WO2010061672A1

WO2010061672A1 - ＮＯxセンサのセンサ値補正装置及び内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: WO2010061672A1
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Abstract

　ＮＯ_X濃度の検出精度の向上が図られたＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置及びそのようなセンサ値補正装置を備えた内燃機関の排気浄化装置を提供する。　ＮＯ_Xの還元に用いられる触媒の下流側に取付けられたＮＯ_Xセンサのセンサ値の補正を行うＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置において、触媒上流側での上流ＮＯ_X濃度に対する上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）を推定するとともに、触媒におけるＮＯ_Xの浄化効率（η）を推定し、上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）と、触媒におけるＮＯ_Xの浄化効率（η）と、に基づき、触媒下流側での下流ＮＯ_X濃度に対する下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を推定し、下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）に基づき、ＮＯ_Xセンサのセンサ値（S）を補正する。

Description

ＮＯxセンサのセンサ値補正装置及び内燃機関の排気浄化装置

　本発明は、内燃機関の排気通路に配設された触媒の下流側に設けられたＮＯ_Xセンサのセンサ値の補正を行うＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置及びそのような補正手段を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。特に、ＮＯ及びＮＯ₂に対する感度の差を考慮してＮＯ_Xセンサのセンサ値の補正を行うＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置及びそのような補正装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

　ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境に影響を与えるおそれのあるＮＯ_X（窒素酸化物）が含まれている。このＮＯ_Xを浄化するために用いられる排気浄化装置として、排気通路に配設された触媒の上流側に未燃燃料や尿素水溶液等の還元剤を噴射供給し、触媒中で還元剤を用いて排気ガス中のＮＯ_Xを還元する排気浄化装置が知られている。

　このような排気浄化装置では、還元剤の供給量が過剰になると還元剤が触媒の下流側へ流出する一方、還元剤の供給量が不足するとＮＯ_Xが触媒の下流側へ流出することになる。そのため、還元剤の供給量に過不足を生じないように、内燃機関の運転状態や触媒の還元効率を考慮して演算によって求められた還元剤の供給量に対して、触媒の下流側に設けたＮＯ_Xセンサのセンサ値が所定の閾値未満となるように補正を行う還元剤供給量のフィードバック制御が行われている。
　また、触媒の下流側に設けられるＮＯ_Xセンサは、排気浄化装置が正常に作動しているかを確認するための異常診断に用いられる場合もある。

　例えば、排気通路に設けられた還元触媒を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯ_Xセンサを用いて還元触媒の劣化度合いをより精度良く推定する内燃機関の排気浄化システムが提案されている。より具体的には、還元触媒より下流側にＮＯ_Xセンサが設けられており、排気ガス中のＮＯ_Xが還元触媒において浄化されていないときにおける、還元触媒より上流側の排気通路での排気ガスのＮＯ_X濃度の推定値とＮＯ_Xセンサのセンサ値との差を算出する。そして、還元触媒の劣化度合いを推定するときに、この差に基づいて還元触媒より上流側の排気通路での排気ガスのＮＯ_X濃度の推定値を補正し、この補正値とＮＯ_Xセンサのセンサ値との差に基づいて還元触媒の劣化度合いを推定する内燃機関の排気浄化システムが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００７－１６２６０３号　（全文、全図）

　しかしながら、ＮＯ_Xセンサは、ＮＯ_XとしてのＮＯ及びＮＯ₂それぞれに対する感度が異なる場合が多い。そして、内燃機関の排気系にはＮＯ及びＮＯ₂が存在するため、ＮＯ_Xセンサのセンサ値が実際のＮＯ_X濃度に相当するセンサ値に対して誤差を生じる場合がある。その結果、ＮＯ_Xセンサでは、排気系の実際のＮＯ_X濃度が正確に検出できないおそれがある。ＮＯ_Xセンサのセンサ値から求められるＮＯ_X濃度と実際のＮＯ_X濃度との間に誤差が生じると、上述した還元剤噴射量のフィードバック制御が正確に行えなくなって、排気ガス中のＮＯ_Xの還元浄化が精度良く行われなくなるおそれがあるとともに、排気浄化装置の異常診断の信頼性が失われるおそれがある。

　そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、触媒の下流側でのＮＯ濃度とＮＯ₂濃度との比率を推定するとともに、ＮＯ_XセンサにおけるＮＯ及びＮＯ₂それぞれに対する感度を考慮してセンサ値の補正を行うことによりこのような問題を解決することができることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の目的は、ＮＯ及びＮＯ₂それぞれに対する感度が異なるＮＯ_Xセンサのセンサ値を補正して、ＮＯ_X濃度の検出精度の向上を図るＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置及びそのようなセンサ値補正装置を備えた内燃機関の排気浄化装置を提供することである。

　本発明によれば、内燃機関の排気通路に備えられ、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_Xの還元に用いられる触媒の下流側に取付けられたＮＯ_Xセンサのセンサ値の補正を行うＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置において、触媒上流側での上流ＮＯ_X濃度に対する上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）を推定するとともに、触媒におけるＮＯ_Xの浄化効率（η）を推定し、上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）と、触媒におけるＮＯ_Xの浄化効率（η）と、に基づき、触媒下流側での下流ＮＯ_X濃度に対する下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を推定し、下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）に基づき、ＮＯ_Xセンサのセンサ値（S）を補正することを特徴とするＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

　また、本発明のＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置を構成するにあたり、上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）を推定する上流ＮＯ_X濃度演算部と、触媒におけるＮＯ_Xの浄化効率（η）を推定する触媒効率演算部と、少なくとも触媒下流側での下流ＮＯ_X濃度に対する下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を推定する下流ＮＯ_X濃度演算部と、下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）に基づきＮＯ_Xセンサのセンサ値（S）を補正するセンサ値補正部と、を備えることが好ましい。

　また、本発明のＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置を構成するにあたり、下流ＮＯ_X濃度演算部は、触媒におけるＮＯ_Xの浄化効率（η）に基づき触媒上流側での上流ＮＯ_X濃度に対するＮＯが浄化されうる最大比率（η/2）及びＮＯ₂が浄化されうる最大比率（η/2）を求め、上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）と、ＮＯが浄化されうる最大比率（η/2）及びＮＯ₂が浄化されうる最大比率（η/2）と、に基づいて、下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を推定することが好ましい。

　また、本発明のＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置を構成するにあたり、下流ＮＯ_X濃度演算部は、上流ＮＯ濃度の比率（RUno）からＮＯが浄化されうる最大比率（η/2）を減算するとともに上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）からＮＯ₂が浄化されうる最大比率（η/2）を減算し、減算した各値（RLno’）、（RLno2’）がともに０又は正の値の場合には各値の比率から下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を求め、上流ＮＯ濃度の比率（RUno）からＮＯが浄化されうる最大比率（η/2）を減算した値（RLno’）が負の値の場合には、下流ＮＯ濃度の比率（RLno）を０とする一方、下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を１とし、上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）からＮＯ₂が浄化されうる最大比率（η/2）を減算した値（RLno2’）が負の値であるときには、下流ＮＯ濃度の比率（RLno）を１とする一方、下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を０とすることが好ましい。

　また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路に備えられた還元触媒と、還元触媒の下流側に設けられたＮＯ_Xセンサと、を備え、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_Xの還元を行う内燃機関の排気浄化装置において、触媒上流側での上流ＮＯ_X濃度に対する上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）を推定するとともに、触媒におけるＮＯ_Xの浄化効率（η）を推定し、上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）と、触媒におけるＮＯ_Xの浄化効率（η）と、に基づき、触媒下流側での下流ＮＯ_X濃度に対する下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を推定し、下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）に基づき、ＮＯ_Xセンサのセンサ値（S）を補正する補正手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

　本発明のＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置によれば、触媒の下流側でのＮＯとＮＯ₂との比率が精度よく推定され、当該推定結果に基づいてＮＯ_Xセンサのセンサ値の補正が行われるため、ＮＯ及びＮＯ₂それぞれに対するＮＯ_Xセンサの感度が異なる場合であっても、排気ガス中のＮＯ_X濃度が精度よく検出される。その結果、還元剤噴射量のフィードバック制御や排気浄化装置の異常診断等が正確に行えるようになる。

　また、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯ及びＮＯ₂それぞれに対するＮＯ_Xセンサの感度が異なる場合であっても、触媒の下流側での排気ガス中のＮＯ_X濃度が精度よく検出され、当該ＮＯ_Xセンサのセンサ値を用いた還元剤のフィードバック制御や排気浄化装置の異常診断等が正確に行われる。

