JP6612711B2 - 濃度算出装置、濃度算出システムおよび濃度算出方法 - Google Patents
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Description
選択還元触媒は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるNOxを浄化するために内燃機関の排気管に設置される。還元剤供給部は、選択還元触媒へ還元剤を供給する。フィルタ部は、排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するために排気管に設置される。第1センサは、選択還元触媒およびフィルタ部を通過した排気ガスに含まれるアンモニアの濃度である下流アンモニア濃度を検出する。第2センサは、選択還元触媒およびフィルタ部を通過した排気ガスに含まれる成分であって下流アンモニア濃度とは異なる特定成分濃度を検出する。第2センサは、自身の出力である第2センサ出力値が特定成分濃度のみならず下流アンモニア濃度の変化に応じても変化する特性を有している。
次に、上述の濃度算出装置においては、フィルタ部の再生処理中の第2センサ出力値が所定の閾値以上であるか否かを判定する出力値判定部が備えられ、補正値演算部は、出力値判定部にて第2センサ出力値が閾値以上であると判定される場合に、補正値を演算し、出力値判定部にて第2センサ出力値が閾値以上ではない判定される場合に、補正値を演算しない構成であってもよい。
次に、上述の濃度算出装置においては、第1センサはアンモニアセンサであり、第2センサはNOxセンサであってもよい。
なお、第2センサは、第1センサとは別の補正用アンモニアセンサである構成であってもよい。このような補正用アンモニアセンサは、アンモニア濃度のみならず、NOx濃度に応じてもセンサ出力値が変化する特性を有している。
選択還元触媒は、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるNOxを浄化するために内燃機関の排気管に設置される。還元剤供給部は、選択還元触媒へ還元剤を供給する。フィルタ部は、排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するために排気管に設置される。第1センサは、選択還元触媒およびフィルタ部を通過した排気ガスに含まれるアンモニアの濃度である下流アンモニア濃度を検出する。第2センサは、選択還元触媒およびフィルタ部を通過した排気ガスに含まれる成分であって下流アンモニア濃度とは異なる特定成分濃度を検出する。第2センサは、自身の出力である第2センサ出力値が特定成分濃度のみならず下流アンモニア濃度の変化に応じても変化する特性を有している。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[1−1.全体構成]
以下に本発明の第1実施形態を図面とともに説明する。
酸化触媒2は、ディーゼルエンジン51の排気管52を介して、ディーゼルエンジン51から排出される排気ガスを取り込み、取り込んだ排気ガス中のNOxの酸化窒素(NO)を酸化して二酸化窒素(NO2)を生成する。
NOxセンサ制御装置7は、上流NOxセンサ6を制御するとともに、上流NOxセンサ6の検出結果に基づいて、酸化触媒2から排出された排気ガス中のNOx濃度(以下、上流NOx濃度ともいう)を算出する。NOxセンサ制御装置7は、通信線を介して、浄化制御装置10との間でデータを送受信することが可能に構成されており、上流NOx濃度を示す上流NOx濃度情報を浄化制御装置10へ送信する。
マルチガスセンサ制御装置9は、マルチガスセンサ8を制御するとともに、マルチガスセンサ8の検出結果に基づいて、DPF3から排出された排気ガス中のNOx濃度(以下、下流NOx濃度ともいう)と、酸素濃度(以下、下流酸素濃度ともいう)と、アンモニア濃度(以下、下流アンモニア濃度ともいう)を算出する。マルチガスセンサ制御装置9は、通信線を介して、浄化制御装置10との間でデータを送受信することが可能に構成されており、下流NOx濃度を示す下流NOx濃度情報と、下流アンモニア濃度を示す下流アンモニア濃度情報を浄化制御装置10へ送信する。
上流NOxセンサ6は、図2に示すように、絶縁層113、固体電解質層114、絶縁層115、固体電解質層116、絶縁層117、固体電解質層118、絶縁層119および絶縁層120が順次積層されて構成されている。絶縁層113,115,117,119,120は、アルミナを主体として形成されている。固体電解質層114,116,118は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。
制御回路180は、回路基板上に配置されたアナログ回路である。制御回路180は、Ip1ドライブ回路181、Vs検出回路182、基準電圧比較回路183、Icp供給回路184、Vp2印加回路185、Ip2検出回路186およびヒータ駆動回路187を備える。
