此应用程序的某些内容目前无法使用。
如果这种情况持续存在,请联系我们反馈与联系
1. (WO2019065365) CONTROL DEVICE
Document

明 細 書

発明の名称 制御装置 0001  

技術分野

0002  

背景技術

0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

0005   0006   0007   0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

明 細 書

発明の名称 : 制御装置

関連出願の相互参照

[0001]
 本出願は、2017年9月29日に出願された日本国特許出願2017-190368号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。

技術分野

[0002]
 本開示は、排出ガスセンサの制御装置に関する。

背景技術

[0003]
 排出ガスセンサのセンサ電極に吸蔵された酸素を迅速に除去し、早期活性化を図るための早期活性制御が知られている。下記特許文献1に記載の発明では、センサ始動時に通常電圧よりも高い除去用電圧をポンプセルに印加し、水を分解して還元ガスとしての水素を発生させ、センサ電極における酸化物を還元することで酸素を除去している。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2016-70922号公報

発明の概要

[0005]
 特許文献1では、吸蔵された酸素を確実に還元除去するため、最も条件が厳しい環境を想定した時間分だけ早期活性制御を行っている。しかしながら、排出ガスセンサが置かれる環境は様々であるし、排出ガスセンサの個体差もあるため、必要とされる早期活性制御の時間は変動するものであり、従来の技術では過剰に早期活性制御を行うことを排除できなかった。
[0006]
 本開示は、排出ガスセンサの状況に対応し、早期活性制御を極力必要最小限に近い状態で行うことが可能な排出ガスセンサの制御装置を提供することを目的とする。
[0007]
 本開示は、排出ガスセンサの制御装置であって、排出ガスセンサを構成するセルであって、内燃機関から排出される排気ガスから酸素を除去するための第1セルに対し、酸素を除去するための通常電圧及び通常電圧よりも高い除去用電圧を選択的に印加する電圧印加部と、排出ガスセンサを構成するセルの温度を示す素子温パラメータを検出する素子温検出部と、素子温パラメータに基づいて、電圧印加部によって除去用電圧を印加することを終了させる終了タイミングを決定する終了判定部と、を備える。
[0008]
 排出ガスセンサを構成するセルの温度と、酸素を除去するために発生させる水素の生成とに相関関係があることを利用し、素子温パラメータに基づいて除去用電圧を印加するのを終了させる終了タイミングを決定するので、排出ガスセンサの状況に対応し、早期活性制御を極力必要最小限に近い状態で行うことが可能となる。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 図1は、エンジン排気系を模式的に示す図である。
[図2] 図2は、図1に示されるNOxセンサの構成を模式的に示す図である。
[図3] 図3は、図2のIII-III断面を示す断面図である。
[図4] 図4は、図1に示されるSCUの構成を示すブロック図である。
[図5] 図5は、図4に示されるマイコンの機能的な構成を示すブロック図である。
[図6] 図6は、図1に示されるECU及びSCUの処理を示すフローチャートである。
[図7] 図7は、図1に示されるECU及びSCUの処理を示すフローチャートである。
[図8] 図8は、図1に示されるSCUの処理を説明するための図である。
[図9] 図9は、図1に示されるSCUの処理を説明するための図である。
[図10] 図10は、図1に示されるSCUの処理を説明するための図である。
[図11] 図11は、図1に示されるSCUの処理を説明するための図である。
[図12] 図12は、図1に示されるSCUの処理を説明するための図である。
[図13] 図13は、図1に示されるSCUの処理を説明するための図である。

