JP2019174154A - アンモニア濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンモニアセンサを用いてガスのアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出装置において、該ガスのアンモニア濃度をより高精度で検出する。【解決手段】アンモニア濃度検出装置は、アンモニアセンサにおいて生じる混成電位に基づいて被測定ガスのアンモニア濃度を検出する第一検出手段と、アンモニアセンサにおいて生じる酸化電流に基づいて被測定ガスのアンモニア濃度を検出する第二検出手段と、被測定ガスのアンモニア濃度が所定の濃度閾値よりも高くなると想定される所定の条件が成立しているか否かを判定する判定手段と、所定の条件が成立していないと判定される場合には第一検出手段によってアンモニア濃度が検出されるように、所定の条件が成立していると判定される場合には第二検出手段によってアンモニア濃度が検出されるように、被測定ガスのアンモニア濃度の検出を切換える制御手段と、を備える。【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、アンモニアセンサを用いてガスのアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出装置に関する。

内燃機関の排気通路に排気浄化触媒として、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称する。）を設ける場合がある。この場合、ＳＣＲ触媒にアンモニアを供給すべく、アンモニアの前駆体である尿素を含んだ尿素水や、アンモニアガスを排気中に添加する。ＳＣＲ触媒にアンモニアが供給されると、該アンモニアが該ＳＣＲ触媒に吸着される。そして、ＳＣＲ触媒において、吸着されたアンモニアを還元剤としてＮＯｘが還元される。

このとき、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量が適切な量に維持されると、ＳＣＲ触媒において高いＮＯｘ浄化率を発揮させることが可能となる。また、ＳＣＲ触媒をすり抜けて大気中に放出されてしまうアンモニアの量を可及的に少なくすることができる。そして、ＳＣＲ触媒におけるアンモニアの吸着量を適切な量に維持するためには、排気のアンモニア濃度を把握する必要がある。そのため、従来、排気のアンモニア濃度を検出するためのアンモニアセンサが開発されている。

アンモニアセンサとしては、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体の一方の面に被測定ガス側電極を設けるとともに、該固体電解質体の他方の面に基準ガス側電極を設けることで形成されたセンサ素子を用いたものが知られている。このような構造のセンサ素子を用いたアンモニアセンサにおける、被測定ガスのアンモニア濃度の検出態様の一つとして、被測定ガス側電極と基準ガス側電極との間に電圧を印加したときに両電極間に流れる電流値に基づいて、アンモニア濃度を検出する、酸化電流式の検出態様が挙げられる。また、他の検出態様としては、アンモニアセンサにおける被測定ガス側電極近傍のアンモニア濃度に応じて生じる起電力（混成電位）に基づいて、アンモニア濃度を検出する、混成電位式の検出態様が挙げられる。

そして、特許文献１には、被測定ガスの流路の前段および後段にセンサ素子が２段に配置されたアンモニア測定装置が開示されている。このアンモニア測定装置では、前段のセンサ素子において、被測定ガス側電極が設けられた固体電解質体表面で酸素が還元されて酸素イオンとなり、更に固体電解質の酸素イオンに対するポンプ作用により、被測定ガスから酸素が除去される。そして、後段のセンサ素子においては、被測定ガス中のアンモニアが酸化される。特許文献１に記載のアンモニア測定装置では、このときに後段のセンサ素子に流れる電流値に基づいて、被測定ガスのアンモニア濃度が測定される。

特許第３２１１５１３号公報

従来の混成電位式アンモニアセンサでは、被測定ガスのアンモニア濃度が比較的低いときに該被測定ガスのアンモニア濃度を高精度で検出できる一方で、被測定ガスのアンモニア濃度が比較的高いときには、アンモニア濃度の検出精度が低下するという問題があった。

また、特許文献１に記載のアンモニア測定装置では、被測定ガスが、前段に設けられたセンサ素子を流通した後に、後段に設けられたセンサ素子を流通することで、該後段のセンサ素子において被測定ガスのアンモニア濃度が測定される。このような構成では、被測定ガスが前段のセンサ素子を流通する際に、上述した前段センサ素子における作用に起因して、被測定ガス中のアンモニアが酸化され得る。そのため、被測定ガスが後段のセンサ素子に到達する前に、被測定ガス中のアンモニアの一部が消失してしまう傾向がある。その結果、特許文献１に記載のアンモニア測定装置では、被測定ガスのアンモニア濃度の検出精度が低下する虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、アンモニアセンサを用いてガスのアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出装置において、該ガスのアンモニア濃度をより高精度で検出することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るアンモニア濃度検出装置は、固体電解質体の一方の面に被測定ガス側電極が設けられ、該固体電解質体の他方の面に基準ガス側電極が設けられることで形成されたセンサ素子を有するアンモニアセンサと、前記アンモニアセンサの前記被測定ガス側電極と前記基準ガス側電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えるアンモニア濃度検出装置であって、前記アンモニアセンサにおける前記被測定ガス側電極近傍のアンモニア濃度に応じて生じる起電力に基づいて、被測定ガスのアンモニア濃度を検出する第一検出手段と、前記電圧印加手段によって電圧が印加されたときに前記アンモニアセンサに流れる電流値に基づいて、被測定ガスのアンモニア濃度を検出する第二検出手段と、被測定ガスのアンモニア濃度が所定の濃度閾値よりも高くなると想定される所定の条件が成立しているか否かを判定する判定手段と、被測定ガスのアンモニア濃度の検出について、前記第一検出手段による検出と、前記第二検出手段による検出と、の切換えを制御する制御手段であって、前記判定手段によって前記所定の条件が成立していないと判定される場合には、前記第一検出手段によって被測定ガスのアンモニア濃度が検出されるように前記切換えを制御し、前記判定手段によって前記所定の条件が成立していると判定される場合には、前記第二検出手段によって被測定ガスのアンモニア濃度が検出されるように前記切換えを制御する制御手段と、を備える。

このようなアンモニア濃度検出装置では、被測定ガス側電極が被測定ガスに曝され、基準ガス側電極が基準ガス（例えば、大気）に曝される。そして、被測定ガス側電極の反応界面における被測定ガスの電気化学反応と酸素の電気化学反応とのつり合いにより、被測定ガス側電極近傍のアンモニア濃度に応じて起電力（混成電位）が発生する。第一検出手段は、この混成電位に基づいて被測定ガスのアンモニア濃度を検出する。つまり、第一検出手段によるアンモニア濃度の検出態様は、混成電位式の検出態様である。

一方、上記のアンモニア濃度検出装置において、電圧印加手段によって被測定ガス側電極と基準ガス側電極との間に電圧が印加されると、基準ガス側電極において酸素が還元されて酸素イオンとなり、該酸素イオンが固体電解質体を移動する。そして、被測定ガス側電極において、この酸素イオンと、被測定ガスに含まれるアンモニアと、が反応することで、すなわち被測定ガスに含まれるアンモニアが酸化されることで、センサ素子に電流（酸化電流）が流れる。第二検出手段は、この酸化電流に基づいて被測定ガスのアンモニア濃度を検出する。つまり、第二検出手段によるアンモニア濃度の検出態様は、酸化電流式の検出態様である。

