JPWO2011142040A1 - 硫黄成分検出装置 - Google Patents
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Abstract
本硫黄成分検出装置は、排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持し、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部と保持部の温度を測定する温度センサとを具備し、温度センサにより放出ＮＯＸの還元反応の際の保持部の温度上昇値を測定し、測定された温度上昇値と保持部の熱容量とに基づき放出ＮＯＸの還元反応の際の発熱量を算出することによりＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出して現在のＳＯＸ保持量を推定し、一定期間の間に前記排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出する硫黄成分検出装置において、保持部を加熱するヒータを具備し、ヒータにより保持部を加熱した時に（ステップ２０４）温度センサにより測定される保持部の温度上昇値（Ｔ２−Ｔ１）とヒータの発熱量（ＱＨ）とにより保持部の現在の熱容量（Ｃ）を決定する（ステップ２０９）。
Description
本発明は、硫黄成分検出装置に関する。
排気ガス中のＳＯＸ濃度を検出するためのＳＯＸ濃度センサが公知である。一般的なＳＯＸ濃度センサは、固体電解質においてＳＯＸが硫酸イオンに変化することにより生じる起電力を測定し、排気ガス中のＳＯＸ濃度を検出するようにしている。しかしながら、このような瞬時のＳＯＸ濃度を検出するＳＯＸ濃度センサでは、排気ガス中のＳＯＸ濃度が低いと、正確なＳＯＸ濃度を検出することが難しくなる。
このような瞬時の排気ガス中のＳＯＸ濃度を検出することはできないが、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を検出することができる硫黄成分検出装置が提案されている（特許文献１参照）。
この硫黄成分検出装置は、排気ガス中に含まれるＳＯＸを保持するＳＯＸ保持材を有し、ＳＯＸ保持材に保持されたＳＯＸ量の増大に伴って変化するＳＯＸ保持材の電気抵抗又は体積等の特性を計測し、計測された特性から一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を検出するようにしている。
このような瞬時の排気ガス中のＳＯＸ濃度を検出することはできないが、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を検出することができる硫黄成分検出装置が提案されている（特許文献１参照）。
この硫黄成分検出装置は、排気ガス中に含まれるＳＯＸを保持するＳＯＸ保持材を有し、ＳＯＸ保持材に保持されたＳＯＸ量の増大に伴って変化するＳＯＸ保持材の電気抵抗又は体積等の特性を計測し、計測された特性から一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を検出するようにしている。
電気抵抗又は体積等の特性変化を正確に計測することは困難であり、前述の硫黄成分検出装置では、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を正確に検出することができないことがある。
また、ＳＯＸ保持部を、排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持してＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部とすれば、放出ＮＯＸの還元反応の際の保持部の温度上昇値に基づき放出ＮＯＸの還元反応の発熱量を算出してＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出することにより、現在のＳＯＸ保持量を推定することができ、結果的に、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を検出することができる。
このように一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を検出する場合において、放出ＮＯＸの還元反応の際の保持部の温度上昇値に基づき放出ＮＯＸの還元反応の発熱量を正確に算出することが必要となるが、そのためには、保持部の熱容量が比較的正確に定められていなければならない。しかしながら、保持部の熱容量は、排気ガス中の炭酸カルシウム又は硫酸カルシウムのようなアッシュ、パティキュレート、及び高沸点炭化水素が保持部に付着することによって変化するために、定められている保持部の熱容量が現在の熱容量に対してかなり異なっていることがあり、その結果、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を比較的正確に検出することができないことがある。
従って、本発明の目的は、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又はこの積算量に基づく値を比較的正確に検出することを可能とする硫黄成分検出装置を提供することである。
また、ＳＯＸ保持部を、排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持してＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部とすれば、放出ＮＯＸの還元反応の際の保持部の温度上昇値に基づき放出ＮＯＸの還元反応の発熱量を算出してＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出することにより、現在のＳＯＸ保持量を推定することができ、結果的に、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を検出することができる。
このように一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を検出する場合において、放出ＮＯＸの還元反応の際の保持部の温度上昇値に基づき放出ＮＯＸの還元反応の発熱量を正確に算出することが必要となるが、そのためには、保持部の熱容量が比較的正確に定められていなければならない。しかしながら、保持部の熱容量は、排気ガス中の炭酸カルシウム又は硫酸カルシウムのようなアッシュ、パティキュレート、及び高沸点炭化水素が保持部に付着することによって変化するために、定められている保持部の熱容量が現在の熱容量に対してかなり異なっていることがあり、その結果、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を比較的正確に検出することができないことがある。