本発明の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。本発明の実施の形態の排気浄化装置に用いられるＮＯ_Xセンサの構成例を説明するための図である。本発明の実施の形態にかかるＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置としての制御装置の構成例を示すブロック図である。ＮＯ_Xセンサのセンサ値補正工程を含む還元剤供給装置の制御方法を説明するためのフローである。下流ＮＯ_X濃度に対する下流ＮＯ濃度の比率及び下流ＮＯ₂濃度の比率の求め方を説明するためのフローである。

　以下、図面を参照して、本発明のＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置及び内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
　なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

１．内燃機関の排気浄化装置
（１）基本的構成
　まず、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置（以下単に「排気浄化装置」と称する。）の構成について説明する。
　図１は、排気通路中に配設された還元触媒１３の上流側に還元剤としての尿素水溶液を噴射供給し、還元触媒１３において排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを選択的に還元浄化する排気浄化装置１０の全体構成を示している。この排気浄化装置１０は、内燃機関５に接続された排気通路の途中に設けられるものであり、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを選択的に還元するための還元触媒１３と、還元触媒１３の上流側で排気通路内に尿素水溶液を噴射供給するための還元剤供給装置４０を主たる要素として備えている。

　また、還元触媒１３の上流側には上流側排気温度センサ２６が設けられているとともに、還元触媒１３の下流側には下流側温度センサ２７及びＮＯ_Xセンサ１５が設けられている。下流側温度センサ２７の代わりに、上流側温度センサ２６や排気ガス流量等を用いた温度推定手段が備えられていてもよい。さらに、排気浄化装置１０は、還元剤供給装置４０の動作制御を行うとともに、本実施形態のＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置として機能する制御装置３０を備えている。

　本実施形態の排気浄化装置１０は液体の還元剤として尿素水溶液が用いられる排気浄化装置である。尿素水溶液は、還元触媒１３よりも上流側で排気ガスに混合されるとともに加水分解によってアンモニアが生成され、このアンモニアが還元触媒１３によって吸着される。ただし、本実施形態の排気浄化装置１０に用いられる還元剤は尿素水溶液に限られず、その他、還元触媒１３にアンモニアを供給できるものであればよい。

（２）還元触媒
　本実施形態の排気浄化装置１０に用いられる還元触媒１３は、還元剤供給装置４０によって排気ガス中に噴射される尿素水溶液が加水分解を生じて生成されるアンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のＮＯ_Xを還元する。この還元触媒１３は、例えば、アンモニアの吸着機能を有し、かつ、ＮＯ_Xを選択的に還元可能なゼオライト系の還元触媒が用いられる。

（３）還元剤供給装置
　還元剤供給装置４０は、還元触媒１３の上流側で排気管１１に固定された還元剤噴射弁４３と、液体の還元剤としての尿素水溶液が貯蔵された貯蔵タンク４１と、貯蔵タンク４１内の尿素水溶液を還元剤噴射弁４３に向けて圧送する還元剤圧送手段４２とによって構成されている。還元剤圧送手段４２と貯蔵タンク４１との間には第１の供給通路４４が接続され、還元剤圧送手段４２と還元剤噴射弁４３との間には第２の供給通路４５が接続されている。第２の供給通路４５には、還元剤圧送手段４２の駆動制御に用いられる還元剤圧力センサ４７が設けられている。

　還元剤供給装置４０の還元剤噴射弁４３は、例えば、通電制御により開閉制御が行われる還元剤噴射弁が用いられる。還元剤圧送手段４２から還元剤噴射弁４３に圧送される尿素水溶液は所定の圧力に維持され、制御装置３０から出力される制御信号によって還元剤噴射弁４３が開かれたときに排気通路内に噴射される。
　また、還元剤圧送手段４２は代表的には電動ポンプが用いられ、貯蔵タンク４１内の尿素水溶液を汲み上げて還元剤噴射弁４３に圧送する。このポンプは、例えば電動式のダイヤフラムポンプやギアポンプが用いられ、制御装置３０によって駆動制御が行われる。

　なお、還元剤供給装置４０の構成は、上述のような還元剤噴射弁４３から直接排気通路１１内に尿素水溶液を噴射する構成以外にも、例えば、高圧エアを用いて尿素水溶液を霧状にした上で排気通路１１内に供給するエアアシスト式の構成であってもよい。

