JP6339728B2

JP6339728B2 - 制御装置、内燃機関の排気浄化装置、及び排気浄化装置の制御方法

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Publication number: JP6339728B2
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Inventors: 謙一谷岡
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Description

本発明は、制御装置、内燃機関の排気浄化装置、及び排気浄化装置の制御方法に関する。

車両等に搭載された内燃機関から排出される排気ガスには窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれる場合がある。このため、例えば下記の特許文献１に記載されているように、選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ）の上流に噴射弁を配置し、アンモニア系溶液供給装置から供給されるアンモニア系溶液を噴射弁から排気ガス通路に噴射して、排気ガス中の窒素酸化物を還元するシステムが知られている。

また、下記の特許文献２には、内燃機関の排気ガス流のＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘセンサが選択された動作点によって較正される技術が記載されている。また、下記の特許文献３には、ＮＯｘセンサの出力値と基準稼働条件に応じて予め設定された基準出力値との偏差に基づき、ＮＯｘセンサの出力を補正する技術が記載されている。

特開２０１０−１９６５５２号公報特表２００２−５３９４４８号公報特開２００９−１２７５５２号公報

特許文献１に記載されているような従来のシステムでは、選択還元型ＮＯｘ触媒装置の下流にＮＯｘセンサを配置して、このＮＯｘセンサによりＮＯｘおよびＮＨ３を検出しており、この検出値を用いて外部に排出される排気ガス中にアンモニアが含まれないようにフィードバック制御を行っている。

しかしながら、ＮＯｘセンサによりＮＨ３を検出した場合、正確なＮＨ３濃度を検出することは困難である。このため、還元触媒の下流にアンモニアセンサを配置して、正確なＮＨ３濃度を検出することが望ましい。

一方、アンモニアセンサを使用した場合、実際のＮＨ３濃度がゼロ“０”の場合に、アンモニアセンサの検出値が０を示していない場合は、ゼロ点のリセットを行う必要がある。この点に関し、上述のように特許文献２，３には、ＮＯｘセンサの出力を補正する技術が記載されている。しかしながら、選択還元型ＮＯｘ触媒装置（ＳＣＲ）を備えたシステムでは、触媒の上流側からアンモニア系溶液を噴射して生成されるアンモニアを触媒に吸着させる。このため、触媒下流にアンモニアが存在するか否かは、触媒上流におけるアンモニア系溶液の噴射制御と密接な関係があり、ＮＯｘセンサと同様の方法でゼロ点リセットを行うことは困難であった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、還元剤を吸着して窒素酸化物を還元する還元触媒を備えたシステムにおいて、アンモニアセンサのゼロ点の初期化を確実に行うことが可能な、新規かつ改良された制御装置、内燃機関の排気浄化装置、及び排気浄化装置の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、還元剤を吸着して排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の下流に前記還元剤が流出しない条件下で前記還元剤の噴射を制御する還元剤噴射制御部と、前記還元触媒の下流に設けられたアンモニアセンサの出力を取得するアンモニアセンサ出力取得部と、前記条件下で取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断するゼロ点診断部と、前記ゼロ点診断部の診断結果に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を初期化するゼロ点初期化部と、を備える制御装置が提供される。

前記ゼロ点診断部は、内燃機関の始動時に前記アンモニアセンサが起動した後、前記還元触媒への前記還元剤の噴射が開始されるまでの間に取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断するものであっても良い。

また、前記ゼロ点診断部は、前記還元触媒に前記還元剤が噴射される通常運転時に取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断するものであっても良い。

また、前記ゼロ点診断部は、前記還元触媒の触媒温度が低下する場合に取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断するものであっても良い。

また、前記還元剤噴射制御部は、前記ゼロ点診断部による前記アンモニアセンサのゼロ点の診断が行われる場合に、前記還元触媒への前記還元剤の噴射量を一時的に減少させるものであっても良い。

また、前記還元剤噴射制御部は、前記還元触媒への前記還元剤の噴射量を、通常運転時の前記還元触媒の目標吸着量に基づく値から、前記目標吸着量よりも少ない診断用吸着量に基づく値へ減少させるものであっても良い。

また、前記還元剤噴射制御部は、前記ゼロ点診断部による前記アンモニアセンサのゼロ点の診断が行われる場合に、前記還元触媒への前記還元剤の噴射を一時的に停止させるものであっても良い。

