JP2003232771A - Apparatus for measuring concentration of gas and apparatus for cleaning exhaust gas of internal combustion engine - Google Patents

Apparatus for measuring concentration of gas and apparatus for cleaning exhaust gas of internal combustion engine

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JP2003232771A
JP2003232771A JP2002033175A JP2002033175A JP2003232771A JP 2003232771 A JP2003232771 A JP 2003232771A JP 2002033175 A JP2002033175 A JP 2002033175A JP 2002033175 A JP2002033175 A JP 2002033175A JP 2003232771 A JP2003232771 A JP 2003232771A
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JP
Japan
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pump cell
nox
gas
mode
electromotive force
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JP2002033175A
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Japanese (ja)
Inventor
Yusuke Suzuki
裕介 鈴木
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To implement both a function for measuring the concentration of NOx and a function as an O<SB>2</SB>sensor for indicating Z characteristics in an apparatus for measuring the concentration of gases and for measuring the concentration of NOx in exhaust gases. <P>SOLUTION: The apparatus for measuring the concentration of gases is provided with a pump cell 58 having both the characteristic of making a current flow corresponding to the amount of discharge of oxygen while discharging the oxygen from a chamber 4 for the gases to be measured by receiving the impression of a voltage and the characteristic of suddenly changing an electromotive force according to the presence or absence of the oxygen in the chamber 48 for the gases to be measured. A sensor cell 66 for making a current flow corresponding to the concentration of NOx in the gases to be measured by receiving the impression of a voltage is provided downstream of the pump cell 58. In the case of a request for detecting the concentration of NOx, a switch circuit 88 is switched to a grounding side to impress the voltage on the pump cell 58. In the case of a request for Z characteristics, the switch circuit 88 is switched to the side of an A/D converter 86 to drive the pump cell 58 in electromotive force type mode. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、ガス濃度測定装置
および内燃機関の排気ガス浄化装置に係り、特に、排気
ガス中のNOx濃度の測定に好適なガス濃度測定装置、お
よびその装置を利用した排気ガス浄化装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas concentration measuring device and an exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, and particularly to a gas concentration measuring device suitable for measuring NOx concentration in exhaust gas, and the device. Exhaust gas purification device

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えば特開2000−21413
0号公報には、排気ガス中に含まれるNOx濃度を検出す
るガス濃度センサが開示されている。このガス濃度セン
サは、ポンプセルとセンサセルを備えている。ポンプセ
ルは、所定の電圧印加を受けることにより、被測定ガス
室から酸素を排出(ポンピング)し、その排出量に応じ
た電流を流通させるという特性を有している。また、セ
ンサセルは、被測定ガス室に存在するNOxを窒素と酸素
に分解し、更に、所定電圧が印加された状況下では、被
測定ガス室中の酸素を排出し、その排出量に応じた電流
を流通させるという特性を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-21413.
Japanese Unexamined Patent Publication 0 discloses a gas concentration sensor that detects the NOx concentration contained in exhaust gas. This gas concentration sensor includes a pump cell and a sensor cell. The pump cell has a characteristic that oxygen is discharged (pumped) from the gas chamber to be measured when a predetermined voltage is applied, and a current corresponding to the discharged amount is passed. Further, the sensor cell decomposes NOx existing in the measured gas chamber into nitrogen and oxygen, and further, under the condition that a predetermined voltage is applied, discharges oxygen in the measured gas chamber, and according to the discharged amount. It has the property of passing an electric current.

【0003】上記従来のガス濃度センサは、被測定ガス
室の上流側にポンプセルを備え、その下流側にセンサセ
ルを備えている。この構成によれば、被測定ガス室に流
入した排気ガスから、先ず、ガス中に残存する酸素が除
去される。酸素の除去された排気ガスがセンサセルに到
達すると、ここでは、排気ガス中のNOxが窒素と酸素に
分解される。そして、センサセルは、その結果生じた酸
素の量、すなわち、排気ガス中のNOxの量に応じた電流
を発生させる。このため、上記従来のガス濃度センサに
よれば、センサセルを流通する電流の値に基づいて、排
気ガス中のNOx濃度を測定することができる。
The conventional gas concentration sensor described above includes a pump cell on the upstream side of the gas chamber to be measured and a sensor cell on the downstream side thereof. According to this structure, first, oxygen remaining in the gas is removed from the exhaust gas that has flowed into the measured gas chamber. When the exhaust gas from which oxygen has been removed reaches the sensor cell, NOx in the exhaust gas is decomposed into nitrogen and oxygen here. Then, the sensor cell generates a current according to the resulting amount of oxygen, that is, the amount of NOx in the exhaust gas. Therefore, the conventional gas concentration sensor described above can measure the NOx concentration in the exhaust gas based on the value of the current flowing through the sensor cell.

【0004】ところで、上述した従来のガス濃度センサ
において、ポンプセルは、既述した通り、所定の電圧が
印加された状況下では、排気ガスに含まれる酸素を排出
してその排出量に応じた電流を流通させる特性を有して
いる。つまり、上記従来のガス濃度センサにおいて、所
定電圧印加の下でポンプセルが流通させる電流の値は、
排気ガス中の酸素濃度に対応している。このため、上記
従来のガス濃度センサによれば、排気ガス中のNOx濃度
に加えて、排気ガス中の酸素濃度をも測定することがで
きる。
By the way, in the above-mentioned conventional gas concentration sensor, the pump cell, as described above, discharges oxygen contained in the exhaust gas under the condition that the predetermined voltage is applied, and the current corresponding to the discharged amount. Has the property of circulating. That is, in the above conventional gas concentration sensor, the value of the current passed by the pump cell under application of a predetermined voltage is
It corresponds to the oxygen concentration in the exhaust gas. Therefore, according to the conventional gas concentration sensor, the oxygen concentration in the exhaust gas can be measured in addition to the NOx concentration in the exhaust gas.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】内燃機関の制御には、
従来、Oセンサが広く利用されている。このOセンサ
は、被検出ガス中に酸素が残存するか否かに応じて著し
く出力を変化させる特性を有している。このような特性
は、例えば、排気空燃比がリーンであるかリッチである
かを判別する必要があるような場合には、被検出ガス中
の酸素濃度に対してリニアな変化を示す特性、つまり、
上述した従来のガス濃度センサにおいてポンプセルが示
す特性に比して有用である。
[Problems to be Solved by the Invention] To control an internal combustion engine,
Conventionally, O 2 sensors have been widely used. This O 2 sensor has a characteristic that the output is remarkably changed depending on whether oxygen remains in the gas to be detected. Such characteristics, for example, when it is necessary to determine whether the exhaust air-fuel ratio is lean or rich, a characteristic that shows a linear change with respect to the oxygen concentration in the gas to be detected, that is, ,
It is more useful than the characteristics of the pump cell in the conventional gas concentration sensor described above.

【0006】従って、NOx測定用のガス濃度センサに、
被検出ガス中のNOx濃度に応じた出力を発生する特性と
共に、Oセンサと同様の出力特性を与えることができ
れば、ガス濃度センサの有用性を更に高めることができ
る。本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、
被検出ガス中のNOx濃度を測定する機能と、被検出ガス
中の酸素の有無に応じて著しく出力を変化させる機能と
を併せ持つガス濃度センサを提供することを第1の目的
とする。また、本発明は、上記のガス濃度センサを利用
して、排気ガスの浄化能力を維持するための処理を実行
する内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを第2
の目的とする。
Therefore, in the gas concentration sensor for NOx measurement,
If the output characteristic similar to that of the O 2 sensor can be provided together with the characteristic of generating an output according to the NOx concentration in the gas to be detected, the usefulness of the gas concentration sensor can be further enhanced. The present invention has been made in view of the above points,
A first object of the present invention is to provide a gas concentration sensor having both the function of measuring the NOx concentration in the gas to be detected and the function of significantly changing the output depending on the presence or absence of oxygen in the gas to be detected. The present invention also provides an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, which uses the above gas concentration sensor to execute a process for maintaining the exhaust gas purifying ability.
The purpose of.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記第1の目的を達成するため、被測定ガス室に導かれ
た被測定ガス中のNOx濃度を測定するためのガス濃度測
定装置であって、所定の電圧印加を受けた場合に前記被
測定ガス室から酸素を排出しながらその排出量に応じた
電流を流通させる特性と、前記被測定ガス室に酸素が存
在するか否かに応じて起電力を急激に変化させる特性と
を有するポンプセルと、所定の電圧印加を受けることに
より、前記ポンプセルによって酸素が除去された後の被
測定ガスを対象として、その中に含まれるNOxの濃度に
応じた電流を流通させるセンサセルと、前記ポンプセル
に対して前記所定の電圧を印加するポンプセル電源と、
前記ポンプセルが流通させる電流を計測するポンプセル
電流計測手段と、前記センサセルに対して前記所定の電
圧を印加するセンサセル電源と、前記センサセルが流通
させる電流を計測するセンサセル電流計測手段と、前記
ポンプセルが前記所定の電圧の印加を受ける限界電流方
式モードと、その電圧の印加を受けない起電力式モード
とを切り替える切り替え手段と、前記起電力式モードが
実現されている場合に、前記ポンプセルの起電力を測定
する起電力測定手段と、を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is
In order to achieve the above-mentioned first object, a gas concentration measuring device for measuring the NOx concentration in a measurement gas introduced into a measurement gas chamber, the measurement target being subjected to a predetermined voltage application. A pump cell having a characteristic of flowing an electric current according to the amount of the discharged oxygen while discharging oxygen from the gas chamber, and a characteristic of rapidly changing the electromotive force according to whether oxygen is present in the gas chamber to be measured. , By applying a predetermined voltage, targeting the gas to be measured after oxygen is removed by the pump cell, a sensor cell for passing a current according to the concentration of NOx contained therein, and the pump cell A pump cell power supply for applying the predetermined voltage,
Pump cell current measuring means for measuring the current flowing through the pump cell, a sensor cell power supply for applying the predetermined voltage to the sensor cell, a sensor cell current measuring means for measuring the current flowing through the sensor cell, and the pump cell is A switching unit that switches between a limiting current mode mode in which a predetermined voltage is applied and an electromotive force mode in which the voltage is not applied, and an electromotive force of the pump cell when the electromotive force mode is realized. And an electromotive force measuring means for measuring.

【0008】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載のガス濃度測定装置であって、前記ポンプセルは、前
記被測定ガスに含まれるNOをNOに分解すると共に、そ
の分解の結果生じた酸素を前記被測定ガス室から排出す
る特性を更に有し、前記センサセルは、前記被測定ガス
中のNOxを窒素と酸素に分解し、前記所定の電圧印加を
受けることにより、その分解の結果生じた酸素を前記測
定ガス室から排出しながらその排出量に応じた電流を流
通させる特性を有することを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the gas concentration measuring device according to claim 1, wherein the pump cell decomposes NO 2 contained in the gas to be measured into NO, and a result of the decomposition. Further having a characteristic of discharging the generated oxygen from the measured gas chamber, the sensor cell decomposes NOx in the measured gas into nitrogen and oxygen, by receiving the predetermined voltage application, the decomposition of The resultant oxygen is discharged from the measurement gas chamber, and a characteristic of flowing an electric current according to the discharged amount is characterized.

【0009】また、請求項3記載の発明は、請求項2記
載のガス濃度測定装置であって、前記ポンプセルは、ジ
ルコニア層と、前記被測定ガス室に露出するように前記
ジルコニア層の一方の面に配置されたPt-Au合金電極
と、大気に露出するように前記ジルコニア層の他方の面
に配置されたPt電極とを備え、前記センサセルは、ジル
コニア層と、それぞれ前記被測定ガス室および大気に露
出するように前記ジルコニア層の両面に配置されたPt電
極とを備えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the gas concentration measuring apparatus according to the second aspect, the pump cell includes one of a zirconia layer and one of the zirconia layer so as to be exposed in the measured gas chamber. Pt-Au alloy electrode disposed on the surface, and a Pt electrode disposed on the other surface of the zirconia layer so as to be exposed to the atmosphere, the sensor cell, a zirconia layer, and the measured gas chamber and respectively. Pt electrodes arranged on both surfaces of the zirconia layer so as to be exposed to the atmosphere.