従って、本発明の目的は、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又はこの積算量に基づく値を比較的正確に検出することを可能とする硫黄成分検出装置を提供することである。
本発明による請求項１に記載の硫黄成分検出装置は、排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持し、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部と前記保持部の温度を測定する温度センサとを具備し、前記温度センサにより放出ＮＯＸの還元反応の際の前記保持部の温度上昇値を測定し、測定された温度上昇値と前記保持部の熱容量とに基づき前記放出ＮＯＸの還元反応の際の発熱量を算出することにより前記ＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出して現在のＳＯＸ保持量を推定し、一定期間の間に前記排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出する硫黄成分検出装置において、前記保持部を加熱するヒータを具備し、前記ヒータにより前記保持部を加熱した時に前記温度センサにより測定される前記保持部の温度上昇値と前記ヒータの発熱量とにより前記保持部の現在の熱容量を決定することを特徴とする。
本発明による請求項２に記載の硫黄成分検出装置は、排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持し、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部と前記保持部の温度を測定する第一温度センサとを具備し、前記第一温度センサにより放出ＮＯＸの還元反応の際の前記保持部の温度上昇値を測定し、測定された温度上昇値と前記保持部の熱容量とに基づき前記放出ＮＯＸの還元反応の際の発熱量を算出することにより前記ＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出して現在のＳＯＸ保持量を推定し、一定期間の間に前記排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出する硫黄成分検出装置において、前記保持部の近傍の温度を測定するための第二温度センサを具備し、放熱により前記保持部の温度が下降している間の第一時刻から第二時刻までの前記保持部からの放熱量は、一方で、前記第一温度センサにより測定される前記保持部の温度と前記第二温度センサにより測定される前記保持部の近傍の温度との温度差の前記第一時刻から前記第二時刻までの積分値と前記保持部から周囲への熱伝達係数との積で表され、他方で、前記第一温度センサにより測定される前記第一時刻から前記第二時刻までの前記保持部の温度下降値と前記保持部の熱容量との積で表されるために、前記保持部の熱容量と熱伝達係数との現在の関係が決定され、決定された関係に基づき前記保持部の現在の熱容量を決定することを特徴とする。
本発明による請求項２に記載の硫黄成分検出装置は、排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持し、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部と前記保持部の温度を測定する第一温度センサとを具備し、前記第一温度センサにより放出ＮＯＸの還元反応の際の前記保持部の温度上昇値を測定し、測定された温度上昇値と前記保持部の熱容量とに基づき前記放出ＮＯＸの還元反応の際の発熱量を算出することにより前記ＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出して現在のＳＯＸ保持量を推定し、一定期間の間に前記排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出する硫黄成分検出装置において、前記保持部の近傍の温度を測定するための第二温度センサを具備し、放熱により前記保持部の温度が下降している間の第一時刻から第二時刻までの前記保持部からの放熱量は、一方で、前記第一温度センサにより測定される前記保持部の温度と前記第二温度センサにより測定される前記保持部の近傍の温度との温度差の前記第一時刻から前記第二時刻までの積分値と前記保持部から周囲への熱伝達係数との積で表され、他方で、前記第一温度センサにより測定される前記第一時刻から前記第二時刻までの前記保持部の温度下降値と前記保持部の熱容量との積で表されるために、前記保持部の熱容量と熱伝達係数との現在の関係が決定され、決定された関係に基づき前記保持部の現在の熱容量を決定することを特徴とする。
本発明による請求項１に記載の硫黄成分検出装置によれば、排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持し、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部と保持部の温度を測定する温度センサとを具備し、温度センサにより放出ＮＯＸの還元反応の際の保持部の温度上昇値を測定し、測定された温度上昇値と保持部の熱容量とに基づき放出ＮＯＸの還元反応の際の発熱量を算出することによりＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出して現在のＳＯＸ保持量を推定し、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は積算量に基づく値を検出する硫黄成分検出装置において、保持部を加熱するヒータを具備し、ヒータにより保持部を加熱した時に温度センサにより測定される保持部の温度上昇値とヒータの発熱量とにより保持部の現在の熱容量を決定するようになっており、それにより、排気ガス中のアッシュ等が保持部に付着して熱容量が変化しても、現在の熱容量を比較的正確に決定することができ、結果的に、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を比較的正確に検出することができる。
本発明による請求項２に記載の硫黄成分検出装置によれば、排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持し、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部と保持部の温度を測定する第一温度センサとを具備し、第一温度センサにより放出ＮＯＸの還元反応の際の保持部の温度上昇値を測定し、測定された温度上昇値と保持部の熱容量とに基づき放出ＮＯＸの還元反応の際の発熱量を算出することによりＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出して現在のＳＯＸ保持量を推定し、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は積算量に基づく値を検出する硫黄成分検出装置において、保持部の近傍の温度を測定するための第二温度センサを具備し、放熱により保持部の温度が下降している間の第一時刻から第二時刻までの保持部からの放熱量は、一方で、第一温度センサにより測定される保持部の温度と第二温度センサにより測定される保持部の近傍の温度との温度差の第一時刻から第二時刻までの積分値と保持部から周囲への熱伝達係数との積で表され、他方で、第一温度センサにより測定される第一時刻から第二時刻までの保持部の温度下降値と保持部の熱容量との積で表されるために、保持部の熱容量と熱伝達係数との現在の関係が決定され、決定された関係を満たす熱容量と熱伝達係数とは一義的に定まるために、決定された関係に基づき保持部の現在の熱容量を決定するようになっており、それにより、排気ガス中のアッシュ等が保持部に付着して熱容量が変化しても、現在の熱容量を比較的正確に決定することができ、結果的に、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を比較的正確に検出することができる。
