JP5477381B2 - 硫黄成分検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、硫黄成分検出装置に関する。

排気ガス中のＳＯ_X濃度を検出するためのＳＯ_X濃度センサが公知である。一般的なＳＯ_X濃度センサは、固体電解質においてＳＯ_Xが硫酸イオンに変化することにより生じる起電力を測定し、排気ガス中のＳＯ_X濃度を検出するようにしている。しかしながら、このような瞬時のＳＯ_X濃度を検出するＳＯ_X濃度センサでは、排気ガス中のＳＯ_X濃度が低いと、正確なＳＯ_X濃度を検出することが難しくなる。

このような瞬時の排気ガス中のＳＯ_X濃度を検出することはできないが、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯ_Xの積算量を検出することができる硫黄成分検出装置が提案されている（特許文献１参照）。

この硫黄成分検出装置は、排気ガス中に含まれるＳＯ_Xを保持するＳＯ_X保持材を有し、ＳＯ_X保持材に保持されたＳＯ_X量の増大に伴って変化するＳＯ_X保持材の電気抵抗、体積、又は、熱容量等の特性を計測し、計測された特性から一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯ_Xの積算量を検出するようにしている。

特開２００８−１７５６２３

電気抵抗、体積、又は、熱容量等の特性変化を正確に計測することは困難であり、前述の硫黄成分検出装置では、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯ_Xの積算量を正確に検出することができないことがある。

従って、本発明の目的は、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯ_Xの積算量又はこの積算量に基づく値を比較的正確に検出することができる硫黄成分検出装置を提供することである。

本発明による請求項１に記載の硫黄成分検出装置は、排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯ_X及びＮＯ_Xを保持する保持部と、前記保持部の温度を検出する温度センサと、前記保持部におけるＳＯ_X保持量を推定する電子制御装置とを備える。前記保持部は、アルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類のうち少なくとも一つの成分および貴金属触媒を含み、前記ＳＯ_X保持量が増加するほどＮＯ_X保持可能量が減少する特性を有する。前記電子制御装置は、前記保持部近傍の排気ガスの空燃比をリッチにした時の前記保持部の温度上昇値を検出し、前記温度上昇値に基づいて前記保持部に保持されたＮＯ_X保持量を推定し、前記ＳＯ _X が保持されていない時の前記保持部のＮＯ _X 保持可能量から前記ＮＯ _X 保持量を減算して前記ＳＯ_X保持量を推定し、一定期間の間に前記排気ガス通路を通過したＳＯ_Xの積算量又は前記積算量に基づく値を検出し、前記保持部に現在のＮＯ_X保持可能量のＮＯ_Xが保持されていない時には、前記ＳＯ_Xの積算量又は前記積算量に基づく値を検出するための前記ＳＯ_X保持量の推定を禁止することを特徴とする。

本発明による請求項２に記載の硫黄成分検出装置は、請求項１に記載の硫黄成分検出装置において、前記電子制御装置は、前記保持部の温度が設定温度範囲外である時には、前記ＳＯ_Xの積算量又は前記積算量に基づく値を検出するための前記ＳＯ_X保持量の推定を禁止することを特徴とする。

本発明による請求項３に記載の硫黄成分検出装置は、請求項２に記載の硫黄成分検出装置において、前記設定温度範囲内には、前記保持部の現在のＮＯ_X保持可能量を最大にする前記保持部の温度が含まれることを特徴とする。

本発明による請求項４に記載の硫黄成分検出装置は、請求項１に記載の硫黄成分検出装置において、前記電子制御装置は、前記保持部に保持されていた全てのＮＯ_X及びＳＯ_Xを放出させた時には、設定間隔において前記保持部に保持されたＮＯ_X保持量をその全てを放出させて検出することを、前記設定間隔を徐々に長くして繰り返し実施し、検出された前記ＮＯ_X保持量が最大となった時の値を、ＳＯ_Xが保持されていない時の前記保持部の現在のＮＯ_X保持可能量とすることを特徴とする。

