(57)【要約】【課題】排気ガス中の希薄な硫黄成分を精度良く検出する手段を提供するとともに、この検出手段を利用した内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】温度センサが、温度検出手段と、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材とを備え、触媒又は吸着材が、気体中の反応物質を温度検出手段上で発熱反応させ、発熱反応によって上昇した温度を、温度検出手段によって検出する。触媒又は吸着材は、硫黄被毒によって発熱反応を生じさせる能力が低下する材料とし、この温度センサを、排気浄化装置の上流に設置する。温度センサの硫黄被毒後の温度が、硫黄被毒前の温度よりも低く検出されることから、硫黄被毒を判定し、排気浄化装置に硫黄成分が流入することを防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度センサであって、
前記温度センサが、温度検出手段と、前記温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材とを備え、
前記触媒又は吸着材が、反応物質を含む気体中の前記反応物質を発熱反応させる特性を有し、
前記触媒又は吸着材が、前記気体中の反応物質を前記温度検出手段上で発熱反応させ、前記発熱反応によって上昇した温度を、前記温度検出手段によって検出する、
温度センサ。
【請求項２】
前記触媒又は吸着材が、硫黄被毒することにより、前記気体中の反応物質を発熱反応させる性能が低下する触媒又は吸着材である、請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
前記気体が、内燃機関の排気である場合において、
前記温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材が、前記内燃機関が空燃比リーンの運転状態である場合に、前記排気中の酸素或いは窒素酸化物を吸蔵し、前記内燃機関が空燃比リッチの運転状態である場合に、前記排気中に酸素或いは窒素酸化物を放出する特性を有し、
前記触媒又は吸着材が、放出した酸素或いは窒素酸化物によって前記排気中の反応物質を前記温度検出手段上で発熱反応させ、前記発熱反応によって上昇した温度を、前記温度検出手段によって検出し、
前記触媒又は吸着材が、硫黄被毒することにより酸素或いは窒素酸化物を吸蔵する性能が低下し、前記排気中の反応物質を発熱反応させる性能が低下する触媒又は吸着材である、請求項２に記載の温度センサ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の温度センサを、前記気体の流路内に配置し、前記発熱反応により上昇した温度Ｔ1を検出し、前記気体中に硫黄成分が含まれない場合の前記発熱反応により上昇する温度Ｔ0と比較し、温度Ｔ1が、温度Ｔ0よりも低下している場合には、前記流路内の気体中に硫黄成分が含まれると判定する、硫黄成分検出装置。
【請求項５】
内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化装置の上流に、排気中の硫黄成分を吸蔵する硫黄トラップ装置を備え、
更に、前記硫黄トラップ装置の下流であって前記排気浄化装置の上流に、請求項４に記載の硫黄成分検出装置を備え、
前記硫黄トラップ装置の、前記排気中の硫黄成分を吸蔵する性能が低下して、前記排気浄化装置に硫黄成分を含む排気が流入する場合には、前記硫黄成分検出装置が、前記排気浄化装置に流入する排気中に硫黄成分が含まれると判定する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化装置の上流に、排気中の硫黄成分を吸蔵する硫黄トラップ装置を備え、
更に、前記硫黄トラップ装置の下流であって前記排気浄化装置の上流に、請求項３に記載の温度センサを配置した、硫黄成分検出装置であって、前記発熱反応により上昇した温度Ｔ1を検出し、前記排気中に硫黄成分が含まれない場合の前記発熱反応により上昇する温度Ｔ0と比較し、温度Ｔ1が、温度Ｔ0よりも低下している場合には、前記排気中に硫黄成分が含まれると判定する、硫黄成分検出装置を備え、
前記温度センサの上流に酸素消費手段を備え、
前記内燃機関が空燃比リッチの運転状態である場合には、排気中に残存する酸素を、前記酸素消費手段によって消費することにより、前記排気浄化装置に流入する排気中の硫黄成分検出精度を向上させた、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化装置の上流に、排気中の硫黄成分を吸蔵する硫黄トラップ装置を備え、
更に、前記硫黄トラップ装置の下流であって前記排気浄化装置の上流に、請求項３に記載の温度センサを配置した、硫黄成分検出装置であって、前記発熱反応により上昇した温度Ｔ1を検出し、前記排気中に硫黄成分が含まれない場合の前記発熱反応により上昇する温度Ｔ0と比較し、温度Ｔ1が、温度Ｔ0よりも低下している場合には、前記排気中に硫黄成分が含まれると判定する、硫黄成分検出装置を備え、
前記内燃機関が空燃比リッチの運転状態である場合には、排気中に残存する酸素量を運転条件から推定し、更に、前記残存する酸素量に依存して前記硫黄成分検出装置が示す温度上昇分ｄＴOXを推定し、
前記硫黄成分検出装置が示す温度Ｔ1から前記温度上昇分ｄＴOXを減じて得た温度Ｔ1’が、温度Ｔ0より小さい場合には、前記排気浄化装置に流入する排気中に硫黄成分が含まれると判定し、前記排気浄化装置に流入する排気中の硫黄成分検出精度を向上させた、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
請求項４に記載の硫黄成分検出装置であって、
前記温度センサを、内燃機関の排気管上流に設置し、
更に、前記硫黄成分検出装置の示す温度Ｔ1が低下して、温度Ｔ0と温度Ｔ1との温度差ｄＴ1が、所定値以上になった場合に、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材に吸着された硫黄成分のパージ処理を行なうように構成し、
一つのパージ処理の終了後、次のパージ処理を開始するまでに消費される燃料消費量が、所定の燃料消費量より少なくなった場合には、一つのパージ処理の終了後、次のパージ処理を開始するまでの時間間隔が、硫黄被毒の増加によって所定の時間間隔より短くなったと判定し、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むと判定する、請求項４に記載の硫黄成分検出装置。
【請求項９】
硫黄成分検出装置であって、
前記内燃機関の排気通路に、前記温度センサを配置する場合に、
前記温度センサの上流に、所定の熱容量を有する部材を更に備えることにより、
前記内燃機関での燃焼による排気温度上昇が前記温度センサに到達する時間を遅らせ、
前記内燃機関での燃焼による排気温度上昇と、前記温度センサにおける発熱反応による温度上昇とを分離して検出する、請求項４又は８に記載の硫黄成分検出装置。
【請求項１０】
前記温度センサの、前記温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材が、
アルミナ又はジルコニアにアルカリ金属又はアルカリ土類金属を担持した担体に、パラジウムを担持したものである、
請求項１又は２に記載の温度センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の温度センサを、前記気体の流路内に配置し、前記発熱反応により上昇した温度Ｔ1を検出し、前記気体中に硫黄成分が含まれない場合の前記発熱反応により上昇する温度Ｔ0と比較し、温度Ｔ1が、温度Ｔ0よりも低下している場合には、前記流路内の気体中に硫黄成分が含まれると判定する、硫黄成分検出装置。
【請求項１２】
内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化装置の上流に、排気中の硫黄成分を吸蔵する硫黄トラップ装置を備え、
更に、前記硫黄トラップ装置の下流であって前記排気浄化装置の上流に、請求項１１に記載の硫黄成分検出装置を備え、
