(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバに導入した被検出ガス中の酸素を排出または汲み込むポンプセルと、前記ポンプセルを通過したのちのガスから特定ガス成分としてのＮＯx （窒素酸化物）濃度を検出するセンサセルと、前記チャンバ内の残留酸素濃度を検出するモニタセルとを少なくとも有し、各セルを形成する固体電解質の素子抵抗に基づき各セルを活性状態に保持する複合型のガス濃度センサと、
内燃機関の排気通路中に配設され、前記内燃機関からの排気ガスを浄化する少なくとも１つの排気浄化手段と、
前記排気浄化手段の上流側または下流側に配設された前記ガス濃度センサの前記センサセルに流れる電流を検出し、その検出値から排気ガス中のＮＯx 濃度を逐次検出するガス濃度検出手段とを具備し、
前記ガス濃度検出手段は、前記ガス濃度センサに導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気となる期間では、検出を停止、その検出値にマスク、リッチ雰囲気となる直前の検出値をホールドのうち少なくとも１つを実施する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】
前記ガス濃度検出手段は、前記期間においては、ホールドされた前記検出値を出力または推定された予測値を出力または出力機能を停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項３】
チャンバに導入した被検出ガス中の酸素を排出または汲み込むポンプセルと、前記ポンプセルを通過したのちのガスから特定ガス成分としてのＮＯx （窒素酸化物）濃度を検出するセンサセルと、前記チャンバ内の残留酸素濃度を検出するモニタセルとを少なくとも有し、各セルを形成する固体電解質の素子抵抗に基づき各セルを活性状態に保持する複合型のガス濃度センサと、
内燃機関の排気通路中に配設され、前記内燃機関からの排気ガスを浄化する少なくとも１つの排気浄化手段と、
前記排気浄化手段の上流側または下流側に配設された前記ガス濃度センサの前記センサセルに流れる電流を検出し、その検出値から排気ガス中のＮＯx 濃度を逐次検出するガス濃度検出手段とを具備し、
前記ガス濃度検出手段は、前記ガス濃度センサに導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気になって所定期間経過後、検出を停止、その検出値にマスク、リッチ雰囲気となる直前の検出値をホールドのうち少なくとも１つを実施することを特徴とする内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項４】
前記ガス濃度検出手段は、前記所定期間経過後においては、ホールドされた前記検出値を出力または推定された予測値を出力または出力機能を停止することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項５】
前記ガス濃度検出手段は、前記ガス濃度センサに導入された排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気になったときには、検出の停止またはその検出値へのマスクまたは検出値のホールド状態を解除し、通常の検出状態に切替えることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項６】
前記ガス濃度検出手段は、前記ガス濃度センサに導入された排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気になって所定期間経過後、検出の停止またはその検出値へのマスクまたは検出値のホールド状態を解除し、通常の検出状態に切替えることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項７】
前記ガス濃度検出手段は、前記ガス濃度センサに導入された排気ガスのリーン雰囲気からリッチ雰囲気への切替わりまたはリッチ雰囲気からリーン雰囲気への切替わりを前記ポンプセルからの出力に応じて判断することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１つに記載の内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項８】
前記ガス濃度センサは、更に、前記チャンバ内の酸素濃度に応じた起電力を出力するλセルを有することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１つに記載の内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項９】
前記ガス濃度検出手段は、前記ガス濃度センサに導入された排気ガスのリーン雰囲気からリッチ雰囲気への切替わりまたはリッチ雰囲気からリーン雰囲気への切替わりを前記λセルからの出力に応じて判断することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項１０】
チャンバに導入した被検出ガス中の酸素を排出または汲み込むポンプセルと、前記ポンプセルを通過したのちのガスから特定ガス成分としてのＮＯx （窒素酸化物）濃度を検出するセンサセルと、前記チャンバ内の残留酸素濃度を検出するモニタセルとを少なくとも有し、各セルを形成する固体電解質の素子抵抗に基づき各セルを活性状態に保持する複合型のガス濃度センサと、
内燃機関の排気通路中に配設され、前記内燃機関からの排気ガスを浄化する少なくとも１つの排気浄化手段と、
前記排気浄化手段の上流側または下流側に配設された前記ガス濃度センサの前記センサセルに流れる電流を検出し、その検出値から排気ガス中のＮＯx 濃度を逐次検出するガス濃度検出手段とを具備し、
前記ガス濃度検出手段は、前記ガス濃度センサに導入された排気ガスに対する前記センサセルの出力開始時点から所定期間経過後、前記内燃機関の運転条件に応じた所定期間を設定し、前記内燃機関の運転条件に応じて設定される所定期間中では、検出を停止、その検出値にマスク、その所定期間の直前の検出値をホールドのうち少なくとも１つを実施することを特徴とする内燃機関のガス濃度検出装置。
【請求項１１】
前記ガス濃度検出手段は、前記内燃機関の運転条件に応じて設定される所定期間中においては、ホールドされた前記検出値を出力または推定された予測値を出力または出力機能を停止することを特徴とする請求項１０に記載の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、複合型のガス濃度センサからの検出値に基づき内燃機関の排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx （窒素酸化物）濃度を検出する内燃機関のガス濃度検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のガス濃度検出装置に関連する先行技術文献としては、特開平１１−２７１２７２号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、複合型のガス濃度センサを用い、リーン燃焼の途中に一時的にリッチ燃焼を実施する空燃比制御において、リーン燃焼時はＮＯx （窒素酸化物）濃度を検出し、リッチ燃焼時は酸素（Ｏ2 ）濃度を検出することでリーン燃焼とリッチ燃焼とを適切な時間にて実施する技術が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関のリーン燃焼時には、その排気ガスを浄化する例えば、三元触媒にあっては、ＮＯx に対する浄化率が低下するため、その三元触媒を通過した排気ガス中にはＮＯx が含まれている。ここで、ガス濃度センサは、チャンバに導入した被検出ガスとしての排気ガスから酸素を排出し、特定ガス成分としてのＮＯx 濃度を検出するものである。
【０００４】
