CN108691613A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种内燃机的排气净化装置，能够抑制在空燃比为浓的情况下从催化剂流出的未燃气体的量。一种内燃机(100、100a、100b、100c)的排气净化装置，具备：催化剂(20)，其配置于内燃机的排气通路(22)、且能够吸藏氧；氨检测装置(46、71)，其在排气通路中配置在催化剂的排气流动方向下游侧；和空燃比控制部，其将向催化剂流入的流入排气的空燃比控制为目标空燃比。空燃比控制部执行使目标空燃比比理论空燃比浓的浓控制，在浓控制中，氨检测装置的输出值上升至基准值时，使目标空燃比比理论空燃比稀。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
以往，已知在内燃机的排气通路配置催化剂及排气传感器(空燃比传感器、NOx传感器等)，为了抑制排气排放的恶化而基于排气传感器的输出来控制向催化剂流入的排气的空燃比的技术。例如，在专利文献1所记载的内燃机中，实施空燃比为理论空燃比或浓的非稀运转，为了抑制在催化剂中生成的氨的排出量，在NOx传感器的输出值达到了规定值以上时减小空燃比的浓程度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－175173号公报
发明内容
然而，在使空燃比为浓的情况下，从内燃机的燃烧室排出至排气通路的未燃气体(HC、CO等)的量增加。因此，如果长时间维持使空燃比为浓的状态，则未燃气体从催化剂流出，排气排放恶化。
对此，专利文献1丝毫没有提及在使空燃比为浓时未燃气体的排出量增加的情况以及用于抑制从催化剂流出的未燃气体的量的控制。实际上，专利文献1所记载的内燃机，在非稀运转中，在NOx传感器的输出值达到了规定值以上时，为了抑制氨的排出量而减小空燃比的浓程度，但非稀运转继续。因此，未燃气体从催化剂流出，排气排放恶化。
因此，本发明的目的在于提供能够抑制在使空燃比为浓的情况下从催化剂流出的未燃气体的量的内燃机的排气净化装置。
本发明的要旨如下。
(1)一种内燃机的排气净化装置，具备：
催化剂，其配置于内燃机的排气通路、且能够吸藏氧；
氨检测装置，其在所述排气通路中配置在所述催化剂的排气流动方向下游侧；和
空燃比控制部，其将向所述催化剂流入的流入排气的空燃比控制为目标空燃比，
所述空燃比控制部，执行使所述目标空燃比比理论空燃比浓的浓控制，在该浓控制中，所述氨检测装置的输出值上升至基准值时，使所述目标空燃比比理论空燃比稀。
(2)根据上述(1)所述的内燃机的排气净化装置，
还具备空燃比检测装置，所述空燃比检测装置在所述排气通路中配置在所述催化剂的排气流动方向下游侧，
所述空燃比控制部，在所述浓控制中，在所述氨检测装置的输出值上升至所述基准值之前由所述空燃比检测装置检测出的空燃比降低至比理论空燃比浓的浓判定空燃比的情况下，在由该空燃比检测装置检测出的空燃比降低至该浓判定空燃比时使所述目标空燃比比理论空燃比稀。
(3)根据上述(1)或(2)所述的内燃机的排气净化装置，上述空燃比控制部交替地执行使上述目标空燃比比理论空燃比稀的稀控制和上述浓控制。
(4)根据上述(1)～(3)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，
还具备温度检测部，所述温度检测部检测或推定所述催化剂的温度或从该催化剂流出的排气的温度，
由所述温度检测部检测或推定出的温度越高，所述空燃比控制部使所述基准值越小。
(5)根据上述(1)～(3)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，
还具备温度检测部，所述温度检测部检测或推定所述催化剂的温度或从该催化剂流出的排气的温度，
由所述温度检测部检测或推定出的温度越高，所述空燃比控制部使所述浓控制中的所述目标空燃比的浓程度越小。
(6)根据上述(1)～(5)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，上述氨检测装置为NOx传感器的传感单元。
根据本发明，能够提供能抑制在使空燃比为浓的情况下从催化剂流出的未燃气体的量的内燃机的排气净化装置。
附图标记说明
20 上游侧催化剂
22 排气管
31 电子控制单元(ECU)
41 下游侧空燃比传感器
46 氨传感器
48 NOx传感器
71 传感单元
72 泵单元
100、100a、100b、100c 内燃机
附图说明
图1为概略地表示设置有本发明的第一个实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。
图2为表示催化剂的氧吸藏量与从催化剂流出的排气中的NOx浓度或HC、CO浓度的关系的图。
图3为表示在各排气空燃比下的传感器施加电压与输出电流的关系的图。
图4为表示使传感器施加电压一定时的排气空燃比与输出电流的关系的图。
图5为概略地表示氧吸藏量少的状态的上游侧催化剂的图。
图6为概略地表示氧吸藏量大致为零的状态的上游侧催化剂的图。
图7为浓空燃比的排气向吸藏有氧的上游侧催化剂持续流入时的流出排气中的各成分浓度的时间图。
图8为执行浓控制时的流入排气的目标空燃比等的时间图。
图9为表示本发明的第一个实施方式中的目标空燃比设定处理的控制程序的流程图。
图10为概略地表示设置有本发明的第二实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的内燃机的排气通路的一部分的图。
图11为第二实施方式中的执行空燃比控制时的流入排气的目标空燃比等的时间图。
图12为概略地表示设置有本发明的第三实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的内燃机的排气通路的一部分的图。
图13为表示流出排气的温度与基准值的关系的图。
图14为表示本发明的第三实施方式中的基准值设定处理的控制程序的流程图。
图15为表示流出排气的温度与浓设定空燃比的关系的图。
图16为表示本发明的第四实施方式中的浓设定空燃比设定处理的控制程序的流程图。
图17为表示本发明的第四实施方式中的目标空燃比设定处理的控制程序的流程图。
图18为概略地表示设置有本发明的第五实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。
图19为NOx传感器的传感元件的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施方式进行详细说明。再者，在以下的说明中，同样的构成要素附带相同的参照标记。
＜第一实施方式＞
最初，参照图1～图9来对本发明的第一个实施方式进行说明。
图1为概略地表示设置有本发明的第一实施方式涉及的内燃机的排气净化装置的内燃机100的图。图1所示的内燃机100为火花点火式内燃机(汽油发动机)。内燃机100搭载于车辆中。
