JP2016099317A - Control apparatus for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス検出手段を備える内燃機関に使用される燃料に硫黄成分が含まれているか否かを判定する内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that determines whether or not a sulfur component is contained in a fuel used in an internal combustion engine having a gas detection means.
従来から、内燃機関を制御するために、排気中に含まれる酸素(O2)の濃度に基づいて燃焼室内の混合気の空燃比(A/F)を取得する空燃比センサ(A/Fセンサ)が広く使用されている。このような空燃比センサの1つのタイプとして、限界電流式ガスセンサを挙げることができる。 Conventionally, in order to control an internal combustion engine, an air-fuel ratio sensor (A / F sensor) that acquires an air-fuel ratio (A / F) of an air-fuel mixture in a combustion chamber based on the concentration of oxygen (O 2 ) contained in exhaust gas ) Is widely used. One type of such an air-fuel ratio sensor is a limiting current type gas sensor.
上記のような空燃比センサとして使用される限界電流式ガスセンサは、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の表面に固着された一対の電極と、を含む電気化学セルであるポンピングセルを備える。一対の電極の一方は、拡散抵抗部を介して導入される被検ガスとしての内燃機関の排気に曝され、他方は大気に曝されている。上記一方の電極を陰極とし、上記他方の電極を陽極として、これらの一対の電極の間に酸素の分解が始まる電圧(分解開始電圧)以上の電圧を印加すると、被検ガス中に含まれる酸素が還元分解されて酸化物イオン(O2−)となる。この酸化物イオンは上記固体電解質体を介して陽極へと伝導されて酸素となり、大気中へと排出される。このような陰極側から陽極側への固体電解質体を介する酸化物イオンの伝導による酸素の移動は「酸素ポンピング作用」と称される。 A limiting current type gas sensor used as an air-fuel ratio sensor as described above is an electrochemical cell including a solid electrolyte body having oxide ion conductivity and a pair of electrodes fixed to the surface of the solid electrolyte body. A pumping cell is provided. One of the pair of electrodes is exposed to the exhaust gas of the internal combustion engine as the test gas introduced through the diffusion resistance portion, and the other is exposed to the atmosphere. When one of the electrodes is used as a cathode and the other electrode is used as an anode, when a voltage equal to or higher than the voltage at which oxygen begins to decompose (decomposition start voltage) is applied between the pair of electrodes, oxygen contained in the test gas Is reduced and decomposed into oxide ions (O 2− ). The oxide ions are conducted to the anode through the solid electrolyte body, become oxygen, and are discharged into the atmosphere. Such movement of oxygen by conduction of oxide ions through the solid electrolyte body from the cathode side to the anode side is referred to as “oxygen pumping action”.
上記酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、上記一対の電極の間に電流が流れる。このように一対の電極間に流れる電流は「電極電流」と称される。この電極電流は一対の電極間に印加される電圧(以降、単に「印加電圧」と称される場合がある。)が上昇するほど大きくなる傾向を有する。しかしながら、上記一方の電極(陰極)に到達する被検ガスの流量が拡散抵抗部によって制限されるので、やがて酸素ポンピング作用に伴う酸素の消費速度が陰極への酸素の供給速度を超えるようになる。即ち、陰極における酸素の還元分解反応が拡散律速状態となる。 A current flows between the pair of electrodes by conduction of oxide ions accompanying the oxygen pumping action. The current flowing between the pair of electrodes in this way is referred to as “electrode current”. This electrode current has a tendency to increase as the voltage applied between the pair of electrodes (hereinafter, sometimes simply referred to as “applied voltage”) increases. However, since the flow rate of the test gas reaching the one electrode (cathode) is limited by the diffusion resistance section, the oxygen consumption rate accompanying the oxygen pumping action eventually exceeds the oxygen supply rate to the cathode. . That is, the oxygen reductive decomposition reaction at the cathode is in a diffusion-controlled state.
上記拡散律速状態においては、印加電圧を上昇させても電極電流が増大せず、略一定となる。このような特性は「限界電流特性」と称され、限界電流特性が発現する(観測される)印加電圧の範囲は「限界電流域」と称される。更に、限界電流域における電極電流は「限界電流」と称され、限界電流の大きさ(限界電流値)は陰極への酸素の供給速度に対応する。上記のように陰極に到達する被検ガスの流量が拡散抵抗部によって一定に維持されているので、陰極への酸素の供給速度は被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。 In the diffusion-controlled state, the electrode current does not increase even when the applied voltage is increased, and becomes substantially constant. Such a characteristic is referred to as a “limit current characteristic”, and a range of an applied voltage in which the limit current characteristic is manifested (observed) is referred to as a “limit current region”. Furthermore, the electrode current in the limit current region is referred to as “limit current”, and the magnitude of the limit current (limit current value) corresponds to the supply rate of oxygen to the cathode. Since the flow rate of the test gas reaching the cathode is maintained constant by the diffusion resistance portion as described above, the oxygen supply rate to the cathode corresponds to the concentration of oxygen contained in the test gas.
従って、空燃比センサとして使用される限界電流式ガスセンサにおいて「限界電流域内の所定の電圧」に印加電圧を設定したときの電極電流(限界電流)は被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用して、空燃比センサは被検ガス中に含まれる酸素の濃度を検出し、それに基づいて燃焼室内の混合気の空燃比を取得することができる。 Therefore, in the limit current type gas sensor used as an air-fuel ratio sensor, the electrode current (limit current) when the applied voltage is set to “predetermined voltage in the limit current region” corresponds to the concentration of oxygen contained in the test gas. To do. Thus, the air-fuel ratio sensor can detect the concentration of oxygen contained in the test gas by using the limiting current characteristic of oxygen, and can acquire the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber based on the oxygen concentration.
上記のような限界電流特性は酸素ガスのみに限定される特性ではない。具体的には、分子中に酸素原子を含むガス(以降、「含酸素ガス」と称される場合がある。)の中には、印加電圧及び陰極の構成を適切に選択することにより限界電流特性を発現させることができるものがある。このような含酸素ガスの例としては、例えば、硫黄酸化物(SOx)、水(H2O)及び二酸化炭素(CO2)等を挙げることができる。 The limiting current characteristics as described above are not limited to oxygen gas alone. Specifically, in the gas containing oxygen atoms in the molecule (hereinafter, sometimes referred to as “oxygen-containing gas”), the limit current is determined by appropriately selecting the applied voltage and the configuration of the cathode. There is something that can express the characteristics. Examples of such oxygen-containing gas include sulfur oxide (SOx), water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), and the like.
ところで、内燃機関の燃料(例えば、軽油及びガソリン等)には微量の硫黄(S)成分が含まれる。特に、粗悪燃料とも称される燃料は、比較的高い含有率にて硫黄成分を含有している場合がある。燃料中の硫黄成分の含有率(以降、単に「硫黄含有率」と称される場合がある。)が高いと、内燃機関の構成部材の劣化及び/又は故障、排気浄化触媒の被毒、排気における白煙の発生等の問題が発生する虞が高まる。そのため、燃料中の硫黄成分の含有率を取得し、取得された硫黄含有率を、例えば、内燃機関の制御に反映させたり、内燃機関の故障に関する警告を発したり、排気浄化触媒の自己故障診断(OBD)の改善に役立てたりすることが望まれる。 Incidentally, a small amount of sulfur (S) component is contained in the fuel (for example, light oil and gasoline) of the internal combustion engine. In particular, a fuel also called a poor fuel may contain a sulfur component at a relatively high content. When the content rate of sulfur components in the fuel (hereinafter, sometimes simply referred to as “sulfur content rate”) is high, deterioration and / or failure of components of the internal combustion engine, poisoning of the exhaust purification catalyst, exhaust gas There is an increased risk of problems such as the generation of white smoke. Therefore, the content rate of sulfur component in the fuel is acquired, and the acquired sulfur content rate is reflected in, for example, control of the internal combustion engine, a warning about the failure of the internal combustion engine is issued, or the self-diagnosis diagnosis of the exhaust purification catalyst It is desirable to make use of it for improving (OBD).
内燃機関の燃料が硫黄成分を含有していると、燃焼室から排出される排気中に硫黄酸化物が含まれる。更に、燃料中の硫黄成分の含有率(硫黄含有率)が高くなるほど、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度(以降、単に「SOx濃度」と称される場合がある。)も高くなる。従って、排気中のSOx濃度を正確に取得することができれば、取得されたSOx濃度に基づいて硫黄含有率を正確に取得することができると考えられる。 When the fuel of the internal combustion engine contains a sulfur component, sulfur oxide is contained in the exhaust discharged from the combustion chamber. Furthermore, the higher the content of sulfur component in the fuel (the sulfur content), the higher the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust (hereinafter sometimes referred to simply as “SOx concentration”). Therefore, if the SOx concentration in the exhaust gas can be accurately acquired, it is considered that the sulfur content can be accurately acquired based on the acquired SOx concentration.
そこで、当該技術分野においては、上述した酸素ポンピング作用を利用する限界電流式ガスセンサによって内燃機関の排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得する試みがなされている。具体的には、被検ガスとしての内燃機関の排気が拡散抵抗部を介して導かれる内部空間に陰極が面するように直列に配置された2つのポンピングセルを備える限界電流式ガスセンサ(2セル式の限界電流式ガスセンサ)が使用される。 Therefore, in this technical field, an attempt has been made to acquire the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust gas of the internal combustion engine by the limiting current type gas sensor using the oxygen pumping action described above. Specifically, a limiting current type gas sensor (2 cells) having two pumping cells arranged in series so that the cathode faces an internal space through which the exhaust gas of the internal combustion engine as the test gas is guided through the diffusion resistance unit. The limiting current type gas sensor) is used.
このセンサにおいては、上流側のポンピングセルの電極間に相対的に低い電圧を印加することにより、上流側のポンピングセルの酸素ポンピング作用によって被検ガス中に含まれる酸素を除去する。更に、下流側のポンピングセルの電極間に相対的に高い電圧を印加することにより、下流側のポンピングセルによって被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を陰極において還元分解させ、その結果として生ずる酸化物イオンを陽極へと伝導する。この酸素ポンピング作用に起因する電極電流値の変化に基づいて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度が取得される(例えば、特許文献1を参照。)。 In this sensor, by applying a relatively low voltage between the electrodes of the upstream pumping cell, oxygen contained in the test gas is removed by the oxygen pumping action of the upstream pumping cell. Further, by applying a relatively high voltage between the electrodes of the downstream pumping cell, the downstream pumping cell causes the sulfur oxide contained in the test gas to be reduced and decomposed at the cathode, and the resulting oxidation. Conducts physical ions to the anode. Based on the change in the electrode current value resulting from the oxygen pumping action, the concentration of sulfur oxide contained in the test gas is acquired (see, for example, Patent Document 1).
上述したように、当該技術分野においては、酸素ポンピング作用を利用する限界電流式ガスセンサによって、内燃機関の排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得する試みがなされている。しかしながら、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度は極めて低く、硫黄酸化物の分解に起因する電流(分解電流)も極めて小さい。更に、硫黄酸化物以外の含酸素ガス(例えば、水及び二酸化炭素等)に起因する分解電流も電極間に流れ得る。そのため、硫黄酸化物に起因する分解電流のみを精度良く区別して検出することは困難である。 As described above, in this technical field, an attempt has been made to acquire the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust gas of an internal combustion engine using a limiting current gas sensor that utilizes an oxygen pumping action. However, the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust gas is extremely low, and the current (decomposition current) resulting from the decomposition of sulfur oxide is also extremely small. Furthermore, a decomposition current caused by oxygen-containing gas other than sulfur oxide (for example, water and carbon dioxide) can also flow between the electrodes. Therefore, it is difficult to accurately distinguish and detect only the decomposition current caused by sulfur oxide.
そこで、本発明者は、限界電流式ガスセンサを使用して排気中のSOx濃度を取得し、取得されたSOx濃度に基づいて燃料中の硫黄含有率を取得する技術の検討を進めてきていた。その結果、本発明者は、酸素ポンピング作用を有する電気化学セル(ポンピングセル)において所定の印加電圧にて水及び硫黄酸化物を分解させるときの電極電流が被検ガスとしての内燃機関の排気中の硫黄酸化物の濃度に応じて変化することを見出した。 Therefore, the present inventor has been studying a technique for acquiring the SOx concentration in the exhaust gas using a limiting current type gas sensor and acquiring the sulfur content in the fuel based on the acquired SOx concentration. As a result, the present inventor has found that an electrode current generated when water and sulfur oxide are decomposed at a predetermined applied voltage in an electrochemical cell having an oxygen pumping action (pumping cell) is exhausted from an internal combustion engine as a test gas. It has been found that it varies depending on the concentration of sulfur oxides.
