(57)【要約】【課題】ガスセンサの個体差や経時変化に基因した検出誤差を低減することである。【解決手段】ＥＣＵ２２で、内燃機関の運転状態が、運転状態と、ガスセンサ１の検出対象の成分ガスとの対応関係が良好な所定の状態にあるときに、その運転状態に基づいて推定される成分ガスの濃度を基準値として、該基準値とガスセンサ１の実検出値との偏差が減じられるように、ガスセンサ１の検出値を補正する。これにより、ガスセンサの個体差や経時変化に基因した検出誤差が相殺され、検出制度が向上する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の所定の成分ガスに感応して、排気ガス中の所定成分ガスの濃度に応じた検出信号を出力するガスセンサを有し、前記所定成分ガスの濃度を検出する内燃機関のガス濃度検出装置において
内燃機関の運転状態が予め設定した所定の状態のときに前記ガスセンサの検出値がとるべき値として記憶された値を基準値として、該基準値と、内燃機関の運転状態が前記所定状態のときの前記ガスセンサの実検出値との偏差が減じられるように、前記ガスセンサの検出値を補正する補正係数を設定する補正係数設定手段を具備せしめたことを特徴とする内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関のガス濃度検出装置において、前記所定状態はアイドリング状態である内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項３】
請求項１または２いずれか記載の内燃機関のガス濃度検出装置において、前記成分ガスはＮＯｘ  であり、
前記内燃機関の排気管には前記ガスセンサよりも上流側に、ＮＯｘ  を吸蔵可能なＮＯｘ  吸蔵還元型触媒が設けられており、
かつ、前記所定状態は排気温が予め設定した閾値以下の状態である内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関のガス濃度検出装置において、前記成分ガスはＮＯｘ  であり、
前記内燃機関の排気管には前記ガスセンサよりも上流側に、ＮＯｘ  を吸蔵可能なＮＯｘ  吸蔵還元型触媒が設けられており、
かつ、前記所定状態は、前記ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒の回復制御の直前の状態若しくは直後の状態である内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関のガス濃度検出装置において、前記内燃機関は排気ガスを再循環せしめるＥＧＲ方式のものであり、
前記所定状態は、排気ガスの再循環が非実行の状態であり、
かつ、排気ガスの再循環が非実行であることを除き前記所定状態の条件が成立しているときには、排気ガスの再循環を禁止する排気ガス再循環禁止手段を具備せしめた内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関のガス濃度検出装置において、前記成分ガスはＮＯｘ  であり、
前記内燃機関の排気管には前記ガスセンサよりも上流側に、ＮＯｘ  を吸蔵可能なＮＯｘ  吸蔵還元型触媒が設けられ、該ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒のＮＯｘ  吸蔵能力がこれを回復せしめる回復制御により内燃機関の運転中に回復可能であり、
かつ、前記回復制御が前回実行されてからの前記内燃機関の燃料噴射量の消費量が多いほど、前記基準値が高くなるように前記基準値を再設定する基準値再設定手段を具備せしめた内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載の内燃機関のガス濃度検出装置において、前記成分ガスはＮＯｘ  であり、
前記内燃機関の排気管には前記ガスセンサよりも上流側に、ＮＯｘ  を吸蔵可能なＮＯｘ  吸蔵還元型触媒が設けられ、該ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒のＮＯｘ  吸蔵能力がこれを回復せしめる回復制御により内燃機関の運転中に回復可能であり、
かつ、前記回復制御の回数が多いほど、前記基準値が高くなるように前記基準値を再設定する基準値再設定手段を具備せしめた内燃機関のガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のガス濃度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサを備えたガス濃度検出装置は種々の分野で用いられており、例えば、ガスセンサを内燃機関の排気管に設けて、内燃機関本体から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出して、空燃比を制御するものが広く普及している。また、今日、排気ガスを再循環せしめるＥＧＲ方式のものや、排気管にＮＯｘ  を吸蔵可能なＮＯｘ  吸蔵還元型触媒を設けたものにおいて、排気ガス規制に対処すべく、排気ガス中のＮＯｘ  の濃度を検出し、これら排気ガスの再循環量の適正化や、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ  の放出時期の適正化を企図したものもある。
【０００３】
