JP2015155665A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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和弘 若尾
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of an internal combustion engine which can accurately detect an SOx concentration of an exhaust gas of the internal combustion engine.
SOLUTION: An SOx concentration of an exhaust gas is detected by using a limit current type sensor which can detect an oxygen concentration (air-fuel ratio) of the exhaust gas of an internal combustion engine. Sweeping processing is performed by gradually lowering an application voltage to the sensor to a second voltage from a first voltage, and the SOx concentration of the exhaust gas is detected on the basis of a relationship between a waveform of an output current of the sensor during the execution of the sweeping processing and a prescribed reference value while controlling an engine so as to maintain the oxygen concentration of the exhaust gas at a constant value. Here, the first voltage is an application voltage which is obtained by accumulating sulfur generated by reducing SOx at the sensor in the sensor, the second voltage is an application voltage which is obtained by oxidizing sulfur at the sensor, and the reference value is the limit current value of the sensor corresponding to the oxygen concentration of the constant value.
COPYRIGHT: (C)2015,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排ガスの酸素濃度を検出可能な限界電流式のセンサ(例えば、いわゆるA/Fセンサ)を用いて排ガスのSOx濃度を検出する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for detecting the SOx concentration of exhaust gas using a limit current sensor (for example, a so-called A / F sensor) capable of detecting the oxygen concentration of exhaust gas of an internal combustion engine.

従来から、排ガスの酸素濃度を検出するセンサとして、酸素イオンを伝導可能な固体電解質と、固体電解質を挟むように設けられた一対の電極(測定用電極および基準用電極からなる電極対)と、測定用電極を覆うように設けられた拡散律速層(拡散抵抗層)と、を有する限界電流式のセンサが知られている。   Conventionally, as a sensor for detecting the oxygen concentration of exhaust gas, a solid electrolyte capable of conducting oxygen ions and a pair of electrodes (a pair of electrodes consisting of a measurement electrode and a reference electrode) provided so as to sandwich the solid electrolyte, There is known a limiting current type sensor having a diffusion rate-determining layer (diffusion resistance layer) provided so as to cover a measurement electrode.

上記センサを用いて排ガスの酸素濃度を検出する原理は、以下の通りである。まず、電極対の間に所定の電位差が生じるように電極対に電圧が印加されると、排ガス中の酸素が測定用電極にてイオン化される。酸素イオンは、固体電解質を通過して基準用電極に移動した後、基準用電極にて再結合されて酸素に戻る。この一連の電気化学反応に起因する電子の移動が、電極対から電流として出力される。拡散律速層が測定用電極への酸素の移動を律速しているため、電極対から出力される電流の大きさと、排ガスの酸素濃度と、は一対一に対応する。よって、電極対から出力される電流を測定すれば、その測定された電流に基づいて排ガスの酸素濃度が特定(検出)される。   The principle of detecting the oxygen concentration of the exhaust gas using the sensor is as follows. First, when a voltage is applied to the electrode pair so that a predetermined potential difference is generated between the electrode pair, oxygen in the exhaust gas is ionized at the measurement electrode. The oxygen ions pass through the solid electrolyte and move to the reference electrode, and then recombine at the reference electrode to return to oxygen. The movement of electrons resulting from this series of electrochemical reactions is output as an electric current from the electrode pair. Since the diffusion control layer controls the movement of oxygen to the measurement electrode, the magnitude of the current output from the electrode pair and the oxygen concentration of the exhaust gas correspond one-to-one. Therefore, when the current output from the electrode pair is measured, the oxygen concentration of the exhaust gas is specified (detected) based on the measured current.

従来の検出装置の一つ(以下「従来装置」という。)は、電極対へ印加される電圧の大きさが異なると測定用電極にて分解される分子が異なることを利用し、酸素以外の成分の濃度(例えば、HO濃度。すなわち、湿度)を検出する。具体的には、従来装置は、2組の電極対(上流側の電極対、下流側の電極対)を有するセンサを用いる。従来装置は、まず、上流側の電極対に酸素を分解する大きさの電圧を印加し、排ガス中の酸素をセンサの外部へ排出する。次いで、従来装置は、下流側の電極対にHOを分解する大きさの電圧を印加し、同電極対から出力される電流を測定する。そして、従来装置は、その電流に基づき、排ガスのHO濃度を特定する。これにより、従来装置は、HOに起因して出力される電流を酸素に起因して出力される電流と区別して測定できるので、HO濃度を精度良く検出できる(例えば、特許文献1を参照。)。 One of the conventional detection devices (hereinafter referred to as “conventional device”) utilizes the fact that the molecules decomposed by the measurement electrode differ when the magnitude of the voltage applied to the electrode pair is different. The concentration of the component (for example, H 2 O concentration, that is, humidity) is detected. Specifically, the conventional apparatus uses a sensor having two electrode pairs (an upstream electrode pair and a downstream electrode pair). In the conventional apparatus, first, a voltage of a magnitude that decomposes oxygen is applied to the upstream electrode pair, and oxygen in the exhaust gas is discharged to the outside of the sensor. Next, the conventional apparatus applies a voltage of a magnitude that decomposes H 2 O to the downstream electrode pair, and measures the current output from the electrode pair. The conventional apparatus, based on the current, identifies of H 2 O concentration in the exhaust gas. Thus, the conventional apparatus, since it measured and distinguished from the current output due to current output due in H 2 O in oxygen, can be accurately detected of H 2 O concentration (e.g., Patent Document 1 See).

以下、排ガスの酸素濃度を検出可能な限界電流式のセンサを「酸素濃度センサ」と称呼し、同センサが有する電極対へ印加される電圧を「センサへの印加電圧」と称呼し、同電極対から出力される電流を「センサの出力電流」と称呼する。また、内燃機関を「機関」と称呼する。   Hereinafter, a limiting current type sensor capable of detecting the oxygen concentration of exhaust gas is referred to as an “oxygen concentration sensor”, and a voltage applied to an electrode pair of the sensor is referred to as an “applied voltage to the sensor”. The current output from the pair is referred to as “sensor output current”. The internal combustion engine is referred to as an “engine”.

特開平2−122255号公報JP-A-2-122255

機関の燃料に含まれる硫黄成分の量は、一般に極微量である。しかし、機関が使用される地域等によっては、硫黄濃度が比較的高い燃料が用いられる場合がある。その場合、燃焼時に生じるSOxが排ガスの白煙化等の原因となり得る。そこで、燃料の硫黄濃度を測定することが求められている。本発明の発明者は、燃料の硫黄濃度に関連するパラメータとして、排ガスのSOx濃度を検出することを検討した。   The amount of sulfur component contained in engine fuel is generally extremely small. However, depending on the region where the engine is used, a fuel having a relatively high sulfur concentration may be used. In that case, SOx generated at the time of combustion may cause white smoke of the exhaust gas. Therefore, it is required to measure the sulfur concentration of the fuel. The inventor of the present invention studied to detect the SOx concentration of exhaust gas as a parameter related to the sulfur concentration of fuel.

具体的には、本発明の発明者は、従来装置にて採用された方法を用いて排ガスのSOx濃度を検出できるか否かを検討した。本検討の結果、SOxを分解する(換言すると、SOxを硫黄へ還元する)大きさの電圧を酸素濃度センサの電極対に印加すると、SOxだけでなくSOx以外の排ガス中の成分の分解も生じ、SOxに起因する出力電流だけを区別して測定することが容易ではないことが分かった。すなわち、従来装置にて採用された方法によっては、排ガスのSOx濃度を精度良く検出することは困難である。   Specifically, the inventor of the present invention examined whether or not the SOx concentration of the exhaust gas can be detected using the method employed in the conventional apparatus. As a result of this study, when a voltage large enough to decompose SOx (in other words, reduce SOx to sulfur) is applied to the electrode pair of the oxygen concentration sensor, not only SOx but also components in exhaust gas other than SOx are decomposed. It was found that it is not easy to distinguish and measure only the output current caused by SOx. That is, it is difficult to accurately detect the SOx concentration of the exhaust gas depending on the method adopted in the conventional apparatus.

本発明の目的は、機関の排ガスのSOx濃度を精度良く検出することが可能な制御装置を提供することにある。   The objective of this invention is providing the control apparatus which can detect the SOx density | concentration of the exhaust gas of an engine accurately.

上記課題を解決するための、本発明による制御装置は、
排ガスの酸素濃度を検出可能な限界電流式のセンサを備えた内燃機関に適用され、排ガスのSOx濃度を検出するための処理部を備えている。
In order to solve the above problems, a control device according to the present invention provides:
The present invention is applied to an internal combustion engine having a limiting current type sensor capable of detecting the oxygen concentration of exhaust gas, and includes a processing unit for detecting the SOx concentration of exhaust gas.

この処理部は、
排ガスの酸素濃度を一定の値に維持するように前記機関を制御しながら、
前記センサへの印加電圧を、前記センサにてSOxが還元されて生じる硫黄が前記センサに蓄積される第1電圧から、前記センサにて硫黄がSOxへ酸化される第2電圧まで、徐々に降下させる掃引処理を実行するとともに、
前記掃引処理の実行中における前記センサの出力電流の波形と、前記一定の値の酸素濃度に対応する前記センサの限界電流の値である基準値と、に基づいて排ガスのSOx濃度を検出する。
This processing unit
While controlling the engine to maintain the oxygen concentration of the exhaust gas at a constant value,
The voltage applied to the sensor gradually decreases from a first voltage at which sulfur produced by SOx reduction by the sensor is accumulated in the sensor to a second voltage at which sulfur is oxidized to SOx by the sensor. And execute the sweep process
The SOx concentration of the exhaust gas is detected based on the waveform of the output current of the sensor during the execution of the sweep process and the reference value that is the limit current value of the sensor corresponding to the constant value of oxygen concentration.

本発明の発明者による実験および考察によれば、センサへの印加電圧を上記「第1電圧」から上記「第2電圧」まで降下させる「掃引処理」を実行したとき、「センサの出力電流の波形」には、センサにて硫黄がSOxへ再び酸化されることに起因する出力成分(「排ガスのSOx濃度」に起因する出力成分)及び「排ガスの酸素濃度」に起因する出力成分が含まれるものの、実質的に他の成分に起因する出力成分は含まれない。   According to experiments and considerations by the inventor of the present invention, when the “sweep process” for reducing the applied voltage to the sensor from the “first voltage” to the “second voltage” is executed, The “waveform” includes an output component resulting from the re-oxidation of sulfur to SOx by the sensor (an output component resulting from the “exhaust SOx concentration”) and an output component resulting from the “exhaust oxygen concentration”. However, it does not include output components that are substantially attributable to other components.

そこで、本発明の装置は、「排ガスの酸素濃度を一定の値に維持」させながら掃引処理を実行することにより、酸素濃度に起因する出力成分を一定にし、酸素濃度の変動が「出力電流の波形」を乱すことを防ぐ。そして、本発明の装置は、その酸素濃度に起因する出力成分(すなわち、上記「基準値」)を考慮しながら、出力電流の波形を分析する。その結果、本発明の装置は、センサの出力電流からSOx濃度に起因する出力成分だけを区別して測定することができる。   Therefore, the apparatus of the present invention performs the sweep process while “maintaining the oxygen concentration of the exhaust gas at a constant value”, thereby making the output component due to the oxygen concentration constant, Prevents disturbing the “waveform”. The apparatus of the present invention analyzes the waveform of the output current in consideration of the output component (that is, the “reference value”) due to the oxygen concentration. As a result, the apparatus of the present invention can distinguish and measure only the output component resulting from the SOx concentration from the output current of the sensor.

よって、上記構成を備えた本発明の装置は、排ガスのSOx濃度を精度良く検出することが可能である。   Therefore, the apparatus of the present invention having the above configuration can accurately detect the SOx concentration of the exhaust gas.