本発明による請求項２に記載の硫黄成分検出装置によれば、排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持し、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部と保持部の温度を測定する第一温度センサとを具備し、第一温度センサにより放出ＮＯＸの還元反応の際の保持部の温度上昇値を測定し、測定された温度上昇値と保持部の熱容量とに基づき放出ＮＯＸの還元反応の際の発熱量を算出することによりＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出して現在のＳＯＸ保持量を推定し、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は積算量に基づく値を検出する硫黄成分検出装置において、保持部の近傍の温度を測定するための第二温度センサを具備し、放熱により保持部の温度が下降している間の第一時刻から第二時刻までの保持部からの放熱量は、一方で、第一温度センサにより測定される保持部の温度と第二温度センサにより測定される保持部の近傍の温度との温度差の第一時刻から第二時刻までの積分値と保持部から周囲への熱伝達係数との積で表され、他方で、第一温度センサにより測定される第一時刻から第二時刻までの保持部の温度下降値と保持部の熱容量との積で表されるために、保持部の熱容量と熱伝達係数との現在の関係が決定され、決定された関係を満たす熱容量と熱伝達係数とは一義的に定まるために、決定された関係に基づき保持部の現在の熱容量を決定するようになっており、それにより、排気ガス中のアッシュ等が保持部に付着して熱容量が変化しても、現在の熱容量を比較的正確に決定することができ、結果的に、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を比較的正確に検出することができる。
図１は本発明による硫黄成分検出装置が配置された機関排気系を示す概略図であり、同図において、１は内燃機関の排気ガス通路である。内燃機関は、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関のような希薄燃焼を実施する内燃機関である。このような内燃機関の排気ガス中には、比較的多くのＮＯＸが含まれるために、排気ガス通路１には、ＮＯＸを浄化するためのＮＯＸ触媒装置２が配置されている。
ＮＯＸ触媒装置２には、ＮＯＸ保持材と白金Ｐｔのような貴金属触媒とが担持されている。ＮＯＸ保持材は、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つである。
ＮＯＸ触媒装置２は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯＸを良好に保持し、すなわち、硝酸塩として良好に吸収したり、ＮＯ２として良好に吸着したりする。しかしながら、無制限にＮＯＸを保持することはできず、ＮＯＸ保持量がＮＯＸ保持可能量に達してさらにＮＯＸを保持することができなくなる前に、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とし、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させる。それにより、保持ＮＯＸは離脱され、すなわち、吸収ＮＯＸは放出され、また、吸着ＮＯ２は脱離され、これら離脱ＮＯＸは排気ガス中の還元物質によりＮ２へ還元浄化される。
このようなＮＯＸ触媒装置２が排気ガス中のＳＯＸを硫酸塩として吸蔵してしまうと、硫酸塩は硝酸塩に比較して安定な物質であるために再生処理では放出させることができず、ＮＯＸ吸蔵可能量が低下してしまう（Ｓ被毒）。それにより、排気ガス通路１のＮＯＸ触媒装置２の上流側には、排気ガス中のＳＯＸを吸蔵するＳトラップ装置３が配置され、ＮＯＸ触媒装置２のＳ被毒を抑制している。
本発明による硫黄成分検出装置４は、例えば、Ｓトラップ装置３とＮＯＸ触媒装置２との間に配置されて、Ｓトラップ装置３をすり抜けるＳＯＸの積算量を検出し、この積算量が設定値に達した時にはＳトラップ装置３の交換時期と判断することができる。
図２は、本発明による硫黄成分検出装置４の実施形態を示す概略縦断面図である。同図において、１０は排気ガス通路１の外壁である。４１は硫黄成分検出装置４の基板である。基板１の一方側（好ましくは排気上流側）には熱電対等の温度センサ４２が配置されている。また、基板１の他方側には電気ヒータ４３が配置されている。４４は温度センサ４２の感温部を覆うように配置されたＮＯＸ及びＳＯＸの保持部である。４５は、このように構成された硫黄成分検出装置４を取り囲んで排気ガス通路１の外壁１０を貫通する円筒状のケースである。
ケース４５には複数の開口穴４５ａが形成され、開口穴４５ａを介して排気ガス通路１を通過する排気ガスがケース４５内へ流入するようになっている。４６はケース４５内の保持部４４近傍へ酸素（例えば大気中の酸素）を供給するための酸素ポンプであり、一体的な温度センサ４２、基板４１、及び電気ヒータ４３の回りに位置してケース４５内の保持部４４回りの空間と大気室とを分離する。酸素ポンプ４６は、ジルコニア等から形成され、ジルコニア式酸素濃度センサとは逆に電圧が印加されることにより、大気中の酸素をケース４５内の保持部４４近傍へ移動させることができる。
保持部４４は、排気ガス中のＮＯＸ及びＳＯＸを保持するものであり、例えば、前述したＮＯＸ保持材と白金Ｐｔのような貴金属触媒とを温度センサ４２の感温部に塗布することにより形成することができる。
このように形成された保持部４４は、前述したように、排気ガス中のＮＯＸを硝酸塩として吸蔵し、また、排気ガス中のＳＯＸをＮＯＸの代わりに硫酸塩として吸蔵する。保持部４４は、ＮＯＸ保持材の量に応じて、ＳＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持可能量を有し、硝酸塩に比較して硫酸塩は安定な物質であるために、ＳＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持可能量を基準として、ＳＯＸ保持量が増加するほど、現在のＮＯＸ保持可能量は減少することとなる。