しかしながら、内燃機関の排気中に含まれる水の濃度が変化すると、水に起因する分解電流の大きさも変化し、上記電極電流の大きさも変化する。従って、上記電極電流に基づいて排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得するためには、排気中に含まれる水の濃度が既知である必要がある。しかしながら、実際の内燃機関の排気中に含まれる水の濃度は、例えば内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比(A/F)等の変化に伴って変化するため、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得することは困難である。 However, when the concentration of water contained in the exhaust gas of the internal combustion engine changes, the magnitude of the decomposition current caused by water also changes, and the magnitude of the electrode current also changes. Therefore, in order to obtain the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust based on the electrode current, the concentration of water contained in the exhaust needs to be known. However, since the concentration of water contained in the exhaust gas of the actual internal combustion engine changes with changes in the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine, for example, It is difficult to obtain the concentration of contained sulfur oxides.
一方、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得することはできなくとも、硫黄酸化物の有無を判定することができれば、その結果を、例えば、内燃機関の制御に反映させたり、内燃機関の故障に関する警告を発したり、排気浄化触媒の自己故障診断(OBD)の改善に役立てたりすることができる。本発明は、このような観点に基づいて為されたものである。即ち、本発明は、被検ガスとしての排気中に含まれる水の濃度が未知である場合においても、限界電流式ガスセンサを使用して被検ガスとしての排気中に含まれる硫黄酸化物の有無を容易に判定し、その結果に応じた制御を実行する内燃機関の制御装置を提供することを1つの目的とする。 On the other hand, even if the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust gas cannot be obtained, if the presence or absence of sulfur oxide can be determined, the result is reflected in the control of the internal combustion engine, for example, or the internal combustion engine Can be issued, and can be used to improve self-diagnosis (OBD) of the exhaust purification catalyst. The present invention has been made based on such a viewpoint. That is, the present invention uses the limiting current type gas sensor to detect the presence or absence of sulfur oxide contained in the exhaust gas as the test gas even when the concentration of water contained in the exhaust gas as the test gas is unknown. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that easily determines the engine speed and executes control according to the result.
上記のような点に鑑み、本発明者は、鋭意研究の結果、被検ガス中に含まれる水及び硫黄酸化物を分解させることが可能な電圧の範囲においてポンピングセルの電極間への印加電圧を徐々に上昇及び下降させた場合、被検ガス中に硫黄酸化物が含まれていると、上昇時と下降時との間で電極電流に差が生ずることを見出した。この現象の発生理由については後述する。このとき、電極電流の大きさは被検ガス中の水の濃度によって変化する。しかしながら、印加電圧を上昇及び下降させる期間における水の濃度が一定であれば、上記電極電流の差に基づいて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を判定することができる。 In view of the above points, as a result of intensive research, the present inventor has applied voltage between the electrodes of the pumping cell within a voltage range in which water and sulfur oxide contained in the test gas can be decomposed. It was found that when the gas was gradually raised and lowered, if the test gas contained sulfur oxide, a difference in the electrode current occurred between when it was raised and when it was lowered. The reason for this phenomenon will be described later. At this time, the magnitude of the electrode current varies depending on the concentration of water in the test gas. However, if the concentration of water during the period in which the applied voltage is raised and lowered is constant, the presence or absence of sulfur oxide contained in the test gas can be determined based on the difference in the electrode current.
そこで、本発明に係るガス内燃機関の制御装置(以降、「本発明装置」と称される場合がある。)は、酸素ポンピング作用を有する電気化学セルを備える限界電流式ガスセンサと同様の構成を有するガス検出手段を備える内燃機関に適用される。即ち、本発明装置が適用される内燃機関が備えるガス検出手段は、素子部と、電圧印加部と、取得部と、を有する。 Therefore, the control device for a gas internal combustion engine according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the present invention device”) has the same configuration as that of a limiting current gas sensor including an electrochemical cell having an oxygen pumping action. The present invention is applied to an internal combustion engine having gas detection means. That is, the gas detection means provided in the internal combustion engine to which the device of the present invention is applied has an element part, a voltage application part, and an acquisition part.
素子部は、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と同固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第1電極及び第2電極とを含む第1電気化学セルと、緻密体と、拡散抵抗部と、を備える。更に、素子部は、前記固体電解質体と前記緻密体と前記拡散抵抗部とにより画定される内部空間に前記拡散抵抗部を介して被検ガスとしての内燃機関の排気が導入され、前記第1電極が前記内部空間に露呈し且つ前記第2電極が前記内部空間とは異なる空間である第1別空間に露呈するように構成される。電圧印加部は、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加する。取得部は、前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流に対応する第1検出値を取得する。 The element section includes a first electrochemical cell including a solid electrolyte body having oxide ion conductivity and a first electrode and a second electrode formed on the surface of the solid electrolyte body, a dense body, and a diffusion resistance section. And comprising. Further, in the element portion, exhaust gas of an internal combustion engine as a test gas is introduced into the internal space defined by the solid electrolyte body, the dense body, and the diffusion resistance portion via the diffusion resistance portion. An electrode is exposed to the internal space, and the second electrode is exposed to a first separate space that is a space different from the internal space. The voltage application unit applies a voltage between the first electrode and the second electrode. The acquisition unit acquires a first detection value corresponding to a current flowing between the first electrode and the second electrode.
前記第1電極は、前記第1電極と前記第2電極との間に第1所定電圧を印加したときに前記被検ガス中に含まれる水(H2O)及び硫黄酸化物(SOx)を分解させることが可能となるように構成される。このような第1電極は、例えば電極材料を構成する物質の種類及び電極を作製する際の熱処理の条件等を適宜選択することによって作製することができる。 The first electrode contains water (H 2 O) and sulfur oxide (SOx) contained in the test gas when a first predetermined voltage is applied between the first electrode and the second electrode. It is configured to be disassembled. Such a 1st electrode can be produced by selecting suitably the kind of substance which comprises electrode material, the conditions of the heat processing at the time of producing an electrode, etc., for example.
前記電圧印加部は、前記第1電極と前記第2電極との間に印加される電圧である第1印加電圧を、前記第1所定電圧を含む電圧の範囲である第1電圧帯において所定の第1昇圧速度にて上昇させる昇圧スイープを実行するように構成される。更に、前記電圧印加部は、昇圧スイープの実行後、前記第1印加電圧を前記第1電圧帯において所定の第1降圧速度にて下降させる降圧スイープを実行するように構成される。 The voltage applying unit applies a first applied voltage, which is a voltage applied between the first electrode and the second electrode, in a first voltage band that is a voltage range including the first predetermined voltage. A boost sweep is performed to increase at the first boost speed. Further, the voltage application unit is configured to execute a step-down sweep that lowers the first applied voltage at a predetermined first step-down speed in the first voltage band after the step-up sweep is performed.
第1所定電圧は、「硫黄酸化物の分解が開始する電圧(硫黄酸化物の分解開始電圧)」よりも高い「水の分解が開始する電圧(水の分解開始電圧)」以上の電圧の範囲(電圧帯)に含まれる所定の電圧である。従って、第1電圧帯において昇圧スイープ又は降圧スイープを実行している期間において、第1印加電圧が第1所定電圧に該当しているときには、被検ガス中に含まれる水及び硫黄酸化物の分解に起因する電極電流が、第1電極と第2電極との間に流れる。即ち、第1電圧帯において昇圧スイープ又は降圧スイープを実行している期間において、第1印加電圧が第1電極にて水(H2O)が分解され得る特定の電圧(特定電圧)となっているときに、被検ガス中に含まれる水及び硫黄酸化物の分解に起因する電極電流が第1電極と第2電極との間に流れる。 The first predetermined voltage is a voltage range equal to or higher than the “voltage at which water decomposition starts (water decomposition start voltage)” higher than the “voltage at which sulfur oxide decomposition starts (sulfur oxide decomposition start voltage)”. It is a predetermined voltage included in (voltage band). Therefore, when the first applied voltage corresponds to the first predetermined voltage during the period in which the step-up sweep or the step-down sweep is performed in the first voltage band, the decomposition of water and sulfur oxide contained in the test gas is performed. An electrode current resulting from is flowing between the first electrode and the second electrode. That is, the first applied voltage becomes a specific voltage (specific voltage) at which water (H 2 O) can be decomposed at the first electrode during the period in which the step-up sweep or the step-down sweep is performed in the first voltage band. Electrode current caused by decomposition of water and sulfur oxide contained in the test gas flows between the first electrode and the second electrode.
本発明装置は制御手段を備える。前記制御手段は、前記内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比(A/F)が一定となっている状態において、前記昇圧スイープの実行中であって且つ前記第1印加電圧が前記第1電極にて水(H2O)が分解され得る特定電圧であるときに前記取得部が取得する前記第1検出値である第1昇圧検出値と、前記降圧スイープの実行中であって且つ前記第1印加電圧が前記特定電圧であるときに前記取得部が取得する前記第1検出値である第1降圧検出値と、の差に対応する値である第1検出値差が所定の第1閾値以上である場合、前記内燃機関に供給された燃料が第1含有率以上の硫黄成分を含んでいるとの判定に対応する特定作動を実行するように構成される。この場合、制御手段は、第1検出値差が第1閾値以上であるか否かを、第1昇圧検出値と第1降圧検出値との差が閾値以上であるか否かに基づいて判定してもよく、第1昇圧検出値と第1降圧検出値との比が閾値以上であるか否かに基づいて判定してもよい。 The device of the present invention includes a control means. In the state where the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine is constant, the control means is executing the boost sweep and the first applied voltage is A first boost detection value that is the first detection value acquired by the acquisition unit when water (H 2 O) is a specific voltage that can be decomposed at the first electrode, and the step-down sweep is being executed. And a first detection value difference that is a value corresponding to a difference from the first step-down detection value that is the first detection value acquired by the acquisition unit when the first applied voltage is the specific voltage is predetermined. If it is equal to or higher than the first threshold value, the specific operation corresponding to the determination that the fuel supplied to the internal combustion engine contains a sulfur component equal to or higher than the first content rate is executed. In this case, the control means determines whether or not the first detection value difference is greater than or equal to the first threshold based on whether or not the difference between the first boost detection value and the first buck detection value is greater than or equal to the threshold. Alternatively, the determination may be made based on whether the ratio between the first boost detection value and the first buck detection value is equal to or greater than a threshold value.
上記のように内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比(A/F)が一定となっている状態においては、燃料が燃焼した結果として発生する水の濃度も一定である。一方、空気に含まれる水の濃度(湿度)が極短期間に急激に変化する可能性は低い。従って、昇圧スイープ及び降圧スイープが実行されている期間において、混合気の空燃比(A/F)が一定であれば、内燃機関の排気中に含まれる水の濃度は略一定であるとみなすことができる。 In the state where the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine is constant as described above, the concentration of water generated as a result of fuel combustion is also constant. On the other hand, it is unlikely that the concentration (humidity) of water contained in the air will change abruptly in an extremely short time. Therefore, if the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture is constant during the period in which the pressure-up sweep and the pressure-down sweep are executed, the concentration of water contained in the exhaust gas of the internal combustion engine is regarded as substantially constant. Can do.
従って、被検ガス中に硫黄酸化物が含まれていなければ、昇圧スイープの実行中であって且つ前記第1印加電圧が前記第1電極にて水(H2O)が分解され得る特定電圧であるときの第1検出値(第1昇圧検出値)と、降圧スイープの実行中であって且つ前記第1印加電圧が前記特定電圧であるときの第1検出値(第1降圧検出値)と、が一致する。従って、それらの差に対応する値である第1検出値差は実質的に0(ゼロ)となる。逆に、被検ガス中に硫黄酸化物が含まれていると、第1昇圧検出値と第1降圧検出値とが一致せず、それらの差に対応する値である第1検出値差が0(ゼロ)より大きくなる。 Therefore, if the test gas does not contain sulfur oxides, the first applied voltage is a specific voltage at which the first electrode can decompose water (H 2 O) while the boosting sweep is being performed. And a first detection value (first step-down detection value) when the step-down sweep is being executed and the first applied voltage is the specific voltage. And match. Therefore, the first detection value difference that is a value corresponding to the difference is substantially 0 (zero). On the other hand, if the test gas contains sulfur oxide, the first pressure increase detection value and the first pressure decrease detection value do not match, and the first detection value difference corresponding to the difference between them does not match. It becomes larger than 0 (zero).
そこで、制御手段は、第1検出値差が所定の第1閾値以上であるか否かに応じた作動を実行する。具体的には、制御手段は、第1検出値差が所定の第1閾値以上である場合、前記内燃機関に供給された燃料が第1含有率以上の硫黄成分を含んでいるとの判定に対応する特定作動を実行する。「特定作動」とは、例えば、硫黄成分が燃料に含まれていることを示すランプを点灯すること、硫黄成分が燃料に含まれていることを記憶装置に記憶させること、及び、排気浄化触媒の硫黄被毒対応のための空燃比制御を行うこと等を含む。第1閾値及び第1含有率の詳細については後に詳しく説明する。 Therefore, the control means performs an operation according to whether or not the first detection value difference is equal to or greater than a predetermined first threshold value. Specifically, the control means determines that the fuel supplied to the internal combustion engine contains a sulfur component equal to or higher than a first content when the first detection value difference is equal to or greater than a predetermined first threshold. Perform the corresponding specific action. “Specific operation” means, for example, lighting a lamp indicating that a sulfur component is contained in the fuel, storing in the storage device that the sulfur component is contained in the fuel, and an exhaust purification catalyst. Including air-fuel ratio control to cope with sulfur poisoning. Details of the first threshold and the first content will be described later in detail.