ところで、上述したように、本発明の装置は、排ガスのSOx濃度を検出する過程において、SOx濃度に起因する出力成分を検出している。この出力成分は、SOx濃度と一対一に対応するので、実質的にSOx濃度を表している。そこで、本発明における「SOx濃度」は、排ガスのSOx濃度そのもの及びSOx濃度に一対一に対応する値の少なくとも一方、と言い換えられ得る。   By the way, as described above, the apparatus of the present invention detects an output component resulting from the SOx concentration in the process of detecting the SOx concentration of the exhaust gas. Since this output component has a one-to-one correspondence with the SOx concentration, it substantially represents the SOx concentration. Therefore, the “SOx concentration” in the present invention can be restated as at least one of the SOx concentration itself of the exhaust gas and the value corresponding to the SOx concentration on a one-to-one basis.

なお、本発明の装置は、従来装置のように単に印加電圧ごとに出力電流を測定するのではなく、掃引処理という本発明に特有の処理により、排ガス中のSOxに起因する出力電流成分だけを区別して測定することができる。その結果、従来装置では排ガス中のSOxと他の成分とを区別することが困難であったことに対し、本発明の装置は排ガスのSOx濃度を精度良く検出できる。このように、本発明は、従来装置と比較した有利な効果を有する。   The apparatus of the present invention does not simply measure the output current for each applied voltage as in the conventional apparatus, but only the output current component caused by SOx in the exhaust gas by a process unique to the present invention called a sweep process. It can be distinguished and measured. As a result, it was difficult for the conventional apparatus to distinguish between SOx and other components in the exhaust gas, whereas the apparatus of the present invention can detect the SOx concentration of the exhaust gas with high accuracy. Thus, the present invention has an advantageous effect compared with the conventional apparatus.

次いで、本発明の制御装置の複数の態様(態様1〜3)について述べる。   Next, a plurality of modes (modes 1 to 3) of the control device of the present invention will be described.

・態様1
上記「基準値」は、実際に掃引処理が実行されるときに取得されてもよく、予め実験等によって定められたマップ等を参照して取得されてもよい。
・ Mode 1
The “reference value” may be acquired when the sweep process is actually executed, or may be acquired with reference to a map or the like determined in advance through experiments or the like.

基準値を実際に掃引処理が実行されるときに取得する場合、基準値の取得と掃引処理の実行とが過度に離れると、センサの出力特性が経時変化した場合等にSOx濃度の検出精度が低下する可能性がある。そこで、SOx濃度を出来る限り精度良く検出するために、基準値の取得と掃引処理の実行とが出来る限り近いタイミングにて行われることが好ましい。   When the reference value is acquired when the sweep process is actually executed, if the acquisition of the reference value is excessively separated from the execution of the sweep process, the detection accuracy of the SOx concentration is improved when the output characteristics of the sensor change over time. May be reduced. Therefore, in order to detect the SOx concentration as accurately as possible, it is preferable that the acquisition of the reference value and the execution of the sweep process are performed at timings as close as possible.

そこで、本態様の制御装置は、
前記第2電圧が、排ガスの酸素濃度を検出するときに用いられる印加電圧に一致し、
前記基準値が、前記掃引処理にて前記センサへの印加電圧が前記第2電圧(すなわち、酸素濃度の検出用の電圧)まで降下した時点における前記センサの出力電流の値である、
ように構成され得る。
Therefore, the control device of this aspect is
The second voltage matches the applied voltage used when detecting the oxygen concentration of the exhaust gas;
The reference value is a value of the output current of the sensor at the time when the voltage applied to the sensor in the sweep process drops to the second voltage (that is, a voltage for detecting the oxygen concentration).
Can be configured as follows.

発明者の実験等によれば、掃引処理が実行されると、通常は第2電圧が「排ガスの酸素濃度を検出するときに用いられる印加電圧」に達するよりも前に、センサに蓄積された全ての硫黄の再酸化が完了する。そのため、第2電圧自体は硫黄の酸化が生じ得る電圧ではあるものの、印加電圧が第2電圧であるときの出力電流は、実質的に酸素に起因する出力成分だけを含む。   According to the inventors' experiments and the like, when the sweep process is executed, the second voltage is normally accumulated in the sensor before reaching the “applied voltage used when detecting the oxygen concentration of the exhaust gas”. All sulfur reoxidation is complete. Therefore, although the second voltage itself is a voltage at which sulfur oxidation can occur, the output current when the applied voltage is the second voltage substantially includes only an output component due to oxygen.

そこで、本態様の装置は、印加電圧が第2電圧まで降下した時点の出力電流を基準値として用いる。更に、本態様の装置は、掃引処理が終了した時点において基準値を取得するので、基準値の取得と掃引処理とを実質的に連続して行うことになる。よって、本態様の装置は、基準値の取得と掃引処理の実行とが離れたタイミングにてなされる場合に比べ、より精度良く排ガスのSOx濃度を検出できる。   Therefore, the apparatus of this aspect uses the output current when the applied voltage drops to the second voltage as the reference value. Furthermore, since the apparatus of this aspect acquires the reference value when the sweep process is completed, the acquisition of the reference value and the sweep process are performed substantially continuously. Therefore, the apparatus of this aspect can detect the SOx concentration of the exhaust gas with higher accuracy than when the acquisition of the reference value and the execution of the sweep process are performed at different timings.

・態様2
一方、基準値を予め実験等によって定められたマップ等を参照して取得する場合、例えば酸素濃度の測定用に準備されている「酸素濃度と限界電流との対応関係」を利用することができる。
Aspect 2
On the other hand, when the reference value is acquired with reference to a map or the like determined in advance by experiments or the like, for example, “correspondence between oxygen concentration and limit current” prepared for measuring oxygen concentration can be used. .

そこで、本態様の制御装置は、
前記処理部が、排ガスの酸素濃度と限界電流の値との間の対応関係を予め記憶し、
前記基準値が、前記対応関係に前記一定の値の酸素濃度を適用して得られる限界電流の値である、
ように構成され得る。
Therefore, the control device of this aspect is
The processing unit stores in advance a correspondence relationship between the oxygen concentration of the exhaust gas and the value of the limit current,
The reference value is a limit current value obtained by applying the constant oxygen concentration to the correspondence relationship;
Can be configured as follows.

上記構成によれば、掃引処理中の排ガスの酸素濃度(一定の値)を知る必要はあるものの、上記態様1のように基準値を定めるための測定等を別途行う必要がない。よって、本態様の装置は、SOx濃度の検出を簡易かつ速やかに行うことができる。更に、「対応関係」が予め記憶されているので、本態様の装置は、掃引処理中の排ガスの酸素濃度(一定の値)がSOx濃度の測定ごと異なったとしても、確実に基準値を定めることができる。   According to the above configuration, although it is necessary to know the oxygen concentration (a constant value) of the exhaust gas during the sweep process, it is not necessary to separately perform measurement or the like for determining the reference value as in the first aspect. Therefore, the apparatus of this aspect can easily and quickly detect the SOx concentration. Furthermore, since the “correspondence” is stored in advance, the apparatus of this aspect reliably determines the reference value even if the oxygen concentration (constant value) of the exhaust gas during the sweep process differs for each SOx concentration measurement. be able to.

・態様3
発明者の実験等によれば、掃引処理の実行中におけるセンサの出力電流の波形は、排ガスのSOx濃度に対応して変化する極値(出力電流のピーク値)を有する(例えば、図4を参照。)。本態様の装置は、排ガスのSOx濃度を検出する一態様として、この極値と基準値との差の絶対値からSOx濃度を求める。
・ Aspect 3
According to the inventor's experiment and the like, the waveform of the output current of the sensor during the execution of the sweep process has an extreme value (peak value of the output current) that changes corresponding to the SOx concentration of the exhaust gas (for example, FIG. reference.). The apparatus of this aspect calculates | requires SOx density | concentration from the absolute value of the difference of this extreme value and a reference value as one aspect | mode which detects the SOx density | concentration of waste gas.

具体的には、本態様の制御装置は、
前記処理部が、前記波形の特徴を示す値として「前記掃引処理の実行中における前記センサの出力電流の極値」を用いるとともに、前記極値と前記基準値との差の絶対値が大きいほどSOx濃度が高くなるように排ガスのSOx濃度を検出し、
前記第2電圧が、前記極値が出力される印加電圧よりも小さい印加電圧である、
ように構成され得る。
Specifically, the control device of this aspect is
The processor uses the “extreme value of the output current of the sensor during execution of the sweep process” as a value indicating the characteristic of the waveform, and the larger the absolute value of the difference between the extreme value and the reference value is, Detect the SOx concentration of the exhaust gas so that the SOx concentration becomes high,
The second voltage is an applied voltage smaller than an applied voltage at which the extreme value is output;
Can be configured as follows.

上記構成によれば、複雑な計算を要することなく、排ガスのSOx濃度を検出できる。なお、極値と基準値との差の絶対値と、排ガスのSOx濃度と、の間の対応関係は、予め実験等によって定められ得る。   According to the above configuration, the SOx concentration of the exhaust gas can be detected without requiring complicated calculation. The correspondence between the absolute value of the difference between the extreme value and the reference value and the SOx concentration of the exhaust gas can be determined in advance by experiments or the like.

図1は、本発明の実施形態に係る制御装置が適用される内燃機関の概略構成を表す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine to which a control device according to an embodiment of the present invention is applied. 図2は、限界電流式の酸素濃度センサ(1セル・センサ)の概略構成を表す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a limiting current type oxygen concentration sensor (one cell sensor). 図3は、限界電流式の酸素濃度センサの出力特性を表す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing output characteristics of a limiting current type oxygen concentration sensor. 図4は、掃引処理を実行したときのセンサの出力電流の波形の一例を表す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of the waveform of the output current of the sensor when the sweep process is executed. 図5は、排ガスのSOx濃度とセンサの出力との関係を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the SOx concentration of exhaust gas and the output of the sensor. 図6は、掃引処理を実行したときのセンサの出力電流の波形の一例を表す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of the waveform of the output current of the sensor when the sweep process is executed. 図7は、掃引処理を実行したときのセンサの出力電流の波形の一例を表す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of the waveform of the output current of the sensor when the sweep process is executed. 図8は、排ガスの空燃比(排ガスの酸素濃度)と、センサへの印加電圧と、センサの出力電流と、の関係の一例を表すタイムチャートである。FIG. 8 is a time chart showing an example of the relationship among the air-fuel ratio of exhaust gas (oxygen concentration of exhaust gas), the voltage applied to the sensor, and the output current of the sensor. 図9は、排ガスの空燃比(排ガスの酸素濃度)と、センサへの印加電圧と、センサの出力電流と、の関係の一例を表すタイムチャートである。FIG. 9 is a time chart showing an example of the relationship among the air-fuel ratio of exhaust gas (oxygen concentration of exhaust gas), the voltage applied to the sensor, and the output current of the sensor. 図10は、実施形態に係る制御装置が実行するルーチンを示したフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating a routine executed by the control device according to the embodiment. 図11は、限界電流式の酸素濃度センサ(2セル・センサ)の概略構成を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a limiting current type oxygen concentration sensor (2-cell sensor).

<実施形態>
[装置の概要]
図1は、本発明の実施形態に係る制御装置(以下「実施装置」という。)が適用される内燃機関10の概略構成を示している。
<Embodiment>
[Outline of device]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an internal combustion engine 10 to which a control device (hereinafter referred to as “implementation device”) according to an embodiment of the present invention is applied.

