JP3431822B2 - Nitrogen oxide concentration detector - Google Patents

Nitrogen oxide concentration detector

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JP3431822B2
JP3431822B2 JP03127398A JP3127398A JP3431822B2 JP 3431822 B2 JP3431822 B2 JP 3431822B2 JP 03127398 A JP03127398 A JP 03127398A JP 3127398 A JP3127398 A JP 3127398A JP 3431822 B2 JP3431822 B2 JP 3431822B2
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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、内燃機関等の各種
燃焼機器から排出される有害成分である窒素酸化物の濃
度を検出するための窒素酸化物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 nitrogen oxide concentration detecting device for detecting the concentration of nitrogen oxides, which are harmful components discharged from various combustion equipment such as an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、窒素酸化物濃度検出装置とし
て、例えば、ヨーロッパ特許出願公開明細書06787
40A1,SAE paper No.960334
P137〜142 1996等に開示されているよう
に、第1拡散律速層を介して被測定ガス側に連通された
第1測定室と、この第1測定室に第2拡散律速層を介し
て連通された第2測定室とを、酸素イオン伝導性の固体
電解質層にて形成し、第1測定室には、固体電解質層を
多孔質の電極で挟むことにより第1酸素ポンピングセル
と酸素濃度測定セルとを形成し、更に、第2測定室に
は、同じく固体電解質層を多孔質の電極で挟むことによ
り第2酸素ポンピングセルを形成することにより構成さ
れたセンサを用いて、内燃機関等の排気中の窒素酸化物
(NOx)の濃度を検出するようにしたものが知られて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a nitrogen oxide concentration detecting device, for example, European Patent Application Publication No. 06787 has been disclosed.
40A1, SAE paper No. 960334
As disclosed in P137-142 1996 and the like, a first measurement chamber communicated with the measured gas side via a first diffusion rate controlling layer and a first measurement chamber communicating with this first measurement chamber via a second diffusion rate controlling layer. The second measurement chamber is formed of a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity, and the first measurement chamber has a solid electrolyte layer sandwiched between porous electrodes to measure the first oxygen pumping cell and the oxygen concentration. And a sensor constituted by forming a second oxygen pumping cell by sandwiching a solid electrolyte layer between porous electrodes in the second measurement chamber. It is known that the concentration of nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas is detected.

【0003】この種の窒素酸化物濃度検出装置において
は、酸素濃度測定セルからの出力電圧が予め設定された
一定値となるように第1酸素ポンピングセルに通電し
て、第1測定室から酸素を汲み出すことにより、第1測
定室内の酸素濃度(換言すれば第1測定室から第2測定
室に流入する被測定ガスの酸素濃度)を一定濃度に制御
しつつ、第2酸素ポンピングセルに一定電圧を印加し
て、第2測定室から更に酸素を汲み出す。そして、この
第2酸素ポンピングセルに流れる電流値から、被測定ガ
ス中のNOx濃度を検出する。
In this type of nitrogen oxide concentration detector, the first oxygen pumping cell is energized so that the output voltage from the oxygen concentration measuring cell becomes a preset constant value, and the oxygen is removed from the first measuring chamber. By pumping out the oxygen concentration in the first measurement chamber (in other words, the oxygen concentration of the gas to be measured flowing from the first measurement chamber to the second measurement chamber) at a constant concentration, the oxygen concentration in the second oxygen pumping cell is increased. Oxygen is further pumped out from the second measurement chamber by applying a constant voltage. Then, the NOx concentration in the measured gas is detected from the value of the current flowing through the second oxygen pumping cell.

【0004】つまり、被測定ガスである内燃機関等から
の排気中には、NOx以外に、酸素、一酸化炭素、二酸
化炭素等の他のガス成分が存在するが、上記窒素酸化物
濃度検出装置では、第1酸素ポンピングセルに電流を流
して第1測定室内の酸素のほとんどを抜き取り、更に、
その酸素が抜き取られた被測定ガスが流入する第2測定
室側で、第2酸素ポンピングセルに第2測定室内の酸素
を汲み出す方向に一定電圧を印加することにより、第2
酸素ポンピングセルを構成する多孔質電極の触媒機能に
よって、被測定ガス中のNOxを窒素と酸素とに分解し
て第2測定室から酸素を抜き取り、そのとき第2酸素ポ
ンピングセルに流れるポンプ電流を検出することによ
り、被測定ガス中の他のガス成分に影響されることな
く、被測定ガス中のNOx濃度を検出できるようにして
いる。
That is, in the exhaust gas from the internal combustion engine, which is the gas to be measured, other gas components such as oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, etc. exist in addition to NOx. Then, a current is passed through the first oxygen pumping cell to extract most of the oxygen in the first measurement chamber.
By applying a constant voltage to the second oxygen pumping cell in the direction of pumping out oxygen in the second measurement chamber on the side of the second measurement chamber into which the measured gas from which oxygen is extracted flows,
Due to the catalytic function of the porous electrode that constitutes the oxygen pumping cell, NOx in the gas to be measured is decomposed into nitrogen and oxygen, and oxygen is extracted from the second measurement chamber. At that time, the pump current flowing through the second oxygen pumping cell is By detecting, the NOx concentration in the measured gas can be detected without being affected by other gas components in the measured gas.

【0005】また、この種の窒素酸化物検出装置では、
上記検出方法によってNOx濃度を正確に検出するに
は、センサを所定活性温度(例えば800℃以上)まで
加熱して、各セルを活性化させる必要があることから、
センサを加熱するためのヒータが別途設けられている。
Further, in this type of nitrogen oxide detector,
In order to accurately detect the NOx concentration by the above detection method, it is necessary to heat the sensor to a predetermined activation temperature (for example, 800 ° C. or higher) to activate each cell.
A heater for heating the sensor is separately provided.

【0006】そして、このようにヒータを用いてセンサ
を所定温度に制御する方法としては、固体電解質層を多
孔質電極で挟んだ酸素濃度測定セルにて排気中の酸素濃
度を検出する酸素センサにおいて一般的に利用されてい
る制御方法を利用することが考えられる。
As a method of controlling the sensor to a predetermined temperature by using the heater as described above, an oxygen sensor for detecting the oxygen concentration in exhaust gas in an oxygen concentration measuring cell in which a solid electrolyte layer is sandwiched by porous electrodes is used. It is conceivable to use a generally used control method.

【0007】即ち、センサの温度を制御する方法として
は、例えば、特開昭59−163556号公報,特開昭
59−214756号公報等に開示されているように、
ヒータの発熱量が一定となるようにヒータへの通電量を
制御する方法、センサの温度が目標温度になるようにヒ
ータへの通電を予め設定した制御パターンで制御する方
法、センサ温度を検出してヒータへの通電量を制御する
方法等、種々の方法が知られており、窒素酸化物濃度検
出装置においても、こうした従来の制御方法を利用する
ことが考えられる。
That is, as a method for controlling the temperature of the sensor, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 59-163556 and 59-214756,
How to control the amount of electricity to the heater so that the amount of heat generated by the heater is constant, how to control the electricity to the heater so that the temperature of the sensor reaches the target temperature with a preset control pattern, and to detect the sensor temperature. Various methods are known, such as a method of controlling the amount of electricity supplied to the heater, and it is conceivable to use such a conventional control method also in the nitrogen oxide concentration detecting device.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、窒素酸化物濃
度検出装置は、酸素センサとは異なり、センサに3個の
セルが設けられており、しかも、各セル毎にヒータを設
けてその温度を制御することは困難であることから、上
記従来の制御方法を如何に応用すればよいかが課題とな
っていた。
However, unlike the oxygen sensor, the nitrogen oxide concentration detecting device is provided with three cells in the sensor, and furthermore, a heater is provided for each cell to control its temperature. Since it is difficult to control, there has been a problem how to apply the conventional control method.

【0009】特に、窒素酸化物濃度検出装置において
は、センサ温度が変化すると、第1酸素ポンピングセル
の通電により制御される第1測定室から第2測定室に流
入する被測定ガスの酸素濃度,延いては第2測定室内の
酸素濃度が変化して、NOx濃度の検出結果が大きく変
化することから、NOx濃度の検出精度を確保するに
は、センサの温度変化によって第1測定室から第2測定
室に流入する被測定ガスの酸素濃度が変化することのな
いように、温度制御を、簡単な構成で効率よく実行でき
るようにすることが要求されているが、従来ではこうし
た要求に充分応え得る温度制御方法が確立されておら
ず、簡単な構成で温度特性を確保した窒素酸化物濃度検
出装置が実現されるには至っていなかった。
Particularly, in the nitrogen oxide concentration detecting device, when the sensor temperature changes, the oxygen concentration of the gas to be measured flowing from the first measuring chamber to the second measuring chamber controlled by energization of the first oxygen pumping cell, As a result, the oxygen concentration in the second measurement chamber changes and the detection result of the NOx concentration greatly changes. Therefore, in order to ensure the detection accuracy of the NOx concentration, it is necessary to change the first measurement chamber to the second measurement chamber by changing the temperature of the sensor. It is required that temperature control can be executed efficiently with a simple configuration so that the oxygen concentration of the measured gas that flows into the measurement chamber does not change. The temperature control method to obtain it has not been established, and a nitrogen oxide concentration detection device that has a simple structure and ensures temperature characteristics has not been realized.

【0010】また、このように、窒素酸化物濃度検出装
置においては、センサ温度の変化によって検出結果が大
きく変化するので、その検出結果は、被測定ガスの温度
変化に影響されることもあり、センサの温度を正確に制
御できたとしても、被測定ガスの温度が変化する過渡時
には検出結果が一時的に変動するといった問題もある。
As described above, in the nitrogen oxide concentration detecting device, the detection result greatly changes due to the change in the sensor temperature, and therefore the detection result may be influenced by the temperature change of the gas to be measured. Even if the temperature of the sensor can be controlled accurately, there is a problem that the detection result temporarily fluctuates during the transition of the temperature of the gas to be measured.

【0011】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、上記窒素酸化物濃度検出装置において、セン
サ温度を、NOx濃度の検出結果が変化することのない
ように、簡単な構成で効率よく制御できるようにするこ
とを第1の目的とし、この温度制御によっても制御しき
れない被測定ガスの温度変化に伴うNOx濃度の検出誤
差を補正してNOx濃度の検出精度を向上することを第
2の目的とする。
The present invention has been made in view of these problems, and in the above-mentioned nitrogen oxide concentration detecting device, the sensor temperature is efficiently changed with a simple structure so that the detection result of the NOx concentration does not change. The first purpose is to enable control, and to improve the NOx concentration detection accuracy by correcting the NOx concentration detection error due to the temperature change of the measured gas that cannot be controlled even by this temperature control. The purpose is 2.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】かかる第1の目的を達成
するためになされた請求項1に記載の窒素酸化物濃度検
出装置は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔質の
電極で挟んでなる第1酸素ポンピングセル及び酸素濃度
測定セルを有し、第1拡散律速層を介して被測定ガス側
に連通された第1測定室と、酸素イオン伝導性の固体電
解質層を多孔質の電極で挟んでなる第2酸素ポンピング
セルを有し、第2拡散律速層を介して前記第1測定室と
連通された第2測定室と、を備えたセンサ本体と、前記
第1酸素ポンピングセル及び前記酸素濃度測定セルの前
記第1測定室側の電極を互いに接続した状態で、前記酸
素濃度測定セルの前記第1測定室とは反対側の電極に生
じた電圧を検出することにより、前記酸素濃度測定セル
の出力電圧を検出すると共に、該出力電圧が一定値とな
るように前記第1酸素ポンピングセルの前記第1測定室
とは反対側の電極に向けて電流を流し込むことにより、
前記第1酸素ポンピングセルにて前記第1測定室から酸
素を汲み出し、前記第1測定室から前記第2測定室に流
入する被測定ガスの酸素濃度を一定に制御するポンプ電
流制御手段と、前記第2酸素ポンピングセルに前記第2
測定室から酸素を汲み出す方向に一定電圧を印加する定
電圧印加手段と、該一定電圧の印加により前記第2酸素
ポンピングセルに流れる電流値に基づき被測定ガス中の
窒素酸化物濃度を検出する窒素酸化物濃度検出手段と、
前記センサ本体を窒素酸化物濃度を検出可能な温度まで
加熱するためのヒータと、前記酸素濃度測定セルの温度
を検出する温度検出手段と、該温度検出手段にて検出さ
れた前記酸素濃度測定セルの温度が予め設定された目標
温度となるように、前記ヒータへの通電を制御するヒー
タ通電制御手段と、を備えたことを特徴とする。
A nitrogen oxide concentration test according to claim 1, which was carried out in order to achieve the first object.
The discharge device has a first oxygen pumping cell and an oxygen concentration measuring cell in which an oxygen ion conductive solid electrolyte layer is sandwiched by porous electrodes, and is connected to the measured gas side through the first diffusion controlling layer. And a second oxygen pumping cell in which a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity is sandwiched between porous electrodes, and is communicated with the first measurement chamber via a second diffusion control layer. a second measurement chamber, and a sensor body with a, the
In front of the first oxygen pumping cell and the oxygen concentration measuring cell
In the state where the electrodes on the first measurement chamber side are connected to each other, the acid
Raw on the electrode of the elementary concentration measurement cell on the side opposite to the first measurement chamber.
By detecting the voltage Flip, the oxygen and detects an output voltage of the concentration measuring cell, said first measurement chamber of the first oxygen pumping cell so that the output voltage becomes constant value
By injecting a current toward the electrode on the side opposite to,
Pump current control means for pumping oxygen from the first measurement chamber by the first oxygen pumping cell and controlling the oxygen concentration of the gas to be measured flowing from the first measurement chamber to the second measurement chamber to a constant value. In the second oxygen pumping cell, the second
Constant voltage applying means for applying a constant voltage in the direction of pumping oxygen from the measurement chamber, and detecting the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured based on the current value flowing in the second oxygen pumping cell by applying the constant voltage. Nitrogen oxide concentration detecting means,
A heater for heating the sensor body to a temperature at which the nitrogen oxide concentration can be detected, a temperature detecting means for detecting the temperature of the oxygen concentration measuring cell , and the oxygen concentration measuring cell detected by the temperature detecting means. as the temperature of the preset target temperature, characterized by comprising a heater energization control means for controlling the energization of the heater.

【0013】また第2の目的を達成するためになされた
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の窒素酸化物
濃度検出装置において、前記温度検出手段にて検出され
た前記酸素濃度測定セルの温度の前記目標温度からのず
れに応じて、前記窒素酸化物濃度検出手段にて検出され
た窒素酸化物濃度を補正することにより、窒素酸化物濃
度の検出値を温度補償する補正手段を設けたことを特徴
とする。
The invention according to claim 2 made in order to achieve the second object is, in the nitrogen oxide concentration detecting device according to claim 1, the oxygen concentration detected by the temperature detecting means. Correcting means for compensating the detected value of the nitrogen oxide concentration by correcting the nitrogen oxide concentration detected by the nitrogen oxide concentration detecting means according to the deviation of the temperature of the measuring cell from the target temperature. Is provided.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】請求項1に記載の窒素酸化物濃度
検出装置は、前述した従来の窒素酸化物濃度検出装置と
同様、酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔質の電極
で挟んでなる第1酸素ポンピングセル及び酸素濃度測定
セルを有し、第1拡散律速層を介して被測定ガス側に連
通された第1測定室と、酸素イオン伝導性の固体電解質
層を多孔質の電極で挟んでなる第2酸素ポンピングセル
を有し、第2拡散律速層を介して前記第1測定室と連通
された第2測定室と、を備えたセンサ本体を用いて、被
測定ガス中のNOx濃度を検出するものであり、ポンプ
電流制御手段が、第1酸素ポンピングセル及び酸素濃度
測定セルの第1測定室側の電極を互いに接続した状態
で、酸素濃度測定セルの第1測定室とは反対側の電極に
生じた電圧を検出することにより、酸素濃度測定セルの
出力電圧を検出すると共に、その出力電圧が一定値とな
るように第1酸素ポンピングセルの第1測定室とは反対
側の電極に向けて電流を流し込むことにより、第1酸素
ポンピングセルにて第1測定室から酸素を汲み出し、第
1測定室から前記第2測定室に流入する被測定ガスの酸
素濃度を一定に制御する。そして、定電圧印加手段が、
第2酸素ポンピングセルに前記第2測定室から酸素を汲
み出す方向に一定電圧を印加し、窒素酸化物濃度検出手
段が、この一定電圧の印加によって第2酸素ポンピング
セルに流れる電流値に基づき、被測定ガス中のNOx濃
度を検出する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The nitrogen oxide concentration detector according to claim 1 is similar to the conventional nitrogen oxide concentration detector described above in that an oxygen ion conductive solid electrolyte layer is sandwiched between porous electrodes. A first measuring chamber having a first oxygen pumping cell and an oxygen concentration measuring cell, which communicate with the gas to be measured through a first diffusion-controlling layer, and a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity, which is a porous electrode. A second oxygen measuring cell having a second oxygen pumping cell sandwiched between the second measuring chamber and a second measuring chamber communicating with the first measuring chamber via a second diffusion controlling layer. The NOx concentration is detected, and the pump current control means includes a first oxygen pumping cell and an oxygen concentration.
The state where the electrodes on the first measurement chamber side of the measurement cell are connected to each other
At the electrode on the side opposite to the first measurement chamber of the oxygen concentration measurement cell.
The output voltage of the oxygen concentration measuring cell is detected by detecting the generated voltage, and the output voltage is opposite to the first measuring chamber of the first oxygen pumping cell so that the output voltage becomes a constant value.
By flowing an electric current toward the electrode on the side, oxygen is pumped out from the first measurement chamber by the first oxygen pumping cell, and the oxygen concentration of the measured gas flowing into the second measurement chamber from the first measurement chamber is made constant. Control. Then, the constant voltage applying means,
A constant voltage is applied to the second oxygen pumping cell in the direction of pumping oxygen from the second measurement chamber, and the nitrogen oxide concentration detecting means is based on the current value flowing in the second oxygen pumping cell by the application of the constant voltage, The NOx concentration in the measured gas is detected.