また、前記還元触媒における前記還元剤の吸着量を推定する吸着量推定部を備え、前記ゼロ点診断部は、前記吸着量が通常運転時の前記還元触媒の目標吸着量よりも少ない診断用吸着量以下の場合に取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断するものであっても良い。

また、前記ゼロ点診断部は、規定時間の間に取得された前記アンモニアセンサの出力値の平均値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断するものであっても良い。

また、前記ゼロ点初期化部は、前記条件下で取得された前記アンモニアセンサの出力値が所定の許容値以上の場合に前記アンモニアセンサのゼロ点を初期化するものであっても良い。

また、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、上記の制御装置を備える内燃機関の排気浄化装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、還元剤を吸着して排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の下流に前記還元剤が流出しない条件下で前記還元剤の噴射を制御するステップと、前記還元触媒の下流に設けられたアンモニアセンサの出力を取得するステップと、前記条件下で取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断するステップと、前記ゼロ点の診断結果に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を初期化するステップと、を備える排気浄化装置の制御方法が提供される。

本発明によれば、還元剤を吸着して窒素酸化物を還元する還元触媒を備えたシステムにおいて、アンモニアセンサのゼロ点の初期化を確実に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置とその周辺の構成の一例を示す模式図である。本実施形態の排気浄化装置に備えられた制御装置の構成のうち、アンモニアセンサ１４のゼロ点のオフセット診断、及びゼロ点リセットに係る処理を機能的なブロックで表したブロック図である。本実施形態に係るアンモニアセンサのゼロ点リセットの第１の方法の処理を示すフローチャートである。本実施形態に係るアンモニアセンサのゼロ点リセットの第１の方法の処理を示すフローチャートである。目標ＮＨ３吸着量と診断用ＮＨ３吸着量の関係を示す特性図である。本実施形態に係るアンモニアセンサのゼロ点リセットの第２の方法の処理を示すフローチャートである。本実施形態に係るアンモニアセンサのゼロ点リセットの第２の方法の処理を示すフローチャートである。本実施形態に係るアンモニアセンサのゼロ点リセットの第３の方法の処理を示すフローチャートである。本実施形態に係るアンモニアセンサのゼロ点リセットの第３の方法の処理を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

１．排気浄化装置
（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１０とその周辺の構成の一例を示している。この排気浄化装置１０は、内燃機関５の排気通路１１に接続されており、還元触媒２０と、還元剤噴射装置３０と、制御装置６０等を備えており、内燃機関５から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を、還元剤としての尿素水溶液を用いて浄化する尿素ＳＣＲシステムとして構成されている。ただし、本実施形態において使用できる還元剤は尿素水溶液に限られるものではなく、例えばアンモニア水等、アンモニアが生成されるものであればよい。

内燃機関５は、ＥＣＵ(Engine Control Unit)５０によって制御される。制御装置６０は、内燃機関５の制御に関する制御データ等をＥＣＵ５０から受信する。排気通路１１において、内燃機関５と還元触媒２０との間には酸化触媒１２（ＤＯＣ）が配置されている。酸化触媒１２は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する機能を有する。酸化触媒１２は公知の触媒が適宜用いられる。

本実施形態の排気浄化装置１０に用いられる還元触媒２０は、排気通路１１内に噴射された尿素水溶液が分解することで生成されるアンモニアを吸着し、アンモニアとＮＯｘとの還元反応を促進する機能を有している。具体的には、還元触媒２０では、尿素水溶液中の尿素が分解することによって生成されるアンモニア（ＮＨ３）がＮＯｘと反応することにより、ＮＯｘが窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に分解される。還元触媒２０は公知の触媒が適宜用いられる。

還元触媒２０の下流側には排気ガス中のアンモニア（ＮＨ３）濃度を検出するためのアンモニアセンサ（ＮＨ３センサ）１４が備えられている。また、還元触媒２０の上流側には排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ１６が備えられている。アンモニアセンサ１４のセンサ信号は、制御装置６０に送信され、制御装置６０ではこのセンサ信号に基づいて排気ガス中のアンモニア濃度が算出される。また、ＮＯｘセンサ１６のセンサ信号は、制御装置６０に送信され、制御装置６０ではこのセンサ信号に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度が算出される。還元触媒２０の上流側には排気ガスの温度を検出する排気温度センサ１８が設けられている。