（４）ＮＯ_Xセンサ
　ＮＯ_Xセンサ１５は、還元触媒１３の下流側に設けられ、排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出するために用いられる。
　図２は、本実施形態の排気浄化装置１０で用いられるＮＯ_Xセンサ１５の構成の一例を概略的に示す断面図である。このＮＯ_Xセンサ１５は、二つの固体電解質体５１、５３によって形成された排気ガス流路５５を備えており、排気ガス流路５５の途中には第１空間５７及び第２空間５９が設けられている。

　このうち、第１空間５７に面して第１素子７０が設けられ、第２空間５９に面して第２素子８０が設けられている。第１素子７０は、固体電解質体５３の両面に第１の内側電極７１及び第１の外側電極７３が配置されて構成されたものであり、第１の内側電極７１が第１空間５７に面し、第１の外側電極７３が基準ガス空間６５に面している。また、第２素子８０は、固体電解質体５３の両面に第２の内側電極８１及び第２の外側電極８３が配置されて構成されたものであり、第２の内側電極８１が第２空間５９に面し、第２の外側電極８３が基準ガス空間６５に面している。

　このＮＯ_Xセンサ１５において、第１素子７０及び第２素子８０はともに酸素ポンプ素子として利用されるものであり、第１素子７０及び第２素子８０を構成する第１の内側電極７１と第１の外側電極７３、及び第２の内側電極８１と第２の外側電極８３はそれぞれ外部接続回路６７に接続され、一対の電極間に電圧が印加される。
　そして、第１素子７０では、排気ガスＧ中のＮＯ_XのうちのＮＯが解離しないようにして酸素のみが汲み出されるように、電圧の印加が行われる。このとき、第１空間５７内では、下記式（１）で示すように、ＮＯ₂が解離してＮＯ及び酸素が生成される。
２ＮＯ₂　→　２ＮＯ＋Ｏ₂　…（１）
　したがって、排気ガスＧにもともと含まれていた酸素と、第１空間５７内で生成された酸素とが、第１素子７０によって第１空間５７から汲み出される。

　また、第２素子８０では、排気ガスＧ中のＮＯを解離して酸素が汲み出されるように、電圧の印加が行われる。すなわち、第２空間内では、下記式（２）で示すように、ＮＯが解離して窒素及び酸素が生成される。
２ＮＯ　→　Ｎ₂＋Ｏ₂　…（２）
　したがって、第２空間５９内で生成された酸素が第２素子８０によって第２空間５９から汲み出される。
　このとき、第２素子８０に流れる電流値は、第２空間５９から汲み出された酸素濃度に応じた電流値を示し、この酸素濃度はすなわちＮＯ_X濃度を示すことから、この電流値を測定することによって、排気ガス中のＮＯ_X濃度が検出される。

　このように構成されたＮＯ_Xセンサ１５は、排気ガス中に含まれるＮＯ及びＮＯ₂のうち、ＮＯ₂を一旦解離させてＮＯ及び酸素を生成した後、ＮＯを解離させて生成した酸素濃度に応じた電流値をセンサ値Sとして出力し、当該センサ値Sに基づいてＮＯ_X濃度を検出するものであるため、ＮＯに対する感度とＮＯ₂に対する感度とに差が生じる。ＮＯ及びＮＯ₂それぞれに対する感度は、ＮＯ_Xセンサの種類によって様々であるが、例えば、ＮＯに対する感度が１００％になるようにＮＯ_Xセンサを設計した場合に、ＮＯ₂に対する感度が８０％になることがある。

２．制御装置（ＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置）
　図３は、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置３０の構成のうち、還元剤供給装置４０の制御及びＮＯ_Xセンサのセンサ値の補正を行う部分について機能的なブロックで表した構成例を示している。

　この制御装置３０は、還元剤噴射量演算部（図３では「Qud演算」と表記。）と、還元剤供給装置制御部（図３では「DeNOX制御」と表記。）と、上流ＮＯ_X濃度演算部（図３では「NOXupper演算」と表記。）と、下流ＮＯ_X濃度演算部（図３では「NOXlower演算」と表記。）と、センサ値補正部（図３では「センサ値補正」と表記。）とを主要な構成要素として備えている。制御装置３０の各部は、具体的にはマイクロコンピュータ（図示せず）によるプラグラムの実行によって実現される。