基準電圧比較回路183は、基準電圧(例えば、425mV)とVs検出回路182の出力(電圧Vs)とを比較し、比較結果をIp1ドライブ回路181へ出力する。そしてIp1ドライブ回路181は、電圧Vsが基準電圧と等しくなるように、第1ポンピング電流Ip1の流れる向きと第1ポンピング電流Ip1の大きさとを制御するとともに、第1測定室121内の酸素濃度を、NOxが分解しない程度の所定値に調整する。
CPU191は、ROM192に記憶されたプログラムに基づいて、上流NOxセンサ6を制御するための処理を実行する。信号入出力部194は、Ip1ドライブ回路181、Vs検出回路182、Ip2検出回路186およびヒータ駆動回路187に接続される。
マルチガスセンサ8は、図3に示すように、NOx検出部201と、アンモニア検出部202を備える。
検知電極211と基準電極212は、図4に示すように、固体電解質層112の上において互いに離間するように配置される。検知電極211は、金を主成分とする材料で形成される。基準電極212は、白金を主成分とする材料で形成される。基準電極212よりも検知電極211の方がアンモニアとの反応性が高いため、検知電極211と基準電極212との間で起電力が生じる。
制御回路220は、起電力検出回路221が追加された点が、NOxセンサ制御装置7の制御回路180と異なる。起電力検出回路221は、検知電極211と基準電極212との間の起電力(以下、アンモニア起電力EMFという)を検出し、検出結果を示す信号をマイコン230へ出力する。
CPU231は、ROM232に記憶されたプログラムに基づいて、マルチガスセンサ8を制御するための処理を実行する。信号入出力部235は、Ip1ドライブ回路181、Vs検出回路182、Ip2検出回路186、ヒータ駆動回路187および起電力検出回路221に接続される。
マルチガスセンサ制御装置9のマイコン230は、各種処理を実行しており、その1つとして補正係数算出処理を実行する。
ここで、補正係数算出処理の手順を説明する。補正係数算出処理は、マルチガスセンサ制御装置9のマイコン230が起動した直後に、その処理を開始する。
補正係数算出処理が実行されると、まず、S110(Sはステップを表す)にて、DPF再生処理中であるか否かを判定し、肯定判定するとS120に移行し、否定判定するとS130に移行する。なお、S110では、浄化制御装置10から受信したDPF再生信号がオン状態である場合に、DPF再生中であると判断し、DPF再生信号がオフ状態である場合に、DPF再生中ではないと判断する。
S110で肯定判定されてS120に移行すると、S120では、マルチガスセンサ8で検出されたNOx出力値(以下、下流NOx出力値Snともいう)および下流アンモニア出力値Saの記録処理(保存処理)を開始する。S120が終了すると、S140に移行する。
なお、本実施形態では、1回のDPF再生処理において1個の算出結果(Gain補正係数)を得られる構成であるが、算出誤差が生じる可能性があるため、1個の算出結果(Gain補正係数)をそのまま利用することはしない。つまり、複数回のDPF再生処理を通じて得られた複数の算出結果(Gain補正係数)を用いてGain補正係数を更新することで、算出誤差の影響を低減している。そのため、補正係数算出処理では、複数のGain補正係数を記憶したか否かを判定するステップ(S190)を備えている。
この補正係数算出処理は、マルチガスセンサ制御装置9のマイコン230が停止するまで、上述の処理を継続する。つまり、DPF再生処理が実施される毎に、マルチガスセンサ8で検出された下流NOx出力値Snおよび下流アンモニア出力値Saが有効判定範囲であるか否かを判定し、有効判定範囲である場合には、下流NOx出力値Snおよび下流アンモニア出力値Saに基づいてGain補正係数の算出が実施される。そして、複数のGain補正係数が記憶されると、複数のGain補正係数の平均値を用いて、補正後の下流アンモニア出力値Saの演算に用いるGain補正係数に設定する。
以上説明したように、本実施形態のマルチガスセンサ制御装置9は、補正係数算出処理の実行時にDPF再生処理中と判定された場合(S110で肯定判定)に、マルチガスセンサ8で検出された下流NOx出力値Snおよび下流アンモニア出力値Saの記録処理(保存処理)を開始する(S120)。
[1−6.文言の対応関係]
ここで、本実施形態における文言の対応関係について説明する。
SCR触媒4が選択還元触媒の一例に相当し、尿素水インジェクタ5が還元剤供給部の一例に相当し、DPF3がフィルタ部の一例に相当し、マルチガスセンサ8がマルチセンサの一例に相当し、マルチガスセンサ8のアンモニア検出部202が第1センサ(アンモニアセンサ)の一例に相当し、マルチガスセンサ8のNOx検出部201が第2センサ(NOxセンサ)の一例に相当する。
[2.第2実施形態]
上記の第1実施形態では、浄化システムの一例として、排気管52において酸化触媒2、SCR触媒4、DPF3がこの順番に配置された構成の尿素SCRシステム1について説明したが、浄化システムはこのような構成に限定されるものではない。
[2−1.第2尿素SCRシステム]
図7に示すように、第2尿素SCRシステム301は、LNT302、DPF3、SCR触媒4、上流NOxセンサ6、NOxセンサ制御装置7、アンモニアセンサ311、下流NOxセンサ313、マルチガスセンサ制御装置9および浄化制御装置10を備える。
