JP3352002B2 - Method and apparatus for detecting deterioration in function of nitrogen oxide storage catalyst - Google Patents

Method and apparatus for detecting deterioration in function of nitrogen oxide storage catalyst

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JP3352002B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関等の各種
燃焼機器から排出される窒素酸化物の濃度を検出するた
めに構成されたNOxセンサを用いて窒素酸化物吸蔵触
媒の機能低下を検出する窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下
検出方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting a reduction in the function of a nitrogen oxide storage catalyst using a NOx sensor configured to detect the concentration of nitrogen oxides discharged from various combustion equipment such as an internal combustion engine. The present invention relates to a method and an apparatus for detecting a decrease in the function of a nitrogen oxide storage catalyst.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、例えば、ヨーロッパ特許出願
公開明細書0678740A1,SAE paper
No.960334 P137〜142 1996等に
開示されているように、第1拡散律速層を介して被測定
ガス側に連通された第1測定室と、この第1測定室に第
2拡散律速層を介して連通された第2測定室とを、酸素
イオン伝導性の固体電解質層にて形成し、第1測定室に
は、固体電解質層を多孔質の電極で挟むことにより第1
酸素ポンピングセルと酸素濃度測定セルとを形成し、更
に、第2測定室には、同じく固体電解質層を多孔質の電
極で挟むことにより第2酸素ポンピングセルを形成した
NOxセンサを用いて、内燃機関等の排気中の窒素酸化
物(NOx)の濃度を検出するようにしたNOx濃度測
定装置が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, European Patent Application Publication No. 0678740A1, SAE paper
No. 960334 P137-142 1996 and the like, a first measurement chamber communicated with the measured gas side via a first diffusion-controlling layer, and a first diffusion-controlling layer connected to the first measurement chamber via a second diffusion-controlling layer. The communicating second measurement chamber is formed by an oxygen ion conductive solid electrolyte layer, and the first measurement chamber is formed by sandwiching the solid electrolyte layer with a porous electrode.
An oxygen pumping cell and an oxygen concentration measuring cell are formed, and further, in the second measuring chamber, an internal combustion engine is formed by using a NOx sensor in which a solid electrolyte layer is sandwiched between porous electrodes to form a second oxygen pumping cell. 2. Description of the Related Art There is known a NOx concentration measuring device that detects the concentration of nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas of an engine or the like.

【0003】この種のNOx濃度測定装置においては、
酸素濃度測定セルからの出力電圧が予め設定された一定
値となるように第1酸素ポンピングセルに電流を流すこ
とにより、第1測定室内の酸素濃度を一定濃度に制御し
つつ、第2酸素ポンピングセルに一定電圧を印加して、
第2測定室から酸素を汲み出し、この時、この第2酸素
ポンピングセルに流れる電流値から、被測定ガス中のN
Ox濃度を検出する。
In this type of NOx concentration measuring device,
By supplying a current to the first oxygen pumping cell so that the output voltage from the oxygen concentration measuring cell becomes a preset constant value, the second oxygen pumping is performed while controlling the oxygen concentration in the first measuring chamber to a constant concentration. Apply a constant voltage to the cell,
Oxygen is pumped out of the second measurement chamber. At this time, the value of N in the gas to be measured is determined based on the current flowing through the second oxygen pumping cell.
Detect Ox concentration.

【0004】つまり、被測定ガスである内燃機関等から
の排気中には、NOx以外に、酸素、一酸化炭素、二酸
化炭素等の他のガス成分が存在するが、上記窒素酸化物
濃度測定装置では、第1酸素ポンピングセルにより第1
測定室内を酸素が極めて少ない低酸素濃度に制御し、更
に、その低酸素濃度に制御された被測定ガスが流入する
第2測定室側で、第2酸素ポンピングセルに第2測定室
内の酸素を汲み出す方向に一定電圧を印加することによ
り、第2酸素ポンピングセルを構成する多孔質電極の触
媒機能によって、被測定ガス中のNOxを窒素と酸素と
に分解させて第2測定室から酸素を抜き取り、そのとき
第2酸素ポンピングセルに流れるポンプ電流を検出する
ことにより、被測定ガス中の他のガス成分に影響される
ことなく、被測定ガス中のNOx濃度を検出できるよう
にしている。
That is, in the exhaust gas from an internal combustion engine or the like, which is the gas to be measured, other gas components such as oxygen, carbon monoxide, and carbon dioxide exist in addition to NOx. Then, the first oxygen pumping cell
The inside of the measurement chamber is controlled to a low oxygen concentration with very little oxygen, and the oxygen in the second measurement chamber is supplied to the second oxygen pumping cell on the side of the second measurement chamber into which the gas to be measured controlled to the low oxygen concentration flows. By applying a constant voltage in the pumping direction, NOx in the gas to be measured is decomposed into nitrogen and oxygen by the catalytic function of the porous electrode constituting the second oxygen pumping cell, and oxygen is discharged from the second measurement chamber. By sampling and detecting the pump current flowing through the second oxygen pumping cell at that time, the NOx concentration in the gas to be measured can be detected without being affected by other gas components in the gas to be measured.

【0005】また、この種のNOx濃度測定装置では、
上記検出方法によってNOx濃度を正確に検出するに
は、センサを所定の活性温度(例えば800℃以上)ま
で加熱して、各セルを活性化させる必要があることか
ら、センサを加熱するためのヒータが別途設けられてい
る。
In this type of NOx concentration measuring apparatus,
In order to accurately detect the NOx concentration by the above-described detection method, it is necessary to heat the sensor to a predetermined activation temperature (for example, 800 ° C. or higher) to activate each cell. Therefore, a heater for heating the sensor is required. Is provided separately.

【0006】ところで、近年、ガソリンを燃料とする内
燃機関の省燃費化,高効率化のため、燃料に対する空気
の量が多い希薄空燃比で運転制御される内燃機関(リー
ンバーンエンジンや直噴エンジンなど)が開発されてい
る。そして、通常、内燃機関では、排気ガスに含まれる
NOxと未燃成分(HC,CO)とを三元触媒を用いて
反応させ、NOxをN2 に還元して排気ガスの浄化を行
っているが、希薄空燃比で運転した場合は、排気ガスに
多量の酸素が含まれるため、この酸素と未燃成分とが反
応してしまいNOxを浄化することができなかった。
In recent years, in order to reduce the fuel consumption and increase the efficiency of an internal combustion engine using gasoline as a fuel, an internal combustion engine (lean burn engine or direct injection engine) whose operation is controlled at a lean air-fuel ratio where the amount of air with respect to fuel is large Etc.) have been developed. Then, usually, in an internal combustion engine, unburned components and NOx contained in exhaust gas (HC, CO) and reacted with a three-way catalyst is performed to purify the exhaust gas by reducing NOx into N 2 However, when the operation was performed at a lean air-fuel ratio, a large amount of oxygen was contained in the exhaust gas, and this oxygen reacted with unburned components, so that NOx could not be purified.

【0007】これに対して、三元触媒中に、排気ガス中
のNOxを硝酸塩として蓄積するNOx吸蔵材を設け
た、いわゆるNOx吸蔵触媒が知られている。ただし、
そのNOx蓄積量には限界があるため、NOx吸蔵触媒
を用いる場合は、NOxの蓄積量が限界に達する前に、
一時的に、内燃機関に供給する燃料混合気の空燃比を燃
料の多いリッチ空燃比に制御して、内燃機関から未燃成
分を多量に含む排気ガスを排出させ、この未燃成分とN
Ox吸蔵触媒に蓄積されたNOxとを反応させることに
より、再びNOxを蓄積可能な状態にNOx吸蔵触媒を
リフレッシュする制御が行われている。
On the other hand, a so-called NOx storage catalyst in which a three-way catalyst is provided with a NOx storage material for accumulating NOx in exhaust gas as nitrate is known. However,
Since the NOx storage amount has a limit, when the NOx storage catalyst is used, before the NOx storage amount reaches the limit,
Temporarily controlling the air-fuel ratio of the fuel-air mixture supplied to the internal combustion engine to a rich air-fuel ratio rich in fuel, exhausting exhaust gas containing a large amount of unburned components from the internal combustion engine,
Control is performed to cause the NOx stored in the Ox storage catalyst to react with the NOx stored in the Ox storage catalyst, thereby refreshing the NOx storage catalyst so that the NOx can be stored again.

【0008】そして、このようなリフレッシュ動作は、
一定時間毎に定期的に行うか、又は上記NOx濃度測定
装置を用い、内燃機関の排気通路のNOx吸蔵触媒の下
流側にNOxセンサを装着してNOx吸蔵触媒からのN
Oxの漏出量を検出し、NOxの漏出量が規定量以上と
なった時に必要に応じて行うようにされている。
[0008] Such a refresh operation is as follows.
It is carried out periodically at fixed time intervals, or by using the NOx concentration measuring device, a NOx sensor is mounted downstream of the NOx storage catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine, and N
The leakage amount of Ox is detected, and the detection is performed as necessary when the leakage amount of NOx becomes equal to or more than a specified amount.

【0009】また、このような用途に用いられるNOx
センサでは、精度のよい制御を行うには、NOx濃度を
最低でも100ppm単位で識別できる程度の性能が要
求される。
Further, NOx used for such applications
In order to perform accurate control, the sensor is required to have such a performance that the NOx concentration can be identified at least in units of 100 ppm.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、NOxセンサ
は、ポンプ電流制御により第1測定室内を酸素濃度ゼロ
の状態に制御すると、第1測定室内に流入した被測定ガ
ス中のNOx成分を分解してしまい、第2酸素ポンピン
グセルを用いてNOx濃度を測定できない虞があるの
で、通常、第1測定室内の酸素濃度を、酸素が少し残っ
た状態(例えば1000ppm程度の低酸素濃度)に制
御しており、従って、第2酸素ポンピングセルを流れる
第2ポンプ電流は、この残留する酸素の影響を受けてオ
フセットを有する。図8は、被測定ガス中の酸素濃度と
第1ポンプ電流との関係、及びNOx濃度と第2ポンプ
電流との関係を模式的に表したグラフである。
However, the NOx sensor decomposes the NOx component in the gas to be measured flowing into the first measuring chamber when the first measuring chamber is controlled to have a zero oxygen concentration by the pump current control. Since there is a possibility that the NOx concentration cannot be measured using the second oxygen pumping cell, the oxygen concentration in the first measurement chamber is usually controlled to a state in which a little oxygen remains (for example, a low oxygen concentration of about 1000 ppm). Therefore, the second pump current flowing through the second oxygen pumping cell has an offset under the influence of this residual oxygen. FIG. 8 is a graph schematically showing the relationship between the oxygen concentration in the measured gas and the first pump current, and the relationship between the NOx concentration and the second pump current.

【0011】そしてこのオフセットは、図9に示す如
く、被測定ガスの空燃比に対する依存性を有しており、
運転状態の変化等により空燃比が変化すると、これに応
じて数〜数十ppm程度変動するため、十分な検出精度
を得ることができなかった。なお、図9は、NOxを含
まない試験用ガスを被測定ガスとして装置を動作させた
際の第2ポンプ電流のオフセットの測定結果の例(3個
体について測定)を表わしたものである。
The offset has a dependency on the air-fuel ratio of the gas to be measured, as shown in FIG.
When the air-fuel ratio changes due to a change in the operating state or the like, the air-fuel ratio changes by several to several tens of ppm in response to the change, so that sufficient detection accuracy cannot be obtained. FIG. 9 shows an example (measured for three samples) of the offset of the second pump current when the apparatus was operated using a test gas containing no NOx as the gas to be measured.

【0012】このため、NOx吸蔵触媒からのNOx漏
出量が規定値以上に増大することを確実に防止するため
には、オフセットの変動を見込んでNOx吸蔵能力にか
なり余裕をみてリフレッシュ動作を起動しなければなら
ず、NOx吸蔵触媒の能力を十分に引き出すことができ
ないという問題があり、これは、定期的にリフレッシュ
動作を行う場合も同様であった。
For this reason, in order to reliably prevent the amount of NOx leakage from the NOx storage catalyst from increasing beyond the specified value, the refresh operation is started with a considerable margin in the NOx storage capacity in consideration of the offset fluctuation. Therefore, there is a problem that the capacity of the NOx storage catalyst cannot be sufficiently brought out, and this is also the case when the refresh operation is periodically performed.

【0013】また、NOx吸蔵触媒は、排気ガス中に硫
黄(S)が存在すると、この硫黄を硫酸塩としてNOx
吸蔵材に蓄積してしまい、しかも硫酸塩は硝酸塩に比べ
て未燃成分と反応しにくいため、上述のリフレッシュ動
作を行っても除去することができず、その結果、硫酸塩
が蓄積された分だけNOx吸蔵能力が低下する。
When the sulfur (S) is present in the exhaust gas, the NOx storage catalyst converts the sulfur into a sulfate to form NOx.
Since the sulfate accumulates in the storage material, and the sulfate is less likely to react with the unburned components than the nitrate, the sulfate cannot be removed even by performing the above-described refreshing operation. Only, the NOx storage capacity decreases.

【0014】そして、このようにNOxの蓄積能力が低
下すると、定期的にリフレッシュを行っている場合に
は、NOxの浄化能力が低下し、また、NOx濃度を検
出してリフレッシュを行っている場合は、頻繁にリフレ
ッシュが行われ、内燃機関の燃費や効率を低下させてし
まうという問題もあった。
When the NOx storage capacity is reduced as described above, the NOx purification capacity is reduced when refreshing is performed periodically, and when the NOx concentration is detected and refreshed. However, there has been a problem that frequent refreshing is performed and the fuel efficiency and efficiency of the internal combustion engine are reduced.

【0015】なお、例えばNOx吸蔵触媒をより高温に
して上記リフレッシュ(以下、触媒焼き切りという)を
行えば、硫酸塩を未燃成分と反応させて除去可能なこと
が知られており、定期的に硫酸塩を除去することが考え
られるが、通常の硝酸塩のリフレッシュを行う場合より
NOx吸蔵触媒への負担が大きく、NOx吸蔵触媒を劣
化させるおそれがあるため、この硫酸塩の除去は必要な
時にのみ行うことが望まれていた。
It is known that, for example, if the above-mentioned refresh (hereinafter referred to as catalyst burn-off) is performed by raising the temperature of the NOx storage catalyst to a higher temperature, the sulfate can be removed by reacting with the unburned components. Although it is conceivable to remove the sulfate, the burden on the NOx storage catalyst is larger than in the case where the normal nitrate is refreshed, and the NOx storage catalyst may be deteriorated. It was desired to do.