内燃機関用のガスセンサは、今日、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質材を用いたものが一般的である。例えば、被測定ガスが存在するガスセンサ外部とガスセンサ内部とで酸素が行き来可能にチャンバーが形成され、固体電解質材に１対の電極を形成したセルによりチャンバー内の酸素を汲み出す構造のものがある。酸素は、電極間に電圧を印加して固体電解質材の内部にキャリアとしての酸素イオンを移動させることで汲み出される。ＮＯｘ  を検出可能なものとして、このようなセルを２つ設けて、チャンバ内に臨む電極のうち、一方のセルのものをＮＯｘ  に対して活性とするとともに、他方のセルのものを不活性として、ＮＯｘ  の濃度に応じて電極表面で消費または生成される酸素の量に応じた差が生じるようにしたものがある。ＮＯｘ  に感応しない前記他方のセル（モニタセル）を設けることで、ＮＯｘ  に感応する前記一方のセル（センサセル）の検出信号に含まれるチャンバ内の残留酸素の影響を排除して、ＮＯｘ  の検出精度を向上させている（特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０２２８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ガスセンサのように高い検出精度が期待できる検出原理を用いたものでも、ガスセンサの出力特性には個体差があり、それが検出誤差の原因となる。そこで、ガスセンサの個体差を吸収すべく、各ガスセンサごとに、これを組み合わせる制御回路の出力特性を合わせ込み、ガス濃度検出装置全体として個体差が抑制されるようにした状態で出荷していた。
【０００６】
この方法はガス濃度の検出精度を確保することができるが、対になるガスセンサと制御回路とを確実に自動車に搭載する必要がある。ところが、ガスセンサが排気管に取り付けられる一方で、制御回路は車室内等に取り付けられるため、生産ラインにおいてガスセンサと制御回路とを同時に組付けられるとは限らず、ガスセンサと制御回路との不整合を回避するために、作業者に過度の注意負担を強いたり、ガスセンサと制御回路との整合性を担保するための作業が別途必要になる。
【０００７】
また、故障等でガスセンサの交換が必要になった場合、交換のために用意されたガスセンサと組み合わされる制御回路も一緒に交換してしまう必要があり、交換のコストが大きくなるという問題がある。交換を行う整備工場にガスセンサと制御回路とのセットを備えている必要があるから、市場作業性が悪いという問題もある。
【０００８】
また、内燃機関用のガスセンサが取り付けられる排気管は高温の排気ガスが流通し、ガスセンサは過酷な使用環境に置かれる。このため、出荷時にガスセンサと制御回路とで整合性がとれていても、ガスセンサの経時変化により、不整合が生じるおそれもある。
【０００９】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、生産ラインにおいて作業者に作業負担を強いたり、ガスセンサと制御回路との整合性を損なうことなく、ガスセンサおよび制御回路を組付けることができ、経時変化に対してもガス濃度の高い検出精度を維持することのできる内燃機関のガス濃度検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、排気ガス中の所定の成分ガスに感応して、排気ガス中の所定成分ガスの濃度に応じた検出信号を出力するガスセンサを有し、前記所定成分ガスの濃度を検出する内燃機関のガス濃度検出装置において
内燃機関の運転状態が予め設定した所定の状態のときに前記ガスセンサの検出値がとるべき値として記憶された値を基準値として、該基準値と、内燃機関の運転状態が前記所定状態のときの前記ガスセンサの実検出値との偏差が減じられるように、前記ガスセンサの検出値を補正する補正係数を設定する補正係数設定手段を具備せしめる。
【００１１】
排気ガス中の所定の成分ガスの濃度は、吸気量や燃料噴射等の運転状態に応じたものとなるため、運転状態に基づいてある程度知られる。したがって、運転状態と成分ガスの濃度との対応関係がよい運転状態のときに、そのときの運転状態に基づいて推定される前記基準値と実検出値とを比較すれば、ガスセンサの出力特性の個体差が知られる。したがって、前記基準値と実検出値とから補正係数を設定し、該補正係数に基づいて、実検出値を補正するようにすることで、予めガスセンサと制御回路とを対にしておくことなく、制御回路を個々のガスセンサに適合させることができる。
【００１２】
したがって、ガスセンサおよび制御回路の組付けは、ガスセンサと制御回路とでそれぞれ工程の適当な段階で行えばよく、作業者に注意負担を強いずに済む。
【００１３】
また、ガスセンサの出力特性が経時変化しても、内燃機関が前記所定の状態のときに補正係数を再設定することにより、前記経時変化を吸収することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記所定状態はアイドリング状態である構成とする。
【００１５】
アイドリング状態では燃料噴射が一定しており、実検出値のばらつきを抑制することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記成分ガスはＮＯｘ  であり、
前記内燃機関の排気管には前記ガスセンサよりも上流側に、ＮＯｘ  を吸蔵可能なＮＯｘ  吸蔵還元型触媒が設けられており、
かつ、前記所定状態は排気温が予め設定した閾値以下の状態である構成とする。
【００１７】
排気温が低くＮＯｘ  吸蔵還元型触媒の温度が低いと、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒のＮＯｘ  吸蔵能力は発揮されず、ＮＯｘ  吸蔵能力は一定している。したがって、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒でＮＯｘ  が吸蔵されることによる実検出値のばらつきを抑制することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、請求項１ないし３の発明の構成において、前記成分ガスはＮＯｘ  であり、
前記内燃機関の排気管には前記ガスセンサよりも上流側に、ＮＯｘ  を吸蔵可能なＮＯｘ  吸蔵還元型触媒が設けられており、
かつ、前記所定状態は、前記ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒の回復制御の直前の状態若しくは直後の状態である構成とする。
【００１９】
ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒の回復制御の直前の状態は、ＮＯｘ  吸蔵能力が低い側で飽和しており、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒でＮＯｘ  が吸蔵されることによる実検出値のばらつきを抑制することができる。また、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒の回復制御の直後の状態はＮＯｘ  吸蔵能力が回復されており、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒でＮＯｘ  が吸蔵されることによる実検出値のばらつきを抑制することができる。
【００２０】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし４の発明の構成において、前記内燃機関は排気ガスを再循環せしめるＥＧＲ方式のものであり、
前記所定状態は、排気ガスの再循環が非実行の状態であり、
かつ、排気ガスの再循環が非実行であることを除き前記所定状態の条件が成立しているときには、排気ガスの再循環を禁止する排気ガス再循環禁止手段を具備せしめる。
【００２１】
内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ  濃度がＥＧＲの作用で異なるのが禁止され、実検出値のばらつきを抑制することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記成分ガスはＮＯｘ  であり、
前記内燃機関の排気管には前記ガスセンサよりも上流側に、ＮＯｘ  を吸蔵可能なＮＯｘ  吸蔵還元型触媒が設けられ、該ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒のＮＯｘ  吸蔵能力がこれを回復せしめる回復制御により内燃機関の運転中に回復可能であり、
かつ、前記回復制御が前回実行されてからの前記内燃機関の燃料噴射量の消費量が多いほど、前記基準値が高くなるように前記基準値を再設定する基準値再設定手段を具備せしめる。
【００２３】
燃料が消費されるほど、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒を流通する排気ガスの積算量が増大し、ＮＯｘ  吸蔵能力も低下する。ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒の回復制御が前回実行されてからの前記内燃機関の燃料噴射量の消費量が多いほど、前記基準値が高くなるように前記基準値を再設定することで、基準値を適正化することができる。
【００２４】
請求項７記載の発明では、請求項１ないし６の発明の構成において、前記成分ガスはＮＯｘ  であり、
前記内燃機関の排気管には前記ガスセンサよりも上流側に、ＮＯｘ  を吸蔵可能なＮＯｘ  吸蔵還元型触媒が設けられ、該ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒のＮＯｘ  吸蔵能力がこれを回復せしめる回復制御により内燃機関の運転中に回復可能であり、
かつ、前記回復制御の回数が多いほど、前記基準値が高くなるように前記基準値を再設定する基準値再設定手段を具備せしめる。
【００２５】
ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒の回復制御が行われるほど、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒を流通した排気ガスの積算量が多く、劣化も進行してＮＯｘ  吸蔵能力も低下しているといえる。ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒の回復制御の回数が多いほど、前記基準値が高くなるように前記基準値を再設定することで、基準値を適正化することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のガス濃度検出装置を付設した内燃機関（エンジン）を示す。本エンジンＥは例えば自動車に搭載される。図例のものは、過給式の４気筒ディーゼルエンジンであり、各気筒と１対１に対応して設けられたインジェクタ４２に高圧燃料を供給するコモンレール４１、排気マニホールド５１と吸気マニホールド３１とを連通するＥＧＲ通路６１を備えている。エンジンＥの各気筒から排出される排気ガスが流通する排気管５２には、排気ガスを酸化する酸化触媒５４とともに、その上流にＮＯｘ  吸蔵還元型触媒５３が設けられている。排気管５２の上流部に位置する排気マニホールド５１には、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒５３に吸蔵されたＮＯｘ  を還元せしめるためのＨＣを供給する排気燃料添加弁４３が設けられており、燃料ポンプ４４から圧送される燃料を排気マニホールド５１内に噴射供給する。
【００２７】
ガス濃度検出装置Ｓのガスセンサ１は、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒５３と酸化触媒５４との間で排気管５２に設けられ、車室側に設けられたガスセンサ１の制御回路２１と配線用のケーブルにより接続される。制御回路２１を構成するマイクロコンピュータでは、ガスセンサ１からの各信号に基づいて排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ  濃度（以下、適宜、ガス濃度という）を演算処理し、その結果をＥＣＵ２２に出力する。ガス濃度の検出結果は、ＥＣＵ２２において、排気燃料添加弁４３の制御やＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ６２の制御等、種々の制御に供される。
【００２８】
ガスセンサ１は図２、図３、図４に示すように、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質材である固体電解質層１１１，１１２、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層１１３，１１４，１１５等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。固体電解質層１１１，１１２で挟まれた絶縁層１１４は一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１１１，１１２の間に、絞り部１０３を介して互いに連通する２つのチャンバー１０１，１０２が形成される。チャンバー１０１，１０２はガスセンサ１の長手方向に配置され、ガスセンサ１の先端側の第１のチャンバー１０１よりもガスセンサ１の基端側の第２のチャンバー１０２は２倍程度幅広である。
