Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6483004B2 - Humidity estimation method and exhaust purification system for internal combustion engine - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6483004B2 - Humidity estimation method and exhaust purification system for internal combustion engine - Google Patents

Humidity estimation method and exhaust purification system for internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP6483004B2
JP6483004B2 JP2015205474A JP2015205474A JP6483004B2 JP 6483004 B2 JP6483004 B2 JP 6483004B2 JP 2015205474 A JP2015205474 A JP 2015205474A JP 2015205474 A JP2015205474 A JP 2015205474A JP 6483004 B2 JP6483004 B2 JP 6483004B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
humidity
electrode
sensor
exhaust gas
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2015205474A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017078584A (en
Inventor
明 西山
明 西山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2015205474A priority Critical patent/JP6483004B2/en
Publication of JP2017078584A publication Critical patent/JP2017078584A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6483004B2 publication Critical patent/JP6483004B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Description

本発明は、湿度推定方法及び内燃機関の排気浄化システムに関する。   The present invention relates to a humidity estimation method and an exhaust purification system for an internal combustion engine.

従来、排気中のNOxを浄化する排気浄化装置の1つとして、NHにより排気中のNOxを選択的に還元する選択還元触媒(以下、「SCR触媒」という)を排気管内に設けたものが提案されている。例えば、尿素添加式の排気浄化システムは、尿素水タンクに貯留された尿素水をSCR触媒の上流側から供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでNHを生成し、このNHにより排気中のNOxを選択的に還元する。 Conventionally, as one of exhaust purification devices for purifying NOx in exhaust, a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as “SCR catalyst”) that selectively reduces NOx in exhaust by NH 3 is provided in the exhaust pipe. Proposed. For example, a urea addition type exhaust purification system supplies urea water stored in a urea water tank from the upstream side of the SCR catalyst, and generates NH 3 from the urea water by thermal decomposition or hydrolysis with the heat of exhaust gas. Then, NOx in the exhaust gas is selectively reduced by the NH 3 .

近年では、SCR触媒の下流側に設けられたNHセンサを用いることによって、排気中のNOxがSCR触媒においてNHによって過不足無く還元されるように適切な量の尿素水を調量し排気中に噴射させる尿素水噴射制御が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, by using an NH 3 sensor provided on the downstream side of the SCR catalyst, an appropriate amount of urea water is metered and exhausted so that NOx in the exhaust is reduced by NH 3 without excess or deficiency in the SCR catalyst. There has been proposed urea water injection control to be injected inside (see, for example, Patent Document 1).

また排気中のNHを検出するNHセンサとしては、NHの化学エネルギーに応じてNH電極−基準電極間で発生する起電力を利用したものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかしながらこのようなNHに応じた起電力を発生する既知の電極は、排気中のNOxの化学エネルギーに応じた起電力も発生することから、一組の電極対のみでは、排気中のNHとNOxを区別することが困難である。このため特許文献2の発明では、上記NH電極とは異なる材料のNO電極をさらに設け、NH電極−基準電極間及びNO電極−基準電極間で発生する起電力を用いることにより、NOxの影響を排除しながら排気中のNHを検出する。 Examples of the NH 3 sensor for detecting the NH 3 in the exhaust gas, depending on the chemical energy of the NH 3 NH 3 electrodes - those utilizing electromotive force generated between the reference electrode has been proposed (e.g., Patent Document 2 reference). However, such known electrodes that generate an electromotive force according to NH 3 also generate an electromotive force according to the chemical energy of NOx in the exhaust gas. Therefore, with only one pair of electrodes, NH 3 in the exhaust gas is generated. It is difficult to distinguish NOx from NOx. For this reason the invention of Patent Document 2, further provided, NH 3 electrode NO 2 electrodes of different material than the NH 3 electrode - by using the electromotive force generated between the reference electrode, - a reference electrode and between the NO 2 electrode NH 3 in the exhaust gas is detected while eliminating the influence of NOx.

国際公開第2009/128169号公報International Publication No. 2009/128169 特表2009−511859号公報Special table 2009-511859 gazette

また特許文献2に示すNHセンサは、排気中のNOxによる影響を受けるだけでなく、排気のO濃度やHO濃度による影響を受けることも明らかになっている(例えば、後述の図6や図7等参照)。ここで、多くの車両に搭載されている空燃比センサの出力信号は、排気中の酸素分子と水分子のモル比(以下、「O/HO比」ともいう)とほぼ比例関係にあることから、NHセンサの出力信号から排気のNH濃度を演算によって算出する過程では、空燃比センサの出力信号を用いた補正を行うことにより、排気中のO/HO比の影響を排除している。 In addition, it has been clarified that the NH 3 sensor shown in Patent Document 2 is not only influenced by NOx in exhaust gas but also affected by O 2 concentration and H 2 O concentration of exhaust gas (for example, a later-described figure). 6 and FIG. 7). Here, the output signal of the air-fuel ratio sensor mounted on many vehicles is approximately proportional to the molar ratio of oxygen molecules to water molecules in the exhaust (hereinafter also referred to as “O 2 / H 2 O ratio”). Therefore, in the process of calculating the NH 3 concentration of the exhaust gas from the output signal of the NH 3 sensor by calculation, the correction using the output signal of the air-fuel ratio sensor is performed, so that the O 2 / H 2 O ratio in the exhaust gas is corrected. The influence is excluded.

しかしながらNHセンサの出力信号は、O及びHO両方の濃度による影響を受けることから、そのモル比だけでは十分に精度を向上することができない。例えば図14に示すように、排気のHO濃度はエンジンの燃焼室における空燃比だけでなく、エンジンの燃焼室に導入される大気の湿度によって変化する。このため、上記のように空燃比センサを用いた補正に加えて大気の湿度による補正を行う必要があるが、この場合、大気の湿度を検出する湿度センサがさらに必要となってしまう。したがって既存のNHセンサによって大気の湿度を推定することができれば、同じNHセンサによるNH濃度の推定精度を向上できるばかりでなく新たに湿度センサを搭載する必要がなくなるため、合理的である。 However, since the output signal of the NH 3 sensor is influenced by the concentrations of both O 2 and H 2 O, the accuracy cannot be sufficiently improved only by the molar ratio. For example, as shown in FIG. 14, the H 2 O concentration of the exhaust gas varies not only with the air-fuel ratio in the engine combustion chamber but also with the humidity of the atmosphere introduced into the engine combustion chamber. For this reason, in addition to the correction using the air-fuel ratio sensor as described above, it is necessary to perform correction based on atmospheric humidity. In this case, a humidity sensor for detecting atmospheric humidity is further required. Therefore, if the humidity of the atmosphere can be estimated with the existing NH 3 sensor, it is reasonable not only to improve the estimation accuracy of the NH 3 concentration by the same NH 3 sensor but also to eliminate the need to newly install a humidity sensor. .

本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、NHセンサを用いた湿度推定方法、及びこの湿度推定方法を適用することにより排気中のOやHOによる影響を排除して高精度でNH濃度を推定できる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and eliminates the influence of O 2 and H 2 O in exhaust gas by applying a humidity estimation method using an NH 3 sensor and this humidity estimation method. An object of the present invention is to provide an exhaust purification system for an internal combustion engine that can estimate the NH 3 concentration with high accuracy.

(1)湿度推定方法は、HO及びNHに対する反応性に差がある第1電極(例えば、後述のNH検知電極513)及び第2電極(例えば、後述のNO検知電極514)と、基準電極(例えば、後述の基準電極512)と、を備えるNHセンサ(例えば、後述のNHセンサ5)の出力を用いたものであって、前記NHセンサの検出箇所にNHが存在しないと推定される時に前記第1電極と前記基準電極との間で発生する第1起電力(MAIN−EMF)と前記第2電極と前記基準電極との間で発生する第2起電力(SUB−EMF)との差を取得し、当該取得した差に基づいて前記検出箇所の湿度を推定する。 (1) The humidity estimation method includes a first electrode (for example, NH 3 sensing electrode 513 described later) and a second electrode (for example, NO 2 sensing electrode 514 described later) having a difference in reactivity to H 2 O and NH 3 . When, the reference electrode (e.g., the reference electrode 512 to be described later) be those using the output of the NH 3 sensor comprising a, (e.g., NH 3 sensor 5 described later), NH 3 in the detection portion of the NH 3 sensor The first electromotive force (MAIN-EMF) generated between the first electrode and the reference electrode and the second electromotive force generated between the second electrode and the reference electrode when it is estimated that there is no current The difference with (SUB-EMF) is acquired, and the humidity at the detection location is estimated based on the acquired difference.

(2)内燃機関(例えば、後述のエンジン1)の排気浄化システム(例えば、後述の排気浄化システム2)は、内燃機関の排気通路(例えば、後述の排気管11)内にNH又はその前駆体を還元剤として噴射する噴射弁(例えば、後述の尿素水インジェクタ42)と、前記排気通路に設けられNHによって排気を浄化する選択還元触媒(例えば、後述の下流触媒コンバータ33)と、前記選択還元触媒の下流側の検出箇所におけるNHに応じた信号を発生するNHセンサ(例えば、後述のNHセンサ5)と、前記NHセンサで発生した信号を用いて排気中のNH濃度を推定するセンサコントローラ(例えば、後述のセンサコントローラ73)と、前記センサコントローラによって推定されたNH濃度を用いて前記噴射弁による還元剤噴射量を制御する噴射量コントローラ(例えば、後述のDCU72)と、を備え、前記NHセンサは、HO及びNHに対する反応性に差がある第1電極(例えば、後述のNH検知電極513)及び第2電極(例えば、後述のNO検知電極514)と、基準電極(例えば、後述の基準電極512)と、を備え、前記センサコントローラは、前記検出箇所にNHが存在しないと推定される時に前記第1電極と前記基準電極との間で発生する第1起電力(MAIN−EMF)と前記第2電極と前記基準電極との間で発生する第2起電力(SUB−EMF)との差を取得し、当該取得した差に基づいて前記検出箇所の湿度を推定する湿度推定部(例えば、後述の湿度推定モジュール732)と、前記第1起電力、前記第2起電力、及び前記湿度推定部によって推定された湿度を用いて前記検出箇所のNH濃度を推定するNH濃度推定部(例えば、後述のNH濃度演算モジュール731)と、を備える。 (2) An exhaust purification system (for example, an exhaust purification system 2 to be described later) of an internal combustion engine (for example, an engine 1 to be described later) has NH 3 or a precursor thereof in an exhaust passage (for example, an exhaust pipe 11 to be described later) of the internal combustion engine. An injection valve that injects the body as a reducing agent (for example, a urea water injector 42 described later), a selective reduction catalyst that is provided in the exhaust passage and purifies exhaust gas by NH 3 (for example, a downstream catalytic converter 33 described later), NH 3 sensor for generating a signal corresponding to NH 3 in the detection portion of the downstream side of the selective reduction catalyst (e.g., NH 3 sensor 5 described later) and, NH 3 in the exhaust gas by using a signal generated by the NH 3 sensor the injection using a sensor controller that estimates the concentration (for example, the sensor controller 73 to be described later), the NH 3 concentration estimated by the sensor controller The injection quantity controller for controlling a reductant injection amount of (e.g., DCU72 described later), wherein the NH 3 sensor, a first electrode to the difference in reactivity to H 2 O and NH 3 (e.g., below NH 3 sensing electrode 513) and a second electrode (for example, NO 2 sensing electrode 514 described later) and a reference electrode (for example, reference electrode 512 described later), and the sensor controller has NH 3 at the detection location. The first electromotive force (MAIN-EMF) generated between the first electrode and the reference electrode and the second electromotive force generated between the second electrode and the reference electrode when it is estimated that there is no current (SUB-EMF) is acquired, a humidity estimation unit (for example, humidity estimation module 732 described later) that estimates the humidity of the detection location based on the acquired difference, the first electromotive force, Comprising 2 electromotive force, and NH 3 concentration estimation unit that estimates a NH 3 concentration of the detected position using a humidity estimated by the humidity estimator (e.g., NH 3 concentration calculation module 731 will be described later), the.

(3)この場合、前記湿度推定部は、前記噴射弁からの還元剤の噴射を停止しかつ前記選択還元触媒又は排気の温度が所定温度以下である時に前記検出箇所にNHは存在しないと推定し、前記差に基づいて湿度を推定することが好ましい。 (3) In this case, when the humidity estimation unit stops the injection of the reducing agent from the injection valve and the temperature of the selective reduction catalyst or the exhaust gas is equal to or lower than a predetermined temperature, there is no NH 3 at the detection location. It is preferable to estimate and estimate the humidity based on the difference.

(4)この場合、前記湿度推定部は、前記検出箇所にNHが存在しないと推定されかつ前記内燃機関の燃焼室への燃料噴射を停止するフューエルカット中である時に、前記差に基づいて湿度を推定することが好ましい。 (4) In this case, the humidity estimation unit is based on the difference when it is estimated that NH 3 does not exist at the detection location and fuel cut is being performed to stop fuel injection into the combustion chamber of the internal combustion engine. It is preferable to estimate the humidity.

(5)この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路を通流する排気の空燃比に応じた信号を発生する空燃比センサ(例えば、後述の空燃比センサ8)をさらに備え、前記NH濃度推定部は、前記第1起電力、前記第2起電力、前記空燃比センサの出力信号、及び前記湿度推定部によって推定された湿度を用いて前記検出箇所のNH濃度を推定することが好ましい。 (5) In this case, the exhaust purification system further includes an air-fuel ratio sensor (for example, an air-fuel ratio sensor 8 described later) that generates a signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust flowing through the exhaust passage, and the NH 3 The concentration estimator may estimate the NH 3 concentration at the detection location using the first electromotive force, the second electromotive force, the output signal of the air-fuel ratio sensor, and the humidity estimated by the humidity estimator. preferable.

(6)この場合、前記湿度推定部は、前記噴射弁からの還元剤の噴射を停止しかつ前記選択還元触媒にNHが貯蔵されていない時に前記検出箇所にNHは存在しないと推定し、前記差に基づいて湿度を推定することが好ましい。 (6) In this case, the humidity estimator estimates the NH 3 is not present in the detection position when the injection of the reducing agent from the injection valve stopped and the selective reduction catalyst is NH 3 not stored The humidity is preferably estimated based on the difference.

