(57)【要約】【課題】抵抗素線の減肉を抑制して加熱器の寿命を延ばすことが可能な窒素酸化物濃度検出器用制御装置を提供する。【解決手段】自動車における内燃機関１０１の排気管１０２に設置されると共に内燃機関１０１から排出される排気中の窒素酸化物の濃度を検出する検出素子１３２と検出素子１３２を加熱する加熱器１３３とを有する排気上流側窒素酸化物濃度検出器１１０と排気下流側窒素酸化物濃度検出器１１１の動作を制御する窒素酸化物濃度検出器用制御装置１３４において、内燃機関１０１の始動後に加熱器１３３を第１の目標温度Ｔ１まで昇温させると共に内燃機関１０１の始動後であっても排気上流側窒素酸化物濃度検出器１１０と排気下流側窒素酸化物濃度検出器１１１の不使用時に加熱器１３３を第１の目標温度Ｔ１よりも低温である第２の目標温度Ｔ２まで降温させる加熱温度調整部１３５を備えているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車における内燃機関の排気管に設置されると共に前記内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物の濃度を検出する検出素子と前記検出素子を加熱する加熱器とを有する窒素酸化物濃度検出器の動作を制御する窒素酸化物濃度検出器用制御装置において、
前記内燃機関の始動後に前記加熱器を第１の目標温度まで昇温させると共に前記内燃機関の始動後であっても前記窒素酸化物濃度検出器の不使用時に前記加熱器を前記第１の目標温度よりも低温である第２の目標温度まで降温させる加熱温度調整部を備えていることを特徴とする窒素酸化物濃度検出器用制御装置。
【請求項２】
前記第１の目標温度は、前記検出素子の活性化温度以上である請求項１に記載の窒素酸化物濃度検出器用制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２の目標温度を変更する目標温度変更部を更に備えている請求項１又は２に記載の窒素酸化物濃度検出器用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車における内燃機関の排気管に設置されると共に排気中の窒素酸化物の濃度を検出する検出素子と検出素子を加熱する加熱器とを有する窒素酸化物濃度検出器の動作を制御する窒素酸化物濃度検出器用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒素酸化物濃度検出器は、自動車における内燃機関の排気管に設置されると共に排気中の窒素酸化物の濃度を検出する検出素子と検出素子を加熱する加熱器とを有しており、選択触媒還元脱硝装置における尿素水の噴射量をフィードバック制御する目的等に利用されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
窒素酸化物濃度検出器においては、固体電解質体からなる検出素子が低くともその活性化温度まで昇温されることで、窒素酸化物の濃度を検出する機能が発揮されるため、窒素酸化物濃度検出器を使用する際は、予め加熱器により検出素子をその活性化温度以上の動作温度まで昇温させておく必要がある（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５４８４９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０２１４５７号公報
【特許文献３】特開２０１４−１９４４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、加熱器は、動作温度の範囲内における使用に耐え得るように、蒸発温度が動作温度よりも高い白金で形成されている抵抗素線からなるが（例えば、特許文献３を参照）、抵抗素線が酸素と接触する環境下においては、抵抗素線を構成する一部の白金が酸化されて蒸発温度が動作温度よりも低い二酸化白金に変化するため、動作温度の範囲内においても抵抗素線が減肉されて加熱器が劣化するという課題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、抵抗素線の減肉を抑制して加熱器の寿命を延ばすことが可能な窒素酸化物濃度検出器用制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために創案された本発明は、自動車における内燃機関の排気管に設置されると共に前記内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物の濃度を検出する検出素子と前記検出素子を加熱する加熱器とを有する窒素酸化物濃度検出器の動作を制御する窒素酸化物濃度検出器用制御装置において、前記内燃機関の始動後に前記加熱器を第１の目標温度まで昇温させると共に前記内燃機関の始動後であっても前記窒素酸化物濃度検出器の不使用時に前記加熱器を前記第１の目標温度よりも低温である第２の目標温度まで降温させる加熱温度調整部を備えている窒素酸化物濃度検出器用制御装置である。