【００２９】
各固体電解質層１１１，１１２をそれぞれ挟んでチャンバー１０１，１０２と反対側には各固体電解質層１１１，１１２をダクト壁の一部とする大気ダクト１０４，１０５がそれぞれ形成されている。各大気ダクト１０４，１０５はガスセンサ１の基端で大気に開放している。第１の大気ダクト１０４は固体電解質層１１２を挟んで第１チャンバー１０４と対向する位置まで伸びており、第２のダクト１０５は固体電解質層１１１を挟んで第２チャンバー１０２と対向する位置まで伸びている。ガスセンサ１が内燃機関に適用される場合には、ガスセンサ１はこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１０４，１０５は排気管５２外部と連通し、基準酸素濃度の空間となる。
【００３０】
第１のチャンバー１０１位置で、図２中、上側の固体電解質層１１１には、これを板厚方向に貫通するピンホール１０６が形成されており、ピンホール１０６を介して当該ガスセンサ１の周囲の排気ガスが第１チャンバー１０１内に導入される。ピンホール１０６の開口端は多孔質アルミナ等の多孔質拡散層１１６により覆われており、排気微粒子のチャンバー１０１内への侵入を防止している。
【００３１】
第１チャンバー１０１位置で固体電解質層１１２の上下面には固体電解質層１１２を挟んで対向する１対の電極１２１，１２２が形成されており、固体電解質層１１２と電極１２１，１２２とでポンプセル１ａが構成される。ポンプセル１ａを構成する電極１２１，１２２のうち、チャンバー１０１に面した電極１２１はＮＯＸの分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。以下、適宜、チャンバー１０１に面した電極１２１をチャンバー側ポンプ電極１２１といい、大気ダクト１０４に面した電極１２２を大気側ポンプ電極１２２という。
【００３２】
第２チャンバー１０２位置で固体電解質層１１１の上下面には、大気ダクト１０５に面した電極１２５を共通として、固体電解質層１１２を挟んで対向する２組の１対の電極１２３，１２５、電極１２４，１２５が形成されている。固体電解質層１１１と電極１２３，１２５とでモニタセル１ｂが構成される。また、固体電解質層１１１と電極１２４，１２５とでセンサセル１ｃが構成される。チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、モニタセル１ｂの電極１２３がＮＯＸの分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ  等の貴金属により構成され、センサセル１ｃの電極１２４がＮＯｘ  の分解（還元）に活性なＰｔ  等の貴金属により構成される。以下、適宜、モニタセル１ｂのチャンバー１０２に面した電極１２３をチャンバー側モニタ電極１２３といい、センサセル１ｃのチャンバー１０２に面した電極１２４をチャンバー側センサ電極１２４という。また、モニタセル１ｂとセンサセル１ｃとに共通の大気ダクト１０５に面した電極１２５を大気側センサ／ポンプ電極１２５という。
【００３３】
また、固体電解質層１１２とともに大気ダクト１０４のダクト壁をなす絶縁層１１５には、Ｐｔ等の線パターンが埋設されて、ガスセンサ１全体を加熱するヒータ１３としてある。ヒータ１３は通電によりジュール熱を発生する電気式のものである。
【００３４】
ヒータ１３は制御回路２１からの給電で発熱し、制御回路２１は、温度に依存する電極１２１，１２２間等のインピーダンスを演算して、該インピーダンスが、固体電解質層１１１，１１２の活性温度に対応する所定値になるように、ヒータ１３への通電量を調整する。前記インピーダンスを求める手段は、例えばセル１ａ〜１ｃに印加電圧を所定量変化させてそのときの電流変化から求める手段が採用し得る。
【００３５】
制御回路２１はポンプセル１ａに大気側ポンプ電極１２２側を正として電極１２１，１２２間に電圧を印加するようになっている（以下、適宜、電極１２１，１２２間に印加される電圧をポンプセル電圧ＶＰ  という）。また、電極１２１，１２２間に流れる電流（以下、適宜、ポンプセル電流ＩＰ  という）を検出するようになっている。ガスセンサ１の周囲を流れる排気ガスが多孔質拡散層１１６およびピンホール１０６を通って第１チャンバー１０１に導入されると、排気ガス中の酸素がチャンバ側ポンプ電極１２２で分解、イオン化して固体電解質層１１１を通り大気ダクト１０４へと排出される。このとき、第１チャンバー１０１内への酸素の流入はピンホール１０６の流通抵抗が支配的となっている。ポンプセル電圧ＶＰ  を後述するように限界電流域に設定すれば、ポンプセル電流ＩＰ  から排気ガス中の酸素濃度が知られる。チャンバ側ポンプ電極１２１がＮＯｘ  の分解に不活性であるからＮＯｘ  は第１チャンバー１０１内に残留する。
【００３６】
印加電圧は、ポンプセル電流ＩＰ  に基づいて制御される。図５は、ポンプセル１ａの特性を示すもので、ポンプセル電流ＩＰ  がポンプセル電圧ＶＰ  に依存しない領域が限界電流域である。制御回路２は、常に限界電流域で作動し得るように、図中、一点鎖線で示すポンプセル電流ＩＰ  とポンプセル電圧ＶＰとの関係を予めＲＯＭにマップとして記憶しておき、ポンプセル電圧ＶＰ  を設定する。
【００３７】
排気ガスは第１チャンバー１０１から絞り部１０３を介して第２チャンバー１０２へと拡散するから、第２チャンバー１０２には酸素濃度が低下した被測定ガスである排気ガスが存在している。
【００３８】