本発明による請求項５に記載の硫黄成分検出装置は、請求項１から４のいずれか一項に記載の硫黄成分検出装置において、前記保持部近傍に酸素を供給する酸素ポンプを備えることを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の硫黄成分検出装置によれば、排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯ_X及びＮＯ_Xを保持する保持部と、保持部の温度を検出する温度センサと、保持部におけるＳＯ_X保持量を推定する電子制御装置とを備え、保持部は、アルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類のうち少なくとも一つの成分および貴金属触媒を含み、ＳＯ_X保持量が増加するほどＮＯ_X保持可能量が減少する特性を有するために、電子制御装置は、保持部近傍の排気ガスの空燃比をリッチにした時の保持部の温度上昇値を検出し、温度上昇値に基づいて保持部に保持されたＮＯ_X保持量を推定し、ＳＯ _X が保持されていない時の保持部のＮＯ _X 保持可能量からＮＯ _X 保持量を減算してＳＯ_X保持量を推定することができ、排気ガス通路を通過するＳＯ_X量の一定割合が硫黄成分検出装置の保持部に保持されるために、保持部に保持されているＳＯ_X保持量に基づき、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出することができる。ここで、ＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのＳＯ_X保持量の推定は、保持部に現在のＮＯ_X保持可能量のＮＯ_Xが保持されていることが必要であり、もし、保持部に現在のＮＯ_X保持可能量のＮＯ_Xが保持されていない時にＮＯ_X保持量に基づきＳＯ_X保持量が推定されると、推定されたＳＯ_X保持量は実際より多くなってしまう。それにより、ＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのＳＯ_X保持量の推定は、保持部に現在のＮＯ_X保持可能量のＮＯ_Xが保持されていない時は禁止されるようになっている。

本発明による請求項２に記載の硫黄成分検出装置によれば、請求項１に記載の硫黄成分検出装置において、保持部の現在のＮＯ_X保持可能量は保持部の温度により変化するものであり、保持部の温度が設定温度範囲外となって保持部の温度変化によりＮＯ_X保持可能量が減少（又は増加）した時にＮＯ_X保持量に基づきＳＯ_X保持量が推定されると、推定されたＳＯ_X保持量は実際より多く（又は少なく）なってしまうために、電気制御装置は、保持部の温度が設定温度範囲外である時には、ＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのＳＯ_X保持量の推定を禁止するようになっている。

本発明による請求項３に記載の硫黄成分検出装置によれば、請求項２に記載の硫黄成分検出装置において、設定温度範囲内には、保持部の現在のＮＯ_X保持可能量を最大にする保持部の温度が含まれるようになっている。それにより、ＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのＳＯ_X保持量の推定に際して、保持部のＮＯ_X保持量を比較的多くしてＮＯ_X保持量を測定し易くすることができる。

本発明による請求項４に記載の硫黄成分検出装置によれば、請求項１に記載の硫黄成分検出装置において、電子制御装置は、保持部に保持されていた全てのＮＯ_X及びＳＯ_Xを放出させた時には、設定間隔において保持部に保持されたＮＯ_X保持量をその全てを放出させて検出することを、設定間隔を徐々に長くして繰り返し実施し、検出されたＮＯ_X保持量が最大となった時の値を、ＳＯ_Xが保持されていない時の保持部の現在のＮＯ_X保持可能量とするようになっている。こうして、保持部に保持されていた全てのＮＯ_X及びＳＯ_Xを放出させた時には、保持部を長期間排気ガスに晒すことなく、保持部に殆どＳＯ_Xが保持されないようにして、劣化により変化するＳＯ_Xが保持されていない時の保持部の現在のＮＯ_X保持可能量を確実に更新することができ、ＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのＳＯ_X保持量の推定に際し、保持部のＮＯ_X保持量に基づきＳＯ_X保持量を比較的正確に推定することが可能となる。

本発明による請求項５に記載の硫黄成分検出装置によれば、請求項１から４のいずれか一項に記載の硫黄成分検出装置において、保持部近傍に酸素を供給する酸素ポンプを備える。保持部は排気ガス中のＮＯ_Xを硝酸塩として保持するものであるために、保持部近傍に酸素が供給されると、排気ガス中のＮＯは、供給された酸素によりＮＯ₂に酸化され、次いで、硝酸塩として保持部に保持され易くなる。