発明を実施するための形態

[0010]
 以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
[0011]
 図1に示されるように、エンジン排気系ESには、ECU(Engine Control Unit)10及びSCU(Sensor Control Unit)40が設けられている。ECU10は、ディーゼルエンジン20及びそれに繋がるエンジン排気系ESを制御する装置である。ECU10は、ディーゼルエンジン20の挙動を制御する機能を有している。ECU10は、アクセル開度及びエンジン回転速度に基づいて燃料噴射弁の開度を調整する。
[0012]
 エンジン排気系ESには、ディーゼルエンジン20側から順に、ディーゼル酸化触媒コンバータ22と、SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒コンバータ28と、が設けられている。ディーゼル酸化触媒コンバータ22は、ディーゼル酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)221と、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)222と、を有している。
[0013]
 ディーゼル酸化触媒コンバータ22は、排出ガスに含まれる有害物質を酸化又は還元により浄化するものであって、特に炭素などからなる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集する装置である。
[0014]
 ディーゼル酸化触媒221は、主としてセラミック製の担体と、酸化アルミニウム、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムを成分とする酸化物混合物、並びに白金、パラジウム、ロジウムといった貴金属触媒で構成されている。ディーゼル酸化触媒221は、排出ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを酸化させ浄化する。また、ディーゼル酸化触媒221は、触媒反応の際に発生する熱により排出ガス温度を上昇させる。
[0015]
 ディーゼルパティキュレートフィルタ222は、多孔質セラミックに白金やパラジウムなどの白金族触媒が担持され、ハニカム構造体で形成される。ディーゼルパティキュレートフィルタ222は、排出ガス中に含まれる粒子状物質をハニカム構造体の隔壁に堆積させる。堆積した粒子状物質は、燃焼によって酸化され浄化される。この燃焼には、ディーゼル酸化触媒221における温度上昇や、添加剤による粒子状物質の燃焼温度低下が利用される。
[0016]
 SCR触媒コンバータ28は、ディーゼル酸化触媒コンバータ22の後処理装置としてNOxを窒素と水に還元する装置であって、選択還元型の触媒であるSCR281を有する。SCR281は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にPtなどの貴金属を担持した触媒が例示できる。SCR281は、触媒温度が活性温度域にあり、さらに、還元剤としての尿素が添加されているときにNOxを還元浄化するものである。尿素添加のため、SCR触媒コンバータ28の上流側には、尿素添加インジェクタ26が設けられている。
[0017]
 本実施形態では、ディーゼル酸化触媒コンバータ22と尿素添加インジェクタ26との間にNOxセンサ24が、SCR触媒コンバータ28の下流側にNOxセンサ30がそれぞれ配置されている。
[0018]
 NOxセンサ24で検出されるNOx濃度と、NOxセンサ30で検出されるNOx濃度とに基づき尿素添加インジェクタ26からSCR触媒コンバータ28に対して添加される尿素の量が決定される。より具体的には、NOxセンサ24においてSCR触媒コンバータ28通過前の排出ガスから検出されるNOx濃度に基づいて添加する尿素の量が決定される。また、NOxセンサ30においてSCR触媒コンバータ28を通過した後の排出ガスから検出されるNOx濃度が極力小さい値となるようにフィードバックし、添加する尿素の量を補正する。このように決定された量の尿素が、尿素添加インジェクタ26からSCR281に対して添加されることで、SCR281において排出ガス中のNOxが適正に還元される。このように、排出ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物は、NOxセンサ24及びNOxセンサ30を通過した後、エンジン排気系ESの終端であるテールパイプ(不図示)から外部に排出される。
[0019]
 NOxセンサ24及びNOxセンサ30が出力する電流は、SCU40が検出している。SCU40は、ガス量を検出すると共に異常検出処理を行って、必要なデータをECU10に送信している。ECU10及びSCU40は、CAN(Controller Area Network)バス50に繋がっており、CANバス50を介して情報通信を行っている。
[0020]