また、制御回路２１は、モニタセル１ｂ、センサセル１ｃに対し、それぞれ大気側センサ／ポンプ電極１２５側を正として、電極１２３，１２５間および電極１２４，１２５間に電圧を印加する（以下、適宜、電極１２３，１２５間に印加される電圧をモニタセル電圧ＶＭ  、電極１２４，１２５間に印加される電圧をセンサセル電圧ＶＳ  という）。また、電極１２３，１２５間に流れる電流（以下、モニタセル電流ＩＭ  という）および電極１２４，１２５間に流れる電流（以下、センサセル電流ＩＳ  という）を検出する。モニタセル電圧ＶＭ  、センサセル電圧ＶＳ  の印加により、各セル１ｂ，１ｃではチャンバー１０２内の余剰酸素が大気ダクト１０５へと排出される。モニタセル電圧ＶＭ  、センサセル電圧ＶＳ  の電圧値を適当に選んでモニタセル１ｂ、センサセル１ｃに、それぞれ限界電流を流す。ここで、第２チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、チャンバ側センサ電極１２４のみがＮＯｘ  の分解に対して活性であるから、センサセル電流ＩＳ  の方がモニタセル電流ＩＭ  よりも、チャンバ側センサ電極１２４においてＮＯｘ  が分解することで生じる酸素イオンの分、電流値が多くなる。モニタセル電流ＩＭ  とセンサセル電流ＩＳ  との差に基づいて排気ガスのＮＯｘ  濃度が得られることになる。
【００３９】
なお、ポンプセル電流ＩＰ  、モニタセル電流ＩＭ  、センサセル電流ＩＳ  はいずれも、各セル１ａ〜１ｃ用の電圧印加回路に、セル１ａ〜１ｃに直列に抵抗器を接続し、該抵抗器の電圧降下として読み得る。
【００４０】
また、排気管５２には、ＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３の直下流で排気温度を検出する排気温センサ４が設けられており、ＥＣＵ２２に入力せしめてある。
【００４１】
このように、基本的には、ＮＯｘ  濃度は、モニタセル電流ＩＭ  とセンサセル電流ＩＳ  との差分で得られるが、同じＮＯｘ  濃度であっても、モニタセル電流ＩＭ  とセンサセル電流ＩＳ  との差分がガスセンサ１の個体差や経時変化によってばらつき、誤差の原因となる。ＥＣＵ２２では、かかる誤差を軽減すべく制御回路２１からのＮＯｘ  濃度の出力（以下、適宜、センサＮＯｘ  出力という）ＮＯｘｓに対し補正を行うようになっている。
【００４２】
図６にＥＣＵ２２で実行される検出ルーチンを示す。ステップＳ１０１〜Ｓ１０３は補正のための係数ｋＮＯｘ  を学習し更新するか否かを判定するための処理で、ステップＳ１０１では、アイドル運転状態か否かを判定する。ステップＳ１０２では、排気温が予め設定した閾値Ｔｏｆｆ  以下か否かを判定する。ステップＳ１０３では、Ｓ被毒回復制御の直前か否かを判定する。
【００４３】
Ｓ被毒回復制御は、排気燃料添加弁４３による排気ガスへの燃料の添加を連続して実行するもので、ＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３に供給される燃料の酸素濃度をストイキ付近まで下げ、ＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３に堆積したＳを放出する。これにより、ＮＯｘ  の吸蔵能力を回復せしめる。Ｓの堆積量は、燃料の消費量とともに増大するから、Ｓの堆積が解消された時点、すなわち、前回Ｓ被毒回復制御を行った時点からの燃料の消費量を演算し、燃料消費量が所定量に達した時点で、Ｓ被毒回復制御を行うように、Ｓ被毒回復制御を実行するタイミングが設定してある。燃料の消費量は、各燃料噴射における燃料噴射量の指令値を積算することで、求め得る。
【００４４】
ステップＳ１０１〜Ｓ１０３がすべて肯定判断されると、ステップＳ１０４以降の、学習値の更新を伴うＮＯｘ  出力ＮＯｘｓの補正処理がなされ、否定判断されると、ステップＳ１０８以降の、学習値の更新を伴わないＮＯｘ  出力ＮＯｘｓの補正処理がなされる。
【００４５】
ステップＳ１０４以降の処理について説明する。ステップＳ１０４は排気ガス再循環禁止手段としての処理で、ＥＧＲカットをする。
【００４６】
ステップＳ１０５〜Ｓ１０７は補正係数設定手段としての処理で、ステップＳ１０５では、目標ＮＯｘ  出力ＮＯｘｔｒｇを式（１）にしたがって算出する。式中、ＮＯｘｉｎ  は、前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の条件をすべて満たす状態において、予め所定の基準となるガスセンサを例えばエンジンの排気マニホールド５１の直下流に設置して、実験的に求めたＮＯｘ  出力ＮＯｘｓであり、例えば同一形式のエンジンに付設されるガス濃度検出装置に共通のデータが格納される。また、ｋＮＯｘｃａｔは、排気マニホールド５１から排出されるＮＯｘ  のうち、ガスセンサ１の直上流に位置するＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３で吸着し、ガスセンサ１のある下流へは流下しないＮＯｘ  の割合を示すもので、学習値の更新を行うタイミングをＳ被毒回復制御の直前（ステップＳ１０３）に限っているので、例えば、０．１が予め記憶される。
ＮＯｘｔｒｇ＝ＮＯｘｉｎ  ×（１−ｋＮＯｘｃａｔ）・・・（１）
【００４７】
ステップＳ１０６では、制御回路２１からのセンサＮＯ出力ＮＯｘｓを読み込む。
【００４８】
ステップＳ１０７では、補正係数ｋＮＯｘ  を式（２）にしたがって算出する。
ｋＮＯｘ  ＝ＮＯｘｔｒｇ／ＮＯｘｓ・・・（２）
【００４９】
ステップＳ１１０では、センサＮＯｘ  出力ＮＯｘｓおよび補正係数ｋＮＯｘ  に基づいて式（３）を演算し、演算結果を補正後のセンサＮＯ出力（以下、適宜、補正後出力という）ＮＯｘｓｒ  とする。
ＮＯｘｓｒ  ＝ｋＮＯｘ  ×ＮＯｘｓ・・・（３）
【００５０】
ステップＳ１１１では、補正係数ｋＮＯｘ  をｋＮＯｘｏｌｄとしてメモリに記憶する。ｋＮＯｘｏｌｄの初期値は例えば１とする。これにより学習ルーチンが終了となる。
【００５１】
ステップＳ１０１〜Ｓ１０３のいずれかが否定判断されたときには、前記のごとくステップＳ１０８以降の、学習値の更新を伴わないＮＯｘ  出力ＮＯｘｓの補正処理が実行される。ステップＳ１０８では、制御回路からのセンサＮＯｘ  出力ＮＯｘｓを読み込み、ステップＳ１０９で、補正係数ｋＮＯｘ  を、メモリに記憶されたｋＮＯｘｏｌｄの値に設定し、前記ステップＳ１１０に進む。