参照图1，2表示气缸体，3表示在气缸体2内进行往复运动的活塞，4表示固定于气缸体2上的气缸盖，5表示在活塞3与气缸盖4之间形成的燃烧室，6表示进气阀，7表示进气口，8表示排气阀，9表示排气口。进气阀6开闭进气口7，排气阀8开闭排气口9。气缸体2划定气缸28。
如图1所示，在气缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在气缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10被构成为根据点火信号来产生火花。另外，燃料喷射阀11根据喷射信号来向燃烧室5内喷射规定量的燃料。在本实施方式中，作为燃料使用理论空燃比为14.6的汽油。
各气缸的进气口7分别经由对应的进气歧管13与缓冲罐14连结，缓冲罐14经由进气管15与空气滤清器16连结。进气口7、进气歧管13、缓冲罐14、进气管15等形成向燃烧室5导入空气的进气通路。另外，在进气管15内配置有由节流阀驱动致动器17驱动的节流阀18。通过利用节流阀驱动致动器17使节流阀18转动，能够变更进气通路的开口面积。
另一方面，各气缸的排气口9与排气歧管19连结。排气歧管19具有与各排气口9连结的多个分支部和集合了这些分支部的集合部。排气歧管19的集合部与内置了上游侧催化剂20的上游侧壳体21连结。上游侧壳体21经由排气管22与内置了下游侧催化剂24的下游侧壳体23连结。排气口9、排气歧管19、上游侧壳体21、排气管22、下游侧壳体23等形成将通过燃烧室5中的混合气的燃烧而产生的排气排出的排气通路。
内燃机100的各种控制由电子控制单元(ECU)31执行。电子控制单元(ECU)31包括数字计算机，其具备经由双向性总线32相互连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36以及输出端口37。在进气管15上配置有用于检测在进气管15内流动的空气的流量的空气流量计39，空气流量计39的输出经由对应的AD转换器38而被输入至输入端口36。
另外，在排气歧管19的集合部、即上游侧催化剂20的排气流动方向上游侧配置有用于检测在排气歧管19内流动的排气(即向上游侧催化剂20流入的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。上游侧空燃比传感器40的输出经由对应的AD转换器38而被输入至输入端口36。
另外，在排气管22内、即上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧配置有用于检测在排气管22内流动的排气(即从上游侧催化剂20流出的排气)中的氨浓度(NH3浓度)的氨传感器(NH3传感器)46。氨传感器46在排气流动方向上配置于上游侧催化剂20与下游侧催化剂24之间。氨传感器46的输出经由对应的AD转换器38而被输入至输入端口36。
另外，在油门踏板42上连接有产生与油门踏板42的踏下量成比例的输出电压的负荷传感器43，负荷传感器43的输出电压经由对应的AD转换器38而被输入至输入端口36。曲轴转角传感器44例如每当曲轴旋转15度就产生输出脉冲，该输出脉冲被输入至输入端口36。在CPU35中，根据曲轴转角传感器44的输出脉冲计算内燃机转速。另一方面，输出端口37经由对应的驱动电路45而与火花塞10、燃料喷射阀11以及节流阀驱动致动器17连接。
再者，上述的内燃机100是以汽油为燃料的非增压内燃机，内燃机100的构成并不限定于上述构成。因此，气缸排列、燃料的喷射方式、进排气系统的构成、气门传动机构的构成、有无增压器之类的内燃机100的具体构成，也可以与图1所示的构成不同。例如，燃料喷射阀11也可以被配置成向进气口7内喷射燃料。另外，内燃机100也可以是压缩自着火式内燃机(柴油发动机)。
＜催化剂的说明＞
配置在排气通路的上游侧催化剂20以及下游侧催化剂24具有同样的构成。催化剂20、24具有氧吸藏能力。催化剂20、24是例如三元催化剂。具体而言，催化剂20、24是使由陶瓷构成的基材担载了具有催化作用的贵金属(例如铂(Pt))以及具有氧吸藏能力的物质(例如二氧化铈(CeO2))的催化剂。催化剂20、24若达到规定的活性温度(活化温度)，则能够同时净化未燃气体(HC、CO等)和氮氧化物(NOx)。
在向催化剂20、24流入的排气的空燃比为比理论空燃比稀的空燃比(以下称为“稀空燃比”)时，催化剂20、24吸藏排气中的氧。另一方面，在流入的排气的空燃比为比理论空燃比浓的空燃比(以下称为“浓空燃比”)时，催化剂20、24释放被催化剂20、24吸藏的氧。
催化剂20、24通过具有催化作用以及氧吸藏能力，从而相应于氧吸藏量而具有净化NOx以及未燃气体的作用。在向催化剂20、24流入的排气的空燃比为稀空燃比的情况下，如图2(A)所示，在氧吸藏量少时，排气中的氧被催化剂20、24吸藏，排气中的NOx被还原净化。另外，当氧吸藏量变多时，以最大能吸藏氧量Cmax附近的某个吸藏量(图中的Cuplim)为界，从催化剂20、24流出的排气中的氧以及NOx的浓度急剧地上升。
另一方面，在向催化剂20、24流入的排气的空燃比为浓空燃比的情况下，如图2(B)所示，在氧吸藏量多时，释放被催化剂20、24吸藏的氧，排气中的未燃气体被氧化净化。另外，当氧吸藏量变少时，以零附近的某个吸藏量(图中的Clowlim)为界，从催化剂20、24流出的排气中的未燃气体的浓度急剧地上升。因此，根据向催化剂20、24流入的排气的空燃比以及催化剂20、24的氧吸藏量，净化排气中的NOx以及未燃气体的特性变化。
再者，催化剂20、24只要具有催化作用以及氧吸藏能力，则也可以是与三元催化剂不同的催化剂。另外，下游侧催化剂24也可以被省略。
＜空燃比传感器的输出特性＞
接着，参照图3和图4，对上游侧空燃比传感器40的输出特性进行说明。图3为表示上游侧空燃比传感器40的电压-电流(V-I)特性的图。图4为表示将施加电压维持为一定时的、向上游侧空燃比传感器40供给的排气的空燃比(以下称为“排气空燃比”)与上游侧空燃比传感器40的输出电流I的关系的图。
由图3可知，排气空燃比越高(越稀)，则上游侧空燃比传感器40的输出电流I越大。另外，在各排气空燃比下的V-I线上，存在与V轴大致平行的区域、即即使施加电压变化输出电流也几乎不变化的区域。该电压区域被称为极限电流区域，此时的电流被称为极限电流。在图3中，将排气空燃比为18时的极限电流区域以及极限电流分别用W18、I18表示。因此，上游侧空燃比传感器40是极限电流式的空燃比传感器。
图4为表示使施加电压恒定为0.45V左右时的、排气空燃比与输出电流I的关系的图。由图4可知，在上游侧空燃比传感器40中，排气空燃比越高(即越稀)，上游侧空燃比传感器40的输出电流I越大。即，相对于排气空燃比，输出电流I线性地(成比例地)变化。而且，上游侧空燃比传感器40被构成为在排气空燃比为理论空燃比时输出电流I变为零。