ここで、本発明者は、鋭意検討を行った結果、被測定ガスのアンモニア濃度の検出について、第一検出手段による検出と、第二検出手段による検出と、の切換えを制御すること
で、被測定ガスのアンモニア濃度をより高精度で検出できることを見出した。詳しくは、被測定ガスのアンモニア濃度が所定の濃度閾値以下のときには、混成電位式の検出態様によりアンモニア濃度を高精度で検出できることに着目して、被測定ガスのアンモニア濃度が該濃度閾値以下になると想定されるときには、混成電位式の検出態様によりアンモニア濃度が検出されるように、つまり、第一検出手段によって被測定ガスのアンモニア濃度が検出されるようにした。一方、被測定ガスのアンモニア濃度が所定の濃度閾値よりも高いときには、混成電位式の検出態様ではアンモニア濃度の検出精度が低下することに着目して、被測定ガスのアンモニア濃度が該濃度閾値よりも高くなると想定されるときには、酸化電流式の検出態様によりアンモニア濃度が検出されるように、つまり、第二検出手段によって被測定ガスのアンモニア濃度が検出されるようにした。ここで、所定の濃度閾値は、被測定ガスのアンモニア濃度が該濃度閾値以下のときには、混成電位式の検出態様によって被測定ガスのアンモニア濃度を高精度で検出することができ、被測定ガスのアンモニア濃度が該濃度閾値よりも高いときには、酸化電流式の検出態様によって混成電位式の検出態様よりも高い精度で被測定ガスのアンモニア濃度を検出可能な閾値として定義される。

なお、第一検出手段による検出と、第二検出手段による検出と、の切換えの制御は、判定手段による前記所定の条件が成立しているか否かの判定に基づいて実行される。ここで、判定手段は、被測定ガスのアンモニア濃度と相関を有するパラメータに基づいて、前記所定の条件が成立しているか否かを判定することができる。

本発明に係るアンモニア濃度検出装置では、制御手段がこのように切換えを制御することによって、被測定ガスのアンモニア濃度をより高精度で検出することが可能となる。

また、前記制御手段によって、第一検出手段によるアンモニア濃度の検出と、第二検出手段によるアンモニア濃度の検出と、の切換えが制御される際に、被測定ガスの流速が考慮されてもよい。

ここで、混成電位式のアンモニア濃度検出態様においては、被測定ガス側電極に対する被測定ガスのガス当たりが混成電位に影響し易く、被測定ガスの流速が所定の流速閾値よりも高いときに、アンモニア濃度の検出精度が低下し易くなることが判った。詳しくは、被測定ガスの流速が所定の流速閾値よりも高い場合、混成電位式のアンモニア濃度検出態様では、被測定ガスの流速が高くなるほどアンモニア濃度の検出精度が低下し易くなる傾向にある。ここで、所定の流速閾値は、被測定ガスの流速が該流速閾値以下のときには、混成電位式の検出態様によって被測定ガスのアンモニア濃度を高精度で検出し得る閾値として定義される。

そこで、前記判定手段は、被測定ガスの流速が所定の流速閾値よりも高い場合、被測定ガスの流速が高くなるほど前記濃度閾値が低くなるように前記濃度閾値を変更して、前記所定の条件が成立しているか否かを判定してもよい。これによれば、第一検出手段によるアンモニア濃度の検出と、第二検出手段によるアンモニア濃度の検出と、の切換えの制御において、上述した被測定ガスの流速が混成電位に及ぼす影響が考慮されることになる。その結果、被測定ガスのアンモニア濃度をより高精度で検出することが可能となる。

以上に述べたアンモニア濃度検出装置は、内燃機関を備えた車両に適用されてもよい。そして、前記内燃機関は、該内燃機関の排気通路内にアンモニア又はアンモニアの前駆体を還元剤として添加する添加弁と、前記添加弁よりも下流側の前記排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、を備え、前記アンモニアセンサは、前記添加弁よりも下流側の前記排気通路に配置されてもよい。そして、前記判定手段は、前記添加弁からの還元剤の添加量に基づいて、前記所定の条件が成立
しているか否かを判定してもよい。

このような構成によれば、判定手段は、添加弁からの還元剤の添加量に基づいて、排気通路を流通する排気に含まれるアンモニアの濃度を推定し、上記を判定することができる。更に、判定手段は、排気のアンモニア濃度が濃度閾値よりも高くなることが前もって予測される場合には、実際の排気のアンモニア濃度が濃度閾値よりも高くなる前に、前記所定の条件が成立していると判定することができる。これによれば、制御手段による上記の切換え制御が、可及的に早いタイミングで実行され得る。その結果、被測定ガスのアンモニア濃度をより高精度で検出することが可能となる。なお、上述した排気のアンモニア濃度の将来予測は、車両の運転状態に基づいて予測され得る。例えば、車両の走行負荷が高くなると、内燃機関から排出されるＮＯｘ量が増加する傾向にある。そのため、この場合、車両の走行負荷に基づいて、添加弁からの還元剤の添加量が定められる。そして、定められた量の還元剤が添加されたと仮定した場合の排気のアンモニア濃度が推定され、上記が予測される。

本発明によれば、アンモニアセンサを用いてガスのアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出装置において、該ガスのアンモニア濃度をより高精度で検出することができる。

本発明の第一の実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 図１におけるアンモニアセンサ付近の模式的な拡大断面図である。 アンモニアセンサの先端部近傍の縦断面図である。 センサ出力に基づくアンモニア濃度と、分析されたアンモニア濃度と、の相関を表す図である。 本発明の第一の実施形態における切換えが実行される場合の、センサ出力に基づくアンモニア濃度と、分析されたアンモニア濃度と、の相関を表す図である。 本発明の第一の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第一の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第一の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第一の実施形態の変形例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 本発明の第一の実施形態の変形例に係る制御フローを示す第一のフローチャートである。 本発明の第一の実施形態の変形例に係る制御フローを示す第二のフローチャートである。 センサ出力に基づくアンモニア濃度と、センサ近傍を流通する排気の流速と、の相関を表す図である。 排気の流速に基づいて、混成電位式の検出態様によるアンモニア濃度の検出と、酸化電流式の検出態様によるアンモニア濃度の検出と、が切換えられた場合の、センサ出力に基づくアンモニア濃度と、センサ近傍を流通する排気の流速と、の相関を表す図である。 本発明の第二の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第三の実施形態に係る制御フローを示す第一のフローチャートである。 本発明の第三の実施形態に係る制御フローを示す第二のフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（第一の実施形態）
＜内燃機関とその吸排気系の構成＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。

内燃機関１は、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。

内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。

内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５には、排気の流れに従って順に、燃料添加弁５３、酸化触媒５１、温度センサ５５、尿素水添加弁５４、選択還元型ＮＯｘ触媒５２（以下、「ＳＣＲ触媒５２」と称する場合もある。）、およびアンモニアセンサ６が設けられている。ＳＣＲ触媒５２は、筒状のケーシング内に収容された触媒担体に担持されている。このＳＣＲ触媒５２は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。また、ＳＣＲ触媒５２よりも上流側に設けられている尿素水添加弁５４は、排気通路５内を流れる排気中に尿素水を添加し、該尿素水がＳＣＲ触媒５２に供給される。つまり、ＳＣＲ触媒５２に、アンモニアの前駆体である尿素が供給される。ＳＣＲ触媒５２においては、供給された尿素が加水分解されることで生成されたアンモニアが該触媒に吸着する。そして、このＳＣＲ触媒５２に吸着したアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。なお、ＳＣＲ触媒５２は、多孔質の基材により形成されたウォールフロー型のフィルタに担持されてもよい。この場合、フィルタによって排気中のＰＭが捕集され、ＳＣＲ触媒５２によって排気中のＮＯｘが還元される。また、尿素水添加弁５４に代えて、アンモニアガスを排気中に添加するアンモニア添加弁を設けてもよい。

