JP2000356620A - Gas concentration detection device - Google Patents

Gas concentration detection device

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JP2000356620A
JP2000356620A JP11166959A JP16695999A JP2000356620A JP 2000356620 A JP2000356620 A JP 2000356620A JP 11166959 A JP11166959 A JP 11166959A JP 16695999 A JP16695999 A JP 16695999A JP 2000356620 A JP2000356620 A JP 2000356620A
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gas
cell
voltage
detected
concentration
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Withdrawn
Application number
JP11166959A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Imamura
弘男 今村
Keigo Mizutani
圭吾 水谷
Tasuke Makino
太輔 牧野
Toshitaka Saito
利孝 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make reducible the response delay time of a gas concentration output when a detected gas is switched from a rich gas to a lean gas. SOLUTION: In this device, the gas concentration sensor 100 has a pump cell 110 and a sensor cell 120, while a porous diffusion layer 101 is provided between the cells 110, 120. A switch circuit 300 is connected to a pump first electrode 111 of the gas concentration sensor 100, and a pump cell application voltage is controlled through the switch circuit 300. When an exhaust gas is a lean gas, an oxygen concentration detection circuit 210 controls the pump cell application voltage. When the exhaust gas is a rich gas, a power supply voltage of a power supply circuit 230 smaller than a set voltage in time of the lean gas is set to the pump cell application voltage, and an oxygen discharge into the porous diffusion layer 101 by the pump cell 110 is suppressed. Thereby, residual oxygen and combustible components in the rich gas react to solve a problem of elongation in a response delay time of a gas concentration output caused by adhesion of the combustible components to the electrode 111.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用エ
ンジンから排出される特定の排ガス成分を検出するガス
濃度センサを用い、同ガス濃度センサの検出結果からガ
ス濃度出力を好適に得るためのガス濃度検出装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas concentration sensor for detecting a specific exhaust gas component discharged from, for example, an automobile engine, and a gas for suitably obtaining a gas concentration output from the detection result of the gas concentration sensor. The present invention relates to a concentration detection device.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車等のエンジンは多くの排ガスを排
出するが、この排ガスを原因とする大気汚染は現代社会
に深刻な問題を引き起こしており、排ガス中の公害物質
に対する浄化基準法規が年々厳しくなってきている。こ
うした背景から、排ガス中のNOx濃度を精度良く検出
することのできるNOxセンサを提供すると共に、同N
Oxセンサを車両用エンジンに搭載する技術が望まれて
いる。
2. Description of the Related Art Engines such as automobiles emit a large amount of exhaust gas, and air pollution caused by the exhaust gas has caused serious problems in modern society, and purification standards for pollutants in exhaust gas are becoming stricter year by year. It has become to. Against this background, a NOx sensor capable of accurately detecting NOx concentration in exhaust gas is provided,
A technology for mounting an Ox sensor on a vehicle engine is desired.

【0003】従来より、排ガス中のNOx濃度の検出と
同時に酸素濃度の検出が可能な、いわゆる複合型ガスセ
ンサが各種提案されており、このガス濃度センサの構成
を図9を用いて説明する。なおこの種のガス濃度センサ
としては2セル構造や3セル構造のものが知られている
が、ここでは、酸素濃度を検出するためのポンプセルと
NOx濃度を検出するためのセンサセルとからなる2セ
ル構造を持つセンサを説明する。
Hitherto, various types of so-called composite gas sensors capable of simultaneously detecting the concentration of NOx in exhaust gas and the concentration of oxygen have been proposed. The configuration of this gas concentration sensor will be described with reference to FIG. As this type of gas concentration sensor, those having a two-cell structure or a three-cell structure are known. Here, a two-cell structure including a pump cell for detecting an oxygen concentration and a sensor cell for detecting a NOx concentration is described. A sensor having a structure will be described.

【0004】図9において、ガス濃度センサ100は、
ポンプセル110、多孔質拡散層101、センサセル1
20、大気ダクト102及びヒータ103を有し、これ
ら各部材が積層されて成る。なお、同センサ100は図
の右端部にてエンジン排気管の壁面に取り付けられ、そ
の上下面及び左面が排ガスに晒されるようになってい
る。
In FIG. 9, a gas concentration sensor 100 is
Pump cell 110, porous diffusion layer 101, sensor cell 1
20, an air duct 102 and a heater 103, and these members are laminated. The sensor 100 is attached to the wall of the engine exhaust pipe at the right end in the figure, and the upper, lower, and left surfaces thereof are exposed to exhaust gas.

【0005】より詳細には、ポンプセル110は多孔質
拡散層101と排ガス空間との間に設置される。ポンプ
セル110の排ガス側(図の上側)にはポンプ第1電極
111が設置され、多孔質拡散層101側(図の下側)
にはポンプ第2電極112が設置される。また、センサ
セル120は多孔質拡散層101と大気ダクト102と
の間に設置される。センサセル120の多孔質拡散層1
01側(図の上側)にはセンサ第1電極121が設置さ
れ、大気ダクト102側(図の下側)にはセンサ第2電
極122が設置される。多孔質拡散層101には図の左
側から排ガスが導入されて図の右方へと流通する。
More specifically, the pump cell 110 is provided between the porous diffusion layer 101 and the exhaust gas space. A pump first electrode 111 is provided on the exhaust gas side (upper side in the figure) of the pump cell 110, and is located on the porous diffusion layer 101 side (lower side in the figure).
Is provided with a pump second electrode 112. The sensor cell 120 is provided between the porous diffusion layer 101 and the air duct 102. Porous diffusion layer 1 of sensor cell 120
A sensor first electrode 121 is provided on the 01 side (upper side in the figure), and a sensor second electrode 122 is provided on the atmosphere duct 102 side (lower side in the figure). Exhaust gas is introduced into the porous diffusion layer 101 from the left side of the figure and flows to the right side of the figure.

【0006】ポンプセル110及びセンサセル120は
積層して形成された固体電解質を有し、これら固体電解
質はZrO2 、HfO2 、ThO2 、Bi2 O3 等にC
aO、MgO、Y2 O3 、Yb2 O3 等を安定剤として
固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼成体からなる。ま
た、多孔質拡散層101は、アルミナ、マグネシャ、ケ
イ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質からな
る。
The pump cell 110 and the sensor cell 120 have a solid electrolyte formed by lamination, and these solid electrolytes are formed by converting CrO 2, HfO 2, ThO 2, Bi 2 O 3, etc.
It is composed of an oxygen ion conductive oxide fired body in which aO, MgO, Y2 O3, Yb2 O3, etc. are dissolved as a stabilizer. Further, the porous diffusion layer 101 is made of a heat-resistant inorganic substance such as alumina, magnesia, quartzite, spinel, and mullite.

【0007】ポンプセル110の排ガス側のポンプ第1
電極111と、センサセル120のセンサ第1,第2電
極121,122とは、白金Pt等の触媒活性の高い貴
金属からなる。一方、ポンプセル110の多孔質拡散層
101側のポンプ第2電極112は、NOxガスに不活
性な(NOxガスを分解し難い)Au−Pt等の貴金属
からなる。
The first pump on the exhaust gas side of the pump cell 110
The electrode 111 and the sensor first and second electrodes 121 and 122 of the sensor cell 120 are made of a noble metal having high catalytic activity such as platinum Pt. On the other hand, the pump second electrode 112 on the porous diffusion layer 101 side of the pump cell 110 is made of a noble metal such as Au-Pt which is inert to the NOx gas (it is difficult to decompose the NOx gas).

【0008】ヒータ103は絶縁層104に埋設され、
この絶縁層104とセンサセル120との間に大気ダク
ト102が構成される。基準ガス室を構成する大気ダク
ト102には外部から大気が導入され、その大気は酸素
濃度の基準となる基準ガスとして用いられる。絶縁層1
04はアルミナ等にて形成され、ヒータ103は白金と
アルミナ等のサーメットにて形成される。
The heater 103 is embedded in the insulating layer 104,
An air duct 102 is formed between the insulating layer 104 and the sensor cell 120. Atmosphere is introduced into the air duct 102 constituting the reference gas chamber from the outside, and the air is used as a reference gas serving as a reference for the oxygen concentration. Insulation layer 1
04 is made of alumina or the like, and the heater 103 is made of cermet of platinum and alumina.

【0009】上記構成のガス濃度センサ100について
その動作を図10を用いて説明する。図10(a)に示
されるように、多孔質拡散層101には図の左側から排
ガス成分が導入され、その排ガスがポンプセル近傍を通
過する際、ポンプセル110に電圧を印加することで分
解反応が起こる。なお、排ガス中には酸素(O2 )、窒
素酸化物(NOx)、二酸化炭素(CO2 )、水(H2
O)等のガス成分が含まれる。
The operation of the gas concentration sensor 100 having the above configuration will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 10A, an exhaust gas component is introduced into the porous diffusion layer 101 from the left side of the figure, and when the exhaust gas passes near the pump cell, a decomposition reaction is performed by applying a voltage to the pump cell 110. Occur. The exhaust gas contains oxygen (O2), nitrogen oxide (NOx), carbon dioxide (CO2), and water (H2
O) and other gas components.

【0010】既述の通りポンプセル110のポンプ第2
電極112はNOx不活性電極(NOxガスを分解し難
い電極)で形成されている。従って、図10(b)に示
されるように、排ガス中の酸素(O2 )のみがポンプセ
ル110で分解され、ポンプ第1電極111から排ガス
中に排出される。このとき、ポンプセル110に流れた
電流が排ガス中に含まれる酸素濃度として検出される。
As described above, the pump second of the pump cell 110
The electrode 112 is formed of a NOx inert electrode (an electrode that hardly decomposes NOx gas). Therefore, as shown in FIG. 10B, only oxygen (O2) in the exhaust gas is decomposed by the pump cell 110 and discharged from the pump first electrode 111 into the exhaust gas. At this time, the current flowing through the pump cell 110 is detected as the concentration of oxygen contained in the exhaust gas.