因此，通过在对上游侧空燃比传感器40施加了规定电压的状态下检测上游侧空燃比传感器40的输出，能够检测向上游侧空燃比传感器40供给的排气的空燃比。在本实施方式中，可使用上游侧空燃比传感器40来检测向上游侧催化剂20流入的排气(以下称为“流入排气”)的空燃比。
＜催化剂的排气净化机理＞
以下，对在浓空燃比的排气向上游侧催化剂20流入时在上游侧催化剂20中排气被净化的机理进行详细说明。图5为概略地表示氧吸藏量少的状态的上游侧催化剂20的图。在图5中，用箭头表示排气流动方向。在该例中，浓空燃比的排气向上游侧催化剂20持续流入。如果浓空燃比的排气向上游侧催化剂20流入，则为了净化未燃气体而释放被上游侧催化剂20吸藏了的氧。被上游侧催化剂20吸藏的氧从上游侧催化剂20的排气流动方向上游侧顺序地释放。因此，在图5的例子中，仅在上游侧催化剂20的下游侧残留着吸藏有氧的氧吸藏区域20c。
在浓空燃比的排气中主要包含一氧化碳(CO)、烃(HC)、氮氧化物(NOx)、氧(O2)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)、氢(H2)以及氮(N2)。空燃比的浓程度越大，排气中的烃以及一氧化碳的浓度越高，排气中的NOx的浓度越低。当在图5所示的状态下排气向上游侧催化剂20流入时，最初在上游侧催化剂20的上游侧区域20a中，在燃烧室5中未被燃烧的未燃氧通过下述的氧消耗反应(1)被消耗。
O2+HC+CO+H2→H2O+CO2…(1)
上游侧区域20a与氧吸藏区域20c之间的区域，是释放了所吸藏的氧的大部分的浓区域20b。浓区域20b在图5中用斜线表示。在浓区域20b中，发生下述的水煤气变换反应(2)以及水蒸气重整反应(3)。
CO+H2O→H2+CO2…(2)
HC+H2O→CO+H2…(3)
另外，在浓区域20b中，通过下述的NO净化反应(4)而生成氨(NH3)。
NO+CO+H2→N2+H2O+CO2+NH3…(4)
另外，在浓区域20b中也少许地残留着氧。另外，氢与氧的反应性高于氨与氧的反应性。因此，在浓区域20b中发生下述的氢氧化反应(5)，从而通过上述的水煤气变换反应(2)以及水蒸气重整反应(3)而生成的氢的一部分被氧化。
H2+O→H2O…(5)
另一方面，在氧吸藏区域20c中吸藏有充分量的氧。因此，在浓区域20b中未被氧化的氢，在氧吸藏区域20c中通过上述的氢氧化反应(5)而变化为水。另外，在浓区域20b中通过上述的NO净化反应(4)而生成的氨在氧吸藏区域20c中通过下述的氨氧化反应(6)而被净化成为水以及氮。
NH3+O→H2O+N2…(6)
通过上述的化学反应，在上游侧催化剂20中，排气中的有害物质被净化。因此，在上游侧催化剂20中吸藏有氧的状态下，从上游侧催化剂20流出的排气(以下称作“流出排气”)中主要包含二氧化碳、水以及氮。
另一方面，图6为概略地表示氧吸藏量大致为零的状态的上游侧催化剂20的图。在图5的状态下，当浓空燃比的排气进一步向上游侧催化剂20流入时，氧吸藏区域20c的氧被释放，如图6所示，氧吸藏区域20c变化为浓区域20b。浓区域20b在图6中用斜线表示。
在图6的例子中，浓空燃比的排气向上游侧催化剂20流入。当浓空燃比的排气向上游侧催化剂20流入时，与图5的例子同样地，最初，在上游侧区域20a中，在燃烧室5内未被燃烧的未燃氧通过上述的氧消耗反应(1)被消耗。接着，在浓区域20b中，发生上述的水煤气变换反应(2)、水蒸气重整反应(3)、NO净化反应(4)以及氢氧化反应(5)。
在图6所示的上游侧催化剂20中不存在氧吸藏区域20c。因此，在浓区域20b中通过上述的NO净化反应(4)而生成的氨不被氧化而从上游侧催化剂20流出。另一方面，在浓区域20b中通过上述的水煤气变换反应(2)以及水蒸气重整反应(3)而生成的氢的一部分，通过上述的氢氧化反应(5)而被氧化，直至浓区域20b的氧枯竭为止。因此，流出排气中的氢浓度的上升速度比流出排气中的氨浓度的上升速度慢。
图7为浓空燃比的排气向吸藏有氧的上游侧催化剂20持续流入时的流出排气中的各成分浓度的时间图。在该例中，在时刻t1，由于浓空燃比的排气而导致上游侧催化剂20的氧吸藏区域20c消失，上游侧催化剂20成为图6的状态。在图6的状态下，氨未被氧化，因此在时刻t1以后，排气中的氨浓度急剧地上升。另一方面，如上所述，氢与氧的反应性高于氨与氧的反应性。因此，氢被氧化直至上游侧催化剂20的浓区域20b中的氧枯竭为止。其结果，在时刻t1以后，排气中的氢浓度比氨浓度慢地上升。
另外，在时刻t1以后，发生上游侧催化剂20的浓中毒，上游侧催化剂20的贵金属被排气中的浓成分(HC、CO等)覆盖，因此水煤气变换反应的反应性降低。其结果，在时刻t1以后，一氧化碳从上游侧催化剂20流出，排气中的一氧化碳浓度逐渐地上升。此时，排气中的一氧化碳浓度比氨浓度慢地上升。其后，当上游侧催化剂20的浓中毒发展，水煤气变换反应的反应性进一步降低时，排气中的氢浓度逐渐地降低。
另外，当上游侧催化剂20的浓中毒发展时，水蒸气重整反应的反应性也降低。因此，时刻t1之后的时刻t2以后，烃从上游侧催化剂20流出，排气中的烃浓度逐渐地上升。
氨传感器46通过分解流出排气中的氨来检测流出排气中的氨浓度。因此，流出排气中的氨浓度越高，氨传感器46的输出值就越大。如上所述，若上游侧催化剂20的氧吸藏量接近于零，则在流出排气中，氨浓度比未燃气体(烃、一氧化碳等)的浓度早地上升。因此，在检测到氨传感器46的输出变化时，从上游侧催化剂20流出的未燃气体的量尚少。
＜内燃机的排气净化装置＞
以下，对本发明的第一实施方式涉及的内燃机100的排气净化装置(以下简称为“排气净化装置”)进行说明。排气净化装置具备上游侧催化剂20、下游侧催化剂24、在排气通路中配置在上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧的氨检测装置、和将流入排气的空燃比控制为目标空燃比的空燃比控制部。在本实施方式中，排气中的有害物质基本上在上游侧催化剂20中被净化，下游侧催化剂24被辅助性地使用。因此，排气净化装置也可以不具备下游侧催化剂24。
氨检测装置检测流出排气中的氨浓度。在本实施方式中，氨传感器46作为氨检测装置发挥作用。另外，ECU31作为空燃比控制部发挥作用。
空燃比控制部，在将流入排气的空燃比控制为目标空燃比时，设定流入排气的目标空燃比，并控制向燃烧室5供给的燃料量，使得流入排气的空燃比与目标空燃比一致。空燃比控制部51能够通过控制燃料喷射阀11等来控制向燃烧室5供给的燃料量。
例如，空燃比控制部对向燃烧室5供给的燃料量进行反馈控制，使得由上游侧空燃比传感器40检测出的空燃比与目标空燃比一致。在该情况下，上游侧空燃比传感器40作为排气净化装置的构成要素发挥作用。再者，空燃比控制部51也可以不使用上游侧空燃比传感器40就控制向燃烧室5供给的燃料量。在该情况下，空燃比控制部51向燃烧室5供给根据由空气流量计39等检测出的吸入空气量和目标空燃比算出的量的燃料，使得向燃烧室5供给的燃料和空气的比率与目标空燃比一致。因此，也可以从内燃机100省略上游侧空燃比传感器40。