機関10は、火花点火式内燃機関(いわゆるガソリンエンジン)である。機関10は、以下の構成を有する。
・本体部20
燃料噴射弁21、点火プラグ22、燃焼室23、燃料ポンプ24、燃料供給管25、ピストン26、コンロッド27、及び、クランクシャフト28が、本体部20に属する。
・吸気系統30
吸気弁31、吸気ポート32、吸気マニホールド33、スロットル弁34、吸気管35、及び、エアクリーナ36が、吸気系統30に属する。
・排気系統40
排気弁41、排気ポート42、排気マニホールド43、排ガス浄化触媒44、及び、排気管45が、排気系統40に属する。
・アクセルペダル51
・複数のセンサ61〜64
限界電流式の酸素濃度センサ61、クランクポジションセンサ62、エアフローメータ63、及び、アクセル開度センサ64が、複数のセンサに含まれる。
・電子制御装置71
The engine 10 is a spark ignition internal combustion engine (so-called gasoline engine). The engine 10 has the following configuration.
Main body 20
The fuel injection valve 21, ignition plug 22, combustion chamber 23, fuel pump 24, fuel supply pipe 25, piston 26, connecting rod 27, and crankshaft 28 belong to the main body 20.
Intake system 30
The intake valve 31, the intake port 32, the intake manifold 33, the throttle valve 34, the intake pipe 35, and the air cleaner 36 belong to the intake system 30.
Exhaust system 40
The exhaust valve 41, the exhaust port 42, the exhaust manifold 43, the exhaust gas purification catalyst 44, and the exhaust pipe 45 belong to the exhaust system 40.
Accelerator pedal 51
Several sensors 61 to 64
A limiting current type oxygen concentration sensor 61, a crank position sensor 62, an air flow meter 63, and an accelerator opening sensor 64 are included in the plurality of sensors.
Electronic control device 71

限界電流式の酸素濃度センサ61(以下「センサ61」という。)は、図2に示されるように、固体電解質層61A、測定用電極61B及び基準用電極61Cから構成されるセンサセル61D、拡散律速層61E、センサ制御部61F、第1アルミナ層61G、第2アルミナ層61H、第3アルミナ層61I、第4アルミナ層61J、第5アルミナ層61K、並びに、ヒータ61Lを有する。更に、センサ61には、大気導入路61M、及び、内部空間61Nが形成されている。センサ61は、センサセル61Dを1つ有する「1セル・センサ」である。   As shown in FIG. 2, a limiting current type oxygen concentration sensor 61 (hereinafter referred to as “sensor 61”) includes a sensor cell 61D including a solid electrolyte layer 61A, a measurement electrode 61B, and a reference electrode 61C, a diffusion rate-determining method. A layer 61E, a sensor control unit 61F, a first alumina layer 61G, a second alumina layer 61H, a third alumina layer 61I, a fourth alumina layer 61J, a fifth alumina layer 61K, and a heater 61L are provided. Further, the sensor 61 is formed with an air introduction path 61M and an internal space 61N. The sensor 61 is a “one cell sensor” having one sensor cell 61D.

センサ61は、先端部(拡散律速層61Eが存在する側の先端部)が排ガスに曝されるように、排気マニホールド43に設けられている。なお、排ガス浄化触媒44によって排ガスのSOx濃度が変化する可能性を考慮し、センサ61は、排ガス浄化触媒44よりも上流側に設けられている。   The sensor 61 is provided in the exhaust manifold 43 so that the front end portion (the front end portion on the side where the diffusion-controlling layer 61E exists) is exposed to the exhaust gas. In consideration of the possibility that the exhaust gas purification catalyst 44 may change the SOx concentration of the exhaust gas, the sensor 61 is provided upstream of the exhaust gas purification catalyst 44.

固体電解質層61Aは、酸素イオンを伝導可能なジルコニア等から形成されている。測定用電極61B及び基準用電極61Cは、白金およびロジウム等の白金族元素またはそれらを含む合金から構成されている。測定用電極61B及び基準用電極61Cは、固体電解質層61Aを挟むように配置されている。測定用電極61Bは固体電解質層61Aの一方の側の壁面上(具体的には、内部空間61Nを画成する壁面上)に配置され、基準用電極61Cは固体電解質層61Aの他方の側の壁面上(具体的には、大気導入路61Mを画成する壁面上)に配置されている。   The solid electrolyte layer 61A is made of zirconia or the like that can conduct oxygen ions. The measurement electrode 61B and the reference electrode 61C are made of a platinum group element such as platinum and rhodium or an alloy containing them. The measurement electrode 61B and the reference electrode 61C are arranged so as to sandwich the solid electrolyte layer 61A. The measurement electrode 61B is disposed on the wall surface on one side of the solid electrolyte layer 61A (specifically, on the wall surface defining the internal space 61N), and the reference electrode 61C is disposed on the other side of the solid electrolyte layer 61A. It is arranged on the wall surface (specifically, on the wall surface that defines the air introduction path 61M).

センサ制御部61Fは、測定用電極61Bがカソード(cathode)であり且つ基準用電極61Cがアノード(anode)であるように、センサセル61Dと接続されている。センサ制御部61Fは、ヒータ61Lに電力を供給可能であるように、ヒータ61Lと接続されている。センサ制御部61Fは、電子制御装置71に接続されている。   The sensor control unit 61F is connected to the sensor cell 61D so that the measurement electrode 61B is a cathode and the reference electrode 61C is an anode. The sensor control unit 61F is connected to the heater 61L so that electric power can be supplied to the heater 61L. The sensor control unit 61F is connected to the electronic control device 71.

センサ制御部61Fは、電子制御装置71からの指示信号を受信して同指示信号に対応する電圧をセンサセル61Dに印加し、センサセル61Dから出力される電流の値を電子制御装置71に送信する。センサ制御部61Fは、電子制御装置71からの指示信号を受信して同指示信号に対応する電力をヒータ61Lに供給する。   The sensor control unit 61F receives an instruction signal from the electronic control device 71, applies a voltage corresponding to the instruction signal to the sensor cell 61D, and transmits a current value output from the sensor cell 61D to the electronic control device 71. The sensor control unit 61F receives an instruction signal from the electronic control device 71 and supplies power corresponding to the instruction signal to the heater 61L.

なお、センサセル61Dへの電圧の印加は、測定用電極61Bと基準用電極61Cとの間(電極対の間)に電子制御装置71からの指示信号に応じた電位差を生じさせるように、測定用電極61B及び基準用電極61Cに電圧を印加することにより、行われる。   The application of voltage to the sensor cell 61D is for measurement so as to generate a potential difference according to the instruction signal from the electronic control unit 71 between the measurement electrode 61B and the reference electrode 61C (between the electrode pair). This is performed by applying a voltage to the electrode 61B and the reference electrode 61C.

内部空間61Nは、固体電解質層61A、拡散律速層61E、第1アルミナ層61G及び第2アルミナ層61Hによって画成された空間である。内部空間61Nは、拡散律速層61Eによってセンサ外部(排気マニホールド43の内部)と隔てられている。拡散律速層61Eは、多孔質構造を有しており、排気マニホールド43から内部空間61Nへの排ガスの移動(ひいては、排ガスの固体電解質層61Aへの拡散)を律速させる。大気導入路61Mは、センサ61の外部の大気に開放されている。   The internal space 61N is a space defined by the solid electrolyte layer 61A, the diffusion control layer 61E, the first alumina layer 61G, and the second alumina layer 61H. The internal space 61N is separated from the outside of the sensor (inside the exhaust manifold 43) by the diffusion rate controlling layer 61E. The diffusion-controlling layer 61E has a porous structure and controls the movement of exhaust gas from the exhaust manifold 43 to the internal space 61N (and thus diffusion of the exhaust gas to the solid electrolyte layer 61A). The atmosphere introduction path 61M is open to the atmosphere outside the sensor 61.

センサ61は、通常、排気マニホールド43内を流れる排ガスの酸素濃度を検出するために用いられる。具体的には、酸素濃度の測定用の電圧(以下「通常電圧」という。)がセンサセル61Dに印加されると、内部空間61Nに存在する排ガスに含まれる酸素が、測定用電極61Bにてイオン化される。酸素イオンは、測定用電極61Bから固体電解質層61Aを通過して基準用電極61Cに移動する。基準用電極61Cに到達した酸素イオンは、再結合されて酸素に戻り、大気導入路61Mに放出される。この一連の電気化学反応に起因する電子の移動が、センサセル61Dからの出力電流としてセンサ制御部61Fにおいて測定される。拡散律速層61Eの働きにより、出力電流の大きさ(換言すると、電極対の間を移動する酸素イオンの量)と、排ガスの酸素濃度と、は一対一に対応する関係を有する。すなわち、センサセル61Dからの出力電流は、排ガスの酸素濃度に対応する大きさを有する。なお、この出力電流は、一般に「限界電流」と称呼される。   The sensor 61 is normally used for detecting the oxygen concentration of the exhaust gas flowing in the exhaust manifold 43. Specifically, when a voltage for measuring the oxygen concentration (hereinafter referred to as “normal voltage”) is applied to the sensor cell 61D, oxygen contained in the exhaust gas existing in the internal space 61N is ionized by the measurement electrode 61B. Is done. Oxygen ions move from the measurement electrode 61B through the solid electrolyte layer 61A to the reference electrode 61C. The oxygen ions that have reached the reference electrode 61C are recombined to return to oxygen, and are released to the atmosphere introduction path 61M. The movement of electrons due to this series of electrochemical reactions is measured by the sensor control unit 61F as an output current from the sensor cell 61D. Due to the action of the diffusion-controlling layer 61E, the magnitude of the output current (in other words, the amount of oxygen ions moving between the electrode pair) and the oxygen concentration of the exhaust gas have a one-to-one relationship. That is, the output current from the sensor cell 61D has a magnitude corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas. This output current is generally referred to as “limit current”.

ところで、「排ガスの酸素濃度」は、燃焼前の混合気の空燃比に主に依存して定まる。逆に、排ガスの酸素濃度に基づき、混合気の空燃比が推定され得る。そこで、排ガスの酸素濃度は「排ガスの空燃比」とも称呼される。この称呼に従えば、例えば、理論空燃比の混合気が燃焼して生じる排ガスの酸素濃度は実質的にゼロであり、同排ガスの空燃比は理論空燃比である。また、以下、センサセル61Dへの印加電圧は「センサ61への印加電圧」と称呼され、センサセル61Dからの出力電流は「センサ61の出力電流」と称呼される。   By the way, the “oxygen concentration of exhaust gas” is determined mainly depending on the air-fuel ratio of the air-fuel mixture before combustion. Conversely, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be estimated based on the oxygen concentration of the exhaust gas. Therefore, the oxygen concentration of the exhaust gas is also referred to as “the exhaust gas air-fuel ratio”. According to this designation, for example, the oxygen concentration of the exhaust gas generated by combustion of the stoichiometric air-fuel mixture is substantially zero, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio. Further, hereinafter, the applied voltage to the sensor cell 61D is referred to as “applied voltage to the sensor 61”, and the output current from the sensor cell 61D is referred to as “the output current of the sensor 61”.

図3の(A)は、排ガスの空燃比A/Fと、センサ61への印加電圧Vsと、センサ61からの出力電流Isと、の関係を表す概略図である。図示されるように、排ガスの空燃比A/Fと出力電流Is(限界電流)の大きさとは、印加電圧Vsが特定の範囲内にあるとき、一対一に対応する関係を有する。そこで、この範囲内における電圧が通常電圧V0として用いられる(図中の一点鎖線を参照。)。なお、通常電圧V0は、一般に実験等に基づいて定められる固定値(例えば、0.4V)である。図3の(B)は、印加電圧Vsが通常電圧V0であるときの、排ガスの空燃比A/Fと出力電流Isとの関係を表す概略図である。図示されるように、出力電流Isに基づき、排ガスの空燃比A/Fが一意に特定される。   3A is a schematic diagram showing the relationship among the air-fuel ratio A / F of exhaust gas, the voltage Vs applied to the sensor 61, and the output current Is from the sensor 61. FIG. As shown in the figure, the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas and the magnitude of the output current Is (limit current) have a one-to-one relationship when the applied voltage Vs is within a specific range. Therefore, the voltage within this range is used as the normal voltage V0 (see the alternate long and short dash line in the figure). The normal voltage V0 is a fixed value (eg, 0.4 V) generally determined based on experiments or the like. FIG. 3B is a schematic diagram showing the relationship between the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas and the output current Is when the applied voltage Vs is the normal voltage V0. As shown in the figure, the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas is uniquely specified based on the output current Is.

実施装置において、センサ61の出力電流Isの値は、センサ制御部61Fにて測定されて電子制御装置71に送信される。そして、電子制御装置71は、受信したセンサ61の出力電流Isの値を図3の(B)に示す対応関係に適用することにより、排ガスの空燃比A/Fを特定(検出)する。   In the implementation apparatus, the value of the output current Is of the sensor 61 is measured by the sensor control unit 61F and transmitted to the electronic control unit 71. Then, the electronic control unit 71 specifies (detects) the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas by applying the received value of the output current Is of the sensor 61 to the correspondence relationship shown in FIG.