また、燃料添加弁５３は、排気通路５内を流れる排気中に燃料を添加する。酸化触媒５１は、該触媒に流入するＨＣ、ＣＯ等を酸化する。ここで、燃料添加弁５３によって排気通路５内を流れる排気中に燃料が添加されると、酸化触媒５１に該燃料が流入する。その結果、酸化触媒５１において該燃料が酸化され、それに伴って熱が発生する。そして、発生した熱が、ＳＣＲ触媒５２に供給されることで、ＳＣＲ触媒５２の温度が該触媒の活性化温度よりも高く維持され得る。

また、温度センサ５５は、ＳＣＲ触媒５２に流入する排気の温度に応じた電気信号を出力する。アンモニアセンサ６は、ＳＣＲ触媒５２から流出する排気のアンモニア濃度に応じた電気信号を出力する。なお、アンモニアセンサ６の構造については後述する。そして、アンモニアセンサ６は、回路切換部６１と電気的に接続されている。回路切換部６１は、アンモニアセンサ６における排気側電極近傍のアンモニア濃度に応じて生じる起電力（
混成電位）に基づいてアンモニア濃度を検出する混成電位回路６２と、電圧が印加されたときにアンモニアセンサ６に流れる電流値に基づいてアンモニア濃度を検出する酸化電流回路６３と、を切換えるスイッチである。なお、回路切換部６１を用いた、アンモニアセンサ６と、混成電位回路６２または酸化電流回路６３と、の接続の切換えは、後述するＥＣＵ２０によって制御される。アンモニアセンサ６、ＥＣＵ２０、回路切換部６１、混成電位回路６２、酸化電流回路６３等を含んで構成される本実施形態に係るアンモニア濃度検出装置についての詳細は、後述する。

内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上記のエアフローメータ４０、温度センサ５５に加え、アクセル開度センサ７、およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセル開度センサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ７の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出し、クランクポジションセンサ８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ４０の出力値に基づいて、内燃機関１から排出される排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推定し、温度センサ５５の出力値に基づいてＳＣＲ触媒５２の温度を推定する。

また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁３、スロットル弁４１、燃料添加弁５３、尿素水添加弁５４、および回路切換部６１等の各種装置が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によって、これら各種装置が制御される。ＥＣＵ２０は、ＳＣＲ触媒５２におけるアンモニアの吸着量が適切な量に維持されるように、尿素水添加弁５４からの尿素水の添加量を制御する。仮に、ＳＣＲ触媒５２に供給されるアンモニアの量が多すぎると、該ＳＣＲ触媒５２をすり抜けて大気中に放出されてしまうアンモニアの量も過剰に多くなる虞がある。そこで、ＥＣＵ２０は、アンモニア濃度検出装置（詳細は、後述する。）によって検出される排気のアンモニア濃度に基づいて、尿素水添加弁５４からの尿素水の添加量を制御する。詳しくは、ＥＣＵ２０は、ＳＣＲ触媒５２におけるアンモニアの吸着量が維持されつつ、ＳＣＲ触媒５２から流出する排気のアンモニア濃度（これは、上記のアンモニア濃度検出装置によって検出される。）が最小化されるように、尿素水添加弁５４からの尿素水の添加量についてフィードバック制御を行う。

なお、図１に示す構成においては、アンモニアセンサ６がＳＣＲ触媒５２よりも下流側に設けられているが、アンモニアセンサ６は、尿素水添加弁５４（アンモニア添加弁）とＳＣＲ触媒５２との間の排気通路５に設けられてもよい。この場合にも、ＥＣＵ２０は、アンモニア濃度検出装置によって検出される排気のアンモニア濃度に基づいて、ＳＣＲ触媒５２におけるアンモニアの吸着量が適切な量に維持されるように、尿素水添加弁５４（アンモニア添加弁）を制御することができる。

＜アンモニアセンサの構造＞
次に、図２および図３に基づいて、アンモニアセンサ６の構造について簡単に説明する。図２は、図１におけるアンモニアセンサ６付近の模式的な拡大断面図である。また、図３は、アンモニアセンサ６の先端部近傍の縦断面図である。

図２において、アンモニアセンサ６は、後述するセンサ素子１０と、該センサ素子１０を覆う耐熱性のハウジング部材でありその一部が排気通路５に露出している保護カバー９とを含んで構成される。センサ素子１０は保護カバー９に覆われることでその機械的強度が担保される。また、センサ素子１０は、上述した混成電位回路６２および酸化電流回路
６３と電気的に接続されている。

次に、センサ素子１０の概略構成について、図３に基づいて説明する。センサ素子１０は、固体電解質１１を備える。固体電解質１１は、酸素イオンを伝導する機能を有する。このような固体電解質１１は、例えば酸化ジルコニウム（ジルコニア）によって構成される。そして、センサ素子１０において、固体電解質１１の一方の面には排気側電極１２が設けられ、その他方の面には大気側電極１３が設けられる。本実施形態では、排気側電極１２はＡｕが含まれる金属材料で構成され、大気側電極１３はＰｔが含まれる金属材料で構成される。なお、本実施形態においては、排気側電極１２が本発明における被測定ガス側電極に相当し、大気側電極１３が本発明における基準ガス側電極に相当する。

そして、固体電解質１１における大気側電極１３が設けられた側の面には、ヒータ層１４が積層されている。ヒータ層１４にはヒータ１５が埋設されていて、ヒータ１５は、図示しない外部の電気回路から電力の供給を受けることにより、センサ素子１０を所望の活性温度に加熱することができる。なお、この電気回路はＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ヒータ１５に供給される電力はＥＣＵ２０によって制御される。

そして、固体電解質１１とヒータ層１４との間には大気室１６が形成されている。大気室１６は、大気に連通されており、アンモニアセンサ６が排気通路５内に配置された状態であっても、大気側電極１３は基準ガス（大気）に曝された状態に維持される。なお、排気側電極１２は、アンモニアセンサ６が排気通路５内に配置された状態において、被測定ガス（排気）に曝された状態に維持される。

＜アンモニア濃度検出装置＞
本実施形態に係るアンモニア濃度検出装置は、アンモニアセンサ６、ＥＣＵ２０、回路切換部６１、混成電位回路６２、電圧検出部６２１、酸化電流回路６３、および電流検出部６３１を含んで構成される。このようなアンモニア濃度検出装置では、ＥＣＵ２０が回路切換部６１を制御することによって、アンモニアセンサ６と、混成電位回路６２または酸化電流回路６３と、の接続が切換えられる。

そして、アンモニアセンサ６と混成電位回路６２とが接続される場合は、混成電位に基づいてアンモニア濃度を検出する混成電位式の検出態様によって、排気のアンモニア濃度が検出される。ここで、アンモニアセンサ６においては、排気側電極１２の表面における電気化学反応に基づき、排気のアンモニア濃度に応じた起電力（混成電位）が発生する。アンモニアセンサ６と混成電位回路６２とが接続されているとき、この混成電位は、混成電位回路６２に設けられた電圧検出部６２１によって検出される。混成電位を検出した電圧検出部６２１は、該混成電位に相関する電気信号を出力する。そして、この出力信号がＥＣＵ２０に入力される。そうすると、ＥＣＵ２０は、電圧検出部６２１の出力信号に基づいて排気のアンモニア濃度を算出することができる。なお、このように混成電位に基づいてアンモニア濃度を検出する混成電位回路６２、および電圧検出部６２１が、本発明における第一検出手段に相当する。