【0011】また、排ガス中の酸素(O2 )はポンプセ
ル110で完全に分解されず、その一部はそのままセン
サセル近傍まで流通する。そして、図10(c)に示さ
れるように、センサセル120に電圧を印加することに
より、残留酸素(O2 )とNOxとが分解される。つま
り、残留酸素(O2 )とNOxとがそれぞれセンサセル
120のセンサ第1電極121で分解され、センサセル
120を介してセンサ第2電極122から大気ダクト1
02の大気中に排出される。このとき、センサセル12
0に流れた電流が排ガス中に含まれるNOx濃度として
検出される。残留酸素(O2 )による分解電流はオフセ
ット電流となる。
Further, oxygen (O2) in the exhaust gas is not completely decomposed in the pump cell 110, and a part of the oxygen (O2) flows as it is to the vicinity of the sensor cell. Then, as shown in FIG. 10 (c), by applying a voltage to the sensor cell 120, residual oxygen (O2) and NOx are decomposed. That is, the residual oxygen (O2) and NOx are decomposed at the sensor first electrode 121 of the sensor cell 120, respectively, and are sent from the sensor second electrode 122 through the sensor cell 120 to the atmosphere duct 1
02 is released into the atmosphere. At this time, the sensor cell 12
The current flowing to zero is detected as the concentration of NOx contained in the exhaust gas. The decomposition current due to residual oxygen (O2) becomes an offset current.

【0012】ポンプセル出力特性を、図11のV−I線
図を用いて説明する。図11に示されるように、ポンプ
セル110は酸素濃度に対して限界電流特性を有する。
同図において、限界電流検出域はV軸に対して平行な直
線部分からなり、その領域は酸素濃度が濃いほど正電圧
側にシフトする。印加電圧線LX1は、ポンプセル11
0の直流抵抗成分(印加電圧増加に伴い増加する傾き部
分)の角度と同等の傾きを持つ一次直線で与えられ、同
LX1に基づく電圧印加により、排ガス中の酸素濃度に
関係なく常に所望のポンプセル電流(限界電流)が検出
可能となる。因みに、ポンプ第2電極112がNOx不
活性電極であるためにポンプセル110ではNOxガス
が分解されにくくなっているが、図11に示した通り一
定の電圧以上になると、NOxが分解され、酸素濃度に
応じたポンプセル電流に加えてNOx濃度に応じたポン
プセル電流が流れる(図の破線部分)。従って、印加電
圧線LX1はNOxガスを分解しない程度に設計され
る。
The output characteristics of the pump cell will be described with reference to the VI diagram of FIG. As shown in FIG. 11, the pump cell 110 has a limiting current characteristic with respect to the oxygen concentration.
In the figure, the limit current detection area is composed of a linear portion parallel to the V axis, and the area shifts toward the positive voltage side as the oxygen concentration increases. The applied voltage line LX1 is connected to the pump cell 11
It is given by a linear line having a gradient equivalent to the angle of a DC resistance component of 0 (a gradient portion that increases with an increase in applied voltage). By applying a voltage based on LX1, a desired pump cell is always obtained regardless of the oxygen concentration in exhaust gas. The current (limit current) can be detected. Incidentally, since the pump second electrode 112 is a NOx inactive electrode, the NOx gas is hardly decomposed in the pump cell 110. However, when the voltage exceeds a certain voltage as shown in FIG. And a pump cell current corresponding to the NOx concentration flows (a broken line portion in the figure). Therefore, the applied voltage line LX1 is designed so as not to decompose NOx gas.

【0013】次に、センサセル出力特性を図12を用い
て説明する。図12のV−I線図に示されるように、セ
ンサセル120はNOx濃度に対して限界電流特性を有
する。同図において、A1部分では多孔質拡散層101
を通じてセンサセル120に流れ込む残留酸素によりオ
フセット分の電流(オフセット電流)が流れ、A2部分
ではNOxの分解電流が流れる(図では1000ppm
の場合を示す)。また、「A1+A2」以上の電流、す
なわち図の右端の電流が大きくなる部分(NOx濃度が
1000rpmの時、A3部分)ではH2 Oの分解電流
が流れる。このとき、NOx分解電流を規定する限界電
流検出域はV軸に対して平行な直線部分からなり、排ガ
ス中のNOx濃度に対応する限界電流は「A1+A2」
の電流値で検出される。
Next, the output characteristics of the sensor cell will be described with reference to FIG. As shown in the VI diagram of FIG. 12, the sensor cell 120 has a limiting current characteristic with respect to the NOx concentration. In the figure, a porous diffusion layer 101 is shown in the portion A1.
A current (offset current) corresponding to the offset flows due to the residual oxygen flowing into the sensor cell 120 through the sensor cell 120, and a decomposition current of NOx flows in the portion A2 (1000 ppm in FIG.
Is shown). Further, in a portion where the current larger than "A1 + A2", that is, the current at the right end of the figure increases (when the NOx concentration is 1000 rpm, A3 portion), a decomposition current of H2 O flows. At this time, the limit current detection region that defines the NOx decomposition current includes a straight line portion parallel to the V axis, and the limit current corresponding to the NOx concentration in the exhaust gas is “A1 + A2”.
Is detected at the current value of

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ところで、リッチガス
が多孔質拡散層101内に導入される時、リッチガス中
には可燃性成分(H2 、HC等)が多く含まれるため、
センサ第1電極121に可燃性成分が吸着する。する
と、排ガスがリッチからリーンに変化する時、センサ第
1電極121に吸着した可燃性成分がNOxガスの分解
を阻害し、約数十秒の間、NOx濃度出力が正しく得ら
れないという事態が発生する。一般には、排ガスがリー
ンガスである時だけでなくリッチガスである時にも、ポ
ンプセル110を介して多孔質拡散層101内の酸素が
排出されるよう当該ポンプセル110の印加電圧が制御
されるため、上記の通り電極に可燃性成分が吸着し、リ
ッチガスからリーンガスへの切り替え時にガス濃度出力
の応答性が悪化する。
When a rich gas is introduced into the porous diffusion layer 101, a large amount of combustible components (H2, HC, etc.) are contained in the rich gas.
A combustible component is adsorbed on the sensor first electrode 121. Then, when the exhaust gas changes from rich to lean, the combustible component adsorbed on the sensor first electrode 121 inhibits the decomposition of NOx gas, and the NOx concentration output cannot be obtained correctly for about several tens of seconds. appear. In general, when the exhaust gas is not only a lean gas but also a rich gas, the applied voltage of the pump cell 110 is controlled so that oxygen in the porous diffusion layer 101 is discharged via the pump cell 110. As a result, the combustible components are adsorbed to the electrodes, and the response of the gas concentration output deteriorates when switching from rich gas to lean gas.

【0015】本発明のガス濃度検出装置は、上記問題に
着目してなされたものであって、排ガス等の被検出ガス
がリッチガスからリーンガスに切り替わる時のガス濃度
出力の応答遅れ時間を短縮することをその目的とする。
The gas concentration detecting device of the present invention has been made in view of the above problem, and aims to reduce the response delay time of the gas concentration output when the gas to be detected such as exhaust gas is switched from rich gas to lean gas. For that purpose.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明のガス濃度検出装
置はその前提として、被検出ガスを導入するためのガス
導入部と、固体電解質を挟むよう設けられる一対の電極
を有し、該電極への電圧印加に伴いガス導入部内の被検
出ガス中の余剰酸素を排出しつつその酸素濃度に応じた
電流を流す第1セルと、同じく固体電解質を挟むよう設
けられる一対の電極を有し、該電極への電圧印加に伴い
余剰酸素排出後のガス成分から特定成分の濃度に応じた
電流を流す第2セルと、を備えるガス濃度センサを用い
る。
The gas concentration detecting device of the present invention is premised on having a gas introducing portion for introducing a gas to be detected and a pair of electrodes provided so as to sandwich a solid electrolyte. A first cell for flowing a current according to the oxygen concentration while discharging excess oxygen in the gas to be detected in the gas introduction unit with application of a voltage to the gas introduction unit, and a pair of electrodes similarly provided so as to sandwich the solid electrolyte, A gas concentration sensor including a second cell for flowing a current corresponding to the concentration of a specific component from the gas component after excess oxygen is discharged in accordance with the application of a voltage to the electrode.

【0017】そして、請求項1に記載の発明は、被検出
ガスがリッチガスであることを検出する検出手段と、被
検出ガスがリッチガスであると検出された時、第1セル
によるガス導入部の酸素排出を抑制するよう当該第1セ
ルの印加電圧を制御する制御手段と、を備えることを特
徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a detecting means for detecting that a gas to be detected is a rich gas, and a detecting means for detecting a gas to be detected as a rich gas. And control means for controlling the applied voltage of the first cell so as to suppress oxygen discharge.

【0018】請求項1に記載の発明によれば、リッチガ
ス時に第1セルによる酸素排出が抑制されるので、ガス
導入部内に残留する酸素とリッチガス中に含まれるH2
、HC等の可燃性成分との反応が促進される。従っ
て、リッチガスからリーンガスへの復帰時において第2
セルで特定成分の濃度(例えばNOx濃度)が検出され
る際、ガス濃度出力が遅れるといった不都合が解消され
る。つまり、第2セルの電極に可燃性成分が吸着しその
吸着した可燃性成分が原因でガス濃度出力の応答遅れ時
間が長引く、といった従来技術の問題が解消される。そ
の結果、被検出ガスがリーンからリッチへ切り替わる際
においてガス濃度出力の応答遅れ時間が短縮され、ひい
ては同ガス濃度の検出精度が向上する。
According to the first aspect of the present invention, since the oxygen discharge by the first cell is suppressed at the time of the rich gas, the oxygen remaining in the gas introducing portion and the H2 contained in the rich gas are suppressed.
, HC and other combustible components are promoted. Therefore, when returning from rich gas to lean gas, the second
When the concentration of the specific component (for example, NOx concentration) is detected in the cell, the disadvantage that the gas concentration output is delayed is solved. That is, the problem of the related art in which the combustible component is adsorbed on the electrode of the second cell and the response delay time of the gas concentration output is prolonged due to the adsorbed combustible component is solved. As a result, when the gas to be detected is switched from lean to rich, the response delay time of the gas concentration output is reduced, and the detection accuracy of the gas concentration is improved.