（２）還元剤噴射装置
還元剤噴射装置３０は、貯蔵タンク３１と、還元剤噴射弁３４と、ポンプ４１等を主たる要素として構成されている。貯蔵タンク３１とポンプ４１とは第１の還元剤供給通路５７で接続され、ポンプ４１と還元剤噴射弁３４とは第２の還元剤供給通路５８で接続されている。このうち第２の還元剤供給通路５８には圧力センサ４３が設けられている。圧力センサ４３のセンサ信号は制御装置６０に送信され、制御装置６０ではこのセンサ信号に基づいて第２の還元剤供給通路５８内の圧力が算出される。

また、第２の還元剤供給通路５８の途中には、貯蔵タンク３１に通じる循環通路５９が接続されている。循環通路５９にはオリフィス４５が設けられており、循環通路５９を介して貯蔵タンク３１に戻される還元剤の流れに抵抗を与え、第２の還元剤供給通路５８内の圧力が高められるようになっている。このような還元剤噴射装置自体は公知の構成のものを用いることができる。

ポンプ４１としては、制御装置６０により駆動制御される電動ポンプが用いられている。本実施形態において、ポンプ４１は、圧力センサ４３によって検出される第２の還元剤供給通路５８内の圧力が所定値に維持されるように、その出力がフィードバック制御されるように構成されている。

還元剤噴射弁３４は、制御装置６０により開弁のオンオフが制御される電磁駆動式のオンオフ弁が用いられており、還元触媒２０よりも上流側において排気通路１１に固定されている。この還元剤噴射弁３４は、基本的には、第２の還元剤供給通路５８内の圧力が目標値に維持されている状態で通電制御が行われる。具体的には、演算によって求められる指示噴射量Ｑに応じて所定のＤＵＴＹサイクル中における開弁ＤＵＴＹ比を設定することにより、排気通路１１内への還元剤の噴射量が調節される。

ここで、還元剤噴射弁３４の指示噴射量Ｑは、以下の式（１）から算出することができる。
指示噴射量Ｑ＝（現在のＮＯｘ流量に相当する噴射量Ａ）＋（還元触媒の吸着可能量に相当する噴射量Ｂ）
・・・（１）

式（１）において、現在のＮＯｘ流量に相当する噴射量Ａは、還元触媒２０の上流を流れる排気ガス中のＮＯｘ流量に相当する噴射量であって、還元触媒２０の上流を流れる排気ガス中のＮＯｘを還元するために必要な噴射量である。還元触媒２０の上流を流れる排気ガス中のＮＯｘ流量は、排気ガス流量にＮＯｘセンサ１６のセンサ信号から算出されるＮＯｘ濃度を乗算して求めることができる。排気ガス中のＮＯｘ流量に相当する噴射量Ａよりも余分に噴射した量は、その時点で還元触媒２０に吸着される量（アンモニア吸着量）に相当し、余分に噴射した量（噴射量Ｂ）が還元触媒の吸着可能量となるように制御が行われる。また、還元触媒２０の吸着可能量に相当する噴射量Ｂは、還元触媒２０が現在の触媒温度で吸着することが可能な総吸着量（後述する目標ＮＨ３吸着量に相当）から、現在の還元触媒２０のアンモニア吸着量を減算した差分より算出される量である。還元触媒２０が吸着することが可能な吸着量は、還元触媒２０の特性から予め定められており、触媒温度に応じて変動する。還元触媒２０が吸着することが可能な総吸着量は、還元触媒２０が理論上吸着可能な最大の吸着量に対して８０％程度の値に設定される。これにより、還元触媒２０のアンモニア吸着量が飽和することがなく、下流へのアンモニアの流出を抑止できる。

制御装置６０は、所定のサイクル毎に上式から指示噴射量Ｑを算出し、還元剤噴射弁３４の噴射量を制御する。制御装置６０は、所定のサイクル毎に触媒の吸着可能量に相当する噴射量Ｂを算出して、前回のサイクルで求めた噴射量Ｂの値に積算していくことで、所定のサイクル毎に還元触媒２０のアンモニア吸着量を取得することができる。

２．アンモニアセンサのゼロ点リセットの具体的手法
次に、アンモニアセンサ１４のセンサ信号のゼロ点ドリフトを検出するオフセット診断について詳細に説明する。制御装置６０は、アンモニアセンサ１４の出力信号に基づいて排気ガス中にアンモニア（ＮＨ３）が含まれるか否かを判定する。そして、排気ガス中にアンモニア（ＮＨ３）が含まれる場合は、還元剤噴射弁３４の噴射量を減少させることで、アンモニアが還元触媒２０を通過して大気中に放出されることを抑止する。