为了将内燃机100的排气排放维持在良好的状态，需要维持上游侧催化剂20的氧吸藏能力、抑制上游侧催化剂20的排气净化性能的降低。为了维持上游侧催化剂20的氧吸藏能力，优选使上游侧催化剂20的氧吸藏量定期地变动,以避免上游侧催化剂20的氧吸藏量被维持为一定。为此，空燃比控制部执行使目标空燃比比理论空燃比浓的浓控制，以使得上游侧催化剂20的氧吸藏量减少。空燃比控制部将浓控制中的目标空燃比设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比。浓设定空燃比被预先设定，被设定为例如12.5～14.5的范围内。
但是，如果执行浓控制，则从燃烧室5排出至排气通路的未燃气体的量增加。因此，如果上游侧催化剂20的氧枯竭后也继续浓控制，则大量的未燃气体从上游侧催化剂20流出，排气排放恶化。
在本实施方式中，为了抑制大量的未燃气体从上游侧催化剂20流出，空燃比控制部在浓控制中氨传感器46的输出值上升至基准值时，使目标空燃比比理论空燃比稀。即，空燃比控制部，在浓控制中氨传感器46的输出值上升至基准值时，结束浓控制，并且执行使目标空燃比比理论空燃比稀的稀控制，以使得上游侧催化剂20的氧吸藏量增加。基准值被预先设定，并且是与排气中的氨的规定浓度(例如10ppm)相当的值。再者，基准值为在氨从上游侧催化剂20开始流出时由氨传感器46检测出的值。另外，空燃比控制部将稀控制中的目标空燃比设定为比理论空燃比稀的稀设定空燃比。稀设定空燃比被预先设定，被设定为例如14.7～15.5的范围内。
通过上述的控制，能够在上游侧催化剂20的氧枯竭从而大量的未燃气体从上游侧催化剂20流出之前，使从燃烧室5排出至排气通路的未燃气体的量减少，并且使上游侧催化剂20的氧吸藏量恢复。因此，在本实施方式中，能够抑制在使空燃比为浓的情况下从上游侧催化剂20流出的未燃气体的量。
＜使用时间图的空燃比控制的说明＞
以下，参照图8的时间图来对本实施方式中的空燃比控制进行具体说明。图8为执行浓控制时的流入排气的目标空燃比、上游侧催化剂20的氧吸藏量以及氨传感器46的输出值的时间图。
在图示的例子中，在时刻t0，流入排气的目标空燃比被设定为理论空燃比(14.6)。另外，在时刻t0，在上游侧催化剂20中吸藏有低于最大能吸藏氧量Cmax的充分量的氧。因此，氨传感器46的输出值为零。
其后，在时刻t1，开始浓控制，流入排气的目标空燃比从理论空燃比被切换为浓设定空燃比TAFrich。其结果，在时刻t1以后，上游侧催化剂20的氧吸藏量逐渐地降低。
如果上游侧催化剂20的氧吸藏量接近于零，则上游侧催化剂20中的氨的氧化反应被抑制，氨从上游侧催化剂20开始流出。其结果，氨传感器46的输出值从零上升，并在时刻t2达到基准值Iref。
因此，在时刻t2，目标空燃比被设定为稀设定空燃比TAFlean，开始稀控制。即，将目标空燃比从浓设定空燃比TAFrich切换为稀设定空燃比TAFlean。此时，上游侧催化剂20的氧吸藏量多于零，因此未燃气体几乎未从上游侧催化剂20流出。其后，在将目标空燃比维持在稀设定空燃比TAFlean规定时间后，在时刻t3将目标空燃比再次设定为理论空燃比。
＜目标空燃比设定处理＞
以下，参照图9的流程图来对在本实施方式中执行浓控制时的空燃比控制进行说明。图9为表示本发明的第一实施方式中的目标空燃比设定处理的控制程序的流程图。本控制程序在内燃机100起动后由ECU31以规定的时间间隔反复执行。
最初，在步骤S101中，空燃比控制部判定执行条件是否成立。例如，空燃比控制部，在氨传感器46活化了的情况下判定为执行条件成立，在氨传感器46未活化的情况下判定为执行条件不成立。空燃比控制部，在氨传感器46的传感元件的温度为规定温度以上的情况下判定为氨传感器46活化了。传感元件的温度基于传感元件的阻抗等来算出。
在步骤S101中判定为执行条件不成立的情况下，本控制程序结束。另一方面，在步骤S101中判定为执行条件成立的情况下，本控制程序进入至步骤S102。
在步骤S102中，空燃比控制部判定浓控制是否被执行。例如，浓控制为了使上游侧催化剂20的氧吸藏量定期地变动而以规定的执行间隔执行。另外，在执行了停止向内燃机100的燃烧室5的燃料供给的燃料切断控制的情况下，大量的氧向上游侧催化剂20流入，上游侧催化剂20的氧吸藏量达到最大能吸藏氧量。因此，为了减少上游侧催化剂20的氧吸藏量，在燃料切断控制结束了时也开始浓控制。空燃比控制部在开始浓控制时将流入排气的目标空燃比TAF设定为浓设定空燃比TAFrich。
在步骤S102中判定为浓控制未被执行的情况下，本控制程序结束。另一方面，在步骤S102中判定为浓控制被执行的情况下，本控制程序进入至步骤S103。
在步骤S103中，空燃比控制部判定氨传感器46的输出值I是否为基准值Iref以上。在判定为氨传感器46的输出值I小于基准值Iref的情况下，本控制程序结束。在该情况下，目标空燃比TAF被维持在浓设定空燃比TAFrich。另一方面，在判定为氨传感器46的输出值I为基准值Iref以上的情况下，本控制程序进入至步骤S104。
在步骤S104中，空燃比控制部将目标空燃比TAF设定为稀设定空燃比TAFlean。因此，空燃比控制部将目标空燃比从浓设定空燃比TAFrich切换为稀设定空燃比TAFlean。即，空燃比控制部结束浓控制并开始稀控制。步骤S104之后，本控制程序结束。
＜第二实施方式＞
第二实施方式涉及的排气净化装置，除了以下说明的点以外，基本上与第一实施方式涉及的排气净化装置的构成以及控制同样。因此，以下对于本发明的第二实施方式以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。
第二实施方式涉及的排气净化装置还具备空燃比检测装置，所述空燃比检测装置在排气通路中配置于上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧。空燃比检测装置检测流出排气的空燃比。
图10为概略地表示设置有本发明的第二实施方式涉及的内燃机100a的排气净化装置的内燃机100a的排气通路的一部分的图。在第二实施方式中，在排气管22内、即上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧配置有检测在排气管22内流动的排气(即流出排气)的空燃比的下游侧空燃比传感器41。下游侧空燃比传感器41的输出与上游侧空燃比传感器40同样地被发送至ECU31。在第二实施方式中，下游侧空燃比传感器41具有与上游侧空燃比传感器40相同的构成。另外，下游侧空燃比传感器41作为排气净化装置的空燃比检测装置发挥作用。
