WO2011064900A1 - 硫黄成分検出装置 - Google Patents

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押川克彦
浅沼孝充
西岡寛真
塚本佳久
大月寛
松尾潤一
梅本寿丈
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to a sulfur component detection apparatus.
  • An SO X concentration sensor for detecting the SO X concentration in exhaust gas is known.
  • a general SO X concentration sensor measures an electromotive force generated when SO X changes to sulfate ions in a solid electrolyte, and detects the SO X concentration in the exhaust gas.
  • the SO X concentration sensor for detecting the SO X concentration in such instant when the low SO X concentration in the exhaust gas, it is difficult to detect an accurate SO X concentration.
  • a sulfur component detection device that cannot detect the instantaneous SO X concentration in the exhaust gas but can detect the integrated amount of SO X that has passed through the exhaust gas passage during a certain period. (See Patent Document 1).
  • the sulfur component detecting device has a stored SO X material for holding the SO X contained in the exhaust gas, electricity stored SO X material which changes with increasing SO X amount held in the stored SO X material resistance, volume, or the characteristics of the heat capacity such measures, and to detect the cumulative amount of sO X passing through the exhaust gas passage during a period of time from the measured properties.
  • an object of the present invention is to provide a sulfur component detection device capable of detecting a cumulative amount of SO X that has passed through an exhaust gas passage during a certain period or a value based on this cumulative amount relatively accurately. is there.
  • a sulfur component detection apparatus having a holding unit that holds SO X and NO X in exhaust gas that passes through an exhaust gas passage, and a temperature sensor that measures the temperature of the holding unit.
  • the holding portion decreases the NO X holding amount as the SO X holding amount increases, and releases NO X without releasing SO X when the set temperature is reached, and the holding portion is heated.
  • estimating the stored SO X amount based on the relationship between the temperature change of the holding portion which is detected by the temperature sensor and the heating pattern of the holding portion from when it becomes the set temperature, the exhaust during a certain period of time An integrated amount of SO X that has passed through the gas passage or a value based on the integrated amount is detected.
  • the sulfur component detection device is the sulfur component detection device according to claim 1, wherein the heating pattern has a constant temperature per unit time when NO X is not held.
  • the temperature of the holding unit rises only by a temperature lower than the constant temperature per unit time while NO X is held in the holding unit.
  • NO X is released during a period when the holding unit rises only at a temperature lower than the constant temperature per unit time
  • the total amount of NO X released from the holding unit is estimated, and the total amount of NO X released is calculated. wherein the basis for estimating the stored SO X amount.
  • the sulfur component detection device is the sulfur component detection device according to claim 1 or 2, wherein the holding portion becomes equal to or higher than the set temperature by heating with exhaust gas, and the heating with the exhaust gas is performed.
  • the SO X retention amount is estimated based on a pattern.
  • a fourth aspect of the present invention there is provided the sulfur component detecting device according to the first or second aspect, wherein an electric heater for heating the holding unit is provided, and the holding unit is heated by the electric heater. becomes the set temperature or more by the stored SO X amount based on the heating pattern by the electric heater is characterized in that it is estimated.
  • the sulfur component detection device is the sulfur component detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the holding unit has a reduced oxygen concentration in the exhaust gas.
  • the released NO X is reduced by the reducing substance in the exhaust gas, and the fact that the temperature of the holding part rises due to the heat generated by the reduction of NO X is utilized.
  • the SO X retention amount is estimated based on the temperature rise value of the holding portion detected by the temperature sensor after reducing the oxygen concentration in the exhaust gas, and the The present invention is characterized in that an integrated amount of SO X that has passed through the exhaust gas passage or a value based on the integrated amount is detected.
  • the holding unit decreases the NO X holding amount as the SO X holding amount increases, and releases NO X without releasing SO X when the set temperature is reached. Is held by the holding unit based on the relationship between the heating pattern of the holding unit and the temperature change of the holding unit detected by the temperature sensor from when the holding unit is heated to the set temperature. Further, the NO X retention amount can be estimated, and as the NO X retention amount increases, the SO X retention amount retained in the retaining portion decreases, so that the SO X retention amount can be estimated.
  • the exhaust gas passage is set for a fixed period based on the amount of SO X held in the holding portion.
