(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路の尿素ＳＣＲ触媒の上流に配置された第１ＮＯｘセンサと下流に配置された第２ＮＯｘセンサとを制御する、ＮＯｘセンサの制御装置であって、
前記第１ＮＯｘセンサおよび前記第２ＮＯｘセンサは、固体電解質と、前記固体電解質を挟んで配置された一対の電極と、を備え、検出対象となるガスのＮＯｘ濃度に応じたセンサ出力を発するセンサであって、
前記ＮＯｘセンサの制御装置は、
前記センサ出力の検出前の所定のＮＯｘ吸着期間、前記一対の電極間に電圧が印加されない状態、又は、前記一対の電極間の電位差が前記一対の電極でのＮＯｘの分解が促進されない基準値より小さな状態、とする手段と、
前記所定のＮＯｘ吸着期間の経過後の所定のＮＯｘ検出期間、前記一対の電極間にセンサ出力検出用の電圧を印加する手段と、
前記所定のＮＯｘ検出期間における前記センサ出力に応じて、ＮＯｘ濃度を検出する手段と、
を備え、
前記第１ＮＯｘセンサに対する前記所定のＮＯｘ吸着期間の長さは、前記第２ＮＯｘセンサに対する前記所定のＮＯｘ吸着期間の長さよりも短いことを特徴とするＮＯｘセンサの制御装置。
【請求項２】
前記所定のＮＯｘ検出期間の経過後、前記センサ出力検出用の電圧とは逆方向であって、かつ、前記センサ出力検出用の電圧以下の大きさの電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘセンサの制御装置。
【請求項３】
前記第１ＮＯｘセンサに対する前記センサ出力検出用の電圧の最大値は、前記第２ＮＯｘセンサに対する前記センサ出力検出用の電圧の最大値よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のＮＯｘセンサの制御装置。
【請求項４】
前記第１ＮＯｘセンサに対する前記所定のＮＯｘ検出期間の長さは、前記第２ＮＯｘセンサに対する前記所定のＮＯｘ検出期間の長さよりも短いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの制御装置。
【請求項５】
前記所定のＮＯｘ検出期間の経過後、前記センサ出力検出用の電圧の最大値よりも、最大値が小さい交番電圧を印加する手段と、
前記小さい交番電圧を印加した際の前記固体電解質のインピーダンスを検出する手段と、
前記インピーダンスに応じて、前記第１ＮＯｘセンサのセンサ素子の温度および前記第２ＮＯｘセンサのセンサ素子の温度を検出する手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの制御装置。
【請求項６】
前記第１ＮＯｘセンサおよび前記第２ＮＯｘセンサのセンサ素子が活性温度に達するまでの間、一定期間ごとに、前記一対の電極間にＮＯｘ除去用の交番電圧を印加して、前記一対の電極上のＮＯｘを除去する手段と、
前記ＮＯｘ除去用の交番電圧印加の後、前記ＮＯｘ除去用の交番電圧の最大値よりも、最大値が小さい交番電圧を印加する手段と、
前記小さい交番電圧を印加した際の前記固体電解質のインピーダンスを検出する手段と、
前記インピーダンスに応じて、前記第１ＮＯｘセンサのセンサ素子の温度および前記第２ＮＯｘセンサのセンサ素子の温度を検出する手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＮＯｘセンサの制御装置に関する。より具体的には、固体電解質の両側に配置された一対の電極を備える１セル型のＮＯｘセンサの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、固体電解質の両側に一対の電極を備える１セル型のＮＯｘセンサが開示されている。このＮＯｘセンサにおいて、検出極としてペロブスカイト型の電極が使用されている。ペロブスカイト型の電極は、ＮＯｘに対する選択吸着性を有する。このＮＯｘセンサは、検出極に吸着したＮＯｘが分解される時に流れる分解電流を出力とする。分解電流はＮＯｘ濃度と相関を有し、分解電流を検出することで、ＮＯｘ濃度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特表２０１１−５１３７３５号公報
【特許文献２】日本特開平０８−１２８９７９号公報
【特許文献３】日本特開２００７−２５６２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のようなペロブスカイト型の電極を用いたＮＯｘセンサの場合、ＮＯｘ濃度が高い環境下では、検出極へのＮＯｘ吸着量は多く、検出される分解電流も大きくなる。従って、比較的高い精度でＮＯｘ濃度を検出することができる。一方、ＮＯｘ濃度がごく低濃度の環境下においては、検出極へのＮＯｘ吸着率も低下する。この場合、仮に、検出極としてペロブスカイト型電極を用い、かつ、電極表面積を大きくしたとしても、分解電流はごく小さなものとなる。このためＮＯｘ濃度が低い環境下では、センサ出力の誤差やばらつきが大きくなりやすく、また、必要な低濃度のレンジまでＮＯｘ濃度を検出することができない場合も考えられる。【０００５】
また、仮に、ごく微量の分解電流を検出したとしても、小さな電流値の出力信号により、制御装置においてＮＯｘ濃度を検出するためには、例えば信号の増幅やノイズカットの処理等を行う機器が必要となることが考えられる。【０００６】
本発明は、上記課題を解決することを目的とし、ＮＯｘ検出のための必要な機器の増加を抑制しつつ、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出精度を向上できるよう改良したＮＯｘセンサの制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気経路に配置されるＮＯｘセンサを制御するＮＯｘセンサの制御装置に関し、ＮＯｘセンサは、固体電解質と、固体電解質を挟んで配置された一対の電極とを備え、検出対象となるガスのＮＯｘ濃度に応じたセンサ出力を発するセンサである。本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、センサ出力の検出前の所定の期間、一対の電極間に電圧が印加されない状態、又は、一対の電極間の電位差が基準値より小さな状態、とする手段を有する。【０００８】
ここで、一対の電極間の電位差に対する「基準値」は、少なくとも後述の出力検出用の電圧より小さい範囲で適宜設定可能であるが、０Ｖあるいは０Ｖ近傍の小さな電位差であることが望ましい。また「所定の期間」は、ＮＯｘセンサに要求される応答性を考慮して決定される一定時間であってもよいし、例えば内燃機関の運転状態に応じて、制御中に設定される期間であってもよい。また、本発明のＮＯｘセンサの制御装置が、２以上のＮＯｘセンサをそれぞれ制御するものである場合には、「所定の期間」は、ＮＯｘセンサごとに設定できるものであってもよい。【０００９】
本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、更に、所定の期間が経過した後、一対の電極間に、センサ出力検出用の電圧を印加する手段と、センサ出力検出用の電圧を印加した際のセンサ出力に応じてＮＯｘ濃度を検出する手段と、を有する。【００１０】