(7)この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路を通流する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流する排気還流装置と、前記排気通路を通流する排気の空燃比に応じた信号を発生する空燃比センサと、をさらに備え、前記湿度推定部は、前記検出箇所にNHは存在しないと推定した場合には、前記空燃比センサを用いて取得される排気の空燃比が所定の目標空燃比に一致するように前記排気還流装置を操作しながら、前記差を取得することを特徴とすることが好ましい。 (7) In this case, the exhaust purification system has an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage to the intake passage of the internal combustion engine, and an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust passage. An air-fuel ratio sensor that generates a corresponding signal, and when the humidity estimation unit estimates that NH 3 does not exist at the detection location, the air-fuel ratio sensor detects an air-fuel ratio obtained using the air-fuel ratio sensor. It is preferable that the difference is acquired while operating the exhaust gas recirculation device so that the fuel ratio matches a predetermined target air-fuel ratio.

(1)NHセンサの第1及び第2電極にHOに対する反応性に差がある場合、検出箇所における湿度は、第1電極−基準電極間の第1起電力と第2電極−基準電極間の第2起電力との差と相関がある。本発明はこれを利用して、検出箇所にNHが存在しないと推定される時に上記第1−第2起電力間の差を取得し、この差に基づいて湿度を推定する。本発明によれば、NHセンサを用いて湿度を推定することができる。また本発明のようにNHセンサを用いて湿度を推定することができれば、新たに湿度センサを設けることなく同じNHセンサのNH濃度の推定精度を向上できるので合理的である。また第1、第2起電力は、それぞれ電極の温度に応じて変化する特性がある。しかしながら本発明では、同じ温度環境下で発生する第1起電力と第2起電力との差を用いることにより、このような温度による影響を自動的にキャンセルできる。 (1) When there is a difference in reactivity to H 2 O between the first and second electrodes of the NH 3 sensor, the humidity at the detection location is the first electromotive force between the first electrode and the reference electrode, and the second electrode and the reference. There is a correlation with the difference between the second electromotive force between the electrodes. The present invention utilizes this to obtain the difference between the first and second electromotive forces when it is estimated that NH 3 does not exist at the detection location, and to estimate the humidity based on this difference. According to the present invention, humidity can be estimated using an NH 3 sensor. If the humidity can be estimated using the NH 3 sensor as in the present invention, it is reasonable to improve the estimation accuracy of the NH 3 concentration of the same NH 3 sensor without providing a new humidity sensor. The first and second electromotive forces have characteristics that change according to the temperature of the electrodes. However, in the present invention, by using the difference between the first electromotive force and the second electromotive force generated under the same temperature environment, such an influence due to temperature can be automatically canceled.

(2)本発明の排気浄化システムでは、選択還元触媒の下流側にNHセンサを設け、このNHセンサの出力を用いて選択還元触媒の下流側におけるNH濃度をNH濃度推定部によって推定し、これを用いて選択還元触媒への還元剤噴射量を制御する。またNHセンサの出力は上述のように湿度によって変化する特性がある。本発明の湿度推定部では、上記(1)の湿度推定方法を利用して湿度を推定し、NH濃度推定部では推定した湿度を用いてNH濃度を推定する。これにより、選択還元触媒の下流側におけるNH濃度を精度良く推定できるので、還元剤噴射量を適切に制御することができる。 (2) In the exhaust purification system of the present invention, an NH 3 sensor is provided on the downstream side of the selective reduction catalyst, and the NH 3 concentration on the downstream side of the selective reduction catalyst is calculated by the NH 3 concentration estimation unit using the output of the NH 3 sensor. This is used to control the amount of reducing agent injected to the selective reduction catalyst. Further, the output of the NH 3 sensor has a characteristic that varies depending on humidity as described above. The humidity estimation unit of the present invention estimates the humidity using the humidity estimation method of (1) above, and the NH 3 concentration estimation unit estimates the NH 3 concentration using the estimated humidity. As a result, the NH 3 concentration on the downstream side of the selective reduction catalyst can be accurately estimated, so that the reducing agent injection amount can be appropriately controlled.

(3)噴射弁から還元剤を噴射すると選択還元触媒の下流側へNHが排出される場合がある。また選択還元触媒の温度が高くなると、選択還元触媒に貯蔵されていたNHが下流側へ排出される場合がある。本発明では、噴射弁から還元剤が噴射されておらずかつ選択還元触媒等の温度が所定温度より低い場合には検出箇所にNHは存在しないと推定する。これにより、湿度の推定精度を向上し、ひいてはNH濃度の推定精度を向上できる。 (3) When the reducing agent is injected from the injection valve, NH 3 may be discharged downstream of the selective reduction catalyst. Further, when the temperature of the selective reduction catalyst becomes high, NH 3 stored in the selective reduction catalyst may be discharged downstream. In the present invention, when the reducing agent is not injected from the injection valve and the temperature of the selective reduction catalyst or the like is lower than the predetermined temperature, it is estimated that NH 3 does not exist at the detection location. Thereby, the estimation accuracy of humidity can be improved, and consequently the estimation accuracy of NH 3 concentration can be improved.

(4)本発明では、検出箇所にNHが存在していないと推定されかつフューエルカット中である時、すなわちNHセンサの検出箇所には大気がそのまま流れ込む時を選んで湿度を推定することにより、NHセンサの検出箇所を排気通路内としながら大気の湿度を推定することができる。 (4) In the present invention, when it is estimated that NH 3 does not exist at the detection location and the fuel cut is in progress, that is, when the atmosphere flows into the detection location of the NH 3 sensor, the humidity is estimated. Thus, it is possible to estimate the humidity of the atmosphere while the detection location of the NH 3 sensor is in the exhaust passage.

(5)本発明では、第1起電力、第2起電力、空燃比センサの出力信号、及び湿度推定部によって推定された湿度を用いることにより、排気中のNOx、O、HOの影響を除外しながら正確なNH濃度を推定することができる。 (5) In the present invention, by using the first electromotive force, the second electromotive force, the output signal of the air-fuel ratio sensor, and the humidity estimated by the humidity estimating unit, NOx, O 2 , H 2 O in the exhaust gas Accurate NH 3 concentration can be estimated while excluding effects.

(6)噴射弁から還元剤を噴射すると選択還元触媒の下流側へNHが排出される場合がある。また選択還元触媒にNHが貯蔵されていると、このNHが下流側へ排出される場合がある。本発明では、噴射弁から還元剤が噴射されておらずかつ選択還元触媒にNHが貯蔵されていない場合には、検出箇所にNHは存在しないと推定する。これにより、湿度の推定精度を向上し、ひいてはNHの濃度の推定精度を向上できる。 (6) When the reducing agent is injected from the injection valve, NH 3 may be discharged downstream of the selective reduction catalyst. In addition, when NH 3 is stored in the selective reduction catalyst, this NH 3 may be discharged downstream. In the present invention, when no reducing agent is injected from the injection valve and NH 3 is not stored in the selective reduction catalyst, it is estimated that NH 3 does not exist at the detection location. Thereby, the estimation accuracy of humidity can be improved, and as a result, the estimation accuracy of the concentration of NH 3 can be improved.

(7)本発明では、検出箇所にNHが存在していないと推定された場合には、排気の空燃比が所定の目標空燃比に一致するように排気還流装置を操作しつつ、第1起電力と第2起電力との差を取得し、取得した差に基づいて検出箇所の湿度を推定する。上記のようにフューエルカット中である時は、検出箇所に大気がそのまま流れ込むため、検出箇所の湿度を推定することによって、大気の湿度を推定することができる。一方、検出箇所にNHが存在しない時に、排気還流装置を操作して排気の空燃比を所定の目標空燃比に一致させると、検出箇所におけるHOの量(すなわち、検出箇所の湿度)は、大気に含まれていたHOと、内燃機関で混合気を燃焼させることによって生成されるHOとを合わせた量になる。この際、混合気を燃焼させることによって生成されるHOの量は、上記目標空燃比等を用いて推定することができることから、大気に含まれていたHOの量、すなわち大気の湿度は検出箇所の湿度から推定することができる。よって本発明によれば、上記のようにフューエルカット中でなくても大気の湿度を推定することができる。 (7) In the present invention, when it is estimated that NH 3 does not exist at the detection location, the first operation is performed while operating the exhaust gas recirculation device so that the air-fuel ratio of the exhaust gas matches the predetermined target air-fuel ratio. The difference between the electromotive force and the second electromotive force is acquired, and the humidity at the detection location is estimated based on the acquired difference. As described above, when the fuel is being cut, the atmosphere flows into the detection location as it is, so that the humidity of the atmosphere can be estimated by estimating the humidity at the detection location. On the other hand, when the exhaust gas recirculation device is operated to make the air-fuel ratio of the exhaust gas coincide with a predetermined target air-fuel ratio when NH 3 is not present at the detection location, the amount of H 2 O at the detection location (that is, the humidity at the detection location). will the combined amounts and H 2 O contained in the air, and H 2 O produced by burning an air-fuel mixture in an internal combustion engine. At this time, the amount of H 2 O produced by burning an air-fuel mixture, since that can be estimated by using the target air-fuel ratio, etc., of the H 2 O contained in the air quantity, i.e. the air Humidity can be estimated from the humidity at the detection location. Therefore, according to the present invention, the atmospheric humidity can be estimated even when the fuel cut is not being performed as described above.

本発明の第1実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine which concerns on 1st Embodiment of this invention, and its exhaust gas purification system. NHセンサの検出素子の断面図である。NH 3 is a cross-sectional view of a detecting element of the sensor. NH検知電極及びNO検知電極を固体電解質体に接合した後におけるそれぞれの接合部分のバンド構造を模式的に示す図である。Is a diagram schematically showing a band structure of each of the joint portion after providing the NH 3 detection electrodes and NO 2 detecting electrode bonded to the solid electrolyte body. NHセンサの検出素子を排気に晒したときに進行する反応の一例を示す図であり、起電力の発生メカニズムを簡略化して表した図である。NH 3 is a diagram showing an example of a reaction proceeds upon exposure detection element of the sensor to exhaust, a diagram showing a simplified mechanism of generation of electromotive force. NHセンサの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFのNH/NO特性を示す図である。NH 3 sensor electromotive force MAIN-EMF, which is a diagram illustrating the NH 3 / NO 2 Characteristics of SUB-EMF. NHセンサの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFの空燃比特性を示す図である。NH 3 sensor electromotive force MAIN-EMF, which is a diagram showing an air-fuel ratio characteristic of the SUB-EMF. NHセンサの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFのHO特性及びO特性を示す図である。NH 3 sensor electromotive force MAIN-EMF, illustrates of H 2 O characteristics and O 2 Characteristics of SUB-EMF. NHセンサの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFのHO特性を示す図である。NH 3 sensor electromotive force MAIN-EMF, illustrates of H 2 O characteristics of SUB-EMF. NHセンサの検出素子及びこれを制御するセンサコントローラの構成を示すブロック図である。NH 3 is a block diagram showing a sensor controller configured to detect elements and controlling the sensor. 補正係数の値を決定するマップの一例である。It is an example of the map which determines the value of a correction coefficient. センサコントローラによる大気湿度推定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the atmospheric humidity estimation process by a sensor controller. 起電力差と大気湿度との関係を示すマップの一例である。It is an example of the map which shows the relationship between an electromotive force difference and atmospheric humidity. 本発明の第2実施形態に係るセンサコントローラによる大気湿度推定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific procedure of the atmospheric humidity estimation process by the sensor controller which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 排気通路を通流する排気のHO濃度と、エンジンの燃焼室における空燃比及び大気湿度との関係を示す図である。And H 2 O concentration in the exhaust flowing through the exhaust passage is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio and the atmospheric humidity in the combustion chamber of the engine.

<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る内燃機関(以下、「エンジン」という)1及びその排気浄化システム2の構成を示す図である。排気浄化システム2は、エンジン1の排気ポートから延びる排気管11に設けられた触媒浄化装置3と、排気管11を通流する排気の一部を吸気管12に還流する排気還流装置6と、これらエンジン1、触媒浄化装置3、及びEGR装置6を制御する電子制御ユニット7と、を備える。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 and its exhaust purification system 2 according to the present embodiment. The exhaust purification system 2 includes a catalyst purification device 3 provided in an exhaust pipe 11 extending from an exhaust port of the engine 1, an exhaust gas recirculation device 6 that recirculates part of exhaust flowing through the exhaust pipe 11 to an intake pipe 12, The engine 1, the catalyst purification device 3, and the electronic control unit 7 that controls the EGR device 6 are provided.

エンジン1は、例えば、空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等である。エンジン1には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁17が設けられている。この燃料噴射弁17を駆動するアクチュエータは、電子制御ユニット7に電磁的に接続されている。エンジン1の空燃比は、図示しない吸気制御弁によってシリンダ内に導入される新気の量、及びエンジン1の各シリンダに設けられた燃料噴射弁17からの燃料噴射量等を、電子制御ユニット7によって調整することで制御される。以下では、エンジン1の燃料噴射制御等の実行に係る電子制御ユニットをFI−ECU71という。   The engine 1 is, for example, one based on so-called lean combustion in which the air-fuel ratio is leaner than stoichiometric, more specifically, a diesel engine, a lean burn gasoline engine, or the like. The engine 1 is provided with a fuel injection valve 17 that injects fuel into each cylinder. The actuator that drives the fuel injection valve 17 is electromagnetically connected to the electronic control unit 7. The air-fuel ratio of the engine 1 is determined based on the amount of fresh air introduced into the cylinder by an intake control valve (not shown), the fuel injection amount from the fuel injection valve 17 provided in each cylinder of the engine 1, and the like. It is controlled by adjusting by. Hereinafter, an electronic control unit related to execution of fuel injection control and the like of the engine 1 is referred to as FI-ECU 71.