【0016】そこで本発明は、NOxセンサによるNO
x吸蔵触媒の機能低下の検出を精度よくできるようにす
ることを目的とする。
Accordingly, the present invention provides an NO
An object of the present invention is to make it possible to accurately detect a decrease in the function of the x storage catalyst.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項1に記載の発明は、酸素イオン伝導性
の固体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第1酸素ポ
ンピングセル及び酸素濃度測定セルを有し、第1拡散律
速層を介して被測定ガス側に連通された第1測定室と、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔質の電極で挟ん
でなる第2酸素ポンピングセルを有し、第2拡散律速層
を介して前記第1測定室と連通された第2測定室とを備
えると共に、前記各セルを所定の活性温度まで加熱する
ヒータを備えたNOxセンサを、内燃機関の排気管に取
り付けられた窒素酸化物吸蔵触媒の下流に配置して、該
窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下を検出する検出方法であ
って、前記酸素濃度測定セルの出力電圧が一定値となる
ように前記第1酸素ポンピングセルに第1ポンプ電流を
流して、前記第1測定室内の酸素濃度を一定に制御する
と共に、前記第2酸素ポンピングセルに前記第2測定室
から酸素を汲み出す方向に一定電圧を印加することによ
り、被測定ガス中の窒素酸化物濃度に応じて前記第2酸
素ポンピングセルに流れる第2ポンプ電流を検出し、燃
料に対する酸素の割合の大きい希薄空燃比での内燃機関
の運転制御が開始された後に、予め設定された固定値分
だけ前記第2ポンプ電流の増加を検出すると、前記窒素
酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下していると判定するこ
とを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first oxygen pumping cell comprising an oxygen ion conductive solid electrolyte layer sandwiched between porous electrodes. A first measurement chamber having an oxygen concentration measurement cell and communicated with the measured gas side via a first diffusion-controlled layer;
A second oxygen pumping cell comprising an oxygen ion conductive solid electrolyte layer sandwiched between porous electrodes, comprising a second measurement chamber communicated with the first measurement chamber via a second diffusion-controlled layer. In addition, a NOx sensor having a heater for heating each of the cells to a predetermined activation temperature is disposed downstream of a nitrogen oxide storage catalyst attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine, and the function of the nitrogen oxide storage catalyst is A detection method for detecting a decrease, wherein a first pump current is passed through the first oxygen pumping cell so that an output voltage of the oxygen concentration measurement cell becomes a constant value, and an oxygen concentration in the first measurement chamber is kept constant. And a constant voltage is applied to the second oxygen pumping cell in a direction of pumping oxygen from the second measurement chamber, whereby the second oxygen pumping cell is controlled according to the concentration of nitrogen oxides in the gas to be measured. When the flowing second pump current is detected, and after the operation control of the internal combustion engine at the lean air-fuel ratio in which the ratio of oxygen to fuel is large is started, the increase in the second pump current is detected by a predetermined fixed value. And determining that the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst is reduced.

【0018】つまりこの請求項1に記載の検出方法で
は、NOxセンサを用いてNOx濃度を測定する場合と
同様の駆動方向でNOxセンサを駆動し、このとき、被
測定ガス中のNOx濃度に応じて第2酸素ポンピングセ
ルに流れる第2ポンプ電流を検出している。
That is, in the detection method according to the first aspect, the NOx sensor is driven in the same driving direction as when measuring the NOx concentration using the NOx sensor. Thus, the second pump current flowing through the second oxygen pumping cell is detected.

【0019】そして、内燃機関からNOxを多く含んだ
排気ガスが排出される希薄空燃比での運転制御時には、
この排気ガス中のNOxは、NOx吸蔵触媒に硝酸塩の
形で蓄積され、蓄積された硝酸塩が増加するとNOx吸
蔵触媒の吸蔵能力が徐々に低下し、この吸蔵能力の低下
に伴ってNOx吸蔵触媒から漏出するNOx(即ち、被
測定ガス中のNOx濃度)が増大するため第2ポンプ電
流も増大する。
At the time of operation control at a lean air-fuel ratio in which exhaust gas containing a large amount of NOx is exhausted from the internal combustion engine,
NOx in the exhaust gas is accumulated in the NOx storage catalyst in the form of nitrate. When the accumulated nitrate increases, the storage capacity of the NOx storage catalyst gradually decreases. Since the leaked NOx (that is, the NOx concentration in the gas to be measured) increases, the second pump current also increases.

【0020】ところで、この第2ポンプ電流のオフセッ
トは、上述のように、第1測定室内の酸素濃度の影響を
受け、この第1測定室内の酸素濃度は、被測定ガス中の
酸素濃度、即ち空燃比の影響を受けるため、オフセット
電流は空燃比に対する依存性を有するが、本発明の検出
方法では、第2ポンプ電流の絶対値を用いるのではな
く、希薄空燃比での運転制御を開始後に、第2ポンプ電
流が固定値分だけ増加したか否か、即ち、第2ポンプ電
流の相対値を用いてNOx吸蔵触媒の機能低下を判定し
ている。
Incidentally, as described above, the offset of the second pump current is affected by the oxygen concentration in the first measurement chamber, and the oxygen concentration in the first measurement chamber is the oxygen concentration in the gas to be measured, ie, Since the offset current is affected by the air-fuel ratio, the offset current has a dependency on the air-fuel ratio. However, in the detection method of the present invention, instead of using the absolute value of the second pump current, after starting the operation control with the lean air-fuel ratio, Whether the second pump current has increased by a fixed value, that is, the relative value of the second pump current is used to determine the deterioration of the function of the NOx storage catalyst.

【0021】従って、本発明によれば、検出中に内燃機
関の運転状態が急変する等して被測定ガスの空燃比が大
きく変動しさえしなければ、このオフセットの影響を確
実に除去でき、NOx吸蔵触媒の機能低下を精度よく判
定することができる。そして、この判定結果に基づい
て、例えば、硝酸塩を除去するためのリフレッシュ動作
を、必要な時にだけ行わせることができるため、内燃機
関の燃費や効率を向上させることができる。
Therefore, according to the present invention, if the air-fuel ratio of the gas to be measured does not fluctuate greatly due to a sudden change in the operating state of the internal combustion engine during detection, the influence of this offset can be reliably removed. Deterioration of the function of the NOx storage catalyst can be accurately determined. Then, based on this determination result, for example, a refresh operation for removing nitrate can be performed only when necessary, so that the fuel efficiency and efficiency of the internal combustion engine can be improved.

【0022】次に、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の検出方法において、前記第2ポンプ電流の前記
固定値分の増加に要する時間が、予め設定された時間し
きい値より小さい場合に、前記窒素酸化物吸蔵触媒の吸
蔵能力に異常があると判定することを特徴とする。
Next, a second aspect of the present invention is the first aspect.
In the detection method according to the above, when the time required for increasing the second pump current by the fixed value is smaller than a preset time threshold value, the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst is abnormal. Is determined.

【0023】つまり、上述したように、NOx吸蔵触媒
にNOxが蓄積されるに従って、NOx吸蔵触媒から漏
出するNOxが増大し、これに応じて第2酸素ポンピン
グセルに流れる第2ポンプ電流も増大する。そして、N
Ox吸蔵触媒に硫酸塩が蓄積されたり、NOx吸蔵材が
剥離する等の異常が生じると、その分だけ硝酸塩を蓄積
する能力が低下して、NOx吸蔵触媒からのNOx漏出
量の増大速度が早くなり、即ち第2ポンプ電流の増大速
度が早くなることから、この第2ポンプ電流の増大速度
を、第2ポンプ電流が固定値分だけ増大するのに要する
時間等により調べれば、NOx吸蔵触媒の異常を判定す
ることができるのである。
That is, as described above, as NOx is accumulated in the NOx storage catalyst, the amount of NOx leaking from the NOx storage catalyst increases, and accordingly, the second pump current flowing to the second oxygen pumping cell also increases. . And N
When an abnormality such as accumulation of sulfate or separation of the NOx storage material occurs in the Ox storage catalyst, the ability to store nitrate is reduced by that amount, and the rate of increase in the amount of NOx leakage from the NOx storage catalyst increases. That is, since the rate of increase of the second pump current is increased, if the rate of increase of the second pump current is examined based on the time required for the second pump current to increase by a fixed value, etc. An abnormality can be determined.

【0024】従って、この判定結果に基づいて、例え
ば、硫酸塩を除去するためのリフレッシュ動作を行え
ば、本当に必要な時にだけリフレッシュ動作を行うこと
ができ、NOx吸蔵触媒に不必要な負担が加えられるこ
とがないので、装置の耐久性を向上させることができ
る。また、例えば、硫酸塩を除去するためのリフレッシ
ュ動作を行っても異常が解消されなければ、NOx吸蔵
材の剥離等、リフレッシュによっては解消不能な異常が
生じていることを知ることができる。
Therefore, if a refresh operation for removing sulfates is performed based on the result of this determination, the refresh operation can be performed only when it is really necessary, and an unnecessary burden is imposed on the NOx storage catalyst. Since it is not performed, the durability of the device can be improved. Further, for example, if the abnormality is not solved even if the refresh operation for removing the sulfate is performed, it is possible to know that an abnormality that cannot be eliminated by refreshing, such as peeling of the NOx storage material, has occurred.

【0025】一方、請求項3に記載の発明は、酸素イオ
ン伝導性の固体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第
1酸素ポンピングセル及び酸素濃度測定セルを有し、第
1拡散律速層を介して被測定ガス側に連通された第1測
定室と、酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔質の電
極で挟んでなる第2酸素ポンピングセルを有し、第2拡
散律速層を介して前記第1測定室と連通された第2測定
室とを備えると共に、前記各セルを所定の活性温度まで
加熱するヒータを備えたNOxセンサを、内燃機関の排
気管に取り付けられた窒素酸化物吸蔵触媒の下流に配置
して、該窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下を検出する検出
装置であって、前記酸素濃度測定セルの出力電圧が一定
値となるように前記第1酸素ポンピングセルに第1ポン
プ電流を流して、前記第1測定室内の酸素濃度を一定に
制御する第1ポンプ電流制御手段と、前記第2酸素ポン
ピングセルに前記第2測定室から酸素を汲み出す方向に
一定電圧を印加する定電圧印加手段と、被測定ガス中の
窒素酸化物濃度に応じて前記第2酸素ポンピングセルに
流れる第2ポンプ電流を検出する第2ポンプ電流検出手
段と、燃料に対する酸素の割合の大きい希薄空燃比によ
る内燃機関の運転制御が開始された後に、予め設定され
た固定値分だけ前記第2ポンプ電流の増加を検出する
と、前記窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下している
と判定する第1判定手段と、を備えることを特徴とす
る。
On the other hand, the invention according to claim 3 comprises a first oxygen pumping cell and an oxygen concentration measuring cell in which an oxygen ion conductive solid electrolyte layer is sandwiched between porous electrodes, And a second oxygen pumping cell in which a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity is interposed between porous electrodes, and a first measurement chamber communicated with the gas to be measured through the second diffusion-controlling layer. A NOx sensor provided with a heater for heating each cell to a predetermined activation temperature, and a NOx sensor attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine. A detection device arranged downstream of the storage catalyst to detect a decrease in the function of the nitrogen oxide storage catalyst, wherein the first oxygen pumping cell is provided with a first oxygen pumping cell so that an output voltage of the oxygen concentration measurement cell becomes a constant value. Pass 1 pump current, First pump current control means for controlling the oxygen concentration in the first measurement chamber to be constant, and constant voltage application means for applying a constant voltage to the second oxygen pumping cell in a direction to pump oxygen from the second measurement chamber. A second pump current detecting means for detecting a second pump current flowing through the second oxygen pumping cell in accordance with a nitrogen oxide concentration in the gas to be measured, and an internal combustion engine with a lean air-fuel ratio having a large ratio of oxygen to fuel. After the operation control is started, when an increase in the second pump current is detected by a preset fixed value, a first determination unit that determines that the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst has decreased, It is characterized by having.

【0026】即ち、本発明の検出装置は、上記請求項1
に記載の検出方法を実現する装置であり、まず、第1ポ
ンプ電流制御手段が、酸素濃度測定セルの出力電圧が一
定値となるように第1酸素ポンピングセルに第1ポンプ
電流を流して、第1測定室内の酸素濃度を一定に制御す
ると共に、定電圧印加手段が、第2酸素ポンピングセル
に第2測定室から酸素を汲み出す方向に一定電圧を印加
する。そして、第2ポンプ電流検出手段が、第2酸素ポ
ンピングセルに流れる第2ポンプ電流を検出し、第1判
定手段が、燃料に対する酸素の割合の大きい希薄空燃比
による内燃機関の運転制御が開始された後に、予め設定
された固定値分だけ前記第2ポンプ電流の増加を検出す
ると、窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下していると
判定する。
That is, the detection device of the present invention is characterized in that
First, the first pump current control means passes the first pump current to the first oxygen pumping cell so that the output voltage of the oxygen concentration measurement cell becomes a constant value, The oxygen concentration in the first measurement chamber is controlled to be constant, and the constant voltage applying means applies a constant voltage to the second oxygen pumping cell in a direction to pump oxygen from the second measurement chamber. Then, the second pump current detecting means detects the second pump current flowing through the second oxygen pumping cell, and the first determining means starts operation control of the internal combustion engine based on the lean air-fuel ratio in which the ratio of oxygen to fuel is large. After that, when an increase in the second pump current is detected by a predetermined fixed value, it is determined that the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst has decreased.

【0027】従って、請求項3に記載の検出装置によれ
ば、上記請求項1に記載の検出方法を実現して、第2ポ
ンプ電流の相対値から、NOx吸蔵触媒の機能低下を簡
単かつ精度よく検出することができ、ひいては内燃機関
の燃費や効率を向上させることができる。
Therefore, according to the detection device of the third aspect, the detection method of the first aspect is realized to easily and accurately reduce the function of the NOx storage catalyst from the relative value of the second pump current. The detection can be performed well, and the fuel consumption and efficiency of the internal combustion engine can be improved.

【0028】ところで、通常、希薄空燃比での運転制御
は、一定速度での運転中等、安定した運転状態の時に行
われるのであるが、ドライバのアクセル操作や走行路の
状態変化等による運転状態の変化により、被測定ガス中
の酸素濃度(空燃比)が一時的に変動すると、第2ポン
プ電流のオフセットは空燃比に対する依存性を有してい
るため変化してしまい、第2ポンプ電流の相対値を求め
ても、オフセット電流の影響を完全に除去することがで
きず、第1判定手段での判定精度が劣化する。
Normally, operation control at a lean air-fuel ratio is performed during a stable operation state, such as during operation at a constant speed. However, the operation state is controlled by a driver's accelerator operation or a change in the state of a traveling road. If the oxygen concentration (air-fuel ratio) in the gas to be measured temporarily fluctuates due to the change, the offset of the second pump current changes because it has a dependency on the air-fuel ratio, and the offset of the second pump current changes. Even if the value is obtained, the influence of the offset current cannot be completely removed, and the determination accuracy of the first determination unit deteriorates.

