(57)【要約】【課題】周囲の温度変化に伴うアンモニア濃度の検出精度の低下や応答遅れを抑制し、安定した検出が可能な信頼性の高いアンモニア検出装置を提供する。【解決手段】アンモニア検出装置１は、内燃機関Ｅの排ガス通路ＥＸに設けられ、排ガス中のアンモニア濃度に応じた混成電位信号をセンサ出力Ｖとする混成電位式のアンモニアセンサ素子２と、排ガスの温度変化量を取得する温度変化取得部３と、温度変化量の取得結果に基づいて、センサ出力Ｖの処理が必要と判定されたときに、センサ出力Ｖを処理する出力処理部４と、出力処理部４によってセンサ出力Ｖの処理が不要と判定されたときには、センサ出力Ｖに基づいてアンモニア濃度を算出し、一方、出力処理部４によってセンサ出力Ｖの処理が必要と判定されたときには、出力処理部４にて処理された処理センサ出力Ｖａ、Ｖｍに基づいて、アンモニア濃度を算出するアンモニア濃度算出部５と、を備える。【選択図】図１
2019203833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（Ｅ）の排ガス通路（ＥＸ）に設けられ、排ガスに含まれるアンモニア濃度に応じた混成電位信号をセンサ出力（Ｖ）とする混成電位式のアンモニアセンサ素子（２）と、
上記排ガスの温度変化量を取得する温度変化取得部（３）と、
上記温度変化量の取得結果に基づいて、上記センサ出力の処理が必要と判定されたときに、上記センサ出力を処理する出力処理部（４）と、
上記出力処理部によって上記センサ出力の処理が不要と判定されたときには、上記センサ出力に基づいてアンモニア濃度を算出し、一方、上記出力処理部によって上記センサ出力の処理が必要と判定されたときには、上記出力処理部にて処理された処理センサ出力（Ｖａ、Ｖｍ）に基づいてアンモニア濃度を算出するアンモニア濃度算出部（５）と、を備える、アンモニア検出装置（１）。
【請求項２】
上記出力処理部は、上記温度変化量に基づいて、上記センサ出力の処理の要否を判定し、上記センサ出力の処理の態様を選択する処理判定部（４１）を備え、
上記処理判定部は、上記温度変化量が第１閾値未満であるときには、上記センサ出力の処理が不要と判定し、上記第１閾値以上であるときには、上記センサ出力の処理が必要と判定する、請求項１に記載のアンモニア検出装置。
【請求項３】
上記出力処理部は、上記処理の態様として、上記センサ出力に演算処理を施す演算処理部（４２）と、上記センサ出力にマスク処理を施すマスク処理部（４３）と、をさらに備え、
上記処理判定部は、上記温度変化量を上記第１閾値又は上記第１閾値よりも大きい第２閾値と比較して、上記温度変化量が上記第１閾値以上であり上記第２閾値未満であるときには、上記演算処理部を選択し、上記第２閾値以上であるときには、上記マスク処理部を選択する、請求項２に記載のアンモニア検出装置。
【請求項４】
上記演算処理部は、上記センサ出力になまし演算処理を施し、上記マスク処理部は、上記センサ出力にマスク処理を施すか又は上記センサ出力を無効にする、請求項３に記載のアンモニア検出装置。
【請求項５】
上記アンモニアセンサ素子に付設したヒータ（Ｈ）への供給電力を制御して、上記アンモニアセンサ素子の温度を定常作動温度（Ｔ1）に制御する素子温度制御部（６）を、さらに備えている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンモニア検出装置。
【請求項６】
内燃機関（Ｅ）の排ガス通路（ＥＸ）に設けられ、排ガスに含まれるアンモニア濃度に応じた混成電位信号をセンサ出力（Ｖ）とする混成電位式のアンモニアセンサ素子（２）と、
上記排ガスの温度変化量を取得する温度変化取得部（３）と、
上記センサ出力に基づいて、アンモニア濃度を算出するアンモニア濃度算出部（５）と、
上記アンモニアセンサ素子に付設したヒータ（Ｈ）への供給電力を制御する素子温度制御部（６）と、を備え、
上記素子温度制御部は、上記温度変化量の取得結果に基づいて、上記アンモニアセンサ素子の保護が不要と判定されたときには、上記アンモニアセンサ素子を定常作動温度（Ｔ1）に制御し、一方、上記アンモニアセンサ素子の保護が必要と判定されたときには、上記定常作動温度よりも高いセンサ素子保護温度（Ｔ2）に制御する素子保護部（６１）を備えている、アンモニア検出装置（１）。
【請求項７】
上記素子保護部は、上記排ガスの温度が上昇する方向に変化するときの上記温度変化量が変化量閾値以上であるときに、上記センサ素子保護温度に制御する、請求項６に記載のアンモニア検出装置。
【請求項８】
上記定常作動温度は、４００℃〜６００℃の範囲にあり、上記センサ素子保護温度は、上記定常作動温度よりも高く、かつ４５０℃〜８００℃の範囲にある、請求項６又は７に記載のアンモニア検出装置。
【請求項９】
上記温度変化量の取得結果に基づいて上記センサ出力の処理の態様を変更する出力処理部（４）を、さらに備える、請求項６〜８のいずれか１項に記載のアンモニア検出装置。
【請求項１０】
上記温度変化取得部は、上記排ガス通路に設けられた排ガス温度センサの検出結果に基づいて上記温度変化量を算出し、又は、上記内燃機関の運転状態に基づいて上記温度変化量を推定する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のアンモニア検出装置。
【請求項１１】
上記アンモニアセンサ素子は、酸素イオン導電性の固体電解質体と、その表面に配置される検出電極及び基準電極とを有し、上記検出電極が配置された上記固体電解質体の表面が上記排ガスに晒されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアンモニア検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニア濃度を検出するためのアンモニア検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼状態や排ガス処理装置の作動を監視するために、排ガス通路には、排ガスに含まれる各種ガス濃度を検出するためのガスセンサが配置されている。このような排ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサとしては、従来から、固体電解質を用いた電気化学式センサ等、種々の検出方式のものがあり、測定しようとするガス種に適した検出方式や周囲の環境に応じた制御手法等が提案されている。
【０００３】