アンモニアセンサ１４から検出されるＮＨ３濃度は、本来のＮＨ３濃度の値からオフセットする場合が想定される。このため、排気ガス中の正確なＮＨ３濃度を検出するために、アンモニアセンサ１４のゼロ点リセットを行う。ゼロ点リセットは、排気ガス中にＮＨ３が含まれていない状態で、アンモニアセンサ１４から検出されるＮＨ３濃度をゼロ“０”にリセットするものである。これにより、ゼロ点リセットを行った後は、アンモニアセンサ１４の出力信号から正確なＮＨ３濃度を検出することが可能となる。

アンモニアセンサ１４のゼロ点リセットは、還元触媒２０の下流にＮＨ３が流出しない状況下で行う。具体的には、以下の第１〜第３の方法で還元触媒２０の下流にＮＨ３が流れない状況を生じさせて、アンモニアセンサ１４のゼロ点のオフセット診断を行う。そして、オフセット診断の結果、アンモニアセンサ１４のゼロ点がオフセットしている場合は、ゼロ点リセットを行う。

第１の方法では、内燃機関５の始動時にアンモニアセンサ１４を起動した後、還元剤噴射弁３４からの還元剤の噴射を開始するまでの間に、ゼロ点のオフセット診断を行う。還元剤噴射弁３４からの噴射が開始されない間は、排気通路１１にアンモニアＮＨ３が流れないため、基本的には還元触媒２０の下流にアンモニアＮＨ３が流れることはない。このため、アンモニアセンサ１４の出力のゼロ点のオフセット診断を行うことができる。なお、還元剤噴射弁３４からの噴射が行われていない間、排気ガス中に含まれるＮＯｘは、還元触媒２０に既に吸着されているアンモニアによって還元される。

内燃機関５の始動時において、還元剤噴射弁３４からの還元剤の噴射は、排気通路１１内の排気ガスが還元剤を分解可能な温度まで上昇してから開始される。従って、内燃機関５を始動した後、排気温度が還元剤を分解可能な温度に上昇するまでの間は、還元剤が排気通路１１に噴射されないため、アンモニアセンサ１４のゼロ点オフセット診断を行うことができる。

また、第１の方法において、好適には、還元触媒２０のアンモニア吸着量が所定値以下の場合にゼロ点のオフセット診断を行う。これにより、還元触媒２０の下流にアンモニアが流出することを確実に抑止することができ、ゼロ点のオフセット診断をより精度良く行うことができる。

第２の方法では、通常の運転状態で還元剤噴射弁３４から還元剤を噴射している場合に、還元触媒２０におけるアンモニアの吸着量が少なく、アンモニアが還元触媒２０の下流に流れない状況下でゼロ点のオフセット診断を行う。

また、第２の方法において、好適には、還元剤の噴射量を通常時よりも減少させてオフセット診断を行う。これにより、還元触媒２０の下流にアンモニアが流出することを確実に抑止することができ、ゼロ点のオフセット診断をより精度良く行うことができる。

第３の方法では、還元触媒２０の温度が高温から低温に遷移する時にゼロ点オフセット診断を行う。還元触媒２０の温度が高温から低温に遷移すると、還元触媒２０がアンモニアを吸着可能な量が増加するため、還元触媒２０の下流へアンモニアが流れることが抑制される。従って、還元触媒２０の温度が高温から低温に遷移するタイミングでゼロ点オフセット診断を行うことで、還元触媒２０の下流へアンモニアが流れることがなく、ゼロ点のオフセット診断を行うことができる。

また、第３の方法においても、好適には、還元剤の噴射量を通常時よりも減少させてオフセット診断を行う。これにより、還元触媒２０の下流にアンモニアが流出することを確実に抑止することができ、ゼロ点のオフセット診断をより精度良く行うことができる。

ゼロ点オフセット診断の結果、アンモニアセンサ１４のゼロ点がシフトしている場合は、ゼロ点リセットを行う。これにより、ゼロ点リセットを行ったアンモニアセンサ１４により、還元触媒２０の下流におけるアンモニア濃度を精度良く検出できる。従って、アンモニアセンサ１４の出力信号から求まるアンモニア濃度に基づいて、還元剤噴射弁３４からの還元剤噴射量を高精度にフィードバック制御することができる。

