JP5195616B2 - ガス濃度検出装置 - Google Patents
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Description
前記ガスセンサの暖機中に、前記検出セルのセル出力の検出を開始した時点から該セル出力が急激に低下する時点までの時間(以下、高出力時間)を特定する高出力時間特定手段と、
前記高出力時間に基づいて、測定対象ガス中の酸素濃度を推定する酸素濃度推定手段と、
を備えることを特徴とする。
前記ガスセンサの暖機中に、前記高出力時間の終了時点から前記セル出力が所定の基準出力を超えるまでの時間(以下、低出力時間)を特定する低出力時間特定手段と、
前記低出力時間と前記酸素濃度とに基づいて、前記NOxの濃度を推定する濃度推定手段と、
を更に備えることを特徴とする。
前記低出力時間の終了時点は、少なくともNOxの濃度変化に応じて前記検出セルの出力が変化する点(以下、活性点)であって、
前記濃度推定手段は、
前記低出力時間と前記酸素濃度とに基づいて、前記活性点における前記NOxの濃度(以下、基準濃度)を推定する基準濃度推定手段を含み、
前記基準濃度と前記活性点からのセル出力変化とに基づいて、前記活性点以降の前記NOxの濃度を推定することを特徴とする。
前記低出力時間の終了時点は、少なくともNOxの濃度変化に応じて前記検出セルの出力が変化する点(以下、活性点)であって、
前記検出セルの活性度に関する情報を取得する活性度取得手段を更に備え、
前記濃度推定手段は、前記活性度と前記セル出力とに基づいて、前記活性点以降の前記NOxの濃度を推定することを特徴とする。
[実施の形態の構成]
図1は、本発明の実施の形態のガス濃度検出装置10の構成を説明するための図である。本実施形態のガス濃度検出装置10は、内燃機関(以下、「エンジン」とも称する)の排気ガス中のNOx(窒素酸化物)の濃度を検出する装置である。このガス濃度検出装置10は、NOxセンサ1を有している。
(ガス濃度検出装置10の基本動作)
先ず、NOxセンサ1の暖機完了後におけるガス濃度検出装置10の動作について説明する。測定対象ガスとしての排気ガスは、多孔質保護層8とピンホール24とを通って、第1室41に導入される。この第1室41に導入される測定対象ガスの量は、多孔質保護層8およびピンホール24の拡散抵抗に応じて定まる。
次に、図2を参照して、NOxセンサ1の暖機時における出力特性について説明する。エミッションを改善するためには、NOxセンサ1で検出されるNOx濃度を、なるべく早期にエンジン制御に利用したいという要望がある。しかしながら、NOxセンサ1は、全てのセル温度が活性温度に到達(完全活性)しなければ、上述したNOx濃度の検出を行うことができない。そこで、エンジンの冷間始動時には、ヒータ7に通電することにより、NOxセンサ1を暖機する制御が行われる。
先ず、図3を参照して、センサ起動時におけるNOx出力特性を用いた酸素濃度推定について説明する。図3は、NOxセンサ1の起動時におけるNOx出力特性を示す図である。この図に示すとおり、時刻t1においてNOxセンサ1を起動すると、上述した理由によってNOx出力が一時的に高濃度となる。この高濃度を出力している時間(以下、「高濃度出力時間」と称する)は、第2室42内の酸素濃度と主ポンプセル2および補助ポンプセル3のセル能力(活性度合)とに大きく依存している。より具体的には、第2室42内の酸素濃度が低いほど残存酸素を除去する時間が短くなるため、高濃度出力時間は短くなる。また、ポンプセルのセル能力(活性度合)が高いほど残存酸素の除去能力が高くなるため、該高濃度出力時間は短くなる。
次に、図4を参照して、センサ起動時におけるNOx出力特性を用いたNOx濃度推定について説明する。図4は、NOxセンサ1の起動時におけるNOx出力特性を示す図である。この図に示すとおり、高濃度出力時間の後、NOx出力は下限値に張り付く。この張り付き時間(以下、「下限出力保持時間」と称する)は、第2室42内の酸素濃度と、検出セル5、主ポンプセル2、および補助ポンプセル3のセル能力(活性度合)とに大きく依存している。