【0015】また、本発明の窒素酸化物濃度検出装置に
おいても、従来装置と同様、センサ本体をNOx濃度を
検出可能な温度まで加熱するためのヒータが備えられる
が、このヒータへの通電は、ヒータ通電制御手段によ
り、温度検出手段にて検出された酸素濃度測定セルの温
度が予め設定された目標温度となるように制御される。
The nitrogen oxide concentration detector of the present invention is also provided with a heater for heating the sensor body to a temperature at which the NOx concentration can be detected, as in the conventional device. The heater energization control unit controls the temperature of the oxygen concentration measurement cell detected by the temperature detection unit to be a preset target temperature.

【0016】従って、本発明の窒素酸化物濃度検出装置
によれば、酸素濃度測定セルにより、NOx濃度の検出
精度に最も大きな影響を与える酸素濃度(詳しくは第1
測定室から第2測定室に流入する被測定ガスの酸素濃
度)を正確に検出できることになる。また、本発明のよ
うに、ヒータにより酸素濃度測定セルの温度を目標温度
に制御すれば、第1酸素ポンピングセル及び第2酸素ポ
ンピングセルの温度も略一定に制御できる。この結果、
本発明によれば、ポンプ電流制御手段による第1酸素ポ
ンピングセルの通電制御によって、第1測定室から第2
測定室に流入する被測定ガスの酸素濃度を予め設定され
た一定濃度に制御することができ、第2酸素ポンピング
セルに流れる電流から被測定ガス中のNOx濃度を正確
に検出できることになる。
Therefore, according to the nitrogen oxide concentration detecting apparatus of the present invention, the oxygen concentration measuring cell has the greatest effect on the detection accuracy of the NOx concentration.
It is possible to accurately detect the oxygen concentration of the measured gas flowing from the measurement chamber to the second measurement chamber. Further, if the temperature of the oxygen concentration measuring cell is controlled to the target temperature by the heater as in the present invention, the temperatures of the first oxygen pumping cell and the second oxygen pumping cell can be controlled to be substantially constant. As a result,
According to the present invention, by controlling the energization of the first oxygen pumping cell by the pump current control means, the second measuring chamber can be changed from the first measuring chamber to the second measuring chamber.
The oxygen concentration of the measured gas flowing into the measurement chamber can be controlled to a preset constant concentration, and the NOx concentration in the measured gas can be accurately detected from the current flowing through the second oxygen pumping cell.

【0017】そして、このように、本発明の窒素酸化物
濃度検出装置では、センサ本体を構成する3種のセルの
うち、NOx濃度の検出精度に最も影響を与える酸素濃
度(詳しくは第1測定室から第2測定室に流入する被測
定ガスの酸素濃度)を検出する酸素濃度測定セルの温度
が目標温度となるように、センサ本体を加熱するヒータ
への通電電流量を制御することにより、センサ本体の温
度変化の影響を受けることなくNOx濃度を正確に検出
できるようにしており、酸素濃度測定セルの温度を検出
する温度検出手段とその検出結果に応じてヒータへの通
電を制御するヒータ通電制御手段を設けるだけで、セン
サ本体の温度制御系を構成できるため、センサ本体の温
度制御を簡単な構成で効率よく行うことができる窒素酸
化物濃度検出装置を提供できる。
As described above, in the nitrogen oxide concentration detector of the present invention, of the three types of cells forming the sensor body, the oxygen concentration that most affects the NOx concentration detection accuracy (specifically, the first measurement By controlling the amount of current supplied to the heater for heating the sensor main body so that the temperature of the oxygen concentration measuring cell for detecting (the oxygen concentration of the measured gas flowing into the second measuring chamber from the chamber) becomes the target temperature, The NOx concentration can be accurately detected without being affected by the temperature change of the sensor body, and the temperature detecting means for detecting the temperature of the oxygen concentration measuring cell and the heater for controlling the energization of the heater according to the detection result. Since the temperature control system of the sensor body can be configured only by providing the energization control means, the temperature control of the sensor body can be efficiently performed with a simple structure. It can be provided.

【0018】なお、第1測定室から第2測定室に流れ込
む被測定ガスの酸素濃度を測定するには、酸素濃度測定
セルの電極配置に注意する必要がある。即ち、酸素濃度
測定セルの電極の内、被測定ガスに接する側の電極(換
言すれば第1測定室側の電極)を、できるだけ第2拡散
律速層の近傍に配置することにより、第1測定室から第
2測定室に流入する被測定ガスの酸素濃度を正確に測定
することができる。
In order to measure the oxygen concentration of the gas to be measured flowing into the second measurement chamber from the first measurement chamber, it is necessary to pay attention to the electrode arrangement of the oxygen concentration measurement cell. That is, among the electrodes of the oxygen concentration measuring cell, the electrode on the side in contact with the gas to be measured (in other words, the electrode on the side of the first measurement chamber) is arranged as close to the second diffusion-controlling layer as possible to make the first measurement. The oxygen concentration of the gas to be measured flowing from the chamber to the second measurement chamber can be accurately measured.

【0019】次に請求項2に記載の窒素酸化物濃度検出
装置においては、補正手段が、温度検出手段にて検出さ
れた前記濃度測定セルの温度の目標温度からのずれに応
じて、窒素酸化物濃度検出手段にて検出された窒素酸化
物濃度を補正する。このため、本発明(請求項2)によ
れば、ヒータ通電制御手段によって温度制御を実行して
いるにもかかわらず、センサ本体の温度が目標温度にな
るように制御できない場合には、補正手段によって、N
Ox濃度の検出結果を温度補償することができ、NOx
濃度の検出精度をより向上することができる。
Next, in the nitrogen oxide concentration detecting device according to the second aspect of the invention, the correcting means changes the nitrogen oxide concentration according to the deviation of the temperature of the concentration measuring cell detected by the temperature detecting means from the target temperature. The nitrogen oxide concentration detected by the substance concentration detecting means is corrected. Therefore, according to the present invention (Claim 2), if the temperature of the sensor body cannot be controlled to reach the target temperature even though the temperature control is being performed by the heater energization control unit, the correction unit By N
The detection result of Ox concentration can be temperature-compensated, and NOx
The density detection accuracy can be further improved.

【0020】つまり、例えば、被測定ガスの温度が急変
したような場合には、ヒータ通電制御手段による温度制
御によってセンサ本体の温度を制御しきれず、被測定ガ
スの温度変化に応じてセンサ本体の温度が一時的に変化
してしまうことがあるが、本発明によれば、このような
場合にもNOx濃度を正確に検出できることになり、N
Ox濃度の検出精度をより向上できるようになるのであ
る。
That is, for example, when the temperature of the gas to be measured suddenly changes, the temperature of the sensor body cannot be controlled by the temperature control by the heater energization control means, and the temperature of the sensor body changes depending on the temperature change of the gas to be measured. Although the temperature may change temporarily, the present invention makes it possible to accurately detect the NOx concentration even in such a case.
The Ox concentration detection accuracy can be further improved.

【0021】ここで、酸素濃度測定セルの温度を検出す
る温度検出手段としては、例えば、酸素濃度測定セル近
傍に温度検出用の素子を設けることによって実現するこ
ともできるが、この場合、センサ本体の構造が複雑にな
り、また酸素濃度測定セル自体の温度を正確に検出する
ことも難しい。
Here, the temperature detecting means for detecting the temperature of the oxygen concentration measuring cell can be realized by, for example, providing an element for temperature detection in the vicinity of the oxygen concentration measuring cell. Is complicated, and it is difficult to accurately detect the temperature of the oxygen concentration measuring cell itself.

【0022】従って、請求項3に記載のように、温度検
出手段を、酸素濃度測定セルの内部抵抗を検出するよう
に構成し、ヒータ通電制御手段において、その検出され
た酸素濃度測定セルの内部抵抗が目標温度に対応した所
定値となるように、ヒータへの通電を制御するようにす
ることが望ましい。
Therefore, as described in claim 3, the temperature detecting means is constituted so as to detect the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell, and the heater energization control means is adapted to detect the inside of the detected oxygen concentration measuring cell. It is desirable to control the energization of the heater so that the resistance has a predetermined value corresponding to the target temperature.

【0023】つまり、酸素濃度測定セルの内部抵抗は、
酸素濃度測定セルの温度に応じて変化する(温度が高く
なる程内部抵抗が低くなる)ことから、請求項3に記載
のように、酸素濃度測定セルの内部抵抗を検出するよう
にすれば、その検出した内部抵抗から、センサ本体に温
度検出用の素子を別途設けることなく、酸素濃度測定セ
ルの温度を正確に検出することができるようになり、セ
ンサ本体の温度制御を、より簡単且つ高精度に実行でき
ることになる。
That is, the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell is
Since it changes according to the temperature of the oxygen concentration measuring cell (the higher the temperature, the lower the internal resistance), as described in claim 3, if the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell is detected, From the detected internal resistance, it becomes possible to accurately detect the temperature of the oxygen concentration measuring cell without separately providing a temperature detecting element in the sensor body, and the temperature control of the sensor body can be performed easily and with high temperature. It can be executed with accuracy.

【0024】またこのように、温度検出手段にて酸素濃
度測定セルの内部抵抗を検出する場合、温度検出手段と
しては、例えば、酸素濃度測定セルに内部抵抗検出用の
定電圧を印加し、そのとき酸素濃度測定セルに流れる電
流量を検出するようにするとか、或いは酸素濃度測定セ
ルに内部抵抗検出用の定電流を流し、そのとき酸素濃度
測定セルの両端電圧を検出するようにすればよい。
When the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell is detected by the temperature detecting means as described above, the temperature detecting means may be, for example, a constant voltage for detecting internal resistance applied to the oxygen concentration measuring cell. At this time, the amount of current flowing through the oxygen concentration measuring cell may be detected, or a constant current for detecting internal resistance may be passed through the oxygen concentration measuring cell, and at that time the voltage across the oxygen concentration measuring cell may be detected. .

【0025】但し、このように酸素濃度測定セルの内部
抵抗を検出する際には、一時的に、ポンプ電流制御手段
と酸素濃度測定セルとの接続を遮断して、ポンプ電流制
御手段による第1酸素ポンピングセルの通電制御を停止
させる必要はある。つまり、内部抵抗検出のために酸素
濃度測定セルに通電すると、その両端電圧は、第1測定
室から第2測定室に流入する被測定ガスの酸素濃度とは
対応しない値となり、そのときポンプ電流制御手段の制
御動作を継続させると、第1測定室から第2測定室に流
入する被測定ガスの酸素濃度が誤制御されてしまうこと
から、酸素濃度測定セルの内部抵抗検出時には、こうし
た誤制御が生じることのないよう、ポンプ電流制御手段
による制御動作を停止させることが望ましい。
However, when detecting the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell as described above, the pump current controlling means temporarily cuts off the connection between the pump current controlling means and the oxygen concentration measuring cell. It is necessary to stop the energization control of the oxygen pumping cell. That is, when the oxygen concentration measuring cell is energized to detect the internal resistance, the voltage across the cell becomes a value that does not correspond to the oxygen concentration of the measured gas flowing into the second measuring chamber from the first measuring chamber, and at that time the pump current If the control operation of the control means is continued, the oxygen concentration of the gas to be measured flowing from the first measurement chamber to the second measurement chamber is erroneously controlled. Therefore, such erroneous control is performed when the internal resistance of the oxygen concentration measurement cell is detected. It is desirable to stop the control operation by the pump current control means so that the above problem does not occur.

【0026】また次に、酸素濃度測定セルは、第1測定
室から第2測定室に流入する被測定ガスの酸素濃度を検
出するためのものであり、このセルを構成する一対の多
孔質電極のうち、被測定ガスに接しない電極側の酸素濃
度は、一定の酸素濃度にする必要がある。そして、この
ためには、例えば、その電極側に、酸素濃度が一定の基
準ガス(例えば大気)を導入するようにしてもよいが、
このように外部から基準ガスを導入するには、センサ本
体に基準ガス導入のための空隙を設けなければならず、
センサ本体の構造が複雑になってしまう。
Next, the oxygen concentration measuring cell is for detecting the oxygen concentration of the gas to be measured flowing into the second measuring chamber from the first measuring chamber, and a pair of porous electrodes constituting this cell are provided. Of these, the oxygen concentration on the electrode side not in contact with the gas to be measured needs to be constant. For this purpose, for example, a reference gas having a constant oxygen concentration (for example, the atmosphere) may be introduced to the electrode side,
In order to introduce the reference gas from the outside in this way, a gap for introducing the reference gas must be provided in the sensor body,
The structure of the sensor body becomes complicated.

【0027】そこで、酸素濃度測定セルの第1測定室と
は反対側(つまり被測定ガスと接しない側)の多孔質電
極を基準酸素濃度とするには、請求項4に記載のよう
に、センサ本体において、酸素濃度測定セルの第1測定
室とは反対側の多孔質電極を閉塞すると共に、その閉塞
空間内の酸素の一部が漏出抵抗部を介して外部に漏出可
能に形成し、ポンプ電流制御手段側で、酸素濃度測定セ
ルに対して、第1測定室中の酸素を閉塞空間に汲み出す
方向に微小電流を流し、その閉塞空間を内部酸素基準源
として機能させつつ、酸素濃度測定セルに生じる起電力
が一定値となるように第1酸素ポンピングセルに流れる
電流量を制御するようにすればよい。つまり、このよう
に構成すれば、センサ本体に基準ガス導入のための空隙
を設ける必要はなく、センサ本体の構造を簡単にするこ
とができる。
Therefore, in order to make the porous electrode on the side of the oxygen concentration measuring cell opposite to the first measuring chamber (that is, the side not in contact with the gas to be measured) the reference oxygen concentration, as described in claim 4, In the sensor body, the porous electrode on the side opposite to the first measurement chamber of the oxygen concentration measurement cell is closed, and a part of oxygen in the closed space is formed so as to be able to leak to the outside through the leak resistance portion. On the pump current control means side, a small current is caused to flow to the oxygen concentration measuring cell in the direction of pumping out the oxygen in the first measurement chamber into the closed space, and the closed space is made to function as an internal oxygen reference source while the oxygen concentration is measured. The amount of current flowing through the first oxygen pumping cell may be controlled so that the electromotive force generated in the measurement cell has a constant value. That is, according to this structure, it is not necessary to provide a space for introducing the reference gas in the sensor body, and the structure of the sensor body can be simplified.

【0028】そして、この場合、温度検出手段により酸
素濃度測定セルの内部抵抗を測定するには、請求項4に
記載のように、ポンプ電流制御手段と酸素濃度測定セル
との接続を周期的に遮断して、その遮断時に、酸素濃度
測定セルに、内部酸素基準源生成用の微小電流よりも大
きな内部抵抗検出用電流を、微小電流とは逆方向に流
し、そのとき酸素濃度測定セルの電極間に生じる電圧か
ら、酸素濃度測定セルの内部抵抗を検出するように、温
度検出手段を構成することが望ましい。
In this case, in order to measure the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell by the temperature detecting means, the connection between the pump current control means and the oxygen concentration measuring cell is periodically performed as described in claim 4. At the time of interruption, an internal resistance detection current larger than the minute current for generating the internal oxygen reference source is made to flow in the oxygen concentration measuring cell in the opposite direction of the minute current, and at that time, the electrode of the oxygen concentration measuring cell It is desirable to configure the temperature detecting means so as to detect the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell from the voltage generated between the cells.

