(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気に晒されるＮＯｘセンサの温度を検出する温度検出手段と、
排気温度が第１の所定温度より高くなったときに、前記排気温度と前記温度検出手段により検出されたセンサ温度との相関関係に基づいて、前記ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられているか否かを判定する判定手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするＮＯｘセンサの異常判定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記排気温度が第１の所定温度より高く、かつ、前記センサ温度が第１の所定温度より低くかつ外気温度より高い第２の所定温度以下であるときに、前記ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられていないと判定することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
【請求項３】
前記判定手段は、エンジン始動時に１回のみ、前記ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられているか否かを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
【請求項４】
前記判定手段によりＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられていないと判定されたときに、その旨を報知する報知手段が更に備えられたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
【請求項５】
前記温度検出手段は、前記ＮＯｘセンサに内蔵された抵抗体の抵抗値からセンサ温度を求めることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
【請求項６】
前記温度検出手段は、前記ＮＯｘセンサに併設された熱電対の熱起電力からセンサ温度を求めることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
【請求項７】
前記排気温度は、前記ＮＯｘセンサの排気上流に配設された排気温度センサにより検出されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
【請求項８】
前記排気温度は、エンジン運転状態から推測演算されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のＮＯｘセンサの異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を測定するＮＯｘセンサについて、これが正常に取り付けられているか否かを判定する異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置として、排気通路に配設されたＮＯｘ還元触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、ＮＯｘを選択的に還元浄化するものが実用化されている。かかる排気浄化装置では、排気浄化機能を担保すべく、ＮＯｘ還元触媒の排気下流のＮＯｘ濃度が規定値を越えたときに、例えば、警報灯などにより警報を発する構成が採用されている。排気中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサとしては、特公平６−７２８６１号公報（特許文献１）及び「車載型ＮＯｘセンサの実用化とその利用技術に関する研究」（非特許文献１）に記載されるようなものが利用され得る。
【特許文献１】特公平６−７２８６１号公報
【非特許文献１】野田  明、山本  敏郎、“車載型ＮＯｘセンサの実用化とその利用技術に関する研究”、［online］、独立行政法人  交通安全環境研究所、［平成２０年４月３０日検索］、インターネット＜URL：http://www.ntsel.go.jp/jutaku/15files/01.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、何らかの原因により排気通路からＮＯｘセンサが外れてしまい、その測定部が排気に晒されなくなると、測定されるＮＯｘ濃度が大幅に低下してしまう。このため、例えば、排気浄化装置に故障が発生して所要のＮＯｘ浄化率が得られなくなってしまっても、その異常を検知することができなくなってしまう。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、排気温度とセンサ温度との相関関係に基づいて、これが正常に取り付けられているか否かを判定するＮＯｘセンサの異常判定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため、請求項１記載の発明では、排気に晒されるＮＯｘセンサの温度を検出する温度検出手段と、排気温度が第１の所定温度より高くなったときに、前記排気温度と前記温度検出手段により検出されたセンサ温度との相関関係に基づいて、前記ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられているか否かを判定する判定手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記判定手段は、前記排気温度が第１の所定温度より高く、かつ、前記センサ温度が第１の所定温度より低くかつ外気温度より高い第２の所定温度以下であるときに、前記ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられていないと判定することを特徴とする。
【０００５】
請求項３記載の発明では、前記判定手段は、エンジン始動時に１回のみ、前記ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられているか否かを判定することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記判定手段によりＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられていないと判定されたときに、その旨を報知する報知手段が更に備えられたことを特徴とする。