前記硫黄トラップ装置の、前記排気中の硫黄成分を吸蔵する性能が低下して、前記排気浄化装置に硫黄成分を含む排気が流入する場合には、前記硫黄成分検出装置が、前記排気浄化装置に流入する排気中に硫黄成分が含まれると判定する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の硫黄成分検出装置であって、
前記温度センサを、内燃機関の排気管上流に設置し、
更に、前記硫黄成分検出装置の示す温度Ｔ1が低下して、温度Ｔ0と温度Ｔ1との温度差ｄＴ1が、所定値以上になった場合に、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材に吸着された硫黄成分のパージ処理を行なうように構成し、
一つのパージ処理の終了後、次のパージ処理を開始するまでに消費される燃料消費量が、所定の燃料消費量より少なくなった場合には、一つのパージ処理の終了後、次のパージ処理を開始するまでの時間間隔が、硫黄被毒の増加によって所定の時間間隔より短くなったと判定し、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むと判定する、請求項１０に記載の硫黄成分検出装置。
【請求項１４】
硫黄成分検出装置であって、
前記内燃機関の排気通路に、前記温度センサを配置する場合に、
前記温度センサの上流に、所定の熱容量を有する部材を更に備えることにより、
前記内燃機関での燃焼による排気温度上昇が前記温度センサに到達する時間を遅らせ、
前記内燃機関での燃焼による排気温度上昇と、前記温度センサにおける発熱反応による温度上昇とを分離して検出する、請求項１０又は１３に記載の硫黄成分検出装置。
【請求項１５】
前記温度センサが、前処理を行った温度センサであり、
前記前処理が、
前記温度センサを一旦硫黄被毒させ、次に、前記温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材に吸着された硫黄成分のパージ処理を行うものである、
請求項１から３、請求項１０のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項１６】
更に、酸素ポンプ機能を有するポンプセルと、ヒーターと、を備える、請求項１又は請求項２又は請求項１０に記載の温度センサ。
【請求項１７】
前記温度センサを、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に配置して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒再生運転時の硫黄放出量を測定する場合には、温度センサの感度を、空燃比リッチ時の感度に補正する、請求項１から３、請求項１０のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項１８】
請求項１６の温度センサを、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に配置し、前記酸素ポンプ機能によって温度センサ近傍に酸素を放出し、温度センサ近傍を空燃比リーン雰囲気にして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒再生運転時の硫黄放出量を測定する、硫黄成分検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサ及び内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置においては、排気ガス中の硫黄成分がＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されることによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化性能が低下するという問題がある。
【０００３】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒が硫黄被毒して、ＮＯｘ浄化性能が低下した場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を、空燃比リッチ雰囲気のもとで高温にすることによって、触媒再生を行なうが、この場合には、触媒再生によるＮＯｘ吸蔵還元触媒の熱劣化、及び、燃費の悪化が問題となる。
【０００４】
これらの問題を解決するために、図４に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流に硫黄トラップ装置を設置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒上流で排気中の硫黄を捕集し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が硫黄被毒しないようにして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒再生による熱劣化及び燃費悪化の防止を図っている。
【０００５】
しかし、硫黄トラップ装置では、硫黄トラップ触媒又は吸着材の硫黄捕集量が許容値を超えた場合には、硫黄成分がすり抜け、下流のＮＯｘ吸蔵還元触媒が硫黄被毒するため、硫黄トラップ触媒又は吸着材を交換する必要がある。すなわち、図４の構成では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、触媒再生手段をもたないことが前提であるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が硫黄被毒する前に硫黄トラップ装置の性能低下を予測し、硫黄トラップ触媒又は吸着材を交換しなければならない。従来技術においては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の性能低下から、硫黄トラップ装置をすり抜けてくる硫黄成分の量を予測し、硫黄トラップ触媒又は吸着材の交換を行なっていたが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が性能低下する前の微量な硫黄成分のすり抜けを検知することはできなかった。
【０００６】
すなわち、従来は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の性能低下から、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する硫黄成分の量を推定しており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒そのものを検知する手段が無かった。この場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の通常の硫黄被毒は、図５のグラフＣに示すように、触媒上流から進行するため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒前端面の特性、例えば温度、の変化から、ＮＯｘ吸蔵還元触媒全体が性能低下する前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を予測することができるが、排気ガス温度が低い場合や、排気ガス量が多い等の運転条件によっては、図５のグラフＤのように、硫黄被毒がＮＯｘ吸蔵還元触媒の長さ方向全体にわたる場合もある。グラフＢは、検出可能な硫黄被毒レベルである。このように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒部位は運転条件によって異なるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度の部分的な温度測定などの手段では、硫黄被毒の検出精度が悪く、有効な検出ができなかった。
【０００７】