 ECU10は、CPU等の演算装置、RAM、ROM、入出力ポート、及び記憶装置を含むものである。特に本実施形態の説明では、NOxセンサ24,30に繋がる電気系統の異常を検出する機能を中心に説明をする。NOxセンサ24とNOxセンサ30とは同一の構成であるため、NOxセンサ24を例にとってその構成を説明する。
[0021]
 図2及び図3に示されるように、NOxセンサ24は、第1本体部241aと、第2本体部241bと、固体電解質体244と、拡散抵抗体245と、ポンプ電極246と、ヒータ247と、センサ電極248と、モニタ電極249と、共通電極250と、を備えている。
[0022]
 固体電解質体244は板状の部材であって、酸化ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質材料によって構成されている。第1本体部241a及び第2本体部241bは、アルミナを主成分とする絶縁体からなり、固体電解質体244を挟んで配置されている。第1本体部241aには、固体電解質体244側から後退するように設けられた凹部が形成されている。その凹部は測定室242として機能している。測定室242の一側面は開放されている。その開放された一側面に拡散抵抗体245が配置されている。拡散抵抗体245は、多孔質又は細孔が形成されたアルミナ等のセラミック材料からなっている。拡散抵抗体245の作用により、測定室242内に引き込まれる排出ガスの速度が律せられる。
[0023]
 第2本体部241bにも、固体電解質体244側から後退するように設けられた凹部が形成されている。その凹部は大気室243として機能している。大気室243の一側面は開放されている。固体電解質体244側から大気室243内に引き込まれる気体は大気に放出される。
[0024]
 固体電解質体244の測定室242側に臨む面であって、拡散抵抗体245側には陰極側となるポンプ電極246が設けられている。ポンプ電極246は、Pt-Au合金(白金-金合金)からなる。また、固体電解質体244の大気室243に臨む面であって、ポンプ電極246と対応する位置には、ポンプ電極246に対して陽極側となり主成分がプラチナからなる共通電極250が設けられている。共通電極250は、センサ電極248及びモニタ電極249が固体電解質244を介して投影した際の対向領域において重なるように設けられている。
[0025]
 ポンプ電極246と共通電極250との間に電圧が印加されると、測定室242内の排出ガス中に含まれる酸素が陰極側のポンプ電極246に接触して酸素イオンとなる。この酸素イオンは、陽極側の共通電極250に向かって固体電解質体244内を流れ、共通電極250において電荷を放出して酸素となり、大気室243から大気中に排出される。このように、ポンプ電極246、共通電極250、及びこれら2つの電極に挟まれる固体電解質244によって、酸素イオンを測定室242から大気室243に排出する機能を有するポンプセルが形成されている。
[0026]
 なお、ポンプ電極246と共通電極250との間に印加する電圧が高いほど、ポンプセルによって排出ガス中から大気室243を経由して大気中に排出される酸素の量は多くなる。逆にポンプ電極246と共通電極250との間に印加する電圧が低いほど、ポンプセルによって排出ガス中から排出される酸素の量は減る。従って、ポンプ電極246と共通電極250との間に印加する電圧を増減することで、後段のセンサ電極248及びモニタ電極249に流れる排出ガス中の残留酸素の量を増減させることができる。
[0027]
 固体電解質体244の測定室242側に臨む面であって、ポンプ電極246を挟んで拡散抵抗体245とは反対側には陰極側となるモニタ電極249が設けられている。ポンプ電極246を挟んで拡散抵抗体245とは反対側は、ポンプ電極246よりも後段側に相当する。固体電解質体244の大気室243に臨む面であって、モニタ電極249と対応する位置にモニタ電極249にたいして陽極側となる共通電極250が設けられている。このように、モニタ電極249、共通電極250、及びこれら2つの電極に挟まれる固体電解質244によって、酸素濃度を検出する機能を有するモニタセルが形成されている。
[0028]
 モニタセルは、ポンプセルによって酸素が排出された排出ガス中に残留する酸素濃度を検出する。モニタ電極249と共通電極250との間に電圧が印加されると、ポンプセルによって酸素が排出された排出ガス中に含まれる残留酸素が陰極側のモニタ電極249に接触して酸素イオンとなる。この酸素イオンは、陽極側の共通電極250に向かって固体電解質体244内を流れ、共通電極250において電荷を放出して酸素となり、大気室243から大気中に排出される。この際の電荷は、モニタセル検出部404によりモニタセル電流Imとして検出され、このモニタセル電流Imに基づいて、排出ガス中の残留酸素濃度を算出し得る。
[0029]
 固体電解質体244の測定室242側に臨む面であって、ポンプ電極246を挟んで拡散抵抗体245とは反対側には陰極側となるセンサ電極248が設けられている。固体電解質体244の大気室243に臨む面であって、センサ電極248と対応する位置にセンサ電極248に対して陽極側となる共通電極250が設けられている。このように、センサ電極248、共通電極250、及びこれら2つの電極に挟まれる固体電解質244によって、排出ガス中のNOxの濃度及び残留酸素濃度を算出するセンサセルが形成されている。