一方、アンモニアセンサ６と酸化電流回路６３とが接続される場合は、酸化電流に基づいてアンモニア濃度を検出する酸化電流式の検出態様によって、排気のアンモニア濃度が検出される。なお、酸化電流とは、アンモニアセンサ６と酸化電流回路６３とが接続されており且つ電圧が印加されたときに、排気側電極１２において排気中のアンモニアが酸化されることでセンサ素子１０に流れる電流である。詳しくは、排気側電極１２と大気側電極１３との間に電圧が印加されると、大気側電極１３において酸素が還元されて酸素イオンとなり、該酸素イオンが固体電解質１１を移動する。そして、排気側電極１２が曝されている排気中にアンモニアが存在すると、排気側電極１２において下記式１に示す反応が
生じる。
２ＮＨ_３＋３Ｏ^２−→Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ＋６ｅ⁻ ・・・式１

このように、排気側電極１２と大気側電極１３との間に電圧が印加され、上記の一連の作用が生じると、センサ素子１０に電流が流れる。そして、このときの電流値が、排気に含まれるアンモニア濃度に応じた値となる。このような酸化電流は、酸化電流回路６３に設けられた電流検出部６３１によって検出される。酸化電流を検出した電流検出部６３１は、該酸化電流に相関する電気信号を出力する。そして、この出力信号がＥＣＵ２０に入力される。そうすると、ＥＣＵ２０は、電流検出部６３１の出力信号に基づいて排気のアンモニア濃度を算出することができる。なお、このように酸化電流に基づいてアンモニア濃度を検出する酸化電流回路６３、および電流検出部６３１が、本発明における第二検出手段に相当する。

ここで、混成電位式の検出態様では、排気のアンモニア濃度が比較的低いときに該排気のアンモニア濃度を高精度で検出できる一方で、排気のアンモニア濃度が比較的高いときには、アンモニア濃度の検出精度が低下するという傾向がある。これについて、図４Ａに基づいて以下に説明する。

図４Ａは、本実施形態に係るアンモニア濃度検出装置において排気のアンモニア濃度にかかわらず混成電位式の検出態様でアンモニア濃度を検出した場合のセンサ出力に基づくアンモニア濃度と、このときの排気を分析計で定量分析することで得られた分析されたアンモニア濃度と、の相関を表す図である。なお、図４Ａの横軸によって表される分析されたアンモニア濃度は、その値が確からしいものとする。

図４Ａに示すように、分析されたアンモニア濃度がＣ１、Ｃ２、およびＣ３の場合には、センサ出力に基づくアンモニア濃度が、分析されたアンモニア濃度と略等しくなっている。これに対して、分析されたアンモニア濃度がＣ４、およびＣ５の場合には、センサ出力に基づくアンモニア濃度が、分析されたアンモニア濃度よりも低くなっている。このように、混成電位式の検出態様では、アンモニア濃度が或る濃度よりも高くなると、アンモニア濃度の変化に対する出力の変化が緩慢になる傾向がある。その結果、混成電位式の検出態様では、アンモニア濃度が或る濃度よりも高くなると、アンモニア濃度の検出精度が低下してしまう。

一方で、酸化電流式の検出態様では、排気のアンモニア濃度にかかわらず、アンモニアの検出精度が一定に保たれる傾向にある。しかしながら、排気側電極１２および大気側電極１３への通電が長時間に亘って行われると、これら電極が劣化してしまう虞がある。

そこで、本実施形態に係るアンモニア濃度検出装置では、ＥＣＵ２０が、排気のアンモニア濃度が所定の濃度閾値以下になると想定されるときには、混成電位式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出されるように回路切換部６１を制御し、排気のアンモニア濃度が所定の濃度閾値よりも高くなると想定されるときには、酸化電流式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出されるように回路切換部６１を制御する。ここで、所定の濃度閾値は、排気のアンモニア濃度が該濃度閾値以下のときには、混成電位式の検出態様によって該排気のアンモニア濃度を高精度で検出することができ、排気のアンモニア濃度が該濃度閾値よりも高いときには、酸化電流式の検出態様によって混成電位式の検出態様よりも高い精度で該排気のアンモニア濃度を検出可能な閾値として定義され、その値は、例えば２００ｐｐｍである。なお、ＥＣＵ２０が上記のように回路切換部６１を制御することによって、本発明に係る制御手段として機能する。

図４Ｂは、排気のアンモニア濃度の検出について、ＥＣＵ２０が、混成電位式の検出態
様による検出と、酸化電流式の検出態様による検出と、の切換えを制御した場合のセンサ出力に基づくアンモニア濃度と、このときの排気を分析計で定量分析することで得られた分析されたアンモニア濃度と、の相関を表す図である。なお、図４Ｂにおいては上記の濃度閾値がＣ３によって表され、ＥＣＵ２０は、排気のアンモニア濃度がＣ３以下になると想定されるときには、混成電位式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出されるように回路切換部６１を制御し、排気のアンモニア濃度がＣ３よりも高くなると想定されるときには、酸化電流式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出されるように回路切換部６１を制御する。また、上記の図４Ａに示した、分析されたアンモニア濃度がＣ４よりも高いときのセンサ出力に基づくアンモニア濃度と分析されたアンモニア濃度との相関が、図４Ｂにおいて参考のために点線によって表されている。そうすると、図４Ｂに示すように、分析されたアンモニア濃度がＣ４よりも高いときには、酸化電流式の検出態様により排気のアンモニア濃度が検出されることによって、混成電位式の検出態様により排気のアンモニア濃度が検出される場合よりも、排気のアンモニア濃度が高い精度で検出されていることが判る。

ここで、ＥＣＵ２０が実行する制御フローについて、図５Ａから図５Ｃに基づいて説明する。図５Ａから図５Ｃは、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ２０によって、本フローが所定の演算周期で繰り返し実行される。

本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、アンモニアセンサ６が活性しているか否かが判別される。ここで、アンモニアセンサ６が活性している状態とは、センサ素子１０が活性温度以上にされた状態である。Ｓ１０１では、周知の技術に基づいてアンモニアセンサ６が活性しているか否かが判別される。そして、Ｓ１０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２の処理へ進む。一方、Ｓ１０１において否定判定された場合、この場合はアンモニアセンサ６が活性しておらず後述のようにしてアンモニア濃度が検出されてもその検出精度が確保されない場合であって、本フローの実行が終了される。

Ｓ１０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０２において、切換え制御フラグＳｗｆｌｇが取得される。切換え制御フラグＳｗｆｌｇは、回路切換部６１によって、アンモニアセンサ６と混成電位回路６２とが接続されているときに０に設定され、アンモニアセンサ６と酸化電流回路６３とが接続されているときに１に設定されるフラグである。この切換え制御フラグＳｗｆｌｇは、後述する処理（Ｓ１０７、Ｓ１１１、Ｓ１１５、Ｓ１１９）によって、その値が設定される。

次に、Ｓ１０３において、Ｓ１０２で取得した切換え制御フラグＳｗｆｌｇが０となっているか否かが判別される。そして、Ｓ１０３において肯定判定された場合、この場合はアンモニアセンサ６と混成電位回路６２とが接続されている場合であって、ＥＣＵ２０はＳ１０４の処理へ進む。一方、Ｓ１０３において否定判定された場合、この場合はアンモニアセンサ６と酸化電流回路６３とが接続されている場合であって、ＥＣＵ２０はＳ１１２の処理へ進む。

Ｓ１０３において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０４において、混成電位Ｖｍｐが取得される。上述したように、アンモニアセンサ６においては、排気側電極１２の表面における電気化学反応に基づき、排気のアンモニア濃度に応じた起電力が発生する。Ｓ１０４では、この起電力が混成電位回路６２に設けられた電圧検出部６２１によって検出されることで、混成電位Ｖｍｐが取得される。