ここで、センサ出力検出用の電圧は、交番電圧であってもよい。その場合、交番電圧の周波数は、０．１Ｈｚから１０Ｈｚがより好適である。また交番電圧は一周期のみ印加されるものとすればよい。【００１１】
また、本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、センサ出力検出用の電圧を印加した後、センサ出力検出用の電圧とは逆方向であって、かつ、センサ出力検出用の電圧以下の大きさの電圧を印加するものであってもよい。【００１２】
本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて、所定の期間の長さ、センサ出力検出用の電圧の最大値、及び、センサ出力検出用の電圧の印加時間のうち、少なくとも１つの条件を設定する手段を、更に備えるものとしてもよい。この場合において、ＮＯｘ濃度を検出する手段は、設定された条件に応じたセンサ出力とＮＯｘ濃度との関係に基づいて、センサ出力に応じたＮＯｘ濃度を検出するものとしてもよい。【００１３】
本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、内燃機関の排気経路の尿素ＳＣＲ触媒の上流に配置された第１ＮＯｘセンサと下流に配置された第２ＮＯｘセンサとの、２つのＮＯｘセンサをそれぞれ制御する制御装置であってもよい。【００１４】
この場合、例えば、第１ＮＯｘセンサに対する所定の期間の長さは、第２ＮＯｘセンサに対する所定の期間の長さよりも短いものとすることができる。また、例えば、第１ＮＯｘセンサに対するセンサ出力検出用の電圧の最大値は、第２ＮＯｘセンサに対するセンサ出力検出用の電圧の最大値よりも小さいものとすることができる。あるいは、第１ＮＯｘセンサに対するセンサ出力検出用の電圧の印加時間は、第２ＮＯｘセンサに対するセンサ出力検出用の電圧の印加時間よりも短いものとしてもよい。【００１５】
本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、センサ出力検出用の電圧の印加の後、センサ出力検出用の電圧の最大値よりも、最大値が小さい交番電圧を印加する手段と、小さい交番電圧を印加した際の固体電解質のインピーダンスを検出する手段と、インピーダンスに応じて、ＮＯｘセンサのセンサ素子の温度を検出する手段と、を更に備えるものとしたものでもよい。【００１６】
また、本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、ＮＯｘセンサのセンサ素子が活性温度に達するまでの間、一定期間ごとに、一対の電極間にＮＯｘ除去用の交番電圧を印加して、一対の電極上のＮＯｘを除去する手段を、更に備えるものとしてもよい。【００１７】
この場合、本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、ＮＯｘ除去用の交番電圧印加の後、ＮＯｘ除去用の交番電圧の最大値よりも、最大値が小さい交番電圧を印加する手段と、小さい交番電圧を印加した際の固体電解質のインピーダンスを検出する手段と、インピーダンスに応じて、センサ素子の温度を検出する手段と、を備えるものとしてもよい。【００１８】
本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、ＮＯｘセンサのセンサ素子が活性温度に達するまでの間、一対の電極間に直流電圧を印加する手段を、更に備えるものとしてもよい。【００１９】
この場合、本発明のＮＯｘセンサの制御装置は、センサ素子が活性温度に達するまでの間、一定期間ごとに、直流電圧に重畳させて、一対の電極間にインピーダンス検出用の交番電圧を印加する手段と、インピーダンス検出用の交番電圧を印加した際の固体電解質のインピーダンスを検出する手段と、インピーダンスに応じて、センサ素子の温度を検出する手段と、を備えるものとしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、センサ出力の検出前の所定の期間の間、一対の電極間に電圧が印加されない状態、又は、一対の電極間の電位差が基準値より小さな状態、とされる。これにより、所定の期間の間、電極上でのＮＯｘの分解が抑制され電極上に多くのＮＯｘを吸着させることができる。従って、所定の期間の経過後に検出されるセンサ出力を、大きなものとすることができる。その結果、ＮＯｘ濃度がごく低濃度である場合も含めて広範囲に渡りＮＯｘ濃度を検出することができる。また、センサ出力を大きくすることができるため、ノイズ等により生じる出力誤差の影響を抑え、高い精度でＮＯｘ濃度を検出することができる。【００２１】
また、センサ出力検出用の電圧を交番電圧としたり、あるいは、センサ出力検出用の電圧を印加した後、センサ出力検出用の電圧とは逆方向の電圧を印加したりすることで、センサ出力検出用の電圧印加によるセンサ出力のハンチングを抑制することができる。【００２２】
また、内燃機関の運転状態に応じて、所定の期間の長さ、センサ出力検出用の電圧の最大値、又は、センサ出力検出用の電圧の印加時間を設定することにより、例えば、ＮＯｘ濃度が低濃度である場合に、所定の期間や印加時間の長さを長くしたり、印加電圧を大きくしたりするなど、運転状態に応じた制御を行うことができる。【００２３】
また、尿素ＳＣＲシステムの上流及び下流の２つのＮＯｘセンサのそれぞれについて、所定の期間の長さ、センサ出力検出用の電圧の最大値、又は、センサ出力検出用の電圧の印加時間を、異なるものとすることにより、それぞれの使用環境に応じた適正な制御を行うことができる。【００２４】
また、センサ出力検出用の電圧の印加の後、インピーダンス検出用の電印加することで、ＮＯｘ濃度の検出のための制御と並行して、素子温を検出することができる。【００２５】
また、ＮＯｘセンサのセンサ素子が活性温度に達するまでの間、一対の電極間に直流電圧を印加し、あるいは一定期間ごとに交番電圧を印加することで、センサ素子が活性温度に達成する前に、電極に多量のＮＯｘが付着するのを抑制することができる。