WO2012108009A1 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

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ミハエル フィッシャー
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine into an exhaust passage, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus that calculates the amount of SOx accumulated in a NOx catalyst.
  • an exhaust gas purification device of this type of internal combustion engine for example, the one disclosed in Patent Document 1 is known.
  • the exhaust pipe of the internal combustion engine is provided with a NOx catalyst for purifying NOx in the exhaust gas, and the NOx catalyst has a plurality of bed temperature sensors for detecting the temperature of the catalyst bed (catalyst bed temperature), It arrange
  • NOx reduction control for removing NOx deposited on the NOx catalyst is executed in a reducing atmosphere
  • PM removal control for removing particulate matter (PM) from the NOx catalyst and SOx.
  • the SOx removal control for removing is performed.
  • each bed temperature sensor Based on the detected value, an increase amount of each catalyst bed temperature accompanying the supply of the reducing agent to the NOx catalyst (hereinafter referred to as “catalyst temperature increase amount”) is calculated.
  • the catalyst temperature increase amounts is smaller than a predetermined determination value, it is determined that the SOx accumulation amount on the NOx catalyst is excessive, and the SOx accumulation amount is calculated according to the catalyst temperature increase amount.
  • the execution timing of the SOx removal control is determined based on the calculated SOx accumulation amount.
  • This exhaust gas purification apparatus includes a NOx catalyst in an exhaust pipe, and a ⁇ sensor that detects an excess air ratio ⁇ in the exhaust gas is provided on the downstream side of the NOx catalyst.
  • NOx reduction control for reducing NOx trapped by the NOx catalyst and SOx removal control for removing SOx accumulated on the NOx catalyst are performed in a reducing atmosphere.
  • the air / fuel ratio of the exhaust gas is calculated using the excess air ratio ⁇ detected by the ⁇ sensor, and the air / fuel ratio of the exhaust gas is changed from the lean side to the stoichiometric side of the stoichiometric air / fuel ratio from the start of the SOx removal control. Measure the time until switching to. Then, the SOx deposition amount at the start of the SOx removal control is calculated according to the measured time.
  • JP 2009-138525 A European Patent Application Publication No. 1489414
  • the SOx deposition amount As described above, in the exhaust gas purification apparatus of Patent Document 1, it is determined whether or not the SOx deposition amount has become excessive only during PM removal control. Therefore, during the period from the end of PM removal control to the start of the next PM removal control, the SOx accumulation amount is not calculated. If the interval is long, the internal combustion engine is in an excessively large amount of SOx accumulation. May be driven.
  • the ⁇ sensor used in the exhaust gas purifying apparatus of Patent Document 2 is generally less sensitive to changes in oxygen concentration when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is lean. Therefore, the SOx deposition calculated using the detected value is low. Quantity accuracy is low.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can calculate the amount of SOx deposited on the NOx catalyst with a relatively simple configuration with high accuracy.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can improve the characteristics.
  • the invention according to claim 1 is directed to an internal combustion engine that purifies exhaust gas discharged to an exhaust passage of the internal combustion engine 3 (the exhaust pipe 5 in the embodiment (hereinafter, the same applies to this section)).
  • 1 is an exhaust gas purification device 1 which is provided in an exhaust passage, for purifying NOx in exhaust gas, branches from an upstream side of the NOx catalyst 7 in the exhaust passage, and enters an intake passage (intake pipe 4).
  • the EGR passage (EGR pipe 6a) for returning a part of the exhaust gas that has joined and discharged to the exhaust passage to the intake passage and the merge portion 4a where the EGR passage of the intake passage joins are provided downstream of the BaCO3.
  • a CO2 sensor 22 for detecting the CO2 concentration C (CO2) in of the intake air sucked into the internal combustion engine 3 and the exhaust gas recirculation rate through the EGR passage.
  • the EGR rate calculating means (ECU 2, step 1 in FIG. 4) calculated as follows, and the calculated EGR rate rEGR and the detected value of the CO2 sensor 22 (sensor SOx accumulation amount SOxSNS), the SOx accumulated in the NOx catalyst 7 SOx deposition amount calculation means (ECU 2, steps 38 and 39 in FIG. 8) for calculating the amount as an SOx deposition amount (catalyst SOx deposition amount SOxLNT).
  • NOx in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine into the exhaust passage is captured by the NOx catalyst.
  • EGR gas a part of the exhaust gas (hereinafter referred to as “EGR gas”) returns to the intake passage through the EGR passage, merges with fresh air introduced into the intake passage, and then sucks into the internal combustion engine as intake air. Is done.
  • a CO2 sensor is provided in the intake passage on the downstream side of the joining portion where the EGR gas joins.
  • This CO2 sensor includes BaCO3 (barium carbonate) in its detection electrode. For this reason, when SO2 in the EGR gas touches the detection electrode, it is oxidized and converted into SO3, and the converted SO3 is deposited on the detection electrode.
  • SO3 sulfur oxides such as SO, SO2 and SO3 are collectively referred to as “SOx”
  • SOx sulfur oxides such as SO, SO2 and SO3 are collectively referred to as “SOx”
  • SOx sulfur oxides
  • the detection signal of the CO2 sensor changes in accordance with the amount of deposition.
  • the detection value of the CO2 sensor represents not only the CO2 concentration but also the SOx deposition amount on the CO2 sensor.
  • the CO2 sensor is normally provided in an exhaust gas purifying apparatus having an EGR passage, the CO2 sensor is a type that includes BaCO3 in the detection electrode, so that the CO2 concentration of intake air and the SOx deposition on the CO2 sensor. Any of the quantities can be detected.
  • the exhaust gas purifying apparatus calculates the EGR gas recirculation rate (the ratio of the EGR gas amount to the total exhaust gas amount) through the EGR passage as the EGR rate, and according to the calculated EGR rate and the detected value of the CO2 sensor.
  • the amount of SOx deposited on the NOx catalyst is calculated.
  • SOx in the exhaust gas recirculated to the intake passage accumulates on the detection electrode of the CO2 sensor.
  • SOx in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is deposited on the NOx catalyst.
  • the ratio of the SOx amount recirculated to the intake passage and the SOx amount flowing into the NOx catalyst is determined according to the EGR rate, and the SOx accumulation amount on the detection electrode of the CO2 sensor and the NOx catalyst are determined according to these SOx amounts.
  • the amount of SOx deposited is determined.
  • the SOx deposition amount on the NOx catalyst can be accurately calculated according to the EGR rate and the SOx deposition amount on the CO2 sensor.
  • the calculated amount of SOx deposited on the NOx catalyst it is possible to perform SOx removal control for removing SOx deposited on the NOx catalyst while supplying a reducing agent without excess or deficiency. With this, the fuel consumption and exhaust gas characteristics of the internal combustion engine can be improved.
  • ECU 2, step 7 in FIG. 4 the SOx accumulation amount calculating means calculates the SOx accumulation amount using the average value of the calculated EGR rate rEGR (steps 38 and 39 in FIG. 8).
  • the average value of the EGR rate in the predetermined period is calculated, and the SOx deposition amount in the predetermined period is calculated according to the average value of the EGR rate and the detection value of the CO2 sensor.
  • the EGR rate is 0. Therefore, the SOx accumulation amount according to the EGR rate at that time cannot be calculated. Therefore, by calculating the average value of the EGR rate in a predetermined period and using it for calculating the SOx deposition amount, the SOx deposition amount can be calculated even when the EGR operation is not performed at that time.
  • the invention according to claim 3 is the exhaust gas purification apparatus 1 for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the atmospheric CO2 concentration acquisition means (ECU2, step 12 of FIG. 5) for acquiring the atmospheric CO2 concentration C (CO2) amb. ) And the CO2 concentration detected by the CO2 sensor 22 when the exhaust gas is not recirculated through the EGR passage, and the SOx to the detection electrode 22a of the CO2 sensor 22 according to the acquired CO2 concentration in the atmosphere.
  • An error calculating means (ECU 2, step 13 in FIG. 5) for calculating the error of the detected value of the CO 2 sensor 22 generated by the accumulation of CO 2, and a correcting means for correcting the detected value of the CO 2 sensor 22 according to the calculated error ( ECU 2 and step 22) in FIG. 6 are further provided.
  • the CO2 concentration detected by the CO2 sensor and the acquired CO2 concentration according to the CO2 concentration are obtained.
  • An error in the detection value of the CO2 sensor generated due to the accumulation of SOx on the detection electrode of the sensor is calculated, and the detection value of the CO2 sensor is corrected according to the calculated error.
  • the CO2 concentration detected by the CO2 sensor and the CO2 concentration in the atmosphere are substantially equal.
  • SOx is deposited on the detection electrode
  • an error occurs between the two due to the reaction of BACO3 contained in the detection electrode with sulfur, and the magnitude thereof increases as the amount of SOx deposited on the CO2 sensor increases.
  • the detection error of the CO2 concentration favorably reflects the amount of SOx deposited on the CO2 sensor.
  • the detection value of the CO2 sensor can be appropriately corrected based on the detection error of the CO2 concentration, and even when SOx is deposited on the detection electrode of the CO2 sensor, the effect is compensated for to the NOx catalyst.
  • the amount of SOx deposited can be calculated with high accuracy.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine to which an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment is applied. It is a block diagram of an exhaust gas purification apparatus. It is sectional drawing which shows the structure of a CO2 sensor. It is a flowchart which shows the calculation process of an average EGR rate. It is a flowchart which shows the calculation process of the shift voltage of a CO2 sensor. It is a flowchart which shows the calculation process of sensor SOx accumulation amount. It is a map for calculating sensor SOx accumulation amount. It is a flowchart which shows the calculation process of catalyst SOx accumulation amount. It is a flowchart which shows a SOx removal control process. It is a timing chart which shows the operation example obtained by SOx removal control processing.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an exhaust gas purification device 1 according to the present invention and an internal combustion engine 3 to which the exhaust gas purification device 1 is applied.
  • the internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 is, for example, a four-cylinder lean burn gasoline engine mounted on the vehicle V.
  • the engine 3 is provided with an EGR device 6 having an EGR pipe 6a and an EGR control valve 6b.
  • One end of the EGR pipe 6a is connected to the exhaust pipe 5 at the branching part 5a, and the other end is connected to the intake pipe 4 at the joining part 4a.
  • a part of the exhaust gas of the engine 3 is recirculated as EGR gas to the intake pipe 4 through the EGR pipe 6a, thereby lowering the combustion temperature in the engine 3 so that NOx in the exhaust gas is reduced. Decrease.
  • the EGR control valve 6b is composed of a linear electromagnetic valve attached to the EGR pipe 6a.
  • the EGR gas amount is controlled by controlling the duty ratio (EGR duty ratio) EGRduty of the current supplied to the EGR control valve 6b by the ECU 2 and controlling the lift amount linearly. Specifically, as the EGR duty ratio EGRduty increases, the lift amount increases and the EGR gas amount increases.
  • EGR duty ratio EGRduty
  • the EGR control valve 6b is fully closed to stop the EGR operation, and the EGR gas amount and the exhaust gas recirculation rate through the EGR pipe 6b (EGR gas relative to the total exhaust gas amount).
  • the EGR rate rEGR representing the ratio of the amount becomes zero.
  • the intake pipe 4 is provided with a throttle valve mechanism 8 on the upstream side of the merging portion 4a.
  • the throttle valve mechanism 8 includes a throttle valve 8a and a TH actuator 8b that drives the throttle valve 8a.
  • the opening degree of the throttle valve 8a is controlled by driving the TH actuator 8b by a control signal from the ECU 2, thereby controlling the amount of air (fresh air) drawn into the engine 3.
  • an air flow sensor 21 is provided on the upstream side of the throttle valve 8a, and a CO2 sensor 22 and an intake pressure sensor 23 are provided in order from the upstream side on the downstream side of the junction 4a.
  • the air flow sensor 21 detects the amount of air sucked into the engine 3 (hereinafter referred to as “air amount”) Mail
  • the intake pressure sensor 23 detects the intake pressure PB downstream of the throttle valve 8a as an absolute pressure
  • Those detection signals are output to the ECU 2.
  • a detection signal indicating the atmospheric pressure PA is output from the atmospheric pressure sensor 24 to the ECU 2
  • a detection signal indicating the vehicle speed VP that is the speed of the vehicle V is output from the vehicle speed sensor 25.
  • the CO2 sensor 22 includes an electrolyte 22c, and a detection electrode 22a and a counter electrode 22b provided on the upper surface thereof.
  • the detection electrode 22a contains BaCO3, and the electrolyte 22c is made of NASICON (sodium super ion conductor).
  • a heater 22d for heating the detection electrode 22a is provided on the lower surface of the electrolyte 22c.
  • the EGR gas when the EGR gas is recirculated to the intake pipe 4 by the EGR operation, SOx in the EGR gas is deposited on the detection electrode 22a.
  • SOx When SOx is deposited on the detection electrode 22a, the potential difference between the detection electrode 22a and the counter electrode 22b changes according to the amount of SOx deposited.
  • the ECU 2 calculates the amount of SOx deposited on the detection electrode 22a according to the output voltage Usens of the CO2 sensor 22. The calculation method will be described later.
  • the exhaust pipe 5 is provided with an air-fuel ratio sensor 26 on the downstream side of the branch portion 5a, and further on the downstream side thereof with the NOx catalyst 7.
  • the air-fuel ratio sensor 26 linearly detects the air-fuel ratio (excess air ratio) ⁇ in the exhaust gas in a wide range of air-fuel ratios from the rich region to the lean region, and outputs a detection signal to the ECU 2.
  • the NOx catalyst 7 captures NOx in the exhaust gas in an oxidizing atmosphere with a high oxygen concentration in the exhaust gas, and reduces the captured NOx in a reducing atmosphere in which the exhaust gas contains a large amount of a reducing agent. , Purify the exhaust gas.
  • the ECU 2 is composed of a microcomputer including an I / O interface, a CPU, a RAM, and a ROM (all not shown).
  • the ECU 2 determines the operating state of the engine 3 according to the detection signals from the various sensors 21 to 26 described above, and executes various control processes of the engine 3 according to the determination results.
  • the ECU 2 corresponds to an EGR rate calculating means, an SOx accumulation amount calculating means, an average value calculating means, an atmospheric CO2 concentration acquiring means, an error calculating means, and a correcting means.
  • FIG. 4 shows a process for calculating the average EGR rate rEGRavrg.
  • step 1 illustrated as “S1”, the same applies hereinafter
  • a predetermined map (not shown) is searched according to the air-fuel ratio ⁇ and the CO2 concentration C (CO2) in of the intake air, thereby The EGR rate rEGR is calculated.
  • step 2 the EGR gas amount Megr is calculated by the following equation (1) using the air amount Mail and the EGR rate rEGR.
  • Megr Mair ⁇ rEGR / (1-rEGR) (1)
  • step 3 an integrated value (hereinafter referred to as “air mass”) ⁇ Mair of the air amount Mail is calculated, and in step 4, an integrated value (hereinafter referred to as “EGR gas mass”) ⁇ Megr of the EGR gas amount Megr is calculated. .
  • step 6 it is determined whether or not the calculated travel distance Ldrv is greater than or equal to a predetermined distance Lref (for example, 100 km). When this answer is NO, this processing is terminated as it is.
  • a predetermined distance Lref for example, 100 km.
  • step 8 the air mass ⁇ Mair, the EGR gas mass ⁇ Megr, and the travel distance Ldrv are all reset to 0, and this process is terminated.
  • the average EGR rate rEGRavrg calculated as described above corresponds to the average value of the EGR rate rEGR during a predetermined period in which the vehicle V has traveled for a predetermined distance Lref.
  • FIG. 5 shows a calculation process of the shift voltage E0sft.
  • This shift voltage E0sft is the amount of shift (error) to the increase side of Usens that occurs due to the deposition of SOx on the detection electrode 22a of the CO2 sensor 22.
  • step 11 it is determined whether or not the engine 3 has just been started. When this answer is NO, this processing is terminated as it is.
  • step 12 the reference voltage E0base is set to the predetermined voltage Uref. To do.
  • step 14 an initial value SOxSNS0 of the sensor SOx deposition amount is calculated by searching a predetermined map (not shown) according to the calculated shift voltage E0sft, and this processing is terminated.
  • This initial value SOxSNS0 corresponds to the amount of SOx deposited on the detection electrode 22a of the CO2 sensor 22 when the engine 3 is started. In this map, the initial value SOxSNS0 is set to be proportional to the shift voltage E0sft.
  • FIG. 6 shows a calculation process of the sensor SOx deposition amount SOxSNS.
  • This sensor SOx accumulation amount SOxSNS is the SOx amount accumulated on the detection electrode 22a of the CO2 sensor 22 while the vehicle V is running after the engine 3 is started.
  • this process first, in step 21, it is determined whether or not this time is immediately after the sensor SOx removal control is finished.
  • this sensor SOx removal control by energizing the heater 22d of the CO2 sensor 22 for a predetermined time, the temperature of the detection electrode 22a is raised, and SOx deposited on the detection electrode 22a is removed.
  • step 23 using the correction voltage Ucor, the predetermined coefficient ⁇ e, and the EGR rate rEGR at that time, the increased voltage Unet is calculated by the following equation (3).
  • Unet Ucor ⁇ e ⁇ rEGR (3)
  • step 24 the sensor SOx deposition amount SOxSNS is calculated by searching the map of FIG. 7 according to the increased voltage Unit, and the present process is terminated.
  • the sensor SOx accumulation amount SOxSNS is set to be proportional to the increased voltage Unet.
  • step 21 if the answer to step 21 is YES and immediately after the end of the sensor SOx removal control, the shift voltage E0sft is reset to 0 (step 25), assuming that all SOx has been removed from the detection electrode 22a of the CO2 sensor 22. Then, the sensor SOx accumulation amount SOxSNS is reset to 0 (step 26), and this process is terminated.
  • the correction voltage Ucor becomes equal to the output voltage Usens. Therefore, in steps 23 and 24, the output voltage Usens is used as it is as the correction voltage Ucor, and the increased voltage Unet. Is calculated.
  • FIG. 8 shows a calculation process of the catalyst SOx deposition amount SOxLNT.
  • This catalyst SOx deposition amount SOxLNT is the SOx deposition amount on the NOx catalyst 7.
  • step 31 it is determined whether or not this time is immediately after the catalyst SOx removal control is finished.
  • this catalyst SOx removal control fuel is supplied to the upstream side of the NOx catalyst 7 to raise the temperature of the NOx catalyst 7 and remove SOx accumulated on the NOx catalyst 7. If the answer to step 31 is YES and immediately after the catalyst SOx removal control ends, it is determined in step 32 whether the sensor SOx removal control is executed together with the catalyst SOx removal control.
  • step 33 the counter value k is incremented, and the process proceeds to step 36.
  • the answer to step 32 is YES and the sensor SOx removal control is executed, the initial value SOxSNS0 of the sensor SOx accumulation amount is reset to 0 in step 34, and the counter value k is reset to 0 in step 35. To do.
  • step 36 following step 33 or 35, an initial value SOxLNT0 of a catalyst SOx accumulation amount to be described later is reset to 0, and in step 37, the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT is reset to 0, and this processing is terminated. .
  • step 31 the sensor SOx accumulation amount SOxSNS, the average EGR rate rEGRavrg calculated in step 7 of FIG.
  • SOxLNTbase SOxSNS ⁇ ⁇ sns ⁇ (1-rEGRAvrg) / rEGRAvrg ....
  • This basic value SOxLNTbase corresponds to the SOx amount that is assumed to be deposited on the NOx catalyst 7 when it is assumed that the catalyst SOx removal control is not performed (see FIG. 10).
  • the correction coefficient ⁇ sns is for compensating for the area ratio of the detection electrode 22a of the CO2 sensor 22 to the passage area of the intake pipe 4, the difference in the BaCO3 content between the NO catalyst 7 and the detection electrode 22a, and the like. Is.
  • step 39 using the initial value SOxLNT0, the basic value SOxLNTbase, the predetermined upper limit value SOxLNTrmv, and the counter value k of the catalyst SOx accumulation amount, the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT is calculated by the following equation (5).
  • SOxLNT SOxLNT0 + SOxLNTbase-SOxLNTrmvxk (5)
  • the upper limit value SOxLNTrmv corresponds to the amount of SOx removed from the NOx catalyst 7 by the catalyst SOx removal control.
  • FIG. 9 shows the SOx removal control process.
  • This SOx removal control process performs sensor SOx removal control and catalyst SOx removal control.
  • step 41 it is determined whether or not the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT calculated in step 37 of FIG. 8 is equal to or larger than the upper limit value SOxLNTrmv. When this answer is NO, this processing is terminated as it is.
  • the catalyst SOx removal control is executed in step 42 assuming that the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT is excessive. By executing this catalyst SOx removal control, the SOx accumulated on the NOx catalyst 7 is removed, and accordingly, in step 35, the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT is reset to zero.
  • step 44 it is determined whether or not the calculated sensor SOx total accumulation amount SOxSNSgrs is equal to or greater than the predetermined upper limit value SOxSNSrmv. When this answer is NO, this processing is terminated as it is.
  • step 44 if the answer to step 44 is YES and SOxSNSgrs ⁇ SOxSNSrmv, it is determined that the sensor SOx total deposition amount SOxSNSgrs is excessive, and in step 45, sensor SOx removal control is executed, and this process is terminated.
  • sensor SOx removal control By executing this sensor SOx removal control, the SOx deposited on the detection electrode 22a of the CO2 sensor 22 is removed, and accordingly, in step 26, the sensor SOx deposition amount SOxSNS is reset to zero.
  • FIG. 10 shows an operation example obtained by the exhaust gas purification processing described so far.
  • the sensor SOx total accumulation amount SOxSNSgrs and the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT are both 0.
  • both the SOx deposition amount on the detection electrode 22a of the CO2 sensor 22 and the SOx deposition amount on the NOx catalyst increase.
  • the sensor SOx deposition amount SOxSNS at this time increases from the value 0 as a result of calculation using the map of FIG. 7 described above.
  • step 41 in FIG. 8 the answer to step 41 in FIG. 8 becomes YES, so that the first catalyst SOx removal control is executed (step 42). Accordingly, the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT is reset to 0 (step 35), and the counter value k is incremented from 0 to 1 (step 33 in FIG. 7).
  • the sensor SOx total deposition amount SOxSNSgrs has not yet reached the upper limit value SOxSNSrmv, so the sensor SOx removal control is not executed, and the sensor SOx total deposition amount SOxSNSgrs continues to increase.
  • the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT and the counter value k at that time are stored and used as initial values SOxLNT0 and k at the next start-up.
  • the sensor SOx deposition amount SOxSNS can be detected in addition to the CO2 concentration C (CO2) in of the intake air. Further, since the relationship between the sensor SOx accumulation amount SOxSNS and the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT is determined according to the EGR rate rEGR, the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT is calculated according to the EGR rate rEGR and the sensor SOx accumulation amount SOxSNS. In addition, the calculation of the catalyst SOx deposition amount SOxLNT can be performed with high accuracy. Further, according to the calculated catalyst SOx accumulation amount SOxLNT, the catalyst SOx removal control can be performed while supplying the reducing agent without excess or deficiency, thereby improving the fuel consumption and exhaust gas characteristics of the engine 3. Can be made.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modes.
  • the average EGR rate rEGRavrg is calculated for each predetermined distance Lref, but the predetermined distance Lref may not be constant.
  • the predetermined distance Lref may be set to a smaller value as the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT approaches the upper limit value SOxLNTrmv.
  • the average EGR rate rEGRavrg can be calculated more finely, so that the calculation accuracy of the catalyst SOx accumulation amount SOxLNT can be further increased, and the catalyst SOx removal control is more appropriately performed. It can be executed at any time.
  • the average EGR rate rEGRavrg may be calculated every predetermined time instead of every predetermined distance.
  • the following processing may be performed instead of the processing in steps 25 and 26 in FIG. 6 that is executed immediately after the sensor SOx removal control is completed.
  • the EGR operation is stopped by fully closing the EGR control valve 6b.
  • the shift voltage E0sft and the initial value SOxSNS0 are calculated by the same method as in FIG. 5 assuming that the EGR rate rEGR becomes 0 when a predetermined time has elapsed since the EGR operation stopped.
  • the subsequent sensor SOx deposition amount SOxSNS is calculated.
  • the shift voltage E0sft is calculated even while the vehicle V is traveling, so that the SOx accumulation amount SOxLNT is calculated even when the SOx removal control does not completely remove SOx from the detection electrode 22a. Accuracy can be maintained.
  • a predetermined value corresponding to the normal CO2 concentration in the atmosphere is used as the predetermined voltage Uref representing the atmospheric CO2 concentration C (CO2) amb.
  • the atmospheric CO2 concentration C (CO2) amb is detected.
  • An atmospheric CO2 sensor may be provided, and the detected value may be used.
  • the embodiment is an example in which the present invention is applied to a lean burn type gasoline engine mounted on a vehicle, but the present invention is not limited to this and is applied to various engines such as a diesel engine other than a gasoline engine.
  • the present invention is also applicable to engines other than those for vehicles, for example, engines for marine propulsion devices such as outboard motors having a crankshaft arranged vertically.
  • the exhaust gas purification apparatus can calculate the amount of SOx deposited on the NOx catalyst with high accuracy, and is useful for improving the fuel consumption and exhaust gas characteristics of the internal combustion engine.

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Abstract

　比較的単純な構成で、ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘの量を精度良く算出でき、それにより、内燃機関の燃費および排ガス特性を向上させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供するを提供する。ＥＧＲ動作中、エンジン３から排気管５に排出された排ガスは、その一部がＮＯｘ触媒に流入するとともに、残りの一部が、ＥＧＲ管６ａを介して吸気管４に還流する。吸気管４の合流部４ａよりも下流側には、検知電極２２ａにＢａＣＯ３を含むＣＯ２センサ２２が設けられている。この排ガス浄化装置１によれば、ＣＯ２センサ２２で検出されたセンサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳと触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴとの関係が、ＥＧＲ率ｒＥＧＲに応じて定まることに基づき、ＥＧＲ率ｒＥＧＲおよびセンサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳに応じて、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴを算出する（ステップ３９）。

Description

内燃機関の排ガス浄化装置
　本発明は、内燃機関から排気通路に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関し、特にＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ堆積量を算出する排ガス浄化装置に関する。
　従来、この種の内燃機関の排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関の排気管には、排ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒が設けられており、ＮＯｘ触媒には、触媒床の温度（触媒床温）を検出する複数の床温センサが、排ガスの流れ方向に沿って等間隔に配置されている。また、この排ガス浄化装置では、還元雰囲気下で、ＮＯｘ触媒に堆積したＮＯｘを除去するためのＮＯｘ還元制御が実行されるとともに、ＮＯｘ触媒から微粒子物質（ＰＭ）を除去するＰＭ除去制御、およびＳＯｘを除去するＳＯｘ除去制御が実行される。
　この排ガス浄化装置では、ＰＭ除去制御の実行中、排ガスの温度がライトオフ温度域（ＮＯｘ触媒が活性化して触媒床温が急激に上昇する温度域）に入ったときに、各床温センサの検出値に基づいて、ＮＯｘ触媒への還元剤の供給に伴う各触媒床温の上昇量（以下「触媒昇温量」という）を算出する。そして、いずれかの触媒昇温量が所定の判定値よりも小さいときに、ＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量が過大であると判定し、それらの触媒昇温量に応じてＳＯｘ堆積量を算出するとともに、算出されたＳＯｘ堆積量に基づいてＳＯｘ除去制御の実施タイミングなどを決定する。
　また、従来の他の排ガス浄化装置として、特許文献２に開示されたものが知られている。この排ガス浄化装置は、排気管にＮＯｘ触媒を備えており、ＮＯｘ触媒の下流側には、排ガス中の空気過剰率λを検出するλセンサが設けられている。また、この排ガス浄化装置では、還元雰囲気下で、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御や、ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘを除去するＳＯｘ除去制御が行われる。
　この排ガス浄化装置では、λセンサで検出された空気過剰率λを用いて、排ガスの空燃比を算出するとともに、ＳＯｘ除去制御の開始時から排ガスの空燃比が理論空燃比のリーン側からリッチ側に切り換わるまでの時間を計測する。そして、計測された時間に応じて、ＳＯｘ除去制御の開始時におけるＳＯｘ堆積量を算出する。
特開２００９－１３８５２５号公報 欧州特許出願公開第１４８９４１４号明細書
　前述したように、特許文献１の排ガス浄化装置では、ＰＭ除去制御中に限り、ＳＯｘ堆積量が過大になったか否かの判定が行われる。このため、ＰＭ除去制御の終了時から次回のＰＭ除去制御の開始時までの間には、ＳＯｘ堆積量が算出されず、その間隔が長い場合には、ＳＯｘ堆積量が過大な状態で内燃機関が運転されるおそれがある。
　また、特許文献２の排ガス浄化装置において用いられるλセンサは、一般に、混合気の空燃比がリーンな範囲では、酸素濃度の変化に対する感度が低いため、その検出値を用いて算出されたＳＯｘ堆積量の精度は低い。
　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、比較的単純な構成で、ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘの量を精度良く算出でき、それにより、内燃機関の燃費および排ガス特性を向上させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置１であって、排気通路に設けられ、排ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒７と、排気通路のＮＯｘ触媒７よりも上流側から分岐するとともに吸気通路（吸気管４）に合流し、排気通路に排出された排ガスの一部を吸気通路に還流させるためのＥＧＲ通路（ＥＧＲ管６ａ）と、吸気通路のＥＧＲ通路が合流する合流部４ａよりも下流側に設けられ、ＢａＣＯ３を含む検知電極２２ａを有し、内燃機関３に吸入される吸気のＣＯ２濃度Ｃ（ＣＯ２）ｉｎを検出するＣＯ２センサ２２と、ＥＧＲ通路を介した排ガスの還流率をＥＧＲ率ｒＥＧＲとして算出するＥＧＲ率算出手段（ＥＣＵ２、図４のステップ１）と、算出されたＥＧＲ率ｒＥＧＲおよびＣＯ２センサ２２の検出値（センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳ）に応じて、ＮＯｘ触媒７に堆積したＳＯｘの量をＳＯｘ堆積量（触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴ）として算出するＳＯｘ堆積量算出手段（ＥＣＵ２、図８のステップ３８，３９）と、を備えることを特徴とする。
　この排ガス浄化装置によれば、内燃機関から排気通路に排出された排ガス中のＮＯｘは、ＮＯｘ触媒に捕捉される。また、ＥＧＲ動作により、排ガスの一部（以下「ＥＧＲガス」という）は、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流し、吸気通路に導入された新気と合流した後に、吸気として内燃機関に吸入される。また、吸気通路には、ＥＧＲガスが合流する合流部よりも下流側に、ＣＯ２センサが設けられている。
　このＣＯ２センサは、その検知電極にＢａＣＯ３（炭酸バリウム）を含む。このため、ＥＧＲガス中のＳＯ２は検知電極に触れると、酸化してＳＯ３に変換され、変換されたＳＯ３は、検知電極に堆積する。検知電極にＳＯ３（以下、ＳＯ、ＳＯ２およびＳＯ３などの硫黄酸化物をまとめて「ＳＯｘ」という）が堆積すると、その堆積量に応じてＣＯ２センサの検出信号が変化する。このように、ＣＯ２センサの検出値は、ＣＯ２濃度だけでなく、ＣＯ２センサへのＳＯｘ堆積量も表す。また、ＣＯ２センサは、ＥＧＲ通路を備えた排ガス浄化装置に通常、設けられているので、ＣＯ２センサとして、検知電極にＢａＣＯ３を含むタイプを用いることで、吸気のＣＯ２濃度およびＣＯ２センサへのＳＯｘ堆積量のいずれをも検出することができる。
　また、この排ガス浄化装置は、ＥＧＲ通路を介したＥＧＲガスの還流率（全体の排ガス量に対するＥＧＲガス量の割合）をＥＧＲ率として算出し、算出されたＥＧＲ率およびＣＯ２センサの検出値に応じて、ＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量を算出する。前述したように、吸気通路に還流した排ガス中のＳＯｘは、ＣＯ２センサの検知電極に堆積する。一方、ＮＯｘ触媒に流入した排ガス中のＳＯｘは、ＮＯｘ触媒に堆積する。また、吸気通路に還流するＳＯｘ量とＮＯｘ触媒に流入するＳＯｘ量の割合は、ＥＧＲ率に応じて定まり、これらのＳＯｘ量に応じて、ＣＯ２センサの検知電極へのＳＯｘ堆積量およびＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量が定まる。
　したがって、このような関係を用い、ＥＧＲ率およびＣＯ２センサへのＳＯｘ堆積量に応じて、ＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量を精度良く算出することができる。また、そのようにして算出されたＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量に応じて、還元剤を過不足なく供給しながら、ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘを除去するためのＳＯｘ除去制御を行うことが可能であり、それにより、内燃機関の燃費および排ガス特性を向上させることができる。
　請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、所定期間（所定距離Ｌｒｅｆ）におけるＥＧＲ率ｒＥＧＲの平均値（平均ＥＧＲ率ｒＥＧＲａｖｒｇ）を算出する平均値算出手段（ＥＣＵ２、図４のステップ７）をさらに備え、ＳＯｘ堆積量算出手段は、算出されたＥＧＲ率ｒＥＧＲの平均値を用いて、ＳＯｘ堆積量を算出する（図８のステップ３８，３９）ことを特徴とする。
　この構成によれば、所定期間におけるＥＧＲ率の平均値を算出し、ＥＧＲ率の平均値とＣＯ２センサの検出値に応じて、所定期間におけるＳＯｘ堆積量を算出する。例えば、内燃機関の低速運転時など、ＥＧＲ動作が行われないときには、ＥＧＲ率は０であるので、その時点のＥＧＲ率に応じたＳＯｘ堆積量の算出を行えない。したがって、所定期間におけるＥＧＲ率の平均値を算出し、ＳＯｘ堆積量の算出に用いることによって、その時点においてＥＧＲ動作が行われていないときでも、ＳＯｘ堆積量を算出することができる。
　請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、大気のＣＯ２濃度Ｃ（ＣＯ２）ａｍｂを取得する大気ＣＯ２濃度取得手段（ＥＣＵ２、図５のステップ１２）と、ＥＧＲ通路を介した排ガスの還流が行われていないときにＣＯ２センサ２２により検出されたＣＯ２濃度と、取得された大気のＣＯ２濃度に応じて、ＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａへのＳＯｘの堆積により発生するＣＯ２センサ２２の検出値の誤差を算出する誤差算出手段（ＥＣＵ２、図５のステップ１３）と、算出された誤差に応じて、ＣＯ２センサ２２の検出値を補正する補正手段（ＥＣＵ２、図６のステップ２２）と、をさらに備えることを特徴とする。
　この構成によれば、ＥＧＲ動作が行われておらず、吸気通路内に新気のみが流れているときにＣＯ２センサで検出されたＣＯ２濃度と、取得された大気のＣＯ２濃度に応じて、ＣＯ２センサの検知電極へのＳＯｘの堆積を原因として発生するＣＯ２センサの検出値の誤差を算出し、算出された誤差に応じて、ＣＯ２センサの検出値を補正する。
　ＥＧＲ動作が行われていない状態において、ＣＯ２センサの検知電極にＳＯｘが堆積していないときには、ＣＯ２センサで検出されたＣＯ２濃度と大気のＣＯ２濃度はほぼ等しくなる。これに対して、検知電極にＳＯｘが堆積すると、検知電極に含まれるＢＡＣＯ３が硫黄と反応することにより両者の間に誤差が生じ、その大きさは、ＣＯ２センサへのＳＯｘ堆積量が多くなるほど、より大きくなる。このように、ＣＯ２濃度の検出誤差は、ＣＯ２センサへのＳＯｘの堆積量を良好に反映する。したがって、ＣＯ２濃度の検出誤差に基づいて、ＣＯ２センサの検出値を適切に補正することができ、ＣＯ２センサの検知電極にＳＯｘが堆積しているときでも、その影響を補償しながら、ＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量の算出を精度良く行うことができる。
本実施形態による排ガス浄化装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 排ガス浄化装置のブロック図である。 ＣＯ２センサの構成を示す断面図である。 平均ＥＧＲ率の算出処理を示すフローチャートである。 ＣＯ２センサのシフト電圧の算出処理を示すフローチャートである。 センサＳＯｘ堆積量の算出処理を示すフローチャートである。 センサＳＯｘ堆積量を算出するためのマップである。 触媒ＳＯｘ堆積量の算出処理を示すフローチャートである。 ＳＯｘ除去制御処理を示すフローチャートである。 ＳＯｘ除去制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。
　以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明による排ガス浄化装置１、これを適用した内燃機関３の概略構成を示している。内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両Ｖに搭載された、例えば４気筒のリーンバーン方式のガソリンエンジンである。
　エンジン３には、ＥＧＲ管６ａおよびＥＧＲ制御弁６ｂを有するＥＧＲ装置６が設けられている。ＥＧＲ管６ａの一端部は、分岐部５ａにおいて排気管５に接続され、他端部は、合流部４ａにおいて吸気管４に接続されている。ＥＧＲ動作中には、ＥＧＲ管６ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして還流し、それにより、エンジン３における燃焼温度が低下することで、排ガス中のＮＯｘが減少する。
　ＥＧＲ制御弁６ｂは、ＥＧＲ管６ａに取り付けられたリニア電磁弁で構成されている。ＥＧＲガス量は、ＥＧＲ制御弁６ｂに供給される電流のデューティ比（ＥＧＲデューティ比）ＥＧＲｄｕｔｙをＥＣＵ２で制御し、そのリフト量をリニアに制御することによって制御される。具体的には、ＥＧＲデューティ比ＥＧＲｄｕｔｙが大きいほど、リフト量がより大きくなり、ＥＧＲガス量はより大きくなる。また、ＥＧＲｄｕｔｙ＝０のときには、ＥＧＲ制御弁６ｂが全閉状態になることで、ＥＧＲ動作が停止され、ＥＧＲガス量と、ＥＧＲ管６ｂを介した排ガスの還流率（全体の排ガス量に対するＥＧＲガス量の割合）を表すＥＧＲ率ｒＥＧＲは０になる。
　また、吸気管４には、合流部４ａの上流側にスロットル弁機構８が設けられている。スロットル弁機構８は、スロットル弁８ａおよびこれを駆動するＴＨアクチュエータ８ｂを有している。スロットル弁８ａの開度は、ＥＣＵ２からの制御信号により、ＴＨアクチュエータ８ｂを駆動することによって制御され、それにより、エンジン３に吸入される空気（新気）の量が制御される。
　また、吸気管４には、スロットル弁８ａの上流側にエアフローセンサ２１が設けられ、合流部４ａの下流側には、ＣＯ２センサ２２および吸気圧センサ２３が上流側から順に設けられている。エアフローセンサ２１は、エンジン３に吸入される空気の量（以下「空気量」という）Ｍａｉｒを検出し、吸気圧センサ２３は、スロットル弁８ａの下流側の吸気圧ＰＢを絶対圧として検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。さらに、ＥＣＵ２には、大気圧センサ２４から、大気圧ＰＡを表す検出信号が、車速センサ２５から、車両Ｖの速度である車速ＶＰを表す検出信号が、それぞれ出力される。
　図３に示すように、ＣＯ２センサ２２は、電解質２２ｃと、その上面に設けられた検知電極２２ａおよび対極２２ｂを備えている。検知電極２２ａはＢａＣＯ３を含んでおり、電解質２２ｃは、ＮＡＳＩＣＯＮ（ナトリウムスーパーイオン導電体）で構成されている。また、電解質２２ｃの下面には、検知電極２２ａを加温するためのヒータ２２ｄが設けられている。
　検知電極２２ａが吸気にさらされると、吸気中のＣＯ２が検知電極２２ａ周辺に拡散し、ＢａＣＯ３とＣＯ２の解離平衡状態が変化する。それに伴い、検知電極２２ａ近傍の電解質２２ｃ内の金属イオン活量が変化する結果、検知電極２２ａと対極２２ｂの間に電位差が生じ、この電位差に応じた出力電圧Ｕｓｅｎｓが、ＣＯ２センサ２２からＥＣＵ２に出力される。ＥＣＵ２は、この出力電圧Ｕｓｅｎｓおよび吸気圧ＰＢに応じて、吸気のＣＯ２濃度Ｃ（ＣＯ２）ｉｎを算出する。
　また、ＥＧＲ動作により吸気管４にＥＧＲガスが還流しているときには、ＥＧＲガス中のＳＯｘが検知電極２２ａに堆積する。検知電極２２ａにＳＯｘが堆積すると、ＳＯｘの堆積量に応じて、検知電極２２ａと対極２２ｂとの間の電位差が変化する。ＥＣＵ２は、ＣＯ２センサ２２の出力電圧Ｕｓｅｎｓに応じて、検知電極２２ａへのＳＯｘ堆積量を算出する。その算出方法については後述する。
　一方、排気管５には、分岐部５ａの下流側に空燃比センサ２６が設けられ、さらにその下流側にはＮＯｘ触媒７が設けられている。空燃比センサ２６は、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排ガス中の空燃比（空気過剰率）λをリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、ＮＯｘ触媒７は、排ガス中の酸素濃度が高い酸化雰囲気下において、排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、排ガス中に還元剤が多く含まれる還元雰囲気下において、捕捉したＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。
　ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。また、ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１～２６からの検出信号に応じ、エンジン３の運転状態を判定するとともに、その判定結果に応じて、エンジン３の各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２がＥＧＲ率算出手段、ＳＯｘ堆積量算出手段、平均値算出手段、大気ＣＯ２濃度取得手段、誤差算出手段および補正手段に相当する。
　次に、図４～図９を参照しながら、ＥＣＵ２で実行されるエンジン３の排ガス浄化処理について説明する。本処理および後述する各種の処理は、所定時間ｄＴごとに実行される。図４は、平均ＥＧＲ率ｒＥＧＲａｖｒｇの算出処理を示す。本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、空燃比λおよび吸気のＣＯ２濃度Ｃ（ＣＯ２）ｉｎに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、現時点のＥＧＲ率ｒＥＧＲを算出する。
　次に、ステップ２において、空気量ＭａｉｒおよびＥＧＲ率ｒＥＧＲを用い、次式（１）によって、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを算出する。
Ｍｅｇｒ＝Ｍａｉｒ×ｒＥＧＲ／（１－ｒＥＧＲ）　　　　・・・・（１）
　次に、ステップ３において、空気量Ｍａｉｒの積算値（以下「空気質量」という）ΣＭａｉｒを算出し、ステップ４において、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒの積算値（以下「ＥＧＲガス質量」という）ΣＭｅｇｒを算出する。
　次に、ステップ５において、車速ＶＰと本処理の制御サイクルである所定時間ｄＴとの積（＝ＶＰ×ｄＴ）を、前回までの走行距離Ｌｄｒｖに加算することによって、車両Ｖの走行距離Ｌｄｒｖを算出する。次に、ステップ６において、算出された走行距離Ｌｄｒｖが所定距離Ｌｒｅｆ（例えば１００ｋｍ）以上であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、上記ステップ６の答がＹＥＳで、走行距離Ｌｄｒｖが所定距離Ｌｒｅｆに達したときには、ステップ７において、空気質量ΣＭａｉｒおよびＥＧＲガス質量ΣＭｅｇｒを用い、次式（２）によって、平均ＥＧＲ率ｒＥＧＲａｖｒｇを算出する。
ｒＥＧＲａｖｒｇ＝ΣＭｅｇｒ／（ΣＭａｉｒ＋ΣＭｅｇｒ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（２）
　次に、ステップ８において、空気質量ΣＭａｉｒ、ＥＧＲガス質量ΣＭｅｇｒおよび走行距離Ｌｄｒｖをいずれも０にリセットし、本処理を終了する。上記のように算出される平均ＥＧＲ率ｒＥＧＲａｖｒｇは、車両Ｖが所定距離Ｌｒｅｆ、走行した所定期間におけるＥＧＲ率ｒＥＧＲの平均値に相当する。
　図５は、シフト電圧Ｅ０ｓｆｔの算出処理を示す。このシフト電圧Ｅ０ｓｆｔは、ＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａへのＳＯｘの堆積を原因として発生するＵｓｅｎｓの増加側へのシフト量（誤差）である。本処理ではまず、ステップ１１において、エンジン３が始動直後であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
　一方、上記ステップ１１の答がＹＥＳで、エンジン３の始動直後のときには、低負荷運転が行われていて、ＥＧＲ率ｒＥＧＲが０であるとして、ステップ１２において、基準電圧Ｅ０ｂａｓｅを所定電圧Ｕｒｅｆに設定する。この所定電圧Ｕｒｅｆは、ＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａへのＳＯｘ堆積量が０で、かつＥＧＲ率ｒＥＧＲ＝０の状態におけるＣＯ２センサ２２の出力電圧Ｕｓｅｎｓに相当するものであり、したがって、大気のＣＯ２濃度Ｃ（ＣＯ２）ａｍｂ（約３９０ｐｐｍ）を表す。
　次に、ステップ１３において、そのときのＣＯ２センサ２２の出力電圧Ｕｓｅｎｓと基準電圧Ｅ０ｂａｓｅとの差（＝Ｕｓｅｎｓ－Ｅ０ｂａｓｅ）をシフト電圧Ｅ０ｓｆｔとして算出する。次に、ステップ１４において、算出されたシフト電圧Ｅ０ｓｆｔに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、センサＳＯｘ堆積量の初期値ＳＯｘＳＮＳ０を算出し、本処理を終了する。この初期値ＳＯｘＳＮＳ０は、エンジン３の始動時におけるＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａへのＳＯｘ堆積量に相当するものである。このマップでは、初期値ＳＯｘＳＮＳ０は、シフト電圧Ｅ０ｓｆｔに比例するように設定されている。
　図６は、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳの算出処理を示す。このセンサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳは、エンジン３の始動後、車両Ｖの走行中にＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａに堆積したＳＯｘ量である。本処理ではまず、ステップ２１において、今回がセンサＳＯｘ除去制御が終了した直後であるか否かを判別する。このセンサＳＯｘ除去制御は、ＣＯ２センサ２２のヒータ２２ｄへの通電を所定時間、行うことによって、検知電極２２ａを昇温し、検知電極２２ａに堆積したＳＯｘを除去するものである。
　上記ステップ２１の答がＮＯで、センサＳＯｘ除去制御の終了直後でないときには、ステップ２２において、出力電圧Ｕｓｅｎｓと図５のステップ１３で算出されたシフト電圧Ｅ０ｓｆｔとの差（＝Ｕｓｅｎｓ－Ｅ０ｓｆｔ）を、補正電圧Ｕｃｏｒとして算出する。
　次に、ステップ２３において、補正電圧Ｕｃｏｒ、所定の係数αｅおよびその時点のＥＧＲ率ｒＥＧＲを用い、次式（３）によって、増加電圧Ｕｎｅｔを算出する。
Ｕｎｅｔ＝Ｕｃｏｒ－αｅ×ｒＥＧＲ　　　　　　　　　　・・・・（３）
　この増加電圧Ｕｎｅｔは、補正電圧ＵｃｏｒからＣＯ２濃度Ｃ（ＣＯ２）ｉｎの増加に起因する出力電圧Ｕｓｅｎｓの増加分（＝αｅ×ｒＥＧＲ）を減算したものであり、検知電極２２ａへのＳＯｘの堆積に起因する出力電圧Ｕｓｅｎｓの正味の増加分を表す。
　次に、ステップ２４において、増加電圧Ｕｎｅｔに応じ、図７のマップを検索することによって、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳを算出し、本処理を終了する。このマップでは、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳは、増加電圧Ｕｎｅｔに比例するように設定されている。
　一方、前記ステップ２１の答がＹＥＳで、センサＳＯｘ除去制御の終了直後のときには、ＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａからＳＯｘがすべて除去されたとして、シフト電圧Ｅ０ｓｆｔを０にリセットする（ステップ２５）とともに、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳを０にリセットし（ステップ２６）、本処理を終了する。
　上記のようにシフト電圧Ｅ０ｓｆｔが０にリセットされた後には、補正電圧Ｕｃｏｒと出力電圧Ｕｓｅｎｓが等しくなるため、前記ステップ２３および２４により、補正電圧Ｕｃｏｒとして出力電圧Ｕｓｅｎｓをそのまま用いて、増加電圧Ｕｎｅｔが算出される。
　図８は、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴの算出処理を示す。この触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴは、ＮＯｘ触媒７へのＳＯｘ堆積量である。本処理ではまず、ステップ３１において、今回が触媒ＳＯｘ除去制御が終了した直後であるか否かを判別する。この触媒ＳＯｘ除去制御は、ＮＯｘ触媒７の上流側に燃料を供給することによって、ＮＯｘ触媒７を昇温し、ＮＯｘ触媒７に堆積したＳＯｘを除去するものである。上記ステップ３１の答がＹＥＳで、触媒ＳＯｘ除去制御の終了直後のときには、ステップ３２において、上記の触媒ＳＯｘ除去制御とともにセンサＳＯｘ除去制御が実行されたか否かを判別する。
　この答がＮＯのときには、ステップ３３において、カウンタ値ｋをインクリメントし、ステップ３６に進む。一方、上記ステップ３２の答がＹＥＳで、センサＳＯｘ除去制御が実行されたときには、ステップ３４において、センサＳＯｘ堆積量の初期値ＳＯｘＳＮＳ０を０にリセットし、ステップ３５において、カウンタ値ｋを０にリセットする。
　次に、ステップ３３または３５に続くステップ３６において、後述する触媒ＳＯｘ堆積量の初期値ＳＯｘＬＮＴ０を０にリセットするとともに、ステップ３７において、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴを０にリセットし、本処理を終了する。
　一方、前記ステップ３１の答がＮＯで、触媒ＳＯｘ除去制御の終了直後でないときには、ステップ３８において、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳ、図４のステップ７で算出された平均ＥＧＲ率ｒＥＧＲａｖｒｇ、および補正係数ηｓｎｓを用い、次式（４）によって、触媒ＳＯｘ堆積量の基本値ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅを算出する。
ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅ
＝ＳＯｘＳＮＳ×ηｓｎｓ×（１－ｒＥＧＲａｖｒｇ）／ｒＥＧＲａｖｒｇ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（４）
　この基本値ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅは、触媒ＳＯｘ除去制御が行われないと仮定したときにＮＯｘ触媒７に堆積すると想定されるＳＯｘ量に相当する（図１０参照）。また、上記の補正係数ηｓｎｓは、吸気管４の通路面積に対するＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａの面積比、およびＮＯ触媒７と検知電極２２ａとの間のＢａＣＯ３含有量の差などを補償するためのものである。
　次に、ステップ３９において、触媒ＳＯｘ堆積量の初期値ＳＯｘＬＮＴ０、基本値ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅ、所定の上限値ＳＯｘＬＮＴｒｍｖ、およびカウンタ値ｋを用い、次式（５）によって、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴを算出し、本処理を終了する。
ＳＯｘＬＮＴ
＝ＳＯｘＬＮＴ０＋ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅ－ＳＯｘＬＮＴｒｍｖ×ｋ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（５）
　後述するように、上限値ＳＯｘＬＮＴｒｍｖは、触媒ＳＯｘ除去制御によってＮＯｘ触媒７から除去されるＳＯｘ量に相当する。
　図９は、ＳＯｘ除去制御処理を示す。このＳＯｘ除去制御処理は、センサＳＯｘ除去制御および触媒ＳＯｘ除去制御を行うものである。本処理ではまず、ステップ４１において、図８のステップ３７で算出された触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが、上限値ＳＯｘＬＮＴｒｍｖ以上であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ４１の答がＹＥＳで、ＳＯｘＬＮＴ≧ＳＯｘＬＮＴｒｍｖのときには、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが過大であるとして、ステップ４２において、触媒ＳＯｘ除去制御を実行する。この触媒ＳＯｘ除去制御の実行により、ＮＯｘ触媒７に堆積したＳＯｘが除去され、それに応じ、前記ステップ３５において、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが０にリセットされる。
　次に、ステップ４３において、図５のステップ１４で算出されたセンサＳＯｘ堆積量の初期値ＳＯｘＳＮＳ０と、図６のステップ２４で算出されたセンサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳとの和（＝ＳＯｘＳＮＳ０＋ＳＯｘＳＮＳ）をセンサＳＯｘ総堆積量ＳＯｘＳＮＳｇｒｓとして算出する。次に、ステップ４４において、算出されたセンサＳＯｘ総堆積量ＳＯｘＳＮＳｇｒｓが、その所定の上限値ＳＯｘＳＮＳｒｍｖ以上であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
　一方、上記ステップ４４の答がＹＥＳで、ＳＯｘＳＮＳｇｒｓ≧ＳＯｘＳＮＳｒｍｖのときには、センサＳＯｘ総堆積量ＳＯｘＳＮＳｇｒｓが過大であるとして、ステップ４５において、センサＳＯｘ除去制御を実行し、本処理を終了する。このセンサＳＯｘ除去制御の実行により、ＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａに堆積したＳＯｘが除去され、それに応じ、前記ステップ２６において、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳが０にリセットされる。
　図１０は、これまで説明した排ガス浄化処理によって得られる動作例を示している。この例では、車両Ｖの走行距離ＬがＬ０のときに、センサＳＯｘ総堆積量ＳＯｘＳＮＳｇｒｓおよび触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴは、いずれも０であるものとする。この状態から車両Ｖが走行し、走行距離Ｌが増加するのに伴い、ＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａへのＳＯｘ堆積量およびＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量がいずれも増加する。このときのセンサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳは、前述した図７のマップを用いて算出される結果、値０から増加する。また、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴは、前記式（５）（ｋ＝０）によって算出される結果、値０から増加するとともに、基本値ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅに等しい。
　その後、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが上限値ＳＯｘＬＮＴｒｍｖに達すると（Ｌ＝Ｌ１）、図８のステップ４１の答がＹＥＳになることで、１回目の触媒ＳＯｘ除去制御が実行される（ステップ４２）。それに伴い、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが０にリセットされる（ステップ３５）とともに、カウンタ値ｋが０から１にインクリメントされる（図７のステップ３３）。一方、この時点では、センサＳＯｘ総堆積量ＳＯｘＳＮＳｇｒｓがまだ上限値ＳＯｘＳＮＳｒｍｖに達していないため、センサＳＯｘ除去制御は実行されず、センサＳＯｘ総堆積量ＳＯｘＳＮＳｇｒｓは増加し続ける。
　その後、車両Ｖがさらに走行するのに伴い、ＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量が増加し、そのときの触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴは、式（５）（ｋ＝１）によって算出される結果、基本値ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅから上限値ＳＯｘＬＮＴｒｍｖを減算した値（＝ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅ－ＳＯｘＬＮＴｒｍｖ）に等しくなる。
　その後、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが上限値ＳＯｘＬＮＴｒｍｖに再び達すると（Ｌ＝Ｌ２）、２回目の触媒ＳＯｘ除去制御が実行され、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが０にリセットされるとともに、カウンタ値ｋが１から２にインクリメントされる。一方、この時点でも、センサＳＯｘ総堆積量ＳＯｘＳＮＳｇｒｓがまだ上限値ＳＯｘＳＮＳｒｍｖに達していないため、センサＳＯｘ除去制御は実行されず、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳは増加し続ける。
　その後、車両Ｖがさらに走行するのに伴い、ＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量が増加し、そのときの触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴは、式（５）（ｋ＝２）によって算出される結果、基本値ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅからＳＯｘＬＮＴｒｍｖ×２を減算した値（＝ＳＯｘＬＮＴｂａｓｅ－ＳＯｘＬＮＴｒｍｖ×２）に等しくなる。
　その後、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが上限値ＳＯｘＬＮＴｒｍｖに再び達すると（Ｌ＝Ｌ３）、３回目の触媒ＳＯｘ除去制御が実行され、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが０にリセットされる。また、この時点では、センサＳＯｘ総堆積量ＳＯｘＳＮＳｇｒｓが上限値ＳＯｘＳＮＳｒｍｖに達しているため、センサＳＯｘ除去制御が実行される（図９のステップ４４）。このセンサＳＯｘ除去制御の実行に伴い、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳが０にリセットされる（図６のステップ２６）とともに、カウンタ値ｋが０にリセットされる（図８のステップ３４）。その後、上述した動作が繰り返し行われる。
　なお、エンジン３が停止された場合には、その時点における触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴおよびカウンタ値ｋが記憶され、次回の始動時に初期値ＳＯｘＬＮＴ０，ｋとしてそれぞれ用いられる。
　以上のように、本実施形態によれば、ＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａがＢａＣＯ３を含むため、吸気のＣＯ２濃度Ｃ（ＣＯ２）ｉｎに加えて、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳを検出することができる。また、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳと触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴとの関係がＥＧＲ率ｒＥＧＲに応じて定まることに基づき、ＥＧＲ率ｒＥＧＲおよびセンサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳに応じて、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴを算出するので、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴの算出を精度良く行うことができる。また、そのようにして算出された触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴに応じて、還元剤を過不足なく供給しながら、触媒ＳＯｘ除去制御を行うことができ、それにより、エンジン３の燃費および排ガス特性を向上させることができる。
　また、車両Ｖが所定距離Ｌｒｅｆ走行する間の平均ＥＧＲ率ｒＥＧＲａｖｒｇを算出し、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴの算出に用いるので、その時点においてＥＧＲ率ｒＥＧＲ＝０のときでも、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴを算出することができる。
　また、エンジン３の始動時に、シフト電圧Ｅ０ｓｆｔを算出し、シフト電圧Ｅ０ｓｆｔを用いて、センサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳを算出するので、エンジン３の始動時にＣＯ２センサ２２の検知電極２２ａにすでにＳＯｘが堆積している場合でも、その影響を補償しながら、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴの算出を精度良く行うことができる。
　なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、平均ＥＧＲ率ｒＥＧＲａｖｒｇの算出を、一定の所定距離Ｌｒｅｆごとに行っているが、この所定距離Ｌｒｅｆは一定でなくてもよい。例えば、所定距離Ｌｒｅｆを、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが上限値ＳＯｘＬＮＴｒｍｖに近くなるほど、より小さな値に設定してもよい。それにより、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴが上限値ＳＯｘＬＮＴｒｍｖに近づくほど、平均ＥＧＲ率ｒＥＧＲａｖｒｇをよりきめ細かく算出することで、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴの算出精度をより高めることができ、触媒ＳＯｘ除去制御をより適切なタイミングで実行することができる。また、平均ＥＧＲ率ｒＥＧＲａｖｒｇの算出を、所定距離ごとではなく所定時間ごとに行ってもよい。
　また、実施形態では、シフト電圧Ｅ０ｓｆｔの算出を、エンジン３の始動直後に１回のみ、行っているが、ＥＧＲ率ｒＥＧＲ＝０のときに行えばよい。例えば、センサＳＯｘ除去制御が終了した直後に実行される図６のステップ２５および２６の処理に代えて、以下の処理を行ってもよい。
　まず、センサＳＯｘ除去制御の終了直後に、ＥＧＲ制御弁６ｂを全閉状態にすることによって、ＥＧＲ動作を停止させる。次に、ＥＧＲ動作の停止から所定時間が経過したときに、ＥＧＲ率ｒＥＧＲが０になったとして、前述した図５と同様の方法でシフト電圧Ｅ０ｓｆｔおよび初期値ＳＯｘＳＮＳ０を算出する。そして、算出されたシフト電圧Ｅ０ｓｆｔおよび初期値ＳＯｘＳＮＳ０を用いて、その後のセンサＳＯｘ堆積量ＳＯｘＳＮＳの算出を行う。この場合には、車両Ｖの走行中にもシフト電圧Ｅ０ｓｆｔの算出が行われることで、センサＳＯｘ除去制御によって検知電極２２ａからＳＯｘが完全に除去されなかったときでも、触媒ＳＯｘ堆積量ＳＯｘＬＮＴの算出精度を維持することができる。
　また、実施形態では、大気のＣＯ２濃度Ｃ（ＣＯ２）ａｍｂを表す所定電圧Ｕｒｅｆとして、大気の通常のＣＯ２濃度に対応する所定値を用いているが、大気のＣＯ２濃度Ｃ（ＣＯ２）ａｍｂを検出する大気ＣＯ２センサを設け、その検出値を用いてもよい。
　また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたリーンバーン方式のガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種エンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
　以上のように、本発明による排ガス浄化装置は、ＮＯｘ触媒へのＳＯｘ堆積量の算出を精度良く行うことができ、内燃機関の燃費および排ガス特性を向上させることができる上で有用である。
　１　　排ガス浄化装置
　２　　ＥＣＵ（ＥＧＲ率算出手段、ＳＯｘ堆積量算出手段、平均値算出手
　　　　　　　　段、大気ＣＯ２濃度取得手段、誤差算出手段、補正手段）
　３　　エンジン（内燃機関）
　４　　吸気管（吸気通路）
　４ａ　合流部
　５　　排気管（排気通路）
　６ａ　ＥＧＲ通路（ＥＧＲ管）
　７　　ＮＯｘ触媒
２２　　ＣＯ２センサ
２２ａ　検知電極
　Ｃ（ＣＯ２）ｉｎ　吸気のＣＯ２濃度
　　　　　ｒＥＧＲ　ＥＧＲ率
　　　ＳＯｘＳＮＳ　センサＳＯｘ堆積量（ＣＯ２センサの検出値）
　　　ＳＯｘＬＮＴ　触媒ＳＯｘ堆積量(ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘの量)
　　Ｌｒｅｆ／ｄＴ　走行距離が所定距離に達するまでの期間（所定期間）
　ｒＥＧＲａｖｒｇ　平均ＥＧＲ率（所定期間におけるＥＧＲ率の平均値）
Ｃ（ＣＯ２）ａｍｂ　大気のＣＯ２濃度

Claims (3)

  1. 　内燃機関から排気通路に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
    　前記排気通路に設けられ、排ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒と、
    　前記排気通路の前記ＮＯｘ触媒よりも上流側から分岐するとともに吸気通路に合流し、前記排気通路に排出された排ガスの一部を前記吸気通路に還流させるためのＥＧＲ通路と、
    　前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路が合流する合流部よりも下流側に設けられ、ＢａＣＯ３を含む検知電極を有し、前記内燃機関に吸入される吸気のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサと、
    　前記ＥＧＲ通路を介した排ガスの還流率をＥＧＲ率として算出するＥＧＲ率算出手段と、
    　当該算出されたＥＧＲ率および前記ＣＯ２センサの検出値に応じて、前記ＮＯｘ触媒に堆積したＳＯｘの量をＳＯｘ堆積量として算出するＳＯｘ堆積量算出手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
  2. 　所定期間におけるＥＧＲ率の平均値を算出する平均値算出手段をさらに備え、
    　前記ＳＯｘ堆積量算出手段は、前記算出されたＥＧＲ率の平均値を用いて、ＳＯｘ堆積量を算出することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  3. 　大気のＣＯ２濃度を取得する大気ＣＯ２濃度取得手段と、
    　前記ＥＧＲ通路を介した排ガスの還流が行われていないときに前記ＣＯ２センサにより検出されたＣＯ２濃度と、前記取得された大気のＣＯ２濃度に応じて、前記ＣＯ２センサの前記検知電極へのＳＯｘの堆積により発生する前記ＣＯ２センサの検出値の誤差を算出する誤差算出手段と、
    　当該算出された誤差に応じて、前記ＣＯ２センサの検出値を補正する補正手段と、
    　をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
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