２．制御装置
図２は、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられた制御装置６０の構成のうち、アンモニアセンサ１４のゼロ点のオフセット診断、及びゼロ点リセットに係る処理を機能的なブロックで表したものである。この制御装置６０は、アンモニアセンサ出力取得部６２、ゼロ点診断部６４、ゼロ点初期化部６６、排気温度取得部６８、還元剤噴射制御部７０、判定部７２、吸着量推定部７２を有して構成される。この制御装置６０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、各構成要素はマイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現される。

また、制御装置６０には図示しない記憶部が備えられている。この記憶部には、各構成要素での演算結果やあらかじめ用意されたデータマップ等が記憶される。記憶部は、揮発性のメモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）又は不揮発性のメモリから構成される。

アンモニアセンサ出力取得部６２は、還元触媒２０の下流に設けられたアンモニアセンサ１４の出力を取得する。ゼロ点診断部６４は、還元触媒２０の下流に還元剤が流出しない条件下で取得されたアンモニアセンサ１４の出力値に基づいて、アンモニアセンサ１４のゼロ点を診断する。ゼロ点初期化部６６は、ゼロ点診断部６４の診断結果に基づいて、アンモニアセンサ１４のゼロ点を初期化（リセット）する。排気温度取得部６８は、排気温度センサ１８の出力から排気通路１１を流れる排気ガスの温度を取得する。還元剤噴射制御部７０は、上述した（１）式による指示噴射量Ｑに基づいて、還元剤噴射弁３４からの還元剤の噴射を制御する。また、還元剤噴射制御部７０は、ゼロ点のオフセット診断を行う場合に、後述するように噴射量を減量し、また噴射を停止させる制御を行う。吸着量推定部７２は、上述した（１）式の吸着可能量に相当する噴射量Ｂを積算することで、還元触媒２０におけるアンモニア吸着量を推定する。

次に、上述した第１〜第３の方法のそれぞれについて、制御装置６０が行う具体的な処理について説明する。図３及び図４は、第１の方法の処理を示すフローチャートである。先ず、図３のステップＳ１０では、アンモニアセンサ１４の値などの読み取りを行う。次のステップＳ１２では、アンモニアセンサ１４を起動可能であるか否かを判定し、起動可能な場合は次のステップＳ１４へ進む。一方、アンモニアセンサ１４を起動可能でない場合は、ステップＳ１２で待機する。

ステップＳ１４では、アンモニアセンサ１４の起動を行う。次のステップＳ１６では、アンモニアセンサ１４の起動が完了したか否かを判定し、起動が完了した場合は次のステップＳ１８へ進む。一方、アンモニアセンサ１４の起動が完了していない場合は、ステップＳ１６で待機する。

ステップＳ１８では、還元剤噴射弁３４からの尿素水の噴射が可能であるか否かを判定する。尿素水の噴射が可能な場合は、次のステップＳ２０へ進み、還元剤噴射弁３４から還元剤を噴射して通常運転を行う。ここで、尿素水の噴射が可能であるか否かは、排気温度が尿素水を分解可能な温度に達しているか否かによって判定される。

ステップＳ１８において、還元剤噴射弁３４からの尿素水の噴射が可能でない場合は、図４のステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では、還元触媒２０の推定ＮＨ３吸着量が診断用ＮＨ３吸着量よりも小さいか否かを判定し、推定ＮＨ３吸着量が診断用ＮＨ３吸着量よりも小さい場合はステップＳ２４へ進む。ここで、推定ＮＨ３吸着量は、上述した式（１）の吸着可能量に相当する噴射量Ｂを積算することによって求めることができ、それぞれのデューティサイクルにおける噴射量計算ごとに、前回の積算結果に対して今回の吸着可能量相当量Ｂが積算され、メモリに記憶される。また、診断用ＮＨ３吸着量は、触媒温度に応じて予め設定された値である。一方、推定ＮＨ３吸着量が診断用ＮＨ３吸着量以上の場合は、ステップＳ１８へ戻る。

図５は、目標ＮＨ３吸着量と診断用ＮＨ３吸着量の関係を示す特性図である。図４において、横軸は還元触媒２０の触媒温度を、縦軸は還元触媒２０のＮＨ３吸着量をそれぞれ示している。還元触媒２０のアンモニア吸着量は、触媒温度に応じて変化し、触媒温度が低くなるほどアンモニア吸着量は増加する。このため、図４に示すように、目標ＮＨ３吸着量は触媒温度が低くなるほど増加するように設定される。通常運転時は、還元触媒２０の触媒温度に基づいて、還元触媒２０のアンモニア吸着量が目標ＮＨ３吸着量となるように還元剤噴射弁３４からの噴射が行われる。なお、上述のように、目標ＮＨ３吸着量は、還元触媒２０が各温度で吸着可能な量の８割程度に設定される。