【０００６】
請求項５記載の発明では、前記温度検出手段は、前記ＮＯｘセンサに内蔵された抵抗体の抵抗値からセンサ温度を求めることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記温度検出手段は、前記ＮＯｘセンサに併設された熱電対の熱起電力からセンサ温度を求めることを特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記排気温度は、前記ＮＯｘセンサの排気上流に配設された排気温度センサにより検出されることを特徴とする。
【０００７】
請求項８記載の発明では、前記排気温度は、エンジン運転状態から推測演算されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、排気温度が上昇して第１の所定温度より高くなったことを契機として、排気に晒されるＮＯｘセンサのセンサ温度に基づいて、ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられているか否かが判定される。即ち、ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられていれば、これが排気に晒されることで、排気温度の上昇に伴ってセンサ温度も上昇する。一方、何らかの原因でＮＯｘセンサが排気通路から外れてしまったときには、これが排気に晒されないことから、排気温度が上昇してもセンサ温度が上昇しない。このため、このような排気温度とセンサ温度との相関関係から、ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられているか否かを判定することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、排気温度が第１の所定温度より高く、かつ、センサ温度が第１の所定温度より低くかつ外気温度より高い第２の所定温度以下であるときに、ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられていないと判定することができる。
請求項３記載の発明によれば、ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられているか否かの判定は、エンジン始動時に１回のみ実行されるので、制御負荷の増加を抑制することができる。
【００１０】
請求項４記載の発明によれば、ＮＯｘセンサが排気通路に正常に取り付けられていないと判定されたときには、その旨が報知されるので、例えば、車両をサービス工場に搬送して修理することで、ＮＯｘセンサが排気通路から外れたままでの運用を防止することができる。
請求項５記載の発明によれば、ＮＯｘセンサに内蔵された抵抗体の抵抗値からセンサ温度が求められるので、センサ温度を検出するために温度センサなどを新たに設ける必要がなく、コスト低減を図ることができる。
【００１１】
請求項６記載の発明によれば、ＮＯｘセンサに併設された熱電対の起電力からセンサ温度が求められるので、その検出精度を確保することができる。
請求項７記載の発明によれば、ＮＯｘセンサの排気上流に配設された排気温度センサにより排気温度が検出されるので、その検出精度を確保することができる。
請求項８記載の発明によれば、エンジン運転状態から排気温度が推測演算されるので、排気温度を検出するために排気温度センサを新たに設ける必要がなく、コスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明の適用対象の一例として、尿素水溶液を液体還元剤の前駆体として使用し、排気中のＮＯｘを選択還元反応により還元浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気通路１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して生成されたアンモニアによりＮＯｘを選択還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。
【００１３】
尿素水溶液を貯蔵する還元剤容器２４は、サクションホース２６を介して、尿素水溶液を吸引して圧送するポンプモジュール２８に連通接続される。ポンプモジュール２８は、プレッシャホース３０を介して、流量制御弁が内蔵された添加モジュール３２に連通接続される。添加モジュール３２は、添加ホース３４を介して、噴射ノズル１８に連通接続される。そして、ポンプモジュール２８及び添加モジュール３２は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３６により夫々電子制御され、エンジン運転状態に応じた添加流量で、還元剤容器２４に貯蔵された尿素水溶液が噴射ノズル１８からＮＯｘ還元触媒２０の排気上流に噴射供給される。ここで、エンジン運転状態としては、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのネットワークを介して、エンジンコントロールユニット３８からエンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑなどが読み込まれる。
【００１４】
かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。尿素水溶液から生成されたアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと選択還元反応し、窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）へと浄化される。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０におけるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が選択還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止できる。
【００１５】