上記のように、本発明装置によれば、被検ガスとしての排気中に含まれる水の濃度が未知である場合においても、限界電流式ガスセンサを使用して被検ガスとしての排気中に含まれる硫黄酸化物の有無を容易に判定し、その結果に応じた作動を実行することができる。 As described above, according to the apparatus of the present invention, even when the concentration of water contained in the exhaust gas as the test gas is unknown, it is contained in the exhaust gas as the test gas using the limiting current type gas sensor. It is possible to easily determine the presence or absence of sulfur oxide and to perform an operation according to the result.
ところで、第1所定電圧は、上述したように、「硫黄酸化物の分解が開始する電圧(硫黄酸化物の分解開始電圧)」よりも高い「水の分解が開始する電圧(水の分解開始電圧)」以上の電圧の範囲(電圧帯)に含まれる所定の電圧である。例えば被検ガス中に含まれる酸素の濃度及び測定条件等により若干の変動は見られるが、水の分解開始電圧は約0.6Vである。従って、第1電圧帯の下限は、0.6V以上の所定の電圧であることが望ましい。このため、前記電圧印加部は、前記第1電圧帯の下限を0.6Vとして、前記昇圧スイープ及び前記降圧スイープを実行するように構成され得る。このような第1電圧帯において昇圧スイープ及び降圧スイープを実行することにより、被検ガスに含まれる水のみならず、被検ガスに含まれる硫黄酸化物をも確実に分解させることができる。その結果、被検ガス中に硫黄酸化物が含まれている場合には、第1検出値差を確実に検出することができる。 By the way, as described above, the first predetermined voltage is higher than the “voltage at which the decomposition of water starts (the decomposition start voltage of sulfur oxide)” and the “voltage at which the decomposition of water starts (the decomposition start voltage of water). ) ”Is a predetermined voltage included in the above voltage range (voltage band). For example, some fluctuations are observed depending on the concentration of oxygen contained in the test gas and measurement conditions, but the water decomposition start voltage is about 0.6V. Therefore, it is desirable that the lower limit of the first voltage band is a predetermined voltage of 0.6V or more. Therefore, the voltage application unit may be configured to perform the step-up sweep and the step-down sweep with the lower limit of the first voltage band set to 0.6V. By performing the step-up sweep and the step-down sweep in such a first voltage band, not only the water contained in the test gas but also the sulfur oxide contained in the test gas can be reliably decomposed. As a result, when sulfur oxide is contained in the test gas, the first detection value difference can be reliably detected.
ところで、第1電極と第2電極との間の印加電圧(第1印加電圧)が水の限界電流域の下限電圧以上の電圧となると、拡散抵抗部を介して第1電極(陰極)に到達する水の供給速度を第1電極における水の分解速度が超えるようになる。即ち、この場合、第1印加電圧が水の限界電流域にあるため、水の限界電流特性が発現するようになる。この水の限界電流域においては、拡散抵抗部を介して第1電極に到達した水の実質的に全てが分解される。従って、硫黄酸化物と比較して大量の水が分解されるため、第1電極において分解される硫黄酸化物の量は相対的に少なくなる。 By the way, when the applied voltage (first applied voltage) between the first electrode and the second electrode becomes equal to or higher than the lower limit voltage of the limit current region of water, it reaches the first electrode (cathode) via the diffusion resistance portion. The water decomposition rate of the first electrode exceeds the water supply rate. That is, in this case, since the first applied voltage is in the limit current region of water, the limit current characteristic of water comes to appear. In the limit current region of water, substantially all of the water that reaches the first electrode via the diffusion resistance portion is decomposed. Therefore, since a large amount of water is decomposed compared to sulfur oxide, the amount of sulfur oxide decomposed at the first electrode is relatively small.
一方、電圧印加部が昇圧スイープ及び降圧スイープを実行するときには内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比(A/F)は一定となっている。従って、昇圧スイープ及び降圧スイープの何れにおいても、第1印加電圧が水の限界電流域にある期間は、たとえ排気中に硫黄酸化物が含まれていても第1電極と第2電極との間に流れる電流の大きさは水の限界電流値にて略一定となり、第1昇圧検出値と第1降圧検出値との間に実質的な差が生じない。従って、第1検出値差を検出する観点からは、第1印加電圧を水の限界電流域にまで上昇させる必要は無い。 On the other hand, when the voltage application unit performs the step-up sweep and the step-down sweep, the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine is constant. Therefore, in both the step-up sweep and the step-down sweep, the period in which the first applied voltage is in the limit current region of water is between the first electrode and the second electrode even if sulfur oxide is contained in the exhaust gas. The magnitude of the current flowing through the water becomes substantially constant at the limit current value of water, and there is no substantial difference between the first step-up detection value and the first step-down detection value. Therefore, from the viewpoint of detecting the first detection value difference, it is not necessary to raise the first applied voltage to the limit current region of water.
更に、第1印加電圧が水の限界電流域を超えて、より高い電圧となると、被検ガス中に含まれる他の成分(例えば、二酸化炭素(CO2)等)の分解に起因する電極電流が流れ始める場合がある。また更に、第1印加電圧が過度に高い場合、固体電解質体の分解を招く虞もある。このような場合、被検ガス中に含まれる水及び硫黄酸化物に起因する分解電流以外の要因により電極電流が変化する虞があり、結果として、第1昇圧検出値及び第1降圧検出値を正しく検出することが困難となる虞がある。 Furthermore, when the first applied voltage exceeds the limit current region of water and becomes a higher voltage, the electrode current is caused by decomposition of other components (for example, carbon dioxide (CO 2 ), etc.) contained in the test gas. May begin to flow. Furthermore, when the first applied voltage is excessively high, the solid electrolyte body may be decomposed. In such a case, the electrode current may change due to factors other than the decomposition current caused by water and sulfur oxide contained in the test gas. As a result, the first boost detection value and the first buck detection value It may be difficult to detect correctly.
従って、第1電圧帯の上限は、水の限界電流域の下限電圧未満の所定の電圧であることが望ましい。換言すれば、第1電圧帯の上限は、水の限界電流特性が発現する(観測される)電圧帯の下限未満の所定の電圧であることが望ましい。このため、前記電圧印加部は、前記第1電圧帯の上限を水の限界電流域の下限電圧未満の所定の電圧として、前記昇圧スイープ及び前記降圧スイープを実行するように構成され得る。このような第1電圧帯において昇圧スイープ及び降圧スイープを実行することにより、上述したように過度に高い電圧にまで第1印加電圧が上昇されることを回避することができる。例えば被検ガス中に含まれる水の濃度及び測定条件等により若干の変動は見られるが、水の限界電流域の下限電圧は約2.0Vである。 Therefore, it is desirable that the upper limit of the first voltage band is a predetermined voltage lower than the lower limit voltage of the limit current region of water. In other words, it is desirable that the upper limit of the first voltage band is a predetermined voltage that is less than the lower limit of the voltage band in which the limit current characteristic of water is manifested (observed). For this reason, the voltage application unit may be configured to perform the step-up sweep and the step-down sweep with the upper limit of the first voltage band as a predetermined voltage lower than the lower limit voltage of the limit current region of water. By executing the step-up sweep and the step-down sweep in such a first voltage band, it is possible to avoid the first applied voltage from being raised to an excessively high voltage as described above. For example, a slight variation is observed depending on the concentration of water contained in the test gas, measurement conditions, and the like, but the lower limit voltage of the limit current region of water is about 2.0V.
ところで、前記取得部が取得する第1検出値は、第1電極と第2電極との間に流れる電極電流に対応する何らかの信号の値(例えば、電圧値、電流値、抵抗値等)である限り、特に限定されない。典型的には、前記第1検出値は、前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流の大きさである。換言すれば、前記取得部は、前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流の大きさを前記第1検出値として取得するように構成され得る。 Incidentally, the first detection value acquired by the acquisition unit is a value of some signal corresponding to the electrode current flowing between the first electrode and the second electrode (for example, voltage value, current value, resistance value, etc.). As long as it is not particularly limited. Typically, the first detection value is a magnitude of a current flowing between the first electrode and the second electrode. In other words, the acquisition unit may be configured to acquire the magnitude of a current flowing between the first electrode and the second electrode as the first detection value.
更に、前記第1電極は、前記第1電極と前記第2電極との間に第1所定電圧を印加したときに前記被検ガス中に含まれる水及び硫黄酸化物を分解させることが可能となるように構成されていれば特に限定されない。このような第1電極を構成する材料は、例えば、第1電極と第2電極との間に第1所定電圧を印加したときに被検ガス中に含まれる水及び硫黄酸化物を分解させることができる活性を有する物質(例えば、貴金属)を含む。典型的には、前記第1電極は、白金(Pt)、ロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが望ましい。 Further, the first electrode can decompose water and sulfur oxide contained in the test gas when a first predetermined voltage is applied between the first electrode and the second electrode. If it is comprised so that it may become, it will not specifically limit. Such a material constituting the first electrode decomposes water and sulfur oxide contained in the test gas when, for example, a first predetermined voltage is applied between the first electrode and the second electrode. A substance (for example, a noble metal) having an activity capable of Typically, the first electrode desirably includes at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), rhodium (Rh), and palladium (Pd).
ところで、電気化学セルにおける酸素の分解開始電圧は、一般に、水の分解開始電圧よりも低い。従って、第1検出値に対応する電極電流は、水に起因する分解電流及び硫黄酸化物に起因する分解電流に加えて、酸素に起因する分解電流をも含む。従って、被検ガス中に含まれる酸素の濃度が変化すると第1検出値も変化する。 By the way, the decomposition start voltage of oxygen in an electrochemical cell is generally lower than the decomposition start voltage of water. Therefore, the electrode current corresponding to the first detection value includes a decomposition current caused by oxygen in addition to a decomposition current caused by water and a decomposition current caused by sulfur oxide. Accordingly, when the concentration of oxygen contained in the test gas changes, the first detection value also changes.
例えば、上述した昇圧スイープ及び降圧スイープを実行するときに内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比(A/F)が大きい(リーンである)場合、被検ガスとしての排気中に含まれる酸素の濃度もまた高い。よって、混合気の空燃比が大きい(リーンである)ほど酸素の限界電流値が大きくなるので、第1検出値もまた大きくなる。その結果、混合気の空燃比が小さい(リッチである)場合及び混合気の空燃比が理論空燃比(ストイキ)である場合と比較して、昇圧スイープ時と降圧スイープ時との間での第1検出値の差に対応する値(第1検出値差)の第1検出値に対する大きさが相対的に小さくなる。即ち、第1検出値差の信号対雑音比(S/N比)が低下するので、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の検出精度が低下する虞がある。 For example, when the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine is large (lean) when performing the above-described pressure-up sweep and pressure-down sweep, the exhaust gas as the test gas is exhausted. The concentration of oxygen contained is also high. Therefore, since the limit current value of oxygen increases as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture increases (lean), the first detection value also increases. As a result, compared with the case where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is small (rich) and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), The value corresponding to the difference between the first detection values (first detection value difference) is relatively small with respect to the first detection value. That is, since the signal-to-noise ratio (S / N ratio) of the first detection value difference is lowered, there is a possibility that the detection accuracy of the sulfur oxide contained in the test gas is lowered.
そこで、本発明の1つの態様に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関が備えるガス検出手段において、前記素子部は、前記固体電解質体又は前記固体電解質体とは別個の固体電解質体と同固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第3電極及び第4電極とを含む第2電気化学セルを更に備えるように構成され得る。この場合、前記第3電極が前記内部空間に露呈し且つ前記第4電極が前記内部空間とは異なる空間である第2別空間に露呈するように構成され、前記第3電極は前記第1電極よりも前記拡散抵抗部に近い位置に形成される。即ち、内部空間において、第2電気化学セルの陰極である第3電極は、第1電気化学セルの陰極である第1電極よりも上流側に形成される。 Therefore, in the gas detection means provided in the internal combustion engine to which the control device for an internal combustion engine according to one aspect of the present invention is applied, the element section includes the solid electrolyte body or a solid electrolyte body separate from the solid electrolyte body. A second electrochemical cell including a third electrode and a fourth electrode respectively formed on the surface of the solid electrolyte body may be further provided. In this case, the third electrode is exposed to the internal space, and the fourth electrode is exposed to a second separate space that is a space different from the internal space, and the third electrode is the first electrode. Rather than the diffused resistor portion. That is, in the internal space, the third electrode that is the cathode of the second electrochemical cell is formed on the upstream side of the first electrode that is the cathode of the first electrochemical cell.