次に、Ｓ１０５において、Ｓ１０４で取得した混成電位Ｖｍｐが電位閾値Ｖｍｐｔｈ以下となっているか否かが判別される。ここで、電位閾値Ｖｍｐｔｈは、上述した濃度閾値
と相関を有する値であって、排気のアンモニア濃度が該濃度閾値であるときの混成電位の値として定義される。したがって、混成電位がこの電位閾値Ｖｍｐｔｈ以下のときには、排気のアンモニア濃度が濃度閾値以下になると想定され、混成電位式の検出態様によって排気のアンモニア濃度を高精度で検出することが可能となる。そして、Ｓ１０５において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０６の処理へ進み、Ｓ１０５において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０８の処理へ進む。

Ｓ１０５において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０６において、Ｓ１０４で取得した混成電位Ｖｍｐに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される。Ｓ１０６では、Ｓ１０４で取得した混成電位Ｖｍｐと、ＥＣＵ２０のＲＯＭにマップまたは関数として予め記憶された混成電位とアンモニア濃度との相関と、に基づいて排気のアンモニア濃度が算出される。そして、Ｓ１０７において、切換え制御フラグＳｗｆｌｇが０に設定される。そして、Ｓ１０７の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、Ｓ１０５において否定判定された場合、次に、Ｓ１０８において、アンモニアセンサ６の接続先が、混成電位回路６２から酸化電流回路６３へ切換えられる。Ｓ１０８では、ＥＣＵ２０が回路切換部６１を制御することで、上記切換えが実行される。

次に、Ｓ１０９において、酸化電流Ｉｏｃが取得される。Ｓ１０９では、電圧が印加されたときに排気側電極１２において排気中のアンモニアが酸化されることでセンサ素子１０に流れる電流の値が、酸化電流回路６３に設けられた電流検出部６３１によって検出されることで、酸化電流Ｉｏｃが取得される。

次に、Ｓ１１０において、Ｓ１０９で取得した酸化電流Ｉｏｃに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される。Ｓ１１０では、Ｓ１０９で取得した酸化電流Ｉｏｃと、ＥＣＵ２０のＲＯＭにマップまたは関数として予め記憶された酸化電流とアンモニア濃度との相関と、に基づいて排気のアンモニア濃度が算出される。そして、Ｓ１１１において、切換え制御フラグＳｗｆｌｇが１に設定される。そして、Ｓ１１１の処理の後、本フローの実行が終了される。

このように、混成電位Ｖｍｐが電位閾値Ｖｍｐｔｈ以下である場合、すなわち排気のアンモニア濃度が所定の濃度閾値以下になると想定される場合には、混成電位Ｖｍｐに基づいて排気のアンモニア濃度が検出され、混成電位Ｖｍｐが電位閾値Ｖｍｐｔｈよりも高い場合、すなわち排気のアンモニア濃度が所定の濃度閾値よりも高くなると想定される場合には、酸化電流Ｉｏｃに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される。これにより、排気のアンモニア濃度が所定の濃度閾値以下になると想定される場合には、混成電位式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が高精度で検出され、排気のアンモニア濃度が所定の濃度閾値よりも高くなると想定される場合には、酸化電流式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が高精度で検出される。

一方、Ｓ１０３において否定判定された場合、次に、Ｓ１１２において、酸化電流Ｉｏｃが取得される。この場合はアンモニアセンサ６と酸化電流回路６３とが接続されている場合であって、Ｓ１１２では、上記のＳ１０９の処理の説明で述べたのと同様にして酸化電流Ｉｏｃが取得される。

次に、Ｓ１１３において、Ｓ１１２で取得した酸化電流Ｉｏｃが電流閾値Ｉｏｃｔｈよりも大きくなっているか否かが判別される。ここで、電流閾値Ｉｏｃｔｈは、上述した濃度閾値と相関を有する値であって、排気のアンモニア濃度が該濃度閾値であるときの酸化電流の値として定義される。したがって、酸化電流がこの電流閾値Ｉｏｃｔｈ以下のときには、排気のアンモニア濃度が濃度閾値以下になると想定され、混成電位式の検出態様に
よって排気のアンモニア濃度を高精度で検出することが可能となる。そして、Ｓ１１３において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１１４の処理へ進み、Ｓ１１３において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１１６の処理へ進む。

Ｓ１１３において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１４において、Ｓ１１２で取得した酸化電流Ｉｏｃに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される。Ｓ１１４の処理は、上記のＳ１１０の処理と実質的に同一である。そして、Ｓ１１５において、切換え制御フラグＳｗｆｌｇが１に設定される。そして、Ｓ１１５の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、Ｓ１１３において否定判定された場合、次に、Ｓ１１６において、アンモニアセンサ６の接続先が、酸化電流回路６３から混成電位回路６２へ切換えられる。Ｓ１１６では、ＥＣＵ２０が回路切換部６１を制御することで、上記切換えが実行される。

次に、Ｓ１１７において、混成電位Ｖｍｐが取得される。Ｓ１１７では、上記のＳ１０４の処理の説明で述べたのと同様にして混成電位Ｖｍｐが取得される。

次に、Ｓ１１８において、Ｓ１１７で取得した混成電位Ｖｍｐに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される。Ｓ１１８の処理は、上記のＳ１０６の処理と実質的に同一である。そして、Ｓ１１９において、切換え制御フラグＳｗｆｌｇが０に設定される。そして、Ｓ１１９の処理の後、本フローの実行が終了される。

このように、酸化電流Ｉｏｃが電流閾値Ｉｏｃｔｈ以下である場合、すなわち排気のアンモニア濃度が所定の濃度閾値以下になると想定される場合には、混成電位Ｖｍｐに基づいて排気のアンモニア濃度が検出され、酸化電流Ｉｏｃが電流閾値Ｉｏｃｔｈよりも大きい場合、すなわち排気のアンモニア濃度が所定の濃度閾値よりも高くなると想定される場合には、酸化電流Ｉｏｃに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される。

なお、ＥＣＵ２０がＳ１０５またはＳ１１３の処理を実行することによって、本発明に係る判定手段として機能する。そして、例えばＳ１０５において、混成電位Ｖｍｐが電位閾値Ｖｍｐｔｈよりも高くなっていると判定される場合には、排気のアンモニア濃度が所定の濃度閾値よりも高くなると想定される所定の条件が成立していると判定されていることになる。一方、混成電位Ｖｍｐが電位閾値Ｖｍｐｔｈ以下となっていると判定される場合には、本発明に係る上記所定の条件が成立していないと判定されていることになる。

ＥＣＵ２０が、以上に説明したような制御を実行することにより、電極の劣化を抑制しつつ、排気のアンモニア濃度をより高精度で検出することができる。

（第一の実施形態の変形例）
次に、上述した第一の実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成については、その詳細な説明を省略する。

第一の実施形態では、ＥＣＵ２０が、回路切換部６１を用いて、アンモニアセンサ６と、混成電位回路６２または酸化電流回路６３と、の接続の切換えを制御することによって、アンモニア濃度検出態様の切換え制御が実行される。これに対して、本変形例では、ＳＣＲ触媒５２よりも下流の排気通路５に２つのアンモニアセンサが配置される。そして、ＳＣＲ触媒５２から流出する排気のアンモニア濃度に応じて、各アンモニアセンサが出力を行う。ここで、アンモニア濃度検出装置による排気のアンモニア濃度の検出値としては、これらセンサの出力に基づいて算出されるアンモニア濃度のうちのいずれかのみが採用される。そこで、ＥＣＵ２０は、アンモニア濃度検出装置による排気のアンモニア濃度の
検出値の算出に用いられるセンサ出力が、想定される排気のアンモニア濃度に応じて切換えられるように制御する。

