WO2010032641A1 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

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村瀬　直
昭先 植松
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification device, and more specifically, a NOx sensor for electrochemically detecting the concentration of NOx gas in exhaust gas of an internal combustion engine, and a device for detoxifying the NOx gas.
  • the present invention relates to an exhaust gas purification device provided.
  • Patent Document 1 discloses a gas concentration measurement system in which a gas sensor for detecting a predetermined gas concentration downstream of an engine is arranged.
  • This gas sensor is a NOx sensor provided with an oxygen ion pump cell, and the NOx gas concentration in the exhaust gas can be detected by measuring a current signal flowing when oxygen is pumped out by the oxygen ion pump cell.
  • the current signal is offset by the oxygen content generated by the electrolysis of the water. For this reason, the exact NOx gas concentration in exhaust gas cannot be detected. Therefore, in the gas concentration measurement system of Patent Document 1, the moisture amount estimated from the engine operating conditions is corrected for this current signal. By doing so, it is possible to accurately measure the NOx gas concentration in the exhaust gas.
  • an exhaust gas treatment that includes a urea selective reduction type catalyst in the exhaust gas passage of the internal combustion engine and can purify NOx in the exhaust gas by adding urea water from a urea addition valve arranged upstream of the catalyst.
  • the device is known.
  • This exhaust gas treatment device includes a NOx sensor as in the system of Patent Document 1. Therefore, it is preferable that the NOx concentration of such an exhaust gas treatment device can also be accurately measured.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an exhaust gas purifying apparatus capable of accurately measuring NOx concentration even when urea water is added from a urea addition valve. Objective.
  • a first invention is an exhaust gas purification apparatus, A catalyst disposed in the exhaust gas passage of the internal combustion engine and capable of purifying the exhaust gas; A urea addition valve disposed upstream of the catalyst and for adding urea water to the exhaust gas passage; A downstream NOx sensor disposed downstream of the catalyst and emitting an output in accordance with the NOx concentration on the downstream side of the catalyst; Downstream NOx sensor correction means for performing correction to exclude urea water amount derived from the urea water from the output of the downstream NOx sensor; It is characterized by providing.
  • the second invention is the first invention, wherein Upstream NOx concentration acquisition means for acquiring the NOx concentration on the upstream side of the catalyst; An addition amount determining means for determining an addition amount of the urea water according to the upstream NOx concentration; It is characterized by providing.
  • the third invention is the second invention, wherein
  • the upstream NOx concentration acquisition means is an upstream NOx sensor that is arranged upstream of the urea addition valve and emits an output corresponding to the NOx concentration on the upstream side of the urea addition valve,
  • An exhaust gas moisture content obtaining means for obtaining an exhaust gas moisture content derived from exhaust gas upstream of the urea addition valve;
  • Upstream NOx sensor correction means for performing correction to exclude the exhaust gas moisture content from the output of the upstream NOx sensor; With The addition amount determination means determines the addition amount of the urea water according to the corrected output of the upstream NOx sensor.
  • the fourth invention is the first to third invention, An exhaust gas moisture content obtaining means for obtaining an exhaust gas moisture content derived from exhaust gas upstream of the urea addition valve; Downstream NOx sensor second correction means for performing correction to exclude the exhaust gas moisture content from the output of the downstream NOx sensor; It is characterized by providing.
  • the downstream NOx sensor it is possible to perform correction to exclude the urea water amount derived from urea water from the output of the downstream NOx sensor.
  • the output of the downstream NOx sensor changes by the urea water content. Therefore, correction is performed by removing the output change of the urea water content from this output. By doing so, the downstream NOx sensor can accurately measure the NOx concentration.
  • the NOx concentration on the upstream side of the catalyst can be acquired, and the urea water addition amount can be determined according to the NOx concentration.
  • the urea water functions as a reducing agent that reduces NOx to nitrogen or the like. For this reason, an appropriate urea water addition amount as a reducing agent is determined and added according to the acquired NOx concentration. By doing so, NOx can be purified efficiently.
  • the amount of moisture in the exhaust gas derived from the exhaust gas upstream of the urea addition valve is acquired, and after correcting for the amount of moisture in the exhaust gas excluded from the output of the upstream NOx sensor, the amount of urea water added Can be determined.
  • the output of the upstream NOx sensor changes by the exhaust gas moisture content. Accordingly, correction is performed from this output to exclude the output change of the exhaust gas moisture content, and an appropriate urea water addition amount as a reducing agent is determined and added according to the corrected output. By doing so, even when an upstream NOx sensor is provided, NOx can be efficiently purified.
  • the fourth aspect of the invention it is possible to perform correction for excluding the amount of water in the downstream exhaust gas from the output of the downstream NOx sensor.
  • the output of the downstream NOx sensor has already been corrected to exclude the output change derived from urea water.
  • the output of the downstream NOx sensor changes not only from urea water but also from the amount of exhaust gas moisture. Accordingly, correction is performed by excluding the output change of the downstream exhaust gas moisture content from the corrected downstream NOx sensor output. By doing so, it is possible to measure the NOx concentration in the downstream exhaust gas more accurately.
  • FIG. 1 is a diagram for illustrating a configuration of an exhaust gas purifying apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an element structure of a NOx sensor according to Embodiment 1.
  • FIG. It is the figure which showed the relationship between the addition amount equivalent ratio of urea water, and NOx density
  • 3 is a flowchart of a routine that is executed by the ECU according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for illustrating a configuration of an exhaust gas purification device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the exhaust gas purifying apparatus according to the first embodiment.
  • the exhaust gas purification apparatus of Embodiment 1 includes an internal combustion engine 10 that is mounted on a vehicle as a power source.
  • the internal combustion engine 10 is a multi-cylinder internal combustion engine having a plurality of cylinders.
  • An exhaust passage 12 communicates with each cylinder of the internal combustion engine 10.
  • a NOx sensor 14 is disposed in the exhaust passage 12.
  • the NOx sensor 14 is configured to generate an output in accordance with the NOx concentration in the exhaust gas flowing out from the internal combustion engine 10.
  • the NOx sensor 14 also has a function as an A / F sensor that generates an output in accordance with the A / F in the exhaust gas.
  • a urea addition valve 16 is disposed downstream of the NOx sensor 14.
  • the urea addition valve 16 includes a urea water tank (not shown), and is configured to add urea water to the exhaust passage 12 according to the NOx concentration in the exhaust gas.
  • the urea addition valve 16 is configured to inject into the exhaust passage 12 an amount of urea water necessary for the NOx concentration in the exhaust gas to be equal to or lower than a predetermined set NOx concentration.
  • a urea dispersion plate 18 is disposed downstream of the urea addition valve 16. The urea dispersion plate 18 is configured to uniformly disperse the urea water added from the urea addition valve 16 in the exhaust passage 12.
  • a NOx catalyst 20 is disposed downstream of the urea dispersion plate 18.
  • the NOx catalyst 20 is a selective reduction catalyst (SCR) that selectively reduces NOx.
  • SCR selective reduction catalyst
  • the NOx catalyst 20 is configured to receive a urea water addition from the urea addition valve 16 to form a reducing atmosphere and purify NOx in the exhaust.