また、図５に示すように、診断用ＮＨ３吸着量は、目標ＮＨ３吸着量よりも少ない値に設定され、触媒温度が低くなるほど目標ＮＨ３吸着量との差分が大きくなるように設定される。診断用ＮＨ３吸着量は、還元触媒２０のアンモニア吸着量が診断用ＮＨ３吸着量よりも小さい場合に、還元触媒２０の下流へのアンモニアの流出が０となる値に設定される。従って、アンモニア吸着量が診断用ＮＨ３吸着量よりも小さい場合にアンモニアセンサ１４のゼロ点リセットを行うことで、アンモニアが検出されない状況でアンモニアセンサ１４の出力が“０”にリセットされるため、ゼロ点リセットを精度良く行うことができる。

図４に戻り、ステップＳ２４では、アンモニアセンサ１４の出力値を積算する。次のステップＳ２６では、規定時間が経過したか否かを判定し、規定時間が経過した場合は、ステップＳ２８へ進み、アンモニアセンサ１４の出力の積算値を規定時間で平均化して、平均のＮＨ３濃度を算出する。一方、規定時間が経過していない場合は、ステップＳ１８へ戻る。

ステップＳ３０では、平均のＮＨ３濃度が所定のトレランス（許容度）よりも小さいか否かを判定し、平均のＮＨ３濃度がトレランスよりも小さい場合はステップＳ３２で通常運転を行う。一方、ステップＳ３０において、平均のＮＨ３濃度がトレランス以上の場合は、ステップＳ３４へ進み、平均ＮＨ３濃度によるゼロ点調整を実施する。具体的には、平均ＮＨ３濃度の値が“０”となるようにゼロ点のリセットを行う。ステップＳ３０の後はステップＳ３２へ進み、ゼロ点調整が行われたセンサ値に基づいて通常運転を行う。

トレランスの値は、アンモニアセンサ１４自体の検出誤差によって定められる。ステップＳ３０において、平均のＮＨ３濃度がトレランスよりも小さい場合は、アンモニアセンサ１４自体の検出誤差によってゼロ値からのシフトが生じていると考えられるため、ステップＳ３４のゼロ点調整は行わない。

以上のように、図３及び図４の処理によれば、内燃機関５の始動直後など、アンモニアセンサ１４の起動直後において、推定ＮＨ３吸着量が診断用ＮＨ３吸着量よりも小さい場合は、アンモニアセンサ１４の出力値から平均のＮＨ３濃度を算出する。ここで、推定ＮＨ３吸着量が診断用ＮＨ３吸着量よりも小さい場合は、還元触媒２０に十分な量のアンモニアが吸着しておらず、還元触媒２０の下流にアンモニアが流出しない。従って、還元触媒２０の下流にアンモニアが流出しない条件下で算出された平均のＮＨ３濃度を０にリセットすることで、精度良くゼロ点リセットを行うことが可能となる。

図６及び図７は、第２の方法の処理を示すフローチャートである。先ず、図６のステップＳ４０では、アンモニアセンサ１４の値などの読み取りを行う。次のステップＳ４２では、還元触媒２０の触媒温度が２００℃よりも高いか否かを判定し、触媒温度が２００℃よりも高い場合はステップＳ４４へ進む。一方、触媒温度が２００℃以下の場合は、ステップＳ４２で待機する。なお、触媒温度が２００℃よりも高いか否かを判定する意義は、還元触媒２０が活性化状態にあり、尿素水の噴射制御を実行可能な状態であるか否かを判定することにある。すなわち、次のステップＳ４４で診断不要となったときには、通常運転を行い、触媒温度が２００℃よりも高いため尿素水の噴射制御を行う。

ステップＳ４４では、アンモニアセンサ１４のゼロ点オフセット診断の要否を判定し、ゼロ点オフセット診断を行う場合はステップＳ４６へ進む。一方、ゼロ点オフセット診断を行わない場合はステップＳ４８へ進み、通常運転を行う。

ステップＳ４４の判定の際には、例えば、排気浄化装置１０が搭載された車両の総走行距離または総走行時間が所定値に到達したとき、もしくは車両の運転中に規定時間が経過したときなどにゼロ点オフセット診断を行うことを判定する。