[0030]
 センサ電極248は、Pt-Rh合金(白金-ロジウム合金)からなり、NOxに対して強い還元性を有している。センサ電極248に接触したNOxは、N2とO2とに還元分解される。センサ電極248と共通電極250との間に電圧が印加されると、分解されたO2は、陰極側のセンサ電極248から電荷を受け取って酸素イオンとなる。この酸素イオンは、陽極側の共通電極250に向かって固体電解質体244内を流れ、共通電極250において電荷を放出して酸素となり、大気室243から大気中に排出される。この際の電荷は、センサセル検出部403によりセンサセル電流Isとして検出され、このセンサセル電流Isに基づいて、排出ガス中のNOxの濃度及び残留酸素濃度を算出し得る。
[0031]
 ポンプセルで排出する酸素によって、測定室242内に流入する絶対ガス量が変化するため、NOx濃度の算出にあたっては、ポンプセルの影響を補正することが好ましい。
[0032]
 また、ポンプセルにおいて、排出ガス内の酸素濃度に依存した出力を検出することができるため、A/Fセンサの機能ももたせることができる。A/Fの算出にあたっては、ポンプ電極246と共通電極250との間を流れる電流であるポンプセル電流Ipにて算出することが好ましい。これらガス濃度検知は、車両で使われ方を考慮し、例えば5ms毎に行うことができる。
[0033]
 ガス濃度検知のためには、酸素イオンを流すため、素子温度が所定温度となるようにヒータ247で加温する必要がある。素子温度を把握することが必要であるが、直接温度を検知するセンサは装備していないため、所定の電圧を印加した場合の出力電流によって素子温度を算出する。素子温度は素子の抵抗と相関性があるが、素子には容量成分があるため、容量成分の影響を除去することが好ましい。そのため、印加電圧を所定周波数の掃引電圧とすることが好ましい。掃引電圧を印加することで、素子の容量成分に溜まった電荷を抜くことができる。掃引電圧の印加は、本来のガス濃度に依存した出力電流に掃引によって隆起された電流も重畳させる影響を及ぼすため、掃引電圧の印加期間もしくは、所定時間においてはガス濃度の検出を行わないことが望ましい。また、共通電極の電圧を掃引電圧とすることにより、ポンプ電極246、センサ電極248、モニタ電極249の各々の電流が流れる為、素子温度としてはどの出力電流としても良い。ガス濃度を検知する際にセンサ電極248やモニタ電極249を流れる電流に対して、掃引電圧によって流れる電流は大きくなるため、ポンプ電極246の出力電流によって素子温度を把握することが好ましい。
[0034]
 ヒータ247には、素子の破壊を防ぐため、SCU40に電圧が供給され駆動できる状態になった段階で微通電モードを開始する。微通電モードとすることで、内部水分の沸騰による圧力急変や車両側の排気管の凝縮水がセンサに被水し素子が破壊することを避けることができる。その後、ECU10からの通電要求を受け取ると、ガス濃度検知ができる温度に昇温するため、高デューティで早期活性させる。また、素子が破壊されたことやセンサの異常(断線、ショート等)をトリガとして、ヒータ247への通電を強制カットする機能を備えることも好ましい。SCU40の電源電圧によって素子の活性度合いが変化することを防止するため、SCU40の認識した電圧によってヒータ247のデューティを変化させることも好ましい。
[0035]
 SCU40は、その一部又は全部が、アナログ回路で構成されるか、メモリを備えたデジタルプロセッサとして構成される。いずれにしても、受信した電気信号に基づいて制御信号を出力する機能を果たすため、SCU40には機能的な制御ブロックが構成される。図4は、SCU40を、このような機能的な制御ブロック図として示したものである。
[0036]
 続いて、SCU40の機能的な構成要素について説明する。SCU40は、ヒータ制御部401と、ポンプセル検出部402と、センサセル検出部403と、モニタセル検出部404と、共通電極検出部405と、マイコン406と、電源回路407と、CAN通信部408と、電圧印加回路409と、を備えている。
[0037]
 ヒータ制御部401は、ヒータ247に印加する電圧を制御し、ヒータ247の発熱量を制御する部分である。
[0038]
 ポンプセル検出部402は、ポンプ電極246に流れるポンプセル電流Ipを検出する部分である。ポンプセル検出部402は、検出したポンプセル電流Ipを示す信号をマイコン406に出力する。ポンプセル検出部402は、ポンプセルのポンプセル電圧Vpも検出することができる。ポンプセル検出部402は、検出したポンプセル電圧Vpを示す信号をマイコン406に出力する。
[0039]
 センサセル検出部403は、センサ電極248に流れるセンサセル電流Isを検出する部分である。センサセル検出部403は、検出したセンサセル電流Isを示す信号をマイコン406に出力する。
[0040]
 モニタセル検出部404は、モニタ電極249に流れるモニタセル電流Imを検出する部分である。モニタセル検出部404は、検出したモニタセル電流Imを示す信号をマイコン406に出力する。
[0041]