この際、チャンバに導入された排気ガスは、リーン雰囲気からストイキ（理論空燃比）を越えリッチ雰囲気へと変動されることとなる。このチャンバに導入された排気ガスのリッチ雰囲気への変動によって、アンモニア（ＮＨ3 ）が生成されることとなる。すると、ガス濃度センサではＮＯx の検出値にアンモニアの生成分による値が加わり、排気ガス中のＮＯx 濃度を正確に検出できないという不具合があった。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、ガス濃度センサによるＮＯx の検出値がアンモニア生成分の影響を受けることなく、ＮＯx 濃度を正確に検出可能な内燃機関のガス濃度検出装置の提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関のガス濃度検出装置によれば、内燃機関の排気通路中で排気ガスを浄化するよう配設された少なくとも１つの排気浄化手段の上流側または下流側に配設されたポンプセル、センサセル及びモニタセルとを少なくとも有するガス濃度センサに導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気となる期間では、ガス濃度検出手段による検出が停止、その検出値にマスク、リッチ雰囲気となる直前の検出値がホールドのうち少なくとも１つが実施される。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する上記期間中の他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が正確に検出される。
【０００７】
請求項２の内燃機関のガス濃度検出装置におけるガス濃度検出手段では、ガス濃度センサに導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気となる期間にあっては、ホールドされた検出値が出力または推定された予測値が出力または出力機能が停止される。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する上記期間中における他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が好適に出力される。
【０００８】
請求項３の内燃機関のガス濃度検出装置によれば、内燃機関の排気通路中で排気ガスを浄化するよう配設された少なくとも１つの排気浄化手段の上流側または下流側に配設されたポンプセル、センサセル及びモニタセルとを少なくとも有するガス濃度センサに導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気になって所定期間経過後、ガス濃度検出手段による検出が停止、その検出値にマスク、リッチ雰囲気となる直前の検出値がホールドのうち少なくとも１つが実施される。これにより、ガス濃度センサの応答遅れが補償され、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する上記所定期間経過後の他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が正確に検出される。
【０００９】
請求項４の内燃機関のガス濃度検出装置におけるガス濃度検出手段では、ガス濃度センサに導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気になって所定期間経過後にあっては、ホールドされた検出値が出力または推定された予測値が出力または出力機能が停止される。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する上記所定期間経過後における他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が好適に出力される。
【００１０】
請求項５の内燃機関のガス濃度検出装置におけるガス濃度検出手段では、ガス濃度センサに導入された排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気になったときには、検出の停止またはその検出値へのマスクまたは検出値がホールド状態が解除され、通常の検出状態に切替えられる。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が正確に検出される。
【００１１】
請求項６の内燃機関のガス濃度検出装置におけるガス濃度検出手段では、ガス濃度センサに導入された排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気になって所定期間経過後、検出の停止またはその検出値へのマスクまたは検出値がホールド状態が解除され、通常の検出状態に切替えられる。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が正確に検出される。
【００１２】
請求項７の内燃機関のガス濃度検出装置におけるガス濃度検出手段では、ガス濃度センサに導入された排気ガスのリーン雰囲気からリッチ雰囲気への切替わりまたはリッチ雰囲気からリーン雰囲気への切替わりがポンプセルからの出力に応じて判断される。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が正確に検出される。
【００１３】
請求項８の内燃機関のガス濃度検出装置では、ガス濃度センサがポンプセル、センサセル及びモニタセルに加えてλセルを有しており、このλセルによってガス濃度センサに導入された排気ガス中の酸素濃度が正確に検出される。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が正確に検出される。
【００１４】
請求項９の内燃機関のガス濃度検出装置におけるガス濃度検出手段では、ガス濃度センサに導入された排気ガスのリーン雰囲気からリッチ雰囲気への切替わりまたはリッチ雰囲気からリーン雰囲気への切替わりがλセルからの出力に応じて判断される。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が正確に検出される。
【００１５】
請求項１０の内燃機関のガス濃度検出装置によれば、内燃機関の排気通路中で排気ガスを浄化するよう配設された少なくとも１つの排気浄化手段の上流側または下流側に配設されたポンプセル、センサセル及びモニタセルとを少なくとも有するガス濃度センサに導入された排気ガスに対するセンサセルの出力開始時点から所定期間経過後、内燃機関の運転条件に応じた所定期間が設定され、その内燃機関の運転条件に応じて設定される所定期間中では、ガス濃度検出手段による検出が停止、その検出値にマスク、その直前の検出値がホールドのうち少なくとも１つが実施される。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する上記所定期間中の他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が正確に検出される。
【００１６】
請求項１１の内燃機関のガス濃度検出装置におけるガス濃度検出手段では、ガス濃度センサに導入された排気ガスに対するセンサセルの出力開始時点から所定期間経過後、内燃機関の運転条件に応じて設定される所定期間中にあっては、ホールドされた検出値が出力または推定された予測値が出力または出力機能が停止される。これにより、ガス濃度センサに導入された排気ガス中の特定ガス成分としてのＮＯx 濃度に応じたセンサセルの検出値に対する上記所定期間中における他の成分の影響が排除され、ＮＯx 濃度が好適に出力される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１８】
〈実施例１〉
図１は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１９】