このように、実施装置が適用される機関10が備えるセンサ61は、排ガスの酸素濃度と一対一に対応する電流(限界電流)を出力する特性を有するセンサであり、酸素イオンを伝導可能な固体電解質と、固体電解質を挟むように設けられた測定用電極および基準用電極(電極対)と、測定用電極を覆うように設けられた拡散律速層と、を有している。本構成を有するセンサにおいて、センサへの印加電圧は、電極対の間に電位差を生じさせるために電極対に印加される電圧と言い換えられ得る。また、センサの出力電流は、電極対から出力される電流と言い換えられ得る。   As described above, the sensor 61 included in the engine 10 to which the implementation apparatus is applied is a sensor having a characteristic of outputting a current (limit current) corresponding to the oxygen concentration of exhaust gas on a one-to-one basis, and is a solid capable of conducting oxygen ions. An electrolyte, a measurement electrode and a reference electrode (electrode pair) provided so as to sandwich the solid electrolyte, and a diffusion-controlling layer provided so as to cover the measurement electrode are included. In the sensor having this configuration, the voltage applied to the sensor can be rephrased as a voltage applied to the electrode pair in order to cause a potential difference between the electrode pair. Further, the output current of the sensor can be rephrased as a current output from the electrode pair.

再び図1を参照すると、クランクポジションセンサ62は、クランクシャフト28の回転位置を表す信号を出力するように構成されている。エアフローメータ63は、機関10に吸入される単位時間あたりの空気量(吸入空気量)を表す信号を出力するように構成されている。電子制御装置71は、これら信号に基づき、燃焼室23に導入される空気量を算出する。アクセル開度センサ64は、アクセルペダル51の開度を表す信号を出力する。電子制御装置71は、この信号に基づいて機関10へ要求される出力を定める。   Referring again to FIG. 1, the crank position sensor 62 is configured to output a signal representing the rotational position of the crankshaft 28. The air flow meter 63 is configured to output a signal representing the amount of air per unit time (intake air amount) sucked into the engine 10. The electronic control unit 71 calculates the amount of air introduced into the combustion chamber 23 based on these signals. The accelerator opening sensor 64 outputs a signal indicating the opening of the accelerator pedal 51. The electronic control unit 71 determines the output required for the engine 10 based on this signal.

電子制御装置71は、CPU、ROM及びRAM等を含む周知のマイクロコンピュータを主体とした電子回路である。電気制御装置71のCPU(以下「CPU」という。)は、燃料噴射弁21、スロットル弁34及びセンサ61等に指示信号を送信するとともに、上記複数のセンサ61〜64から出力される信号を受信するように構成されている。   The electronic control unit 71 is an electronic circuit mainly composed of a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. A CPU (hereinafter referred to as “CPU”) of the electric control device 71 transmits an instruction signal to the fuel injection valve 21, the throttle valve 34, the sensor 61, and the like, and receives signals output from the plurality of sensors 61 to 64. Is configured to do.

[SOx濃度の検出方法]
図4〜7を参照しながら、実施装置におけるSOx濃度の検出方法について説明する。実施装置は、センサ61を用いて排ガスのSOx濃度を検出する。発明者による実験および考察によれば、センサ61への印加電圧Vsを特定の第1電圧V1から特定の第2電圧V2まで徐々に降下させたとき、センサ61の出力電流Isが、排ガスのSOx濃度に対応した固有の波形を描くことが分かった。以下、センサ61への印加電圧Vsを第1電圧V1から第2電圧V2まで徐々に降下させる処理を「掃引処理」と称呼する。
[SOx concentration detection method]
A method of detecting the SOx concentration in the implementation apparatus will be described with reference to FIGS. The implementation apparatus uses the sensor 61 to detect the SOx concentration of the exhaust gas. According to experiments and considerations by the inventor, when the applied voltage Vs to the sensor 61 is gradually decreased from the specific first voltage V1 to the specific second voltage V2, the output current Is of the sensor 61 becomes the SOx of the exhaust gas. It was found that a unique waveform corresponding to the concentration was drawn. Hereinafter, the process of gradually decreasing the applied voltage Vs to the sensor 61 from the first voltage V1 to the second voltage V2 is referred to as a “sweep process”.

まず、掃引処理の概要について説明する。図4は、掃引処理を行ったときのセンサ61の出力電流の波形の一例を表す概略図である。印加電圧Vsが第1電圧V1から第2電圧V2まで降下するときの出力電流Isの波形(図中、実線で表される、点Aから点Bを経て点Cに至る波形)が、排ガスのSOx濃度に対応して変化する。ただし、本波形は、排ガスのSOx濃度だけでなく、掃引処理中の排ガスの空燃比(酸素濃度)にも対応して変化する。そこで、実施装置は、出力電流Isの波形から排ガスのSOx濃度のみを表す値を抽出し、その値に基づいて排ガスのSOx濃度を検出する。この検出を精度良く行うために、実施装置は、掃引処理中の排ガスの空燃比を一定の値に維持するように機関10を制御する。この一定の値に対応する出力電流Isは、排ガスの空燃比に対応する出力成分(基準値Iref)として用いられる。   First, an outline of the sweep process will be described. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of the waveform of the output current of the sensor 61 when the sweep process is performed. The waveform of the output current Is when the applied voltage Vs drops from the first voltage V1 to the second voltage V2 (the waveform represented by the solid line in the figure, from point A through point B to point C) is It changes corresponding to the SOx concentration. However, this waveform changes in accordance with not only the SOx concentration of the exhaust gas but also the air-fuel ratio (oxygen concentration) of the exhaust gas during the sweep process. Therefore, the implementation apparatus extracts a value representing only the SOx concentration of the exhaust gas from the waveform of the output current Is, and detects the SOx concentration of the exhaust gas based on the value. In order to perform this detection with high accuracy, the execution apparatus controls the engine 10 so as to maintain the air-fuel ratio of the exhaust gas during the sweep process at a constant value. The output current Is corresponding to this constant value is used as an output component (reference value Iref) corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas.

なお、図示されるように、第1電圧V1及び第2電圧V2は、酸素濃度の測定用の通常電圧V0よりも大きい。よって、センサ61を用いて酸素濃度を測定している場合において、掃引処理を始めるとき、実施装置は、印加電圧Vsを通常電圧V0から第1電圧V1まで変更させる(図中、破線で示される、点Dから点Aまでの波形を参照。)。また、掃引処理が終わったとき、実施装置は、印加電圧Vsを第2電圧V2から通常電圧V0まで降下させる(図中、破線で示される、点Cから点Dまでの波形を参照。)。本図に示す例においては、実施装置は、便宜上、掃引処理の実行中(点A−点B−点Cの期間)だけでなく、それら掃引処理の前後の期間(点D−点Aの期間、及び、点C−点Dの期間)においても、排ガスの空燃比を一定の値に維持する。   As illustrated, the first voltage V1 and the second voltage V2 are higher than the normal voltage V0 for measuring the oxygen concentration. Therefore, when the oxygen concentration is measured using the sensor 61, when the sweep process is started, the implementation apparatus changes the applied voltage Vs from the normal voltage V0 to the first voltage V1 (indicated by a broken line in the drawing). (See waveform from point D to point A). In addition, when the sweep process is finished, the implementation apparatus drops the applied voltage Vs from the second voltage V2 to the normal voltage V0 (see the waveform from point C to point D indicated by a broken line in the figure). In the example shown in the figure, for convenience, the execution apparatus not only performs the sweep process (period of point A-point B-point C) but also the period before and after the sweep process (period of point D-point A). And the period between point C and point D), the air-fuel ratio of the exhaust gas is maintained at a constant value.

具体的には、センサ61が排ガスの空燃比を検出するために用いられているとき、センサ61への印加電圧Vsは通常電圧V0である(図中の点Dを参照。)。実施装置は、掃引処理を実行するとき、印加電圧Vsを通常電圧V0から第1電圧V1に変更させる(図中の点Aを参照。)。これにより、センサ61にて(具体的には、測定用電極61Bの表面等にて)SOxが硫黄に還元され、この還元によって生じた硫黄がセンサ61に(測定用電極61Bの表面等に)蓄積される。センサ61に蓄積される硫黄の量は、排ガスのSOx濃度に対応する。   Specifically, when the sensor 61 is used to detect the air-fuel ratio of exhaust gas, the applied voltage Vs to the sensor 61 is the normal voltage V0 (see point D in the figure). When executing the sweep process, the execution apparatus changes the applied voltage Vs from the normal voltage V0 to the first voltage V1 (see point A in the figure). Thereby, SOx is reduced to sulfur by the sensor 61 (specifically, on the surface of the measurement electrode 61B, etc.), and the sulfur generated by this reduction is transferred to the sensor 61 (on the surface of the measurement electrode 61B, etc.). Accumulated. The amount of sulfur accumulated in the sensor 61 corresponds to the SOx concentration of the exhaust gas.

この理由は、硫黄(S)は、センサ61が通常用いられる温度下で固体であり、センサから揮発することなくセンサに蓄積するためである。更に、排ガスの酸素濃度が高いほどセンサ61における限界電流の値が大きくなることと同様に、排ガスのSOx濃度が高いほどセンサ61に単位時間あたりに蓄積されるSOxの量が増えるためである。   The reason for this is that sulfur (S) is solid under the temperature at which the sensor 61 is normally used and accumulates in the sensor without volatilizing from the sensor. Furthermore, similarly to the fact that the limit current value in the sensor 61 increases as the oxygen concentration in the exhaust gas increases, the amount of SOx accumulated in the sensor 61 per unit time increases as the SOx concentration in the exhaust gas increases.

なお、第1電圧V1は通常電圧V0よりも大きいので、印加電圧Vsが第1電圧V1であるとき、排ガス中の酸素もセンサ61にてイオン化され、排ガス中のSOx以外の成分(例えば、HO)もセンサ61にて分解され得る。しかし、酸素イオンはセンサ61の酸素測定原理(上記参照。)に従ってセンサ61から排出され、SOx以外の成分が分解されて生じる物質(例えば、H)は上記温度下で一般に気体であるためセンサ61に蓄積されない。よって、印加電圧Vsが第1電圧V1であるとき、センサ61には実質的に硫黄だけが蓄積される。 Since the first voltage V1 is larger than the normal voltage V0, when the applied voltage Vs is the first voltage V1, oxygen in the exhaust gas is also ionized by the sensor 61, and components other than SOx in the exhaust gas (for example, Hx 2 O) can also be decomposed by the sensor 61. However, oxygen ions are exhausted from the sensor 61 according to the oxygen measurement principle (see above) of the sensor 61, and the substance (for example, H 2 ) generated by decomposition of components other than SOx is generally a gas at the above temperature. 61 is not accumulated. Therefore, when the applied voltage Vs is the first voltage V1, only the sulfur is substantially accumulated in the sensor 61.

このように、第1電圧V1は、センサ61にてSOxが硫黄へ還元されて生じる硫黄がセンサ61に蓄積される印加電圧である。本例において、第1電圧V1は、予め実験等によって同還元および蓄積が生じると確認された電圧(例えば、1.0V)であり、電子制御装置71のROMに記録されている。   Thus, the first voltage V <b> 1 is an applied voltage at which sulfur generated by SOx being reduced to sulfur by the sensor 61 is accumulated in the sensor 61. In this example, the first voltage V <b> 1 is a voltage (for example, 1.0 V) that is confirmed in advance to cause the same reduction and accumulation by experiments or the like, and is recorded in the ROM of the electronic control unit 71.

印加電圧Vsが通常電圧V0から第1電圧V1に変更されたとき、上述したSOxの還元等に起因し、図示されるようにセンサ61の出力電流Isが増大する(図中の点Aを参照。)。このときの出力電流Isは第1の値I1である。   When the applied voltage Vs is changed from the normal voltage V0 to the first voltage V1, the output current Is of the sensor 61 increases as illustrated due to the reduction of SOx described above (see point A in the figure). .) The output current Is at this time is the first value I1.