【0029】そこで、請求項4に記載の発明は、請求項
3に記載の検出装置において、前記第1酸素ポンピング
セルに流れる第1ポンプ電流から被測定ガス中の酸素濃
度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度検出手段
にて検出される酸素濃度に応じて、前記第2ポンプ電流
検出手段での検出結果を補正することにより該検出結果
に含まれる前記第2ポンプ電流のオフセットの変動分を
補償する第1補正手段と、を設けたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the detection device of the third aspect, an oxygen concentration detecting apparatus detects an oxygen concentration in a gas to be measured from a first pump current flowing through the first oxygen pumping cell. Means for correcting the offset of the second pump current included in the detection result by correcting the detection result of the second pump current detection means in accordance with the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means. And a first correction means for compensating for the minute.

【0030】このように構成された本発明の検出装置で
は、酸素濃度検出手段が、第1酸素ポンピングセルに流
れる第1ポンプ電流から被測定ガス中の酸素濃度を検出
し、第1補正手段が、この検出された酸素濃度に応じ
て、第2ポンプ電流検出手段での検出結果を補正するこ
とにより、検出結果に含まれるオフセットの変動分を補
償する。
In the detection apparatus of the present invention thus configured, the oxygen concentration detecting means detects the oxygen concentration in the gas to be measured from the first pump current flowing through the first oxygen pumping cell, and the first correction means By correcting the detection result by the second pump current detection means according to the detected oxygen concentration, the offset fluctuation included in the detection result is compensated.

【0031】なお、第1ポンピングセルに流れる電流を
制御して第1測定室の酸素濃度を一定に制御するポンプ
電流制御は、被測定ガスの拡散が制限された測定室にポ
ンピングセルと酸素濃度測定セルとを設けた周知の全領
域空燃比センサを用いて被測定ガス中の酸素濃度を測定
するときの動作と同じであり、第1ポンピングセルに流
れるポンプ電流は、被測定ガス中の酸素濃度に比例する
ため、その電流値から酸素濃度を測定できるのである。
The pump current control for controlling the current flowing in the first pumping cell to keep the oxygen concentration in the first measurement chamber constant is performed by controlling the pumping cell and the oxygen concentration in the measurement chamber where diffusion of the gas to be measured is limited. The operation is the same as the operation when measuring the oxygen concentration in the gas to be measured using a well-known all-area air-fuel ratio sensor provided with a measurement cell. The pump current flowing through the first pumping cell is Since it is proportional to the concentration, the oxygen concentration can be measured from the current value.

【0032】従って、本発明によれば、運転状態の変化
などにより、被測定ガスの酸素濃度が変化し、これに応
じて第2ポンプ電流のオフセットが変動したとしても、
その変動分が補償されるので、窒素酸化物吸蔵触媒の機
能低下の判定を高精度に行うことができる。
Therefore, according to the present invention, even if the oxygen concentration of the gas to be measured changes due to a change in the operating state or the like and the offset of the second pump current fluctuates accordingly,
Since the fluctuation is compensated, it is possible to determine with a high degree of accuracy the function of the nitrogen oxide storage catalyst.

【0033】また、本発明では、酸素濃度の検出に、他
のセンサを用いることなくNOxセンサ自身を用いてい
るので、第2ポンプ電流に影響を与える環境の変化を正
確に検出することができ、第2ポンプ電流を精度よく補
償することができる。ここで、上述したように、第2ポ
ンプ電流のオフセットは、被測定ガスの酸素濃度(空燃
比)に対する依存性を有しているが、更に、温度に対す
る依存性(温度特性)も有しており、図11に示すよう
に、NOxセンサの素子温度が、制御すべき目標温度か
らずれると、オフセットの酸素濃度依存性が大きくな
る。なお、図11は、第2ポンプ電流のオフセットの温
度特性を、酸素濃度を変えて測定した結果を示すグラフ
である。
Further, in the present invention, since the NOx sensor itself is used for detecting the oxygen concentration without using another sensor, a change in the environment affecting the second pump current can be accurately detected. , The second pump current can be accurately compensated. Here, as described above, the offset of the second pump current has a dependency on the oxygen concentration (air-fuel ratio) of the gas to be measured, but also has a dependency on temperature (temperature characteristic). As shown in FIG. 11, when the element temperature of the NOx sensor deviates from the target temperature to be controlled, the oxygen concentration dependence of the offset increases. FIG. 11 is a graph showing the results of measuring the temperature characteristics of the offset of the second pump current while changing the oxygen concentration.

【0034】そこで、請求項5に記載の発明は、請求項
3に記載の検出装置において、前記NOxセンサの温度
を検出する温度検出手段と、該温度検出手段にて検出さ
れた前記NOxセンサの温度に応じて、前記第2ポンプ
電流検出手段での検出結果を補正することにより該検出
結果を温度補償する第2補正手段と、を設けたことを特
徴とする。
Therefore, according to a fifth aspect of the present invention, in the detecting device of the third aspect, a temperature detecting means for detecting a temperature of the NOx sensor, and a temperature detecting means for detecting the temperature of the NOx sensor detected by the temperature detecting means. A second correction unit is provided, which corrects the detection result of the second pump current detection unit in accordance with the temperature to compensate for the temperature of the detection result.

【0035】つまり、本発明では、温度検出手段がNO
xセンサの温度を検出し、第2補正手段が、温度検出手
段にて検出されたNOxセンサの温度に応じて、第2ポ
ンプ電流検出手段での検出結果を補正することにより、
この検出結果を温度補償する。
That is, in the present invention, the temperature detecting means is set to NO.
The temperature of the x sensor is detected, and the second correction unit corrects the detection result of the second pump current detection unit in accordance with the temperature of the NOx sensor detected by the temperature detection unit.
This detection result is temperature compensated.

【0036】このため、本発明によれば、運転状態の変
動などにより、NOxセンサの温度が一時的に変化し
て、第2ポンプ電流のオフセットが変動したとしても、
その変動分を補償できるので、窒素酸化物吸蔵触媒の機
能低下の判定をより高精度に行うことができる。
Therefore, according to the present invention, even if the temperature of the NOx sensor temporarily changes due to a change in the operation state and the offset of the second pump current changes,
Since the fluctuation can be compensated for, it is possible to more accurately determine the deterioration of the function of the nitrogen oxide storage catalyst.

【0037】なお、酸素濃度やNOxセンサの温度が大
きく変動し、精度よく補正を行うことが可能な範囲を越
えてしまった場合には、第1判定手段による判定を中止
するように構成してもよく、この場合、誤判定を確実に
防止できる。次に請求項6に記載の発明は、請求項3な
いし請求項5のいずれかに記載の検出装置において、前
記第2ポンプ電流の前記固定値分の増加が検出されるの
に要する時間を測定する電流増加時間測定手段と、該電
流増加時間測定手段での検出結果が、予め設定された時
間しきい値より小さい場合に、前記窒素酸化物吸蔵触媒
の吸蔵能力に異常があると判定する第2判定手段と、を
備えることを特徴とする。
When the oxygen concentration or the temperature of the NOx sensor greatly fluctuates and exceeds the range where accurate correction can be performed, the determination by the first determination means is stopped. In this case, erroneous determination can be reliably prevented. Next, according to a sixth aspect of the present invention, in the detecting device according to any one of the third to fifth aspects, a time required for detecting an increase of the second pump current by the fixed value is measured. Current increase time measuring means to perform, and when the detection result by the current increase time measuring means is smaller than a preset time threshold value, it is determined that the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst is abnormal. 2 determination means.

【0038】即ち、本発明の検出装置は、上記請求項2
に記載の検出方法を実現する装置であり、電流増加時間
測定手段が、第2ポンプ電流の固定値分の増加が検出さ
れるのに要する時間を測定し、第2判定手段が、電流増
加時間測定手段での測定結果が予め設定された時間しき
い値より小さい場合に、窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力
に異常があると判定する。
That is, the detection device of the present invention is characterized in that
Wherein the current increasing time measuring means measures a time required for detecting an increase of the second pump current by a fixed value, and the second determining means determines a current increasing time. When the result of the measurement by the measuring means is smaller than a preset time threshold value, it is determined that the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst is abnormal.

【0039】従って、本発明によれば、請求項2に記載
の検出方法を実現して、第2ポンプ電流の相対値の時間
的変化から、硫酸塩の蓄積やNOx吸蔵材の剥離等、N
Ox吸蔵触媒の異常を簡単かつ精度よく検出することが
でき、ひいては、内燃機関の燃費や効率、及び装置の耐
久性を向上させることができる。
Therefore, according to the present invention, the detection method according to the second aspect is realized, and the change in the relative value of the second pump current with time indicates the accumulation of sulfate and the separation of the NOx storage material.
The abnormality of the Ox storage catalyst can be detected simply and accurately, and the fuel economy and efficiency of the internal combustion engine and the durability of the device can be improved.

【0040】なお、時間しきい値は、NOx吸蔵触媒の
NOx蓄積能力と、内燃機関から排出される排気ガス中
のNOx濃度とに基づいて、NOx吸蔵触媒からのNO
x漏出量を推定して設定すればよい。ところで、NOx
吸蔵触媒に流入する排気ガス中のNOxの濃度が高いほ
ど、またNOxの濃度が同じであっても、この流入排気
ガスの流量が大きいほど、NOx吸蔵媒体で吸蔵すべき
NOxの量も多くなり、第2ポンプ電流検出手段にて検
出される電流値の時間的変化も、この流入排気ガスの状
態に応じて変化する。
The time threshold value is determined based on the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst and the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
The amount of leakage may be estimated and set. By the way, NOx
The higher the concentration of NOx in the exhaust gas flowing into the storage catalyst, and even if the concentration of NOx is the same, the larger the flow rate of the inflowing exhaust gas, the larger the amount of NOx to be stored in the NOx storage medium. The temporal change of the current value detected by the second pump current detecting means also changes according to the state of the inflowing exhaust gas.

【0041】そこで、請求項7に記載の発明は、請求項
6に記載の検出装置において、前記窒素酸化物吸蔵触媒
に流入する排気ガスの流量及び該排気ガス中の窒素酸化
物濃度を検出する流入ガス状態検出手段と、該流入ガス
状態検出手段での検出結果に基づいて、流量が多いほ
ど、また窒素酸化物濃度が高いほど、前記時間しきい値
を小さな値に設定する時間しきい値設定手段を設けたこ
とを特徴とする。
Therefore, according to a seventh aspect of the present invention, in the detection device of the sixth aspect, the flow rate of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage catalyst and the concentration of the nitrogen oxide in the exhaust gas are detected. A time threshold for setting the time threshold to a smaller value as the flow rate is higher and the nitrogen oxide concentration is higher, based on the detection result of the inflow gas state detection means and the inflow gas state detection means. A setting means is provided.

【0042】このように、NOx吸蔵触媒に流入する排
気ガスの流量、及び排気ガスのNOx濃度に応じて、最
適な時間しきい値を設定すれば、NOx吸蔵触媒の異常
を、より一層精度よく検出することができる。そして、
これら流入排気ガス中のNOx濃度や流入排気ガスの流
量は、エンジン回転数や吸気管の負圧等、内燃機関の運
転状態との関連性が高いので、請求項8に記載のよう
に、請求項7に記載の検出装置において、前記流入ガス
状態検出手段は、内燃機関の運転状態から前記排気ガス
の流量及び該排気ガス中の窒素酸化物濃度を推定するよ
うに構成してもよい。
As described above, if the optimum time threshold is set according to the flow rate of the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst and the NOx concentration of the exhaust gas, the abnormality of the NOx storage catalyst can be reduced. Detection can be performed even more accurately. And
The NOx concentration in the inflowing exhaust gas and the flow rate of the inflowing exhaust gas are highly related to the operating state of the internal combustion engine, such as the engine speed and the negative pressure of the intake pipe. Item 7. The detection device according to Item 7, wherein the inflow gas state detection means may be configured to estimate a flow rate of the exhaust gas and a nitrogen oxide concentration in the exhaust gas from an operation state of the internal combustion engine.

【0043】この場合、NOx吸蔵触媒に流入する排気
ガスの状態を測定するために新たな手段を設ける必要が
なく、内燃機関の制御に使用される各種パラメータを用
いることができるため、簡単に当該検出装置の精度を向
上させることができる。
In this case, it is not necessary to provide new means for measuring the state of the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst, and various parameters used for controlling the internal combustion engine can be used. The accuracy of the detection device can be improved.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。 [第1実施例]図1は本発明が適用された第1実施例の
窒素酸化物(NOx)吸蔵触媒の機能低下検出装置全体
の構成を表す概略構成図、図2はこの検出装置において
用いられるNOxセンサ2の取付位置を表す説明図、図
3はNOxセンサ2の分解斜視図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the entire configuration of a device for detecting a decrease in the function of a nitrogen oxide (NOx) storage catalyst according to a first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view of the NOx sensor 2 showing a mounting position of the NOx sensor 2.

