiment, the NOx sensor control device 7, the multi-gas sensor control device 9, and the purification control device 10 are shown. However, instead of the control devices 7, 9 and 10, an integrated control device having the functions of the control devices 7, 9 and 10 may be provided.
また上記実施形態では、2つの下流NOx出力値を用いて、第1,2アンモニア補正係数を算出するものを示したが、3つ以上の下流NOx出力値を用いるようにしてもよい。
また上記実施形態では、フューエルカット状態であり且つ上流NOx濃度が噴射判定濃度以下である場合に、第1,2アンモニア補正係数を算出するものを示した。しかし、フューエルカット状態になってから一定時間経過した後に、第1,2アンモニア補正係数を算出するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the first and second ammonia correction coefficients are calculated using two downstream NOx output values, but three or more downstream NOx output values may be used.
In the above embodiment, the first and second ammonia correction coefficients are calculated when the fuel cut state is set and the upstream NOx concentration is equal to or lower than the injection determination concentration. However, the first and second ammonia correction coefficients may be calculated after a certain time has elapsed since the fuel cut state was entered.
1…尿素SCRシステム1、4…SCR触媒、5…尿素水インジェクタ、6…上流NOxセンサ、7…NOxセンサ制御装置、8…マルチガスセンサ、9…マルチガスセンサ制御装置、10…浄化制御装置、201…NOx検出部、202…アンモニア検出部、301…浄化システム、302…NSR触媒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Urea SCR system 1, 4... SCR catalyst, 5... Urea water injector, 6... Upstream NOx sensor, 7... NOx sensor control device, 8... Multi gas sensor, 9... Multi gas sensor control device, 10... Purification control device, 201 ...NOx detection unit, 202...Ammonia detection unit, 301...Purification system, 302...NSR catalyst
Claims (5)
前記内燃機関への燃料供給が停止されているフューエルカット状態である場合に、前記選択還元触媒へ尿素を供給するように前記尿素供給装置を制御する尿素供給制御手段と、
前記尿素供給制御手段による前記尿素供給装置の制御により前記選択還元触媒へ尿素が供給された後における前記NOxセンサの検出結果と、前記選択還元触媒から排出される前記排気ガスに含まれる酸素の濃度とに基づいて、前記下流アンモニア濃度の算出結果を補正する尿素供給補正手段とを備え、
前記濃度算出装置は、前記アンモニアセンサの検出結果と前記排気ガスに含まれる酸素の濃度との対応関係を示す関係式を用いて算出された第1換算アンモニア濃度と、前記NOxセンサの検出結果と前記排気ガスに含まれる酸素の濃度とから求められた第2換算アンモニア濃度との対応関係を示すアンモニア濃度補正式を用いて、前記アンモニアセンサの検出結果をアンモニア濃度に変換することにより、前記下流アンモニア濃度を算出するように構成され、
前記尿素供給補正手段は、前記アンモニア濃度補正式を更新することにより、前記下流アンモニア濃度の算出結果を補正する
ことを特徴とする濃度算出装置。 A selective reduction catalyst installed in an exhaust pipe of the internal combustion engine to purify NOx contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine; and a urea supply device for supplying urea to the selective reduction catalyst as a reducing agent. An ammonia sensor that detects a downstream ammonia concentration that is a concentration of ammonia contained in the exhaust gas discharged from the selective reduction catalyst, and a downstream NOx concentration that is a concentration of NOx contained in the exhaust gas discharged from the selective reduction catalyst. In a purification system including a NOx sensor for detecting, a concentration calculation device for calculating the downstream ammonia concentration based on a detection result of the ammonia sensor,
In a fuel cut state where fuel supply to the internal combustion engine is stopped, urea supply control means for controlling the urea supply device to supply urea to the selective reduction catalyst,
The detection result of the NOx sensor after urea is supplied to the selective reduction catalyst by the control of the urea supply device by the urea supply control unit, and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas discharged from the selective reduction catalyst. And a urea supply correction means for correcting the calculation result of the downstream ammonia concentration ,
The concentration calculating device calculates a first converted ammonia concentration using a relational expression indicating a correspondence relationship between a detection result of the ammonia sensor and a concentration of oxygen contained in the exhaust gas, and a detection result of the NOx sensor. By converting the detection result of the ammonia sensor into an ammonia concentration by using an ammonia concentration correction formula showing the correspondence relationship between the concentration of oxygen contained in the exhaust gas and the second converted ammonia concentration, the downstream Configured to calculate the ammonia concentration,
The concentration calculation device, wherein the urea supply correction means corrects the calculation result of the downstream ammonia concentration by updating the ammonia concentration correction formula .
ことを特徴とする請求項1に記載の濃度算出装置。 Claims wherein when the concentration of NOx contained in the exhaust gas exceeds a preset prohibition determination concentration, characterized in that it comprises a prohibiting means for prohibiting the updating by the ammonia concentration correction equation the urea feed correction means Item 2. The concentration calculation device according to item 1 .
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の濃度算出装置。 The NOx sensor, the concentration calculating apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized in that a limiting current type gas sensor.
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の濃度算出装置。 The concentration calculation device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the ammonia sensor and the NOx sensor are configured as an integrated gas sensor.
前記内燃機関への燃料供給が停止されているフューエルカット状態である場合に、前記選択還元触媒へ尿素を供給するように前記尿素供給装置を制御する尿素供給制御手順と、
前記尿素供給制御手順による前記尿素供給装置の制御により前記選択還元触媒へ尿素が供給された後における前記NOxセンサの検出結果と、前記選択還元触媒から排出される前記排気ガスに含まれる酸素の濃度とに基づいて、前記下流アンモニア濃度の算出結果を補正する尿素供給補正手順とを備え、
前記濃度算出方法は、前記アンモニアセンサの検出結果と前記排気ガスに含まれる酸素の濃度との対応関係を示す関係式を用いて算出された第1換算アンモニア濃度と、前記NOxセンサの検出結果と前記排気ガスに含まれる酸素の濃度とから求められた第2換算アンモニア濃度との対応関係を示すアンモニア濃度補正式を用いて、前記アンモニアセンサの検出結果をアンモニア濃度に変換することにより、前記下流アンモニア濃度を算出し、
前記尿素供給補正手順は、前記アンモニア濃度補正式を更新することにより、前記下流アンモニア濃度の算出結果を補正する
ことを特徴とする濃度算出方法。 A selective reduction catalyst installed in an exhaust pipe of the internal combustion engine to purify NOx contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine; and a urea supply device for supplying urea to the selective reduction catalyst as a reducing agent. An ammonia sensor that detects a downstream ammonia concentration that is a concentration of ammonia contained in the exhaust gas discharged from the selective reduction catalyst, and a downstream NOx concentration that is a concentration of NOx contained in the exhaust gas discharged from the selective reduction catalyst. In a purification system including a NOx sensor for detecting, a concentration calculation method for calculating the downstream ammonia concentration based on a detection result of the ammonia sensor,
In a fuel cut state in which fuel supply to the internal combustion engine is stopped, a urea supply control procedure for controlling the urea supply device to supply urea to the selective reduction catalyst,
The detection result of the NOx sensor after urea is supplied to the selective reduction catalyst by the control of the urea supply device according to the urea supply control procedure, and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas discharged from the selective reduction catalyst. based on the bets, and a urea supply correction procedure for correcting the calculation result of the downstream ammonia concentration,
The concentration calculating method includes a first converted ammonia concentration calculated using a relational expression indicating a correspondence relationship between a detection result of the ammonia sensor and a concentration of oxygen contained in the exhaust gas, and a detection result of the NOx sensor. By converting the detection result of the ammonia sensor into an ammonia concentration by using an ammonia concentration correction formula showing the correspondence relationship between the concentration of oxygen contained in the exhaust gas and the second converted ammonia concentration, the downstream Calculate the ammonia concentration,
The concentration calculation method, wherein the urea supply correction procedure corrects the calculation result of the downstream ammonia concentration by updating the ammonia concentration correction formula .
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