【0029】つまり、内部抵抗検出用電流は、微小電流
と同方向に流すこともできるが、電極の劣化を抑えるた
めに通常とは逆方向に電流を流すことで、周期的に電極
を活性化させるという効果を持たせることができる。な
お、酸素濃度測定セルに電流を流した場合、酸素濃度測
定セルが発生する電圧(電極間電圧)は、酸素濃度測定
セルの内部抵抗だけでなく、各電極側の酸素濃度の比に
応じて発生する起電力によっても変化するが、酸素濃度
測定セルの各電極側の酸素濃度(つまり第1測定室から
第2測定室に流入する被測定ガスの酸素濃度及び閉塞空
間内の酸素濃度)は、夫々、微小電流の通電及びポンプ
電流制御手段による第1酸素ポンピングセルの通電制御
によって、略一定になっているため、内部抵抗検出用電
流の通電期間中の起電力は程一定であり、また、内部抵
抗検出用電流によって生じる逆起電力は、酸素濃度測定
セルの起電力変化に対して比較的大きいことから、本発
明によれば、この起電力の変化の影響を受けることなく
酸素濃度測定セルの内部抵抗を検出できる。
That is, the internal resistance detection current can be made to flow in the same direction as the minute current, but in order to suppress deterioration of the electrode, a current is made to flow in the opposite direction to the normal direction to activate the electrode. It can have the effect of When a current is applied to the oxygen concentration measuring cell, the voltage (inter-electrode voltage) generated by the oxygen concentration measuring cell depends not only on the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell but also on the ratio of the oxygen concentration on each electrode side. The oxygen concentration on each electrode side of the oxygen concentration measuring cell (that is, the oxygen concentration of the measured gas flowing into the second measuring chamber from the first measuring chamber and the oxygen concentration in the closed space) varies depending on the electromotive force generated. , Respectively, the electromotive force during the energization period of the internal resistance detection current is approximately constant, because they are substantially constant due to the energization of the minute current and the energization control of the first oxygen pumping cell by the pump current control means, respectively. Since the counter electromotive force generated by the internal resistance detection current is relatively large with respect to the change in the electromotive force of the oxygen concentration measuring cell, according to the present invention, the oxygen concentration can be measured without being affected by the change in the electromotive force. SE It can detect the internal resistance of.

【0030】またこのように、酸素濃度測定セルの内部
抵抗を検出するために、酸素濃度測定セルに内部抵抗検
出用電流を流した場合、酸素濃度測定セルは、固体電解
質体もしくは固体電解質体と電極との間で分極の方向が
変わるため、直ぐには、測定前と同じ様に、第1測定室
内の酸素濃度と閉塞空間内の酸素濃度との比に応じて起
電力を発生することはできず、僅かながら起電力ははず
れた値となる。従って、この分極が解消し、酸素濃度測
定セルにより、第1測定室から第2測定室に流入する被
測定ガスの酸素濃度を正確に検出できるようになるに
は、ある程度の時間を要し、内部抵抗検出直後から、ポ
ンプ電流制御手段の制御動作を再開させても、NOx濃
度を正確に検出することはできない。
In this way, when an internal resistance detecting current is passed through the oxygen concentration measuring cell in order to detect the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell, the oxygen concentration measuring cell is a solid electrolyte body or a solid electrolyte body. Since the direction of polarization changes between the electrodes, it is immediately possible to generate an electromotive force according to the ratio between the oxygen concentration in the first measurement chamber and the oxygen concentration in the closed space, as before measurement. However, the electromotive force is slightly off. Therefore, it takes some time for the polarization to be eliminated and the oxygen concentration of the gas to be measured flowing into the second measurement chamber from the first measurement chamber to be accurately detected by the oxygen concentration measurement cell. Even if the control operation of the pump current control means is restarted immediately after the detection, the NOx concentration cannot be detected accurately.

【0031】そして、内部抵抗検出後、NOx濃度を正
確に検出できるようになるまでの時間(検出停止時間)
を短くにするには、請求項5に記載のように、酸素濃度
測定セルに内部抵抗検出用電流を流して内部抵抗を検出
した後、その内部抵抗検出用電流を逆方向に流すよう
に、温度検出手段を構成すればよい。
The time until the NOx concentration can be accurately detected after detecting the internal resistance (detection stop time)
In order to shorten the value, as described in claim 5, after the internal resistance detection current is passed through the oxygen concentration measuring cell to detect the internal resistance, the internal resistance detection current is passed in the opposite direction. The temperature detecting means may be configured.

【0032】つまり、酸素濃度測定セルの内部抵抗検出
時には、酸素濃度測定セルに、内部抵抗検出用電流をパ
ルス状に1回ずつ交番に流すようにすれば、酸素濃度測
定セルの各電極側の酸素濃度が内部抵抗検出前の安定状
態に速やかに復帰することになり、内部抵抗検出後、N
Ox濃度を正確に検出できるようになるまでの時間を短
くできる。
That is, at the time of detecting the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell, if the internal resistance detecting current is alternately passed through the oxygen concentration measuring cell once in a pulse shape, each electrode side of the oxygen concentration measuring cell The oxygen concentration will quickly return to the stable state before the internal resistance was detected.
It is possible to shorten the time until the Ox concentration can be accurately detected.

【0033】また次に、本発明では、センサ本体を構成
している3種のセルのうち、NOx濃度の検出精度に最
も影響を与える酸素濃度(つまり、第1測定室から第2
測定室に流入する被測定ガスの酸素濃度)を検出する酸
素濃度測定セルの温度を、センサ本体の温度として検出
して、ヒータへの通電電流を制御するが、センサ本体の
構造によっては、第1酸素ポンピングセルや第2酸素ポ
ンピングセルの温度を目標温度付近に制御できないこと
も考えられる。
Next, in the present invention, of the three types of cells constituting the sensor body, the oxygen concentration that most affects the detection accuracy of the NOx concentration (that is, from the first measurement chamber to the second concentration chamber).
The temperature of the oxygen concentration measuring cell that detects (the oxygen concentration of the measured gas flowing into the measurement chamber) is detected as the temperature of the sensor body to control the current flowing to the heater. It is conceivable that the temperatures of the first oxygen pumping cell and the second oxygen pumping cell cannot be controlled near the target temperature.

【0034】そこで、本発明の温度制御よる効果をより
良好に得られるようにするには、請求項6に記載のよう
に、センサ本体において、第1酸素ポンピングセル,酸
素濃度測定セル及び第2酸素ポンピングセルは、夫々、
互いに異なる薄板状の固体電解質層に形成され、第1測
定室及び第2測定室は、各固体電解質層を、第1及び第
2酸素ポンピングセルを形成した固体電解質層を外側に
して、所定の間隙を介して積層することにより構成さ
れ、ヒータは、基板にヒータ配線を形成した薄板状の2
枚のヒータ基板からなり、各ヒータ基板をセンサ本体に
おける各固体電解質層の積層方向両側に所定の間隙を介
して夫々配置することにより、センサ本体を加熱可能に
構成され、しかも、第1拡散律速層を、第1酸素ポンピ
ングセルが形成された固体電解質層の、ヒータ基板に形
成されたヒータ配線の中央部との対向位置を含む箇所に
形成することが望ましい。
Therefore, in order to obtain the effect of the temperature control of the present invention more favorably, the first oxygen pumping cell, the oxygen concentration measuring cell, and the second oxygen pumping cell in the sensor body are provided as described in claim 6. Each oxygen pumping cell
The first and second measurement chambers are formed on different thin plate-shaped solid electrolyte layers, and the solid electrolyte layers having the first and second oxygen pumping cells are disposed outside in the predetermined measurement chambers and the second measurement chambers, respectively. The heater is formed by stacking with a gap therebetween, and the heater is a thin plate-like 2 having heater wiring formed on a substrate.
Sheets made from the heater board by the heaters substrates respectively arranged with a predetermined gap in the stacking direction on both sides of the solid electrolyte layer in the sensor body, is heatable constructed sensor body, moreover, the first diffusion rate-determining It is desirable that the layer is formed at a location including a position facing the central portion of the heater wiring formed on the heater substrate in the solid electrolyte layer in which the first oxygen pumping cell is formed.

【0035】つまり、センサ本体及びヒータを上記のよ
うに形成すれば、酸素濃度測定セルが形成された固体電
解質層が、第1酸素ポンピングセル及び第2酸素ポンピ
ングセルが形成された固体電解質層に挟まれ、更にその
積層方向両側にヒータ基板が配置されることになるの
で、ヒータの通電制御によって酸素濃度測定セルの温度
を目標温度に制御すれば、第1酸素ポンピングセル及び
第2酸素ポンピングセルをより確実に目標温度に制御す
ることができ、しかも第1拡散律速層から第1測定室に
流入する被測定ガスもヒータにより充分加熱することが
できるようになる。
That is, if the sensor main body and the heater are formed as described above, the solid electrolyte layer in which the oxygen concentration measuring cell is formed becomes the solid electrolyte layer in which the first oxygen pumping cell and the second oxygen pumping cell are formed. Since the heater substrates are sandwiched and arranged on both sides in the stacking direction, if the temperature of the oxygen concentration measuring cell is controlled to the target temperature by controlling the energization of the heater, the first oxygen pumping cell and the second oxygen pumping cell can be obtained. Can be controlled more reliably to the target temperature, and the gas to be measured flowing from the first diffusion-controlling layer into the first measurement chamber can be sufficiently heated by the heater.

【0036】この結果、本発明(請求項6)によれば、
センサ本体における各セルの温度のばらつきを発生し難
くすると共に、各セルが被測定ガスの温度の影響を受け
難くして、NOx濃度の検出精度をより向上することが
可能になる。またこの場合、請求項7に記載のように、
第2拡散律速層を、センサ本体を各固体電解質層の積層
方向から投影したときに第1拡散律速層の少なくとも一
部と重なるように形成し、この第2拡散律速層近傍に、
酸素濃度測定セルを配置するようにすれば、センサ本体
及びその内部の被測定ガスの温度を目標温度により確実
に制御することができ、NOx濃度の検出精度を向上で
きることになる。
As a result, according to the present invention (claim 6),
It is possible to make it difficult for the temperature of each cell in the sensor body to fluctuate, and to make each cell less susceptible to the temperature of the gas to be measured, thereby further improving the NOx concentration detection accuracy. In this case, as described in claim 7,
The second diffusion-controlling layer is formed so as to overlap at least a part of the first diffusion-controlling layer when the sensor body is projected from the stacking direction of the solid electrolyte layers, and in the vicinity of the second diffusion-controlling layer,
By disposing the oxygen concentration measuring cell, the temperature of the sensor main body and the gas to be measured inside the sensor main body can be reliably controlled by the target temperature and the detection accuracy of the NOx concentration can be improved.

【0037】[0037]

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面と共に説明す
る。図1は本発明が適用された実施例の窒素酸化物濃度
検出装置全体の構成を表す概略構成図、図2はこの窒素
酸化物濃度検出装置において用いられるNOxセンサ2
の分解斜視図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of a nitrogen oxide concentration detecting apparatus of an embodiment to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a NOx sensor 2 used in this nitrogen oxide concentration detecting apparatus.
FIG.

【0038】図1に示す如く、窒素酸化物濃度検出装置
は、センサ本体としてのNOxセンサ2と、NOxセン
サ2を構成する第1酸素ポンピングセル(以下、第1ポ
ンプセルという)4及び酸素濃度測定セル(以下、Vs
セルという)6への通電及び通電経路の切り換えを行な
うための駆動回路40と、NOxセンサ2を構成する第
2酸素ポンピングセル(以下、第2ポンプセルという)
8に定電圧を印加してそのとき流れる電流(以下、第2
ポンプ電流という)IP2を検出する検出回路42と、N
Oxセンサ2に設けられた一対のヒータ12,14へ通
電して各セル4,6,8を加熱させるヒータ通電回路4
4と、駆動回路40及びヒータ通電回路44を駆動制御
すると共に、検出回路42からの検出信号VIP2 に基づ
き被測定ガス中のNOx濃度を演算する、マイクロコン
ピュータからなる電子制御回路(以下、ECUという)
50とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the nitrogen oxide concentration detecting device includes a NOx sensor 2 as a sensor body, a first oxygen pumping cell (hereinafter referred to as a first pump cell) 4 constituting the NOx sensor 2, and an oxygen concentration measurement. Cell (hereinafter Vs
(Hereinafter referred to as a cell) 6, a drive circuit 40 for energizing and switching the energization path, and a second oxygen pumping cell (hereinafter referred to as a second pump cell) constituting the NOx sensor 2.
A constant voltage is applied to 8 and the current that flows at that time (hereinafter referred to as the second
A detection circuit 42 for detecting IP2 (referred to as pump current), and
A heater energizing circuit 4 for energizing a pair of heaters 12 and 14 provided in the Ox sensor 2 to heat the cells 4, 6 and 8.
4, the drive circuit 40 and the heater energizing circuit 44 are driven and controlled, and an electronic control circuit (hereinafter referred to as ECU) composed of a microcomputer for calculating the NOx concentration in the gas to be measured based on the detection signal VIP2 from the detection circuit 42. )
And 50.

【0039】図2に示す如く、NOxセンサ2におい
て、第1ポンプセル4は、板状に形成された固体電解質
層4aの両側に、夫々、矩形状の多孔質電極4b,4c
及びそのリード部4bl,4clを形成し、更に、多孔質電
極4b,4cの中心部分を貫通するように固体電解質層
4aに丸孔を穿設して、その丸孔に多孔質の充填材を詰
めることにより、拡散律速層4dを形成したものであ
る。
As shown in FIG. 2, in the NOx sensor 2, the first pump cell 4 has rectangular porous electrodes 4b and 4c on both sides of the plate-shaped solid electrolyte layer 4a.
And its lead portions 4bl, 4cl are formed, and a round hole is formed in the solid electrolyte layer 4a so as to penetrate the central portions of the porous electrodes 4b, 4c, and a porous filler is filled in the round hole. The diffusion-controlling layer 4d is formed by filling.

【0040】またVsセル6は、第1ポンプセル4の固
体電解質層4aと同形状の固体電解質層6aの両側に、
夫々、円形状の多孔質電極6b,6c及びそのリード部
6bl,6clを形成し、更に、多孔質電極6b,6cの中
心部分を貫通するように固体電解質層6aに丸孔を穿設
して、その丸孔に多孔質の充填材を詰めることにより、
拡散律速層6dを形成したものである。
The Vs cell 6 is provided on both sides of the solid electrolyte layer 6a having the same shape as the solid electrolyte layer 4a of the first pump cell 4,
The circular porous electrodes 6b and 6c and the lead portions 6bl and 6cl thereof are formed, and round holes are formed in the solid electrolyte layer 6a so as to penetrate through the central portions of the porous electrodes 6b and 6c. By filling the round holes with a porous filler,
The diffusion-controlling layer 6d is formed.

【0041】そして、このVsセル6の多孔質電極6
b,6cと第1ポンプセル4の多孔質電極4b,4cと
は、固体電解質層4a,6a上での中心位置が略一致
し、Vsセル6と第1ポンプセル4とを積層した際、各
拡散律速層6d,4dが互いに対向するようにされてい
る。また、Vsセル6に形成される円形状の多孔質電極
6b,6cは、第1ポンプセル4に形成される矩形状の
多孔質電極4b,4cよりも小さくなっている。また、
Vsセル6の表裏面には、リード部6bl,6clからの電
流リークを防止するために、リード部6bl,6clを外側
から覆うようにアルミナ等からなる絶縁膜が形成されて
おり、しかも各リード部6bl,6cl間には、後述の通電
制御によって多孔質電極6c側に汲み込まれた酸素の一
部を多孔質電極6b側に漏出させる漏出抵抗部6fが形
成されている。
Then, the porous electrode 6 of this Vs cell 6 is used.
b, 6c and the porous electrodes 4b, 4c of the first pump cell 4 have substantially the same center position on the solid electrolyte layers 4a, 6a, and when the Vs cell 6 and the first pump cell 4 are stacked, each diffusion The rate controlling layers 6d and 4d are arranged to face each other. The circular porous electrodes 6b and 6c formed in the Vs cell 6 are smaller than the rectangular porous electrodes 4b and 4c formed in the first pump cell 4. Also,
An insulating film made of alumina or the like is formed on the front and back surfaces of the Vs cell 6 so as to cover the lead portions 6bl and 6cl from the outside in order to prevent current leakage from the lead portions 6bl and 6cl. A leakage resistance portion 6f is formed between the portions 6bl and 6cl for leaking a part of oxygen pumped into the porous electrode 6c side to the porous electrode 6b side by energization control described later.