このような関係に基づき、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過したＳＯＸの積算量、又は、ＳＯＸの積算量に基づく値として、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過した排気ガス中のＳＯＸ濃度の平均値又は一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過した排気ガス中の平均ＳＯＸ量を検出することができる。
図３は、硫黄成分検出装置４によりＳＯＸの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのフローチャートであり、電子制御装置（図示せず）において実施される。先ず、ステップ１０１において、ＳＯＸの積算量の検出時期であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、定期的又は不定期的にＳＯＸの積算量の検出が必要となれば、ステップ１０１の判断は肯定されてステップ１０２へ進む。
ステップ１０２において、詳しくは後述される経過時間ｔが設定時間ｔ’に達したか否かが判断され、この判断は肯定されるまで繰り返される。ステップ１０２の判断が肯定されると、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比をリッチにして保持部４４近傍の酸素濃度を低下させる。それにより、以下のように保持部４４からＮＯＸが放出されて還元される。
１／２Ｂａ（ＮＯ３）２→１／２ＢａＯ＋ＮＯ＋３／４Ｏ２−３０９．６ｋＪ／ｍｏｌ
ＣＯ＋ＮＯ→１／２Ｎ２＋２ＣＯ２＋３７３．２ｋＪ／ｍｏｌ
３／２ＣＯ＋３／４Ｏ２→３／２ＣＯ２＋４２４．５ｋＪ／ｍｏｌ
こうして、１ｍｏｌのＮＯに対して約４９０ｋＪの発熱が発生する。それにより、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比がリッチにされる前の保持部４４の温度Ｔｂと保持部４４近傍の排気ガスの空燃比がリッチにされた後の最高温度Ｔａとの間の温度上昇値ΔＴ（Ｔａ−Ｔｂ）を温度センサ４２により測定し、ステップ１０３において、この温度上昇値ΔＴと保持部４４の熱容量Ｃとを乗算して放出ＮＯＸの還元反応による発熱量Ｑを算出し、算出された発熱量Ｑに基づき保持部４４に保持されていたＮＯＸ保持量（ｍｏｌ）（＝Ｑ／４９０ｋＪ）を算出する。温度上昇値ΔＴの測定が完了すれば、排気ガスの空燃比は通常運転時のリーンに戻される。
ＳＯＸが保持されていない時の保持部４４のＮＯＸ保持可能量よりＮＯＸ保持量が少ない場合には、保持部４４にはＳＯＸが保持されていることとなり、ステップ１０４において、保持部４４のＮＯＸ保持可能量とＮＯＸ保持量との差に基づき現在のＳＯＸ保持量を推定する。
硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１の通過するＳＯＸ量の一定割合が硫黄成分検出装置４の保持部４４に保持されることに基づき、ステップ１０５において、現在のＳＯＸ保持量に基づき、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過したＳＯＸの積算量を検出する。次いで、ステップ１０６において経過時間ｔを０にリセットして終了する。
本フローチャートにおいて、ステップ１０４の保持部４４のＳＯＸ保持量を正確に推定するためには、ステップ１０３において算出される保持部４４のＮＯＸ保持量が、ＳＯＸの保持により減少した現在のＮＯＸ保持可能量と等しくなければならず、すなわち、ステップ１０４において保持部４４のＳＯＸ保持量を推定する際には、保持部４４に現在のＮＯＸ保持可能量のＮＯＸが保持されていることが必要である。もし、保持部に現在のＮＯＸ保持可能量のＮＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持量に基づきＳＯＸ保持量が推定されると、推定されたＳＯＸ保持量は実際より多くなってしまう。
本フローチャートにおいては、経過時間ｔが設定時間ｔ’に達していない時には、保持部４４に現在のＮＯＸ保持可能量のＮＯＸが保持されていない可能性があるとして、ステップ１０２の判断が否定され、ＳＯＸの積算量を検出するためのＳＯＸ保持量の推定を含むステップ１０３以降の処理は、実施されないようになっている。
経過時間ｔは、初めて内燃機関を始動する時には０にセットされており、本フローチャートのステップ１０６において０にリセットされる。それ以外においても、経過時間ｔは、保持部４４から全てのＮＯＸが放出された時に０にリセットされる。例えば、ＮＯＸ触媒装置２の再生処理においても、排気ガスの空燃比はリッチにされて、保持部４４から全てのＮＯＸが放出されるために、再生処理の終了時には経過時間ｔは０にリセットされる。また、ＳＯＸの積算量をリセットするために、保持部４４から保持された全てのＳＯＸを放出させることがある。この時には、保持部４４から全てのＮＯＸも放出されるために、経過時間ｔは０にリセットされる。
ところで、保持部４４の現在のＮＯＸ保持可能量は保持部４４の温度により変化する。例えばＮＯＸ保持材（Ｂａ）から形成された保持部４４の場合では、ＳＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持可能量は、保持部４４の温度が例えば３５０°Ｃ以上の時において多くなる。
こうして、ＳＯＸの積算量を検出するためのＳＯＸ保持量の推定を正確なものにするためには、保持部４４の現在のＮＯＸ保持可能量を検出する際の保持部４４の温度を、基準として定められたＳＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持可能量をもたらす保持部４４の設定温度に一致させることが好ましい。また、少なくとも、保持部４４の温度が、この設定温度を含む設定温度範囲外である時には、ＳＯＸの積算量を検出するためのＳＯＸ保持量の推定を禁止することが好ましい。例えば、保持部４４の温度が設定温度範囲外となって保持部４４の温度変化によりＮＯＸ保持可能量が減少した時にＮＯＸ保持量に基づきＳＯＸ保持量が推定されると、推定されたＳＯＸ保持量は実際より多くなってしまう。
ところで、第一フローチャートにおいて、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を比較的正確に検出するためには、保持部４４から放出されたＮＯＸの還元反応の発熱量を正確に算出することが必要となるが、そのためには、算出に使用される保持部の熱容量Ｃが比較的正確なものでなければならない。
保持部の熱容量Ｃは、排気ガス中の炭酸カルシウム又は硫酸カルシウムのようなアッシュ等が保持部に付着することによって変化するために、現状に合わせて更新しないと、保持部の熱容量Ｃを比較的正確なものにすることはできない。