【0019】なお因みに、本明細書で言う「被検出ガ
ス」とは、車両用エンジンの排ガス以外にも少なくとも
酸素と可燃性成分とを含むガス全般を指し、「リーンガ
ス」とはガス中の酸素が過剰となる状態を、「リッチガ
ス」とはガス中の可燃性成分が過剰となる状態を指すも
のとする。
Incidentally, the "detected gas" referred to in this specification refers to all gases containing at least oxygen and flammable components in addition to the exhaust gas of the vehicle engine, and "lean gas" refers to oxygen in the gas. "Rich gas" refers to a state in which the combustible components in the gas are excessive.

【0020】ここで、第1セルによるガス導入部の酸素
排出を抑制するには、以下の構成が考えられる。すなわ
ち、請求項2に記載の発明では、被検出ガスがリッチガ
スであると検出された時、前記制御手段は、リーンガス
時に設定される第1セルの印加電圧よりも小さい電圧
(負側の電圧値)を当該第1セルに印加する。これによ
り、被検出ガスがリッチガスである時に、ガス導入部の
酸素排出が確実に抑制され、可燃性成分の電極への吸着
が防止できるようになる。
Here, in order to suppress the oxygen discharge from the gas introduction part by the first cell, the following configuration can be considered. In other words, according to the second aspect of the invention, when the gas to be detected is detected to be rich gas, the control means sets the voltage (the negative voltage value) smaller than the applied voltage of the first cell set at the time of lean gas. ) Is applied to the first cell. Thus, when the gas to be detected is a rich gas, oxygen discharge from the gas introduction section is reliably suppressed, and adsorption of the combustible component to the electrode can be prevented.

【0021】請求項3に記載の発明では、請求項2に記
載の発明において、前記制御手段は、被検出ガスのリッ
チ度合に応じて第1セルの印加電圧を制御し、そのリッ
チ度合が大きいほど、第1セルの印加電圧を小さくす
る。つまり、被検出ガスのリッチ度合が大きいとガス中
に含まれる可燃性成分が増えるため、その可燃性成分と
十分に反応できるだけの残留酸素を確保する必要があ
る。この場合、上記の如く第1セルの印加電圧を必要に
応じて小さくすれば、被検出ガスのリッチ度合に関係な
く、常に可燃性成分の電極への吸着を防止することがで
きる。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the control means controls the voltage applied to the first cell in accordance with the richness of the gas to be detected, and the richness is large. The lower the applied voltage of the first cell, the lower the voltage. That is, if the degree of richness of the detected gas is large, the amount of combustible components contained in the gas increases, and it is necessary to secure residual oxygen that can sufficiently react with the combustible components. In this case, if the voltage applied to the first cell is reduced as necessary as described above, it is possible to always prevent adsorption of the combustible component to the electrode regardless of the richness of the gas to be detected.

【0022】請求項4に記載の発明では、請求項2又は
3に記載の発明において、前記制御手段は、被検出ガス
がリーンガスである時に第1セルに電圧を印加する電源
の他に、リーンガス時に設定される第1セルの印加電圧
よりも小さい電圧の別の電源を有し、被検出ガスがリッ
チガスであると検出された時、第1セルの電源を前記別
の電源に切り替える。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the invention, the control means includes a power supply for applying a voltage to the first cell when the gas to be detected is a lean gas. The power supply of the first cell is switched to the another power supply when the gas to be detected is detected to be a rich gas.

【0023】例えば、リーンガス時にはその時々のガス
濃度に応じて印加電圧を可変に設定するのに対し、リッ
チガス時には固定電圧を設定することを考える。この場
合、上記の通りリーンガス時とリッチガス時とで異なる
電源を使用することにより、リーンガス/リッチガスの
何れであっても印加電圧を好適に制御し、ガス濃度を正
しく検出することができる。
For example, consider the case where the applied voltage is variably set according to the gas concentration at the time of lean gas, while the fixed voltage is set at the time of rich gas. In this case, by using different power supplies for the lean gas and the rich gas as described above, the applied voltage can be suitably controlled regardless of the lean gas / rich gas, and the gas concentration can be correctly detected.

【0024】請求項5に記載の発明では、リッチガス時
には第1セルへの電圧印加が中止されるので、かかる場
合にもやはり、当該第1セルでの酸素排出が抑制され、
電極への可燃性成分の付着に起因してガス濃度出力の応
答遅れ時間が長引くといった問題が解消される。またこ
の場合、第1セルの電極を単に接地する、又は開放する
等の、比較的簡易な構成にて発明の実施が可能となる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the application of the voltage to the first cell is stopped at the time of the rich gas, the oxygen discharge in the first cell is suppressed even in such a case,
The problem that the response delay time of the gas concentration output is prolonged due to the attachment of the combustible component to the electrode is solved. In this case, the invention can be implemented with a relatively simple configuration, such as simply grounding or opening the electrode of the first cell.

【0025】請求項6に記載の発明では、前記検出手段
は、基準ガス室とガス導入部との間に設けられる第1又
は第2セルの何れかについてガス導入部内の酸素欠乏時
に生じる当該セルの起電力に応じて被検出ガスがリッチ
ガスである旨を検出する。また、被検出ガスがリッチガ
スであると検出された時、前記制御手段は、前記した酸
素欠乏の状態が解除されることのない電圧設定域で第1
セルの印加電圧を設定する。一例として、0Vよりも正
側の電圧設定域で第1セルの印加電圧を設定する。
In the invention according to claim 6, the detecting means is provided for any one of the first and second cells provided between the reference gas chamber and the gas introduction section, the cell being generated when oxygen in the gas introduction section becomes insufficient. It is detected that the gas to be detected is a rich gas according to the electromotive force. When it is detected that the gas to be detected is a rich gas, the control means performs the first operation in a voltage setting range in which the oxygen deficiency state is not released.
Set the voltage applied to the cell. As an example, the applied voltage of the first cell is set in a voltage setting range on the positive side of 0V.

【0026】上記の通り第1又は第2セルの起電力に応
じてリッチガス検出を行う場合、リーンガス時に比べて
第1セルの印加電圧を過剰に小さくすると(例えば負電
圧に設定すると)、ガス導入部内の酸素欠乏状態が不用
意に解除され、その際、リーンガスに復帰したと勘違い
される可能性がある。この場合、第1セルの印加電圧制
御が一旦は通常のリーンガス時の制御に戻されるが、そ
の直後に再びリッチガス時の制御に戻されることとな
り、こうしてリッチガス/リーンガスが交互に検出され
ると印加電圧のハンチングを招く。
When rich gas detection is performed in accordance with the electromotive force of the first or second cell as described above, if the applied voltage of the first cell is set to be excessively low (for example, set to a negative voltage) as compared with the case of lean gas, gas introduction is performed. There is a possibility that the oxygen deficiency state in the section is inadvertently released, and at that time, it is mistaken that it has returned to the lean gas. In this case, the control of the applied voltage of the first cell is temporarily returned to the control at the time of the normal lean gas, but immediately thereafter, the control is returned to the control at the time of the rich gas again. Thus, when the rich gas / lean gas is alternately detected, the applied voltage is controlled. This causes voltage hunting.

【0027】こうした不具合に対し、請求項6の発明に
よれば、リッチガス時において、ガス導入部内の酸素欠
乏の状態が解除されないよう第1セルの印加電圧が設定
されるため、当該印加電圧のハンチングが抑制される。
According to the sixth aspect of the present invention, the voltage applied to the first cell is set so that the oxygen deficiency in the gas inlet is not released during the rich gas period. Is suppressed.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、この
発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明
する。本実施の形態におけるガス濃度検出装置は、自動
車用ガソリンエンジンに適用されるものであって、同エ
ンジンの空燃比制御システムにおいてはガス濃度検出装
置による検出結果に基づいてエンジンへの燃料噴射量を
所望の空燃比(A/F)でフィードバック制御する。特
に本実施の形態では、排ガス中の酸素(O2 )濃度とN
Ox濃度とを同時に検出可能な、いわゆる複合型ガスセ
ンサを用い、同センサからガス濃度情報を取得すること
としている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The gas concentration detection device according to the present embodiment is applied to an automobile gasoline engine, and in the air-fuel ratio control system of the engine, the fuel injection amount to the engine is determined based on the detection result by the gas concentration detection device. Feedback control is performed at a desired air-fuel ratio (A / F). Particularly, in this embodiment, the oxygen (O2) concentration in the exhaust gas and the N
A so-called composite gas sensor capable of simultaneously detecting the Ox concentration is used, and gas concentration information is acquired from the sensor.

【0029】つまり本実施の形態の装置では、検出した
酸素濃度により空燃比がフィードバック制御される一
方、検出したNOx濃度によりエンジン排気管に取り付
けられたNOx触媒(例えばNOx吸蔵還元型触媒)の
制御が実施される。NOx触媒の制御について略述すれ
ば、NOx触媒にて浄化されずに排出されるNOx量を
ガス濃度センサの検出結果から判定し、NOx未浄化量
が増大した時に、NOx浄化能力を回復させるための再
生処理を実行する。再生処理としては、NOx触媒に対
して一時的にリッチガスを供給し、同触媒に吸着したイ
オンを除去するようにすればよい。
That is, in the apparatus of this embodiment, the air-fuel ratio is feedback-controlled based on the detected oxygen concentration, while the NOx catalyst (eg, NOx storage reduction type catalyst) attached to the engine exhaust pipe is controlled based on the detected NOx concentration. Is performed. Briefly describing the control of the NOx catalyst, the amount of NOx discharged without being purified by the NOx catalyst is determined from the detection result of the gas concentration sensor, and when the unpurified amount of NOx increases, the NOx purification capability is restored. Is executed. In the regeneration process, a rich gas may be temporarily supplied to the NOx catalyst to remove ions adsorbed on the catalyst.

【0030】図1は、ガス濃度検出装置の全体構成図で
あり、同検出装置は、大きくはガス濃度センサ100と
制御回路200とスイッチ回路300とから構成され
る。ガス濃度センサ100は、前述した図9の2セル構
造のセンサを使うこととし、その構造、動作原理、出力
特性については上述したのでここではその説明を省略す
る。また、制御回路200は以下の通り構成される。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas concentration detecting device. The detecting device is mainly composed of a gas concentration sensor 100, a control circuit 200, and a switch circuit 300. As the gas concentration sensor 100, the above-described sensor having the two-cell structure shown in FIG. 9 is used, and since the structure, operation principle, and output characteristics have been described above, the description thereof is omitted here. The control circuit 200 is configured as follows.