排ガス処理装置として、排ガスに含まれるＮＯｘを低減するための尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが知られており、選択還元型ＮＯｘ触媒の上流に尿素水添加弁が配置されて、還元剤としてのアンモニアを生成する尿素水を供給している。尿素水の供給量は、例えば、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流に配置されるＮＯｘセンサの検出結果に基づいて制御されている。尿素ＳＣＲシステムにおいて、効率よくＮＯｘを還元浄化するためには、尿素水が過不足なく供給されることが必要となる。そのため、選択還元型ＮＯｘ触媒を通過した排ガス中のＮＯｘ濃度のみならず、アンモニア濃度を検出して、フィードバック制御に反映させることが望まれている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、測定ガス中の特定ガスとしてのアンモニア濃度を、一対の電極間のインピーダンス変化又は起電力変化として検出するセンサ素子部を有するガスセンサとその制御装置が開示されている。センサ素子部には、ヒータと温度検出手段とが検知部と積層方向において一体に設けられ、検知部を所定の温度に制御すると共に、センサ素子部からの出力を、温度検出手段の検出結果に基づいて温度補正するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１３４３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
尿素ＳＣＲシステムにおいて、選択還元型ＮＯｘ触媒の下流に排出される微量のアンモニア濃度を応答性よく検出するために、混成電位式のアンモニア検出装置が注目されている。この方式のアンモニアセンサ素子は、素子表面に検出電極を配置することで排ガスが到達しやすくなり、電極表面でのガス交換が促進される一方で、周囲の環境、例えば排ガス温度の影響を受けて、センサ出力が変動しやすい。
【０００７】
これに対して、特許文献１に記載される制御装置では、温度検出手段を検知部に近接させることで、温度急変時の測温精度を向上させ、検出温度に基づく温度補正の精度を高めようとしている。しかしながら、混成電位式のアンモニア検出装置を採用する場合には、非平衡反応に基づく電位を検出するため、所定の作動温度を大きく外れると、センサ出力が十分出なくなり、温度補正の精度が低下する。また、排ガス温度に遅れて変化する素子温度に基づくため、応答遅れが生じるおそれがある。さらに、高温下で選択還元型ＮＯｘ触媒等から吸着性の高いガス(例えば、ＮＯｘやＳＯｘ)が脱離して、検出電極に吸着した場合にも、センサ出力の低下や応答遅れが生じるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、周囲の温度変化に伴うアンモニア濃度の検出精度の低下や応答遅れを抑制し、安定した検出が可能な信頼性の高いアンモニア検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、
内燃機関（Ｅ）の排ガス通路（ＥＸ）に設けられ、排ガスに含まれるアンモニア濃度に応じた混成電位信号をセンサ出力（Ｖ）とする混成電位式のアンモニアセンサ素子（２）と、
上記排ガスの温度変化量を取得する温度変化取得部（３）と、
上記温度変化量の取得結果に基づいて、上記センサ出力の処理が必要と判定されたときに、上記センサ出力を処理する出力処理部（４）と、
上記出力処理部によって上記センサ出力の処理が不要と判定されたときには、上記センサ出力に基づいてアンモニア濃度を算出し、一方、上記出力処理部によって上記センサ出力の処理が必要と判定されたときには、上記出力処理部にて処理された処理センサ出力（Ｖａ、Ｖｍ）に基づいてアンモニア濃度を算出するアンモニア濃度算出部（５）と、を備える、アンモニア検出装置（１）にある。
【００１０】
本発明の他の態様は、
内燃機関（Ｅ）の排ガス通路（ＥＸ）に設けられ、排ガスに含まれるアンモニア濃度に応じた混成電位信号をセンサ出力（Ｖ）とする混成電位式のアンモニアセンサ素子（２）と、
上記排ガスの温度変化量を取得する温度変化取得部（３）と、
上記センサ出力に基づいて、アンモニア濃度を算出するアンモニア濃度算出部（５）と、
上記アンモニアセンサ素子に付設したヒータ（Ｈ）への供給電力を制御して、上記アンモニアセンサ素子の温度を定常作動温度（Ｔ1）に制御する素子温度制御部（６）と、を備え、
上記素子温度制御部は、上記温度変化量の取得結果に基づいて、上記アンモニアセンサ素子の保護が不要と判定されたときには、上記アンモニアセンサ素子を定常作動温度（Ｔ1）に制御し、一方、上記アンモニアセンサ素子の保護が必要と判定されたときには、上記定常作動温度よりも高いセンサ素子保護温度（Ｔ2）に制御する素子保護部（６１）を備えている、アンモニア検出装置（１）にある。
【発明の効果】
【００１１】
上記一態様において、混成電位式のアンモニアセンサ素子から出力される混成電位信号は、排ガスの温度変化の影響を受けて変化する。この温度変化は、温度変化取得部によって取得され、出力処理部は、取得された排ガスの温度変化量に基づいて、センサ出力の処理が必要と判定されたときに、例えば、温度変化量に応じてセンサ出力の具体的な処理の態様を変更する。これに伴い、アンモニア濃度算出部は、未処理のセンサ出力又は出力処理部にて処理された処理センサ出力を用いて、アンモニア濃度を算出する。
【００１２】
このように、排ガスの温度変化を判定基準とすることで、アンモニアセンサ素子の温度変化やそれに伴うセンサ出力への影響を予測して、速やかに処理の態様を判定することができる。したがって、センサ出力を必要に応じて適切に処理することで、応答性よく精度よい検出が可能になる。
【００１３】
上記他の態様においても、排ガスの温度変化量が温度変化取得部によって取得され、温度変化量の大きさに基づいて、素子温度制御部の素子保護部がアンモニアセンサ素子の保護の要否を判定する。素子保護部は、アンモニアセンサ素子の保護が必要と判定されると、定常作動温度よりも高いセンサ素子保護温度に制御する。これにより、例えば、排ガスと共に流入する吸着性の高いガスが、検出電極に吸着するのが抑制される。
【００１４】
この場合も、排ガスの温度変化を判定基準とすることで、アンモニアセンサ素子の温度変化やそれに伴うセンサ出力への影響を予測して、速やかに素子保護部を作動させることができる。したがって、センサ出力への影響を最小限として、応答性よく精度よい検出が可能になる。
【００１５】
以上のごとく、上記態様によれば、周囲の温度変化に伴うアンモニア濃度の検出精度の低下や応答遅れを抑制し、安定した検出が可能な信頼性の高いアンモニア検出装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１における、アンモニア検出装置の要部を示すアンモニアセンサ素子の長手方向断面図及びセンサコントロールユニットの概略構成図。