本発明による硫黄成分検出装置が配置された機関排気系を示す概略図である。 本発明による硫黄成分検出装置の実施形態を示す概略断面図である。 本発明による硫黄成分検出装置によりＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのフローチャートである。 本発明による硫黄成分検出装置の保持部における温度とＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量の関係を示すグラフである。 本発明による硫黄成分検出装置のＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量を更新するためのフローチャートである。

図１は本発明による硫黄成分検出装置が配置された機関排気系を示す概略図であり、同図において、１は内燃機関の排気ガス通路である。内燃機関は、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関のような希薄燃焼を実施する内燃機関である。このような内燃機関の排気ガス中には、比較的多くのＮＯ_Xが含まれるために、排気ガス通路１には、ＮＯ_Xを浄化するためのＮＯ_X触媒装置２が配置されている。

ＮＯ_X触媒装置２には、ＮＯ_X保持材と白金Ｐｔのような貴金属触媒とが担持されている。ＮＯ_X保持材は、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つである。

ＮＯ_X触媒装置２は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯ_Xを良好に保持し、すなわち、硝酸塩として良好に吸収したり、ＮＯ₂として良好に吸着したりする。しかしながら、無制限にＮＯ_Xを保持することはできず、ＮＯ_X保持量がＮＯ_X保持可能量に達してさらにＮＯ_Xを保持することができなくなる前に、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とし、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させる。それにより、保持ＮＯ_Xは離脱され、すなわち、吸収ＮＯ_Xは放出され、また、吸着ＮＯ₂は脱離され、これら離脱ＮＯ_Xは排気ガス中の還元物質によりＮ₂へ還元浄化される。

このようなＮＯ_X触媒装置２が排気ガス中のＳＯ_Xを硫酸塩として吸蔵してしまうと、硫酸塩は硝酸塩に比較して安定な物質であるために再生処理では放出させることができず、ＮＯ_X吸蔵可能量が低下してしまう（Ｓ被毒）。それにより、排気ガス通路１のＮＯ_X触媒装置２の上流側には、排気ガス中のＳＯ_Xを吸蔵するＳトラップ装置３が配置され、ＮＯ_X触媒装置２のＳ被毒を抑制している。

本発明による硫黄成分検出装置４は、例えば、Ｓトラップ装置３とＮＯ_X触媒装置２との間に配置されて、Ｓトラップ装置３をすり抜けるＳＯ_Xの積算量を検出し、この積算量が設定値に達した時にはＳトラップ装置３の交換時期と判断することができる。

図２は、本発明による硫黄成分検出装置４の実施形態を示す概略断面図である。同図において、１０は排気ガス通路１の外壁である。４１は硫黄成分検出装置４の基板である。基板４１の一方側（好ましくは排気上流側）には熱電対等の温度センサ４２が配置されている。また、基板４１の他方側には電気ヒータ４３が配置されている。４４は温度センサ４２の感温部を覆うように配置されたＮＯ_X及びＳＯ_Xの保持部である。４５は、このように構成された硫黄成分検出装置４を取り囲んで排気ガス通路１の外壁１０を貫通する円筒状のケースである。

ケース４５には複数の開口穴４５ａが形成され、開口穴４５ａを介して排気ガス通路１を通過する排気ガスがケース４５内へ流入するようになっている。４６はケース４５内の保持部４４近傍へ酸素（例えば大気中の酸素）を供給するための酸素ポンプであり、一体的な温度センサ４２、基板４１、及び電気ヒータ４３の回りに位置してケース４５内の保持部４４回りの空間と大気室とを分離する。酸素ポンプ４６は、ジルコニア等から形成され、ジルコニア式酸素濃度センサとは逆に電圧が印加されることにより、大気中の酸素をケース４５内の保持部４４近傍へ移動させることができる。

保持部４４は、排気ガス中のＮＯ_X及びＳＯ_Xを保持するものであり、例えば、前述したＮＯ_X保持材と白金Ｐｔのような貴金属触媒とを温度センサ４２の感温部に塗布することにより形成することができる。

このように形成された保持部４４は、前述したように、排気ガス中のＮＯ_Xを硝酸塩として吸蔵し、また、排気ガス中のＳＯ_XをＮＯ_Xの代わりに硫酸塩として吸蔵する。保持部４４は、ＮＯ_X保持材の量に応じて、ＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量Ｂ（又はＮＯ_X及びＳＯ_Xの保持可能量）を有し、硝酸塩に比較して硫酸塩は安定な物質であるために、ＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量Ｂを基準として、ＳＯ_X保持量が増加するほど、現在のＮＯ_X保持可能量は減少することとなる。