図４は、保持部４４の温度Ｔを設定温度範囲（＞＝Ｔ２）内に維持すると共に、保持部の熱容量を更新するための第二フローチャートである。先ず、ステップ２０１において、温度センサ４２により保持部４４の温度Ｔが測定される。次いで、ステップ２０２において、保持部４４の温度Ｔが設定温度Ｔ２（例えば３５０°Ｃ）以上であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、保持部４４の温度Ｔは設定温度範囲内（＞＝Ｔ２）であり、電気ヒータ４３の作動は必要なく、そのまま終了する。
一方、ステップ２０２の判断が否定される時には、ステップ２０３において、保持部４４の現在の温度ＴがＴ１として記憶される。次いで、ステップ２０４において電気ヒータ４３を作動させる。ステップ２０５では、電気ヒータ４３の発熱量ＱＨが積算される。次いで、ステップ２０６において、温度センサ４２により保持部４４の温度Ｔが測定され、ステップ２０７において、保持部４４の温度Ｔが設定温度Ｔ２となったか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ２０４から２０６の処理が繰り返される。
保持部４４の温度Ｔが設定温度Ｔ２となると、ステップ２０７の判断が肯定され、ステップ２０８において電気ヒータ４３を停止し、ステップ２０９において、保持部４４の現在の熱容量Ｃを、ステップ２０５において積算された電気ヒータ４２により保持部４４の温度をＴ１から設定温度Ｔ２へ上昇させた発熱量ＱＨを温度上昇値（Ｔ２−Ｔ１）で除算することにより算出し、第一フローチャートのステップ１０３において使用する保持部４４の熱容量Ｃを更新する。
こうして、保持部４４に排気ガス中の炭酸カルシウム又は硫酸カルシウムのようなアッシュ等が付着して熱容量を変化させても、電気ヒータ４３により実際に保持部４４を加熱して、この時の保持部４４の温度上昇値（Ｔ２−Ｔ１）と電気ヒータの発熱量ＱＨとにより保持部４４の熱容量Ｃを算出して更新するようになっているために、保持部４４の熱容量Ｃを比較的正確なものとすることができる。
第二フローチャートによる熱容量Ｃの更新は、保持部４４の温度Ｔが設定温度Ｔ２より低くなっている時に、電気ヒータ４３の作動と共に必ず実施されるようにしたが、これは発明を限定するものではなく、更新頻度を低くする（例えば内燃機関の始動毎）ようにしても良い。
図５は本発明による硫黄成分検出装置のもう一つの実施形態を示す概略横断面図である。同図において、図２に示す実施形態と同じ部材には同じ参照番号が付されている。本実施形態と図２に示す実施形態との違いは、本実施形態においては、保持部４４の近傍の温度を測定するためのもう一つの温度センサ４７が設けられていることである。
ＳＯＸ積算量を検出するために、排気ガスの空燃比をリッチにして時刻ｔ０において保持部４４からＮＯＸを放出させて還元するようにすると、時刻ｔ０においてＴａであった保持部４４の温度は図６に実線で示すように変化し、時刻ｔ０においてＴａであった保持部近傍の温度は図６に点線で示すように変化する。
ここで、第一フローチャートのステップ１０３に関して説明したように、ＮＯＸの放出還元により保持部４４の温度は、最高温度Ｔｂとなると、その後は、放熱により保持部４４の温度は徐々に下降することとなる。
このように保持部４４の温度が下降している間において、温度センサにより保持部４４の温度ＴＨが測定され、もう一つの温度センサ４７により保持部４４の近傍の温度ＴＳが測定される。温度センサ４２により測定された任意の第一時刻ｔ１の保持部４４の温度がＴＨｔ１であり、温度センサ４２により測定された第一時刻ｔ１より後の任意の第二時刻ｔ２の保持部４４の温度がＴＨｔ２である場合には、第一時刻ｔ１から第二時刻ｔ２の間の保持部４４の放熱量ＱＲは、保持部４４から周囲への熱伝達係数Ｋを使用して、次式（１）に示すように、保持部４４の温度ＴＨと保持部４４の近傍の温度ＴＳとの温度差の第一時刻ｔ１から第二時刻ｔ２までの積分値と保持部回りの熱伝達係数Ｋとの積で表すことができる。
ＱＲ＝Ｋ・∫（ＴＨ−ＴＳ）ｄｔ ・・・（１）
一方、第一時刻ｔ１から第二時刻ｔ２の間の保持部４４の放熱量ＱＲは、保持部４４の熱容量Ｃを使用して、次式（２）に示すように、第一時刻ｔ１から第二時刻ｔ２までの保持部４４の温度下降値（ＴＨｔ１−ＴＨｔ２）と保持部４４の熱容量Ｃとの積で表すことができる。
ＱＲ＝（ＴＨｔ１−ＴＨｔ２）・Ｃ ・・・（２）
ここで、式（１）の右辺と式（２）の右辺とが等しくなるために、保持部４４の現在の熱容量Ｃと保持部４４から周囲への現在の熱伝達係数Ｋとの関係として、例えば、Ｃ／Ｋは、次式（３）により表すことができ、既知の値となる。
Ｃ／Ｋ＝（∫（ＴＨ−ＴＳ）ｄｔ）／（ＴＨｔ１−ＴＨｔ２）
・・・（３）
アッシュ等が保持部４４へ付着するほど、熱容量Ｃは大きくなると共に熱伝達係数Ｋは小さくなり、熱容量Ｃと熱伝達係数Ｋとは相関関係を有して変化するために、熱容量Ｃと熱伝達係数Ｋとの比Ｃ／Ｋが定まれば、この比Ｃ／Ｋを与える熱容量Ｃと熱伝達係数Ｋとが一義的に定まり、例えば、アッシュ等の堆積量により変化する比Ｃ／Ｋの各値に対して、各値を満たす熱容量Ｃと熱伝達係数Ｋとの組み合わせを予めマップ化しておくことができる。
こうして、保持部４４に排気ガス中の炭酸カルシウム又は硫酸カルシウムのようなアッシュ等が付着して熱容量を変化させても、保持部４４の温度が下降している間において、保持部４４の温度と保持部の近傍を温度とを測定することにより、保持部４４の現在の熱容量Ｃを決定して更新することができ、保持部４４の熱容量Ｃを比較的正確なものとすることができる。このような熱容量Ｃの更新は、保持部４４からのＮＯＸの放出還元毎に実施して、次回のＮＯＸの還元反応の発熱量の算出に使用するようにすることが好ましい。また、排気ガスをリッチにしてＮＯＸを放出させなくても、電気ヒータ４３により保持部４４を昇温させた後に保持部４４の温度が下降している間においても、前述のようにして現在の熱容量Ｃを決定することができる。
ところで、硫黄成分検出装置４の保持部４４が排気ガス中のＮＯＸを硝酸塩として保持する場合には、保持部４４近傍に酸素が供給されると、排気ガス中のＮＯは、供給された酸素によりＮＯ２に酸化され、次いで、硝酸塩として保持部４４に保持され易くなる。
機関運転状態によっては、ケース４５内へ流入する排気ガスの酸素濃度が比較的低くなることがあるために、ＮＯＸ触媒装置２の再生処理及び前述の保持部４４からのＮＯＸの放出処理等のように意図的に排気ガスの空燃比がリッチにされる間を除いて、酸素ポンプ４６を作動させて、保持部４４近傍へ酸素を供給して排気ガス中のＮＯが保持部４４に保持され易くすることが好ましく、特に、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比を約４０以上とすることが好ましい。
図３の第一フローチャートにおいて、保持部４４にＮＯＸを保持させる経過時間ｔは、走行距離としても良い。ＮＯＸ触媒装置２の再生処理及び保持部４４のＮＯＸ保持量の検出に際して、排気ガスの空燃比をリッチにする場合には、内燃機関の燃焼空燃比をリッチにしたり、排気行程又は膨張行程において気筒内へ追加燃料を供給したり、又は、排気ガス通路１において排気ガス中に燃料を供給したりすれば良い。