在第二实施方式中，空燃比控制部交替地执行使目标空燃比比理论空燃比稀的稀控制、和使目标空燃比比理论空燃比浓的浓控制。空燃比控制部，在浓控制中，氨传感器46的输出值上升至基准值时，将目标空燃比从浓设定空燃比切换为稀设定空燃比，在稀控制中，由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比上升至稀判定空燃比时，将目标空燃比从稀设定空燃比切换为浓设定空燃比。
稀判定空燃比被预先设定，被设定为比理论空燃比稀的值。即使上游侧催化剂20的氧量低于最大能吸藏氧量，由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比有时也少许地偏离理论空燃比。因此，浓判定空燃比被设定为虽然靠近理论空燃比、但是在上游侧催化剂20的氧量低于最大能吸藏氧量时不能够由下游侧空燃比传感器41检测出的值。稀判定空燃比为例如14.65。再者，稀控制中的稀设定空燃比被设定为比稀判定空燃比稀的值。
＜使用时间图的空燃比控制的说明＞
以下，参照图11的时间图来对第二实施方式中的空燃比控制进行具体说明。图11为执行第二实施方式中的空燃比控制时的流入排气的目标空燃比、上游侧催化剂20的氧吸藏量、由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比(下游侧空燃比传感器41的输出空燃比)以及氨传感器46的输出值的时间图。
在图示的例子中，在时刻t0，流入排气的目标空燃比被设定为稀设定空燃比TAFlean。即，在时刻t0，稀控制被执行。因此，在时刻t0，上游侧催化剂20的氧吸藏量增加。
时刻t0之后，上游侧催化剂20的氧吸藏量接近于最大能吸藏氧量Cmax，氧和NOx从上游侧催化剂20开始流出。其结果，在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比上升至稀判定空燃比AFlean。此时，上游侧催化剂20的氧吸藏量为最大能吸藏氧量Cmax。
在时刻t1，将目标空燃比从稀设定空燃比TAFlean切换为浓设定空燃比TAFrich，开始浓控制。因此，时刻t1之后，上游侧催化剂20的氧吸藏量逐渐地减少，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比降低至理论空燃比。
当上游侧催化剂20的氧吸藏量接近于零时，则上游侧催化剂20中的氨的氧化反应被抑制，氨从上游侧催化剂20开始流出。其结果，氨传感器46的输出值从零上升，在时刻t2达到基准值Iref。因此，在时刻t2，将目标空燃比从浓设定空燃比TAFrich切换为稀设定空燃比TAFlean，开始稀控制。
时刻t2之后，当上游侧催化剂20的氧吸藏量接近于最大能吸藏氧量Cmax时，则氧和NOx从上游侧催化剂20开始流出。其结果，在时刻t3，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比上升至稀判定空燃比AFlean。因此，在时刻t3，将目标空燃比从稀设定空燃比TAFlean切换为浓设定空燃比TAFrich，再次开始浓控制。其后，反复进行上述的时刻t1～时刻t3的控制。
如上所述，如果将上游侧催化剂20的氧吸藏量维持为一定，则上游侧催化剂20的氧吸藏能力降低。在第二实施方式中，如图11所示，通过反复进行稀控制和浓控制，上游侧催化剂20的氧吸藏量总是变动。因此，能够更进一步抑制上游侧催化剂20的排气净化性能的降低。
另外，在第二实施方式中也执行图9所示的目标空燃比设定处理的控制程序。再者，空燃比控制部也可以执行规定时间的稀控制。即，空燃比控制部也可以在从开始稀控制起经过了规定时间时将目标空燃比从稀设定空燃比切换为浓设定空燃比。规定时间被预先设定，被设定为在稀控制中上游侧催化剂20的氧吸藏量未达到最大能吸藏氧量的值。
另外，空燃比控制部也可以在稀控制中上游侧催化剂20的氧吸藏量的推定值上升至基准量时，将目标空燃比从稀设定空燃比切换为浓设定空燃比。基准量被预先设定，被设定为比上游侧催化剂20的最大能吸藏氧量少的值。上游侧催化剂20的氧吸藏量的推定值，基于由上游侧空燃比传感器40检测出的空燃比或流入排气的目标空燃比、燃料喷射阀11的燃料喷射量等来算出。
在执行这些代替性的控制的情况下，能够抑制在稀控制结束时、即浓控制开始时NOx从上游侧催化剂20流出。另外，由于下游侧空燃比传感器41的输出未被用于空燃比控制，因此排气净化装置也可以不具备下游侧空燃比传感器41。
＜第三实施方式＞
第三实施方式涉及的排气净化装置，除了以下说明的点以外，基本上与第一个实施方式涉及的排气净化装置的构成以及控制同样。因此，以下对于本发明的第三实施方式以与第一个实施方式不同的部分为中心进行说明。
在流出排气的温度高的情况下，从上游侧催化剂20流出的氨因排气的热而分解。因此，流出排气的温度越高，从上游侧催化剂20流出的氨的量越少，流出排气中的氨浓度的变化量越小。其结果，存在不能够检测出氨浓度的变化、不能够在大量的未燃气体从上游侧催化剂20流出之前将流入排气的目标空燃比切换为稀设定空燃比的可能性。
因此，在第三实施方式中，根据流出排气的温度来使将目标空燃比切换为稀设定空燃比时的氨浓度的阈值变化。第三实施方式涉及的排气净化装置还具备检测流出排气的温度的温度检测部。在第三实施方式中，ECU31作为空燃比控制部以及温度检测部发挥作用。
图12为概略地表示设置有本发明的第三实施方式涉及的内燃机100b的排气净化装置的内燃机100b的排气通路的一部分的图。例如，温度检测部使用温度传感器47来检测流出排气的温度。该情况下，温度传感器47作为排气净化装置的构成要素发挥作用。如图12所示，温度传感器47配置在上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧，具体地讲，配置在上游侧催化剂20与下游侧催化剂24之间的排气管22内。温度传感器47的输出被发送至ECU31。
再者，温度检测部也可以检测上游侧催化剂20的温度。该情况下，温度传感器47配置在内置了上游侧催化剂20的上游侧壳体21中。另外，温度检测部也可以基于内燃机100b的运转状态来推定上游侧催化剂20或流出排气的温度。在该情况下，排气净化装置也可以不具备温度传感器47。
例如，温度检测部基于吸入空气量来推定上游侧催化剂20或流出排气的温度。吸入空气量例如通过空气流量计39来检测。吸入空气量越多，温度检测部53将上游侧催化剂20或流出排气的温度推定得越高。
与第一个实施方式同样地，空燃比控制部在浓控制中氨传感器46的输出值上升至基准值时使目标空燃比比理论空燃比稀。另外，在第三实施方式中，由温度检测部检测或推定出的温度越高，空燃比控制部使基准值越小。在第三实施方式中，通过该控制，能够抑制：不能够检测出氨浓度的变化从而大量未燃气体从上游侧催化剂20流出的情况。再者，如上述那样，吸入空气量越多，上游侧催化剂20或流出排气的温度被推定得越高，因此，吸入空气量越多，空燃比控制部也可以使基准值越小。