アンモニア酸化触媒２２の排気下流に位置する排気通路１４、例えば、マフラーには、排気に晒されつつＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ４０が取り付けられる。ＮＯｘセンサ４０としては、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ2）厚膜技術を応用した公知のジルコニア式センサーを適用することができる。ジルコニア式センサーでは、ＮＯｘの測定（実際にはＯ2の測定）において、センサ素子が高温状態でＯ2と反応するため、安定した出力を得る目的でヒータが内蔵された構成が採用されている。従って、ＮＯｘセンサ４０では、ヒータ非作動時には、抵抗体たるヒータの抵抗値からセンサ温度Ｔsを演算により求めることが可能となり、コスト低減を図ることもできる。ここで、ＮＯｘセンサ４０に内蔵されたヒータの抵抗値からセンサ温度Ｔsを求める処理が温度検出手段に該当する。
【００１６】
また、ＮＯｘセンサ４０の排気上流、例えば、窒素酸化触媒１６と噴射ノズル１８との間に位置する排気通路１４には、排気温度Ｔgを検出する排気温度センサ４２が取り付けられる。なお、排気温度センサ４２は、ＮＯｘセンサ４０に導入される排気温度を検出すべく、アンモニア酸化触媒２２とＮＯｘセンサ４０との間に位置する排気通路１４に取り付けることが望ましい。
【００１７】
ＮＯｘセンサ４０により測定及び検出されたＮＯｘ濃度及びセンサ温度Ｔs、並びに、排気温度センサ４２により検出された排気温度Ｔgは、コントロールユニット３６に夫々入力される。そして、コントロールユニット３６では、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された各種制御プログラムを実行することで、ＮＯｘ濃度が規定値を越えたときに警報を発すると共に、ＮＯｘセンサ４０が正常に取り付けられているか否かを判定する。
【００１８】
図２は、エンジン１０の始動を契機として１回のみ、ＮＯｘセンサ４０が正常に取り付けられているか否かを判定すべく、コントロールユニット３６において実行される異常判定処理を示す。なお、異常判定処理の実行を開始する時点では、ＮＯｘセンサ４０によるＮＯｘ濃度の測定は行われていない、即ち、ヒータが未作動状態であることを前提とする。ここで、コントロールユニット３６が異常判定処理を実行することで、判定手段及び報知手段が夫々具現化される。
【００１９】
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、排気温度センサ４２から排気温度Ｔgを読み込む。
ステップ２では、排気温度Ｔgが第１の所定温度より高いか否かを判定する。ここで、第１の所定温度は、エンジン稼動によりＮＯｘセンサ４０がある程度昇温したか否かを判定するための閾値であって、例えば、車両走行中に取り得る２００℃〜３００℃程度とする。そして、排気温度Ｔgが第１の所定温度より高ければステップ３へと進む一方（Ｙｅｓ）、排気温度Ｔgが第１の所定温度以下であればステップ１へと戻る（Ｎｏ）。
【００２０】
ステップ３では、ＮＯｘセンサ４０に内蔵されたヒータの抵抗値からセンサ温度Ｔsを演算により求める。
ステップ４では、センサ温度Ｔsが第２の所定温度以下であるか否かを判定する。ここで、第２の所定温度は、ＮＯｘセンサ４０が排気通路１４に正常に取り付けられているか否かを判定するための閾値であって、例えば、第１の所定温度より低くかつ外気温度より高い１００℃〜１５０℃程度とする。そして、センサ温度Ｔsが第２の所定温度以下であればステップ５へと進む一方（Ｙｅｓ）、センサ温度Ｔsが第２の所定温度より高ければステップ７へと進む（Ｎｏ）。
【００２１】
ステップ５では、排気温度Ｔgが第１の所定温度より高くなったにもかかわらず、センサ温度Ｔsが第２の所定温度以下であるので、ＮＯｘセンサ４０が排気が晒されていない、即ち、排気通路１４に正常に取り付けられていないと異常判定する。
ステップ６では、ＮＯｘセンサ４０が正常に取り付けられていないことを報知すべく、警告灯，ブザーなどの警報器を作動させる。
【００２２】
ステップ７では、排気温度Ｔgが第１の所定温度より高くなったときに、センサ温度Ｔsも上昇して第２の所定温度以上となったので、ＮＯｘセンサ４０が排気に晒されている、即ち、排気通路１４に正常に取り付けられていると正常判定する。
このような異常判定処理によれば、ＮＯｘセンサ４０が排気通路１４に正常に取り付けられていれば、これが排気に晒されることで、図３の実線で示すように、排気温度Ｔgの上昇に伴ってセンサ温度Ｔsが上昇する特性を利用して、正常判定が行われる。一方、何らかの原因でＮＯｘセンサ４０が排気通路１４から外れてしまったときには、これが排気に晒されないことから、図３の破線で示すように、排気温度Ｔgが上昇してもセンサ温度Ｔsが上昇しない特性を利用して、異常判定が行われる。そして、異常判定が行われたときには、その旨が警報器を介して報知されるので、例えば、車両をサービス工場に搬送して修理することで、ＮＯｘセンサ４０が排気通路１４から外れたままでの運用を防止することができる。このため、排気浄化装置に故障が発生してＮＯｘ浄化率が低下したとき、警報装置が作動するので、ＮＯｘ浄化の実効を図ることができる。
【００２３】
また、ＮＯｘセンサ４０の異常判定処理は、エンジン始動時に１回のみ実行されるので、コントロールユニット３６の制御負荷が増加することを抑制することができる。
なお、センサ温度Ｔsは、ＮＯｘセンサ４０のヒータの抵抗値から演算により求める代わりに、ＮＯｘセンサ４０に熱電対を併設し、その熱起電力から求めるようにしてもよい。このようにすれば、センサ温度Ｔsの検出精度を確保することができる。ここで、ＮＯｘセンサ４０に併設された熱電対の起電力からセンサ温度Ｔsを求める処理が温度検出手段に該当する。また、排気温度Ｔgは、排気温度センサ４２で検出する代わりに、排気温度マップを参照し、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量Ｑから推測演算するようにしてもよい。この場合には、排気温度Ｔgは低応答性を有しているため、推測した排気温度に対して、１次遅れフィルタを適用してなまし処理を行い、その推測精度を向上させることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の適用対象の一例を示す排気浄化装置の全体構成図
【図２】異常判定処理を説明するフローチャート
【図３】異常判定原理の説明図
【符号の説明】
【００２５】
３６  コントロールユニット
４０  ＮＯｘセンサ
４２  排気温度センサ
【図１】
0005106248.tif 000002
【図２】
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【図３】
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