【0010】請求項4記載の発明は、上記第2の目的を
達成するため、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
排気通路に配置されるNOx吸蔵触媒と、前記NOx吸蔵触媒
の下流に配置される請求項1乃至3の何れか1項記載の
ガス濃度測定装置と、前記ポンプセルが前記限界電流方
式モードで駆動されている場合に、前記センサセルが流
通させる電流の値に基づいて、前記被測定ガス中のNOx
濃度を検出するNOx濃度検出手段と、前記NOx濃度が所定
の判定値より薄い場合に、混合気の空燃比をリーンに偏
った値に制御するリーン制御を実行するリーン制御実行
手段と、前記NOxが前記判定値以上となった場合に、混
合気の空燃比をリッチとするリッチスパイク制御を実行
するリッチスパイク制御実行手段と、前記NOxが前記判
定値以上となった後に、前記ポンプセルの駆動モード
を、前記限界電流方式モードから前記起電力式モードに
切り替える切り替え実行手段と、前記ポンプセルが前記
起電力式モードで駆動されている場合に、前記ポンプセ
ルの起電力がリーンに対応する値からリッチに対応する
値に反転したか否かを判別するリッチ反転判定手段と、
前記リッチスパイク制御が開始された後、前記ポンプセ
ルの起電力がリッチに対応する値に変化した時点で、前
記ポンプセルの駆動モードを前記限界電流方式モードに
切り替えると共に、前記リッチスパイク制御を終了し、
前記リーン制御を再開させるリーン制御再開手段と、を
備えることを特徴とする。
In order to achieve the second object, the invention according to claim 4 is an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine,
The NOx storage catalyst arranged in the exhaust passage, the gas concentration measuring device according to any one of claims 1 to 3 arranged downstream of the NOx storage catalyst, and the pump cell driven in the limiting current mode. In the case of, based on the value of the current flowing through the sensor cell, NOx in the measured gas
NOx concentration detection means for detecting the concentration, when the NOx concentration is less than a predetermined judgment value, lean control execution means for executing lean control for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to a value biased to lean, and the NOx Is equal to or more than the determination value, rich spike control execution means for performing rich spike control to make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture rich, and after the NOx is equal to or more than the determination value, the drive mode of the pump cell A switching execution means for switching from the limiting current method mode to the electromotive force mode, and when the pump cell is driven in the electromotive force mode, the electromotive force of the pump cell becomes rich from a value corresponding to lean. Rich inversion determination means for determining whether or not the value has been inverted to a corresponding value,
After the rich spike control is started, when the electromotive force of the pump cell changes to a value corresponding to rich, while switching the drive mode of the pump cell to the limiting current method mode, the rich spike control is terminated,
Lean control resuming means for resuming the lean control.

【0011】また、請求項5記載の発明は、請求項4記
載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記NOx吸
蔵触媒が劣化したか否かを判別する劣化状態判別手段
と、前記ポンプセルを前記起電力式モードで駆動しつ
つ、前記ポンプセルの起電力に基づいて、混合気の空燃
比がリッチに偏った所定値となるように触媒再生制御を
実行する触媒再生制御実行手段と、前記NOx吸蔵触媒が
劣化したと判別された場合に、前記触媒再生制御を開始
する触媒再生制御開始手段と、触媒再生制御の終了条件
が成立した時点で、前記ポンプセルの駆動モードを前記
限界電流方式モードに切り替えると共に、前記触媒再生
制御を終了し、前記リーン制御を再開させる触媒再生制
御終了手段と、を備えることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the fourth aspect, wherein the deterioration state determining means for determining whether or not the NOx storage catalyst has deteriorated, and the pump cell. While driving in the electromotive force mode, based on the electromotive force of the pump cell, catalyst regeneration control execution means for performing catalyst regeneration control so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes a predetermined value biased to rich, When it is determined that the NOx storage catalyst has deteriorated, the catalyst regeneration control start means for starting the catalyst regeneration control, and when the termination condition of the catalyst regeneration control is satisfied, the drive mode of the pump cell is set to the limiting current method mode. And a catalyst regeneration control terminating unit that terminates the catalyst regeneration control and restarts the lean control.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。尚、各図において共通す
る要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that elements common to each drawing are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0013】実施の形態1.図1は、本発明の実施の形
態1の構成を説明するための図である。図1に示すよう
に、内燃機関10には吸気通路12および排気通路14
が連通している。吸気通路12は、上流側の端部にエア
フィルタ16を備えている。エアフィルタ16には、吸
気温THA(すなわち外気温)を検出する吸気温センサ1
8が組み付けられている。
Embodiment 1. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 10 includes an intake passage 12 and an exhaust passage 14.
Are in communication. The intake passage 12 has an air filter 16 at the upstream end. The air filter 16 includes an intake air temperature sensor 1 for detecting the intake air temperature THA (that is, the outside air temperature).
8 is assembled.

【0014】エアフィルタ16の下流には、エアフロメ
ータ20が配置されている。エアフロメータ20は、吸
気通路12を流れる吸入空気量Gaを検出するセンサであ
る。エアフロメータ20の下流には、スロットルバルブ
22が設けられている。スロットルバルブ22の近傍に
は、スロットル開度TAを検出するスロットルセンサ24
と、スロットルバルブ22が全閉となることでオンとな
るアイドルスイッチ26とが配置されている。
An air flow meter 20 is arranged downstream of the air filter 16. The air flow meter 20 is a sensor that detects the intake air amount Ga flowing through the intake passage 12. A throttle valve 22 is provided downstream of the air flow meter 20. A throttle sensor 24 for detecting the throttle opening TA is provided near the throttle valve 22.
And an idle switch 26 that is turned on when the throttle valve 22 is fully closed.

【0015】スロットルバルブ22の下流には、サージ
タンク28が設けられている。また、サージタンクの更
に下流には、内燃機関10の吸気ポートに燃料を噴射す
るための燃料噴射弁30が配置されている。
A surge tank 28 is provided downstream of the throttle valve 22. Further, a fuel injection valve 30 for injecting fuel into an intake port of the internal combustion engine 10 is arranged further downstream of the surge tank.

【0016】排気通路14には、始動触媒32とNOx吸
蔵触媒34とが直列に配置されている。始動触媒32
は、酸化還元反応を利用して排気ガスの浄化を図る装置
であり、主として内燃機関10の始動直後に排気ガスを
浄化するために設けられている。NOx吸蔵触媒34は、
以下に説明する通り、排気ガスに含まれるNOxを吸蔵す
ることで排気ガスの浄化を図る装置である。
In the exhaust passage 14, a starting catalyst 32 and a NOx storage catalyst 34 are arranged in series. Starting catalyst 32
Is a device that purifies the exhaust gas by utilizing an oxidation-reduction reaction, and is provided mainly for purifying the exhaust gas immediately after the internal combustion engine 10 is started. The NOx storage catalyst 34 is
As described below, the device purifies exhaust gas by storing NOx contained in the exhaust gas.

【0017】すなわち、本実施形態の内燃機関10で
は、混合気の空燃比を理論空燃比よりリーンに制御する
リーン制御が実行される。排気ガスには、空燃比がリッ
チになるほどHCやCOなどの未燃成分が含まれやすく、一
方、空燃比がリーンになるほどNOxが含まれやすくな
る。このため、リーン制御の実行中は、内燃機関10か
ら、NOxを多量に含む排気ガスが排出される。
That is, in the internal combustion engine 10 of this embodiment, lean control is executed to control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Exhaust gas tends to contain unburned components such as HC and CO as the air-fuel ratio becomes richer, while NOx tends to be contained as the air-fuel ratio becomes leaner. Therefore, during execution of the lean control, the exhaust gas containing a large amount of NOx is discharged from the internal combustion engine 10.

【0018】NOx吸蔵触媒34は、自己の吸蔵能力の範
囲内でNOxを吸蔵することができると共に、NOxを吸蔵し
ている状況下でHCやCOを含む排気ガスが排出されてきた
場合は、吸蔵しているNOxを放出しながら、NOxに含まれ
る酸素を用いてHCやCOを還元することができる。本実施
形態の内燃機関10では、後述の如く、NOx吸蔵触媒3
4が吸蔵能力に余裕を有する間は、リーン制御を実行す
る。この間は、排気ガス中のNOxがNOx吸蔵触媒34に吸
蔵されることにより、排気ガスの浄化が図られる。
The NOx storage catalyst 34 can store NOx within the range of its own storage capacity, and when exhaust gas containing HC and CO is discharged while NOx is stored, While releasing the stored NOx, HC and CO can be reduced by using oxygen contained in NOx. In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, as will be described later, the NOx storage catalyst 3
The lean control is executed while the storage capacity of 4 has a margin. During this period, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage catalyst 34, so that the exhaust gas is purified.

【0019】また、本実施形態のシステムは、NOx吸蔵
触媒34の吸蔵能力に余裕がなくなると、短い期間だけ
(例えば5sec)空燃比をリッチ化するリッチスパイク
制御を実行する。リッチスパイク制御の実行中は、HCや
COを含む排気ガスがNOx吸蔵触媒34に流れ込む。この
間、NOx吸蔵触媒34は、NOxを放出することで吸蔵能力
を回復させながら、HCやCOの浄化を図る。本実施形態の
システムでは、このような処理が繰り返されることによ
り、常に良好な排気エミッション特性が維持される。
Further, the system of the present embodiment executes the rich spike control for enriching the air-fuel ratio for a short period (for example, 5 seconds) when the NOx storage catalyst 34 has no storage capacity. While executing rich spike control, HC and
Exhaust gas containing CO flows into the NOx storage catalyst 34. During this period, the NOx storage catalyst 34 purifies HC and CO while recovering the storage capacity by releasing NOx. In the system of the present embodiment, by repeating such processing, good exhaust emission characteristics are always maintained.

【0020】排気通路14には、NOx吸蔵触媒34の下
流にガス濃度測定装置36が配置されている。ガス濃度
測定装置36は、本実施形態の主要部であり、NOx吸蔵
触媒34の下流に流出してくる排気ガス中のNOx濃度を
測定する機能と、その排気ガス中に酸素が含まれている
か否かに応じた出力を発する機能を有している。尚、ガ
ス濃度測定装置36の構成は、後に図2を参照して詳細
に説明する。
In the exhaust passage 14, a gas concentration measuring device 36 is arranged downstream of the NOx storage catalyst 34. The gas concentration measuring device 36 is a main part of the present embodiment, and has a function of measuring the NOx concentration in the exhaust gas flowing out to the downstream of the NOx storage catalyst 34, and whether the exhaust gas contains oxygen. It has a function of issuing an output depending on whether or not it is. The configuration of the gas concentration measuring device 36 will be described later in detail with reference to FIG.

【0021】内燃機関10には、また、冷却水温THWを
測定するための水温センサ38など、様々なセンサが組
み付けられている。ガス濃度測定装置36は、それらの
センサと共に、ECU(Electronic Control Unit)40に接
続されている。ECU40は、本実施形態のシステムの制
御ユニットであり、上述した各種センサの出力等に基づ
いて、燃料噴射弁30等の制御を行う。
The internal combustion engine 10 is also equipped with various sensors such as a water temperature sensor 38 for measuring the cooling water temperature THW. The gas concentration measuring device 36 is connected to an ECU (Electronic Control Unit) 40 together with those sensors. The ECU 40 is a control unit of the system of the present embodiment, and controls the fuel injection valve 30 and the like based on the outputs of the various sensors described above.

【0022】図2は、本実施形態において用いられるガ
ス濃度測定装置36の構成、およびECU40が備えるガ
ス濃度測定装置36の駆動回路の構成を説明するための
図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the gas concentration measuring device 36 used in this embodiment and the configuration of the drive circuit of the gas concentration measuring device 36 included in the ECU 40.

【0023】図2に示すように、ガス濃度測定装置36
は、ジルコニア層42,44および絶縁層46を備えて
いる。2つのジルコニア層42および44の間には、被
測定ガス室48が設けられている。また、ジルコニア層
42および44に隣接する位置には、それらの層により
被測定ガス室48から隔絶された大気孔50,52が形
成されている。
As shown in FIG. 2, the gas concentration measuring device 36
Includes zirconia layers 42 and 44 and an insulating layer 46. A measured gas chamber 48 is provided between the two zirconia layers 42 and 44. Further, at positions adjacent to the zirconia layers 42 and 44, atmospheric holes 50 and 52 isolated from the measured gas chamber 48 by the layers are formed.

【0024】ガス濃度測定装置36には、被測定ガス室
48に通じる導入孔54が設けられている。導入孔54
は、排気通路14を流れる排気ガスを被測定ガス室48
に導くための通路であり、拡散抵抗層56を介して排気
通路14に連通している。拡散抵抗層56は、排気通路
14から導入孔54への排気ガスの流入を許容する多孔
質物質である。
The gas concentration measuring device 36 is provided with an introduction hole 54 communicating with the measured gas chamber 48. Introduction hole 54
Is the measured gas chamber 48 for the exhaust gas flowing through the exhaust passage 14.
To the exhaust passage 14 through the diffusion resistance layer 56. The diffusion resistance layer 56 is a porous material that allows the exhaust gas to flow from the exhaust passage 14 into the introduction hole 54.

