JP6783629B2 - センサ制御装置、内燃機関制御システムおよび内燃機関制御装置 - Google Patents
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Description
アンモニアセンサによる検出結果に応じて変動するアンモニア検出信号は、例えば、アンモニアセンサを制御するセンサ制御装置から出力される。また、アンモニア検出信号は、例えば、内燃機関制御装置による内燃機関の制御で利用される。内燃機関制御システムは、内燃機関制御装置と、アンモニアセンサと、センサ制御装置と、を備えて構成されている。
なお、利用停止の対象である「アンモニアセンサによる検出結果」は、例えば、アンモニアの濃度に応じてアンモニアセンサに生じる起電力(検出結果)そのものであってもよいし、あるいは、検出結果に応じて変化する情報(例えば、アンモニア信号)であってもよい。アンモニア検出信号は、アンモニアセンサから出力されるアナログ信号そのものに限られることはなく、アンモニアセンサによる検出結果に応じて変化する信号であれば任意の信号を含む概念である。例えば、アナログ信号を増幅して得られる増幅アナログ信号や、アナログ信号を周波数特性に基づいてフィルタリング処理して得られる特定周波数領域の信号や、アナログ信号をD/A変換して得られるデジタル信号などが挙げられる。
次に、本開示のセンサ制御装置においては、利用停止部は、検出結果の利用停止状態の開始時点から所定の利用停止期間が経過すると、検出結果の利用停止状態を終了する構成であってもよい。
可燃性ガス判断部は、第1検出部から出力される第1濃度信号と、第2検出部から出力される第2濃度信号とに基づいて、排気ガスに可燃性ガスが含まれているか否かを判断するように構成されている。
第1算出部は、第1検出部から出力される第1濃度信号に基づいて、排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を第1算出濃度として算出するように構成されている。第2算出部は、第2検出部から出力される第2濃度信号に基づいて、特定ガスの濃度を第2算出濃度として算出するように構成されている。
次に、本開示の他の一態様は、内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置であって、アンモニア検出信号受信部と、状態判定部と、利用停止部と、を備える。
なお、上述のセンサ制御装置の場合と同様に、利用停止の対象である「アンモニアセンサによる検出結果」は、例えば、アンモニアの濃度に応じてアンモニアセンサに生じる起電力(検出結果)そのものであってもよいし、あるいは、検出結果に応じて変化する情報(例えば、アンモニア信号)であってもよい。アンモニア検出信号は、アンモニアセンサから出力されるアナログ信号そのものに限られることはなく、アンモニアセンサによる検出結果に応じて変化する信号であれば任意の信号を含む概念である。
つまり、リッチスパイク制御状態になると排気ガスに可燃性ガスが含まれることがあり、この可燃性ガスはアンモニアセンサが反応するガスである。このため、リッチスパイク制御状態は、アンモニアセンサが反応する特定ガスが排気ガスに含まれうる特定状態の一例となる。
可燃性ガス判断部は、第1検出部から出力される第1濃度信号と、第2検出部から出力される第2濃度信号とに基づいて、排気ガスに可燃性ガスが含まれているか否かを判断するように構成されている。
第1算出部は、第1検出部から出力される第1濃度信号に基づいて、排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を第1算出濃度として算出するように構成されている。第2算出部は、第2検出部から出力される第2濃度信号に基づいて、特定ガスの濃度を第2算出濃度として算出するように構成されている。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら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り得ることはいうまでもない。
[1−1.全体構成]
第1実施形態として、自動車などの内燃機関(ディーゼルエンジンなど)に備えられて、内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御システム300について説明する。内燃機関制御システム300は、NOxおよびアンモニアを検出するセンサとして、図1に示すマルチガスセンサ2を備えている。
ガス検出装置1は、例えば、車両に搭載され、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化するNOx吸蔵還元触媒を備えたシステムに用いられるものである。NOx吸蔵還元触媒は、排気ガスの空燃比がリーンのときに窒素酸化物を吸蔵し、空燃比がリッチになったときに吸蔵した窒素酸化物を還元して放出する特性を有する。より具体的には、ガス検出装置1は、NOx吸蔵還元触媒の下流側における排気ガスに含まれるアンモニア、二酸化窒素および窒素酸化物の濃度を検出する。以下、ガス検出装置を搭載する車両を自車両という。アンモニア、二酸化窒素および窒素酸化物をそれぞれ、NH3、NO2およびNOxともいう。