一方、特許文献１には、ＮＯｘ吸収剤を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス中の硫黄成分がＮＯｘ吸収剤に吸収され、ＮＯｘ吸収剤が硫黄被毒することによってＮＯｘ吸収能力が劣化することを判定するために、ＮＯｘ吸収剤の上流側にＳＯｘセンサを設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−４５７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の排気浄化装置では、ＳＯｘセンサは、白金などのＳＯｘ還元触媒からなる電極間の電位差から、排気ガス中のＳＯｘ濃度をリアルタイムに検出するものであり、この検出値に基づいて、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたと推定されるＳＯｘ積算量を算出しようとするものである。
【００１０】
ところで、特許文献１では、燃料中に硫黄成分が数百ｐｐｍ含まれるとしているが、燃料中の硫黄成分は、燃料性状の向上によって減少傾向にあり、現在では数ｐｐｍ程度と非常に希薄である。したがって、通過する排気ガス中の硫黄成分を、白金などのＳＯｘ還元触媒からなる電極間の電位差によってリアルタイムに検出することは困難となっており、特許文献１に記載のＳＯｘセンサは、実用的でない。
【００１１】
本発明は、排気ガス中の希薄な硫黄成分を精度良く検出する手段を提供するとともに、この検出手段を利用した内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、温度センサであって、温度センサが、温度検出手段と、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材とを備え、触媒又は吸着材が、反応物質を含む気体中の反応物質を発熱反応させる特性を有し、触媒又は吸着材が、気体中の反応物質を温度検出手段上で発熱反応させ、発熱反応によって上昇した温度を、温度検出手段によって検出する、温度センサが提供される。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明は、温度検出手段の温度検出部位に、触媒又は吸着材をコーティングし、気体中の反応物質を温度検出手段の上で発熱反応させ、この発熱反応によって上昇した温度を検出するものであり、従来の温度センサのように、単に対象物の温度を測定するものではない。本発明は、温度検出手段の上で発熱反応を生じさせ、発熱反応による温度を測定するという、新規な発想のもとに開発された発明である。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、触媒又は吸着材が、硫黄被毒することにより、気体中の反応物質を発熱反応させる性能が低下する触媒又は吸着材である、請求項１に記載の温度センサが提供される。
【００１５】
すなわち、請求項２の発明では、請求項１に記載の温度センサの触媒又は吸着材が硫黄被毒し、活性が低下すると、気体中の反応物質を温度検出手段の上で発熱反応させることができなくなることを利用し、気体中に含まれている硫黄成分が微量であっても、硫黄成分が含まれることを高精度で検出することができるＳＯｘセンサを提供するものである。従来のＳＯｘセンサは、白金などのＳＯｘ還元触媒からなる電極間の電位差をリアルタイムに測定するものであり、数ｐｐｍ程度の微量なＳＯｘを検出することができなかった。本発明は、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材がＳＯｘを吸蔵することを利用し、数ｐｐｍ程度の希薄な濃度のＳＯｘを、ＳＯｘ通過量の積算量として高精度で検出することを可能としたものである。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、気体が、内燃機関の排気である場合において、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材が、内燃機関が空燃比リーンの運転状態である場合に、排気中の酸素或いは窒素酸化物を吸蔵し、内燃機関が空燃比リッチの運転状態である場合に、排気中に酸素或いは窒素酸化物を放出する特性を有し、触媒又は吸着材が、放出した酸素或いは窒素酸化物によって排気中の反応物質を温度検出手段上で発熱反応させ、発熱反応によって上昇した温度を、温度検出手段によって検出し、触媒又は吸着材が、硫黄被毒することにより酸素或いは窒素酸化物を吸蔵する性能が低下し、排気中の反応物質を発熱反応させる性能が低下する触媒又は吸着材である、請求項２に記載の温度センサが提供される。
【００１７】
すなわち、請求項３の発明は、硫黄を含んだ燃料の燃焼後の排気ガス中に含まれる硫黄成分が微量であっても、硫黄成分が含まれることを高精度で検出することができるＳＯｘセンサを提供するものであり、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材として、セリア、プラセオジムなど酸素ストレージ能（ＯＳＣ：Oxygen Storage Capacity)を有する材料を利用し、触媒又は吸着材が吸蔵した酸素を利用して、排気中の反応物質を発熱反応させ、或いは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類など酸素をＮＯｘとして吸蔵する材料を利用し、触媒又は吸着剤が吸蔵したＮＯｘを利用して、排気中の反応物質を発熱反応させるものであり、硫黄被毒によって酸素ストレージ能やＮＯｘ吸蔵能力が低下することを利用して、排気ガス中に含まれる硫黄成分が微量であっても、硫黄成分が含まれることを高精度で検出することができるＳＯｘセンサを提供するものである。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の温度センサを、気体の流路内に配置し、発熱反応により上昇した温度Ｔ1を検出し、気体中に硫黄成分が含まれない場合の発熱反応により上昇する温度Ｔ0と比較し、温度Ｔ1が、温度Ｔ0よりも低下している場合には、流路内の気体中に硫黄成分が含まれると判定する、硫黄成分検出装置が提供される。
【００１９】
すなわち、請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の温度センサを利用して、気体流路内の気体中に硫黄成分が含まれることを高精度で検出する、硫黄成分検出装置を提供するものであり、請求項２又は３に記載の温度センサの触媒又は吸着材が硫黄被毒し、活性が低下すると、気体中の反応物質を温度検出手段の上で発熱反応させることができなくなり、検出される温度Ｔ1が、硫黄被毒する前に検出された温度Ｔ0よりも低下することから、この温度の差を把握して、気体流路内の気体中に硫黄成分が含まれることを検出するものである。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、内燃機関の排気浄化装置であって、排気浄化装置の上流に、排気中の硫黄成分を吸蔵する硫黄トラップ装置を備え、更に、硫黄トラップ装置の下流であって排気浄化装置の上流に、請求項４に記載の硫黄成分検出装置を備え、硫黄トラップ装置の、排気中の硫黄成分を吸蔵する性能が低下して、排気浄化装置に硫黄成分を含む排気が流入する場合には、硫黄成分検出装置が、排気浄化装置に流入する排気中に硫黄成分が含まれると判定する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２１】
すなわち、請求項５の発明は、排気浄化装置の上流に硫黄トラップ装置を備える、内燃機関の排気浄化装置において、硫黄トラップ装置が硫黄被毒して、排気中の硫黄成分を吸蔵する性能が低下して、下流の排気浄化装置に硫黄成分を含む排気が流入するようになった場合に、この、硫黄トラップ装置をすり抜けてくる微量の硫黄成分を、請求項４に記載の硫黄成分検出装置によって検出するものである。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、内燃機関の排気浄化装置であって、排気浄化装置の上流に、排気中の硫黄成分を吸蔵する硫黄トラップ装置を備え、更に、硫黄トラップ装置の下流であって排気浄化装置の上流に、請求項３に記載の温度センサを配置した、硫黄成分検出装置であって、発熱反応により上昇した温度Ｔ1を検出し、排気中に硫黄成分が含まれない場合の発熱反応により上昇する温度Ｔ0と比較し、温度Ｔ1が、温度Ｔ0よりも低下している場合には、排気中に硫黄成分が含まれると判定する、硫黄成分検出装置を備え、温度センサの上流に酸素消費手段を備え、内燃機関が空燃比リッチの運転状態である場合には、排気中に残存する酸素を、酸素消費手段によって消費することにより、排気浄化装置に流入する排気中の硫黄成分検出精度を向上させた、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２３】