【0025】導入孔54に流入した排気ガスは、所定の
流通経路に沿って被測定ガス室48の内部を進行する。
この流通経路において、最も上流に位置する部位には、
ポンプセル58が設けられている。ポンプセル58は、
ジルコニア層42と、その両側に配置されたPt-Au電極
60およびPt電極62とで構成されている。Pt-Au電極
60は、被測定ガス室48に露出するように設けられて
いる。また、Pt電極62は、大気孔50に露出するよう
に設けられている。
The exhaust gas flowing into the introduction hole 54 travels inside the measured gas chamber 48 along a predetermined flow path.
In this distribution route, the most upstream part is
A pump cell 58 is provided. The pump cell 58 is
The zirconia layer 42 and the Pt-Au electrode 60 and the Pt electrode 62 arranged on both sides of the zirconia layer 42. The Pt-Au electrode 60 is provided so as to be exposed in the measured gas chamber 48. Further, the Pt electrode 62 is provided so as to be exposed to the atmosphere hole 50.

【0026】ポンプセル58の下流には、センサセル6
6が設けられている。センサセル66は、ジルコニア層
44と、その両側に配置された2枚のPt電極72,74
とで構成されている。それらのPt電極72,74は、一
方の電極72が被測定ガス室48に露出し、また、他方
の電極74が大気孔52に露出するように設けられてい
る。
The sensor cell 6 is provided downstream of the pump cell 58.
6 is provided. The sensor cell 66 includes a zirconia layer 44 and two Pt electrodes 72 and 74 arranged on both sides thereof.
It consists of and. The Pt electrodes 72 and 74 are provided such that one electrode 72 is exposed to the gas chamber 48 to be measured and the other electrode 74 is exposed to the atmosphere hole 52.

【0027】Pt-Au電極60や、Pt電極62,72,7
4は、所定の活性温度に達すると、排気ガス中の酸素を
イオン化したり、排気ガス中のNOをNOに分解したり、
更には、排気ガス中のNOを窒素と酸素イオンとに分解し
たりする特性を発揮する。ガス濃度測定装置36は、そ
れらの電極を活性温度に昇温させるために、絶縁層46
の内部にヒータ97を備えている。
Pt-Au electrode 60 and Pt electrodes 62, 72, 7
When 4 reaches a predetermined activation temperature, oxygen in the exhaust gas is ionized, NO 2 in the exhaust gas is decomposed into NO,
Further, it exhibits the property of decomposing NO in the exhaust gas into nitrogen and oxygen ions. The gas concentration measuring device 36 uses an insulating layer 46 in order to raise the electrodes to an activation temperature.
Is equipped with a heater 97.

【0028】ガス濃度測定装置36の駆動回路は、CPU
80を備えている。CPU80には、ポンプセル58に印
加する電圧を制御するためのD/Aコンバータ82が接続
されている。このD/Aコンバータ82は、電流計測回路
84を介してポンプセル58のPt電極62に接続されて
いる。電流計測回路84は、ポンプセル58を流通する
電流、すなわち、Pt電極62からジルコニア層42を通
ってPt-Au電極60へ流れる電流を検出する。電流計測
回路84により検出された電流値は、ディジタルデータ
としてCPU80に供給される。
The drive circuit of the gas concentration measuring device 36 is a CPU
Equipped with 80. A D / A converter 82 for controlling the voltage applied to the pump cell 58 is connected to the CPU 80. The D / A converter 82 is connected to the Pt electrode 62 of the pump cell 58 via the current measuring circuit 84. The current measuring circuit 84 detects a current flowing through the pump cell 58, that is, a current flowing from the Pt electrode 62 through the zirconia layer 42 to the Pt-Au electrode 60. The current value detected by the current measuring circuit 84 is supplied to the CPU 80 as digital data.

【0029】CPU80には、また、起電力検出用のA/Dコ
ンバータ86が接続されている。A/Dコンバータ86
は、切り替え回路88を介してポンプセル58のPt-Au
電極60に接続されている。切り替え回路88は、CPU
80により制御されることにより、Pt-Au電極60が上
記のA/Dコンバータ86に接続された状態と、その電極
60が接地された状態とを選択的に実現する回路であ
る。
An A / D converter 86 for detecting electromotive force is also connected to the CPU 80. A / D converter 86
Pt-Au of the pump cell 58 via the switching circuit 88.
It is connected to the electrode 60. The switching circuit 88 is a CPU
This circuit is controlled by 80 to selectively realize a state in which the Pt-Au electrode 60 is connected to the A / D converter 86 and a state in which the electrode 60 is grounded.

【0030】更に、ガス濃度測定装置36の駆動回路
は、センサセル66のPt電極72,74間に所定の直流
電圧を印加するための電源94、およびその電圧印加の
下でセンサセル66を流れる電流を計測するための電流
計測回路96を備えている。電流計測回路96により計
測された電流値は、上述した電流計測回路84の検出値
と同様に、ディジタルデータとしてCPU80に供給され
る。
Further, the drive circuit of the gas concentration measuring device 36 supplies a power supply 94 for applying a predetermined DC voltage between the Pt electrodes 72, 74 of the sensor cell 66, and a current flowing through the sensor cell 66 under the voltage application. A current measuring circuit 96 for measuring is provided. The current value measured by the current measuring circuit 96 is supplied to the CPU 80 as digital data, like the detection value of the current measuring circuit 84 described above.

【0031】上記構成を有する駆動回路において、CPU
80は、排気ガス中のNOx濃度を検出する必要がある場
合は、ポンプセル58のPt-Au電極60が接地されるよ
うにスイッチ回路88を切り替える。以下、この状態で
の駆動を「限界電流方式のモードでの駆動」と称す。ま
た、CPU80は、NOx吸蔵触媒34の下流に流出してくる
排気ガス中に酸素が残存しているか否かを判別する必要
がある場合は、換言すると、NOx吸蔵触媒34の下流で
排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを判別する
必要がある場合は、ポンプセル58のPt-Au電極60がA
/Dコンバータ86に接続されるようにスイッチ回路88
を切り替える。以下、この状態での駆動を「起電力式の
モードでの駆動」と称す。
In the drive circuit having the above structure, the CPU
When it is necessary to detect the NOx concentration in the exhaust gas, 80 switches the switch circuit 88 so that the Pt-Au electrode 60 of the pump cell 58 is grounded. Hereinafter, driving in this state will be referred to as “driving in the limiting current mode mode”. Further, when it is necessary for the CPU 80 to determine whether or not oxygen remains in the exhaust gas flowing downstream of the NOx storage catalyst 34, in other words, the exhaust air-fuel ratio downstream of the NOx storage catalyst 34. When it is necessary to determine whether the fuel cell is rich or lean, the Pt-Au electrode 60 of the pump cell 58 is A
Switch circuit 88 to be connected to the / D converter 86
Switch. Hereinafter, driving in this state is referred to as "driving in electromotive force mode".

【0032】図3は、ポンプセル58のPt-Au電極60
が接地された状態、つまり、ポンプセル58が限界電流
方式モードで駆動されている場合の等価回路を示す。図
3に示すように、この場合は、Pt電極62とPt-Au電極
60の間に電流計測回路84と可変直流電源98が直列
に接続されているのと同等の状態が形成される。
FIG. 3 shows the Pt-Au electrode 60 of the pump cell 58.
Shows the equivalent circuit in the case where is grounded, that is, the pump cell 58 is driven in the limiting current mode. As shown in FIG. 3, in this case, a state equivalent to that in which the current measuring circuit 84 and the variable DC power source 98 are connected in series is formed between the Pt electrode 62 and the Pt-Au electrode 60.

【0033】Pt電極62は、上記の活性温度に達する
と、被測定ガス室48中のNOをNOと酸素イオンに分解
し、また、酸素を酸素イオンに分解する特性を示す。更
に、ポンプセル58、すなわち、Pt電極62とPt-Au電
極60でジルコニア層42を挟んだ構成は、限界電流方
式モードで駆動された場合、被測定ガス室48内で生じ
た酸素イオンをポンピングして、大気孔50に排出する
特性を示す。従って、ポンプセル58が限界電流方式の
モードで駆動されている場合、被検出ガス室48中に分
子の形で存在する酸素の殆どが大気孔50に排出される
と共に、排気ガス中に含まれるNOx(NOとNO)がNOに
単ガス化されるという現象が生ずる。つまり、この場
合、センサセル66の位置には、殆ど全ての酸素が除去
され、かつ、NOxがNOに単ガス化された状態の排気ガス
が到達することになる。
When the Pt electrode 62 reaches the above activation temperature, it decomposes NO 2 in the measured gas chamber 48 into NO and oxygen ions, and also decomposes oxygen into oxygen ions. Furthermore, the pump cell 58, that is, the configuration in which the Pt electrode 62 and the Pt-Au electrode 60 sandwich the zirconia layer 42, pumps oxygen ions generated in the measured gas chamber 48 when driven in the limiting current mode. The characteristics of discharging to the air holes 50 are shown. Therefore, when the pump cell 58 is driven in the limiting current mode, most of the oxygen existing in the form of molecules in the gas chamber 48 to be detected is discharged to the atmosphere hole 50 and NOx contained in the exhaust gas. A phenomenon occurs in which (NO 2 and NO) is monogasified into NO. That is, in this case, almost all of the oxygen is removed and the exhaust gas in the state where NOx is converted into a single gas NO reaches the position of the sensor cell 66.

【0034】ポンプセル58は、限界電流方式のモード
で駆動される場合、被検出ガス室48から大気孔50に
排出する酸素の量に応じた電流を流通させる。この状態
で排出される酸素の量は、ほぼ排気ガス中の酸素濃度に
対応しているとみなすことができる。このため、駆動回
路のCPU80は、ポンプセル58が駆動限界電流方式の
モードで駆動されている場合は、電流計測回路84によ
り計測される電流値に基づいて、排気ガス中の酸素濃度
を検知することができる。
When the pump cell 58 is driven in the limiting current mode, the pump cell 58 circulates a current according to the amount of oxygen discharged from the gas chamber 48 to be detected to the atmosphere hole 50. It can be considered that the amount of oxygen discharged in this state substantially corresponds to the oxygen concentration in the exhaust gas. Therefore, the CPU 80 of the drive circuit detects the oxygen concentration in the exhaust gas based on the current value measured by the current measurement circuit 84 when the pump cell 58 is driven in the drive limit current mode mode. You can

【0035】センサセル66は、被測定ガス室48側に
Pt電極72を備えている。Pt電極は、Pt-Au電極に比し
て高い活性力を有している。このため、上述したPt-Au
電極60が排気ガス中のNOを分解するに止まるのに対
して、Pt電極72は、単ガス化された状態で排気ガス中
に残存しているNOを窒素と酸素に分解することができ
る。そして、センサセル66は、電源96による電圧印
加の下では、排気ガス中に僅かに残存する酸素分子が分
解されることにより生じた酸素イオンと、NOが分解され
ることにより生じた酸素イオンとをポンピングすること
により、それらの酸素イオンの量に応じた電流を流通さ
せる。ここで、排気ガス中に残存する酸素分子の数は極
めて微量であるから、その分解により生じた電流はNOの
分解により生じた電流に対して無視することができる。
従って、CPU80は、センサセル66に接続された電流
計測回路96によって、NOに起因して流通する電流の
値、すなわち、NOが分解されることにより生じた酸素イ
オンの数に対応する電流値を検知することができる。
The sensor cell 66 is provided on the measured gas chamber 48 side.
The Pt electrode 72 is provided. The Pt electrode has higher activity than the Pt-Au electrode. Therefore, the above-mentioned Pt-Au
The electrode 60 stops decomposing NO 2 in the exhaust gas, whereas the Pt electrode 72 can decompose the NO remaining in the exhaust gas in a single gas state into nitrogen and oxygen. . Then, the sensor cell 66, under the voltage application from the power supply 96, generates oxygen ions generated by the decomposition of slightly remaining oxygen molecules in the exhaust gas and oxygen ions generated by the decomposition of NO. By pumping, an electric current corresponding to the amount of those oxygen ions is passed. Here, since the number of oxygen molecules remaining in the exhaust gas is extremely small, the current generated by the decomposition thereof can be ignored with respect to the current generated by the decomposition of NO.
Therefore, the CPU 80 detects the value of the current flowing due to NO, that is, the current value corresponding to the number of oxygen ions generated by the decomposition of NO, by the current measuring circuit 96 connected to the sensor cell 66. can do.