ＮＯＸ触媒装置２には、ＮＯＸ保持材と白金Ｐｔのような貴金属触媒とが担持されている。ＮＯＸ保持材は、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つである。
ＮＯＸ触媒装置２は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯＸを良好に保持し、すなわち、硝酸塩として良好に吸収したり、ＮＯ２として良好に吸着したりする。しかしながら、無制限にＮＯＸを保持することはできず、ＮＯＸ保持量がＮＯＸ保持可能量に達してさらにＮＯＸを保持することができなくなる前に、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とし、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させる。それにより、保持ＮＯＸは離脱され、すなわち、吸収ＮＯＸは放出され、また、吸着ＮＯ２は脱離され、これら離脱ＮＯＸは排気ガス中の還元物質によりＮ２へ還元浄化される。
このようなＮＯＸ触媒装置２が排気ガス中のＳＯＸを硫酸塩として吸蔵してしまうと、硫酸塩は硝酸塩に比較して安定な物質であるために再生処理では放出させることができず、ＮＯＸ吸蔵可能量が低下してしまう（Ｓ被毒）。それにより、排気ガス通路１のＮＯＸ触媒装置２の上流側には、排気ガス中のＳＯＸを吸蔵するＳトラップ装置３が配置され、ＮＯＸ触媒装置２のＳ被毒を抑制している。
本発明による硫黄成分検出装置４は、例えば、Ｓトラップ装置３とＮＯＸ触媒装置２との間に配置されて、Ｓトラップ装置３をすり抜けるＳＯＸの積算量を検出し、この積算量が設定値に達した時にはＳトラップ装置３の交換時期と判断することができる。
図２は、本発明による硫黄成分検出装置４の実施形態を示す概略縦断面図である。同図において、１０は排気ガス通路１の外壁である。４１は硫黄成分検出装置４の基板である。基板１の一方側（好ましくは排気上流側）には熱電対等の温度センサ４２が配置されている。また、基板１の他方側には電気ヒータ４３が配置されている。４４は温度センサ４２の感温部を覆うように配置されたＮＯＸ及びＳＯＸの保持部である。４５は、このように構成された硫黄成分検出装置４を取り囲んで排気ガス通路１の外壁１０を貫通する円筒状のケースである。
ケース４５には複数の開口穴４５ａが形成され、開口穴４５ａを介して排気ガス通路１を通過する排気ガスがケース４５内へ流入するようになっている。４６はケース４５内の保持部４４近傍へ酸素（例えば大気中の酸素）を供給するための酸素ポンプであり、一体的な温度センサ４２、基板４１、及び電気ヒータ４３の回りに位置してケース４５内の保持部４４回りの空間と大気室とを分離する。酸素ポンプ４６は、ジルコニア等から形成され、ジルコニア式酸素濃度センサとは逆に電圧が印加されることにより、大気中の酸素をケース４５内の保持部４４近傍へ移動させることができる。
保持部４４は、排気ガス中のＮＯＸ及びＳＯＸを保持するものであり、例えば、前述したＮＯＸ保持材と白金Ｐｔのような貴金属触媒とを温度センサ４２の感温部に塗布することにより形成することができる。
このように形成された保持部４４は、前述したように、排気ガス中のＮＯＸを硝酸塩として吸蔵し、また、排気ガス中のＳＯＸをＮＯＸの代わりに硫酸塩として吸蔵する。保持部４４は、ＮＯＸ保持材の量に応じて、ＳＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持可能量を有し、硝酸塩に比較して硫酸塩は安定な物質であるために、ＳＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持可能量を基準として、ＳＯＸ保持量が増加するほど、現在のＮＯＸ保持可能量は減少することとなる。
このような関係に基づき、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過したＳＯＸの積算量、又は、ＳＯＸの積算量に基づく値として、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過した排気ガス中のＳＯＸ濃度の平均値又は一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過した排気ガス中の平均ＳＯＸ量を検出することができる。
図３は、硫黄成分検出装置４によりＳＯＸの積算量又は積算量に基づく値を検出するためのフローチャートであり、電子制御装置（図示せず）において実施される。先ず、ステップ１０１において、ＳＯＸの積算量の検出時期であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、定期的又は不定期的にＳＯＸの積算量の検出が必要となれば、ステップ１０１の判断は肯定されてステップ１０２へ進む。
ステップ１０２において、詳しくは後述される経過時間ｔが設定時間ｔ’に達したか否かが判断され、この判断は肯定されるまで繰り返される。ステップ１０２の判断が肯定されると、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比をリッチにして保持部４４近傍の酸素濃度を低下させる。それにより、以下のように保持部４４からＮＯＸが放出されて還元される。
１／２Ｂａ（ＮＯ３）２→１／２ＢａＯ＋ＮＯ＋３／４Ｏ２−３０９．６ｋＪ／ｍｏｌ
ＣＯ＋ＮＯ→１／２Ｎ２＋２ＣＯ２＋３７３．２ｋＪ／ｍｏｌ
３／２ＣＯ＋３／４Ｏ２→３／２ＣＯ２＋４２４．５ｋＪ／ｍｏｌ
こうして、１ｍｏｌのＮＯに対して約４９０ｋＪの発熱が発生する。それにより、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比がリッチにされる前の保持部４４の温度Ｔｂと保持部４４近傍の排気ガスの空燃比がリッチにされた後の最高温度Ｔａとの間の温度上昇値ΔＴ（Ｔａ−Ｔｂ）を温度センサ４２により測定し、ステップ１０３において、この温度上昇値ΔＴと保持部４４の熱容量Ｃとを乗算して放出ＮＯＸの還元反応による発熱量Ｑを算出し、算出された発熱量Ｑに基づき保持部４４に保持されていたＮＯＸ保持量（ｍｏｌ）（＝Ｑ／４９０ｋＪ）を算出する。温度上昇値ΔＴの測定が完了すれば、排気ガスの空燃比は通常運転時のリーンに戻される。
ＳＯＸが保持されていない時の保持部４４のＮＯＸ保持可能量よりＮＯＸ保持量が少ない場合には、保持部４４にはＳＯＸが保持されていることとなり、ステップ１０４において、保持部４４のＮＯＸ保持可能量とＮＯＸ保持量との差に基づき現在のＳＯＸ保持量を推定する。
硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１の通過するＳＯＸ量の一定割合が硫黄成分検出装置４の保持部４４に保持されることに基づき、ステップ１０５において、現在のＳＯＸ保持量に基づき、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気ガス通路１を通過したＳＯＸの積算量を検出する。次いで、ステップ１０６において経過時間ｔを０にリセットして終了する。