従って、センサ素子が活性温度に達した後、より早い段階でＮＯｘ濃度検出のための制御を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための概略模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＮＯｘセンサの構成について説明するための概略模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における制御の概要について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１におけるＮＯｘ濃度検出精度について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２における制御の概要について説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態２において用いられる、ＮＯｘセンサの出力とＮＯｘ濃度との関係を定めたマップについて説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態２において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３における制御の概要について説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態３において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態４における制御の概要について説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態４において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態４における他の制御の例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００２８】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステムの全体構成］
図１は、この発明の実施の形態１のシステムの全体構成について説明するための図である。図１に示すシステムは車両に搭載されて用いられる。図１に示すシステムにおいて、内燃機関２の排気経路４には、微粒子捕集用フィルタであるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）６が設置されている。図示を省略するがＤＰＦ６には酸化触媒が組み合わされて配置されている。ＤＰＦ６は、排気ガスに含まれる微粒子状物質（ＰＭ;particulate matter）を捕集するフィルタである。
【００２９】
排気経路４のＤＰＦ６の下流には、尿素ＳＣＲシステム（以下、「ＳＣＲシステム」とも称する）が配置されている。ＳＣＲシステムは、尿素噴射弁８と選択還元型ＮＯｘ触媒１０とを有する。尿素噴射弁８は、尿素タンク１２に配管を介して接続されている。尿素噴射弁８は、尿素タンク１２から供給される尿素水を、ＮＯｘ触媒１０上流において排気経路４内に噴射する。ＮＯｘ触媒１０は、尿素水から生成されたアンモニアを還元剤として、排気ガス中のＮＯｘを還元し排気ガスを浄化する。
【００３０】
排気経路４の、ＤＰＦ６の下流であってＮＯｘ触媒１０の上流には、ＮＯｘセンサ１４（第１ＮＯｘセンサ）が設置され、ＮＯｘ触媒１０の下流には、ＮＯｘセンサ１６（第２ＮＯｘセンサ）が配置されている。
【００３１】
このシステムは制御装置２０を備えている。制御装置２０の入力側には、ＮＯｘセンサ１４及びＮＯｘセンサ１６の他、空燃比センサや内燃機関２の各種センサが接続されている。また、制御装置２０の出力側には、尿素噴射弁８や、その他各種のアクチュエータが接続されている。制御装置２０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータ等を作動させることにより、内燃機関２の運転に関する種々の制御を実行する。
【００３２】
［実施の形態１のＮＯｘセンサの構成］
図２は、本実施の形態１のＮＯｘセンサ１４のセンサ素子の構成について説明するための模式図である。なお、ＮＯｘセンサ１４を例にとって説明するが、ＮＯｘ触媒１０の下流側のＮＯｘセンサ１６も同様の構成を有するセンサである。
【００３３】
ＮＯｘセンサ１４は１セル型のセンサである。具体的に、図２に示されるように、ＮＯｘセンサ１４のセンサ素子は、固体電解質３０と、固体電解質３０を挟んで配置された検出極３２と基準極３４とからなる一対の電極と、を有するセルを１つ備える。固体電解質３０はジルコニア（ＺｒＯ２）により構成される。ＮＯｘセンサ１４の検出極３２は、ペロブスカイト型の電極である。ペロブスカイト型電極は、ＮＯｘに対し選択吸着性を有する。基準極３４は白金（ｐｔ）を含む電極である。
【００３４】
なお、固体電解質３０の基準極３４が配置された面側には、所定の凹部を有する絶基板が配置され、基準極３４は、絶縁基板の凹部と固体電解質３０とで形成される空間内に配置される。また、絶縁基板内には、ヒータが形成されている。
【００３５】
一対の電極である検出極３２と基準極３４との間には、電気回路等を介してＮＯｘ濃度を検出するための電圧が印加されると共に、検出極３２と基準極３４との間には、素子温検出のための所定の交番電圧（交流電圧）が印加される構成となっている。また、ヒータには、電気回路等を介して所定の電圧が印加され、これによりセンサ素子が加熱される。
【００３６】
［実施の形態１の制御］
本実施の形態１において、制御装置２０が実行する制御には、ＮＯｘセンサ１４、１６に印加する電圧を制御し、ＮＯｘセンサ１４、１６の出力信号を検出して、ＳＣＲシステムの上流又は下流の排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度を検出する制御が含まれる。
【００３７】
ペロブスカイト型である検出極３２は表面にＮＯｘを選択的に吸着させる。ＮＯｘ濃度検出においてセンサ出力を検出するため所定の電圧が印加されると、検出極３２に吸着したＮＯｘは分解され分解電流が生じる。ＮＯｘセンサ１４はこのときの電流値を出力する。制御装置２０は、ＮＯｘセンサ１４の出力を受けて、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。
【００３８】
しかしながら、ＤＰＦ６下流、あるいはＮＯｘ触媒１０下流では、排気ガスのＮＯｘ濃度がごく低濃度にまで浄化されていると考えられる。従って、ＮＯｘ分解により生じる分解電流はごく小さなものとなる。この場合、ＮＯｘセンサ１４又は１６の出力は、ノイズ等の影響を受けて誤差が生じやすく、検出されるＮＯｘ濃度にばらつきが生じることが考えられる。
【００３９】
従って、本実施の形態１のシステムでは、以下の制御下でＮＯｘ濃度検出が行われる。図３は、本実施の形態１における制御について説明するためのタイミングチャートである。図３の例は、本実施の形態１において、ＮＯｘ濃度検出に際し、検出極３２と基準極３４との間に印加される電圧の変化を示している。
【００４０】
＜ＮＯｘ吸着期間＞
図３の（ａ１）に示される、ＮＯｘ吸着期間（所定の期間）では、電極３２、３４への電圧印加を停止（開放）する。このとき検出極３２と基準極３４との間の電位差は０Ｖである。ＮＯｘ吸着期間は、検出極３２においてＮＯｘ分解がされず、検出極３２へのＮＯｘ吸着量が次第に増加する。
【００４１】
＜ＮＯｘ検出期間＞
図３の（ｂ１）で示される、ＮＯｘ検出期間において、検出極３２と基準極３４との間には出力検出用の電圧である交番電圧を印加する。具体的に、印加電圧は、電圧０Ｖの状態から、検出極３２をマイナス基準極３４をプラスとする正方向に徐々に上昇し、印加電圧が最大電圧に達した段階で一定時間、保持される。この最大電圧に保持されている間の出力をモニターし最大出力を発した検出タイミング（Ｂ）における出力を、センサ出力として検出する。