  • the accumulated amount of SO X that has passed or a value based on the accumulated amount can be detected relatively accurately.
  • the heating pattern of the holding unit is a unit of the temperature of the holding unit when NO X is not held.
  • nO X is intended to increase by a predetermined temperature per hour, while the nO X is held by the holding portion is smaller temperature than the constant temperature per temperature unit time of the holding portion relative to the heating pattern only it will not rise, holding part estimates the total release of the nO X from the holding portion as being nO X is released at small temperature rises only a period from a certain temperature per unit time, held by the holder based on the total emissions of the nO X
  • the amount of SO X retained can be estimated, and the accumulated amount of SO X that has passed through the exhaust gas passage for a certain period or a value based on the accumulated amount can be detected relatively accurately. .
  • the holding portion becomes a set temperature or more by heating with exhaust gas, Based on the heating pattern, the amount of SO X held in the holding unit at this time is estimated, and the integrated amount of SO X that has passed through the exhaust gas passage for a certain period or a value based on the integrated amount is detected relatively accurately. can do.
  • an electric heater for heating the holding portion is provided, and the holding portion is heated by the electric heater.
  • the SO X holding amount held in the holding unit at this time is estimated, and the integrated amount of SO X that has passed through the exhaust gas passage during a certain period or A value based on the integrated amount can be detected relatively accurately.
  • the holding unit has a reduced oxygen concentration in the exhaust gas.
  • the retained NO X is released and the released NO X is reduced by the reducing substance in the exhaust gas, and the fact that the temperature of the holding part rises due to the heat generated by the reduction of NO X is utilized.
  • NO X holding amount held in the holding section are possible estimate As the NO X retention amount increases, the SO X retention amount retained in the retaining portion decreases, so that the SO X retention amount can be estimated. Since a certain percentage of the amount of SO X passing through the exhaust gas passage is held in the holding portion of the sulfur component detection device, the exhaust gas passage is set for a fixed period based on the amount of SO X held in the holding portion. The accumulated amount of SO X that has passed or a value based on the accumulated amount can be detected relatively accurately.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an engine exhaust system in which a sulfur component detection device according to the present invention is arranged.
  • 1 is an exhaust passage of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is an internal combustion engine that performs lean combustion, such as a diesel engine or a direct injection spark ignition internal combustion engine.
  • the exhaust gas of such an internal combustion engine in order to contain a relatively large amount of NO X, in the exhaust passage 1, NO X catalyst device 2 for purifying NO X is arranged.
  • the NO X catalyst device 2 carries a NO X holding material and a noble metal catalyst such as platinum Pt.
  • the NO X holding material is at least selected from an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, an alkaline earth metal such as barium Ba and calcium Ca, and a rare earth such as lanthanum La and yttrium Y.
  • an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs
  • an alkaline earth metal such as barium Ba and calcium Ca
  • a rare earth such as lanthanum La and yttrium Y.
  • NO X cannot be held indefinitely, and as a regeneration process, the air-fuel ratio of the exhaust gas is reduced before the NO X hold amount reaches the NO X holdable amount and can no longer hold NO X.
  • the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio is set, that is, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced.
  • the retained NO X is desorbed, that is, the absorbed NO X is released, and the adsorbed NO 2 is desorbed, and the desorbed NO X is reduced and purified to N 2 by the reducing substance in the exhaust gas.
  • the S trap device 3 for storing SO X in the exhaust gas is arranged upstream of the NO X catalyst device 2 in the exhaust passage 1 to suppress S poisoning of the NO X catalyst device 2.
  • the sulfur component detection device 4 according to the present invention is disposed, for example, between the S trap device 3 and the NO X catalyst device 2 to detect the integrated amount of SO X passing through the S trap device 3, and this integrated amount is set.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the sulfur component detection device 4 according to the present invention.
  • 10 is a substrate
  • 20 is a temperature sensor such as a thermocouple disposed on the substrate 10.
  • Reference numeral 30 denotes a NO X and SO X holding unit arranged so as to cover the temperature sensing unit of the temperature sensor 20.
  • Reference numeral 40 denotes an electric heater disposed on the opposite side of the substrate 10 from the temperature sensor 20.
