JP2022053082A - NOxセンサ昇温装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒータ動作時のNOxセンサの損傷を抑制する。
【解決手段】NOxセンサ昇温装置は、エンジンの排気管に設けられ排気ガス中のNOxの濃度を検出するNOxセンサと、NOxセンサをセンサ動作温度に昇温させる昇温動作を行うヒータ65と、エンジンの始動時の前記排気ガスの温度である排気温度、外気温度、及びエンジンの冷却水の温度である冷却水温度を取得する温度取得部122と、取得した排気温度、外気温度及び冷却水温度に基づいて、熱量の閾値を取得する閾値取得部124と、排気ガスの熱量が閾値取得部124によって取得された閾値よりも大きい場合には、ヒータ65に昇温動作を行わせる昇温制御部125と、を備える。
【選択図】図2
【解決手段】NOxセンサ昇温装置は、エンジンの排気管に設けられ排気ガス中のNOxの濃度を検出するNOxセンサと、NOxセンサをセンサ動作温度に昇温させる昇温動作を行うヒータ65と、エンジンの始動時の前記排気ガスの温度である排気温度、外気温度、及びエンジンの冷却水の温度である冷却水温度を取得する温度取得部122と、取得した排気温度、外気温度及び冷却水温度に基づいて、熱量の閾値を取得する閾値取得部124と、排気ガスの熱量が閾値取得部124によって取得された閾値よりも大きい場合には、ヒータ65に昇温動作を行わせる昇温制御部125と、を備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、NOxセンサ昇温装置に関する。
エンジンの排気管に、排気ガス中のNOx(窒素酸化物)の濃度を検出するNOxセンサが設けられている。このNOxセンサは、検出素子が活性化するセンサ動作温度において検出機能を発揮するため、NOxセンサをセンサ動作温度に昇温させるヒータが設けられている。
ところで、エンジンの始動時等の低外気温時には、排気管中に凝縮水が発生しやすい。このため、低外気温時にヒータによる昇温動作を行うと、凝縮水に起因してNOxセンサが損傷するおそれがある。
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ヒータ動作時のNOxセンサの損傷を抑制することを目的とする。
本発明の一の態様においては、エンジンの排気管に設けられ排気ガス中のNOxの濃度を検出するNOxセンサと、前記NOxセンサをセンサ動作温度に昇温させる昇温動作を行うヒータと、前記エンジンの始動時の前記排気ガスの温度である排気温度、外気温度、及び前記エンジンの冷却水の温度である冷却水温度を取得する温度取得部と、前記温度取得部が取得した前記排気温度、前記外気温度及び前記冷却水温度に基づいて、熱量の閾値を取得する閾値取得部と、前記排気ガスの熱量が前記閾値取得部によって取得された前記閾値よりも大きい場合には、前記ヒータに前記昇温動作を行わせる昇温制御部と、を備える、NOxセンサ昇温装置を提供する。
また、前記閾値取得部は、前記排気温度、前記外気温度、前記冷却水温度、及び前記エンジンを停止にしてからの経過時間に基づいて、前記閾値を取得することとしてもよい。
また、前記閾値取得部は、前記外気温度及び前記排気温度の各々に重みを付加した値を用いて、前記閾値を取得し、前記閾値取得部は、前記外気温度が低いほど前記外気温度に対する重みを大きくすることとしてもよい。
また、前記閾値取得部は、前記外気温度が前記排気温度よりも低い場合には、前記エンジンを停止にしてからの経過時間が長いほど前記外気温度に対する重みを大きくし、前記外気温度が前記排気温度よりも高い場合には、前記排気温度が低いほど前記外気温度に対する重みを小さくすることとしてもよい。
また、前記閾値取得部は、前記外気温度として、イグニッションスイッチのオンから前記エンジンの始動開始までの間の最低外気温度を用いて、前記閾値を取得することとしてもよい。
また、前記閾値取得部は、前記排気温度として、前記排気管に設けられ前記排気ガスを浄化する浄化装置の上流部又は下流部の温度を用いて、前記閾値を取得することとしてもよい。