【0045】図1及び図2に示す如く、本実施例の検出
装置は、車両の内燃機関S1に取り付けられた排気管S
2においてNOx吸蔵触媒S3の下流に取り付けられる
NOxセンサ2と、NOxセンサ2を構成する第1酸素
ポンピングセル(以下、第1ポンプセルという)4及び
酸素濃度測定セル(以下、Vsセルという)6への通電
を行うと共に、第1ポンプセル4に流れる電流(以下、
第1ポンプ電流という)IP1を検出する駆動回路40
と、NOxセンサ2を構成する第2酸素ポンピングセル
(以下、第2ポンプセルという)8に定電圧を印加して
そのとき流れる電流(以下、第2ポンプ電流という)I
P2を検出する検出回路42と、NOxセンサ2に設けら
れた一対のヒータ12,14へ通電して各セル4,6,
8を加熱させるヒータ通電回路44と、NOxセンサ2
近傍の温度THを検出する温度センサ46と、内燃機関
S1に取り付けられた吸気管S4の負圧Pbを測定する
圧力センサ47と、内燃機関S1の出力軸の回転数(以
下、エンジン回転数という)Neを検出する回転センサ
48と、駆動回路40及びヒータ通電回路44を制御す
ると共に、駆動回路40及び検出回路42からの検出信
号VIP1 ,VIP2 、各センサ46,47,48からの検
出信号TH,Pb,Neに基づき、NOx吸蔵触媒S3
の機能低下を検出するマイクロコンピュータからなる電
子制御回路(以下、ECUという)50とを備えてい
る。
As shown in FIGS. 1 and 2, the detection device of the present embodiment includes an exhaust pipe S attached to an internal combustion engine S1 of a vehicle.
2, a NOx sensor 2 attached downstream of the NOx storage catalyst S3, a first oxygen pumping cell (hereinafter, referred to as a first pump cell) 4 and an oxygen concentration measuring cell (hereinafter, referred to as a Vs cell) 6, which constitute the NOx sensor 2. And the current flowing through the first pump cell 4 (hereinafter, referred to as
Drive circuit 40 for detecting IP1 (referred to as first pump current)
And a current (hereinafter, referred to as a second pump current) I flowing when a constant voltage is applied to a second oxygen pumping cell (hereinafter, referred to as a second pump cell) 8 constituting the NOx sensor 2.
The detection circuit 42 for detecting P2 and a pair of heaters 12 and 14 provided in the NOx sensor 2 are energized so that the cells 4, 6, and
Heater heating circuit 44 for heating heater 8 and NOx sensor 2
A temperature sensor 46 for detecting a nearby temperature TH, a pressure sensor 47 for measuring a negative pressure Pb of an intake pipe S4 attached to the internal combustion engine S1, and a rotation speed of an output shaft of the internal combustion engine S1 (hereinafter referred to as an engine rotation speed). 3.) The rotation sensor 48 for detecting Ne, the drive circuit 40 and the heater energizing circuit 44 are controlled, and the detection signals VIP1 and VIP2 from the drive circuit 40 and the detection circuit 42, and the detection signal TH from each of the sensors 46, 47 and 48. , Pb, Ne, the NOx storage catalyst S3
And an electronic control circuit (hereinafter referred to as an ECU) 50 composed of a microcomputer for detecting a decrease in the function of the microcomputer.

【0046】また、本実施例の検出装置は、定速走行時
など運転状態が安定している時は希薄空燃比、それ以外
の時には理論空燃比となるように内燃機関S1の運転状
態を制御するエンジン制御装置52から、希薄空燃比で
の運転制御を行っている旨を表す運転制御情報を入力す
るようにされている。
Further, the detecting device of this embodiment controls the operating state of the internal combustion engine S1 so that the lean air-fuel ratio becomes a lean air-fuel ratio when the operating state is stable, such as at a constant speed, and a stoichiometric air-fuel ratio otherwise. The operation control information indicating that the operation control at the lean air-fuel ratio is being performed is input from the engine control device 52 that performs the operation.

【0047】なお、ここでは、排気管S2を流れる排気
ガスのうち、内燃機関S1から排出されNOx吸蔵触媒
S3に流入するものを、そのまま排気ガスとよび、NO
x吸蔵触媒S3から流出するものを被測定ガスとよぶ。
次に、図3に示す如く、NOxセンサ2において、第1
ポンプセル4は、板状に形成された固体電解質層4aの
両側に、夫々、矩形状の多孔質電極4b,4c及びその
リード部4bl,4clを形成し、更に、多孔質電極4b,
4cの中心部分を貫通するように固体電解質層4aに丸
孔を穿設して、その丸孔に多孔質の充填材を詰めること
により、拡散律速層4dを形成したものである。
Here, of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe S2, the one exhausted from the internal combustion engine S1 and flowing into the NOx storage catalyst S3 is referred to as exhaust gas,
What flows out of the x storage catalyst S3 is called a gas to be measured.
Next, as shown in FIG.
The pump cell 4 forms rectangular porous electrodes 4b and 4c and lead portions 4bl and 4cl thereof on both sides of a solid electrolyte layer 4a formed in a plate shape, respectively.
A round hole is formed in the solid electrolyte layer 4a so as to penetrate the center portion of the solid electrolyte layer 4c, and a porous filler is filled in the round hole to form a diffusion-controlling layer 4d.

【0048】またVsセル6は、第1ポンプセル4の固
体電解質層4aと同形状の固体電解質層6aの両側に、
夫々、円形状の多孔質電極6b,6c及びそのリード部
6bl,6clを形成し、更に、多孔質電極6b,6cの中
心部分を貫通するように固体電解質層6aに丸孔を穿設
して、その丸孔に多孔質の充填材を詰めることにより、
拡散律速層6dを形成したものである。
The Vs cell 6 is provided on both sides of a solid electrolyte layer 6a having the same shape as the solid electrolyte layer 4a of the first pump cell 4.
Circular porous electrodes 6b, 6c and their lead portions 6bl, 6cl are formed, respectively, and further, a round hole is formed in the solid electrolyte layer 6a so as to penetrate through the center of the porous electrodes 6b, 6c. By filling the round hole with a porous filler,
This is one in which a diffusion-controlling layer 6d is formed.

【0049】そして、このVsセル6の多孔質電極6
b,6cと第1ポンプセル4の多孔質電極4b,4cと
は、固体電解質層4a,6a上での中心位置が略一致
し、Vsセル6と第1ポンプセル4とを積層した際、各
拡散律速層6d,4dが互いに対向するようにされてい
る。また、Vsセル6に形成される円形状の多孔質電極
6b,6cは、第1ポンプセル4に形成される矩形状の
多孔質電極4b,4cよりも小さくなっている。また、
Vsセル6の表裏面には、リード部6bl,6clからの電
流リークを防止するために、リード部6bl,6clを外側
から覆うようにアルミナ等からなる絶縁膜が形成されて
おり、しかも各リード部6bl,6cl間には、後述の通電
制御によって多孔質電極6c側に汲み込まれた酸素の一
部を多孔質電極6b側に漏出させる漏出抵抗部6fが形
成されている。
The porous electrode 6 of the Vs cell 6
b, 6c and the porous electrodes 4b, 4c of the first pump cell 4 have substantially the same center positions on the solid electrolyte layers 4a, 6a, and when the Vs cell 6 and the first pump cell 4 are stacked, each diffusion The rate limiting layers 6d and 4d are configured to face each other. The circular porous electrodes 6b and 6c formed in the Vs cell 6 are smaller than the rectangular porous electrodes 4b and 4c formed in the first pump cell 4. Also,
On the front and back surfaces of the Vs cell 6, an insulating film made of alumina or the like is formed so as to cover the lead portions 6bl and 6cl from the outside in order to prevent current leakage from the lead portions 6bl and 6cl. Between the portions 6bl and 6cl, there is formed a leakage resistance portion 6f that allows a part of oxygen pumped into the porous electrode 6c to leak to the porous electrode 6b by the energization control described later.

【0050】このように形成された第1ポンプセル4及
びVsセル6は、上記各固体電解質層4a,6aと同形
状の固体電解質層18を介して積層される。そして、こ
の固体電解質層18の各多孔質電極4c,6bとの対向
位置には、多孔質電極4cよりも大きな矩形状の孔が穿
設されており、この孔が第1測定室20として機能す
る。
The first pump cell 4 and the Vs cell 6 formed in this manner are stacked via a solid electrolyte layer 18 having the same shape as the solid electrolyte layers 4a and 6a. A rectangular hole larger than the porous electrode 4c is formed in the solid electrolyte layer 18 at a position facing each of the porous electrodes 4c and 6b, and the hole functions as the first measurement chamber 20. I do.

【0051】またVsセル6の多孔質電極6c側にも、
上記各固体電解質層4a,6aと同形状の固体電解質層
22が積層される。そして、この固体電解質層22に
は、Vsセル6の拡散律速層6dと同位置に同寸法の丸
孔を穿設して、その丸孔に多孔質の充填材を詰めること
により、拡散律速層22dが形成されている。
The Vs cell 6 also has a porous electrode 6c side.
The solid electrolyte layers 22 having the same shape as the solid electrolyte layers 4a and 6a are stacked. The solid electrolyte layer 22 is provided with a round hole of the same size at the same position as the diffusion controlling layer 6d of the Vs cell 6, and the porous hole is filled in the round hole to form a diffusion controlling layer. 22d are formed.

【0052】一方、第2ポンプセル8は、第1ポンプセ
ル4と同様、板状に形成された固体電解質層8aの両側
に、夫々、矩形状の多孔質電極8b,8c及びそのリー
ド部8bl,8clを形成したものである。そして、この第
2ポンプセル8は、固体電解質層18と全く同様に形成
された固体電解質層24を介して、固体電解質層22に
積層される。この結果、固体電解質層24に穿設された
矩形状の孔が第2測定室26として機能することにな
る。
On the other hand, similarly to the first pump cell 4, the second pump cell 8 has rectangular porous electrodes 8b and 8c and lead portions 8bl and 8cl on both sides of a solid electrolyte layer 8a formed in a plate shape. Is formed. The second pump cell 8 is stacked on the solid electrolyte layer 22 via a solid electrolyte layer 24 formed in exactly the same manner as the solid electrolyte layer 18. As a result, the rectangular hole formed in the solid electrolyte layer 24 functions as the second measurement chamber 26.

【0053】そして、ヒータ12,14を除くNOxセ
ンサ2は、上記各部を積層して一体化した後、所定温度
で焼結することにより、作製される。またこのように積
層される第1ポンプセル4,Vsセル6,第2ポンプセ
ル8の積層体の両側、つまり、第1ポンプセル4と第2
ポンプセル8の外側には、夫々、スペーサ28,29に
より所定間隔を開けて、ヒータ12,14が積層され
る。
The NOx sensor 2 excluding the heaters 12 and 14 is manufactured by sintering at a predetermined temperature after laminating and integrating the above components. Also, both sides of the stacked body of the first pump cell 4, the Vs cell 6, and the second pump cell 8 stacked in this manner, that is, the first pump cell 4 and the second
Outside the pump cell 8, heaters 12 and 14 are stacked at predetermined intervals by spacers 28 and 29, respectively.

【0054】このヒータ12,14は、上記各固体電解
質層4a,6a,8aと同形状のヒータ基板12a,1
4aと、各ヒータ基板12a,14aの上記各セル4,
8との対向面側に形成されたヒータ配線12b,14b
及びそのリード部12bl,14blとからなり、スペーサ
28,29は、このヒータ配線12b,14bが、第1
ポンプセル4及び第2ポンプセル8の多孔質電極4b及
び8cと、夫々、間隙を介して互いに対向するように、
ヒータ配線12b,14bのリード部12bl,14bl側
に配置される。
The heaters 12 and 14 have the same shape as the solid electrolyte layers 4a, 6a and 8a.
4a and the cells 4 of the heater substrates 12a and 14a.
Heater wirings 12b and 14b formed on the surface facing surface 8
And the lead portions 12bl and 14bl, and the spacers 28 and 29 form the first heater wires 12b and 14b.
The porous electrodes 4b and 8c of the pump cell 4 and the second pump cell 8 are opposed to each other with a gap therebetween.
The heater wires 12b and 14b are arranged on the lead portions 12bl and 14bl side.

【0055】ヒータ基板12a,14aは、アルミナで
できており、ヒータ配線は、白金粉末にアルミナを混合
してペースト状としたものを、アルミナのシートにスク
リーン印刷し、焼成して形成する。なお、アルミナシー
トは、焼成によりヒータ基板12a,14a及びスペー
サ28,29となる。そして、ヒータ12,14は、既
に焼成された第1ポンプセル4及び第2ポンプセル8の
両面からセラミック系接着剤を用いて接合され、完全な
NOxセンサ2となる。
The heater substrates 12a and 14a are made of alumina, and the heater wiring is formed by screen-printing and firing a paste made by mixing alumina with platinum powder on an alumina sheet. The alumina sheet becomes the heater substrates 12a and 14a and the spacers 28 and 29 by firing. The heaters 12 and 14 are joined from both surfaces of the first pump cell 4 and the second pump cell 8 which have already been fired, using a ceramic adhesive, and become a complete NOx sensor 2.

【0056】ここで、上記各固体電解質層4a,6a,
8aを構成する固体電解質材料としては、ジルコニアと
イットリアの固溶体やジルコニアとカルシアの固溶体が
代表的なものであるが、他にハフニアの固溶体、ペロブ
スカイト型酸化物固溶体、3価金属酸化物固溶体等も使
用できる。また各固体電解質層4a,6a,8aの表面
に設ける多孔質電極には、触媒機能を有する白金やロジ
ウム或はその合金を使用するのが好ましい。そして、そ
の形成方法としては、たとえば、白金粉末に固体電解質
層と同じ材料の粉末を混合したものをペースト状とし、
固体電解質層上にスクリーン印刷し、次いで焼結する厚
膜形成方法や、蒸着による被膜形成方法が知られてい
る。また、拡散律速層4d,6d,22dは、細い貫通
孔を有するセラミックスや多孔質セラミックスを使用す
るのが好ましい。
Here, each of the solid electrolyte layers 4a, 6a,
As a solid electrolyte material constituting 8a, a solid solution of zirconia and yttria or a solid solution of zirconia and calcia are typical, but a solid solution of hafnia, a perovskite-type oxide solid solution, a trivalent metal oxide solid solution and the like are also available. Can be used. For the porous electrodes provided on the surfaces of the solid electrolyte layers 4a, 6a, 8a, it is preferable to use platinum, rhodium, or an alloy thereof having a catalytic function. And, as a forming method, for example, a mixture of platinum powder and the same material powder as the solid electrolyte layer is made into a paste,
A method of forming a thick film by screen printing on a solid electrolyte layer and then sintering, and a method of forming a film by vapor deposition are known. Further, it is preferable that the diffusion controlling layers 4d, 6d, and 22d use ceramics having a small through hole or porous ceramics.

【0057】一方、ヒータ12,14のヒータ配線12
b,14bは、セラミックスと白金又は白金合金の複合
材料とし、そのリード部12bl,14blは、抵抗値を低
下してリード部での電気ロスを低減するために、白金又
は白金合金とすることが好ましい。また、ヒータ基板1
2a,14a及びスペーサ28,29には、アルミナ、
スピネル、フォルステライト、ステアタイト、ジルコニ
ア等を用いることができる。
On the other hand, the heater wiring 12 of the heaters 12 and 14
b and 14b are made of a composite material of ceramics and platinum or a platinum alloy, and the lead portions 12bl and 14bl are preferably made of platinum or a platinum alloy in order to reduce the resistance value and reduce the electric loss in the lead portion. preferable. Also, the heater substrate 1
Alumina is used for 2a, 14a and spacers 28, 29.
Spinel, forsterite, steatite, zirconia and the like can be used.