  • a NOx sensor 22 is disposed downstream of the NOx catalyst 20. Similar to the NOx sensor 14, the NOx sensor 22 is configured to generate an output in accordance with the NOx concentration in the exhaust gas. The NOx sensor 22 emits an output corresponding to the NOx concentration downstream of the NOx catalyst 20, whereas the NOx sensor 14 detects NOx upstream of the NOx catalyst 20, more specifically, upstream of the urea addition valve 16. Output according to the concentration.
  • the exhaust gas purifying apparatus of this embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 50.
  • the ECU 50 is connected to the above-described sensor and actuator.
  • the ECU 50 controls the urea water injection amount from the urea addition valve 16 based on those sensor outputs.
  • the ECU 50 may be configured separately from the internal combustion engine control ECU, or may be configured as a part of the internal combustion engine control ECU.
  • FIG. 2 is an internal cross-sectional view of the NOx sensor 14.
  • the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment includes the NOx sensors 14 and 22.
  • the NOx sensor 14 will be described, and the description of the NOx sensor 22 is the same, and will be omitted.
  • the NOx sensor 14 includes a chamber 30.
  • the chamber 30 is a chamber into which non-measurement gas is introduced from the exhaust passage 12 where the tip of the NOx sensor 14 is disposed, and the chamber 30a and the chamber 30b are partitioned and formed through a throttle portion (not shown). ing.
  • the NOx sensor 14 includes an oxygen pump cell 24.
  • the oxygen pump cell 24 has a function of discharging surplus oxygen in the gas to be measured. Further, the oxygen pump cell 24 also has a function as an air-fuel ratio (A / F) sensor for detecting the air-fuel ratio.
  • the oxygen pump cell 24 includes a solid electrolyte body 24a, and electrodes 24b and 24c arranged so as to sandwich the solid electrolyte body 24a.
  • the solid electrolyte body 24a which is an element has oxygen ion conductivity.
  • the electrode 24b formed on the surface of the solid electrolyte body 24a is exposed in a space where the exhaust gas, which is the gas to be measured, exists, that is, in the chamber 30a communicating with the exhaust passage 12.
  • the electrode 24c formed so as to face the electrode 24b through the solid electrolyte body 24a is exposed to the internal space 32.
  • the internal space 32 communicates with the outside air.
  • a monitor cell 26 is disposed downstream of the oxygen pump cell 24.
  • the monitor cell 26 is configured to detect the concentration of oxygen in the chamber 30b.
  • the monitor cell 26 includes a solid electrolyte body 26a and electrodes 26b and 26c arranged so as to sandwich the solid electrolyte body 26a.
  • the electrode 26b is exposed in the chamber 30b.
  • the electrode 26 c is exposed in the internal space 34.
  • the internal space 34 communicates with the outside air.
  • a sensor cell 28 is disposed downstream of the monitor cell 26.
  • the sensor cell 28 is configured to detect the NOx concentration in the chamber 30b.
  • the sensor cell 28 includes a solid electrolyte body 28a, and electrodes 28b and 28c arranged so as to sandwich the solid electrolyte body 28a.
  • the electrode 26 b is exposed in the chamber 30.
  • the electrode 26 c is exposed in the internal space 34.
  • the electrode 24b of the oxygen pump cell 24 and the electrode 26b of the monitor cell 26 are composed of a porous cermet electrode containing platinum (Pt) and gold (Au) as main metal components.
  • the electrode 28b of the sensor cell 28 is composed of a porous cermet electrode containing platinum (Pt) and rhodium (Rh) as main metal components and added with zirconium dioxide (ZrO 2 ).
  • the electrode 24c of the oxygen pump cell 24, the electrode 26c of the monitor cell 26, and the electrode 28c of the sensor cell 28 are composed of, for example, a platinum porous cermet electrode.
  • the NOx sensor 14 includes a heater 36 for heating the sensor unit.
  • the sensor portion of the NOx sensor 14 is heated from 700 ° C. to 800 ° C. by the heater 36.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust passage 12 contains molecules such as O 2 , NOx, CO 2 , and H 2 O. As shown by the arrows in FIG. 2, the exhaust gas containing these molecules flows in from the chamber 30a side and is introduced into the chamber 30b.
  • oxygen pump cell 24 When a voltage is applied to the electrodes 24b and 24c of the oxygen pump cell 24, oxygen is reduced on the electrode 24b to become oxygen ions (O 2 ⁇ ), and is discharged to the electrode 24c side by a pumping action. At this time, the current value flowing through the oxygen pump cell 24 is detected as an oxygen pump cell output, that is, A / F. Further, the oxygen is exhausted by the oxygen pump cell 24, so that the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered to such an extent that the sensor cell 28 does not affect the NOx concentration detection.
  • NOx in the exhaust gas is decomposed on the electrode 28b and O 2 ⁇ is generated. Specifically, NOx is decomposed into NO at one end on the electrode 28b (single gasification), and further decomposed into O 2 ⁇ . At this time, the current value flowing through the sensor cell 28 is detected as a sensor cell output, that is, a NOx concentration output.
  • the present embodiment is characterized in that two moisture amount corrections are performed on the NOx concentration output acquired by the NOx sensor 22.
  • the two water content corrections are: (1) correction of water content derived from urea water obtained from the urea water addition amount added from the urea addition valve 16, and (2) exhaust gas derived from A / F obtained by the NOx sensor 14. This corresponds to the correction of water content.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the equivalent amount ratio of urea water and the NOx concentration.
  • the NOx catalyst 20 receives the addition of urea water from the urea addition valve 16 and reduces NOx in the exhaust gas. Furthermore, the reduction efficiency of NOx increases as the urea water addition amount equivalent ratio increases. As shown in FIG. 3, the NOx reduction rate increases as the addition amount equivalent ratio increases.
  • the urea water addition amount from the urea addition valve 16 is controlled according to the NOx concentration in the exhaust gas. Specifically, the urea water addition amount is added as much as necessary to reduce the NOx concentration in the exhaust gas to a predetermined set NOx concentration or less. Therefore, the urea water addition amount from the urea addition valve 16 always changes.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust passage 12 contains not only NOx but also molecules such as O 2 , CO 2 , and H 2 O.
  • the partial pressures of these molecules change.
  • the urea addition amount from the urea addition valve 16 is constantly changing. Therefore, when such urea water is added, the NOx concentration output detected by the NOx sensor 22 always changes.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a change in the NOx concentration output due to the addition of urea water.
  • FIG. 4 is a graph showing the NOx concentration of the analyzer on the horizontal axis and the NOx concentration acquired from the NOx sensor 22 on the vertical axis.
  • the numerical values shown on the plot of FIG. 4 indicate the ratio obtained by dividing the concentration obtained by the NOx sensor 22 by the NOx concentration of the analyzer, that is, the sensor / analyzer ratio.
  • the analyzer is a device that can detect the NOx concentration in the dry state in the exhaust passage 12, and includes, for example, CLA (chemiluminescence analyzer).
  • CLA chemiluminescence analyzer
  • the sensor NOx concentration and the analyzer NOx concentration in FIG. 4 are reduced as the urea water addition amount increases. As already described with reference to FIG. 3, this shows a tendency that the NOx purification amount increases as the urea water addition amount increases.