【0042】このように形成された第1ポンプセル4及
びVsセル6は、上記各固体電解質層4a,6aと同形
状の固体電解質層18を介して積層される。そして、こ
の固体電解質層18の各多孔質電極4c,6bとの対向
位置には、多孔質電極4cよりも大きな矩形状の孔が穿
設されており、この孔が第1測定室20として機能す
る。
The first pump cell 4 and the Vs cell 6 formed in this way are laminated via the solid electrolyte layer 18 having the same shape as the solid electrolyte layers 4a and 6a. Then, a rectangular hole larger than the porous electrode 4c is formed at a position of the solid electrolyte layer 18 facing the respective porous electrodes 4c and 6b, and this hole functions as the first measurement chamber 20. To do.

【0043】またVsセル6の多孔質電極6c側にも、
上記各固体電解質層4a,6aと同形状の固体電解質層
22が積層される。そして、この固体電解質層22に
は、Vsセル6の拡散律速層6dと同位置に同寸法の丸
孔を穿設して、その丸孔に多孔質の充填材を詰めること
により、拡散律速層22dが形成されている。
Also on the porous electrode 6c side of the Vs cell 6,
A solid electrolyte layer 22 having the same shape as each of the solid electrolyte layers 4a and 6a is laminated. Then, in the solid electrolyte layer 22, a circular hole having the same size is formed at the same position as the diffusion controlling layer 6d of the Vs cell 6, and the porous hole is filled with a porous filling material. 22d is formed.

【0044】一方、第2ポンプセル8は、第1ポンプセ
ル4と同様、板状に形成された固体電解質層8aの両側
に、夫々、矩形状の多孔質電極8b,8c及びそのリー
ド部8bl,8clを形成したものである。そして、この第
2ポンプセル8は、固体電解質層18と全く同様に形成
された固体電解質層24を介して、Vsセル6に積層さ
れた固体電解質層22に積層される。この結果、固体電
解質層24に穿設された矩形状の孔が第2測定室26と
して機能することになる。
On the other hand, like the first pump cell 4, the second pump cell 8 has rectangular porous electrodes 8b and 8c and lead portions 8bl and 8cl on both sides of the plate-shaped solid electrolyte layer 8a, respectively. Is formed. Then, the second pump cell 8 is laminated on the solid electrolyte layer 22 laminated on the Vs cell 6 via the solid electrolyte layer 24 formed exactly like the solid electrolyte layer 18. As a result, the rectangular hole formed in the solid electrolyte layer 24 functions as the second measurement chamber 26.

【0045】またこのように積層される第1ポンプセル
4,Vsセル6,第2ポンプセル8の積層体の両側、つ
まり、第1ポンプセル4と第2ポンプセル8の外側に
は、夫々、スペーサ28,29により所定間隔を開け
て、ヒータ12,14が積層される。
On both sides of the laminated body of the first pump cell 4, the Vs cell 6, and the second pump cell 8 thus laminated, that is, on the outside of the first pump cell 4 and the second pump cell 8, spacers 28, The heaters 12 and 14 are laminated at a predetermined interval by 29.

【0046】このヒータ12,14は、上記各固体電解
質層4a,6a,…と同形状のヒータ基板12a,12
c,14a,14cと、ヒータ基板12aと12cとの
間及びヒータ基板14aと14cとの間に夫々挟まれ、
各ヒータ基板内に埋設されて形成された、ヒータ配線1
2b,14b及びそのリード部12bl,14blとからな
り、スペーサ28,29は、このヒータ12,14が、
第1ポンプセル4及び第2ポンプセル8の多孔質電極4
b及び8cと、夫々、間隙を介して互いに対向するよう
に、ヒータ12,14と第1ポンプセル4及び第2ポン
プセル8との間に配置されている。
The heaters 12, 14 have heater substrates 12a, 12 of the same shape as the solid electrolyte layers 4a, 6a ,.
c, 14a, 14c and the heater substrates 12a and 12c, and between the heater substrates 14a and 14c, respectively,
Heater wiring 1 formed by being embedded in each heater substrate
2b and 14b and their lead portions 12bl and 14bl, and the spacers 28 and 29 are such that the heaters 12 and 14 are
Porous electrode 4 of the first pump cell 4 and the second pump cell 8
b and 8c are respectively arranged between the heaters 12 and 14 and the first pump cell 4 and the second pump cell 8 so as to face each other with a gap therebetween.

【0047】ここで、上記各固体電解質層4a,6a,
…を構成する固体電解質としては、ジルコニアとイット
リアの固溶体やジルコニアとカルシアの固溶体が代表的
なものであるが、他にハフニアの固溶体、ペロブスカイ
ト型酸化物固溶体、3価金属酸化物固溶体等も使用でき
る。また各固体電解質層4a,6a,8aの表面に設け
る多孔質電極には、触媒機能を有する白金やロジウム或
はその合金を使用するのが好ましい。そして、その形成
方法としては、たとえば、白金粉末に固体電解質層と同
じ材料の粉末を混合したものをペースト状とし、固体電
解質層上にスクリーン印刷し、次いで焼結する厚膜形成
方法や、溶射による被膜形成方法が知られている。ま
た、拡散律速層4d,6d,22dは、細い貫通孔を有
するセラミックスや多孔質セラミックスを使用するのが
好ましい。
Here, each of the solid electrolyte layers 4a, 6a,
Typical solid electrolytes that compose ... are solid solutions of zirconia and yttria and zirconia and calcia, but other solid solutions of hafnia, perovskite type oxide solid solutions, trivalent metal oxide solid solutions, etc. are also used. it can. Further, it is preferable to use platinum or rhodium or its alloy having a catalytic function for the porous electrode provided on the surface of each solid electrolyte layer 4a, 6a, 8a. Then, as the forming method, for example, a thick film forming method in which platinum powder is mixed with powder of the same material as the solid electrolyte layer to form a paste, screen-printed on the solid electrolyte layer, and then sintered, or thermal spraying A method for forming a coating film is known. Further, it is preferable that the diffusion-controlling layers 4d, 6d, 22d be made of ceramics having thin through holes or porous ceramics.

【0048】一方、ヒータ12,14のヒータ配線12
b,14bは、セラミックスと白金又は白金合金の複合
材料とし、そのリード部12bl,14blは、抵抗値を低
下してリード部での電気ロスを低減するために、白金又
は白金合金とすることが好ましい。また、ヒータ基板1
2a,12b,14a,14c及びスペーサ28,29
には、アルミナ、スピネル、フォルステライト、ステア
タイト、ジルコニア等を用いることができる。
On the other hand, the heater wiring 12 of the heaters 12 and 14
b and 14b are made of a composite material of ceramics and platinum or a platinum alloy, and the lead portions 12bl and 14bl thereof are made of platinum or a platinum alloy in order to reduce the resistance value and reduce the electrical loss in the lead portion. preferable. Also, the heater substrate 1
2a, 12b, 14a, 14c and spacers 28, 29
Alumina, spinel, forsterite, steatite, zirconia or the like can be used as the material.

【0049】そして、特に、ヒータ基板及びスペーサの
材質にジルコニアを用いた場合は、ヒータと各ポンプセ
ルを同時に一体化して焼結することができるので、NO
xセンサ2を作製する上で好適である。尚、この場合に
は、ヒータ配線12b及びそのリード部12blとヒータ
基板12a,12cとの間、及び、ヒータ配線14b及
びそのリード部14blとヒータ基板14a,14cとの
間に、夫々、絶縁層(アルミナ等からなる)を設ける。
In particular, when zirconia is used as the material for the heater substrate and the spacer, the heater and each pump cell can be integrated and sintered at the same time.
This is suitable for manufacturing the x sensor 2. In this case, an insulating layer is provided between the heater wiring 12b and its lead portion 12bl and the heater substrates 12a and 12c, and between the heater wiring 14b and its lead portion 14bl and the heater substrates 14a and 14c, respectively. (Alumina or the like) is provided.

【0050】また、ヒータ基板にアルミナを用いた場合
には、各ポンプセルとの焼結時の収縮率差や熱膨張率差
によるクラックの発生等を防止するために、スペーサと
しては多孔質体を用いるとよい。また、ヒータと各ポン
プセルは別々に焼結して、後で、セメント等の無機質材
料をスペーサを兼ねた接合材として用いて接合する、と
いう方法で作ることも可能である。
When alumina is used for the heater substrate, a porous material is used as the spacer in order to prevent the occurrence of cracks due to the difference in shrinkage ratio and the difference in coefficient of thermal expansion during sintering with each pump cell. Good to use. It is also possible to sinter the heater and each pump cell separately, and later bond them by using an inorganic material such as cement as a bonding material that also serves as a spacer.

【0051】次に、図1に示すように、NOxセンサ2
の第1ポンプセル4及びVsセル6の第1測定室20側
の多孔質電極4c,6bは、抵抗器R1を介して接地さ
れており、他方の多孔質電極4b及び6cは、駆動回路
40に接続されている。駆動回路40は、一端に定電圧
VCPが印加され、他端が開閉スイッチSW1を介してV
sセル6の多孔質電極6cに接続された抵抗器R2と、
−側入力端子に開閉スイッチSW1を介してVsセル6
の多孔質電極6c及びコンデンサCpの一端が接続さ
れ、+側入力端子に基準電圧VCOが印加され、出力端子
が抵抗器R0を介して第1ポンプセル4の多孔質電極4
bに接続された差動増幅器AMPと、からなる制御部4
0aを備える。尚、コンデンサCpの他端は接地されて
いる。
Next, as shown in FIG. 1, the NOx sensor 2
The porous electrodes 4c and 6b of the first pump cell 4 and the Vs cell 6 on the first measurement chamber 20 side are grounded through the resistor R1, and the other porous electrodes 4b and 6c are connected to the drive circuit 40. It is connected. A constant voltage VCP is applied to one end of the drive circuit 40, and the other end is connected to V
a resistor R2 connected to the porous electrode 6c of the s cell 6,
Vs cell 6 via the open / close switch SW1 to the-side input terminal
Porous electrode 6c and one end of the capacitor Cp are connected, the reference voltage VCO is applied to the + side input terminal, and the output terminal is the porous electrode 4 of the first pump cell 4 via the resistor R0.
and a control unit 4 including a differential amplifier AMP connected to b
With 0a. The other end of the capacitor Cp is grounded.

【0052】この制御部40aは、開閉スイッチSW1
がオン状態にあるときに次のように動作する。まず、抵
抗器R2を介してVsセル6に一定の微小電流iCPを流
すことにより、第1測定室20内の酸素をVsセル6の
多孔質電極6c側に汲み込む。この多孔質電極6cは、
固体電解質層22により閉塞されると共に、漏出抵抗部
6fを介して多孔質電極6b側と連通していることか
ら、微小電流iCPの通電により多孔質電極6c内の閉塞
空間は一定の酸素濃度となり、内部酸素基準源として機
能する。
This control section 40a has an open / close switch SW1.
When is on, it operates as follows. First, oxygen in the first measurement chamber 20 is pumped to the porous electrode 6c side of the Vs cell 6 by causing a constant minute current iCP to flow through the Vs cell 6 via the resistor R2. This porous electrode 6c is
Since it is closed by the solid electrolyte layer 22 and communicates with the porous electrode 6b side through the leakage resistance portion 6f, the closed space in the porous electrode 6c has a constant oxygen concentration due to the application of the minute current iCP. , Acts as an internal oxygen reference source.

【0053】またこのようにVsセル6の多孔質電極6
c側が内部酸素基準源として機能すると、Vsセル6に
は、第1測定室20内の拡散律速層6d付近の酸素濃度
(換言すれば第1測定室20から拡散律速層6dを介し
て第2測定室26に流入する被測定ガスの酸素濃度)と
内部酸素基準源側の酸素濃度との比に応じた起電力が発
生し、多孔質電極6c側電圧Vsは、第1測定室20か
ら第2測定室26に流入する被測定ガスの酸素濃度に応
じた電圧となる。そしてこの電圧は、差動増幅器AMP
に入力されることから、差動増幅器AMPからは、基準
電圧VCOとその入力電圧との偏差(VCO−入力電圧)に
応じた電圧が出力され、この出力電圧が、抵抗器R0を
介して第1ポンプセル4の多孔質電極4bに印加され
る。
Further, as described above, the porous electrode 6 of the Vs cell 6 is
When the c-side functions as an internal oxygen reference source, the Vs cell 6 has an oxygen concentration near the diffusion-controlling layer 6d in the first measurement chamber 20 (in other words, from the first measurement chamber 20 to the second diffusion-controlling layer 6d via the diffusion-controlling layer 6d). An electromotive force corresponding to the ratio of the oxygen concentration of the measured gas flowing into the measurement chamber 26) to the oxygen concentration of the internal oxygen reference source side is generated, and the voltage Vs on the porous electrode 6c side is measured from the first measurement chamber 20. 2 The voltage becomes a voltage according to the oxygen concentration of the gas to be measured flowing into the measurement chamber 26. And this voltage is the differential amplifier AMP
Is input to the differential amplifier AMP, a voltage corresponding to the deviation between the reference voltage VCO and its input voltage (VCO-input voltage) is output, and this output voltage is output via the resistor R0. It is applied to the porous electrode 4b of one pump cell 4.

【0054】この結果、第1ポンプセル4には、電流
(以下、第1ポンプ電流という)IP1が流れ、この第1
ポンプ電流IP1により、Vsセル6に発生した起電力が
一定電圧となるように(換言すれば第1測定室20から
第2測定室26に流入する被測定ガスの酸素濃度が一定
濃度となるように)制御される。
As a result, a current (hereinafter referred to as the first pump current) IP1 flows through the first pump cell 4, and
The pump current IP1 causes the electromotive force generated in the Vs cell 6 to have a constant voltage (in other words, the oxygen concentration of the measured gas flowing from the first measurement chamber 20 to the second measurement chamber 26 has a constant concentration). Controlled).

【0055】つまり、この制御部40aは、本発明のポ
ンプ電流制御手段として機能し、第1測定室20から第
2測定室26に流入する被測定ガスの酸素濃度が一定濃
度となるように、第1測定室20から外部に酸素を汲み
出す制御を実行する。なお、このように制御される第1
測定室20から第2測定室26に流入する被測定ガスの
酸素濃度は、第1ポンプ電流IP1の通電により第1測定
室20内の被測定ガス中のNOx成分を分解してしまう
ことのないよう、酸素が少し存在する低酸素濃度(例え
ば100ppm程度)となるように設定されており、こ
の酸素濃度を決定する基準電圧VCOには、100mV〜
200mV程度の値が設定される。また、差動増幅器A
MPの出力と多孔質電極4bとの間に設けられた抵抗器
R0は、第1ポンプ電流IP1を検出するためのものであ
り、その両端電圧VIP1は、第1ポンプ電流IP1の検出
信号としてECU50に入力される。
That is, the control section 40a functions as the pump current control means of the present invention, so that the oxygen concentration of the measured gas flowing from the first measurement chamber 20 into the second measurement chamber 26 becomes constant. The control for pumping oxygen from the first measurement chamber 20 to the outside is executed. The first controlled in this way
The oxygen concentration of the measurement gas flowing from the measurement chamber 20 into the second measurement chamber 26 does not decompose the NOx component in the measurement gas in the first measurement chamber 20 by energizing the first pump current IP1. As described above, the oxygen concentration is set to a low oxygen concentration (for example, about 100 ppm), and the reference voltage VCO that determines the oxygen concentration is 100 mV to
A value of about 200 mV is set. In addition, the differential amplifier A
The resistor R0 provided between the output of MP and the porous electrode 4b is for detecting the first pump current IP1, and the voltage across the resistor VIP1 is the ECU 50 as a detection signal of the first pump current IP1. Entered in.

【0056】次に、駆動回路40には、上記制御部40
aに加えて、開閉スイッチSW2を介してVsセル6の
多孔質電極6cに接続され、多孔質電極6b−6c間に
上記微小電流iCPとは逆方向に定電流を流す定電流回路
40bと、開閉スイッチSW3を介してVsセル6の多
孔質電極6cに接続され、多孔質電極6b−6c間に上
記微小電流iCPと同方向に定電流を流す定電流回路40
cとが備えられている。
Next, in the drive circuit 40, the control section 40
In addition to a, a constant current circuit 40b that is connected to the porous electrode 6c of the Vs cell 6 via the open / close switch SW2 and flows a constant current between the porous electrodes 6b-6c in a direction opposite to the minute current iCP. A constant current circuit 40 which is connected to the porous electrode 6c of the Vs cell 6 through the open / close switch SW3 and causes a constant current to flow between the porous electrodes 6b-6c in the same direction as the minute current iCP.
c and are provided.