【００５２】
排気ガス中のＮＯｘ  の濃度は、吸気量や燃料噴射等の運転状態に応じたものとなるため、運転状態に基づいてある程度知られる。したがって、運転状態とＮＯｘ  の濃度との対応関係が特によい運転状態のときに、そのときの運転状態に基づいて推定される基準値である目標ＮＯｘ  出力ＮＯｘｔｒｇと実検出値であるセンサＮＯｘ  出力ＮＯｘｓとを比較すれば、ガスセンサ１の出力特性の個体差が知られる。したがって、目標ＮＯｘ  出力ＮＯｘｔｒｇとセンサＮＯｘ  出力ＮＯｘｓとから、目標ＮＯｘ  出力ＮＯｘｔｒｇと補正後出力ＮＯｘｓｒ  との偏差が相殺するように補正係数ｋＮＯｘ  を設定し、該補正係数ｋＮＯｘ  に基づいて、センサＮＯｘ  出力ＮＯｘｓを補正することにより、予めガスセンサ１、制御回路２１およびＥＣＵ２２を対にしておくことなく、制御回路２１およびＥＣＵ２２を、これと組み合わされるガスセンサ１に適合させることができる。
【００５３】
したがって、ガスセンサ１、制御回路２１およびＥＣＵ２２の組付けは、ガスセンサ１と、制御回路２１およびＥＣＵ２２とでそれぞれ工程の適当な段階で行えばよく、作業者に注意負担を強いずに済む。
【００５４】
また、ガスセンサ１の出力特性が経時変化しても、エンジンＥがステップＳ１０１〜Ｓ１０３の条件を満たすときに補正係数ｋＮＯｘ  を更新することにより、前記経時変化を吸収することができる。
【００５５】
また、補正係数ｋＮＯｘ  を更新する条件（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３、およびステップＳ１０４）について説明する。ステップＳ１０１はアイドリング状態であることを要求するが、アイドリング状態では燃料噴射が一定しており、これにより、センサＮＯｘ  出力ＮＯｘｓのばらつきを抑制することができる。
【００５６】
また、ステップＳ１０２は、排気温が予め設定した閾値Ｔｏｆｆ  以下であることを要求するが、排気温が低いとＮＯｘ  吸蔵還元型触媒５３のＮＯｘ  吸蔵能力も低く、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒でＮＯｘ  が吸蔵されることによるセンサＮＯｘ  出力ＮＯｘｓのばらつきを抑制することができる。
【００５７】
また、ステップＳ１０３は、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒５３の回復制御の直前の状態であることを要求するが、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒５３の回復制御の直前の状態は、ＮＯｘ  吸蔵能力が略失われて飽和しており、ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒５３でＮＯｘ  が吸蔵されることによる実検出値のばらつきを抑制することができる。
【００５８】
また、ステップＳ１０４は、前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の条件を満たしたときに、さらにＥＧＲをオフとしているが、ＥＧＲの作用で排気マニホールド５１から排出される排気ガス中のＮＯｘ  濃度が異なるのが禁止され、実検出値のばらつきを抑制することができる。
【００５９】
なお、前記ステップＳ１０１〜Ｓ１０４をすべて実行する必要はなく、要求される補正係数の精度に応じてその一部若しくは全部を、補正係数ｋＮＯｘ  を更新するか否かの条件の中に入れる必要はない。
【００６０】
また、ｋＮＯｘｃａｔは、前記のごとく、排気マニホールド５１から排出されるＮＯｘ  のうち、ガスセンサ１の直上流に位置するＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３で吸着し、ガスセンサ１のある下流へは流下しないＮＯｘ  の割合であり、Ｓ被毒回復制御の直前（ステップＳ１０３）に限っているので、０．１としているが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、Ｓ被毒回復制御の直後は、Ｓ被毒回復制御の直前と同様に、ＮＯｘ  吸蔵能力が一定しているので、ガスセンサ１のある下流へは流下しないＮＯｘ  の割合も一定しており、ガスセンサ１の実検出値のばらつきを抑制することができる。この場合は、ＮＯｘ  吸蔵能力が高いことから、ガスセンサ１のある下流へは流下しないＮＯｘ  の割合が高く、例えば０．９とすることができ、Ｓ被毒回復制御の直前か否かを判定するステップＳ１０３に代えて、Ｓ被毒回復制御の直後か否かを判定することになる。
【００６１】
なお、ステップＳ１０３でＳ被毒回復制御の直前または直後のいずれについてもステップ１０４に進むようにし、目標ＮＯｘ  出力（ＮＯｘｔｒｇ）の算出（ステップＳ１０５）に先立ってＳ被毒回復制御の直前か直後かによってｋＮＯｘｃａｔを０．１か０．９のいずれかに設定するのもよく、補正係数ｋＮＯｘ  の更新機会が増えて、さらにＮＯｘ  濃度の検出精度を向上することができる。
【００６２】
また、前記のごとくガスセンサ１の実検出値はＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３のＮＯｘ  吸蔵能力に依存するため、ＮＯｘ  吸蔵能力が変動が知られれば、これに基づいて補正係数ｋＮＯｘ  を更新し、さらに高精度化を図ることができる。この場合、Ｓ被毒回復制御の直前や直後ではなくとも、補正係数ｋＮＯｘ  の更新を行い得る。図７はＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３の吸蔵能力、前回Ｓ被毒回復制御が行われてからの燃料消費量、Ｓ被毒回復制御の実施回数、Ｓの堆積量を、燃料消費量積算値に対して示している。Ｓ被毒回復制御によりＳ被毒が解消された後、燃料の消費量が積算するに応じてＳの堆積量も再び増大していき、一方、ＮＯｘ  吸蔵能力は低下していくことは既述のとおりであり、前回Ｓ被毒回復制御からの燃料消費量とＮＯｘ  吸蔵能力とは相関を有する。また、ＮＯｘ  吸蔵能力は、Ｓ被毒回復制御を行うことで鋸波状の経時変化を示すが、ＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３の経時劣化によりＳ被毒回復制御により回復するＮＯｘ  吸蔵能力のレベルは、漸次低下していく。