このような関係に基づき、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過したＳＯ_Xの積算量、又は、ＳＯ_Xの積算量に基づく値として、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過した排気ガス中のＳＯ_X濃度の平均値又は一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過した排気ガス中の平均ＳＯ_X量を検出することができる。

図３は、硫黄成分検出装置４によりＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのフローチャートであり、電子制御装置（図示せず）において実施される。先ず、ステップ１０１において、ＳＯ_Xの積算量の検出時期であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、定期的又は不定期的にＳＯ_Xの積算量の検出が必要となれば、ステップ１０１の判断は肯定されてステップ１０２へ進む。

ステップ１０２において、詳しくは後述される経過時間ｔが設定時間ｔ’に達したか否かが判断され、この判断は肯定されるまで繰り返される。ステップ１０２の判断が肯定されると、ステップ１０３において温度センサ４２により硫黄成分検出装置４の保持部４４の温度Ｔが測定され、測定温度Ｔが第一設定温度Ｔ１（例えば３５０°Ｃ〜３８０°Ｃ）以上第二設定温度Ｔ２（４００°Ｃ〜４３０°Ｃ）以下の設定温度範囲内であるか否かが判断される。この判断も肯定されるまで繰り返される。排気ガス温度が低い場合には、例えばステップ１０１の判断が肯定された時に、電気ヒータ４３を作動させて、ステップ１０３の判断が肯定されるようにしても良い。また、必要に応じて電気ヒータ４３を作動させて、保持部４４の温度Ｔを常に設定温度範囲（Ｔ１以上Ｔ２以下）内に維持するようにしても良い。

ステップ１０３の判断が肯定されれば、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比をリッチにして保持部４４近傍の酸素濃度を低下させる。それにより、以下のように保持部４４からＮＯ_Xが放出されて還元される。

1/2Ｂａ（ＮＯ₃)₂→1/2ＢａＯ＋ＮＯ＋3/4Ｏ₂−309.6kJ/mol
ＣＯ＋ＮＯ→1/2Ｎ₂＋2ＣＯ₂＋373.2kJ/mol
3/2ＣＯ+3/4Ｏ₂→3/2ＣＯ₂＋424.5kJ/mol

こうして、１molのＮＯに対して約490kJの発熱が発生する。それにより、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比がリッチにされる前の保持部４４の温度Ｔｂと保持部４４近傍の排気ガスの空燃比がリッチにされた後の最高温度Ｔａとの間の温度上昇値ΔＴ（Ｔａ−Ｔｂ）を温度センサ４２により測定し、ステップ１０４において、この温度上昇値ΔＴに基づいて保持部４４に保持されていたＮＯ_X保持量Ａ（mol）を検出する。温度上昇値ΔＴの測定が完了すれば、排気ガスの空燃比は通常運転時のリーンに戻される。

ＳＯ_Xが保持されていない時の保持部４４のＮＯ_X保持可能量ＢよりＮＯ_X保持量Ａが少ない場合には、保持部４４にはＳＯ_Xが保持されていることとなり、ステップ１０５において、現在のＳＯ_X保持量（Ｂ−Ａ）を推定する。

硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１の通過するＳＯ_X量の一定割合が硫黄成分検出装置４の保持部４４に保持されることに基づき、ステップ１０６において、現在のＳＯ_X保持量に基づき、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過したＳＯ_Xの積算量を検出する。次いで、ステップ１０７において経過時間ｔを０にリセットして終了する。

本フローチャートにおいて、ステップ１０５の保持部４４のＳＯ_X保持量（Ｂ−Ａ）を正確に推定するためには、ステップ１０４において検出した保持部４４のＮＯ_X保持量Ａが、ＳＯ_Xの保持により減少した現在のＮＯ_X保持可能量と等しくなければならず、すなわち、ステップ１０５において保持部４４のＳＯ_X保持量（Ｂ−Ａ）を推定する際には、保持部４４に現在のＮＯ_X保持可能量のＮＯ_Xが保持されていることが必要である。もし、保持部に現在のＮＯ_X保持可能量のＮＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持量に基づきＳＯ_X保持量が推定されると、推定されたＳＯ_X保持量は実際より多くなってしまう。