（１）還元剤噴射量演算部
　還元剤噴射量演算部は、内燃機関５から排出される排気ガスの流量Fgas及びＮＯ_Xの流量Fnox、還元触媒１３の上流側及び下流側での排気ガス温度TUgas、TLgasから推定される還元触媒１３の温度Tcat、及び還元触媒１３におけるＮＯ_Xの還元効率η（％）に、還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vactを加味して尿素水溶液の目標噴射量Qudtgtを算出する。

　また、本実施形態の制御装置３０の還元剤噴射量演算部は、還元触媒１３の下流側に流出するＮＯ_Xが所定の閾値未満となるように、還元触媒１３の下流側に設けられたＮＯ_Xセンサ１５のセンサ値Sに基づいて目標噴射量Qudtgtの補正を行う。このように算出された噴射指示値Qudは、還元剤供給装置制御部に送られる。目標噴射量Qudtgtの補正に用いられるセンサ値Sは、具体的には、後述するセンサ値補正部によって補正された補正値S’が用いられる。

　この還元剤噴射量演算部には、還元触媒１３におけるＮＯ_Xの還元効率（以下「触媒効率」と称する。）η（％）を推定する触媒効率演算部（図３では「η演算」と表記。）が備えられている。図３に示す制御装置３０の触媒効率演算部には、還元触媒１３の温度Tcat及びアンモニアの実吸着量Vactに対応して還元触媒１３の触媒効率η（％）が選択されるようにマップmapがあらかじめ格納されており、触媒効率η（％）は、還元剤の目標噴射量Qudtgtの演算に用いられるとともに、下流ＮＯ_X濃度演算部に送られる。ただし、触媒効率η（％）の推定方法はこのような方法に限られず、還元触媒１３の温度Tcat、還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vact、排気ガスの流量Fgas、還元触媒１３の上流側でのＮＯ_X濃度NUnox、上流ＮＯ濃度NUnoと上流ＮＯ₂濃度NUno2との比率、還元触媒１３の劣化度合い等を考慮して、触媒効率ηをモデル化することもできる。

（２）還元剤供給装置制御部
　還元剤供給装置制御部は、還元剤圧力センサ４７を用いて検出される第２の供給経路４５内の圧力Pudに基づき還元剤圧送手段４２のフィードバック制御を行い、第２の供給経路４５内の圧力を所定の値に維持する。また、還元剤供給装置制御部は、還元剤噴射量演算部で算出された尿素水溶液の噴射指示値Qudに基づいて、還元剤噴射弁４３の開閉制御を行う。

（３）上流ＮＯ_X濃度演算部
　上流ＮＯ_X濃度演算部は、還元触媒１３の上流側における上流ＮＯ_X濃度NUnoxに対する上流ＮＯ濃度NUnoの比率RUno（％）及び上流ＮＯ₂濃度NUno2の比率RUno2（％）を推定する。内燃機関５から排出されるＮＯ_Xは大部分がＮＯであり、ＮＯを酸化させ、還元触媒１３に流入するＮＯとＮＯ₂との比率を変えることで還元効率を向上させることを目的として、一般的に、還元触媒１３の上流側には酸化触媒や、酸化機能を持たせたパティキュレートフィルタが配置されている。これら酸化触媒等を通過した後のＮＯとＮＯ₂との比率は、酸化触媒等の温度Tocや排気ガス流量Fgas等に依存するため、本実施形態の制御装置３０の上流ＮＯ_X濃度演算部は、酸化触媒等の温度Tocと排気ガスの流量Fgas等に基づいて、還元触媒１３の上流側における上流ＮＯ濃度NUnoの比率RUno（％）や上流ＮＯ₂濃度NUno2の比率RUno2（％）を推定する。ただし、上流ＮＯ濃度NUnoの比率RUno（％）や上流ＮＯ₂濃度NUno2の比率RUno2（％）の推定方法はこのような例に限られない。

（４）下流ＮＯ_X濃度演算部
　下流ＮＯ_X濃度演算部は、少なくとも還元触媒１３の下流側における下流ＮＯ_X濃度NLnoxに対する下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno（％）又は下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2（％）を推定する。本実施形態の排気浄化装置１０の制御装置３０を構成する下流ＮＯ_X濃度演算部は、以下の手順に沿って、下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno（％）又は下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2（％）を算出する。