  • NO X and stored SO X 30 is for holding the NO X and SO X in the exhaust gas, for example, sensitive temperature sensor 20 and a noble metal catalyst such as the NO X holding material and the platinum Pt described above temperature It can form by apply
  • the sum of the NO X holdable amount and the SO X holdable amount is constant.
  • the amount of SO X retained in the NO X and SO X retention unit 30 is increasing, and the amount of NO X retained can be increased as the amount of SO X retained increases. The amount will decrease. Accordingly, at present, if the NO X retention amount when NO X is held to the maximum extent by the NO X and SO X retention portion 30 can be known, the smaller the NO X retention amount, the smaller the SO X retention amount. As a result, the current SO X retention amount can be estimated.
  • the current SO X holding amount Based on the above, it is possible to relatively accurately detect the integrated amount of SO X that has passed through the arrangement position of the sulfur component detection device 4 in the exhaust gas passage 1 during a certain period from when the internal combustion engine is first operated. it can.
  • the electronic control device operates the electric heater 40 and estimates the current SO X retention amount based on the output of the temperature sensor 20.
  • the NO X holding material NO X and stored SO X unit using 30 may, for example, when the set temperature T1 (e.g.
  • the temperature of the NO X and SO X holding unit 30 is higher than the set temperature T 1 for a while.
  • the temperature is sufficiently low (for example, 300 ° C.), the NO X holding material and the noble metal catalyst of the NO X and SO X holding unit 30 are sufficiently activated, and a relatively large amount of NO X is contained in the exhaust gas. It is confirmed that the lean combustion of the internal combustion engine is being performed.
  • the NO X and SO X holding unit 30 currently holds NO X as much as possible with respect to the current SO X holding amount.
  • the electric heater 40 generates heat by energization to heat the NO X and SO X holding unit 30, and the temperature of the NO X and SO X holding unit 30 is set to a set temperature T1.
  • the temperature of the NO X and SO X holding unit 30 is constant per unit time dt, as shown by the one-dot chain line.
  • the NO X and SO X holding unit 30 is heated by a heating pattern that increases by the temperature dT.
  • the current SO X holding amount of the NO X and SO X holding unit 30 can be estimated.
  • NO X and stored SO X amount of stored SO X 30 is further increased, NO X when holdable amount becomes even less, a unit temperature of the NO X and stored SO X portion 30 NO X is not at all retained
  • NO X is released earlier than time t1
  • the temperature of the NO X and SO X holding unit 30 is as indicated by the dotted line
  • the temperature rises by a constant temperature dT per unit time dt.
  • the total NO X release amount is simply calculated by multiplying the NO X amount released per unit time set for each constant temperature dT of the heating pattern by the release time (t0 to t1 or t0 to t2). This can be calculated.
  • the amount of NO X released per unit time increases not only at the constant temperature dT of the heating pattern but also as the temperature at each time of the NO X and SO X holding unit 30 increases, The larger the amount of NO X held in the X and SO X holding unit 30 at each time, the larger the amount. Accordingly, in consideration of these, it is preferable to correct the total NO X release amount calculated as described above.
  • the amount of heat given to the NO X and SO X holding unit 30 and the temperature of the NO X and SO X holding unit 30 between time t0 and time t1 (or t2) are set from the set temperature T1 to time t1 (or t2).
  • T1 to time t1 (or t2) Is the amount of heat used to release all NO X from the NO X and SO X holding unit 30, and the larger the amount of heat, the more released NO X Since the amount is large, the NO X retention amount held in the NO X and SO X retention portion 30 at time t0 may be estimated based on this heat difference.
  • the heating pattern is not limited to the one in which the temperature of the NO X and SO X holding unit 30 in which NO X is not held at all is increased by a constant temperature dT per unit time dt, and the temperature increase value per unit time dt May change in two stages or in multiple stages.
  • the heating pattern and NO X is released Time (NO X and SO from the temperature of the X holding portion 30 becomes the set temperature T1 NO X and SO X Based on the temperature rise value per unit time of the holding unit 30 until the temperature rise value coincides with a preset temperature rise value indicating that all NO X at that time has been released, By utilizing this, the total amount of NO X released can be estimated, and the current SO X retention amount of the NO X and SO X retention unit 30 can be estimated.
  • the NO X and SO X holding unit 30 is heated by the electric heater 40, but this does not limit the present invention.