本発明によれば、ヒータ動作時のNOxセンサの損傷を抑制できるという効果を奏する。
<排気浄化システムの構成>
図1を参照しながら、NOxセンサを昇温させるNOx昇温装置の機能を有する排気浄化システムSの構成について説明する。
図1を参照しながら、NOxセンサを昇温させるNOx昇温装置の機能を有する排気浄化システムSの構成について説明する。
図1は、一の実施形態に係る排気浄化システムSの構成を示す模式図である。図1に示すように、排気浄化システムSは、エンジン10と、排気通路20と、DPF(Diesel Particulate Filter)30と、尿素水噴射装置40と、SCR(Selective Catalytic Reduction;選択還元触媒)装置50と、NOxセンサ60と、制御装置100とを有する。排気浄化システムSは、トラック等の車両に搭載されており、エンジン10の排気ガスを浄化する。
エンジン10は、燃料と吸気(空気)の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる内燃機関である。
排気通路20は、エンジン10と接続された排気管であり、エンジン10の排気ガスを車両の外部へ排出させる。排気ガスが流れる排気通路20には、DPF30、尿素水噴射装置40及びSCR装置50が設けられている。
DPF30は、排気ガスに含まれる粒子状物質(PM)を捕集するフィルタである。DPF30は、例えば、金属やセラミックス製のハニカム体で構成されている。
尿素水噴射装置40は、DPF30とSCR装置50の間に設けられ、排気通路20内に尿素水を噴射する。尿素水噴射装置40が噴射した尿素水は、排気通路20を流れる排気ガスの熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。アンモニアは、排気ガス中のNOxの還元反応を起こすために用いられる。尿素水噴射装置40は、噴射部41と、タンク42と、ポンプ43と、流路44とを有する。タンク42は、尿素水を収容する収容部である。ポンプ43は、タンク42内の尿素水を噴射部41へ向かって圧送する。流路44は、ポンプ43によって噴射部41へ送られる尿素水が流れる供給路である。噴射部41は、尿素水を排気通路20内に噴射する。
SCR装置50は、排気ガス中のNOxを還元反応によって無害な窒素に変換する装置である。SCR装置50は、アンモニアとNOxの還元反応を促進させる還元触媒52を有する。還元触媒52には、尿素水から生成されたアンモニアが吸着される。還元触媒52は、吸着したアンモニアによってNOxを窒素と水に還元し、NOxの排出を低減させる。
NOxセンサ60は、排気ガス中のNOxの濃度を検出する。NOxセンサ60は、排気通路20においてSCR装置50の上流側に設けられている。NOxセンサ60は、SCR装置50の入口側のNOxの濃度を検出する。例えば、NOxセンサ60は、内部のチャンバーに取り込まれた排気ガス中のNOxから分解された酸素を検出することで、NOxの濃度を検出する。NOxセンサ60は、検出素子が活性化するセンサ動作温度において、NOxの検出機能を発揮する。そこで、NOxセンサ60をセンサ動作温度に昇温させるヒータ(図2に示すヒータ65)が設けられている。なお、NOxセンサ60は、SCR装置50の上流側及び下流側の両方に設けられていてもよい。
ヒータ65は、例えば電熱式のヒータであり、通電を受けて加熱することでNOxセンサ60を昇温させる。ヒータ65は、NOxセンサ60のチャンバー内に設けられており、チャンバー内を昇温させる。ヒータ65及びチャンバーは、例えばセラミックから成る。ヒータ65は、排気ガスの熱量が所定の判定閾値よりも大きい場合に、昇温動作を開始する。
制御装置100は、排気浄化システムSの動作を制御する。本実施形態では、制御装置100は、尿素水噴射装置40、NOxセンサ60、ヒータ65の動作を制御する。
ところで、エンジン10の始動時等の低外気温時には、排気通路20中に凝縮水が発生することがある。特に、低外気温状態で長い時間経過すると、凝縮水が発生しやすい。発生した凝縮水が排気ガスによって飛ばされて、NOxセンサ60に付着するケースが想定される。凝縮水がNOxセンサ60に付着した状態でヒータ65による昇温動作を行うと、NOxセンサ60が損傷するおそれがある。