【0031】図1の構成において、ガス濃度センサ10
0のポンプ第1電極111にはスイッチ回路300が接
続されており、同スイッチ回路300を介してポンプセ
ル印加電圧が制御される。
In the configuration shown in FIG.
The switch circuit 300 is connected to the 0 pump first electrode 111, and the pump cell applied voltage is controlled via the switch circuit 300.

【0032】すなわち、スイッチ回路300は図中A,
B,Cの何れかに切り替えられる。スイッチ回路300
が図示の如くA位置となる場合、ポンプ第1電極111
は酸素濃度検出回路210に接続され、同酸素濃度検出
回路210によりポンプ第1電極111への印加電圧が
制御される。また、スイッチ回路300が図のB又はC
位置に切り替えられる場合、ポンプ第1電極111は電
源回路230に接続される。より詳細には、スイッチ回
路300がB位置に切り替えられると、ポンプ第1電極
111の印加電圧が電源231の所定電圧Vcとなり、
スイッチ回路300がC位置に切り替えられると、ポン
プ第1電極111の印加電圧が「0V」となる。なお、
ポンプ第2電極112は、センサ第1電極121と共に
接地されている。
That is, the switch circuit 300 is shown in FIG.
It is switched to either B or C. Switch circuit 300
Is at the position A as shown in the figure, the pump first electrode 111
Is connected to an oxygen concentration detection circuit 210, and the applied voltage to the pump first electrode 111 is controlled by the oxygen concentration detection circuit 210. Further, the switch circuit 300 is connected to B or C in FIG.
When switched to the position, the pump first electrode 111 is connected to the power supply circuit 230. More specifically, when the switch circuit 300 is switched to the position B, the applied voltage of the pump first electrode 111 becomes the predetermined voltage Vc of the power supply 231,
When the switch circuit 300 is switched to the position C, the voltage applied to the pump first electrode 111 becomes “0 V”. In addition,
The pump second electrode 112 is grounded together with the sensor first electrode 121.

【0033】電源回路230によれば、リーンガス時に
設定される電圧値よりも小さい電圧がポンプセル110
に印加されるようになっている。具体的には、図11に
示すV−I線図において、印加電圧線LX1のV軸切片
の電圧V0が0.2V程度である場合、0.2V未満で
電源回路230内の電圧値が設定される。本実施の形態
ではVc=0.1Vとし、電源回路230による印加電
圧を0.2V又は0Vとしている。
According to the power supply circuit 230, a voltage smaller than the voltage value set at the time of the lean gas is applied to the pump cell 110.
Is applied. Specifically, in the VI diagram shown in FIG. 11, when the voltage V0 of the V-axis intercept of the applied voltage line LX1 is about 0.2 V, the voltage value in the power supply circuit 230 is set to less than 0.2 V. Is done. In this embodiment, Vc is set to 0.1 V, and the voltage applied by the power supply circuit 230 is set to 0.2 V or 0 V.

【0034】酸素濃度検出回路210において、ポンプ
電圧指令回路211は、図2に示す通りCPU及びA/
D,D/Aコンバータ(A/D1,A/D2,D/A
1)を備えるワンチップマイクロコンピュータにて構成
される。そして、同指令回路211は、図1中の各端子
Va,Vbの電圧を各々入力して、その電圧値を基にポ
ンプセル110への指令電圧Vaを制御する。
In the oxygen concentration detection circuit 210, the pump voltage command circuit 211 includes a CPU and an A / A as shown in FIG.
D, D / A converter (A / D1, A / D2, D / A
It is composed of a one-chip microcomputer having 1). The command circuit 211 receives the voltages at the terminals Va and Vb in FIG. 1 and controls the command voltage Va to the pump cell 110 based on the voltage values.

【0035】ポンプ電圧指令回路211からの指令電圧
Vaは、増幅回路212の非反転入力端子に入力され
る。増幅回路212の出力端子は、ポンプセル電流Ip
を検出するための電流検出抵抗213の一端に接続さ
れ、電流検出抵抗213の他端はスイッチ回路300の
接点Aと増幅回路212の反転入力端子とに接続されて
いる。これにより、スイッチ回路300の接点Aの電圧
は常にポンプ電圧指令回路211の指令電圧Vaと同じ
電圧になるよう制御される。
The command voltage Va from the pump voltage command circuit 211 is input to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 212. The output terminal of the amplifier circuit 212 is connected to the pump cell current Ip
The other end of the current detection resistor 213 is connected to the contact A of the switch circuit 300 and the inverting input terminal of the amplifier circuit 212. As a result, the voltage at the contact A of the switch circuit 300 is controlled to be always the same as the command voltage Va of the pump voltage command circuit 211.

【0036】一方、ガス濃度センサ100のセンサ第2
電極122には、NOx濃度を検出するためのNOx濃
度検出回路220が接続されている。NOx濃度検出回
路220は、一端がセンサ第2電極122に接続され、
他端が電源222に接続される電流検出抵抗221と、
該電流検出抵抗221の両端子電圧からセンサセル電流
Isを検出する電流検出回路223とを有し、電流検出
回路223の検出結果が比較回路240に出力される。
また、電流検出回路223の検出結果は、NOx濃度出
力として図示しない他の制御装置に出力される。なお、
排ガスがリーンガスである時、センサセル電流Isは正
の電流値として検出され、リッチガスである時、センサ
セル電流Isは負の電流値として検出される。
On the other hand, the second sensor of the gas concentration sensor 100
The electrode 122 is connected to a NOx concentration detection circuit 220 for detecting the NOx concentration. The NOx concentration detection circuit 220 has one end connected to the sensor second electrode 122,
A current detection resistor 221 having the other end connected to the power supply 222;
A current detection circuit 223 for detecting a sensor cell current Is from both terminal voltages of the current detection resistor 221, and a detection result of the current detection circuit 223 is output to a comparison circuit 240.
The detection result of the current detection circuit 223 is output to another control device (not shown) as a NOx concentration output. In addition,
When the exhaust gas is lean gas, the sensor cell current Is is detected as a positive current value, and when the exhaust gas is rich gas, the sensor cell current Is is detected as a negative current value.

【0037】比較回路240は、電流検出回路223に
て検出されたセンサセル電流Isに応じて排ガスのリー
ン/リッチ判定を行い、それを基にスイッチ回路300
に対して切り替え指令信号を出力する。より詳細には、
Is>mA0の時、すなわち排ガスがリーンガスである
と判定される時、比較回路240は、スイッチ回路30
0に対して図のA接続とする旨の信号を出力する。これ
により、ポンプセル110への印加電圧が酸素濃度検出
回路210により制御される。また、Is≦0mAの
時、すなわち排ガスがリッチガスであると判定される
時、比較回路240は、スイッチ回路300に対して図
のB又はC接続とする旨の信号を出力する。B接続にす
るか又はC接続にするかは排ガスのリッチ度合に応じて
選択され、リッチ度合が比較的小さい時はB接続とし、
リッチ度合が比較的大きい時はC接続とする。これによ
り、ポンプセル110への印加電圧が電源回路230に
より制御されることとなる。
The comparison circuit 240 performs lean / rich determination of exhaust gas in accordance with the sensor cell current Is detected by the current detection circuit 223, and based on the determination, determines whether the switching circuit 300
And outputs a switching command signal. More specifically,
When Is> mA0, that is, when it is determined that the exhaust gas is lean gas, the comparison circuit 240
For 0, a signal to the effect that connection A is made is output. Thus, the voltage applied to the pump cell 110 is controlled by the oxygen concentration detection circuit 210. When Is ≦ 0 mA, that is, when it is determined that the exhaust gas is a rich gas, the comparison circuit 240 outputs a signal to the switch circuit 300 to the effect that connection B or C in the drawing is made. Whether to use the B connection or the C connection is selected according to the degree of richness of the exhaust gas, and when the degree of richness is relatively small, the B connection is used.
When the degree of richness is relatively large, C connection is used. As a result, the voltage applied to the pump cell 110 is controlled by the power supply circuit 230.

【0038】なお本実施の形態では、電流検出回路22
3及び比較回路240が本発明の「検出手段」に相当
し、電源回路230及びスイッチ回路300が「制御手
段」に相当する。
In this embodiment, the current detection circuit 22
3 and the comparison circuit 240 correspond to “detection means” of the present invention, and the power supply circuit 230 and the switch circuit 300 correspond to “control means”.

【0039】図3は、ポンプ電圧指令回路211内のC
PUにより実施される印加電圧制御手順を示すフローチ
ャートであり、同制御は、図示しないメインルーチンの
途中にて印加電圧制御サブルーチンとして実施される。
FIG. 3 is a circuit diagram showing C in the pump voltage command circuit 211.
5 is a flowchart illustrating an applied voltage control procedure performed by a PU, which is performed as an applied voltage control subroutine in the middle of a main routine (not shown).

【0040】図3において、ステップ101,102で
は、図1の電流検出抵抗213の両端子電圧Va,Vb
を図2のA/D1,A/D2により各々読み取り、続く
ステップ103では、 Ip=(Vb−Va)/R1 としてポンプセル電流Ipを算出する。但し、R1は、
電流検出抵抗213の抵抗値である。
In FIG. 3, in steps 101 and 102, both terminal voltages Va and Vb of the current detection resistor 213 in FIG.
Are read by A / D1 and A / D2 in FIG. 2, respectively, and in the subsequent step 103, the pump cell current Ip is calculated as Ip = (Vb−Va) / R1. Where R1 is
This is the resistance value of the current detection resistor 213.

【0041】その後、ステップ104では、図11に示
した印加電圧線LX1を用い、前記算出したポンプセル
電流Ipに対応するポンプセル110への目標印加電圧
を求める(マップ演算する)。更にステップ105で
は、前記求めた目標印加電圧を指令電圧VaとしてD/
A1を介して出力し、その後本ルーチンを一旦終了す
る。
Thereafter, in step 104, a target applied voltage to the pump cell 110 corresponding to the calculated pump cell current Ip is obtained (map calculation) using the applied voltage line LX1 shown in FIG. Further, in step 105, the obtained target applied voltage is set to a command voltage Va as D /
The signal is output via A1, and then this routine is temporarily terminated.