【0058】次に、図1に示す如く、NOxセンサ2の
第1ポンプセル4及びVsセル6の第1測定室20側の
多孔質電極4c,6bは、抵抗器R1を介して接地され
ており、他方の多孔質電極4b及び6cは、駆動回路4
0に接続されている。駆動回路40は、一端に定電圧V
CPが印加され、他端がVsセル6の多孔質電極6cに接
続された抵抗器R2と、−側入力端子に開閉スイッチS
W1を介してVsセル6の多孔質電極6cが接続され、
+側入力端子に基準電圧VCOが印加され、出力端子が抵
抗器R0を介して第1ポンプセル4の多孔質電極4bに
接続された差動増幅器AMPとを備えている。
Next, as shown in FIG. 1, the first pump cell 4 of the NOx sensor 2 and the porous electrodes 4c, 6b of the Vs cell 6 on the first measuring chamber 20 side are grounded via a resistor R1. And the other porous electrodes 4b and 6c
Connected to 0. The drive circuit 40 has a constant voltage V at one end.
CP is applied, the other end is connected to a resistor R2 connected to the porous electrode 6c of the Vs cell 6, and an open / close switch S is connected to the negative input terminal.
The porous electrode 6c of the Vs cell 6 is connected via W1,
The differential amplifier AMP has a reference voltage VCO applied to the + input terminal and an output terminal connected to the porous electrode 4b of the first pump cell 4 via the resistor R0.

【0059】この駆動回路40は、次のように動作す
る。即ち、まず抵抗器R2を介してVsセル6に一定の
微小電流iCPを流すことにより、第1測定室20内の酸
素をVsセル6の多孔質電極6c側に汲み込む。この多
孔質電極6cは、固体電解質層22により閉塞されると
共に、漏出抵抗部6fを介して多孔質電極6b側と連通
していることから、微小電流iCPの通電により多孔質電
極6c内の閉塞空間は一定の酸素濃度となり、内部酸素
基準源として機能する。
The driving circuit 40 operates as follows. That is, first, a certain minute current iCP is supplied to the Vs cell 6 via the resistor R2, so that oxygen in the first measurement chamber 20 is pumped into the porous electrode 6c side of the Vs cell 6. The porous electrode 6c is closed by the solid electrolyte layer 22 and communicates with the porous electrode 6b through the leakage resistance portion 6f. The space has a constant oxygen concentration and functions as an internal oxygen reference source.

【0060】またこのようにVsセル6の多孔質電極6
c側が内部酸素基準源として機能すると、Vsセル6に
は、第1測定室20内の酸素濃度と内部酸素基準源側の
酸素濃度との比に応じた起電力が発生し、多孔質電極6
c側電圧Vsは、第1測定室20内の酸素濃度に応じた
電圧となる。そしてこの電圧は、差動増幅器AMPに入
力されることから、差動増幅器AMPからは、基準電圧
VCOとその入力電圧との偏差(VCO−入力電圧)に応じ
た電圧が出力され、この出力電圧が、抵抗器R0を介し
て第1ポンプセル4の多孔質電極4bに印加される。
As described above, the porous electrode 6 of the Vs cell 6
When the c-side functions as the internal oxygen reference source, an electromotive force is generated in the Vs cell 6 according to the ratio of the oxygen concentration in the first measurement chamber 20 to the oxygen concentration on the internal oxygen reference source side, and the porous electrode 6
The c-side voltage Vs is a voltage corresponding to the oxygen concentration in the first measurement chamber 20. Since this voltage is input to the differential amplifier AMP, the differential amplifier AMP outputs a voltage corresponding to a deviation (VCO−input voltage) between the reference voltage VCO and the input voltage. Is applied to the porous electrode 4b of the first pump cell 4 via the resistor R0.

【0061】この結果、第1ポンプセル4には、第1ポ
ンプ電流IP1が流れ、この第1ポンプ電流IP1により、
Vsセル6に発生した起電力が一定電圧となるように
(換言すれば第1測定室20内の酸素濃度が一定濃度と
なるように)制御される。つまり、この駆動回路40
は、ポンプ電流制御手段として機能し、拡散律速層4d
を介して第1測定室20内に被測定ガスが流入してきた
場合に、第1測定室20内の酸素濃度が一定濃度となる
ように、第1測定室20内の酸素濃度を制御する。
As a result, the first pump current IP1 flows through the first pump cell 4, and the first pump current IP1 causes
Control is performed so that the electromotive force generated in the Vs cell 6 becomes a constant voltage (in other words, the oxygen concentration in the first measurement chamber 20 becomes a constant concentration). That is, the driving circuit 40
Functions as a pump current control means, and the diffusion-controlling layer 4d
When the gas to be measured flows into the first measurement chamber 20 via the, the oxygen concentration in the first measurement chamber 20 is controlled such that the oxygen concentration in the first measurement chamber 20 becomes constant.

【0062】なお、このように制御される第1測定室2
0内の酸素濃度は、第1ポンプ電流IP1の通電により第
1測定室20内の被測定ガス中のNOx成分を分解して
しまうことのないよう、酸素が少し存在する低酸素濃度
(例えば1000ppm程度)となるように設定されて
おり、この酸素濃度を決定する基準電圧VCOには、10
0mV〜200mV程度の値が設定される。また、差動
増幅器AMPの出力と多孔質電極4bとの間に設けられ
た抵抗器R0は、第1ポンプ電流IP1を検出するための
ものであり、その両端電圧VIP1 は、第1ポンプ電流I
P1の検出信号としてECU50に入力される。
The first measuring chamber 2 controlled as described above
The oxygen concentration within 0 is set to a low oxygen concentration (for example, 1000 ppm) in which a small amount of oxygen is present so that the NOx component in the gas to be measured in the first measurement chamber 20 is not decomposed by the application of the first pump current IP1. ), And the reference voltage VCO for determining the oxygen concentration is 10
A value of about 0 mV to 200 mV is set. A resistor R0 provided between the output of the differential amplifier AMP and the porous electrode 4b is for detecting the first pump current IP1.
The detection signal of P1 is input to the ECU 50.

【0063】一方、NOxセンサ2の第2ポンプセル8
の多孔質電極8b,8c間には、上記検出回路42を構
成する定電圧印加手段としての抵抗器R3を介して、定
電圧VP2が印加される。この定電圧VP2の印加方向は、
第2ポンプセル8において多孔質電極8cから8b側に
電流が流れて、第2測定室26内の酸素が外部に汲み出
されるように、多孔質電極8c側が正極,多孔質電極8
b側が負極となるように設定されている。また、この定
電圧VP2は、第1測定室20から拡散律速層6d,22
dを介して流入してくる第2測定室内の被測定ガス中の
NOx成分を分解して、その酸素成分を汲み出すことが
できる電圧、例えば450mVに設定されている。
On the other hand, the second pump cell 8 of the NOx sensor 2
A constant voltage VP2 is applied between the porous electrodes 8b and 8c via a resistor R3 as a constant voltage applying means constituting the detection circuit 42. The application direction of this constant voltage VP2 is
In the second pump cell 8, the porous electrode 8c side is a positive electrode and the porous electrode 8 is so configured that an electric current flows from the porous electrode 8c to the 8b side and oxygen in the second measurement chamber 26 is pumped out.
The b side is set to be the negative electrode. The constant voltage VP2 is supplied from the first measurement chamber 20 to the diffusion-controlling layers 6d and 22d.
The voltage is set to a voltage that can decompose the NOx component in the gas to be measured in the second measurement chamber flowing through d and pump out the oxygen component, for example, 450 mV.

【0064】なお、抵抗器R3は、この定電圧VP2の印
加によって第2ポンプセル8に流れる第2ポンプ電流I
P2を電圧VIP2 に変換し、第2ポンプ電流IP2の検出信
号としてECU50に入力するためのものである。この
ように構成された本実施例のNOx吸蔵触媒S3の機能
低下検出装置においては、駆動回路40の動作によっ
て、被測定ガスが拡散律速層(第1拡散律速層)4dを
介して流入する第1測定室20内の酸素濃度が一定酸素
濃度に制御され、その一定酸素濃度に制御された第1測
定室20内の被測定ガスが拡散律速層(第2拡散律速
層)6d,22dを介して第2測定室26に流入するた
め、第1ポンプセル4に流れる第1ポンプ電流IP1は被
測定ガス中の酸素濃度に応じて変化し、第2ポンプセル
8に流れる第2ポンプ電流IP2は被測定ガス中のNOx
濃度に応じて変化するようになり、ECU50側でこれ
ら各電流IP1,IP2を表す検出信号VIP1及びVIP2 を
読み込み、所定の演算処理を実行することにより、被測
定ガス中の酸素濃度及びNOx濃度を測定することがで
きる。
The resistor R3 applies a second pump current I flowing through the second pump cell 8 by applying the constant voltage VP2.
This is for converting P2 into a voltage VIP2 and inputting it to the ECU 50 as a detection signal of the second pump current IP2. In the function deterioration detecting device for the NOx storage catalyst S3 of the present embodiment thus configured, the operation of the drive circuit 40 causes the gas to be measured to flow through the diffusion-controlled layer (first diffusion-controlled layer) 4d. The oxygen concentration in the first measurement chamber 20 is controlled to a constant oxygen concentration, and the gas to be measured in the first measurement chamber 20 controlled to the constant oxygen concentration passes through the diffusion control layers (second diffusion control layers) 6d and 22d. As a result, the first pump current IP1 flowing through the first pump cell 4 changes in accordance with the oxygen concentration in the gas to be measured, and the second pump current IP2 flowing through the second pump cell 8 changes into the second pump chamber 4. NOx in gas
The ECU 50 reads the detection signals VIP1 and VIP2 representing the currents IP1 and IP2 on the ECU 50 side and executes predetermined arithmetic processing to determine the oxygen concentration and the NOx concentration in the gas to be measured. Can be measured.

【0065】なお、これら各濃度の測定精度を確保する
には、NOxセンサ2の温度を一定に制御する必要があ
り、このために温度センサ46にて検出される温度TH
が目標温度となるように、ヒータ通電回路44から各ヒ
ータ12,14への通電電流量を制御する。
It is necessary to control the temperature of the NOx sensor 2 to be constant in order to ensure the measurement accuracy of each of these concentrations. For this reason, the temperature TH detected by the temperature sensor 46 is required.
Is controlled so as to reach the target temperature.

【0066】ここで、図4は、エンジン制御装置52に
より内燃機関S1が、理論空燃比での運転制御(以下、
通常制御という)から希薄空燃比での運転制御(以下、
リーン制御という)に切り換えられた時に、NOx吸蔵
触媒S3の下流に取り付けられたNOxセンサ2にて検
出される第2ポンプ電流IP2の測定結果を表すグラフで
ある。
Here, FIG. 4 shows that the engine control unit 52 controls the operation of the internal combustion engine S1 at the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter, referred to as operation control).
Operation control with lean air-fuel ratio (hereinafter referred to as normal control)
7 is a graph showing a measurement result of a second pump current IP2 detected by a NOx sensor 2 attached downstream of the NOx storage catalyst S3 when the control is switched to lean control.

【0067】図4(a)(b)に示す如く、内燃機関S
1の制御が通常制御(A/F(空燃比)≒14)からリー
ン制御(A/F≒?)に切り替わると、最初は、NOx
吸蔵触媒S3のNOx吸蔵能力に余裕があるため、NO
x吸蔵触媒S3からNOxが殆ど漏れ出ることがない。
その後、硝酸塩としてNOx吸蔵触媒S3上に蓄積され
るNOxの量が増大し、NOx吸蔵触媒S3のNOx吸
蔵能力が低下するに従って、NOx吸蔵触媒S3の下流
に漏れ出すNOx量、即ち被測定ガス中のNOx濃度が
増大し、これに伴って第2ポンプ電流IP2も増大する。
そして、最終的にNOx吸蔵触媒S3がNOxを殆ど吸
蔵できなくなると、被測定ガスのNOx濃度は、NOx
吸蔵触媒S3に流入する排気ガスのNOx濃度とほぼ同
じ値になる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the internal combustion engine S
When control 1 switches from normal control (A / F (air-fuel ratio) $ 14) to lean control (A / F ??), NOx
Since the NOx storage capacity of the storage catalyst S3 has room,
NOx hardly leaks out of the x storage catalyst S3.
Thereafter, as the amount of NOx stored as nitrate on the NOx storage catalyst S3 increases and the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst S3 decreases, the amount of NOx leaking downstream of the NOx storage catalyst S3, that is, And the second pump current IP2 accordingly increases.
When the NOx storage catalyst S3 finally becomes unable to store NOx, the NOx concentration of the gas to be measured becomes NOx.
The value becomes substantially the same as the NOx concentration of the exhaust gas flowing into the storage catalyst S3.

【0068】なお、図4(c)は、燃料に硫黄が含まれ
ている場合に、この硫黄がNOx吸蔵触媒S3に硫酸塩
として蓄積され、NOxの吸蔵能力が低下した時の測定
結果であり、第2ポンプ電流IP2が増大する時の傾きが
大きくなっている。以下、このようなNOx吸蔵触媒S
3の機能低下を検出するためにECU50において実行
される機能低下検出処理について、図5に示すフローチ
ャートに沿って説明する。
FIG. 4 (c) shows the measurement results when sulfur is contained in the NOx storage catalyst S3 when the fuel contains sulfur, and the NOx storage capacity is reduced. , The slope when the second pump current IP2 increases is large. Hereinafter, such a NOx storage catalyst S
The function deterioration detection process executed by the ECU 50 to detect the function deterioration 3 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0069】なお、本処理は、ヒータ12,14への通
電によりNOxセンサ2が活性化された後に繰り返し実
行される。図5に示す如く、本処理では、まずS110
(Sはステップを表わす)にて、本処理にて使用するタ
イマをリセットし、続くS120では、エンジン制御装
置52から入力される運転制御情報に基づいて、エンジ
ン制御装置52によるリーン制御が開始されたか否かを
判断し、リーン制御が開始されたと判断されると、S1
30に移行する。
This process is repeatedly executed after the NOx sensor 2 is activated by energizing the heaters 12 and 14. As shown in FIG. 5, in this processing, first, at S110
In (S represents a step), the timer used in the present process is reset, and in S120, lean control by the engine control device 52 is started based on the operation control information input from the engine control device 52. It is determined whether the lean control has been started.
Move to 30.