これに対して、本実施形態の制御装置100は、詳細は後述するが、ヒータ65による昇温動作を開始する判定閾値を外気温度も考慮して算出し、排気熱量が判定閾値よりも大きい場合にヒータ65の昇温動作を行う。これにより、低外気温時には、凝縮水が発生する前にヒータ65の昇温動作を開始できるため、凝縮水に起因してNOxセンサ60が損傷することを抑制できる。
これに対して、本実施形態の制御装置100は、詳細は後述するが、ヒータ65による昇温動作を開始する判定閾値を外気温度も考慮して算出し、排気熱量が判定閾値よりも大きい場合にヒータ65の昇温動作を行う。これにより、低外気温時には、凝縮水が発生する前にヒータ65の昇温動作を開始できるため、凝縮水に起因してNOxセンサ60が損傷することを抑制できる。
<制御装置の詳細構成>
図2を参照しながら、制御装置100の詳細構成の一例について説明する。
図2は、制御装置100の詳細構成を示すブロック図である。制御装置100は、記憶部110と、制御部120とを有する。
図2を参照しながら、制御装置100の詳細構成の一例について説明する。
図2は、制御装置100の詳細構成を示すブロック図である。制御装置100は、記憶部110と、制御部120とを有する。
記憶部110は、例えばROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を含む。記憶部110は、制御部120が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。例えば、記憶部110は、後述するNOxセンサ60の昇温処理に用いられる各種情報を記憶している。
制御部120は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。制御部120は、記憶部110に記憶されたプログラムを実行することにより、排気浄化システムSの動作を制御する。本実施形態では、制御部120は、エンジン状態取得部121、温度取得部122、熱量算出部123、閾値取得部124及び昇温制御部125として機能する。
エンジン状態取得部121は、エンジン10の状態を取得する。例えば、エンジン状態取得部121は、エンジン10のイグニッションスイッチ70のオン後にエンジン10が始動開始するタイミングを取得する。また、エンジン状態取得部121は、エンジン10を停止(具体的には、イグニッションスイッチ70をオフ)にしてからの停止経過時間を取得する。
温度取得部122は、例えばイグニッションスイッチ70がオンされると、各種温度を取得する。例えば、温度取得部122は、温度を検出する温度センサ80の検出結果を取得することで、各種温度を取得する。温度取得部122は、取得した温度を、閾値取得部124に出力する。
温度取得部122は、エンジン10の始動時の排気ガスの温度である排気温度を取得する。温度取得部122は、排気温度として、排気通路20においてNOxセンサ60が設けられた部分の温度を取得する。例えば、NOxセンサ60がSCR装置50の上流側に設けられている場合には、温度取得部122は、上流側に設けられた温度センサの検出結果によって、排気ガスを浄化する浄化装置であるSCR装置50の上流部の排気温度を取得する。
なお、NOxセンサ60がSCR装置50の下流側に設けられている場合には、温度取得部122は、SCR装置50の下流部の排気温度を取得する。この際、温度取得部122は、SCR装置50の上流側の温度センサの検出結果から、下流部の排気温度を推定してもよい。
なお、NOxセンサ60がSCR装置50の下流側に設けられている場合には、温度取得部122は、SCR装置50の下流部の排気温度を取得する。この際、温度取得部122は、SCR装置50の上流側の温度センサの検出結果から、下流部の排気温度を推定してもよい。