本フローチャートにおいて、ステップ１０４の保持部４４のＳＯＸ保持量を正確に推定するためには、ステップ１０３において算出される保持部４４のＮＯＸ保持量が、ＳＯＸの保持により減少した現在のＮＯＸ保持可能量と等しくなければならず、すなわち、ステップ１０４において保持部４４のＳＯＸ保持量を推定する際には、保持部４４に現在のＮＯＸ保持可能量のＮＯＸが保持されていることが必要である。もし、保持部に現在のＮＯＸ保持可能量のＮＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持量に基づきＳＯＸ保持量が推定されると、推定されたＳＯＸ保持量は実際より多くなってしまう。
本フローチャートにおいては、経過時間ｔが設定時間ｔ’に達していない時には、保持部４４に現在のＮＯＸ保持可能量のＮＯＸが保持されていない可能性があるとして、ステップ１０２の判断が否定され、ＳＯＸの積算量を検出するためのＳＯＸ保持量の推定を含むステップ１０３以降の処理は、実施されないようになっている。
経過時間ｔは、初めて内燃機関を始動する時には０にセットされており、本フローチャートのステップ１０６において０にリセットされる。それ以外においても、経過時間ｔは、保持部４４から全てのＮＯＸが放出された時に０にリセットされる。例えば、ＮＯＸ触媒装置２の再生処理においても、排気ガスの空燃比はリッチにされて、保持部４４から全てのＮＯＸが放出されるために、再生処理の終了時には経過時間ｔは０にリセットされる。また、ＳＯＸの積算量をリセットするために、保持部４４から保持された全てのＳＯＸを放出させることがある。この時には、保持部４４から全てのＮＯＸも放出されるために、経過時間ｔは０にリセットされる。
ところで、保持部４４の現在のＮＯＸ保持可能量は保持部４４の温度により変化する。例えばＮＯＸ保持材（Ｂａ）から形成された保持部４４の場合では、ＳＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持可能量は、保持部４４の温度が例えば３５０°Ｃ以上の時において多くなる。
こうして、ＳＯＸの積算量を検出するためのＳＯＸ保持量の推定を正確なものにするためには、保持部４４の現在のＮＯＸ保持可能量を検出する際の保持部４４の温度を、基準として定められたＳＯＸが保持されていない時のＮＯＸ保持可能量をもたらす保持部４４の設定温度に一致させることが好ましい。また、少なくとも、保持部４４の温度が、この設定温度を含む設定温度範囲外である時には、ＳＯＸの積算量を検出するためのＳＯＸ保持量の推定を禁止することが好ましい。例えば、保持部４４の温度が設定温度範囲外となって保持部４４の温度変化によりＮＯＸ保持可能量が減少した時にＮＯＸ保持量に基づきＳＯＸ保持量が推定されると、推定されたＳＯＸ保持量は実際より多くなってしまう。
ところで、第一フローチャートにおいて、一定期間の間に排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量を比較的正確に検出するためには、保持部４４から放出されたＮＯＸの還元反応の発熱量を正確に算出することが必要となるが、そのためには、算出に使用される保持部の熱容量Ｃが比較的正確なものでなければならない。
保持部の熱容量Ｃは、排気ガス中の炭酸カルシウム又は硫酸カルシウムのようなアッシュ等が保持部に付着することによって変化するために、現状に合わせて更新しないと、保持部の熱容量Ｃを比較的正確なものにすることはできない。
図４は、保持部４４の温度Ｔを設定温度範囲（＞＝Ｔ２）内に維持すると共に、保持部の熱容量を更新するための第二フローチャートである。先ず、ステップ２０１において、温度センサ４２により保持部４４の温度Ｔが測定される。次いで、ステップ２０２において、保持部４４の温度Ｔが設定温度Ｔ２（例えば３５０°Ｃ）以上であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、保持部４４の温度Ｔは設定温度範囲内（＞＝Ｔ２）であり、電気ヒータ４３の作動は必要なく、そのまま終了する。
一方、ステップ２０２の判断が否定される時には、ステップ２０３において、保持部４４の現在の温度ＴがＴ１として記憶される。次いで、ステップ２０４において電気ヒータ４３を作動させる。ステップ２０５では、電気ヒータ４３の発熱量ＱＨが積算される。次いで、ステップ２０６において、温度センサ４２により保持部４４の温度Ｔが測定され、ステップ２０７において、保持部４４の温度Ｔが設定温度Ｔ２となったか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ２０４から２０６の処理が繰り返される。
保持部４４の温度Ｔが設定温度Ｔ２となると、ステップ２０７の判断が肯定され、ステップ２０８において電気ヒータ４３を停止し、ステップ２０９において、保持部４４の現在の熱容量Ｃを、ステップ２０５において積算された電気ヒータ４２により保持部４４の温度をＴ１から設定温度Ｔ２へ上昇させた発熱量ＱＨを温度上昇値（Ｔ２−Ｔ１）で除算することにより算出し、第一フローチャートのステップ１０３において使用する保持部４４の熱容量Ｃを更新する。
こうして、保持部４４に排気ガス中の炭酸カルシウム又は硫酸カルシウムのようなアッシュ等が付着して熱容量を変化させても、電気ヒータ４３により実際に保持部４４を加熱して、この時の保持部４４の温度上昇値（Ｔ２−Ｔ１）と電気ヒータの発熱量ＱＨとにより保持部４４の熱容量Ｃを算出して更新するようになっているために、保持部４４の熱容量Ｃを比較的正確なものとすることができる。
第二フローチャートによる熱容量Ｃの更新は、保持部４４の温度Ｔが設定温度Ｔ２より低くなっている時に、電気ヒータ４３の作動と共に必ず実施されるようにしたが、これは発明を限定するものではなく、更新頻度を低くする（例えば内燃機関の始動毎）ようにしても良い。
図５は本発明による硫黄成分検出装置のもう一つの実施形態を示す概略横断面図である。同図において、図２に示す実施形態と同じ部材には同じ参照番号が付されている。本実施形態と図２に示す実施形態との違いは、本実施形態においては、保持部４４の近傍の温度を測定するためのもう一つの温度センサ４７が設けられていることである。
ＳＯＸ積算量を検出するために、排気ガスの空燃比をリッチにして時刻ｔ０において保持部４４からＮＯＸを放出させて還元するようにすると、時刻ｔ０においてＴａであった保持部４４の温度は図６に実線で示すように変化し、時刻ｔ０においてＴａであった保持部近傍の温度は図６に点線で示すように変化する。
ここで、第一フローチャートのステップ１０３に関して説明したように、ＮＯＸの放出還元により保持部４４の温度は、最高温度Ｔｂとなると、その後は、放熱により保持部４４の温度は徐々に下降することとなる。