次いで、実施装置は、排ガスの空燃比を一定の値に維持しながら掃引処理を行い、印加電圧Vsを第1電圧V1から徐々に降下させる。掃引処理の実行中、センサ61にて、硫黄からSOxへの酸化、酸素の分解、及び、排ガス中のSOx以外の成分の分解が生じる。そのため、出力電流Isには、それら各々に起因する出力成分が含まれる。しかし、発明者の実験等によれば、SOx以外の成分に起因する出力成分は極めて小さく、SOx濃度を検出する観点においては無視できる。よって、掃引処理の実行中の出力成分Isには、実質的に、硫黄(具体的にはSOx)に起因する出力成分、及び、酸素に起因する出力成分、が含まれる。   Next, the implementation apparatus performs a sweep process while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas at a constant value, and gradually lowers the applied voltage Vs from the first voltage V1. During the execution of the sweep process, the sensor 61 oxidizes sulfur to SOx, decomposes oxygen, and decomposes components other than SOx in the exhaust gas. Therefore, the output current Is includes output components due to each of them. However, according to the inventor's experiment and the like, the output component caused by components other than SOx is extremely small and can be ignored from the viewpoint of detecting the SOx concentration. Therefore, the output component Is during execution of the sweep process substantially includes an output component due to sulfur (specifically, SOx) and an output component due to oxygen.

そのため、掃引処理の実行中に排ガスの酸素濃度が過度に変動すると、出力電流Isがその変動を反映して大きく変化し、硫黄(具体的にはSOx)に起因する出力成分を測定する精度が低下する場合がある。そこで、実施装置は、排ガスの空燃比を一定の値に維持しながら掃引処理を行う。これにより、出力電流Isに含まれる酸素に起因する出力成分が一定に維持される(一定の値の酸素濃度に対応する限界電流の値に維持される)ので、酸素濃度の変動に起因して出力電流Isが乱れることがない。   Therefore, if the oxygen concentration of the exhaust gas fluctuates excessively during the execution of the sweep process, the output current Is greatly changes to reflect the fluctuation, and the accuracy of measuring the output component due to sulfur (specifically, SOx) is high. May decrease. Therefore, the implementation apparatus performs the sweep process while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas at a constant value. As a result, the output component due to oxygen contained in the output current Is is maintained constant (maintained at the limit current value corresponding to a constant value of oxygen concentration), and thus is caused by fluctuations in oxygen concentration. The output current Is is not disturbed.

その結果、出力電流Isは排ガスのSOx濃度に対応した固有の波形を描く。具体的には、出力電流Isは、図示されるように、第1の値I1から一旦低下した後に再び増大する波形を描く(図中の点A、点B及び点Cを繋ぐ実線を参照。)。例えば、この波形における極小値(以下「ピーク値Ipeak」という。)が、排ガスのSOx濃度に対応した値を有する。すなわち、出力電流Isの波形は、排ガスのSOx濃度に対応するピーク値Ipeakを有する。   As a result, the output current Is draws a unique waveform corresponding to the SOx concentration of the exhaust gas. Specifically, as illustrated, the output current Is draws a waveform that once decreases from the first value I1 and then increases again (see solid lines connecting points A, B, and C in the figure). ). For example, a minimum value (hereinafter referred to as “peak value Ipeak”) in this waveform has a value corresponding to the SOx concentration of the exhaust gas. That is, the waveform of the output current Is has a peak value Ipeak corresponding to the SOx concentration of the exhaust gas.

実施装置は、ピーク値Ipeakが出力された後の所定の時点にて掃引処理を終了する(図中の点Cを参照。)。掃引処理が終了される時点の印加電圧Vsが、第2電圧V2である。このように、第2電圧V2は、上述した排ガスのSOx濃度に対応した固有の波形を得るための印加電圧であり、センサ61にて硫黄がSOxへ酸化(再酸化)される印加電圧である。なお、掃引処理が終了される時点の出力電流Isは、第2の値I2である。   The execution apparatus ends the sweep process at a predetermined time after the peak value Ipeak is output (see point C in the figure). The applied voltage Vs at the time when the sweep process is finished is the second voltage V2. Thus, the second voltage V2 is an applied voltage for obtaining a unique waveform corresponding to the SOx concentration of the exhaust gas described above, and is an applied voltage at which sulfur is oxidized (reoxidized) to SOx by the sensor 61. . Note that the output current Is at the time when the sweep process ends is the second value I2.

その後、実施装置は、印加電圧Vsを通常電圧V0に戻す(図中の点Dを参照。)。上述したように、本図に示す例においては、実施装置は、印加電圧Vsを通常電圧V0に戻すまで、排ガスの空燃比を掃引処理中の空燃比と同じ一定の値に維持する。そこで、実施装置は、印加電圧Vsを通常電圧V0に戻したときの出力電流Isを、基準値Irefとして用いる。   Thereafter, the implementation apparatus returns the applied voltage Vs to the normal voltage V0 (see point D in the figure). As described above, in the example shown in the figure, the execution apparatus maintains the air-fuel ratio of the exhaust gas at the same constant value as the air-fuel ratio during the sweep process until the applied voltage Vs is returned to the normal voltage V0. Accordingly, the implementation apparatus uses the output current Is when the applied voltage Vs is returned to the normal voltage V0 as the reference value Iref.

実施装置は、基準値Irefと、掃引処理中に得られた出力電流Isの波形(図中の実線)と、に基づいて排ガスのSOx濃度を検出する。これにより、実施装置は、排ガスのSOx濃度に起因する出力成分を、他の成分に起因する出力成分とは区別して分析することができる。   The implementation apparatus detects the SOx concentration of the exhaust gas based on the reference value Iref and the waveform (solid line in the figure) of the output current Is obtained during the sweep process. Thereby, the implementation apparatus can analyze the output component caused by the SOx concentration of the exhaust gas separately from the output component caused by other components.

本検出の一例として、実施装置は、図示されるように、「ピーク値Ipeakと基準値Irefとの差の絶対値DEFis」に基づき、排ガスのSOx濃度を特定(検出)する。具体的には、発明者の実験等によれば、図5に示されるように、この差の絶対値DEFisが大きいほど、SOx濃度Csoxが高い。そこで、実施装置は、掃引処理時の出力電流Isの波形および基準値Irefから上記差の絶対値DEFisを算出し、その差の絶対値DEFisを図5の対応関係に適用することにより、排ガスのSOx濃度Csoxを特定(検出)する。なお、図5の対応関係は、予め実験等によって定められ、電子制御装置71のROMに記録されている。   As an example of this detection, the implementation apparatus specifies (detects) the SOx concentration of the exhaust gas based on “the absolute value DEFis of the difference between the peak value Ipeak and the reference value Iref” as illustrated. Specifically, according to the inventors' experiment and the like, as shown in FIG. 5, the larger the absolute value DEFis of this difference, the higher the SOx concentration Csox. Therefore, the implementation apparatus calculates the absolute value DEFis of the difference from the waveform of the output current Is during the sweep process and the reference value Iref, and applies the absolute value DEFis of the difference to the correspondence in FIG. The SOx concentration Csox is specified (detected). 5 is determined in advance by experiments or the like, and is recorded in the ROM of the electronic control unit 71.

基準値Irefは、上述したように、出力電流IsからSOx濃度に起因する出力成分のみを抽出するために用いられる。そこで、基準値Irefは、例えば、「センサの出力電流が排ガスの酸素濃度のみに依存する場合において、排ガスの酸素濃度が上記一定の値であるように機関が制御されているときの、センサの出力電流」と言い換えられる。   As described above, the reference value Iref is used to extract only the output component resulting from the SOx concentration from the output current Is. Therefore, the reference value Iref is, for example, “When the output current of the sensor depends only on the oxygen concentration of the exhaust gas and the engine is controlled so that the oxygen concentration of the exhaust gas is the above-mentioned constant value, In other words, “output current”.

なお、掃引処理の実行時に出力電流のピーク値Ipeakが生じる原理は、現時点では明らかではない。しかし、対象物の電気化学的性質を測定する一般的方法であるサイクリックボルタンメトリーにおいて、電子または酸化物の律速現象に起因し、酸化還元電位の近傍に応答電流のピークが生じることが知られている。この現象に類似する現象が、本発明の掃引処理時において生じていると考えられる。   Note that the principle that the peak value Ipeak of the output current occurs when the sweep process is executed is not clear at this time. However, in cyclic voltammetry, a general method for measuring the electrochemical properties of an object, it is known that a response current peak occurs near the redox potential due to the rate-limiting phenomenon of electrons or oxides. Yes. It is considered that a phenomenon similar to this phenomenon occurs during the sweep process of the present invention.

[SOx濃度の他の検出方法]
実施装置は、必ずしも上記差の絶対値DEFisに基づいて排ガスのSOx濃度を検出する必要はなく、他の種々の検出方法を採用し得る。すなわち、実施装置は、種々の方法によって出力電流の波形を分析し得る。
[Other detection methods of SOx concentration]
The implementation apparatus does not necessarily need to detect the SOx concentration of the exhaust gas based on the absolute value DEFis of the difference, and can employ other various detection methods. That is, the implementation apparatus can analyze the waveform of the output current by various methods.

例えば、実施装置は、図6に示されるように、「掃引処理時の出力電流Isの波形と、基準値Irefと、によって囲まれる領域の面積AREAis」に基づき、排ガスのSOx濃度を特定(検出)し得る。具体的には、この面積AREAisが大きいほど、SOx濃度Csoxが高い。そこで、実施装置は、出力電流Isの波形から上記領域の面積AREAisを算出し、その領域の面積AREAisを事前に定めたマップ等(図示省略)に適用することにより、排ガスのSOx濃度Csoxを検出し得る。   For example, as shown in FIG. 6, the implementation apparatus identifies (detects) the SOx concentration of the exhaust gas based on the “area AREAis of the region surrounded by the waveform of the output current Is during the sweep process and the reference value Iref”. ) Specifically, the larger the area AREAis, the higher the SOx concentration Csox. Therefore, the implementation apparatus detects the area AREAis of the region from the waveform of the output current Is, and detects the SOx concentration Csox of the exhaust gas by applying the area AREAis of the region to a predetermined map or the like (not shown). Can do.

更に、例えば、実施装置は、図7に示されるように、「出力電流Isがピーク値Ipeakである時点(図中の点B)と、出力電流Isが基準値Irefである時点(図中の点E)と、の間における出力電流Isの変化率の絶対値tanθis」に基づき、排ガスのSOx濃度を特定(検出)し得る。具体的には、この変化率の絶対値tanθisが大きいほど、SOx濃度Csoxが高い。そこで、実施装置は、出力電流Isの波形から上記変化率の絶対値tanθisを算出し、その変化率の絶対値tanθisを事前に定めたマップ等(図示省略)に適用することにより、排ガスのSOx濃度Csoxを検出し得る。   Further, for example, as illustrated in FIG. 7, the implementation apparatus may be configured such that “the time when the output current Is is the peak value Ipeak (point B in the drawing) and the time when the output current Is is the reference value Iref (shown in the drawing). The SOx concentration of the exhaust gas can be specified (detected) based on the absolute value tan θis of the change rate of the output current Is between the point E). Specifically, the larger the absolute value tanθis of the change rate, the higher the SOx concentration Csox. Therefore, the implementation apparatus calculates the absolute value tanθis of the change rate from the waveform of the output current Is, and applies the absolute value tanθis of the change rate to a predetermined map or the like (not shown), thereby obtaining SOx of the exhaust gas. The concentration Csox can be detected.

ところで、SOx濃度の検出精度の観点から、図6に示される検出方法においては、第2電圧V2は、通常電圧V0と一致することが好ましい。一方、図4及び図7に示される検出方法においては、ピーク値Ipeakが取得されれば十分であるので、第2電圧V2は必ずしも通常電圧V0と一致する必要はない。このように、実施装置は、第2電圧V2として、実験等によってセンサ61にて硫黄からSOxへの酸化が生じると予め特定された印加電圧を用いてもよく、実際に掃引処理が実行されているときに硫黄の酸化が生じていると出力電流Isに基づいて確認されたときの印加電圧を用いてもよい。   By the way, from the viewpoint of the detection accuracy of the SOx concentration, in the detection method shown in FIG. 6, it is preferable that the second voltage V2 coincides with the normal voltage V0. On the other hand, in the detection methods shown in FIGS. 4 and 7, it is sufficient that the peak value Ipeak is acquired, and therefore the second voltage V2 does not necessarily need to coincide with the normal voltage V0. Thus, the implementation apparatus may use the applied voltage specified in advance as the second voltage V2 when oxidation from sulfur to SOx occurs in the sensor 61 by experiments or the like, and the sweep process is actually executed. The applied voltage when it is confirmed based on the output current Is that sulfur oxidation has occurred may be used.