更に、前記第3電極は、前記第3電極と前記第4電極との間に第2所定電圧を印加したときに前記内部空間から酸素(O2)を排出することが可能であり且つ硫黄酸化物(SOx)を分解させることが不可能であるように構成され、前記電圧印加部は、前記第3電極と前記第4電極との間に前記第2所定電圧を印加するように構成される。加えて、前記制御手段は、前記電圧印加部が前記昇圧スイープ及び前記降圧スイープを実行するとき、前記第2電気化学セルにおいて前記第3電極と前記第4電極との間に前記第2所定電圧を印加して前記内部空間内における酸素の濃度を所定濃度未満に調整するように構成される。 Furthermore, the third electrode is capable of discharging oxygen (O 2 ) from the internal space when a second predetermined voltage is applied between the third electrode and the fourth electrode, and sulfur oxidation. An object (SOx) cannot be decomposed, and the voltage application unit is configured to apply the second predetermined voltage between the third electrode and the fourth electrode. . In addition, when the voltage application unit performs the step-up sweep and the step-down sweep, the control means includes the second predetermined voltage between the third electrode and the fourth electrode in the second electrochemical cell. Is applied to adjust the oxygen concentration in the internal space below a predetermined concentration.
上記構成によれば、昇圧スイープ及び降圧スイープを実行するときの混合気の空燃比が大きい場合であっても、内部空間において第1電極に到達する被検ガス中に含まれる酸素の濃度が第2電気化学セルの酸素ポンピング作用によって所定濃度未満に調整される。従って、酸素の分解電流に起因する第1検出値の増大を低減することができる。その結果、上記のように第1検出値差の信号対雑音比(S/N比)が低下して被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の検出精度が低下する虞を低減することができる。 According to the above configuration, even when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the time of executing the pressure increase sweep and the pressure decrease sweep is large, the concentration of oxygen contained in the test gas reaching the first electrode in the internal space is the first concentration. It is adjusted below a predetermined concentration by the oxygen pumping action of two electrochemical cells. Therefore, the increase in the first detection value due to the oxygen decomposition current can be reduced. As a result, it is possible to reduce the possibility that the signal-to-noise ratio (S / N ratio) of the first detection value difference is lowered and the detection accuracy of the sulfur oxide contained in the test gas is lowered as described above. .
ところで、上述したように、第2所定電圧は、当該電圧を第3電極と第4電極との間に印加したときに内部空間から酸素(O2)を排出することが可能であり且つ硫黄酸化物(SOx)を分解させることが不可能である電圧である。詳しくは、第2所定電圧は、第3電極を陰極とし、第4電極を陽極とした場合に、これらの電極間に印加することにより、酸素ポンピング作用により、被検ガス中に含まれる酸素を内部空間から第2別空間へと排出することが可能となる所定の電圧である。即ち、第2所定電圧は、酸素の分解開始電圧以上の所定の電圧であることが望ましい。但し、詳しくは後述するように、第3電極は、硫黄酸化物(SOx)を分解させることは実質的に不可能であるように構成される。このような第3電極は、例えば、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極等である。 By the way, as described above, the second predetermined voltage can discharge oxygen (O 2 ) from the internal space when the voltage is applied between the third electrode and the fourth electrode, and sulfur oxidation. It is a voltage at which it is impossible to decompose the object (SOx). Specifically, the second predetermined voltage is applied between these electrodes when the third electrode is a cathode and the fourth electrode is an anode, so that the oxygen contained in the test gas is reduced by an oxygen pumping action. This is a predetermined voltage that can be discharged from the internal space to the second separate space. That is, the second predetermined voltage is preferably a predetermined voltage that is equal to or higher than the oxygen decomposition start voltage. However, as will be described in detail later, the third electrode is configured so that it is substantially impossible to decompose the sulfur oxide (SOx). Such a 3rd electrode is a porous cermet electrode etc. which contain platinum (Pt) as a main component, for example.
一方、例えば、第3電極を陰極とし、第4電極を陽極とした場合に、これらの電極間の印加電圧が水の分解開始電圧以上であると、被検ガス中に含まれる水が第2電気化学セルによって分解される。この場合、第2電気化学セルよりも下流側にある第1電気化学セルの陰極である第1電極に到達する被検ガス中に含まれる水の濃度が低下する。その結果、第1検出値が変化するため、前記第1昇圧検出値及び前記第1降圧検出値に基づいて被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を精度良く判定することが困難となる虞がある。従って、第2所定電圧は、水の分解開始電圧未満の所定の電圧であることが望ましい。 On the other hand, for example, when the third electrode is a cathode and the fourth electrode is an anode, if the applied voltage between these electrodes is equal to or higher than the water decomposition start voltage, the water contained in the test gas is second. Decomposed by electrochemical cell. In this case, the concentration of water contained in the test gas that reaches the first electrode, which is the cathode of the first electrochemical cell located downstream of the second electrochemical cell, decreases. As a result, since the first detection value changes, it becomes difficult to accurately determine the presence or absence of sulfur oxide contained in the test gas based on the first pressure increase detection value and the first pressure decrease detection value. There is a fear. Therefore, it is desirable that the second predetermined voltage is a predetermined voltage lower than the water decomposition start voltage.
以上より、第2所定電圧は、酸素の分解開始電圧以上であり且つ水の分解開始電圧未満である所定の電圧であることが望ましい。このため、前記電圧印加部は、酸素の分解開始電圧以上であり且つ水の分解開始電圧未満である所定の電圧を前記第2所定電圧として印加するように構成され得る。これにより、第1電気化学セルの陰極である第1電極に到達する被検ガス中に含まれる酸素の濃度を所定濃度未満に調整することができ且つ第1電気化学セルの陰極である第1電極に到達する被検ガス中に含まれる水の濃度を変化させることを回避することができる。その結果、より確実に、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を精度良く判定して、その結果に応じた作動を実行することができる。 From the above, it is desirable that the second predetermined voltage is a predetermined voltage that is equal to or higher than the oxygen decomposition start voltage and lower than the water decomposition start voltage. For this reason, the voltage application unit may be configured to apply a predetermined voltage that is equal to or higher than the oxygen decomposition start voltage and lower than the water decomposition start voltage as the second predetermined voltage. Thereby, the concentration of oxygen contained in the test gas reaching the first electrode, which is the cathode of the first electrochemical cell, can be adjusted to be lower than the predetermined concentration, and the first, which is the cathode of the first electrochemical cell. It is possible to avoid changing the concentration of water contained in the test gas that reaches the electrode. As a result, it is possible to more accurately determine the presence or absence of sulfur oxide contained in the test gas, and to perform an operation corresponding to the result.
本発明のもう1つの態様において、前記電圧印加部は、前記昇圧スイープ及び前記降圧スイープの何れも実行されていない期間に、前記第1電極と前記第2電極とからなる第1電極対に、酸素の限界電流域に該当する所定の電圧である第4所定電圧を印加するように構成され得る。この場合、前記制御手段は、前記第1電極対に前記第4所定電圧が印加されているときに前記取得部が取得する前記第1検出値に基づいて、前記内燃機関の燃焼室における混合気の空燃比(A/F)を検出するように構成される。 In another aspect of the present invention, the voltage application unit applies a first electrode pair composed of the first electrode and the second electrode during a period when neither the step-up sweep nor the step-down sweep is performed. A fourth predetermined voltage that is a predetermined voltage corresponding to the limiting current region of oxygen may be applied. In this case, the control means mixes the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine based on the first detection value acquired by the acquisition unit when the fourth predetermined voltage is applied to the first electrode pair. The air-fuel ratio (A / F) is detected.
或いは、前記素子部が第2電気化学セルを備える場合は、前記電圧印加部は、前記第3電極と前記第4電極とからなる第2電極対に、酸素の限界電流域に該当する所定の電圧である第4所定電圧を印加するように構成され得る。この場合、前記取得部は、前記第3電極と前記第4電極との間に流れる電流に対応する第2検出値を取得するように構成される。更に、前記制御手段は、前記第1電極対に前記第4所定電圧が印加されているときに前記取得部が取得する前記第2検出値に基づいて、前記内燃機関の燃焼室における混合気の空燃比(A/F)を検出するように構成される。 Alternatively, when the element unit includes a second electrochemical cell, the voltage application unit has a second electrode pair including the third electrode and the fourth electrode. A fourth predetermined voltage that is a voltage may be applied. In this case, the acquisition unit is configured to acquire a second detection value corresponding to a current flowing between the third electrode and the fourth electrode. Further, the control means is configured to control the mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine based on the second detection value acquired by the acquisition unit when the fourth predetermined voltage is applied to the first electrode pair. The air-fuel ratio (A / F) is configured to be detected.
上記の何れの場合においても、専用の検出装置を追加すること無く、内燃機関を搭載する車輌には通常備えられる空燃比センサを用いて排気中に含まれる硫黄酸化物の有無を判定することが可能となる。 In any of the above cases, it is possible to determine the presence or absence of sulfur oxides contained in the exhaust gas using an air-fuel ratio sensor that is normally provided in a vehicle equipped with an internal combustion engine, without adding a dedicated detection device. It becomes possible.
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。 Other objects, other features, and attendant advantages of the present invention will be readily understood from the description of each embodiment of the present invention described with reference to the following drawings.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第1制御装置」と称される場合がある。)について説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a control device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention (hereinafter may be referred to as a “first control device”) will be described.
(構成)
第1制御装置は、図1に示された内燃機関110に適用される。機関110は、ガス検出手段として「1セル式の限界電流式ガスセンサ」を採用している。機関110はディーゼルエンジンであり、吸気ポート112、排気ポート113、及び燃焼室122を備える。
(Constitution)
The first control device is applied to the internal combustion engine 110 shown in FIG. The engine 110 employs a “one-cell limiting current gas sensor” as a gas detection means. The engine 110 is a diesel engine and includes an
吸気弁124は、シリンダヘッド部に配設され、図示しないインテークカムシャフトによって駆動されることにより吸気ポート112と燃焼室122との連通部を開閉するようになっている。排気弁125は、シリンダヘッド部に配設され、図示しないエキゾーストカムシャフトによって駆動されることにより排気ポート113と燃焼室122との連通部を開閉するようになっている。燃料噴射弁126は、燃焼室122内に燃料を噴射することができるようにシリンダヘッド部に配設されている。燃料噴射弁126は、後述するECU130の指示に応じて燃焼室122内に燃料を直接噴射する。
The
吸気ポート112の燃焼室122とは反対側の端部には吸気管121が接続されている。排気ポート113の燃焼室122とは反対側の端部には排気管123が接続されている。
An
ECU130は、CPU133、CPU133が実行するプログラム及びデータマップ等を記憶するROM134、並びにデータを一時的に記憶するRAM135を含むマイクロコンピュータである。ECU130は、機関110の各種アクチュエータ(燃料噴射弁126等)に接続されている。ECU130は、これらのアクチュエータに駆動(指示)信号を送出し、機関110を制御するようになっている。更に、ECU130は、以下に述べる各種センサ類と接続されている。
The
ガスセンサ140は、1セル式の限界電流式ガスセンサであり、機関110の排気経路を構成する排気管123に配設されている。ガスセンサ140は、排気管123に介装された図示しない排気浄化触媒(又は、DPF等の排気浄化装置)よりも上流側に配設されている。ガスセンサ140の構成及び作動については後に詳述する。
The
エアフローメータ141は、吸気経路を構成する吸気管121内を通過する吸入空気(新気)の質量流量(吸入空気量)Gaを測定し、測定された吸入空気量Gaに対応する信号を発生させる。クランク角度センサ143は、機関110の図示しないクランクシャフトの回転位置に対応する信号を発生させる。ECU130は、クランク角度センサ143からの信号に基づいて、機関110の機関回転速度NEを算出する。
The