ステップＳ４６では、還元剤噴射弁３４からの尿素水の噴射を停止させる。これにより、排気ガス中のＮＯｘは還元触媒２０に吸着しているアンモニアによって還元され、還元触媒２０におけるアンモニアの吸着量が減少する。なお、ステップＳ４６では、噴射を完全に停止させることなく、噴射量を減少させても良い。例えば、噴射量を通常の６０〜７０％程度に低下させるようにしても良い。このように、噴射量の低下によっても還元触媒２０におけるアンモニアの吸着量を減少させることが可能である。

次のステップＳ５０では、還元触媒２０の推定ＮＨ３吸着量が診断用ＮＨ３吸着量よりも小さいか否かを判定し、推定ＮＨ３吸着量が診断用ＮＨ３吸着量よりも小さい場合は図７のステップＳ５２へ進む。

ステップＳ５２では、診断用ＮＨ３吸着量に基づく噴射制御により尿素水の噴射を開始する。すなわち、還元触媒２０のアンモニア吸着量が診断用ＮＨ３吸着量となるように還元剤噴射弁３４から還元剤を噴射する。次のステップＳ５４では、アンモニアセンサ１４の出力値を積算する。次のステップＳ５６では、規定時間が経過したか否かを判定し、規定時間が経過した場合は、ステップＳ５８へ進み、アンモニアセンサ１４の出力の積算値を規定時間で平均化して平均のＮＨ３濃度を算出する。一方、規定時間が経過していない場合は、ステップＳ５６で待機する。

ステップＳ６０では、平均のＮＨ３濃度が所定のトレランスよりも小さいか否かを判定し、平均のＮＨ３濃度がトレランスよりも小さい場合はステップＳ６２で通常運転を行う。一方、ステップＳ６０において、平均のＮＨ３濃度がトレランス以上の場合は、ステップＳ６４へ進み、平均ＮＨ３濃度によるゼロ点調整を実施する。

以上のように、図６及び図７の処理によれば、内燃機関５の運転中に触媒温度が２００℃を超えている場合に、還元剤噴射弁３４からの噴射を停止又は減量し、推定ＮＨ３吸着量が診断用ＮＨ３吸着量よりも小さくなった場合は、還元触媒２０のアンモニア吸着量が診断用ＮＨ３吸着量となるように還元剤の噴射を行う。ここで、診断用ＮＨ３吸着量を還元触媒２０の目標のアンモニア吸着量として噴射を行うことで、還元触媒２０に十分な量のアンモニアが吸着することがなく、還元触媒２０の下流にアンモニアが流出することがない。従って、還元触媒２０の下流にアンモニアが流出しない条件下で算出された平均のＮＨ３濃度を０にリセットすることで、精度良くゼロ点リセットを行うことが可能となる。

また、図６及び図７の処理は、温度変化が生じた場合であってもアンモニアが還元触媒２０の下流に流れない温度範囲で実施することが望ましく、例えば触媒温度が２００℃〜３００℃程度の範囲で実施することが望ましい。これにより、触媒温度がより高温となった場合に、還元触媒２０のアンモニア吸着量が低下してアンモニアが還元触媒２０の下流に流れることを抑止できる。

図８及び図９は、第３の方法を示すフローチャートである。先ず、図８のステップＳ７０では、アンモニアセンサ１４の値などの読み取りを行う。次のステップＳ７２では、還元触媒２０の触媒温度が４００℃よりも高いか否かを判定し、触媒温度が４００℃よりも高い場合はステップＳ７４へ進む。一方、触媒温度が４００℃以下の場合は、ステップＳ７８へ進み、通常運転を行う。

ステップＳ７４では、アンモニアセンサ１４のゼロ点オフセット診断の要否を判定し、ゼロ点オフセット診断を行う場合はステップＳ７６へ進む。一方、ゼロ点オフセット診断を行わない場合はステップＳ７８へ進み、通常運転を行う。なお、この判断は第２の方法と同様に行うことができる。

ステップＳ７６では、還元触媒２０の温度が低下しているか否かを判定し、還元触媒２０の温度が低下している場合はステップＳ７８へ進む。一方、還元触媒２０の温度が低下していない場合はステップＳ７６で待機する。