 共通電極検出部405は、共通電極250に流れる共通電極電流Icomを検出する部分である。共通電極検出部405は、検出した共通電極電流Icomを示す信号をマイコン406に出力する。共通電極検出部405は、共通電極250の共通電極電圧Vcomも検出することができる。共通電極検出部405は、検出した共通電極電圧Vcomを示す信号をマイコン406に出力する。
[0042]
 マイコン406は、SCU40内の制御部である。マイコン406は、ヒータ制御部401にヒータ247の温度を制御するための制御信号を出力する。マイコン406は、センサセル検出部403が検出したセンサセル電流Is及びモニタセル検出部404が検出したモニタセル電流Imに基いて、排出ガス中のNOx濃度を算出する部分である。マイコン406は、センサ電極248の出力電流であるセンサセル電流Isからモニタ電極249の出力電流であるモニタセル電流Imを減算することで、センサセルが出した排出ガス中の残留酸素濃度による電流値を除き、排出ガス中のNOx濃度を算出する。マイコン406は、算出したNOx濃度を示す信号をCAN通信部408に出力する。
[0043]
 電源回路407は、SCU40内の電源回路である。CAN通信部408は、マイコン406が出力する信号をCANバス50に送信し、CANバス50から受信する信号をマイコン406に出力する。
[0044]
 電圧印加回路409は、共通電極250やポンプ電極246に電圧を印加するための回路部である。電圧印加回路409は、共通電極250に、電圧が連続的に変化する掃引電圧を印加する。電圧印加回路409は、ポンプ電極246に電圧を印加することができ、その電圧は可変である。また、電圧印加回路409は、他の検出機能(電流検出や電圧検出)と複合した複合回路でも良い。
[0045]
 続いて、マイコン406の機能的な構成要素について、図5を参照しながら説明する。マイコン406は、機能的な構成要素として、電圧印加部406aと、素子温検出部406bと、終了判定部406cと、環境情報取得部406dと、を備えている。
[0046]
 電圧印加部406aは、排出ガスセンサであるNOxセンサ24を構成するセルであって、内燃機関から排出される排気ガスから酸素を除去するための第1セルであるポンプセルに対し、酸素を除去するための通常電圧及び通常電圧よりも高い除去用電圧を選択的に印加する部分である。
[0047]
 素子温検出部406bは、排出ガスセンサであるNOxセンサ24を構成するセルの温度を示す素子温パラメータを検出する部分である。
[0048]
 終了判定部406cは、素子温パラメータに基づいて、電圧印加部406aによって除去用電圧を印加することを終了させる終了タイミングを決定する部分である。
[0049]
 排出ガスセンサであるNOxセンサ24を構成するセルの温度と、酸素を除去するために発生させる水素の生成とに相関関係があることを利用し、素子温パラメータに基づいて除去用電圧を印加するのを終了させる終了タイミングを決定するので、NOxセンサ24の状況に対応し、早期活性制御を極力必要最小限に近い状態で行うことが可能となる。
[0050]
 素子温パラメータは、第1セルであるポンプセルの素子温度を示すものであって、交流電圧印加時のアドミタンス又はインピーダンスであることが好ましい。
[0051]
 第1セルであるポンプセルは、水を分解し、内燃機関から排出される排気ガスから酸素を除去するための還元ガスとしての水素を発生させるものである。従ってポンプセルの温度と酸素を除去するために発生させる水素の生成とは強い相関関係があるため、除去用電圧印加を終了する終了タイミングをより適切に設定することができる。
[0052]
 素子温パラメータは、排出ガスセンサを構成するセルであって、第1セルであるポンプセルの作動により酸素が除去された測定対象ガスに含まれる測定対象成分を検出するための第2セルであるセンサセル及び/又はモニタセルの素子温度を示すものであって、交流電圧印加時のアドミタンス又はインピーダンスであることも好ましい。
[0053]
 還元ガスとしての水素が発生しても、還元対象である第2セルとしてのセンサセル及び/又はモニタセルが昇温されていなければ、還元反応が起こらない。そこで、センサセル及び/又はモニタセルの素子温度に基づいて除去用電圧印加を終了する終了タイミングを決定することで、センサセル及び/又はモニタセルの還元状態に対応した早期活性制御の実行が可能となる。
[0054]
 素子温パラメータは、第1セルであるポンプセルの素子温度を示すものであると共に、であるポンプセルの作動により酸素が除去された測定対象ガスに含まれる測定対象成分を検出するための第2セルであるセンサセル及び/又はモニタセルの素子温度を示すものであって、交流電圧印加時のアドミタンス又はインピーダンスであることも好ましい。
[0055]
 還元ガスとしての水素を発生させる第1セルであるポンプセルの昇温状態と、還元対象である第2セルであるポンプセルの昇温状態との双方の昇温状態を確認することができるので、より確実且つ適切に終了タイミングを設定することができる。
[0056]
 終了判定部406cは、素子温パラメータが所定温度を示す値に到達してから所定時間経過をもって、電圧印加部406aによる除去用電圧の印加の終了タイミングであると判定することができる。