【図２】実施形態１における、アンモニア検出装置が適用される内燃機関の排ガス処理システムの概略構成図。
【図３】実施形態１における、アンモニア検出装置のセンサコントロールユニットにおけるアンモニア濃度算出処理を示すフローチャート図。
【図４】実施形態１における、センサコントロールユニットにおけるアンモニア濃度算出処理に用いられる、温度変化速度となまし率の関係を示す図。
【図５】実施形態１における、アンモニア濃度算出処理においてなまし演算処理を実施したときの、排ガス温度の時間変化とセンサ素子温度及びセンサ出力との関係の一例を、なまし演算処理を実施しないときと比較して示すタイムチャート図。
【図６】実施形態１における、アンモニア濃度算出処理においてマスク処理を実施したときの、排ガス温度の時間変化とセンサ素子温度及びセンサ出力との関係の一例を、マスク演算処理を実施しないときと比較して示すタイムチャート図。
【図７】実施形態１における、アンモニア濃度算出処理においてマスク処理を実施したときの、排ガス温度の時間変化とセンサ素子温度及びセンサ出力との関係の他の例を、マスク演算処理を実施しないときと比較して示すタイムチャート図。
【図８】実施形態１における、アンモニア濃度算出処理においてマスク処理を実施したときの、排ガス温度の時間変化とセンサ素子温度及びセンサ出力との関係のさらに他の例を、マスク演算処理を実施しないときと比較して示すタイムチャート図。
【図９】実施形態１のセンサコントロールユニットにおいて、出力処理部による処理を実施しない場合の、排ガス温度の時間変化とセンサ素子温度及びセンサ出力との関係の一例を示すタイムチャート図。
【図１０】実施形態２における、アンモニア検出装置の要部を示すセンサコントロールユニットの概略構成図。
【図１１】実施形態２における、アンモニア検出装置のセンサコントロールユニットにおけるセンサ素子保護処理を示すフローチャート図。
【図１２】実施形態２における、センサコントロールユニットにおいてセンサ素子保護処理を実施したときの、排ガス温度の時間変化と、センサ素子温度、センサ出力及び脱離ガス濃度センサ出力との関係の一例を示すタイムチャート図。
【図１３】実施形態２における、センサコントロールユニットにおいてセンサ素子保護処理を実施したときの、排ガス温度の時間変化と、センサ素子温度、センサ出力及び脱離ガス濃度センサ出力との関係の一例を示すタイムチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態１）
以下、アンモニア検出装置に係る実施形態１について、図１〜図９を参照して説明する。
図２に示すように、本形態のアンモニア検出装置１は、内燃機関である自動車用ディーゼルエンジンＥの排ガス浄化システム１００の一部を構成しており、アンモニア検出装置１は、排ガス通路ＥＸに設けられる混成電位式のアンモニアセンサ素子２と、アンモニアセンサ素子２を制御するためのセンサコントロールユニット１０を備えている。センサコントロールユニット１０には、温度変化取得部３と、出力処理部４と、アンモニア濃度算出部（すなわち、図中に示すＮＨ3濃度算出部）５と、素子温度制御部６とが設けられる。
【００１８】
温度変化取得部３は、排ガス通路ＥＸを流通する排ガスの温度変化量を取得する。出力処理部４は、温度変化量の取得結果に基づいて、センサ出力の処理が必要と判定されたときに、センサ出力を処理する。具体的には、出力処理部４は、温度変化量に基づいて、センサ出力の処理の要否を判定し、処理の態様を選択する処理判定部４１と、処理の態様としての、センサ出力に演算処理を施す演算処理部４２と、センサ出力にマスク処理を施すマスク処理部４３とを備えている。
センサコントロールユニット１０の各部については、詳細を後述する。
【００１９】
排ガス浄化システム１００は、例えば、排ガス通路ＥＸの上流側に、エンジンＥから排出される排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタＦが配置され、その下流側に、排ガス温度センサ１１、尿素水添加弁１２、ＳＣＲ触媒１３が順に配置されている。ＳＣＲ触媒１３は、排ガスに含まれるＮＯｘを、尿素水添加弁１２から供給された尿素水から生成するアンモニアと反応させて還元浄化する尿素ＳＣＲシステムを構成している。パティキュレートフィルタＦは、通常、上下流の差圧が所定値に達すると再生処理を行い、堆積した粒子状物質（以下、ＰＭ）を燃焼する。パティキュレートフィルタＦの前段に酸化触媒等を一体的に又は別体として設けることもできる。
【００２０】
アンモニア検出装置１は、アンモニアセンサ素子２がＳＣＲ触媒１３の下流側に配置されて、ＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒１３を通過した排ガスに含まれるアンモニア濃度を検出する。これを尿素水の供給量にフィードバックすることにより、ＳＣＲ触媒１３におけるＮＯｘ浄化反応を効率よく実施することができる。尿素水添加弁１２の駆動は、センサコントロールユニット１０に接続されるエンジンコントロールユニット（すなわち、図中のＥＣＵ）１４によって制御される。ＥＣＵ１４には、排ガス温度センサ１１や図示しないセンサからの検出結果が随時取り込まれ、それら検出結果に基づいてエンジンＥの運転状態を知ると共に、エンジン各部を制御している。
【００２１】
図１に主要部構成を示すアンモニアセンサ素子２は、排ガスに含まれるアンモニア濃度に応じた混成電位信号をセンサ出力とする、混成電位式のアンモニアセンサ素子として構成される。アンモニアセンサ素子２は、固体電解質体２１と、その長手方向Ｘの一端側の表面に設けられる検出電極２２及び基準電極２３と、基準ガス室２４とを有しており、素子加熱用のヒータＨが付設されている。アンモニアセンサ素子２は、例えば、図示しないハウジングに外周を保持された状態で、図２に示す排ガス通路ＥＸの通路壁に取り付けられる。このとき、検出電極２２及び基準電極２３を有する一端側が排ガス通路ＥＸ内に突出し、その外周を保護するように通気性のカバー体を設けることもできる。
【００２２】
固体電解質体２１は、例えば、イットリアが添加された部分安定化ジルコニア等の酸素イオン導電性を有する固体電解質を、平板状に成形してなる。固体電解質体２１には、絶縁性基体２５が積層されており、絶縁性基体２５の固体電解質体２１側に設けられる凹部２６にて、基準ガス室２４が形成される。固体電解質体２１の長手方向Ｘの一端側において、排ガスに晒される外表面２１１には、検出電極２２が設けられており、固体電解質体２１を挟んで検出電極２２と対向する内表面２１２に、基準電極２３が設けられる。基準ガス室２４は、長手方向Ｘの他端側が排ガス通路ＥＸの外部に連通しており、基準電極２３は、基準ガス室２４に外部から導入される大気に晒される。