図１において、内燃機関１は４気筒４サイクルの火花点火式として構成され、その吸入空気は上流側からエアクリーナ２、吸気通路３、スロットルバルブ４、サージタンク５及びインテークマニホルド６を通過し、インテークマニホルド６内でインジェクタ（燃料噴射弁）７から噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気として各気筒に分配供給される。また、内燃機関１の各気筒に設けられた点火プラグ８に直接、接続されたイグナイタ９には、後述のＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０からの点火信号が入力され、各気筒の混合気が点火プラグ８の火花点火によって所定タイミングにて燃焼される。そして、燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホルド１１及び排気通路１２を通過し、排気通路１２に設けられ、白金やロジウム等の触媒成分とセリウムやランタン等の添加物を担持した三元触媒１３にて有害成分であるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等が浄化され、更に、この下流側に設けられたＮＯx 吸蔵還元触媒１４にて有害成分であるＮＯx 等が浄化され大気中に排出される。
【００２０】
また、エアクリーナ２の下流側の吸気通路３にはエアフローメータ２１が設けられ、このエアフローメータ２１にてエアクリーナ２を通過する単位時間当たりの吸入空気量ＱＡが検出される。また、スロットルバルブ４にはスロットル開度センサ２２が設けられ、このスロットル開度センサ２２にてスロットル開度ＴＡに応じたアナログ信号が検出されると共に、スロットルバルブ４がほぼ全閉であることが図示しないアイドルスイッチからのオン／オフ信号によって検出される。そして、サージタンク５には吸気圧センサ２３が設けられ、この吸気圧センサ２３にて吸気圧ＰＭが検出される。また、内燃機関１のシリンダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水温センサ２４にて内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが検出される。
【００２１】
そして、内燃機関１にはクランク角センサ２５が設けられ、このクランク角センサ２５にて内燃機関１の機関回転数ＮＥが検出される。更に、排気通路１２の三元触媒１３の上流側には、内燃機関１から排出される排気ガスの空燃比λに応じたリニアな電圧信号ＶＯＸ１を出力する空燃比センサ２６が設けられている。また、排気通路１２の三元触媒１３とＮＯx 吸蔵還元触媒１４との間には排気ガスのリーンからリッチまたはリッチからリーンへの反転を検出する酸素センサ２７が設けられている。更に、排気通路１２のＮＯx 吸蔵還元触媒１４の下流側には、ＮＯx 吸蔵還元触媒１４を通過した排気ガス中のＮＯx を検出するＮＯx センサ２８が配設されている。また、ＮＯx 吸蔵還元触媒１４には、このＮＯx 吸蔵還元触媒１４内の排気ガスの排気温ＴＨＧを検出する排気温センサ２９が配設されている。
【００２２】
内燃機関１の運転状態を制御するＥＣＵ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムや制御マップを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ等を中心に論理演算回路として構成され、各種センサからの検出信号を入力する入力ポート及び各種アクチュエータ等に制御信号を出力する出力ポート等に対しバスを介して接続されている。更に、ＥＣＵ３０は後述のガス濃度センサ１００を制御するための制御回路２００及びその周辺回路を備えている。
【００２３】
このＥＣＵ３０には、入力ポートを介してエアフローメータ２１からの吸入空気量ＱＡ、スロットル開度センサ２２からのスロットル開度ＴＡ、吸気圧センサ２３からの吸気圧ＰＭ、水温センサ２４からの冷却水温ＴＨＷ、クランク角センサ２５からの機関回転数ＮＥ等の各種センサ信号が入力され、それらに基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等が算出され、出力ポートを介してインジェクタ７及びイグナイタ９等にそれぞれ制御信号が出力される。
【００２４】
また、ＥＣＵ３０に入力される空燃比センサ２６からの電圧信号ＶＯＸ１によって、排気ガスに基づく混合気の空燃比判定が行われる。そして、ＥＣＵ３０に入力される酸素センサ２７からの電圧信号ＶＯＸ２によって、排気ガスがリーンからリッチまたはリッチからリーンへの反転時点が検出される。更に、ＥＣＵ３０の制御回路２００に入力されるＮＯx センサ２８からの出力信号によって、排気ガス中の酸素濃度及びＮＯx 濃度が検出される。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置の概要を示す図２、図３及び図４の構成図を参照して説明する。本実施例のガス濃度検出装置は、限界電流式のガス濃度センサを用い、被検出ガスである内燃機関１からの排気ガス中の酸素濃度を検出すると共に、特定ガス成分の濃度としてのＮＯx 濃度を検出する。
【００２６】
まず、ＮＯx センサ２８を構成するガス濃度センサ１００の構造について、図２及び図３を参照して説明する。
【００２７】
図２に示すように、ガス濃度センサ１００はポンプセル１１０、モニタセル１２０及びセンサセル１３０を有する３セル構造からなり、排気ガス中の酸素濃度とＮＯx 濃度とを同時に検出可能な、所謂、複合型ガスセンサとして具体化されている。なお、図２（ａ）はセンサ素子の先端部構造を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００２８】
図２に示すように、ガス濃度センサ１００では、酸素イオン伝導性材料からなる固体電解質（固体電解質素子）１４１，１４２が板状に形成され、アルミナ等の絶縁材料からなるスペーサ１４３を介して上下に所定間隔を隔てて積層されている。このうち、固体電解質１４１にはピンホール１４１ａが形成されており、このピンホール１４１ａを介してガス濃度センサ１００周囲の排気ガスが第１チャンバ１４４内に導入される。第１チャンバ１４４は、絞り部１４５を介して第２チャンバ１４６に連通されている。なお、１４７は多孔質拡散層である。
【００２９】
固体電解質１４２には、第１チャンバ１４４に面するようにしてポンプセル１１０が設けられており、ポンプセル１１０によって第１チャンバ１４４内に導入された排気ガス中の酸素が排出または汲み込まれると共に、この際に排気ガス中の酸素濃度が検出される。ここで、ポンプセル１１０には、固体電解質１４２を挟んで一対の電極１１１，１１２が形成され、このうち特に第１チャンバ１４４側の電極１１１はＮＯx 不活性電極（ＮＯx ガスを分解し難い電極）に形成されている。このポンプセル１１０によって、第１チャンバ１４４内に存在する酸素が分解され電極１１２より大気通路１５０側に排出される。
【００３０】
また、固体電解質１４１には、第２チャンバ１４６に面するようにしてモニタセル１２０及びセンサセル１３０が設けられている。モニタセル１２０からは、第２チャンバ１４６内の余剰酸素濃度に応じて起電力または電圧印加に伴う電流出力が発生される。また、センサセル１３０によって、ポンプセル１１０を通過したのちのガスからＮＯx 濃度が検出される。
【００３１】
特に、図２（ｂ）に示すように、排気ガスの流れ方向に対して同等位置になるよう、モニタセル１２０及びセンサセル１３０が並列に配置されていると共に、これら各セル１２０，１３０の大気通路１４８側の電極が共通電極１２２として形成されている。即ち、モニタセル１２０は、固体電解質１４１とそれを挟んで対向配置された電極１２１及び共通電極１２２とからなり、センサセル１３０は同じく固体電解質１４１とそれを挟んで対向配置された電極１３１及び共通電極１２２とからなる。なお、モニタセル１２０の電極１２１（第２チャンバ１４６側の電極）はＮＯx ガスに不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属にて形成されているのに対し、センサセル１３０の電極１３１（第２チャンバ１４６側の電極）はＮＯx ガスに活性なＰｔ等の貴金属にて形成されている。
【００３２】
更に、図３（ａ）は、モニタセル１２０及びセンサセル１３０の電極を第２チャンバ１４６側から見た断面図であり、図３（ｂ）は、これら各セルの電極を大気通路１４８側から見た断面図である。但し、モニタセル１２０及びセンサセル１３０の電極は、図３（ａ）に示すように、排気ガスの流れ方向に沿って並列に配置すること以外に、排気ガスの流れ方向で前後（即ち、図３（ａ）の左右）に配置してもよい。例えば、モニタセル１２０を上流側（図３（ａ）の左側）、センサセル１３０を下流側（図３（ａ）の右側）に配置してもよい。