【0057】これら各定電流回路40b,40cは、V
sセル6の内部抵抗RVSを検出するためのものである。
そして、この定電流の通電によりVsセル6の内部抵抗
RVSをECU50側で検出できるようにするために、多
孔質電極6c側電圧VsはECU50に入力される。な
お、各定電流回路40b,40cが流す定電流は、電流
方向が異なるだけで同じ電流値に設定されている。そし
て、この電流値は、抵抗器R2を介してVsセル6に供
給される微小電流iCPよりも大きい。
Each of the constant current circuits 40b and 40c has V
This is for detecting the internal resistance RVS of the s cell 6.
The voltage Vs on the porous electrode 6c side is input to the ECU 50 so that the internal resistance RVS of the Vs cell 6 can be detected on the ECU 50 side by applying the constant current. The constant currents passed by the constant current circuits 40b and 40c are set to the same current value except that the current directions are different. This current value is larger than the minute current iCP supplied to the Vs cell 6 via the resistor R2.

【0058】また、制御部40a,定電流回路40b及
び40cと、Vsセル6の多孔質電極6cとの間に夫々
設けられた開閉スイッチSW1〜SW3は、ECU50
からの制御信号によりオン・オフされ、NOx濃度の検
出動作を行なう通常時には、開閉スイッチSW1のみが
オン状態となって制御部40aが動作し、Vsセル6の
内部抵抗RVSを検出する場合にのみ、開閉スイッチSW
1がオフ状態となって、開閉スイッチSW2,SW3が
順にオン状態に制御される。
Further, the open / close switches SW1 to SW3 provided between the control section 40a, the constant current circuits 40b and 40c, and the porous electrode 6c of the Vs cell 6 are the ECU 50.
Only when the control unit 40a is activated by turning on / off the control signal from the NOx concentration to perform the NOx concentration detection operation, and the control unit 40a operates to detect the internal resistance RVS of the Vs cell 6. , Open / close switch SW
1 is turned off, and the open / close switches SW2 and SW3 are sequentially turned on.

【0059】一方、NOxセンサ2の第2ポンプセル8
の多孔質電極8b,8c間には、上記検出回路42を構
成する定電圧印加手段としての抵抗器R3を介して、定
電圧VP2が印加される。この定電圧VP2の印加方向は、
第2ポンプセル8において多孔質電極8cから8b側に
電流が流れて、第2測定室26内の酸素が外部に汲み出
されるように、多孔質電極8c側が正極,多孔質電極8
b側が負極となるように設定されている。また、この定
電圧VP2は、第1測定室20から拡散律速層6d,22
dを介して流入してくる第2測定室内の被測定ガス中の
NOx成分を分解して、その酸素成分を汲み出すことが
できる電圧、例えば450mVに設定されている。
On the other hand, the second pump cell 8 of the NOx sensor 2
A constant voltage VP2 is applied between the porous electrodes 8b and 8c via a resistor R3 as a constant voltage applying means which constitutes the detection circuit 42. The application direction of this constant voltage VP2 is
In the second pump cell 8, a current flows from the porous electrode 8c to the 8b side, and oxygen in the second measurement chamber 26 is pumped out to the outside, so that the porous electrode 8c side is the positive electrode and the porous electrode 8
It is set such that the side b is a negative electrode. The constant voltage VP2 is applied to the diffusion rate controlling layers 6d and 22 from the first measuring chamber 20.
The voltage is set to, for example, 450 mV, which is capable of decomposing the NOx component in the gas to be measured in the second measurement chamber that flows in via d and pumping out the oxygen component.

【0060】なお、抵抗器R3は、この定電圧VP2の印
加によって第2ポンプセル8に流れる第2ポンプ電流I
P2を電圧VIP2 に変換し、第2ポンプ電流IP2の検出信
号としてECU50に入力するためのものである。この
ように構成された本実施例の窒素酸化物濃度検出装置に
おいては、駆動回路40内の開閉スイッチSW1をオン
し、開閉スイッチSW2,SW3をオフしておけば、制
御部40aの動作によって、第1測定室20から第2測
定室26に流入する被測定ガスの酸素濃度が一定酸素濃
度に制御されるため、第2ポンプセル8に流れる第2ポ
ンプ電流IP2は、被測定ガス中の酸素濃度に殆ど影響さ
れず、NOx濃度に応じて変化するようになり、ECU
50側で第2ポンプ電流IP2の検出信号VIP2 を読み込
み、所定の演算処理を実行することにより、この検出信
号VIP2(換言すれば第2ポンプ電流IP2)から被測定
ガス中のNOx濃度を検出することができる。
The resistor R3 has a second pump current I flowing through the second pump cell 8 when the constant voltage VP2 is applied.
It is for converting P2 into voltage VIP2 and inputting it to the ECU 50 as a detection signal of the second pump current IP2. In the nitrogen oxide concentration detecting apparatus of the present embodiment configured as described above, if the open / close switch SW1 in the drive circuit 40 is turned on and the open / close switches SW2 and SW3 are turned off, the operation of the control unit 40a causes Since the oxygen concentration of the measurement gas flowing from the first measurement chamber 20 into the second measurement chamber 26 is controlled to be a constant oxygen concentration, the second pump current IP2 flowing through the second pump cell 8 is the oxygen concentration in the measurement gas. Is almost unaffected by the NOx concentration and changes according to the NOx concentration.
The NOx concentration in the measured gas is detected from the detection signal VIP2 (in other words, the second pump current IP2) by reading the detection signal VIP2 of the second pump current IP2 on the side of 50 and executing a predetermined calculation process. be able to.

【0061】ところで、NOx濃度の検出精度を確保す
るには、上記各セル4,6,8の温度、特に第1測定室
20内の酸素濃度を検出するVsセル6の温度を、一定
に制御する必要があり、このためには、ヒータ通電回路
44から各ヒータ12,14への通電電流量を、Vsセ
ル6の温度が目標温度となるように制御する必要があ
る。そこで、本実施例では、ECU50において、上記
開閉スイッチSW1〜SW3のオン・オフ状態を切り換
えることによりVsセル6の温度をその内部抵抗RVSか
ら検出し、この検出した内部抵抗RVSが一定値(つまり
Vsセル6の温度が目標温度)となるように、ヒータ通
電回路44からヒータ12,14への通電量を制御す
る。
By the way, in order to ensure the detection accuracy of the NOx concentration, the temperature of each of the cells 4, 6 and 8, particularly the temperature of the Vs cell 6 for detecting the oxygen concentration in the first measuring chamber 20, is controlled to be constant. For this purpose, it is necessary to control the amount of current supplied from the heater power supply circuit 44 to each of the heaters 12 and 14 so that the temperature of the Vs cell 6 reaches the target temperature. Therefore, in the present embodiment, the ECU 50 detects the temperature of the Vs cell 6 from its internal resistance RVS by switching the on / off states of the open / close switches SW1 to SW3, and the detected internal resistance RVS has a constant value (that is, The energization amount from the heater energizing circuit 44 to the heaters 12 and 14 is controlled so that the temperature of the Vs cell 6 becomes the target temperature.

【0062】以下、こうした温度制御及びNOx濃度の
検出のためにECU50において実行される制御処理に
ついて、図3及び図4に示すフローチャートに沿って説
明する。なお、図3は、NOx濃度を検出するためにE
CU50において繰返し実行されるNOx濃度検出処理
を表わし、図4は、Vsセル6の内部抵抗RVSを検出し
てヒータ12,14への通電を制御するためにECU5
0において一定時間T0(例えば1sec.)毎の割込み処
理として実行される内部抵抗検出処理を表わす。
The control process executed by the ECU 50 for the temperature control and the NOx concentration detection will be described below with reference to the flow charts shown in FIGS. 3 and 4. In addition, in FIG.
FIG. 4 shows the NOx concentration detection processing repeatedly executed in the CU 50. FIG. 4 shows the ECU 5 for detecting the internal resistance RVS of the Vs cell 6 and controlling the energization of the heaters 12 and 14.
0 represents an internal resistance detection process executed as an interrupt process at a constant time T0 (for example, 1 sec.).

【0063】図3に示す如く、NOx濃度検出処理で
は、まずS100(Sはステップを表わす)にて、当該
検出装置の起動後、ヒータ12,14への通電によって
NOxセンサ2が活性化したか否かを判断することによ
り、NOxセンサ2が活性化するのを待つ、活性化判定
処理を実行する。
As shown in FIG. 3, in the NOx concentration detection process, first in S100 (S represents a step), whether the NOx sensor 2 is activated by energizing the heaters 12 and 14 after the detection device is activated. By determining whether or not the NOx sensor 2 is activated, an activation determination process is executed.

【0064】この活性化判定処理は、例えば、後述の内
部抵抗検出処理にて検出されるVsセル6の内部抵抗R
VSが予め設定された活性化判定値以下になったか否かを
判断することにより実行される。つまり、図5に示す如
く、Vsセル6の内部抵抗RVSは、素子温度が上昇して
Vsセル6が活性化するに従い減少するので、S100
では、ヒータ12,14への通電開始後、Vsセル6の
内部抵抗RVSが活性化判定値以下になったか否かを判断
することにより、素子温度が所定の活性化温度に達した
か否かを判断するのである。
This activation determination process is performed by, for example, the internal resistance R of the Vs cell 6 detected by the internal resistance detection process described later.
It is executed by determining whether VS has become equal to or lower than a preset activation determination value. That is, as shown in FIG. 5, the internal resistance RVS of the Vs cell 6 decreases as the element temperature rises and the Vs cell 6 is activated.
Then, it is determined whether or not the element temperature has reached a predetermined activation temperature by determining whether or not the internal resistance RVS of the Vs cell 6 has become equal to or lower than the activation determination value after the energization of the heaters 12 and 14 is started. To judge.

【0065】また、当該検出装置の起動直後は、図示し
ない初期化処理によって、駆動回路40内の開閉スイッ
チSW1がオン状態、開閉スイッチSW2,SW3がオ
フ状態に制御されるが、上記S100の活性化判定処理
によってNOxセンサ2が活性化温度近傍にまで上昇す
るまでの間は、駆動回路40内の差動増幅器AMPの動
作は停止される。
Immediately after the detection device is activated, the opening / closing switch SW1 in the drive circuit 40 is controlled to be in the on state and the opening / closing switches SW2 and SW3 are controlled to be in the off state by an initialization process (not shown). The operation of the differential amplifier AMP in the drive circuit 40 is stopped until the NOx sensor 2 rises to near the activation temperature by the activation determination process.

【0066】次に、S100にてNOxセンサ2が活性
化したと判断されると、S110に移行し、検出回路4
2の抵抗器R3から入力される検出信号VIP2 を読み込
むことにより、第2ポンプ電流IP2を検出する。また続
くS120では、駆動回路40の抵抗器R0から入力さ
れるの検出信号VIP1 を読み込むことにより、第1ポン
プ電流IP1を検出する。そして、続くS130では、そ
の検出した第1ポンプ電流IP1に基づき、第2ポンプ電
流IP2に対する基準補正量を算出する。
Next, when it is determined in S100 that the NOx sensor 2 is activated, the process proceeds to S110 and the detection circuit 4
The second pump current IP2 is detected by reading the detection signal VIP2 input from the second resistor R3. In subsequent S120, the first pump current IP1 is detected by reading the detection signal VIP1 input from the resistor R0 of the drive circuit 40. Then, in subsequent S130, a reference correction amount for the second pump current IP2 is calculated based on the detected first pump current IP1.

【0067】即ち、本実施例では、上記駆動回路40に
よるポンプ電流制御によって、第1測定室20内の被測
定ガス中のNOx成分を分解してしまうことのないよ
う、第1測定室20から第2測定室26に流入する被測
定ガスの酸素濃度を低酸素濃度に制御しているが、第2
測定室26には、被測定ガス中のNOxだけでなく第1
測定質において残留している酸素も流入する。従って、
第2ポンプ電流IP2は、被測定ガス中のNOx濃度に対
応して変化するものの、被測定ガス中の酸素濃度の影響
も僅かながら受ける。図6は、NOxを含まない試験用
ガスを被測定ガスとして当該装置を動作させた際の第1
ポンプ電流IP1と第2ポンプ電流IP2の測定結果の一例
を表わしているが、この図からも明らかなように、第1
ポンプ電流IP1は被測定ガス中の酸素濃度に対応して一
定の傾きで変化し、第2ポンプ電流IP2も被測定ガス中
の酸素濃度の影響を受けて変化する。そして、その影響
は、酸素濃度が低い時に強くなる。
That is, in this embodiment, the pump current control by the drive circuit 40 prevents the NOx component in the gas to be measured in the first measurement chamber 20 from being decomposed from the first measurement chamber 20. The oxygen concentration of the measured gas flowing into the second measurement chamber 26 is controlled to be a low oxygen concentration.
In the measurement chamber 26, not only the NOx in the gas to be measured but also the first
Oxygen remaining in the measurement substance also flows in. Therefore,
The second pump current IP2 changes according to the NOx concentration in the measured gas, but is slightly affected by the oxygen concentration in the measured gas. FIG. 6 shows a first graph when the apparatus is operated with a test gas containing no NOx as a measured gas.
An example of the measurement results of the pump current IP1 and the second pump current IP2 is shown, but as is clear from this figure, the first
The pump current IP1 changes with a constant slope corresponding to the oxygen concentration in the gas to be measured, and the second pump current IP2 also changes under the influence of the oxygen concentration in the gas to be measured. And, the influence becomes stronger when the oxygen concentration is low.

【0068】そこで本実施例では、第2ポンプ電流IP2
を被測定ガス中のNOx濃度のみに対応させるために、
上記のようにNOxを含まない被測定ガスを測定した際
に得られる酸素濃度に対応した第2ポンプ電流IP2の値
を、第2ポンプ電流IP2補正のためのオフセット値とし
てROM等の記憶媒体に予め記憶しておき、第1ポンプ
電流IP1から被測定ガス中の酸素濃度を検出して、この
酸素濃度に対応したオフセット値を、予め記憶したオフ
セット値データの中から読み出し、上記基準補正量とし
て設定するようにしているのである。
Therefore, in this embodiment, the second pump current IP2
In order to correspond to the NOx concentration in the measured gas,
The value of the second pump current IP2 corresponding to the oxygen concentration obtained when measuring the measured gas that does not contain NOx as described above is stored in a storage medium such as a ROM as an offset value for correcting the second pump current IP2. It is stored in advance, the oxygen concentration in the gas to be measured is detected from the first pump current IP1, and the offset value corresponding to this oxygen concentration is read out from the offset value data stored in advance and used as the reference correction amount. I am trying to set it.

【0069】なお、この基準補正量を実際に算出する際
には、第1ポンプ電流IP1に対応してオフセット値(つ
まり基準補正量)を記憶したマップが使用され、第1ポ
ンプ電流IP1をパラメータとしてこのマップを検索する
ことにより、第1ポンプ電流IP1から直接基準補正量を
求める。
When the reference correction amount is actually calculated, a map that stores the offset value (that is, the reference correction amount) corresponding to the first pump current IP1 is used, and the first pump current IP1 is set as a parameter. The reference correction amount is directly obtained from the first pump current IP1 by searching this map as.

【0070】こうして基準補正量が算出されると、今度
は、S140に移行し、後述の内部抵抗検出処理で得ら
れたVsセル6の内部抵抗RVSを読み込む。そして、続
くS150では、この読み込んだ内部抵抗RVSに基づ
き、第2ポンプ電流IP2に対する温度補正量を算出す
る。
When the reference correction amount is calculated in this way, the process proceeds to S140, and the internal resistance RVS of the Vs cell 6 obtained by the internal resistance detection process described later is read. Then, in subsequent S150, a temperature correction amount for the second pump current IP2 is calculated based on the read internal resistance RVS.

【0071】つまり、本実施例では、後述の内部抵抗検
出処理において、Vsセル6の内部抵抗RVSを検出し
て、その内部抵抗RVSが所定値となるように(換言すれ
ばNOxセンサ2の温度が所定の目標温度となるよう
に)、ヒータ12,14への通電を制御するが、被測定
ガスの温度が急変したような場合には、温度制御を被測
定ガスの温度変化に追従させることができず、NOxセ
ンサ2の温度が被測定ガスの温度変化によって変化する
ことがある。
In other words, in the present embodiment, in the internal resistance detection processing described later, the internal resistance RVS of the Vs cell 6 is detected so that the internal resistance RVS becomes a predetermined value (in other words, the temperature of the NOx sensor 2). Control the energization of the heaters 12 and 14 so that the temperature becomes a predetermined target temperature. However, if the temperature of the measured gas suddenly changes, the temperature control should follow the temperature change of the measured gas. However, the temperature of the NOx sensor 2 may change due to the temperature change of the gas to be measured.