すなわち、請求項６の発明では、内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒によってＮＯｘ浄化を行なう場合に、ＮＯｘを吸蔵したＮＯｘ吸蔵還元触媒に瞬間的に空燃比リッチ雰囲気を与え、すなわちリッチスパイクを行なって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するが、この、リッチスパイクに含まれる反応物質すなわち還元剤を、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材が、空燃比がリーンであるときに吸蔵した酸素を放出することによって、温度検出手段の上で発熱反応させる。そうして、硫黄被毒前に、硫黄成分検出装置が示す温度Ｔ0と、硫黄被毒後に、硫黄成分検出装置が示す温度Ｔ1とを比較して、排気中に硫黄成分が含まれることを検出する。この場合、空燃比リッチの運転状態の排気中にも微量の酸素が含まれることから、この、空燃比リッチの運転状態の排気中に含まれる酸素によって、還元剤が発熱反応し、硫黄成分の検出精度が低下する。これを防止するために、硫黄成分検出装置の上流に酸素消費手段を備え、空燃比リッチの運転状態の排気中に含まれる酸素を消費するようにして、温度センサ上の発熱反応には、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材が放出する酸素のみが使用されるようにして、排気浄化装置に流入する排気中の硫黄成分の検出精度を向上させる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、内燃機関の排気浄化装置であって、排気浄化装置の上流に、排気中の硫黄成分を吸蔵する硫黄トラップ装置を備え、更に、硫黄トラップ装置の下流であって排気浄化装置の上流に、請求項３に記載の温度センサを配置した、硫黄成分検出装置であって、発熱反応により上昇した温度Ｔ1を検出し、排気中に硫黄成分が含まれない場合の発熱反応により上昇する温度Ｔ0と比較し、温度Ｔ1が、温度Ｔ0よりも低下している場合には、排気中に硫黄成分が含まれると判定する、硫黄成分検出装置を備え、内燃機関が空燃比リッチの運転状態である場合には、排気中に残存する酸素量を運転条件から推定し、更に、残存する酸素量に依存して硫黄成分検出装置が示す温度上昇分ｄＴOXを推定し、硫黄成分検出装置が示す温度Ｔ1から温度上昇分ｄＴOXを減じて得た温度Ｔ1’が、温度Ｔ0より小さい場合には、排気浄化装置に流入する排気中に硫黄成分が含まれると判定し、排気浄化装置に流入する排気中の硫黄成分検出精度を向上させた、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２５】
すなわち、請求項７の発明では、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置と同様に、請求項３に記載の温度センサを利用して、排気中に硫黄成分が含まれることを検出する場合に、空燃比リッチの運転状態の排気中に含まれる酸素によって還元剤が発熱反応して、硫黄成分の検出精度が低下することを防止するために、空燃比リッチの運転状態の排気中に含まれる酸素に依存する発熱分を、計算によって補正するものである。すなわち、硫黄成分検出装置には、機関運転状態に応じて排気中の残存酸素量を求める運転マップを備え、残存する酸素量に依存して硫黄成分検出装置が検出する温度上昇分ｄＴOXを、運転マップから求め、硫黄成分検出装置が検出する温度Ｔ1’を補正する。このようにして、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材が放出する酸素のみに依存する発熱による温度Ｔ1”を計算し、温度Ｔ1”が、温度Ｔ0’より小さいことから、排気浄化装置に流入する排気中に硫黄成分が含まれることを検出し、硫黄成分検出精度を向上させる。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、請求項４に記載の硫黄成分検出装置であって、温度センサを、内燃機関の排気管上流に設置し、更に、硫黄成分検出装置の示す温度Ｔ1が低下して、温度Ｔ0と温度Ｔ1との温度差ｄＴ1が、所定値以上になった場合に、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材に吸着された硫黄成分のパージ処理を行なうように構成し、一つのパージ処理の終了後、次のパージ処理を開始するまでに消費される燃料消費量が、所定の燃料消費量より少なくなった場合には、一つのパージ処理の終了後、次のパージ処理を開始するまでの時間間隔が、硫黄被毒の増加によって所定の時間間隔より短くなったと判定し、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むと判定する、請求項４に記載の硫黄成分検出装置が提供される。
【００２７】
すなわち、請求項８の発明では、請求項４に記載の硫黄成分検出装置を、内燃機関の排気管上流に設置し、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むかどうかを判定するために利用する。この判定は、内燃機関の排気浄化装置の劣化が、排気浄化装置そのものに起因するのではなく、燃料性状の悪化によるものであることを判定するのに利用すると、有利である。すなわち、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含む場合には、排気中の硫黄成分が高濃度となり、硫黄被毒された、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材の、パージ処理のサイクルが短くなることから、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むかどうかの判定に利用する、硫黄成分検出装置を提供するものである。
【００２８】
請求項９に記載の発明によれば、硫黄成分検出装置であって、内燃機関の排気通路に、温度センサを配置する場合に、温度センサの上流に、所定の熱容量を有する部材を更に備えることにより、内燃機関での燃焼による排気温度上昇が温度センサに到達する時間を遅らせ、内燃機関での燃焼による排気温度上昇と、温度センサにおける発熱反応による温度上昇とを分離して検出する、請求項４又は８に記載の硫黄成分検出装置が提供される。
【００２９】
すなわち、請求項９の発明では、請求項４又は８に記載の硫黄成分検出装置を利用する場合に、硫黄成分検出装置の上流に、硫黄トラップ装置のような熱容量を有する部材がない場合には、内燃機関直後の排気の温度上昇と、温度センサが発熱反応によって発生する温度上昇とが重なるため、これらを分離して、温度センサが発熱反応によって発生する温度上昇のみを検出するようにし、請求項４又は８に記載の硫黄成分検出装置の検出精度を向上させるものである。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、温度センサの、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材が、アルミナ又はジルコニアにアルカリ金属又はアルカリ土類金属を担持した担体に、パラジウムを担持したものである、請求項１又は２に記載の温度センサが提供される。
【００３１】