【００２３】
アンモニアセンサ素子２は、混成電位式センサの検出原理に基づいて、検出電極２２と基準電極２３との電位差Ｖに応じた混成電位信号を出力する。検出電極２２では、固体電解質体２１との界面において以下の２つの電気化学的反応、すなわち、検出しようとするアンモニアが関与する電気化学的酸化反応（１）と、酸素が関与する電気化学的還元反応（２）が同時に進行する。基準電極２３では、酸素が関与する電気化学的還元反応（２）が進行する。
（１）２ＮＨ3＋３Ｏ2-⇔Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ＋６e-
（２）Ｏ2＋４e-⇔２Ｏ2-
【００２４】
このとき、検出電極２２上において、電気化学的酸化反応（１）による酸化電流と、電気化学的還元反応（２）による還元電流とが釣り合うことで、混成電位が発現する。すなわち、検出電極２２の電位は、これら２つの電気化学的反応による混成電位によって決定され、基準電極２３との電位差Ｖを、センサ出力として取り出すことができる。センサ出力は、随時、センサコントロールユニット１０の出力処理部４に入力される。なお、センサ出力は電位差であっても、電位差に基づいて流れる電流値であってもよい。
【００２５】
検出電極２２、基準電極２３は、このような電気化学的反応による電位差が検出可能な組み合わせであればよく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｔ−Ａｕ等の貴金属又は貴金属合金を含む電極にて構成することができる。好適には、検出電極２２は、例えば、Ｐｔ−Ａｕ合金を含有する多孔質サーメット電極にて構成され、基準電極２３は、例えば、Ｐｔを含有する多孔質サーメット電極にて構成される。
【００２６】
また、固体電解質体２１の外表面２１１に配置される検出電極２２を、排ガス中の被毒物質等から保護するために、必要に応じて、検出電極２２の表面に保護層を配置してもよい。保護層は、例えば、ガス透過性のセラミック多孔体にて構成することができ、排ガスが速やかに検出電極２２に到達するように、セラミック多孔体の気孔率や気孔径を調整することが望ましい。
【００２７】
ヒータＨは、基準ガス室２４を構成する絶縁性基体２５に、ヒータ電極Ｈ１が埋設されて、アンモニアセンサ素子２と一体的に形成される。ヒータ電極Ｈ１は、検出電極２２及び基準電極２３と、積層方向に対向するように設けられ、図示しない外部電源から電力供給されて発熱し、アンモニアセンサ素子２を、アンモニア検出に適した温度に加熱する。絶縁性基体２５は、アルミナ等の絶縁性セラミックスからなり、未焼成の複数のセラミックス板の間に、ヒータ電極Ｈ１を挟んで積層し、さらに固体電解質体２１を積層して焼成することにより、ヒータＨを内蔵するアンモニアセンサ素子２を形成することができる。
【００２８】
アンモニアセンサ素子２の温度は、素子温度制御部６によってモニタされ、アンモニア検出時に所定の作動温度(以下、定常作動温度)となるように、例えば、４００℃〜６００℃の範囲で制御される。定常作動温度が、４００℃未満又は６００℃を超えると、混成電位が発現しにくくなり、センサ出力が不足するために、検出精度が低下するおそれがある。アンモニアセンサ素子２の温度は、素子構成部材、例えば、固体電解質体２１の抵抗（インピーダンス）やヒータ電極Ｈ１の抵抗が温度特性を持つことを利用して、検出することができる。このようにすると、温度検出用素子等を別体で設ける必要がなく、装置構成が簡易になる。素子温度制御部６は、素子温度の推定値に基づいてヒータＨによる加熱を制御する。
【００２９】
混成電位を用いたアンモニアセンサ素子２は、原理的に、電極表面でのガス交換が必要なため、検出電極２２が外表面２１１に配置されて排ガスが到達しやすい構造となっている。また、非平衡反応に基づく電位を検出するために、一般的な排ガスセンサよりも低い作動温度に制御されている。そのため、排ガス温度が急激に上昇した場合に、素子温度制御部６のヒータ制御が追い付かなくなり、アンモニアセンサ素子２の温度が上昇してしまう傾向にある。
そこで、センサコントロールユニット１０は、排ガス温度の急激な変化によるセンサ出力への影響を抑制するために、排ガスの温度変化を温度変化取得部３にてモニタし、必要に応じて、出力処理部４にてセンサ出力に演算処理又はマスク処理を施す。
【００３０】
図２において、センサコントロールユニット１０には、ＥＣＵ１４が取得する排ガス温度センサ１１からの排気ガス温度信号が入力されており、温度変化取得部３は、排ガス温度センサ１１の検出結果に基づいて算出される排ガスの温度変化を、随時取得する。出力処理部４は、温度変化取得部３が取得した温度変化量に基づいて、処理の要否を判定し、処理の態様を選択する処理判定部４１と、センサ出力に演算処理を施す演算処理部４２と、センサ出力にマスク処理を施すマスク処理部４３とを有する。処理判定部４１は、予め設定された閾値と取得した温度変化量とを比較して、センサ出力への影響度が大きいと判断されるときに、センサ出力の処理を行う。
【００３１】
なお、排ガスの温度変化量を、ＥＣＵ１４が取得する排ガス温度センサ１１の排気ガス温度信号、パティキュレートフィルタＦの再生開始信号、さらに、図示しないセンサ等から取得されるアクセル開度、燃料噴射量、吸入空気量等の運転状態に基づいて、排ガスの温度変化量を推測することもできる。このようにして推測した温度変化量を、処理判定部４１にて採用する場合には、排ガス温度センサ１１が取得する実際の排ガス温度が変化する前に、その上昇予測が可能になる。したがって、排ガス温度の急上昇を事前に予測して、より早くセンサ出力の処理が可能になり、検出精度の低下や応答遅れを抑制する効果が高まる。
【００３２】
具体的には、処理判定部４１は、温度変化量を、第１閾値と比較して、センサ出力の処理の要否を判定する。また、温度変化量を、第１閾値よりも大きい第２閾値と比較して、その比較結果に基づいて、演算処理部４２又はマスク処理部４３を選択する。すなわち、温度変化量が第１閾値未満であるときは、センサ出力の処理が不要と判定し、センサ出力への影響は小さいとして、センサ出力を処理しない。
【００３３】
温度変化量が第１閾値以上であるときは、センサ出力の処理が必要と判定し、その大きさに応じて、演算処理部４２とマスク処理部４３のいずれかによる処理が実施される。具体的には、温度変化量が、第１閾値以上であり第２閾値未満であるときは、演算処理部４２を選択する。演算処理部４２は、温度変化によるセンサ出力への影響が小さくなるように、例えば、センサ出力になまし演算処理を施す。その際に、温度変化量が大きく、センサ出力への影響度が大きいほど、なまし演算におけるなまし率を大きく設定するのがよい。