例如，空燃比控制部使用图13所示那样的映射图(map)来设定基准值比。在该映射图中，基准值作为流出排气的温度的函数表示。如图13中以实线所示那样，基准值随着流出排气的温度变高而线性地减小。再者，如图13中以虚线所示那样，基准值也可以随着流出排气的温度变高而阶段性(阶梯状)地减小。
＜基准值设定处理＞
图14为表示本发明的第三实施方式中的基准值设定处理的控制程序的流程图。本控制程序在内燃机100b起动后由ECU31以规定的时间间隔反复执行。
最初，在步骤S201中，空燃比控制部取得流出排气的温度。流出排气的温度由温度检测部检测或推定。接着，在步骤S202中，空燃比控制部基于流出排气的温度来设定基准值Iref。例如，空燃比控制部使用图13所示那样的映射图来设定基准值Iref。步骤S202之后，本控制程序结束。再者，在步骤S201中，空燃比控制部也可以取得上游侧催化剂20的温度。上游侧催化剂20的温度由温度检测部检测或推定。
另外，在第三实施方式中也执行图9所示的目标空燃比设定处理的控制程序。在第三实施方式中，在图9的步骤S103中使用在图14的步骤S202中所设定的基准值Iref。
＜第四实施方式＞
第四实施方式涉及的排气净化装置，除了以下说明的点以外，基本上与第一个实施方式涉及的排气净化装置的构成以及控制同样。因此，以下对于本发明的第四实施方式以与第一个实施方式不同的部分为中心进行说明。
如上所述，在流出排气的温度高的情况下，从上游侧催化剂20流出的氨因排气的热而分解。因此，流出排气的温度越高，从上游侧催化剂20流出的氨的量越少，检测到流出排气中的氨浓度的变化的定时(timing)越延迟。其结果，存在以下风险：即便在检测到氨浓度的变化时使流入排气的目标空燃比成为稀设定空燃比，也不能够有效地抑制从上游侧催化剂20流出的未燃气体的量。
因此，在第四实施方式中，根据流出排气的温度而使浓控制中的浓设定空燃比的值变化。第四实施方式涉及的排气净化装置，与第三实施方式同样地，还具备检测或推定流出排气的温度的温度检测部。在第四实施方式中，ECU31作为空燃比控制部以及温度检测部发挥作用。
在第四实施方式中，由温度检测部检测或推定出的温度越高，空燃比控制部使浓控制中的目标空燃比的浓程度越小。换言之，由温度检测部检测或推定出的温度越高，空燃比控制部使浓设定空燃比处于越稀侧(越接近于理论空燃比)。在第四实施方式中，通过该控制，能够抑制在使流入排气的目标空燃比成为稀设定空燃比的定时延迟时大量的未燃气体从上游侧催化剂20流出的情况。再者，如关于第三实施方式进行了上述那样，吸入空气量越多，上游侧催化剂20或流出排气的温度被推定得越高。因此，吸入空气量越多，空燃比控制部也可以使浓控制中的目标空燃比的浓程度越小。再者，浓程度意指被设定为比理论空燃比浓的值的目标空燃比与理论空燃比之差。
例如，空燃比控制部使用图15所示的映射图来设定浓设定空燃比。在该映射图中，浓设定空燃比作为流出排气的温度的函数表示。如图15中以实线所示那样，随着流出排气的温度变高，浓设定空燃比线性地变稀(增高)。再者，浓设定空燃比也可以如图15中以虚线所示那样，随着流出排气的温度变高，阶段性(阶梯状)地变稀。
＜浓设定空燃比设定处理＞
图16为表示本发明的第四实施方式中的浓设定空燃比设定处理的控制程序的流程图。本控制程序在内燃机100b起动后由ECU31以规定的时间间隔反复执行。
最初，在步骤S401中，空燃比控制部取得流出排气的温度。流出排气的温度由温度检测部检测或推定。接着，在步骤S402中，空燃比控制部基于流出排气的温度来设定浓设定空燃比TAFrich。例如，空燃比控制部使用图15所示的映射图来设定浓设定空燃比TAFrich。步骤S402之后，本控制程序结束。再者，在步骤S401中，空燃比控制部也可以取得上游侧催化剂20的温度。上游侧催化剂20的温度由温度检测部检测或推定。
另外，在第四实施方式中也执行图9所示的目标空燃比设定处理的控制程序。在第四实施方式中，在浓控制中，将流入排气的目标空燃比设定为在图16的步骤S402中所设定的浓设定空燃比TAFrich。
＜第五实施方式＞
第五实施方式涉及的排气净化装置，除了以下说明的点以外，基本上与第一个实施方式涉及的排气净化装置的构成以及控制同样。因此，以下对于本发明的第五实施方式以与第一个实施方式不同的部分为中心进行说明。
第五实施方式涉及的排气净化装置，与第二实施方式同样地，还具备空燃比检测装置，所述空燃比检测装置在排气通路中配置上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧。与第二实施方式同样地，图10所示的下游侧空燃比传感器41作为空燃比检测装置发挥作用。
如上述那样，在流出排气中，氨浓度比未燃气体的浓度快地上升。因此，通常，与流出排气的空燃比变化相比，先检测到流出排气中的氨浓度的变化。
但是，如上述那样，在流出排气的温度高的情况下，从上游侧催化剂20流出的氨因排气的热而分解。因此，在流出排气的温度非常高的情况下，有时不能检测到流出排气中的氨浓度的变化。
另外，氨传感器46随着使用而逐渐地劣化。在因劣化等而使氨传感器46的输出特性发生了异常的情况下，有时由氨传感器46检测到流出排气中的氨浓度的变化的定时比大量的未燃气体从上游侧催化剂20开始流出的定时晚。
因此，在第五实施方式中，空燃比控制部，在浓控制中，在氨传感器46的输出值上升至基准值之前，由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比降低至浓判定空燃比的情况下，在由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比降低至浓判定空燃比时使目标空燃比比理论空燃比稀。另一方面，空燃比控制部，在浓控制中，在由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比降低至浓判定空燃比之前，氨传感器46的输出值上升至基准值的情况下，在氨传感器46的输出值上升至基准值时使目标空燃比比理论空燃比稀。
浓判定空燃比被预先设定，被设定为比理论空燃比浓的值。即使上游侧催化剂20吸藏有氧，由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比有时也少许地偏离理论空燃比。因此，浓判定空燃比被设定为虽然靠近理论空燃比、但是在上游侧催化剂20中残留有氧时不能够由下游侧空燃比传感器41检测出的值。浓判定空燃比为例如14.55。再者，浓控制中的浓设定空燃比被设定为比浓判定空燃比浓的值。
通过上述的控制，即使是氨传感器46的输出没有变化的情况或氨传感器46的输出变化延迟了的情况，也能够在由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比降低至浓判定空燃比时结束浓控制。因此，能够抑制：大量的未燃气体从上游侧催化剂20开始流出后也继续浓控制，从而大量的未燃气体从上游侧催化剂20流出。
＜目标空燃比设定处理＞