　まず、上流ＮＯ濃度NUnoの比率RUno（％）からＮＯが浄化されうる最大比率η/2を減算するとともに上流ＮＯ₂濃度NUno2の比率RUno2（％）からＮＯ₂が浄化されうる最大比率η/2を減算する。
　ここで、ＮＯ及びＮＯ₂が浄化されうる最大比率η/2を減算しているのは、反応速度が速い下記式（３）の反応式をメインに、還元触媒１３中での還元反応が進行することを前提にしているからであり、還元触媒１３での還元効率がηであるときには、ＮＯ及びＮＯ₂はそれぞれ最大η/2分浄化されるからである。
2NH₃＋NO＋NO₂→ 2N₂＋3H₂O　…（３）

　次いで、上流ＮＯ濃度NUnoの比率RUno（％）からＮＯが浄化されうる最大比率η/2を減算した値RLno’（％）及び上流ＮＯ₂濃度NUno2の比率RUno2（％）からＮＯ₂が浄化されうる最大比率η/2を減算した値RLno2’（％）がともに０又は正の値の場合には、前記各値RLno’（％）、RLno2’（％）の比率から、下流ＮＯ_X濃度NLnoxに対する下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno（％）又は下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2（％）を求める。

　一方、上流ＮＯ濃度NUnoの比率RUno（％）からＮＯが浄化されうる最大比率η/2を減算した値RLno’（％）が負の値の場合には、下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno（％）を０とする一方、下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2（％）を１００（％）とする。また、上流ＮＯ₂濃度NUno2の比率RUno2（％）からＮＯ₂が浄化されうる最大比率η/2を減算した値RLno2’（％）が負の値であるときには、下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno（％）を１００（％）とする一方、下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2（％）を０とする。

　なお、上記説明中の各比率は以下の関係を満足する。
RUno（％）＋RUno2（％）＝１００（％）
RLno’（％）＋RLno2’（％）≠１００（％）
RLno（％）＋RLno2（％）＝１００（％）

（５）センサ値補正部
　センサ値補正部は、下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno（％）又は下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2（％）に基づいてＮＯ_Xセンサ１５のセンサ値Sを補正する。本実施形態の制御装置３０を構成するセンサ値補正部は、ＮＯに対する感度がX（％）でありＮＯ₂に対する感度がY（％）である場合に、下記式（４）に基づいてセンサ値の補正値S’を算出する。
S’＝S／｛〔1－（1－X／100）×RLno／100〕－（1－Y／100）×RLno2／100｝　…（４）

　例えば、ＮＯに対する感度が９５％、ＮＯ₂に対する感度が８０％のＮＯ_Xセンサの場合、上記式（４）は下記式（５）で表される。
S’＝S／｛〔1－（1－0.95）×RLno／100〕－（1－0.8）×RLno2／100｝　…（５）
　また、ＮＯに対する感度が１００％に設計されたＮＯ_Xセンサが、ＮＯ₂に対しては８０％の感度となっている場合、上記式（４）は下記式（６）で表される。
S’＝S／｛〔1－（1－0.8）×RLno2／100｝　…（６）

　表１は、ＮＯに対する感度が１００％に設計され、ＮＯ₂に対しては８０％の感度を示すＮＯ_Xセンサを用いた場合において、ＮＯ_Xセンサのセンサ値SがＮＯ_X濃度（下流ＮＯ_X濃度NLnox）＝１００ｐｐｍであることを示したときに上記式（６）を用いて行われた補正例を示す。

　この表１からも理解できるように、本実施形態の制御装置３０のセンサ値補正部は、センサ値SのうちのＮＯ又はＮＯ₂それぞれに対応するセンサ値を、ＮＯ及びＮＯ₂それぞれに対するＮＯ_Xセンサ１５の感度に基づいて逆算し、ＮＯ及びＮＯ₂に対するＮＯ_Xセンサの感度が１００％である状態に換算して補正値S’を算出する。このようにして算出されたセンサ値の補正値S’が、上述の還元剤噴射量演算部において、還元剤の目標噴射量Qudtgtの補正に用いられる。

４．ＮＯ_Xセンサのセンサ値補正方法（還元剤供給装置の制御方法）
　次に、これまで説明した本実施形態の制御装置３０によって行われるＮＯ_Xセンサのセンサ値補正工程を含む還元剤供給装置の制御方法の具体例について説明する。図４は、本実施形態の還元剤供給装置の制御方法のフローを示している。