すなわち、請求項１０の発明は、触媒として硫黄被毒による活性の低下が著しい活性種を採用し、担体には、同じく硫黄被毒しやすい塩基性の担体を採用し、更に、セリア、プラセオジムなど酸素ストレージ能を有する材料を除外して、ＮＯｘ還元時の発熱のみを検出するようにし、温度センサの感度を大きく向上させるものである。
【００３２】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の温度センサを、気体の流路内に配置し、発熱反応により上昇した温度Ｔ1を検出し、気体中に硫黄成分が含まれない場合の発熱反応により上昇する温度Ｔ0と比較し、温度Ｔ1が、温度Ｔ0よりも低下している場合には、流路内の気体中に硫黄成分が含まれると判定する、硫黄成分検出装置が提供される。
【００３３】
すなわち、請求項１１の発明は、請求項１０に記載の温度センサを利用して、気体流路内の気体中に硫黄成分が含まれることを高精度で検出する、硫黄成分検出装置を提供するものであり、請求項１０に記載の温度センサの触媒又は吸着材が硫黄被毒し、活性が低下すると、気体中の反応物質を温度検出手段の上で発熱反応させることができなくなり、検出される温度Ｔ1が、硫黄被毒する前に検出された温度Ｔ0よりも低下することから、この温度の差を把握して、気体流路内の気体中に硫黄成分が含まれることを検出するものである。
【００３４】
請求項１２に記載の発明によれば、内燃機関の排気浄化装置であって、排気浄化装置の上流に、排気中の硫黄成分を吸蔵する硫黄トラップ装置を備え、更に、硫黄トラップ装置の下流であって排気浄化装置の上流に、請求項１１に記載の硫黄成分検出装置を備え、硫黄トラップ装置の、排気中の硫黄成分を吸蔵する性能が低下して、排気浄化装置に硫黄成分を含む排気が流入する場合には、硫黄成分検出装置が、排気浄化装置に流入する排気中に硫黄成分が含まれると判定する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００３５】
すなわち、請求項１２の発明は、排気浄化装置の上流に硫黄トラップ装置を備える、内燃機関の排気浄化装置において、硫黄トラップ装置が硫黄被毒して、排気中の硫黄成分を吸蔵する性能が低下して、下流の排気浄化装置に硫黄成分を含む排気が流入するようになった場合に、この、硫黄トラップ装置をすり抜けてくる微量の硫黄成分を、請求項１１に記載の硫黄成分検出装置によって検出するものである。
【００３６】
請求項１３に記載の発明によれば、請求項１１に記載の硫黄成分検出装置であって、温度センサを、内燃機関の排気管上流に設置し、更に、硫黄成分検出装置の示す温度Ｔ1が低下して、温度Ｔ0と温度Ｔ1との温度差ｄＴ1が、所定値以上になった場合に、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材に吸着された硫黄成分のパージ処理を行なうように構成し、一つのパージ処理の終了後、次のパージ処理を開始するまでに消費される燃料消費量が、所定の燃料消費量より少なくなった場合には、一つのパージ処理の終了後、次のパージ処理を開始するまでの時間間隔が、硫黄被毒の増加によって所定の時間間隔より短くなったと判定し、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むと判定する、請求項１１に記載の硫黄成分検出装置が提供される。
【００３７】
すなわち、請求項１３の発明では、請求項１１に記載の硫黄成分検出装置を、内燃機関の排気管上流に設置し、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むかどうかを判定するために利用する。この判定は、内燃機関の排気浄化装置の劣化が、排気浄化装置そのものに起因するのではなく、燃料性状の悪化によるものであることを判定するのに利用すると、有利である。すなわち、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含む場合には、排気中の硫黄成分が高濃度となり、硫黄被毒された、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材の、パージ処理のサイクルが短くなることから、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むかどうかの判定に利用する、硫黄成分検出装置を提供するものである。
【００３８】
請求項１４に記載の発明によれば、硫黄成分検出装置であって、内燃機関の排気通路に、温度センサを配置する場合に、温度センサの上流に、所定の熱容量を有する部材を更に備えることにより、内燃機関での燃焼による排気温度上昇が温度センサに到達する時間を遅らせ、内燃機関での燃焼による排気温度上昇と、温度センサにおける発熱反応による温度上昇とを分離して検出する、請求項１１又は１３に記載の硫黄成分検出装置が提供される。
【００３９】
すなわち、請求項１４の発明によれば、硫黄成分検出装置であって、内燃機関の排気通路に、温度センサを配置する場合に、温度センサの上流に、所定の熱容量を有する部材を更に備えることにより、内燃機関での燃焼による排気温度上昇が温度センサに到達する時間を遅らせ、内燃機関での燃焼による排気温度上昇と、温度センサにおける発熱反応による温度上昇とを分離して検出する、請求項１１又は１３に記載の硫黄成分検出装置が提供される。
【００４０】
請求項１５に記載の発明によれば、温度センサが、前処理を行った温度センサであり、前処理が、温度センサを一旦硫黄被毒させ、次に、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材に吸着された硫黄成分のパージ処理を行うものである、請求項１から３及び請求項１０のいずれか１項に記載の温度センサが提供される。
【００４１】
本発明の温度センサは、硫黄分の通過量とともに感度が低下するものであり、所定の被毒量に達した場合には、温度検出手段の表面に塗布された触媒又は吸着材に吸着された硫黄成分のパージ処理を行うが、パージ処理を行っても回復できない、永久被毒領域が存在する。そこで、請求項１５の発明では、温度センサを実機に装着して利用する場合に、温度センサを一旦硫黄被毒させ、次に触媒又は吸着材に吸着された硫黄成分のパージ処理を行うという前処理を行い、前処理の終わった温度センサを、実機に装着するものである。
【００４２】
請求項１６に記載の発明によれば、更に、酸素ポンプ機能を有するポンプセルと、ヒーターと、を備える、請求項１又は請求項２又は請求項１０に記載の温度センサが提供される。
【００４３】
実機における使用中に温度センサのパージ処理を行う場合には、排気中に燃料を噴射して燃焼させ、排気中の酸素を燃焼させて空燃比リッチとし、かつ高温にする必要があるが、排気全量を空燃比リッチかつ高温にするためには、多量の燃料が必要となる。そこで、請求項１６の発明では、温度センサに、酸素ポンプ機能を有するポンプセルと、ヒーターとを更に備える。このように構成し、温度センサの近傍に流入する排気中の酸素を、ポンプセルによって除去すると、温度センサの近傍は、空燃比リッチ雰囲気となり、ヒーターによって温度センサを加熱することにより、容易に、温度センサのパージ処理を行うことができる。したがって、排気中に燃料を噴射する必要がなく、排気全量を空燃比リッチかつ高温にする必要がなく、極めて経済的に、パージ処理を行うことができる。
【００４４】
請求項１７に記載の発明によれば、温度センサを、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に配置して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒再生運転時の硫黄放出量を測定する場合には、温度センサの感度を、空燃比リッチ時の感度に補正する、請求項１から３、請求項１０のいずれか１項に記載の温度センサが提供される。
【００４５】