次に、ガスセンサ140の構成につき、図2を参照しながら説明する。ガスセンサ140が備える素子部10は、図2に示すように、固体電解質体11s、第1アルミナ層21a、第2アルミナ層21b、第3アルミナ層21c、第4アルミナ層21d、第5アルミナ層21e、拡散抵抗部(拡散律速層)32及びヒータ41を備える。
固体電解質体11sは、ジルコニア等を含み、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。固体電解質体11sを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム(Sc)及びイットリウム(Y)等の元素を含んでいてもよい。
第1乃至第5アルミナ層21a乃至21eは、アルミナを含む緻密(ガス不透過性)の層(緻密体)である。
拡散抵抗部32は、多孔質の拡散律速層であり、ガス透過性の層(薄板体)である。
ヒータ41は、例えば、白金(Pt)とセラミックス(例えば、アルミナ等)とを含むサーメットの薄板体であり、通電によって発熱する発熱体である。
Next, the configuration of the
The
The first to
The
The
素子部10の各層は、下方から、第5アルミナ層21e、第4アルミナ層21d、第3アルミナ層21c、固体電解質体11s、拡散抵抗部32及び第2アルミナ層21b、第1アルミナ層21aの順に積層されている。
Each layer of the
内部空間31は、第1アルミナ層21a、固体電解質体11s、拡散抵抗部32及び第2アルミナ層21bによって形成される空間であり、その中に拡散抵抗部32を介して被検ガスとしての内燃機関の排気が導入されるようになっている。即ち、内部空間31は拡散抵抗部32を介して機関110の排気管123の内部と連通している。従って、排気管123内の排気が内部空間31内に被検ガスとして導かれる。第1大気導入路51は、固体電解質体11s、第3アルミナ層21c及び第4アルミナ層21dによって形成され、排気管の外部の大気に開放されている。第1大気導入路51は、第1別空間に該当する。
The
第1電極11aは陰極であり、第2電極11bは陽極である。第1電極11aは、固体電解質体11sの一方の側の表面(具体的には、内部空間31を画定する固体電解質体11sの表面)に固着されている。一方、第2電極11bは、固体電解質体11sの他方の側の表面(具体的には、第1大気導入路51を画定する固体電解質体11sの表面)に固着されている。第1電極11aと第2電極11bとは、固体電解質体11sを挟んで互いに対向するように配置されている。即ち、第1電極11a、第2電極11b及び固体電解質体11sは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する第1電気化学セル11cを構成している。この第1電気化学セル11cは、ヒータ41により、活性化温度まで加熱される。
The
固体電解質体11s及び第1乃至第5アルミナ層21a乃至21eの各層は、例えばドクターブレード法及び押し出し成形法等により、シート状に成形されている。第1電極11a、第2電極11b及びこれらの電極に通電するための配線等は、例えばスクリーン印刷法等によって形成されている。これらのシートを上述したように積層して焼成することにより、上記のような構造を有する素子部10が一体的に製造されている。第1制御装置において、第1電極11aは、白金(Pt)とロジウム(Rh)との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。一方、第2電極11bは、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。
Each of the
第1電極11aを構成する材料は、上記に限定されず、例えば、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)等の白金族元素又はそれらの合金等を主成分として含む材料から選択することができる。より好ましくは、第1電極11aは、白金(Pt)、ロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)からなる群より選ばれる少なくとも1種を主成分として含む多孔質サーメット電極である。但し、第1電極11aを構成する材料は、第1電極11aと第2電極11bとの間に第1所定電圧(具体的には、約0.6V以上の電圧)を印加したときに、拡散抵抗部32を介して内部空間31に導かれた被検ガス中に含まれる水及び硫黄酸化物を還元分解させることができる限り、特に限定されない。
The material constituting the
ガスセンサ140は、更に、電源61及び電流計71を備える。電源61及び電流計71は上述したECU130に接続されている。
電源61は、第1電極11aと第2電極11bとの間に、第2電極11bの電位が第1電極11aの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。電源61の作動はECU130により制御される。
電流計71は、第1電極11aと第2電極11bとの間に流れる電流(従って、固体電解質体11sを流れる電流)である電極電流の大きさを計測して、その計測値をECU130に出力するようになっている。
The
The
The
ECU130は、第1電極11a及び第2電極11bに印加される印加電圧Vmを制御することができる。即ち、電源61及びECU130は電圧印加部を構成している。更に、ECU130は、電流計71から出力される第1電気化学セル11cを流れる電極電流Imに対応する信号(第1検出値)を受け取ることができる。即ち、電流計71及びECU130は取得部を構成している。加えて、ECU130は、後述する第1検出値差に基づいた作動を実行することができる。即ち、ECU130は制御手段を構成している。
The
詳細は後述するように、第1制御装置において、第1電気化学セル11cは被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を判定(検出)するセンサとして使用されるので、以降、当該第1電気化学セル11cは「センサセル11c」と称される場合がある。即ち、第1電極11a、第2電極11b及び固体電解質体11sは、センサセル11cを構成している。
As will be described in detail later, in the first control device, the first
(作用)
第1電極11aと第2電極11bとの間に、第2電極11bの電位が第1電極11aの電位よりも高くなるように、第1所定電圧が印加されると、被検ガス中に含まれる水のみならず、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物もまた第1電極11aにおいて分解される。その結果、第1電気化学セル11cの第1電極11aと第2電極11bとの間には、水及び硫黄酸化物の分解に起因する電極電流Imが流れる。取得部は、この電極電流Imに対応する第1検出値を取得する。
(Function)
When the first predetermined voltage is applied between the
第1制御装置は、第1電極11aと第2電極11bとの間に印加される電圧(第1印加電圧Vm)を、第1所定電圧を含む第1電圧帯において上昇(昇圧スイープ)及び下降(降圧スイープ)させる。このとき、被検ガス中に硫黄酸化物が含まれていると、昇圧スイープ時と降圧スイープ時との間で電極電流Im(第1検出値)に差が生ずる。従って、第1制御装置は、昇圧スイープ時の第1検出値と降圧スイープ時の第1検出値との差に対応する値(第1検出値差)に基づいて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を精度良く判定して、その結果に応じた作動を実行することができる。
The first control device increases (boosts sweep) and decreases the voltage (first applied voltage Vm) applied between the
上記第1電圧帯は、第1所定電圧を含んでいる限り、特定の電圧の範囲に限定されず、例えば、昇圧スイープ時の第1電圧帯の範囲と降圧スイープ時の第1電圧帯の範囲とは同じであっても、異なっていてもよい。 The first voltage band is not limited to a specific voltage range as long as it includes the first predetermined voltage. For example, the first voltage band range during the step-up sweep and the first voltage band range during the step-down sweep. May be the same or different.
(測定原理)
ここで、印加電圧Vmと電極電流Imとの関係につき、更に具体的に説明する。図3は、センサセル11c(第1制御装置が備える1セル式の限界電流式ガスセンサ)において、印加電圧Vmを徐々に上昇させた(昇圧スイープした)後に印加電圧Vmを徐々に下降させた(降圧スイープした)ときの印加電圧Vmと電極電流Imとの関係を示す模式的なグラフである。
(Measurement principle)
Here, the relationship between the applied voltage Vm and the electrode current Im will be described more specifically. FIG. 3 shows that in the
この例においては、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物としての二酸化硫黄(SO2)の濃度がそれぞれ0及び300ppmである異なる2種の被検ガスを使用した。更に、実際の検出(測定)は機関110の燃焼室122に供給される混合気の空燃比(A/F)が一定となっている状態において行われるので、被検ガス中に含まれる酸素及び水の濃度は何れの被検ガスにおいても一定に維持した。図3においては、酸素の限界電流値を0(ゼロ)mAとして表示した。
In this example, two different kinds of test gases having concentrations of 0 and 300 ppm of sulfur dioxide (SO 2 ) as sulfur oxide contained in the test gas were used. Furthermore, actual detection (measurement) is performed in a state where the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture supplied to the
先ず、実線の曲線L1は、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が0(ゼロ)ppmである場合における印加電圧Vmと電極電流Imとの関係を示している。印加電圧Vmが水の分解開始電圧(約0.6V)未満である領域においては、印加電圧Vmが上昇しても電極電流Imは0(ゼロ)mAのまま増大せず、殆ど一定となっている。この領域においては、前述した酸素の限界電流特性が発現している。印加電圧Vmが約0.6V以上となると、電極電流Imが増大し始める。この電極電流Imの増大は、第1電極11aにおける水の分解が始まったことに起因する。その後、白抜きの矢印によって示されているように、印加電圧Vmが約1.2Vまで上昇(昇圧スイープ)するに従って、電極電流Imもまた増大している。
First, the solid curve L1 shows the relationship between the applied voltage Vm and the electrode current Im when the concentration of sulfur dioxide contained in the test gas is 0 (zero) ppm. In the region where the applied voltage Vm is less than the water decomposition start voltage (about 0.6 V), the electrode current Im does not increase to 0 (zero) mA even when the applied voltage Vm increases, and is almost constant. Yes. In this region, the above-described limiting current characteristics of oxygen are manifested. When the applied voltage Vm is about 0.6 V or more, the electrode current Im starts to increase. This increase in the electrode current Im is caused by the start of water decomposition in the
昇圧スイープにより印加電圧Vmが約1.2Vに到達すると、黒塗りの矢印によって示されているように、降圧スイープが実行される。具体的には、印加電圧Vmが約0.6Vまで下降(降圧スイープ)される。これに従って、電極電流Imもまた減少する。やがて印加電圧Vmが再び約0.6V未満となると、それ以上印加電圧Vmが下降しても電極電流Imは0(ゼロ)mAのまま減少せず、殆ど一定となっている。図3に示したように、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が0(ゼロ)ppmである場合(実線L1)、上昇スイープ時の電極電流Im(白抜きの矢印)と降圧スイープ時の電極電流Im(黒塗りの矢印)との間に差は認められない。 When the applied voltage Vm reaches about 1.2 V due to the step-up sweep, the step-down sweep is executed as indicated by the black arrow. Specifically, the applied voltage Vm is lowered to about 0.6 V (step-down sweep). Accordingly, the electrode current Im also decreases. When the applied voltage Vm becomes less than about 0.6 V again, the electrode current Im remains 0 (zero) mA and is almost constant even if the applied voltage Vm further decreases. As shown in FIG. 3, when the concentration of sulfur dioxide contained in the test gas is 0 (zero) ppm (solid line L1), the electrode current Im (open arrow) during the upward sweep and the step-down sweep No difference is observed between the electrode current Im (black arrow).
一方、破線の曲線L2は、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が300ppmである場合における印加電圧Vmと電極電流Imとの関係を示している。この場合も、印加電圧Vmが約0.6V未満であるときには、印加電圧Vmと電極電流Imとの関係は曲線L1(被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が0(ゼロ)ppmである場合)と同様である。しかしながら、印加電圧Vmが約0.6V以上である領域(水の分解が起こる電圧領域)においては、昇圧スイープ(白抜きの矢印)及び降圧スイープ(黒塗りの矢印)の何れにおいても、曲線L1と比較して電極電流Imが小さく、印加電圧Vmに対する電極電流Imの増加率もまた曲線L1と比較して小さい(傾きが小さい)。更に、破線の曲線L2においては、昇圧スイープ(白抜きの矢印)時の電極電流Imと比べて、降圧スイープ(黒塗りの矢印)時の電極電流Imが低い。 On the other hand, a broken line L2 indicates the relationship between the applied voltage Vm and the electrode current Im when the concentration of sulfur dioxide contained in the test gas is 300 ppm. Also in this case, when the applied voltage Vm is less than about 0.6 V, the relationship between the applied voltage Vm and the electrode current Im is the curve L1 (the concentration of sulfur dioxide contained in the test gas is 0 (zero) ppm. Case). However, in the region where the applied voltage Vm is about 0.6 V or more (the voltage region where water decomposition occurs), the curve L1 in both the step-up sweep (open arrow) and the step-down sweep (black arrow). The electrode current Im is small as compared with the applied voltage Vm, and the increase rate of the electrode current Im with respect to the applied voltage Vm is also small compared with the curve L1 (the inclination is small). Further, in the dashed curve L2, the electrode current Im during the step-down sweep (black arrow) is lower than the electrode current Im during the step-up sweep (outlined arrow).
以上のように、被検ガス中に二酸化硫黄が含まれていると、昇圧スイープ時の電極電流Imと降圧スイープ時の電極電流Imとの間に差が生ずる。例えば、図3に示したグラフにおいて、印加電圧Vmが1.0Vであるときの昇圧スイープ時の電極電流Imと降圧スイープ時の電極電流Imとの差は、曲線L1(SO2=0(ゼロ)ppm)では殆ど0(ゼロ)mAであるのに対し、曲線L2(SO2=300ppm)では約0.1mAである。このように、昇圧スイープ時の電極電流Im(に対応する第1検出値)と降圧スイープ時の電極電流Im(に対応する第1検出値)との差に対応する値(第1検出値差)の大きさに基づいて被検ガス中に二酸化硫黄が含まれているか否かを判定することができる。 As described above, when sulfur dioxide is contained in the test gas, a difference is generated between the electrode current Im during the step-up sweep and the electrode current Im during the step-down sweep. For example, in the graph shown in FIG. 3, the difference between the electrode current Im during the step-up sweep and the electrode current Im during the step-down sweep when the applied voltage Vm is 1.0 V is the curve L1 (SO 2 = 0 (zero). ) Ppm) is almost 0 (zero) mA, whereas the curve L2 (SO 2 = 300 ppm) is about 0.1 mA. Thus, a value (first detection value difference) corresponding to the difference between the electrode current Im (corresponding to the first detection value) during the step-up sweep and the electrode current Im (corresponding to the first detection value) during the step-down sweep. ), It can be determined whether or not sulfur dioxide is contained in the test gas.
図3に示されているグラフの横軸に示されている印加電圧Vm、縦軸に示されている電極電流Im、及び上記説明において述べられている印加電圧Vmの個々の具体的な値は、図3に示されているグラフを得るために行った実験の条件(例えば、被検ガス中に含まれる各種成分の濃度等)によって変動することがあり、印加電圧Vm及び電極電流Imの値が常に上述した値となるとは限らない。 The specific values of the applied voltage Vm shown on the horizontal axis of the graph shown in FIG. 3, the electrode current Im shown on the vertical axis, and the applied voltage Vm described in the above description are as follows. The value of the applied voltage Vm and the electrode current Im may vary depending on the conditions of the experiment conducted to obtain the graph shown in FIG. 3 (for example, the concentration of various components contained in the test gas). Is not always the above-mentioned value.