【0042】次に、本ガス濃度検出装置の動作を、排ガ
スがリーンガスからリッチガスに変化し、その後リーン
ガスに復帰するまでの期間について図4のタイムチャー
トを参照しながら説明する。但し、図4中、(a)は排
ガスの空燃比を、(b)はポンプセル印加電圧を、
(c)はセンサセル電流Isを、(d)はスイッチ回路
300の切替動作の様子を、それぞれ示す。
Next, the operation of the present gas concentration detecting apparatus will be described with reference to a time chart of FIG. 4 for a period from the time when the exhaust gas changes from lean gas to rich gas and then returns to lean gas. In FIG. 4, (a) shows the air-fuel ratio of the exhaust gas, (b) shows the pump cell applied voltage,
(C) shows the sensor cell current Is, and (d) shows the state of the switching operation of the switch circuit 300.

【0043】さて、図の時刻t1以前では排ガスがリー
ンガスであるので、スイッチ回路300の切替位置が図
1のA位置となっており、酸素濃度検出回路210によ
りその時々のポンプセル電流Ip(排ガス中の酸素濃
度)に応じてポンプセル110への印加電圧が制御され
る。このとき、図11の印加電圧線LX1上で印加電圧
が設定されるのは上記図3で述べた通りである。こうし
たポンプセル110の印加電圧制御により、多孔質拡散
層101内の酸素濃度が比較的低濃度に維持される。
Since the exhaust gas is lean gas before time t1 in the figure, the switching position of the switch circuit 300 is the position A in FIG. 1, and the oxygen concentration detection circuit 210 detects the pump cell current Ip (exhaust gas The applied voltage to the pump cell 110 is controlled according to the oxygen concentration of the pump cell 110. At this time, the application voltage is set on the application voltage line LX1 in FIG. 11 as described in FIG. By controlling the applied voltage of the pump cell 110, the oxygen concentration in the porous diffusion layer 101 is maintained at a relatively low concentration.

【0044】また、同じくリーンガス時には、多孔質拡
散層101内の余剰酸素がセンサセル120を介して大
気ダクト102側に流出することから、センサセル電流
Isがセンサ第2電極122→センサ第1電極121の
向き(大気ダクト102側→多孔質拡散層101側の向
き)に流れ、それが電流検出回路223にて検出され
る。図4中には、この時のIsを正電流として示す。比
較回路240は、センサセル電流Isに基づいて排ガス
がリーンガスであると判断し、スイッチ回路300の切
替位置を図1のA位置のまま保持する。
Also, at the time of the lean gas, since the excess oxygen in the porous diffusion layer 101 flows out to the atmosphere duct 102 through the sensor cell 120, the sensor cell current Is flows from the sensor second electrode 122 to the sensor first electrode 121. It flows in the direction (atmosphere duct 102 side → porous diffusion layer 101 side), which is detected by current detection circuit 223. FIG. 4 shows Is at this time as a positive current. The comparison circuit 240 determines that the exhaust gas is lean gas based on the sensor cell current Is, and keeps the switching position of the switch circuit 300 at the position A in FIG.

【0045】時刻t1で排ガスがリッチガスに移行する
と、次第に多孔質拡散層101内の酸素が欠乏するた
め、センサセル120に大きな起電力(酸素濃淡電池)
が生じ、リーンガス時とは逆にセンサセル電流Isがセ
ンサ第1電極121→センサ第2電極122の向き(多
孔質拡散層101側→大気ダクト102側の向き)に流
れ、それが負電流として電流検出回路223にて検出さ
れる。
When the exhaust gas shifts to a rich gas at time t1, oxygen in the porous diffusion layer 101 gradually becomes deficient, so that a large electromotive force (oxygen concentration cell) is applied to the sensor cell 120.
Occurs, and the sensor cell current Is flows in the direction from the sensor first electrode 121 to the sensor second electrode 122 (the direction from the porous diffusion layer 101 side to the atmosphere duct 102 side), which is opposite to the case of the lean gas. It is detected by the detection circuit 223.

【0046】時刻t1直後には、センサセル電流Isは
0〜Ith(Ith<0mA)の範囲内にあるため、そ
れを比較回路240が判断しスイッチ回路300を切り
替える。すなわち、排ガスがリッチガスとなるが、その
リッチ度合は比較的小さいと判断されてスイッチ回路3
00の切替位置が図1のB位置となり、電源回路230
により所定電圧Vcがポンプセル110に印加される。
このとき、それまでの印加電圧よりも小さめの電圧が印
加されるため、ポンプセル110による多孔質拡散層1
01内の酸素排出が抑制され、同拡散層101内に残留
する酸素とリッチガス中の可燃性成分(H2 、HC等)
との反応が促進される。つまり、残留酸素と可燃性成分
(H2 、HC等)とが反応し、センサ第1電極121に
吸着されることのないH2 OやCO2 が生成される。
Immediately after time t1, since the sensor cell current Is is in the range of 0 to Ith (Ith <0 mA), the comparison circuit 240 determines that and the switch circuit 300 is switched. That is, although the exhaust gas becomes rich gas, the degree of richness is determined to be relatively small, and the switching circuit 3
The switching position of 00 becomes the position B in FIG.
As a result, the predetermined voltage Vc is applied to the pump cell 110.
At this time, since a voltage lower than the applied voltage up to that time is applied, the porous diffusion layer 1
Oxygen in the diffusion layer 101 is suppressed, and oxygen remaining in the diffusion layer 101 and combustible components (H2, HC, etc.) in the rich gas are reduced.
The reaction with is promoted. That is, the residual oxygen reacts with the combustible components (H2, HC, etc.) to generate H2 O and CO2 which are not adsorbed on the sensor first electrode 121.

【0047】その後、排ガスのリッチ度合が大きくな
り、センサセル電流Isが所定値Ithを下回ると、ス
イッチ回路300の切替位置が図1のC位置となり、ポ
ンプセル印加電圧は0Vとなる。これにより、ポンプセ
ル110による多孔質拡散層101内の酸素排出が中断
される。従って、やはり同拡散層101内に残留する酸
素とリッチガス中の可燃性成分(H2 、HC等)との反
応が促進され、可燃性成分に代えて、センサ第1電極1
21に吸着されることのないH2 OやCO2 が生成され
る。
Thereafter, when the degree of richness of the exhaust gas increases and the sensor cell current Is falls below a predetermined value Ith, the switching position of the switch circuit 300 becomes the position C in FIG. 1, and the voltage applied to the pump cell becomes 0V. Thereby, oxygen discharge from the porous diffusion layer 101 by the pump cell 110 is interrupted. Accordingly, the reaction between oxygen remaining in the diffusion layer 101 and combustible components (H2, HC, etc.) in the rich gas is promoted, and the sensor first electrode 1 is replaced with the combustible component.
H2 O and CO2 which are not adsorbed by the H. 21 are generated.

【0048】なお、排ガスのリッチ度合が大きいとガス
中に含まれる可燃性成分が増えるが、それに応じてポン
プセル印加電圧を小さくするので、その可燃性成分と十
分に反応できるだけの残留酸素が確保される。そのた
め、排ガスのリッチ度合に関係なく、常に可燃性成分の
電極への吸着が防止される。
If the degree of richness of the exhaust gas is large, the amount of flammable components contained in the gas increases, but the voltage applied to the pump cell is reduced accordingly, so that residual oxygen enough to react sufficiently with the flammable components is secured. You. Therefore, irrespective of the degree of the richness of the exhaust gas, the adsorption of the combustible component to the electrode is always prevented.

【0049】因みに本実施の形態の装置では、リッチガ
ス時にはガス濃度検出が一時的に中断されるようになっ
ている。従って、リッチガス時にポンプセル印加電圧が
上記の通り通常の指令値とは異なる値に制御されて多孔
質拡散層101内の残留酸素量が変化しても、その時の
NOx濃度出力が使われることはなく、同NOx濃度が
誤検出されることはない。
Incidentally, in the apparatus of this embodiment, the detection of the gas concentration is temporarily interrupted when the gas is rich. Therefore, even if the applied voltage of the pump cell is controlled to a value different from the normal command value as described above at the time of rich gas and the residual oxygen amount in the porous diffusion layer 101 changes, the NOx concentration output at that time is not used. , NOx concentration is not erroneously detected.

【0050】その後、時刻t3でIs≧Ithになる
と、スイッチ回路300の切替位置がB位置に戻され、
更に時刻t4でIs≧0mAになると、スイッチ回路3
00の切替位置がA位置に戻される。時刻t4で排ガス
がリッチガスからリーンガスに復帰する際、センサ第1
電極121に可燃性成分等が吸着していないのでNOx
の分解が阻害されることはなく、正常なNOx濃度出力
が開始されるまでに要する復帰時間が短縮される。つま
り、リーンガス復帰時における応答遅れ時間が短縮さ
れ、リーンガスへの復帰直後からNOx濃度が正しく検
出できる。時刻t4以降は、通常通りその時々のポンプ
セル電流Ip(排ガス中の酸素濃度)に応じてポンプセ
ル印加電圧が制御される。
Thereafter, when Is ≧ Ith at time t3, the switching position of the switch circuit 300 is returned to the position B,
Further, when Is ≧ 0 mA at time t4, the switch circuit 3
The switching position of 00 is returned to the A position. When the exhaust gas returns from rich gas to lean gas at time t4, the sensor first
Since no flammable components are adsorbed on the electrode 121, NOx
The decomposition time is not hindered, and the recovery time required until the normal NOx concentration output is started is reduced. That is, the response delay time when returning to lean gas is shortened, and the NOx concentration can be correctly detected immediately after returning to lean gas. After time t4, the pump cell applied voltage is controlled in accordance with the current pump cell current Ip (oxygen concentration in exhaust gas) as usual.