【００３４】
温度変化量が、第２閾値以上であるときは、センサ出力が消失するおそれがあり、マスク処理部４３は、センサ出力にマスク処理を施すか又はセンサ出力を無効とする。例えば、直前のセンサ出力や複数のセンサ出力の平均値をマスク信号とするか、予め設定した一定値、例えば、センサ出力をゼロ又はゼロに近い値に固定する。あるいは、センサ信号の出力自体を停止してもよく、これら処理により誤検出を防止することができる。
【００３５】
アンモニア濃度算出部５には、このようにして、出力処理部４にて温度変化量に応じて処理された処理センサ出力、または、未処理のセンサ出力が入力される。アンモニア濃度算出部５は、例えば、センサコントロールユニット１０に保存されているマップ等を参照して、予め知られるアンモニア濃度とセンサ出力の関係から、アンモニア濃度を算出する。
【００３６】
次に、センサコントロールユニット１０において実施される制御例とその効果について、図３〜図８により説明する。まず、上述した排ガス浄化システム１００において、本形態の制御を実施しない場合の課題を、図９により説明する。上記図２に示したように、ＳＣＲ触媒１３の上流にパティキュレートフィルタＦが配置される構成では、例えば、パティキュレートフィルタＦに堆積したＰＭを燃焼除去する再生処理時に排ガスの温度が急激に上昇する。また、パティキュレートフィルタＦを備えない場合でも、高負荷運転が継続する場合等に排ガス温度が急上昇する条件となることがある。
【００３７】
図９に示すように、アンモニアセンサ素子２の温度（すなわち、図中のセンサ素子温度）は、通常、排ガス温度よりも高い作動温度（例えば、図中の定常作動温度Ｔ1）に制御されている。ただし、上述したように、定常作動温度Ｔ1は比較的低く、また、アンモニアセンサ素子２は、検出電極２２が外表面２１１に露出して排ガスが到達しやすい構成となっているために、排ガス温度が急上昇すると（例えば、図中に示す時刻ｔA以降）、センサ素子温度も容易に上昇し、所定の定常作動温度Ｔ1を超えてしまうことになる。
【００３８】
ところが、アンモニアセンサ素子２のセンサ出力Ｖは、温度依存性があり、温度が高くなるほど、センサ出力Ｖが低下する。これは、温度が高くなると、検出電極２２における非平衡反応が平衡反応に近づいて、混成電位が発現しにくくなるためと推測される。そのため、図示するように、未処理のセンサ出力Ｖは、時刻ｔA以降も排ガス温度の上昇が続くことで急減し、排ガス温度の上昇がピーク位置で下降に転じて、再び定常作動温度Ｔ1を下回るまで（例えば、図中に示す時刻ｔBまで）の間、安定した出力が得られなくなる。
【００３９】
その場合には、例えば、従来のようにセンサ素子温度に基づく補正を行うことが考えられるが、検出されるセンサ素子温度は、アンモニアセンサ素子２の内部に配置される固体電解質体２１やヒータＨ等に基づく温度であるために、排ガス温度の変化に対する応答が遅れを有する。そのために、急変する検出電極２２の周囲の温度を正確に反映させて、センサ出力の温度補正を行うことは難しく、補正されたセンサ出力に基づくアンモニア濃度の検出精度が低下すると、アンモニア濃度に基づく排ガス浄化システム１００の制御、例えば、ＳＣＲ触媒１３への尿素水の供給量制御にも影響する。
【００４０】
そこで、本形態では、センサコントロールユニット１０の温度変化取得部３により、排ガスの温度変化の大きさ（すなわち、温度変化量）をモニタすることで、センサ出力への影響の有無を予め予測し、その影響度に応じて、出力処理部４による処理を実行する。図３に示すアンモニア濃度算出処理において、ステップＳ１０３は、温度変化取得部３としての処理であり、ステップＳ１０４〜Ｓ１１１は、出力処理部４としての処理である。また、ステップＳ１１２は、アンモニア濃度算出部５としての処理である。本処理において、温度変化速度Ｔｒは、温度変化量に対応するものであり、温度変化量の判定のための第１閾値、第２閾値に対応する、温度変化速度Ｔｒの第１閾値Ｔｒ1、第２閾値Ｔｒ2を用いて、影響度の大きさを判定する。
これら各ステップについて、以下に説明する。
【００４１】
図３において、アンモニア濃度算出処理をスタートしたら、まず、ステップＳ１０１にて、アンモニアセンサ素子２が活性状態であるか否かを判定する（すなわち、センサ活性状態？）。ここでは、アンモニアセンサ素子２の温度が、予め設定した定常作動温度Ｔ1に達したか否かを判定し、肯定判定された場合は、ステップＳ１０２に進む。定常作動温度Ｔ1は、例えば、４００℃〜６００℃の範囲で、適宜設定される。否定判定された場合は、肯定判定されるまで、ステップＳ１０１を繰り返す。
【００４２】
アンモニアセンサ素子２の温度は、素子温度制御部６によりモニタされ、ヒータＨへの供給電力を調整することによって制御される。このとき、アンモニアセンサ素子２の温度は、例えば、固体電解質体２１のインピーダンスが温度と相関関係を有することを利用して検出する。具体的には、固体電解質体２１に周期的に電圧を印加してインピーダンスを測定し、予め内蔵したインピーダンスの温度相関式に基づいてアンモニアセンサ素子２の温度を算出する。これを、予め内蔵した値と比較することで、定常作動温度Ｔ1に達したか否かを判定することができる。アンモニアセンサ素子２の温度は、固体電解質体２１のインピーダンスのほか、ヒータＨの抵抗値等からも推定できる。
【００４３】
ステップＳ１０２ではアンモニアセンサ素子２のセンサ出力(例えば、センサ出力電圧値)Ｖを取得する。続いて、ステップＳ１０３に進んで、排ガス温度センサ１１の検出結果に基づいて、排ガスの温度変化量に対応する温度変化速度Ｔｒを取得する。このステップは、温度変化取得部３としての処理であり、温度変化速度Ｔｒは、続くステップＳ１０４において、排ガス温度変化によるセンサ出力への影響の大きさを図る指標となる。
【００４４】
温度変化速度Ｔｒは、単位周期当たりの温度変化量の絶対値であり、例えば、所定の制御周期Δｔ毎に排ガス温度センサ１１から取得される、排ガス温度の前回値Ｔn-1と今回値Ｔnの差の絶対値（すなわち、｜Ｔn−Ｔn-1｜／Δｔ）として表される。温度変化速度Ｔｒは、Ｔn-1＜Ｔnであるときは、温度上昇速度であり、Ｔn-1＞Ｔnであるときは、温度降下速度となる。所定の制御周期Δｔは、任意に設定することができ、例えば、想定される排ガス温度の急変状態における温度変化速度等に基づいて、適宜設定される。本形態では、Ｔn-1＜Ｔnである場合について主に説明するが、Ｔn-1＞Ｔnである場合も、同様の処理が有効である。
【００４５】