ところで、上記のように被検ガス中に硫黄酸化物が含まれていると昇圧スイープ及び/又は降圧スイープにおいて第1電極11aと第2電極11bとの間に流れる電極電流が小さくなるメカニズムの詳細については不明である。更に、昇圧スイープの実行中であって且つ前記第1印加電圧が前記第1電極にて水(H2O)が分解され得る特定電圧であるときに取得される第1検出値(第1昇圧検出値)と、降圧スイープの実行中であって且つ前記第1印加電圧が前記特定電圧であるときに取得される第1検出値(第1降圧検出値)と、の間に差が生ずるメカニズムの詳細についてもまた不明である。
By the way, when sulfur oxide is contained in the test gas as described above, details of the mechanism in which the electrode current flowing between the
しかしながら、前述したように、水の分解開始電圧は硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い。従って、昇圧スイープの実行中に第1印加電圧が特定電圧であるとき、被検ガスに含まれる水のみならず、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物もまた分解される。その結果、硫黄酸化物の分解生成物(例えば、硫黄(S)及び硫黄化合物等)が陰極である第1電極11aに吸着して、水の分解に寄与することができる第1電極11aの面積が減少すると考えられる。このため、被検ガス中に硫黄酸化物が含まれていると、被検ガス中に硫黄酸化物が含まれていないときに比べて、第1昇圧検出値がより小さくなると考えられる。
However, as described above, the water decomposition start voltage is higher than the sulfur oxide decomposition start voltage. Therefore, when the first applied voltage is a specific voltage during the boost sweep, not only the water contained in the test gas but also the sulfur oxide contained in the test gas is decomposed. As a result, sulfur oxide decomposition products (for example, sulfur (S) and sulfur compounds) are adsorbed on the
加えて、降圧スイープの実行中に第1印加電圧が特定電圧であるときにも、被検ガスに含まれる水のみならず、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物もまた分解される。その結果、このときにも、硫黄酸化物の分解生成物が陰極である第1電極11aに更に吸着して同分解生成物が第1電極11aに堆積し、水の分解に寄与することができる第1電極11aの面積が更に減少すると考えられる。このため、第1昇圧検出値よりも第1降圧検出値が小さくなり、これらの第1検出値の間に差が生ずると考えられる。
In addition, when the first applied voltage is a specific voltage during the step-down sweep, not only the water contained in the test gas but also the sulfur oxide contained in the test gas is decomposed. As a result, also at this time, the decomposition product of the sulfur oxide is further adsorbed on the
尚、昇圧スイープ及び降圧スイープの期間の長さが変動すると、第1検出値差に基づいて被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を精度良く判定することが困難となる。即ち、第1検出値差に基づいて被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を精度良く判定するためには、昇圧スイープ及び降圧スイープのそれぞれにおいて、硫黄酸化物を分解することができる電圧が第1電極11aと第2電極11bとの間に印加される期間の長さが常に(個々の検出機会の間で)同じであることが望ましい。
Note that if the lengths of the pressure-up sweep and the pressure-down sweep vary, it becomes difficult to accurately determine the presence or absence of sulfur oxide contained in the test gas based on the first detection value difference. That is, in order to accurately determine the presence or absence of sulfur oxide contained in the test gas based on the first detection value difference, a voltage capable of decomposing sulfur oxide in each of the step-up sweep and the step-down sweep. It is desirable that the length of the period applied between the
更に、昇圧スイープ及び降圧スイープにおいて第1電極と第2電極との間に印加される電圧(第1印加電圧)をそれぞれ上昇及び下降させる速度が変化すると、取得部によって取得される第1検出値もまた変化する。従って、昇圧スイープ及び降圧スイープにおいて第1印加電圧をそれぞれ上昇及び下降させる速度もまた常に(個々の検出機会の間で)同じであることが望ましい。このため、電圧印加部は、昇圧スイープにおいて所定の第1昇圧速度にて第1電圧帯に亘って第1印加電圧を上昇させた後、降圧スイープにおいて所定の第1降圧速度にて第1印加電圧を第1電圧帯に亘って下降させる。 Furthermore, the first detection value acquired by the acquisition unit when the speed at which the voltage applied between the first electrode and the second electrode (first applied voltage) increases and decreases in the step-up sweep and the step-down sweep changes, respectively. Will also change. Accordingly, it is desirable that the speed at which the first applied voltage is increased and decreased, respectively, in the step-up sweep and the step-down sweep is also always the same (between individual detection opportunities). For this reason, the voltage application unit increases the first applied voltage over the first voltage band at a predetermined first step-up speed in the step-up sweep, and then performs the first application at the predetermined first step-down speed in the step-down sweep. The voltage is decreased over the first voltage band.
第1昇圧速度及び第1降圧速度の大きさは、それぞれ昇圧スイープ及び降圧スイープにおいて、第1検出値及びその変化を容易且つ正確に検出することができるように定めることが望ましい。具体的には、第1昇圧速度及び第1降圧速度の大きさは、例えば、電圧印加部による第1印加電圧の制御の精度及び応答性、第1印加電圧の変化に対する第1検出値の応答性並びに取得部による第1検出値の検出の精度及び応答性等に応じて適宜定めることができる。より具体的には、本発明装置において様々な第1昇圧速度及び第1降圧速度において第1検出値を検出する実験を行い、第1検出値及びその変化を容易且つ正確に検出することができる第1昇圧速度及び第1降圧速度の大きさを特定することができる。但し、第1昇圧速度及び第1降圧速度は一定であっても、一定でなくてもよい(即ち、第1昇圧速度及び第1降圧速度はスイープ期間中に変化してもよい)。更に、第1昇圧速度と第1降圧速度とは同じであっても、違っていてもよい。 The magnitudes of the first step-up speed and the first step-down speed are preferably determined so that the first detection value and its change can be detected easily and accurately in the step-up sweep and the step-down sweep, respectively. Specifically, the magnitudes of the first step-up speed and the first step-down speed are, for example, the accuracy and responsiveness of the control of the first applied voltage by the voltage application unit, and the response of the first detection value to the change in the first applied voltage. It can be determined as appropriate according to the characteristics and the accuracy and responsiveness of the detection of the first detection value by the acquisition unit. More specifically, in the apparatus of the present invention, an experiment for detecting the first detection value at various first step-up speeds and first step-down speeds can be performed, and the first detection value and its change can be detected easily and accurately. The magnitudes of the first step-up speed and the first step-down speed can be specified. However, the first step-up speed and the first step-down speed may be constant or may not be constant (that is, the first step-up speed and the first step-down speed may change during the sweep period). Furthermore, the first step-up speed and the first step-down speed may be the same or different.
(具体的作動)
ここで、第1制御装置において実行される硫黄酸化物(SOx)検出ルーチンにつき、より具体的に説明する。図4は、制御手段としてのECU130が素子部10を使用して実行する「SOx検出ルーチン」を示すフローチャートである。ECU130が備えるCPU133(以降、単に「CPU」と称呼される場合がある。)は、所定のタイミングにてステップ400から処理を開始し、ステップ410に進む。
(Specific operation)
Here, the sulfur oxide (SOx) detection routine executed in the first control device will be described more specifically. FIG. 4 is a flowchart showing an “SOx detection routine” executed by the
先ず、ステップ410において、CPUは、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を判定する要求(SOx検出要求)が有るか否かを判定する。SOx検出要求は、例えば、第1制御装置が適用される機関110が搭載される車輌において燃料タンクへの燃料の充填が行われたときに発生する。更に、燃料タンクへの燃料の充填が行われた後にSOx検出ルーチンが実行されて被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無が判定された履歴が有る場合にはSOx検出要求を解除するようにしてもよい。
First, in
上記ステップ410においてSOx検出要求が有ると判定した場合(ステップ410:Yes)、CPUは次のステップ420に進み、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を判定するための条件(SOx検出条件)が成立しているか否かを判定する。このとき、具体的には、CPUは、機関110の運転状態が、機関110の燃焼室122に供給される混合気の空燃比(A/F)が一定(ここでは、理論空燃比にて一定)となる状態にあるか否かを判定する。より具体的には、CPUは、第1制御装置が適用される機関110が定常状態にあるか否かを判定する。CPUは、例えば、所定期間内における機関110の負荷の最大値と最小値との差が閾値未満であるとき、又は所定期間内におけるアクセル操作量の最大値と最小値との差が閾値未満であるとき、機関110が定常状態にあると判定する。
When it is determined in
上記ステップ420においてSOx検出条件が成立していると判定した場合(ステップ420:Yes)、CPUは次のステップ430に進み、上述した昇圧スイープ及び降圧スイープを実行する。第1制御装置においては、0.6Vから1.2Vまでの範囲の電圧を第1電圧帯とした。この「0.6V」は水の分解開始電圧に相当し、「1.2V」は水の限界電流域の下限電圧(約2.0V)未満の所定の電圧である。そして、CPUは、昇圧スイープ及び降圧スイープを実行し、昇圧スイープ及び降圧スイープのそれぞれにおいて、印加電圧Vmが検出用の特定電圧Vdet(具体的には、1.0V)であるときの電極電流Imを、第1昇圧検出値(Iu)及び第1降圧検出値(Id)として、それぞれ取得する。特定電圧Vdetは、前述したように、第1電極11aにおいて水及び硫黄酸化物が分解され得る電圧である。次に、CPUはステップ440に進み、第1昇圧検出値(Iu)と第1降圧検出値(Id)との差に対応する値(第1検出値差)が所定の第1閾値(TH1)以上であるか否かを判定する。
If it is determined in
上記のように、第1制御装置においては、印加電圧Vmが特定電圧Vdet(1.0V)であるときの第1昇圧検出値(Iu)と第1降圧検出値(Id)との差(Iu−Id)を第1検出値差として採用した。しかしながら、第1電圧帯に含まれる電圧の特定の範囲(被検ガス中に含まれる水及び硫黄酸化物が第1電極11aにおいて分解される印加電圧の範囲を含む電圧範囲)に亘る第1昇圧検出値(Iu)と第1降圧検出値(Id)との差の積分値を第1検出値差として採用してもよい。このような積分値は、例えば、昇圧スイープにおける印加電圧Vmの上昇に対する電極電流Imの推移を示す曲線と降圧スイープにおける印加電圧Vmの下降に対する電極電流Imの推移を示す曲線とによって囲まれる面積として定義することができる。このような積分値としての第1検出値差(ΔD1)は、例えば、第1昇圧検出値(Iu)と第1降圧検出値(Id)との差(Iu−Id)を第1電圧帯に亘って積分する以下の式(1)によって算出することができる。
As described above, in the first control apparatus, the difference (Iu) between the first boost detection value (Iu) and the first buck detection value (Id) when the applied voltage Vm is the specific voltage Vdet (1.0 V). -Id) was adopted as the first detection value difference. However, the first voltage step-up over a specific range of the voltage included in the first voltage band (the voltage range including the range of the applied voltage in which water and sulfur oxide included in the test gas are decomposed at the
ところで、第1検出値差は、第1昇圧検出値(Iu)と第1降圧検出値(Id)との差に対応する値である。従って、上記においては、第1昇圧検出値(Iu)と第1降圧検出値(Id)との差(Iu−Id)又は当該差の積分値(ΔD1)が第1閾値TH1以上であるか否かを判定した。しかしながら、第1昇圧検出値(Iu)と第1降圧検出値(Id)との比と閾値との比較に基づいて、第1検出値差が第1閾値TH1以上であるか否かを判定してもよい。即ち、第1検出値差は、第1昇圧検出値(Iu)と第1降圧検出値(Id)との差であってもよく、これらの比であってもよい。換言すれば、第1検出値差が第1閾値TH1以上であるか否かを判定する方法は特に限定されない。 Incidentally, the first detection value difference is a value corresponding to the difference between the first step-up detection value (Iu) and the first step-down detection value (Id). Therefore, in the above, whether or not the difference (Iu−Id) between the first boost detection value (Iu) and the first buck detection value (Id) or the integral value (ΔD1) of the difference is equal to or greater than the first threshold value TH1. It was judged. However, based on the comparison between the threshold value and the ratio between the first boost detection value (Iu) and the first buck detection value (Id), it is determined whether or not the first detection value difference is greater than or equal to the first threshold TH1. May be. That is, the first detection value difference may be a difference between the first boost detection value (Iu) and the first buck detection value (Id), or may be a ratio thereof. In other words, the method for determining whether or not the first detection value difference is greater than or equal to the first threshold value TH1 is not particularly limited.
一方、第1閾値TH1は、機関110に供給される燃料が所定の含有率(第1含有率)以上の硫黄成分を含んでいるか否かを判定する基準となる第1検出値差の大きさである。従って、この第1閾値TH1の具体的な値は、例えば、事前実験等により、硫黄成分が燃料中に含まれると判定すべき濃度の硫黄酸化物が被検ガス中に含まれているときに取得される第1検出値差の大きさに基づいて適宜定めることができる。 On the other hand, the first threshold value TH1 is the magnitude of the first detected value difference that serves as a reference for determining whether or not the fuel supplied to the engine 110 contains a sulfur component equal to or higher than a predetermined content rate (first content rate). It is. Therefore, the specific value of the first threshold value TH1 is determined when, for example, a sulfur oxide having a concentration to be determined to contain the sulfur component in the fuel is included in the test gas by a preliminary experiment or the like. It can be determined as appropriate based on the magnitude of the obtained first detection value difference.