【０００８】
前記第１の目標温度は、前記検出素子の活性化温度以上であることが好ましい。
【０００９】
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２の目標温度を変更する目標温度変更部を更に備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、抵抗素線の減肉を抑制して加熱器の寿命を延ばすことが可能な窒素酸化物濃度検出器用制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る窒素酸化物濃度検出器用制御装置が実装される選択触媒還元脱硝装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１における尿素水噴射制御装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に順って説明する。
【００１３】
図１に示すように、選択触媒還元脱硝装置１００は、内燃機関１０１の排気管１０２に設置されているＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）１０３と、ＳＣＲ１０３の排気上流側で尿素水を噴射する尿素水噴射器１０４と、尿素水を貯留する尿素水貯留槽１０５と、尿素水貯留槽１０５から尿素水噴射器１０４に尿素水を供給すると共に尿素水噴射器１０４から尿素水貯留槽１０５に余剰の尿素水を排出する尿素水環流装置１０６と、尿素水噴射器１０４や尿素水環流装置１０６等を制御する尿素水噴射制御装置１０７と、を備えている。
【００１４】
なお、図１において、破線は信号の経路を意味しており、一点鎖線は冷却水の流路を意味しており、実線は尿素水の流路を意味しており、矢印は冷却水又は尿素水の流向を意味している。
【００１５】
内燃機関１０１は、ディーゼル機関等からなり、その排気管１０２の排気上流側から排気下流側に亘りＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）やＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等からなる第１の排気後処理装置１０８とＳＣＲ１０３からなる第２の排気後処理装置が順に設置されている。
【００１６】
ＤＯＣは、内燃機関１０１から排出される排気中の一酸化窒素を酸化して二酸化窒素とすることにより、排気中の一酸化窒素と二酸化窒素との比率を調整してＳＣＲ１０３における脱硝効率を向上させる。ＤＰＦは、排気中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集して大気中に排出されるＰＭの量を低減させる。
【００１７】
尿素水噴射器１０４は、尿素水が加圧充填される筒身と、筒身に加圧充填されている尿素水を噴射する噴口と、噴口を閉塞する弁体を有する棒体と、通電時に棒体を引き上げて弁体を噴口から離間させる巻線と、を備えており、通電時間を調整することにより、尿素水の噴射量を任意に調整することができる。
【００１８】
また、尿素水噴射器１０４は、棒体を押し下げて弁体を噴口に当接させる方向に付勢する発条を備えており、非通電時に棒体が押し下げられて弁体により噴口が閉塞されるため、通電と非通電とを切り替えることにより、尿素水の噴射と停止とを切り替えることができる。
【００１９】
なお、尿素水噴射器１０４の排気上流側にＳＣＲ１０３の入口における排気の温度を検出する排気温度検出器１０９が設置されており、排気温度検出器１０９の排気上流側にＳＣＲ１０３の入口における窒素酸化物の濃度を検出する排気上流側窒素酸化物濃度検出器１１０が設置されており、ＳＣＲ１０３の排気下流側にＳＣＲ１０３の出口における窒素酸化物の濃度を検出する排気下流側窒素酸化物濃度検出器１１１が設置されている。
【００２０】
尿素水貯留槽１０５は、各種検出器１１２を備えており、各種検出器１１２は、尿素水貯留槽１０５に貯留されている尿素水の水位を検出する尿素水水位検出器１１３と、尿素水貯留槽１０５に貯留されている尿素水の温度を検出する尿素水温度検出器１１４と、尿素水貯留槽１０５に貯留されている尿素水の濃度を検出する尿素水濃度検出器１１５と、を含んでいる。
【００２１】