【００４２】
最大電圧で一定時間保持した後、電圧を徐々に低下させ、基準極３４をマイナス、検出極３２をプラスとする、最小電圧にまで徐々に低下させる。ここで最大電圧と最小電圧とは、ＮＯｘ吸着期間の電圧である０Ｖを中心として、逆方向の同じ大きさの電圧とする。最小電圧に達した段階で一定時間維持される。このようにプラス側とマイナス側とで、同じ時間、同じ大きさの電圧を印加することで、交番電圧印加後の逆電流によるハンチングの発生等を防止して、早くに「ＮＯｘ吸着期間」に戻ることができる。
【００４３】
本実施の形態においては、印加する交番電圧は一周期のみとする。また、以下の実施の形態において、交番電圧の大きさといった場合には最大電圧を意味するものとし、交番電圧の最大電圧と最小電圧との差を「振幅」とも称し、印加される交番電圧の一周期の長さの逆数を「周波数」とも称する。
【００４４】
ところで、ＮＯｘ吸着期間を長くすれば、その間に多くのＮＯｘを検出極３２に吸着させることができる。従って、ＮＯｘ検出期間において、より大きなセンサ出力を検出することができる。一方、ＮＯｘ吸着期間の間は、ＮＯｘ濃度の検出ができないこととなる。従って、この分の応答遅れが生じることとなる。このため、ＮＯｘ吸着期間の長さである基準時間は、必要な大きさのセンサ出力を得るための量のＮＯｘを吸着できる時間と、ＮＯｘ吸着期間により生じる応答遅れとを考慮し、実験等により求められた適正な値に設定される。この値は制御装置２０に予め記憶される。具体的には例えば、ＮＯｘ吸着期間開始から、ＮＯｘ検出期間完了までの１回のＮＯｘ濃度検出にかかる長さは、０．１秒〜１０秒程度とされることが望ましい。
【００４５】
また、検出されたセンサ出力とＮＯｘ濃度とは相関関係を有する。しかし、この相関関係は、ＮＯｘ吸着期間の長さや、ＮＯｘ検出期間に印加される交番電圧の大きさ、周期等により異なるものとなる。従って、センサ出力とＮＯｘ濃度との関係は、センサの特性及びＮＯｘ吸着期間の長さ、ＮＯｘ検出期間に印加される交番電圧の大きさや周期等を踏まえ、実験等により求められる。これによりセンサ出力とＮＯｘ濃度との関係を定めたマップを求め、このマップを予め制御装置２０に記憶させる。実際の制御においては、検出されたセンサ出力に応じ、マップに従ってＮＯｘ濃度が求められる。
【００４６】
［実施の形態１の具体的な制御］
図４は、本発明の実施の形態１において制御装置２０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図４のルーチンは、一定の演算周期で繰り返し実行されるルーチンである。なお、本実施の形態では、上流側のＮＯｘセンサ１４を制御対象として説明する。
【００４７】
図４のルーチンでは、まず、前提条件が成立しているか否かが判別される（Ｓ１０２）。前提条件はＮＯｘセンサ１４によりＮＯｘを適正に検出するために必要な条件であり、例えば、内燃機関２の暖気後の運転中であるか、ＮＯｘセンサ１４のセンサ素子が活性温度に達しているか、などである。具体的な前提条件はあらかじめ設定し、制御装置２０に記憶しておくものとする。ステップＳ１０２において前提条件の成立が認められない場合には、今回の処理は一旦終了する。
【００４８】
ステップＳ１０２において前提条件の成立が認められると、次に、電極３２、３４間への電圧印加がＯＦＦとされる（Ｓ１０４）。これにより電極３２、３４間の電位差が約０Ｖとなり上記のＮＯｘ吸着期間が開始される。
【００４９】
次に、電圧印加ＯＦＦ後、基準時間が経過したか否かが判別される（Ｓ１０６）。つまり、ＮＯｘ吸着期間が完了したか否かが判別される。ここで基準時間の経過が認められない場合、基準時間の経過が認められるまで、電圧印加がＯＦＦとされた状態で、ステップＳ１０６の判別処理が繰り返し実行される。
【００５０】
一方、ステップＳ１０６において基準時間の経過が認められると、次に、ＮＯｘ検出電圧である交番電圧が印加される（Ｓ１０８）。ここで交番電圧は、図３に示されるように、正方向の最大電圧に向けて徐々に電圧が上昇するよう印加された後、最大電圧で保持され、その後、最小電圧に向けて徐々に電圧が下げられる。その後、最小電圧で保持された後、０Ｖに徐々に戻される。
【００５１】
ステップＳ１０８の交番電圧印加開始後の正方向の電圧が印加されている間のセンサ出力がモニターされ、最大値となる出力がセンサ出力として検出される（Ｓ１１０）。次に、センサ出力に基づいて、ＮＯｘ濃度が算出される（Ｓ１１２）。ＮＯｘ濃度は、センサ出力とＮＯｘ濃度との関係を定めたマップ等に従って、センサ出力に応じて算出される。その後、今回の処理が終了する。
【００５２】
［実施の形態１の効果］
図５は、本発明の実施の形態１におけるセンサ出力とＮＯｘ濃度との関係を説明するための図である。図５において横軸はセンサ出力（電流）、縦軸はＮＯｘ濃度を表している。また図５において、実線（ａ）は、本実施の形態１における検出値を表し、破線（ｂ）は従来の検出方法での検出値を表している。
【００５３】
図５に示されるように、本実施の形態１の制御により、以下２つの効果を得ることができる。
（効果１）
従来の検出方法では、ごく低濃度な領域において、十分なセンサ出力を得ることができず、ＮＯｘセンサ１４では検出できない濃度領域が存在していた。しかし、本実施の形態１では、ＮＯｘの吸着を十分に行った後で分解電流を検出することで、ごく低濃度の領域についてもＮＯｘ濃度を検出することができる。従って、ＮＯｘセンサ１４によるＮＯｘ濃度の検出可能な範囲を広く確保することができる。
【００５４】
（効果２）
本実施の形態１では、ＮＯｘを吸着させた後に分解電流をセンサ出力として検出する。従って、検出する分解電流量を増加させることができる。つまり、図５に示されるように、従来の場合（ｂ）に比べて、ＮＯｘ濃度の変化に対する、センサ電流（出力）の変化の割合を大きくすることができる。従って、ＮＯｘセンサ１４の出力はノイズ等の影響を受けにくく、出力にばらつきが生じにくい。従って、本実施の形態１のシステムによれば、ＮＯｘセンサ１４により高い精度でＮＯｘ濃度を検出することができる。また、センサ出力値を大きくすることができるため、例えば、制御装置２０とＮＯｘセンサ１４との間に増幅器等を設置する必要がなくなる。従って、ＮＯｘセンサ１４を含むシステム全体のコストダウンを図ることができる。
【００５５】
なお、本実施の形態１では、ＮＯｘ吸着期間の間、印加電圧を停止してＮＯｘを吸着させるためセンサ出力に遅れが生じる。しかしながら、ＮＯｘ吸着期間を維持する基準時間がごく短時間であっても、ＮＯｘ吸着によりセンサ出力をある程度、大きくさせることができる。従って、必要なＮＯｘセンサの出力応答性の確保と、ＮＯｘ濃度検出の精度の向上とを両立させることができる。
【００５６】
［実施の形態１の他の例］