図６は、本変形例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。ここで、排気通路５には、排気の流れに従って順に、燃料添加弁５３、酸化触媒５１、温度センサ５５、尿素水添加弁５４、ＳＣＲ触媒５２、およびアンモニアセンサ６ａ，６ｂが設けられている。そして、アンモニアセンサ６ａは、電圧検出部６２１と電気的に接続されている。また、アンモニアセンサ６ｂは、電流検出部６３１と電気的に接続されている。なお、これらアンモニアセンサ６ａ，６ｂの構造は、第一の実施形態で述べたアンモニアセンサ６の構造と同一である。

そして、本変形例に係るアンモニア濃度検出装置は、アンモニアセンサ６ａ，６ｂ、ＥＣＵ２０、電圧検出部６２１、および電流検出部６３１を含んで構成される。

本変形例では、アンモニアセンサ６ａおよび電圧検出部６２１を用いて、混成電位式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出される。また、アンモニアセンサ６ｂおよび電流検出部６３１を用いて、酸化電流式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出される。なお、電圧検出部６２１が本発明における第一検出手段に相当し、電流検出部６３１が本発明における第二検出手段に相当する。

ここで、ＥＣＵ２０が実行する制御フローについて、図７に基づいて説明する。図７は、本変形例に係る制御フローを示す第一のフローチャートである。本変形例では、ＥＣＵ２０によって、本フローが所定の演算周期で繰り返し実行される。

本フローでは、先ず、Ｓ２０１において、アンモニアセンサ６ａ，６ｂが活性しているか否かが判別される。Ｓ２０１の処理は、上記の図５Ａに示したＳ１０１の処理と実質的に同一である。そして、Ｓ２０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０２の処理へ進み、Ｓ２０１において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。

Ｓ２０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０２において、混成電位Ｖｍｐおよび酸化電流Ｉｏｃが取得される。アンモニアセンサ６ａにおける排気側電極１２の表面における電気化学反応に基づき、排気のアンモニア濃度に応じて生じる起電力が、電圧検出部６２１によって検出されることで、混成電位Ｖｍｐが取得される。また、電圧が印加されたときに、排気側電極１２において排気中のアンモニアが酸化されることでセンサ素子１０に流れる電流の値が、電流検出部６３１によって検出されることで、酸化電流Ｉｏｃが取得される。

次に、Ｓ２０３において、Ｓ２０２で取得した混成電位Ｖｍｐが電位閾値Ｖｍｐｔｈ以下となっているか否かが判別される。つまり、想定される排気のアンモニア濃度が濃度閾値以下となっているか否かが判別される。なお、電位閾値Ｖｍｐｔｈは、第一の実施形態の説明で述べたとおりである。そして、Ｓ２０３において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０４の処理へ進み、Ｓ２０３において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０５の処理へ進む。

Ｓ２０３において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０４において、Ｓ２０２で取得した混成電位Ｖｍｐに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される。つまり、ここでは、アンモニアセンサ６ａの出力（混成電位）に基づいて算出されるアンモニア濃度が、アンモニア濃度検出装置による排気のアンモニア濃度の検出値として採用されることになる。なお、Ｓ２０４の処理は、上記の図５Ａに示したＳ１０６の処理と実質的に同一である。そして、Ｓ２０４の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、Ｓ２０３において否定判定された場合、次に、Ｓ２０５において、Ｓ２０２で取得した酸化電流Ｉｏｃに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される。つまり、ここでは、アンモニアセンサ６ｂの出力（酸化電流）に基づいて算出されるアンモニア濃度が、アンモニア濃度検出装置による排気のアンモニア濃度の検出値として採用されることになる。なお、Ｓ２０５の処理は、上記の図５Ａに示したＳ１１０の処理と実質的に同一である。そして、Ｓ２０５の処理の後、本フローの実行が終了される。

このように、本変形例では、ＥＣＵ２０が、排気のアンモニア濃度の検出について、アンモニアセンサ６ａおよび電圧検出部６２１を用いた検出と、アンモニアセンサ６ｂおよび電流検出部６３１を用いた検出と、の切換えを混成電位Ｖｍｐ（想定される排気のアンモニア濃度）に応じて制御する。なお、ＥＣＵ２０は、このような切換えを酸化電流Ｉｏｃに応じて制御してもよい。これについて、図８に基づいて以下に説明する。

図８は、本変形例に係る制御フローを示す第二のフローチャートである。本変形例では、ＥＣＵ２０によって、本フローが所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、図８に示す各処理において、上記の図７に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図８に示すフローでは、Ｓ２０２の処理の後に、Ｓ３０３において、Ｓ２０２で取得した酸化電流Ｉｏｃが電流閾値Ｉｏｃｔｈよりも大きくなっているか否かが判別される。つまり、想定される排気のアンモニア濃度が濃度閾値よりも高くなっているか否かが判別される。なお、電流閾値Ｉｏｃｔｈは、第一の実施形態の説明で述べたとおりである。そして、Ｓ３０３において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０４の処理へ進み、Ｓ３０３において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０５の処理へ進む。

ＥＣＵ２０が、以上に説明したような制御を実行することによっても、排気のアンモニア濃度をより高精度で検出することができる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成については、その詳細な説明を省略する。

第一の実施形態では、想定される排気のアンモニア濃度区分に基づいて、アンモニア濃度検出態様の切換え制御が実行される。これに対して、本実施形態では、排気のアンモニア濃度区分に加えて排気の流速に基づいて、アンモニア濃度検出態様の切換え制御が実行される。

ここで、混成電位式のアンモニア濃度検出態様においては、排気側電極１２に対する排気のガス当たりが混成電位に影響し易く、排気の流速が或る流速よりも高いときに、アンモニア濃度の検出精度が低下することが判った。これについて、図９Ａに基づいて以下に説明する。

図９Ａは、本実施形態に係るアンモニア濃度検出装置において排気の流速にかかわらず混成電位式の検出態様でアンモニア濃度を検出した場合のセンサ出力に基づくアンモニア濃度と、このときにセンサ近傍を流通する排気の流速と、の相関を表す図である。なお、図９Ａにおいては、定量分析されたアンモニア濃度Ｃ２の排気がセンサに流入しているものとする。

図９Ａに示すように、排気の流速がＶ１、Ｖ２、およびＶ３の場合には、センサ出力に
基づくアンモニア濃度がＣ２と略等しくなっている。これに対して、排気の流速がＶ４、およびＶ５の場合には、センサ出力に基づくアンモニア濃度がＣ２よりも高くなっている。このように、混成電位式の検出態様では、排気の流速が或る流速よりも高くなると、アンモニア濃度の検出精度が低下してしまう。詳しくは、排気の流速が或る流速よりも高い場合、混成電位式のアンモニア濃度検出態様では、排気の流速が高くなるほどアンモニア濃度の検出精度が低下する傾向にある。

そこで、本実施形態に係るアンモニア濃度検出装置では、ＥＣＵ２０が、排気の流速が所定の流速閾値よりも高い場合、排気の流速が高くなるほど濃度閾値が低くなるように濃度閾値を変更して、排気のアンモニア濃度が該濃度閾値よりも高くなると想定される所定の条件が成立しているか否かを判定する。ここで、所定の流速閾値は、排気の流速が該流速閾値以下のときには、混成電位式の検出態様によって排気のアンモニア濃度を高精度で検出し得る閾値として定義され、その値は、例えば４０ｍ／ｓｅｃである。