【0070】S130では、先のS110にてリセット
したタイマをスタートし、続くS140では、待機時間
Twが経過したか否かを判断する。これは、通常制御か
らリーン制御に切り替わった直後は、この制御の切替に
応じて排気ガス中の酸素濃度が不安定となり、第2ポン
プ電流IP2のオフセットも変動して、正確な検出を行う
ことができないためである。従って、待機時間Twは制
御切替に基づく第2ポンプ電流IP2の変動が十分に収束
するような長さに設定される。
In S130, the timer reset in S110 is started, and in S140, it is determined whether the standby time Tw has elapsed. This is because immediately after switching from the normal control to the lean control, the oxygen concentration in the exhaust gas becomes unstable in accordance with the switching of the control, and the offset of the second pump current IP2 also fluctuates to perform accurate detection. Because you can't. Therefore, the standby time Tw is set to such a length that the fluctuation of the second pump current IP2 based on the control switching sufficiently converges.

【0071】そして、S140にて待機時間Twが経過
したと判断されると、S150に移行して、検出信号V
IP2 を読み込むことにより第2ポンプ電流IP2を検出
し、第2ポンプ電流検出手段としての処理を実行する。
次にS160では、温度センサ46,圧力センサ47,
及び回転センサ48により、それぞれNOxセンサ2の
温度TH,吸気管負圧Pb,及びエンジン回転数Neを
検出する温度検出手段及び流入ガス状態検出手段として
の処理を実行し、続くS170では、吸気管負圧Pb及
びエンジン回転数Neの許容変動幅を算出する。
When it is determined in S140 that the standby time Tw has elapsed, the flow shifts to S150, where the detection signal V
By reading IP2, the second pump current IP2 is detected, and the processing as the second pump current detecting means is executed.
Next, in S160, the temperature sensor 46, the pressure sensor 47,
And the rotation sensor 48 perform processing as temperature detecting means for detecting the temperature TH of the NOx sensor 2, the intake pipe negative pressure Pb, and the engine speed Ne, and inflow gas state detecting means. The allowable fluctuation range of the negative pressure Pb and the engine speed Ne is calculated.

【0072】この許容変動幅は、S130にてタイマを
スタートさせた後、S160にて繰り返し検出される吸
気管負圧Pb及びエンジン回転数Neから、その平均値
を各々算出し、この算出された平均値を中心とした所定
範囲(例えば±10%)を設定値としている。
After the timer is started in S130, the average value is calculated from the intake pipe negative pressure Pb and the engine speed Ne which are repeatedly detected in S160. A predetermined range around the average value (for example, ± 10%) is set as the set value.

【0073】なお、許容変動幅は、NOx吸蔵触媒S3
に流入する排気ガスの流量や排気ガス中のNOx濃度,
空燃比等の急激な変動を検出するための基準値であり、
排気ガスの状態を直接検出するのではなく、排気ガスの
状態を決定する要因であるエンジン回転数Neや吸気管
負圧Pbといった内燃機関S1の運転状態から間接的に
検出しているのである。
The allowable fluctuation range is determined by the NOx storage catalyst S3
Flow rate of exhaust gas flowing into the exhaust gas, NOx concentration in exhaust gas,
This is a reference value for detecting a sudden change in the air-fuel ratio, etc.
The state of the exhaust gas is not directly detected, but indirectly detected from the operating state of the internal combustion engine S1 such as the engine speed Ne and the intake pipe negative pressure Pb, which are factors that determine the state of the exhaust gas.

【0074】つまり、本実施例では、後述するようにS
150にて検出した第2ポンプ電流IP2をセンサ温度T
Hに基づいて温度補償しているが、大きく運転状態が変
化した場合には、温度補償をしても十分な精度を確保で
きない場合があるので、温度補償により十分な精度を確
保できる範囲を限定しているのである。
That is, in this embodiment, as will be described later,
The second pump current IP2 detected at 150 is used as the sensor temperature T
Although the temperature is compensated based on H, if the operating state changes significantly, sufficient accuracy may not be ensured even if the temperature is compensated, so the range in which sufficient accuracy can be secured by temperature compensation is limited. It is doing.

【0075】そして、S180では、先のS160にて
検出された吸気管負圧Pb及びエンジン回転数Neが、
S170にて設定された許容変動幅の範囲内にあるか否
かを判断し、いずれか一方でも範囲内になければ、S1
90に移行してタイマを停止し、続くS200にて、N
Ox吸蔵触媒S3のリフレッシュ要求をエンジン制御装
置52に出力後、本処理を終了する。
At S180, the intake pipe negative pressure Pb and the engine speed Ne detected at S160 are calculated as follows.
It is determined whether or not it is within the range of the allowable fluctuation range set in S170.
90, the timer is stopped, and at S200, N
After outputting the refresh request for the Ox storage catalyst S3 to the engine control device 52, the present process is terminated.

【0076】一方、S180にて、吸気管負圧Pb及び
エンジン回転数Neが、いずれも許容変動幅の範囲内に
あると判断された場合は、S210に移行し、S160
にて検出したセンサ温度THに基づいて、S150にて
検出した第2ポンプ電流IP2を補正する第2補正手段と
しての処理を実行する。
On the other hand, if it is determined in S180 that both the intake pipe negative pressure Pb and the engine speed Ne are within the allowable fluctuation range, the process proceeds to S210 and proceeds to S160.
Based on the sensor temperature TH detected at step S150, a process as a second correction means for correcting the second pump current IP2 detected at step S150 is executed.

【0077】つまり、本実施例では、ヒータ通電回路4
4への通電を制御して、温度センサ46での検出温度が
一定となるようにしているが、内燃機関S1の加速時に
吸入空気量の増大に伴い排気温度が一時的に低下した
り、内燃機関S1の減速時に吸入空気量の減少に伴い排
気温度が一時的に上昇したりすると、NOxセンサ2が
その温度変化の影響を受けて、第1ポンプ電流IP1,第
2ポンプ電流IP2が共に変化してしまい、特に第2ポン
プ電流IP2は、安定状態に戻るまでに比較的長い時間
(1分程度)を要する。なお、これは、第1ポンプ電流
IP1が排気温度の影響を受けることにより第1測定室2
0内の酸素濃度が目標濃度から一旦ずれると、その後、
その酸素濃度を目標濃度に戻すのに時間がかかるためで
あり、この酸素濃度の変化に基づいて、第2ポンプ電流
IP2のオフセットが変化する。
That is, in this embodiment, the heater energizing circuit 4
4 is controlled so that the temperature detected by the temperature sensor 46 is constant. However, when the internal combustion engine S1 is accelerated, the exhaust gas temperature temporarily decreases as the intake air amount increases, If the exhaust gas temperature rises temporarily as the intake air amount decreases during the deceleration of the engine S1, the NOx sensor 2 is affected by the temperature change, and both the first pump current IP1 and the second pump current IP2 change. In particular, the second pump current IP2 requires a relatively long time (about one minute) to return to a stable state. This is because the first pump current IP1 is affected by the exhaust gas temperature, so that the first measurement chamber 2
Once the oxygen concentration within 0 deviates from the target concentration,
This is because it takes time to return the oxygen concentration to the target concentration, and the offset of the second pump current IP2 changes based on the change in the oxygen concentration.

【0078】そこで、本実施例では、排気温度が急変し
ても、第2ポンプ電流IP2のオフセットの変動を正確に
相殺できるようにするために、温度センサ46からNO
xセンサ2の温度を求め、例えば図7に如き温度補正量
算出用のマップを用いて温度補正量を求め、第2ポンプ
電流IP2を補正するようにしているのである。
Therefore, in the present embodiment, even if the exhaust gas temperature changes abruptly, the temperature sensor 46 detects NO so that the fluctuation of the offset of the second pump current IP2 can be accurately canceled.
The temperature of the x sensor 2 is obtained, the temperature correction amount is obtained using a map for calculating the temperature correction amount as shown in FIG. 7, for example, and the second pump current IP2 is corrected.

【0079】そして、S220では、補正された第2ポ
ンプ電流IP2を用いて、タイマスタート後に最初に検出
された第2ポンプ電流IP2o(図4中の時点t1)との
相対値△IP2(=IP2−IP2o)を算出し、続くS23
0では、この相対値△IP2が、予め設定された固定値I
c以上であるか否かを判断する第1判定手段としての処
理を実行し、否定判断された場合は、NOx吸蔵触媒S
3の吸蔵能力は未だ余裕がある(劣化していない)もの
として、S150に戻る。
Then, in S220, using the corrected second pump current IP2, a relative value ΔIP2 (= IP2) with the second pump current IP2o (time t1 in FIG. 4) detected first after the timer is started. -IP2o), and the following S23
0, the relative value △ IP2 is equal to a predetermined fixed value I
c, the processing is performed as first determining means for determining whether or not the NOx storage catalyst S
It is assumed that the storage capacity of No. 3 still has room (not deteriorated), and the process returns to S150.

【0080】なお、このS350〜S380,S410
〜S430の処理を繰り返す間、NOx吸蔵触媒S3に
は、排気ガス中のNOxが硝酸塩として蓄積されるが、
時間が経過し硝酸塩の蓄積量が増大するに従って、NO
xの吸蔵能力が低下し、NOx吸蔵触媒S3下流の被測
定ガス中のNOx濃度が増大するため、第2ポンプ電流
IP2、延いてはその相対値△IP2が、除々に増大する。
Note that S350 to S380, S410
While the processing of S430 to S430 is repeated, NOx in the exhaust gas is accumulated as nitrate in the NOx storage catalyst S3.
As time passes and the amount of accumulated nitrate increases, NO
Since the storage capacity of x decreases and the NOx concentration in the gas to be measured downstream of the NOx storage catalyst S3 increases, the second pump current IP2 and, consequently, the relative value ΔIP2 gradually increase.

【0081】その結果、相対値△IP2が固定値Ic以上
となり、S230にて肯定判断されると、S240に移
行してタイマを停止すると共に、この時のタイマ値を測
定値TOとして記憶する電流増加時間測定手段としての
処理を実行し、続くS250では、NOx吸蔵触媒S3
の吸蔵能力の異常を検出するための時間しきい値Tthを
算出する時間しきい値設定手段としての処理を実行す
る。
As a result, if the relative value △ IP2 becomes equal to or larger than the fixed value Ic, and the determination in S230 is affirmative, the process proceeds to S240 to stop the timer and store the current timer value as the measured value TO. A process as an increase time measuring means is executed, and in S250, the NOx storage catalyst S3
A process as time threshold setting means for calculating a time threshold Tth for detecting an abnormality in the occlusion capacity is executed.

【0082】この時間しきい値Tthは、タイマの起動中
にS160にて繰り返し検出される吸気管負圧Pb及び
エンジン回転数Neの各平均値から推定される排気ガス
の流量、及びNOx濃度に基づいて、被測定ガス中のN
Ox濃度を検出する第2ポンプ電流IP2が固定値Icを
越えるのに要する推定時間が設定値とされる。なお、時
間しきい値Tthは、吸気管負圧Pb及びエンジン回転数
Neの各平均値をパラメータとするマップを予め用意し
ておき、このマップを用いて設定してもよい。
The time threshold value Tth corresponds to the exhaust gas flow rate and the NOx concentration estimated from the average values of the intake pipe negative pressure Pb and the engine speed Ne repeatedly detected in S160 while the timer is running. Based on the N in the measured gas
The estimated time required for the second pump current IP2 for detecting the Ox concentration to exceed the fixed value Ic is set as a set value. Note that the time threshold value Tth may be set in advance by using a map in which each average value of the intake pipe negative pressure Pb and the engine speed Ne is used as a parameter.

【0083】続くS260では、S240にて記憶され
た測定値TOが時間しきい値Tthより小さいか否かを判
断する第2判定手段としての処理を実行し、否定判断さ
れた場合には、NOx吸蔵触媒S3が硝酸塩の蓄積によ
る機能低下を起こしているものとしてS200に移行
し、NOx吸蔵触媒S3のリフレッシュ要求をエンジン
制御装置52へ出力する。
At S260, a process as a second judging means for judging whether or not the measured value TO stored at S240 is smaller than the time threshold Tth is executed. The process proceeds to S200 assuming that the storage catalyst S3 has deteriorated in function due to the accumulation of nitrate, and outputs a refresh request for the NOx storage catalyst S3 to the engine control device 52.

【0084】一方、S260にて肯定判断された場合
は、NOx吸蔵触媒S3が硫酸塩の蓄積やNOx吸蔵材
の剥離等の異常を起こしているものとして、触媒焼き切
り要求をエンジン制御装置52に出力後、本処理を終了
する。なお、エンジン制御装置52は、ECU50から
リフレッシュ要求を入力すると、一時的に空燃比がリッ
チとなるように制御して、内燃機関S1から未燃ガスを
排出させ、この未燃ガスとNOx吸蔵触媒S3に蓄積さ
れた硝酸塩を反応させることで、NOx吸蔵触媒S3の
リフレッシュを実行する。また、ECU50から触媒焼
き切り要求を入力すると、NOx吸蔵触媒S3に蓄積さ
れた硫酸塩が反応して還元されるような状態を一時的に
作り出すことにより、NOx吸蔵触媒S3のリフレッシ
ュ(焼き切り処理)を実行する。
On the other hand, if an affirmative determination is made in S260, it is determined that the NOx storage catalyst S3 has caused an abnormality such as accumulation of sulfate or separation of the NOx storage material, and a catalyst burnout request is output to the engine control device 52. Thereafter, the present process ends. When a refresh request is input from the ECU 50, the engine control device 52 temporarily controls the air-fuel ratio to become rich, discharges unburned gas from the internal combustion engine S1, and outputs the unburned gas and the NOx storage catalyst. The NOx storage catalyst S3 is refreshed by reacting the nitrate accumulated in S3. Further, when a catalyst burn-off request is input from the ECU 50, a state in which the sulfate accumulated in the NOx storage catalyst S3 reacts and is reduced is temporarily created to refresh (burn-off processing) the NOx storage catalyst S3. Execute.

【0085】以上説明したように、本実施例のNOx吸
蔵触媒の機能低下検出装置においては、内燃機関S1を
希薄空燃比にて運転制御するリーン制御が開始された後
の特定時点t1を基準として検出される第2ポンプ電流
IP2の相対値△IP2が、固定値Icだけ増加した場合、
即ちNOx吸蔵触媒S3から漏出するNOxが所定量だ
け増加した場合に、NOx吸蔵触媒S3の吸蔵能力が低
下していると判断し、また、相対値△IP2が固定値Ic
だけ増加するのに要する時間TOが、時間しきい値Tth
より小さい場合に、NOx吸蔵触媒S3の吸蔵能力に異
常があると判断するようにされている。
As described above, in the NOx storage catalyst function deterioration detecting device of this embodiment, the specific time t1 after the start of the lean control for controlling the operation of the internal combustion engine S1 at the lean air-fuel ratio is started. When the relative value ΔIP2 of the detected second pump current IP2 increases by a fixed value Ic,
That is, when NOx leaking from the NOx storage catalyst S3 increases by a predetermined amount, it is determined that the storage capacity of the NOx storage catalyst S3 has decreased, and the relative value △ IP2 is set to the fixed value Ic.
Is increased by the time threshold Tth.
If it is smaller, it is determined that there is an abnormality in the storage capacity of the NOx storage catalyst S3.