EGR装置6は、排気管11と吸気管12とを接続するEGR管61と、EGR管61に設けられ、EGR管61を通流する排気の流量を制御するEGRバルブ62と、を備える。EGRバルブ62は、図示しないアクチュエータを介してFI−ECU71に接続されている。EGRバルブ62の開度は、FI−ECU71によって制御される。   The EGR device 6 includes an EGR pipe 61 that connects the exhaust pipe 11 and the intake pipe 12, and an EGR valve 62 that is provided in the EGR pipe 61 and controls the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR pipe 61. The EGR valve 62 is connected to the FI-ECU 71 via an actuator (not shown). The opening degree of the EGR valve 62 is controlled by the FI-ECU 71.

触媒浄化装置3は、上流触媒コンバータ31と、排気浄化フィルタ32と、下流触媒コンバータ33と、尿素水供給装置4と、NHセンサ5と、空燃比センサ8と、排気温度センサ9と、を備える。上流触媒コンバータ31は、排気管11のうちエンジン1の直下に設けられている。下流触媒コンバータ33は、排気管11のうち上流触媒コンバータ31より下流側に設けられている。排気浄化フィルタ32は、排気管11のうち上流触媒コンバータ31と下流触媒コンバータ33との間に設けられている。これら上流触媒コンバータ31及び下流触媒コンバータ33には、エンジン1の排気に含まれるCO、HC、NOx等の成分を浄化する反応を促進するための触媒が設けられている。 The catalyst purification device 3 includes an upstream catalytic converter 31, an exhaust purification filter 32, a downstream catalytic converter 33, a urea water supply device 4, an NH 3 sensor 5, an air-fuel ratio sensor 8, and an exhaust temperature sensor 9. Prepare. The upstream catalytic converter 31 is provided in the exhaust pipe 11 immediately below the engine 1. The downstream catalytic converter 33 is provided downstream of the upstream catalytic converter 31 in the exhaust pipe 11. The exhaust purification filter 32 is provided between the upstream catalytic converter 31 and the downstream catalytic converter 33 in the exhaust pipe 11. These upstream catalytic converter 31 and downstream catalytic converter 33 are provided with a catalyst for promoting a reaction for purifying components such as CO, HC and NOx contained in the exhaust of the engine 1.

上流触媒コンバータ31は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に酸化触媒を担持して構成される。エンジン1から排出された排気に含まれるHCやCOは、この上流触媒コンバータ31を通過する過程で酸化触媒の作用によって酸化され、浄化される。また、排気に含まれるNOも、上流触媒コンバータ31を通過する過程でNOに酸化される。エンジン1の直下の排気に含まれるNOxのうちほぼ全てはNOでありNOはほとんど含まれていない(NO/NOx比がほぼ0)。このため、上流触媒コンバータ31でNOを酸化しNOを生成することにより、下流触媒コンバータ33に流入する排気のNO/NOx比を、後述のSCR触媒におけるNOx浄化性能が最適化される約0.5まで上昇させることができる。 The upstream catalytic converter 31 is configured by using a flow-through honeycomb structure as a base material and supporting an oxidation catalyst on the base material. HC and CO contained in the exhaust discharged from the engine 1 are oxidized and purified by the action of the oxidation catalyst in the process of passing through the upstream catalytic converter 31. Further, NO contained in the exhaust is also oxidized to NO 2 in the process of passing through the upstream catalytic converter 31. Almost all of the NOx contained in the exhaust gas directly under the engine 1 is NO and almost no NO 2 is contained (NO 2 / NOx ratio is almost 0). Therefore, by oxidizing NO in the upstream catalytic converter 31 to generate NO 2 , the NO 2 / NOx ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalytic converter 33 is reduced so that the NOx purification performance in the SCR catalyst described later is optimized. Can be raised to 0.5.

排気浄化フィルタ32は、多孔質壁で区画形成された複数のセルを有するウォールフロー型のハニカム構造体と、各セルに対し上流側と下流側とで互い違いに設けられた目封じと、を備える。エンジン1から排出された排気に含まれるスート及びSOF等の粒子状物質(Particulate Matter、以下単に「PM」という)は、フィルタ32の多孔質壁の細孔を通過する過程で捕集される。フィルタ32に過剰な量のPMが堆積すると、圧力降下が増加し、これによってエンジン1における燃料噴射量が増加し、結果として燃費が悪化するおそれがある。そこでFI−ECU71は、フィルタ32におけるPM堆積量を監視しており、PM堆積量が所定量を超えたと判断すると、これを契機としてポスト噴射等によってフィルタ32を昇温し、堆積したPMを強制的に燃焼除去するフィルタ再生処理を実行する。このフィルタ再生処理の詳細な手順については説明を省略する。   The exhaust purification filter 32 includes a wall flow type honeycomb structure having a plurality of cells partitioned by porous walls, and plugs provided alternately on the upstream side and the downstream side with respect to each cell. . Particulate matter (hereinafter simply referred to as “PM”) such as soot and SOF contained in the exhaust discharged from the engine 1 is collected in the process of passing through the pores of the porous wall of the filter 32. If an excessive amount of PM accumulates on the filter 32, the pressure drop increases, which increases the fuel injection amount in the engine 1, and as a result, the fuel consumption may deteriorate. Therefore, the FI-ECU 71 monitors the PM accumulation amount in the filter 32. If it is determined that the PM accumulation amount exceeds a predetermined amount, the FI-ECU 71 raises the temperature of the filter 32 by post injection or the like to force the accumulated PM. The filter regeneration process for removing the combustion is performed. The detailed procedure of this filter regeneration process will not be described.

下流触媒コンバータ33は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にNH選択還元触媒(以下、「SCR触媒」という)を担持して構成される。このSCR触媒は、NHの存在する雰囲気下で排気中のNOxを選択的に還元するNOx浄化機能を備える。具体的には、より上流側に設けられた後述の尿素水インジェクタ42から尿素水が噴射されると、この尿素水を加水分解することによって生成されたNHを還元剤として、下記3種類の反応式に従って、排気中のNOxを選択的に還元する。
NO+NO+2NH→2N+3H
4NO+4NH+O→4N+6H
6NO+8NH→7N+12H
The downstream catalytic converter 33 is constituted by using a flow-through type honeycomb structure as a base material and supporting an NH 3 selective reduction catalyst (hereinafter referred to as “SCR catalyst”) on the base material. This SCR catalyst has a NOx purification function that selectively reduces NOx in exhaust under an atmosphere in which NH 3 exists. Specifically, when urea water is injected from a urea water injector 42, which will be described later, provided on the more upstream side, NH 3 generated by hydrolyzing the urea water is used as a reducing agent, and the following three types are used. According to the reaction formula, NOx in the exhaust gas is selectively reduced.
NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O
4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O

また、このSCR触媒は、上記NOx浄化機能を備えるとともに、NHを所定の量だけ貯蔵するNH貯蔵機能も備える。以下では、SCR触媒に貯蔵されたNHの量をNHストレージ量といい、このNHストレージ量の限界を最大NHストレージ量という。SCR触媒のNHストレージ量が最大NHストレージ量を超えると、その下流へNHがスリップする。このようにしてSCR触媒に貯蔵されたNHは、尿素水インジェクタ42から供給されたNHと合わせて排気中のNOxの還元に適宜消費される。なお、SCR触媒に多くのNHが存在すると、流入するNOxとの反応性が向上する。したがって、SCR触媒のNOx浄化機能は、そのNHストレージ量が多くなるほど向上する。 Further, the SCR catalyst is provided with a said NOx purifying function, also comprises NH 3 storage function of storing NH 3 by a predetermined amount. Hereinafter, the amount of NH 3 stored in the SCR catalyst called NH 3 storage amount, the limitations of this NH 3 storage amount of up to NH 3 storage amount. When the NH 3 storage amount of the SCR catalyst exceeds the maximum NH 3 storage amount, NH 3 slips downstream. The NH 3 stored in the SCR catalyst in this way is appropriately consumed for the reduction of NOx in the exhaust gas together with the NH 3 supplied from the urea water injector 42. Note that when a large amount of NH 3 is present in the SCR catalyst, the reactivity with the inflowing NOx is improved. Therefore, the NOx purification function of the SCR catalyst improves as the amount of NH 3 storage increases.

尿素水供給装置4は、NHの前駆体である尿素水を貯留する尿素水タンク41と、タンク41内の尿素水を噴射する尿素水インジェクタ42と、タンク41内の尿素水を、供給管45を介してインジェクタ42に圧送する尿素水ポンプ43と、を備える。 The urea water supply device 4 includes a urea water tank 41 that stores urea water that is a precursor of NH 3 , a urea water injector 42 that injects urea water in the tank 41, and urea water in the tank 41. And a urea water pump 43 that is pumped to the injector 42 via 45.

尿素水ポンプ43は、電動式のポンプであり、尿素水タンク41の底部近傍に設けられる。尿素水ポンプ43は、図示しないバッテリから駆動電流が供給されると回転し、タンク41の底部付近に溜まった尿素水を吸い込み、供給管45を介して尿素水インジェクタ42に供給する。尿素水ポンプ43を駆動することによって供給管45内のライン圧が所定の噴射可能圧まで上昇すると、尿素水インジェクタ42から尿素水が噴射可能な状態となる。電子制御ユニット7は、図示しないイグニッションスイッチがオンにされると、尿素水インジェクタから尿素水の噴射が可能となるように尿素水ポンプ43の駆動を開始し、供給管45のライン圧を所定の噴射可能圧まで上昇させる。   The urea water pump 43 is an electric pump and is provided near the bottom of the urea water tank 41. The urea water pump 43 rotates when a driving current is supplied from a battery (not shown), sucks urea water collected near the bottom of the tank 41, and supplies it to the urea water injector 42 via the supply pipe 45. When the line pressure in the supply pipe 45 rises to a predetermined injectable pressure by driving the urea water pump 43, the urea water can be injected from the urea water injector 42. When an ignition switch (not shown) is turned on, the electronic control unit 7 starts driving the urea water pump 43 so that urea water can be injected from the urea water injector, and sets the line pressure of the supply pipe 45 to a predetermined value. Increase to a pressure that can be injected.

尿素水インジェクタ42は、開閉式の電磁弁であり、SCR触媒の上流側に設けられる。尿素水インジェクタ42は、図示しないバッテリから駆動電流が供給されると開弁し、ポンプ43によって圧送された尿素水をSCR触媒の上流側へ噴射する。尿素水インジェクタ42から排気管11内に噴射された尿素水は、排気の流れに沿って図示しないミキサを通過することによって撹拌され、SCR触媒に供給される過程でNHに加水分解される。これにより、SCR触媒にNOxを浄化するために必要なNHが供給される。 The urea water injector 42 is an open / close solenoid valve, and is provided upstream of the SCR catalyst. The urea water injector 42 opens when a drive current is supplied from a battery (not shown), and injects the urea water pumped by the pump 43 to the upstream side of the SCR catalyst. The urea water injected from the urea water injector 42 into the exhaust pipe 11 is agitated by passing through a mixer (not shown) along the flow of exhaust gas, and is hydrolyzed to NH 3 in the process of being supplied to the SCR catalyst. Thereby, NH 3 required for purifying NOx is supplied to the SCR catalyst.

尿素水インジェクタ42を開閉するアクチュエータは、電子制御ユニット7に電磁的に接続されている。電子制御ユニット7は、SCR触媒においてNHを用いた最適なNOx浄化が実現されるように適切な尿素水の噴射量[g/sec]を決定するとともに、決定した量の尿素水が噴射されるように尿素水インジェクタ42を駆動する尿素水噴射制御を実行する。この尿素水噴射制御は、例えば、尿素水タンク内には正規品の尿素水が貯留されているとの仮定の下でエンジン1から排出されるNOxの全てがSCR触媒で還元されるように、エンジン1から排出されるNOx量に基づいて噴射量を決定するフィードフォワード制御と、NHセンサ5の出力信号に基づいて後述のセンサコントローラ73において推定されるNH濃度に基づくフィードバック制御とを組み合わせて構成される。なお以下では、以上のような尿素水噴射制御の実行に係る電子制御ユニットをDCU(Dosing Control Unit)72ともいう。 The actuator that opens and closes the urea water injector 42 is electromagnetically connected to the electronic control unit 7. The electronic control unit 7 determines an appropriate urea water injection amount [g / sec] so that optimal NOx purification using NH 3 is realized in the SCR catalyst, and the determined amount of urea water is injected. Thus, urea water injection control for driving the urea water injector 42 is executed. This urea water injection control is performed, for example, so that all NOx discharged from the engine 1 is reduced by the SCR catalyst under the assumption that regular urea water is stored in the urea water tank. A combination of feedforward control for determining the injection amount based on the NOx amount discharged from the engine 1 and feedback control based on the NH 3 concentration estimated by the sensor controller 73 described later based on the output signal of the NH 3 sensor 5. Configured. Hereinafter, the electronic control unit related to the execution of the urea water injection control as described above is also referred to as a DCU (Dosing Control Unit) 72.

空燃比センサ8は、排気管11のうち上流触媒コンバータ31の上流側に設けられる。空燃比センサ8は、上流触媒コンバータ31に流入する排気の空燃比(排気中の酸素に対する燃料成分(HC,CO等)の比)を検出し、検出値に略比例した信号を電子制御ユニット7へ送信する。なおこの空燃比センサ8としては、例えば、リッチな領域からリーンな領域までの間でリニアな出力特性を有するものが用いられる。   The air-fuel ratio sensor 8 is provided on the upstream side of the upstream catalytic converter 31 in the exhaust pipe 11. The air-fuel ratio sensor 8 detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalytic converter 31 (ratio of fuel components (HC, CO, etc.) to oxygen in the exhaust gas), and outputs a signal substantially proportional to the detected value to the electronic control unit 7. Send to. As the air-fuel ratio sensor 8, for example, a sensor having linear output characteristics from a rich region to a lean region is used.

排気温度センサ9は、排気管11のうち下流触媒コンバータ33の下流側に設けられる。この排気温度センサ9は、下流触媒コンバータ33から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号を電子制御ユニット7へ送信する。   The exhaust temperature sensor 9 is provided in the exhaust pipe 11 on the downstream side of the downstream catalytic converter 33. The exhaust temperature sensor 9 detects the temperature of the exhaust gas flowing out from the downstream catalytic converter 33 and transmits a signal substantially proportional to the detected value to the electronic control unit 7.