　まず、スタート後のステップＳ１で、制御装置３０の還元剤噴射量演算部は、排気ガスの流量Fgas、ＮＯ_Xの流量Fnox、還元触媒１３の上流側及び下流側での排気ガス温度TUgas、TLgas及びＮＯ_Xセンサ値Sを読み込んだ後、ステップＳ２で還元触媒１３の温度Tcatを演算によって推定し、さらに、ステップＳ３で、還元触媒１３における現在のアンモニアの実吸着量Vactを演算によって推定する。

　次いで、ステップＳ４で、制御装置３０の還元剤噴射量演算部は、ステップＳ２で求めた還元触媒１３の温度TcatとステップＳ３で求めたアンモニアの実吸着量Vact等から還元触媒１３におけるＮＯ_Xの還元効率ηを求める。
　次いで、ステップＳ５で、制御装置３０の上流ＮＯ_X濃度演算部は、酸化触媒あるいは酸化機能を有するパティキュレートフィルタの温度Toc及び排気ガス流量Fgas等を読み込み、ステップＳ６で、ステップＳ５で読み込んだ各値に基づいて、上流ＮＯ_X濃度NUnoxに対する上流ＮＯ濃度NUnoの比率RUno及び上流ＮＯ₂濃度NUno2の比率RUno2を求める。

　次いで、ステップＳ７で、制御装置３０の下流ＮＯ_X濃度演算部は、ステップＳ６で求めた上流ＮＯ濃度NUnoの比率RUno及び上流ＮＯ₂濃度NUno2の比率RUno2と還元触媒１３の触媒効率ηとに基づいて、下流ＮＯ_X濃度NLnoxに対する下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno及び下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2を求める。

　図５は、ステップＳ７で実行される、下流ＮＯ_X濃度NLnoxに対する下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno及び下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2を求め方を示すフローである。
　まず、ステップＳ２１で、上流ＮＯ濃度NUnoの比率RUnoからＮＯが浄化されうる最大比率η/2を減算した値RLno’と、上流ＮＯ₂濃度NUno2の比率RUno2からＮＯ₂が浄化されうる最大比率η/2を減算した値RLno2’を算出する。

　次いで、ステップＳ２２で、ステップＳ２１で算出した各値RLno’、RLno2’がともに０以上であるか否かを判別し、０以上の場合にはステップＳ２３に進んで、上記各値RLno’、RLno2’の比率から、下流ＮＯ_X濃度NLnoxに対する下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno及び下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2を求める。

　ステップＳ２２で上記各値RLno’、RLno2’がともに０以上でない場合にはステップＳ２４に進み、一方の値RLno’が負の値であるか否かを判別する。当該値RLno’が負の値の場合にはステップＳ２５に進んで、下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLnoを０とする一方、下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2を１００とする。一方、上記値RLnoが正の値の場合、他方の値RLno2が負の値であることから、下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLnoを１００とする一方、下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2を０とする。

　このようにして下流ＮＯ_X濃度NLnoxに対する下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno及び下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2を求めた後、ステップＳ８で、制御装置３０のセンサ値補正部は、ステップＳ７で求められた下流ＮＯ濃度NLnoの比率RLno及び下流ＮＯ₂濃度NLno2の比率RLno2に基づき、上記式（４）にしたがいＮＯ_Xセンサのセンサ値Sの補正を行う。

　次いで、ステップＳ９で、制御装置３０の還元剤噴射量演算部は、すでに入力されている排気ガスの流量Fgas、ＮＯ_Xの流量Fnox、還元触媒１３におけるアンモニアの実吸着量Vact及び触媒効率η等に基づいて、還元剤の目標噴射量Qudtgtを演算により求めるとともに、ステップＳ８で算出されたＮＯ_Xセンサのセンサ値の補正値S’を参照して、還元触媒１３の下流側のＮＯ_X濃度が所定の閾値未満となるように目標噴射量Qudtgtの補正を行う。
　そして、ステップＳ１０で、還元剤供給装置制御部は、ステップＳ９で算出された補正後の還元剤の噴射指示値Qudにしたがい、還元剤噴射弁４３への通電制御を行って還元剤を排気通路に供給する。