実施装置は、掃引処理においてセンサ61への印加電圧Vsを「徐々に」降下させればよく、種々の降下の態様を採用し得る。例えば、印加電圧Vsは、連続的に降下されてもよく、出力電流Isの波形を分析する観点(上記参照)において適切な間隔にて離散的に降下されてもよい。更に、印加電圧Vsの降下速度(単位時間あたりの印加電圧Vsの降下量)は、センサ61にて硫黄からSOxへの再酸化が生じる速さ、再酸化に伴う出力電流の変化を検知する感度、及び、実施装置に要求される検出精度等を考慮して定められ得る。また、掃引処理の開始から終了まで同じ降下速度で電圧を降下させてもよく、異なる降下速度で電圧を降下させてもよい。ただし、SOx濃度の検出精度を高めるために、測定ごとに印加電圧Vsの降下速度を相違させない(同じ降下速度にて各測定を行う)ことが好ましい。   The execution device may simply decrease the voltage Vs applied to the sensor 61 “gradually” in the sweep process, and may employ various modes of reduction. For example, the applied voltage Vs may be continuously dropped, or may be dropped discretely at appropriate intervals in terms of analyzing the waveform of the output current Is (see above). Further, the rate of decrease of the applied voltage Vs (the amount of decrease of the applied voltage Vs per unit time) is the speed at which reoxidation from sulfur to SOx occurs in the sensor 61, and the sensitivity for detecting the change in output current accompanying reoxidation. And can be determined in consideration of the detection accuracy required for the implementation apparatus. In addition, the voltage may be decreased at the same rate from the start to the end of the sweep process, or the voltage may be decreased at different rates. However, in order to increase the detection accuracy of the SOx concentration, it is preferable that the rate of decrease of the applied voltage Vs is not different for each measurement (each measurement is performed at the same rate of decrease).

実施装置は、掃引処理中の排ガスの空燃比(一定の値)として、実験等によって予め定められた掃引処理専用の目標値を用いてもよく、実際に掃引処理が開始されるときの現実の空燃比を用いてもよい。   The execution apparatus may use a target value dedicated to the sweep process, which is predetermined by experiment or the like, as the air-fuel ratio (a constant value) of the exhaust gas during the sweep process, or the actual value when the sweep process is actually started. An air-fuel ratio may be used.

実施装置は、第1電圧V1として必ずしも予め実験等によってSOxの還元が生じると確認された電圧を用いる必要はない。例えば、第1電圧V1として、実際に掃引処理が実行される前に、第1電圧V1よりも小さいと分かっている印加電圧(例えば、酸素濃度を検出するための通常電圧V0)から徐々に印加電圧Vsを上昇させ、SOxの還元が生じていると出力電流Isに基づいて確認されたときの印加電圧Vs、が用いられ得る。   The implementation apparatus does not necessarily need to use a voltage that has been confirmed in advance to reduce SOx by experiments or the like as the first voltage V1. For example, the first voltage V1 is gradually applied from an applied voltage (for example, a normal voltage V0 for detecting the oxygen concentration) that is known to be lower than the first voltage V1 before the actual sweep process is performed. The applied voltage Vs when the voltage Vs is increased and the reduction of SOx is confirmed based on the output current Is can be used.

なお、実施装置は、排ガスのSOx濃度を検出する過程において、SOx濃度に起因する値(図4のDEFis、図6のAREAis、及び、図7のtanθis)を検出している。この値は、SOx濃度と一対一に対応するので、実質的にSOx濃度を表している。そこで、実施装置が検出する対象(SOx濃度)は、排ガスのSOx濃度そのもの及びSOx濃度に一対一に対応する値の少なくとも一方、と言い換えられ得る。   The implementation apparatus detects values (DEFis in FIG. 4, AREAis in FIG. 6, and tan θis in FIG. 7) resulting from the SOx concentration in the process of detecting the SOx concentration in the exhaust gas. Since this value has a one-to-one correspondence with the SOx concentration, it substantially represents the SOx concentration. Therefore, the target (SOx concentration) detected by the implementation apparatus can be paraphrased as at least one of the SOx concentration itself of the exhaust gas and the value corresponding to the SOx concentration on a one-to-one basis.

[実際の検出例]
図8〜9を参照しながら、上述した検出方法を実際に機関10に適用した際の検出例について、説明する。本例において、実施装置は、排ガスのSOx濃度を検出する条件(詳細は後述される。)が成立した時点以降の特定の期間(時刻t1〜t2の間)に掃引処理を実行し、排ガスのSOx濃度を検出する。
[Actual detection example]
A detection example when the above-described detection method is actually applied to the engine 10 will be described with reference to FIGS. In this example, the execution apparatus performs a sweep process during a specific period (between times t1 and t2) after the time when the condition (details will be described later) for detecting the SOx concentration of the exhaust gas is satisfied, The SOx concentration is detected.

具体的には、図8の時刻t0にて、排ガスの空燃比は、SOx濃度の検出とは関わりなく、機関10への要求出力等に基づいて変化している。時刻t0において、センサ61を用いて排ガスの空燃比を測定するために、センサ61への印加電圧Vsは通常電圧V0に設定されている。時刻t0におけるセンサ61の出力電流Isは、排ガスの空燃比に対応する値I0である。   Specifically, at time t0 in FIG. 8, the air-fuel ratio of the exhaust gas changes based on the required output to the engine 10 and the like regardless of the detection of the SOx concentration. In order to measure the air-fuel ratio of the exhaust gas using the sensor 61 at time t0, the applied voltage Vs to the sensor 61 is set to the normal voltage V0. The output current Is of the sensor 61 at time t0 is a value I0 corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas.

その後、所定のタイミングにて、実施装置は、掃引処理を始めるために印加電圧Vsを通常電圧V0から第1電圧V1に上昇させる。そして、図中の時刻t1にて、印加電圧Vsが第1電圧V1に到達する(図中の点Aを参照。)。本例において、実施装置は、時刻t1における排ガスの空燃比af1を維持したまま、掃引処理を実行する。すなわち、実施装置は、掃引処理の実行中における排ガスの空燃比を一定の値af1に維持するように、機関10を制御する(例えば、時刻t1における機関10の運転状態をそのまま維持する。)。なお、図中の点A、点B及び点Cは、図4、図6及び図7における点A、点B及び点Cにそれぞれ対応する。ただし、図4、図6及び図7に示す例とは異なり、本例では、掃引処理の実行中以外の時点での空燃比は特に一定の値には制御されていない。   Thereafter, at a predetermined timing, the execution apparatus increases the applied voltage Vs from the normal voltage V0 to the first voltage V1 in order to start the sweep process. Then, at time t1 in the figure, the applied voltage Vs reaches the first voltage V1 (see point A in the figure). In this example, the implementation apparatus performs the sweep process while maintaining the air-fuel ratio af1 of the exhaust gas at time t1. That is, the implementation apparatus controls the engine 10 so as to maintain the air-fuel ratio of the exhaust gas during the execution of the sweep process at a constant value af1 (for example, maintain the operating state of the engine 10 at time t1 as it is). Note that point A, point B, and point C in the figure correspond to point A, point B, and point C in FIGS. 4, 6, and 7, respectively. However, unlike the examples shown in FIGS. 4, 6, and 7, in this example, the air-fuel ratio at a time other than during the execution of the sweep process is not controlled to a particularly constant value.

実施装置は、時刻t1から時刻t2までの期間において、掃引処理を実行する。具体的には、実施装置は、排ガスの空燃比を一定の値af1に維持しながら、印加電圧Vsを第1電圧V1から第2電圧V2まで一定の速度で徐々に下降させる。実施装置は、掃引処理中の出力電流Isの波形(図中の点A−点B−点Cを繋ぐ波形)を、電子制御装置71のRAMに記録する。本例において、第2電圧V2は、通常電圧V0と同じ電圧に設定されている。   The execution apparatus performs the sweep process in a period from time t1 to time t2. Specifically, the implementation apparatus gradually decreases the applied voltage Vs from the first voltage V1 to the second voltage V2 at a constant speed while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas at a constant value af1. The execution apparatus records the waveform of the output current Is during the sweep process (a waveform connecting point A, point B, and point C in the figure) in the RAM of the electronic control unit 71. In this example, the second voltage V2 is set to the same voltage as the normal voltage V0.

実施装置は、RAMに記録した出力電流Isの波形に基づき、ピーク値Ipeakを算出する(図中の点Bを参照。)。更に、実施装置は、掃引処理が終了する時刻t2における出力電流Isを、基準値Irefとして用いる(図中の点Cを参照。)。実施装置は、ピーク値Ipeakと基準値Irefとの差の絶対値DEFisを算出する。そして、実施装置は、その差の絶対値DEFisを、差の絶対値DEFisと排ガスのSOx濃度との対応関係を表すマップ(電子制御装置71のROMに記録されている。図5を参照。)に適用することにより、排ガスのSOx濃度Csoxを検出する。   The implementation apparatus calculates the peak value Ipeak based on the waveform of the output current Is recorded in the RAM (see point B in the figure). Furthermore, the implementation apparatus uses the output current Is at time t2 when the sweep process ends as the reference value Iref (see point C in the figure). The execution apparatus calculates the absolute value DEFis of the difference between the peak value Ipeak and the reference value Iref. The implementation apparatus then maps the absolute value DEFis of the difference to the absolute value DEFis of the difference and the correspondence relationship between the SOx concentration of the exhaust gas (recorded in the ROM of the electronic control unit 71, see FIG. 5). To detect the SOx concentration Csox of the exhaust gas.

掃引処理が終了した後(時刻t2以降)、印加電圧Vsは通常電圧V0に維持され、再び排ガスの空燃比が検出される。時刻t2以降、排ガスの空燃比は再び機関10への要求出力等に基づいて変化する。   After the sweep process is completed (after time t2), the applied voltage Vs is maintained at the normal voltage V0, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is detected again. After time t2, the air-fuel ratio of the exhaust gas changes again based on the required output to the engine 10 and the like.

なお、実施装置は、上記差の絶対値DEFisを算出した後、SOx濃度Csoxを求めることなく、差の絶対値DEFisそのものを「SOx濃度に一対一に対応する値」として何らかの処理(例えば、高SOx濃度を知らせる警告、及び、燃料の硫黄濃度の測定)に用いてもよい。   Note that after the absolute value DEFis of the difference is calculated, the execution apparatus does not calculate the SOx concentration Csox, and performs some processing (for example, a high value corresponding to the SOx concentration on a one-to-one basis). It may be used for a warning for informing the SOx concentration and measurement of the sulfur concentration of the fuel.

[他の検出例]
実施装置は、必ずしも図8に示したようにSOx濃度の検出を行う必要はない。例えば、実施装置は、図9に示されるように、掃引処理を終了する印加電圧Vsである第2電圧V2を、通常電圧V0とは一致しない印加電圧に設定し得る。具体的には、本例において、実施装置は、掃引処理中、RAMに記録される出力電流Isを時々刻々と監視する。そして、実施装置は、ピーク値Ipeakが出力されたことを確認した後の任意の時点にて掃引処理を終了する。このように実施装置が掃引処理を終了させたときの印加電圧Vsが、第2電圧V2である(図中の点Cを参照。)。
[Other detection examples]
The implementation apparatus does not necessarily need to detect the SOx concentration as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 9, the implementation apparatus may set the second voltage V2, which is the applied voltage Vs that ends the sweep process, to an applied voltage that does not match the normal voltage V0. Specifically, in this example, the execution apparatus monitors the output current Is recorded in the RAM every moment during the sweep process. Then, the execution apparatus ends the sweep process at an arbitrary time after confirming that the peak value Ipeak has been output. In this way, the applied voltage Vs when the execution device ends the sweep process is the second voltage V2 (see point C in the figure).