  • the NO X of the sulfur component detection device 4 and the current SO X holding amount of the SO X holding unit 30 can be estimated.
  • the engine speed and the engine load (high load) are constant
  • the exhaust gas flow rate is constant
  • the exhaust gas temperature is also constant above the set temperature T1.
  • the NO X and SO X holding unit 30 is heated by the exhaust gas to reach the set temperature T1, and the subsequent heating pattern of the NO X and SO X holding unit 30 by the exhaust gas can be known in advance by experiments or the like.
  • the temperature rise value per heating pattern and NO X time is released (NO X and SO X units of the NO X and stored SO X 30 from the temperature becomes the set temperature T1 of the holding portion 30 times
  • the total amount of NO X released is estimated based on, for example, the above-described concept of heat difference based on the time until the temperature rises to coincide with a preset temperature rise value indicating that all NO X has been released.
  • the present SO X holding amount of the NO X and SO X holding unit 30 can be estimated.
  • the sulfur component detecting device 4 of this embodiment when the oxygen concentration in the exhaust gas falls, NO X in the same manner as catalyst device 2, evacuated NO X that was released with release the NO X held gas Reduce with the reducing substance in it. Temperature of the NO X and stored SO X 30 is raised by heat generated by the reduction of the NO X. As a result, the temperature rise value of the NO X and SO X holding unit 30 when all NO X is released and reduced after the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, that is, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced.
  • the NO X holding amount which has been held in the NO X and stored SO X 30.
  • the current SO X holding amount of the NO X and SO X holding unit 30 can be estimated. For example, at the time of reproduction processing of the NO X catalyst device 2, as described above, the oxygen concentration is reduced the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich.
  • the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, the amount of oxygen contained in the exhaust gas is estimated or measured in advance, and a specific ratio of this oxygen amount is determined in the NO X and SO X holding unit 30 in the exhaust gas. It is preferable that a temperature increase to be subtracted from the measured temperature increase of NO X and SO X holding unit 30 is set in advance, assuming that the reducing substance is reduced to generate heat.

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Abstract

　本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ＳＯX及びＮＯXを保持する保持部３０と、保持部の温度を測定する温度センサ２０とを有し、保持部は、ＳＯX保持量が増加するほどＮＯX保 持量が減少し、設定温度となるとＳＯXを放出することなくＮＯXを放出するものであり、保持部が加熱されて設定温度となった時からの保持部の加熱パターンと温度センサにより検出される保持部の温度変化との関係に基づきＳＯX保持量を推定し、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯXの積算量又は 積算量に基づく値を検出する。

Description

硫黄成分検出装置
　本発明は、硫黄成分検出装置に関する。