[0057]
 所定温度を第1セルであるポンプセルが水分解可能な温度に設定することで、素子温パラメータが所定温度を示す値に到達したことを確認することにより、ポンプセルにおける水素発生を担保することができる。ポンプセルによって還元ガスである水素が供給されてから、排出ガスセンサの還元対象部位が還元されるまでに必要な時間を所定時間として設定することで、還元対象部位を確実に還元することができる。
[0058]
 終了判定部406cは、電圧印加部406aが第1セルであるポンプセルに除去用電圧を印加し始めてから素子温パラメータが所定温度を示す値に到達するまでの経過時間に基づいて、所定時間を調整することができる。
[0059]
 電圧印加部406aが除去用電圧を印加し始めてから素子温パラメータが所定温度を示す値に到達するまでの経過時間は、排出ガスセンサであるNOxセンサ24の昇温速度を示すものであり、NOxセンサ24における還元対象部位の還元容易性を示すものとなる。そこで、素子温パラメータが所定温度を示す値に到達するまでの経過時間に基づいて所定時間を設定することで、除去用電圧を維持する時間を最適化することができる。
[0060]
 終了判定部406cは、経過時間が短い場合よりも長い場合に、所定時間が長くなるように調整することができる。
[0061]
 電圧印加部406aが除去用電圧を印加し始めてから素子温パラメータが所定温度を示す値に到達するまでの経過時間が長いほど、排出ガスセンサであるNOxセンサ24における還元対象部位の還元容易性は低くなるので、除去用電圧を維持する所定時間を長くし、還元対象部位を確実に還元することができる。
[0062]
 環境情報取得部406dは、ECU10から、排出ガスセンサであるNOxセンサ24が配置されている領域における排気ガスの流速及び温度の少なくとも一方を含む環境条件、及び/又は内燃機関の運転条件を取得する部分である。環境情報取得部406dの機能は、ECU10に実装されていてもよい。環境情報取得部406dの機能がECU10に実装されている場合、早期活性制御終了タイミング又は必要還元時間の情報を他の制御装置であるECU10から受信する。終了判定部406cは、環境条件及び/又は運転条件に基づいて、所定時間を調整することができる。
[0063]
 排出ガスセンサであるNOxセンサ24の昇温速度は、環境条件や運転条件によって変動する。そこで、環境条件や運転条件に基づいて所定時間を設定することで、除去用電圧を維持する時間を最適化することができる。
[0064]
 終了判定部406cは、環境条件に基づいて、排出ガスセンサであるNOxセンサ24が配置されている箇所の流速及び温度が、流速が遅く温度が高い場合よりも、流速が速く温度が低い場合に、所定時間が長くなるように調整することができる。
[0065]
 環境条件に対応する流速が遅く温度が高い場合よりも、流速が速く温度が低い場合に、排出ガスセンサであるNOxセンサ24における還元対象部位の還元容易性は低くなるので、除去用電圧を維持する所定時間を長くし、還元対象部位を確実に還元することができる。
[0066]
 終了判定部406cは、運転条件に基づいて、内燃機関の負荷が軽く回転数が低い場合よりも、負荷が重く回転数が高い場合に、所定時間が長くなるように調整することができる。
[0067]
 内燃機関の負荷が軽く回転数が低い場合よりも、負荷が重く回転数が高い場合に、NOxセンサ24における還元対象部位の還元容易性は低くなるので、除去用電圧を維持する所定時間を長くし、還元対象部位を確実に還元することができる。
[0068]
 また本実施形態では、排出ガスセンサであるNOxセンサ24を構成するセルが全て同じ測定室242に配置されている。
[0069]
 排出ガスセンサであるNOxセンサ24を構成するセルが全て同じ測定室242に配置されていることで、排出ガスセンサを構成するセンサを別室に配置する場合よりも還元に要する時間が短くなる。
[0070]
 続いて、ECU10及びSCU40の動作について、図6に示されるフローチャートを参照しながら説明する。
[0071]
 ステップS101では、ECU10がセンサ通電条件成立を判断する。センサ通電条件は、排出ガスセンサであるNOxセンサ24の環境が、乾燥条件を満たしているかどうかで判断される。センサ通電条件が成立していれば、ステップS102の処理に進み、センサ通電条件が成立していなければ、処理を終了する。
[0072]
 ステップS102では、ECU10からSCU40にセンサ駆動許可が送信される。ステップS102に続くステップS103では、SCU40がNOxセンサ24に通電し、センサ駆動が開始される。ステップS103の処理は、図7の時刻t1のタイミングである。図7の(A)は、ポンプセルに印加される電圧を示している。図7の(B)は、ポンプセル246のアドミタンスを示している。アドミタンスは、ポンプセルに一定周期の交流電圧Δ∨pを印加した際に流れる電流ΔIpに基づいて算出されるインピーダンスの逆数として算出される。図7の(C)は、センサセルの検出電流を示している。
[0073]
 ステップS103に続くステップS104では、電圧印加部406aが、除去用電圧を印加する。図7の(A)に示されるように、除去用電圧V2は、通常電圧V1よりも高く設定されている。