図９Ｂは、本実施形態に係るアンモニア濃度検出装置において、排気の流速に基づいて、混成電位式の検出態様によるアンモニア濃度の検出と、酸化電流式の検出態様によるアンモニア濃度の検出と、が切換えられた場合のセンサ出力に基づくアンモニア濃度と、このときにセンサ近傍を流通する排気の流速と、の相関を表す図である。なお、図９Ｂにおいても、定量分析されたアンモニア濃度Ｃ２の排気がセンサに流入しているものとする。そして、図４Ｂにおいて、排気の流速がＶ３以下のときには、混成電位式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出され、排気の流速がＶ３よりも高いときには、酸化電流式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出されている。そうすると、図９Ｂに示すように、排気のアンモニア濃度が高精度で検出されていることが判る。

ここで、ＥＣＵ２０が実行する制御フローについて、図１０に基づいて説明する。図１０は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ２０によって、本フローが所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、図１０に示す各処理において、上記の図５Ａから図５Ｃに示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１０に示すフローでは、Ｓ１０３において肯定判定された場合、次に、Ｓ４０１において、混成電位Ｖｍｐおよび排気流速Ｖｅｌが取得される。混成電位Ｖｍｐは、上記の図５Ａに示したＳ１０４の処理の説明で述べたのと同様にして取得される。また、排気流速Ｖｅｌは、アンモニアセンサ６が配置されている排気通路５を流通する排気の流速であって、排気流量（上述したように、エアフローメータ４０の出力値に基づいて推定される。）に基づいて取得される。

次に、Ｓ４０２において、Ｓ４０１で取得した排気流速Ｖｅｌが流速閾値Ｖｅｌｔｈ以下となっているか否かが判別される。ここで、流速閾値Ｖｅｌｔｈは、上述した所定の流速閾値である。そして、Ｓ４０２において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ４０３の処理へ進み、Ｓ４０２において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ４０４の処理へ進む。

Ｓ４０２において肯定判定された場合、次に、Ｓ４０３において、電位閾値Ｖｍｐｔｈが電位閾値の基準値Ｖｍｐｔｈ０にされる。ここで、電位閾値Ｖｍｐｔｈは、上記の所定の条件が成立しているか否かを判定するための判定閾値である。そして、基準値Ｖｍｐｔｈ０は、濃度閾値と相関を有する値であって、排気のアンモニア濃度が、実験等によって予め定められた濃度閾値であるときの混成電位の値である。この基準値Ｖｍｐｔｈ０は、ＥＣＵ２０のＲＯＭに予め記憶されている。そして、Ｓ４０３の処理の後、次に、Ｓ１０５において、Ｓ４０１で取得した混成電位ＶｍｐがＳ４０３で定めた電位閾値Ｖｍｐｔｈ
以下となっているか否かが判別される。つまり、排気流速Ｖｅｌが流速閾値Ｖｅｌｔｈ以下の場合、予め定められた濃度閾値に基づいて、所定の条件が成立しているか否かが判定されることになる。

一方、Ｓ４０２において否定判定された場合、次に、Ｓ４０４において、電位閾値Ｖｍｐｔｈが、電位閾値の基準値Ｖｍｐｔｈ０とＳ４０１で取得した排気流速Ｖｅｌとに基づいて算出される。Ｓ４０４では、電位閾値Ｖｍｐｔｈが基準値Ｖｍｐｔｈ０よりも低くなるように算出され、排気流速Ｖｅｌが高くなるほど基準値Ｖｍｐｔｈ０からより低くなるように、電位閾値Ｖｍｐｔｈが算出される。そして、Ｓ４０４の処理の後、次に、Ｓ１０５において、Ｓ４０１で取得した混成電位ＶｍｐがＳ４０４で算出した電位閾値Ｖｍｐｔｈ以下となっているか否かが判別される。つまり、排気流速Ｖｅｌが流速閾値Ｖｅｌｔｈよりも高い場合、排気流速Ｖｅｌが高くなるほど濃度閾値が低くなるように該濃度閾値が変更されて、所定の条件が成立しているか否かが判定されることになる。

また、図１０に示すフローでは、Ｓ１０３において否定判定された場合、次に、Ｓ４０５において、酸化電流Ｉｏｃおよび排気流速Ｖｅｌが取得される。酸化電流Ｉｏｃは、上記の図５Ｂに示したＳ１０９の処理の説明で述べたのと同様にして取得される。また、排気流速Ｖｅｌは、Ｓ４０１の処理の説明で述べたのと同様にして取得される。

次に、Ｓ４０６において、Ｓ４０５で取得した排気流速Ｖｅｌが流速閾値Ｖｅｌｔｈ以下となっているか否かが判別される。Ｓ４０６の処理は、Ｓ４０２の処理と実質的に同一である。そして、Ｓ４０６において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ４０７の処理へ進み、Ｓ４０６において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ４０８の処理へ進む。

Ｓ４０６において肯定判定された場合、次に、Ｓ４０７において、電流閾値Ｉｏｃｔｈが電流閾値の基準値Ｉｏｃｔｈ０にされる。ここで、電流閾値Ｉｏｃｔｈは、上記の所定の条件が成立しているか否かを判定するための判定閾値である。そして、基準値Ｉｏｃｔｈ０は、濃度閾値と相関を有する値であって、排気のアンモニア濃度が、実験等によって予め定められた濃度閾値であるときの酸化電流の値である。この基準値Ｉｏｃｔｈ０は、ＥＣＵ２０のＲＯＭに予め記憶されている。そして、Ｓ４０７の処理の後、次に、Ｓ１１３において、Ｓ４０５で取得した酸化電流ＩｏｃがＳ４０７で定めた電流閾値Ｉｏｃｔｈよりも大きくなっているか否かが判別される。

一方、Ｓ４０６において否定判定された場合、次に、Ｓ４０８において、電流閾値Ｉｏｃｔｈが、電流閾値の基準値Ｉｏｃｔｈ０とＳ４０５で取得した排気流速Ｖｅｌとに基づいて算出される。Ｓ４０８では、電流閾値Ｉｏｃｔｈが基準値Ｉｏｃｔｈ０よりも小さくなるように算出され、排気流速Ｖｅｌが高くなるほど基準値Ｉｏｃｔｈ０からより小さくなるように、電流閾値Ｉｏｃｔｈが算出される。そして、Ｓ４０８の処理の後、次に、Ｓ１１３において、Ｓ４０５で取得した酸化電流ＩｏｃがＳ４０８で定めた電流閾値Ｉｏｃｔｈよりも大きくなっているか否かが判別される。

ＥＣＵ２０が、以上に説明したような制御を実行することにより、電極の劣化を抑制しつつ、排気のアンモニア濃度をより高精度で検出することができる。

（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成については、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、尿素水添加弁５４からの尿素水の添加量に基づいて、ＳＣＲ触媒５２から流出する排気のアンモニア濃度が推定される。そして、推定されたアンモニア濃度が
所定の濃度閾値よりも高いか否かが判定される。

ここで、ＥＣＵ２０が実行する制御フローについて、図１１に基づいて説明する。図１１は、本実施形態に係る制御フローを示す第一のフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ２０によって、本フローが所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、図１１に示す各処理において、上記の図５Ａから図５Ｃに示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１１に示すフローでは、Ｓ１０２の処理の後に、Ｓ５０１において、ＳＣＲ触媒５２から流出する排気のアンモニア濃度の現在値Ｃａｎｏｗが推定される。ここで、現在値Ｃａｎｏｗは、尿素水添加弁５４からの尿素水の添加量と相関を有する。また、現在値Ｃａｎｏｗは、尿素水添加弁５４からの尿素水の添加量に加えて、ＳＣＲ触媒５２におけるアンモニアの吸着量やＳＣＲ触媒５２の温度と相関を有する。そのため、Ｓ５０１では、これらパラメータに基づいて、現在値Ｃａｎｏｗが推定される。