【0072】例えば、図7は、本実施例の検出装置を用
いて内燃機関の排気中のNOx濃度を検出すべく、NO
xセンサ2を内燃機関の排気管に取り付け、当該装置を
動作させた場合の、NOxセンサ2の温度変化を測定し
た測定結果の一例を表わしている。この図から明らかな
ように、本実施例の検出装置では、後述の温度制御を行
なっているにもかかわらず、内燃機関の加速時に吸入空
気量の増大に伴いNOxセンサ温度が一時的に低下した
り、内燃機関の減速時に吸入空気量の減少に伴いNOx
センサ温度が一時的に上昇したりすると、その温度変化
の影響を受けて、第1ポンプ電流IP1,第2ポンプ電流
IP2が共に変化してしまい、特に第2ポンプ電流IP2
は、安定状態に戻るまでに約1分もの時間を要すること
になる。なお、これは、第1ポンプ電流IP2が排気温度
の影響を受けることにより第1測定室20から第2測定
室26に流入する被測定ガスの酸素濃度が目標濃度から
一旦ずれると、その後、その酸素濃度を目標濃度に戻す
のに時間がかかるためである。
For example, in FIG. 7, the NOx concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine is detected by using the detection device of this embodiment.
It shows an example of the measurement result of measuring the temperature change of the NOx sensor 2 when the x sensor 2 is attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine and the device is operated. As is clear from this figure, in the detection apparatus of the present embodiment, the NOx sensor temperature temporarily drops with the increase of the intake air amount during acceleration of the internal combustion engine, although the temperature control described later is performed. Or, when decelerating the internal combustion engine, the amount of intake air decreases and NOx
When the sensor temperature temporarily rises, the first pump current IP1 and the second pump current IP2 both change due to the influence of the temperature change, especially the second pump current IP2.
Will take about 1 minute to return to a stable state. This is because once the oxygen concentration of the measured gas flowing from the first measurement chamber 20 into the second measurement chamber 26 deviates from the target concentration due to the influence of the exhaust temperature on the first pump current IP2, the This is because it takes time to return the oxygen concentration to the target concentration.

【0073】そこで、本実施例では、被測定ガスの温度
が急変しても、第2ポンプ電流IP2からNOx濃度を正
確に検出できるようにするために、Vsセル6の内部抵
抗RVSからVsセル6の温度を求め、例えば図8に如き
温度補正量算出用のマップを用いて、第2ポンプ電流I
P2に対する温度補正量を求めるようにしているのであ
る。
Therefore, in the present embodiment, in order to accurately detect the NOx concentration from the second pump current IP2 even if the temperature of the gas to be measured changes suddenly, the internal resistance RVS of the Vs cell 6 to the Vs cell 6 is obtained, and the second pump current I is calculated using a map for calculating the temperature correction amount as shown in FIG.
The temperature correction amount for P2 is calculated.

【0074】なお、図8に示すマップは、Vsセル6の
素子温度から温度補正量を求めるように設定されている
が、Vsセル6の内部抵抗RVSをパラメータとする温度
補正量算出用のマップを予め設定しておけば、内部抵抗
RVSを温度に換算することなく、内部抵抗RVSから直接
温度補正量を求めることができる。また、例えば、素子
温度と目標温度(図8では目標温度が850℃となって
いる)との偏差をパラメータとするマップを予め設定し
ておき、素子温度の目標温度からのずれ(偏差)から温
度補正量を求めるようにしてもよく、或は、内部抵抗R
VSと目標温度に対応した目標抵抗値との偏差をパラメー
タとするマップを予め設定しておき、内部抵抗RVSの目
標抵抗値からのずれ(偏差)から温度補正量を求めるよ
うにしてもよい。
The map shown in FIG. 8 is set to obtain the temperature correction amount from the element temperature of the Vs cell 6, but a map for calculating the temperature correction amount using the internal resistance RVS of the Vs cell 6 as a parameter. By setting in advance, the temperature correction amount can be directly obtained from the internal resistance RVS without converting the internal resistance RVS into temperature. In addition, for example, a map having a deviation between the element temperature and the target temperature (the target temperature is 850 ° C. in FIG. 8) as a parameter is set in advance, and the deviation (deviation) of the element temperature from the target temperature is set. The temperature correction amount may be obtained, or the internal resistance R
It is also possible to preset a map that uses the deviation between VS and the target resistance value corresponding to the target temperature as a parameter, and obtain the temperature correction amount from the deviation (deviation) of the internal resistance RVS from the target resistance value.

【0075】次に、S150にて温度補正量が算出され
ると、S160に移行し、S110で検出した第2ポン
プ電流IP2に基準補正量及び温度補正量を加算すること
により、第2ポンプ電流IP2を補正する。そして、続く
S170では、この補正後の第2ポンプ電流IP2をNO
x濃度として出力し、再度S110に移行する。
Next, when the temperature correction amount is calculated in S150, the process proceeds to S160, and the second pump current is added by adding the reference correction amount and the temperature correction amount to the second pump current IP2 detected in S110. Correct IP2. Then, in subsequent S170, the second pump current IP2 after the correction is set to NO.
The x density is output, and the process proceeds to S110 again.

【0076】なお、本実施例では、第2ポンプ電流IP2
をNOxセンサ2(詳しくはVsセル6)の温度に応じ
て補正するためのS150及びS160の処理が、本発
明の補正手段に相当する。そして、本実施例では、上記
NOx濃度検出処理において、第1ポンプ電流IP1に基
づき被測定ガス中の酸素濃度に応じて第2ポンプ電流I
P2を補正するための基準補正量と、Vsセル6の温度に
応じて第2ポンプ電流IP2を補正するための温度補正量
とを個々に求めて、第2ポンプ電流IP2を補正するもの
として説明したが、例えば、Vsセル6の温度毎に、基
準補正量算出用のマップを設定しておき、Vsセル6の
温度に応じて、基準補正量の算出に使用するマップを切
り換えることにより、被測定ガス中の酸素濃度とVsセ
ル6の温度とに応じて第2ポンプ電流IP2を補正するた
めの補正量を求めるようにしてもよく、或は、第1ポン
プ電流IP2とVsセル6の温度(又は内部抵抗RVS)を
パラメータとする補正量算出用の2次元マップを予め設
定しておき、このマップを用いて第2ポンプ電流IP2に
対する補正量を求めるようにしてもよい。
In this embodiment, the second pump current IP2
The processing of S150 and S160 for correcting the above according to the temperature of the NOx sensor 2 (specifically, the Vs cell 6) corresponds to the correcting means of the present invention. Then, in the present embodiment, in the NOx concentration detection processing, the second pump current I is determined according to the oxygen concentration in the measured gas based on the first pump current IP1.
It is described that the reference correction amount for correcting P2 and the temperature correction amount for correcting the second pump current IP2 according to the temperature of the Vs cell 6 are individually calculated to correct the second pump current IP2. However, for example, by setting a map for calculating the reference correction amount for each temperature of the Vs cell 6 and switching the map used for calculating the reference correction amount according to the temperature of the Vs cell 6, A correction amount for correcting the second pump current IP2 may be obtained according to the oxygen concentration in the measurement gas and the temperature of the Vs cell 6, or the first pump current IP2 and the temperature of the Vs cell 6 may be obtained. Alternatively, a two-dimensional map for calculating the correction amount using (or the internal resistance RVS) as a parameter may be set in advance, and the correction amount for the second pump current IP2 may be obtained using this map.

【0077】次に、図4に示す内部抵抗検出処理を説明
する。なお、この内部抵抗検出処理は、単にVsセル6
の内部抵抗RVSを検出する温度検出手段としての機能だ
けでなく、その検出結果からヒータ通電回路44を介し
てヒータ12,14への通電電流量を制御するヒータ通
電制御手段としての機能も有する。
Next, the internal resistance detection processing shown in FIG. 4 will be described. It should be noted that this internal resistance detection processing is simply performed by the Vs cell 6
Not only as a temperature detecting means for detecting the internal resistance RVS, but also as a heater energization controlling means for controlling the amount of energizing current to the heaters 12 and 14 via the heater energizing circuit 44 based on the detection result.

【0078】図4に示す如く、この処理が開始される
と、S210にて、Vsセル6の多孔質電極6c側電圧
Vsを読み込み、これをVsセル6の基本検出電圧VS1
として設定する。そして、続くS220では、NOx濃
度検出のためにオン状態にされていた開閉スイッチSW
1をオフし、定電流回路40bに接続された開閉スイッ
チSW2をオンすることにより、Vsセル6に微小電流
iCPとは逆方向(つまり今まで内部酸素基準源となって
いた閉塞空間側から第1測定室20側に酸素を汲み込む
方向)に定電流を流す。
As shown in FIG. 4, when this process is started, the voltage Vs on the porous electrode 6c side of the Vs cell 6 is read in S210, and this is read as the basic detection voltage VS1 of the Vs cell 6.
Set as. Then, in the following S220, the open / close switch SW that has been turned on for detecting the NOx concentration.
1 is turned off and the open / close switch SW2 connected to the constant current circuit 40b is turned on, so that the Vs cell 6 has a direction opposite to the minute current iCP (that is, from the closed space side which has been the internal oxygen reference source until now). 1. A constant current is passed in the direction of pumping oxygen to the measuring chamber 20 side.

【0079】また、続くS230では、当該検出処理の
起動後、所定時間T1(例えば60μsec.)が経過した
か否かを判断することにより、所定時間T1が経過する
のを待ち、所定時間T1が経過すると、S240にて、
Vsセル6の多孔質電極6c側電圧Vsを読み込み、こ
れをVsセル6の抵抗検出電圧VS2として設定する。
In subsequent S230, it is determined whether or not a predetermined time T1 (for example, 60 μsec.) Has elapsed after the detection process is started, and the predetermined time T1 is waited until the predetermined time T1 is reached. When the time elapses, in S240,
The voltage Vs on the porous electrode 6c side of the Vs cell 6 is read, and this is set as the resistance detection voltage VS2 of the Vs cell 6.

【0080】こうして抵抗検出電圧VS2を設定すると、
S250に移行して、当該検出処理の起動後、所定時間
T2(例えば100μsec.)が経過したか否かを判断す
ることにより、所定時間T2が経過するのを待ち、所定
時間T2が経過すると、S260にて、当該検出処理の
起動後、一定時間T2の間オン状態となっていた開閉ス
イッチSW2をオフし、定電流回路40cに接続された
開閉スイッチSW3をオンすることにより、Vsセル6
に微小電流iCPと同方向(つまり第1測定室20内の酸
素を閉塞空間側に汲み込む方向)に定電流を流す。
When the resistance detection voltage VS2 is set in this way,
After the detection process is started, the process proceeds to S250, and it is determined whether or not a predetermined time T2 (for example, 100 μsec.) Has elapsed, thereby waiting for the predetermined time T2 to elapse, and when the predetermined time T2 elapses, In S260, the Vs cell 6 is turned on by turning off the open / close switch SW2 that has been in the on state for the fixed time T2 after the activation of the detection process and turning on the open / close switch SW3 connected to the constant current circuit 40c.
Then, a constant current is passed in the same direction as the minute current iCP (that is, the direction in which oxygen in the first measurement chamber 20 is pumped to the closed space side).

【0081】このように開閉スイッチSW3をオンする
と、S270に移行して、今度は、当該検出処理の起動
後、所定時間T3(例えば200μsec.)が経過したか
否かを判断することにより、所定時間T3が経過するの
を待ち、所定時間T3が経過すると、S280にて、開
閉スイッチSW3をオフする。この結果、駆動回路40
内の開閉スイッチSW1〜SW3は全てオフ状態とな
る。
When the open / close switch SW3 is turned on in this way, the process proceeds to S270, and this time, it is determined whether or not a predetermined time T3 (for example, 200 μsec.) Has elapsed after the start of the detection processing, thereby determining a predetermined time. Waiting for the time T3 to elapse, and when the predetermined time T3 elapses, the open / close switch SW3 is turned off in S280. As a result, the drive circuit 40
All the open / close switches SW1 to SW3 are turned off.

【0082】そして、続くS290では、当該検出処理
の起動直後に設定した基本検出電圧VS1と所定時間T1
経過後に設定した抵抗検出電圧VS2との偏差△Vs(=
VS1−VS2)を求め、S300にて、この偏差△Vsか
らVsセル6の内部抵抗RVSを算出し、続くS310に
移行する。なお、本実施例における内部抵抗RVSの算出
手法については、後に詳しく説明する。
Then, in the following S290, the basic detection voltage VS1 set immediately after the detection processing is started and the predetermined time T1.
Deviation from the resistance detection voltage VS2 set after the passage ΔVs (=
VS1−VS2) is obtained, and in S300, the internal resistance RVS of the Vs cell 6 is calculated from this deviation ΔVs, and the process proceeds to S310. The method of calculating the internal resistance RVS in this embodiment will be described in detail later.

【0083】S310では、上記算出したVsセル6の
内部抵抗RVSと目標値との偏差、又は内部抵抗RVSから
得られるVsセル6の温度と目標温度との偏差に基づ
き、ヒータ12,14への通電電流量を増・減するため
の制御信号をヒータ通電回路44に出力し、ヒータ通電
回路44からヒータ12,14に供給される電流量を制
御する、ヒータ通電制御手段としての処理を実行する。
In step S310, the heaters 12 and 14 are operated based on the deviation between the calculated internal resistance RVS of the Vs cell 6 and the target value or the deviation between the temperature of the Vs cell 6 and the target temperature obtained from the internal resistance RVS. A control signal for increasing / decreasing the amount of energizing current is output to the heater energizing circuit 44 to control the amount of current supplied from the heater energizing circuit 44 to the heaters 12 and 14 as heater energizing control means. .

【0084】なお、このヒータ通電制御では、ヒータ通
電回路44を、ヒータ12,14への通電・非通電を高
速に切り換え可能なスイッチング回路から構成した場合
には、その通電・非通電の切り換えを行なう駆動パルス
のデューティ比を制御するようにすればよく、ヒータ通
電回路44を、ヒータ12,14への通電電流を検出し
てヒータ12,14への出力電圧を制御可能な電圧制御
回路から構成した場合には、ヒータ電流の目標値となる
目標電圧を出力するようにすればよい。
In this heater energization control, when the heater energization circuit 44 is composed of a switching circuit capable of switching the energization / non-energization to the heaters 12 and 14 at high speed, the energization / non-energization is switched. It suffices to control the duty ratio of the drive pulse to be performed, and the heater energization circuit 44 is composed of a voltage control circuit capable of detecting the energization current to the heaters 12 and 14 and controlling the output voltage to the heaters 12 and 14. In this case, the target voltage that is the target value of the heater current may be output.

【0085】そしてこのようにヒータ制御信号を出力す
ると、今度は、S320に移行して、当該検出処理の起
動後、所定時間T4(例えば500μsec.)が経過した
か否かを判断することにより、所定時間T4が経過する
のを待ち、所定時間T4が経過すると、S330にて、
当該検出処理の起動後、一定時間T4の間オフ状態とな
っていた開閉スイッチSW1をオンして、当該検出処理
を終了することにより、NOx濃度の検出動作を再開さ
せる。
When the heater control signal is output in this way, this time, the process proceeds to S320, and it is determined whether or not a predetermined time T4 (for example, 500 μsec.) Has elapsed after the activation of the detection process, Waiting for the predetermined time T4 to elapse, and when the predetermined time T4 elapses, in S330,
After the detection process is activated, the open / close switch SW1 that has been in the off state for the fixed time T4 is turned on, and the detection process is ended, thereby restarting the NOx concentration detection operation.

【0086】以上説明した内部抵抗検出処理では、図9
に示す如く、処理が開始されると(時点t1)、駆動回
路40内の開閉スイッチSW1をオフして、Vsセル6
への微小電流iCPの通電及びポンプ電流制御を停止させ
ると共に、開閉スイッチSW2をオンして、Vsセル6
に微小電流iCPとは逆方向に定電流を流す。そして、そ
の後一定時間T1が経過すると(時点t2)、そのとき
の多孔質電極6c側電圧Vsを抵抗検出電圧VS2として
設定し、この抵抗検出電圧VS2と当該検出処理起動時の
多孔質電極6c側電圧Vs(つまり基本検出電圧VS1)
との偏差△VsからVsセル6の内部抵抗RVSを検出す
る。以下、この理由について説明する。
In the internal resistance detection processing described above, FIG.
As shown in (4), when the process is started (time point t1), the open / close switch SW1 in the drive circuit 40 is turned off, and the Vs cell 6
To the Vs cell 6 by turning on / off the switch SW2 while stopping the energization of the minute current iCP to the
A constant current flows in the direction opposite to the minute current iCP. Then, when a certain time T1 has passed thereafter (time point t2), the voltage Vs on the porous electrode 6c side at that time is set as the resistance detection voltage VS2, and the resistance detection voltage VS2 and the porous electrode 6c side at the time of starting the detection process. Voltage Vs (that is, basic detection voltage VS1)
The internal resistance RVS of the Vs cell 6 is detected from the deviation ΔVs from The reason for this will be described below.