本発明では、本発明の温度センサを、ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも下流側に設置して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の、触媒再生運転時の硫黄放出量を測定することもできる。この場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の、触媒再生運転時の、空燃比リッチ雰囲気においては、温度センサの触媒又は吸着材に対しても再生雰囲気であるため、温度センサへの硫黄捕集量が、通常運転時に比べて減少する。そこで、請求項１７の発明では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒再生運転時の硫黄放出量を測定する場合には、空燃比リッチ雰囲気での温度センサの感度をあらかじめ把握し、感度マップ等を作成してこれを利用することにより、温度センサの感度補正を行うこととしたものである。
【００４６】
請求項１８に記載の発明によれば、請求項１６の温度センサを、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流に配置し、酸素ポンプ機能によって温度センサ近傍に酸素を放出し、温度センサ近傍を空燃比リーン雰囲気にして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒再生運転時の硫黄放出量を測定する、硫黄成分検出装置が提供される。
【００４７】
すなわち、請求項１８の発明では、請求項１６の温度センサを利用し、請求項１６の温度センサのポンプセルの酸素ポンプ機能を、温度センサに向けて酸素を送るように作用させ、温度センサ近傍に酸素を放出して、温度センサ近傍の雰囲気のみ空燃比リーン雰囲気に保ち、温度センサの感度を低下させることなく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒再生運転時の硫黄放出量を測定することができる。
【発明の効果】
【００４８】
各請求項に記載の発明によれば、排気ガス中の希薄な硫黄成分を精度良く検出する手段を提供するとともに、この検出手段を利用した内燃機関の排気浄化装置を提供するという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を内燃機関の排気浄化装置に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明の温度センサの、実施形態の概略構成を説明する図である。
【図３】本発明の硫黄成分検出装置の、硫黄成分検出原理を説明する図である。
【図４】従来の内燃機関の排気浄化装置の、一実施形態を説明する図である。
【図５】従来の内燃機関の排気浄化装置の、他の実施形態を説明する図である。
【図６】本発明の硫黄成分検出装置の一実施形態における温度変化を示すグラフである。
【図７】本発明の温度センサの、他の実施形態の出力の原理を説明する図である。
【図８】図７の温度センサを利用した硫黄成分検出装置の、一実施形態を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の温度センサを内燃機関の排気に適用した場合の、他の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図１０】本発明の温度センサを適用する場合の異なった出力形態（ａ）と（ｂ）を説明する図である。
【図１１】本発明の温度センサに最適な材料を選定した場合の硫黄成分検出装置の、別の実施形態における温度変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の温度センサに最適な材料を選定した場合の、温度センサの感度向上の理由を説明するグラフである。
【図１３】本発明の温度センサを利用する領域を説明するグラフである。
【図１４】本発明の温度センサを効率よく利用するための、別の実施形態を説明する図である。
【図１５】本発明の温度センサを内燃機関の排気に適用した場合の、別の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図１６】本発明の温度センサを内燃機関の排気に適用した場合の、更に別の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図１７】本発明の温度センサを内燃機関の排気に適用した場合の、更に別の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図１８】本発明の温度センサを内燃機関の排気に適用した場合の、更に別の実施形態の概略構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、複数の添付図面において、同一又は相当する部材には、同一の符号を付している。
【００５１】
図２は、本発明の温度センサ１０を示す。温度センサ１０は、温度検出手段１と、温度検出手段１の表面に塗布された触媒又は吸着材２とを備える。触媒又は吸着材２は、気体中の反応物質、例えば炭化水素や一酸化炭素等を発熱反応させる特性を有し、触媒又は吸着材２が、気体中の反応物質を、温度検出手段１の上で発熱反応させ、発熱反応によって上昇した温度を、温度検出手段１によって検出する。触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀など酸化活性を有する活性種を、アルミナ、ジルコニア、セリア等の担体、又はアルミナ、ジルコニア、セリア等にアルカリ土類金属を担持した担体に、担持したものを採用することができ、硫黄被毒による活性の低下が著しいパラジウムや銀を、同じく硫黄被毒しやすい塩基性の担体に、担持したものを採用することが好ましい。
【００５２】
また、気体が内燃機関の排気である場合には、触媒又は吸着材２として、空燃比がリーンで酸素或いはＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチで酸素或いはＮＯｘを放出する触媒又は吸着材を採用し、触媒又は吸着材２が放出する酸素或いはＮＯｘによって、反応物質を発熱反応させ、発熱反応によって上昇した温度を、温度検出手段１によって検出することができる。この場合の触媒又は吸着材２としては、セリア、プラセオジムなど酸素ストレージ能（ＯＳＣ)を有する担体や、空燃比がリーンで酸素をＮＯｘとして吸蔵し、空燃比がリッチで酸素或いはＮＯｘを放出する機能を有するアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類のいずれかを担持した材料を採用することができる。
【００５３】
図３は、図２の温度センサ１０を用いて、気体中の硫黄成分を検出する原理を説明するグラフである。すなわち、温度センサ１０の温度検出手段１の表面に塗布された触媒又は吸着材２が硫黄被毒する前は、気体中の反応物質が温度検出手段１の上で発熱反応し、温度検出手段１が検出する温度が大きく上昇するが、触媒又は吸着材２が硫黄被毒した後は、気体中の反応物質の温度検出手段１の上での発熱反応が低下し、更には発熱反応しなくなるため、発熱反応による温度上昇分が大幅に低下する。この検出温度の差から、気体中の硫黄成分の増加を検出することができる。すなわち、本発明は、流入する気体中の硫黄成分を、触媒又は吸着材２に捕集することによって、積算通過硫黄量を検出するものであり、気体中に数ｐｐｍ程度含まれる非常に希薄な硫黄成分を集積することにより、希薄な硫黄成分を高精度で検出することができる。
【００５４】
図１は、図２の温度センサ１０を内燃機関の排気浄化装置に適用し、上述の検出原理で排気中の硫黄成分を検出する硫黄成分検出装置の一実施形態を示す図である。すなわち、温度センサ１０を硫黄トラップ触媒２０の下流であって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の上流に配置して構成し、硫黄トラップ触媒をすり抜けてくる微量の硫黄成分を高精度で検出し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が性能低下する前の微量な硫黄成分のすり抜けを検知するように構成したものである。
【００５５】
図４、図５は、従来の内燃機関の排気浄化装置の問題点を説明する図であり、問題点は背景技術に記載したとおりである。
【００５６】