图17为表示本发明的第五实施方式中的目标空燃比设定处理的控制程序的流程图。本控制程序在内燃机100起动后由ECU31以规定的时间间隔反复执行。
最初，在步骤S301中，空燃比控制部判定执行条件是否成立。例如，空燃比控制部，在下游侧空燃比传感器41和氨传感器46活化了的情况下判定为执行条件成立，在下游侧空燃比传感器41和氨传感器46中的至少一方没有活化的情况下判定为执行条件不成立。空燃比控制部，在下游侧空燃比传感器41和氨传感器46的传感元件的温度为规定温度以上的情况下，判定为下游侧空燃比传感器41和氨传感器46活化了。传感元件的温度基于传感元件的阻抗等来算出。
在步骤S301中判定为执行条件不成立的情况下，本控制程序结束。另一方面，在步骤S301中判定为执行条件成立的情况下，本控制程序进入至步骤S302。
在步骤S302中，与图9的步骤S102同样地，空燃比控制部判定浓控制是否被执行。在判定为浓控制未被执行的情况下，本控制程序结束。另一方面，在判定为浓控制被执行的情况下，本控制程序进入至步骤S303。
在步骤S303中，空燃比控制部判定氨传感器46的输出值I是否为基准值Iref以上。在判定为氨传感器46的输出值I低于基准值Iref的情况下，本控制程序进入至步骤S304。
在步骤S304中，空燃比控制部判定由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比AFdwn是否为浓判定空燃比AFrich以下。在判定为空燃比AFdwn比浓判定空燃比AFrich高(稀)的情况下，本控制程序结束。该情况下，目标空燃比TAF被维持为浓设定空燃比TAFrich。另一方面，在判定为空燃比AFdwn为浓判定空燃比AFrich以下的情况下，本控制程序进入至步骤S305。
另外，在步骤S303中判定为氨传感器46的输出值I为基准值Iref以上的情况下，本控制程序跳过步骤S304而进入至步骤S305。
在步骤S305中，空燃比控制部将目标空燃比TAF设定为稀设定空燃比TAFlean。因此，空燃比控制部将目标空燃比从浓设定空燃比TAFrich切换为稀设定空燃比TAFlean。即，空燃比控制部结束浓控制而开始稀控制。步骤S305之后，本控制程序结束。
＜第六实施方式＞
第六实施方式涉及的排气净化装置，除了以下说明的点以外，基本上与第一个实施方式涉及的排气净化装置的构成以及控制同样。因此，以下对于本发明的第六实施方式以与第一个实施方式不同的部分为中心进行说明。
图18为概略地表示设置有本发明的第六实施方式涉及的内燃机100c的排气净化装置的内燃机100c的图。在第六实施方式中，在排气管22内、即上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧配置有检测在排气管22内流动的排气(即从上游侧催化剂20流出的排气)中的氮氧化物浓度(NOx浓度)的氮氧化物传感器(NOx传感器)48。NOx传感器48在排气流动方向上配置于上游侧催化剂20与下游侧催化剂24之间。NOx传感器48的输出经由对应的AD转换器38而被输入至输入端口36。
在本实施方式中，NOx传感器48是通过检测在施加规定的电压时在传感器内流动的极限电流来算出排气中的NOx浓度的极限电流式NOx传感器。由于NOx传感器48本身是公知的，因此以下对NOx传感器48的构成以及NOx的检测原理进行简单说明。
图19是NOx传感器48的传感元件48a的截面图。如图19所示，NOx传感器48的传感元件48a具备：被测气体室60、第一基准气体室61、第二基准气体室62、传感单元71、泵单元72、监测单元73以及加热器75。流出排气作为被测气体经由扩散律速层63而被导入至被测气体室60中。基准气体被导入至第一基准气体室61以及第二基准气体室62中。基准气体为例如大气。在该情况下，第一基准气体室61以及第二基准气体室62对大气开放。
传感单元71是具有传感器用固体电解质层、第一电极81以及第二电极82的电化学单元。在本实施方式中，第一固体电解质层88作为传感器用固体电解质层发挥作用。第一电极81以暴露于被测气体室60内的被测气体中的方式配置在第一固体电解质层88的被测气体室60侧的表面上。另一方面，第二电极82以暴露于第一基准气体室61内的基准气体中的方式配置在第一固体电解质层88的第一基准气体室61侧的表面上。第一电极81和第二电极82以夹着第一固体电解质层88而彼此对向的方式配置。第一电极81由具有NOx分解功能的材料构成。
泵单元72是具有泵用固体电解质层、第三电极83以及第四电极84的电化学单元。在本实施方式中，第二固体电解质层89作为泵用固体电解质层发挥作用。第三电极83以暴露于被测气体室60内的被测气体中的方式配置在第二固体电解质层89的被测气体室60侧的表面上。另一方面，第四电极84以暴露于第二基准气体室62内的基准气体中的方式配置在第二固体电解质层89的第二基准气体室62侧的表面上。第三电极83和第四电极84以夹着第二固体电解质层89而彼此对向的方式配置。第三电极83由不具有NOx分解功能的材料构成。
监测单元73是具有监测器用固体电解质层、第五电极85以及第六电极86的电化学单元。在本实施方式中，第一固体电解质层88作为监测器用固体电解质层发挥作用。因此，在本实施方式中，传感器用固体电解质层和监测器用固体电解质层是共同的固体电解质层。第五电极85以暴露于被测气体室60内的被测气体中的方式配置在第一固体电解质层88的被测气体室60侧的表面上。另一方面，第六电极86以暴露于第一基准气体室61内的基准气体中的方式配置在第一固体电解质层88的第一基准气体室61侧的表面上。第五电极85和第六电极86以夹着第一固体电解质层88而彼此对向的方式配置。第五电极85由不具有NOx分解功能的材料构成。
如图19所示，泵单元72在被测气体的流动方向上配置在传感单元71的上游侧。监测单元73在被测气体的流动方向上配置在泵单元72与传感单元71之间。加热器75对传感元件48a、特别是传感单元71、泵单元72以及监测单元73进行加热。
再者，传感元件48a的具体构成也可以与图19所示的构成不同。例如，传感器用固体电解质层、泵用固体电解质层和监测器用固体电解质层，可以均为共同的固体电解质层，也可以为各自独立的固体电解质层。
被测气体中的NOx浓度使用NOx传感器48如以下那样检测。流出排气通过扩散律速层63而作为被测气体导入至被测气体室60内。导入至被测气体室60内的被测气体最初到达泵单元72。
被测气体(排气)不仅包含NOx(NO以及NO2)，也包含氧。在到达传感单元71的被测气体包含氧的情况下，由于泵氧作用而在传感单元71中流动电流。因此，如果被测气体中的氧浓度变动，则传感单元71的输出也变动，NOx浓度的检测精度降低。因此，为了使到达传感单元71的被测气体中的氧浓度一定，利用泵单元72将被测气体中的氧排出至第二基准气体室62中。