  • the ratio of the sensor / analyzer in FIG. 4 tends to decrease as the urea water addition amount increases. This is generally due to the difference in measurement method between the NOx sensor and the analyzer.
  • the NOx sensor directly detects the exhaust gas containing H 2 O. That is, the NOx concentration output of the NOx sensor depends on the gas partial pressure in the exhaust gas, and is affected by the H 2 O partial pressure due to the addition of urea water.
  • the analyzer detects exhaust gas after condensing and removing H 2 O. That is, the NO concentration output of the analyzer depends on the gas concentration in the dry state and is not affected by the H 2 O partial pressure due to the addition of urea water. Therefore, the sensor / analyzer ratio when the urea water addition amount is changed tends to decrease as the urea water addition amount increases.
  • the ratio of the sensor / analyzer when no urea water is added is shown in FIG.
  • the numerical values shown on the vertical and horizontal axis scales and plots in FIG. 5 are the same as those in FIG.
  • the ratio of the sensor / analyzer in FIG. 5 takes a substantially constant value because no urea water is added.
  • the measurement method is different between the NOx sensor and the analyzer.
  • the NOx concentration output of the NOx sensor is smaller than the NOx concentration output of the analyzer by the amount of H 2 O present in the exhaust gas.
  • the ratio of the sensor / analyzer when no urea water is added takes a substantially constant value.
  • the H 2 O partial pressure due to the addition of urea water affects the NOx concentration output of the NOx sensor. Therefore, in this embodiment, the NOx concentration output is corrected for the NOx sensor 22 in order to eliminate this influence. By doing so, the exact NOx concentration downstream of the NOx catalyst 20 can be measured.
  • the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment provides the ECU 50 with a model for calculating a correction coefficient that is calculated for the NOx concentration output of the NOx sensor 22 based on the relationship between the urea water addition amount and the water amount in the urea water. I remember it.
  • the NOx sensor reduces the NOx concentration output not only by the moisture content derived from urea water described above but also by the moisture content originally contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10. . As described in the explanation of FIG. 5, the NOx concentration output of the NOx sensor is smaller than the NOx concentration output of the analyzer by the amount of H 2 O present in the exhaust gas.
  • the H 2 O partial pressure in the exhaust gas affects the NOx concentration output of the NOx sensor. Therefore, in this embodiment, in order to eliminate this influence, the NOx sensor 22 is corrected for the NOx concentration output in addition to the above-described (1) correction of the amount of water derived from urea water. By doing so, a more accurate NOx concentration can be measured.
  • the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment provides the ECU 50 with a model for calculating the amount of moisture in the exhaust gas based on the relationship between A / F and the amount of moisture estimated in advance based on the A / F. I remember it. Further, the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment stores a model for calculating a correction coefficient to be calculated for the NOx concentration output in the ECU 50 based on the relationship between the NOx concentration output and the amount of moisture derived from the exhaust gas. Yes.
  • FIG. 6 is a diagram showing the effect of correcting the NOx concentration output of the NOx sensor 22.
  • the NOx concentration output actually acquired by the NOx sensor 22 is smaller than the NOx concentration output of the analyzer. For this reason, (1) correction of moisture content derived from urea water and (2) correction of moisture content derived from exhaust gas are performed on the acquired NOx concentration output. By doing so, it is possible to measure the exact NOx concentration shown in FIG. 6B, that is, the NOx concentration equal to the NOx concentration by the analyzer.
  • the amount of moisture derived from the exhaust gas described above affects not only the NOx sensor 22 but also the NOx concentration output of the NOx sensor 14. For this reason, the NOx concentration output of the NOx sensor 14 is corrected for the amount of moisture derived from the exhaust gas, similarly to the NOx concentration output of the NOx sensor 22.
  • the model stored in the ECU 50 is also applied to the NOx concentration output of the NOx sensor 14.
  • FIG. 7 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment. This routine is repeatedly executed every predetermined time.
  • step 100 it is first determined whether or not the NOx sensors 14 and 22 are active (step 100).
  • the active state here means a state in which the NOx sensor output can be used for various controls.
  • step 100 If it is determined in step 100 above that the NOx sensors 14 and 22 are not in the active state, this routine is immediately terminated. On the other hand, if it is determined to be active, the routine proceeds to step 102 where the amount of moisture in the exhaust gas upstream of the NOx catalyst 20 is calculated based on the NOx sensor 14. As described above, the oxygen pump cell output of the NOx sensor 14 is detected as A / F. The detected A / F is input to the ECU 50. Then, the amount of moisture in the exhaust gas is calculated from a model based on the relationship between A / F and the estimated amount of moisture.
  • step 104 the NOx concentration in the exhaust gas upstream of the NOx catalyst 20 is acquired based on the NOx sensor 14.
  • the sensor cell output of the NOx sensor 14 is detected as the NOx concentration output.
  • the detected NOx concentration output is input to the ECU 50.
  • the input NOx concentration output is corrected based on the amount of water calculated in step 102 (step 106).
  • the input NOx concentration output is corrected by calculating a correction coefficient for the moisture amount derived from the exhaust gas.
  • step 108 it is determined whether or not the temperature of the NOx catalyst 20 has reached the activation temperature (step 108).
  • the temperature of the NOx catalyst 20 may be estimated from the operating conditions and operating time of the internal combustion engine 10, or the temperature of the NOx catalyst 20 may be directly acquired by a temperature sensor or the like.
  • step 108 If it is determined in step 108 that the temperature of the NOx catalyst 20 has not reached the activation temperature, this routine is immediately terminated.
  • step 110 it is determined whether or not urea water is to be injected from the urea addition valve 16 (step 110). As described above, the urea water is added as much as necessary to reduce the NOx concentration in the exhaust gas to a predetermined set NOx concentration or less. Therefore, for example, when the NOx concentration acquired in step 104 is lower than the set NOx concentration, urea water is not injected.
  • step 110 If it is determined in step 110 that urea water is not injected, this routine is immediately terminated. On the other hand, if it is determined to inject urea water, the urea injection amount is determined (step 112). Here, as described above, the urea injection amount is determined by the model stored in the ECU 50.
  • step 114 the amount of moisture in the exhaust gas upstream of the NOx catalyst 20 and the amount of moisture due to the addition of urea water are calculated.
  • the amount of water in the exhaust gas is considered to have no change in the amount of water in the exhaust gas upstream and downstream of the NOx catalyst 20. For this reason, the moisture content upstream of the NOx catalyst 20 calculated in step 102 is applied as the moisture content downstream of the NOx catalyst 20.
  • the amount of water due to the addition of urea water is calculated from the amount of urea water added from the urea addition valve 16.
  • step 116 the NOx concentration in the exhaust gas downstream of the NOx catalyst 20 is acquired based on the NOx sensor 22.
  • the sensor cell output of the NOx sensor 14 is detected as the NOx concentration output.
  • the detected NOx concentration output is input to the ECU 50.
  • the input NOx concentration output is corrected based on the amount of water calculated in step 114 (step 118).
  • a correction coefficient is calculated from the model stored in the ECU 50.
  • the correction coefficient is calculated from the model stored in the ECU 50 by using the amount of water calculated in step 114 and the amount of urea added.
  • the NOx concentration output input to the ECU 50 in step 116 is corrected by calculating these correction coefficients, and this routine ends.