【0036】センサセル66が配置される位置では、排
気ガス中のNOxがNOに単ガス化されている。このため、
センサセル66を流れる酸素イオンの数は、分解された
NOの数と同数である。また、センサセル66の配置位置
に存在するNO濃度は、NOに単ガス化される以前のNOx濃
度と同じである。従って、CPU80は、センサセル66
の電流計測回路96で計測された電流値に基づいて、排
気ガス中のNOx濃度を精度良く検知することができる。
At the position where the sensor cell 66 is arranged, NOx in the exhaust gas is converted to NO as a single gas. For this reason,
The number of oxygen ions flowing through the sensor cell 66 was decomposed.
It is the same as the number of NO. Further, the NO concentration existing at the position where the sensor cell 66 is arranged is the same as the NOx concentration before the single gasification of NO. Therefore, the CPU 80 uses the sensor cell 66.
The NOx concentration in the exhaust gas can be accurately detected based on the current value measured by the current measuring circuit 96 of FIG.

【0037】以上説明した通り、本実施形態のガス濃度
測定装置によれば、ポンプセル58を限界電流方式のモ
ードで駆動することにより、つまり、Pt-Au電極60を
接地しつつPt電極62に適当な電圧を印加することによ
り、排気ガス中のNOx濃度を精度良く検出することがで
きる。
As described above, according to the gas concentration measuring apparatus of the present embodiment, the pump cell 58 is driven in the mode of the limiting current method, that is, the Pt-Au electrode 60 is grounded and is suitable for the Pt electrode 62. By applying such a voltage, the NOx concentration in the exhaust gas can be accurately detected.

【0038】次に、図4を参照して、ポンプセル58を
限界電流方式のモードで駆動する際にPt電極62に印加
すべき電圧と、排気ガスの空燃比との関係について説明
する。図4は、ポンプセル58のPt電極62に対する印
加電圧と、ポンプセル58を流通する電流(以下、「ポ
ンプセル電流」と称す)との関係を、排気ガスの空燃比
をパラメータとして表した図である。
Next, the relationship between the voltage to be applied to the Pt electrode 62 when the pump cell 58 is driven in the limiting current mode and the air-fuel ratio of the exhaust gas will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the voltage applied to the Pt electrode 62 of the pump cell 58 and the current flowing through the pump cell 58 (hereinafter referred to as “pump cell current”) using the air-fuel ratio of the exhaust gas as a parameter.

【0039】図4中にA/F16、またはA/F18の符号と
共に描かれている曲線は、それぞれ、排気ガスの空燃比
(A/F)が16、または18である場合の電圧−電流特
性を示す。また、図4中にAirの記号と共に描かれてい
る曲線は、被検出ガスが純粋な空気である場合の電圧−
電流特性を示す。これらの曲線は、それぞれ、ポンプセ
ル電流は、印加電圧の増加に対してある収束値を有する
ことを示している。
The curves drawn together with the symbols of A / F16 or A / F18 in FIG. 4 are the voltage-current characteristics when the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust gas is 16 or 18, respectively. Indicates. The curve drawn with the symbol of Air in FIG. 4 is the voltage when the gas to be detected is pure air.
The current characteristics are shown. Each of these curves shows that the pump cell current has a certain convergence value with increasing applied voltage.

【0040】この収束値は、排気ガス中に存在する殆ど
全ての酸素がイオン化して排出される際の電流値に相当
している。従って、ポンプセル58に効率的に排気ガス
中の酸素を除去させるためには、ポンプセル電流が収束
値に至るような電圧を、排気ガスの空燃比に応じて、適
切にPt電極62に印加することが必要である。
This convergent value corresponds to a current value when almost all oxygen existing in the exhaust gas is ionized and discharged. Therefore, in order for the pump cell 58 to efficiently remove oxygen in the exhaust gas, a voltage such that the pump cell current reaches a converged value should be appropriately applied to the Pt electrode 62 according to the air-fuel ratio of the exhaust gas. is necessary.

【0041】また、図4において、NOx分解領域として
示した領域は、排気ガスに含まれるNOxが、すなわち、N
OのみならずNOまでもが窒素と酸素に分解されてしま
う領域を示している。本実施形態のガス濃度測定装置3
6において、センサセル66がNOx濃度に応じた電流を
流通させるためには、ポンプセル58がNOだけを分解
し、NOはそのままの状態でセンサセル66に到達するこ
とが必要である。従って、ポンプセル58のPt電極62
に加える電圧は、NOx分解領域より低い電圧でなければ
ならない。
Further, in the area shown as the NOx decomposition area in FIG. 4, the NOx contained in the exhaust gas is, that is, Nx.
It shows the region where not only O 2 but also NO is decomposed into nitrogen and oxygen. Gas concentration measuring device 3 of the present embodiment
In 6, in order for the sensor cell 66 to pass a current according to the NOx concentration, the pump cell 58 needs to decompose only NO 2 and reach the sensor cell 66 with NO as it is. Therefore, the Pt electrode 62 of the pump cell 58
The voltage applied to must be below the NOx decomposition range.

【0042】つまり、本実施形態において、ガス濃度測
定装置によって精度良くNOx濃度を検出するためには、
ポンプセル58のPt電極62に加える電圧を、排気ガス
の空燃比に応じて、ポンプセル電流を収束させることが
でき、かつ、NOx分解領域に至らない適切な値に制御す
ることが必要である。図4中に制御中心として示した直
線は、それらの要求を満たす印加電圧の集合である。
That is, in the present embodiment, in order to accurately detect the NOx concentration by the gas concentration measuring device,
It is necessary to control the voltage applied to the Pt electrode 62 of the pump cell 58 to an appropriate value capable of converging the pump cell current according to the air-fuel ratio of the exhaust gas and not reaching the NOx decomposition region. The straight line shown as the control center in FIG. 4 is a set of applied voltages satisfying those requirements.

【0043】本実施形態において、ECU40は、上記の
如く、ポンプセル58が限界電流方式のモードで駆動さ
れている場合に、電流計測回路84の計測値に基づいて
排気ガス中の酸素濃度を検知すること、つまり、排気空
燃比を検出することができる。また、ECU40は、図4
中に制御中心として示す印加電圧の値を、排気空燃比と
の関係で定めたマップを記憶している。そして、ECU4
0は、電流計測回路84の計測値に基づいて検出した排
気空燃比に基づいてそのマップを参照することによりポ
ンプセル58の印加電圧を決定する。
In the present embodiment, the ECU 40 detects the oxygen concentration in the exhaust gas based on the measurement value of the current measuring circuit 84 when the pump cell 58 is driven in the limiting current mode as described above. That is, the exhaust air-fuel ratio can be detected. The ECU 40 is shown in FIG.
A map defining the value of the applied voltage shown as the center of control in relation to the exhaust air-fuel ratio is stored. And ECU4
0 determines the voltage applied to the pump cell 58 by referring to the map based on the exhaust air-fuel ratio detected based on the measurement value of the current measuring circuit 84.

【0044】以上説明した通り、本実施形態のシステム
において、ECU40は、限界電流方式のモードでポンプ
セル58を駆動する場合に、Pt電極62に対して適切な
電圧を印加することができる。このため、ポンプセル5
8は、限界電流方式のモードで駆動されることにより、
被測定ガス室48中の酸素を効率的に除去することがで
きる。センサセル66を流れる電流には、残留酸素の影
響が重畳しているため、その電流に基づいてNOx濃度を
測定するうえでは、残留酸素の影響が小さいことが望ま
しい。本実施形態のシステムによれば、ポンプセル58
により効率的に酸素が除去され、その結果残留酸素の影
響が十分に小さく抑えられるため、センサセル66を流
れる電流に基づいて、極めて精度良くNOx濃度を求める
ことができる。
As described above, in the system of this embodiment, the ECU 40 can apply an appropriate voltage to the Pt electrode 62 when driving the pump cell 58 in the limiting current mode. Therefore, the pump cell 5
8 is driven in the mode of the limiting current method,
Oxygen in the measured gas chamber 48 can be efficiently removed. Since the effect of residual oxygen is superimposed on the current flowing through the sensor cell 66, it is desirable that the effect of residual oxygen be small in measuring the NOx concentration based on the current. According to the system of this embodiment, the pump cell 58
As a result, oxygen is efficiently removed, and as a result, the influence of residual oxygen is suppressed to a sufficiently small level, so that the NOx concentration can be calculated extremely accurately based on the current flowing through the sensor cell 66.

【0045】次に、図5を参照して、ポンプセル58が
起電力式のモードで駆動される場合について説明する。
既述した通り、駆動回路のCPU80は、NOx吸蔵触媒34
の下流で排気空燃比がリッチであるかリーンであるかを
判別する必要がある場合は、ポンプセル58を起電力式
のモードで駆動する。この際、ポンプセル58のPt-Au
電極60は、スイッチ回路88を介してA/Dコンバータ
86に接続される。
Next, the case where the pump cell 58 is driven in the electromotive force mode will be described with reference to FIG.
As described above, the CPU 80 of the drive circuit is configured so that the NOx storage catalyst 34
When it is necessary to determine whether the exhaust air-fuel ratio is rich or lean in the downstream of, the pump cell 58 is driven in the electromotive force mode. At this time, Pt-Au of the pump cell 58
The electrode 60 is connected to the A / D converter 86 via the switch circuit 88.

【0046】図5は、ポンプセル58のPt-Au電極60
がA/Dコンバータ86に接続された状態の等価回路を示
す。この状態において、A/Dコンバータ86並びにこれ
に接続されるCPU80は、Pt-Au電極60に生ずる起電力
を測定する電圧計として機能する。このため、その状態
は、図5に示すように、Pt電極62とPt-Au電極60の
間に電圧計100が接続されているものとして表すこと
ができる。
FIG. 5 shows the Pt-Au electrode 60 of the pump cell 58.
Shows an equivalent circuit in a state of being connected to the A / D converter 86. In this state, the A / D converter 86 and the CPU 80 connected thereto function as a voltmeter that measures the electromotive force generated in the Pt-Au electrode 60. Therefore, that state can be represented as the voltmeter 100 is connected between the Pt electrode 62 and the Pt-Au electrode 60, as shown in FIG.

【0047】ジルコニア層42をPt電極62とPt-Au電
極60とで挟んだ構成を有するポンプセル58は、被測
定ガス室48における排気空燃比がリーンであるかリッ
チであるかに応じて、すなわち、被測定ガス室48に導
かれた排気ガス中に酸素が含まれているか否かに応じて
起電力を大きく変化させる。
The pump cell 58 having a structure in which the zirconia layer 42 is sandwiched between the Pt electrode 62 and the Pt-Au electrode 60 is provided depending on whether the exhaust air-fuel ratio in the measured gas chamber 48 is lean or rich, that is, The electromotive force is greatly changed depending on whether or not oxygen is contained in the exhaust gas guided to the measured gas chamber 48.

【0048】すなわち、ジルコニア層42の表面に配置
されたPt-Au電極60やPt電極62は、それらが触れて
いるガス中に酸素が存在する場合には所定の起電力を発
生し、そのガス中に酸素が存在しない場合には、急激に
起電力を失う特性を有している。従って、ポンプセル5
8の構成においては、排気ガス中に酸素が存在する場合
(つまり、排気空燃比がリーンな場合)は、Pt-Au電極
60とPt電極62がほぼ同等に起電力を発生し、その結
果、両電極間の電位差(ポンプセル58の起電力)は小
さな値となる。一方、排気ガス中に酸素が存在しない場
合(つまり、排気空燃比がリッチな場合)は、Pt電極6
2のみが起電力を発し、Pt-Au電極60が起電力を発し
ないため、両者の電位差(ポンプセル58の起電力)は
大きな値となる。
That is, the Pt-Au electrode 60 and the Pt electrode 62 arranged on the surface of the zirconia layer 42 generate a predetermined electromotive force when oxygen is present in the gas they are in contact with, and the gas It has a characteristic of rapidly losing electromotive force when oxygen is not present therein. Therefore, the pump cell 5
In the configuration of No. 8, when oxygen is present in the exhaust gas (that is, when the exhaust air-fuel ratio is lean), the Pt-Au electrode 60 and the Pt electrode 62 generate electromotive force almost equally, and as a result, The potential difference between both electrodes (electromotive force of the pump cell 58) has a small value. On the other hand, when oxygen does not exist in the exhaust gas (that is, when the exhaust air-fuel ratio is rich), the Pt electrode 6
Since only 2 emits an electromotive force and the Pt-Au electrode 60 does not emit an electromotive force, the potential difference between them (electromotive force of the pump cell 58) becomes a large value.