温度取得部122は、エンジン10の始動時の外気温度を取得する。例えば、温度取得部122は、エンジン10の始動時に、排気通路20の周囲(例えば、排気通路20においてNOxセンサ60の近くの部分の周囲)の外気温度を取得する。また、温度取得部122は、外気温度として、イグニッションスイッチのオンからエンジン10の始動開始までの間の最低外気温度を取得する。
温度取得部122は、エンジン10の冷却水の温度である冷却水温度を取得する。例えば、温度取得部122は、エンジン10の始動時の冷却水温度を取得する。
温度取得部122は、エンジン10の冷却水の温度である冷却水温度を取得する。例えば、温度取得部122は、エンジン10の始動時の冷却水温度を取得する。
熱量算出部123は、排気ガスの熱量(以下、説明の便宜上、排気熱量とも呼ぶ)を算出する。具体的には、熱量算出部123は、排気ガスの温度と排気ガスの流量とを乗算することで、排気熱量を求める。熱量算出部123は、算出した排気熱量を、昇温制御部125に出力する。
閾値取得部124は、ヒータに昇温動作を行わせるか否かを判定するための判定閾値を取得する。本実施形態では、閾値取得部124は、温度取得部122が取得した排気温度、外気温度及び冷却水温度に基づいて、判定閾値を取得する。これにより、凝縮性の発生に大きな影響を与える外気温度を考慮した判定閾値を取得できる。
閾値取得部124は、外気温度として、イグニッションスイッチ70のオンからエンジン10の始動開始までの間の最低外気温度を用いて、判定閾値を取得する。外気温度として最低外気温度を用いることで、凝縮水がより発生しやすい条件を考慮して判定閾値を取得できる。
閾値取得部124は、エンジン状態取得部121が取得したエンジン10の停止経過時間を考慮した判定閾値を取得してもよい。すなわち、閾値取得部124は、排気温度、外気温度、冷却水温度、及びエンジン10を停止にしてからの経過時間に基づいて、判定閾値を取得する。エンジン10の停止経過時間が長くなるほど、凝縮水が発生しやすくなる。このため、エンジン10の停止経過時間を考慮して、凝縮水が発生しないような判定閾値を取得しやすくなる。
閾値取得部124は、例えば図3に示すグラフを参照して、判定閾値を取得してもよい。グラフは、記憶部110に記憶されている。ただし、これに限定されず、図3のグラフに相当するテーブルを用いて、判定閾値を取得してもよい。
図3は、温度考慮値と判定閾値の関係を説明するための模式図である。横軸の温度考慮値は、最低外気温度、排気温度及びエンジン10の停止経過時間を考慮した値である。図3の曲線L1は、冷却水温度が低い場合の温度考慮値と判定閾値の関係を示している。曲線L2は、冷却水温度が高い場合の温度考慮値と判定閾値の関係を示している。曲線L1、L2を見ると分かるように、温度考慮値が小さいほど判定閾値が大きくなる傾向を示し、冷却水温度が低いほど判定閾値が大きくなる傾向を示す。
図3は、温度考慮値と判定閾値の関係を説明するための模式図である。横軸の温度考慮値は、最低外気温度、排気温度及びエンジン10の停止経過時間を考慮した値である。図3の曲線L1は、冷却水温度が低い場合の温度考慮値と判定閾値の関係を示している。曲線L2は、冷却水温度が高い場合の温度考慮値と判定閾値の関係を示している。曲線L1、L2を見ると分かるように、温度考慮値が小さいほど判定閾値が大きくなる傾向を示し、冷却水温度が低いほど判定閾値が大きくなる傾向を示す。
閾値取得部124は、例えば下記の式(1)のように、最低外気温度及び排気温度の各々に重みを付加した温度考慮値T1を算出する。そして、閾値取得部124は、温度考慮値T1を用いて、判定閾値を求める。
T1=fac×T2+(1-fac)×T3 (1)
式(1)において、T2は最低外気温度を意味し、T3は排気温度を意味し、facは最低外気温度の重みを意味し、(1-fac)は排気温度の重みを意味する。
T1=fac×T2+(1-fac)×T3 (1)
式(1)において、T2は最低外気温度を意味し、T3は排気温度を意味し、facは最低外気温度の重みを意味し、(1-fac)は排気温度の重みを意味する。
閾値取得部124は、外気温度及び排気温度に応じて、重みfacの大きさを調整可能である。