【００６３】
この回復後のＮＯｘ  吸蔵能力のレベルの低下は、特にＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３を流通する排気ガスの積算量が多いほど進行していると考えられるから、図例のようにＳ被毒回復制御の回数に応じて進行する。したがって、前回Ｓ被毒回復制御からの燃料消費量の各値およびＳ被毒回復制御の回数の各値に一つのｋＮＯｘｃａｔが対応する二次元マップをＥＣＵに予め記憶しておき、マップにしたがってｋＮＯｘｃａｔを適宜、変更するようにするのもよい。燃料消費量が多いほどＮＯｘ  吸蔵能力が低下して、ガスセンサ１のある下流へは流下しないＮＯｘ  の割合は小さくなり、Ｓ被毒回復制御の回数が多いほどＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３の劣化の進行によりＮＯｘ  吸蔵能力が低下して、ガスセンサ１のある下流へは流下しないＮＯｘ  の割合は小さくなるから、マップは図８に示すように、ｋＮＯｘｃａｔが、前回Ｓ被毒回復制御からの燃料消費量が多いほど小さく、Ｓ被毒回復制御の回数が多いほど小さくなるように与えられる。
【００６４】
基準値再設定手段としてのＥＣＵは、前回Ｓ被毒回復制御からの燃料消費量を、各燃料噴射における噴射量指令値を積算することで算出するとともに、Ｓ被毒回復制御の回数を、ＮＯｘ  吸蔵型還元触媒５３が新品とみなせる状態から、Ｓ被毒回復制御が実行されるごとにカウントしていく。そして、ＮＯｘ  の検出ルーチンにおいて、前記マップにしたがってｋＮＯｘｃａｔを設定する。図６で説明すると、ステップＳ１０３を省略して、ステップＳ１０５に先立ち前記前回Ｓ被毒回復制御からの燃料消費量およびＳ被毒回復制御の回数を読み込み、ｋＮＯｘｃａｔを設定する。
【００６５】
他の変形例について説明する。前記実施形態では、ポンプセル電圧ＶＰ  をポンプセル電流ＩＰ  に基づいて印加電圧マップにしたがって設定する、図９に示す制御方式をとっているが、図１０に示すように、モニタセル電流ＩＭ  に基づいて、モニタセル電流ＩＭ  が所定値をとるようにポンプセル電圧ＶＭ  をフィードバック制御するものにも本発明は適用することができる。
【００６６】
また、センサ構造についても図例のものに限られない。図１１は本発明を適用し得るガスセンサの一例を示すもので、このガスセンサ１Ａは、ジルコニア等の固体電解質材である固体電解質層１５１，１５２，１５３、多孔質アルミナ等の絶縁材料からなる律速層１５４、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層１５５等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。
【００６７】
固体電解質層１５２および律速層１５４は固体電解質層１５１と固体電解質層１５３とで挟まれた同じ層を形成しており、ガスセンサの先端側に律速層１５４が位置し、基端側に固体電解質層１５２が位置する。固体電解質層１５２および律速層１５４は、一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１５１，１５２の間に、ガスセンサ１Ａの長手方向に配置された２つのチャンバー１４１，１４２が形成されている。律速層１５４は、ガスセンサの先端側で第１のチャンバー１４１にガスセンサ１Ａ外部の被測定ガスを導入するとともに、第１のチャンバー１４１と第２のチャンバー１４２との境界部で両チャンバー１４１，１４２を連通せしめている。
【００６８】
固体電解質層１５３を挟んでチャンバー１４１，１４２と反対側には固体電解質層１５３をダクト壁の一部とする大気ダクト１４３が形成されている。大気ダクト１４３は先端側が固体電解質層１５３を挟んで第１チャンバー１４１と対向する位置まで伸び、ガスセンサ１Ａの基端で大気に開放している。ガスセンサ１Ａが内燃機関に適用される場合には、ガスセンサ１Ａがこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１４３が排気管外部と連通する。
【００６９】
第１チャンバー１４１位置で固体電解質層１５１の上下面には固体電解質層１５１を挟んで対向する１対の電極１６１，１６２が形成されており、固体電解質層１５１と電極１６１，１６２とでポンプセル１ｄが構成される。ポンプセル１ｄを構成する電極１６１，１６２のうち、チャンバー１４１に面した電極１６１はＮＯｘ  の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。
【００７０】
また、第１チャンバー１４１および大気ダクト１４３位置で固体電解質層１５３の上下面には固体電解質層１５３を挟んで対向する１対の電極１６３，１６５が形成されており、固体電解質層１５３と電極１６３，１６５とでモニタセル１ｅが構成される。モニタセル１ｅを構成する電極１６３，１６５のうち、チャンバー１４１に面した電極１６３はＮＯｘ  の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。なお、大気ダクト１４３に面した電極１６５は第２チャンバー１４２位置まで伸びる、電極１６３よりも長い電極であり、後述するセンサセル１ｆ、別のポンプセル１ｇと共通の電極である。
【００７１】
第２チャンバー１４２位置で固体電解質層１５３の上下面には、固体電解質層１５３を挟んで対向する１対の電極１６４，１６５が形成されている。固体電解質層１５３と電極１６４，１６５とでセンサセル１ｆが構成される。
【００７２】
また、第２チャンバー１４２に面して固体電解質層１５１には、電極１６６が形成されており、固体電解質層１５１横網１５３と電極１６６，１６５とで別のポンプセル１ｇが構成される。この別のポンプセル１ｇはセンサセル１ｆと同様に、一方の電極１６４，１６６が第２チャンバー１４２に面し、他方の電極１６５が大気ダクト１４３に面した構造となっている。