【0049】図6は、その起電力の変化を、排気空燃比
との関係で示した図である。この図に示すように、ポン
プセル58の起電力は、具体的には、被測定ガス室48
における排気空燃比がリッチである場合には大きな値と
なり、一方、排気空燃比がリーンである場合には小さな
値となる。
FIG. 6 is a diagram showing the change in the electromotive force in relation to the exhaust air-fuel ratio. As shown in this figure, the electromotive force of the pump cell 58 is, specifically, the measured gas chamber 48.
When the exhaust air-fuel ratio is rich, the value becomes large, while when the exhaust air-fuel ratio is lean, the value becomes small.

【0050】尚、図2に示す構成によれば、A/Dコンバ
ータ86に入力される電位は、排気空燃比がリーンであ
る場合は、Pt電極62の電位とほぼ等しい値となる。そ
して、排気空燃比がリッチである場合は、Pt電極62の
電位に比して低い電位がA/Dコンバータ86に入力され
ることになる。つまり、Pt電極62の電位を基準値とし
た場合、A/Dコンバータ86に入力される電位は、排気
空燃比がリーンである場合はほぼ基準値となり、排気空
燃比がリッチである場合は負の値となる。従って、図6
に示す電圧特性は、厳密には、A/Dコンバータ86に入
力される電位を反転させた場合に得られる特性に相当し
ている。
According to the configuration shown in FIG. 2, the potential input to the A / D converter 86 is substantially equal to the potential of the Pt electrode 62 when the exhaust air-fuel ratio is lean. Then, when the exhaust air-fuel ratio is rich, a lower potential than the potential of the Pt electrode 62 is input to the A / D converter 86. That is, when the potential of the Pt electrode 62 is used as a reference value, the potential input to the A / D converter 86 is almost the reference value when the exhaust air-fuel ratio is lean, and is negative when the exhaust air-fuel ratio is rich. Becomes the value of. Therefore, FIG.
Strictly speaking, the voltage characteristic shown in (1) corresponds to the characteristic obtained when the potential input to the A / D converter 86 is inverted.

【0051】以上説明した通り、ポンプセル58は、起
電力式のモードで用いられる場合、すなわち、電圧印加
を受けない状態で用いられる場合は、排気空燃比がリー
ンであるかリッチであるかに応じて急激に起電力を変化
させる特性、すなわち、いわゆるZ特性を示す。このた
め、ECU40は、ポンプセル58を起電力式のモードで
駆動することにより、A/Dコンバータ86に入力される
電圧値に基づいて、排気空燃比がリーンであるかリッチ
であるかを精度良く判別することができ、更に、理論空
燃比の近傍の領域において、排気空燃比を極めて精度良
く検出することができる。
As described above, when the pump cell 58 is used in the electromotive force mode, that is, when it is used in the state where no voltage is applied, it depends on whether the exhaust air-fuel ratio is lean or rich. Shows a characteristic of rapidly changing the electromotive force, that is, a so-called Z characteristic. Therefore, the ECU 40 drives the pump cell 58 in the electromotive force mode to accurately determine whether the exhaust air-fuel ratio is lean or rich based on the voltage value input to the A / D converter 86. Therefore, the exhaust air-fuel ratio can be detected extremely accurately in the region near the stoichiometric air-fuel ratio.

【0052】次に、図7および図8を参照して、本実施
形態のシステムにおいて良好な排気エミッション特性を
維持すべくECU40が実行するリッチスパイク制御につ
いて説明する。上述の如く、本実施形態のシステムで
は、混合気の空燃比を理論空燃比よりリーンに制御する
リーン制御が実行される。そして、リーン制御の実行中
にNOx吸蔵触媒に蓄積されるNOxを放出するために、リッ
チスパイク制御を適宜実行する。
Next, with reference to FIGS. 7 and 8, the rich spike control executed by the ECU 40 in order to maintain a good exhaust emission characteristic in the system of this embodiment will be described. As described above, in the system of the present embodiment, lean control is executed to control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Then, in order to release the NOx accumulated in the NOx storage catalyst during the execution of the lean control, the rich spike control is appropriately executed.

【0053】図7は、本実施形態において実行されるリ
ッチスパイク制御の内容を説明するためのタイミングチ
ャートである。より具体的には、図7(A)は、リッチ
スパイク制御の実行中およびその前後における空燃比の
制御目標(以下、「制御A/F」と称す)の波形である。
また、図7(B)は、ガス濃度測定装置36により測定
される排気ガス中のNOx濃度の波形である。更に、図7
(C)は、ガス濃度測定装置36により検出される排気
空燃比(以下、「検出A/F」と称す)の波形である。
FIG. 7 is a timing chart for explaining the content of the rich spike control executed in this embodiment. More specifically, FIG. 7A shows the waveform of the air-fuel ratio control target (hereinafter, referred to as “control A / F”) during and before and after the execution of the rich spike control.
Further, FIG. 7B is a waveform of the NOx concentration in the exhaust gas measured by the gas concentration measuring device 36. Furthermore, FIG.
(C) is a waveform of the exhaust air-fuel ratio (hereinafter referred to as “detection A / F”) detected by the gas concentration measuring device 36.

【0054】図7に示すタイミングチャートは、ガス濃
度測定装置36により検出されるNOx濃度、すなわち、N
Ox吸蔵触媒の下流におけるNOx濃度が、時刻t1に所定の
判定値αに達した例を示している。この例において、時
刻t1までは、混合気の空燃比をリーンとするリーン制御
が実行されている。この際、NOx吸蔵触媒34のNOx吸蔵
能力に余裕がある間は、排気ガス中に含まれるNOxがNOx
吸蔵触媒34に捕獲される。このため、図7(B)に示
すように、NOx吸蔵触媒34の下流におけるNOx濃度は低
い値に維持される。
The timing chart shown in FIG. 7 shows the NOx concentration detected by the gas concentration measuring device 36, that is, N
An example is shown in which the NOx concentration downstream of the Ox storage catalyst reaches a predetermined determination value α at time t1. In this example, lean control is performed until the time t1 in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is lean. At this time, while the NOx storage catalyst 34 has a sufficient NOx storage capacity, the NOx contained in the exhaust gas is NOx.
It is captured by the storage catalyst 34. Therefore, as shown in FIG. 7B, the NOx concentration downstream of the NOx storage catalyst 34 is maintained at a low value.

【0055】リーン制御が継続的に実行されると、やが
てNOx吸蔵触媒34の吸蔵能力に余裕がなくなり、その
下流におけるNOx濃度が上昇し始める。そして、NOx吸蔵
触媒34が十分にNOxを吸収することができない状態と
なり、最早良好なエミッション特性が維持できない状態
に至ると、NOx吸蔵触媒34の下流におけるNOx濃度は、
判定値αに到達する。
If the lean control is continuously executed, the NOx storage catalyst 34 will soon have no room for its storage capacity, and the NOx concentration downstream thereof will start to rise. Then, when the NOx storage catalyst 34 becomes a state in which it cannot sufficiently absorb NOx, and when it is no longer possible to maintain good emission characteristics, the NOx concentration in the downstream of the NOx storage catalyst 34 becomes
The judgment value α is reached.

【0056】本実施形態において、ECU40は、リーン
制御の実行中は、ガス濃度測定装置36のポンプセル5
8を限界電流方式のモードで駆動する。このため、リー
ン制御の実行中は、ガス濃度測定装置36によって精度
良くNOx濃度を検出することができる(図7(B)参
照)。
In the present embodiment, the ECU 40 controls the pump cell 5 of the gas concentration measuring device 36 during the lean control.
8 is driven in the limiting current mode. Therefore, during execution of the lean control, the NOx concentration can be accurately detected by the gas concentration measuring device 36 (see FIG. 7 (B)).

【0057】ECU40は、ガス濃度測定装置36により
検出されるNOx濃度が判定値αに到達すると、その時点
(時刻t1)で、リーン制御に変えてリッチスパイク制御
を開始すると共に、ポンプセル58の駆動モードを、限
界電流式のモードから起電力式のモードに切り替える。
When the NOx concentration detected by the gas concentration measuring device 36 reaches the judgment value α, the ECU 40 starts lean spike control instead of lean control and drives the pump cell 58 at that time (time t1). The mode is switched from the limiting current type mode to the electromotive force type mode.

【0058】リッチスパイク制御は、内燃機関10に供
給する混合気の空燃比を理論空燃比に比して十分にリッ
チな値に維持する制御である。このため、図7に示す例
では、時刻t1までリーンであった制御A/Fが、時刻t1の
後、顕著にリッチな値に変更されている(図7(A)参
照)。
The rich spike control is control for maintaining the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 10 at a value sufficiently rich as compared with the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, in the example shown in FIG. 7, the control A / F that was lean until time t1 is changed to a significantly rich value after time t1 (see FIG. 7A).

【0059】リッチスパイク制御の実行中は、混合気の
空燃比がリッチに制御される。このため、NOx吸蔵触媒
34には、COやHCなどの未燃成分を含む排気ガスが流入
する。この場合、NOx吸蔵触媒34は、その内部に吸蔵
しているNOxを放出すると共に、NOxに含まれる酸素を使
ってCOやHCを酸化する。その結果、NOx吸蔵触媒34の
下流には、適正に浄化され、かつ、空燃比が僅かにリー
ンとされた排気ガスが流出する。
During the rich spike control, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be rich. Therefore, the exhaust gas containing unburned components such as CO and HC flows into the NOx storage catalyst 34. In this case, the NOx storage catalyst 34 releases NOx stored therein and oxidizes CO and HC using oxygen contained in NOx. As a result, exhaust gas that has been appropriately purified and has a slightly lean air-fuel ratio flows downstream of the NOx storage catalyst 34.

【0060】リッチスパイク制御が継続されると、やが
て、NOx吸蔵触媒34に吸蔵されていたNOxのほぼ全てが
放出され、NOx吸蔵触媒34がCOやHCを適正に酸化でき
ない状態に至る。この状態に至ると、NOx吸蔵触媒34
の下流には、COやHCを含む排気ガス、すなわち、空燃比
のリッチな排気ガスが流出する。
When the rich spike control is continued, eventually, almost all of the NOx stored in the NOx storage catalyst 34 is released, and the NOx storage catalyst 34 cannot properly oxidize CO and HC. When this state is reached, the NOx storage catalyst 34
Exhaust gas containing CO and HC, that is, exhaust gas rich in air-fuel ratio, flows out downstream of the exhaust gas.

【0061】リッチスパイク制御の実行中は、上記の如
く、ポンプセル58が起電力式のモードで駆動されてい
る。このため、図7(C)に示す如く、ポンプセル58
の起電力、すなわち、検出A/Fには、NOx吸蔵触媒34の
下流における排気空燃比の変化が精度良く反映される。
従って、ECU40は、その起電力に基づいて、NOx吸蔵触
媒34の下流にリッチな排気ガスが流出し始めたタイミ
ング、すなわち、NOx吸蔵触媒34が、吸蔵していたNOx
の殆ど全てを放出し終えたタイミングを検知することが
できる。
While the rich spike control is being executed, the pump cell 58 is driven in the electromotive force mode as described above. Therefore, as shown in FIG.
The change in the exhaust air-fuel ratio in the downstream of the NOx storage catalyst 34 is accurately reflected in the electromotive force of Eq.
Therefore, the ECU 40 determines, based on the electromotive force, the timing at which the rich exhaust gas starts to flow downstream of the NOx storage catalyst 34, that is, the NOx stored in the NOx storage catalyst 34.
It is possible to detect the timing when almost all of the

【0062】図7に示すタイミングチャートは、リッチ
スパイク制御が開始された後、時刻t2において、検出A/
Fがリーンからリッチに変化した例を示している。本実
施形態において、ECU40は、検出A/Fにこのような変化
が現れると、その時点で、リッチスパイク制御を終了し
てリーン制御を再開すると共に、ポンプセル58の駆動
モードを、起電力式のモードから限界電流方式のモード
に切り替える。
In the timing chart shown in FIG. 7, after the rich spike control is started, the detection A /
The example shows that F has changed from lean to rich. In the present embodiment, when such a change appears in the detection A / F, the ECU 40 ends the rich spike control and restarts the lean control at the same time, and sets the drive mode of the pump cell 58 to the electromotive force type. Switch from the mode to the limiting current mode.