ステップＳ７８では、還元剤噴射弁３４からの噴射量の目標値を、通常の目標ＮＨ３吸着量から診断用ＮＨ３吸着量へ切り換えて噴射を行う。これにより、図５に示すように、通常の目標ＮＨ３吸着量の場合は、触媒温度の低下に伴って噴射量を大きく増加させるが、目標値を診断用ＮＨ３吸着量に切り換えたことによって、触媒温度の低下に伴う噴射量の増加量が緩和される。従って、還元触媒２０の下流にアンモニアが流出することを確実に抑止できる。

ステップＳ７８の後は図９のステップＳ８０へ進み、アンモニアセンサ１４の出力値を積算する。次のステップＳ８２では、規定時間が経過したか否かを判定し、規定時間が経過した場合は、ステップＳ８４へ進み、アンモニアセンサ１４の出力の積算値を規定時間で平均化して平均のＮＨ３濃度を算出する。一方、規定時間が経過していない場合は、ステップＳ８２で待機する。

ステップＳ８６では、平均のＮＨ３濃度がトレランスよりも小さいか否かを判定し、平均のＮＨ３濃度がトレランスよりも小さい場合はステップＳ８８で通常運転を行う。一方、ステップＳ８６において、平均のＮＨ３濃度がトレランス以上の場合は、ステップＳ９０へ進み、平均ＮＨ３濃度によるゼロ点調整を実施する。

以上のように、図８及び図９の処理によれば、触媒温度が４００℃を超えている場合において、還元触媒２０の温度が低下している場合は、還元剤噴射弁３４からの噴射量の目標値を、通常の目標ＮＨ３吸着量から診断用ＮＨ３吸着量へ切り換えて噴射を行う。これにより、温度の低下により還元触媒２０のアンモニア吸着量が増加するため、還元触媒２０の下流へアンモニアが流出することを抑止でき、更に、通常の目標ＮＨ３吸着量から診断用ＮＨ３吸着量へ切り換えて噴射を行うため、還元触媒２０の下流へアンモニアが流出することを確実に抑止することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、還元触媒２０の下流にアンモニアが流出しない条件下でアンモニアセンサ１４のゼロ点診断を行うようにしたため、アンモニアセンサのゼロ点診断を精度良く行うことが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０排気浄化装置
２０還元触媒
３４還元剤噴射弁
６０制御装置
６２アンモニアセンサ出力取得部
６４ゼロ点診断部
６６ゼロ点初期化部
７０還元剤噴射制御部
７２吸着量推定部

Claims

還元剤を吸着して排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の下流に前記還元剤が流出しない条件下で前記還元剤の噴射を制御する還元剤噴射制御部と、
前記還元触媒の下流に設けられたアンモニアセンサの出力を取得するアンモニアセンサ出力取得部と、
前記条件下で取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断するゼロ点診断部と、
前記ゼロ点診断部の診断結果に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を初期化するゼロ点初期化部と、
前記還元触媒における前記還元剤の吸着量を推定する吸着量推定部と、
を備え、
前記ゼロ点診断部は、内燃機関の始動時に前記アンモニアセンサが起動した後、前記還元触媒への前記還元剤の噴射が開始されるまでの間で、前記吸着量が通常運転時の前記還元触媒の目標吸着量よりも少ない診断用吸着量以下の場合に、取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断することを特徴とする、制御装置。
前記ゼロ点診断部は、規定時間の間に取得された前記アンモニアセンサの出力値の平均値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
前記ゼロ点初期化部は、前記条件下で取得された前記アンモニアセンサの出力値が所定の許容値以上の場合に前記アンモニアセンサのゼロ点を初期化することを特徴とする、請求項１または２に記載の制御装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の制御装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
還元剤を吸着して排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒の下流に前記還元剤が流出しない条件下で前記還元剤の噴射を制御するステップと、
前記還元触媒の下流に設けられたアンモニアセンサの出力を取得するステップと、
前記条件下で取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断するステップと、
前記ゼロ点の診断結果に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を初期化するステップと、
前記還元触媒における前記還元剤の吸着量を推定するステップと、
を備え、
前記ゼロ点を診断するステップは、内燃機関の始動時に前記アンモニアセンサが起動した後、前記還元触媒への前記還元剤の噴射が開始されるまでの間で、前記吸着量が通常運転時の前記還元触媒の目標吸着量よりも少ない診断用吸着量以下の場合に、取得された前記アンモニアセンサの出力値に基づいて、前記アンモニアセンサのゼロ点を診断することを特徴とする、排気浄化装置の制御方法。