次に、Ｓ５０２において、Ｓ５０１で推定した現在値Ｃａｎｏｗが濃度閾値Ｃａｔｈ以下となっているか否かが判別される。ここで、濃度閾値Ｃａｔｈは、第一の実施形態の説明で述べた所定の濃度閾値である。そして、Ｓ５０２において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３の処理へ進み、Ｓ５０２において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ５０３の処理へ進む。

そして、Ｓ５０２において肯定判定された場合には、混成電位Ｖｍｐが取得され（Ｓ１０４）、取得した混成電位Ｖｍｐに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される（Ｓ１０６）。したがって、Ｓ５０２において肯定判定された場合に、アンモニアセンサ６が酸化電流回路６３に接続されているときには（Ｓ１０３において否定判定される場合には）、アンモニアセンサ６の接続先が、酸化電流回路６３から混成電位回路６２へ切換えられる（Ｓ１１６）。

一方、Ｓ５０２において否定判定された場合には、次に、Ｓ５０３において、Ｓ１０２で取得した切換え制御フラグＳｗｆｌｇが１となっているか否かが判別される。そして、Ｓ５０３において肯定判定された場合、この場合はアンモニアセンサ６と、酸化電流回路６３とが接続されている場合であって、ＥＣＵ２０はＳ１１２の処理へ進む。一方、Ｓ５０３において否定判定された場合、この場合はアンモニアセンサ６と混成電位回路６２とが接続されている場合であって、ＥＣＵ２０はＳ１０８の処理へ進む。そして、Ｓ１０８において、アンモニアセンサ６の接続先が、混成電位回路６２から酸化電流回路６３へ切換えられる。その後に、酸化電流Ｉｏｃが取得され（Ｓ１１２）、取得した酸化電流Ｉｏｃに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される（Ｓ１１４）。

これによれば、現在値Ｃａｎｏｗが濃度閾値Ｃａｔｈ以下であるときには、混成電位式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出され、現在値Ｃａｎｏｗが濃度閾値Ｃａｔｈよりも高いときには、酸化電流式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出されることになる。

更に、本実施形態では、ＥＣＵ２０は、排気のアンモニア濃度が濃度閾値Ｃａｔｈよりも高くなることが前もって予測される場合には、実際の排気のアンモニア濃度が濃度閾値Ｃａｔｈよりも高くなる前に、混成電位式の検出態様による検出と、酸化電流式の検出態様による検出と、の切換えを制御することができる。これについて、図１２に基づいて説明する。

図１２は、本実施形態に係る制御フローを示す第二のフローチャートである。本実施形
態では、ＥＣＵ２０によって、本フローが所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、図１２に示す各処理において、上記の図１１に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１２に示すフローでは、Ｓ１０２の処理の後に、Ｓ６０１において、ＳＣＲ触媒５２から流出する排気のアンモニア濃度の将来値Ｃａｎｅｘｔが推定される。Ｓ６０１では、内燃機関１が搭載された車両の走行負荷に基づいて、今後内燃機関１から排出されると予測されるＮＯｘの量が推定される。このように排出ＮＯｘ量が推定されると、尿素水添加弁５４からの尿素水の添加量が定められる。Ｓ６０１では、このようにして定められた尿素水の添加量および上述したパラメータに基づいて、将来値Ｃａｎｅｘｔが推定される。

次に、Ｓ６０２において、Ｓ６０１で推定した将来値Ｃａｎｅｘｔが濃度閾値Ｃａｔｈ以下となっているか否かが判別される。そして、Ｓ６０２において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３の処理へ進む。一方、Ｓ６０２において否定判定された場合、この場合は今後排気のアンモニア濃度が濃度閾値Ｃａｔｈよりも高くなると予測される場合であって、ＥＣＵ２０はＳ５０３の処理へ進む。

そして、Ｓ６０２において否定判定された場合には、酸化電流Ｉｏｃが取得され（Ｓ１１２）、取得した酸化電流Ｉｏｃに基づいて排気のアンモニア濃度が検出される（Ｓ１１４）。このように、排気のアンモニア濃度が濃度閾値Ｃａｔｈよりも高くなると予測される場合には、実際の排気のアンモニア濃度が濃度閾値Ｃａｔｈよりも高くなる前に、酸化電流式の検出態様によって排気のアンモニア濃度が検出され得る。これによれば、電極の劣化を抑制しつつ、排気のアンモニア濃度をより高精度で検出することができる。

１・・・・内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・吸気通路
５・・・・排気通路
６・・・・アンモニアセンサ
１０・・・センサ素子
１１・・・固体電解質
１２・・・排気側電極
１３・・・大気側電極
２０・・・ＥＣＵ
５２・・・ＳＣＲ触媒
５４・・・尿素水添加弁
６１・・・回路切換部
６２・・・混成電位回路
６３・・・酸化電流回路
６２１・・電圧検出部
６３１・・電流検出部

Claims (3)

1. 固体電解質体の一方の面に被測定ガス側電極が設けられ、該固体電解質体の他方の面に基準ガス側電極が設けられることで形成されたセンサ素子を有するアンモニアセンサと、
   前記アンモニアセンサの前記被測定ガス側電極と前記基準ガス側電極との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
   を備えるアンモニア濃度検出装置であって、
   前記アンモニアセンサにおける前記被測定ガス側電極近傍のアンモニア濃度に応じて生じる起電力に基づいて、被測定ガスのアンモニア濃度を検出する第一検出手段と、
   前記電圧印加手段によって電圧が印加されたときに前記アンモニアセンサに流れる電流値に基づいて、被測定ガスのアンモニア濃度を検出する第二検出手段と、
   被測定ガスのアンモニア濃度が所定の濃度閾値よりも高くなると想定される所定の条件が成立しているか否かを判定する判定手段と、
   被測定ガスのアンモニア濃度の検出について、前記第一検出手段による検出と、前記第二検出手段による検出と、の切換えを制御する制御手段であって、前記判定手段によって前記所定の条件が成立していないと判定される場合には、前記第一検出手段によって被測定ガスのアンモニア濃度が検出されるように前記切換えを制御し、前記判定手段によって前記所定の条件が成立していると判定される場合には、前記第二検出手段によって被測定ガスのアンモニア濃度が検出されるように前記切換えを制御する制御手段と、
   を備えるアンモニア濃度検出装置。
2. 前記判定手段は、被測定ガスの流速が所定の流速閾値よりも高い場合、被測定ガスの流速が高くなるほど前記濃度閾値が低くなるように前記濃度閾値を変更して、前記所定の条件が成立しているか否かを判定する、
   請求項１に記載のアンモニア濃度検出装置。
3. 前記アンモニア濃度検出装置は、内燃機関を備えた車両に適用され、
   前記内燃機関は、該内燃機関の排気通路内にアンモニア又はアンモニアの前駆体を還元剤として添加する添加弁と、前記添加弁よりも下流側の前記排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、を備え、
   前記アンモニアセンサは、前記添加弁よりも下流側の前記排気通路に配置され、
   前記判定手段は、前記添加弁からの還元剤の添加量に基づいて、前記所定の条件が成立しているか否かを判定する、
   請求項１又は２に記載のアンモニア濃度検出装置。

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