ステップＳ１０４では、温度変化速度Ｔｒが所定の第１閾値Ｔｒ1以上か否か（すなわち、Ｔｒ≧Ｔｒ1？）を判定する。このステップは、処理判定部４１としての処理の１つであり、温度変化速度Ｔｒと所定の第１閾値Ｔｒ1とを比較して、センサ出力への影響の有無から、以降のステップにおけるセンサ出力の処理の要否を判定する。ステップＳ１０４が否定判定された場合、すなわち、温度変化速度Ｔｒが第１閾値Ｔｒ1よりも小さい場合には、センサ出力に対する排ガス温度変化の影響度は小さく、出力処理は不要と判定して、ステップＳ１０５に進む。
【００４６】
ステップＳ１０５では、アンモニア濃度算出のためのセンサ出力として、未処理のセンサ出力電圧値Ｖ（すなわち、図３中の未処理センサ出力Ｖ）を出力し、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１０４が肯定判定された場合、すなわち、温度変化速度Ｔｒが第１閾値Ｔｒ1以上である場合には、センサ出力に対し排ガス温度変化の影響度が大きく、処理が必要と判定して、ステップＳ１０６に進む。第１閾値Ｔｒ1は、出力処理の要否を判定するための目安となる温度変化速度であり、例えば、５℃／secとする。第１閾値Ｔｒ1は、アンモニアセンサ素子２の近傍における通常時の温度変化の大きさや、センサ出力との関係等に基づいて、適宜設定することができる。
【００４７】
ステップＳ１０６では、さらに、温度変化速度Ｔｒが所定の第２閾値Ｔｒ2以上か否か（すなわち、Ｔｒ≧Ｔｒ2？）を判定する。このステップは、処理判定部４１としての処理の１つであり、センサ出力への影響度の大きさに応じてセンサ出力の処理方法を決定する。ステップＳ１０６が否定判定された場合、すなわち、温度変化速度Ｔｒが第２閾値Ｔｒ2よりも小さい場合には、センサ出力の演算処理を行うためにステップＳ１０７に進む。
【００４８】
ステップＳ１０６が肯定判定された場合、すなわち、温度変化速度Ｔｒが第２閾値Ｔｒ2以上である場合には、排ガス温度変化の影響度が大きく、演算処理よりもマスク処理が適当と判断して、ステップＳ１１０に進む。第２閾値Ｔｒ2は、第１閾値Ｔｒ1よりも大きい温度変化速度であり、例えば、１０℃／secとする。第２閾値Ｔｒ2は、処理方法を決定するための目安となるように、適宜設定することができる。
【００４９】
ステップＳ１０７〜Ｓ１０９は、演算処理部４２としての処理であり、排ガス温度変化の影響を緩和するために、未処理のセンサ出力圧値Ｖに対して、なまし演算処理を実施する。なまし演算処理は、所定周期でサンプリングされるセンサ出力圧値Ｖの時系列データを平滑化する平滑化処理（すなわち、移動平均平滑化処理）であり、例えば、下記式によりなまし演算が実施される。
式：Ｖａ(i)＝Ｖａ(i-1)×（Ｋ−１）／Ｋ＋Ｖ×（１／Ｋ）
式中、「Ｖａ」は、なまし演算処理後のセンサ出力値であり、「Ｋ」は、なまし率である。「Ｖａ」の添字（i）は、今回値を、添字（i-1）は前回値を示している。
【００５０】
まず、ステップＳ１０７では、なまし演算処理を実施するためのなまし率Ｋを算出する。なまし率Ｋは、例えば、図４に示す温度変化速度Ｔｒとの関係に基づいて、温度変化速度Ｔｒが第１閾値Ｔｒ1であるときを基準として、これよりも大きくなるほど、なまし率Ｋが大きくなるように設定することができる。ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で算出したなまし率Ｋを用いて、上記式に基づいて、なまし演算処理を実施する。そして、続くステップＳ１０９にて、アンモニア濃度算出のためのセンサ出力として、なまし演算処理後のセンサ出力の今回値Ｖａ(i)を出力し（すなわち、図３中のなまし処理センサ出力Ｖａ）、ステップＳ１１２に進む。
【００５１】
これにより、図５中の実線で示す未処理のセンサ出力Ｖに対して、温度変化速度Ｔｒが第１閾値Ｔｒ1以上第２閾値Ｔｒ2未満となる間、センサ出力がなまし演算処理により平滑化される。例えば、排ガス温度が急上昇する時刻ｔAにてなまし演算が開始され、時刻ｔBにて温度変化が収束してなまし演算が終了するまでの期間中、点線で示すように、なまし演算処理された処理センサ出力Ｖａが出力されるので、センサ出力の大きな変化が抑制される。
【００５２】
ステップＳ１１０〜Ｓ１１１は、マスク処理部４３としての処理であり、温度変化速度Ｔｒが第１閾値Ｔｒ1より大きい第２閾値Ｔｒ2以上となる場合には、ステップＳ１１０において、マスク処理を実施する。そして、ステップＳ１１１において、マスク処理された処理センサ出力Ｖｍ（すなわち、図３中のマスク処理出力Ｖｍ）を出力して、ステップＳ１１２に進む。
【００５３】
図６に示すように、排ガス温度の急変による温度変化速度Ｔｒがさらに大きい場合には、混成電位に基づくセンサ出力が消失し、センサ出力電圧値Ｖの検出が困難となることがある。このような場合には、所定のマスク処理を実施して、検出精度の低下を抑制することが望ましい。図示の態様では、温度変化速度Ｔｒが第２閾値Ｔｒ2となる直前のセンサ出力の平均値を用いてマスク処理を行う。例えば、時刻ｔA1において、温度変化速度Ｔｒ≧第２閾値Ｔｒ2となった場合には、その直前の所定の時間（例えば、５秒間）のセンサ出力の平均値を算出して処理センサ出力Ｖｍとする。そして、温度変化速度Ｔｒ＜第２閾値Ｔｒ2となる時刻ｔB1までの期間中、マスク処理された処理センサ出力Ｖｍを出力し続ける。
【００５４】
これにより、センサ出力の変化が抑制され、安定した出力が継続される。したがって、センサ出力の大きな変動によるアンモニア濃度の誤判定を防止することができる。また、マスク処理終了後の急激なセンサ出力復帰に伴うセンサ出力のハンチングを防止し、速やかにアンモニア検出が可能となる。
【００５５】
マスク処理の他の態様として、図７に示すように、温度変化速度Ｔｒが第２閾値Ｔｒ2以上となる期間のセンサ出力を停止することもできる。この場合は、温度変化速度Ｔｒ≧第２閾値Ｔｒ2となる時刻ｔA1から、温度変化速度Ｔｒ＜第２閾値Ｔｒ2となる時刻ｔB1までの期間中、センサ信号の出力が停止されることになる。
【００５６】
このようにしても、センサ出力の大きな変動によるアンモニア濃度の誤判定を防止することができる。また、センサ出力自体が停止されることで、アンモニアセンサ素子２が高温に晒される条件下でセンサ電極へ通電されることによる電極劣化を防止することができる。
【００５７】
マスク処理の他の態様として、図８に示すように、予め定めた所定値（例えば、ゼロ））を処理センサ出力Ｖｍ1に用いて、マスク処理を行うこともできる。この場合は、温度変化速度Ｔｒ≧第２閾値Ｔｒ2となる時刻ｔA1から、温度変化速度Ｔｒ＜第２閾値Ｔｒ2となる時刻ｔB1までの期間中、処理センサ出力Ｖｍ1がゼロとなる。
【００５８】
このようにしても、一定の出力が継続されることで、センサ出力の大きな変動によるアンモニア濃度の誤判定を防止することができる。