【0063】以後、ECU40は、ガス濃度測定装置36
によって検出されるNOx濃度および検出A/Fに基づいて、
リーン制御とリッチスパイク制御の切り替えおよびポン
プセル58の駆動モードの切り替えを、上記の手法で繰
り返し実行する。その結果、本実施形態のシステムにお
いては、リッチスパイク制御が、適切なタイミングで開
始され、かつ、過不足のない適切な期間だけ継続され
る。このため、本実施形態のシステムによれば、内燃機
関10の運転中常に、良好な排気エミッション特性を維
持することができる。
After that, the ECU 40 uses the gas concentration measuring device 36.
Based on the NOx concentration and the detected A / F detected by
The switching between the lean control and the rich spike control and the switching of the drive mode of the pump cell 58 are repeatedly executed by the above method. As a result, in the system according to the present embodiment, the rich spike control is started at an appropriate timing and is continued for an appropriate period without excess or deficiency. Therefore, according to the system of the present embodiment, it is possible to maintain good exhaust emission characteristics at all times during operation of the internal combustion engine 10.

【0064】図8は、上述したリッチスパイク制御を実
現するために、ECU40が実行する制御ルーチンのフロ
ーチャートを示す。尚、図8に示すルーチンは、燃料噴
射量がリーン制御によって制御され、かつ、ポンプセル
58が限界電流方式のモードで駆動されている状況下で
開始されるものとする。
FIG. 8 shows a flow chart of a control routine executed by the ECU 40 in order to realize the above-described rich spike control. It should be noted that the routine shown in FIG. 8 is assumed to be started under a situation where the fuel injection amount is controlled by lean control and the pump cell 58 is driven in the limit current mode mode.

【0065】図8に示すルーチンでは、先ず、ガス濃度
測定装置36の検出値、具体的には、センサセル66を
流れる電流の値に基づいて、排気ガス中のNOx濃度が検
出される(ステップ200)。
In the routine shown in FIG. 8, first, the NOx concentration in the exhaust gas is detected based on the detected value of the gas concentration measuring device 36, specifically, the value of the current flowing through the sensor cell 66 (step 200). ).

【0066】次に、上記ステップ200において検出さ
れたNOx濃度が、判定値αを超えているか否かが判別さ
れる(ステップ202)。その結果、NOx濃度がαを超
えていないと判別された場合は、NOx吸蔵触媒34の吸
蔵能力に未だ余裕が残されていると判断できる。この場
合は、リーン制御を継続すべく、以後、何ら処理が行わ
れることなく今回の処理サイクルが終了される。
Next, it is judged whether or not the NOx concentration detected in the above step 200 exceeds the judgment value α (step 202). As a result, when it is determined that the NOx concentration does not exceed α, it can be determined that there is still a margin left in the storage capacity of the NOx storage catalyst 34. In this case, in order to continue the lean control, the current processing cycle is ended without any processing thereafter.

【0067】一方、NOx濃度が判定値αを超えていると
判別された場合は、NOx吸蔵触媒34が、既に能力一杯
のNOxを吸蔵していると判断できる。この場合、ポンプ
セル58の駆動モードが限界電流方式のモードから起電
力式のモードに切り替えられた後(ステップ204)、
リッチスパイク制御が開始される(ステップ206)。
On the other hand, when it is determined that the NOx concentration exceeds the determination value α, it can be determined that the NOx storage catalyst 34 has already stored NOx having the full capacity. In this case, after the drive mode of the pump cell 58 is switched from the limiting current mode mode to the electromotive force mode (step 204),
The rich spike control is started (step 206).

【0068】次に、ガス濃度測定装置36により検出さ
れる排気ガスの空燃比、すなわち、検出A/Fが、ポンプ
セル58の起電力に基づいて検出される(ステップ20
8)。次いで、その検出A/Fがリーンからリッチに反転
したか否かが判別される(ステップ210)。
Next, the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the gas concentration measuring device 36, that is, the detection A / F is detected based on the electromotive force of the pump cell 58 (step 20).
8). Next, it is judged whether or not the detected A / F is inverted from lean to rich (step 210).

【0069】上記ステップ208および210の処理
は、ステップ210の条件が成立するまで繰り返し実行
される。そして、ステップ210において、検出A/Fが
リーンからリッチに反転したと判別されると、リッチス
パイク制御が終了され(ステップ212)、更に、ポン
プセル58の駆動モードが限界電流方式のモードに切り
替えられる(ステップ214)。以上説明した一連の処
理によれば、図7を参照して説明した通り、適切な時期
に過不足のない期間だけ適切にリッチスパイク制御を実
行することができ、内燃機関10の排気エミッション特
性を、常に良好に維持することができる。
The processes of steps 208 and 210 are repeatedly executed until the condition of step 210 is satisfied. Then, when it is determined in step 210 that the detected A / F is inverted from lean to rich, the rich spike control is ended (step 212), and the drive mode of the pump cell 58 is further switched to the limit current mode mode. (Step 214). According to the series of processes described above, as described with reference to FIG. 7, the rich spike control can be appropriately executed at an appropriate time only during a period without excess or deficiency, and the exhaust emission characteristic of the internal combustion engine 10 can be obtained. , Can always be kept good.

【0070】本実施形態のシステムにおいて、NOx吸蔵
触媒34は、排気ガスの浄化装置として使用されるに従
って硫黄成分により被毒される。NOx吸蔵触媒34のNOx
吸蔵能力は、その被毒が進行するに従って低下する。こ
のため、NOx吸蔵触媒34に十分な浄化能力を発揮させ
るためには、ある程度被毒が進行した時点で被毒状態を
解消するための再生処理を行うことが必要である。
In the system of this embodiment, the NOx storage catalyst 34 is poisoned by the sulfur component as it is used as the exhaust gas purifying device. NOx of NOx storage catalyst 34
The storage capacity decreases as the poisoning progresses. Therefore, in order for the NOx storage catalyst 34 to exhibit a sufficient purification capacity, it is necessary to perform a regeneration process for eliminating the poisoning state when the poisoning progresses to some extent.

【0071】図9は、ECU40が、NOx吸蔵触媒34の被
毒状態を解消すべく実行する被毒再生制御ルーチンのフ
ローチャートである。図9に示すルーチンでは、先ず、
再生フラグがセットされているか否かが判別される(ス
テップ220)。再生フラグは、NOx吸蔵触媒34の再
生が必要であると判別された場合に、より具体的には、
NOx吸蔵触媒34の著しい劣化が認識された場合にセッ
トされるフラグである。本実施形態のシステムでは、NO
x吸蔵触媒34の劣化が進み、その内部に吸蔵できるNOx
量が少なくなるほど、リッチスパイク制御の実行時間、
つまり、リッチスパイク制御が開始された後、NOx吸蔵
触媒34の下流にリッチな排気ガスが流出してくるまで
の時間が減少する。このため、本実施形態において、EC
U40は、リッチスパイク制御の実行時間が所定の判定
時間に満たなくなった時点で再生フラグをセットするこ
ととしている。
FIG. 9 is a flowchart of a poisoning regeneration control routine executed by the ECU 40 to eliminate the poisoning state of the NOx storage catalyst 34. In the routine shown in FIG. 9, first,
It is determined whether or not the reproduction flag is set (step 220). When the regeneration flag is determined to require regeneration of the NOx storage catalyst 34, more specifically,
This is a flag that is set when a significant deterioration of the NOx storage catalyst 34 is recognized. In the system of this embodiment, NO
NOx that can be stored inside the x-storage catalyst 34 due to deterioration
As the amount decreases, the execution time of rich spike control,
That is, the time until the rich exhaust gas flows out to the downstream of the NOx storage catalyst 34 after the rich spike control is started is reduced. Therefore, in this embodiment, EC
U40 sets the reproduction flag when the execution time of the rich spike control does not reach the predetermined determination time.

【0072】上記ステップ220において、再生フラグ
がセットされていないと判別された場合は、被毒再生制
御を実行する必要がないと判断できる。このため、この
ような判別がなされた場合は、以後、何ら処理が進めら
れることなく今回の処理サイクルが終了される。一方、
再生フラグがセットされていると判別された場合は、次
に、被毒再生制御が開始された後、所定時間(例えば1
0分)が経過しているか否かが判別される(ステップ2
22)。尚、上記の所定時間は、硫黄により被毒された
NOx吸蔵触媒34を再生するために、被毒再生制御を継
続すべき時間として予め設定された時間である。
When it is determined in step 220 that the regeneration flag is not set, it can be determined that the poisoning regeneration control need not be executed. Therefore, if such a determination is made, the current processing cycle is ended without any further processing thereafter. on the other hand,
If it is determined that the regeneration flag is set, then after the poisoning regeneration control is started, a predetermined time (for example, 1
It is determined whether or not 0 minutes has elapsed (step 2)
22). It should be noted that the above predetermined time was poisoned by sulfur
The time is preset as the time for continuing the poisoning regeneration control in order to regenerate the NOx storage catalyst 34.

【0073】上記ステップ222において、所定時間が
経過していないと判別された場合は、以後、NOx吸蔵触
媒34の被毒状態を解消するための処理が実行される。
具体的には、先ず、ポンプセル58の駆動モードとし
て、起電力式のモードが選択される(ステップ22
4)。このため、以後、ガス濃度測定装置36は、NOx
吸蔵触媒34の下流における排気空燃比がリーンである
かリッチであるかに応じて出力を急変させるセンサとし
て、すなわち、Z特性を示すOセンサとして機能す
る。
When it is determined in step 222 that the predetermined time has not elapsed, the processing for eliminating the poisoning state of the NOx storage catalyst 34 is executed thereafter.
Specifically, first, the electromotive force mode is selected as the drive mode of the pump cell 58 (step 22).
4). Therefore, after that, the gas concentration measuring device 36
It functions as a sensor that rapidly changes the output depending on whether the exhaust air-fuel ratio downstream of the storage catalyst 34 is lean or rich, that is, as an O 2 sensor that exhibits the Z characteristic.

【0074】図9に示すルーチンでは、次に、被毒再生
制御が実行される(ステップ226)。NOx吸蔵触媒3
4の被毒状態は、排気温度を上げて、継続的にNOx吸蔵
触媒34の温度を高く維持することで解消することがで
きる。また、被毒状態を解消するために必要な排気温度
は、混合気の空燃比を理論空燃比に比して僅かにリッチ
な値に維持することで得ることができる。そこで、本実
施形態では、混合気の空燃比を理論空燃比に比して僅か
にリッチな値とする制御を、被毒再生制御として実行す
ることとしている。
In the routine shown in FIG. 9, next, poisoning regeneration control is executed (step 226). NOx storage catalyst 3
The poisoning state of No. 4 can be eliminated by raising the exhaust temperature and continuously maintaining the temperature of the NOx storage catalyst 34 high. The exhaust temperature required to eliminate the poisoning state can be obtained by maintaining the air-fuel ratio of the air-fuel mixture at a value that is slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, in the present embodiment, the control for making the air-fuel ratio of the air-fuel mixture slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio is executed as the poisoning regeneration control.

【0075】上述した被毒再生制御は、具体的には、内
燃機関10の排気空燃比が所望の値(理論空燃比に比し
て僅かにリッチな値)となるように、燃料噴射量を制御
することにより実現される。本実施形態のシステムにお
いて、被毒再生制御の実行中は、混合気の空燃比が継続
的にリッチに制御されるため、その制御が開始された
後、適当な時間が経過すると、始動触媒32は全ての吸
蔵酸素を放出した状態となる。始動触媒32がこのよう
な状態になると、始動触媒32は何ら浄化作用を発揮し
なくなるため、排気空燃比はその前後でほぼ等しい値と
なる。
In the poisoning regeneration control described above, specifically, the fuel injection amount is set so that the exhaust air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 becomes a desired value (a value slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio). It is realized by controlling. In the system of the present embodiment, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is continuously controlled to be rich while the poisoning regeneration control is being executed. Therefore, after the control is started and an appropriate time has elapsed, the starting catalyst 32 Becomes a state in which all the stored oxygen is released. When the starting catalyst 32 is in such a state, the starting catalyst 32 does not exert any purification action, and therefore the exhaust air-fuel ratio becomes substantially the same value before and after that.

【0076】また、NOx吸蔵触媒34は、空燃比がリッ
チな排気ガスに対しては、殆ど浄化作用を発揮しない。
このため、被毒再生制御の実行中は、NOx吸蔵触媒34
の前後でも、排気空燃比に実質的な変化は生じない。つ
まり、被毒再生制御の実行中は、内燃機関10から排出
されるガスがNOx吸蔵触媒34の下流に至る過程で、そ
の空燃比に実質的な変化は生じない。このため、本実施
形態のシステムでは、ガス濃度検出装置36において排
気空燃比を検出し、その検出値に基づいて燃料噴射量を
制御することにより被毒再生制御を実現することができ
る。
Further, the NOx storage catalyst 34 exerts almost no purification action on exhaust gas having a rich air-fuel ratio.
Therefore, during execution of the poisoning regeneration control, the NOx storage catalyst 34
Before and after, there is no substantial change in the exhaust air-fuel ratio. That is, during execution of the poisoning regeneration control, there is substantially no change in the air-fuel ratio in the process in which the gas discharged from the internal combustion engine 10 reaches the downstream of the NOx storage catalyst 34. Therefore, in the system of the present embodiment, poisoning regeneration control can be realized by detecting the exhaust air-fuel ratio in the gas concentration detection device 36 and controlling the fuel injection amount based on the detected value.