図4は、外気温度が排気温度よりも低い場合の、重みの大きさを説明するための模式図である。曲線L11は、エンジン10の停止経過時間が長い場合における、外気温度と重みの関係を示している。曲線L12は、停止経過時間が短い場合における、外気温度と重みの関係を示している。曲線L11、L12から分かるように、外気温度(ここでは、最低外気温度)が低いほど重みfacは大きくなり、停止経過時間が長いほど重みfacは大きくなる傾向を示す。
図4は、外気温度が排気温度よりも低い場合の、重みの大きさを説明するための模式図である。曲線L11は、エンジン10の停止経過時間が長い場合における、外気温度と重みの関係を示している。曲線L12は、停止経過時間が短い場合における、外気温度と重みの関係を示している。曲線L11、L12から分かるように、外気温度(ここでは、最低外気温度)が低いほど重みfacは大きくなり、停止経過時間が長いほど重みfacは大きくなる傾向を示す。
図5は、外気温度が排気温度よりも高い場合の、重みの大きさを説明するための模式図である。曲線L21は、排気温度が高い場合における、外気温度と重みの関係を示している。曲線L22は、排気温度が低い場合における、外気温度と重みの関係を示している。曲線L21、L22から分かるように、外気温度(ここでは、最低外気温度)が低いほど重みfacは大きくなり、排気温度が低いほど重みfacは小さくなる傾向を示す。
図4及び図5に示すように、閾値取得部124は、外気温度が低いほど、外気温度の重みfacを大きくする。これにより、外気温度を優先した判定閾値を求めることができる。また、閾値取得部124は、外気温度が排気温度よりも低い場合には、エンジン10の停止経過時間が長いほど、重みfacを大きくする。一方で、閾値取得部124は、外気温度が排気温度よりも高い場合には、排気温度が低いほど、重みfacを小さくする。これにより、排気温度と外気温度のうちの、凝縮水が発生しやすい低温となる温度を優先することで、判定閾値をより適切に求められる。
昇温制御部125は、ヒータ65によるNOxセンサ60の昇温動作を制御する。具体的には、昇温制御部125は、ヒータ65に通電することで加熱させて、NOxセンサ60を昇温させる。昇温制御部125は、熱量算出部123が算出した排気熱量と、閾値取得部124が求めた判定閾値とを用いて、NOxセンサ60の昇温動作を制御する。
昇温制御部125は、排気ガスの熱量が閾値取得部124によって取得された判定閾値よりも大きい場合には、ヒータ65に昇温動作を行わせる。一方で、昇温制御部125は、排気ガスの熱量が判定閾値以下の場合には、ヒータ65に昇温動作を行わせない。これにより、外気温度が低い場合に、ヒータ65によるNOxセンサ60の昇温動作を早く行うことができる。この結果、凝縮水が発生する前に、NOxセンサ60の昇温動作を行いやすくなり、凝縮水に起因してNOxセンサ60が損傷することを抑制できる。
<制御装置の動作例>
NOxセンサ60の昇温処理を行う際の制御装置100の動作例について、図6を参照しながら説明する。
NOxセンサ60の昇温処理を行う際の制御装置100の動作例について、図6を参照しながら説明する。
図6は、NOxセンサ60の昇温処理の一例を説明するためのフローチャートである。昇温処理は、制御部120が記憶部110に記憶されたプログラムを実行することで、行われる。ここでは、図3のフローチャートは、イグニッションスイッチ70がオン(すなわち、エンジン10が始動)になったことを検出したところから開始される(ステップS102)。次に、温度取得部122は、エンジン10の始動時の排気温度、外気温度及び冷却水温度を取得する(ステップS104)。
次に、閾値取得部124は、取得した排気温度、外気温度及び冷却水温度に基づいて、判定閾値を求める(ステップS106)。例えば、閾値取得部124は、図3に示すグラフ(又はテーブル)を参照して、取得した取得した排気温度、外気温度及び冷却水温度に適した判定閾値を求める。
次に、熱量算出部123は、排気ガスの熱量を算出する(ステップS108)。例えば、熱量算出部123は、排気ガスの流量と温度から、熱量を算出する。