【００５９】
その後、ステップＳ１１２において、未処理又は処理されたセンサ出力に基づいてアンモニア濃度を算出する。すなわち、ステップＳ１０５にて出力された未処理のセンサ出力Ｖに基づいて、あるいは、ステップＳ１０９にて出力されたなまし演算処理後の処理センサ出力Ｖａ、又は、ステップＳ１１０にて出力されたアンモニア濃度を算出マスク処理後の処理センサ出力Ｖｍ、Ｖｍ1に基づいて、それぞれ、アンモニア濃度を算出する。
ステップＳ１０９のマスク処理において、上記図７のマスク処理が選択される場合には、センサ信号が出力されず、ステップＳ１１２におけるアンモニア濃度の算出も停止される。
【００６０】
このように、排ガスの温度変化量を検出してセンサ出力を処理することで、遅れて変化するセンサ素子温度を用いる場合よりも、速やかにセンサ出力の処理を開始することができる。また、排ガスの温度変化量に応じて、出力処理の要否とその方法を決定するので、必要に応じた適切な処理が可能になる。したがって、例えば、一様になまし演算等の出力を実施する場合よりも制御が容易になり、かつ、センサ出力の応答性を確保して検出精度の低下を抑制することができる。
【００６１】
（実施形態２）
アンモニア検出装置に係る実施形態２について、図１０〜図１３を参照して説明する。
本形態のアンモニア検出装置１は、上記実施形態１と同様の基本構成を有しており、図１０に示すように、センサコントロールユニット１０の素子温度制御部６が素子保護部６１を有している点で異なっている。それ以外のセンサコントロールユニット１０の基本制御や、アンモニア検出装置１を含む排ガス浄化システム１００の構成及び基本作動は、上記実施形態１と同様であり、図示及び説明を省略する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００６２】
図１０に示すように、本形態におけるセンサコントロールユニット１０には、温度変化取得部３と、出力処理部４と、アンモニア濃度算出部（すなわち、図中に示すＮＨ3濃度算出部）５と、素子温度制御部６とが設けられる。素子温度制御部６は、実施形態１と同様に、アンモニアセンサ素子２に付設したヒータＨへの供給電力を制御して、アンモニアセンサ素子２の温度を定常作動温度Ｔ1に制御すると共に、素子保護部６１を備えて、アンモニアセンサ素子２の保護制御を行う。なお、出力処理部４を設けない構成とすることもできる。
【００６３】
素子保護部６１は、温度変化取得部３により取得される温度変化量の取得結果に基づいて、アンモニアセンサ素子２の保護が不要と判定されたときには、定常作動温度Ｔ1に制御し、アンモニアセンサ素子２の保護が必要と判定されたときには、定常作動温度Ｔ1よりも高いセンサ素子保護温度Ｔ2に制御する。具体的には、素子保護部６１は、排ガス温度が上昇する方向に変化するときの温度変化量が、変化量閾値以上であるときに、センサ素子保護温度Ｔ2となるように、ヒータＨへの供給電力を制御する。例えば、後述する処理では、温度変化量に対応する温度変化速度Ｔｒを、変化量閾値に対応する第３閾値Ｔｒ3と比較して判定を行う。
これにより、温度上昇時に吸着性の高いガスが多量に流入することが予測される場合に、アンモニアセンサ素子２の温度をより高くして、検出電極２２への吸着を抑制できる。
【００６４】
定常作動温度Ｔ1は、実施形態1と同様に、例えば、４００℃〜６００℃の範囲にて設定される。センサ素子保護温度Ｔ2は、検出電極２２へのガス吸着を抑制できる温度であればよく、定常作動温度Ｔ1よりも高くなるように、例えば、４５０℃〜８００℃の範囲にて、所望の素子保護効果が得られるように適宜設定される。
【００６５】
本形態において、実施形態１と同様に、出力処理部４による処理を併用することもできる。出力処理部４には、処理判定部４１、演算処理部４２、マスク処理部４３が設けられて、温度変化取得部３により取得される温度変化量の取得結果に基づいて、センサ出力の処理の要否とその態様を判定し、温度変化量の大きさに応じてセンサ出力を処理する。
【００６６】
次に、センサコントロールユニット１０において実施される制御例とその効果について、図１１〜図１３により説明する。まず、上述した排ガス浄化システム１００において、本形態の制御を実施しない場合の課題を、図１３により説明する。上記図２に示したように、ＳＣＲ触媒１３の上流にパティキュレートフィルタＦが配置される構成では、例えば、パティキュレートフィルタＦの再生処理時等に排ガスの温度が急激に上昇した場合に、パティキュレートフィルタＦやＳＣＲ触媒１３等から、ＮＯｘやＳＯｘといった強吸着性ガスが多量に脱離することがある。これら脱離ガスがアンモニアセンサ素子２の検出電極２３上に吸着すると、センサ出力の応答遅れが生じるおそれがある。
【００６７】
図１３に示すように、排ガス温度が急上昇することにより（例えば、図中に示す時刻ｔc以降）、アンモニアセンサ素子２に流入する脱離ガス濃度が急上昇し、排ガス温度の低下と共に、脱離ガス濃度も低下する。また、排ガス温度に追従してセンサ素子温度が上昇すると、これに伴いセンサ出力が低下し、センサ素子温度が下降すると、センサ出力も上昇に転じるが、このとき、脱離ガス濃度が十分低下した後も（例えば、図中に示す時刻ｔd以降）、センサ出力が低く復帰に時間を要する傾向にある。これは、強吸着性の脱離ガスがアンモニアセンサ素子２の検出電極２３に吸着することで、ガス交換が阻害されることによると推測される。
【００６８】
そこで、本形態では、センサコントロールユニット１０の温度変化取得部３により、排ガスの温度変化量をモニタすることで、アンモニアセンサ素子の保護の要否を予め予測し、必要に応じて、素子保護部６１による処理を実行する。図１１に示すセンサ素子保護処理の各ステップについて、以下に説明する。ステップＳ２０２は、温度変化取得部３としての処理であり、ステップＳ２０３〜Ｓ２０６は、素子保護部６１としての処理である。
【００６９】
図１１において、センサ素子保護処理をスタートしたら、まず、ステップＳ２０１にて、アンモニアセンサ素子２が活性状態であるか否かを判定する。ステップＳ２０１は、実施形態１におけるステップＳ１０１と同様のステップであり、例えば、アンモニアセンサ素子２の温度が、予め設定した定常作動温度Ｔ1に達したか否かを判定する。肯定判定された場合は、ステップＳ２０２に進み、否定判定された場合は、肯定判定されるまで、ステップＳ２０１を繰り返す。定常作動温度Ｔ1は、例えば、４００℃〜６００℃の範囲で適宜設定される。
【００７０】