NHセンサ5は、排気管11に設けられ、その検出素子5dが下流触媒コンバータ33の下流側の排気に晒されるようになっている。NHセンサ5は、後に図3を参照して詳述するように作用し、下流触媒コンバータ33の下流側の排気中のNH等の成分に応じて変動する2つの信号(後述の起電力MAIN−EMF及びSUB−EMF)を電子制御ユニット7に出力する。電子制御ユニット7では、NHセンサ5からの出力信号に基づいて下流触媒コンバータ33の下流側の排気のNH濃度を推定する。ここで推定されるNH濃度は、上述のようにDCU72における尿素水噴射制御に用いられる。以下では、NHセンサ5の制御に係る電子制御ユニットをセンサコントローラ73という。 The NH 3 sensor 5 is provided in the exhaust pipe 11, and its detection element 5 d is exposed to the exhaust on the downstream side of the downstream catalytic converter 33. The NH 3 sensor 5 operates as will be described in detail later with reference to FIG. 3, and two signals (electromotive force described later) that fluctuate depending on components such as NH 3 in the exhaust downstream of the downstream catalytic converter 33. MAIN-EMF and SUB-EMF) are output to the electronic control unit 7. The electronic control unit 7 estimates the NH 3 concentration in the exhaust downstream of the downstream catalytic converter 33 based on the output signal from the NH 3 sensor 5. The NH 3 concentration estimated here is used for urea water injection control in the DCU 72 as described above. Hereinafter, an electronic control unit related to the control of the NH 3 sensor 5 is referred to as a sensor controller 73.

図2は、NHセンサの検出素子5dの断面図である。検出素子5dは、排気に晒され排気中のガス成分に応じた信号を発生するガス検出ユニット51と、ガス検出ユニット51の温度に応じた信号を発生する温度検出ユニット52と、ガス検出ユニット51を加熱するヒータ53と、を図2に示すように積層して構成される。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the detection element 5d of the NH 3 sensor. The detection element 5d is exposed to the exhaust gas and generates a signal corresponding to the gas component in the exhaust gas, a temperature detection unit 52 that generates a signal corresponding to the temperature of the gas detection unit 51, and a gas detection unit 51. As shown in FIG. 2, the heater 53 that heats and is laminated.

ガス検出ユニット51は、板状の固体電解質体511と、この固体電解質体511の一方の面に沿って設けられた板状の基準電極512と、固体電解質体511の他方の面のうち基準電極512と対向する位置に設けられた板状のNH検知電極513及びNO検知電極514と、これら電極513,514を保護する多孔質体の保護層515と、を積層して構成される。このガス検出ユニット51は、基準電極512側の面を温度検出ユニット52に向けて、多孔質体のスペーサ54を介して温度検出ユニット52に接合される。ガス検出ユニット51と温度検出ユニット52とをスペーサ54を介して接合することにより、これらユニット51,52の間には排気が通流する中空部55が形成される。 The gas detection unit 51 includes a plate-shaped solid electrolyte body 511, a plate-shaped reference electrode 512 provided along one surface of the solid electrolyte body 511, and a reference electrode among the other surfaces of the solid electrolyte body 511. A plate-like NH 3 sensing electrode 513 and NO 2 sensing electrode 514 provided at a position opposite to 512 and a porous protective layer 515 for protecting these electrodes 513 and 514 are laminated. The gas detection unit 51 is bonded to the temperature detection unit 52 via a porous spacer 54 with the surface on the reference electrode 512 side facing the temperature detection unit 52. By joining the gas detection unit 51 and the temperature detection unit 52 via the spacer 54, a hollow portion 55 through which exhaust gas flows is formed between the units 51 and 52.

固体電解質体511には、酸素イオン(O2−)導電性の半導体材料が用いられる。より具体的には、固体電解質体511の材料としては、例えばジルコニア(ZrO)に酸化イットリア(Y)を添加して得られる金属酸化物半導体が用いられる。 An oxygen ion (O 2− ) conductive semiconductor material is used for the solid electrolyte body 511. More specifically, as a material of the solid electrolyte body 511, for example, a metal oxide semiconductor obtained by adding yttria oxide (Y 2 O 3 ) to zirconia (ZrO 2 ) is used.

基準電極512には、酸素分子(O)に対する活性を有する金属材料が用いられる。より具体的には、基準電極512の材料としては、例えば白金(Pt)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、金(Au)、及びルテニウム(Ru)、並びに上記材料の少なくとも1種を含む組み合わせが用いられる。基準電極512は、中空部55を介して排気に晒されるように固体電解質体511の表面に接合される。基準電極512には金属材料が用いられ、固体電解質体511には半導体材料が用いられる。したがって基準電極512と固体電解質体511との接合は、オーミック接合又はショットキー接合となっている。基準電極512としてこのようなOに対する活性を有する金属材料を用いることにより、排気中のO濃度に応じた基準電位が形成される。 For the reference electrode 512, a metal material having activity against oxygen molecules (O 2 ) is used. More specifically, examples of the material of the reference electrode 512 include platinum (Pt), palladium (Pd), osmium (Os), rhodium (Rh), iridium (Ir), gold (Au), and ruthenium (Ru). As well as combinations comprising at least one of the above materials. The reference electrode 512 is joined to the surface of the solid electrolyte body 511 so as to be exposed to the exhaust through the hollow portion 55. A metal material is used for the reference electrode 512, and a semiconductor material is used for the solid electrolyte body 511. Therefore, the junction between the reference electrode 512 and the solid electrolyte body 511 is an ohmic junction or a Schottky junction. By using such a metal material having activity against O 2 as the reference electrode 512, a reference potential corresponding to the O 2 concentration in the exhaust gas is formed.

NH検知電極513には、上述の基準電極512と異なる材料であり、排気中のHOを用いてB酸点(・OH)を形成するB酸点形成機能を有する材料(例えば、後述のように金属酸化物であるビスマスバナジウム酸化物(BiVO))が用いられる。後に説明するように、ガス検出ユニット51は、このNH検知電極513のB酸点形成機能を利用することによって、NH検知電極513と基準電極512との間で排気中のNHに応じた起電力MAIN−EMFを発生する。NH検知電極513は、排気に晒されるように固体電解質体511の表面に接合される。このNH検知電極513と固体電解質体511は、互いに価電子帯や伝導帯の電位及びフェルミ準位が異なる異種半導体である。したがってNH検知電極513と固体電解質体511との接合は、ヘテロ接合となっている。また、後に図4を参照して説明するように、NH検知電極513のB酸点形成機能によって、NH検知電極513と基準電極512との間には、排気中のNHの濃度に応じた起電力が発生する。以下ではこれら電極512,513の間に発生する起電力を“MAIN−EMF”と表記する。 The NH 3 sensing electrode 513 is a material different from the reference electrode 512 described above, and has a B acid point forming function for forming B acid points (.OH) using H 2 O in the exhaust (for example, described later). Thus, bismuth vanadium oxide (BiVO 4 ), which is a metal oxide, is used. As described later, the gas detection unit 51, by utilizing the NH 3 B acid sites forming function of the detection electrode 513, depending on the NH 3 in the exhaust gas with the NH 3 detection electrode 513 and the reference electrode 512 Electromotive force MAIN-EMF is generated. The NH 3 detection electrode 513 is joined to the surface of the solid electrolyte body 511 so as to be exposed to exhaust gas. The NH 3 sensing electrode 513 and the solid electrolyte body 511 are dissimilar semiconductors having different valence band and conduction band potentials and Fermi levels. Therefore, the junction between the NH 3 sensing electrode 513 and the solid electrolyte body 511 is a heterojunction. Also, as will be described later with reference to FIG. 4, the B acid sites forming function of the NH 3 detection electrode 513, between the NH 3 detection electrode 513 and the reference electrode 512, the concentration of NH 3 in the exhaust A corresponding electromotive force is generated. Hereinafter, the electromotive force generated between these electrodes 512 and 513 is referred to as “MAIN-EMF”.

このNH検知電極513の考え得る材料としては、バナジウム(V)、タングステン(W)、及びモリブデン(Mo)の第1酸化化合物、並びに上記物質の少なくとも1種を含む組み合わせが挙げられ、これに第1酸化物成分に対し導電性を上昇させるかNH検出感度及び/又はNH検出選択性を高めることができる第2酸化物成分をドープしてもよい。典型的な第1成分としては、ビスマスバナジウム酸化物(BiVO)、銅バナジウム酸化物(Cu(VO)等の三元バナジン酸塩化合物、タングステンの三元酸化物、及び/又は三元モリブデン(MoO)、並びに上記物質の少なくとも1種を含む組み合わせが挙げられる。典型的な第2成分金属としては、アルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、遷移金属酸化物、希土類酸化物等の酸化物、並びにSiO、ZnO、SnO、PbO、TiO、In、Ga、Al、GeO、及びBi等の酸化物の他、上記物質の少なくとも1種を含む組み合わせが挙げられる。NH検知電極の材料は、例えば多孔質を形成し電解質の接触面積を増大させるために、従来の酸化物電解質材料、例えば、ジルコニア、ドープしたジルコニア、セリア、ドープしたセリア、又はSiO、Al等も包含することができる。軟化点の低いガラスフリット材料の添加剤をバインダーとして電極材料に加えて、電極材料を電解質の表面に結合してもよい。 Possible materials for the NH 3 sensing electrode 513 include vanadium (V), tungsten (W), molybdenum (Mo) first oxide compounds, and combinations containing at least one of the above substances. a second oxide ingredient that can be to the first oxide component enhancing or NH 3 detection sensitivity and / or NH 3 detection selectivity increase the conductivity may be doped. Typical first components include ternary vanadate compounds such as bismuth vanadium oxide (BiVO 4 ), copper vanadium oxide (Cu 2 (VO 3 ) 2 ), tungsten ternary oxide, and / or Examples include ternary molybdenum (MoO 3 ) and combinations containing at least one of the above substances. Typical second component metals include oxides such as alkali oxides, alkaline earth oxides, transition metal oxides, rare earth oxides, and SiO 2 , ZnO, SnO, PbO, TiO 2 , In 2 O 3. In addition to oxides such as Ga 2 O 3 , Al 2 O 3 , GeO, and Bi 2 O 3 , combinations containing at least one of the above substances can be given. The NH 3 sensing electrode material can be a conventional oxide electrolyte material, eg, zirconia, doped zirconia, ceria, doped ceria, or SiO 2 , Al, to form a porous and increase the contact area of the electrolyte, for example. 2 O 3 and the like can also be included. An additive of a glass frit material having a low softening point may be added as a binder to the electrode material to bond the electrode material to the surface of the electrolyte.

NO検知電極514には、上記NH検知電極513と異なる材料であり、B酸点形成機能を有さずかつNOに対する選択性を有する半導体材料が用いられる。NO検知電極514には、NH検知電極513と異なる材料が用いられるため、少なくともHO及びNHに対する反応性に差がある。より具体的には、NO検知電極514の材料としては、例えばTbCrOにMgOを添加して得られる金属酸化物半導体が用いられる。NO検知電極514は、排気に晒されるように固体電解質体511の表面に接合される。このNO検知電極514と固体電解質体511は、互いに価電子帯や伝導帯の電位及びフェルミ準位が異なる異種半導体である。したがって、NO検知電極514と固体電解質体511との接合は、ヘテロ接合となっている。ただし、上述のNH検知電極513−固体電解質体511間の接合と異なり、NO検知電極514と固体電解質体511とでは価電子帯の電位がやや異なる程度で、伝導帯電位はほぼ同等である。また、詳細な説明は省略するが、NO検知電極514を以上のように構成することにより、NO検知電極514と基準電極512との間には、排気中のNOの濃度に応じた起電力が発生する。以下では、これら電極514,512との間に発生する起電力を“SUB−EMF”と表記する。 The NO 2 sensing electrode 514 is made of a semiconductor material that is different from the NH 3 sensing electrode 513 and has no B acid point forming function and has selectivity for NO 2 . Since a material different from that of the NH 3 sensing electrode 513 is used for the NO 2 sensing electrode 514, there is a difference in reactivity to at least H 2 O and NH 3 . More specifically, as a material for the NO 2 sensing electrode 514, for example, a metal oxide semiconductor obtained by adding MgO to TbCrO 3 is used. The NO 2 detection electrode 514 is joined to the surface of the solid electrolyte body 511 so as to be exposed to the exhaust gas. The NO 2 sensing electrode 514 and the solid electrolyte body 511 are dissimilar semiconductors having different valence band and conduction band potentials and Fermi levels. Therefore, the junction between the NO 2 detection electrode 514 and the solid electrolyte body 511 is a heterojunction. However, unlike the above-described junction between the NH 3 sensing electrode 513 and the solid electrolyte body 511, the NO 2 sensing electrode 514 and the solid electrolyte body 511 have slightly different valence band potentials and substantially the same conduction charge level. is there. Although detailed description is omitted, by configuring the NO 2 detection electrode 514 as described above, the NO 2 detection electrode 514 and the reference electrode 512 are arranged according to the concentration of NO 2 in the exhaust gas. An electromotive force is generated. Hereinafter, the electromotive force generated between the electrodes 514 and 512 is referred to as “SUB-EMF”.