[0074]
 ステップS104に続くステップS105では、素子温検出部406bが、ポンプセルアドミタンスApを検出する。終了判定部406cは、ポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhを超えているか否かを判断する。ポンプセルアドミタンスApが水素発生アドミタンスAhを超えていれば、ステップS106の処理に進み、ポンプセルアドミタンスApが水素発生アドミタンスAhを超えていなければ、ステップS105の判断を繰り返す。
[0075]
 ステップS106では、終了判定部406cが、センサ駆動開始(図7の時刻t1)からポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhに到達する(図7の時刻t2)までの時間を算出する。
[0076]
 ステップS106に続くステップS107では、終了判定部406cが、必要還元時間を算出する。図8に一例として示されているように、センサ駆動開始(図7の時刻t1)からポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhに到達する(図7の時刻t2)までの時間と、必要還元時間とは予め設置された関係にある。終了判定部406cは、このような関係に基づいて、必要還元時間を算出する。
[0077]
 ステップS107に続くステップS108では、終了判定部406cが、ポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhに到達(図7の時刻t2)してからの経過時間が、必要還元時間(図7の時刻t2から時刻t3)を超えるか否かを判断する。ポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhに到達してからの経過時間が、必要還元時間を超えていれば、ステップS109の処理に進む。ポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhに到達してからの経過時間が、必要還元時間を超えていなければ、ステップS108の処理を繰り返す。
[0078]
 ステップS109では、終了判定部406cが早期活性制御の終了を判断する。この判断に基づいて、電圧印加部406aは、除去用電圧V2よりも低い通常電圧V1を印加する。
[0079]
 図9は、センサセルの温度と、ポンプセルの温度との関係の一例を示すものである。図9に示す例では、ポンプセルが水素生成をする温度に達する時間が、センサセルが還元温度に達する時間よりも遅くなっている。この場合は、上述したように、ポンプセルの温度をモニタして早期活性制御を行うことが好ましい。
[0080]
 一方、センサセルが還元温度に達する時間が、ポンプセルが水素生成温度に達する時間よりも遅ければ、センサセルの温度をモニタして早期活性制御を行うことが好ましい。ポンプセル及びセンサセル双方の温度をモニタすれば、双方の温度を相関関係に関係なく取得できるので好ましい態様である。
[0081]
 図10は、還元時間と活性時間との関係を示している。図10では、センサ駆動開始からポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhに到達するまでの時間が早い場合、通常の場合、遅い場合を比較した例である。活性時間とは、図11に示されるように、センサ出力と実際のNOx濃度が一致するまでの時間である。
[0082]
 センサ駆動開始からポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhに到達するまでの時間が早い場合は、昇温時間が10秒未満である。センサ駆動開始からポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhに到達するまでの時間が通常の場合は、昇温時間が10秒以上20秒未満である。センサ駆動開始からポンプセルアドミタンスApが水素生成アドミタンスAhに到達するまでの時間が遅い場合は、昇温時間が20秒以上である。
[0083]
 昇温時間が短い場合であっても、還元時間としては1秒以上確保することが好ましい。昇温時間が遅い場合であっても、還元時間として5秒以上確保すれば足りる。図7に示されるような関係を用いて、昇温速度に応じた還元時間の確保を行うことも好ましい。
[0084]
 図12は、排気ガス温度と排気ガス流速との関係の一例を示している。排気ガス温度が低く排気ガス流速が早ければ、昇温は遅くなるので、還元時間を比較的長く確保する必要がある。一方、排気ガス温度が高く排気ガス流速が遅ければ、昇温は早くなるので、還元時間を比較的短く確保すれば足りる。
[0085]
 図13は、内燃機関に掛かる負荷と内燃機関の回転数との関係の一例を示している。回転数が低く負荷が軽ければ、昇温は早くなるので、還元時間を比較的短く確保すれば足りる。一方、回転数が高く負荷が重ければ、昇温は遅くなるので、還元時間を比較的長く確保する必要がある。
[0086]
 以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