本実施の形態１では、ＮＯｘ吸着期間の間、電圧印加をＯＦＦとする場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、検出極３２と基準極３４との電位差が、０Ｖ若しくは０Ｖ近傍に設定された基準値以下の値になるように、電圧を印加するものであってもよい。ここで基準値は、少なくともＮＯｘ検出期間に印加される交番電圧の最大電圧よりも小さいものとする。また基準値は、検出極でのＮＯｘの分解が促進されない小さい範囲に設定する。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００５７】
また、本実施の形態１では、ＮＯｘ検出期間に交番電圧を印加する場合について説明した。これは正方向に印加した電圧と対称となるように、同じ大きさの逆方向の電圧を印加することで、交番電圧印加後のセンサ出力のハンチングの発生を抑制するためである。しかしながら、本発明においては、ＮＯｘ検出用の電圧としては、必ずしも交番印圧を印加するものに限るものではない。本発明においては、例えば、検出極３２のＮＯｘを分解させる方向の、出力検出用の電圧を、所定の大きさの単パルスの電圧をして印加するものであってもよい。この場合には、ハンチングが収束した後で、再び、ＮＯｘ吸着期間を開始すればよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００５８】
また、このように単パルスの電圧を印加した後、逆方向であって、かつ、出力検出用の電圧の最大値よりも絶対値が小さな電圧を印加すると、ハンチングを抑制する上で効果的である。この場合、正方向の印加電圧を印加時間で積算した値（図３の交番電圧のプラス側波形の面積）と、逆方向の印加電圧を印加時間で積算した値（図３の交番電圧のマイナス側の波形の面積）と、同じ程度になるようにすることが望ましい。つまり、逆方向の印加電圧の絶対値を小さくした場合には、逆方向の電圧の印加時間を長くすることが望ましい。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００５９】
また、本実施の形態では、ＮＯｘ検出期間の正方向の交番電圧印加中のセンサ出力をモニターし、このときの最大出力をセンサ出力として用いる場合について説明した。しかし、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、正方向の交番電圧印加中のセンサ出力の平均的な値を求め、これをセンサ出力とするものであってもよい。また、ＮＯｘ検出期間の中で正方向の最大電圧が印加されている間の所定のタイミングを、出力検出のタイミングとしてセンサ出力を検出するものとしてもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００６０】
また、本実施の形態１では、上流側のＮＯｘセンサ１４の制御について説明した。しかし、本発明は、これに限るものではなく、下流側のＮＯｘセンサ１６の制御に適用することもできる。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００６１】
また、本実施の形態１において説明したＮＯｘセンサ１４のセンサ素子の構成等は、この発明を拘束するものではない。例えば、本実施の形態１では、検出極３２として、ペロブスカイト型の電極を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、ＮＯｘ吸着性を有する他の電極を用いたものであっても良い。また、固体電解質３０、基準極３４についても、本実施の形態１に説明したものに限られるものではない。これは、以下の実施の形態についても同様である。また、基準極３４側に、絶縁基板やヒータを有しないセンサ構成であってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００６２】
同様に、本発明の実施の形態１におけるシステムは、図１に示したものに限られるものではない。即ち、本発明のＮＯｘセンサの制御装置において、ＮＯｘセンサは尿素ＳＣＲシステムの上流、下流に設置されたものに限られるものではなく、他の位置に設置されたものであってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００６３】
実施の形態２．
本実施の形態２のシステム及びＮＯｘセンサの構成は、図１、図２に示すシステム及びＮＯｘセンサの構成と同一である。本実施の形態２のシステムは、上流側のＮＯｘセンサ１４と下流側のＮＯｘセンサ１６との２つのセンサを制御する。ＮＯｘセンサ１４とＮＯｘセンサ１６とのそれぞれの制御手法は、実施の形態１と同一であるが、ＮＯｘ吸着期間の長さ、及び、ＮＯｘ検出期間に印加される交番電圧の振幅及び周期が、両ＮＯｘセンサ１４、１６間で異なり、かつ、ＮＯｘ濃度算出において用いられるセンサ出力とＮＯｘ濃度との関係を定めたマップが両ＮＯｘセンサ１４、１６間で異なる。
【００６４】
図６は、本発明の実施の形態２における制御について説明するためのタイミングチャートである。図６において、上側の波形は上流側のＮＯｘセンサ１４に対する印加電圧を示し、下側の波形は、ＮＯｘセンサ１６に対する印加電圧を示している。
【００６５】
上述したようにＮＯｘ触媒１０では、アンモニアにより排気ガス中のＮＯｘが浄化される。従ってＮＯｘ触媒１０の下流のＮＯｘセンサ１６の検出対象となる排気ガスのＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ触媒１０の上流のＮＯｘセンサ１４の検出対象となる排気ガスのＮＯｘ濃度に対し、ごく低濃度となる。
【００６６】
従って、ＮＯｘ吸着期間（ａ１及びａ２）の長さである基準時間は、下流のＮＯｘセンサ１６の方が、上流のＮＯｘセンサ１４のよりも長くなるよう設定する。更に、ＮＯｘ検出期間（ｂ１及びｂ２）において印加される交番電圧の最大電圧を、下流のＮＯｘセンサ１６の方が、上流のＮＯｘセンサ１４よりも大きくなるように設定する。また、交番電圧の周期を、下流のＮＯｘセンサ１６の方が、上流のＮＯｘセンサ１４よりも長くなるように設定する。
【００６７】
実施の形態１と同様に、ＮＯｘ検出期間（ｂ１及びｂ２）中の最大電圧印加中にモニタリングされた出力のうち、最大出力（例えば、Ｂ１及びＢ２における出力）が各ＮＯｘセンサ１４、１６のセンサ出力として検出される。
【００６８】
基準時間や交番電圧の大きさや時間等が異なる場合、センサ出力（電流値）とＮＯｘ濃度との相関は、それにより異なるものとなる。例えば、同じＮＯｘ濃度のガスに対しては、ＮＯｘ吸着期間を長くとった方がＮＯｘ吸着量は多くなる。従って、ＮＯｘ吸着期間が長いほうが、より大きなセンサ出力が得られる。つまり、同じセンサ出力で比較した場合、ＮＯｘ吸着時間が長かった場合ほど、実際のＮＯｘ濃度は少ないものとなる。同様に、同じＮＯｘ濃度のガスに対しては、出力検出用の交番電圧が大きい方が、あるいは交番電圧の印加時間が長いほうが、大きなセンサ電流が流れる。
【００６９】
従って、図７に示されるように、本実施の形態１では、下流側と上流側とのＮＯｘセンサ１４、１６のそれぞれについて、異なるセンサ出力（電流値）とＮＯｘ濃度との関係を定めるマップを持たせる。上流のＮＯｘセンサ１４については、図７の上側のマップに従って、出力に応じたＮＯｘ濃度が算出され、下流のＮＯｘセンサ１６については、下側のマップに従って、出力に応じたＮＯｘ濃度が算出される。図７の両マップを比較すると、同一出力に対して算出されるＮＯｘ濃度は、上流のＮＯｘセンサ１４の方が下流のＮＯｘセンサ１６よりも大きなものとなる。