図６は、図１の実施形態において、温度センサ１０の検出した温度を、温度センサ１０の温度検出手段１の表面に塗布された触媒又は吸着材２が硫黄被毒する前と、硫黄被毒した後とで得られる温度変化のグラフを、対比して示したものである。すなわち、温度センサ１０の検出した温度の最初のピークが、硫黄被毒する前と硫黄被毒した後とでは、大きく異なっている。この温度の差が、図３の原理図で説明した温度の差であり、図６のような温度の差として検出されるため、排気中に硫黄成分が含まれるかどうかを判定することができる。なお、図６において、後から現れる温度のピークは、空燃比リッチの混合気が内燃機関で燃焼することによって上昇した排気温度であり、温度センサ１０の上流の硫黄トラップ装置２０の熱容量が大きいことから、この排気温度は、硫黄トラップ装置２０の温度を上昇させた後に温度センサ１０を通過する排気の温度を上昇させることとなり、温度のピークの出現が時間遅れを生じたものである。
【００５７】
ところで、前述のように、温度検出手段１の表面に塗布する触媒又は吸着材２として、空燃比がリーンで酸素或いはＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチで酸素或いはＮＯｘを放出する触媒又は吸着材を採用することができるが、この場合には、空燃比リッチの運転状態における排気中に酸素が残存して、この残存酸素によって、温度検出手段１上で反応物質が発熱反応してしまい、温度センサ１０の検出する温度が、残存酸素による発熱分と、触媒又は吸着材２が放出した酸素或いはＮＯｘによる発熱分とを含み、排気中に硫黄成分が含まれるかどうかの判定の精度が低下する恐れがある。この関係を図７に示す。
【００５８】
そこで、硫黄成分検出装置の上流に酸素消費手段（図示せず）を備え、空燃比リッチ運転を行なう場合において、空燃比リッチの運転状態における排気中に残存する酸素を、酸素消費手段によって消費すれば、温度センサ１０の検出する温度が、触媒又は吸着材２が放出した酸素による発熱分のみを示すこととなり、排気浄化装置に流入する排気中に含まれる硫黄成分の検出精度を向上させることができる。
【００５９】
このような酸素消費手段としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀、鉄など酸化活性を有する活性種を、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア等の担体、又はこれらの複合体からなる担体に、担持したものを採用することができる。
【００６０】
この、空燃比リッチの運転状態における排気中の残存酸素による発熱分は、計算によって求めることもできる。すなわち、図８に示すように、硫黄成分検出装置において、検出温度から排気浄化装置に流入する排気中に硫黄成分が含まれることを判定する制御装置を備え、この制御装置に、機関運転状態と排気中の残存酸素量との関係を示す運転マップを備える。制御装置は、ステップ１００で、運転マップから、排気中の残存酸素量を求め、ステップ２００で、残存酸素量に基づく発熱量Ｑ１を計算する。更に、ステップ３００で、温度センサの検出値から全発熱量Ｑ２を計算する。ステップ４００で、Ｑ２からＱ１を減算し、この結果が一定値以下になった場合、ステップ５００で、硫黄成分のすり抜けがあると判定する。
【００６１】
図９は、本発明の温度センサ１０の、他の実施形態として、例えば温度センサ１０を内燃機関の排気管上流に設置し、燃料中の硫黄濃度が高濃度である場合に、高濃度であると判定する実施形態を示す。図９では、温度センサ１０の温度検出手段１の表面に塗布された触媒又は吸着材２が硫黄被毒する前に温度センサ１０が示す温度Ｔ0と、検出した温度Ｔ1との温度差ｄＴ1を求め、硫黄被毒によって温度Ｔ1が低下し、温度差ｄＴ1が所定値以上になった場合に、温度検出手段１の表面に塗布された触媒又は吸着材２に吸着された硫黄成分のパージ処理を行なうように構成し、パージ処理が、硫黄被毒の増加によって頻繁に行なわれるようになった場合に、燃料中の硫黄濃度が高濃度であると判定する。硫黄成分のパージ処理は、触媒又は吸着材２を高温にすることによって実施することができるが、触媒又は吸着材２を、空燃比リッチ雰囲気のもとで高温にすることが好ましい。この場合、パージ処理の時間間隔が所定の時間間隔より短くなったことから、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むと判定するが、時間間隔を判定に使用する代わりに、パージ処理の１サイクルにおいて消費される燃料消費量Ｑｆ1が、所定の燃料消費量Ｑｆ0より少なくなったことから、使用している燃料が高濃度の硫黄成分を含むと判定することもできる。
【００６２】
本願発明の硫黄成分検出装置を内燃機関の排気中に適用する場合、本願発明の温度センサ１０の上流に、所定の熱容量を有する部材を備えると、図６のように触媒又は吸着材２の上での発熱反応による温度ピークと、内燃機関での燃焼による排気温度のピークとが分離でき、発熱反応による温度ピークを検出する上で有利である。すなわち、温度センサ１０の上流に、硫黄トラップ装置のような、熱容量の大きな部材がない場合には、温度センサ１０が検出する温度は、図１０（ａ）のように、触媒又は吸着材２の上での発熱反応による温度ピークと、内燃機関での燃焼による排気温度のピークとが重なったものとなり、触媒又は吸着材２の上での発熱反応による温度ピークＥの判定が難しいが、温度センサ１０の上流に、所定の熱容量を有する部材を備えると、図１０（ｂ）のように、二つのピークを分離することができ、触媒又は吸着材２の上での発熱反応による温度ピークＥの判定が容易となる。したがって、温度センサ１０の上流に、硫黄トラップ装置を備えない実施形態においても、温度センサ１０の上流に、所定の熱容量を有する部材を備えることが好ましい。
【００６３】
本発明では、更に、触媒として硫黄被毒による活性の低下が著しい活性種を採用し、担体には、同じく硫黄被毒しやすい塩基性の担体を採用し、更に、セリア、プラセオジムなど酸素ストレージ能を有する材料を除外して、ＮＯｘ還元時の発熱のみを検出するようにすると、温度センサ１０の感度を大きく向上させることができる。例えば、アルミナ、ジルコニア等にアルカリ金属やアルカリ土類金属を担持した担体に、パラジウムを担持したものを採用すると、センサの感度を大きく向上させることができる。図１１は、このようにして感度を向上させた本発明の温度センサの、リッチスパイク時の挙動の一例を示すが、図６と比較して、使用初期の温度上昇が大きく、硫黄被毒後の温度上昇が小さく、両者の温度差が大きく取れ、感度が大幅に向上していることがわかる。
【００６４】
図１２は、このような感度の大幅な向上を説明する図である。上述の材料の組み合わせにより感度を向上させた、本発明の温度センサは、ＮＯｘの還元量が大きく、硫黄の脱離量が小さい領域で利用することができるため、ＮＯｘの還元による発熱が大きく、また、硫黄被毒の影響を確実に受け、硫黄被毒後の温度上昇が小さく、両者の温度差が大きく取れ、感度が大幅に向上する。
【００６５】
ところで、本発明の温度センサ１０は、硫黄分の通過量とともに感度が低下するものであり、所定の被毒量に達した場合には、温度検出手段１の表面に塗布された触媒又は吸着材２に吸着された硫黄成分のパージ処理を行うが、パージ処理を行っても回復できない、永久被毒領域が存在する。図１３は、本発明の温度センサ１０の、このような特性を説明する図であり、図１３に示すような永久被毒領域が存在する。従って、本発明の温度センサ１０を実機に装着して利用する場合には、温度センサ１０を一旦硫黄被毒させ、次に触媒又は吸着材２に吸着された硫黄成分のパージ処理を行うという前処理を行い、前処理の終わった温度センサ１０を、実機に装着することが好ましい。
【００６６】