請求の範囲

[請求項1]
 排出ガスセンサの制御装置であって、
 前記排出ガスセンサを構成するセルであって、内燃機関から排出される排気ガスから酸素を除去するための第1セルに対し、酸素を除去するための通常電圧及び前記通常電圧よりも高い除去用電圧を選択的に印加する電圧印加部(406a)と、
 前記排出ガスセンサを構成するセルの温度を示す素子温パラメータを検出する素子温検出部(406b)と、
 前記素子温パラメータに基づいて、前記電圧印加部によって前記除去用電圧を印加することを終了させる終了タイミングを決定する終了判定部(406c)と、を備える制御装置。
[請求項2]
 請求項1に記載の制御装置であって、
 前記素子温パラメータは、前記第1セルの素子温度を示すものであって、交流電圧印加時のアドミタンス又はインピーダンスである、制御装置。
[請求項3]
 請求項1に記載の制御装置であって、
 前記素子温パラメータは、前記排出ガスセンサを構成するセルであって、前記第1セルの作動により酸素が除去された測定対象ガスに含まれる測定対象成分を検出するための第2セルの素子温度を示すものであって、交流電圧印加時のアドミタンス又はインピーダンスである、制御装置。
[請求項4]
 請求項1に記載の制御装置であって、
 前記素子温パラメータは、前記第1セルの素子温度を示すものであると共に、前記第1セルの作動により酸素が除去された測定対象ガスに含まれる測定対象成分を検出するための第2セルの素子温度を示すものであって、交流電圧印加時のアドミタンス又はインピーダンスである、制御装置。
[請求項5]
 請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置であって、
 前記終了判定部は、前記素子温パラメータが所定温度を示す値に到達してから所定時間経過をもって、前記電圧印加部による前記除去用電圧の印加の終了タイミングであると判定する、制御装置。
[請求項6]
 請求項5に記載の制御装置であって、
 前記終了判定部は、前記電圧印加部が前記第1セルに前記除去用電圧を印加し始めてから前記素子温パラメータが前記所定温度を示す値に到達するまでの経過時間に基づいて、前記所定時間を調整する、制御装置。
[請求項7]
 請求項6に記載の制御装置であって、
 前記終了判定部は、前記経過時間が短い場合よりも長い場合に、前記所定時間が長くなるように調整する、制御装置。
[請求項8]
 請求項5に記載の制御装置であって、
 更に、前記排出ガスセンサが配置されている領域における排気ガスの流速及び温度の少なくとも一方を含む環境条件、及び/又は前記内燃機関の運転条件を、他の制御装置から取得する環境情報取得部(406d)を備え、
 前記終了判定部は、前記環境条件及び/又は前記運転条件に基づいて、前記所定時間を調整する、制御装置。
[請求項9]
 請求項8に記載の制御装置であって、
 前記終了判定部は、前記環境条件に基づいて、前記排出ガスセンサが配置されている箇所の流速及び温度が、流速が遅く温度が高い場合よりも、流速が速く温度が低い場合に、前記所定時間が長くなるように調整する、制御装置。
[請求項10]
 請求項8に記載の制御装置であって、
 前記終了判定部は、前記運転条件に基づいて、内燃機関の負荷が軽く回転数が低い場合よりも、負荷が重く回転数が高い場合に、前記所定時間が長くなるように調整する、制御装置。
[請求項11]
 請求項1から10のいずれか1項に記載の制御装置であって、
 前記排出ガスセンサを構成するセルが全て同じ測定室に配置されている、制御装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]