  • the moisture amount correction derived from urea water and the moisture amount correction derived from exhaust gas can be performed on the NOx concentration output of the NOx sensor 22. Accurate NOx concentration measurement.
  • the correction of the moisture amount derived from the exhaust gas can be performed based on the moisture amount calculated based on the NOx sensor 14.
  • accurate NOx concentration measurement downstream of the NOx catalyst 20 can be performed without calculating the moisture amount derived from the exhaust gas by the NOx sensor 22.
  • the sensor cell 28 of the NOx sensor 22 corresponds to the “downstream NOx sensor” in the first invention.
  • the “downstream NOx sensor correcting means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 50 executing the processing of step 118 described above.
  • the sensor cell 28 of the NOx sensor 14 corresponds to the “upstream NOx concentration acquisition means” in the second invention.
  • the “addition amount determining means” in the second aspect of the present invention is realized by the ECU 50 executing the processing of step 112 described above.
  • the sensor cell 28 of the NOx sensor 14 is the “upstream NOx sensor” in the third invention
  • the oxygen pump cell 24 of the NOx sensor 14 is the “exhaust gas moisture content acquisition” in the third invention. It corresponds to “means”.
  • the “upstream NOx sensor correcting means” in the third aspect of the present invention is realized by the ECU 50 executing the processing of step 106 described above.
  • the oxygen pump cell 24 of the NOx sensor 14 corresponds to the “exhaust gas moisture content acquisition means” in the fourth aspect of the invention. Further, the ECU 50 executes the processing of step 118 described above, thereby realizing the “downstream NOx sensor second correcting means” in the fourth aspect of the invention.
  • the NOx sensor 14 is provided upstream of the NOx catalyst 20, and the oxygen pump cell output of the NOx sensor 14 is detected as A / F.
  • This A / F is the exhaust gas upstream of the NOx catalyst 20.
  • the A / F sensor in step 102 and step 114 in FIG. 7 is to be read as an A / F sensor arranged separately.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration of an exhaust gas purifying apparatus according to a modification of the first embodiment.
  • a DPF 38 is arranged upstream of the urea addition valve 16.
  • the DPF 38 is a filter for adsorbing particulate matter contained in the exhaust gas.
  • an oxidation catalyst 40 having a function of oxidizing HC and CO is disposed upstream of the DPF 38.
  • the DPF 38 and the oxidation catalyst 40 constitute a catalytic converter.
  • the ECU 50 is connected to a temperature sensor 42 for acquiring the catalyst bed temperature of the oxidation catalyst 40 in addition to the sensors described above.
  • the A / F can be estimated based on the operating conditions of the internal combustion engine 10, such as the engine speed and the engine load. Further, the NOx concentration can be estimated from the operating conditions of the internal combustion engine 10 and the catalyst bed temperature of the oxidation catalyst 40 output from the temperature sensor 42. By doing so, the same effect as in the first embodiment can be obtained even when the NOx sensor 14 is not arranged.

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Abstract

　この発明は、排気ガス浄化装置に関し、尿素添加弁から尿素水を添加するような場合においても、正確なＮＯｘ濃度測定ができる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 　排気通路１２に配置されたＮＯｘ触媒２０の上流に尿素添加弁１６、下流にＮＯｘセンサ２２をそれぞれ配置した排気ガス浄化装置において、ＮＯｘセンサ２２によって取得される下流排気ガス中のＮＯｘ濃度出力に対して、尿素添加弁１６から添加される尿素水の添加量から求まる尿素水由来の水分量を除外する補正を行う。