検出セル5のNOxに対する感度が上がるにつれてNOx出力は上昇する。そして、NOx出力が下限値を超えると、該NOx出力を検出することが可能となる。この時点が、図4に示す下限出力保持時間の終了時点であり、この時点では、少なくとも実NOxの濃度変化に応じてNOx出力が変化する。そこで、かかる時点を検出セル5の活性点と判定することとする。この活性点におけるNOx濃度(以下、「基準NOx濃度」と称する)は、上述した下限出力保持時間等に基づいて推定することができる。このため、該活性点におけるNOx濃度と活性点以降のNOx出力とに基づいて、該活性点以降のNOx濃度を推定することができる。
実NOx濃度=NOx出力−活性向上分 ・・・(1)
活性向上分=k×時間 ・・・(2)
実NOx濃度=基準NOx濃度+K×bn×(センサ出力変化量−an)・・・(3)
NOxセンサ1が完全活性した場合には、上述したNOx濃度推定が不要となる。そこで、本実施の形態では、NOxセンサ1の完全活性が判定された場合に、NOx濃度の推定処理を終了し、NOx出力の通常処理を行うこととする。NOxセンサ1の完全活性の判定としては、例えば、NOx出力変化が所定時間一定値を下回った場合にNOxセンサ1の完全活性を判定することができる。これは、NOxセンサ1が完全に安定し、且つNOx濃度の変動が小さい場合には、NOx出力変化が小さくなるからである。また、上述した、NOx出力変化に替えて、変化率aを用いて判定を行うこととしてもよい。
次に、図8を参照して、本実施の形態の具体的処理について説明する。図8は、本実施の形態において、ECU9が実行するルーチンのフローチャートである。図8に示すルーチンによれば、先ず、NOxセンサ1が起動される(ステップ100)。ここでは、具体的には、検出セル1によるNOx出力の検出が開始される。次に、NOx出力が取り込まれる(ステップ102)。
2 主ポンプセル
21 固体電解質
22 第1ポンプ電極
23 第2ポンプ電極
3 補助ポンプセル
31 固体電解質
32 第1ポンプ電極
33 第2ポンプ電極
4 スペーサ
41 第1室
42 第2室
43 連通孔
5 検出セル
51 固体電解質
52 第1検出電極
53 第2検出電極
6 スペーサ
61 大気ダクト
7 ヒータ
71 ヒータ電極
72,73 絶縁層
8 多孔質保護層
10 ガス濃度検出装置
Claims (4)
- 測定対象ガス中の酸素を汲み出す主ポンプセルと、測定対象ガスから酸素を更に汲み出す補助ポンプセルと、前記主ポンプセルおよび前記補助ポンプセルにより酸素が汲み出された測定対象ガスに含まれるNOxの濃度を検出する検出セルと、を有するガスセンサを備えたガス濃度検出装置であって、
前記ガスセンサの暖機中に、前記検出セルのセル出力の検出を開始した時点から該セル出力が急激に低下する時点までの時間(以下、高出力時間)を特定する高出力時間特定手段と、
前記高出力時間に基づいて、測定対象ガス中の酸素濃度を推定する酸素濃度推定手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。 - 前記ガスセンサの暖機中に、前記高出力時間の終了時点から前記セル出力が所定の基準出力を超えるまでの時間(以下、低出力時間)を特定する低出力時間特定手段と、
前記低出力時間と前記酸素濃度とに基づいて、前記NOxの濃度を推定する濃度推定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1記載のガス濃度検出装置。 - 前記低出力時間の終了時点は、少なくともNOxの濃度変化に応じて前記検出セルの出力が変化する点(以下、活性点)であって、
前記濃度推定手段は、
前記低出力時間と前記酸素濃度とに基づいて、前記活性点における前記NOxの濃度(以下、基準濃度)を推定する基準濃度推定手段を含み、
前記基準濃度と前記活性点からのセル出力変化とに基づいて、前記活性点以降の前記NOxの濃度を推定することを特徴とする請求項2記載のガス濃度検出装置。 - 前記低出力時間の終了時点は、少なくともNOxの濃度変化に応じて前記検出セルの出力が変化する点(以下、活性点)であって、
前記検出セルの活性度に関する情報を取得する活性度取得手段を更に備え、
前記濃度推定手段は、前記活性度と前記セル出力とに基づいて、前記活性点以降の前記NOxの濃度を推定することを特徴とする請求項2記載のガス濃度検出装置。
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