本フローチャートにおいては、経過時間ｔが設定時間ｔ’に達していない時には、保持部４４に現在のＮＯ_X保持可能量のＮＯ_Xが保持されていない可能性があるとして、ステップ１０２の判断が否定され、ＳＯ_Xの積算量を検出するためのＳＯ_X保持量の推定を含むステップ１０３以降の処理は、禁止される（実施されない）ようになっている。

経過時間ｔは、初めて内燃機関を始動する時には０にセットされており、本フローチャートのステップ１０７において０にリセットされる。それ以外においても、経過時間ｔは、保持部４４から全てのＮＯ_Xが放出された時に０にリセットされる。例えば、ＮＯ_X触媒装置２の再生処理においても、排気ガスの空燃比はリッチにされて、保持部４４から全てのＮＯ_Xが放出されるために、再生処理の終了時には経過時間ｔは０にリセットされる。また、ＳＯ_Xの積算量をリセットするために、保持部４４から保持された全てのＳＯ_Xを放出させることがある。この時には、保持部４４から全てのＮＯ_Xも放出されるために、経過時間ｔは０にリセットされる。

ところで、保持部４４の現在のＮＯ_X保持可能量は保持部４４の温度により変化する。例えばＮＯ_X保持材（Ｂａ）から形成された保持部４４の場合では、図４にＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量Ｂを例示したように、各ＳＯ_X保持量に対するＮＯ_X保持可能量は、いずれも、保持部４４の温度がＴ１（３５０°Ｃ〜３８０°Ｃ）の時において最も多くなり、保持部４４の温度がＴ１からＴ２（４００°Ｃ〜４３０°Ｃ）の間である時において比較的多く維持される。

こうして、ＳＯ_Xの積算量を検出するためのＳＯ_X保持量の推定を正確なものにするためには、保持部４４の現在のＮＯ_X保持可能量Ａを検出する際の保持部４４の温度Ｔを、基準として定められたＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量Ｂをもたらす保持部４４の設定温度に一致させることが好ましい。また、少なくとも、保持部４４の温度Ｔが、この設定温度を含む設定温度範囲外である時には、ＳＯ_Xの積算量を検出するためのＳＯ_X保持量の推定を禁止することが好ましい。例えば、保持部４４の温度Ｔが設定温度範囲外となって保持部４４の温度変化によりＮＯ_X保持可能量が減少した時にＮＯ_X保持量に基づきＳＯ_X保持量が推定されると、推定されたＳＯ_X保持量は実際より多くなってしまう。

それにより、本フローチャートにおいては、保持部４４の温度が設定温度範囲外である時には、ステップ１０３の判断が否定され、ＳＯ_Xの積算量を検出するためのＳＯ_X保持量の推定を含むステップ１０４以降の処理は、禁止される（実施されない）ようになっている。

ここで、基準として定められたＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量Ｂをもたらす保持部４４の設定温度は、例えば３５０°ＣとしてＮＯ_X保持可能量Ｂを最も多くすることが好ましく、ステップ１０３の設定温度範囲内には、保持部の現在のＮＯ_X保持可能量を最も多くする保持部の温度（例えば３５０°Ｃ）が含まれるようにすることが好ましい。こうすることにより、ＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのＳＯ_X保持量の推定に際して、保持部４４のＮＯ_X保持量を比較的多くしてＮＯ_X保持量を測定し易くすることができる。

ところで、本実施形態のように、硫黄成分検出装置４の保持部４４が排気ガス中のＮＯ_Xを硝酸塩として保持する場合には、保持部４４近傍に酸素が供給されると、排気ガス中のＮＯは、供給された酸素によりＮＯ₂に酸化され、次いで、硝酸塩として保持部４４に保持され易くなる。

機関運転状態によっては、ケース４５内へ流入する排気ガスの酸素濃度が比較的低くなることがあるために、ＮＯ_X触媒装置２の再生処理及び前述の保持部４４からのＮＯ_Xの放出処理等のように意図的に排気ガスの空燃比がリッチにされる間を除いて、酸素ポンプ４６を作動させて、保持部４４近傍へ酸素を供給して排気ガス中のＮＯが保持部４４に保持され易くすることが好ましく、特に、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比を約４０以上とすることが好ましい。