例えば、機関110の構成部材の劣化及び/又は故障、排気浄化触媒の被毒並びに排気における白煙の発生等の問題を直ちに生ずる程度に粗悪な燃料が機関110に供給されているか否かを問題とする場合は、上記第1含有率として相対的に大きい値を設定する。この場合、第1閾値TH1もまた相対的に大きい値を設定する。一方、上記のような問題をやがて生ずることが懸念される程度に粗悪な燃料が機関110に供給されているか否かを問題とする場合は、上記第1含有率として相対的に小さい値を設定する。この場合、第1閾値TH1もまた相対的に小さい値を設定する。 For example, it is a problem whether the engine 110 is supplied with fuel that is so bad that it immediately causes problems such as deterioration and / or failure of components of the engine 110, poisoning of the exhaust purification catalyst and generation of white smoke in the exhaust. Is set to a relatively large value as the first content rate. In this case, the first threshold value TH1 is also set to a relatively large value. On the other hand, if the problem is whether or not fuel that is so bad as to cause problems such as those described above is being supplied to the engine 110, a relatively small value is set as the first content rate. To do. In this case, the first threshold value TH1 is also set to a relatively small value.
ところで、硫黄成分の含有率が等しい燃料を使用する場合であっても、機関110の燃焼室122に供給される混合気の空燃比(A/F)が異なると、当該燃料の燃焼に伴って発生する硫黄酸化物の量も異なる。その結果、ステップ430において取得される第1検出値(第1昇圧検出値Iu及び第1降圧検出値Id)及びステップ440において算出される第1検出値差(=Iu−Id)もまた異なる。従って、混合気の空燃比(A/F)に応じて異なる値を第1閾値TH1として採用してもよい。この場合、混合気の空燃比(A/F)が大きい(リーン)ほど、第1閾値TH1をより小さい値に設定する。このような混合気の空燃比(A/F)と第1閾値TH1との対応関係は、例えば、ECU130が備えるデータ記憶装置としてのROM134にデータマップ等の電子データとして格納し、当該ルーチンの実行時にCPU133が参照するようにすることができる。
By the way, even when a fuel having the same sulfur component content is used, if the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture supplied to the
上記ステップ440において第1検出値差(=Iu−Id)が所定の第1閾値TH1以上であると判定した場合(ステップ440:Yes)、CPUは次のステップ450に進み、機関110に供給された燃料が第1含有率以上の硫黄成分を含んでいるとの判定に対応する特定作動を実行する。
When it is determined in
上記「特定作動」とは、例えば、燃料が第1含有率以上の硫黄成分を含んでいる旨を示す情報の記録(例えば、バックアップRAM等のデータ記憶装置への格納)、同情報を示す警告の表示及び排気浄化触媒の硫黄成分による被毒を回復させるための制御(例えば、特開2012−57576号公報及び特開2014−15921号公報を参照。この特許文献の開示内容は引用により本願に組み込まれる。)等を指す。尚、図4に示したステップ450においては、CPUは、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度(SOx濃度)が所定値以上であると判断している。そして、CPUはステップ470に進み、当該ルーチンを終了する。このようにして、第1制御装置は、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を精度良く判定して、その結果に応じて機関110を制御することができる。
The above-mentioned “specific operation” means, for example, recording of information indicating that the fuel contains a sulfur component equal to or higher than the first content (for example, storing in a data storage device such as a backup RAM), and a warning indicating the same information. And control for recovering poisoning due to the sulfur component of the exhaust purification catalyst (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-57576 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-15921. The disclosure of this patent document is incorporated herein by reference) Etc.). In
ところで、上記ステップ410においてSOx検出要求が無いと判定した場合(ステップ410:No)、及び、上記ステップ420においてSOx検出条件が成立していないと判定した場合(ステップ420:No)、CPUはステップ470に進み、当該ルーチンを終了する。更に、上記ステップ440において第1検出値差が第1閾値TH1未満であると判定した場合(ステップ440:No)、CPUは次のステップ460に進み、機関110に供給された燃料が第1含有率以上の硫黄成分を含んでいないと判定したり、通常の制御を機関110において実行したりする。尚、図4に示したステップ460においては、CPUは、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度(SOx濃度)が所定値未満であると判断している。そして、CPUはステップ470に進み、当該ルーチンを終了する。
By the way, if it is determined in
以上のように、第1制御装置は、SOx検出ルーチンを実行することにより、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無を精度良く判定して、その結果に応じて機関110を制御することができる。SOx検出ルーチンをCPUに実行させるためのプログラムは、例えば、ECU130が備えるデータ記憶装置(例えば、ROM134等)に格納することができる。
As described above, the first control device executes the SOx detection routine to accurately determine the presence or absence of sulfur oxide contained in the test gas, and to control the engine 110 according to the result. Can do. A program for causing the CPU to execute the SOx detection routine can be stored in, for example, a data storage device (eg, ROM 134) provided in the
ところで、第1制御装置は、上記のように、例えば内燃機関が定常運転されている場合等、燃焼室に供給される混合気の空燃比が一定に維持されている場合に昇圧スイープ及び降圧スイープを実行して第1検出値差(=Iu−Id)が所定の第1閾値TH1以上であるか否かを判定した。しかしながら、制御手段は、昇圧スイープ及び降圧スイープを実行するときに燃焼室に供給される混合気の空燃比を積極的に一定に維持する制御を実行してもよい。 By the way, as described above, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber is kept constant, for example, when the internal combustion engine is in a steady operation, the first control device performs the pressure increase sweep and the pressure decrease sweep. To determine whether the first detection value difference (= Iu−Id) is equal to or greater than a predetermined first threshold value TH1. However, the control means may execute control to positively keep the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber constant when executing the pressure increase sweep and the pressure decrease sweep.
<第2実施形態>
以下、本発明の第2実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第2制御装置」と称される場合がある。)につき、図5を参照しながら説明する。
Second Embodiment
Hereinafter, a control device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention (hereinafter sometimes referred to as a “second control device”) will be described with reference to FIG.
(構成)
第2制御装置が適用される内燃機関が備えるガス検出手段140が有する素子部20は、第1電気化学セル(ポンピングセル11c)の上流側(拡散抵抗部32側)に配設された第2電気化学セル(ポンピングセル12c)を更に備える。この点を除き、素子部20は、第1制御装置が適用される内燃機関が備えるガス検出手段140が有する素子部10と同様の構成を有する。従って、以下の説明においては、第1制御装置との相違点に注目して第2制御装置の構成について説明する。
(Constitution)
The
図5に示すように、素子部20においては、図2に示した素子部10における第1アルミナ層21aに代えて第2固体電解質体12sが配設され、その上(内部空間31とは反対側)に積層された第6アルミナ層21f及び第1アルミナ層21aによって第2大気導入路52が画定されている。第2大気導入路52は、第2別空間に該当する。第2固体電解質体12sもまた、ジルコニア等を含み、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。第2固体電解質体12sを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム(Sc)及びイットリウム(Y)等の元素を含んでいてもよい。第6アルミナ層21fは、アルミナを含む緻密(ガス不透過性)の層(薄板体)である。
As shown in FIG. 5, in the
第3電極12aは、第2固体電解質体12sの一方の側の表面(具体的には、内部空間31を画定する第2固体電解質体12sの表面)に固着されている。一方、第4電極12bは、第2固体電解質体12sの他方の側の表面(具体的には、第2大気導入路52を画定する第2固体電解質体12sの表面)に固着されている。第3電極12aと第4電極12bとは、第2固体電解質体12sを挟んで互いに対向するように配置されている。即ち、第3電極12a、第4電極12b及び第2固体電解質体12sは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する第2電気化学セル(ポンピングセル)12cを構成している。
The
第2電気化学セル12cは第1電気化学セル11cの上流側(拡散抵抗部32側)に配設される。より具体的には、第1電極11aよりも拡散抵抗部32により近い位置において内部空間31に面するように第3電極12aが配設されている。第3電極12a及び第4電極12bは、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。つまり、第3電極12aは、第3電極12aと第4電極12bとの間に第2所定電圧を印加したときに、酸素を分解して内部空間から排出するが、硫黄酸化物を分解することはできないように構成されている。
The second
電源62は、第3電極12aと第4電極12bとの間に、第4電極12bの電位が第3電極12aの電位よりも高くなるように印加電圧を印加する。電流計72は、第2電気化学セル12cを流れる電極電流に対応する信号をECU(図示せず)へ出力する。ECUは、第3電極12a及び第4電極12bに印加される印加電圧を制御することができる。即ち、電源62及びECUは電圧印加部を構成している。更に、ECUは、電流計72から出力される第2電気化学セル12cを流れる電極電流に対応する信号を受け取ることができる。即ち、電流計72及びECUは取得部を構成している。
The
(作用)
前述したように、例えば、上述した昇圧スイープ及び降圧スイープを実行するときに内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比(A/F)が大きい(リーンである)場合、被検ガスとしての排気中に含まれる酸素の濃度もまた高い。よって、混合気の空燃比が高い(リーンである)ほど酸素の限界電流値が大きくなるので、第1検出値もまた大きくなる。その結果、混合気の空燃比が小さい(リッチである)場合及び混合気の空燃比が理論空燃比(ストイキ)である場合と比較して、昇圧スイープ時と降圧スイープ時との間での第1検出値の差に対応する値(第1検出値差)の第1検出値に対する大きさが相対的に小さくなる。即ち、第1検出値差の信号対雑音比(S/N比)が低下するので、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の検出精度が低下する虞がある。
(Function)
As described above, for example, when the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine is large (lean) when performing the above-described pressure-up and pressure-down sweeps, the test gas The concentration of oxygen contained in the exhaust gas is also high. Therefore, the higher the air-fuel ratio of the air-fuel mixture (the leaner it is), the greater the limit current value of oxygen, so the first detection value also increases. As a result, compared with the case where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is small (rich) and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), The value corresponding to the difference between the first detection values (first detection value difference) is relatively small with respect to the first detection value. That is, since the signal-to-noise ratio (S / N ratio) of the first detection value difference is lowered, there is a possibility that the detection accuracy of the sulfur oxide contained in the test gas is lowered.
しかしながら、素子部20においては、第3電極12aと第4電極12bとの間に所定の電圧を印加すると、酸素ポンピング作用により内部空間31から酸素を排出することができる。より具体的には、第3電極12a及び第4電極12bがそれぞれ陰極及び陽極となるように、これらの電極間に電圧を印加すると、内部空間31から第2大気導入路52へと酸素が排出される。このように、素子部20においては、第2電気化学セル(ポンピングセル)12cによって、内部空間31内の酸素の濃度を所定濃度未満に調整することができる。
However, in the
即ち、素子部20においては、たとえ被検ガス中に含まれる酸素の濃度が変化しても、上記のように第2電気化学セル(ポンピングセル)12cの酸素ポンピング作用により内部空間31から酸素を排出することによって、内部空間31内の酸素の濃度を低く(典型的には、概ね0(ゼロ)ppmに)調整することができる。そこで、第2制御装置のCPUは、昇圧スイープ及び降圧スイープを実行するとき(言い換えると、第1昇圧検出値及び第1降圧検出値を取得するとき)、第3電極12aと第4電極12bとの間に第2所定電圧(酸素の分解開始電圧以上であり且つ水の分解開始電圧未満である電圧)を印加する。従って、第2制御装置は、たとえ被検ガス中に含まれる酸素の濃度が変化しても、第1電気化学セル(ポンピングセル)11cにおいて検出される電極電流Im(第1検出値)への影響を有効に低減することができる。その結果、第2制御装置によれば、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の有無をより精度良く判定することができる。
That is, in the
図5に示した例においては、第2電気化学セル(ポンピングセル12c)は、第1電気化学セル(ポンピングセル11c)を構成する固体電解質体11sとは別個の第2固体電解質体12sを含む。しかしながら、第2電気化学セル(ポンピングセル12c)は、固体電解質体11sを第1電気化学セル(ポンピングセル11c)と共有していてもよい。この場合、第1大気導入路51は、第1別空間及び第2別空間として機能する。
In the example shown in FIG. 5, the second electrochemical cell (pumping
(変形例)
ところで、前述したように、上述した第1電気化学セル及び第2電気化学セル(素子部が備える場合)のうちの少なくとも何れか1つの電気化学セルを空燃比センサとして利用することもできる。この場合、少なくとも何れか1つの電気化学セルにおける印加電圧を酸素の限界電流域に該当する電圧(第4所定電圧)に設定する。そのときの電極電流に対応する検出値に基づいて被検ガスとしての内燃機関の排気中に含まれる酸素の濃度を検出する。このようにして検出された排気中の酸素濃度に基づいて、内燃機関の燃焼室における混合気の空燃比を検出することができる。
(Modification)
By the way, as described above, at least one of the above-described first electrochemical cell and second electrochemical cell (when the element unit is provided) can be used as an air-fuel ratio sensor. In this case, the applied voltage in at least one of the electrochemical cells is set to a voltage (fourth predetermined voltage) corresponding to the limiting current region of oxygen. Based on the detection value corresponding to the electrode current at that time, the concentration of oxygen contained in the exhaust gas of the internal combustion engine as the test gas is detected. Based on the oxygen concentration in the exhaust gas thus detected, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine can be detected.