【００７３】
第２チャンバー１４２に面した電極１６４，１６６のうち、センサセル１ｆの電極１６４はＮＯｘ  の分解（還元）に活性なＰｔ等の貴金属により構成され、別のポンプセル１ｇの電極１６６がＮＯｘ  の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成される。
【００７４】
また、固体電解質層１５３とともに大気ダクト１４３のダクト壁をなす絶縁層１５５には、図２のものと同様にＰｔ等の線パターンが埋設されて、ガスセンサ全体を加熱するヒータ１７としてある。
【００７５】
このガスセンサ１Ａでは、モニタセル１ｅで発生する起電圧（以下、適宜、モニタセル起電圧という）ＶＭ１に基づいて、該モニタセル起電圧ＶＭ１が基準電圧となるように、すなわち、第１チャンバー１４１内の酸素濃度が一定かつ低濃度となるように、ポンプセル１ｄの印加電圧がフィードバック制御され、第１チャンバー１４１内の酸素が排出される。第１チャンバー１４１と連通する第２チャンバー１４２内の酸素も同程度に排出される。
【００７６】
そして、第２チャンバー１４２内に残った酸素が別のポンプセル１ｇにより排出される。センサセル１ｆには、第２チャンバー１４２に面した電極１６４におけるＮＯｘ  の分解に基因した電流が流れる。この電流は第２チャンバー１４２内のＮＯｘ  の濃度に応じたものとなる。
【００７７】
かかる構造のガスセンサ１Ａでは、ＮＯｘ  濃度は電流差（ＩＳ  −ＩＰ２）から得られ、酸素濃度はポンプセル電流ＩＰ１から得られることになる。ガスセンサ１Ａにおいても、その個体差や経時変化に基因した誤差を、エンジンの運転状態が所定状態のときの実検出値との偏差が減じられるように、ガスセンサ１Ａの検出値を補正する補正係数を設定することで、低減することができる。
【００７８】
あるいは、図１２に示すガスセンサにも適用することができる。ガスセンサ１Ｂは、電極の構成以外は図１１のものと同じである。電極は、図１１の電極１６３を省略した構成となっている。そして、固体電解質層１５１とこれを挟む電極１６１，１６２とにより第１のポンプセル１ｄが構成され、固体電解質層１５１〜１５３と電極１６２，１６５とにより第１のモニタセル１ｈが構成される。第１のモニタセル１ｈで発生する起電圧（以下、適宜、モニタセル起電圧という）ＶＭ１に基づいて、該モニタセル起電圧ＶＭ１が基準電圧となるように、すなわち、第１チャンバー１４１内の酸素濃度が一定かつ低濃度となるように、第１ポンプセル１ｄの電極１６１，１６２間への印加電圧がフィードバック制御され、第１チャンバー１４１内の酸素が排出される。
【００７９】
また、固体電解質層１５１とこれを挟む電極１６６，１６２とにより第２のポンプセル１ｉが構成され、固体電解質層１５１〜１５３と電極１６６，１６５とにより第２のモニタセル１ｊが構成される。第２のモニタセル１ｊで発生する起電圧（以下、適宜、モニタセル起電圧という）ＶＭ２に基づいて、該モニタセル起電圧ＶＭ２が基準電圧となるように、すなわち、第２チャンバー１４２内の酸素濃度が一定かつ低濃度となるように、第２ポンプセル１ｉの電極１６６，１６２間への印加電圧がフィードバック制御され、第２チャンバー１４２内の酸素が排出される。
【００８０】
固体電解質層１５３とこれを挟む電極１６４，１６５とによりセンサセル１ｆが構成され、第２チャンバー１４２に面した電極１６４におけるＮＯｘ  の分解に基因した電流が流れる。この電流は第２チャンバー１４２内のＮＯｘ  の濃度に応じたものとなる。
【００８１】
かかる構造のガスセンサ１Ｂでは、ＮＯｘ  濃度はセンサセル電流ＩＳ  から得られ、酸素濃度はポンプセル電流ＩＰ１から得られることになる。ガスセンサ１Ｂにおいても、その個体差や経時変化に基因した誤差を、エンジンの運転状態が所定状態のときの実検出値との偏差が減じられるように、ガスセンサ１Ａの検出値を補正する補正係数を設定することで、低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス濃度検出装置を付設したエンジンの構成図である。
【図２】前記ガス濃度検出装置を構成するガスセンサの要部断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】前記ガスセンサの作動を説明するグラフである。
【図６】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の別のガス濃度検出装置の作動状態を説明するタイミングチャートである。
【図８】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータに格納されるマップの図である。
【図９】前記ガスセンサの制御方式を示す図である。
【図１０】前記ガスセンサの別の制御方式を示す図である。
【図１１】前記ガスセンサの変形例を示す要部断面図である。
【図１２】前記ガスセンサの別の変形例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
Ｅ  エンジン
Ｓ  ガス濃度検出装置
１，１Ａ，１Ｂ  ガスセンサ
２１  制御回路
２２  ＥＣＵ（補正係数設定手段）
４３  燃料添加弁
５２  排気管
５３  ＮＯｘ  吸蔵還元型触媒
【図１】
2004251627.tif 000003
【図２】
2004251627.tif 000004
【図３】
2004251627.tif 000005
【図４】
2004251627.tif 000006
【図５】
2004251627.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004251627.tif 000009
【図８】
2004251627.tif 000010
【図９】
2004251627.tif 000011
【図１０】
2004251627.tif 000012
【図１１】
2004251627.tif 000013
【図１２】
2004251627.tif 000014