Description

排気ガス浄化装置
　この発明は、排気ガス浄化装置に関し、より具体的には、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘガスの濃度を電気化学的に検出するＮＯｘセンサ、および、このＮＯｘガスを無害化するための装置を備える排気ガス浄化装置に関する。
　従来、例えば特許文献１には、エンジンの下流における所定のガス濃度を検出するガスセンサが配置されたガス濃度測定システムが開示されている。このガスセンサは、酸素イオンポンプセルを備えたＮＯｘセンサであり、酸素イオンポンプセルで酸素を汲み出すときに流れる電流信号を測定することで、排気ガス中のＮＯｘガス濃度を検出することができる。しかし、この電流信号は、排気ガス中に水分が存在すると、この水分が電解することで生じた酸素分だけオフセットしてしまう。このため、排気ガス中の正確なＮＯｘガス濃度を検出できない。そこで、特許文献１のガス濃度測定システムでは、この電流信号に対して、エンジンの運転条件から推定した水分量を補正する。こうすることで、排気ガス中の正確なＮＯｘガス濃度測定が可能となる。
日本特許第３３７２１８６号公報 日本特開平１０－２６７８８５号公報 日本特開２００４－１３２２８６号公報 日本特開２００６－３７７７０号公報 日本特開２００５－１２７２５６号公報
　ところで、内燃機関の排気ガス通路に尿素選択還元型の触媒を備え、この触媒上流に配置した尿素添加弁から尿素水を添加することで、排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる排気ガス処理装置が知られている。この排気ガス処理装置は、特許文献１のシステム同様ＮＯｘセンサを備えている。したがって、このような排気ガス処理装置のＮＯｘセンサにおいても、ＮＯｘ濃度も正確に測定できることが好ましい。
　このような排気ガス処理装置では、尿素添加弁から尿素水を添加しているため、この尿素水由来の水分補正を行う必要がある。しかしながら、特許文献１のシステムでは尿素水を添加することを考慮していない。したがって、特許文献１のシステムでは、尿素添加弁から尿素水を添加するような場合においても、正確なＮＯｘ濃度測定ができるとは限らなかった。
　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、尿素添加弁から尿素水を添加するような場合においても、正確なＮＯｘ濃度測定ができる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
　第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガス浄化装置であって、
　内燃機関の排気ガス通路に配置され、排気ガスを浄化可能な触媒と、
　前記触媒の上流側に配置され、前記排気ガス通路に尿素水を添加する尿素添加弁と、
　前記触媒の下流側に配置され、前記触媒の下流側におけるＮＯｘ濃度に応じた出力を発する下流ＮＯｘセンサと、
　前記下流ＮＯｘセンサの出力から、前記尿素水に由来する尿素水分量を除外する補正を行う下流ＮＯｘセンサ補正手段と、
　を備えることを特徴とする。
　また、第２の発明は、第１の発明において、
　前記触媒の上流側におけるＮＯｘ濃度を取得する上流ＮＯｘ濃度取得手段と、
　前記上流ＮＯｘ濃度に応じた前記尿素水の添加量を決定するための添加量決定手段と、
　を備えることを特徴とする。
　また、第３の発明は、第２の発明において、
　前記上流ＮＯｘ濃度取得手段は、前記尿素添加弁の上流に配置され、前記尿素添加弁の上流側のＮＯｘ濃度に応じた出力を発する上流ＮＯｘセンサであり、
　前記尿素添加弁の上流側の排気ガスに由来する排ガス水分量を取得する排ガス水分量取得手段と、
　前記上流ＮＯｘセンサの出力から、前記排ガス水分量を除外する補正を行う上流ＮＯｘセンサ補正手段と、
　を備え、
　前記添加量決定手段は、補正後の前記上流ＮＯｘセンサの出力に応じて前記尿素水の添加量を決定することを特徴とする。
　また、第４の発明は、第１乃至第３の発明において、
　前記尿素添加弁の上流側の排気ガスに由来する排ガス水分量を取得する排ガス水分量取得手段と、
　前記下流ＮＯｘセンサの出力から、前記排ガス水分量を除外する補正を行う下流ＮＯｘセンサ第２補正手段と、
　を備えることを特徴とする。
　第１の発明によれば、下流ＮＯｘセンサの出力から、尿素水由来の尿素水分量を除外する補正を行うことができる。下流ＮＯｘセンサの出力は、尿素水分量だけ変化する。したがって、この出力から、尿素水分量の出力変化分を除く補正を行う。こうすることで、下流ＮＯｘセンサが正確にＮＯｘ濃度測定できる。
　第２の発明によれば、触媒の上流側におけるＮＯｘ濃度を取得し、このＮＯｘ濃度に応じ、尿素水添加量を決定することができる。尿素水は、ＮＯｘを窒素等に還元する還元剤として機能する。このため、取得したＮＯｘ濃度に応じ、還元剤として適当な尿素水添加量を決定し、添加する。こうすることで、ＮＯｘを効率よく浄化することができる。
　第３の発明によれば、尿素添加弁の上流側の排気ガスに由来する排ガス水分量を取得し、上流ＮＯｘセンサの出力から排ガス水分量を除外する補正を行った上で、尿素水添加量を決定することができる。上流ＮＯｘセンサの出力は、排ガス水分量だけ変化する。したがって、この出力から、排ガス水分量の出力変化分を除く補正を行い、補正後の出力に応じ、還元剤として適当な尿素水添加量を決定し、添加する。こうすることで、上流ＮＯｘセンサを備える場合でも、ＮＯｘを効率よく浄化することができる。
　第４の発明によれば、下流ＮＯｘセンサの出力から、下流排気ガス中の水分量を除外する補正を行うことができる。下流ＮＯｘセンサの出力は、既に、尿素水由来の出力変化分を除く補正が行われている。しかし、下流ＮＯｘセンサの出力は、尿素水由来だけでなく、排ガス水分量だけ変化する。したがって、補正後の下流ＮＯｘセンサの出力から、下流排ガス水分量の出力変化分を除く補正を行う。こうすることで、下流排気ガス中のより正確なＮＯｘ濃度測定ができる。
実施の形態１に係る排気ガス浄化装置の構成を説明するための図である。 実施の形態１に係るＮＯｘセンサの素子構造を説明するための図である。 尿素水の添加量当量比とＮＯｘ濃度との関係を示した図である。 尿素水添加によるＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度出力の変化を説明するための図である。 尿素水添加を行わない場合のＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度出力の変化を説明するための図である。 ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度出力の補正による効果を示す図である。 実施の形態１に係るＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。 実施の形態１の変形例に係る排気ガス浄化装置の構成を説明するための図である。
　１０　　内燃機関
　１２　　排気通路
　１４　　ＮＯｘセンサ
　１６　　尿素添加弁
　２０　　ＮＯｘ触媒
　２２　　ＮＯｘセンサ
　２４　　酸素ポンプセル
　２８　　センサセル
　５０　　ＥＣＵ
実施の形態１．
　[実施の形態１の構成]
　先ず、図１を参照して、本実施の形態１に係る排気ガス浄化装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態１に係る排気ガス浄化装置の構成を説明するための図である。
　実施形態１の排気ガス浄化装置は、車両に動力源として搭載される内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、複数の気筒を備える多気筒内燃機関である。内燃機関１０の各気筒には、排気通路１２が連通している。
　排気通路１２には、ＮＯｘセンサ１４が配置されている。ＮＯｘセンサ１４は、内燃機関１０から流出してくる排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて出力を発するように構成されている。また、ＮＯｘセンサ１４は、排気ガス中のＡ／Ｆに応じて出力を発するＡ／Ｆセンサとしての機能をも有する。