尿素水環流装置１０６は、尿素水貯留槽１０５から尿素水噴射器１０４に尿素水を供給する揚水機１１６と、尿素水環流装置１０６における尿素水の温度を検出する尿素水温度検出器１１７と、揚水機１１６の吐出口における尿素水の圧力を検出する尿素水圧力検出器１１８と、尿素水環流装置１０６における尿素水の流路を切り替える尿素水流路切替弁１１９と、を備えている。
【００２２】
尿素水流路切替弁１１９により尿素水の流路が尿素水貯留槽１０５から尿素水噴射器１０４に尿素水が供給される流路に切り替えられている場合、尿素水環流装置１０６においては、揚水機１１６により尿素水貯留槽１０５から吸引流路１２０を通じて尿素水が吸引されると共に尿素水噴射器１０４に加圧流路１２１を通じて尿素水が供給される。
【００２３】
このとき、尿素水貯留槽１０５から尿素水噴射器１０４に尿素水が供給されると共に尿素水噴射器１０４から尿素水貯留槽１０５に環流流路１２２を通じて余剰の尿素水が排出されることで、尿素水圧力検出器１１８により検出される揚水機１１６の吐出口における尿素水の圧力が増圧又は減圧されて目標圧力に維持される。
【００２４】
尿素水流路切替弁１１９により尿素水の流路が尿素水噴射器１０４から尿素水貯留槽１０５に尿素水が供給される流路に切り替えられている場合、尿素水環流装置１０６においては、揚水機１１６により尿素水噴射器１０４から加圧流路１２１を通じて尿素水が吸引されると共に尿素水貯留槽１０５に環流流路１２２を通じて尿素水が排出される。
【００２５】
なお、尿素水噴射器１０４と尿素水貯留槽１０５と尿素水環流装置１０６とに亘り内燃機関１０１の冷却水を循環させる冷却流路１２３が吸引流路１２０と加圧流路１２１と環流流路１２２とに沿って配索されており（図１では簡略化して描かれている）、冷却流路１２３に尿素水貯留槽１０５と尿素水環流装置１０６との冷却の有無を切り替える冷却弁１２４が設置されている。
【００２６】
図２に示すように、尿素水噴射制御装置１０７は、プログラム等により実現される、運転状態判定部１２５と、窒素酸化物濃度推定部１２６と、尿素水噴射量決定部１２７と、尿素水噴射量補正部１２８と、通電時間決定部１２９と、尿素水噴射器駆動部１３０と、を備えている。
【００２７】
なお、図２において、破線は信号の経路を意味しており、また図２においては、説明の都合上、尿素水噴射制御装置１０７における一部の入出力のみが描かれており、その他の入出力は省略されている。
【００２８】
運転状態判定部１２５においては、自動車の動作を総合的に制御する内燃機関制御装置１３１の出力値に基づいて自動車の運転状態が判定される。
【００２９】
窒素酸化物濃度推定部１２６においては、運転状態判定部１２５により判定された自動車の運転状態に基づいて内燃機関１０１から排出される排気中の窒素酸化物の濃度が推定される。
【００３０】
尿素水噴射量決定部１２７においては、窒素酸化物濃度推定部１２６により推定された窒素酸化物の濃度に基づいて選択触媒還元脱硝装置１００における尿素水の噴射量が決定される。
【００３１】
尿素水噴射量補正部１２８においては、排気上流側窒素酸化物濃度検出器１１０により検出された実際の窒素酸化物の濃度に基づいて尿素水噴射量決定部１２７により決定された尿素水の噴射量が補正される。
【００３２】
通電時間決定部１２９においては、尿素水噴射量補正部１２８により補正された尿素水の噴射量に基づいて尿素水噴射器１０４における通電時間が決定される。
【００３３】
尿素水噴射器駆動部１３０においては、通電時間決定部１２９により決定された通電時間に基づいて尿素水噴射器１０４が駆動される。
【００３４】
ところで、排気上流側窒素酸化物濃度検出器１１０と排気下流側窒素酸化物濃度検出器１１１は、自動車における内燃機関１０１の排気管１０２に設置されると共に、内燃機関１０１から排出される排気中の窒素酸化物の濃度を検出する検出素子１３２と、検出素子１３２を加熱する加熱器１３３と、を有している。
【００３５】
検出素子１３２は、例えば、固体電解質体からなり、加熱器１３３は、例えば、白金で形成されている抵抗素線からなる。以下においては、加熱器１３３が白金で形成されている抵抗素線からなることを前提として説明するが、加熱器１３３が白金以外で形成されている抵抗素線からなるものであっても構わない。
【００３６】
排気上流側窒素酸化物濃度検出器１１０と排気下流側窒素酸化物濃度検出器１１１（以下、総称して窒素酸化物濃度検出器という）においては、前述の通り、検出素子１３２が低くともその活性化温度まで昇温されることで、窒素酸化物の濃度を検出する機能が発揮されるため、窒素酸化物濃度検出器を使用する際は、予め加熱器１３３により検出素子１３２をその活性化温度以上の動作温度まで昇温させておく必要がある。