この場合、少なくとも何れか1つの電気化学セルにおいて取得される検出値に基づいて内燃機関の燃焼室における混合気の空燃比を検出するためには、上記のように当該電気化学セルに酸素の限界電流域に該当する印加電圧(例えば、0.4V)を印加する必要がある。従って、基本的には、変形例のCPUは、SOx検出ルーチンを実行していないときに空燃比を検出することが望ましい。但し、素子部が第2電気化学セルを備え且つ当該第2電気化学セルにおいて酸素の限界電流域に該当する印加電圧が印加されている場合は、本発明装置によるSOx検出ルーチンを実行しているときであっても、混合気の空燃比を検出することができる。 In this case, in order to detect the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine based on the detection value acquired in at least one of the electrochemical cells, as described above, the electrochemical cell has an oxygen limit. It is necessary to apply an applied voltage (for example, 0.4 V) corresponding to the current region. Therefore, basically, it is desirable that the CPU of the modified example detects the air-fuel ratio when the SOx detection routine is not executed. However, when the element portion includes the second electrochemical cell and an applied voltage corresponding to the limiting current region of oxygen is applied in the second electrochemical cell, the SOx detection routine by the device of the present invention is executed. Even at times, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be detected.
何れの場合であっても、例えば、印加電圧を酸素の限界電流域に該当する所定の電圧(第4所定電圧)としたときの検出値(例えば、電極電流の大きさ)と燃焼室における混合気の空燃比との対応関係を予め事前実験等によって求めておく。この対応関係を表すデータテーブル(例えば、データマップ等)をECUが備えるデータ記憶装置(例えば、ROM等)に格納しておき、上記検出時にCPUに参照させるようにすることができる。これにより、上記検出値から混合気の空燃比を特定することができる。或いは、上記検出値から被検ガス中の酸素濃度を一旦取得し、被検ガス中の酸素濃度と混合気の空燃比との対応関係をCPUに参照させて、被検ガス中の酸素濃度から混合気の空燃比を特定するようにしてもよい。 In any case, for example, the detected value (for example, the magnitude of the electrode current) and the mixing in the combustion chamber when the applied voltage is a predetermined voltage (fourth predetermined voltage) corresponding to the limiting current region of oxygen. A correspondence relationship with the air-fuel ratio of the air is obtained in advance by a preliminary experiment or the like. A data table (for example, a data map or the like) representing this correspondence can be stored in a data storage device (for example, a ROM) provided in the ECU, and can be referred to by the CPU at the time of the detection. Thereby, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be specified from the detected value. Alternatively, the oxygen concentration in the test gas is once obtained from the detected value, and the correspondence relationship between the oxygen concentration in the test gas and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is referred to from the oxygen concentration in the test gas. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture may be specified.
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。 In the above, for the purpose of explaining the present invention, several embodiments and modifications having specific configurations have been described with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited to these illustrative examples. It should be understood that the present invention should not be construed as being limited to the embodiments and the modifications, and that appropriate modifications can be made within the scope of the matters described in the claims and the specification.
10及び20…素子部、11a及び12a…電極(陰極)、11b及び12b…電極(陽極)、11s及び12s…第1及び第2固体電解質体、11c及び12c…ポンピングセル(第1電気化学セル及び第2電気化学セル)、21a、21b、21c、21d、21e及び21f…第1乃至第6アルミナ層、31…内部空間、32…拡散抵抗体、41…ヒータ、51及び52…第1及び第2大気導入路、61及び62…電源、71及び72…電流計、110…機関、112…吸気ポート、113…排気ポート、121…吸気管、122…燃焼室、123…排気管、124…吸気弁、125…排気弁、126…燃料噴射弁、130…ECU、133…CPU、134…ROM、135…RAM、140…ガスセンサ、141…エアフローメータ、並びに143…クランク角度センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流に対応する第1検出値を取得する取得部と、
を有するガス検出手段を備える内燃機関に適用され、制御手段を備える、
内燃機関の制御装置であって、
前記第1電極は、前記第1電極と前記第2電極との間に第1所定電圧を印加したときに前記被検ガス中に含まれる水(H2O)及び硫黄酸化物(SOx)を分解させることが可能となるように構成され、
前記電圧印加部は、前記第1電極と前記第2電極との間に印加される電圧である第1印加電圧を、前記第1所定電圧を含む電圧の範囲である第1電圧帯において所定の第1昇圧速度にて上昇させる昇圧スイープを実行した後、前記第1印加電圧を前記第1電圧帯において所定の第1降圧速度にて下降させる降圧スイープを実行するように構成されており、
前記制御手段は、前記内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比(A/F)が一定となっている状態において、前記昇圧スイープの実行中であって且つ前記第1印加電圧が前記第1電極にて水(H2O)が分解され得る特定電圧であるときに前記取得部が取得する前記第1検出値である第1昇圧検出値と、前記降圧スイープの実行中であって且つ前記第1印加電圧が前記特定電圧であるときに前記取得部が取得する前記第1検出値である第1降圧検出値と、の差に対応する値である第1検出値差が所定の第1閾値以上である場合、前記内燃機関に供給された燃料が第1含有率以上の硫黄成分を含んでいるとの判定に対応する特定作動を実行する、
ように構成された、
内燃機関の制御装置。 A first electrochemical cell including a solid electrolyte body having oxide ion conductivity and a first electrode and a second electrode respectively formed on the surface of the solid electrolyte body; a dense body; and a diffusion resistance section. The exhaust gas of the internal combustion engine as the test gas is introduced into the internal space defined by the solid electrolyte body, the dense body, and the diffusion resistance portion via the diffusion resistance portion, and the first electrode is connected to the internal space. And an element portion configured to be exposed to a first separate space that is a space different from the internal space and the second electrode is exposed to
A voltage applying unit that applies a voltage between the first electrode and the second electrode;
An acquisition unit for acquiring a first detection value corresponding to a current flowing between the first electrode and the second electrode;
Applied to an internal combustion engine comprising a gas detection means having a control means,
A control device for an internal combustion engine,
The first electrode contains water (H 2 O) and sulfur oxide (SOx) contained in the test gas when a first predetermined voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Configured to be disassembled,
The voltage applying unit applies a first applied voltage, which is a voltage applied between the first electrode and the second electrode, in a first voltage band that is a voltage range including the first predetermined voltage. After the step-up sweep for increasing at the first step-up speed is executed, the step-down sweep for decreasing the first applied voltage at the predetermined first step-down speed in the first voltage band is executed.
In the state where the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine is constant, the control means is executing the boost sweep and the first applied voltage is A first boost detection value that is the first detection value acquired by the acquisition unit when water (H 2 O) is a specific voltage that can be decomposed at the first electrode, and the step-down sweep is being executed. And a first detection value difference that is a value corresponding to a difference from the first step-down detection value that is the first detection value acquired by the acquisition unit when the first applied voltage is the specific voltage is predetermined. When the fuel is supplied to the internal combustion engine, the specific operation corresponding to the determination that the sulfur component is equal to or higher than the first content rate is executed.
Configured as
Control device for internal combustion engine.
前記電圧印加部は、前記第1電圧帯の下限を0.6Vとして、前記昇圧スイープ及び前記降圧スイープを実行するように構成された、
内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The voltage application unit is configured to execute the step-up sweep and the step-down sweep with a lower limit of the first voltage band set to 0.6V.
Control device for internal combustion engine.
前記電圧印加部は、前記第1電圧帯の上限を水の限界電流域の下限電圧未満の所定の電圧として、前記昇圧スイープ及び前記降圧スイープを実行するように構成された、
内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The voltage application unit is configured to execute the step-up sweep and the step-down sweep, with the upper limit of the first voltage band being a predetermined voltage less than the lower limit voltage of the limit current range of water.
Control device for internal combustion engine.
前記取得部は、前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流の大きさを前記第1検出値として取得するように構成された、
内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The acquisition unit is configured to acquire a magnitude of a current flowing between the first electrode and the second electrode as the first detection value.
Control device for internal combustion engine.
前記第1電極は、白金(Pt)、ロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、
内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
The first electrode includes at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), rhodium (Rh), and palladium (Pd).
Control device for internal combustion engine.
前記素子部は、前記固体電解質体又は前記固体電解質体とは別個の固体電解質体と同固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第3電極及び第4電極とを含む第2電気化学セルを更に備え、前記第3電極が前記内部空間に露呈し且つ前記第4電極が前記内部空間とは異なる空間である第2別空間に露呈するように構成され、前記第3電極は前記第1電極よりも前記拡散抵抗部に近い位置に形成され、
前記第3電極は、前記第3電極と前記第4電極との間に第2所定電圧を印加したときに前記内部空間から酸素(O2)を排出することが可能であり且つ硫黄酸化物(SOx)を分解させることが不可能であるように構成され、
前記電圧印加部は、前記第3電極と前記第4電極との間に前記第2所定電圧を印加するように構成され、
前記制御手段は、前記電圧印加部が前記昇圧スイープ及び前記降圧スイープを実行するとき、前記第2電気化学セルにおいて前記第3電極と前記第4電極との間に前記第2所定電圧を印加して前記内部空間内における酸素の濃度を所定濃度未満に調整するように構成された、
内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5,
The element portion further includes a second electrochemical cell including a solid electrolyte body separate from the solid electrolyte body or the solid electrolyte body and a third electrode and a fourth electrode formed on the surface of the solid electrolyte body, respectively. And the third electrode is exposed to the internal space and the fourth electrode is exposed to a second separate space that is a space different from the internal space. The third electrode is formed from the first electrode. Is formed at a position close to the diffused resistor portion,
The third electrode can discharge oxygen (O 2 ) from the internal space when a second predetermined voltage is applied between the third electrode and the fourth electrode, and sulfur oxide ( SOx) is configured to be impossible to decompose,
The voltage application unit is configured to apply the second predetermined voltage between the third electrode and the fourth electrode,
The control means applies the second predetermined voltage between the third electrode and the fourth electrode in the second electrochemical cell when the voltage application unit performs the step-up sweep and the step-down sweep. Configured to adjust the concentration of oxygen in the internal space below a predetermined concentration,
Control device for internal combustion engine.
前記電圧印加部は、酸素の分解開始電圧以上であり且つ水の分解開始電圧未満である所定の電圧を前記第2所定電圧として印加するように構成された、
内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 6,
The voltage application unit is configured to apply a predetermined voltage that is equal to or higher than an oxygen decomposition start voltage and lower than a water decomposition start voltage as the second predetermined voltage.
Control device for internal combustion engine.
前記電圧印加部は、前記昇圧スイープ及び前記降圧スイープの何れも実行されていない期間に、前記第1電極と前記第2電極とからなる第1電極対に酸素の限界電流域に該当する所定の電圧である第4所定電圧を印加するように構成され、
前記制御手段は、前記第1電極対に前記第4所定電圧が印加されているときに前記取得部が取得する前記第1検出値に基づいて、前記内燃機関の燃焼室における混合気の空燃比(A/F)を検出するように構成された、
内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7,
The voltage application unit has a predetermined range corresponding to a limiting current region of oxygen in the first electrode pair including the first electrode and the second electrode during a period in which neither the step-up sweep nor the step-down sweep is performed. Configured to apply a fourth predetermined voltage, which is a voltage;
The control means is configured to determine the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine based on the first detection value acquired by the acquisition unit when the fourth predetermined voltage is applied to the first electrode pair. Configured to detect (A / F),
Control device for internal combustion engine.
前記電圧印加部は、前記第3電極と前記第4電極とからなる第2電極対に酸素の限界電流域に該当する所定の電圧である第4所定電圧を印加するように構成され、
前記取得部は、前記第3電極と前記第4電極との間に流れる電流に対応する第2検出値を取得するように構成され、
前記制御手段は、前記第2電極対に前記第4所定電圧が印加されているときに前記取得部が取得する前記第2検出値に基づいて、前記内燃機関の燃焼室における混合気の空燃比(A/F)を検出するように構成された、
内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 6 or 7,
The voltage application unit is configured to apply a fourth predetermined voltage, which is a predetermined voltage corresponding to a limiting current region of oxygen, to the second electrode pair including the third electrode and the fourth electrode,
The acquisition unit is configured to acquire a second detection value corresponding to a current flowing between the third electrode and the fourth electrode,
The control means is based on the second detection value acquired by the acquisition unit when the fourth predetermined voltage is applied to the second electrode pair, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine Configured to detect (A / F),
Control device for internal combustion engine.
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