　ＮＯｘセンサ１４の下流には、尿素添加弁１６が配置されている。尿素添加弁１６は、尿素水タンク（図示せず）を備え、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて尿素水を排気通路１２に添加するように構成されている。具体的には、尿素添加弁１６は、排気ガス中のＮＯｘ濃度が予め定めた設定ＮＯｘ濃度以下となるために必要な添加量の尿素水を排気通路１２に噴射するよう構成されている。尿素添加弁１６の下流には、尿素分散板１８が配置されている。尿素分散板１８は、排気通路１２内に、尿素添加弁１６から添加された尿素水を均一分散するように構成されている。
　尿素分散板１８の下流には、ＮＯｘ触媒２０が配置されている。ＮＯｘ触媒２０は、ＮＯｘを選択的に還元する選択還元型触媒（ＳＣＲ）である。ＮＯｘ触媒２０は、尿素添加弁１６から尿素水の添加を受けて還元雰囲気となり、排気中のＮＯｘを浄化するように構成されている。
　ＮＯｘ触媒２０の下流には、ＮＯｘセンサ２２が配置されている。ＮＯｘセンサ２２は、ＮＯｘセンサ１４と同様、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて出力を発するように構成されている。なお、ＮＯｘセンサ２２が、ＮＯｘ触媒２０の下流におけるＮＯｘ濃度に応じた出力を発するのに対して、ＮＯｘセンサ１４は、ＮＯｘ触媒２０の上流、より具体的には尿素添加弁１６の上流におけるＮＯｘ濃度に応じて出力を発する。
　本実施形態の排気ガス浄化装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述したセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、それらのセンサ出力に基づいて尿素添加弁１６からの尿素水噴射量を制御している。なお、ＥＣＵ５０は、内燃機関制御用ＥＣＵと別個に構成されていてもよく、また、内燃機関制御用ＥＣＵの一部として構成されていてもよい。
　次に、図２を用いて、本実施の形態が備えるＮＯｘセンサの素子構造を説明する。図２は、ＮＯｘセンサ１４の内部断面図である。本実施の形態の排気ガス浄化装置は、ＮＯｘセンサ１４、２２を備えるが、ここでは、ＮＯｘセンサ１４の説明を行い、ＮＯｘセンサ２２の説明は同一であるため省略する。
　ＮＯｘセンサ１４は、チャンバ３０を備える。チャンバ３０は、ＮＯｘセンサ１４の先端部が配置される排気通路１２より非測定ガスが導入される室であり、絞り部（図示せず）を介して、チャンバ３０ａとチャンバ３０ｂとが区画形成されている。
　また、ＮＯｘセンサ１４は、酸素ポンプセル２４を備える。酸素ポンプセル２４は、被測定ガス中の余剰酸素を排出する機能を有する。さらに、酸素ポンプセル２４は、空燃比を検出する空燃比（Ａ／Ｆ）センサとしての機能をも兼ね備えている。
　酸素ポンプセル２４は、固体電解質体２４ａと、この固体電解質体２４ａを挟むように配置された電極２４ｂおよび電極２４ｃを有している。素子である固体電解質体２４ａは、酸素イオン導電性を有している。固体電解質体２４ａの表面に形成された電極２４ｂは、被測定ガスである排気ガスが存在する空間、すなわち、排気通路１２に連通するチャンバ３０ａ内に露出している。固体電解質体２４ａを介して電極２４ｂと対向するように形成された電極２４ｃは、内部空間３２に露出している。内部空間３２は、外気に連通している。
　酸素ポンプセル２４の下流には、モニタセル２６が配置されている。モニタセル２６は、チャンバ３０ｂ内の酸素の濃度を検知するように構成されている。モニタセル２６は、固体電解質体２６ａと、この固体電解質体２６ａを挟むように配置された電極２６ｂおよび電極２６ｃを有している。電極２６ｂは、チャンバ３０ｂ内に露出している。一方、電極２６ｃは、内部空間３４に露出している。内部空間３４は、外気に連通している。
　モニタセル２６の下流には、センサセル２８が配置されている。センサセル２８は、チャンバ３０ｂ内のＮＯｘ濃度を検知するように構成されている。センサセル２８は、固体電解質体２８ａと、この固体電解質体２８ａを挟むように配置された電極２８ｂおよび電極２８ｃを有している。電極２６ｂは、チャンバ３０内に露出している。一方、電極２６ｃは、内部空間３４に露出している。
　酸素ポンプセル２４の電極２４ｂおよびモニタセル２６の電極２６ｂは、主金属成分として白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）を含有する多孔質サーメット電極から構成されている。また、センサセル２８の電極２８ｂは、主金属成分として白金（Ｐｔ）とロジウム（Ｒｈ）とを含有し、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を添加した多孔質サーメット電極から構成されている。一方、酸素ポンプセル２４の電極２４ｃ、モニタセル２６の電極２６ｃおよびセンサセル２８の電極２８ｃは、例えば白金多孔質サーメット電極から構成されている。
　ＮＯｘセンサ１４は、そのセンサ部を加熱するためのヒータ３６を備えている。このヒータ３６によってＮＯｘセンサ１４のセンサ部は７００℃から８００℃に加熱される。
　（Ａ／ＦおよびＮＯｘ濃度の検出原理）
　次に、ＮＯｘセンサ１４によるＡ／ＦおよびＮＯｘ濃度の検出原理について簡単に説明する。なお、ＮＯｘセンサ２２によるこれらの検出原理については、ＮＯｘセンサ１４と同一であるため説明を省略する。排気通路１２を流れる排気ガス中には、Ｏ２、ＮＯｘ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の分子が含まれている。図２の矢印で示すように、これらの分子を含む排気ガスは、チャンバ３０ａ側から流入し、チャンバ３０ｂへと導入される。
　酸素ポンプセル２４の電極２４ｂ、２４ｃに電圧を印加すると、電極２４ｂ上で酸素が還元されて酸素イオン（Ｏ２－）となり、ポンピング作用により電極２４ｃ側へ排出される。このとき、酸素ポンプセル２４を流れる電流値が、酸素ポンプセル出力、すなわちＡ／Ｆとして検出される。また、酸素ポンプセル２４により酸素が排出されることで、排ガス中の酸素濃度が、センサセル２８によるＮＯｘ濃度検出に影響しない程度にまで低くされる。
　一方、モニタセル２６の電極２６ｂ、２６ｃに電圧を印加すると、電極２６ｂ上で酸素が還元されてＯ２－となり、ポンピング作用により電極２６ｃ側へ排出される。ここで、電極２６ｂ、２６ｃの間を流れる電流値が所定の値になるように印加電圧を制御することで、チャンバ３０ｂ内の酸素濃度を一定に制御できる。
　センサセル２８の電極２８ｂ、２８ｃに電圧を印加すると、排気ガス中のＮＯｘが電極２８ｂ上で分解されて、Ｏ２－が発生する。具体的には、ＮＯｘは、電極２８ｂ上で一端ＮＯに分解（単ガス化）された後、更にＯ２－に分解される。このとき、センサセル２８を流れる電流値が、センサセル出力、すなわち、ＮＯｘ濃度出力として検出される。
［実施の形態１の特徴］
　次に、本実施の形態における、ＮＯｘセンサ２２のＮＯｘ濃度出力の補正について説明する。本実施の形態では、ＮＯｘセンサ２２によって取得したＮＯｘ濃度出力に対して、２つの水分量補正を行うことを特徴としている。２つの水分量補正とは、（１）尿素添加弁１６から添加する尿素水添加量から求まる尿素水由来の水分量補正、および（２）ＮＯｘセンサ１４によって取得したＡ／Ｆから求まる排気ガス由来の水分量補正が該当する。
（１）尿素水由来の水分量補正
　図３は、尿素水の添加量当量比とＮＯｘ濃度との関係を示した図である。上述したように、ＮＯｘ触媒２０は、尿素添加弁１６から尿素水の添加を受けて排気ガス中のＮＯｘを還元する。さらに、ＮＯｘの還元は、尿素水の添加量当量比が大きいほど還元効率が高くなる。図３に示すように、添加量当量比が大きくなるに伴ってＮＯｘ低減率が高くなる。ここで、添加量当量比は、予め定めた設定ＮＯｘ濃度となるときの尿素水添加量を基準（添加量当量比＝１）として定めたものである。したがって、ＮＯｘ浄化量は、尿素水添加量が多くなるほど多くなる傾向を示す。