【００３３】
また、図２（ａ）に示すように、固体電解質１４２の下面には絶縁層１４９が設けられ、この絶縁層１４９により大気通路１５０が形成されている。また、絶縁層１４９にはセンサ全体を加熱するためのヒータ１５１が埋設されている。そして、ポンプセル１１０、モニタセル１２０及びセンサセル１３０を含めたセンサ全体を活性状態にすべく、ヒータ１５１では外部からの給電により熱エネルギが発生される。
【００３４】
上記構成のガス濃度センサ１００において、排気ガスは多孔質拡散層１４７及びピンホール１４１ａを通って第１チャンバ１４４に導入される。そして、この排気ガスがポンプセル１１０近傍を通過する際、ポンプセル１１０の電極１１１，１１２間に電圧が印加されることで分解反応が起こされ、第１チャンバ１４４内の酸素濃度に応じてポンプセル１１０を介して酸素が排出または汲み込まれる。なお、このとき、第１チャンバ１４４側の電極１１１がＮＯx 不活性電極であるので、ポンプセル１１０では排気ガス中のＮＯx は分解されず、酸素のみが分解されて大気通路１５０に排出される。そして、ポンプセル１１０に流れるポンプセル電流Ｉｐにより、排気ガス中に含まれる酸素濃度が検出される。
【００３５】
この後、ポンプセル１１０近傍を通過した排気ガスは第２チャンバ１４６に流れ込み、モニタセル１２０ではガス中の余剰酸素濃度に応じた出力が発生される。モニタセル１２０の出力は、このモニタセル１２０の電極１２１，１２２間に所定の電圧が印加されることで、モニタセル電流Ｉｍとして検出される。また、センサセル１３０の電極１３１，１２２間に所定の電圧が印加されることでガス中のＮＯx が還元分解され、このとき発生する酸素が大気通路１４８に排出される。この際、センサセル１３０に流れるセンサセル電流Ｉｓにより、排気ガス中に含まれるＮＯx 濃度が検出される。
【００３６】
次に、本実施例の内燃機関のガス濃度検出装置の電気的な構成について、図４を参照して説明する。なお、図４は、上述の図２及び図３に示すガス濃度センサ１００を用いたガス濃度検出装置であるが、モニタセル１２０及びセンサセル１３０の電極配置については、便宜上、横並びの状態で示す。
【００３７】
図４において、ＥＣＵ３０内の制御回路２００は、ＣＰＵ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、Ｉ／Ｏポート等からなる周知のマイクロコンピュータで構成されており、ポンプセル１１０、モニタセル１２０及びセンサセル１３０の印加電圧がＤ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ０〜Ｄ／Ａ２）より適宜、出力される。また、制御回路２００には、これらポンプセル１１０、モニタセル１２０及びセンサセル１３０に流れる電流を測定すべく、各端子Ｖｃ，Ｖｅ，Ｖｄ，Ｖｂ，Ｖｇ，Ｖｈの電圧がＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ５）より各々入力される。そして、制御回路２００では、ポンプセル１１０やセンサセル１３０による測定電流に基づく排気ガス中の酸素濃度やＮＯx 濃度の検出値がＥＣＵ３０に出力される。
【００３８】
なお、制御回路２００及びその周辺回路が、ガス濃度センサ１００の近傍でＥＣＵ３０から離れた場所に配設されている場合には、排気ガス中の酸素濃度やＮＯx 濃度の検出値は制御回路２００からＤ／Ａコンバータまたは通信を介してＥＣＵ３０側に出力される。
【００３９】
回路構成について、詳しくは、ポンプセル１１０において一方の電極１１２には、基準電源２０１及びオペアンプ２０２により基準電圧Ｖａが印加され、他方の電極１１１には、オペアンプ２０３及び電流検出抵抗２０４を介して制御回路２００からの指令電圧Ｖｂが印加される。指令電圧Ｖｂの印加に際し、排気ガス中の酸素濃度に応じてポンプセル１１０に電流が流れると、この電流が電流検出抵抗２０４により検出される。つまり、電流検出抵抗２０４の両端子電圧Ｖｂ，Ｖｄが制御回路２００に取込まれ、この電圧Ｖｂ，Ｖｄによりポンプセル電流Ｉｐが算出される。
【００４０】
また、モニタセル１２０及びセンサセル１３０の共通電極１２２には、基準電源２０５及びオペアンプ２０６により基準電圧Ｖｆが印加され、共通電極１２２と異なる方のセンサセル電極１３１には、オペアンプ２０７及び電流検出抵抗２０８を介して制御回路２００からの指令電圧Ｖｇが印加される。指令電圧Ｖｇの印加に際し、排気ガス中のＮＯx 濃度に応じてセンサセル１３０に電流が流れると、この電流が電流検出抵抗２０８により検出される。つまり、電流検出抵抗２０８の両端子電圧Ｖｇ，Ｖｈが制御回路２００に取込まれ、この電圧Ｖｇ，Ｖｈによりセンサセル電流Ｉｓが算出される。
【００４１】
そして、共通電極１２２と異なる方のモニタセル電極１２１には、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２０９、オペアンプ２１０及び電流検出抵抗２１１を介して制御回路２００からの指令電圧Ｖｃが印加される。指令電圧Ｖｃの印加に際し、排気ガス中のＮＯx 濃度に応じてモニタセル１２０に電流が流れると、この電流が電流検出抵抗２１１により検出される。つまり、電流検出抵抗２１１の両端子電圧Ｖｃ，Ｖｅが制御回路２００に取込まれ、この電圧Ｖｃ，Ｖｅによりモニタセル電流Ｉｍが算出される。なお、ＬＰＦ２０９は、例えば、抵抗及びコンデンサからなる１次フィルタにて実現される。
【００４２】
また、本実施例では、モニタセル１２０を対象に、掃引法を用いて素子インピーダンスが検出されるようになっている。つまり、モニタセル１２０のインピーダンス検出時において、制御回路２００によりモニタセル印加電圧（指令電圧Ｖｃ）が正側または負側の少なくとも何れかに瞬間的に切換えられる。この印加電圧は、ＬＰＦ２０９により正弦波的になまされつつモニタセル１２０に印加される。なお、交流電圧の周波数は１０〔ｋＨｚ〕以上が望ましく、ＬＰＦ２０９の時定数は５〔μｓｅｃ〕程度に設定される。そして、このときの電圧変化量と電流変化量とからモニタセル１２０の素子インピーダンスが算出される。
【００４３】
更に、モニタセル１２０及びセンサセル１３０では、一方の電極が共通電極１２２として形成されているため、基準電圧側のドライブ回路が削減できるという利点や、ガス濃度センサ１００からのリード線の取出し本数が削減できるという利点が得られる。また、モニタセル１２０とセンサセル１３０とは同じ固体電解質１４１で隣合って形成されているため、掃引時には隣の電極に電流が流れ、インピーダンスの検出精度が悪化することが懸念されるが、共通電極１２２が設けられていることで一方の電極が同電位となり、この影響が低減される。
【００４４】
ところで、モニタセル１２０では残留酸素を検出する際に数〔μＡ〕程度の電流しか流れないのに対し、インピーダンス検出のための掃引時には数〔ｍＡ〕程度の電流が流れる。このオーダの異なる電流を同じ検出抵抗で検出すると、オーバレンジしたり、検出精度が悪くなったりする。そこで、本実施例では、モニタセル１２０による残留酸素検出時とインピーダンス検出時とで電流検出抵抗を切換えることとする。
【００４５】
具体的には、電流検出抵抗２１１に並列に、別の電流検出抵抗２１２とスイッチ回路２１３（例えば、半導体スイッチ）とが設けられている。そして、制御回路２００のＩ／Ｏポートからの出力により、スイッチ回路２１３がオン／オフされるよう構成されている。この場合、通常のガス濃度検出時には、スイッチ回路２１３がオフ（開放）され、電流検出抵抗２１１による数１００〔ｋΩ〕程度の抵抗でモニタセル電流Ｉｍが検出される。これに対し、インピーダンス検出時には、スイッチ回路２１３がオン（閉鎖）され、電流検出抵抗２１１，２１２による数１００〔Ω〕程度の抵抗でモニタセル電流Ｉｍが検出される。
【００４６】
また、制御回路２００内のＣＰＵによって、制御指令値ＤｕｔｙがＩ／Ｏポートから出力されＭＯＳＦＥＴドライバ２５１が駆動される。このとき、ＭＯＳＦＥＴ２５２により電源２５３（例えば、バッテリ電源）からヒータ１５１へ供給される電力がＰＷＭ制御される。