【0086】このように、本実施例では、第2ポンプ電
流IP2のオフセットが相殺される相対値△IP2や、第2
ポンプ電流IP2の時間的変化(傾き)を用い、第2ポン
プ電流IP2の絶対値を用いることなく、NOx吸蔵触媒
S3の機能低下を検出しているので、第2ポンプ電流I
P2のオフセットの影響を受けることなく、精度のよい検
出を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the relative value ΔIP2 which offsets the offset of the second pump current IP2,
Since the deterioration of the function of the NOx storage catalyst S3 is detected using the temporal change (gradient) of the pump current IP2 without using the absolute value of the second pump current IP2, the second pump current I2
Accurate detection can be performed without being affected by the offset of P2.

【0087】しかも、本実施例では、温度センサ46に
より検出されるセンサ温度THに基づいて、第2ポンプ
電流IP2のオフセットの温度変動分が補償されるので、
検出中にセンサ温度の変動があったとしても、これに影
響されることもない。また、本実施例では、内燃機関S
1の運転状態を表すパラメータ(吸気管負圧Pb,エン
ジン回転数Ne)を逐次検出し、その検出値が許容変動
範囲から外れている場合には、運転状態が急激に変化し
たものとして、機能低下の判定を中止して、ただちにリ
フレッシュ要求を出力するようにされている。
Further, in this embodiment, the temperature fluctuation of the offset of the second pump current IP2 is compensated based on the sensor temperature TH detected by the temperature sensor 46.
Even if the sensor temperature fluctuates during detection, it is not affected by this. In this embodiment, the internal combustion engine S
The parameters (intake pipe negative pressure Pb, engine speed Ne) representing the operating state of No. 1 are sequentially detected, and if the detected values are out of the allowable fluctuation range, the operating state is assumed to have changed abruptly, and the function is performed. The determination of the drop is stopped, and a refresh request is output immediately.

【0088】従って、装置に負担のかかる触媒焼き切り
要求を無駄に出力してしまうような誤判定を確実に防止
でき、装置の信頼性,耐久性を向上させることができ
る。 [第2実施例]次に、第2実施例について説明する。
Accordingly, it is possible to reliably prevent an erroneous determination that the catalyst burn-out request that places a burden on the apparatus is output in vain, thereby improving the reliability and durability of the apparatus. [Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described.

【0089】本実施例は、第1実施例とは、ECU50
が行う機能低下検出処理の一部が異なるだけであるた
め、この処理の異なる部分についてのみ説明する。ここ
で、図6、本実施例における機能低下検出処理を表すフ
ローチャートであり、S310〜S350は、第1実施
例と全く同様に、タイマをリセットし、内燃機関S1の
運転制御がリーン制御に切り替わると、タイマをスター
トさせ、待機時間Twが経過すると、第2ポンプ電流I
P2を検出を開始する。
This embodiment is different from the first embodiment in that the ECU 50
Only the part of the function deterioration detection processing performed by the present embodiment is different, so only the different part of this processing will be described. Here, FIG. 6 is a flowchart showing the function deterioration detection processing in this embodiment. In steps S310 to S350, the timer is reset, and the operation control of the internal combustion engine S1 is switched to the lean control, just like the first embodiment. When the standby time Tw elapses, the second pump current I
Start detecting P2.

【0090】そして、S360では、温度センサ46,
圧力センサ47,回転センサ48により、センサ温度T
H,吸気管負圧Pb,エンジン回転数Neを検出すると
共に、検出信号VIP1 を読み込むことにより第1ポンプ
電流IP1を検出する酸素濃度検出手段としての処理を実
行する。
Then, in S360, the temperature sensor 46,
The sensor temperature T is determined by the pressure sensor 47 and the rotation sensor 48.
H, the intake pipe negative pressure Pb and the engine speed Ne are detected, and a process as oxygen concentration detecting means for detecting the first pump current IP1 by reading the detection signal VIP1 is executed.

【0091】続くS370では、第1ポンプ電流IP1の
許容変動幅を算出する。この許容変動幅は、S360に
て繰り返し検出される第1ポンプ電流IP1の平均値を算
出し、この平均値を中心とした所定範囲(例えば±10
%)を設定値としている。そして、S380では、先の
S360で検出した第1ポンプ電流IP1が、S370に
て設定された許容変動幅の範囲内にあるか否かを判断
し、否定判断された場合には、第1実施例のS190,
S200と全く同様にS390,S400の処理を実行
し、即ち、タイマを停止して、NOx吸蔵触媒S3のリ
フレッシュ要求をエンジン制御装置52に出力して本処
理を終了する。
At S370, the allowable fluctuation range of the first pump current IP1 is calculated. The permissible fluctuation range is calculated by calculating an average value of the first pump current IP1 repeatedly detected in S360, and a predetermined range (for example, ± 10
%) As the set value. Then, in S380, it is determined whether or not the first pump current IP1 detected in S360 is within the range of the allowable variation set in S370. Example S190,
The processing of S390 and S400 is executed exactly as in S200, that is, the timer is stopped, a refresh request for the NOx storage catalyst S3 is output to the engine control device 52, and this processing ends.

【0092】一方、S380にて肯定判断された場合に
は、S410に移行し、S160にて検出したセンサ温
度TH,及び第1ポンプ電流IP1に基づいて、S350
にて検出した第2ポンプ電流IP2を補正する第1及び第
2補正手段としての処理を実行する。
On the other hand, if an affirmative determination is made in S380, the flow shifts to S410, and in S350 based on the sensor temperature TH detected in S160 and the first pump current IP1.
The processing as the first and second correction means for correcting the second pump current IP2 detected in the step (1) is executed.

【0093】つまり、本実施例では、第1実施例で行わ
れる温度補償に加えて、被測定ガスの酸素濃度(空燃
比)の変化を直接検出して第2ポンプ電流IP2をより精
密に補正している。具体的には、第2ポンプ電流IP2を
被測定ガス中のNOx濃度のみに対応させるために、上
記のようにNOxを含まない被測定ガスを測定(図10
参照)した際に得られる酸素濃度に対応した第2ポンプ
電流IP2のオフセット値を、予めマップに記憶してお
き、第1ポンプ電流IP1から検出される被測定ガス中の
酸素濃度をパラメータとして、マップから読み出される
オフセット値により、検出した第2ポンプ電流IP2を補
正するのである。
That is, in this embodiment, in addition to the temperature compensation performed in the first embodiment, a change in the oxygen concentration (air-fuel ratio) of the gas to be measured is directly detected to more precisely correct the second pump current IP2. are doing. Specifically, in order to make the second pump current IP2 correspond only to the NOx concentration in the gas to be measured, the gas to be measured containing no NOx is measured as described above (see FIG. 10).
The offset value of the second pump current IP2 corresponding to the oxygen concentration obtained at the time of the above) is stored in a map in advance, and the oxygen concentration in the measured gas detected from the first pump current IP1 is used as a parameter, The detected second pump current IP2 is corrected by the offset value read from the map.

【0094】そして続くS420〜S470では、第1
実施例のS220〜S270と全く同様に、補正された
第2ポンプ電流IP2に基づいて、タイマスタート後に最
初に検出された第2ポンプ電流IP2oとの相対値△IP2
を算出し(S420)、その相対値△IP2が固定値Ic
以上であるか否かを判断する(S430)。そして、相
対値△IP2が固定値より小さければS350に戻り、一
方、固定値以上であれば、タイマを停止してその時の値
を測定値TOとして記憶(S440)した後、S360
にて繰り返し検出される吸気管負圧Pb及びエンジン回
転数Neの平均値に基づいて、時間しきい値Tthを算出
し(S450)、S440で記憶した測定値TOが、こ
の時間しきい値Tthより小さいか否かを判断する(S4
60)。その結果、測定値TOが時間しきい値Tth以上
であれば、エンジン制御装置52にリフレッシュ要求を
出力し(S400)、一方、測定値TOが時間しきい値
Tthより小さければ、エンジン制御装置52に触媒焼き
切り要求を出力して(S470)、本処理を終了する。
Then, in subsequent S420 to S470, the first
In exactly the same manner as in S220 to S270 of the embodiment, based on the corrected second pump current IP2, the relative value ΔIP2 with the second pump current IP2o first detected after the timer starts.
(S420), and the relative value △ IP2 is a fixed value Ic
It is determined whether or not this is the case (S430). If the relative value △ IP2 is smaller than the fixed value, the process returns to S350. On the other hand, if the relative value △ IP2 is equal to or larger than the fixed value, the timer is stopped and the value at that time is stored as the measured value TO (S440).
The time threshold value Tth is calculated based on the average value of the intake pipe negative pressure Pb and the engine speed Ne repeatedly detected in (S450), and the measured value TO stored in S440 is used as the time threshold value Tth. It is determined whether it is smaller than (S4
60). As a result, if the measured value TO is equal to or longer than the time threshold value Tth, a refresh request is output to the engine control device 52 (S400). If the measured value TO is smaller than the time threshold value Tth, the engine control device 52 is output. (S470), and terminates the present process.

【0095】以上説明したように、本実施例のNOx吸
蔵触媒の機能低下検出装置によれば、第1実施例と同様
に、第2ポンプ電流IP2の相対値△IP2や第2ポンプ電
流IP2の時間的変化(傾き)を用い、第2ポンプ電流I
P2の絶対値を用いることなく、NOx吸蔵触媒S3の機
能低下を検出しているので、第2ポンプ電流IP2のオフ
セットの影響を受けることなく、精度のよい検出を行う
ことができる。
As described above, according to the NOx storage catalyst function deterioration detecting device of the present embodiment, the relative value ΔIP2 of the second pump current IP2 and the second pump current Using the temporal change (gradient), the second pump current I
Since the function deterioration of the NOx storage catalyst S3 is detected without using the absolute value of P2, accurate detection can be performed without being affected by the offset of the second pump current IP2.

【0096】しかも、本実施例では、センサ温度THだ
けでなく、第1ポンプ電流IP1に基づいて検出される被
測定ガスの酸素濃度に基づいて、第2ポンプ電流IP2を
補正するようにされているので、検出中に、センサ温度
THや被測定ガスの酸素濃度(空燃比)の変動があった
としても、これに影響されることなく精度のよい検出を
行うことができる。
Further, in this embodiment, the second pump current IP2 is corrected not only based on the sensor temperature TH but also based on the oxygen concentration of the gas to be measured detected based on the first pump current IP1. Therefore, even if the sensor temperature TH or the oxygen concentration (air-fuel ratio) of the gas to be measured fluctuates during the detection, accurate detection can be performed without being affected by the fluctuation.

【0097】また、被測定ガスの酸素濃度の検出を、新
たなセンサを設けることなく、NOxセンサ2にて行っ
ているので、第2ポンプ電流IP2に影響を与える環境変
化をより的確に検出することができ、第2ポンプ電流I
P2の補正を精度よく行うことができる。
Further, since the NOx sensor 2 detects the oxygen concentration of the gas to be measured without providing a new sensor, the environmental change affecting the second pump current IP2 can be detected more accurately. And the second pump current I
P2 can be accurately corrected.

【0098】ところで、上記実施例では、第2ポンプ電
流の相対値△IP2を算出する際の基準値となる最初の検
出値IP2oが、NOx吸蔵触媒S3のNOx吸蔵能力に
十分余裕がある時に検出される場合を仮定しているが、
NOx吸蔵材が大量に剥離する等して、NOx吸蔵触媒
S3の吸蔵能力の低下が著しい場合、図8に示すよう
に、リーン制御に切り替わった直後に、第2ポンプ電流
IP2が急激に増大する。この場合、待機時間Twが経過
して最初の検出を行った時点t1では、既に電流値が大
きく上昇しているため、この時点t1での検出値を基準
値として第2ポンプ電流の相対値△IP2を算出すると、
相対値△IP2は固定値Icを越えることがなく、制御不
能に陥るような事態が考えられる。
In the above embodiment, the first detection value IP2o, which is a reference value for calculating the relative value △ IP2 of the second pump current, is detected when the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst S3 has a sufficient margin. Is assumed to be
When the storage capacity of the NOx storage catalyst S3 is significantly reduced due to a large amount of separation of the NOx storage material or the like, as shown in FIG. 8, immediately after switching to the lean control, the second pump current IP2 rapidly increases. . In this case, at the time point t1 when the first detection is performed after the elapse of the standby time Tw, the current value has already risen greatly, and therefore, the relative value of the second pump current と し てAfter calculating IP2,
It is possible that the relative value △ IP2 does not exceed the fixed value Ic and the control becomes impossible.

【0099】そこで、このような事態を防止するため
に、例えば、タイマ値の上限を決めておき、タイムアウ
トした場合には、NOx吸蔵触媒S3の吸蔵能力に異常
があるものとして触媒焼き切り要求を出力するように構
成してもよい。また、第2ポンプ電流IP2と比較する固
定値を段階的に複数設定し、ある固定値から次の固定値
に達する間の第2ポンプ電流IP2の傾きをそれぞれ求
め、これらの傾きから上述のような異常事態を推定する
ようにしてもよい。
Therefore, in order to prevent such a situation, for example, an upper limit of the timer value is determined, and when a time-out occurs, a catalyst burn-off request is output assuming that the storage capacity of the NOx storage catalyst S3 is abnormal. May be configured. Further, a plurality of fixed values to be compared with the second pump current IP2 are set in a stepwise manner, and the slopes of the second pump current IP2 during the period from one fixed value to the next fixed value are respectively obtained. Any abnormal situation may be estimated.

【0100】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様
々な態様にて実施することが可能である。例えば、上記
実施例では、温度センサ46からNOxセンサ2の温度
THを求めているが、本願出願人が出願した特願平8−
296676号に記載されているように、Vsセル6の
抵抗値検出し、この検出した抵抗値からNOxセンサ2
の温度を求めるようにしてもよい。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various modes. For example, in the above embodiment, the temperature TH of the NOx sensor 2 is obtained from the temperature sensor 46.
As described in JP-A-296676, the resistance value of the Vs cell 6 is detected, and the NOx sensor 2 is detected based on the detected resistance value.
May be determined.