また、実機における使用中に温度センサ１０のパージ処理を行う場合には、排気中に燃料を噴射して燃焼させ、排気中の酸素を燃焼させて空燃比リッチとし、かつ高温にする必要があるが、排気全量を空燃比リッチかつ高温にするためには、多量の燃料が必要となる。そこで、本発明の更なる実施形態においては、図１４のように、本発明の温度センサ１０に、更に、酸素ポンプ機能を有するポンプセル１５と、ヒーター１６と、を備えたセンサとして構成する。このように構成すると、ポンプセルに直流電圧を印加（図示せず）することにより、温度センサ１０の近傍に流入する排気中の酸素を、ポンプセル１５によって除去することができるため、温度センサ１０の近傍は、空燃比リッチ雰囲気となり、ヒーター１６によって温度センサ１０を加熱することによって、容易に、温度センサ１０のパージ処理を行うことができる。したがって、排気中に燃料を噴射する必要がなく、排気全量を空燃比リッチかつ高温にする必要がなく、極めて経済的に、パージ処理を行うことができる。
【００６７】
本発明の温度センサ１０の、別の実施形態として、図１のような硫黄トラップ触媒２０を設けず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の触媒再生手段を備える実施形態においても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の上流に温度センサ１０を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の被毒量を検知することができる。すなわち、この場合においては、温度センサ１０を利用して、一定時間ごとや一定燃料消費量ごと等の、一定間隔ごとの硫黄分の通過量を検出し、これを積算することによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０を通過した硫黄分の量を算出し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の被毒量を検知することができる。
【００６８】
図１５は、本発明の温度センサ１０の、更に別の実施形態として、燃料又はエンジンオイル中の硫黄濃度を検知する場合の、図９とは異なる実施形態を示す。図１５においては、例えば温度センサ１０を内燃機関の排気管上流に設置し、燃料及びエンジンオイルの交換ごとに、排気中の硫黄分の通過量を検知する。燃料とエンジンオイルの交換タイミングは、図１５のように異なるので、それぞれの交換タイミングごとの硫黄分の通過量の変化を記録することにより、排気中の硫黄分が、燃料とエンジンオイルのどちらに起因するものか判定することができる。また、前回の燃料交換時に把握した排気中の硫黄量と今回の燃料交換時に把握した排気中の硫黄量とを用いて、燃料中の硫黄濃度を正確に計算することができ、前回のエンジンオイル交換時に把握した排気中の硫黄量と今回のエンジンオイル交換時に把握した排気中の硫黄量とを用いて、エンジンオイル中の硫黄濃度を正確に計算することができる。
【００６９】
また、本発明の温度センサ１０の、更に別の実施形態では、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter)を搭載したシステムにおいて、ＤＰＦの上流に本発明の温度センサ１０を設置し、硫黄濃度の高い燃料やエンジンオイルを使用した場合に、ＤＰＦからサルフェート白煙を発生しないように、ＤＰＦの硫黄分捕集量を監視し、ＤＰＦの硫黄分捕集量が一定量を超える前に、ＤＰＦの再生運転を行うように制御する。
【００７０】
一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を搭載したシステムにおいては、燃料やエンジンオイルの硫黄濃度に合わせて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生運転インターバルを最適化することができる。すなわち、燃料やエンジンオイルの硫黄濃度と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生運転時のリッチスパイクの空燃比の大小と、触媒再生運転インターバルとの間には、図１６に示すような関係があり、これを運転マップとして触媒再生運転の制御系に組み込むことにより、最適な運転インターバルで、触媒再生運転を行うことができる。
【００７１】
更に別の実施形態では、図１７に示すように、本発明の温度センサ１０を、ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも下流側に設置して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の、触媒再生運転時の硫黄放出量を測定することができる。この場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の、触媒再生運転時の、空燃比リッチ雰囲気においては、温度センサ１０の触媒又は吸着材２に対しても再生雰囲気であるため、温度センサ１０への硫黄捕集量が、通常運転時に比べて減少する。したがって、図１７の配置で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒再生運転時の硫黄放出量を測定する場合には、温度センサ１０の感度補正をする必要があり、この場合には、あらかじめ空燃比リッチ雰囲気での温度センサ１０の感度を把握しておき、感度マップ等を作成し、例えば、温度センサ１０の温度検出系に感度マップを備え、感度マップを利用して温度センサ１０の感度補正を行う。
【００７２】
また、この場合、前述の酸素ポンプ機能を備えた温度センサ１０を利用し、ポンプセル１５に印加する電圧の極性を反対にして、酸素ポンプ機能を逆方向に作用させ、酸素を温度センサ１０の方向に送り、温度センサ１０の近傍に酸素を放出することができる。従って、温度センサ１０の近傍の雰囲気のみを空燃比リーン雰囲気に保って、温度センサ１０の感度を低下させることなく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒再生運転時の硫黄放出量を測定することができる。
【００７３】
温度センサ１０の劣化は、硫黄被毒によるものばかりではなく、温度センサ１０を使用し続けると、温度検出手段１の表面に塗布された触媒又は吸着材２に吸着された硫黄成分のパージ処理を行っても、初期感度まで回復しなくなる。すなわち、図１８に示すように、温度センサ１０の使用初期の感度曲線は、曲線Ｆのように示され、硫黄成分のパージ処理を行えば、感度はＰ１まで回復するが、温度センサ１０を使用し続けると、硫黄成分のパージ処理を行っても、感度曲線は、しだいに曲線Ｇの方向に低下し、最終的には、硫黄成分のパージ処理を行っても、パージ処理後の感度はＰ２までしか回復しないようになる。従って、温度センサ１０のパージ処理後の感度が、所定の値まで低下したら、温度センサ１０が劣化していると判定し、温度センサ１０を新しいものと交換することが好ましい。
【００７４】
この場合、劣化した温度センサ１０のパージ処理後の感度を把握すれば、感度曲線全体の感度の低下を推定することができる。したがって、更に別の実施形態においては、あらかじめ温度センサ１０の劣化感度のマップを備え、温度センサ１０のパージ処理後の感度を把握することによって、感度曲線全体の感度を補正することが好ましい。
【符号の説明】
【００７５】
１    温度検出手段
２    触媒又は吸着材
１０    温度センサ
１５    ポンプセル
１６    ヒーター
２０    硫黄トラップ装置
３０    ＮＯｘ吸蔵還元触媒
Ａ    気体流れ方向
Ｂ    検出可能な硫黄被毒レベル
Ｃ    ＮＯｘ吸蔵還元触媒の長さ方向の硫黄被毒量分布の一例を示すグラフ
Ｄ    ＮＯｘ吸蔵還元触媒の長さ方向の硫黄被毒量分布の別の例を示すグラフ
Ｅ    本発明の温度センサでの発熱反応による温度ピーク
Ｆ    本発明の温度センサの使用初期の感度曲線
Ｇ    本発明の温度センサの劣化後の感度曲線
Ｐ１    初期感度
Ｐ２    劣化時感度
Ｑ１    排気中の残存酸素由来の発熱量
Ｑ２    温度センサが検出する発熱量
Ｑｆ0    燃料消費量
Ｑｆ1    燃料消費量
【図１】
2010185448.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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