またNO検知電極514の考え得る材料としては、イッテルビウム、クロム、ユウロピウム、エルビウム、亜鉛、ネオジム、鉄、マグネシウム、ガドリニウム、テルビウム、クロム及び上記物質の少なくとも1種を含む組み合わせの酸化物、例えばYbCrO、LaCrO、ErCrO、EuCrO、SmCrO、HoCrO、GdCrO、NdCrO、TbCrO、ZnFe、MgFe及びZnCr2O、並びに上記物質の少なくとも1種を含む組み合わせを挙げることができる。さらにNO検知電極514は、材料(1以上)のNOx感度及び選択性並びに操作温度での導電性を向上させるドーパントを含むことができる。これらのドーパントとしては、以下の元素の1種以上を挙げることができる:Ba(バリウム)、Ti(チタン)、Ta(タンタル)、K(カリウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、V(バナジウム)、Ag(銀)、Cd(カドミウム)、Pb(鉛)、W(タングステン)、Sn(スズ)、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Er(エルビウム)、Mn(マンガン)、Ni(ニッケル)、Zn(亜鉛)、Na(ナトリウム)、Zr(ジルコニウム)、Nb(ニオブ)、Co(コバルト)、Mg(マグネシウム)、Rh(ロジウム)、Nd(ネオジム)、Gd(ガドリニウム)、及びHo(ホルミウム)、並びに上記ドーパントの少なくとも1種を含む組み合わせ。 Possible materials for the NO 2 sensing electrode 514 include ytterbium, chromium, europium, erbium, zinc, neodymium, iron, magnesium, gadolinium, terbium, chromium, and a combination of oxides containing at least one of the above substances, such as YbCrO. 3 , LaCrO 3 , ErCrO 3 , EuCrO 3 , SmCrO 3 , HoCrO 3 , GdCrO 3 , NdCrO 3 , TbCrO 3 , ZnFe 2 O 4 , MgFe 2 O 4 and ZnCr 2 2O 4 , and at least one of the above materials Combinations can be mentioned. Furthermore, the NO 2 sensing electrode 514 can include a dopant that improves the NOx sensitivity and selectivity of the material (one or more) and the conductivity at the operating temperature. These dopants can include one or more of the following elements: Ba (barium), Ti (titanium), Ta (tantalum), K (potassium), Ca (calcium), Sr (strontium), V (Vanadium), Ag (silver), Cd (cadmium), Pb (lead), W (tungsten), Sn (tin), Sm (samarium), Eu (europium), Er (erbium), Mn (manganese), Ni (Nickel), Zn (zinc), Na (sodium), Zr (zirconium), Nb (niobium), Co (cobalt), Mg (magnesium), Rh (rhodium), Nd (neodymium), Gd (gadolinium), and A combination containing Ho (holmium) and at least one of the above dopants.

図3は、NH検知電極及びNO検知電極を固体電解質体に接合した後におけるそれぞれの接合部分のバンド構造を模式的に示す図である。図3の上段は、NH検知電極(BiVO)−固体電解質体(ZrO+Y)のバンド構造を示し、図3の下段は、NO検知電極(TbCrO)−固体電解質体(ZrO+Y)のバンド構造を示す。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the band structure of each joined portion after joining the NH 3 sensing electrode and the NO 2 sensing electrode to the solid electrolyte body. 3 shows the band structure of NH 3 sensing electrode (BiVO 4 ) -solid electrolyte body (ZrO 2 + Y 2 O 3 ), and the lower stage of FIG. 3 shows NO 2 sensing electrode (TbCrO 3 ) -solid electrolyte body. The band structure of (ZrO 2 + Y 2 O 3 ) is shown.

図3の上段に示すように、異種半導体の接合では、互いのフェルミ準位を一致させつつ、価電子帯や伝導帯は強制的に結ばれる。この結果、固体電解質体側からNH検知電極側へは障壁電位は無いため、O2−イオンの伝導性は良い。逆にNH検知電極側から固体電解質体側へは障壁電位を伴うため、O2−イオンの伝導性は悪い。また図3の上段に示すように、価電子帯の電位差によってNH検知電極側には固体電解質体側から遷移するホール(h)が溜まる。これはNH検知電極におけるNH等の酸化力の向上に寄与する。 As shown in the upper part of FIG. 3, in the junction of different semiconductors, the valence band and the conduction band are forcibly connected while matching the Fermi levels of each other. As a result, since there is no barrier potential from the solid electrolyte body side to the NH 3 detection electrode side, the conductivity of O 2− ions is good. Conversely, since the barrier potential is accompanied from the NH 3 sensing electrode side to the solid electrolyte body side, the conductivity of O 2− ions is poor. Also, as shown in the upper part of FIG. 3, holes (h + ) that transition from the solid electrolyte body side accumulate on the NH 3 sensing electrode side due to the potential difference in the valence band. This contributes to the improvement of the oxidizing power of NH 3 and the like in the NH 3 sensing electrode.

図3の下段に示すように、NO検知電極と固体電解質体とでは、伝導帯電位はほぼ同等である。このため、NO検知電極と固体電解質体との間では、相互にO2−イオンの伝導性が良い。なお、NO検知電極及び固体電解質体は、NH検知電極及び固体電解質体と比較すると、互いのバンド構造が近い。このため、NO検知電極と固体電解質体との間では、NH検知電極と固体電解質体との間よりも界面分極が起こりにくくなっている。 As shown in the lower part of FIG. 3, the conduction charge level is substantially equal between the NO 2 detection electrode and the solid electrolyte body. For this reason, the conductivity of O 2− ions is good between the NO 2 sensing electrode and the solid electrolyte body. Note that the NO 2 sensing electrode and the solid electrolyte body have close band structures compared to the NH 3 sensing electrode and the solid electrolyte body. For this reason, interfacial polarization is less likely to occur between the NO 2 sensing electrode and the solid electrolyte body than between the NH 3 sensing electrode and the solid electrolyte body.

図2に戻り、温度検出ユニット52は、板状の測温セル521と、この測温セル521の両側の面に設けられた測温電極522,523と、を含んで構成され、ガス検出ユニット51とヒータ53との間に設けられる。測温セル521には、温度に応じてインピーダンスが変化する材料(例えば、ZrO)が用いられる。測温電極522,523はそれぞれセンサコントローラに接続されており、測温セル521の温度に相当する測温セル521のインピーダンスZ(Imp)はセンサコントローラによって測定される。以下では、このインピーダンスZ(Imp)から得られる温度、すなわち測温セル521における温度を単に検出素子5dの温度ともいう。 Returning to FIG. 2, the temperature detection unit 52 includes a plate-shaped temperature measurement cell 521 and temperature measurement electrodes 522 and 523 provided on both sides of the temperature measurement cell 521, and is a gas detection unit. 51 and the heater 53. A material (for example, ZrO 2 ) whose impedance changes according to temperature is used for the temperature measuring cell 521. The temperature measuring electrodes 522 and 523 are respectively connected to the sensor controller, and the impedance Z (Imp) of the temperature measuring cell 521 corresponding to the temperature of the temperature measuring cell 521 is measured by the sensor controller. Hereinafter, the temperature obtained from the impedance Z (Imp), that is, the temperature in the temperature measuring cell 521 is also simply referred to as the temperature of the detection element 5d.

ヒータ53は、電流が流れると発熱する電熱線531と、この電熱線531が設けられた板状の基板532と、を含んで構成され、発熱面がNH検知電極513やNO検知電極514の近傍に位置するように、温度検出ユニット52に設けられる。電熱線531への供給電力は、図示しないバッテリから電熱線531へ供給される駆動電流のデューティ比をヒータコントローラによって調整することによって制御される。 The heater 53 is configured to include a heating wire 531 that generates heat when a current flows and a plate-like substrate 532 provided with the heating wire 531, and the heating surface is the NH 3 detection electrode 513 or the NO 2 detection electrode 514. It is provided in the temperature detection unit 52 so as to be located in the vicinity of. The power supplied to the heating wire 531 is controlled by adjusting the duty ratio of the drive current supplied from the battery (not shown) to the heating wire 531 by the heater controller.

次に、以上のように構成されたNHセンサの主要な機能である起電力の発生メカニズムを説明する。
図4は、NHセンサの検出素子を排気に晒したときに進行する反応の一例を示す図であり、起電力の発生メカニズムを簡略化して表した図である。図4には、検出素子のうちNH検知電極と固体電解質体と基準電極とで構成された部分のみを示す。また図4の左側は排気中にNHが含まれていないときの反応を示し、図4の右側は排気中にNHが含まれているときの反応を示す。
Next, an electromotive force generation mechanism, which is a main function of the NH 3 sensor configured as described above, will be described.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a reaction that proceeds when the detection element of the NH 3 sensor is exposed to exhaust gas, and is a diagram showing the generation mechanism of electromotive force in a simplified manner. FIG. 4 shows only a portion of the detection element constituted by the NH 3 detection electrode, the solid electrolyte body, and the reference electrode. Further, the left side of FIG. 4 shows the reaction when NH 3 is not contained in the exhaust gas, and the right side of FIG. 4 shows the reaction when NH 3 is contained in the exhaust gas.

始めに図4の左側に示す反応について説明する。NH検知電極に含まれるBiVOは、熱等の外部エネルギーによって励起されるとO−2p軌道(価電子帯)の電子が禁制帯を飛び越えてV−3d軌道(伝導帯)に移る。これにより、図4に示すように、O−2p軌道より移った電子の抜け穴にはホール(h+)が生じ酸化サイトが形成され、V−3d軌道に移った電子によって還元サイトが形成される。還元サイトでは、Oを還元しO2−イオンを生成する反応が進行し、酸化サイトではO2−イオンを酸化しOを生成する反応が進行する。この際、排気中にNHが含まれていない場合、NH検知電極側に形成される還元サイト及び酸化サイトで進行するO→2O2−及び2O2−→Oの反応もほぼ平衡する。このため、排気中にNHが含まれていなければ、両電極間で起電力が生じない。すなわち、MAIN−EMF≒0となる。 First, the reaction shown on the left side of FIG. 4 will be described. When BiVO 4 contained in the NH 3 sensing electrode is excited by external energy such as heat, the electrons in the O-2p orbit (valence band) jump over the forbidden band and move to the V-3d orbit (conduction band). As a result, as shown in FIG. 4, holes (h +) are generated in the holes of the electrons moved from the O-2p orbital, and an oxidation site is formed, and a reduction site is formed by the electrons moved to the V-3d orbital. The reduction site, reducing the O 2 to generate the O 2- ions the reaction proceeds, the reaction that generates oxidizing the O 2- ions O 2 to proceed the oxidation site. At this time, when NH 3 is not included in the exhaust gas, the reaction of O 2 → 2O 2− and 2O 2− → O 2 proceeding at the reduction site and the oxidation site formed on the NH 3 detection electrode side is almost balanced. To do. For this reason, if NH 3 is not contained in the exhaust gas, no electromotive force is generated between both electrodes. That is, MAIN-EMF≈0.

次に図4の右側に示す反応について説明する。NH検知電極に含まれるBiVOが励起状態にありかつ周囲にHOが存在すると、酸化サイトでHOが・OHに分解される。分解された・OHは、その後、Bi−6S軌道からV−3d軌道への電子遷移によってトラップされ、これによってB酸点が形成される。B酸点は、強い水素結合力によって、極性分子であるNHを引きつけるが、無極性分子であるHCを引きつけない強いNH選択性を有する。なお、B酸点は、NHだけでなく極性分子であるHOを引きつける機能もある。このため、B酸点を形成するためにはHOが必要であるが、HOが多すぎるとNHの吸着を妨害し、NH検知電極と基準電極との間の起電力MAIN−EMFを負方向へ変化させるように作用する。排気中にNHが存在すると、このNHは、NH検知電極に形成されたB酸点に引きつけられるとともに、還元サイトで捕捉したO2−イオンによって酸化され、HOとNになる。この際、図4の右側に示すように、NH検知電極側で電子の収支差が発生する。これにより、排気中にNHが存在する場合、NH検知電極と基準電極との間にはNHの濃度に応じて変化する0でない起電力MAIN−EMFが発生する。 Next, the reaction shown on the right side of FIG. 4 will be described. When BiVO 4 contained in the NH 3 detection electrode is present H 2 O to have and surrounding the excited state, H 2 O is decomposed to · OH oxide site. The decomposed .OH is then trapped by an electronic transition from the Bi-6S orbital to the V-3d orbital, thereby forming a B acid point. The B acid point attracts NH 3 which is a polar molecule by strong hydrogen bonding force, but has strong NH 3 selectivity which does not attract HC which is a nonpolar molecule. Note that the B acid point has a function of attracting not only NH 3 but also H 2 O, which is a polar molecule. For this reason, H 2 O is required to form B acid spots, but if there is too much H 2 O, the adsorption of NH 3 is hindered, and the electromotive force MAIN between the NH 3 sensing electrode and the reference electrode -Acts to change EMF in the negative direction. When NH 3 is present in the exhaust gas, this NH 3 is attracted to the B acid sites formed on the NH 3 sensing electrode and is oxidized by O 2− ions trapped at the reduction site, resulting in H 2 O and N 2 . Become. At this time, as shown on the right side of FIG. 4, an electron balance difference occurs on the NH 3 detection electrode side. As a result, when NH 3 is present in the exhaust gas, a non-zero electromotive force MAIN-EMF that changes according to the concentration of NH 3 is generated between the NH 3 detection electrode and the reference electrode.

図5は、以上のように構成されたNHセンサの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFのNH/NO特性を示す図である。図5には、NH濃度及びNO濃度が共に0であり、HO濃度が6.5%であり、O濃度が10.45%でありかつ200℃のベースガスを供給した場合(中央)、上記ベースガスのNH濃度を増加させた場合(右側)、及び上記ベースガスのNO濃度を増加させた場合(左側)における起電力MAIN−EMF,SUB−EMFの変化を示す。起電力MAIN−EMFは、図4を参照して説明したようにNH濃度に応じた変化を示すと同時に、NO濃度に応じた変化も示す。したがって起電力MAIN−EMFのみではNHとNOとを区別することができず、NH濃度を推定することができない。そこでセンサコントローラでは、起電力MAIN−EMFに加えて、NOに対して正側へ変化する起電力SUB−EMFを用いることにより、NOの影響を除外してNH濃度を推定する。 FIG. 5 is a diagram showing the NH 3 / NO 2 characteristics of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF of the NH 3 sensor configured as described above. FIG. 5 shows a case where the NH 3 concentration and the NO 2 concentration are both 0, the H 2 O concentration is 6.5%, the O 2 concentration is 10.45%, and a base gas of 200 ° C. is supplied. (Center) shows changes in electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF when the NH 3 concentration of the base gas is increased (right side) and when the NO 2 concentration of the base gas is increased (left side). . The electromotive force MAIN-EMF shows a change according to the NH 3 concentration as described with reference to FIG. 4 and also shows a change according to the NO 2 concentration. Therefore, NH 3 and NO 2 cannot be distinguished only by the electromotive force MAIN-EMF, and the NH 3 concentration cannot be estimated. Therefore, the sensor controller uses the electromotive force SUB-EMF that changes to the positive side with respect to NO 2 in addition to the electromotive force MAIN-EMF, thereby estimating the NH 3 concentration without the influence of NO 2 .