【0101】また、上記実施例では、吸気管負圧Pb及
びエンジン回転数Neに基づいて時間しきい値を設定し
たが、排気ガスの流量やNOx濃度に影響を与えるもの
であれば、どのようなパラメータを用いてもよい。更
に、上記第2実施例では、酸素濃度をNOxセンサ2に
て検出しているが、他の酸素センサを用いて酸素濃度を
検出するように構成してもよい。
Further, in the above embodiment, the time threshold value is set based on the intake pipe negative pressure Pb and the engine speed Ne. However, as long as the time threshold value affects the flow rate of the exhaust gas and the NOx concentration, Parameter may be used. Further, in the second embodiment, the oxygen concentration is detected by the NOx sensor 2, but the oxygen concentration may be detected by using another oxygen sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例の窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出
装置全体の構成を表わす概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of an entire device for detecting a decrease in the function of a nitrogen oxide storage catalyst according to an embodiment.

【図2】 実施例のNOxセンサの取付位置を表す説明
図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a mounting position of a NOx sensor according to the embodiment.

【図3】 実施例のNOxセンサの構成を表わす分解斜
視図である。
FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a NOx sensor according to the embodiment.

【図4】 実施例のNOxセンサから出力される第2ポ
ンプ電流の波形図である。
FIG. 4 is a waveform diagram of a second pump current output from the NOx sensor of the embodiment.

【図5】 実施例のECUにおいて繰返し実行される機
能低下検出処理を表わすフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a function deterioration detection process repeatedly executed in the ECU of the embodiment.

【図6】 第2実施例における機能低下検出処理を表す
フローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a function deterioration detection process according to the second embodiment.

【図7】 第2ポンプ電流を温度補正する際に使用され
るマップの一例を表すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing an example of a map used for correcting the temperature of a second pump current.

【図8】 NOx吸蔵触媒のNOx吸蔵能力が極端に低
下した場合に検出される第2ポンプ電流の波形図であ
る。
FIG. 8 is a waveform diagram of a second pump current detected when the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst is extremely reduced.

【図9】 酸素濃度と第1ポンプ電流との関係、及び窒
素酸化物濃度と第2ポンプ電流との関係を模式的に表す
グラフである。
FIG. 9 is a graph schematically showing a relationship between an oxygen concentration and a first pump current and a relationship between a nitrogen oxide concentration and a second pump current.

【図10】 NOxを含まない被測定ガスの酸素濃度
(空燃比)と第2ポンプ電流との関係を表わすグラフで
ある。
FIG. 10 is a graph showing a relationship between an oxygen concentration (air-fuel ratio) of a gas to be measured containing no NOx and a second pump current.

【図11】 第2ポンプ電流のオフセットの温度特性を
測定した結果を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a result of measuring a temperature characteristic of an offset of a second pump current.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…NOxセンサ 4…第1ポンプセル 6…酸素
濃度測定セル 8…第2ポンプセル 12…ヒータ 18,22,
24…固体電解質層 20…第1測定室 26…第2測定室 28…スペ
ーサ 40…駆動回路 42…検出回路 44…ヒー
タ通電回路 46…温度センサ 47…圧力センサ 48…回転
センサ 50…ECU 52…エンジン制御装置 S1
…内燃機関 S2…排気管 S3…NOx吸蔵触媒 S4
…吸気管
2 NOx sensor 4 First pump cell 6 Oxygen concentration measurement cell 8 Second pump cell 12 Heaters 18 and 22
24 solid electrolyte layer 20 first measurement chamber 26 second measurement chamber 28 spacer 40 drive circuit 42 detection circuit 44 heater energization circuit 46 temperature sensor 47 pressure sensor 48 rotation sensor 50 ECU 52 Engine control device S1
... internal combustion engine S2 ... exhaust pipe S3 ... NOx storage catalyst S4
… Intake pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01N 27/416 G01N 27/46 327N 27/419 331 (56)参考文献 特開 平7−63096(JP,A) 特開 平7−208151(JP,A) 特開 平10−71325(JP,A) 特開 平10−212933(JP,A) 特開 平10−259714(JP,A) 特開 平11−148910(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/26 391 F01N 3/08 F01N 3/20 F02D 41/14 310 F02D 45/00 368 G01N 27/416 G01N 27/419 ──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI G01N 27/416 G01N 27/46 327N 27/419 331 (56) References JP-A-7-63096 (JP, A) JP-A Heisei 7-208151 (JP, A) JP 10-71325 (JP, A) JP 10-212933 (JP, A) JP 10-259714 (JP, A) JP 11-148910 (JP, A) A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/26 391 F01N 3/08 F01N 3/20 F02D 41/14 310 F02D 45/00 368 G01N 27/416 G01N 27/419

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔
質の電極で挟んでなる第1酸素ポンピングセル及び酸素
濃度測定セルを有し、第1拡散律速層を介して被測定ガ
ス側に連通された第1測定室と、酸素イオン伝導性の固
体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第2酸素ポンピ
ングセルを有し、第2拡散律速層を介して前記第1測定
室と連通された第2測定室とを備えると共に、前記各セ
ルを所定の活性温度まで加熱するヒータを備えたNOx
センサを、内燃機関の排気管に取り付けられた窒素酸化
物吸蔵触媒の下流に配置して、該窒素酸化物吸蔵触媒の
機能低下を検出する検出方法であって、 前記酸素濃度測定セルの出力電圧が一定値となるように
前記第1酸素ポンピングセルに第1ポンプ電流を流し
て、前記第1測定室内の酸素濃度を一定に制御すると共
に、前記第2酸素ポンピングセルに前記第2測定室から
酸素を汲み出す方向に一定電圧を印加することにより、
被測定ガス中の窒素酸化物濃度に応じて前記第2酸素ポ
ンピングセルに流れる第2ポンプ電流を検出し、燃料に
対する酸素の割合の大きい希薄空燃比での内燃機関の運
転制御が開始された後に、予め設定された固定値分だけ
前記第2ポンプ電流の増加を検出すると、前記窒素酸化
物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下していると判定することを
特徴とする窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出方法。
A first oxygen pumping cell and an oxygen concentration measuring cell in which an oxygen ion conductive solid electrolyte layer is sandwiched between porous electrodes, and the first oxygen pumping cell and the oxygen concentration measuring cell communicate with the gas to be measured via the first diffusion-controlling layer. And a second oxygen pumping cell in which an oxygen ion-conductive solid electrolyte layer is sandwiched between porous electrodes, and is communicated with the first measurement chamber via a second diffusion-controlling layer. NOx having a second measurement chamber and a heater for heating each of the cells to a predetermined activation temperature.
A detection method in which a sensor is disposed downstream of a nitrogen oxide storage catalyst attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine to detect a decrease in the function of the nitrogen oxide storage catalyst, comprising: an output voltage of the oxygen concentration measurement cell. A first pump current is supplied to the first oxygen pumping cell so that the constant value becomes a constant value, and the oxygen concentration in the first measurement chamber is controlled to be constant. By applying a constant voltage in the direction of pumping oxygen,
A second pump current flowing through the second oxygen pumping cell is detected in accordance with the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured, and after the operation control of the internal combustion engine is started at a lean air-fuel ratio in which the ratio of oxygen to fuel is large. Detecting a decrease in the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst when the increase in the second pump current is detected by a preset fixed value, and determining that the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst is reduced. Detection method.
【請求項2】 請求項1に記載の検出方法において、前
記第2ポンプ電流の前記固定値分の増加に要する時間
が、予め設定された時間しきい値より小さい場合に、前
記窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力に異常があると判定す
ることを特徴とする窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出
方法。
2. The nitrogen oxide storage according to claim 1, wherein the time required for increasing the second pump current by the fixed value is smaller than a preset time threshold. A method for detecting a decrease in the function of a nitrogen oxide storage catalyst, comprising determining that the storage capacity of the catalyst is abnormal.
【請求項3】 酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔
質の電極で挟んでなる第1酸素ポンピングセル及び酸素
濃度測定セルを有し、第1拡散律速層を介して被測定ガ
ス側に連通された第1測定室と、酸素イオン伝導性の固
体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第2酸素ポンピ
ングセルを有し、第2拡散律速層を介して前記第1測定
室と連通された第2測定室とを備えると共に、前記各セ
ルを所定の活性温度まで加熱するヒータを備えたNOx
センサを、内燃機関の排気管に取り付けられた窒素酸化
物吸蔵触媒の下流に配置して、該窒素酸化物吸蔵触媒の
機能低下を検出する検出装置であって、 前記酸素濃度測定セルの出力電圧が一定値となるように
前記第1酸素ポンピングセルに第1ポンプ電流を流し
て、前記第1測定室内の酸素濃度を一定に制御する第1
ポンプ電流制御手段と、 前記第2酸素ポンピングセルに前記第2測定室から酸素
を汲み出す方向に一定電圧を印加する定電圧印加手段
と、 被測定ガス中の窒素酸化物濃度に応じて前記第2酸素ポ
ンピングセルに流れる第2ポンプ電流を検出する第2ポ
ンプ電流検出手段と、 燃料に対する酸素の割合の大きい希薄空燃比による内燃
機関の運転制御が開始された後に、予め設定された固定
値分だけ前記第2ポンプ電流の増加を検出すると、前記
窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下していると判定す
る第1判定手段と、 を備えることを特徴とする素酸化物吸蔵触媒の機能低下
検出装置。
3. A first oxygen pumping cell and an oxygen concentration measuring cell in which an oxygen ion conductive solid electrolyte layer is sandwiched between porous electrodes, and are connected to the gas to be measured via the first diffusion-controlling layer. And a second oxygen pumping cell in which an oxygen ion conductive solid electrolyte layer is sandwiched between porous electrodes, and is connected to the first measurement chamber via a second diffusion-controlling layer. NOx having a second measuring chamber and a heater for heating each of the cells to a predetermined activation temperature.
A detection device for disposing a sensor downstream of a nitrogen oxide storage catalyst attached to an exhaust pipe of an internal combustion engine to detect a decrease in the function of the nitrogen oxide storage catalyst, the output voltage of the oxygen concentration measurement cell A first pump current is passed through the first oxygen pumping cell so that the oxygen concentration in the first measurement chamber becomes constant.
Pump current control means; constant voltage applying means for applying a constant voltage to the second oxygen pumping cell in a direction to pump oxygen from the second measurement chamber; and (2) a second pump current detecting means for detecting a second pump current flowing through the oxygen pumping cell; and a predetermined fixed value after starting operation control of the internal combustion engine with a lean air-fuel ratio having a large ratio of oxygen to fuel. A first determination unit that determines that the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst has decreased when the increase in the second pump current is detected. Detection device.
【請求項4】 前記第1酸素ポンピングセルに流れる第
1ポンプ電流から被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸
素濃度検出手段と、 該酸素濃度検出手段にて検出される酸素濃度に応じて、
前記第2ポンプ電流検出手段での検出結果を補正するこ
とにより該検出結果に含まれる前記第2ポンプ電流のオ
フセットの変動分を補償する第1補正手段と、 を設けたことを特徴とする請求項3に記載の窒素酸化物
吸蔵触媒の機能低下検出装置。
4. An oxygen concentration detecting means for detecting an oxygen concentration in a gas to be measured from a first pump current flowing through the first oxygen pumping cell, and according to an oxygen concentration detected by the oxygen concentration detecting means,
And a first correction unit that corrects a detection result of the second pump current detection unit to compensate for a variation in an offset of the second pump current included in the detection result. Item 4. An apparatus for detecting a decrease in the function of a nitrogen oxide storage catalyst according to Item 3.
【請求項5】 前記NOxセンサの温度を検出する温度
検出手段と、 該温度検出手段にて検出された前記NOxセンサの温度
に応じて、前記第2ポンプ電流検出手段での検出結果を
補正することにより該検出結果を温度補償する第2補正
手段と、 を設けたことを特徴とする請求項3または請求項4に記
載の窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出装置。
5. A temperature detecting means for detecting a temperature of said NOx sensor, and a detection result of said second pump current detecting means is corrected according to a temperature of said NOx sensor detected by said temperature detecting means. 5. The apparatus for detecting a decrease in the function of a nitrogen oxide storage catalyst according to claim 3, further comprising: a second correction unit configured to perform temperature compensation on the detection result. 4.
【請求項6】 前記第1判定手段にて前記第2ポンプ電
流の前記固定値分の増加が検出されるのに要する時間を
測定する電流増加時間測定手段と、 該電流増加時間測定手段での検出結果が、予め設定され
た時間しきい値より小さい場合に、前記窒素酸化物吸蔵
触媒の吸蔵能力に異常があると判定する第2判定手段
と、 を備えることを特徴とする請求項3ないし請求項5のい
ずれかに記載の窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出装
置。
6. A current increase time measuring means for measuring a time required for detecting an increase of the second pump current by the fixed value by the first determination means, and And a second determination unit configured to determine that the storage capacity of the nitrogen oxide storage catalyst is abnormal when the detection result is smaller than a preset time threshold value. An apparatus for detecting a decrease in the function of a nitrogen oxide storage catalyst according to claim 5.
【請求項7】 前記窒素酸化物吸蔵触媒に流入する排気
ガスの流量及び該排気ガス中の窒素酸化物濃度を検出す
る流入ガス状態検出手段と、 該流入ガス状態検出手段の検出結果に応じて、流量が多
いほど、また窒素酸化物濃度が高いほど前記時間しきい
値を小さな値に設定する時間しきい値設定手段を設けた
ことを特徴とする請求項6に記載の窒素酸化物吸蔵触媒
の機能低下検出装置。
7. An inflow gas state detection means for detecting a flow rate of exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage catalyst and a nitrogen oxide concentration in the exhaust gas, and according to a detection result of the inflow gas state detection means. 7. The nitrogen oxide storage catalyst according to claim 6, further comprising a time threshold value setting means for setting the time threshold value to a smaller value as the flow rate increases and the nitrogen oxide concentration increases. Function degradation detection device.
【請求項8】 前記流入ガス状態検出手段は、内燃機関
の運転状態から前記排気ガスの流量及び該排気ガス中の
窒素酸化物濃度を推定することを特徴とする請求項7に
記載の窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出装置。
8. The nitrogen oxidation apparatus according to claim 7, wherein the inflow gas state detection means estimates a flow rate of the exhaust gas and a nitrogen oxide concentration in the exhaust gas from an operation state of the internal combustion engine. Detecting device for deterioration of function of occlusion catalyst.
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