【００７０】
なお、このようなマップは、それぞれのＮＯｘセンサ１４、１６に対する基準時間の長さ、交番電圧の最大電圧、周期、あるいはＮＯｘセンサ１４、１６それぞれの特性等によって異なるものであり、適正な関係が実験等により求められ制御装置２０に記憶される。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態２では、ＮＯｘセンサ１４、１６の設置位置の違いによるＮＯｘ濃度の違いに対応し、基準時間の長さ、ＮＯｘ検出期間における交番電圧の最大電圧、及び、印加時間をそれぞれに設定する。これにより、ＮＯｘ濃度の違うそれぞれの環境に応じて適正な制御を行うことができ、ＮＯｘ濃度の検出の精度を向上させることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態２では、尿素ＳＣＲシステムのＮＯｘ触媒１０の上流、下流それぞれにＮＯｘセンサ１４、１６を配置し、これらを制御する場合について説明した。しかし本発明においてはＮＯｘセンサの配置位置はこれに限るものではない。本実施の形態２の制御は、検出対象とする排気ガスのＮＯｘ濃度が異なることが予想される環境で用いられる２以上のＮＯｘセンサを制御する場合に適用することができる。これについては、以下の実施の形態に本実施の形態２が適用される場合も同様である。
【００７３】
また、本実施の形態２では、ＮＯｘセンサ１４とＮＯｘセンサ１６との間で、ＮＯｘ吸着期間の長さ、交番電圧の最大電圧及び印加時間の全てを異なるものとする場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、ＮＯｘセンサが設置される環境の違いに応じて、ＮＯｘ吸着期間の長さ、交番電圧の最大電圧及び交番電圧の印加時間（周期）のうち、１つ以上の要素を異なるものとするものであればよい。これについては、以下の実施の形態に本実施の形態２が適用される場合においても同様である。
【００７４】
また、本実施の形態２では、ＮＯｘセンサ１４とＮＯｘセンサ１６とのそれぞれについて、ＮＯｘ濃度と出力との関係を定めたマップを有し、これに基づきＮＯｘ濃度を検出する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、印加電圧の制御目標値（ＮＯｘ吸着期間の長さ、交番電圧の最大電圧や印加時間等）に応じて、補正係数を算出し、この補正係数に基づきセンサ出力又はＮＯｘ濃度を補正するものとしてもよい。これは、本実施の形態２が他の実施の形態に適用される場合についても同様である。
【００７５】
実施の形態３
実施の形態３のシステム及びＮＯｘセンサの構成は、図１及び図２のシステム及びＮＯｘセンサの構成と同一である。本実施の形態２では、上流と下流とのＮＯｘセンサ１４、１６のそれぞれに対し、予めＮＯｘ吸着期間の長さ、交番電圧の大きさ及び周期等を設定する場合について説明した。これに対し、実施の形態３のシステムは、１つのＮＯｘセンサ１４に対し、その制御中に基準時間（ＮＯｘ吸着期間の長さ）、交番電圧の最大電圧、及び周期（印加時間）を設定する。
【００７６】
本実施の形態３では、ＮＯｘ吸着期間の長さ、交番電圧の最大電圧、あるいは周期の長さは、運転状態から予想されるＮＯｘ濃度の違いに応じて設定する。例えば、内燃機関２の冷間始動時や高負荷運転中にはＮＯｘ濃度が高くなりやすい。このようにＮＯｘ濃度が高くなる環境下では、ＮＯｘ吸着時間を短くし、交番電圧の最大電圧を小さくし、周期を短くする。このようにしても、ＮＯｘ濃度に対して、ある程度大きなセンサ出力を得ることができる。また、ＮＯｘ吸着時間を短くすることで、早い応答性が要求される高負荷運転時に対応して、ＮＯｘセンサ１４の応答性を早めることができる。
【００７７】
一方、アイドルストップ制御における内燃機関２の停止中や、燃料カット運転中にはＮＯｘ濃度は全体に低くなりやすい。このようにＮＯｘ濃度が低くなることが予想される運転条件下では、ＮＯｘ吸着期間を長くし、交番電圧の最大電圧を大きくし、周期を短くする。これにより、ごく低いＮＯｘ濃度に対しても、ある程度のセンサ出力を確保することができる。
【００７８】
本実施の形態３では、始動時の温度、現在の負荷、燃料カット中か否か、アイドルストップ制御における内燃機関の停止中か否かなど、複数の条件から複数の区分を設定し、各区分に対する、ＮＯｘ吸着期間の長さ（基準時間）と交番電圧の最大電圧と周期とからなる印加電圧の制御目標値の組み合わせを、マップとして設定し、予め制御装置２０に記憶しておくものとする。実際の制御時には、現在の運転状態を各種センサ等から検出し、これに応じた印加電圧のマップから、ＮＯｘセンサ１４に対する印加電圧制御目標値を設定する。
【００７９】
図８は、本発明の実施の形態３において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。図８のルーチンは、ステップＳ１０４の処理とステップＳ１０６の処理との間に、ステップＳ３０２〜Ｓ３０４の処理を有する点を除いて、図４のルーチンと同一である。
【００８０】
具体的に、前提条件の成立が認められ、印加電圧がＯＦＦとされると（Ｓ１０４）、次に、各種運転状態が検出される（３０２）。現在の内燃機関２の運転状態は、各種センサの出力等に応じて検出される。
【００８１】
次に、検出された運転状態に応じて、印加電圧の制御目標値が設定される（Ｓ３０４）。具体的には、ここでは、ＮＯｘ吸着期間の長さである基準時間、ＮＯｘ検出期間に印加される交番電圧の最大電圧と周期がそれぞれ設定される。これらは、制御装置２０に記憶されたマップに従って、検出された運転状態に応じて設定される。
【００８２】
その後、基準時間が経過したか否かが判別される（Ｓ１０６）。ここでは、ステップＳ１０４において印加電圧がＯＦＦとされた後、ステップＳ３０４で設定された基準時間が経過したか否かが判別される。ステップＳ１０６の成立が認められない場合には、基準時間の経過が認められるまで、ステップＳ１０６の判別が繰り返される。
【００８３】
一方、ステップＳ１０６において基準時間の経過が認められると、次に、交番電圧が印加される。交番電圧の最大電圧と周期とはステップＳ３０４で設定された通りに制御される。この交番電圧印加中の最大出力がセンサ出力として検出される（Ｓ１１０）。
【００８４】
次に、検出されたセンサ出力に応じて、ＮＯｘ濃度が求められる（Ｓ１１２）。ここでは、ステップＳ２０４で設定された電圧印加条件に応じたマップに従って、センサ出力に応じたＮＯｘ濃度が求められる。その後今回の処理は終了する。
【００８５】
以上説明したように、本実施の形態３によれば、運転状態によりＮＯｘ濃度が異なる場合に、それに応じて適正な印加電圧の制御を行うことができる。具体的に例えば、負荷が大きくより早くにＮＯｘ濃度の検出が求められる環境下では全体の検出時間が短縮化され、また、ＮＯｘ濃度が低濃度となる場合には、より長くＮＯｘ吸着期間を設定して大きな出力を検出することができる。これにより、高い精度でＮＯｘ濃度の検出を行うことができる。