　また、尿素添加弁１６からの尿素水添加量は、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて制御される。具体的には、尿素水添加量は、排気ガス中のＮＯｘ濃度を予め定めた設定ＮＯｘ濃度以下に低減するために必要なだけ添加される。したがって、尿素添加弁１６からの尿素水添加量は常時変化することとなる。
　ところで、上述したように、排気通路１２を流れる排気ガス中には、ＮＯｘだけではなく、Ｏ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の分子が含まれている。この排気ガス中に、尿素添加弁１６から尿素水が添加されると、これらの分子の分圧が変化する。また、上述したように、尿素添加弁１６からの尿素添加量は常時変化している。したがって、このような尿素水が添加されると、ＮＯｘセンサ２２で検出するＮＯｘ濃度出力に常時変化が生じることとなる。
　図４は、尿素水添加によるＮＯｘ濃度出力の変化を説明するための図である。図４は、横軸に分析計のＮＯｘ濃度を、縦軸にＮＯｘセンサ２２から取得したＮＯｘ濃度を示した図である。また、図４のプロット上に示す数値は、ＮＯｘセンサ２２による取得濃度を分析計のＮＯｘ濃度で除した比、すなわちセンサ／分析計比を示す。ここで、分析計とは、排気通路１２における乾燥状態のＮＯｘ濃度を検出することができる機器であり、例えば、ＣＬＡ（chemiluminescence analyzer）が挙げられる。図４のセンサＮＯｘ濃度および分析計ＮＯｘ濃度は、尿素水添加量が多くなるほど低減される。これは、既に図３で説明したように、尿素水添加量が多くなるほどＮＯｘ浄化量が多くなる傾向を示すものである。
　一方、図４のセンサ／分析計の比は、尿素水添加量が多くなるほど小さくなる傾向を示す。これは、一般に、ＮＯｘセンサと分析計との測定の方法が異なることに起因する。ＮＯｘセンサは、Ｈ２Ｏを含んだ状態の排気ガスを直接検出する。すなわち、ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度出力は、排気ガス中のガス分圧に依存し、尿素水添加によるＨ２Ｏ分圧の影響を受ける。一方、分析計は、Ｈ２Ｏを凝縮除去してから排気ガスを検出する。すなわち、分析計のＮＯ濃度出力は、乾燥状態のガス濃度に依存し、尿素水添加によるＨ２Ｏ分圧の影響を受けない。したがって、尿素水添加量を変化させた場合のセンサ／分析計比は、尿素水添加量が多くなるほど小さくなる傾向を示す。
　図４と比較するため、尿素水を添加しない場合のセンサ／分析計の比を図５に示す。図５の縦軸および横軸スケール、プロット上に示す数値は図４と同一であるため説明を省略する。図５のセンサ／分析計の比は、尿素水を添加していないため概ね一定値をとる。図４の説明で述べたように、ＮＯｘセンサと分析計とは測定の方法が異なる。このため、排気ガス中に存在するＨ２Ｏの分だけ、ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度出力が分析計のＮＯｘ濃度出力よりも小さくなる。しかし、尿素水を添加していないことから、尿素水添加によるＨ２Ｏ分圧の影響は加味しなくてよい。したがって、尿素水を添加しない場合のセンサ／分析計の比は、概ね一定値をとる。
　このように、尿素水添加によるＨ２Ｏ分圧は、ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度出力に影響を及ぼす。このため、本実施形態では、この影響を排除すべく、ＮＯｘセンサ２２について、ＮＯｘ濃度出力の補正を行う。こうすることで、ＮＯｘ触媒２０の下流における正確なＮＯｘ濃度を測定することができる。本実施形態の排気ガス浄化装置は、尿素水添加量と、その尿素水中の水分量との関係に基づいて、ＮＯｘセンサ２２のＮＯｘ濃度出力に演算する補正係数を算出するためのモデルをＥＣＵ５０に記憶している。
　（２）排気ガス由来の水分量補正
　ＮＯｘセンサは、上述した尿素水由来の水分量だけでなく、内燃機関１０から排出される排気ガスに元来含まれる水分量によってもＮＯｘ濃度出力が低減する。図５の説明で述べたように、ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度出力は、排気ガス中に存在するＨ２Ｏの分だけ分析計のＮＯｘ濃度出力よりも小さくなる。
　このように、排気ガス中のＨ２Ｏ分圧は、ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度出力に影響を及ぼす。このため、本実施形態では、この影響を排除すべく、ＮＯｘセンサ２２について、上述した（１）尿素水由来の水分量補正に加えて、ＮＯｘ濃度出力の補正を行う。こうすることで、より正確なＮＯｘ濃度を測定することができる。本実施形態の排気ガス浄化装置は、例えば、Ａ／Ｆと、そのＡ／Ｆに基づいて予め推定された水分量との関係に基づいて、排気ガス中の水分量を算出するモデルをＥＣＵ５０に記憶している。また、本実施形態の排気ガス浄化装置は、ＮＯｘ濃度出力と、排気ガス由来の水分量との関係に基づいて、ＮＯｘ濃度出力に演算する補正係数を算出するためのモデルをＥＣＵ５０に記憶している。
　図６は、ＮＯｘセンサ２２のＮＯｘ濃度出力の補正による効果を示す図である。図６（ａ）に示すように、ＮＯｘセンサ２２で実際に取得されるＮＯｘ濃度出力は、分析計のＮＯｘ濃度出力よりも小さくなる。このため、取得したＮＯｘ濃度出力に対して、（１）尿素水由来の水分量補正、および（２）排気ガス由来の水分量補正を行う。こうすることで、図６（ｂ）で示す正確なＮＯｘ濃度、すなわち分析計によるＮＯｘ濃度に等しいＮＯｘ濃度を測定することができる。
　なお、上述した排気ガス由来の水分量は、ＮＯｘセンサ２２だけではなく、ＮＯｘセンサ１４のＮＯｘ濃度出力にも影響を及ぼす。このため、ＮＯｘセンサ１４のＮＯｘ濃度出力は、ＮＯｘセンサ２２のＮＯｘ濃度出力と同様、排気ガス由来の水分量補正が行われる。ＥＣＵ５０が記憶しているモデルは、ＮＯｘセンサ１４のＮＯｘ濃度出力に対しても適用される。
［実施の形態１における具体的処理］
　図７は、本実施の形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。
　図７に示すルーチンによれば、まず、ＮＯｘセンサ１４、２２が活性であるか否かが判定される（ステップ１００）。ＮＯｘ濃度の検出を精度よく行うためには、ＮＯｘセンサ１４、２２が活性状態に達していることが必要となる。なお、ここでいう活性状態とは、ＮＯｘセンサ出力を各種制御に用いることができるようになった状態を示す。
　上記ステップ１００で、ＮＯｘセンサ１４、２２が活性状態でないと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、活性であると判定された場合には、ステップ１０２に進み、ＮＯｘセンサ１４に基づいて、ＮＯｘ触媒２０の上流における排気ガス中の水分量が算出される。上述したように、ＮＯｘセンサ１４の酸素ポンプセル出力がＡ／Ｆとして検出される。検出されたＡ／Ｆは、ＥＣＵ５０に入力される。そして、Ａ／Ｆと上記推定水分量との関係に基づいたモデルから排気ガス中の水分量が算出される。
　続いて、ステップ１０４では、ＮＯｘセンサ１４に基づいてＮＯｘ触媒２０の上流における排気ガス中のＮＯｘ濃度が取得される。上述したように、ＮＯｘセンサ１４のセンサセル出力がＮＯｘ濃度出力として検出される。検出されたＮＯｘ濃度出力は、ＥＣＵ５０に入力される。続いて、入力されたＮＯｘ濃度出力が、ステップ１０２で算出した水分量に基づいて補正される（ステップ１０６）。入力されたＮＯｘ濃度出力は、排気ガス由来の水分量の補正係数を演算されることで補正される。
　ステップ１０６に続いて、ＮＯｘ触媒２０の温度が活性温度に到達しているか否かが判定される（ステップ１０８）。ＮＯｘ触媒２０の温度が予め実験等で求めた所定の活性温度に到達していない場合には、ＮＯｘ浄化が行われない。ＮＯｘ触媒２０の温度は、内燃機関１０の運転条件、運転時間等から推定してもよく、ＮＯｘ触媒２０の温度を温度センサ等で直接取得してもよい。