　排気ガス中のＳＯＸ濃度を検出するためのＳＯＸ濃度センサが公知である。一般的なＳＯＸ濃度センサは、固体電解質においてＳＯＸ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ＳＯＸ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ＳＯＸ濃度を検出するＳＯＸ濃度センサでは、排気ガス中のＳＯＸ濃度が低いと、正確なＳＯＸ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ＳＯＸ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ＳＯＸ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ＳＯＸを保持するＳＯＸ保持材を有し、ＳＯＸ保持材に保持されたＳＯＸ量の増大に伴って変化するＳＯＸ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ＳＯＸ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ＳＯＸ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ＳＯＸ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ＳＯＸ及びＮＯＸを保持する保持部と、前記保持部の温度を測定する温度センサとを有し、前記保持部は、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持量が減少し、設定温度となるとＳＯＸを放出することなくＮＯＸを放出するものであり、前記保持部が加熱されて前記設定温度となった時からの前記保持部の加熱パターンと前記温度センサにより検出される前記保持部の温度変化との関係に基づき前記ＳＯＸ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ＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出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、前記加熱パターンはＮＯＸが保持されていない時の前記保持部の温度を単位時間当たり一定温度だけ上昇させるものであり、前記保持部にＮＯＸが保持されている間は、前記加熱パターンに対して前記保持部の温度が単位時間当たり前記一定温度より小さな温度しか上昇しないようになり、前記保持部が単位時間当たりに前記一定温度より小さな温度しか上昇しない期間においてＮＯＸが放出されているとして前記保持部からのＮＯＸの全放出量を推定し、ＮＯＸの前記全放出量に基づき前記ＳＯＸ保持量を推定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１又は２に記載の硫黄成分検出装置において、前記保持部は排気ガスによる加熱により前記設定温度以上となり、前記排気ガスによる前記加熱パターンに基づき前記ＳＯＸ保持量が推定さ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又は２に記載の硫黄成分検出装置において、前記保持部を加熱する電気ヒータが設けられ、前記保持部は前記電気ヒータによる加熱により前記設定温度以上となり、前記電気ヒータによる前記加熱パターンに基づき前記ＳＯＸ保持量が推定され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、前記保持部は、排気ガス中の酸素濃度が低下されると、保持しているＮＯＸを放出すると共に放出させたＮＯＸを排気ガス中の還元物質により還元するものであり、ＮＯＸの還元により発生する熱により前記保持部の温度が上昇することを利用して、必要に応じて、排気ガス中の酸素濃度を低下させてから前記温度センサにより検出される前記保持部の温度上昇値に基づき前記ＳＯＸ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ＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出す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、保持部は、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持量が減少し、設定温度となるとＳＯＸを放出することなくＮＯＸを放出するものであり、保持部が加熱されて設定温度となった時からの保持部の加熱パターンと温度センサにより検出される保持部の温度変化との関係に基づき、保持部に保持されていたＮＯＸ保持量が推定可能であり、ＮＯＸ保持量が多いほど保持部に保持されているＳＯＸ保持量は少なくなるために、ＳＯＸ保持量を推定することができる。排気ガス通路を通過するＳＯＸ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ＳＯＸ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ＳＯＸの積算量又は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。
　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、保持部の加熱パターンはＮＯＸが保持されていない時の保持部の温度を単位時間当たり一定温度だけ上昇させるものであり、保持部にＮＯＸが保持されている間は、加熱パターンに対して保持部の温度が単位時間当たり一定温度より小さな温度しか上昇しないようになり、保持部が単位時間当たりに一定温度より小さな温度しか上昇しない期間においてＮＯＸが放出されているとして保持部からのＮＯＸの全放出量を推定し、ＮＯＸの全放出量に基づき保持部に保持されているＳＯＸ保持量を推定することができ、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は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。
　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１又は２に記載の硫黄成分検出装置において、保持部は排気ガスによる加熱により設定温度以上となり、排気ガスによる保持部の加熱パターンに基づき、この時に保持部に保持されているＳＯＸ保持量が推定され、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は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。
　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又は２に記載の硫黄成分検出装置において、保持部を加熱する電気ヒータが設けられ、保持部は電気ヒータによる加熱により設定温度以上となり、電気ヒータによる保持部の加熱パターンに基づき、この時に保持部に保持されているＳＯＸ保持量が推定され、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は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。