【００８６】
なお、本実施の形態３では、複数の運転状態を検出し、これらに応じて、基準時間、交番電圧の最大電圧と周期のそれぞれを設定する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、基準時間、出力検出用の電圧の最大電圧又は交番電圧の振幅、交番電圧の周期等を変化させるものであってもよい。これは、本実施の形態３の制御が他の実施の形態に適用される場合についても同様である。
【００８７】
また、本実施の形態３では、１のＮＯｘセンサ１４の印加電圧の制御目標値を運転状態に応じて設定する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、実施の形態２のように、複数のＮＯｘセンサを制御する場合において、ＮＯｘセンサのそれぞれについて、印加電圧の制御目標値を運転状態に応じて設定するものとしてもよい。これは、本実施の形態３の制御が他の実施の形態に適用される場合についても同様である。
【００８８】
また、本実施の形態３では、設定された制御目標値に応じて、ＮＯｘ濃度と出力との関係を定めたマップを有し、これに基づきＮＯｘ濃度を検出する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、印加電圧の制御目標値に応じて、補正係数を算出し、この補正係数に基づきセンサ出力又はＮＯｘ濃度を補正するものとしてもよい。これは、本実施の形態が他の実施の形態に適用される場合にも同様である。
【００８９】
実施の形態４．
本実施の形態４のシステム及びＮＯｘセンサの構成は、図１及び図２において説明したものと同一である。本実施の形態４では、実施の形態１と同様に、ＮＯｘ濃度検出にあたり、ＮＯｘ吸着期間と、交番電圧印加期間とを設ける制御に加え、ＮＯｘセンサ１４の素子温を検出するための制御を実行する。
【００９０】
電極３２、３４間に高周波数の交番電圧を印加した際に検出される固体電解質３０のインピーダンスは、センサ素子温と高い相関を有する。従って、インピーダンスを検出することで、素子温を検出することができる。本実施の形態４では、実施の形態１の制御に加え、インピーダンスに基づくＮＯｘセンサ１４の素子温検出の制御を実行する。
【００９１】
図９は、本発明の実施の形態４の制御について説明するためのタイミングチャートである。図９に示されるように、本実施の形態４では、実施の形態１と同様に、ＮＯｘ吸着期間（ａ１）を設けてＮＯｘを吸着させる。十分にＮＯｘが吸着された後、ＮＯｘ検出期間（ｂ１）に入る。ＮＯｘ検出期間（ｂ１）では、出力検出用の電圧としての交番電圧を印加する。ここで、センサ出力がモニターされ、例えば図９のタイミング（Ｂ）において最大出力がセンサ出力として検出される。
【００９２】
その後、素子温検出期間（ｃ１）が設けられる。素子温検出期間（ｃ１）では、固体電解質３０のインピーダンス検出用の電圧としての交番電圧が印加される。インピーダンス検出用の交番電圧は、少なくとも、ＮＯｘ検出期間に印加される交番電圧よりも、高い周波数（短い周期）、かつ、小さな振幅のものとする。具体的には、例えば、出力検出用の交番電圧の周波数を０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚとし、インピーダンス検出用の交番電圧は、周波数を約１ｋＨｚ以上、最大電圧値を約０．１Ｖ以下とする。素子温検出期間（ｃ１）の終了後は、ＮＯｘ吸着期間（ａ１）に戻る。
【００９３】
このように、本実施の形態４では、ＮＯｘ濃度を検出する期間の間、ＮＯｘ吸着期間（ａ１）、ＮＯｘ検出期間（ｂ１）、及び、素子温検出期間（ｃ１）を、この順に繰り返し実行する。
【００９４】
ここで素子温検出期間に印加される交番電圧は、高周波でありかつ、ＮＯｘ検出期間の交番電圧よりもごく小さなものとされる。これにより、素子温検出期間の交番電圧によるＮＯｘの分解を抑えることができ、ＮＯｘセンサ１４の応答性を低下させることなく、ＮＯｘが実際に吸着される期間を長く確保することができる。
【００９５】
図１０は、本発明の実施の形態４において制御装置２０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１０のルーチンは、図４のルーチンに替えて、一定周期ごとに繰り返し実行されるルーチンである。図１０のルーチンは、図４のルーチンのステップＳ１１０の処理とステップＳ１１２の処理との間に、ステップＳ４０２〜Ｓ４０６の処理を有する点を除き、図４のルーチンと同一である。
【００９６】
図１０のルーチンにおいて、図４の場合と同様に、出力検出期間において、出力検出用の交番電圧が印加され（Ｓ１０８）、その間の最大出力がセンサ出力として検出される（Ｓ１１０）。
【００９７】
次に、インピーダンス検出用の交番電圧が印加される（Ｓ４０２）。上述したように、インピーダンス検出用の交番電圧は、出力検出用の交番電圧と比較して、高周波数であり、印加時間が短く、かつ振幅の小さな電圧である。具体的な交番電圧の印加時間や周波数や振幅は、制御装置２０に予め記憶されている。
【００９８】
次に、インピーダンス検出用の交番電圧印加中の所定の検出タイミング（Ｃ）においてインピーダンスが検出される（Ｓ４０４）。
【００９９】
次に、素子温が検出される（Ｓ４０６）。素子温は、ステップＳ４０４において検出されたインピーダンスに応じ、インピーダンスと素子温との関係を定めたマップに従って検出される。
【０１００】
その後、ステップＳ１１０において検出された、センサ出力に応じて、ＮＯｘ濃度が検出される（Ｓ１１２）。ＮＯｘ濃度は、素子温とセンサ出力とＮＯｘ濃度との関係を定めたマップに従って、素子温とセンサ出力とに応じて求められる。その後今回の処理が終了する。
【０１０１】
以上説明したように、本実施の形態４では、ＮＯｘ濃度検出への影響を抑えつつ、素子温を検出することができる。検出された温度はＮＯｘ濃度の検出に利用することができ、より高い精度でＮＯｘ濃度を求めることができる。
【０１０２】
なお、実施の形態４では、実施の形態１の制御に、素子温検出のための制御を組み合わせる場合について説明した。しかし本発明はこれに限られるものではなく、実施の形態２又は３の制御に、素子温検出のための制御を組み合わせるものであってもよい。これは、以下の実施の形態５においても同様である。
【０１０３】
実施の形態５．
実施の形態５のシステム及びＮＯｘセンサは図１及び図２のシステム及びＮＯｘセンサと同一の構成を有している。本実施の形態５の制御は、実施の形態４の制御に加えて、始動時のセンサ活性前に、検出極３２へのＮＯｘ吸着を防ぐ制御を行う。
【０１０４】