【００４７】
次に、本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路２００内のＣＰＵにおけるガス濃度センサ１００のセンサセル１３０からの出力であるセンサセル電流Ｉｓに対するマスク制御の処理手順を示す図５のフローチャートに基づき、図６を参照して説明する。ここで、図６は図５の処理におけるガス濃度〔ｐｐｍ〕に応じたセンサセル電流Ｉｓ〔ｎＡ〕及びポンプセル電流Ｉｐ〔ｍＡ〕の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、このマスク制御ルーチンは制御回路２００への電源投入時から所定時間毎にＣＰＵにて繰返し実行される。
【００４８】
図５において、ステップＳ１０１では、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスのガス濃度に応じたセンサセル電流Ｉｓが検出される。次にステップＳ１０２に移行して、ポンプセル１１０からの出力であるポンプセル電流Ｉｐが検出される。次にステップＳ１０３に移行して、ポンプセル電流Ｉｐが０（零）〔ｍＡ〕未満であるかが判定される。
【００４９】
ここで、図６に示すように、ガス濃度におけるＮＯx がセンサセル電流Ｉｓとして検出開始されるタイミング（図６に示す時刻ｔ01）は、排気ガスがリーン雰囲気からストイキとなるタイミングであり、ポンプセル電流Ｉｐがそれまでの正（＋）側から０〔ｍＡ〕となる。また、ガス濃度におけるＮＯx に対してアンモニアの影響が現われ始めるタイミング（図６に示す時刻ｔ02）は、排気ガスがストイキからリッチ雰囲気となるタイミングであり、ポンプセル電流Ｉｐが０〔ｍＡ〕から負（−）側となる。そして、ガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対してアンモニアの影響がなくなるタイミング（図６に示す時刻ｔ03）は、排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気となるタイミングであり、ポンプセル電流Ｉｐがそれまでの負（−）側から正（＋）側となる。
【００５０】
したがって、ステップＳ１０３の判定条件が成立、即ち、ガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対してアンモニアの影響が現われるポンプセル電流Ｉｐが０〔ｍＡ〕未満（図６に示す時刻ｔ02〜ｔ03）となるとステップＳ１０４に移行し、センサセル電流Ｉｓに対してマスクが施され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１０３の判定条件が成立せず、即ち、ポンプセル電流Ｉｐが０〔ｍＡ〕以上と大きいときにはガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニアの影響がないとして、何もすることなく本ルーチンを終了する。
【００５１】
なお、マスク期間におけるセンサセル電流Ｉｓは、図６に示すように、時刻ｔ02における検出値をそのままホールド（保持）してもよく、検出の停止により検出値を０〔ｎＡ〕として無視するようにしてもよく、更には、時刻ｔ02から検出値を徐々に低下させるようにしてもよい。
【００５２】
このように、本実施例の内燃機関のガス濃度検出装置は、第１チャンバ１４４に導入した被検出ガス中の酸素を排出または汲み込むポンプセル１１０と、ポンプセル１１０を通過したのちのガスから特定ガス成分としてのＮＯx 濃度を検出するセンサセル１３０と、第２チャンバ１４６内の残留酸素濃度を検出するモニタセル１２０とを少なくとも有し、各セルを形成する固体電解質の素子抵抗に基づき各セルを活性状態に保持する複合型のガス濃度センサ１００と、内燃機関１の排気通路１２中に配設され、内燃機関１からの排気ガスを浄化する排気浄化手段としてのＮＯx 吸蔵還元触媒１４と、ＮＯx 吸蔵還元触媒１４の下流側に配設されたガス濃度センサ１００のセンサセル１３０に流れるセンサセル電流Ｉｓを検出し、その検出値から排気ガス中のＮＯx 濃度を逐次検出するガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００とを具備し、制御回路２００はガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気となる期間では、リッチ雰囲気となる直前のセンサセル１３０による検出値をホールドするものである。
【００５３】
また、本実施例の内燃機関のガス濃度検出装置のガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００は、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気となる期間においては、ホールドされたセンサセル１３０による検出値を出力するものである。
【００５４】
そして、本実施例の内燃機関のガス濃度検出装置のガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００は、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気になったときには、センサセル１３０による検出値のホールド状態を解除し、通常の検出状態に切替えるものである。
【００５５】
更に、本実施例の内燃機関のガス濃度検出装置のガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００は、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスのリーン雰囲気からリッチ雰囲気への切替わりまたはリッチ雰囲気からリーン雰囲気への切替わりをポンプセル１１０からの出力であるポンプセル電流Ｉｐに応じて判断するものである。
【００５６】
つまり、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気、即ち、ポンプセル電流Ｉｐが０〔ｍＡ〕から負（−）側となり、この後、その排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気、即ち、ポンプセル電流Ｉｐが負（−）側から正（＋）側となるまでの期間をマスク期間として、リッチ雰囲気となる直前のセンサセル１３０による検出値をホールドし、その検出値を出力するものである。これにより、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスのガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニア生成分の影響を排除することができ、ＮＯx 濃度を正確に検出することができる。
【００５７】
ところで、上記実施例では、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気になったときに直ちに、センサセル１３０による検出値をホールドし、そのホールドされた検出値を出力し、そして、リッチ雰囲気からリーン雰囲気になったときに直ちに、センサセル１３０による検出値のホールド状態を解除して通常の検出状態に切替えているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、ガス濃度センサ１００からの出力等に応答遅れがあるときには、所定期間のタイムラグを設けることで対処することができる。
【００５８】