【0051】ここで、リッチガス時におけるポンプセル
印加電圧とリーンガス復帰時における応答遅れ時間と
は、図5の関係を有することが本発明者らにより見出さ
れ、同図5によれば、ポンプセル印加電圧が小さいほど
応答遅れ時間が短くなることが分かる。従って、該ポン
プセル印加電圧を単純に小さくすれば、応答遅れ時間は
短縮できることになる。しかしながら、上記の通りセン
サセル120の起電力により排ガスのリーン/リッチ判
定を行う場合、仮に、リッチガス時にポンプセル印加電
圧を負電圧とすることを考えると、ポンプセル110を
介して多孔質拡散層101内に酸素が供給されて同多孔
質拡散層101内の残留酸素量が不用意に増え、一時的
にリーンガス判定がなされ、その後再びリッチガス判定
がなされる、といった動作が繰り返される。つまり、リ
ッチガスのまま継続されていてもリッチガス判定とリー
ンガス判定とが交互に繰り返されてしまい、ポンプセル
印加電圧がハンチングするという不都合を招く。
Here, it has been found by the present inventors that the pump cell applied voltage at the time of rich gas and the response delay time at the time of return of the lean gas have the relationship shown in FIG. 5, and according to FIG. It can be seen that the response delay time becomes shorter as is smaller. Therefore, if the voltage applied to the pump cell is simply reduced, the response delay time can be reduced. However, when the lean / rich determination of the exhaust gas is performed by the electromotive force of the sensor cell 120 as described above, if the pump cell applied voltage is set to a negative voltage at the time of rich gas, the porous diffusion layer 101 is inserted into the porous diffusion layer 101 via the pump cell 110. Oxygen is supplied, the amount of residual oxygen in the porous diffusion layer 101 is inadvertently increased, and the operation of temporarily performing lean gas determination and then performing rich gas determination again is repeated. That is, even if the rich gas is continued, the rich gas determination and the lean gas determination are alternately repeated, which causes a disadvantage that the pump cell applied voltage hunts.

【0052】これに対し、リッチガス時におけるポンプ
セル印加電圧の負側の下限値を設定し、当該印加電圧を
0V以上で規定すれば、センサセル起電力により判定さ
れるリッチガス判定が不用意にくつがえることはなく、
ポンプセル印加電圧のハンチングが防止できる。要する
に本実施の形態の装置では、リッチガス時のポンプセル
印加電圧(電源回路230の電圧)を0又は0.2Vと
することで、リーンガス復帰時における応答遅れ時間の
短縮と、リッチガス時におけるポンプセル印加電圧のハ
ンチング防止とが両立できる。
On the other hand, if the lower limit value of the applied voltage of the pump cell at the time of the rich gas is set on the negative side and the applied voltage is specified at 0 V or more, the rich gas judgment determined by the sensor cell electromotive force is inadvertently changed. Never
Hunting of the pump cell applied voltage can be prevented. In short, in the apparatus of the present embodiment, by setting the pump cell applied voltage (voltage of the power supply circuit 230) at the time of rich gas to 0 or 0.2 V, the response delay time at the time of lean gas return is shortened, and the pump cell applied voltage at the time of rich gas is reduced. Prevention of hunting.

【0053】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 (イ)リッチガス時のポンプセル印加電圧をリーンガス
時の設定電圧よりも小さくし、ポンプセル110による
酸素排出を抑制したので、リーンガスからリッチガスへ
の切り替え時にガス濃度出力の応答遅れ時間が短縮さ
れ、ひいては同ガス濃度の検出精度が向上する。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained. (A) Since the applied voltage of the pump cell at the time of rich gas is made lower than the set voltage at the time of lean gas to suppress the oxygen discharge by the pump cell 110, the response delay time of the gas concentration output at the time of switching from lean gas to rich gas is shortened. Gas concentration detection accuracy is improved.

【0054】(ロ)排ガスのリッチ度合に応じてポンプ
セル印加電圧を0又は0.2Vとしたので、排ガスのリ
ッチ度合に関係なく、常に可燃性成分の電極への吸着を
防止することができる。
(B) Since the voltage applied to the pump cell is set to 0 or 0.2 V in accordance with the degree of richness of the exhaust gas, it is possible to always prevent the flammable components from being adsorbed to the electrode regardless of the degree of richness of the exhaust gas.

【0055】(ハ)ポンプセル印加電圧を可変に制御す
る酸素濃度検出回路210とは別に電源回路230を設
け、同電源回路230によりリッチガス時のポンプセル
印加電圧を制御したので、リーンガス/リッチガスの何
れであっても印加電圧を好適に制御し、ガス濃度を正し
く検出することができる。
(C) A power supply circuit 230 is provided separately from the oxygen concentration detection circuit 210 for variably controlling the pump cell applied voltage. Since the power supply circuit 230 controls the pump cell applied voltage at the time of rich gas, either the lean gas or the rich gas is used. Even if there is, the applied voltage can be suitably controlled, and the gas concentration can be correctly detected.

【0056】(ニ)リッチガス時に、多孔質拡散層10
1内の酸素欠乏の状態が不用意に解除されることのない
電圧域でポンプセル印加電圧を設定したため、当該印加
電圧のハンチングが抑制される。
(D) At the time of rich gas, the porous diffusion layer 10
Since the pump cell applied voltage is set in a voltage range where the oxygen deficiency state in 1 is not inadvertently released, hunting of the applied voltage is suppressed.

【0057】(第2の実施の形態)次に、本発明におけ
る第2の実施の形態を図6を用いて説明する。図6のガ
ス濃度センサ150は、前記図1のガス濃度センサ10
0の構成の一部を変更しており、以下には、図6のガス
濃度センサ150並びに制御回路201の構成を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The gas concentration sensor 150 of FIG.
The configuration of the gas concentration sensor 150 and the control circuit 201 shown in FIG.
The following description focuses on the differences from this embodiment.

【0058】図6に示すガス濃度センサ150では、前
記図1に示すガス濃度センサ100と比較して、第1セ
ルとしてのポンプセル160が上流側に、第2セルとし
てのセンサセル170が下流側に位置することは同じで
あるが、ポンプセル160とセンサセル170の設置場
所が上下逆になっている。
In the gas concentration sensor 150 shown in FIG. 6, the pump cell 160 as the first cell is located upstream and the sensor cell 170 as the second cell is located downstream in comparison with the gas concentration sensor 100 shown in FIG. The positions are the same, but the installation locations of the pump cell 160 and the sensor cell 170 are upside down.

【0059】つまり、酸素濃度を検出するためのポンプ
セル160が多孔質拡散層101と大気ダクト102と
の間に設けられ、NOx濃度を検出するためのセンサセ
ル170が多孔質拡散層101と排ガス空間との間に設
けられる。各セル160,170に設置されるポンプ第
1,第2電極161,162及びセンサ第1,第2電極
171,172のうち、多孔質拡散層101側のポンプ
第1電極161のみが、Au−Pt等、NOxガスに不
活性な貴金属で形成される電極(NOxガスを分解し難
い電極)であり、その他の電極は白金等、触媒活性の高
い貴金属で形成される。ガス濃度センサ150(セル1
60,170)によるガス濃度の検出原理については既
述のセンサ100と同じであるため、その説明を省略す
る。
That is, a pump cell 160 for detecting the oxygen concentration is provided between the porous diffusion layer 101 and the air duct 102, and a sensor cell 170 for detecting the NOx concentration is provided between the porous diffusion layer 101 and the exhaust gas space. It is provided between. Of the pump first and second electrodes 161 and 162 and the sensor first and second electrodes 171 and 172 installed in each of the cells 160 and 170, only the pump first electrode 161 on the porous diffusion layer 101 side is Au-. The electrode is formed of a noble metal inert to NOx gas such as Pt (an electrode that hardly decomposes the NOx gas), and the other electrodes are formed of a noble metal having high catalytic activity such as platinum. Gas concentration sensor 150 (cell 1
The detection principle of the gas concentration according to (60, 170) is the same as that of the sensor 100 described above, and the description thereof will be omitted.

【0060】図7は、ガス濃度センサ150のポンプセ
ル出力特性を示すV−I線図である。同図7によれば、
排ガスがリーンガスである時は勿論のこと、リッチガス
であってもポンプセル電流(限界電流)が計測できるこ
とが分かる。つまり、ガス濃度センサ150では、前記
図1のガス濃度センサ100とは異なり、ポンプセル1
60が多孔質拡散層101と大気ダクト102との間に
設置されるために、リッチガス時(多孔質拡散層101
内の酸素欠乏時)に生じるポンプセル160の起電力に
応じて排ガスがリッチガスである旨が検出できる。
FIG. 7 is a VI diagram showing the output characteristics of the pump cell of the gas concentration sensor 150. According to FIG.
It can be seen that the pump cell current (limit current) can be measured not only when the exhaust gas is lean gas but also when it is rich gas. That is, the gas concentration sensor 150 differs from the gas concentration sensor 100 of FIG.
60 is provided between the porous diffusion layer 101 and the air duct 102, so that when the gas is rich gas (the porous diffusion layer 101
It can be detected that the exhaust gas is a rich gas in accordance with the electromotive force of the pump cell 160 generated when oxygen is insufficient in the inside.

【0061】図7中、前記図11と同様の印加電圧線L
X1が用意されており、リーンガス領域(ポンプセル電
流>0mAの領域)においてはこのLX1を用いてポン
プセル印加電圧が可変に設定される。また、リッチガス
領域(ポンプセル電流<0mAの領域)では、前記LX
1よりも負側の別の印加電圧線LX2を用い、ポンプセ
ル印加電圧が可変に設定される。
In FIG. 7, an applied voltage line L similar to that of FIG.
X1 is prepared, and in the lean gas region (the region of the pump cell current> 0 mA), the LX1 is used to variably set the pump cell applied voltage. In a rich gas region (a region where the pump cell current is <0 mA), the LX
The pump cell applied voltage is variably set using another applied voltage line LX2 that is more negative than 1.

【0062】また、図6の装置において、ガス濃度セン
サ150のポンプ第2電極162には酸素濃度検出回路
250が接続されている。ポンプ電圧指令回路251
は、例えばCPU及びA/D,D/Aコンバータを備え
るワンチップマイクロコンピュータにて構成され、その
時々のポンプセル電流Ipに応じてポンプセル印加電圧
を可変に制御する。ポンプ電圧指令回路251からの指
令電圧Vaは、増幅回路252の非反転入力端子に入力
される。増幅回路252の出力端子は、ポンプセル電流
Ipを検出するための電流検出抵抗253の一端に接続
され、電流検出抵抗253の他端はポンプ第2電極16
2と増幅回路252の反転入力端子とに接続されてい
る。これにより、ポンプ第2電極162の電圧は常に指
令電圧Vaと同じ電圧になるよう制御される。
In the apparatus shown in FIG. 6, an oxygen concentration detecting circuit 250 is connected to the pump second electrode 162 of the gas concentration sensor 150. Pump voltage command circuit 251
Is composed of, for example, a one-chip microcomputer including a CPU and A / D and D / A converters, and variably controls a pump cell applied voltage according to a pump cell current Ip at each time. The command voltage Va from the pump voltage command circuit 251 is input to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 252. The output terminal of the amplifier circuit 252 is connected to one end of a current detection resistor 253 for detecting the pump cell current Ip, and the other end of the current detection resistor 253 is connected to the pump second electrode 16.
2 and the inverting input terminal of the amplifier circuit 252. Thus, the voltage of the pump second electrode 162 is controlled to be always the same as the command voltage Va.