次に、昇温制御部125は、算出した排気熱量が判定閾値よりも大きいか否かを判定する(ステップS110)。ステップS110で排気熱量が判定閾値よりも大きいと判定した場合には(Yes)、昇温制御部125は、NOxセンサ60の昇温動作を行う(ステップS110)。すなわち、昇温制御部125は、ヒータ65に通電して、NOxセンサ60をセンサ動作温度まで昇温させる。一方で、ステップS110で排気熱量が判定閾値以下である場合には(No)、昇温制御部125は、NOxセンサ60の昇温動作を行わない。
<本実施形態における効果>
上述した実施形態の制御装置100は、エンジン10の始動時の排気温度、外気温度及び冷却水温度に基づいて、判定閾値を取得する。そして、制御装置100は、排気熱量が、算出した判定閾値よりも大きい場合に、ヒータ65によるNOxセンサ60の昇温動作を行わせる。
これにより、排気温度、外気温度及び冷却水温度を考慮した判定閾値を用いてヒータ65を動作せるので、低外気温時に凝縮水が発生する前にヒータ65による昇温動作を開始できる。この結果、凝縮水に起因してNOxセンサ60が損傷することを抑制できる。
上述した実施形態の制御装置100は、エンジン10の始動時の排気温度、外気温度及び冷却水温度に基づいて、判定閾値を取得する。そして、制御装置100は、排気熱量が、算出した判定閾値よりも大きい場合に、ヒータ65によるNOxセンサ60の昇温動作を行わせる。
これにより、排気温度、外気温度及び冷却水温度を考慮した判定閾値を用いてヒータ65を動作せるので、低外気温時に凝縮水が発生する前にヒータ65による昇温動作を開始できる。この結果、凝縮水に起因してNOxセンサ60が損傷することを抑制できる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
10 エンジン
20 排気通路
50 SCR装置
60 NOxセンサ
65 ヒータ
70 イグニッションスイッチ
122 温度取得部
123 閾値取得部
125 昇温制御部
20 排気通路
50 SCR装置
60 NOxセンサ
65 ヒータ
70 イグニッションスイッチ
122 温度取得部
123 閾値取得部
125 昇温制御部
Claims (6)
- エンジンの排気管に設けられ排気ガス中のNOxの濃度を検出するNOxセンサと、
前記NOxセンサをセンサ動作温度に昇温させる昇温動作を行うヒータと、
前記エンジンの始動時の前記排気ガスの温度である排気温度、外気温度、及び前記エンジンの冷却水の温度である冷却水温度を取得する温度取得部と、
前記温度取得部が取得した前記排気温度、前記外気温度及び前記冷却水温度に基づいて、熱量の閾値を取得する閾値取得部と、
前記排気ガスの熱量が前記閾値取得部によって取得された前記閾値よりも大きい場合には、前記ヒータに前記昇温動作を行わせる昇温制御部と、
を備える、NOxセンサ昇温装置。 - 前記閾値取得部は、前記排気温度、前記外気温度、前記冷却水温度、及び前記エンジンを停止にしてからの経過時間に基づいて、前記閾値を取得する、
請求項1に記載のNOxセンサ昇温装置。 - 前記閾値取得部は、前記外気温度及び前記排気温度の各々に重みを付加した値を用いて、前記閾値を取得し、
前記閾値取得部は、前記外気温度が低いほど前記外気温度に対する重みを大きくする、
請求項1又は2に記載のNOxセンサ昇温装置。 - 前記閾値取得部は、
前記外気温度が前記排気温度よりも低い場合には、前記エンジンを停止にしてからの経過時間が長いほど前記外気温度に対する重みを大きくし、
前記外気温度が前記排気温度よりも高い場合には、前記排気温度が低いほど前記外気温度に対する重みを小さくする、
請求項3に記載のNOxセンサ昇温装置。 - 前記閾値取得部は、前記外気温度として、イグニッションスイッチのオンから前記エンジンの始動開始までの間の最低外気温度を用いて、前記閾値を取得する、
請求項1から4のいずれか1項に記載のNOxセンサ昇温装置。 - 前記閾値取得部は、前記排気温度として、前記排気管に設けられ前記排気ガスを浄化する浄化装置の上流部又は下流部の温度を用いて、前記閾値を取得する、
請求項1から5のいずれか1項に記載のNOxセンサ昇温装置。
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