このような内燃機関のガス濃度検出装置は、第１チャンバ１４４に導入した被検出ガス中の酸素を排出または汲み込むポンプセル１１０と、ポンプセル１１０を通過したのちのガスから特定ガス成分としてのＮＯx 濃度を検出するセンサセル１３０と、第２チャンバ１４６内の残留酸素濃度を検出するモニタセル１２０とを少なくとも有し、各セルを形成する固体電解質の素子抵抗に基づき各セルを活性状態に保持する複合型のガス濃度センサ１００と、内燃機関１の排気通路１２中に配設され、内燃機関１からの排気ガスを浄化する排気浄化手段としてのＮＯx 吸蔵還元触媒１４と、ＮＯx 吸蔵還元触媒１４の下流側に配設されたガス濃度センサ１００のセンサセル１３０に流れるセンサセル電流Ｉｓを検出し、その検出値から排気ガス中のＮＯx 濃度を逐次検出するガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００とを具備し、制御回路２００は、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気となるポンプセル電流Ｉｐが負（−）側となって所定期間経過後からマスク期間として、リッチ雰囲気となる直前のセンサセル１３０による検出値をホールドするものであり、また、ガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００は、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気になって所定期間経過後においてはホールドされた検出値を出力するものであり、そして、ガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００は、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気になって所定期間経過後、マスク期間におけるセンサセル１３０による検出値のホールド状態を解除し、通常の検出状態に切替えるものであり、上述の実施例と同様の作用・効果が期待できる。
【００５９】
図７及び図８は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路２００内のＣＰＵにおけるガス濃度センサ１００のセンサセル１３０からの出力であるセンサセル電流Ｉｓに対するマスク制御の処理手順の第１の変形例を示すフローチャートであり、図９を参照して説明する。ここで、図９は図７及び図８の処理におけるガス濃度〔ｐｐｍ〕に応じたセンサセル電流Ｉｓ〔ｎＡ〕及びポンプセル電流Ｉｐ〔ｍＡ〕の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、このマスク制御ルーチンは制御回路２００への電源投入時から所定時間毎にＣＰＵにて繰返し実行される。
【００６０】
図７において、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４については、上述の実施例におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０４に対応しているため、その詳細な説明を省略する。ここで、ステップＳ２０４でセンサセル電流Ｉｓに対してマスクが施されたのちステップＳ２０４に移行し、後述のガス濃度推定処理が実行され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２０３の判定条件が成立せず、即ち、ポンプセル電流Ｉｐが０〔ｍＡ〕以上と大きくガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニアの影響がないときには、本ルーチンを終了する。
【００６１】
図８に示すガス濃度推定処理において、ステップＳ３０１では、推定値低下速度が機関回転速度ＮＥ及び吸気圧ＰＭをパラメータとする３次元マップに基づき算出される。なお、図８の右に示すように、この推定値低下速度は機関回転速度ＮＥをパラメータとする２次元マップ及び吸気圧ＰＭをパラメータとする２次元マップに基づき算出してもよい。次にステップＳ３０２に移行して、ガス濃度推定処理経過の時間に応じて推定値低下速度補正値が算出される。次にステップＳ３０３に移行して、前回値から推定値低下速度に推定値低下速度補正値を乗算した値を減算した値がガス濃度推定処理における推定値として更新される。これにより、本変形例では、マスク期間におけるセンサセル電流Ｉｓが、図９に示すように、時刻ｔ12から推定値が徐々に低下される。なお、本変形例では、排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気、即ち、ポンプセル電流Ｉｐが負（−）側から正（＋）側となるまでの期間をマスク期間（図９に示す時刻ｔ12〜ｔ13）、更に、予め所定のマスク延長期間（図９に示す時刻ｔ13〜ｔ14）を設定してセンサセル１３０による検出値をマスクするものである。したがって、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスのガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニア生成分の影響を排除することができ、ＮＯx 濃度を正確に検出することができる。
【００６２】
このように、本変形例の内燃機関のガス濃度検出装置のガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００は、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気となる期間においては、推定された予測値としての推定値を出力するものである。つまり、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスがリーン雰囲気からリッチ雰囲気、即ち、ポンプセル電流Ｉｐが０〔ｍＡ〕から負（−）側となり、この後、その排気ガスがリッチ雰囲気からリーン雰囲気、即ち、ポンプセル電流Ｉｐが負（−）側から正（＋）側となるまでの期間としてのマスク期間では、推定値によって徐々にセンサセル電流Ｉｓが低下される。これにより、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスのガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニア生成分の影響を排除することができ、ＮＯx 濃度を正確に検出することができる。
【００６３】
図１０は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路２００内のＣＰＵにおけるガス濃度センサ１００のセンサセル１３０からの出力であるセンサセル電流Ｉｓに対するマスク制御の処理手順の第２の変形例を示すフローチャートであり、図１１、図１２及び図１３を参照して説明する。ここで、図１１及び図１２は図１０におけるマスクタイミングα、マスク解除タイミングβを運転条件に応じてそれぞれ設定するマップである。また、図１３は図１０の処理におけるガス濃度〔ｐｐｍ〕に応じたセンサセル電流Ｉｓ〔ｎＡ〕、ＮＯx パージ要求フラグ及びＮＯx パージカウンタＣＮＯＸＣＮＴの遷移状態を示すタイムチャートである。なお、このマスク制御ルーチンは制御回路２００への電源投入時から所定時間毎にＣＰＵにて繰返し実行される。
【００６４】
図１０において、ステップＳ４０１では、運転条件として内燃機関１の機関回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＭが読込まれる。次にステップＳ４０２に移行して、マスクタイミングα及びマスク解除タイミングβが、図１１及び図１２のマップによって設定される。なお、図１１に示すマップによって、マスクタイミングαがガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対してアンモニアの影響が現われ始めるタイミングに設定され、図１２に示すマップによって、マスク解除タイミングβがガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対してアンモニアの影響がなくなるタイミングに設定される。そして、図１１及び図１２に示すように、マスクタイミングα及びマスク解除タイミングβは共に、運転条件が低負荷から高負荷になるに連れて小さくなる特性を有している。
【００６５】
次にステップＳ４０３に移行して、ＮＯx パージ要求が有るかが判定される。ステップＳ４０３の判定条件が成立、即ち、ＮＯx パージ要求フラグが「１（要求有り）」（図１３に示す時刻ｔ21以降）でＮＯx に対するパージ要求が有るときにはステップＳ４０４に移行し、ＮＯx パージカウンタＣＮＯＸＣＮＴが「＋１」インクリメントされる。
【００６６】