【0063】一方、センサセル170のセンサ第1電極
171は、センサセル電流Isを検出するための電流検
出抵抗262を介して電源261に接続されている。こ
こで、センサセル電流Isは電流検出抵抗262の両端
子電圧Vd,Veから検出される。なお、ポンプ第1電
極161及びセンサ第2電極172は何れも接地されて
いる。
On the other hand, the sensor first electrode 171 of the sensor cell 170 is connected to a power supply 261 via a current detection resistor 262 for detecting the sensor cell current Is. Here, the sensor cell current Is is detected from both terminal voltages Vd and Ve of the current detection resistor 262. The first pump electrode 161 and the second sensor electrode 172 are both grounded.

【0064】次に、ポンプ電圧指令回路251内のCP
Uにより実施される印加電圧制御を図8のフローチャー
トに従い説明する。本実施の形態では、前記図3のルー
チンに置き換えてこの図8のルーチンが実施される。
Next, the CP in the pump voltage command circuit 251
The applied voltage control performed by U will be described with reference to the flowchart of FIG. In the present embodiment, the routine of FIG. 8 is executed instead of the routine of FIG.

【0065】図8において、ステップ201では、電流
検出抵抗253の両端子電圧Va,Vbを各々読み取
り、ポンプセル電流Ipを算出する(Ip=(Vb−V
a)/R1)。続くステップ202では、前記算出した
ポンプセル電流Ip(Ipの向き)に基づいて排ガスの
リーン/リッチ判定を行う。
In FIG. 8, in step 201, both terminal voltages Va and Vb of the current detection resistor 253 are read to calculate a pump cell current Ip (Ip = (Vb-V
a) / R1). In the following step 202, lean / rich determination of exhaust gas is performed based on the calculated pump cell current Ip (direction of Ip).

【0066】排ガスがリーンガスであると判定される
時、ステップ203に進み、図7中の印加電圧線LX1
を用い、前記算出したポンプセル電流Ipに対応するポ
ンプセル160への目標印加電圧を求める(マップ演算
する)。更にステップ205では、前記求めた目標印加
電圧を指令電圧Vaとして出力し、その後本ルーチンを
一旦終了する。
When it is determined that the exhaust gas is lean gas, the routine proceeds to step 203, where the applied voltage line LX1 shown in FIG.
Is used to obtain a target applied voltage to the pump cell 160 corresponding to the calculated pump cell current Ip (map calculation). Further, in step 205, the obtained target applied voltage is output as the command voltage Va, and then the present routine is temporarily terminated.

【0067】また、排ガスがリッチガスであると判定さ
れる時、ステップ204に進み、図7中の印加電圧線L
X2を用い、前記算出したポンプセル電流Ipに対応す
るポンプセル160への目標印加電圧を求める(マップ
演算する)。更にステップ205では、前記求めた目標
印加電圧を指令電圧Vaとして出力し、その後本ルーチ
ンを一旦終了する。なお、本実施の形態では、図8のス
テップ202が本発明の「検出手段」に相当し、ステッ
プ204が「制御手段」に相当する。
When it is determined that the exhaust gas is a rich gas, the routine proceeds to step 204, where the applied voltage line L in FIG.
Using X2, a target applied voltage to the pump cell 160 corresponding to the calculated pump cell current Ip is obtained (map calculation). Further, in step 205, the obtained target applied voltage is output as the command voltage Va, and then the present routine is temporarily terminated. In the present embodiment, step 202 in FIG. 8 corresponds to “detection means” of the present invention, and step 204 corresponds to “control means”.

【0068】以上第2の実施の形態によれば、上記第1
の実施の形態と同様、リッチガス時のポンプセル印加電
圧を、リーンガス時の設定電圧よりも小さくし、ポンプ
セル110による酸素排出を抑制するので、リーンガス
からリッチガスへの切り替え時にガス濃度出力の応答遅
れ時間が短縮され、ひいては同ガス濃度の検出精度が向
上する。また併せて、ポンプセル印加電圧のハンチング
が抑制される。
As described above, according to the second embodiment, the first
Similarly to the embodiment, the pump cell applied voltage at the time of the rich gas is made smaller than the set voltage at the time of the lean gas to suppress the oxygen discharge by the pump cell 110, so that the response delay time of the gas concentration output at the time of switching from the lean gas to the rich gas is reduced. Therefore, the accuracy of detecting the gas concentration is improved. At the same time, hunting of the pump cell applied voltage is suppressed.

【0069】また特に、図7中の印加電圧線LX2を用
いてその時々のリッチ度合に応じてポンプセル印加電圧
が設定できるので、常に適正な印加電圧制御が可能とな
り、可燃性成分の電極への吸着を確実に防止することが
できる。
In particular, since the applied voltage of the pump cell can be set in accordance with the degree of richness at each time by using the applied voltage line LX2 in FIG. 7, appropriate applied voltage control can always be performed, and the flammable component can be applied to the electrode. Adsorption can be reliably prevented.

【0070】なお本発明は、上記以外に次の形態にて具
体化できる。上記第1の実施の形態では、排ガスがリッ
チガスである時、多孔質拡散層101の酸素排出を抑制
するようポンプセル印加電圧を2段階(0又は0.1
V)に設定したが、この構成を以下のように変更する。
例えば、リッチガス時のポンプセル印加電圧として一つ
の電圧値を設定しておく。或いは、同印加電圧として3
段階以上の異なる電圧値を設定しておく。これら何れの
場合にも、ポンプセル印加電圧を、リーンガス時の電圧
値よりも小さく(図11中、LX1のV軸切片電圧V0
よりも小さく)、且つ0V以上の電圧値とし、リーン復
帰時におけるガス濃度出力の応答遅れ時間の短縮化とポ
ンプセル印加電圧のハンチング防止との両立を図るよう
にする。第2の実施の形態の装置についても同様に、上
記の如く多段階にポンプセル印加電圧を制御してもよ
い。
The present invention can be embodied in the following forms other than the above. In the first embodiment, when the exhaust gas is a rich gas, the pump cell applied voltage is increased in two steps (0 or 0.1) so as to suppress the oxygen emission from the porous diffusion layer 101.
V), but this configuration is changed as follows.
For example, one voltage value is set as the pump cell applied voltage at the time of rich gas. Alternatively, the same applied voltage of 3
Different voltage values are set in steps or more. In any of these cases, the pump cell applied voltage is set lower than the voltage value at the time of lean gas (in FIG. 11, the V-axis intercept voltage V0 of LX1).
Smaller than 0 V) and a voltage value of 0 V or more so as to achieve both the reduction of the response delay time of the gas concentration output at the time of lean return and the prevention of hunting of the pump cell applied voltage. Similarly, the device of the second embodiment may control the pump cell applied voltage in multiple stages as described above.

【0071】また、上記各実施の形態において、リッチ
ガス時にはポンプセルへの電圧印加を中止するよう構成
する。かかる場合にもやはり、当該ポンプセルでの酸素
排出が抑制され、電極への可燃性成分の付着に起因して
ガス濃度出力の応答遅れ時間が長引くといった問題が解
消される。またこの場合、ポンプセルの電極を単に接地
する、又は開放する等の、比較的簡易な構成にて発明の
実施が可能となる。
In each of the above embodiments, the configuration is such that the application of voltage to the pump cell is stopped at the time of rich gas. Also in such a case, the problem that the oxygen discharge in the pump cell is suppressed and the response delay time of the gas concentration output is prolonged due to the attachment of the combustible component to the electrode is solved. In this case, the invention can be implemented with a relatively simple configuration, such as simply grounding or opening the electrode of the pump cell.

【0072】上記各実施の形態では、多孔質拡散層10
1(ガス導入部)と大気ダクト102(基準ガス室)と
の間に設けられるセルにおいて多孔質拡散層101内の
酸素欠乏時に生じる当該セルの起電力に応じて排ガスが
リッチガスである旨を検出したが、この構成を変更す
る。例えばエンジン運転状態に基づいて排ガスのリーン
/リッチ判定を行うこととする。より具体的には、エン
ジン制御ECUにおいて、吸入空気量と燃料噴射量との
比から空燃比を求め、該求めた空燃比により排ガスのリ
ーン/リッチ判定を行う。この場合、上記各実施の形態
とは異なり、リッチガス時に多孔質拡散層101へ酸素
が供給されて同拡散層101内の酸素欠乏状態が解除さ
れても、リーンガスであると誤判定されることはない。
従って、ポンプセル印加電圧の下限値を規定してハンチ
ング防止を図る必要はなく、例えば同印加電圧を負の電
圧域に設定してもよい。但し、同ポンプセル印加電圧
は、ジルコニア(固体電解質)に印加してもよい電圧範
囲内で設定され、その下限は−1V程度である。
In each of the above embodiments, the porous diffusion layer 10
It is detected that the exhaust gas is a rich gas according to the electromotive force generated in the porous diffusion layer 101 in a cell provided between the gas introduction part 1 and the air duct 102 (reference gas chamber) when oxygen is deficient in the cell. However, this configuration is changed. For example, the lean / rich determination of the exhaust gas is performed based on the engine operating state. More specifically, the engine control ECU obtains the air-fuel ratio from the ratio between the intake air amount and the fuel injection amount, and performs lean / rich exhaust gas determination based on the obtained air-fuel ratio. In this case, unlike the above embodiments, even when oxygen is supplied to the porous diffusion layer 101 at the time of rich gas and the oxygen deficiency state in the diffusion layer 101 is released, it is not erroneously determined that the gas is lean gas. Absent.
Therefore, it is not necessary to prevent the hunting by defining the lower limit value of the applied voltage of the pump cell. For example, the applied voltage may be set in a negative voltage range. However, the pump cell applied voltage is set within a voltage range that may be applied to zirconia (solid electrolyte), and its lower limit is about -1V.