続いて、ステップＳ２０２において、排ガスの温度変化量としての温度変化速度Ｔｒを取得する。温度変化速度Ｔｒは、例えば、所定の制御周期Δｔ毎に、排ガス温度センサ１１から取得される排ガス温度の前回値Ｔn-1と今回値Ｔnの差の絶対値（すなわち、｜Ｔn−Ｔn-1｜／Δｔ）として表される。温度変化速度Ｔｒは、Ｔn-1＜Ｔnであるときは、温度上昇速度であり、Ｔn-1＞Ｔnであるときは、温度降下速度となる。
【００７１】
次いで、ステップＳ２０３において、排ガス温度の前回値Ｔn-1よりも今回値Ｔnが大きいか否か（すなわち、Ｔn≧Ｔn-1？）を判定する。本形態では、排ガス温度が上昇する方向に温度変化する場合に、アンモニアセンサ素子２を保護するので、まず、排ガス温度の今回値Ｔnと前回値Ｔn-1とを比較して、排ガス温度が上昇しているか否かを判定する。ステップＳ２０３が肯定判定されたら、ステップＳ２０４へ進み、否定判定されたら、本処理を一旦終了する。
【００７２】
ステップＳ２０４では、温度変化速度Ｔｒが所定の第３閾値Ｔｒ3以上か否か（すなわち、Ｔｒ≧Ｔｒ3？）を判定する。第３閾値Ｔｒ3は、センサ素子保護のための処理の要否を判断する目安となる温度変化速度であり、例えば、５℃／secとする。第３閾値Ｔｒ3は、例えば、予め知られる温度変化速度と脱離ガス濃度の関係に基づいて、適宜設定することができる。
【００７３】
ステップＳ２０４が肯定判定された場合、すなわち、温度変化速度Ｔｒが第３閾値Ｔｒ3以上である場合には、センサ素子保護が必要と判定して、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４が否定判定された場合、すなわち、温度変化速度Ｔｒが第３閾値Ｔｒ3よりも小さい場合には、センサ素子保護は不要と判定して、本処理を一旦終了する。
【００７４】
ステップＳ２０５では、ヒータＨへ電力を供給することにより、アンモニアセンサ素子２を加熱し、定常作動温度Ｔ1よりも高温のセンサ素子保護温度Ｔ2（すなわち、図中に示す保護温度Ｔ2）に制御する。続いて、ステップＳ２０６において、温度変化速度Ｔｒが所定の第３閾値Ｔｒ3以上か否か（すなわち、Ｔｒ≧Ｔｒ3？）を再度判定する。ステップＳ２０５が肯定判定された場合は、ステップＳ２０５に戻り、否定判定されるまで、ヒータ加熱を実施する。ステップＳ２０６が否定判定されたら、本処理を終了する。
【００７５】
これにより、図１２に示すように、脱離ガスが生じる排ガス温度の急上昇時には、温度変化速度Ｔｒが第３閾値Ｔｒ3以上になると（例えば、図中に示す時刻ｔc以降）、センサ素子温度が、定常作動温度Ｔ1よりも高温のセンサ素子保護温度Ｔ2に上昇し、温度変化速度Ｔｒが第３閾値Ｔｒ3を下回るまで（例えば、図中に示す時刻ｔdまで）、センサ素子保護温度Ｔ2に維持される。これに伴い、センサ出力が低下してほぼゼロとなる。一方、その間、脱離ガスの検出電極２２への吸着が抑制されるので、センサ素子温度が定常作動温度Ｔ1に戻ると（例えば、図中に示す時刻ｔd以降）、センサ出力が速やかに復帰回復する。
【００７６】
このようにして、排ガス温度の急上昇による脱離ガスからアンモニアセンサ素子２を保護し、脱離ガスの吸着による応答性の低下を抑制することができる。したがって、センサ出力への影響を最小限として、応答性よく精度よい検出が可能になる。
【００７７】
なお、本形態によるセンサ素子保護処理は、ヒータ加熱を伴うため、ヒータＨの駆動を最小限として消費電力を抑制するために、温度変化速度Ｔｒに加えて、ＥＣＵ１４にて取得される車両情報等を用いて、多量の脱離ガスが発生する可能性の有無を判断し、処理を実施するようにしてもよい。そのための車両情報等としては、例えば、前回のセンサ素子保護処理後の累積走行距離や、パティキュレートフィルタＦの再生処理信号、その他のガスセンサからの出力信号等が挙げられる。
【００７８】
具体的には、累積走行距離が所定の距離（例えば、５００ｋｍ）を超える場合には、パティキュレートフィルタＦやＳＣＲ触媒１３に、相当量のガスが吸着していると考えられるため、排ガス温度の上昇によりＳＯｘやＮＯｘ等の脱離ガスが多量に発生する可能性が高い。また、パティキュレートフィルタＦの再生処理中は、堆積したＰＭの燃焼により、パティキュレートフィルタＦの温度が急激に上昇し、脱離ガスが発生しやすい。その他のガスセンサ、例えば、ＮＯｘセンサ等の信号出力の急激な上昇をモニタしてもよい。
【００７９】
したがって、温度変化速度Ｔｒに、これら情報の１つ又は複数を加味して、センサ素子保護処理を行うか否かを決定することで、アンモニアセンサ素子２の不要な加熱を抑制しながら、脱離ガスの吸着による応答性の低下を抑制することができる。
また、素子保護部６１によるセンサ素子保護処理が実施されない場合には、出力処理部４による処理を併用することで、温度変化によるセンサ出力の変動を抑制することができる。センサ素子保護処理が実施された場合には、センサ出力がほぼゼロとなり大きく変動しないので、出力処理部４による処理を停止することもできる。
【００８０】
以上により、温度変化に伴うアンモニア濃度の検出精度の低下や応答遅れを抑制し、信頼性の高いアンモニア検出装置１を実現することができる。
【００８１】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、アンモニアセンサ素子２の構成は、上記実施形態に示したものに限らず、電極配置等を適宜変更してもよく、アンモニア以外のガス濃度を検出するための電極等を併設してもよい。また、アンモニア検出装置１を、自動車用ディーゼルエンジンＥの排ガス浄化システム１００に適用した例として説明したが、内燃機関は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジン、ガスエンジンその他であってもよい。排ガス処理システム１００の構成やアンモニア検出装置１の配置等も適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１  アンモニア検出装置
２  アンモニアセンサ素子
２１  固体電解質体
２２  検出電極
２３  基準電極
３  温度変化取得部
４  出力処理部
５  アンモニア濃度算出部
６  素子温度制御部
Ｈ  ヒータ
【図１】
2019203833.tif 000003
【図２】
2019203833.tif 000004
【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】
2019203833.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019203833.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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