このように保持部４４の温度が下降している間において、温度センサにより保持部４４の温度ＴＨが測定され、もう一つの温度センサ４７により保持部４４の近傍の温度ＴＳが測定される。温度センサ４２により測定された任意の第一時刻ｔ１の保持部４４の温度がＴＨｔ１であり、温度センサ４２により測定された第一時刻ｔ１より後の任意の第二時刻ｔ２の保持部４４の温度がＴＨｔ２である場合には、第一時刻ｔ１から第二時刻ｔ２の間の保持部４４の放熱量ＱＲは、保持部４４から周囲への熱伝達係数Ｋを使用して、次式（１）に示すように、保持部４４の温度ＴＨと保持部４４の近傍の温度ＴＳとの温度差の第一時刻ｔ１から第二時刻ｔ２までの積分値と保持部回りの熱伝達係数Ｋとの積で表すことができる。
ＱＲ＝Ｋ・∫（ＴＨ−ＴＳ）ｄｔ ・・・（１）
一方、第一時刻ｔ１から第二時刻ｔ２の間の保持部４４の放熱量ＱＲは、保持部４４の熱容量Ｃを使用して、次式（２）に示すように、第一時刻ｔ１から第二時刻ｔ２までの保持部４４の温度下降値（ＴＨｔ１−ＴＨｔ２）と保持部４４の熱容量Ｃとの積で表すことができる。
ＱＲ＝（ＴＨｔ１−ＴＨｔ２）・Ｃ ・・・（２）
ここで、式（１）の右辺と式（２）の右辺とが等しくなるために、保持部４４の現在の熱容量Ｃと保持部４４から周囲への現在の熱伝達係数Ｋとの関係として、例えば、Ｃ／Ｋは、次式（３）により表すことができ、既知の値となる。
Ｃ／Ｋ＝（∫（ＴＨ−ＴＳ）ｄｔ）／（ＴＨｔ１−ＴＨｔ２）
・・・（３）
アッシュ等が保持部４４へ付着するほど、熱容量Ｃは大きくなると共に熱伝達係数Ｋは小さくなり、熱容量Ｃと熱伝達係数Ｋとは相関関係を有して変化するために、熱容量Ｃと熱伝達係数Ｋとの比Ｃ／Ｋが定まれば、この比Ｃ／Ｋを与える熱容量Ｃと熱伝達係数Ｋとが一義的に定まり、例えば、アッシュ等の堆積量により変化する比Ｃ／Ｋの各値に対して、各値を満たす熱容量Ｃと熱伝達係数Ｋとの組み合わせを予めマップ化しておくことができる。
こうして、保持部４４に排気ガス中の炭酸カルシウム又は硫酸カルシウムのようなアッシュ等が付着して熱容量を変化させても、保持部４４の温度が下降している間において、保持部４４の温度と保持部の近傍を温度とを測定することにより、保持部４４の現在の熱容量Ｃを決定して更新することができ、保持部４４の熱容量Ｃを比較的正確なものとすることができる。このような熱容量Ｃの更新は、保持部４４からのＮＯＸの放出還元毎に実施して、次回のＮＯＸの還元反応の発熱量の算出に使用するようにすることが好ましい。また、排気ガスをリッチにしてＮＯＸを放出させなくても、電気ヒータ４３により保持部４４を昇温させた後に保持部４４の温度が下降している間においても、前述のようにして現在の熱容量Ｃを決定することができる。
ところで、硫黄成分検出装置４の保持部４４が排気ガス中のＮＯＸを硝酸塩として保持する場合には、保持部４４近傍に酸素が供給されると、排気ガス中のＮＯは、供給された酸素によりＮＯ２に酸化され、次いで、硝酸塩として保持部４４に保持され易くなる。
機関運転状態によっては、ケース４５内へ流入する排気ガスの酸素濃度が比較的低くなることがあるために、ＮＯＸ触媒装置２の再生処理及び前述の保持部４４からのＮＯＸの放出処理等のように意図的に排気ガスの空燃比がリッチにされる間を除いて、酸素ポンプ４６を作動させて、保持部４４近傍へ酸素を供給して排気ガス中のＮＯが保持部４４に保持され易くすることが好ましく、特に、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比を約４０以上とすることが好ましい。
図３の第一フローチャートにおいて、保持部４４にＮＯＸを保持させる経過時間ｔは、走行距離としても良い。ＮＯＸ触媒装置２の再生処理及び保持部４４のＮＯＸ保持量の検出に際して、排気ガスの空燃比をリッチにする場合には、内燃機関の燃焼空燃比をリッチにしたり、排気行程又は膨張行程において気筒内へ追加燃料を供給したり、又は、排気ガス通路１において排気ガス中に燃料を供給したりすれば良い。
１ 排気ガス通路
２ ＮＯＸ触媒装置
３ Ｓトラップ装置
４ 硫黄成分検出装置
４２ 温度センサ
４３ 電気ヒータ
４４ 保持部
４７ もう一つの温度センサ
２ ＮＯＸ触媒装置
３ Ｓトラップ装置
４ 硫黄成分検出装置
４２ 温度センサ
４３ 電気ヒータ
４４ 保持部
４７ もう一つの温度センサ
Claims (2)
- 排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持し、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部と前記保持部の温度を測定する温度センサとを具備し、前記温度センサにより放出ＮＯＸの還元反応の際の前記保持部の温度上昇値を測定し、測定された温度上昇値と前記保持部の熱容量とに基づき前記放出ＮＯＸの還元反応の際の発熱量を算出することにより前記ＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出して現在のＳＯＸ保持量を推定し、一定期間の間に前記排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出する硫黄成分検出装置において、前記保持部を加熱するヒータを具備し、前記ヒータにより前記保持部を加熱した時に前記温度センサにより測定される前記保持部の温度上昇値と前記ヒータの発熱量とにより前記保持部の現在の熱容量を決定することを特徴とする硫黄成分検出装置。
- 排気ガス通路を通過する排気ガス中のＳＯＸ及びＮＯＸを保持し、ＳＯＸ保持量が増加するほどＮＯＸ保持可能量が減少し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると保持したＮＯＸだけを放出して還元する保持部と前記保持部の温度を測定する第一温度センサとを具備し、前記第一温度センサにより放出ＮＯＸの還元反応の際の前記保持部の温度上昇値を測定し、測定された温度上昇値と前記保持部の熱容量とに基づき前記放出ＮＯＸの還元反応の際の発熱量を算出することにより前記ＮＯＸ保持可能量に対応する放出ＮＯＸ量を算出して現在のＳＯＸ保持量を推定し、一定期間の間に前記排気ガス通路を通過したＳＯＸの積算量又は前記積算量に基づく値を検出する硫黄成分検出装置において、前記保持部の近傍の温度を測定するための第二温度センサを具備し、放熱により前記保持部の温度が下降している間の第一時刻から第二時刻までの前記保持部からの放熱量は、一方で、前記第一温度センサにより測定される前記保持部の温度と前記第二温度センサにより測定される前記保持部の近傍の温度との温度差の前記第一時刻から前記第二時刻までの積分値と前記保持部から周囲への熱伝達係数との積で表され、他方で、前記第一温度センサにより測定される前記第一時刻から前記第二時刻までの前記保持部の温度下降値と前記保持部の熱容量との積で表されるために、前記保持部の熱容量と熱伝達係数との現在の関係が決定され、決定された関係に基づき前記保持部の現在の熱容量を決定することを特徴とする硫黄成分検出装置。
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