ところで、保持部４４の各ＳＯ_X保持量に対する現在のＮＯ_X保持可能量は、劣化により徐々に少なくなる。それにより、ＳＯ_Xの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのＳＯ_X保持量の推定を正確にするためには、基準として定めるＳＯ_Xが保持されていない時の保持部のＮＯ_X保持可能量Ｂを現在の値に更新することが必要となる。もし、保持部４４が劣化して保持部の現在のＮＯ_X保持可能量が少なくなった時に、基準をそのままとしてＳＯ_X保持量が推定されると、推定されたＳＯ_X保持量は実際より多くなってしまう。

図５は、基準として使用するＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量を更新するためのフローチャートであり、電子制御装置において実施される。

新たな一定期間の間の硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過したＳＯ_Xの積算量、又は、ＳＯ_Xの積算量に基づく値を検出することを意図して、保持部４４のＳＯ_X保持量を０にリセットすることが要求されることがある。ステップ２０１では、このような場合において保持部４４からの全てのＳＯ_Xの放出が完了したか否かが判断される。

保持部４４からＳＯ_Xを放出させるためには、排気ガスの空燃比をリッチにして保持部４４近傍の酸素濃度を低下させるだけでなく、保持部４４の温度を高温（例えば６５０°Ｃ）にすることが必要である。そのためには、排気ガス中の還元物質を保持部４４の貴金属触媒を利用して酸化させて保持部４４の温度を高めるようにしても良いが、電気ヒータ４３により保持部４４の温度を高めるようにしても良い。こうして、保持部４４に硫酸塩として保持されているＳＯ_Xを放出させると、もちろん、硫酸塩より不安定な硝酸塩として保持されているＮＯ_Xも保持部４４から放出される。

ステップ２０１の判断が否定される時にはそのまま終了するが、ステップ２０１の判断が肯定される時には、ステップ２０２において、図３のフローチャートにおいて説明したように経過時間ｔは０にリセットされる。次いで、ステップ２０３において、経過時間ｔが設定時間間隔ｔｓに達したか否かが判断され、この判断は肯定されるまで繰り返される。ステップ２０３の判断が肯定されると、ステップ２０４において、設定時間間隔ｔｓにおいて保持部４４に保持されたＮＯ_X保持量Ａが前述同様に排気ガスの空燃比をリッチして検出される。

次いで、ステップ２０５において、今回検出されたＮＯ_X保持量Ａが前回検出されたＮＯ_X保持量Ａ’とほぼ等しくなったか否かが判断される。当初は、前回検出されたＮＯ_X保持量Ａ’が０であるために、ステップ２０５の判断は否定されてステップ２０６へ進む。

ステップ２０６において、今回検出されたＮＯ_X保持量Ａを前回検出されたＮＯ_X保持量Ａ’とする。次いで、ステップ２０７において、前述した設定時間間隔ｔｓをａだけ増加させて、ステップ２０２へ戻る。

このような処理が繰り返されると、設定時間間隔ｔｓが徐々に長くされるために、設定時間間隔ｔｓの間に保持部４４に保持されるＮＯ_X保持量は徐々に増加し、遂には、保持部４４の現在のＮＯ_X保持可能量のＮＯ_Xが保持されようになる。それにより、次回には、今回検出されたＮＯ_X保持量Ａが前回検出されたＮＯ_X保持量Ａ’とほぼ等しくなり、ステップ２０５の判断が肯定され、ステップ２０８へ進む。このようにして、短時間で保持部４４の現在のＮＯ_X保持可能量を正確に検出することができる。

こうして検出された保持部４４のＮＯ_X保持量Ａは、保持部４４に保持されていた全てのＮＯ_X及びＳＯ_Xを放出させた時から保持部４４を短時間（数分又は十数分）しか排気ガスに晒していない時のＮＯ_X保持可能量であり、このような短時間では、保持部４４にＳＯ_Xは殆ど保持されず、すなわち、ＳＯ_Xが保持されていない時の保持部４４の現在のＮＯ_X保持可能量Ｂとなる。それにより、ステップ２０８において、今回検出されたＮＯ_X保持量ＡをＳＯ_Xが保持されていない時の保持部４４の現在のＮＯ_X保持可能量Ｂとする。次いで、ステップ２０９において、前回検出されたＮＯ_X保持量Ａ’を０にリセットして終了する。