【0073】2セル構造のセンサ以外にも、3セル構造
のガス濃度センサや、ポンプセル又はセンサセルを複数
に分割して設け、それにより4個以上のセルを持つガス
濃度センサにも適用できる。また、上記実施の形態にお
けるガス濃度センサでは、ガス導入部として多孔質拡散
層を用いたが、ガス導入部としてはこの構成に限定され
ず、スリットやスルーホールにてガス導入部を構成する
ものでもよい。
In addition to a sensor having a two-cell structure, the present invention can be applied to a gas concentration sensor having a three-cell structure and a gas concentration sensor having four or more cells by dividing a plurality of pump cells or sensor cells. Further, in the gas concentration sensor according to the above embodiment, the porous diffusion layer is used as the gas introduction part, but the gas introduction part is not limited to this configuration, and the gas introduction part is configured by a slit or a through hole. May be.

【0074】酸素濃度とNOx濃度とを検出可能なガス
濃度センサの他、酸素濃度とHC濃度又はCO濃度とを
検出可能なガス濃度センサにも適用できる。HC濃度又
はCO濃度を検出する場合、ポンプセルにて排ガス(被
検出ガス)中の余剰酸素を排出し、センサセルにて余剰
酸素排出後のガス成分からHC又はCOを分解する。こ
れにより、酸素濃度に加え、HC濃度又はCO濃度が検
出できる。
The present invention is applicable not only to a gas concentration sensor capable of detecting the oxygen concentration and the NOx concentration, but also to a gas concentration sensor capable of detecting the oxygen concentration and the HC concentration or the CO concentration. When detecting the HC concentration or the CO concentration, surplus oxygen in exhaust gas (gas to be detected) is discharged by a pump cell, and HC or CO is decomposed from gas components after discharging the surplus oxygen by a sensor cell. Thus, the HC concentration or the CO concentration can be detected in addition to the oxygen concentration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態におけるガス濃度検出装置の
全体構成図。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas concentration detection device according to a first embodiment.

【図2】ポンプ電圧指令回路の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a pump voltage command circuit.

【図3】印加電圧制御サブルーチンを示すフローチャー
ト。
FIG. 3 is a flowchart showing an applied voltage control subroutine.

【図4】ガス濃度検出装置の動作説明のためのタイムチ
ャート。
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of the gas concentration detection device.

【図5】リッチガス時におけるポンプセル印加電圧とリ
ーンガス復帰時における応答遅れ時間との関係を示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a pump cell applied voltage at the time of rich gas and a response delay time at the time of return of lean gas.

【図6】第2の実施の形態におけるガス濃度検出装置の
全体構成図。
FIG. 6 is an overall configuration diagram of a gas concentration detection device according to a second embodiment.

【図7】ガス濃度センサのポンプセル出力特性を示すV
−I線図。
FIG. 7 is a graph showing a pump cell output characteristic of a gas concentration sensor.
-I diagram.

【図8】印加電圧制御サブルーチンを示すフローチャー
ト。
FIG. 8 is a flowchart showing an applied voltage control subroutine.

【図9】ガス濃度センサの構成を示す要部断面図。FIG. 9 is a sectional view of a main part showing a configuration of a gas concentration sensor.

【図10】ガス濃度センサの動作原理を説明するための
図。
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation principle of the gas concentration sensor.

【図11】ガス濃度センサのポンプセル出力特性を示す
V−I線図。
FIG. 11 is a VI diagram showing pump cell output characteristics of the gas concentration sensor.

【図12】ガス濃度センサのセンサセル出力特性を示す
V−I線図。
FIG. 12 is a VI diagram showing sensor cell output characteristics of the gas concentration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100,150…ガス濃度センサ、110,160…第
1セルとしてのポンプセル、120,170…第2セル
としてのセンサセル、101…ガス導入部としての多孔
質拡散層、102…基準ガス室としての大気ダクト、2
11,251…ポンプ電圧指令回路、223…電流検出
回路、230…電源回路、240…比較回路、300…
スイッチ回路。
100, 150: Gas concentration sensor, 110, 160: Pump cell as first cell, 120, 170: Sensor cell as second cell, 101: Porous diffusion layer as gas introduction part, 102: Atmosphere as reference gas chamber Duct, 2
11, 251 pump voltage command circuit, 223 current detection circuit, 230 power supply circuit, 240 comparison circuit, 300
Switch circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 27/46 327C (72)発明者 水谷 圭吾 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 牧野 太輔 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 斎藤 利孝 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 27/46 327C (72) Inventor Keigo Mizutani 14 Iwatani, Shimowasumicho, Nishio-shi, Aichi Japan Automotive Parts Co., Ltd. Within the Research Institute (72) Inventor Taisuke Makino 14 Iwatani, Shimowakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Prefecture Inside the Japan Automobile Parts Research Institute (72) Inventor Toshitaka Saito 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Within DENSO Corporation

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被検出ガスを導入するためのガス導入部
と、固体電解質を挟むよう設けられる一対の電極を有
し、該電極への電圧印加に伴いガス導入部内の被検出ガ
ス中の余剰酸素を排出しつつその酸素濃度に応じた電流
を流す第1セルと、同じく固体電解質を挟むよう設けら
れる一対の電極を有し、該電極への電圧印加に伴い余剰
酸素排出後のガス成分から特定成分の濃度に応じた電流
を流す第2セルと、を備えるガス濃度センサを用いたガ
ス濃度検出装置において、 被検出ガスがリッチガスであることを検出する検出手段
と、 被検出ガスがリッチガスであると検出された時、第1セ
ルによるガス導入部の酸素排出を抑制するよう当該第1
セルの印加電圧を制御する制御手段と、を備えることを
特徴とするガス濃度検出装置。
1. A gas introducing part for introducing a gas to be detected, and a pair of electrodes provided so as to sandwich a solid electrolyte, and a surplus in the gas to be detected in the gas introducing part with application of a voltage to the electrodes. It has a first cell for discharging a current according to the oxygen concentration while discharging oxygen, and a pair of electrodes similarly provided so as to sandwich a solid electrolyte, and from a gas component after discharging excess oxygen with application of a voltage to the electrodes. A gas concentration sensor using a gas concentration sensor including a second cell for flowing a current corresponding to the concentration of a specific component, wherein a detection means for detecting that the gas to be detected is a rich gas; When it is detected that the first cell is present, the first cell is controlled so as to suppress the discharge of oxygen from the gas inlet by the first cell.
A gas concentration detection device, comprising: control means for controlling a voltage applied to a cell.
【請求項2】被検出ガスがリーンガスである時、第1セ
ルの印加電圧を正の領域で設定するガス濃度検出装置で
あって、 被検出ガスがリッチガスであると検出された時、前記制
御手段は、リーンガス時に設定される第1セルの印加電
圧よりも小さい電圧を当該第1セルに印加する請求項1
に記載のガス濃度検出装置。
2. A gas concentration detecting device for setting an applied voltage of a first cell in a positive region when a gas to be detected is a lean gas, wherein the control is performed when it is detected that the gas to be detected is a rich gas. The means for applying a voltage to the first cell that is lower than the voltage applied to the first cell set at the time of lean gas.
3. The gas concentration detection device according to 1.
【請求項3】請求項2に記載のガス濃度検出装置におい
て、 前記制御手段は、被検出ガスのリッチ度合に応じて第1
セルの印加電圧を制御し、そのリッチ度合が大きいほ
ど、第1セルの印加電圧を小さくするガス濃度検出装
置。
3. The gas concentration detection device according to claim 2, wherein the control means is configured to control the first gas concentration according to a degree of richness of the gas to be detected.
A gas concentration detection device that controls an applied voltage of a cell and reduces the applied voltage of the first cell as the degree of richness increases.
【請求項4】請求項2又は3に記載のガス濃度検出装置
において、 前記制御手段は、被検出ガスがリーンガスである時に第
1セルに電圧を印加する電源の他に、リーンガス時に設
定される第1セルの印加電圧よりも小さい電圧の別の電
源を有し、被検出ガスがリッチガスであると検出された
時、第1セルの電源を前記別の電源に切り替えるガス検
出濃度装置。
4. The gas concentration detecting device according to claim 2, wherein said control means is set at a time of a lean gas, in addition to a power supply for applying a voltage to said first cell when said gas to be detected is a lean gas. A gas detection concentration device having another power supply having a voltage lower than the voltage applied to the first cell, and switching the power supply of the first cell to the another power supply when the gas to be detected is detected as a rich gas.
【請求項5】請求項1に記載のガス濃度検出装置におい
て、 前記制御手段は、リッチガス時には第1セルへの電圧印
加を中止するガス濃度検出装置。
5. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the control unit stops applying a voltage to the first cell when the gas is rich.
【請求項6】前記検出手段は、基準ガス室とガス導入部
との間に設けられる第1又は第2セルの何れかについて
ガス導入部内の酸素欠乏時に生じる当該セルの起電力に
応じて被検出ガスがリッチガスである旨を検出するもの
であり、 被検出ガスがリッチガスであると検出された時、前記制
御手段は、前記した酸素欠乏の状態が解除されることの
ない電圧設定域で第1セルの印加電圧を設定する請求項
1〜5の何れかに記載のガス濃度検出装置。
6. The detecting means according to claim 1, wherein the first or second cell is provided between the reference gas chamber and the gas introduction unit in accordance with an electromotive force of the cell generated when oxygen in the gas introduction unit becomes starved. The detection means detects that the detection gas is a rich gas, and when the gas to be detected is detected as a rich gas, the control means operates in a voltage setting range where the oxygen deficiency state is not released. The gas concentration detecting device according to claim 1, wherein an applied voltage of one cell is set.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008510959A (en) * 2004-08-31 2008-04-10 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Device for determining the concentration of a component in a gas mixture
WO2014118888A1 (en) * 2013-01-29 2014-08-07 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine
JP2017207397A (en) * 2016-05-19 2017-11-24 日本特殊陶業株式会社 Gas concentration detecting device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008510959A (en) * 2004-08-31 2008-04-10 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Device for determining the concentration of a component in a gas mixture
WO2014118888A1 (en) * 2013-01-29 2014-08-07 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine
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