図6は、NHセンサの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFの空燃比特性を示す図である。図6には、NH濃度を20ppmで維持しながら、O濃度及びHO濃度を各排気の空燃比に相当する組み合わせに変化させた時における2つの起電力MAIN−EMF,SUB−EMF及びこれら2つの起電力に基づいて推定されるNH濃度の変化を示す。なおここでは、NH濃度は、2つの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFを用いることによって図5を参照して説明したようにNOの影響を除外して推定した。また図6では、O濃度が5.2%でありかつHO濃度が9.2%の組み合わせのガスを空燃比19.5相当とし、O濃度が13.2%でありかつHO濃度が4.4%の組み合わせのガスを空燃比40.5相当とし、O濃度が15.4%でありかつHO濃度が3.2%の組み合わせのガスを空燃比58相当とした。 FIG. 6 is a diagram showing the air-fuel ratio characteristics of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF of the NH 3 sensor. FIG. 6 shows two electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF when the O 2 concentration and the H 2 O concentration are changed to a combination corresponding to the air-fuel ratio of each exhaust gas while maintaining the NH 3 concentration at 20 ppm. And changes in NH 3 concentration estimated based on these two electromotive forces. Here, the NH 3 concentration was estimated by excluding the influence of NO 2 as described with reference to FIG. 5 by using two electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF. In FIG. 6, a combination gas having an O 2 concentration of 5.2% and an H 2 O concentration of 9.2% is assumed to be equivalent to an air-fuel ratio of 19.5, the O 2 concentration is 13.2%, and H 2 O concentration was 4.4% of the combination of the gas with the air-fuel ratio 40.5 equivalent, O 2 concentration is 15.4% and H 2 O concentration is the air-fuel ratio 58 corresponds to 3.2% of a combination of gas It was.

図6に示すように、空燃比がよりリーン側へ変化する程、起電力SUB−EMFはほぼ0で一定であるのに対し、起電力MAIN−EMFは負側へ変化する。すなわち起電力MAIN−EMFは、排気の空燃比によって変化する特性がある。結果として、これら起電力MAIN−EMF,SUB−EMFを用いることによってNOの影響を除外して推定されるNH濃度は、図6において破線で示すように、本来得られるべき20ppmからずれる。これは、起電力MAIN−EMF,SUB−EMFを用いてNH濃度を推定する場合、図5を参照して説明したようにNOに応じた補正に加えてさらに排気の空燃比に応じた補正が必要となることを意味する。より具体的には、図6に示す例では、NH濃度は、排気の空燃比が所定の基準に対してストイキ側へ変化するほど増加側へ補正する必要があり、リーン側へ変化するほど減少側へ補正する必要があると言える。 As shown in FIG. 6, the electromotive force SUB-EMF is substantially constant at 0 while the electromotive force MAIN-EMF changes to the negative side as the air-fuel ratio changes to the lean side. That is, the electromotive force MAIN-EMF has a characteristic that changes depending on the air-fuel ratio of the exhaust gas. As a result, the NH 3 concentration estimated by eliminating the influence of NO 2 by using these electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF deviates from 20 ppm that should be originally obtained, as shown by a broken line in FIG. This is because when NH 3 concentration is estimated using electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF, in addition to correction according to NO 2 as described with reference to FIG. This means that correction is required. More specifically, in the example shown in FIG. 6, the NH 3 concentration needs to be corrected to the increasing side as the air-fuel ratio of the exhaust gas changes to the stoichiometric side with respect to a predetermined reference, and the NH 3 concentration changes to the lean side. It can be said that it is necessary to correct to the decrease side.

図7は、NHセンサの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFのHO特性(図7の左側)及びO特性(図7の右側)を示す図である。図7には、図6と同様にNH濃度を20ppmで維持しながら、HO濃度及びO濃度をそれぞれ変化させた時における2つの起電力MAIN−EMF,SUB−EMF及びこれら2つの起電力に基づいて推定されるNH濃度の変化を示す。なお図7においても、NH濃度は、図6と同様にNOの影響を除外して推定した。 FIG. 7 is a diagram showing H 2 O characteristics (left side of FIG. 7) and O 2 characteristics (right side of FIG. 7) of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF of the NH 3 sensor. FIG. 7 shows two electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF when the H 2 O concentration and the O 2 concentration are changed while maintaining the NH 3 concentration at 20 ppm as in FIG. shows the variation of the NH 3 concentration is estimated based on the electromotive force. In FIG. 7 as well, the NH 3 concentration was estimated without the influence of NO 2 as in FIG.

図7の左側に示すように、HO濃度が高くなる程、起電力SUB−EMFはほぼ0で一定であるのに対し、起電力MAIN−EMFは負側で0へ向けて上昇する。また図7の右側に示すように、O濃度が高くなる程、起電力SUB−EMFはほぼ0で一定であるのに対し、起電力MAIN−EMFは負側で0へ向けて上昇する。すなわち、起電力MAIN−EMFは、排気のHO濃度及びO濃度それぞれによって変化する特性がある。結果としてこれら起電力MAIN−EMF,SUB−EMFを用いることによってNOの影響を除外して推定されるNH濃度は、図6において破線で示すように、本来得られるべき20ppmからずれる。これは、排気中のHOとOのモル比が空燃比に相当するものとすれば、起電力MAIN−EMF,SUB−EMFを用いてNH濃度を推定する場合には、NOと空燃比応じた補正に加えてさらに、大気のHO濃度(すなわち、大気の湿度)に応じた補正が必要となることを意味する。より具体的には、図7の例では、NH濃度は、大気のHO濃度が所定の基準に対して低くなるほど減少側へ補正する必要があり、高くなるほど増加側へ補正する必要があると言える。 As shown in the left side of FIG. 7, as the H 2 O concentration increases, the electromotive force SUB-EMF is substantially 0 and constant, whereas the electromotive force MAIN-EMF increases toward 0 on the negative side. As the O 2 concentration increases, the electromotive force SUB-EMF is almost constant at 0, whereas the electromotive force MAIN-EMF increases toward 0 on the negative side, as shown on the right side of FIG. That is, the electromotive force MAIN-EMF has a characteristic that varies depending on the H 2 O concentration and the O 2 concentration of the exhaust gas. As a result, the NH 3 concentration estimated by eliminating the influence of NO 2 by using these electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF deviates from 20 ppm which should be originally obtained as shown by a broken line in FIG. If the molar ratio of H 2 O and O 2 in the exhaust corresponds to the air-fuel ratio, NO 2 is estimated when the NH 3 concentration is estimated using the electromotive force MAIN-EMF and SUB-EMF. In addition to the correction according to the air-fuel ratio, it means that correction according to the H 2 O concentration in the atmosphere (that is, the humidity of the atmosphere) is required. More specifically, in the example of FIG. 7, the NH 3 concentration needs to be corrected to the decreasing side as the H 2 O concentration in the atmosphere is lower than a predetermined reference, and needs to be corrected to the increasing side as it is higher. It can be said that there is.

図8は、NHセンサの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFのHO特性を示す図である。図8には、NH濃度を0%としたまま上記ベースガスのHO濃度を1%から10%まで増加させた時における2つの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFの変化を示す。図6に示すように、起電力SUB−EMFはHO濃度を増加させても、正側においてごく僅かしか低下しない。これに対し、起電力MAIN−EMFはHO濃度を増加させると、正側から負側へ起電力SUB−EMFよりも大幅に低下する。これは、図4を参照して説明したように、NH検知電極は排気中のHOを用いてB酸点を形成する機能を有するからであると考えられる。すなわち、排気中のHOの量が増加すると、HOが酸化されてNH検知電極に形成されるB酸点の数が増加するため、NHが存在していなくても起電力MAIN−EMFは負の方向へ変化する。したがって、NHセンサの検出箇所におけるHO濃度は、排気中にNHが存在しないと推定される時における起電力MAIN−EMFとSUB−EMFとの差に基づいて推定することができる。 FIG. 8 is a diagram showing the H 2 O characteristics of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF of the NH 3 sensor. FIG. 8 shows changes in the two electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF when the H 2 O concentration of the base gas is increased from 1% to 10% while keeping the NH 3 concentration at 0%. As shown in FIG. 6, even if the electromotive force SUB-EMF increases the H 2 O concentration, it decreases only slightly on the positive side. On the other hand, when the electromotive force MAIN-EMF increases the H 2 O concentration, the electromotive force MAIN-EMF is significantly lower than the electromotive force SUB-EMF from the positive side to the negative side. This is considered to be because the NH 3 sensing electrode has a function of forming B acid spots using H 2 O in the exhaust gas as described with reference to FIG. That is, when the amount of H 2 O in the exhaust gas increases, the number of B acid spots formed on the NH 3 sensing electrode increases due to the oxidation of H 2 O. Therefore, even if NH 3 is not present, the electromotive force MAIN-EMF changes in the negative direction. Therefore, the H 2 O concentration at the detection location of the NH 3 sensor can be estimated based on the difference between the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF when it is estimated that NH 3 is not present in the exhaust gas.

図9は、NHセンサの検出素子5d及びこれを制御するセンサコントローラ73の構成を示すブロック図である。センサコントローラ73は、NH濃度演算モジュール731と、湿度推定モジュール732と、温調モジュール733と、を備える。以下、各モジュール731〜733の機能について順に説明する。 FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the detection element 5d of the NH 3 sensor and the sensor controller 73 that controls the detection element 5d. The sensor controller 73 includes an NH 3 concentration calculation module 731, a humidity estimation module 732, and a temperature adjustment module 733. Hereinafter, functions of the modules 731 to 733 will be described in order.

NH濃度演算モジュール731では、NH検知電極513で発生する起電力MAIN−EMF[mV]、NO検知電極514で発生する起電力SUB−EMF[mV]、空燃比センサによって検出される排気の空燃比[A/F]、及び湿度推定モジュール732によって推定される大気の湿度(単位重量の大気中に含まれる水の重量)[g/kg]を用いて、排気のNH濃度[ppm]を算出する。ここで算出された排気のNH濃度は、例えばDCUに送信され、DCUにおける尿素水噴射制御に用いられる。以下、これら起電力MAIN−EMF,SUB−EMF、空燃比、及び大気湿度を用いてNH濃度を推定する手順について説明する。 In the NH 3 concentration calculation module 731, electromotive force MAIN-EMF [mV] generated at the NH 3 detection electrode 513, electromotive force SUB-EMF [mV] generated at the NO 2 detection electrode 514, exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor. And the atmospheric humidity estimated by the humidity estimation module 732 (weight of water contained in the unit weight of the atmosphere) [g / kg], the NH 3 concentration [ppm] ] Is calculated. The NH 3 concentration of the exhaust gas calculated here is transmitted to the DCU, for example, and used for urea water injection control in the DCU. Hereinafter, a procedure for estimating the NH 3 concentration using these electromotive forces MAIN-EMF, SUB-EMF, air-fuel ratio, and atmospheric humidity will be described.

先ず、図5を参照して説明したように、起電力MAIN−EMFは、排気のNH濃度が増加すると負側へ変化する特性があることから、所定の演算式を用いて起電力MAIN−EMF[mV]からNH濃度[ppm]を算出することができる。しかしながら図5に示すように、起電力MAIN−EMFは排気のNO濃度が増加すると正側へ変化する特性があるため、排気中にNHとNOとが共存する場合には、起電力MAIN−EMFのみではNH濃度を正確に算出することができない。そこでNH濃度演算モジュール731では、排気のNO濃度に応じて正側に変化する起電力SUB−EMFを用いることによって起電力MAIN−EMFからNOによる影響を取り除いたNH濃度を算出する。 First, as described with reference to FIG. 5, the electromotive force MAIN-EMF has a characteristic of changing to the negative side when the NH 3 concentration in the exhaust gas is increased. NH 3 concentration [ppm] can be calculated from EMF [mV]. However, as shown in FIG. 5, the electromotive force MAIN-EMF has a characteristic of changing to the positive side when the NO 2 concentration in the exhaust gas is increased. Therefore, when NH 3 and NO 2 coexist in the exhaust gas, the electromotive force is increased. only by the MAIN-EMF is not possible to accurately calculate the NH 3 concentration. Therefore, in NH 3 concentration calculation module 731 calculates the NH 3 concentration by removing the influence of NO 2 from the electromotive force MAIN-EMF by using an electromotive force SUB-EMF that changes to the positive side in accordance with the NO 2 concentration of the exhaust .

また図6及び図7を参照して説明したように、起電力MAIN−EMF,SUB−EMFは、それぞれ排気のHO濃度及びO濃度によって変化する。そこでNH濃度演算モジュール731では、これらHO濃度及びO濃度の影響を排除すべく、空燃比センサによって検出される排気の空燃比と湿度推定モジュール732によって推定される大気湿度との2つのパラメータを用いることによって、図10に例示するようなテーブルやマップを検索することによって“1”近傍の正の補正係数の値を決定し、さらにこの補正係数値を上記NOによる影響が取り除かれたNH濃度に乗算することによってNO、HO、Oの影響が取り除かれた正確なNH濃度を算出する。 As described with reference to FIGS. 6 and 7, the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF change depending on the H 2 O concentration and the O 2 concentration of the exhaust gas, respectively. Therefore, in the NH 3 concentration calculation module 731, the exhaust air air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor and the atmospheric humidity estimated by the humidity estimation module 732 are excluded to eliminate the effects of these H 2 O concentration and O 2 concentration. By using one parameter, the value of the positive correction coefficient in the vicinity of “1” is determined by searching a table or map as illustrated in FIG. 10, and this correction coefficient value is further removed from the influence of NO 2. By multiplying the obtained NH 3 concentration, an accurate NH 3 concentration in which the influence of NO 2 , H 2 O, and O 2 is removed is calculated.