こうして、基準となるＳＯ_Xが保持されていない時の保持部４４の現在のＮＯ_X保持可能量Ｂが更新され、図３のフローチャートのステップ１０５の保持部４４のＳＯ_X保持量（Ｂ−Ａ）の推定に使用することができる。

図３及び図５のフローチャートにおいて、保持部４４にＮＯ_Xを保持させる経過時間ｔは、走行距離としても良い。また、保持部４４のＮＯ_X保持量Ａを検出するのに排気ガスの空燃比をリッチにして保持部４４の温度上昇値が測定されるようにしたが、これは本発明を限定するものではなく、例えば、保持部４４に保持されているＮＯ_Xは、保持部の温度を約５００°Ｃとすれば酸素濃度を低下させなくても放出される。これを利用して、電気ヒータ４３により保持部４４を加熱し、保持部４４が全てのＮＯ_Xを放出するのに使用した熱量に基づき、保持部４４のＮＯ_X保持量Ａを検出するようにしても良い。

ＮＯ_X触媒装置２の再生処理及び保持部４４のＮＯ_X保持量の検出に際して、排気ガスの空燃比をリッチにする場合には、内燃機関の燃焼空燃比をリッチにしたり、排気行程又は膨張行程において気筒内へ追加燃料を供給したり、又は、排気ガス通路１において排気ガス中に燃料を供給したりすれば良い。

１ 排気ガス通路
２ ＮＯ_X触媒装置
３ Ｓトラップ装置
４ 硫黄成分検出装置
４２ 温度センサ
４３ 電気ヒータ
４４ 保持部

Claims (5)

1. 排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯ_X及びＮＯ_Xを保持する保持部と、前記保持部の温度を検出する温度センサと、前記保持部におけるＳＯ_X保持量を推定する電子制御装置とを備え、
   前記保持部は、アルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類のうち少なくとも一つの成分および貴金属触媒を含み、前記ＳＯ_X保持量が増加するほどＮＯ_X保持可能量が減少する特性を有し、
   前記電子制御装置は、前記保持部近傍の排気ガスの空燃比をリッチにした時の前記保持部の温度上昇値を検出し、前記温度上昇値に基づいて前記保持部に保持されたＮＯ_X保持量を推定し、前記ＳＯ _X が保持されていない時の前記保持部のＮＯ _X 保持可能量から前記ＮＯ _X 保持量を減算して前記ＳＯ_X保持量を推定し、一定期間の間に前記排気ガス通路を通過したＳＯ_Xの積算量又は前記積算量に基づく値を検出し、前記保持部に現在の前記ＮＯ_X保持可能量のＮＯ_Xが保持されていない時には、前記ＳＯ_Xの積算量又は前記積算量に基づく値を検出するための前記ＳＯ_X保持量の推定を禁止することを特徴とする、硫黄成分検出装置。
2. 前記電子制御装置は、前記保持部の温度が設定温度範囲外である時には、前記ＳＯ_Xの積算量又は前記積算量に基づく値を検出するための前記ＳＯ_X保持量の推定を禁止する、請求項１に記載の硫黄成分検出装置。
3. 前記設定温度範囲内には、前記保持部の現在のＮＯ_X保持可能量を最大にする前記保持部の温度が含まれる、請求項２に記載の硫黄成分検出装置。
4. 前記電子制御装置は、前記保持部に保持されていた全てのＮＯ_X及びＳＯ_Xを放出させた時には、設定間隔において前記保持部に保持されたＮＯ_X保持量をその全てを放出させて検出することを、前記設定間隔を徐々に長くして繰り返し実施し、検出された前記ＮＯ_X保持量が最大となった時の値を、ＳＯ_Xが保持されていない時の前記保持部の現在のＮＯ_X保持可能量とする、請求項１に記載の硫黄成分検出装置。
5. 前記保持部近傍に酸素を供給する酸素ポンプを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の硫黄成分検出装置。

Images