本例においては、掃引処理の終了時t2の出力電流Isは、排ガスの空燃比だけでなくSOx濃度に起因する出力成分を含む可能性がある。そのため、図8の検出例のように掃引処理の終了時(図8の時刻t2)の出力電流Isを基準値Irefとして用いることができない。そこで、本例においては、基準値Irefとして、センサ61とは異なる他の酸素濃度センサ(図示省略)によって測定した掃引処理中の出力電流、又は、掃引処理中の機関10の運転状態から推定した排ガスの空燃比を図3の(B)のマップに適用して得られる出力電流、が用いられる。なお、他のセンサが用いられる場合、SOx濃度の検出精度を高めるため、他のセンサの出力特性とセンサ61の出力特性とが同じであること、又は、他のセンサの出力電流をセンサ61の出力電流に換算(補正)した後に用いること、が好ましい。   In this example, the output current Is at the end of the sweep process t2 may include an output component due to the SOx concentration as well as the air-fuel ratio of the exhaust gas. Therefore, the output current Is at the end of the sweep process (time t2 in FIG. 8) cannot be used as the reference value Iref as in the detection example in FIG. Therefore, in this example, the reference value Iref is estimated from the output current during the sweep process measured by another oxygen concentration sensor (not shown) different from the sensor 61 or the operating state of the engine 10 during the sweep process. An output current obtained by applying the air-fuel ratio of the exhaust gas to the map of FIG. 3B is used. When other sensors are used, the output characteristics of the other sensors and the output characteristics of the sensor 61 are the same, or the output current of the other sensor is set to the sensor 61 in order to increase the SOx concentration detection accuracy. It is preferable to use after converting (correcting) the output current.

本検出例は、図8の検出例に比べ、SOx濃度を検出する工程が複雑になり得る。しかし、本検出例は、図8の検出例に比べ、掃引処理を実行する時間長さを短くできるという利点がある。   In this detection example, the process of detecting the SOx concentration can be complicated compared to the detection example of FIG. However, the present detection example has an advantage that the length of time for executing the sweep process can be shortened as compared with the detection example of FIG.

更に、実施装置は、掃引処理中の排ガスの空燃比(酸素濃度)として、掃引処理の開始時(時刻t1)における排ガスの空燃比af“以外”の空燃比を用い得る。例えば、掃引処理時の排ガスの空燃比として、予め設定された単一の固定値、又は、予め準備された複数の固定値から選択した値などが用いられ得る。   Furthermore, the implementation apparatus can use an air-fuel ratio other than the air-fuel ratio af “other than” the exhaust gas at the start of the sweep process (time t1) as the air-fuel ratio (oxygen concentration) of the exhaust gas during the sweep process. For example, a single fixed value set in advance or a value selected from a plurality of fixed values prepared in advance may be used as the air-fuel ratio of the exhaust gas during the sweep process.

なお、上述したように、掃引処理時の出力電流Isの波形は、センサ61に蓄積された硫黄が再酸化することによって生じる。そのため、実施装置によって検出される排ガスのSOx濃度は、厳密には、センサ61に硫黄が蓄積された時点の(掃引処理の開始時の)排ガスのSOx濃度を表すことになる。一方、センサ61の構成および配置等によっては、SOx濃度を検出するために十分な量の硫黄を蓄積するために、ある程度の時間長さを要する場合がある。その場合、実施装置によって検出されるSOx濃度は、硫黄がセンサに蓄積されている期間中における排ガスのSOx濃度の平均値を表すことになる。   As described above, the waveform of the output current Is at the time of the sweep process is generated when sulfur accumulated in the sensor 61 is reoxidized. Therefore, strictly speaking, the SOx concentration of the exhaust gas detected by the implementation device represents the SOx concentration of the exhaust gas at the time when sulfur is accumulated in the sensor 61 (at the start of the sweep process). On the other hand, depending on the configuration and arrangement of the sensor 61, a certain amount of time may be required to accumulate a sufficient amount of sulfur to detect the SOx concentration. In that case, the SOx concentration detected by the implementation device represents an average value of the SOx concentration of the exhaust gas during the period in which sulfur is accumulated in the sensor.

[装置の作動]
図10を参照しながら、実施装置の実際の作動について説明する。実施装置において、電子制御装置71内のCPUは、図10に示したルーチンを実行し、排ガスの空燃比(酸素濃度)を一定の値に維持するように機関10を制御しながら掃引処理を行い、排ガスのSOx濃度を検出する。
[Operation of the device]
The actual operation of the implementation apparatus will be described with reference to FIG. In the implementation apparatus, the CPU in the electronic control unit 71 executes the routine shown in FIG. 10 and performs a sweep process while controlling the engine 10 so as to maintain the air-fuel ratio (oxygen concentration) of the exhaust gas at a constant value. The SOx concentration of the exhaust gas is detected.

具体的には、CPUは、所定の時間が経過する毎に、図10の「SOx濃度の検出」ルーチンを実行する。本ルーチンの処理を始めると、CPUは、ステップ1005に進み、「SOx濃度の検出のための条件」が現時点にて成立しているか否かを判定する。本例において、この条件は、(1)機関10が定常運転されており、且つ、(2)機関10を搭載した車両が直近に給油されてから現時点までに一度もSOx濃度の検出が行われていない場合に成立する。   Specifically, the CPU executes the “SOx concentration detection” routine of FIG. 10 every time a predetermined time elapses. When the processing of this routine is started, the CPU proceeds to step 1005 to determine whether or not the “condition for detecting the SOx concentration” is satisfied at the present time. In this example, the conditions are as follows: (1) the engine 10 is in steady operation, and (2) the SOx concentration is detected once since the vehicle on which the engine 10 is mounted has been refueled most recently. This is true if not.

上記条件が成立する場合、CPUは、ステップ1005にて「Yes」と判定し、ステップ1010に進む。本ステップにて、CPUは、センサ61への印加電圧Vsを第1電圧V1まで上昇させる指示信号をセンサ61に(センサ制御部61Fに)送信する。本指示信号に従い、センサ61は、印加電圧Vsを第1電圧V1まで上昇させる。なお、CPUは、本指示信号を送信する前には、印加電圧Vsを通常電圧V0に維持するための指示信号をセンサ61に送信している。   If the above condition is satisfied, the CPU makes a “Yes” determination at step 1005 to proceed to step 1010. In this step, the CPU transmits an instruction signal for increasing the applied voltage Vs to the sensor 61 to the first voltage V1 to the sensor 61 (to the sensor control unit 61F). In accordance with this instruction signal, the sensor 61 increases the applied voltage Vs to the first voltage V1. Note that the CPU transmits an instruction signal for maintaining the applied voltage Vs to the normal voltage V0 to the sensor 61 before transmitting this instruction signal.

次いで、CPUは、ステップ1015に進む。本ステップにて、CPUは、「排ガスの酸素濃度を一定の値に維持する制御」を始める。本例において、CPUは、現時点(掃引処理の開始時点)における排ガスの空燃比(酸素濃度)を維持するように、吸入空気量を考慮しながら燃料噴射量を調整し、排ガスの空燃比を維持する。よって、本例における一定の値は、掃引処理が開始される時点における排ガスの酸素濃度の値である。本制御によって排ガスの酸素濃度(空燃比)が安定化されることから、本制御は「安定化制御」とも称呼される。   Next, the CPU proceeds to step 1015. In this step, the CPU starts “control for maintaining the oxygen concentration of the exhaust gas at a constant value”. In this example, the CPU adjusts the fuel injection amount while considering the intake air amount so as to maintain the air-fuel ratio (oxygen concentration) of the exhaust gas at the current time (starting of the sweep process), and maintains the air-fuel ratio of the exhaust gas. To do. Therefore, the constant value in this example is the value of the oxygen concentration of the exhaust gas at the time when the sweep process is started. Since this control stabilizes the oxygen concentration (air-fuel ratio) of the exhaust gas, this control is also referred to as “stabilization control”.

次いで、CPUは、ステップ1020に進む。本ステップにて、CPUは、印加電圧Vsを第1電圧V1から第2電圧V2まで徐々に下降させる指示信号をセンサ61に送信しながら、センサ61から受信した出力電流Isの波形をRAMに記録する。本例において、第2電圧V2は、通常電圧V0と同じ電圧に設定されている。   Next, the CPU proceeds to step 1020. In this step, the CPU records the waveform of the output current Is received from the sensor 61 in the RAM while transmitting to the sensor 61 an instruction signal for gradually decreasing the applied voltage Vs from the first voltage V1 to the second voltage V2. To do. In this example, the second voltage V2 is set to the same voltage as the normal voltage V0.

次いで、CPUは、ステップ1025に進む。本ステップにて、CPUは、印加電圧Vsが第2電圧V2(=通常電圧V0)に到達した時点における出力電流Isを、基準値IrefとしてRAMに記録する。その後、CPUは、ステップ1030に進み、安定化制御を終了する。   Next, the CPU proceeds to step 1025. In this step, the CPU records the output current Is when the applied voltage Vs reaches the second voltage V2 (= normal voltage V0) in the RAM as the reference value Iref. Thereafter, the CPU proceeds to step 1030 to end the stabilization control.

次いで、CPUは、ステップ1035に進む。本ステップにて、CPUは、RAMに記録された掃引処理中の出力電流Isの波形に基づき、出力電流Isのピーク値Ipeakを算出する。例えば、CPUは、出力電流Isの変化率を掃引処理の開始時点から所定時間ごとに計算し、同変化率がゼロである時点(同変化率が正から負に逆転した時点)の出力電流Isをピーク値Ipeakとして算出する。又は、例えば、CPUは、RAMに記録された出力電流Is(サンプル値)のうちの最小値をピーク値Ipとして算出してもよい。   Next, the CPU proceeds to step 1035. In this step, the CPU calculates the peak value Ipeak of the output current Is based on the waveform of the output current Is during the sweep process recorded in the RAM. For example, the CPU calculates the rate of change of the output current Is every predetermined time from the start of the sweep process, and the output current Is when the rate of change is zero (when the rate of change is reversed from positive to negative). Is calculated as a peak value Ipeak. Alternatively, for example, the CPU may calculate the minimum value of the output current Is (sample value) recorded in the RAM as the peak value Ip.

次いで、CPUは、ステップ1040に進む。本ステップにて、CPUは、ピーク値Ipeakと基準値Irefとの差の絶対値DEFisを算出する。そして、CPUは、ステップ1045に進む。本ステップにて、CPUは、「SOx濃度Csoxと、上記差の絶対値DEFisと、の関係」を表すルックアップテーブル(図中のMap(DEFis))に、算出された差の絶対値DEFisを適用することにより、SOx濃度Csoxを特定する。すなわち、ステップ1045にて、SOx濃度Csoxが検出される。   Next, the CPU proceeds to step 1040. In this step, the CPU calculates the absolute value DEFis of the difference between the peak value Ipeak and the reference value Iref. Then, the CPU proceeds to step 1045. In this step, the CPU stores the absolute value DEFis of the calculated difference in a look-up table (Map (DEFis) in the drawing) representing “a relationship between the SOx concentration Csox and the absolute value DEFis of the difference”. By applying, the SOx concentration Csox is specified. That is, at step 1045, the SOx concentration Csox is detected.

その後、CPUは、ステップ1095に進み、本ルーチンを一旦終了する。なお、本ルーチンのステップ1005が実行されたときに「SOx濃度の検出のための条件」が成立しない場合、CPUは、ステップ1005にて「No」と判定し、ステップ1095に直接進んで本ルーチンを終了する。   Thereafter, the CPU proceeds to step 1095 to end the present routine tentatively. If “the condition for detecting the SOx concentration” is not satisfied when step 1005 of this routine is executed, the CPU makes a “No” determination at step 1005 to directly proceed to step 1095 to execute this routine. Exit.