図10に示すように補正係数を決定するテーブルは、所定の空燃比及び大気湿度の組み合わせ(例えば、空燃比=25〜30、大気湿度=7〜10)を基準状態と定義し、この基準状態における補正係数の値を“1.00”とし、NH濃度を一定に維持しながら各空燃比及び大気湿度の組み合わせの下で上記基準状態からのずれを測定することによって構築される。 As shown in FIG. 10, the table for determining the correction coefficient defines a combination of a predetermined air-fuel ratio and atmospheric humidity (for example, air-fuel ratio = 25-30, atmospheric humidity = 7-10) as a reference state, and this reference state The value of the correction coefficient is set to “1.00”, and the deviation from the reference state is measured under a combination of each air-fuel ratio and atmospheric humidity while maintaining the NH 3 concentration constant.

図9に戻り湿度推定モジュール732では、2つの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFはHO濃度に応じて特徴的な振る舞いを示すことを利用して(図8参照)、これら起電力MAIN−EMF,SUB−EMFに基づいて、後に図11を参照して説明する手順に従って大気の湿度[g/kg]を算出する。ここで算出された大気の湿度は、例えば上述のようにNH濃度演算モジュール731に送信され、NH濃度を高精度で推定するのに用いられる。 Returning to FIG. 9, the humidity estimation module 732 utilizes the fact that the two electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF exhibit a characteristic behavior according to the H 2 O concentration (see FIG. 8), and these electromotive forces MAIN. Based on -EMF and SUB-EMF, atmospheric humidity [g / kg] is calculated according to a procedure described later with reference to FIG. The atmospheric humidity calculated here is transmitted to the NH 3 concentration calculation module 731 as described above, for example, and used to estimate the NH 3 concentration with high accuracy.

温調モジュール733は、測温セル521のインピーダンスZ(Imp)を測定する計測回路733aと、インピーダンスZ(Imp)が所定の目標値になるように(すなわち、検出素子5dの温度がインピーダンスの目標値に相当する目標温度になるように)ヒータ53の駆動電流を調整する駆動回路733bと、を備える。NH検知電極513やNO検知電極514等、検出素子5dを構成する材料には様々な触媒が用いられているため、これら触媒の機能を生かして正確にNH濃度を算出するためには、触媒が活性しているように検出素子5dの温度を予め定められた目標温度に維持する必要がある。温調モジュール733は、これら計測回路733a及び駆動回路733bを用いることによって、検出素子5dの温度を所定の目標温度に維持する。 The temperature adjustment module 733 includes a measurement circuit 733a that measures the impedance Z (Imp) of the temperature measuring cell 521, and the impedance Z (Imp) becomes a predetermined target value (that is, the temperature of the detection element 5d is an impedance target). And a drive circuit 733b for adjusting the drive current of the heater 53 so as to achieve a target temperature corresponding to the value. Since various catalysts are used for the material constituting the detection element 5d such as the NH 3 detection electrode 513 and the NO 2 detection electrode 514, in order to accurately calculate the NH 3 concentration by utilizing the function of these catalysts. The temperature of the detection element 5d needs to be maintained at a predetermined target temperature so that the catalyst is active. The temperature adjustment module 733 maintains the temperature of the detection element 5d at a predetermined target temperature by using the measurement circuit 733a and the drive circuit 733b.

図11は、センサコントローラによる大気湿度推定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。この処理は、図示しないイグニッションスイッチがオンにされたことに応じてNHセンサへの通電が開始された後、イグニッションスイッチがオフにされるまでの間において、センサコントローラの湿度推定モジュールにおいて所定の周期で繰り返し実行される。 FIG. 11 is a flowchart showing a specific procedure of atmospheric humidity estimation processing by the sensor controller. This process is performed by the humidity estimation module of the sensor controller until the ignition switch is turned off after energization of the NH 3 sensor is started in response to the ignition switch (not shown) being turned on. It is executed repeatedly in a cycle.

S1では、センサコントローラは、現在の排気温度がSCR触媒においてNHスリップが開始する温度に相当する所定温度(例えば、180℃)以下であるか否かを判定する。S1の判定がNOである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所における排気には、SCR触媒からスリップしたNHが存在する可能性があると判断し、以下の処理を行うことなく図11の処理を終了する。 In S1, the sensor controller determines whether or not the current exhaust temperature is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 180 ° C.) corresponding to the temperature at which NH 3 slip starts in the SCR catalyst. When the determination of S1 is NO, the sensor controller determines that there is a possibility that NH 3 slipped from the SCR catalyst exists in the exhaust at the detection position of the NH 3 sensor, and performs the process without performing the following processing. 11 processing is ended.

S1の判定がYESである場合、センサコントローラは、所定時間前から現在までの間にわたり尿素水の噴射が停止されていたか否かを判定する(S2参照)。S2の判定がNOである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所における排気には、SCR触媒においてNOxの還元に消費されずかつSCR触媒に貯蔵されることもなかったNHが存在する可能性があると判断し、以下の処理を行うことなく図11の処理を終了する。 When the determination in S1 is YES, the sensor controller determines whether or not the urea water injection has been stopped from a predetermined time before to the present (see S2). If S2 determination is NO, the sensor controller, the exhaust gas in the detection portion of the NH 3 sensor, there are NH 3 did also be stored by not and SCR catalyst consumed in the reduction of NOx in the SCR catalyst It is determined that there is a possibility, and the processing in FIG. 11 is terminated without performing the following processing.

S1及びS2の判定が両方ともYESである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所にNHは存在しないと推定し、S3に移る。S3では、センサコントローラは、所定時間前から現在までの間にわたりエンジンにおける燃料噴射を停止するフューエルカットが継続しているか否かを判定する。S3の判定がNOである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所にはエンジンにおいて燃料が燃焼することによって生成された水が存在すると判断し、以下の処理を行うことなく図11の処理を終了する。 If S1 and S2 determination is YES Both sensor controller, NH 3 estimates not present in the detection portion of the NH 3 sensor, proceeds to S3. In S3, the sensor controller determines whether or not a fuel cut for stopping fuel injection in the engine continues from a predetermined time before to the present. When the determination in S3 is NO, the sensor controller determines that water generated by the combustion of fuel in the engine exists at the detection location of the NH 3 sensor, and performs the process of FIG. 11 without performing the following process. Exit.

S3の判定がYESである場合、センサコントローラは、起電力MAIN−EMF,SUB−EMFの挙動が共に所定の幅内で安定しているか否かを判定する(S4参照)。S4の判定がNOである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所には、大気以外の物質(例えば、NHやエンジンにおける生成水等が)存在すると判断し、以下の処理を行うことなく図11の処理を終了する。 When the determination in S3 is YES, the sensor controller determines whether the behaviors of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF are both stable within a predetermined width (see S4). If the determination in S4 is NO, the sensor controller determines that a substance other than the atmosphere (for example, NH 3 or generated water in the engine) exists at the detection location of the NH 3 sensor, and performs the following processing. Instead, the process of FIG. 11 is terminated.

S4の判定がYESである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所にはNHや燃料が燃焼することによる生成水を含まない大気が通流していると判断し、この際における2つの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFの差(より具体的には、正値と推定されるSUB−EMFから負値と推定されるMAIN−EMFを減算して得られる値)を算出し、この差に基づいて所定のマップ(例えば、図12参照)を用いることによって検出箇所における湿度、すなわち大気湿度を推定し、図11の処理を終了する。 When the determination in S4 is YES, the sensor controller determines that the atmosphere that does not contain NH 3 or the water generated by the combustion of the fuel is flowing through the detection location of the NH 3 sensor. The difference between the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF (more specifically, the value obtained by subtracting the MAIN-EMF estimated to be a negative value from the SUB-EMF estimated to be a positive value) is calculated. Based on the difference, a predetermined map (for example, see FIG. 12) is used to estimate the humidity at the detection location, that is, the atmospheric humidity, and the processing in FIG. 11 is terminated.

図12は、起電力差[mV]と大気湿度[g/kg]との関係を示すマップの一例である。図8に示すように検出箇所におけるHO濃度が高くなると、起電力SUB−EMFは正側の所定値で一定となるのに対し、起電力MAIN−EMFは負側で減少する。すなわち、起電力差が大きくなるほど大気湿度は高くなる。 FIG. 12 is an example of a map showing the relationship between the electromotive force difference [mV] and the atmospheric humidity [g / kg]. As shown in FIG. 8, when the H 2 O concentration at the detection location increases, the electromotive force SUB-EMF becomes constant at a predetermined value on the positive side, whereas the electromotive force MAIN-EMF decreases on the negative side. That is, the atmospheric humidity increases as the electromotive force difference increases.

以上、本発明の第1実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。   The first embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this. Within the scope of the gist of the present invention, the detailed configuration may be changed as appropriate.

例えば上記実施形態では、図11に示す湿度推定方法を用いて推定した大気湿度を、NH濃度を推定する際における補正係数の値を決定するために用いたが、本発明はこれに限らない。NHセンサを用いて推定した大気湿度を他の用途に用いてもよい。 For example, in the above embodiment, the atmospheric humidity estimated using the humidity estimation method shown in FIG. 11 is used to determine the value of the correction coefficient when estimating the NH 3 concentration, but the present invention is not limited to this. . The atmospheric humidity estimated using the NH 3 sensor may be used for other purposes.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。
図13は、本実施形態に係るセンサコントローラによる大気湿度推定処理の具体的な手順を示すフローチャートである。第1実施形態の大気湿度推定処理では、排気温度が所定温度より低い場合に限り(図11のS1参照)、起電力MAIN−EMF,SUB−EMFの差を用いて大気湿度を推定した。本実施形態の大気湿度推定処理は、第1実施形態と異なり、排気温度が所定温度以上であってもNHセンサを用いて大気湿度を推定できる点で異なる。なお、以下の図13の説明では、図11のフローチャートと同じ処理については、同じ符号を付し、説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 13 is a flowchart showing a specific procedure of atmospheric humidity estimation processing by the sensor controller according to the present embodiment. In the atmospheric humidity estimation process of the first embodiment, the atmospheric humidity is estimated using the difference between the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF only when the exhaust temperature is lower than the predetermined temperature (see S1 in FIG. 11). The atmospheric humidity estimation process of the present embodiment differs from the first embodiment in that the atmospheric humidity can be estimated using the NH 3 sensor even if the exhaust temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. In the following description of FIG. 13, the same processes as those in the flowchart of FIG.

始めに、S1の判定がNOである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所における排気中にNHが存在するかどうかをより詳細に判断すべく、S11に移る。S11では、センサコントローラは、S2と同様に、所定時間前から現在までの間にわたり尿素水の噴射が停止されていたか否かを判定する。S11の判定がNOである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所における排気には、SCR触媒においてNOxの還元に消費されずかつSCR触媒に貯蔵されることもなかったNHが存在する可能性があると判断し、以下の処理を行うことなく図13の処理を終了する。 First, when the determination in S1 is NO, the sensor controller proceeds to S11 in order to determine in more detail whether or not NH 3 is present in the exhaust at the detection location of the NH 3 sensor. In S11, similarly to S2, the sensor controller determines whether or not the urea water injection has been stopped from a predetermined time before to the present. If the determination in S11 is NO, the sensor controller, the exhaust gas in the detection portion of the NH 3 sensor, there are NH 3 did also be stored by not and SCR catalyst consumed in the reduction of NOx in the SCR catalyst It is determined that there is a possibility, and the processing in FIG. 13 is terminated without performing the following processing.

S12では、センサコントローラは、現在のSCR触媒のNHストレージ量を推定し、これが0であるか否か、すなわちSCR触媒にNHが貯蔵されていないか否かを判定する。なお、SCR触媒のNHストレージ量は既知の方法を利用して推定することができる。すなわち、過去の尿素水の噴射量を積算することによって得られるSCR触媒へのNHの総供給量から、NHセンサを用いて算出されるSCR触媒の下流側へのNHの総スリップ量と、過去のSCR触媒のNOx浄化率及び流入NOx量を用いて得られるSCR触媒でのNHの総消費量を減算することによって、NHストレージ量を推定することができる。S12の判定がNOである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所にはSCR触媒からスリップしたNHが存在すると判断し、以下の処理を行うことなく図13の処理を終了する。 In S12, the sensor controller estimates the current NH 3 storage amount of the SCR catalyst, and determines whether this is 0, that is, whether NH 3 is not stored in the SCR catalyst. Note that the NH 3 storage amount of the SCR catalyst can be estimated using a known method. That is, the total slip amount of NH 3 to the downstream side of the SCR catalyst calculated using the NH 3 sensor from the total supply amount of NH 3 to the SCR catalyst obtained by integrating past injection amounts of urea water. And the NH 3 storage amount can be estimated by subtracting the total consumption amount of NH 3 in the SCR catalyst obtained by using the NOx purification rate and the inflow NOx amount of the past SCR catalyst. If the determination in S12 is NO, the sensor controller determines that NH 3 slipped from the SCR catalyst is present at the detection location of the NH 3 sensor, and ends the process of FIG. 13 without performing the following process.

S11及びS12の判定が両方ともYESである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所にNHは存在しないと推定し、S13に移る。S13では、センサコントローラは、排気の空燃比を安定させるため、空燃比センサによって検出される排気の空燃比[A/F]が所定の目標空燃比(例えば、ストイキよりリーン側の20[A/F])に一致するようにEGR管を介してエンジンの燃焼室に導入される排気の量を調整するよう、FI−ECUに要求する。FI−ECUは、センサコントローラからの要求に応じて、排気の空燃比が目標空燃比に一致するようEGRバルブの開度を調整する。 If S11 and the determination of S12 is YES Both sensor controller, NH 3 estimates not present in the detection portion of the NH 3 sensor, proceeds to S13. In S13, in order to stabilize the air-fuel ratio of the exhaust, the sensor controller sets the air-fuel ratio [A / F] of the exhaust detected by the air-fuel ratio sensor to a predetermined target air-fuel ratio (for example, 20 [A / F leaner than stoichiometric). F]) is requested to the FI-ECU to adjust the amount of exhaust gas introduced into the combustion chamber of the engine via the EGR pipe. In response to a request from the sensor controller, the FI-ECU adjusts the opening degree of the EGR valve so that the air-fuel ratio of the exhaust gas matches the target air-fuel ratio.