[1−2.マルチガスセンサ]
マルチガスセンサ2は、図1に示すように、センサ素子部5と、主体金具10と、セパレータ34と、接続端子38とを備える。なお、以下の説明では、マルチガスセンサ2のセンサ素子部5が配置されている側(すなわち、図1の下側)を先端側、接続端子38が配置されている側(すなわち、図1の上側)を後端側という。
主体金具10の貫通孔12の内部には、先端側から後端側に向かって順に、センサ素子部5の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ14と、粉末充填層である滑石リング15,16と、セラミックスリーブ17とが積層されている。
セパレータ34と外筒31との間には、筒状に形成された金属製の保持部材37が配置されている。保持部材37は、セパレータ34の鍔部36と接触するとともに外筒31の内面と接触することにより、セパレータ34を外筒31に対して固定した状態で保持する。
ガス検出装置1のセンサ制御部3は、図2に示すように、自車両に搭載された内燃機関制御装置200と電気的に接続されている。内燃機関制御装置200は、センサ制御部3で算出された排気ガス中のNO2濃度、NOx濃度およびアンモニア濃度(以下、NH3濃度)を示すデータを受信し、受信データに基づいて内燃機関の運転状態の制御処理を実行したり、触媒に蓄積されたNOxの浄化処理(以下、NOx浄化処理ともいう)を実行したりする。
NOx浄化処理は、内燃機関の排気管内に一時的に燃料を噴射することでリッチスパイク制御状態とし、触媒を還元雰囲気に晒すことで触媒に蓄積されたNOxを還元する処理である。内燃機関制御装置200(詳細には、信号入出力部204)は、NOx浄化処理の実行時(換言すれば、内燃機関の運転状態がリッチスパイク制御状態であるとき)には、ガス検出装置1に対してリッチスパイク信号Srを送信する。これにより、ガス検出装置1は、リッチスパイク信号Srの受信中であるか否かに基づいて、内燃機関の運転状態がリッチスパイク制御状態であるか否かを判定できる。
センサ素子部5は、NOx検出部101と、第1アンモニア検出部102と、第2アンモニア検出部103を備える。なお、第2アンモニア検出部103は、図2には示されておらず、図3に示されている。第1アンモニア検出部102および第2アンモニア検出部103は、NOx検出部101の長手方向(すなわち、図2の左右方向)における基準電極143と略同位置において、NOx検出部101の幅方向(すなわち、図2の奥行き方向)における位置が互いに異なるように並列に配置されている。このため、図2では、第1アンモニア検出部102と第2アンモニア検出部103のうち、第1アンモニア検出部102のみを示している。
固体電解質層131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。第1測定室121と接触する領域における一部分のセラミック層114が除去され、セラミック層114の代わりに固体電解質層131が埋め込まれている。
固体電解質層141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。固体電解質層131よりも後端側(すなわち、図2の右側)の領域における一部分のセラミック層116が除去され、セラミック層116の代わりに固体電解質層141が埋め込まれている。
固体電解質層151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。基準酸素室146および第2測定室148と接触する領域とその周辺の領域のセラミック層118が除去され、セラミック層118の代わりに固体電解質層151が埋め込まれている。
図2に示すように、センサ制御部3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)を備える。
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(すなわち、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。
=(eA−c)*(jB−h−fA+d)/(eA−c−iB+g)+fA−d
補正式(2):y=F’(A,B,D)
=(jB−h−fA+d)/(eA−c−iB+g)
補正式(3):z=C−ax+by
ここで、xはアンモニア濃度であり、yはNO2濃度であり、zはNOx濃度である。また、Aは第1アンモニア濃度出力であり、Bは第2アンモニア濃度出力であり、CはNOx濃度出力であり、Dは酸素濃度である。そして、式(1)のFは、xが(A,B,D)の関数であることを表し、式(2)のF’は、yが(A,B,D)の関数であることを表す。さらに、a,bは補正係数であり、c,d,e,f,g,h,i,jは酸素濃度Dを用いて計算される係数(すなわち、Dによって決まる係数)である。
そして、センサ制御部3のマイコン190は、ガス濃度算出処理と信号利用停止判定処理を実行する。ガス濃度算出処理と信号利用停止判定処理は、ヒータ160に電力が供給されることによりヒータ160が発熱してセンサ素子部5が活性化温度になった後に、予め設定された実行周期が経過する毎に実行される処理である。本実施形態では、実行周期は50msである。
ガス濃度算出処理が実行されると、マイコン190のCPU191は、図4に示すように、まずS10にて、第1ポンピング電流Ip1、第2ポンピング電流Ip2、第1アンモニア起電力および第2アンモニア起電力の検出結果を制御回路180から取得し、上述の演算により、アンモニア濃度、NO2濃度およびNOx濃度出力を算出する。そしてS10では、アンモニア濃度の算出結果を、RAM193に設けられている算出アンモニア濃度C_NH3_CALに格納する。またS10では、NO2濃度の算出結果を、RAM193に設けられている算出NO2濃度C_NO2_CALに格納する。またS10では、NOx濃度出力の算出結果を、RAM193に設けられている算出NOx濃度出力Co_NOx_CALに格納する。
ΔCo_NOx= Co_NOx_CAL − Co_NOx_4 ・・・(2)
なお、アンモニア濃度C_NH3は、算出アンモニア濃度C_NH3_CALが算出される前における最新のアンモニア濃度を示す。
1周期前NOx濃度出力Co_NOx_1は、NOx濃度出力Co_NOxよりも1実行周期前(すなわち、50ms前)に算出されたNOx濃度出力を示す。2周期前NOx濃度出力Co_NOx_2は、NOx濃度出力Co_NOxよりも2実行周期前(すなわち、100ms前)に算出されたNOx濃度出力を示す。3周期前NOx濃度出力Co_NOx_3は、NOx濃度出力Co_NOxよりも3実行周期前(すなわち、150ms前)に算出されたNOx濃度出力を示す。
センサ制御部3のマイコン190は、このようにしてガス濃度算出処理を実行することで得られたNO2濃度、NOx濃度、アンモニア濃度を、それぞれNO2濃度信号Sg1、NOx濃度信号Sg2、アンモニア濃度信号Sg3として、内燃機関制御装置200に対して送信する。
信号利用停止判定処理が実行されると、マイコン190のCPU191は、図5に示すように、まずS110にて、信号利用停止フラグFsaがセットされているか否かを判断する。ここで、信号利用停止フラグFsaがセットされていない場合には、S120にて、リッチスパイク信号Srの受信中であるか否かを判断する。
図6は、上記の信号利用停止判定処理を適用した場合の効果を説明するグラフである。
図6のグラフG1は、排気ガスに含まれる一酸化炭素の濃度の時間変化を示す。図6のグラフG2は、排気ガスに含まれるアンモニアの濃度の時間変化を示す。図6のグラフG3は、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度の時間変化を示す。なお、グラフG1,G2,G3は、フーリエ変換赤外分光装置で測定された測定結果を示す。
以上説明したように、本実施形態の内燃機関制御システム300に備えられるガス検出装置1のセンサ制御部3は、内燃機関の排気ガス中のアンモニアを検出する第1アンモニア検出部102および第2アンモニア検出部103を制御して、第1アンモニア検出部102および第2アンモニア検出部103による検出結果に応じたアンモニア濃度信号Sg3を内燃機関制御装置200に対して出力する。
ここで、文言の対応関係について説明する。
センサ制御部3がセンサ制御装置に相当し、内燃機関制御装置200が外部機器に相当し、第1アンモニア検出部102および第2アンモニア検出部103がアンモニアセンサに相当するとともに第1検出部に相当し、NOx検出部101が第2検出部に相当し、アンモニア検出信号Saまたはアンモニア濃度信号Sg3がアンモニア検出信号に相当する。
第2実施形態として、第1実施形態における信号利用停止判定処理に代えて、第2信号利用停止判定処理を実行するガス検出装置(詳細には、センサ制御部)を備える内燃機関制御システムについて説明する。なお、第2実施形態の内燃機関制御システムは、ガス検出装置と内燃機関制御装置(ECU)とを備えて構成されており、第1実施形態と比べてハードウェア構成は同様であり、以下の説明では、第1実施形態とは異なる点を中心に説明する。
[3.第3実施形態]
第3実施形態として、ガス検出装置1(センサ制御部3)ではなく、内燃機関制御装置200(詳細には、マイコン205)において信号利用停止判定処理を実行する形態の内燃機関制御システム300について説明する。
以上、本発明の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、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
Claims (11)
- 内燃機関の排気ガス中のアンモニアを検出するアンモニアセンサを制御して、前記アンモニアセンサによる検出結果および当該検出結果に応じたアンモニア検出信号のうち少なくとも1つを外部機器に対して出力するセンサ制御装置であって、
アンモニア以外のガスであって前記アンモニアセンサが反応する特定ガスが前記排気ガスに含まれうる特定状態であることを示す特定状態信号を受信したか否かを判定する信号受信判定部と、
前記特定状態信号を受信したと前記信号受信判定部が判定した場合に、当該判定後に検出された前記検出結果のうち少なくとも一部を利用することを停止する利用停止部と、