　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、保持部は、排気ガス中の酸素濃度が低下されると、保持しているＮＯＸを放出すると共に放出させたＮＯＸを排気ガス中の還元物質により還元するものであり、ＮＯＸの還元により発生する熱により保持部の温度が上昇することを利用して、必要に応じて、排気ガス中の酸素濃度を低下させてから温度センサにより検出される保持部の温度上昇値に基づき、保持部に保持されていたＮＯＸ保持量が推定可能であり、ＮＯＸ保持量が多いほど保持部に保持されているＳＯＸ保持量は少なくなるために、ＳＯＸ保持量を推定することができる。排気ガス通路を通過するＳＯＸ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ＳＯＸ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ＳＯＸの積算量又は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。
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。 図２の硫黄成分検出装置の温度変化を示すグラフである。
　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ＮＯＸが含まれるために、排気通路１には、ＮＯＸを浄化するためのＮＯＸ触媒装置２が配置されている。
　ＮＯＸ触媒装置２には、ＮＯＸ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。ＮＯＸ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。
　ＮＯＸ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ＮＯＸ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ＮＯＸを保持することはできず、ＮＯＸ保持量がＮＯＸ保持可能量に達してさらにＮＯＸ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ＮＯＸは離脱され、すなわち、吸収ＮＯＸは放出され、また、吸着ＮＯ２は脱離され、これら離脱ＮＯＸ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ＮＯＸ触媒装置２が排気ガス中のＳＯＸ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、ＮＯＸ吸蔵可能量が低下してしまう（Ｓ被毒）。それにより、排気通路１のＮＯＸ触媒装置２の上流側には、排気ガス中のＳＯＸを吸蔵するＳトラップ装置３が配置され、ＮＯＸ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ＮＯＸ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ＳＯＸ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は基板であり、２０は基板１０に配置された熱電対等の温度センサである。３０は温度センサ２０の感温部を覆うように配置されたＮＯＸ及びＳＯＸ保持部である。４０は基板１０の温度センサ２０とは反対側に配置された電気ヒータである。ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０は、排気ガス中のＮＯＸ及びＳＯＸを保持するものであり、例えば、前述したＮＯＸ保持材と白金Ｐｔのような貴金属触媒とを温度センサ２０の感温部に塗布することにより形成することができる。
　このようなＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０は、前述したように、排気ガス中のＮＯＸを硝酸塩として吸蔵し、排気ガス中のＳＯＸを硫酸塩として吸蔵する。ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０において、ＮＯＸ保持可能量とＳＯＸ保持可能量との合計は一定である。硝酸塩に比較して硫酸塩は安定な物質であるために、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０において、ＳＯＸ保持量は増加する一方であり、ＳＯＸ保持量が増加するほど、ＮＯＸ保持可能量は減少することとなる。
　それにより、現在において、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０に、最大限にＮＯＸを保持させた時のＮＯＸ保持量を知ることができれば、このＮＯＸ保持量が少ないほどＳＯＸ保持量は多いこととなり、現在のＳＯＸ保持量を推定することができる。排気ガス通路１の硫黄成分検出装置４の配置位置を通過するＳＯＸ量の一定割合が硫黄成分検出装置４のＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０に保持されるために、現在のＳＯＸ保持量に基づき、最初に内燃機関を運転してから現在までの一定期間の間に排気ガス通路１の硫黄成分検出装置４の配置位置を通過したＳＯＸの積算量を比較的正確に検出することができる。
　また、ＳＯＸの積算量に基づく値として、一定期間の間の排気ガス通路１の硫黄成分検出装置４の配置位置を通過した排気ガス中のＳＯＸ濃度の平均値を検出することもでき、また、一定期間の間の排気ガス通路１の硫黄成分検出装置４の配置位置を通過した排気ガス中の平均ＳＯＸ量を検出することもできる。
　本実施形態の硫黄成分検出装置４では、以下に説明するように、電子制御装置によって、電気ヒータ４０を作動させる共に温度センサ２０の出力に基づき現在のＳＯＸ保持量を推定する。
　ＮＯＸ保持材を使用したＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０は、例えば、設定温度Ｔ１（例えば５００°Ｃ）となると、排気ガスの酸素濃度を低下させなくても、ＳＯＸを放出することなくＮＯＸを放出する。
　先ずは、硫黄成分検出装置４のＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の現在のＳＯＸ保持量を推定する際に、暫くの間において、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度が設定温度Ｔ１より十分に低い温度（例えば３００°Ｃ）であり、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０のＮＯＸ保持材及び貴金属触媒が十分に活性化していて、排気ガス中に比較的多量のＮＯＸが含まれる内燃機関の希薄燃焼が実施されていることが確認される。これが確認されれば、現在においてＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０には現在のＳＯＸ保持量に対して最大限にＮＯＸが保持されていることとなる。
　次いで、図３に示すように、電気ヒータ４０を通電により発熱させてＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０を加熱し、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度を設定温度Ｔ１とする。この時ｔ０から電気ヒータ４０への通電量を制御して、ＮＯＸが全く保持されていなければ、一点鎖線で示すように、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度が単位時間ｄｔ当たりに一定温度ｄＴだけ上昇するような加熱パターンによりＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０を加熱する。