S14では、センサコントローラは、起電力MAIN−EMF,SUB−EMFの挙動が共に所定の幅内で安定しているか否かを判定する。S14の判定がNOである場合、センサコントローラは、以下の処理を行うことなく図13の処理を終了する。   In S14, the sensor controller determines whether or not the behaviors of the electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF are both stable within a predetermined width. If the determination in S14 is NO, the sensor controller ends the process in FIG. 13 without performing the following process.

S14の判定がYESである場合、センサコントローラは、NHセンサの検出箇所には湿度の安定した排気が通流していると判断し、この際における2つの起電力MAIN−EMF,SUB−EMFの差(より具体的には、正値と推定されるSUB−EMFから負値と推定されるMAIN−EMFを減算して得られる値)を算出し、この差に基づいて所定のマップを用いることによって検出箇所における排気の湿度を推定する(S15参照)。ここで、上述のように検出箇所にNHが存在しない時に、EGRバルブを操作して排気の空燃比を目標空燃比に一致させると、検出箇所におけるHOの量は、吸気管を介してエンジンの燃焼室に導入される大気に含まれていたHOと、エンジンの燃焼室で混合気を燃焼させることによって生成されるHOとを合わせた量になる。一方、混合気を燃焼させることによって生成されるHOの量は、この際の目標空燃比を用いて推定することができる。そこでS15では、センサコントローラは、上記のようにして推定した検出箇所における排気の湿度から、混合気が燃焼することによって生成されたHOの寄与分を除くことにより、大気の湿度を推定する。 If the determination in S14 is YES, the sensor controller determines that exhaust with stable humidity is flowing through the detection location of the NH 3 sensor, and the two electromotive forces MAIN-EMF and SUB-EMF at this time A difference (more specifically, a value obtained by subtracting a MAIN-EMF estimated to be a negative value from a SUB-EMF estimated to be a positive value) is calculated, and a predetermined map is used based on the difference. Is used to estimate the humidity of the exhaust at the detected location (see S15). Here, when NH 3 does not exist at the detection location as described above, if the EGR valve is operated to make the air-fuel ratio of the exhaust gas coincide with the target air-fuel ratio, the amount of H 2 O at the detection location is increased via the intake pipe. Thus, the amount of H 2 O contained in the atmosphere introduced into the combustion chamber of the engine and the amount of H 2 O generated by burning the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine is combined. On the other hand, the amount of H 2 O produced by burning the air-fuel mixture can be estimated using the target air-fuel ratio at this time. Therefore, in S15, the sensor controller estimates the humidity of the atmosphere by removing the contribution of H 2 O generated by the combustion of the air-fuel mixture from the humidity of the exhaust at the detection location estimated as described above. .

以上、本発明の第2実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。   The second embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this. Within the scope of the gist of the present invention, the detailed configuration may be changed as appropriate.

1…エンジン(内燃機関)
11…排気管(排気通路)
2…排気浄化システム
33…下流触媒コンバータ(選択還元触媒)
42…尿素水インジェクタ(噴射弁)
5…NHセンサ
512…基準電極
513…NH検知電極(第1電極)
514…NO検知電極(第2電極)
72…DCU(噴射量コントローラ)
73…センサコントローラ
731…NH濃度演算モジュール(NH濃度推定部)
732…湿度推定モジュール(湿度推定部)
1. Engine (internal combustion engine)
11 ... Exhaust pipe (exhaust passage)
2 ... Exhaust purification system 33 ... Downstream catalytic converter (selective reduction catalyst)
42 ... Urea water injector (injection valve)
5... NH 3 sensor 512... Reference electrode 513... NH 3 detection electrode (first electrode)
514 ... NO 2 detection electrode (second electrode)
72 ... DCU (injection amount controller)
73 ... Sensor controller 731 ... NH 3 concentration calculation module (NH 3 concentration estimation unit)
732 ... Humidity estimation module (humidity estimation unit)

Claims (7)

O及びNHに対する反応性に差がある第1電極及び第2電極と、基準電極と、前記第1電極、前記第2電極及び前記基準電極が接合された酸素イオン導電性の固体電解質体と、を備えるNHセンサの出力を用いた湿度推定方法であって、
前記NHセンサの検出箇所にNHが存在しないと推定される時に前記第1電極と前記基準電極との間で発生する第1起電力と前記第2電極と前記基準電極との間で発生する第2起電力との差を取得し、当該取得した差に基づいて前記検出箇所の湿度を推定することを特徴とする湿度推定方法。
A first electrode and a second electrode having a difference in reactivity with respect to H 2 O and NH 3 , a reference electrode, and an oxygen ion conductive solid electrolyte in which the first electrode, the second electrode, and the reference electrode are joined. A humidity estimation method using an output of an NH 3 sensor comprising a body ,
Generated between the first electromotive force generated between the first electrode and the reference electrode, and between the second electrode and the reference electrode when it is estimated that NH 3 does not exist at the detection location of the NH 3 sensor. A humidity estimation method characterized by acquiring a difference from the second electromotive force to be estimated, and estimating the humidity at the detection location based on the acquired difference.
内燃機関の排気通路内にNH又はその前駆体を還元剤として噴射する噴射弁と、
前記排気通路に設けられNHによって排気を浄化する選択還元触媒と、
前記選択還元触媒の下流側の検出箇所におけるNHに応じた信号を発生するNHセンサと、
前記NHセンサで発生した信号を用いて排気中のNH濃度を推定するセンサコントローラと、
前記センサコントローラによって推定されたNH濃度を用いて前記噴射弁による還元剤噴射量を制御する噴射量コントローラと、を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記NHセンサは、HO及びNHに対する反応性に差がある第1電極及び第2電極と、基準電極と、前記第1電極、前記第2電極及び前記基準電極が接合された酸素イオン導電性の固体電解質体と、を備え、
前記センサコントローラは、
前記検出箇所にNHが存在しないと推定される時に前記第1電極と前記基準電極との間で発生する第1起電力と前記第2電極と前記基準電極との間で発生する第2起電力との差を取得し、当該取得した差に基づいて前記検出箇所の湿度を推定する湿度推定部と、
前記第1起電力、前記第2起電力、及び前記湿度推定部によって推定された湿度を用いて前記検出箇所のNH濃度を推定するNH濃度推定部と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
An injection valve for injecting NH 3 or a precursor thereof as a reducing agent into the exhaust passage of the internal combustion engine;
A selective reduction catalyst provided in the exhaust passage and purifying exhaust gas by NH 3 ;
An NH 3 sensor that generates a signal corresponding to NH 3 at a detection location downstream of the selective reduction catalyst;
A sensor controller that estimates the NH 3 concentration in the exhaust gas using a signal generated by the NH 3 sensor;
An injection amount controller for controlling a reducing agent injection amount by the injection valve using an NH 3 concentration estimated by the sensor controller,
The NH 3 sensor includes a first electrode and a second electrode having a difference in reactivity with respect to H 2 O and NH 3 , a reference electrode, and oxygen bonded to the first electrode, the second electrode, and the reference electrode. An ion conductive solid electrolyte body ,
The sensor controller is
A first electromotive force generated between the first electrode and the reference electrode and a second electromotive force generated between the second electrode and the reference electrode when it is estimated that NH 3 does not exist at the detection location. A humidity estimation unit that obtains a difference with electric power and estimates the humidity of the detection location based on the obtained difference;
Internal combustion, characterized in that it comprises, and NH 3 concentration estimating unit for estimating the NH 3 concentration of the detection of positions using the first electromotive force, the second electromotive force, and humidity estimated by the humidity estimator Engine exhaust purification system.
前記湿度推定部は、前記噴射弁からの還元剤の噴射を停止しかつ前記選択還元触媒又は排気の温度が所定温度以下である時に前記検出箇所にNHは存在しないと推定し、前記差に基づいて湿度を推定することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The humidity estimation unit stops the injection of the reducing agent from the injection valve and estimates that NH 3 does not exist at the detection location when the temperature of the selective reduction catalyst or the exhaust gas is equal to or lower than a predetermined temperature. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the humidity is estimated based on the humidity. 前記湿度推定部は、前記検出箇所にNHが存在しないと推定されかつ前記内燃機関の燃焼室への燃料噴射を停止するフューエルカット中である時に、前記差に基づいて湿度を推定することを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The humidity estimation unit estimates the humidity based on the difference when it is estimated that NH 3 is not present at the detection location and the fuel cut is in progress to stop fuel injection into the combustion chamber of the internal combustion engine. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, characterized by the above. 前記排気通路を通流する排気の空燃比に応じた信号を発生する空燃比センサをさらに備え、
前記NH濃度推定部は、前記第1起電力、前記第2起電力、前記空燃比センサの出力信号、及び前記湿度推定部によって推定された湿度を用いて前記検出箇所のNH濃度を推定することを特徴とする請求項2から4の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
An air-fuel ratio sensor for generating a signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust passage;
The NH 3 concentration estimation unit estimates the NH 3 concentration at the detection location using the first electromotive force, the second electromotive force, the output signal of the air-fuel ratio sensor, and the humidity estimated by the humidity estimation unit. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, characterized in that:
前記湿度推定部は、前記噴射弁からの還元剤の噴射を停止しかつ前記選択還元触媒にNHが貯蔵されていない時に前記検出箇所にNHは存在しないと推定し、前記差に基づいて湿度を推定することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The humidity estimator, the estimated that NH 3 is not present in the detection position when the injection of the reducing agent from the injector NH 3 in stopped and the selective reduction catalyst has not been stored, based on said difference The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the humidity is estimated. 前記排気通路を通流する排気の一部を前記内燃機関の吸気通路に還流する排気還流装置と、
前記排気通路を通流する排気の空燃比に応じた信号を発生する空燃比センサと、をさらに備え、
前記湿度推定部は、前記検出箇所にNHは存在しないと推定した場合には、前記空燃比センサを用いて取得される排気の空燃比が所定の目標空燃比に一致するように前記排気還流装置を操作しながら、前記差を取得することを特徴とすることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の排気浄化システム。
An exhaust gas recirculation device for recirculating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage to the intake air passage of the internal combustion engine;
An air-fuel ratio sensor that generates a signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust flowing through the exhaust passage,
When the humidity estimation unit estimates that NH 3 does not exist at the detection location, the exhaust gas recirculation is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas obtained using the air-fuel ratio sensor matches a predetermined target air-fuel ratio. The exhaust purification system for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the difference is acquired while operating an apparatus.
JP2015205474A 2015-10-19 2015-10-19 Humidity estimation method and exhaust purification system for internal combustion engine Expired - Fee Related JP6483004B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015205474A JP6483004B2 (en) 2015-10-19 2015-10-19 Humidity estimation method and exhaust purification system for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015205474A JP6483004B2 (en) 2015-10-19 2015-10-19 Humidity estimation method and exhaust purification system for internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017078584A JP2017078584A (en) 2017-04-27
JP6483004B2 true JP6483004B2 (en) 2019-03-13

Family

ID=58665283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015205474A Expired - Fee Related JP6483004B2 (en) 2015-10-19 2015-10-19 Humidity estimation method and exhaust purification system for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6483004B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020060128A (en) * 2018-10-09 2020-04-16 株式会社Soken Abnormality determination device of ammonia sensor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3518398B2 (en) * 1999-03-11 2004-04-12 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
US20070080074A1 (en) * 2005-10-07 2007-04-12 Delphi Technologies, Inc. Multicell ammonia sensor and method of use thereof
US20100032318A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 Da Yu Wang System and method for ammonia and heavy hydrocarbon (hc) sensing
US8522760B2 (en) * 2009-12-04 2013-09-03 Ford Global Technologies, Llc Fuel alcohol content detection via an exhaust gas sensor
JP5812952B2 (en) * 2012-08-13 2015-11-17 本田技研工業株式会社 Exhaust gas purification system for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017078584A (en) 2017-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6826596B2 (en) Gas sensor and method for measuring the concentration of multiple target components in the gas to be measured
JP5812952B2 (en) Exhaust gas purification system for internal combustion engine
JP2008191043A (en) Gas sensor
JP4983726B2 (en) Gas concentration sensor warm-up control device
JP2009257888A (en) Deterioration determination control device and deterioration restoration control device for nox sensor
JP6483004B2 (en) Humidity estimation method and exhaust purification system for internal combustion engine
JP4663461B2 (en) Method and apparatus for operating an internal combustion engine
CN101578432B (en) Exhaust gas purifying apparatus for internal combustion engine
US20210333232A1 (en) Gas concentration detection device
JP5842805B2 (en) Urea water addition controller
JP2009175014A (en) NOx sensor and its deterioration diagnosis device
JP6811209B2 (en) Ammonia sensor deterioration judgment device
JP5328807B2 (en) Sensor value correction device for NOx sensor and exhaust gas purification device for internal combustion engine
CN101573514A (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2009014706A (en) Gas sensor
JP5182013B2 (en) NOx sensor abnormality diagnosis device
JP2017067041A (en) Exhaust emission control system for internal combustion engine
CN115112740A (en) Sensor for monitoring ammonia content and method for monitoring ammonia content in tail gas
JP2016166546A (en) Failure detection method of NH3 sensor
US9863907B1 (en) Electrochemical detection system and method of operation
US20090241653A1 (en) Exhaust gas sensing system and methods for sensing concentrations of exhaust gas constituents
JP4873329B2 (en) NOx sensor activity determination device, abnormality diagnosis device, and output correction device
JP2017133394A (en) Rationality diagnosis device of specific gas concentration sensor
CN109915268A (en) Catalyst deterioration detecting apparatus
JP2016166757A (en) Failure detection method of NH3 sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180906

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180918

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181116

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190122

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190213

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6483004

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees