WO2016084584A1 - ＮＯｘセンサの清浄化プログラム及び内燃機関、並びにＮＯｘセンサの清浄化方法 - Google Patents

ＮＯｘセンサの清浄化プログラム及び内燃機関、並びにＮＯｘセンサの清浄化方法 Download PDF

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弘司 作本
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いすゞ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a NOx sensor cleaning program, an internal combustion engine, and a NOx sensor cleaning method. More specifically, the present invention relates to a NOx sensor that improves robustness and reliability against disturbance without impairing the durability of the NOx sensor. The present invention relates to a cleaning program, an internal combustion engine, and a NOx sensor cleaning method.
  • the diesel engine detects the NOx concentration in the exhaust gas with a NOx sensor disposed in the exhaust passage in order to purify NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas, and adjusts the injection amount of urea water based on the detected value And self-diagnosis of catalyst etc. is performed.
  • this NOx sensor is composed of a sensor element composed of an oxygen ion conductive solid electrolyte layer such as zirconia, a reference air chamber maintained at a constant reference oxygen concentration, and a reference air disposed in the reference air chamber. Electrode.
  • a reference pump cell that maintains the oxygen concentration inside the reference air chamber at the reference oxygen concentration is constituted by the reference electrode and the pump electrode arranged outside the sensor element.
  • This NOx sensor becomes inoperable when the oxygen concentration in the reference air chamber cannot be maintained at the reference oxygen concentration due to disturbance or the like, and the NOx concentration measured by the NOx sensor becomes incorrect.
  • disturbance mentioned here include changes in the oxygen concentration of the reference air chamber, the entry of moisture and hydrocarbons into the reference air chamber, and the like.
  • the reference pump current flowing through the reference electrode is increased in order to improve the resistance to disturbance, the deterioration of the reference electrode is promoted, resulting in poor control of the NOx sensor. Further, oxygen in the reference air chamber flows into the heater and the deterioration of the heater is promoted, so that the sensor element is not sufficiently heated.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-288082
  • the reference pump current increases depending on the exhaust gas components, and the deterioration of the reference electrode and the heater will proceed.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its problem is that a NOx sensor cleaning program and an internal combustion engine that improve robustness and reliability against disturbance without impairing the durability of the NOx sensor, A method for cleaning a NOx sensor is also provided.
  • a NOx sensor cleaning program for solving the above-described problems is provided in a reference air chamber that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine mounted on a vehicle and communicated with outside air inside the sensor element.
  • a reference pump cell configured to pump oxygen into the reference air chamber from an electrode and a reference pump electrode arranged outside the sensor element, and a current flowing through the reference pump cell is set to a predetermined reference pump current
  • Ri is a cleaning procedure for performing the cleaning control of the set cleaned pump current to a current value greater ones, characterized in that to be executed by the control unit.
  • an internal combustion engine of the present invention for solving the above-described problems is characterized by including an in-vehicle electronic computer in which the NOx sensor cleaning program described above is recorded.
  • the NOx sensor cleaning method of the present invention for solving the above-described problems includes a reference electrode disposed in a reference air chamber communicating with outside air inside a sensor element, and a sensor electrode disposed outside the sensor element.
  • a NOx sensor cleaning method for adjusting a current flowing in a reference pump cell composed of a pump electrode to a predetermined reference pump current and maintaining an oxygen concentration in the reference air chamber at a predetermined reference oxygen concentration,
  • the current flowing through the reference pump cell is set to a cleaning pump current set to a current value larger than the reference pump current, and the reference air chamber is set to be higher than the reference oxygen concentration.
  • the cleaning oxygen concentration is set to a high concentration.
  • the current flowing in the reference pump cell is higher than the reference pump current.
  • the reference pump current is lowered to improve the durability of the NOx sensor, and the cleaning pump current is passed to clean the reference pump cell and the reference air chamber. In good condition.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a NOx sensor inspected by the inspection device of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view illustrating an embodiment of the internal combustion engine of the present invention.
  • FIG. 3 is a flow chart illustrating an embodiment of the NOx sensor cleaning program of the present invention stored in the in-vehicle electronic computer of FIG. 2, and shows the first cleaning time.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the passage of time in the cleaning program of FIG. 3 and the resistance value, electromotive force, and current value of the reference pump cell.
  • FIG. 5 is a flowchart for setting the second cleaning time in the cleaning program of FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart for setting a third cleaning time in the cleaning program of FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart for setting a fourth cleaning time in the cleaning program of FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart for setting the fifth cleaning time in the cleaning program of FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the heating time of the heater of the NOx sensor of FIG. 1 and the temperature of the sensor element.
  • FIG. 10 is a flowchart for setting the sixth cleaning time in the cleaning program of FIG.
  • FIG. 11 is a flowchart for setting the seventh cleaning time in the cleaning program of FIG.
  • FIG. 1 illustrates the configuration of the NOx sensor 10
  • FIG. 2 illustrates an engine 40 that includes a urea water control unit (hereinafter, “DCU”) 52 as an in-vehicle electronic computer that stores a cleaning program 70 according to an embodiment of the present invention.
  • the cleaning program 70 for the NOx sensor 10 is a program that eliminates the influence of disturbance on the oxygen concentration in the reference air chamber 21 of the NOx sensor 10.
  • the disturbance can be exemplified by a change in the oxygen concentration in the reference air chamber 21 and the entry of moisture or hydrocarbons into the reference air chamber 21.
  • the NOx sensor 10 includes a sensor main body 13 made of an oxygen ion conductive solid electrolyte body 12 such as zirconia (ZrO 2 ) disposed inside a housing 11.
  • the sensor body 13 includes a sensor element 14 and a heater 15 disposed adjacent to the sensor element 14.
  • an introduction chamber 17, an adjustment chamber 18, and a measurement chamber 19 are disposed in order from the exhaust gas introduction port 16 of the sensor element 14 to the back.
  • the measurement chamber 19 is in communication.
  • An outside air introduction path 20 for introducing outside air is disposed outside the exhaust passage 41 of the solid electrolyte body 12.
  • a reference air chamber 21 communicating with the outside air introduction path 20 is disposed in the solid electrolyte body 12.
  • the sensor element 14 includes a first pump cell 22, a first oxygen partial pressure detection cell 23, a second pump cell 24, a second oxygen partial pressure detection cell 25, a measurement pump cell 26, a third oxygen partial pressure detection cell 27, and A reference pump cell 28 is provided.
  • the first pump cell 22 includes a first pump electrode 29 disposed inside the adjustment chamber 18, a second pump electrode 30 disposed outside the sensor element 14, and the first pump electrode 29 and the second pump electrode 30.
  • the solid electrolyte body 12 is sandwiched.
  • the first oxygen partial pressure detection cell 23 includes a first pump electrode 29, a reference electrode 31 disposed inside the reference air chamber 21, and the solid electrolyte body 12 sandwiched between the first pump electrode 29 and the reference electrode 31. It is comprised by.
  • the second pump cell 24 includes a second pump electrode 30, a third pump electrode 32 disposed inside the measurement chamber 19, and the solid electrolyte body 12 sandwiched between the second pump electrode 30 and the third pump electrode 32. It is configured.
  • the second oxygen partial pressure detection cell 25 includes a reference electrode 31, a third pump electrode 32, and the solid electrolyte body 12 sandwiched between the reference electrode 31 and the third pump electrode 32.
  • the measurement pump cell 26 includes a second pump electrode 30, a measurement electrode 33 arranged inside the measurement chamber 19, and the solid electrolyte body 12 sandwiched between the second pump electrode 30 and the measurement electrode 33.
  • the third oxygen partial pressure detection cell 27 includes a reference electrode 31, a measurement electrode 33, and the solid electrolyte body 12 sandwiched between the reference electrode 31 and the measurement electrode 33.
  • the reference pump cell 28 includes a second pump electrode 30, a reference electrode 31, and the solid electrolyte body 12 sandwiched between the second pump electrode 30 and the reference electrode 31.
  • the NOx sensor 10 includes a heater power supply 35 that supplies power to the heater 15, a first power supply 36 a that supplies power to the first pump cell 22, and a second power supply that supplies power to the second pump cell 24.
  • a reference power source 38 is provided.
  • this NOx sensor 10 when detecting the concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas, first, power is supplied to the heater 15 from the heater power source 35, and the sensor element 14 is heated. Thereby, the electrical conductivity of the oxygen ion of the solid electrolyte body 12 is improved by raising the temperature of the sensor element 14 to a predetermined measurement temperature Tmax.
  • the switch 37 When the temperature of the sensor element 14 rises to the measured temperature Tmax, the switch 37 is turned on, a predetermined reference pump current I3 is supplied to the reference pump cell 28, and the oxygen concentration of the reference air chamber 21 is set to a predetermined reference oxygen concentration. While maintaining at ⁇ 0, the reference air chamber 21 is cleaned by the reference electrode 31.
  • This cell electromotive force V ⁇ b> 3 indicates the partial pressure of oxygen in the reference air chamber 21 and the exhaust passage 41.
  • the second power source 36b is controlled based on the electromotive force V1 detected by the second oxygen partial pressure detection cell 25.
  • the second pump current I1 in the second pump cell 24 is controlled, and the second pump cell 24 performs the oxygen pumping operation of the measurement chamber 19.
  • the oxygen partial pressure in the atmosphere in the measurement chamber 19 is controlled to a low oxygen partial pressure value that does not substantially affect the measurement of NOx.
  • the second pump current I1 of the second pump cell 24 is input as a control signal to the first oxygen partial pressure detection cell 23, and the electromotive force V0 is controlled, so that the atmosphere in the measurement chamber 19 is controlled.
  • the gradient of the oxygen partial pressure is controlled so as to be always constant.
  • the third power source 36c is controlled so that the electromotive force V2 in the third oxygen partial pressure detection cell 27 is constant. Accordingly, the measurement pump cell 26 performs a pumping operation of oxygen in which NOx is reduced or decomposed around the measurement electrode 33 in the measurement chamber 19. Thus, the amount of oxygen generated around the measurement electrode 33 is proportional to the concentration of NOx in the gas to be measured. Therefore, the concentration of NOx in the exhaust gas is calculated by detecting the pump current I2 in the measurement pump cell 26.
  • an oxidation catalyst 43 In the post-treatment device 42, an oxidation catalyst 43, a collection device 44, a urea water injection valve 45, an SCR catalyst 46, and an ammonia slip catalyst 47 are arranged in this order from the upstream side of the exhaust passage 41.
  • the oxidation catalyst 43 oxidizes unburned hydrocarbons and carbon monoxide in the exhaust gas and oxidizes nitrogen monoxide to generate nitrogen dioxide.
  • the collecting device 44 nitric oxide is oxidized by the supported catalyst to generate nitrogen dioxide, and particulate matter in the exhaust gas is collected. Further, in the collection device 44, the particulate matter is oxidized and removed by reacting the collected particulate matter with nitrogen dioxide.
  • nitrogen oxides in the exhaust gas whose temperature has increased due to the oxidation reaction between the oxidation catalyst 43 and the collection device 44 are generated by hydrolysis of urea water injected from the urea water injection valve 45. It is reduced by each SCR reaction using ammonia as a reducing agent.
  • the urea water injected from the urea water injection valve 45 is stored in the urea water tank 48.
  • the urea water stored in the urea water tank 48 is pumped by a pressure pump 49 and transferred to the urea water injection valve 45 via a pipe.
  • the engine 40 includes a control unit 50 as a unit of an in-vehicle electronic computer that controls the engine 40.
  • the control unit 50 includes an engine control device (hereinafter referred to as ECM) 51 that controls the fuel injection amount and a DCU 52 that controls the injection of urea water in the aftertreatment device 42.
  • ECM engine control device
  • An ignition-on sensor 53, a vehicle speed sensor 54, an exhaust temperature sensor 55, and a differential pressure sensor 56 are connected to the ECM 51.
  • the DCU 52 is provided with a soak timer 57 that acquires the soak time that is the stop time of the vehicle and a counter 58 that counts the number of times the ignition is turned on, and the NOx sensor 10 and the exhaust gas temperature sensor 59 are connected.
  • each sensor etc. is an example and is not limited to this structure.
  • the engine 40 is mounted on the vehicle 60.
  • An inspection device 80 is provided in a service station that inspects and maintains the vehicle 60.
  • the inspection device 80 includes an outside electronic computer 81 and a communication device 82 that connects the outside electronic computer 81 and the DCU 52.
  • the external electronic computer 81 is connected to the DCU 52 by a communication device 82 and is configured by a computer capable of transmitting / receiving data to / from each other and includes a CPU, a memory, a storage medium, an input device, and an output device.
  • Examples of the communication device 82 include an optical cable, a coaxial cable, a TP cable, a serial cable, and a parallel cable.
  • the cleaning program 70 is stored in the storage medium of the DCU 52 provided as an in-vehicle electronic computer.
  • the cleaning program 70 is configured such that cleaning control is executed when a predetermined cleaning time t1 is reached.
  • the cleaning program 70 causes the DCU 52 to execute step S20 as a starting procedure when the cleaning time t1 is reached in step S10.
  • the control unit 34 is caused to execute steps S30 to S40 as a cleaning procedure.
  • the NOx sensor 10 cleaning method performed by executing the cleaning program 70 causes the current flowing through the reference pump cell 28 to be larger than the reference pump current I3 when the predetermined cleaning time t1 is reached.
  • the cleaning pump current I4 set to the current value is used, and the oxygen concentration in the reference air chamber 21 is set to the cleaning oxygen concentration ⁇ 1 set to a concentration higher than the reference oxygen concentration ⁇ 0.
  • the reference pump current I3 is lowered to suppress the deterioration of the reference electrode 31. Further, by reducing the reference pump current I3, the heater 15 is prevented from being deteriorated due to the oxygen in the reference air chamber 21 flowing into the heater. This improves the durability of the NOx sensor 10 during normal use.
  • the current flowing through the reference pump cell 28 is changed to the cleaning pump current I4 to oxidize and remove hydrocarbons, carbon monoxide, and water on the reference electrode 31, and the reference air chamber 21.
  • the oxygen concentration in the purified oxygen concentration ⁇ 1 to discharge oxygen from the reference air chamber 21 to the outside air introduction path 20
  • hydrocarbons, carbon monoxide, and water are discharged from the reference air chamber 21.
  • the cleaning program 70 the engine 40 including the DCU 52 storing the cleaning program 70, and the cleaning method of the NOx sensor 10, the durability of the NOx sensor 10 is not impaired. Improve robustness and reliability against disturbances.
  • the cleaning program 70 is started when the cleaning time t1 is reached.
  • the first cleaning time t1 in this embodiment is when the vehicle 60 stops at the service station and the vehicle 60 is inspected by the inspection device 80 provided at the service station. More specifically, during the cleaning time t1, the vehicle 60 stops at the service station, the outside computer 81 of the inspection device 80 is connected to the DCU 52 by the communication device 82, and the inspection command transmitted from the outside computer 81 is sent to the DCU 52. This is when the received step S10 is performed.
  • step S10 when the cleaning time t1 is reached in step S10, the DCU 52 is caused to execute step S20 for transmitting a start command for causing the control unit 34 of the NOx sensor 10 to perform cleaning control to the control unit 34.
  • step S30 for setting the current flowing through the reference pump cell 28 from the reference pump current I3 to the cleaning pump current I4 is performed.
  • the controller 34 is caused to execute.
  • step S40 in which the reference power source 38 is controlled to supply the cleaning pump current I4 to the reference pump cell 28.
  • the cleaning pump current I4 is derived from the reference pump current I3 based on the partial pressure of oxygen in the reference air chamber 21 and the exhaust passage 41, the volume of the reference air chamber 21 and the size of the reference electrode 31. Is also set to a high value.
  • the cleaning pump current I4 has a value that does not reduce the durability of the solid electrolyte body 12 and the reference electrode 31 constituting the sensor element 14 in a short-term use for cleaning, and the reference air chamber.
  • the oxygen concentration of 21 is set to a value that makes the purified oxygen concentration ⁇ 1 set to a concentration higher than the reference oxygen concentration ⁇ 0.
  • the oxygen partial pressures in the reference air chamber 21 and the exhaust passage 41 can be obtained from the cell electromotive force V3 of the reference pump cell 28 when the switch 37 is turned off. Further, the cleaning pump current I4 becomes larger as the volume of the reference air chamber 21 is larger. For example, the value of the cleaning pump current I4 is 2 to 5 times the value of the reference pump current I3.
  • step S40 the DCU 52 is caused to execute step S50 for obtaining the resistance value R of the reference pump cell 28 via the control unit 34.
  • step S60 the DCU 52 is caused to execute step S60 for determining whether or not the resistance value R is equal to or greater than a predetermined end determination value Ra.
  • step S60 If the resistance value R is smaller than the end determination value Ra in step S60, the process returns to step S30 and the energization of the cleaning pump current I4 is continued. On the other hand, when the resistance value R becomes equal to or greater than the end determination value Ra in step S60, the DCU 52 is caused to execute step S70 for transmitting an end command for stopping the cleaning control to the control unit 34.
  • the end determination value Ra is set to a value for determining that the influence of disturbance has been eliminated by the cleaning control in step S40.
  • the end determination value Ra is preferably set based on a resistance value R1 at which the electromotive force V3 becomes the oxygen partial pressure of the reference air chamber 21 and the exhaust passage 41 when the reference pump current I3 is supplied to the reference pump cell 28. .
  • control unit 34 receives the termination command transmitted in step S70, when the switch 37 is turned on, the current to be passed through the reference pump cell 28 is set from the cleaning pump current I4 to the reference pump current I3.
  • the controller 34 is caused to execute.
  • control unit 34 is caused to execute step S90 in which the reference power source 38 is controlled and the reference pump current I3 is supplied to the reference pump cell 28, and the program ends.
  • FIG. 4 shows an example of the relationship between the elapsed time and the resistance value R, voltage value V, and current value I in the reference pump cell 28.
  • the time when step S90 is started is assumed to be t2.
  • the oxygen concentration in the reference air chamber 21 of the NOx sensor 10 cannot maintain the reference oxygen concentration ⁇ 0 due to disturbance. That is, the voltage value V ′ at this time is smaller than the cell electromotive force V3 based on the partial pressure of oxygen in the reference air chamber 21 and the exhaust passage 41, and the resistance value R ′ is also reduced accordingly.
  • the inspection command transmitted from the electronic computer 81 outside the vehicle is received by the DCU 52 and the cleaning time t1 is reached, the cleaning program 70 is started.
  • step S40 when step S40 is started, the cleaning pump current I4 flows through the reference pump cell 28. Thereby, the exclusion of the influence of the disturbance is started.
  • the applied voltage V increases with the current value I.
  • the resistance value R of the reference pump cell 28 also increases.
  • step S90 is started at time t2.
  • the period ⁇ t1 between the time t1 and the time t2 is a period in which the control unit 34 is performing the cleaning control. This period ⁇ t1 is sufficient on average, but may be several hours depending on the driving state of the vehicle 60.
  • the NOx sensor 10 is cleaned until the resistance value R of the reference pump cell 28 when the current flowing through the reference pump cell 28 is set to the cleaning pump current I4 is equal to or higher than the predetermined end determination value Ra.
  • the influence of the disturbance is completely eliminated, and the inside of the reference air chamber 21 is cleaned.
  • the cleaning control can be ended, so that the time during which the cleaning pump current I4 flows can be shortened, and the durability of the NOx sensor 10 can be reduced. It is advantageous for improvement.
  • a period ⁇ t1 may be determined in advance, and step S70 may be executed when the period ⁇ t1 has elapsed.
  • a period ⁇ t1 is determined so that the resistance value R of the reference pump cell 28 when the current flowing through experiments and tests is set to the cleaning pump current I4 is equal to or greater than a predetermined end determination value Ra.
  • the influence of the disturbance may remain, but the inspection work of the vehicle 60 can be completed quickly.
  • the cleaning time t1 is set when the vehicle 60 is inspected as described above, the NOx sensor 10 can be periodically cleaned, so that the NOx sensor 10 can be kept in a good state for a long period of time. It is advantageous to maintain.
  • the second cleaning time t1 is set when the traveling distance L1 of the vehicle 60 is equal to or greater than the predetermined cleaning traveling distance La. It is also possible to cause the DCU 52 to execute the time setting procedure.
  • the cleaning travel distance La is set to a travel distance that requires the NOx sensor 10 to be cleaned when the vehicle 60 travels in advance through experiments and tests.
  • the cleaning travel distance La is set to 5000 km to 30000 km.
  • the cleaning program 70 is always executed while the vehicle 60 is traveling.
  • the ECM 51 is accessed, and the DCU 52 is caused to execute step S ⁇ b> 100 in which the ECM 51 acquires the travel distance L ⁇ b> 1 of the vehicle 60 acquired from the detection value of the vehicle speed sensor 54.
  • step S110 for determining whether or not the acquired travel distance L1 is equal to or greater than the cleaning travel distance La. If the travel distance L1 is shorter than the cleaning travel distance La in step S110, the process returns to step S100. On the other hand, when the travel distance L1 is equal to or greater than the cleaning travel distance La, the time when the determination is performed is set as the cleaning time t1, and step S20 is executed.
  • the cleaning time t1 is set when the travel distance L1 becomes equal to or greater than the cleaning travel distance La, the NOx sensor 10 is periodically cleaned based on the travel distance L1 of the vehicle 60. Therefore, it is advantageous to maintain the NOx sensor 10 in a good state.
  • the third cleaning time t1 is set at the start of starting the engine 40 after the soak time ⁇ t2 of the vehicle 60 is equal to or longer than a predetermined long-time ⁇ ta. It is also possible to cause the DCU 52 to execute.
  • the long-term ⁇ ta is set to a period in which the NOx sensor 10 needs to be cleaned when the vehicle 60 is stopped in advance by experiments or tests.
  • the long-term ⁇ ta is set to 7 days to 1 month.
  • the cleaning program 70 is executed when the vehicle 60 is started.
  • the start time of the vehicle 60 is set when the ignition on sensor 53 detects ignition on.
  • the DCU 52 is caused to execute step S ⁇ b> 200 for acquiring the soak time ⁇ t ⁇ b> 2 of the vehicle 60 acquired by the soak timer 57 provided in the DCU 52.
  • the soak time is a time during which the target value is kept constant in program control.
  • the target value is set to stop the vehicle 60. That is, the soak time ⁇ t2 of the vehicle 60 here is a time after the vehicle is stopped, and is a time from the ignition off to the ignition on.
  • step S210 the DCU 52 is caused to execute step S210 for determining whether or not the acquired soak time ⁇ t2 is longer than or equal to ⁇ ta.
  • step S210 when the soak time ⁇ t2 is shorter than the long-term ⁇ ta, the cleaning program 70 ends.
  • the DCU 52 is caused to execute step S220 for setting the start time of the engine 40 to the cleaning time t1. Then, when the start of the engine 40 is started in step S230, step S20 is executed.
  • the cleaning time t1 is set at the start of starting of the engine 40 when the soak time ⁇ t2 is longer than ⁇ ta for a long time, the NOx sensor 10 is cleaned when the vehicle 60 is used after long-term storage.
  • the number determination value Na is set to the number of times to determine whether the vehicle 60 is immediately after production. For example, the number determination value Na is set to 100 times.
  • the DCU 52 is caused to execute step S ⁇ b> 300 for acquiring the ignition ON frequency Nig acquired by the counter 58 provided in the DCU 52.
  • step S310 the DCU 52 is caused to execute step S310 for determining whether or not the obtained ignition on number Nig is less than the number determination value Na.
  • step S310 when the ignition ON number Nig is equal to or larger than the number determination value Na, the cleaning program 70 ends.
  • step S320 the DCU 52 is caused to execute step S320 for setting the start time of the engine 40 to the cleaning time t1. Then, when the start of the engine 40 is started in step S330, step S20 is executed.
  • the NOx sensor 10 By determining whether or not the vehicle 60 is immediately after production based on the number of ignition on times Nig, the influence of moisture and humidity condensed in the reference air chamber 21 during use after long-term storage immediately after production is eliminated, and the NOx sensor 10 is improved. It is advantageous to maintain a stable state.
  • step S400 for setting the start time of the engine 40 to the cleaning time t1. Then, when the start of the engine 40 is started in step S410, step S20 is executed.
  • the cleaning control period ⁇ t1 performed at the third and fourth cleaning times t1 is set to several tens of minutes, and the cleaning control period ⁇ t1 performed at the fifth cleaning time t1 is several times. Set to minutes.
  • the cleaning performed at the third and fourth cleaning times t1 in consideration of the durability of the NOx sensor 10.
  • the period is shorter than the control period, it is more advantageous for improving the durability of the NOx sensor 10.
  • the DCU 52 it is possible to cause the DCU 52 to execute a time setting procedure for setting the sixth cleaning time t1 to the light-off period ⁇ t3 during which the heater 15 of the NOx sensor 10 is energized.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the heating time t of the heater 15 and the temperature T of the sensor element 14 at that time when the NOx concentration is detected by the NOx sensor 10.
  • the energization start time of the heater 15 is t3
  • the time to reach the preheating temperature Tpre is t4
  • the time to reach the measurement temperature Tmax is t5
  • the end time of the light-off period ⁇ t3 is defined as P1.
  • the temperature is raised to the preheating temperature Tpre set to a temperature lower than the measurement temperature Tmax before the temperature rises to the measurement temperature Tmax at which the sensor element 14 is activated.
  • the preheating temperature is set to several tens of degrees.
  • the light-off period ⁇ t3 is a period from time t4 to time t6, which is a period until each electrode including the reference electrode 31 provided in the sensor element 14 is stabilized.
  • the cleaning time t1 is set during the light-off period ⁇ t3, it is preferably between the time t4 at which the light-off period ⁇ t3 starts and the time t5 at which the measured temperature Tmax is reached.
  • the cleaning time t1 is provided before the activation of the solid electrolyte body 12, a voltage is applied in a state in which no current flows, so that the durability of the solid electrolyte body 12 may be reduced. Therefore, it is preferable to set the activation point P1 at which the solid electrolyte body 12 is activated near the time t5 as the cleaning time t1.
  • the control unit 34 that has received the dew point (dew point) information acquired from the detection value of the exhaust gas temperature sensor 59 from the DCU 52 sets the light-off period ⁇ t3 based on the dew point information. Then, it is executed when energization of the heater 15 is started.
  • control unit 34 is accessed, and the DCU 52 is caused to execute step S500 for acquiring the light-off period ⁇ t3 set by the control unit 34.
  • step S510 for setting the cleaning time t1 at the activation point P1 of the acquired light-off period ⁇ t3. Then, when the activation point P1 during the light-off period ⁇ t3 is reached in step S520, step S20 is executed.
  • the reference air chamber 21 is cleaned early when the oxygen concentration in the reference air chamber 21 is unstable, so that the exhaust gas performance is improved.
  • the early activation performance of the extremely important NOx sensor 10 can be improved without impairing durability.
  • the cleaning control started during the light-off period ⁇ t3 is performed for a certain period after the temperature of the sensor element 14 rises to the measurement temperature Tmax and the NOx sensor 10 starts detecting the NOx concentration of the exhaust gas. It is desirable that
  • the cleaning control period ⁇ t1 in FIG. 9 it is preferable to set the cleaning control period ⁇ t1 in FIG. 9 to a predetermined period.
  • the cleaning control period ⁇ t1 performed in the sixth cleaning time t1 is about 10 minutes.
  • the DCU 52 it is possible to cause the DCU 52 to execute a time setting procedure for setting the seventh cleaning time t1 to the start time t7 of post-processing control while the vehicle 60 is traveling.
  • Post-treatment control refers to regeneration control of the collection device 44 and purge control of the SCR catalyst 46. That is, the start time t7 of the post-processing control is the start time of either the regeneration control of the collection device 44 or the purge control of the SCR catalyst 46.
  • the cleaning program 70 is executed when the engine 40 is started.
  • the regeneration control start time of the collection device 44 started based on the detection value of the differential pressure sensor 56 connected to the ECM 51, and the detection value of the exhaust temperature sensor 55
  • the DCU 52 is caused to execute step S600 for obtaining any start time t7 of the start time of the purge control of the SCR catalyst 46 started based on the above.
  • step S610 that sets the cleaning time t1 to the acquired start time t7. Then, when the post-processing control start time t7 is reached in step S620, step S20 is executed.
  • the cleaning control performed at the seventh cleaning time t1 it is preferable that the cleaning control is continued for several minutes after the end of the post-processing control.
  • this post-processing control can also be applied to rich combustion control of a NOx adsorption reduction catalyst (LNT catalyst) that is not provided in the engine 40 of the embodiment.
  • LNT catalyst NOx adsorption reduction catalyst

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Abstract

　予め定められた清浄化時間ｔ１になった時に、清浄化プログラム７０が、清浄化制御を制御部３４に行わせる開始指令を制御部３４へ発信する開始手順をＤＣＵ５２に実行させて、その開始指令により、基準ポンプセル２８に流れる電流を基準ポンプ電流Ｉ３から基準ポンプ電流Ｉ３よりも大きい電流値に設定された清浄化ポンプ電流Ｉ４にする清浄化制御を行う清浄化手順を制御部３４に実行させることで、ＮＯｘセンサの耐久性を損なうことなく、外乱に対するロバスト性や信頼性を向上する。

Description

ＮＯｘセンサの清浄化プログラム及び内燃機関、並びにＮＯｘセンサの清浄化方法
　本発明は、ＮＯｘセンサの清浄化プログラム及び内燃機関、並びにＮＯｘセンサの清浄化方法に関し、より詳細には、ＮＯｘセンサの耐久性を損なうことなく、外乱に対するロバスト性や信頼性を向上するＮＯｘセンサの清浄化プログラム及び内燃機関、並びにＮＯｘセンサの清浄化方法に関する。
　ディーゼルエンジンは、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するために排気通路に配置したＮＯｘセンサで排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、その検出値に基づいて尿素水の噴射量の調節及び、触媒などの自己診断を行っている。
　このＮＯｘセンサは、原理上、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性の固体電解質層から構成されたセンサ素子に、一定の基準酸素濃度に維持された基準空気室と、その基準空気室に配置された基準電極とを有している。そして、この基準電極とセンサ素子の外側に配置されたポンプ電極とから基準空気室の内部の酸素濃度を基準酸素濃度に維持する基準ポンプセルが構成されている。
　このＮＯｘセンサは、外乱などにより、基準空気室の酸素濃度を基準酸素濃度に維持できない場合には、動作不良となって、ＮＯｘセンサの測定するＮＯｘ濃度が不正になる。なお、ここでいう外乱には、基準空気室の酸素濃度の変化、基準空気室への水分や炭化水素の進入などを例示可能である。
　しかし、外乱への耐性の向上のために、基準電極に流れる基準ポンプ電流を増加させると、基準電極の劣化が促進して、ＮＯｘセンサの制御不良を生じる。また、基準空気室の酸素がヒータに回り込みヒータの劣化が促進して、センサ素子が十分に加熱されない。
　これに関して、例えば日本出願の特開２００９－２８８０８２号公報（特許文献１）に記載されているように、センサのポンプ電流の増減を制御することが提案されている。この制御では、エンジンの運転状態から算出された排気ガスの成分に基づいてポンプ電流を変化させ、炭化水素などの成分が増加した場合には、ポンプ電流を増加させることで、ＮＯｘセンサの信頼性を確保している。
　しかし、上記の制御では、車両の長期保管後に基準空気室に水分が凝縮した場合や、ＮＯｘセンサのヒータが加熱された場合などには対応しないので、長期的にＮＯｘセンサが良好な状態に維持されない。
　また、基準空気室の酸素濃度が基準酸素濃度に維持されていても、排気ガスの成分によっては、基準ポンプ電流が増加することになり、基準電極の劣化やヒータの劣化が進行してしまう。
日本出願の特開２００９－２８８０８２号公報
　本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、ＮＯｘセンサの耐久性を損なうことなく、外乱に対するロバスト性や信頼性を向上するＮＯｘセンサの清浄化プログラム及び内燃機関、並びにＮＯｘセンサの清浄化方法を提供することである。
　上記の課題を解決するための本発明のＮＯｘセンサの清浄化プログラムは、車両に搭載された内燃機関の排気通路に配置され、センサ素子の内側に外気に連通した基準空気室に配置された基準電極と、該センサ素子の外側に配置された基準ポンプ電極とから該基準空気室の内部への酸素の汲み出しを行う基準ポンプセルが構成され、該基準ポンプセルに流れる電流を予め定められた基準ポンプ電流に調節する制御を行う制御部を備えたＮＯｘセンサの清浄化プログラムにおいて、予め定められた清浄化時間になった時に、清浄化制御を行わせる開始指令を該制御部へ発信する開始手順を前記車両に搭載された車載用電子計算機に実行させ、前記開始指令により、前記基準ポンプセルに流れる電流を前記基準ポンプ電流から該基準ポンプ電流よりも大きい電流値に設定された清浄化ポンプ電流にする前記清浄化制御を行う清浄化手順を前記制御部に実行させることを特徴とするものである。
　また、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、上記に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラムが記録された車載用電子計算機を備えたことを特徴とするものである。
　また、上記の課題を解決するための本発明のＮＯｘセンサの清浄化方法は、センサ素子の内側の外気に連通した基準空気室に配置された基準電極と、該センサ素子の外側に配置されたポンプ電極とから構成された基準ポンプセルに流れる電流を予め定めた基準ポンプ電流に調節して、前記基準空気室の酸素濃度を予め定められた基準酸素濃度に維持するＮＯｘセンサの清浄化方法において、予め定めた清浄化時間になった時に、前記基準ポンプセルに流れる電流を、前記基準ポンプ電流よりも大きい電流値に設定された清浄化ポンプ電流にして、前記基準空気室を前記基準酸素濃度よりも大きい濃度に設定された清浄化酸素濃度にすることを特徴とする方法である。
　本発明のＮＯｘセンサの清浄化プログラム及び内燃機関、並びにＮＯｘセンサの清浄化方法によれば、予め定めた清浄化時間になったときに、基準ポンプセルに流れる電流を基準ポンプ電流よりも高い清浄化ポンプ電流にすることで、通常使用時には、基準ポンプ電流を低くしてＮＯｘセンサの耐久性を向上すると共に、清浄化ポンプ電流を流すことで、基準ポンプセルと基準空気室とを清浄化し、ＮＯｘセンサを良好な状態に維持する。
　これにより、ＮＯｘセンサの耐久性を損なうことなく、外乱に対するロバスト性や信頼性を向上する。
図１は、本発明の点検装置が点検するＮＯｘセンサの一例を例示する説明図である。 図２は、本発明の内燃機関の実施形態を例示する説明図である。 図３は、図２の車載用電子計算機に記憶された本発明のＮＯｘセンサの清浄化プログラムの実施形態を例示するフローチャートであり、第一の清浄化時間を示す。 図４は、図３の清浄化プログラムにおける時間経過と基準ポンプセルの抵抗値、起電力、及び電流値との関係を示したグラフである。 図５は、図３の清浄化プログラムにおける第二の清浄化時間を設定するフローチャートである。 図６は、図３の清浄化プログラムにおける第三の清浄化時間を設定するフローチャートである。 図７は、図３の清浄化プログラムにおける第四の清浄化時間を設定するフローチャートである。 図８は、図３の清浄化プログラムにおける第五の清浄化時間を設定するフローチャートである。 図９は、図１のＮＯｘセンサのヒータの加熱時間とセンサ素子の温度との関係を示したグラフである。 図１０は、図３の清浄化プログラムにおける第六の清浄化時間を設定するフローチャートである。 図１１は、図３の清浄化プログラムにおける第七の清浄化時間を設定するフローチャートである。
　以下、本発明のＮＯｘセンサの清浄化プログラム及び内燃機関、並びにＮＯｘセンサの清浄化方法について説明する。図１は、ＮＯｘセンサ１０の構成を例示し、図２は、本発明の実施形態の清浄化プログラム７０を記憶した車載用電子計算機として尿素水制御装置（以下、ＤＣＵ）５２を備えたエンジン４０の構成を例示している。このＮＯｘセンサ１０の清浄化プログラム７０は、ＮＯｘセンサ１０の基準空気室２１の酸素濃度を、外乱による影響を排除するプログラムである。なお、この外乱とは、基準空気室２１の酸素濃度の変化、基準空気室２１への水分や炭化水素の進入などを例示可能である。
　図１に示すように、ＮＯｘセンサ１０は、ハウジング１１の内部に、ジルコニア（ＺｒＯ２）などの酸素イオン伝導性の固体電解質体１２により構成されたセンサ本体１３が配置されている。このセンサ本体１３は、センサ素子１４と、このセンサ素子１４に隣接して配置されたヒータ１５と、を備えている。
　固体電解質体１２の排気通路４１側には、センサ素子１４の排気ガスの導入口１６から奥に向って導入室１７、調整室１８、及び測定室１９が順に配置されており、導入口１６から測定室１９までが連通している。また、固体電解質体１２の排気通路４１の外側には、外気を導入する外気導入路２０が配置されている。加えて、固体電解質体１２には、その外気導入路２０に連通した基準空気室２１が配置されている。
　また、センサ素子１４には、第一ポンプセル２２、第一酸素分圧検出セル２３、第二ポンプセル２４、第二酸素分圧検出セル２５、測定ポンプセル２６、第三酸素分圧検出セル２７、及び基準ポンプセル２８が設けられている。
　第一ポンプセル２２は、調整室１８の内部に配置された第一ポンプ電極２９と、センサ素子１４の外側に配置された第二ポンプ電極３０と、第一ポンプ電極２９及び第二ポンプ電極３０に挟持された固体電解質体１２とにより構成されている。第一酸素分圧検出セル２３は、第一ポンプ電極２９と、基準空気室２１の内部に配置された基準電極３１と、第一ポンプ電極２９及び基準電極３１に挟持された固体電解質体１２とにより構成されている。第二ポンプセル２４は、第二ポンプ電極３０と、測定室１９の内部に配置された第三ポンプ電極３２と、第二ポンプ電極３０及び第三ポンプ電極３２に挟持された固体電解質体１２とにより構成されている。第二酸素分圧検出セル２５は、基準電極３１と、第三ポンプ電極３２と、基準電極３１及び第三ポンプ電極３２に挟持された固体電解質体１２とにより構成されている。測定ポンプセル２６は、第二ポンプ電極３０と、測定室１９の内部に配置された測定電極３３と、第二ポンプ電極３０及び測定電極３３に挟持された固体電解質体１２とにより構成されている。第三酸素分圧検出セル２７は、基準電極３１と、測定電極３３と、基準電極３１及び測定電極３３に挟持された固体電解質体１２とにより構成されている。基準ポンプセル２８は、第二ポンプ電極３０と、基準電極３１と、第二ポンプ電極３０及び基準電極３１に挟持された固体電解質体１２とにより構成されている。
　また、このＮＯｘセンサ１０は、制御部３４の内部に、ヒータ１５に電力を供給するヒータ電源３５、第一ポンプセル２２に電力を供給する第一電源３６ａ、第二ポンプセル２４に電力を供給する第二電源３６ｂ、測定ポンプセル２６に電力を供給する第三電源３６ｃ、基準ポンプセル２８の基準ポンプ電流Ｉ３の通電とセル起電力Ｖ３の測定の動作とを切り換えるスイッチ３７、及び基準ポンプセル２８に電力を供給する基準電源３８を備えている。
　このＮＯｘセンサ１０においては、排気ガス中の窒素酸化物の濃度を検出するに際に、先ず、ヒータ１５にヒータ電源３５から電力が供給されて、センサ素子１４が加熱される。これにより、センサ素子１４の温度を予め定められた測定温度Ｔｍａｘまで昇温することで、固体電解質体１２の酸素イオンの導電性を高めている。
　センサ素子１４の温度が測定温度Ｔｍａｘまで上昇すると、スイッチ３７をオンにして、基準ポンプセル２８に予め定められた基準ポンプ電流Ｉ３を流し、基準空気室２１の酸素濃度を予め設定された基準酸素濃度ρ０に維持すると共に、基準電極３１での基準空気室２１の清浄化が行われている。
　次いで、スイッチ３７をオフにして、基準ポンプセル２８にてセル起電力Ｖ３が検出される。このセル起電力Ｖ３は、基準空気室２１と排気通路４１との酸素分圧を示している。
　次いで、第二酸素分圧検出セル２５にて検出される起電力Ｖ１に基づいて、第二電源３６ｂが制御される。これに伴って、第二ポンプセル２４における第二ポンプ電流Ｉ１が制御されて、第二ポンプセル２４が測定室１９の酸素のポンピング作動を行う。これにより、測定室１９内の雰囲気中の酸素分圧を、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い酸素分圧値に制御するようになっている。
　また、この第二ポンプセル２４の第二ポンプ電流Ｉ１は、制御信号として、第一酸素分圧検出セル２３に入力され、その起電力Ｖ０が制御されることにより、測定室１９内の雰囲気中の酸素分圧の勾配が、常に一定となるように制御されている。
　次いで、第三酸素分圧検出セル２７における起電力Ｖ２が一定となるように第三電源３６ｃが制御される。これに伴って、測定ポンプセル２６が測定室１９内の測定電極３３の周りでＮＯｘが還元又は分解された酸素のポンピング作動を行う。このように測定電極３３の周りにおいて発生する酸素の量は、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に比例する。従って、測定ポンプセル２６におけるポンプ電流Ｉ２を検出することで、排気ガス中のＮＯｘの濃度が算出される。
　次に、上記のＮＯｘセンサ１０を排気通路４１に配置したエンジン４０について説明する。このエンジン４０においては、図示しない筒内から排出された排気ガスが、排気通路４１に配置された後処理装置４２により浄化されて大気へと放出されている。
　後処理装置４２には、排気通路４１の上流側から順に、酸化触媒４３、捕集装置４４、尿素水噴射弁４５、ＳＣＲ触媒４６、及びアンモニアスリップ触媒４７が配置されている。排気ガスがこの後処理装置４２を通過すると、酸化触媒４３では、排気ガス中の未燃炭化水素と一酸化炭素とが酸化されると共に、一酸化窒素が酸化されて二酸化窒素が生成される。次いで、捕集装置４４では、担持された触媒によって一酸化窒素が酸化されて二酸化窒素が生成されると共に、排気ガス中の微粒子状物質が捕集される。また、この捕集装置４４では、捕集した微粒子状物質と二酸化窒素とを反応させることで微粒子状物質が酸化除去される。次いで、ＳＣＲ触媒４６では、酸化触媒４３と捕集装置４４との酸化反応で温度が上昇した排気ガス中の窒素酸化物が、尿素水噴射弁４５から噴射された尿素水の加水分解により生じたアンモニアを還元剤とした各ＳＣＲ反応によって還元される。
　尿素水噴射弁４５から噴射される尿素水は尿素水タンク４８に貯蔵されている。その尿素水タンク４８に貯蔵された尿素水は、圧送ポンプ４９により圧送され、配管を経由して尿素水噴射弁４５へ移送されている。
　また、このエンジン４０においては、エンジン４０を制御する車載用電子計算機のユニットとして制御ユニット５０を備えている。この制御ユニット５０は、燃料の噴射量を制御するエンジン制御装置（以下、ＥＣＭ）５１や後処理装置４２における尿素水の噴射を制御するＤＣＵ５２を有している。このＥＣＭ５１にはイグニッションオンセンサ５３、車速センサ５４、排気温度センサ５５、及び差圧センサ５６が接続されている。また、ＤＣＵ５２には、車両の停止時間であるソーク時間を取得するソークタイマ５７とイグニッションオン回数をカウントするカウンタ５８とが設けられており、ＮＯｘセンサ１０及び排気ガス温度センサ５９が接続されている。なお、各センサなどは一例であり、この構成に限定されない。
　そして、このエンジン４０は、車両６０に搭載されている。また、この車両６０の点検や整備を行うサービスステーションには、点検装置８０が備えられている。この点検装置８０は、車外電子計算機８１と、車外電子計算機８１及びＤＣＵ５２を接続する通信機８２とを有している。
　車外電子計算機８１は通信機８２によりＤＣＵ５２に接続されて、相互にデータを送受信可能なコンピュータで構成され、ＣＰＵ、メモリ、記憶媒体、入力装置、及び出力装置を有している。通信機８２としては、光ケーブル、同軸ケーブル、ＴＰケーブル、シリアルケーブル、及びパラレルケーブルなどを例示可能である。
　このようなエンジン４０においては、車載電子計算機として備えられたＤＣＵ５２の記憶媒体に清浄化プログラム７０が記憶されている。この清浄化プログラム７０は、予め定められた清浄化時間ｔ１になったときに清浄化制御が実行されように構成されている。
　図３に示すように、この清浄化プログラム７０は、ステップＳ１０で清浄化時間ｔ１になった時に、開始手順としてステップＳ２０をＤＣＵ５２に実行させる。次いで、清浄化手順としてステップＳ３０～ステップＳ４０を制御部３４に実行させる。
　つまり、清浄化プログラム７０を実行することで行われるＮＯｘセンサ１０の清浄化方法は、予め定められた清浄化時間ｔ１になった時に、基準ポンプセル２８に流れる電流を、基準ポンプ電流Ｉ３よりも大きい電流値に設定された清浄化ポンプ電流Ｉ４にして、基準空気室２１の酸素濃度を基準酸素濃度ρ０よりも大きい濃度に設定された清浄化酸素濃度ρ１にする方法である。
　つまり、通常使用時には、基準ポンプ電流Ｉ３を低くして基準電極３１の劣化を抑制する。また、基準ポンプ電流Ｉ３を低くすることで、基準空気室２１の酸素がヒータに回り込むことによるヒータ１５の劣化を防止する。これにより、通常使用時のＮＯｘセンサ１０の耐久性を向上する。
　一方、清浄化時間ｔ１になった時には、基準ポンプセル２８に流れる電流を清浄化ポンプ電流Ｉ４にして、基準電極３１上で炭化水素、一酸化炭素、及び水を酸化除去すると共に、基準空気室２１の酸素濃度を清浄化酸素濃度ρ１にすることで、基準空気室２１から酸素を外気導入路２０に排出することで、炭化水素、一酸化炭素、及び水を基準空気室２１から排出する。これにより、外乱の影響を排除して基準空気室２１を清浄化し、ＮＯｘセンサ１０を良好な状態に維持する。
　以上のことから、上記の清浄化プログラム７０、及びその清浄化プログラム７０を記憶したＤＣＵ５２を備えたエンジン４０、並びにＮＯｘセンサ１０の清浄化方法によれば、ＮＯｘセンサ１０の耐久性を損なうことなく、外乱に対するロバスト性や信頼性を向上する。
　次に、この清浄化プログラム７０についての詳細を説明する。
　この清浄化プログラム７０は、清浄化時間ｔ１になったときに開始される。この実施形態の第一の清浄化時間ｔ１は、車両６０がサービスステーションに停車し、サービスステーションに設けられた点検装置８０による車両６０の点検時である。詳しく説明すると、清浄化時間ｔ１は、車両６０がサービスステーションに停車し、点検装置８０の車外電子計算機８１が通信機８２によってＤＣＵ５２に接続され、車外電子計算機８１から発信された点検指令がＤＣＵ５２に受信されたステップＳ１０が行われた時である。
　次いで、ステップＳ１０で清浄化時間ｔ１になると、ＮＯｘセンサ１０の制御部３４に清浄化制御を行わせる開始指令を制御部３４へ発信するステップＳ２０をＤＣＵ５２に実行させる。
　次いで、ステップＳ２０で発信された開始指令を制御部３４が受信すると、スイッチ３７をオンにしたときに、基準ポンプセル２８に流す電流を基準ポンプ電流Ｉ３から清浄化ポンプ電流Ｉ４に設定するステップＳ３０を制御部３４に実行させる。次いで、基準電源３８を制御させてその清浄化ポンプ電流Ｉ４を基準ポンプセル２８に通電するステップＳ４０を制御部３４に実行させる。
　図４に示すように、清浄化ポンプ電流Ｉ４は、基準空気室２１及び排気通路４１の酸素分圧と、その基準空気室２１の容積及び基準電極３１の大きさとに基づいて基準ポンプ電流Ｉ３よりも高い値に設定されている。この清浄化ポンプ電流Ｉ４は、清浄化の為の短期間の使用においてはセンサ素子１４を構成する固体電解質体１２や基準電極３１の耐久性を低下させることの無い値で、且つ、基準空気室２１の酸素濃度を基準酸素濃度ρ０よりも大きい濃度に設定された清浄化酸素濃度ρ１にする値に設定されている。基準空気室２１及び排気通路４１の酸素分圧は、スイッチ３７をオフにしたときの基準ポンプセル２８のセル起電力Ｖ３から取得可能である。また、この清浄化ポンプ電流Ｉ４は基準空気室２１の容積が大きいほど大きい値となる。例えば、清浄化ポンプ電流Ｉ４の値は基準ポンプ電流Ｉ３の値の２倍～５倍である。
　なお、基準ポンプセル２８に流れる電流値を基準ポンプ電流Ｉ３から清浄化ポンプ電流Ｉ４にした際に、基準空気室２１及び排気通路４１の酸素分圧が変化する。この酸素分圧の変化によりセル起電力Ｖ３も変化するが、そのセル起電力Ｖ３の変化に伴って、第二酸素分圧検出セル２５、及び第三酸素分圧セル２７のそれぞれの酸素分圧（各起電力Ｖ１、Ｖ２）が変化しないように、各セル２２～２７における電流と電圧を変化させることが望ましい。
　次いで、ステップＳ４０を制御部３４に実行させている最中に、制御部３４を経由して基準ポンプセル２８の抵抗値Ｒを取得するステップＳ５０をＤＣＵ５２に実行させる。次いで、抵抗値Ｒが予め定められた終了判定値Ｒａ以上になるか否かを判定するステップＳ６０をＤＣＵ５２に実行させる。
　ステップＳ６０で抵抗値Ｒが終了判定値Ｒａよりも小さい場合には、ステップＳ３０へ戻り、清浄化ポンプ電流Ｉ４の通電を続ける。一方、ステップＳ６０で抵抗値Ｒが終了判定値Ｒａ以上になった場合には、清浄化制御を停止させる終了指令を制御部３４へ発信するステップＳ７０をＤＣＵ５２に実行させる。
　終了判定値Ｒａは、ステップＳ４０における清浄化制御によって外乱による影響が排除されたことを判定する値に設定される。この終了判定値Ｒａは基準ポンプセル２８に基準ポンプ電流Ｉ３を流した場合に、起電力Ｖ３が基準空気室２１及び排気通路４１の酸素分圧となる抵抗値Ｒ１に基づいて設定されることが好ましい。
　次いで、ステップＳ７０で発信された終了指令を制御部３４が受信すると、スイッチ３７をオンにしたときに、基準ポンプセル２８に流す電流を清浄化ポンプ電流Ｉ４から基準ポンプ電流Ｉ３に設定するステップＳ８０を制御部３４に実行させる。次いで、基準電源３８を制御させてその基準ポンプ電流Ｉ３を基準ポンプセル２８に通電するステップＳ９０を制御部３４に実行させて、このプログラムは終了する。
　図４は、経過時間と基準ポンプセル２８における抵抗値Ｒ、電圧値Ｖ、及び電流値Ｉとの関係の一例を示している。ここで、ステップＳ９０が開始された時間をｔ２とする。
　サービスステーションに到着時には外乱によってＮＯｘセンサ１０の基準空気室２１の酸素濃度は基準酸素濃度ρ０を維持できていない状態である。つまり、このときの電圧値Ｖ’は基準空気室２１及び排気通路４１の酸素分圧に基づいたセル起電力Ｖ３よりも小さくなり、それに伴って抵抗値Ｒ’も小さくなっている。車外電子計算機８１から発信された点検指令がＤＣＵ５２に受信されて、清浄化時間ｔ１になると清浄化プログラム７０が開始される。
　次いで、ステップＳ４０が開始されると基準ポンプセル２８には清浄化ポンプ電流Ｉ４が流れる。これにより、外乱の影響の排除が開始される。印加電圧Ｖは電流値Ｉに応じ増加する。一方で、外乱の影響の排除が進むに連れて酸素分圧に応じた起電力が生じる為に、その印加電圧Ｖは、さらに上昇していく。そのため、基準ポンプセル２８の抵抗値Ｒも上昇していく。
　次いで、抵抗値Ｒが終了判定値Ｒａ以上となると、時間ｔ２でステップＳ９０が開始される。
　この時間ｔ１と時間ｔ２との間の期間Δｔ１が制御部３４に清浄化制御を実行させている期間となる。この期間Δｔ１は平均的には十分程度であるが、車両６０の運転状態によっては数時間となることもある。
　このように、基準ポンプセル２８に流れる電流を清浄化ポンプ電流Ｉ４にした際の基準ポンプセル２８の抵抗値Ｒが予め定められた終了判定値Ｒａ以上になるまで、ＮＯｘセンサ１０の清浄化を行うことで、外乱による影響を完全に排除して、基準空気室２１の内部を清浄化する。
　また、基準ポンプセル２８の抵抗値Ｒが終了判定値Ｒａ以上になったときに、清浄化制御を終了できるので、清浄化ポンプ電流Ｉ４が流れる時間を短縮可能になり、ＮＯｘセンサ１０の耐久性の向上には有利となる。
　なお、ステップＳ６０の判定手順に代えて、期間Δｔ１を予め定めておき、その期間Δｔ１が経過したときにステップＳ７０を実行させるようにしてもよい。この場合には、予め実験や試験により流れる電流を清浄化ポンプ電流Ｉ４にした際の基準ポンプセル２８の抵抗値Ｒが予め定められた終了判定値Ｒａ以上になるような期間Δｔ１を求めておく。このようにステップＳ６０の代わりに求めた期間Δｔ１を用いると、外乱による影響が残る場合があるが、車両６０の点検作業を早く完了させられる。
　また、上記のように、車両６０の点検時に清浄化時間ｔ１が設定されることで、定期的にＮＯｘセンサ１０を清浄化可能になるので、長期間に渡ってＮＯｘセンサ１０を良好な状態に維持するには有利となる。
　また、上記の清浄化プログラム７０においては、車両６０の走行中には、第二の清浄化時間ｔ１を車両６０の走行距離Ｌ１が予め定められた清浄化走行距離Ｌａ以上になった時に設定する時間設定手順をＤＣＵ５２に実行させることも可能になる。
　清浄化走行距離Ｌａは、予め実験や試験により車両６０を走行させた場合に、ＮＯｘセンサ１０の清浄化が必要になる走行距離に設定されている。例えば、この清浄化走行距離Ｌａは、５０００ｋｍ～３００００ｋｍに設定される。
　この場合には、清浄化プログラム７０は、車両６０の走行中に常に実行している。
　図５に示すように、時間設定手順においては、ＥＣＭ５１にアクセスして、ＥＣＭ５１が車速センサ５４の検出値から取得していた車両６０の走行距離Ｌ１を取得するステップＳ１００をＤＣＵ５２に実行させる。
　次いで、取得した走行距離Ｌ１が清浄化走行距離Ｌａ以上か否かを判定するステップＳ１１０をＤＣＵ５２に実行させる。このステップＳ１１０で、走行距離Ｌ１が清浄化走行距離Ｌａより短い場合には、ステップＳ１００へ戻る。一方、走行距離Ｌ１が清浄化走行距離Ｌａ以上の場合には、その判定を行った時を清浄化時間ｔ１として、ステップＳ２０を実行させる。
　走行距離Ｌ１が清浄化走行距離Ｌａ以上になった時に清浄化時間ｔ１が設定されることで、車両６０の走行距離Ｌ１に基づいて定期的にＮＯｘセンサ１０を清浄化するので、長期間に渡ってＮＯｘセンサ１０を良好な状態に維持するには有利となる。
　また、上記の清浄化プログラム７０においては、第三の清浄化時間ｔ１を車両６０のソーク時間Δｔ２が予め定められた長期間Δｔａ以上になった後のエンジン４０の始動開始時に設定する時間設定手順をＤＣＵ５２に実行させることも可能である。
　長期間Δｔａは、予め実験や試験により車両６０を停止した場合に、ＮＯｘセンサ１０の清浄化が必要になる期間に設定されている。例えば、この長期間Δｔａは、７日～１ヶ月に設定される。
　この場合には、清浄化プログラム７０は、車両６０の始動時に実行される。この車両６０の始動時は、イグニッションオンセンサ５３でイグニッションオンを検出したときに設定されている。
　図６に示すように、ＤＣＵ５２に設けられたソークタイマ５７の取得していた車両６０のソーク時間Δｔ２を取得するステップＳ２００をＤＣＵ５２に実行させる。なお、ソーク時間とはプログラム制御においては目標値を一定にしている時間のことである。このステップＳ２００では目標値を車両６０の停車としている。つまり、ここでいう車両６０のソーク時間Δｔ２とは、車両が停止されてからの時間のことであり、イグニッションオフからイグニッションオンまでの時間のことである。
　次いで、取得したソーク時間Δｔ２が長期間Δｔａ以上か否かを判定するステップＳ２１０をＤＣＵ５２に実行させる。このステップＳ２１０で、ソーク時間Δｔ２が長期間Δｔａより短い場合には、清浄化プログラム７０は終了する。一方、ソーク時間Δｔ２が長期間Δｔａ以上の場合には、エンジン４０の始動開始時を清浄化時間ｔ１に設定するステップＳ２２０をＤＣＵ５２に実行させる。そして、ステップＳ２３０でエンジン４０の始動が開始されるとステップＳ２０を実行させる。
　ソーク時間Δｔ２が長期間Δｔａ以上になった場合のエンジン４０の始動開始時に清浄化時間ｔ１が設定されることで、車両６０の長期保管後の使用時にＮＯｘセンサ１０を清浄化するので、保管中に基準空気室２１に凝縮した水分や湿度の影響を排除して、ＮＯｘセンサ１０を良好な状態に維持するには有利となる。
　また、上記の清浄化プログラム７０においては、第四の清浄化時間ｔ１を車両６０のイグニッションオン回数Ｎｉｇが生産直後を示すように定められた回数判定値Ｎａ未満であると判定された後のエンジン４０の始動開始時に設定する時間設定手順をＤＣＵ５２に実行させることも可能である。
　回数判定値Ｎａは、車両６０が生産直後か否かを判定する回数に設定されている。例えば、この回数判定値Ｎａは、１００回に設定される。
　図７に示すように、ＤＣＵ５２に設けられたカウンタ５８の取得していたイグニッションオン回数Ｎｉｇを取得するステップＳ３００をＤＣＵ５２に実行させる。
　次いで、取得したイグニッションオン回数Ｎｉｇが回数判定値Ｎａ未満か否かを判定するステップＳ３１０をＤＣＵ５２に実行させる。このステップＳ３１０で、イグニッションオン回数Ｎｉｇが回数判定値Ｎａ以上の場合には、清浄化プログラム７０は終了する。一方、イグニッションオン回数Ｎｉｇが回数判定値Ｎａ未満の場合には、エンジン４０の始動開始時を清浄化時間ｔ１に設定するステップＳ３２０をＤＣＵ５２に実行させる。そして、ステップＳ３３０でエンジン４０の始動が開始されるとステップＳ２０を実行させる。
　イグニッションオン回数Ｎｉｇにより車両６０の生産直後か否かを判定することで、生産直後の長期保管後の使用時に基準空気室２１に凝縮した水分や湿度の影響を排除して、ＮＯｘセンサ１０を良好な状態に維持するには有利となる。
　また、上記の清浄化プログラム７０においては、第五の清浄化時間ｔ１をエンジン４０の始動開始時ごとに設定する時間設定手順をＤＣＵ５２に実行させることも可能である。
　図８に示すように、イグニッションオンセンサ５３でイグニッションオンを検出したときに、エンジン４０の始動開始時を清浄化時間ｔ１に設定するステップＳ４００をＤＣＵ５２に実行させる。そして、ステップＳ４１０でエンジン４０の始動が開始されるとステップＳ２０を実行させる。
　このように、エンジン４０の始動開始時にＮＯｘセンサ１０の清浄化を毎回実施することで、長期間に渡ってＮＯｘセンサ１０を良好な状態に維持するには有利となる。
　なお、第三～第五の清浄化時間ｔ１においては、第三及び第四の清浄化時間ｔ１で実施される清浄化制御の期間Δｔ１と、第五の清浄化時間ｔ１で実施される清浄化制御の期間Δｔ１とを異なる期間に設定することが好ましい。例えば、第三及び第四の清浄化時間ｔ１で実施される清浄化制御の期間Δｔ１を数十分間に設定し、第五の清浄化時間ｔ１で実施される清浄化制御の期間Δｔ１を数分間に設定する。特に、第五の清浄化時間ｔ１で実施される清浄化制御はその回数も多くなるため、ＮＯｘセンサ１０の耐久性を考慮して第三及び第四の清浄化時間ｔ１で実施される清浄化制御の期間よりも短い期間とすると、よりＮＯｘセンサ１０の耐久性の向上には有利となる。
　また、上記の清浄化プログラム７０においては、第六の清浄化時間ｔ１をＮＯｘセンサ１０のヒータ１５に通電中のライトオフ期間Δｔ３に設定する時間設定手順をＤＣＵ５２に実行させることも可能である。
　図９は、ＮＯｘセンサ１０でＮＯｘ濃度を検出する際の、ヒータ１５の加熱時間ｔとそのときのセンサ素子１４の温度Ｔとの関係を示したグラフである。ここで、ヒータ１５の通電開始時間をｔ３、予熱温度Ｔｐｒｅになる時間をｔ４、測定温度Ｔｍａｘになる時間をｔ５、ライトオフ期間Δｔ３の終了時間で、且つＮＯｘセンサ１０でＮＯｘ値を出力可能になった時間をｔ６、固体電解質体１２が活性化したとみなせる活性化ポイントをＰ１とする。
　ヒータ１５によりセンサ素子１４を加熱する際には、センサ素子１４が活性化する測定温度Ｔｍａｘに昇温する前に、測定温度Ｔｍａｘよりも低い温度に設定された予熱温度Ｔｐｒｅに昇温している。このように、測定温度Ｔｍａｘに昇温する前に、予熱温度Ｔｐｒｅに昇温することで、センサ素子１４の内部に入った、又は付着した水分を蒸発させている。例えば、この予熱温度は、数十度に設定されている。
　ライトオフ期間Δｔ３とは、時間ｔ４から時間ｔ６までの期間であり、センサ素子１４に設けられた基準電極３１を含む各電極が安定するまでの期間のことをいう。清浄化時間ｔ１をこのライトオフ期間Δｔ３の期間中に設定する場合には、ライトオフ期間Δｔ３が開始される時間ｔ４と測定温度Ｔｍａｘに到達する時間ｔ５の間が好ましい。特に、固体電解質体１２の活性前に清浄化時間ｔ１を設けると電流が流れない状態で電圧印加されるため固体電解質体１２の耐久性を低下させる恐れがある。そのため、時間ｔ５の近傍で固体電解質体１２が活性化したとみなせる活性化ポイントＰ１を清浄化時間ｔ１に設定することが好ましい。
　この場合には、清浄化プログラム７０は、ＤＣＵ５２から排気ガス温度センサ５９の検出値から取得した露点（デュウポイント）情報を受信した制御部３４が、その露点情報に基づいてライトオフ期間Δｔ３を設定して、ヒータ１５の通電が開始されると実行される。
　図１０に示すように、制御部３４へアクセスして、制御部３４で設定されたライトオフ期間Δｔ３を取得するステップＳ５００をＤＣＵ５２に実行させる。
　次いで、取得したライトオフ期間Δｔ３の活性化ポイントＰ１に清浄化時間ｔ１を設定するステップＳ５１０をＤＣＵ５２に実行させる。そして、ステップＳ５２０でライトオフ期間Δｔ３の期間中の活性化ポイントＰ１になった時に、ステップＳ２０を実行させる。
　ライトオフ期間Δｔ３の期間中に清浄化時間ｔ１が設定されることで、基準空気室２１の酸素濃度が不安定なときに、基準空気室２１を早期に清浄化するので、排気ガス性能改善に極めて重要なＮＯｘセンサ１０の早期活性化性能を、耐久性を損なうことなく向上できる。
　このライトオフ期間Δｔ３の期間中に開始された清浄化制御は、センサ素子１４の温度が測定温度Ｔｍａｘまで上昇し、ＮＯｘセンサ１０により排気ガスのＮＯｘ濃度の検出が開始された後も一定期間行われることが望ましい。
　図９における清浄化制御の期間Δｔ１を予め定められた期間とすることが好ましい。例えば、この第六の清浄化時間ｔ１で実施される清浄化制御の期間Δｔ１は、１０分程度である。
　また、上記の清浄化プログラム７０においては、第七の清浄化時間ｔ１を車両６０の走行中の後処理制御の開始時間ｔ７に設定する時間設定手順をＤＣＵ５２に実行させることも可能である。
　後処理制御とは、捕集装置４４の再生制御及びＳＣＲ触媒４６のパージ制御のことである。つまり、後処理制御の開始時間ｔ７とは、捕集装置４４の再生制御及びＳＣＲ触媒４６のパージ制御のいずれかの開始時間のことである。
　この場合には、清浄化プログラム７０は、エンジン４０の始動時に実行される。
　図１１に示すように、ＥＣＭ５１へアクセスして、ＥＣＭ５１に接続された差圧センサ５６の検出値に基づいて開始される捕集装置４４の再生制御の開始時間、及び排気温度センサ５５の検出値に基づいて開始されるＳＣＲ触媒４６のパージ制御の開始時間のいずれかの開始時間ｔ７を取得するステップＳ６００をＤＣＵ５２に実行させる。
　次いで、清浄化時間ｔ１を取得した開始時間ｔ７に設定するステップＳ６１０をＤＣＵ５２に実行させる。そして、そのステップＳ６２０で後処理制御の開始時間ｔ７になった時に、ステップＳ２０を実行させる。
　後処理制御の開始時間ｔ７に清浄化時間ｔ１が設定されることで、後処理制御によって増加する炭化水素が基準空気室２１に回り込んでも、その炭化水素を基準電極３１で酸化して、基準空気室２１を清浄化するので、後処理制御による外乱の影響を排除して、ＮＯｘセンサ１０を良好な状態に維持するには有利となる。
　なお、この第七の清浄化時間ｔ１で実施される清浄化制御においては、後処理制御の終了後から数分後まで継続されることが好ましい。
　なお、この後処理制御には、実施形態のエンジン４０には設けられていないＮＯｘ吸着還元触媒（ＬＮＴ触媒）のリッチ燃焼制御にも適用可能である。
１０　ＮＯｘセンサ
１４　センサ素子
１５　ヒータ
２１　基準空気室
２８　基準ポンプセル
３０　第二ポンプ電極
３１　基準電極
３４　制御部
３７　スイッチ
３８　基準電源
４０　エンジン
４１　排気通路
４２　後処理装置
５０　制御ユニット
５１　ＥＣＭ
５２　ＤＣＵ
６０　車両
７０　清浄化プログラム
Ｉ３　基準ポンプ電流
Ｉ４　清浄化ポンプ電流
ｔ１　清浄化時間
ρ０　基準酸素濃度
ρ１　清浄化酸素濃度

Claims (12)

  1. 　車両に搭載された内燃機関の排気通路に配置され、センサ素子の内側に外気に連通した基準空気室に配置された基準電極と、該センサ素子の外側に配置された基準ポンプ電極とから該基準空気室の内部への酸素の汲み出しを行う基準ポンプセルが構成され、該基準ポンプセルに流れる電流を予め定められた基準ポンプ電流に調節する制御を行う制御部を備えたＮＯｘセンサの清浄化プログラムにおいて、
    　予め定められた清浄化時間になった時に、清浄化制御を行わせる開始指令を該制御部へ発信する開始手順を前記車両に搭載された車載用電子計算機に実行させ、
    　前記開始指令により、前記基準ポンプセルに流れる電流を前記基準ポンプ電流から該基準ポンプ電流よりも大きい電流値に設定された清浄化ポンプ電流にする前記清浄化制御を行う清浄化手順を前記制御部に実行させることを特徴とするＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  2. 　前記基準ポンプ電流の値を、前記基準空気室の酸素濃度を予め定められた基準酸素濃度に維持する値に設定すると共に、
    　前記清浄化ポンプ電流の値を、前記基準空気室の酸素濃度を前記基準酸素濃度よりも大きい濃度に設定された清浄化酸素濃度にする値に設定した請求項１に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  3. 　前記清浄化手順を前記制御部に実行させている最中には、
    　前記制御部を経由して前記基準ポンプセルにおける抵抗値を取得する抵抗値取得手順と、
    　取得した前記抵抗値が予め定めた終了判定値以上になるか否かを判定する判定手順と、
    　前記抵抗値が前記終了判定値以上になったときに、前記制御部に前記清浄化制御を停止する制御を行わせる終了指令を前記制御部へ発信する終了手順と、を前記車載用電子計算機に実行させ、
    　前記終了指令により、前記清浄化制御を停止する停止手順を前記制御部に実行させる請求項１又は２に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  4. 　前記車両の点検時には、前記車載用電子計算機に接続された車外電子計算機からの点検指令を該車載用電子計算機が受信した時を前記清浄化時間に設定する時間設定手順を、該車載用電子計算機に実行させる請求項１～３のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  5. 　前記車両の走行中には、前記車両に搭載された該車両の走行距離を取得する走行距離取得手段から該走行距離を取得する走行距離取得手順と、取得した該走行距離が前記清浄化走行距離以上か否かを判定する走行距離判定手順と、該走行距離が該清浄化走行距離以上になった時を前記清浄化時間に設定する時間設定手順とを前記車載用電子計算機に実行させる請求項１～４のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  6. 　前記車両の始動時には、該車両に搭載された該車両のソーク時間を取得するソーク時間取得手段から該ソーク時間を取得するソーク時間取得手順と、取得した該ソーク時間が予め定められた長期間以上か否かを判定するソーク時間判定手順と、該ソーク時間が該長期間以上になったと判定した場合の前記内燃機関の始動時を前記清浄化時間に設定する時間設定手順とを前記車載用電子計算機に実行させる請求項１～５のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  7. 　前記車両の始動時には、該車両に搭載された高電圧回路への通電回数を取得する通電回数取得手段から該通電回数を取得する通電回数取得手順と、取得した該通電回数が予め定められた回数判定値未満か否かを判定する通電回数判定手順と、該通電回数が該回数判定値未満であると判定した場合の前記内燃機関の始動時を前記清浄化時間に設定する時間設定手順とを前記車載用電子計算機に実行させる請求項１～６のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  8. 　前記内燃機関の始動時を前記清浄化時間に設定する時間設定手順を前記車載用電子計算機に実行させる請求項１～７のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  9. 　前記ＮＯｘセンサが前記センサ素子を加熱する電熱式のヒータを有し、
    　前記ヒータによる前記センサ素子の加熱が開始されたときには、前記制御部が前記ヒータに通電して前記センサ素子を予め定めた測定温度まで昇温する制御を行うライトオフ期間を取得するライトオフ期間取得手順と、取得した該ライトオフ期間中に前記清浄化時間を設定する時間設定手順とを前記車載用電子計算機に実行させる請求項１～８のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  10. 　前記車両の走行中には、前記排気通路に配置された捕集装置の再生制御、選択的還元触媒のパージ制御、及びＮＯｘ吸着還元触媒のリッチ燃焼制御のいずれかの後処理制御の開始時間を取得する後処理時間取得手順と、取得した該開始時間を前記清浄化時間に設定する時間設定手順とを前記車載用電子計算機に実行させる請求項１～９のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラム。
  11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載のＮＯｘセンサの清浄化プログラムが記録された車載用電子計算機を備えたことを特徴とする内燃機関。
  12. 　センサ素子の内側の外気に連通した基準空気室に配置された基準電極と、該センサ素子の外側に配置されたポンプ電極とから構成された基準ポンプセルに流れる電流を予め定めた基準ポンプ電流に調節して、前記基準空気室の酸素濃度を予め定められた基準酸素濃度に維持するＮＯｘセンサの清浄化方法において、
    　予め定めた清浄化時間になった時に、前記基準ポンプセルに流れる電流を、前記基準ポンプ電流よりも大きい電流値に設定された清浄化ポンプ電流にして、前記基準空気室の酸素濃度を前記基準酸素濃度よりも大きい濃度に設定された清浄化酸素濃度にすることを特徴とするＮＯｘセンサの清浄化方法。
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