【0077】被毒再生制御の実行中は、上記の如く、排
気空燃比を理論空燃比に比して僅かにリッチな値に制御
することが必要である。このような制御を精度良く行う
ためには、排気空燃比を検出するセンサが、理論空燃比
の近傍において高い感度を有することが望ましい。本実
施形態において、被毒再生制御は、ポンプセル58を起
電力式のモードで駆動しながら行われる。この場合、ポ
ンプセル58は、Z特性を示すOセンサとして機能す
るため、理論空燃比の近傍における空燃比変化に対して
高い感度を示す。このため、本実施形態のシステムによ
れば、空燃比に対してリニアな出力変化を示す空燃比セ
ンサが用いられる場合に比べて、被毒再生制御の実行中
における空燃比制御を高い精度で行うことができる。
During execution of the poisoning regeneration control, it is necessary to control the exhaust air-fuel ratio to a value slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio as described above. In order to perform such control with high accuracy, it is desirable that the sensor that detects the exhaust air-fuel ratio has high sensitivity in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. In the present embodiment, the poisoning regeneration control is performed while driving the pump cell 58 in the electromotive force mode. In this case, the pump cell 58 functions as an O 2 sensor exhibiting the Z characteristic, and thus exhibits high sensitivity to changes in the air-fuel ratio near the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, according to the system of the present embodiment, the air-fuel ratio control is performed with high accuracy during execution of the poisoning regeneration control, as compared with the case where an air-fuel ratio sensor that exhibits a linear output change with respect to the air-fuel ratio is used. be able to.

【0078】被毒再生制御が開始された後、予め設定さ
れている所定時間(例えば10分)が経過すると、図9
に示すルーチンにおいて、上記ステップ222の条件が
成立すると判別される。この場合、以後、被毒再生制御
が終了され(ステップ228)、再生フラグがリセット
され(ステップ230)、更に、ポンプセル58の駆動
モードが限界電流方式のモードに切り替えられる(ステ
ップ232)。その結果、ガス濃度測定装置36がNOx
濃度を検出し得る状態に復帰し、また、リーン制御によ
る内燃機関10の制御が再開される。
When a preset predetermined time (for example, 10 minutes) elapses after the poisoning regeneration control is started, FIG.
In the routine shown in (4), it is determined that the condition of step 222 is satisfied. In this case, thereafter, the poisoning regeneration control is ended (step 228), the regeneration flag is reset (step 230), and the drive mode of the pump cell 58 is further switched to the limit current mode mode (step 232). As a result, the gas concentration measuring device 36
The state in which the concentration can be detected is restored, and the control of the internal combustion engine 10 by the lean control is restarted.

【0079】以上説明した通り、図9に示すルーチンに
よれば、被毒再生制御の実行が要求される場合には、ポ
ンプセル58を、Z特性を示すOセンサとして機能さ
せることができる。そして、その状態でポンプセンサ5
8が示す高い感度を利用して、被毒再生制御の実行中
に、混合気の空燃比を、極めて精度良く所望の空燃比に
制御することができる。従って、本実施形態のシステム
によれば、被毒再生制御の実行中における空燃比荒れを
有効に防止することができる。
As described above, according to the routine shown in FIG. 9, the pump cell 58 can be made to function as an O 2 sensor showing the Z characteristic when execution of poisoning regeneration control is required. Then, in that state, the pump sensor 5
By utilizing the high sensitivity shown by 8, it is possible to control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to a desired air-fuel ratio with extremely high accuracy during execution of the poisoning regeneration control. Therefore, according to the system of the present embodiment, it is possible to effectively prevent the air-fuel ratio from becoming rough during the execution of the poisoning regeneration control.

【0080】ところで、上述した実施の形態1において
は、排気通路14に、NOx吸蔵触媒34と共に始動触媒
32を設けることとしているが、始動触媒32は必ずし
も必要なものではない。すなわち、排気通路14には、
NOx吸蔵触媒34だけを設けて、始動触媒32は省略す
ることとしてもよい。
By the way, in the first embodiment described above, the starting catalyst 32 is provided in the exhaust passage 14 together with the NOx storage catalyst 34, but the starting catalyst 32 is not always necessary. That is, in the exhaust passage 14,
It is also possible to provide only the NOx storage catalyst 34 and omit the starting catalyst 32.

【0081】尚、上述した実施の形態1においては、D/
Aコンバータ82が前記請求項1記載の「ポンプセル電
源」に、電流計測回路84が前記請求項1記載の「ポン
プセル電流計測手段」に、電源94が前記請求項1記載
の「センサセル電源」に、電流計測回路96が前記請求
項1記載の「センサセル電流計測手段」に、スイッチ回
路88が前記請求項1記載の「切り替え手段」に、A/D
コンバータ86およびCPU80が前記請求項1記載の
「起電力測定手段」に、それぞれ相当している。
In the first embodiment described above, D /
The A converter 82 is the “pump cell power supply” of claim 1, the current measuring circuit 84 is the “pump cell current measuring means” of the claim 1, and the power supply 94 is the “sensor cell power supply” of the claim 1. The current measuring circuit 96 is the “sensor cell current measuring means” described in claim 1, the switch circuit 88 is the “switching means” described in claim 1, and the A / D
The converter 86 and the CPU 80 correspond to the "electromotive force measuring means" described in claim 1, respectively.

【0082】また、上述した実施の形態1においては、
ECU40が、上記ステップ200の処理を実行すること
により前記請求項4記載の「NOx濃度検出手段」が、上
記ステップ202の条件が不成立のときにリーン制御を
実行することにより前記請求項4記載の「リーン制御実
行手段」が、上記ステップ206の処理を実行すること
により前記請求項4記載の「リッチスパイク制御実行手
段」が、上記ステップ204の処理を実行することによ
り前記請求項4記載の「切り替え実行手段」が、上記ス
テップ210の処理を実行することにより前記請求項4
記載の「リッチ反転判定手段」が、上記ステップ212
および214の処理を実行することにより前記請求項4
記載の「リーン制御再開手段」が、それぞれ実現されて
いる。
Further, in the above-described first embodiment,
The ECU 40 executes the process of the step 200, whereby the "NOx concentration detecting means" of claim 4 executes the lean control when the condition of the step 202 is not satisfied, and thus the "NOx concentration detecting means" of the claim 4 executes the lean control. The "lean control execution means" executes the processing of the step 206, and the "rich spike control execution means" according to claim 4 executes the processing of the step 204. The switching execution means "executes the processing of the step 210, and the switching execution means"
The described “rich inversion determination means” is the same as the above step 212.
5. The method according to claim 4, wherein the processes of steps 214 and 214 are executed.
The described "lean control restarting means" is realized.

【0083】また、上述した実施の形態1においては、
ECU40が、上記ステップ220の処理を実行すること
により、或いはそのステップ220で用いられる再生フ
ラグのセット処理を行うことにより、前記請求項5記載
の「劣化状態判別手段」が、上記ステップ224および
226の処理を実行することにより前記請求項5記載の
「触媒再生制御実行手段」および「触媒再生制御開始手
段」が、上記ステップ228および232の処理を実行
することにより前記請求項5記載の「触媒再生制御終了
手段」が、それぞれ実現されている。
Further, in the above described first embodiment,
The "deterioration state determination means" according to claim 5 causes the ECU 40 to execute the processing of the step 220 or to set the regeneration flag used in the step 220, whereby the steps 224 and 226. The "catalyst regeneration control executing means" and the "catalyst regeneration control starting means" according to claim 5 by performing the processing of step 5 and the catalyst of claim 5 by performing the processing of steps 228 and 232. The “reproduction control ending means” is realized.

【0084】[0084]

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項1
記載の発明によれば、ポンプセルを限界電流方式モード
で駆動させることにより、ポンプセルに酸素の排出処理
を実行させることができる。従って、この場合は、セン
サセルの出力に基づいてNOx濃度を測定することができ
る。また、本発明によれば、ポンプセルを起電力式モー
ドで駆動することにより、ポンプセルの起電力を、被測
定ガス室に酸素が存在するか否かに基づいて急激に変化
させることができる。従って、本発明によれば、NOx濃
度を測定する機能と、Oセンサと同等の機能とを選択
的に実現することができる。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. Claim 1
According to the above-described invention, by driving the pump cell in the limiting current mode, the pump cell can be made to perform the oxygen discharge process. Therefore, in this case, the NOx concentration can be measured based on the output of the sensor cell. Further, according to the present invention, by driving the pump cell in the electromotive force mode, the electromotive force of the pump cell can be rapidly changed based on whether or not oxygen is present in the measured gas chamber. Therefore, according to the present invention, the function of measuring the NOx concentration and the function equivalent to that of the O 2 sensor can be selectively realized.

【0085】請求項2記載の発明によれば、ポンプセル
は、被測定ガス室に存在するNOをNOに分解し、その結
果生じた酸素を排出する特性を有している。従って、本
発明によれば、ポンプセルにより、被検出ガス中のNOx
をNOに単ガス化することができる。センサセルにより分
解されるNOxにNOとNOが混在していると、センサセル
が流通させる電流から直接的にNOxの濃度を得ることが
できない。これに対して、本発明では、センサセルで分
解されるNOxがNOに単ガス化されているため、その電流
に基づいて、被検出ガス中のNOx濃度を精度良く検出す
ることができる。
According to the second aspect of the present invention, the pump cell has a characteristic of decomposing NO 2 existing in the gas chamber to be measured into NO and discharging oxygen generated as a result. Therefore, according to the present invention, the NOx in the gas to be detected can be
Can be gasified to NO. If NO 2 and NO are mixed in the NOx decomposed by the sensor cell, the NOx concentration cannot be directly obtained from the current passed through the sensor cell. On the other hand, in the present invention, since NOx decomposed in the sensor cell is converted into a single gas of NO, the NOx concentration in the gas to be detected can be accurately detected based on the current.

【0086】請求項3記載の発明によれば、請求項1ま
たは2で要求される特性を有するポンプセルおよびセン
サセルを実現することができる。
According to the invention described in claim 3, it is possible to realize the pump cell and the sensor cell having the characteristics required in claim 1 or 2.

【0087】請求項4記載の発明によれば、NOx濃度を
検出する必要がある場合はポンプセルが限界電流方式モ
ードで駆動される。その結果得られたNOx濃度が薄い場
合は、NOx吸蔵触媒の吸蔵能力に余裕があると判断さ
れ、リーン制御が継続される。そして、NOx濃度が上昇
し、その余裕がなくなったと判断されると、その時点で
リッチスパイク制御が開始されると共にポンプセルの駆
動モードが起電力式モードに切り替えられる。その結
果、リッチスパイク制御の実行中は、ポンプセルがO
センサと同様に機能する。リッチスパイク制御の実行に
伴ってNOx吸蔵触媒に蓄えられているNOxが消費される
と、ガス濃度測定装置の近傍にリッチなガスが流出し始
め、ポンプセルの起電力がリッチに対応する値に反転す
る。そして、この反転によりポンプセルの駆動モードが
限界電流方式モードに戻されて、リーン制御が再開され
る。以上の処理が繰り返されることにより、本発明によ
れば、過不足なく適正なタイミングおよび期間でリッチ
スパイク制御を実行することができ、NOx吸蔵触媒の下
流に、NOxやリッチ成分(COやHC)が排出されるのを有
効に防止することができる。
According to the invention described in claim 4, the pump cell is driven in the limiting current mode when the NOx concentration needs to be detected. When the NOx concentration obtained as a result is low, it is determined that the NOx storage catalyst has a sufficient storage capacity, and the lean control is continued. Then, when it is determined that the NOx concentration has risen and the margin has been exhausted, the rich spike control is started at that time and the drive mode of the pump cell is switched to the electromotive force mode. As a result, during execution of the rich spike control, pump cell O 2
Functions like a sensor. When the NOx stored in the NOx storage catalyst is consumed along with the execution of the rich spike control, rich gas begins to flow out near the gas concentration measuring device, and the electromotive force of the pump cell reverses to a value corresponding to rich. To do. Then, by this inversion, the drive mode of the pump cell is returned to the limiting current method mode, and the lean control is restarted. By repeating the above processing, according to the present invention, rich spike control can be executed with proper timing and period without excess or deficiency, and NOx and rich components (CO and HC) can be provided downstream of the NOx storage catalyst. Can be effectively prevented from being discharged.