マルチガスセンサ制御装置9のマイコン230は、第1実施形態と同様の補正係数算出処理を実行する。
以上説明したように、第2実施形態のマルチガスセンサ制御装置9は、第1実施形態と同様に、補正係数算出処理の実行時にDPF再生処理中と判定された場合(S110で肯定判定)に、下流NOxセンサ313およびアンモニアセンサ311で検出された下流NOx出力値Snおよび下流アンモニア出力値Saの記録処理(保存処理)を開始する(S120)。
ここで、本実施形態における文言の対応関係について説明する。
第2尿素SCRシステム301が浄化システムの一例に相当し、マルチガスセンサ制御装置9が濃度算出装置の一例に相当する。
[3.他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
Claims (7)
- 内燃機関から排出される排気ガスに含まれるNOxを浄化するために前記内燃機関の排気管に設置される選択還元触媒と、前記選択還元触媒へ還元剤を供給する還元剤供給部と、前記排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するために前記排気管に設置されるフィルタ部と、前記選択還元触媒および前記フィルタ部を通過した前記排気ガスに含まれるアンモニアの濃度である下流アンモニア濃度を検出する第1センサと、前記選択還元触媒および前記フィルタ部を通過した前記排気ガスに含まれる成分であって前記下流アンモニア濃度とは異なる特定成分濃度を検出する第2センサと、を備える浄化システムにおいて、前記第1センサの出力である第1センサ出力値に基づいて前記下流アンモニア濃度を算出する濃度算出装置であって、
前記第2センサは、自身の出力である第2センサ出力値が前記特定成分濃度のみならず前記下流アンモニア濃度の変化に応じても変化する特性を有しており、
前記フィルタ部の再生処理中の前記第1センサ出力値および前記第2センサ出力値を用いて、前記第1センサ出力値または前記下流アンモニア濃度を補正するための補正値を演算する補正値演算部、
を備える濃度算出装置。 - 前記フィルタ部の再生処理中の前記第1センサ出力値を検出する第1センサ出力検出部と、
前記フィルタ部の再生処理中の前記第2センサ出力値を検出する第2センサ出力検出部と、
前記第2センサ出力値を用いて、前記第1センサ出力値の換算値である出力換算値および前記下流アンモニア濃度の換算値である濃度換算値のうち少なくとも一方を演算する換算値演算部と、
を備え、
前記補正値演算部は、前記第1センサ出力値と前記出力換算値との比較結果、または前記下流アンモニア濃度と前記濃度換算値との比較結果に基づいて、前記補正値を演算する、
請求項1に記載の濃度算出装置。 - 前記フィルタ部の再生処理中の前記第2センサ出力値が所定の閾値以上であるか否かを判定する出力値判定部が備えられ、
前記補正値演算部は、前記出力値判定部にて前記第2センサ出力値が前記閾値以上であると判定される場合に、前記補正値を演算し、前記出力値判定部にて前記第2センサ出力値が前記閾値以上ではない判定される場合に、前記補正値を演算しない、
請求項1または請求項2に記載の濃度算出装置。 - 前記第1センサはアンモニアセンサであり、前記第2センサはNOxセンサである、
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の濃度算出装置。 - 前記アンモニアセンサは、前記NOxセンサと一体化されたマルチセンサとして備えられる、
請求項4に記載の濃度算出装置。 - 請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載の濃度算出装置と、
前記第1センサとしてのアンモニアセンサと、
前記第2センサとしてのNOxセンサと、
を備える濃度算出システム。 - 内燃機関から排出される排気ガスに含まれるNOxを浄化するために前記内燃機関の排気管に設置される選択還元触媒と、前記選択還元触媒へ還元剤を供給する還元剤供給部と、前記排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するために前記排気管に設置されるフィルタ部と、前記選択還元触媒および前記フィルタ部を通過した前記排気ガスに含まれるアンモニアの濃度である下流アンモニア濃度を検出する第1センサと、前記選択還元触媒および前記フィルタ部を通過した前記排気ガスに含まれる成分であって前記下流アンモニア濃度とは異なる特定成分濃度を検出する第2センサと、を備える浄化システムにおいて、前記第1センサの出力である第1センサ出力値に基づいて前記下流アンモニア濃度を算出する濃度算出方法であって、
前記第2センサは、自身の出力である第2センサ出力値が前記特定成分濃度のみならず前記下流アンモニア濃度の変化に応じても変化する特性を有しており、
前記フィルタ部の再生処理中の前記第1センサ出力値および前記第2センサ出力値を用いて、前記第1センサ出力値または前記下流アンモニア濃度を補正するための補正値を演算する補正値演算ステップ、
を備える濃度算出方法。
Priority Applications (3)
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