を備えるセンサ制御装置。 - 前記利用停止部は、前記信号受信判定部での前記特定状態信号の受信判定時よりも遅い停止開始時点で、前記検出結果の利用停止状態を開始する、
請求項1に記載のセンサ制御装置。 - 前記利用停止部は、前記検出結果の利用停止状態の開始時点から所定の利用停止期間が経過すると、前記検出結果の利用停止状態を終了する、
請求項1または請求項2に記載のセンサ制御装置。 - 前記特定状態信号は、前記内燃機関の排気管内に一時的に燃料を噴射するリッチスパイク制御状態であることを表すリッチスパイク信号である、
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のセンサ制御装置。 - 前記アンモニアセンサは、第1検出部として備えられるとともに、前記検出結果として、前記排気ガスに含まれるアンモニアおよび可燃性ガスの両方の濃度に応じて値が変化する第1濃度信号を出力するように構成され、
当該センサ制御装置は、
前記排気ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じて値が変化する第2濃度信号を出力する第2検出部と、
前記第1検出部から出力される前記第1濃度信号と、前記第2検出部から出力される前記第2濃度信号とに基づいて、前記排気ガスに前記可燃性ガスが含まれているか否かを判断するように構成された可燃性ガス判断部と、
を備え、
前記利用停止部は、前記特定状態信号を受信したと前記信号受信判定部が判定し、かつ、前記排気ガスに前記可燃性ガスが含まれていると前記可燃性ガス判断部が判断した場合に、当該判定後に検出された前記検出結果のうち少なくとも一部を利用することを停止する、
請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載のセンサ制御装置。 - 内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置と、
前記内燃機関の排気ガス中のアンモニアを検出するアンモニアセンサと、
請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載のセンサ制御装置と、
を備える内燃機関制御システム。 - 内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置であって、
前記内燃機関の排気ガス中のアンモニアを検出するアンモニアセンサによる検出結果および当該検出結果に応じたアンモニア検出信号のうち少なくとも1つを受信するアンモニア検出信号受信部と、
アンモニア以外のガスであって前記アンモニアセンサが反応する特定ガスが前記排気ガスに含まれうる特定状態であるか否かを判定する状態判定部と、
前記特定状態であると前記状態判定部が判定した場合に、当該判定後に受信した前記検出結果および前記アンモニア検出信号のうち少なくとも一部を利用することを停止する利用停止部と、
を備え、
前記状態判定部は、前記特定状態であることを示す特定状態信号を送信するように構成されるとともに、前記特定状態信号を送信したか否かによって、前記特定状態であるか否かを判定する、
内燃機関制御装置。 - 前記利用停止部は、前記状態判定部での前記特定状態であるとの判定時よりも遅い停止開始時点で、前記検出結果および前記アンモニア検出信号のうち少なくとも一部の利用停止状態を開始する、
請求項7に記載の内燃機関制御装置。 - 前記利用停止部は、前記検出結果および前記アンモニア検出信号のうち少なくとも一部の利用停止状態の開始時点から所定の利用停止期間が経過すると、前記検出結果および前記アンモニア検出信号のうち少なくとも一部の利用停止状態を終了する、
請求項7または請求項8に記載の内燃機関制御装置。 - 前記特定状態は、前記内燃機関の排気管内に一時的に燃料を噴射するリッチスパイク制御状態である、
請求項7から請求項9のうちいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。 - 前記アンモニアセンサは、第1検出部として備えられるとともに、前記検出結果として、前記排気ガスに含まれるアンモニアおよび可燃性ガスの両方の濃度に応じて値が変化する第1濃度信号を出力するように構成され、
当該内燃機関制御装置は、
前記排気ガスに含まれるアンモニアの濃度に応じて値が変化する第2濃度信号を出力する第2検出部と、
前記第1検出部から出力される前記第1濃度信号と、前記第2検出部から出力される前記第2濃度信号とに基づいて、前記排気ガスに前記可燃性ガスが含まれているか否かを判断するように構成された可燃性ガス判断部と、
を備え、
前記利用停止部は、前記特定状態であると前記状態判定部が判定し、かつ、前記排気ガスに前記可燃性ガスが含まれていると前記可燃性ガス判断部が判断した場合に、当該判定後に検出された前記検出結果および前記アンモニア検出信号のうち少なくとも一部を利用することを停止する、
請求項7から請求項10のうちいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。
Priority Applications (3)
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