　以上のように、本実施形態のＮＯ_Xセンサのセンサ値補正方法を含む還元剤供給装置の制御方法では、還元触媒１３の下流側のＮＯ_X濃度が所定の閾値未満となるように還元剤の目標噴射量の補正を行うにあたり、センサ値SのうちのＮＯ又はＮＯ₂それぞれに対応するセンサ値を、ＮＯ及びＮＯ₂それぞれに対するＮＯ_Xセンサ１５の感度に基づいて逆算し、ＮＯ及びＮＯ₂に対するＮＯ_Xセンサの感度が１００％である状態に換算して算出した補正値S’が用いられる。したがって、還元剤の目標噴射量の補正がより正確に行われ、大気中に放出されるＮＯ_X量の低減を図ることができる。

Claims

　内燃機関の排気通路に備えられ、前記内燃機関から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_Xの還元に用いられる触媒の下流側に取付けられたＮＯ_Xセンサのセンサ値の補正を行うＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置において、
　前記触媒上流側での上流ＮＯ_X濃度に対する上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）を推定するとともに、前記触媒における前記ＮＯ_Xの浄化効率（η）を推定し、
　前記上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び前記上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）と、前記触媒における前記ＮＯ_Xの浄化効率（η）と、に基づき、前記触媒下流側での下流ＮＯ_X濃度に対する下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を推定し、
　前記下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は前記下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）に基づき、前記ＮＯ_Xセンサのセンサ値（S）を補正することを特徴とするＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置。
　前記上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び前記上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）を推定する上流ＮＯ_X濃度演算部と、
　前記触媒における前記ＮＯ_Xの浄化効率（η）を推定する触媒効率演算部と、
　少なくとも前記触媒下流側での下流ＮＯ_X濃度に対する前記下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は前記下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を推定する下流ＮＯ_X濃度演算部と、
　前記下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は前記下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）に基づき前記ＮＯ_Xセンサのセンサ値（S）を補正するセンサ値補正部と、
　を備えることを特徴とするＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置。
　前記下流ＮＯ_X濃度演算部は、前記触媒における前記ＮＯ_Xの浄化効率（η）に基づき前記触媒上流側での前記上流ＮＯ_X濃度に対する前記ＮＯが浄化されうる最大比率（η/2）及び前記ＮＯ₂が浄化されうる最大比率（η/2）を求め、前記上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び前記上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）と、前記ＮＯが浄化されうる最大比率（η/2）及び前記ＮＯ₂が浄化されうる最大比率（η/2）と、に基づいて、前記下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は前記下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載のＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置。
　前記下流ＮＯ_X濃度演算部は、前記上流ＮＯ濃度の比率（RUno）から前記ＮＯが浄化されうる最大比率（η/2）を減算するとともに前記上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）から前記ＮＯ₂が浄化されうる最大比率（η/2）を減算し、
　減算した各値（RLno’）、（RLno2’）がともに０又は正の値の場合には前記各値の比率から前記下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は前記下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を求め、
　前記上流ＮＯ濃度の比率（RUno）から前記ＮＯが浄化されうる最大比率（η/2）を減算した値（RLno’）が負の値の場合には、前記下流ＮＯ濃度の比率（RLno）を０とする一方、前記下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を１とし、
　前記上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）から前記ＮＯ₂が浄化されうる最大比率（η/2）を減算した値（RLno2’）が負の値であるときには、前記下流ＮＯ濃度の比率（RLno）を１とする一方、前記下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を０とすることを特徴とする請求項３に記載のＮＯ_Xセンサのセンサ値補正装置。
　内燃機関の排気通路に備えられた還元触媒と、前記還元触媒の下流側に設けられたＮＯ_Xセンサと、を備え、前記内燃機関から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_Xの還元を行う内燃機関の排気浄化装置において、
　前記触媒上流側での上流ＮＯ_X濃度に対する上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）を推定するとともに、前記触媒における前記ＮＯ_Xの浄化効率（η）を推定し、前記上流ＮＯ濃度の比率（RUno）及び前記上流ＮＯ₂濃度の比率（RUno2）と、前記触媒における前記ＮＯ_Xの浄化効率（η）と、に基づき、前記触媒下流側での下流ＮＯ_X濃度に対する下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）を推定し、前記下流ＮＯ濃度の比率（RLno）又は前記下流ＮＯ₂濃度の比率（RLno2）に基づき、前記ＮＯ_Xセンサのセンサ値（S）を補正する補正手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。