【００３７】
そこで、本実施の形態に係る選択触媒還元脱硝装置１００は、窒素酸化物濃度検出器の動作を制御する窒素酸化物濃度検出器用制御装置１３４を実装している。
【００３８】
窒素酸化物濃度検出器用制御装置１３４は、プラグラム等により実現されており、例えば、尿素水噴射制御装置１０７に搭載されている。また、窒素酸化物濃度検出器用制御装置１３４は、同様にプラグラム等により実現される加熱温度調整部１３５を備えている。
【００３９】
加熱温度調整部１３５は、内燃機関１０１の始動後に加熱器１３３を第１の目標温度Ｔ１まで昇温させると共に内燃機関１０１の始動後であっても窒素酸化物濃度検出器の不使用時に加熱器１３３を第１の目標温度Ｔ１よりも低温である第２の目標温度Ｔ２まで降温させる。
【００４０】
ここで、第１の目標温度Ｔ１は、検出素子１３２の活性化温度以上の動作温度に設定されており、第２の目標温度Ｔ２は、抵抗素線を構成する白金の温度と質量損失との既知の関係に基づいて任意の温度に設定されている。例えば、第１の目標温度Ｔ１が８５０℃程度である場合、第２の目標温度Ｔ２が７００℃程度に設定されるだけで、何ら対策を講じない従来技術と比較して抵抗素線の減肉が１０倍程度も減少する。
【００４１】
抵抗素線を構成する白金やその他の材料は、温度が高くなる程、質量損失が増加することが知られているため、第２の目標温度Ｔ２が低い温度に設定される程、抵抗素線の減肉を抑制して加熱器１３３の寿命を延ばすことができるが、第２の目標温度Ｔ２が低い温度に設定される程、加熱器１３３を第２の目標温度Ｔ２から第１の目標温度Ｔ１まで昇温させるのに掛かる時間、即ち、窒素酸化物濃度検出器を不使用状態から使用状態に復帰させるのに掛かる時間が長くなり、窒素酸化物濃度検出器の使用／不使用を短時間で切り替えることが困難となる。
【００４２】
そのため、窒素酸化物濃度検出器用制御装置１３４は、内燃機関１０１の運転状態に基づいて第２の目標温度Ｔ２を変更する目標温度変更部１３６を更に備えていることが好ましい。
【００４３】
目標温度変更部１３６においては、窒素酸化物濃度検出器の不使用状態が長時間に亘り継続されると想定される場合（例えば、渋滞や車内泊等における長時間アイドル時）、第２の目標温度Ｔ２が本来の設定よりも低い温度に下方変更されると共に、窒素酸化物濃度検出器の不使用状態が短時間しか継続されないと想定される場合（例えば、信号待ち等における短時間アイドル時）、第２の目標温度Ｔ２が本来の設定よりも高い温度に上方変更される。
【００４４】
これにより、ユーザビリティを低下させることなく、抵抗素線の減肉を抑制して加熱器１３３の寿命を延ばすことが可能となる。
【００４５】
なお、窒素酸化物濃度検出器の不使用時としては、アイドル時の他、コースト時、排気の温度が低い時、ＤＰＦ再生時、ＯＢＤ停止時等が挙げられる。前述の通り、抵抗素線を構成する白金が酸化することにより、抵抗素線の減肉が大きく促進されるため、コースト時等の排気中における酸素過多状態が懸念される場合には、窒素酸化物濃度検出器を不使用状態から使用状態に復帰させるのに掛かる時間が長くなるとしても、第２の目標温度Ｔ２を大幅に下げることが好ましい。
【００４６】
以上の通り、本発明によれば、抵抗素線の減肉を抑制して加熱器の寿命を延ばすことが可能な窒素酸化物濃度検出器用制御装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１００  選択触媒還元脱硝装置（ＳＣＲ）
１０１  内燃機関
１０２  排気管
１０４  尿素水噴射器（ＤＶ）
１０５  尿素水貯留槽
１０６  尿素水環流装置
１０７  尿素水噴射制御装置（ＤＣＵ）
１０８  第１の排気後処理装置
１０９  排気温度検出器
１１０  排気上流側窒素酸化物濃度検出器
１１１  排気下流側窒素酸化物濃度検出器
１１２  各種検出器
１１３  尿素水水位検出器
１１４  尿素水温度検出器
１１５  尿素水濃度検出器
１１６  揚水機
１１７  尿素水温度検出器
１１８  尿素水圧力検出器
１１９  尿素水流路切替弁
１２０  吸引流路
１２１  加圧流路
１２２  環流流路
１２３  冷却流路
１２４  冷却弁
１２５  運転状態判定部
１２６  窒素酸化物濃度推定部
１２７  尿素水噴射量決定部
１２８  尿素水噴射量補正部
１２９  通電時間決定部
１３０  尿素水噴射器駆動部
１３１  内燃機関制御装置（ＥＣＵ）
１３２  検出素子
１３３  加熱器
１３４  窒素酸化物濃度検出器用制御装置
１３５  加熱温度調整部
１３６  目標温度変更部
【図１】
2016114017.tif 000003
【図２】
2016114017.tif 000004