このように、実施装置は、排ガスの酸素濃度(空燃比)を一定の値に維持するように機関10を制御しながら掃引処理を行い、掃引処理中のセンサ61の出力電流Isの波形と基準値Irefとに基づいて排ガスのSOx濃度Csoxを特定(検出)する。これにより、実施装置は、排ガス中のSOx以外の成分(例えば、酸素およびHO)の影響を出来る限り排除し、排ガスのSOx濃度Csoxを精度良く検出できる。 As described above, the implementation apparatus performs the sweep process while controlling the engine 10 so as to maintain the oxygen concentration (air-fuel ratio) of the exhaust gas at a constant value, and the waveform and reference of the output current Is of the sensor 61 during the sweep process. Based on the value Iref, the SOx concentration Csox of the exhaust gas is specified (detected). Thereby, the implementation apparatus can eliminate the influence of components other than SOx in the exhaust gas (for example, oxygen and H 2 O) as much as possible, and can accurately detect the SOx concentration Csox of the exhaust gas.

<その他の実施形態>
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、実施装置が適用される機関10が備えるセンサ61はセンサセル61Dを1つ有する1セル・センサであるが、機関10は、センサ61に代えて複数のセンサセル61Dを有するセンサ(例えば、2セル・センサ)を備えてもよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, the sensor 61 included in the engine 10 to which the implementation apparatus is applied is a one-cell sensor having one sensor cell 61D, but the engine 10 is a sensor having a plurality of sensor cells 61D instead of the sensor 61 (for example, two cells). -A sensor) may be provided.

図11は、2セル・センサの概略構成を示す模式図である。2セル・センサ62は、図示されるように、固体電解質層62A1、測定用電極62B1及び基準用電極62C1から構成されるセンサセル62D1、並びに、固体電解質層62A2、測定用電極62B2及び基準用電極62C2から構成されるセンサセル62D2、を有する。センサセル62D1は上流側セルとも称呼され、センサセル62D2は下流側セルとも称呼される。   FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a two-cell sensor. As shown, the two-cell sensor 62 includes a sensor cell 62D1 including a solid electrolyte layer 62A1, a measurement electrode 62B1, and a reference electrode 62C1, and a solid electrolyte layer 62A2, a measurement electrode 62B2, and a reference electrode 62C2. Sensor cell 62D2. The sensor cell 62D1 is also referred to as an upstream cell, and the sensor cell 62D2 is also referred to as a downstream cell.

2セル・センサ62は、更に、拡散律速層62E、センサ制御部62F、第1アルミナ層62G、第2アルミナ層62H、第3アルミナ層62I、第4アルミナ層62J、第5アルミナ層62K、第6アルミナ層62L、並びに、ヒータ62Mを有する。加えて、2セル・センサ62には、大気導入路62N、及び、内部空間62Oが形成されている。なお、2セル・センサ62は、センサ61と同様(図2を参照。)、排気マニホールド43に設けられればよい。   The two-cell sensor 62 further includes a diffusion rate controlling layer 62E, a sensor control unit 62F, a first alumina layer 62G, a second alumina layer 62H, a third alumina layer 62I, a fourth alumina layer 62J, a fifth alumina layer 62K, It has 6 alumina layers 62L and a heater 62M. In addition, the two-cell sensor 62 has an air introduction path 62N and an internal space 62O. The two-cell sensor 62 may be provided in the exhaust manifold 43 in the same manner as the sensor 61 (see FIG. 2).

2セル・センサ62は、上流側セル62D1を用いて排ガス中の酸素を内部空間61Nの外に放出した後、下流側セル62D2を用いて排ガスのSOx濃度を検出することができる。よって、2セル・センサ62を用いてSOx濃度を検出する場合、下流側セル62D2の出力電流には酸素に起因する出力成分が実質的に含まれないことになるので、1セル・センサが用いられる場合(実施装置の場合)に比べ、排ガスの酸素濃度の変化がSOx濃度の検出に及ぼす影響が小さい。しかし、2セル・センサ62であっても、上流側セル62D1にて排ガス中の酸素が完全には除去されず、下流側セル62D2に向かう排ガスに僅かに酸素が含まれる場合がある。そこで、2セル・センサ62を備えた機関に本発明の制御装置または方法を適用することにより、SOx濃度を精度良く検出することができる。   The two-cell sensor 62 can detect the SOx concentration of the exhaust gas using the downstream cell 62D2 after releasing the oxygen in the exhaust gas to the outside of the internal space 61N using the upstream cell 62D1. Therefore, when the SOx concentration is detected using the two-cell sensor 62, the output current due to oxygen is substantially not included in the output current of the downstream cell 62D2, so the one-cell sensor is used. Compared to the case of the case (in the case of the implementation apparatus), the influence of the change in the oxygen concentration of the exhaust gas on the detection of the SOx concentration is small. However, even in the two-cell sensor 62, oxygen in the exhaust gas is not completely removed in the upstream cell 62D1, and the exhaust gas heading toward the downstream cell 62D2 may slightly contain oxygen. Therefore, by applying the control device or method of the present invention to an engine equipped with the two-cell sensor 62, the SOx concentration can be detected with high accuracy.

更に、実施装置が適用される機関10はガソリンエンジンであるが、本発明の制御装置または方法は、ディーゼルエンジンにも適用することができる。   Furthermore, although the engine 10 to which the implementation apparatus is applied is a gasoline engine, the control apparatus or method of the present invention can also be applied to a diesel engine.

実施装置は、掃引処理中の排ガスの空燃比(酸素濃度)を一定の値に維持する制御(安定化制御)として、掃引処理を始める時点での機関10の運転状態を、掃引処理を終える時点までそのまま維持する方法を用いている(図10のステップ1015を参照。)。この方法によれば、掃引処理中の排ガスの空燃比を必ずしも時々刻々と取得する必要はない。しかし、本発明の装置は、安定化制御として、掃引処理中の排ガスの空燃比を時々刻々と取得しながら、排ガスの空燃比をフィードバック制御するように機関10を制御してもよい。例えば、実施装置は、機関10への要求出力に基づいて吸入空気量が決定された後、排ガスの空燃比が一定の値に一致するように燃料噴射量をフィードバック制御する方法、を用い得る。更に、本発明の装置は、機関10がディーゼルエンジンである場合、安定化制御として、機関10への要求出力に基づいて燃料噴射量が決定された後、排ガスの空燃比が一定の値に一致するように吸入空気量およびEGR量等を調整する方法、を用い得る。加えて、本発明の装置は、機関10がモータ等と組み合わせて用いられる場合(例えば、機関10がハイブリッド自動車に搭載される場合)、排ガスの空燃比を一定の値に維持するように機関10を制御しながら、出力の過不足をモータによって補う方法、を用い得る。   The execution device sets the operating state of the engine 10 at the time of starting the sweep process as the control (stabilization control) for maintaining the air-fuel ratio (oxygen concentration) of the exhaust gas during the sweep process at a constant value. (See step 1015 in FIG. 10). According to this method, it is not always necessary to acquire the air-fuel ratio of exhaust gas during the sweep process. However, the apparatus of the present invention may control the engine 10 as feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas while acquiring the air-fuel ratio of the exhaust gas during the sweep process every moment as stabilization control. For example, the implementation apparatus may use a method of feedback-controlling the fuel injection amount so that the air-fuel ratio of the exhaust gas matches a certain value after the intake air amount is determined based on the required output to the engine 10. Furthermore, when the engine 10 is a diesel engine, the apparatus according to the present invention is configured so that the air-fuel ratio of the exhaust gas coincides with a constant value after the fuel injection amount is determined based on the required output to the engine 10 as stabilization control. Thus, a method of adjusting the intake air amount, the EGR amount, and the like can be used. In addition, when the engine 10 is used in combination with a motor or the like (for example, when the engine 10 is mounted on a hybrid vehicle), the apparatus of the present invention maintains the air-fuel ratio of the exhaust gas at a constant value. A method of compensating for excess or deficiency of output by a motor while controlling the motor can be used.

更に、本発明の装置は、排ガスのSOx濃度に基づいて燃料に含まれる硫黄成分の量(硫黄濃度)を推定するように構成され得る。燃料の硫黄濃度は、一般に、燃料の種類等に依存して定まる。そこで、燃料の硫黄濃度を推定する観点からは、機関に燃料が供給される毎に排ガスのSOx濃度が取得されればよい。   Furthermore, the apparatus of the present invention can be configured to estimate the amount of sulfur component (sulfur concentration) contained in the fuel based on the SOx concentration of the exhaust gas. The sulfur concentration of fuel is generally determined depending on the type of fuel. Therefore, from the viewpoint of estimating the sulfur concentration of the fuel, it is only necessary to acquire the SOx concentration of the exhaust gas every time fuel is supplied to the engine.

10…内燃機関、21…燃料噴射弁、22…点火プラグ、41…排気マニホールド、61…限界電流式の酸素濃度センサ(空燃比センサ)、71…電子制御装置

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 21 ... Fuel injection valve, 22 ... Spark plug, 41 ... Exhaust manifold, 61 ... Limit current type oxygen concentration sensor (air-fuel ratio sensor), 71 ... Electronic control unit

Claims (4)

排ガスの酸素濃度を検出可能な限界電流式のセンサを備えた内燃機関に適用され、排ガスのSOx濃度を検出するための処理部を備えた制御装置であって、
前記処理部は、
排ガスの酸素濃度を一定の値に維持するように前記機関を制御しながら、
前記センサへの印加電圧を、前記センサにてSOxが還元されて生じる硫黄が前記センサに蓄積される第1電圧から、前記センサにて硫黄がSOxへ酸化される第2電圧まで、徐々に降下させる掃引処理を実行するとともに、
前記掃引処理の実行中における前記センサの出力電流の波形と、前記一定の値の酸素濃度に対応する前記センサの限界電流の値である基準値と、に基づいて排ガスのSOx濃度を検出する、
内燃機関の制御装置。
A control device that is applied to an internal combustion engine having a limiting current type sensor capable of detecting the oxygen concentration of exhaust gas, and that includes a processing unit for detecting the SOx concentration of exhaust gas,
The processor is
While controlling the engine to maintain the oxygen concentration of the exhaust gas at a constant value,
The voltage applied to the sensor gradually decreases from a first voltage at which sulfur produced by SOx reduction by the sensor is accumulated in the sensor to a second voltage at which sulfur is oxidized to SOx by the sensor. And execute the sweep process
Detecting the SOx concentration of the exhaust gas based on the waveform of the output current of the sensor during the execution of the sweep process and a reference value which is a value of a limit current of the sensor corresponding to the oxygen concentration of the constant value;
Control device for internal combustion engine.
請求項1に記載の制御装置において、
前記第2電圧が、排ガスの酸素濃度を検出するときに用いられる印加電圧に一致し、
前記基準値が、前記掃引処理にて前記センサへの印加電圧が前記第2電圧まで降下した時点における前記センサの出力電流の値である、
内燃機関の制御装置。
The control device according to claim 1,
The second voltage matches the applied voltage used when detecting the oxygen concentration of the exhaust gas;
The reference value is the value of the output current of the sensor at the time when the applied voltage to the sensor drops to the second voltage in the sweep process.
Control device for internal combustion engine.
請求項1に記載の制御装置において、
前記処理部が、排ガスの酸素濃度と限界電流の値との間の対応関係を予め記憶し、
前記基準値が、前記対応関係に前記一定の値の酸素濃度を適用して得られる限界電流の値である、
内燃機関の制御装置。
The control device according to claim 1,
The processing unit stores in advance a correspondence relationship between the oxygen concentration of the exhaust gas and the value of the limit current,
The reference value is a limit current value obtained by applying the constant oxygen concentration to the correspondence relationship;
Control device for internal combustion engine.
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の制御装置において、
前記処理部が、前記波形の特徴を示す値として前記掃引処理の実行中における前記センサの出力電流の極値を用いるとともに、前記極値と前記基準値との差の絶対値が大きいほどSOx濃度が高くなるように排ガスのSOx濃度を検出し、
前記第2電圧が、前記極値が出力される印加電圧よりも小さい印加電圧である、
内燃機関の制御装置。

In the control device according to any one of claims 1 to 3,
The processing unit uses the extreme value of the output current of the sensor during the execution of the sweep process as a value indicating the characteristic of the waveform, and the SOx concentration increases as the absolute value of the difference between the extreme value and the reference value increases. Detect the exhaust gas SOx concentration so that the
The second voltage is an applied voltage smaller than an applied voltage at which the extreme value is output;
Control device for internal combustion engine.

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