　このような加熱パターンに対して、実際には、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度が設定温度Ｔ１となった時ｔ０からＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０に保持されているＮＯＸの放出が開始される。例えば、ＮＯＸが保持材としてバリウムＢａが使用されている場合には、
　Ｂａ（ＮＯ３）２→ＢａＯ＋２ＮＯ＋３／２Ｏ２−６１９ｋＪ／ｍｏｌのような吸熱反応が起こる。
　こうして、ＮＯＸが放出されている間は、ＮＯＸの放出に熱が必要とされるために、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度は、実線で示すように、単位時間ｄｔ当たり一定温度ｄＴより低い温度しか上昇しない。時刻ｔ１において、全てのＮＯＸが放出されると、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度は、実線で示すように、単位時間ｄｔ当たり一定温度ｄＴだけ上昇するようになる。
　ここで、加熱パターンの一定温度ｄＴが高いほどＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０から単位時間当たりに放出されるＮＯＸ量が多くなり、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間においてＮＯＸが放出されているために、加熱パターンと時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間とに基づきＮＯＸの全放出量、すなわち、時刻ｔ０においてＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０に保持されていたＮＯＸ保持量を推定することができ、それにより、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の現在のＳＯＸ保持量を推定することができる。
　ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０のＳＯＸ保持量がさらに増加して、ＮＯＸ保持可能量がさらに少なくなれば、ＮＯＸが全く保持されていないＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度を単位時間ｄｔ当たりに一定温度ｄＴだけ上昇させる同じ加熱パターンに対して、時刻ｔ１より早く全てのＮＯＸが放出されるために、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度は、点線で示すように、時刻ｔ１より早い時刻ｔ２において、単位時間ｄｔ当たり一定温度ｄＴだけ上昇するようになる。
　ここで、ＮＯＸの全放出量は、簡単には、加熱パターンの一定温度ｄＴ毎に設定された単位時間当たりに放出されるＮＯＸ量に放出時間（ｔ０からｔ１又はｔ０からｔ２）を乗算することにより算出することができる。しかしながら、厳密には、単位時間当たりに放出されるＮＯＸ量は、加熱パターンの一定温度ｄＴだけでなく、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の各時刻の温度が高いほど多くなり、また、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０に各時刻において保持されているＮＯＸ量が多いほど多くなる。それにより、これらを考慮して、前述のように算出されたＮＯＸの全放出量を補正することが好ましい。
　また、時刻ｔ０から時刻ｔ１（又はｔ２）までの間にＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０へ与えられた熱量と、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度を設定温度Ｔ１から時刻ｔ１（又はｔ２）における温度とするのに必要な熱量との差が、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０から全てのＮＯＸを放出するために使用された熱量となり、この熱量差が大きいほど放出されたＮＯＸ量が多いこととなるために、この熱量差に基づき時刻ｔ０においてＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０に保持されていたＮＯＸ保持量を推定するようにしても良い。厳密には、各時刻において、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度と周囲温度との差に基づく放熱が発生するために、各時刻の放熱量もＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０へ与えられた熱量から減算することが好ましい。
　また、加熱パターンは、ＮＯＸが全く保持されていないＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度を単位時間ｄｔ当たりに一定温度ｄＴだけ上昇させるものに限定されず、単位時間ｄｔ当たりの温度上昇値が二段階に又は多段階に変化するものでも良い。いずれにしても、加熱パターンが明確となっていれば、加熱パターンとＮＯＸが放出されている時間（ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度が設定温度Ｔ１となってからＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の単位時間当たりの温度上昇値がその時のＮＯＸが全て放出されたことを示す予め設定された温度上昇値と一致するまでの時間）とに基づき、例えば前述の熱量差の考え方を利用して、ＮＯＸの全放出量を推定することができ、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の現在のＳＯＸ保持量を推定することができる。
　本実施形態の硫黄成分検出装置４は、電気ヒータ４０によりＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０を加熱するようにしたが、これは本発明を限定するものではない。例えば、排気ガス温度が設定温度Ｔ１以上となる特定の定常運転状態が実施される時に、硫黄成分検出装置４のＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の現在のＳＯＸ保持量を推定することができる。