【0087】まず、Vsセル6に内部抵抗検出用の定電
流を流した場合、Vsセル6の多孔質電極6c側電圧V
sは、Vsセル6の内部抵抗RVSだけでなく、各電極6
b,6c側の酸素濃度の比に応じて発生する起電力によ
っても変化する。そこで、本実施例では、内部抵抗検出
用の多孔質電極6c側電圧Vsがこの起電力の影響を受
け難くするために、微小電流ICPよりも大きな電流を流
して、Vsセル6の内部抵抗RVSによる電圧降下が大き
くなるようにしている。
First, when a constant current for detecting the internal resistance is applied to the Vs cell 6, the voltage V on the porous electrode 6c side of the Vs cell 6 is
s is not only the internal resistance RVS of the Vs cell 6 but also each electrode 6
It also changes depending on the electromotive force generated according to the ratio of the oxygen concentrations on the b and 6c sides. Therefore, in this embodiment, in order to make the voltage Vs on the side of the porous electrode 6c for detecting internal resistance less susceptible to the influence of this electromotive force, a current larger than the minute current ICP is caused to flow, and the internal resistance RVS of the Vs cell 6 is made to flow. The voltage drop due to is large.

【0088】また、Vsセル6の各電極6b,6c側の
酸素濃度は、ポンプ電流制御と微小電流ICPの通電とに
より、夫々、略一定になるため、Vsセル6の起電力も
略一定になる。従って、Vsセル6に定電流を流して、
そのときの多孔質電極6c側電圧Vsを検出するように
しても、この電圧値からVsセル6の内部抵抗RVSを略
正確に求めることができる。
Further, the oxygen concentration on the side of each electrode 6b, 6c of the Vs cell 6 becomes substantially constant due to the pump current control and the application of the minute current ICP, so that the electromotive force of the Vs cell 6 also becomes substantially constant. Become. Therefore, by applying a constant current to the Vs cell 6,
Even if the voltage Vs on the porous electrode 6c side at that time is detected, the internal resistance RVS of the Vs cell 6 can be obtained almost accurately from this voltage value.

【0089】しかし、より厳密には、第1測定室20か
ら第2測定室26に流入する被測定ガスの酸素濃度は、
ポンプ電流のフィードバック制御によって制御されるた
め、制御系の応答遅れ等によって変動しており、一定濃
度に固定されるものではない。また、第1測定室20か
ら第2測定室26に流入する被測定ガスの酸素濃度は、
NOxセンサ2の温度によっても変化する。従って、V
sセル6に内部抵抗RVS検出用の定電流を流すことによ
り検出した電圧Vsから内部抵抗RVSを求めた場合に
は、内部抵抗RVSに若干ではあるが、誤差が生じてしま
うことになる。
However, more strictly, the oxygen concentration of the gas to be measured flowing from the first measuring chamber 20 into the second measuring chamber 26 is
Since it is controlled by the feedback control of the pump current, it fluctuates due to the response delay of the control system and the like, and is not fixed to a constant concentration. Further, the oxygen concentration of the measured gas flowing from the first measurement chamber 20 into the second measurement chamber 26 is
It also changes depending on the temperature of the NOx sensor 2. Therefore, V
When the internal resistance RVS is obtained from the voltage Vs detected by applying a constant current for detecting the internal resistance RVS to the s cell 6, an error will occur in the internal resistance RVS, albeit slightly.

【0090】そこで、本実施例では、Vsセル6の内部
抵抗RVS,延いては素子温度をより正確に検出できるよ
うにするために、Vsセル6に内部抵抗RVS検出用の定
電流を流してから所定時間(例えば60μsec.)経過す
るまでの間の多孔質電極6c側電圧Vsの変化量(偏差
△Vs)を検出し、この偏差△Vsから内部抵抗RVSを
求めることにより、第1測定室20から第2測定室26
に流入する被測定ガスの酸素濃度が目標濃度からずれて
いる場合であっても、Vsセル6の内部抵抗RVS,延い
ては素子温度を正確に求めることができるようにしてい
るのである。
Therefore, in this embodiment, in order to detect the internal resistance RVS of the Vs cell 6 and further the element temperature more accurately, a constant current for detecting the internal resistance RVS is applied to the Vs cell 6. To a predetermined time (for example, 60 μsec.), The amount of change (deviation ΔVs) in the voltage Vs on the porous electrode 6c side is detected, and the internal resistance RVS is obtained from the deviation ΔVs to obtain the first measurement chamber. 20 to the second measuring chamber 26
Even if the oxygen concentration of the gas to be measured flowing into is deviated from the target concentration, the internal resistance RVS of the Vs cell 6, and consequently the element temperature can be accurately obtained.

【0091】なお、この内部抵抗RVSを算出するに当っ
ては、偏差△Vsに対応して内部抵抗RVSを記憶したマ
ップを予め設定しておき、このマップを用いて内部抵抗
RVSを算出するようにすればよい。また次に、本実施例
の内部抵抗検出処理では、起動後、一定時間T1が経過
して、抵抗検出電圧VS2を設定すると(時点t2)、そ
の後更に所定時間(例えば40μsec.)が経過して、当
該検出処理起動後の経過時間がT2に達した時点t3
で、駆動回路40の開閉スイッチSW2をオフし、開閉
スイッチSW3をオンすることにより、Vsセル6に微
小電流iCPと同方向に定電流を流し、更に、一定時間
(例えば100μsec.)が経過して、当該検出処理起動
後の経過時間がT3に達すると(時点t4)、開閉スイ
ッチSW3をオフする。
In calculating the internal resistance RVS, a map storing the internal resistance RVS corresponding to the deviation ΔVs is set in advance, and the internal resistance RVS is calculated using this map. You can do this. Next, in the internal resistance detection processing of the present embodiment, after the start-up, a fixed time T1 has elapsed and the resistance detection voltage VS2 is set (time t2), and then a predetermined time (for example, 40 μsec.) Has elapsed. , Time point t3 when the elapsed time after the detection process is activated reaches T2
Then, by turning off the open / close switch SW2 of the drive circuit 40 and turning on the open / close switch SW3, a constant current is caused to flow in the Vs cell 6 in the same direction as the minute current iCP, and a certain period of time (for example, 100 μsec.) Elapses. Then, when the elapsed time after starting the detection process reaches T3 (time point t4), the open / close switch SW3 is turned off.

【0092】この結果、本実施例においては、内部抵抗
RVSの検出のためにVsセル6の固体電解質体もしくは
電極と固体電解質体との間の分極を速やかに緩和するこ
とができ、Vsセル6を酸素濃淡電池セルとして速やか
に機能させることができる。従って、当該処理起動後、
NOx濃度の検出動作に入るまでの時間T4を、例えば
500μsec.というように、極めて短い時間にすること
ができ、NOx濃度の検出動作に影響を与えることな
く、Vsセル6の内部抵抗RVSを高精度に検出すること
が可能になる。
As a result, in the present embodiment, the polarization between the solid electrolyte body of the Vs cell 6 or the electrode and the solid electrolyte body for the detection of the internal resistance RVS can be promptly relaxed, and the Vs cell 6 can be relaxed. Can quickly function as an oxygen concentration battery cell. Therefore, after starting the process,
The time T4 before entering the NOx concentration detection operation can be made extremely short, for example, 500 μsec., And the internal resistance RVS of the Vs cell 6 can be increased without affecting the NOx concentration detection operation. It is possible to detect with high accuracy.

【0093】以上説明したように、本実施例の窒素酸化
物濃度検出装置においては、NOx濃度の検出精度に最
も大きな影響を与える酸素濃度(詳しくは第1測定室2
0から第2測定室26に流入する被測定ガスの酸素濃
度)を検出するVsセル6の内部抵抗RVSからNOxセ
ンサ2の温度を検出し、この温度が目標温度(例えば8
50℃)となるように、ヒータ12,14への通電電流
量を制御し、しかも、検出した内部抵抗RVS又はこの内
部抵抗RVSから得られる素子温度が目標値から外れた場
合には、その偏差に応じた温度補正量にて、NOx濃度
の検出結果を表わす第2ポンプ電流IP2を補正すること
により、NOx濃度の検出結果を温度補償するようにさ
れている。このため、本実施例の窒素酸化物濃度検出装
置によれば、NOxセンサ2の温度に影響されることな
く、NOx濃度を常に高精度に検出することができる。
As described above, in the nitrogen oxide concentration detector of the present embodiment, the oxygen concentration that has the greatest influence on the NOx concentration detection accuracy (specifically, the first measurement chamber 2
The temperature of the NOx sensor 2 is detected from the internal resistance RVS of the Vs cell 6 that detects the oxygen concentration of the measured gas flowing into the second measurement chamber 26 from 0, and this temperature is the target temperature (for example, 8
If the detected internal resistance RVS or the element temperature obtained from this internal resistance RVS deviates from the target value, the deviation is controlled so that the temperature becomes 50 ° C.). The NOx concentration detection result is temperature-compensated by correcting the second pump current IP2 representing the NOx concentration detection result with a temperature correction amount according to the above. Therefore, according to the nitrogen oxide concentration detecting apparatus of the present embodiment, the NOx concentration can always be detected with high accuracy without being affected by the temperature of the NOx sensor 2.

【0094】また特に、本実施例では、NOxセンサ2
が、第1ポンプセル4,Vsセル6,第2ポンプセル8
の順に積層されると共に、その積層方向両側に、ヒータ
12,14が積層されており、しかも、その積層方向か
らNOxセンサ2を投影したときに、拡散律速層4dと
拡散律速層6d,22dとが重なり、これら各拡散律速
層を略中心位置で挟むように、ヒータ12,14のヒー
タ配線12b,14bが配置されている。従って、本実
施例では、こうしたNOxセンサ2の構造によって、ヒ
ータ12,14を用いて各セル4〜8を効率良く加熱す
ることができ、また、各拡散律速層を介して第1測定室
20及び第2測定室26内に流入する被測定ガスも効率
良く加熱することができるようになる。このため、本実
施例によれば、Vsセル6の温度を制御することによ
り、NOxセンサ2を構成する各セルの温度をより確実
に目標温度に制御することが可能になり、NOx濃度の
検出精度を向上できる。
In particular, in this embodiment, the NOx sensor 2
Is the first pump cell 4, the Vs cell 6, the second pump cell 8
And the heaters 12 and 14 are laminated on both sides in the stacking direction, and when the NOx sensor 2 is projected from the stacking direction, the diffusion rate controlling layer 4d and the diffusion rate controlling layers 6d and 22d are formed. Are overlapped with each other, and the heater wirings 12b and 14b of the heaters 12 and 14 are arranged so as to sandwich these diffusion rate controlling layers at substantially the center position. Therefore, in the present embodiment, the structure of the NOx sensor 2 allows the heaters 12 and 14 to be used to efficiently heat the cells 4 to 8, and the first measurement chamber 20 via the diffusion rate controlling layers. Also, the gas to be measured flowing into the second measurement chamber 26 can be efficiently heated. Therefore, according to the present embodiment, by controlling the temperature of the Vs cell 6, it becomes possible to more reliably control the temperature of each cell forming the NOx sensor 2 to the target temperature, and to detect the NOx concentration. The accuracy can be improved.

【0095】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の態様を採ることができる。例えば、上記実施例で
は、NOxセンサ2において、Vsセル6の多孔質電極
6b,6cは、板状に形成された固体電解質層6aの両
側に形成するものとして説明したが、Vsセル6は、第
1測定室20から第2測定室26に流入する被測定ガス
の酸素濃度を検出できればよいため、必ずしも上記実施
例のように構成する必要はなく、例えば、図10
(a),(b)に示す如く構成してもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modes can be adopted. For example, in the above-described embodiment, in the NOx sensor 2, the porous electrodes 6b and 6c of the Vs cell 6 have been described as being formed on both sides of the plate-shaped solid electrolyte layer 6a. Since it suffices to be able to detect the oxygen concentration of the gas to be measured flowing into the second measurement chamber 26 from the first measurement chamber 20, it is not always necessary to configure as in the above embodiment, and for example, FIG.
It may be configured as shown in (a) and (b).

【0096】即ち、図10(a)に示すNOxセンサ
は、Vsセル6の第1測定室20側に配置される多孔質
電極6bを、第1測定室20に面する固体電解質層6a
の板面から拡散律速層6dに至る領域に形成したもので
あり、図10(b)に示すNOxセンサは、同じく多孔
質電極6bを、拡散律速層6dが形成される固体電解質
層6aの中空部内壁面に形成したものであるが、Vsセ
ル6の多孔質電極6bをこのように配置しても、Vsセ
ル6の両電極6b−6c間には、第1測定室20から第
2測定室26側に流入する被測定ガスの酸素濃度に対応
した電圧が発生することから、上記実施例と同様にNO
x濃度を検出できる。よって、図10(a),(b)の
ように構成されたNOxセンサであっても、上記実施例
と同様に本発明を適用することにより、上記実施例と同
様の効果を得ることができる。
That is, in the NOx sensor shown in FIG. 10A, the solid electrolyte layer 6a facing the first measurement chamber 20 has the porous electrode 6b arranged on the first measurement chamber 20 side of the Vs cell 6.
In the NOx sensor shown in FIG. 10 (b), the porous electrode 6b is also formed in the region of the solid electrolyte layer 6a in which the diffusion-controlling layer 6d is formed. Although it is formed on the inner wall surface of the part, even if the porous electrode 6b of the Vs cell 6 is arranged in this way, the first measurement chamber 20 and the second measurement chamber 20 are provided between both electrodes 6b-6c of the Vs cell 6. Since a voltage corresponding to the oxygen concentration of the measured gas flowing into the 26 side is generated, NO is generated as in the above embodiment.
The x concentration can be detected. Therefore, even in the NOx sensor configured as shown in FIGS. 10A and 10B, by applying the present invention in the same manner as in the above embodiment, the same effect as that in the above embodiment can be obtained. .

【0097】また、上記実施例では、第1ポンプ電流I
P1の通電により被測定ガス中のNOx成分を分解してし
まうことのないよう、第1測定室20から第2測定室2
6に流入する被測定ガスの酸素濃度を、酸素が少し存在
する低酸素濃度に制御するものとして説明したが、第1
測定室20から第2測定室26に流入する被測定ガス中
の酸素を少なくすればする程、第2ポンプセル8による
NOx濃度の検出精度を向上できることから、例えば、
第1ポンプセル4にて、被測定ガス中のNOx成分を分
解してしまう程度に、第1測定室20内の酸素をポンピ
ングするようにしてもよい。具体的には、基準電圧VCO
を例えば350mV程度に設定することにより、第1ポ
ンプセル4に、第1測定室20内のNOx成分を分解す
る程度の第1ポンプ電流IP1を流し、第1測定室20か
ら第2測定室26に流入する被測定ガス中の酸素濃度を
充分小さくするのである。そして、このようにすれば、
第2ポンプ電流IP2のオフセット値を小さくして、NO
x濃度の検出精度を向上することが可能になる。
In the above embodiment, the first pump current I
From the first measurement chamber 20 to the second measurement chamber 2 so that the NOx component in the measured gas is not decomposed by the energization of P1
The oxygen concentration of the measured gas flowing into 6 has been described as being controlled to a low oxygen concentration in which a small amount of oxygen exists.
Since the detection accuracy of the NOx concentration by the second pump cell 8 can be improved as the oxygen in the measured gas flowing from the measurement chamber 20 into the second measurement chamber 26 is reduced, for example,
The first pump cell 4 may pump oxygen in the first measurement chamber 20 to the extent that the NOx component in the gas to be measured is decomposed. Specifically, the reference voltage VCO
Is set to, for example, about 350 mV, a first pump current IP1 that decomposes the NOx component in the first measurement chamber 20 is caused to flow through the first pump cell 4, and the first measurement current is passed from the first measurement chamber 20 to the second measurement chamber 26. The oxygen concentration in the measured gas that flows in is made sufficiently small. And if you do this,
The offset value of the second pump current IP2 is reduced to
It is possible to improve the x-density detection accuracy.