　上記ステップ１０８で、ＮＯｘ触媒２０の温度が活性温度に到達していないと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、活性温度に到達していると判定された場合には、尿素添加弁１６から尿素水を噴射するか否かを判定する（ステップ１１０）。上述したように、尿素水は、排気ガス中のＮＯｘ濃度を予め定めた設定ＮＯｘ濃度以下に低減するために必要なだけ添加される。したがって、例えば、上記ステップ１０４で取得したＮＯｘ濃度が設定ＮＯｘ濃度よりも低い場合には、尿素水は噴射されない。
　上記ステップ１１０で、尿素水を噴射しないと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、尿素水を噴射すると判定された場合には、尿素噴射量が決定される（ステップ１１２）。ここでは、上述したように、尿素噴射量がＥＣＵ５０に記憶されたモデルによって決定される。
　続いて、ステップ１１４では、ＮＯｘ触媒２０の上流における排気ガス中の水分量および尿素水添加による水分量が算出される。排気ガス中の水分量は、ＮＯｘ触媒２０の上・下流で排気ガス中の水分量変化はないと考えられる。このため、ステップ１０２で算出したＮＯｘ触媒２０の上流における水分量を、ＮＯｘ触媒２０の下流における水分量として適用する。一方、尿素水添加による水分量は、尿素添加弁１６から添加される尿素水添加量によって算出される。
　続いて、ステップ１１６では、ＮＯｘセンサ２２に基づいてＮＯｘ触媒２０の下流における排気ガス中のＮＯｘ濃度が取得される。上述したように、ＮＯｘセンサ１４のセンサセル出力がＮＯｘ濃度出力として検出される。検出されたＮＯｘ濃度出力は、ＥＣＵ５０に入力される。
　続いて、入力されたＮＯｘ濃度出力が、ステップ１１４で算出した水分量に基づいて補正される（ステップ１１８）。上記ステップ１１４で算出された排気ガス中の水分量を用いることで、ＥＣＵ５０に記憶されたモデルから補正係数が算出される。また、上記ステップ１１４で算出され尿素水添加による水分量を用いることで、ＥＣＵ５０に記憶されたモデルから補正係数が算出される。ステップ１１６でＥＣＵ５０に入力されたＮＯｘ濃度出力は、これらの補正係数を演算されることで補正され、本ルーチンは終了される。
　以上説明した通り、図７に示すルーチンによれば、ＮＯｘセンサ１４のＮＯｘ濃度出力に対して、排気ガス由来の水分量補正を行うことができるので、ＮＯｘ触媒２０の上流における正確なＮＯｘ濃度測定ができる。
　また、図７に示すルーチンによれば、ＮＯｘセンサ２２のＮＯｘ濃度出力に対して、尿素水由来の水分量補正および排気ガス由来の水分量補正を行うことができるので、ＮＯｘ触媒２０の下流における正確なＮＯｘ濃度測定ができる。
　また、図７に示すルーチンによれば、排気ガス由来の水分量補正をＮＯｘセンサ１４に基づいて算出した水分量に基づいて行うことができる。これにより、ＮＯｘセンサ２２で排気ガス由来の水分量を算出しなくても、ＮＯｘ触媒２０の下流における正確なＮＯｘ濃度測定ができる。
　尚、上述した実施の形態１においては、ＮＯｘセンサ２２のセンサセル２８が前記第１の発明における「下流ＮＯｘセンサ」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１８の処理を実行することにより前記第１の発明における「下流ＮＯｘセンサ補正手段」が実現されている。
　また、上述した実施の形態１においては、ＮＯｘセンサ１４のセンサセル２８が前記第２の発明における「上流ＮＯｘ濃度取得手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第２の発明における「添加量決定手段」が実現されている。
　また、上述した実施の形態１においては、ＮＯｘセンサ１４のセンサセル２８が前記第３の発明における「上流ＮＯｘセンサ」に、ＮＯｘセンサ１４の酸素ポンプセル２４が前記第３の発明における「排ガス水分量取得手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「上流ＮＯｘセンサ補正手段」が実現されている。
　また、上述した実施の形態１においては、ＮＯｘセンサ１４の酸素ポンプセル２４が前記第４の発明における「排ガス水分量取得手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１８の処理を実行することにより前記第４の発明における「下流ＮＯｘセンサ第２補正手段」が実現されている。
［実施の形態１の変形例］
　なお、本実施の形態においては、ＮＯｘ触媒２０の上流にＮＯｘセンサ１４を設け、ＮＯｘセンサ１４の酸素ポンプセル出力をＡ／Ｆとして検出したが、このＡ／Ｆは、ＮＯｘ触媒２０の上流の排気通路１２にＡ／Ｆセンサ、酸素センサ等を配置することで検出してもよい。こうすることで、ＮＯｘセンサ１４がＡ／Ｆセンサとしての機能を有しない場合でも実施の形態１と同様の効果が得られる。この場合、図７のステップ１０２、ステップ１１４におけるＡ／Ｆセンサは、別途配置するＡ／Ｆセンサとして読み替えるものとする。
　また、本実施の形態においては、ＮＯｘ触媒２０の上流にＮＯｘセンサ１４を設け、Ａ／ＦおよびＮＯｘ濃度を取得したが、ＮＯｘセンサ１４を配置せずにＮＯｘ触媒２０の上流のＡ／ＦおよびＮＯｘ濃度を取得することとしてもよい。図８は、本実施の形態１の変形例に係る排気ガス浄化装置の構成を説明するための図である。本変形例では、尿素添加弁１６の上流にＤＰＦ３８が配置されている。ＤＰＦ３８は、排気ガス中に含まれる微粒子物質を吸着するためのフィルタである。また、ＤＰＦ３８の上流にはＨＣやＣＯを酸化する機能を有する酸化触媒４０が配置されている。これらＤＰＦ３８、酸化触媒４０から触媒コンバータが構成されている。また、本変形例では、ＥＣＵ５０には、既述したセンサの他、酸化触媒４０の触媒床温を取得するための温度センサ４２等が接続されている。
　本変形例によれば、内燃機関１０の運転条件、例えば、機関回転数や機関負荷等に基づいてＡ／Ｆを推定することができる。また、内燃機関１０の運転条件や、温度センサ４２から出力された酸化触媒４０の触媒床温からＮＯｘ濃度を推定することができる。こうすることで、ＮＯｘセンサ１４を配置しない場合でも、実施の形態１と同様の効果が得られる。

Claims (4)

  1. 　内燃機関の排気ガス通路に配置され、排気ガスを浄化可能な触媒と、
    　前記触媒の上流側に配置され、前記排気ガス通路に尿素水を添加する尿素添加弁と、
    　前記触媒の下流側に配置され、前記触媒の下流側におけるＮＯｘ濃度に応じた出力を発する下流ＮＯｘセンサと、
    　前記下流ＮＯｘセンサの出力から、前記尿素水に由来する尿素水分量を除外する補正を行う下流ＮＯｘセンサ補正手段と、
    　を備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。
  2. 　前記触媒の上流側におけるＮＯｘ濃度を取得する上流ＮＯｘ濃度取得手段と、
    　前記上流ＮＯｘ濃度に応じた前記尿素水の添加量を決定するための添加量決定手段と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
  3. 　前記上流ＮＯｘ濃度取得手段は、前記尿素添加弁の上流に配置され、前記尿素添加弁の上流側のＮＯｘ濃度に応じた出力を発する上流ＮＯｘセンサであり、
    　前記尿素添加弁の上流側の排気ガスに由来する排ガス水分量を取得する排ガス水分量取得手段と、
    　前記上流ＮＯｘセンサの出力から、前記排ガス水分量を除外する補正を行う上流ＮＯｘセンサ補正手段と、
    　を備え、
    　前記添加量決定手段は、補正後の前記上流ＮＯｘセンサの出力に応じて前記尿素水の添加量を決定することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
  4. 　前記尿素添加弁の上流側の排気ガスに由来する排ガス水分量を取得する排ガス水分量取得手段と、
    　前記下流ＮＯｘセンサの出力から、前記排ガス水分量を除外する補正を行う下流ＮＯｘセンサ第２補正手段と、
    　を備えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
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