　特定の定常運転状態においては、機関回転数及び機関負荷（高負荷）が一定であり、排気ガス流量が一定となり、排気ガス温度も設定温度Ｔ１以上の一定となる。この時には、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０は排気ガスにより加熱されて設定温度Ｔ１となり、その後の排気ガスによるＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の加熱パターンは、実験等により予め知ることができる。それにより、加熱パターンとＮＯＸが放出されている時間（ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度が設定温度Ｔ１となってからＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の単位時間当たりの温度上昇値がその時のＮＯＸが全て放出されたことを示す予め設定された温度上昇値と一致するまでの時間）とに基づき、例えば前述の熱量差の考え方を利用して、ＮＯＸの全放出量を推定することができ、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の現在のＳＯＸ保持量を推定することができる。
　ところで、本実施形態の硫黄成分検出装置４は、排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯＸ触媒装置２と同様に、保持しているＮＯＸを放出すると共に放出させたＮＯＸを排気ガス中の還元物質により還元する。このＮＯＸの還元により発生する熱によりＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度が上昇する。それにより、排気ガス中の酸素濃度を低下させてから全てのＮＯＸが放出及び還元された時のＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度上昇値、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させた時のＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度とその後のＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０のピーク温度との差を温度センサ２０により検出すれば、温度上昇値が高いほどＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０から放出されて還元されたＮＯＸ量が多いこととなり、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０に保持されていたＮＯＸ保持量を推定することができる。それにより、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の現在のＳＯＸ保持量を推定することができる。
　例えば、ＮＯＸ触媒装置２の再生処理時においては、前述したように、排気ガスの空燃比がリッチとされて酸素濃度が低下される。この時にＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度を監視すれば、特に、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０を加熱することなく、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の現在のＳＯＸ保持量を推定することができる。
　ここで、排気ガス中の酸素濃度を低下させた時に排気ガス中に含まれる酸素の一部は、ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０において排気ガス中の還元物質を還元して発熱するために、この発熱量によるＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度上昇分は、測定されたＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度上昇値より減算されることが好ましい。それにより、排気ガス中の酸素濃度を低下させた時に排気ガス中に含まれる酸素量を予め推定又は測定しておき、この酸素量の特定割合がＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０において排気ガス中の還元物質を還元して発熱するとして、測定されたＮＯＸ及びＳＯＸ保持部３０の温度上昇値より減算する温度上昇分を予め設定しておくことが好ましい。
　１　　排気ガス通路
　２　　ＮＯＸ触媒装置
　３　　Ｓトラップ装置
　４　　硫黄成分検出装置
　２０　　温度センサ
　３０　　ＮＯＸ及びＳＯＸ保持部
　４０　　電気ヒータ

Claims (5)

  1. 　排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持する保持部と、前記保持部の温度を測定する温度センサとを有し、前記保持部は、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持量が減少し、設定温度となるとＳＯＸを放出することなくＮＯＸを放出するものであり、前記保持部が加熱されて前記設定温度となった時からの前記保持部の加熱パターンと前記温度センサにより検出される前記保持部の温度変化との関係に基づき前記ＳＯＸ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ＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出することを特徴とする硫黄成分検出装置。
  2. 　前記加熱パターンはＮＯＸが保持されていない時の前記保持部の温度を単位時間当たり一定温度だけ上昇させるものであり、前記保持部にＮＯＸが保持されている間は、前記加熱パターンに対して前記保持部の温度が単位時間当たり前記一定温度より小さな温度しか上昇しないようになり、前記保持部が単位時間当たりに前記一定温度より小さな温度しか上昇しない期間においてＮＯＸが放出されているとして前記保持部からのＮＯＸの全放出量を推定し、ＮＯＸの前記全放出量に基づき前記ＳＯＸ保持量を推定することを特徴とする請求項１に記載の硫黄成分検出装置。
  3. 　前記保持部は排気ガスによる加熱により前記設定温度以上となり、前記排気ガスによる前記加熱パターンに基づき前記ＳＯＸ保持量が推定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の硫黄成分検出装置。
  4. 　前記保持部を加熱する電気ヒータが設けられ、前記保持部は前記電気ヒータによる加熱により前記設定温度以上となり、前記電気ヒータによる前記加熱パターンに基づき前記ＳＯＸ保持量が推定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の硫黄成分検出装置。
  5. 　前記保持部は、排気ガス中の酸素濃度が低下されると、保持しているＮＯＸを放出すると共に放出させたＮＯＸを排気ガス中の還元物質により還元するものであり、ＮＯＸの還元により発生する熱により前記保持部の温度が上昇することを利用して、必要に応じて、排気ガス中の酸素濃度を低下させてから前記温度センサにより検出される前記保持部の温度上昇値に基づき前記ＳＯＸ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ＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の硫黄成分検出装置。
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