【0088】請求項5記載の発明によれば、NOx吸蔵触
媒の劣化が判別された場合に、ポンプセルの駆動方式が
起電力式モードに切り替えられる。その結果、ポンプセ
ルは、理論空燃比の前後で高い感度を示すセンサとして
機能する状態となる。本発明では、その高い感度を利用
して、混合気の空燃比が、NOx吸蔵触媒の再生に有効な
空燃比(理論空燃比に比して僅かにリッチな空燃比)に
制御良く制御される。そして、触媒再生制御の終了条件
が成立するまで、その状態が継続される。このため、本
発明によれば、NOx吸蔵触媒が劣化した場合に、その状
態を適正な状態に復帰させることができる。
According to the fifth aspect of the invention, when it is determined that the NOx storage catalyst has deteriorated, the drive system of the pump cell is switched to the electromotive force mode. As a result, the pump cell is in a state of functioning as a sensor having high sensitivity before and after the stoichiometric air-fuel ratio. In the present invention, by utilizing the high sensitivity, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is well controlled and controlled to the air-fuel ratio effective for regeneration of the NOx storage catalyst (the air-fuel ratio slightly richer than the theoretical air-fuel ratio). . Then, the state is continued until the termination condition of the catalyst regeneration control is satisfied. Therefore, according to the present invention, when the NOx storage catalyst deteriorates, the state can be returned to an appropriate state.

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

【図1】 本発明の実施の形態1のシステム構成を説明
するための図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態1において用いられるガ
ス濃度測定装置の構成、およびその駆動回路の構成を説
明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of a gas concentration measuring device used in the first embodiment of the present invention and a configuration of a drive circuit thereof.

【図3】 図2に示すガス濃度測定装置が限界電流方式
のモードで駆動されている状態を示す等価回路である。
FIG. 3 is an equivalent circuit showing a state in which the gas concentration measuring device shown in FIG. 2 is driven in a limiting current method mode.

【図4】 ポンプセルに対する印加電圧とポンプセル電
流との関係を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a relationship between a voltage applied to a pump cell and a pump cell current.

【図5】 図2に示すガス濃度測定装置が起電力式のモ
ードで駆動されている状態を示す等価回路である。
5 is an equivalent circuit showing a state in which the gas concentration measuring device shown in FIG. 2 is driven in an electromotive force mode.

【図6】 図5に示すガス濃度測定装置においてポンプ
セルが示す出力特性(Z特性)を説明するための図であ
る。
6 is a diagram for explaining an output characteristic (Z characteristic) exhibited by a pump cell in the gas concentration measuring device shown in FIG.

【図7】 本発明の実施の形態1のシステムにおいて実
行されるリッチスパイク制御の内容を説明するための図
である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the content of rich spike control executed in the system according to the first embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施の形態1においてECUが実行す
るリッチスパイク制御ルーチンのフローチャートであ
る。
FIG. 8 is a flowchart of a rich spike control routine executed by the ECU in the first embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の実施の形態1においてECUが実行す
る被毒再生制御ルーチンのフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart of a poisoning regeneration control routine executed by the ECU in the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 内燃機関 14 排気通路 32 始動触媒 34 NOx吸蔵触媒 36 ガス濃度測定装置 40 ECU(Electronic Control Unit) 42,44 ジルコニア層 48 被測定ガス室 50,52 大気孔 58 ポンプセル 60 Pt-Au電極 62,72,74 Pt電極 66 センサセル 82 D/Aコンバータ 84,96 電流計測回路 86 A/Dコンバータ 88 スイッチ回路 94 電源 10 Internal combustion engine 14 Exhaust passage 32 Starting catalyst 34 NOx storage catalyst 36 Gas concentration measuring device 40 ECU (Electronic Control Unit) 42,44 Zirconia layer 48 Measured gas chamber 50,52 Atmosphere 58 Pump cell 60 Pt-Au electrode 62, 72, 74 Pt electrodes 66 sensor cells 82 D / A converter 84,96 Current measurement circuit 86 A / D converter 88 switch circuit 94 power supply

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定ガス室に導かれた被測定ガス中の
NOx濃度を測定するためのガス濃度測定装置であって、 所定の電圧印加を受けた場合に前記被測定ガス室から酸
素を排出しながらその排出量に応じた電流を流通させる
特性と、前記被測定ガス室に酸素が存在するか否かに応
じて起電力を急激に変化させる特性とを有するポンプセ
ルと、 所定の電圧印加を受けることにより、前記ポンプセルに
よって酸素が除去された後の被測定ガスを対象として、
その中に含まれるNOxの濃度に応じた電流を流通させる
センサセルと、 前記ポンプセルに対して前記所定の電圧を印加するポン
プセル電源と、 前記ポンプセルが流通させる電流を計測するポンプセル
電流計測手段と、 前記センサセルに対して前記所定の電圧を印加するセン
サセル電源と、 前記センサセルが流通させる電流を計測するセンサセル
電流計測手段と、 前記ポンプセルが前記所定の電圧の印加を受ける限界電
流方式モードと、その電圧の印加を受けない起電力式モ
ードとを切り替える切り替え手段と、 前記起電力式モードが実現されている場合に、前記ポン
プセルの起電力を測定する起電力測定手段と、 を備えることを特徴とするガス濃度測定装置。
1. A measuring gas introduced into a measuring gas chamber,
A gas concentration measuring device for measuring NOx concentration, wherein when a predetermined voltage is applied, oxygen is discharged from the gas chamber to be measured while flowing a current according to the discharged amount, A pump cell having the characteristic of rapidly changing the electromotive force depending on whether oxygen is present in the measurement gas chamber, and the gas to be measured after the oxygen is removed by the pump cell by receiving a predetermined voltage application. Targeting
A sensor cell for passing a current according to the concentration of NOx contained therein, a pump cell power source for applying the predetermined voltage to the pump cell, and a pump cell current measuring unit for measuring a current passed by the pump cell, and A sensor cell power supply that applies the predetermined voltage to the sensor cell, a sensor cell current measuring unit that measures a current that the sensor cell circulates, a limit current mode mode in which the pump cell receives the application of the predetermined voltage, and the voltage A switching means for switching between an electromotive force type mode in which no voltage is applied; and an electromotive force measuring means for measuring an electromotive force of the pump cell when the electromotive force type mode is realized. Concentration measuring device.
【請求項2】 前記ポンプセルは、前記被測定ガスに含
まれるNOをNOに分解すると共に、その分解の結果生じ
た酸素を前記被測定ガス室から排出する特性を更に有
し、 前記センサセルは、前記被測定ガス中のNOxを窒素と酸
素に分解し、前記所定の電圧印加を受けることにより、
その分解の結果生じた酸素を前記測定ガス室から排出し
ながらその排出量に応じた電流を流通させる特性を有す
ることを特徴とする請求項1記載のガス濃度測定装置。
2. The pump cell further has a characteristic of decomposing NO 2 contained in the gas to be measured into NO, and discharging oxygen generated as a result of the decomposition from the gas chamber to be measured, By decomposing NOx in the gas to be measured into nitrogen and oxygen, and applying the predetermined voltage,
2. The gas concentration measuring device according to claim 1, wherein the gas concentration measuring device has a characteristic that while discharging oxygen generated as a result of the decomposition from the measurement gas chamber, a current corresponding to the discharged amount is passed.
【請求項3】 前記ポンプセルは、ジルコニア層と、前
記被測定ガス室に露出するように前記ジルコニア層の一
方の面に配置されたPt-Au合金電極と、大気に露出する
ように前記ジルコニア層の他方の面に配置されたPt電極
とを備え、 前記センサセルは、ジルコニア層と、それぞれ前記被測
定ガス室および大気に露出するように前記ジルコニア層
の両面に配置されたPt電極とを備えることを特徴とする
請求項2記載のガス濃度測定装置。
3. The pump cell comprises a zirconia layer, a Pt—Au alloy electrode disposed on one surface of the zirconia layer so as to be exposed to the gas chamber to be measured, and the zirconia layer so as to be exposed to the atmosphere. Of the Pt electrode disposed on the other surface of the zirconia layer, and the sensor cell includes a zirconia layer and Pt electrodes disposed on both surfaces of the zirconia layer so as to be exposed to the measured gas chamber and the atmosphere, respectively. The gas concentration measuring device according to claim 2, wherein
【請求項4】 内燃機関の排気ガス浄化装置であって、 排気通路に配置されるNOx吸蔵触媒と、 前記NOx吸蔵触媒の下流に配置される請求項1乃至3の
何れか1項記載のガス濃度測定装置と、 前記ポンプセルが前記限界電流方式モードで駆動されて
いる場合に、前記センサセルが流通させる電流の値に基
づいて、前記被測定ガス中のNOx濃度を検出するNOx濃度
検出手段と、 前記NOx濃度が所定の判定値より薄い場合に、混合気の
空燃比をリーンに偏った値に制御するリーン制御を実行
するリーン制御実行手段と、 前記NOxが前記判定値以上となった場合に、混合気の空
燃比をリッチとするリッチスパイク制御を実行するリッ
チスパイク制御実行手段と、 前記NOxが前記判定値以上となった後に、前記ポンプセ
ルの駆動モードを、前記限界電流方式モードから前記起
電力式モードに切り替える切り替え実行手段と、 前記ポンプセルが前記起電力式モードで駆動されている
場合に、前記ポンプセルの起電力がリーンに対応する値
からリッチに対応する値に反転したか否かを判別するリ
ッチ反転判定手段と、 前記リッチスパイク制御が開始された後、前記ポンプセ
ルの起電力がリッチに対応する値に変化した時点で、前
記ポンプセルの駆動モードを前記限界電流方式モードに
切り替えると共に、前記リッチスパイク制御を終了し、
前記リーン制御を再開させるリーン制御再開手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装
置。
4. An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, wherein the NOx storage catalyst is arranged in an exhaust passage, and the gas according to claim 1, which is arranged downstream of the NOx storage catalyst. Concentration measuring device, when the pump cell is driven in the limiting current method mode, based on the value of the current passed by the sensor cell, NOx concentration detection means for detecting the NOx concentration in the measured gas, When the NOx concentration is lower than a predetermined judgment value, lean control execution means for executing lean control for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to a value biased to lean, and when the NOx is equal to or higher than the judgment value. A rich spike control executing means for executing a rich spike control for making the air-fuel ratio of the air-fuel mixture rich, and a driving mode of the pump cell after the NOx becomes the judgment value or more, the limiting current method mode Switching execution means for switching from the electromotive force mode to the electromotive force mode, and when the pump cell is driven in the electromotive force mode, whether the electromotive force of the pump cell is inverted from a value corresponding to lean to a value corresponding to rich Rich inversion determination means for determining whether or not, after the rich spike control is started, when the electromotive force of the pump cell changes to a value corresponding to rich, the drive mode of the pump cell to the limiting current method mode Along with switching, ending the rich spike control,
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising: lean control restarting means for restarting the lean control.
【請求項5】 前記NOx吸蔵触媒が劣化したか否かを判
別する劣化状態判別手段と、 前記ポンプセルを前記起電力式モードで駆動しつつ、前
記ポンプセルの起電力に基づいて、混合気の空燃比がリ
ッチに偏った所定値となるように触媒再生制御を実行す
る触媒再生制御実行手段と、 前記NOx吸蔵触媒が劣化したと判別された場合に、前記
触媒再生制御を開始する触媒再生制御開始手段と、 触媒再生制御の終了条件が成立した時点で、前記ポンプ
セルの駆動モードを前記限界電流方式モードに切り替え
ると共に、前記触媒再生制御を終了し、前記リーン制御
を再開させる触媒再生制御終了手段と、 を備えることを特徴とする請求項4記載の内燃機関の排
気ガス浄化装置。
5. A deterioration state determination means for determining whether or not the NOx storage catalyst has deteriorated, and a mixture of air-fuel mixture based on an electromotive force of the pump cell while driving the pump cell in the electromotive force mode. Catalyst regeneration control executing means for executing catalyst regeneration control so that the fuel ratio becomes a predetermined value biased to rich, and catalyst regeneration control start to start the catalyst regeneration control when it is determined that the NOx storage catalyst has deteriorated And a catalyst regeneration control terminating means for terminating the catalyst regeneration control and resuming the lean control while switching the drive mode of the pump cell to the limiting current mode mode when the catalyst regeneration control termination condition is satisfied. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, further comprising:
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