次にステップＳ４０５に移行して、α≦ＣＮＯＸＣＮＴ≦βの不等式が成立するかが判定される。ステップＳ４０５の判定条件が成立、即ち、ＮＯx パージカウンタＣＮＯＸＣＮＴがマスクタイミングαとマスク解除タイミングβとの間にあるときには、マスク期間（図１３の時刻ｔ22〜ｔ23）であるとしてステップＳ４０６に移行し、センサセル電流Ｉｓに対してマスクが施され、本ルーチンを終了する。
【００６７】
一方、ステップＳ４０３の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx パージ要求フラグが「０（要求なし）」でＮＯx に対するパージ要求がないとき、また、ステップＳ４０５の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx パージカウンタＣＮＯＸＣＮＴがマスクタイミングαとマスク解除タイミングβとの間にないときにはガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニアの影響がないとして、何もすることなく本ルーチンを終了する。
【００６８】
このように、本変形例の内燃機関のガス濃度検出装置は、第１チャンバ１４４に導入した被検出ガス中の酸素を排出または汲み込むポンプセル１１０と、ポンプセル１１０を通過したのちのガスから特定ガス成分としてのＮＯx 濃度を検出するセンサセル１３０と、第２チャンバ１４６内の残留酸素濃度を検出するモニタセル１２０とを少なくとも有し、各セルを形成する固体電解質の素子抵抗に基づき各セルを活性状態に保持する複合型のガス濃度センサ１００と、内燃機関１の排気通路１２中に配設され、内燃機関１からの排気ガスを浄化する排気浄化手段としてのＮＯx 吸蔵還元触媒１４と、ＮＯx 吸蔵還元触媒１４の下流側に配設されたガス濃度センサ１００のセンサセル１３０に流れるセンサセル電流Ｉｓを検出し、その検出値から排気ガス中のＮＯx 濃度を逐次検出するガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００とを具備し、制御回路２００はガス濃度センサ１００に導入された排気ガスに対するセンサセル１３０の出力開始時点から所定期間経過後、内燃機関１の機関回転数ＮＥ、吸気圧ＰＭ（運転条件）に応じたＮＯx パージカウンタＣＮＯＸＣＮＴがマスクタイミングαからマスク解除タイミングβまでの所定期間を設定し、その所定期間中では、ＮＯx パージカウンタＣＮＯＸＣＮＴがマスクタイミングαに一致する直前のセンサセル１３０による検出値をホールドするものであり、ガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００が、所定期間経過後においては、ホールドされた検出値を出力するものである。
【００６９】
つまり、ガス濃度センサ１００のセンサセル１３０からの出力が、運転条件に応じて予め設定されたマスクタイミングαからマスク解除タイミングβまでの所定期間中では、その直前のセンサセル１３０による検出値がホールドされ、このホールドされた検出値が所定期間経過後に出力される。これにより、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスのガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニア生成分の影響を排除することができ、ＮＯx 濃度を正確に検出することができる。
【００７０】
図１４は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路２００内のＣＰＵにおけるガス濃度センサ１００のセンサセル１３０からの出力であるセンサセル電流Ｉｓに対するマスク制御の処理手順の第３の変形例を示すフローチャートであり、上述の図８、図１１及び図１２、そして、図１５を参照して説明する。ここで、図１５は図１４の処理におけるガス濃度〔ｐｐｍ〕に応じたセンサセル電流Ｉｓ〔ｎＡ〕、ＮＯx パージ要求フラグ及びＮＯx パージカウンタＣＮＯＸＣＮＴの遷移状態を示すタイムチャートである。なお、このマスク制御ルーチンは制御回路２００への電源投入時から所定時間毎にＣＰＵにて繰返し実行される。
【００７１】
図１４において、ステップＳ５０１〜ステップＳ５０６については、上述の変形例におけるステップＳ４０１〜ステップＳ４０６に対応しているため、その詳細な説明を省略する。ここで、ステップＳ５０６でセンサセル電流Ｉｓに対してマスクが施されたのちステップＳ５０７に移行し、上述の図８に示すガス濃度推定処理が実行され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ５０３の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx パージ要求フラグが「０（要求なし）」でＮＯx に対するパージ要求がないとき、また、ステップＳ５０５の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx パージカウンタＣＮＯＸＣＮＴがマスクタイミングαとマスク解除タイミングβとの間にないときにはガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニアの影響がないとして、何もすることなく本ルーチンを終了する。
【００７２】
このように、本変形例の内燃機関のガス濃度検出装置のガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００は、所定期間経過後においては、推定された予測値としての推定値を出力するものである。なお、本変形例では、ＮＯx パージカウンタＣＮＯＸＣＮＴがマスクタイミングαとマスク解除タイミングβとの間（図１５に示す時刻ｔ32〜ｔ33）、更に、予め所定のマスク延長期間（図１５に示す時刻ｔ33〜ｔ34）を設定してセンサセル１３０による検出値をマスクするものである。したがって、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスのガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニア生成分の影響を排除することができ、ＮＯx 濃度を正確に検出することができる。
【００７３】
〈実施例２〉
図１６は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されているガス濃度センサ１００′の構造を示す構成図である。なお、本実施例のガス濃度センサ１００′には、上述の第１実施例のガス濃度センサ１００の構成に対して、λセル１８０が追加形成されているのみであり、他の部分については上述の第１実施例の構成図を示す図２、図３及び図４と同様であるため、その詳細な説明を省略する。また、本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置が適用される内燃機関及びその周辺機器についても、上述の第１実施例の概略構成図を示す図１と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００７４】
図１６に示すように、本実施例のガス濃度センサ１００′においては、ポンプセル１１０付近における上側の固体電解質１４１に、第１チャンバ１４４内の酸素濃度に応じた起電力を出力させるためのλセル１８０が設けられている。そして、電圧計１８１によりλセル１８０の起電力が計測され、その計測値が制御回路２００に取込まれるようになっている。
【００７５】
次に、本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路２００内のＣＰＵにおけるガス濃度センサ１００′のセンサセル１３０からの出力であるセンサセル電流Ｉｓに対するマスク制御の処理手順を示す図１７のフローチャートに基づき、図１８を参照して説明する。ここで、図１８は図１７の処理におけるガス濃度〔ｐｐｍ〕に応じたセンサセル電流Ｉｓ〔ｎＡ〕及びλセル電圧Ｖｐ〔Ｖ〕の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、このマスク制御ルーチンは制御回路２００への電源投入時から所定時間毎にＣＰＵにて繰返し実行される。
【００７６】