对泵单元72施加规定的电压。其结果，被测气体中的氧在第三电极83上变为氧离子。该氧离子经由泵用固体电解质层(在本实施方式中为第二固体电解质层89)而从第三电极(阴极)83移动至第四电极(阳极)84，并排出至第二基准气体室62中(泵氧作用)。因此，泵单元72能够将被测气体中的氧排出至第二基准气体室62中。另外，在泵单元72中流动与被测气体中的氧浓度相应的电流。因此，也能够通过检测泵单元72的输出来检测被测气体中的氧浓度、进而检测被测气体的空燃比。因此，泵单元72能够检测流出排气的空燃比。
另外，如果通过泵单元72而使被测气体中的氧浓度充分地降低，则发生2NO2→2NO+O2这一反应，被测气体中的NO2被还原为NO。因此，在被测气体到达传感单元71之前，被测气体中的NOx被单一气体化为NO。
通过了泵单元72的被测气体接下来到达监测单元73。监测单元73检测被测气体中的残留氧浓度。对监测单元73施加规定的电压。其结果，在监测单元73中，因泵氧作用而流动与被测气体中的氧浓度相应的电流。因此，能够通过检测监测单元73的输出来检测被测气体中的残留氧浓度。基于监测单元73的输出来反馈控制对泵单元72的施加电压，使得残留氧浓度变为规定的低浓度。其结果，到达传感单元71的被测气体中的氧浓度被控制为一定的值。
通过了监测单元73的被测气体接下来到达传感单元71。传感单元71通过分解被测气体中的NO来检测被测气体中的NOx浓度。对传感单元71施加规定的电压。其结果，被测气体中的NO在第一电极81被还原分解而产生氧离子。该氧离子经由传感器用固体电解质层(在本实施方式中为第一固体电解质层88)而从第一电极(阴极)81移动至第二电极(阳极)82，并被排出至第一基准气体室61中。由于在被测气体到达传感单元71之前被测气体中的NO2被单一气体化为NO，因此在传感单元71中因NO的分解而流动与被测气体中的NOx(NO以及NO2)浓度相应的电流。因此，能够通过检测传感单元71的输出来检测被测气体中的NOx浓度。因此传感单元71能够检测流出排气中的NOx浓度。
再者，在能够利用泵单元72除去被测气体中的大部分的氧的情况、或能够利用泵单元72使被测气体中的氧浓度成为大致一定的低浓度的情况下，也可以不利用监测单元73检测被测气体中的残留氧浓度。因此，NOx传感器48也可以不具备监测单元73而利用泵单元72和传感单元71来检测被测气体中的NOx浓度。
＜内燃机的排气净化装置＞
本发明的第六实施方式涉及的内燃机100c的排气净化装置，与第一个实施方式同样地，具备上游侧催化剂20、下游侧催化剂24、在排气通路中配置于上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧的氨检测装置、和将流入排气的空燃比控制为目标空燃比的空燃比控制部。再者，排气净化装置也可以不具备下游侧催化剂24。
NOx传感器48的传感单元71，由于构成第一电极81的材料也具有氨分解功能，因此除了分解被测气体中的NOx以外，也分解被测气体中的氨。因此，在流出排气包含氨且几乎不含NOx时，在传感单元71中因氨的分解而仅流动与流出排气中的氨浓度相应的电流。因此，传感单元71能够检测流出排气中的氨浓度。
因此，在第六实施方式中，NOx传感器48的传感单元71作为氨检测装置发挥作用。另外，在第六实施方式中也执行图9所示的目标空燃比设定处理的控制程序。
＜其他的实施方式＞
以上，对本发明涉及的优选的实施方式进行了说明，但是，本发明并不限定于这些实施方式，能够在权利要求书所记载的范围内实施各种修改以及变更。例如，上游侧空燃比传感器40也可以是配置在上游侧催化剂20的排气流动方向上游侧、并且对流入排气的空燃比为浓或稀的情况进行检测的氧传感器。同样地，下游侧空燃比传感器41(空燃比检测装置)也可以是配置在上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧、并且对流出排气的空燃比为浓或稀的情况进行检测的氧传感器。
另外，上述的实施方式能够任意组合来实施。例如，第六实施方式能够与第二实施方式～第五实施方式组合。在该情况下，作为氨检测装置，可使用NOx传感器48的传感单元71。另外，如上述那样，NOx传感器48的泵单元72能够检测流出排气的空燃比。因此，在第六实施方式与第二实施方式或第五实施方式组合的情况下，作为氨检测装置和空燃比检测装置，可使用NOx传感器48的传感单元71和泵单元72、或者NOx传感器48的传感单元71和下游侧空燃比传感器41。
另外，在第三实施方式～第五实施方式中，也可以如第二实施方式那样交替地执行稀控制和浓控制。另外，在第二实施方式或第五实施方式中，也可以如第三实施方式那样执行图14所示的基准值设定处理的控制程序。另外，在第二实施方式或第五实施方式中，也可以如第四实施方式那样执行图16所示的浓设定空燃比设定处理的控制程序。

Claims (6)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：
催化剂，其配置于内燃机的排气通路、且能够吸藏氧；
氨检测装置，其在所述排气通路中配置于所述催化剂的排气流动方向下游侧；和
空燃比控制部，其将向所述催化剂流入的流入排气的空燃比控制为目标空燃比，
所述空燃比控制部，执行使所述目标空燃比比理论空燃比浓的浓控制，在该浓控制中，所述氨检测装置的输出值上升至基准值时，使所述目标空燃比比理论空燃比稀。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
还具备空燃比检测装置，所述空燃比检测装置在所述排气通路中配置于所述催化剂的排气流动方向下游侧，
所述空燃比控制部，在所述浓控制中，在所述氨检测装置的输出值上升至所述基准值之前由所述空燃比检测装置检测出的空燃比降低至比理论空燃比浓的浓判定空燃比的情况下，在由该空燃比检测装置检测出的空燃比降低至该浓判定空燃比时使所述目标空燃比比理论空燃比稀。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，所述空燃比控制部交替地执行使所述目标空燃比比理论空燃比稀的稀控制和所述浓控制。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的内燃机的排气净化装置，
还具备温度检测部，所述温度检测部检测或推定所述催化剂的温度或从该催化剂流出的排气的温度，
由所述温度检测部检测或推定出的温度越高，所述空燃比控制部使所述基准值越小。
5.根据权利要求1～3的任一项所述的内燃机的排气净化装置，
还具备温度检测部，所述温度检测部检测或推定所述催化剂的温度或从该催化剂流出的排气的温度，
由所述温度检测部检测或推定出的温度越高，所述空燃比控制部使所述浓控制中的所述目标空燃比的浓程度越小。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的内燃机的排气净化装置，所述氨检测装置为NOx传感器的传感单元。
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