【0098】但し、このように構成しても、第2測定室
26に流入する被測定ガス中の酸素を零にすることはで
きないことから、NOx濃度を検出する際には、上記実
施例と同様、第1ポンプ電流IP1から得られる酸素濃度
に対応したオフセット値を基準補正量として求め、この
基準補正量と、Vsセル6の内部抵抗RVSに基づき求め
た温度補正量とを用いて、第2ポンプ電流IP2を補正す
ることにより、NOx濃度を求めることが望ましい。
However, even with such a configuration, the oxygen in the gas to be measured flowing into the second measurement chamber 26 cannot be made zero. Therefore, when the NOx concentration is detected, it is different from that in the above embodiment. Similarly, an offset value corresponding to the oxygen concentration obtained from the first pump current IP1 is obtained as a reference correction amount, and using this reference correction amount and the temperature correction amount obtained based on the internal resistance RVS of the Vs cell 6, It is desirable to obtain the NOx concentration by correcting the 2 pump current IP2.

【0099】またこの場合、第1ポンプ電流IP1には、
被測定ガス中のNOx成分を分解することによって生じ
る電流成分も含まれることになるため、第1ポンプ電流
IP1から第2ポンプ電流IP2のオフセット値を求めるた
めのマップに加えて、第1ポンプセル4が分解したNO
x成分を補うためのゲインを第1ポンプ電流IP1から求
めるためのマップを、実験等により予め設定しておき、
これら各マップから求めたオフセット値とゲインとを用
いて、第2ポンプ電流IP2を、次式のように補正し、N
Ox濃度を求めるようにすればよい。
In this case, the first pump current IP1 is
Since the current component generated by decomposing the NOx component in the measured gas is also included, in addition to the map for obtaining the offset value of the first pump current IP1 from the second pump current IP2, the first pump cell 4 NO decomposed by
A map for obtaining a gain for compensating for the x component from the first pump current IP1 is set in advance by experiments or the like,
Using the offset value and the gain obtained from each of these maps, the second pump current IP2 is corrected as in the following equation, and N
The Ox concentration may be calculated.

【0100】 NOx濃度=ゲイン×(IP2−オフセット値) 尚、この式は、第1ポンプ電流IP1から基準補正量とし
て求めたオフセット値及びゲインに基づき第2ポンプ電
流IP2を補正するための式であることから、前述の温度
補正量を用いて第2ポンプ電流IP2を補正する際には、
この式で求めたNOx濃度を更に温度補正量にて補正す
る必要はある。
NOx concentration = gain × (IP2−offset value) This expression is an expression for correcting the second pump current IP2 based on the offset value and the gain obtained as the reference correction amount from the first pump current IP1. Therefore, when the second pump current IP2 is corrected using the temperature correction amount described above,
It is necessary to further correct the NOx concentration obtained by this equation with the temperature correction amount.

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

【図1】 実施例の窒素酸化物濃度検出装置全体の構成
を表わす概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an entire nitrogen oxide concentration detection device according to an embodiment.

【図2】 実施例のNOxセンサの構成を表わす分解斜
視図である。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the NOx sensor of the embodiment.

【図3】 実施例のECUにおいて繰返し実行されるN
Ox濃度検出処理を表わすフローチャートである。
FIG. 3 is an N repeatedly executed in the ECU of the embodiment.
It is a flow chart showing Ox concentration detection processing.

【図4】 実施例のECUにおいて所定時間毎の割込み
処理として実行される内部抵抗検出処理を表わすフロー
チャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an internal resistance detection process executed as an interrupt process at predetermined time intervals in the ECU of the embodiment.

【図5】 酸素濃度測定セルの内部抵抗と素子温度との
関係を表わすグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell and the element temperature.

【図6】 NOxを含まない被測定ガスの酸素濃度と第
1ポンプ電流及び第2ポンプ電流との関係を表わすグラ
フである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the oxygen concentration of the measured gas containing no NOx and the first pump current and the second pump current.

【図7】 内燃機関の加・減速時の排気温度変化によっ
て生じる第1ポンプ電流及び第2ポンプ電流の変化を表
わすタイムチャートである。
FIG. 7 is a time chart showing changes in the first pump current and the second pump current caused by changes in exhaust gas temperature during acceleration / deceleration of the internal combustion engine.

【図8】 第2ポンプ電流の温度補正量を求める際に使
用されるマップの一例を表わすグラフである。
FIG. 8 is a graph showing an example of a map used when obtaining a temperature correction amount of a second pump current.

【図9】 図4に示した内部抵抗検出処理の動作を説明
するタイムチャートである。
9 is a time chart explaining the operation of the internal resistance detection processing shown in FIG.

【図10】 本発明を適用可能なNOxセンサの他の構
成例を表す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another configuration example of the NOx sensor to which the present invention can be applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…NOxセンサ 4…第1ポンプセル 6…Vs
セル 8…第2ポンプセル 12,14…ヒータ 4a,6a,8a,18,22,24…固体電解質層 4b,4c,6b,6c,8b,8c…多孔質電極 4d,6d,22d…拡散律速層 6f…漏出抵抗部 12a,12c,14a,14c…ヒータ基板 12b,14b…ヒータ配線 20…第1測定室
26…第2測定室 40…駆動回路 40a…制御部 40b,40c
…定電流回路 42…検出回路 44…ヒータ通電回路 AMP…
差動増幅器 R0,R1,R2,R3…抵抗器 SW1,SW2,SW3…開閉スイッチ
2 ... NOx sensor 4 ... 1st pump cell 6 ... Vs
Cell 8 ... Second pump cell 12, 14 ... Heater 4a, 6a, 8a, 18, 22, 24 ... Solid electrolyte layer 4b, 4c, 6b, 6c, 8b, 8c ... Porous electrode 4d, 6d, 22d ... Diffusion rate controlling layer 6f ... Leakage resistance portions 12a, 12c, 14a, 14c ... Heater substrates 12b, 14b ... Heater wiring 20 ... First measurement chamber
26 ... 2nd measurement chamber 40 ... Drive circuit 40a ... Control part 40b, 40c
... constant current circuit 42 ... detection circuit 44 ... heater energizing circuit AMP ...
Differential amplifiers R0, R1, R2, R3 ... Resistors SW1, SW2, SW3 ... Open / close switches

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−142194(JP,A) 特開 平10−232220(JP,A) 特開 平8−271476(JP,A) 特開 平6−27078(JP,A) 特開 昭59−163556(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/416 G01N 27/41 G01N 27/419 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-10-142194 (JP, A) JP-A-10-232220 (JP, A) JP-A-8-271476 (JP, A) JP-A-6-27078 (JP , A) JP-A-59-163556 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/416 G01N 27/41 G01N 27/419

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔
質の電極で挟んでなる第1酸素ポンピングセル及び酸素
濃度測定セルを有し、第1拡散律速層を介して被測定ガ
ス側に連通された第1測定室と、酸素イオン伝導性の固
体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第2酸素ポンピ
ングセルを有し、第2拡散律速層を介して前記第1測定
室と連通された第2測定室と、を備えたセンサ本体と、前記第1酸素ポンピングセル及び前記酸素濃度測定セル
の前記第1測定室側の電極を互いに接続した状態で、前
記酸素濃度測定セルの前記第1測定室とは反対側の電極
に生じた電圧を検出することにより、 前記酸素濃度測定
セルの出力電圧を検出すると共に、該出力電圧が一定値
となるように前記第1酸素ポンピングセルの前記第1測
定室とは反対側の電極に向けて電流を流し込むことによ
り、前記第1酸素ポンピングセルにて前記第1測定室か
ら酸素を汲み出し、前記第1測定室から前記第2測定室
に流入する被測定ガスの酸素濃度を一定に制御するポン
プ電流制御手段と、 前記第2酸素ポンピングセルに前記第2測定室から酸素
を汲み出す方向に一定電圧を印加する定電圧印加手段
と、 該一定電圧の印加により前記第2酸素ポンピングセルに
流れる電流値に基づき被測定ガス中の窒素酸化物濃度を
検出する窒素酸化物濃度検出手段と、 前記センサ本体を窒素酸化物濃度を検出可能な温度まで
加熱するためのヒータと、 前記 酸素濃度測定セルの温度を検出する温度検出手段
と、 該温度検出手段にて検出された前記酸素濃度測定セルの
温度が予め設定された目標温度となるように、前記ヒー
タへの通電を制御するヒータ通電制御手段と、を備えたこと を特徴とする窒素酸化物濃度検出装置。
1. A first oxygen pumping cell having an oxygen ion conductive solid electrolyte layer sandwiched between porous electrodes and an oxygen concentration measuring cell, which communicates with a gas to be measured side through a first diffusion controlling layer. And a second oxygen pumping cell in which an oxygen ion conductive solid electrolyte layer is sandwiched between porous electrodes, and is connected to the first measurement chamber via a second diffusion control layer. A second measuring chamber, a first oxygen pumping cell and an oxygen concentration measuring cell
In the state where the electrodes on the side of the first measurement chamber are connected to each other,
Electrode on the side of the oxygen concentration measuring cell opposite to the first measuring chamber
To by detecting the voltage produced, and detects an output voltage of said oxygen concentration measuring cell, measuring the first of said first oxygen pumping cell so that the output voltage becomes constant value
By applying an electric current to the electrode on the side opposite to the fixed chamber,
Ri, the pumped out oxygen from the first measurement chamber by the first oxygen pumping cell, and a pump current control means for controlling the oxygen concentration in the measurement gas flowing into the second measurement chamber from said first measurement chamber to a constant Constant voltage applying means for applying a constant voltage to the second oxygen pumping cell in a direction of pumping oxygen from the second measurement chamber, and a constant voltage applying means for applying a constant voltage to the second oxygen pumping cell based on a current value flowing in the second oxygen pumping cell. detecting the NOx concentration detecting means for detecting an NOx concentration in the measurement gas, a heater for heating said sensor body to detectable temperature nitrogen oxide concentration, the temperature of the oxygen concentration measuring cell A heater energization control that controls energization to the heater so that the temperature of the oxygen concentration measuring cell detected by the temperature detecting means and the oxygen concentration measuring cell reaches a preset target temperature. Nitrogen oxide concentration detection apparatus comprising: the means.
【請求項2】 前記温度検出手段にて検出された前記酸
素濃度測定セルの温度の前記目標温度からのずれに応じ
て、前記窒素酸化物濃度検出手段にて検出された窒素酸
化物濃度を補正することにより、窒素酸化物濃度の検出
値を温度補償する補正手段を設けたことを特徴とする請
求項1に記載の窒素酸化物濃度検出装置。
2. The nitrogen oxide concentration detected by the nitrogen oxide concentration detecting means is corrected according to the deviation of the temperature of the oxygen concentration measuring cell detected by the temperature detecting means from the target temperature. The nitrogen oxide concentration detecting device according to claim 1, further comprising a correcting means for temperature-compensating the detected value of the nitrogen oxide concentration.
【請求項3】 前記温度検出手段は、前記酸素濃度測定
セルの内部抵抗を検出することにより該セルの温度を検
出し、前記ヒータ通電制御手段は、該検出された前記酸
素濃度測定セルの内部抵抗が前記目標温度に対応した所
定値となるように、前記ヒータへの通電を制御すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の窒素酸化物
濃度検出装置。
3. The temperature detecting means detects the temperature of the oxygen concentration measuring cell by detecting the internal resistance of the oxygen concentration measuring cell, and the heater energization control means detects the inside of the detected oxygen concentration measuring cell. The nitrogen oxide concentration detecting device according to claim 1 or 2, wherein energization to the heater is controlled so that the resistance has a predetermined value corresponding to the target temperature.
【請求項4】 前記センサ本体において、前記酸素濃度
測定セルの前記第1測定室とは反対側の多孔質電極は閉
塞されると共に、該閉塞空間内の酸素の一部を漏出抵抗
部を介して外部に漏出可能に形成されており、 前記ポンプ電流制御手段は、前記酸素濃度測定セルに前
記第1測定室中の酸素を前記閉塞空間に汲み出す方向に
微小電流を流して、該閉塞空間を内部酸素基準源として
機能させつつ、該酸素濃度測定セルに生じる起電力が一
定値となるように前記第1酸素ポンピングセルに流れる
電流量を制御し、 前記温度検出手段は、前記ポンプ電流制御手段と前記酸
素濃度測定セルとの接続を周期的に遮断して、該遮断時
に、前記酸素濃度測定セルに、前記微小電流よりも大き
な内部抵抗検出用電流を前記微小電流とは逆方向に流
し、そのとき前記酸素濃度測定セルの電極間に生じる電
圧から前記酸素濃度測定セルの内部抵抗を検出すること
を特徴とする請求項3に記載の窒素酸化物濃度検出装
置。
4. In the sensor body, the porous electrode on the opposite side of the oxygen concentration measuring cell from the first measurement chamber is closed, and a part of oxygen in the closed space is leaked through a leak resistance portion. The pump current control means applies a minute current to the oxygen concentration measuring cell in a direction for pumping oxygen in the first measuring chamber into the closed space, and the closed space is formed. While functioning as an internal oxygen reference source, the amount of current flowing through the first oxygen pumping cell is controlled so that the electromotive force generated in the oxygen concentration measuring cell has a constant value, and the temperature detecting means controls the pump current control. The connection between the means and the oxygen concentration measuring cell is periodically interrupted, and at the time of interruption, an internal resistance detection current larger than the minute current is passed through the oxygen concentration measuring cell in a direction opposite to the minute current. , And that Nitrogen oxide concentration detection apparatus according to claim 3, characterized in that for detecting the internal resistance of said oxygen concentration measuring cell from a voltage generated between the electrodes of the oxygen concentration measurement cell.
【請求項5】 前記温度検出手段は、前記酸素濃度測定
セルに前記内部抵抗検出用電流を流して内部抵抗を検出
した後、該酸素濃度測定セルに該内部抵抗検出用電流と
は逆方向に前記微小電流より大きな電流を流すことを特
徴とする請求項4に記載の窒素酸化物濃度検出装置。
5. The temperature detecting means detects the internal resistance by flowing the internal resistance detecting current through the oxygen concentration measuring cell, and then reverses the internal resistance detecting current through the oxygen concentration measuring cell. The nitrogen oxide concentration detecting device according to claim 4, wherein a current larger than the minute current is passed.
【請求項6】 前記センサ本体において、前記第1酸素
ポンピングセル,酸素濃度測定セル及び第2酸素ポンピ
ングセルは、夫々、互いに異なる薄板状の固体電解質層
に形成され、前記第1測定室及び第2測定室は、該各固
体電解質層を、前記第1及び第2酸素ポンピングセルを
形成した固体電解質層を外側にして、所定の間隙を介し
て積層することにより構成され、 前記ヒータは、基板にヒータ配線を形成した薄板状の2
枚のヒータ基板からなり、各ヒータ基板を前記センサ本
体における各固体電解質層の積層方向両側に所定の間隙
を介して夫々配置することにより、前記センサ本体を加
熱可能に構成され、 しかも、前記第1拡散律速層を、前記第1酸素ポンピン
グセルが形成された固体電解質層の、前記ヒータ基板に
形成されたヒータ配線の中央部との対向位置を含む箇所
に形成してなることを特徴とする請求項1〜請求項5い
ずれか記載の窒素酸化物濃度検出装置。
6. In the sensor body, the first oxygen pumping cell, the oxygen concentration measuring cell, and the second oxygen pumping cell are respectively formed in different thin plate-shaped solid electrolyte layers, and the first measuring chamber and the first measuring chamber The two measurement chambers are formed by stacking the respective solid electrolyte layers with a predetermined gap, with the solid electrolyte layers having the first and second oxygen pumping cells formed on the outside, and the heater being a substrate. Thin plate-shaped 2 with heater wiring formed on
The heater main body is composed of a single heater substrate, and the heater main body is configured to be heatable by arranging the heater substrates on both sides of the solid electrolyte layers in the sensor main body in the stacking direction with a predetermined gap therebetween . One diffusion rate controlling layer is formed at a location including a position facing the central portion of the heater wiring formed on the heater substrate in the solid electrolyte layer in which the first oxygen pumping cell is formed. The nitrogen oxide concentration detection device according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 前記第2拡散律速層を、前記センサ本体
を前記各固体電解質層の積層方向から投影したときに前
記第1拡散律速層の少なくとも一部と重なるように形成
し、該第2拡散律速層近傍に、前記酸素濃度測定セルを
配置してなることを特徴とする請求項6に記載の窒素酸
化物濃度検出装置。
7. The second diffusion-controlling layer is formed so as to overlap at least a part of the first diffusion-controlling layer when the sensor body is projected from the stacking direction of the solid electrolyte layers, and the second diffusion-controlling layer is formed. 7. The nitrogen oxide concentration detecting device according to claim 6, wherein the oxygen concentration measuring cell is arranged in the vicinity of the diffusion-controlling layer.
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