図１７において、ステップＳ６０１では、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスのガス濃度に応じたセンサセル電流Ｉｓが検出される。次にステップＳ６０２に移行して、λセル１８０からの出力であるλセル電圧Ｖｐが検出される。次にステップＳ６０３に移行して、λセル電圧Ｖｐが０．４５〔Ｖ〕以上であるかが判定される。ここで、図１８に示すように、λセル電圧Ｖｐが０．４５〔Ｖ〕以上である期間は、ガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対してアンモニアの影響が現われ始めるタイミングからアンモニアの影響がなくなる期間に一致している。
【００７７】
したがって、ステップＳ６０３の判定条件が成立、即ち、ガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対してアンモニアの影響が現われるλセル電圧Ｖｐが０．４５〔Ｖ〕以上（図１８に示す時刻ｔ42〜ｔ43）となるとステップＳ６０４に移行し、センサセル電流Ｉｓに対してマスクが施され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ６０３の判定条件が成立せず、即ち、λセル電圧Ｖｐが０．４５〔Ｖ〕未満と小さいときにはガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニアの影響がないとして、何もすることなく本ルーチンを終了する。
【００７８】
このように、本実施例の内燃機関のガス濃度検出装置のガス濃度センサ１００′は、更に、第１チャンバ１４４内の酸素濃度に応じた起電力を出力するλセル１８０を有するものである。また、本実施例の内燃機関のガス濃度検出装置のガス濃度検出手段を達成するＥＣＵ３０内の制御回路２００は、ガス濃度センサ１００′に導入された排気ガスのリーン雰囲気からリッチ雰囲気への切替わりまたはリッチ雰囲気からリーン雰囲気への切替わりをλセル１８０からの出力に応じて判断するものである。
【００７９】
つまり、ガス濃度センサ１００に導入された排気ガスのガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対してアンモニア生成の影響が現われる期間として、排気ガスのリーン雰囲気からリッチ雰囲気への切替わりまたはリッチ雰囲気からリーン雰囲気への切替わりがλセル１８０の出力によって検出される。即ち、λセル１８０で検出されるλセル電圧Ｖｐが０．４５〔Ｖ〕以上となる期間が、排気ガスのリーン雰囲気からリッチ雰囲気への切替わりからリッチ雰囲気からリーン雰囲気への切替わりに一致していることから、その期間をマスク期間として、λセル電圧Ｖｐが０．４５〔Ｖ〕以上となる直前のセンサセル１３０による検出値をホールドするものである。これにより、ガス濃度センサ１００′に導入された排気ガスのガス濃度中のＮＯx に応じたセンサセル電流Ｉｓの検出値に対するアンモニア生成分の影響を排除することができ、ＮＯx 濃度を正確に検出することができる。
【００８０】
ところで、上記実施例及び変形例では、内燃機関１の排気通路１２中に配設されたＮＯx 吸蔵還元触媒１４の下流側にガス濃度センサ１００からなるＮＯx センサ２８が配設されているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、ＮＯx センサ２８をＮＯx 吸蔵還元触媒１４の上流側に、酸素センサ２７をＮＯx 吸蔵還元触媒１４の下流側に配設するようにしてもよい。この場合には、ＮＯx センサ２８でＮＯx 吸蔵還元触媒１４を通過したのちのＮＯx 濃度を検出することはできないが、ＮＯx 吸蔵還元触媒１４に流入する排気ガス中のＮＯx 濃度を検出してＮＯx 吸蔵還元触媒１４におけるＮＯx の吸蔵量を累積推定することでＮＯx 吸蔵還元触媒１４に対するＮＯx 還元制御を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の形態の第１実施例及び第２実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】  図２は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置におけるＮＯx センサを構成するガス濃度センサの構造を示す構成図である。
【図３】  図３は図２のガス濃度センサの構造を示す構成図である。
【図４】  図４は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置の電気的な構成を示す回路図である。
【図５】  図５は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路内のＣＰＵにおけるマスク制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】  図６は図５の処理に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図７】  図７は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路内のＣＰＵにおけるマスク制御の処理手順の第１の変形例を示すフローチャートである。
【図８】  図８は図７のマスク制御におけるガス濃度推定処理を示すフローチャートである。
【図９】  図９は図７及び図８の処理に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図１０】  図１０は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路内のＣＰＵにおけるマスク制御の処理手順の第２の変形例を示すフローチャートである。
【図１１】  図１１は図１０におけるマスクタイミングを運転条件に応じて設定するマップである。
【図１２】  図１２は図１０におけるマスク解除タイミングを運転条件に応じて設定するマップである。
【図１３】  図１３は図１０の処理に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図１４】  図１４は本発明の実施の形態の第１実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路内のＣＰＵにおけるマスク制御の処理手順の第３の変形例を示すフローチャートである。
【図１５】  図１５は図１４の処理に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図１６】  図１６は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置におけるＮＯx センサを構成するガス濃度センサの構造を示す構成図である。
【図１７】  図１７は本発明の実施の形態の第２実施例にかかる内燃機関のガス濃度検出装置で使用されている制御回路内のＣＰＵにおけるマスク制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】  図１８は図１７の処理に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１            内燃機関
１４            ＮＯx 吸蔵還元触媒
２８            ＮＯx センサ
３０            ＥＣＵ（電子制御ユニット）
１００，１００′  ガス濃度センサ
１１０            ポンプセル
１２０            モニタセル
１３０            センサセル
１４４            第１チャンバ
１４６            第２チャンバ
１８０            λセル
２００            制御回路
【図１】
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【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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