図１１は、本発明の実施の形態５の制御について説明するためのタイミングチャートである。図１１に示されるように、本実施の形態５では、内燃機関２の始動後、素子温がセンサ素子温の活性温度に達するまでの活性前期間（ｄ１）の間、一定周期で交番電圧を印加する。印加する交番電圧は、素子特性に影響を与えない範囲で、吸着したＮＯｘを十分に分解できるように、最大印加電圧を大きく、周期（印加時間）を長くする。好ましくは、ＮＯｘ検出用の交番電圧と比べて、振幅、周期共に大きい電圧を印加する。
【０１０５】
また活性前期間（ｄ１）においてＮＯｘ除去のための交番電圧を印加した後、続けてインピーダンス検出用の交番電圧を印加する。ここで検出タイミング（Ｄ）において、固体電解質３０のインピーダンスを検出し、それに応じて素子温を求める。この素子温に基づいて、センサ素子が所定の活性温度に達しているか否かを判断する。なお、ここで印加されるインピーダンス検出用の交番電圧は、実施の形態４において説明した素子温検出期間（ｃ１）において印加されるインピーダンス検出用の交番電圧と同じものとする。
【０１０６】
本実施の形態５では、センサ素子が活性温度に達するまでの間、ＮＯｘ除去のための交番電圧印加と、続くインピーダンス検出用の交番電圧の印加とが、一定周期で繰り返される。これにより、活性前期間の間、検出極３２に付着するＮＯｘを一定周期で除去し、活性直後からＮＯｘセンサ１４によるＮＯｘ濃度の検出を開始できる状態とすることができる。
【０１０７】
図１２は、本発明の実施の形態５において制御装置２０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１２のルーチンは、図１０のルーチンに替えて実行される。図１２のルーチンは、図１０のルーチンのＳ１０２の前に、ステップＳ５０２〜Ｓ５１２の処理を有する点を除き、図１０のルーチンと同一である。
【０１０８】
図１２のルーチンでは、まず、内燃機関２の始動であるか否かが判別される（Ｓ５０２）。つまり、今回の処理が内燃機関２の始動後最初の処理であるか否かが判断される。ここで内燃機関２の始動が検出されない場合は、ステップＳ１０２に移り、ステップＳ１０２〜Ｓ１１２の処理が上述の通りに実行される。
【０１０９】
一方、内燃機関２の始動が検出されると、次に、ＮＯｘ除去用の交番電圧が印加される（Ｓ５０４）。印加されるＮＯｘ除去用の交番電圧の振幅や印加時間（周期）等は、予め制御装置２０に記憶されている。
【０１１０】
ＮＯｘ除去の交番電圧が終了すると、次に、インピーダンス検出用の交番電圧が印加される（Ｓ５０６）。インピーダンス検出用の交番電圧は、ＮＯｘ除去用の交番電圧やＮＯｘ検出期間の交番電圧に比べて、振幅や周期がごく小さなものであり、具体的な振幅や周期の値は予め設定され制御装置２０に記憶されている。
【０１１１】
インピーダンス検出用の交番電圧印加中のタイミングで、インピーダンスが検出され（Ｓ５０８）、検出されたインピーダンスに応じて素子温が算出される（Ｓ５１０）。素子温は、検出されたインピーダンスに応じ、制御装置２０に記憶されたインピーダンスと素子温との関係に従って、求められる。
【０１１２】
次に、算出された素子温が、活性温度より高いか否かが判別される（Ｓ５１２）。素子温が活性温度より高いことが認められない場合、再び、ステップＳ５０４に戻される。つまり、ステップＳ５１２において、素子温＞活性温度の成立が認められるまでの間、一定周期で、ステップＳ５０４〜Ｓ５１２の処理が繰り返し実行される。
【０１１３】
一方、ステップＳ５１２において、素子温＞活性温度の成立が認められると、次に、ステップＳ１０２に移り、実施の形態４と同様に、図１０のステップＳ１０２〜Ｓ１１２の処理が実行される。
【０１１４】
以上説明したように、本実施の形態５では、センサ素子が活性温度に達するまでの間、一定周期で大きな交番電圧が印加される。これにより、センサ素子が活性温度に達するまでの間、一定周期で検出極３２に堆積したＮＯｘを除去することができる。従って、センサ素子が活性温度に達した後、早い段階でＮＯｘセンサ１４によるＮＯｘ濃度の検出を開始することができる。
【０１１５】
なお、本実施の形態５では、実施の形態４の制御に、本実施の形態５の活性前期間の制御を加えた場合について説明した。しかしこの発明はこれに限るものではなく、例えば、実施の形態１〜３のいずれかの制御に、実施の形態５に説明した、活性前期間の制御を加えたものであっても良い。
【０１１６】
また、活性前期間においてＮＯｘ除去のために印加する電圧は、交番電圧に限るものではない。図１３は、本発明の実施の形態５において、活性前期間（ｄ１）のＮＯｘ除去処理の他の例を説明するためのタイミングチャートである。この例では、図１３に示されるように、活性前期間（ｄ１）の間継続して、ＮＯｘ除去のため一定の直流電圧を印加する。
【０１１７】
この例では、活性前期間（ｄ１）におけるインピーダンス検出用の交番電圧は、ＮＯｘ除去のための直流電流に重畳させて、一定時間ごとに印加する。このようにしても、インピーダンスを検出することができる。このインピーダンスに応じて素子温を検出、この素子温に応じてセンサ素子が活性温度に達したか否かを判別する。素子温が活性温度に到達した後は、直流電圧の印加を停止し、実施の形態１〜４のいずれかに説明したＮＯｘ濃度検出のための制御を開始する。
【０１１８】
このように、直流電圧を継続して印加することで、検出極３２のＮＯｘの分解が促進される状態を維持することができる。従って、ＮＯｘ除去のための交番電圧を印加する場合と同様に、活性前期間の検出極３２へのＮＯｘの堆積を抑えることができ、活性温度到達度、直ぐにＮＯｘ濃度検出のための制御を開始することができる。
【０１１９】
なお、本実施の形態５の制御では、活性前期間（ｄ１）において、一定時間ごとにインピーダンス検出用電圧を印加することで、素子温を検出する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、このようなインピーダンス検出のための制御を含まないものであってもよい。この場合、センサ素子が活性温度に達したか否かは、他のセンサに基づく温度検出値や、あるいは始動後の経過時間等に基づいて判断するものとしてもよい。
【０１２０】
以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造や制御の工程等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【０１２１】
２  内燃機関
４  排気経路
８  尿素噴射弁
１０  ＮＯｘ触媒
１２  尿素タンク
１４  ＮＯｘセンサ
１６  ＮＯｘセンサ
２０  制御装置
３０  固体電解質
３２  検出極
３４  基準極
【図１】
0005900518.tif 000002
【図２】
0005900518.tif 000003
【図３】
0005900518.tif 000004
【図４】
0005900518.tif 000005
【図５】
0005900518.tif 000006
【図６】
0005900518.tif 000007
【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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