JP2009192289A - Gas concentration detection device - Google Patents

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克英 秋元
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improving detection accuracy of gas concentration in a gas concentration detection device. <P>SOLUTION: A gas sensor equipped with a sensor element 20 having a pump cell 41, a monitor cell 44 and a sensor cell 45, adjusts an oxygen amount in detection gas introduced into the first chamber 24 by the pump cell 41 to a prescribed concentration level, detects the concentration of a specific component from gas after adjusting the oxygen amount by the pump cell 41 in the second chamber 26 by the sensor cell 45, and calculates the concentration of the specific component by the detection result. A microcomputer 51 in a sensor control device 50 acquires wall temperature information on the temperature of a gas passage wall on which the gas sensor is mounted, and corrects a cell output or cell application voltage of at least some of the pump cell 41, the monitor cell 44 and the sensor cell 45 based on the acquired wall temperature information. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス濃度検出装置に関し、特に、ガス室(チャンバ)内の酸素量を所定濃度レベルに調整する酸素ポンプセルと、その酸素量調整後のガスから特定成分の濃度(例えば窒素酸化物(NOx)濃度)を検出するセンサセルとを有するガスセンサに適用されるガス濃度検出装置に関するものである。   The present invention relates to a gas concentration detection device, and in particular, an oxygen pump cell that adjusts the amount of oxygen in a gas chamber (chamber) to a predetermined concentration level, and a concentration of a specific component (for example, nitrogen oxide ( The present invention relates to a gas concentration detection apparatus applied to a gas sensor having a sensor cell for detecting NOx) concentration).

従来、例えば、車載エンジンの排気中における窒素酸化物(NOx)を検出する限界電流式のNOxセンサが知られている。このNOxセンサは、ポンプセル及びセンサセルの2セル構造か、又はポンプセル、センサセル及びモニタセルからなる3セル構造を有している。これら各セルのうち、ポンプセルでは、ガス室内に導入した排気中の酸素の排出又は汲み込みが行われ、センサセルでは、ポンプセルを通過した後のガスからNOx濃度が検出される。また、モニタセルでは、ガス室内の余剰酸素量が検出される。   2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a limit current type NOx sensor that detects nitrogen oxide (NOx) in exhaust of an in-vehicle engine is known. This NOx sensor has a two-cell structure including a pump cell and a sensor cell, or a three-cell structure including a pump cell, a sensor cell, and a monitor cell. Among these cells, the pump cell discharges or pumps oxygen in the exhaust gas introduced into the gas chamber, and the sensor cell detects the NOx concentration from the gas that has passed through the pump cell. In the monitor cell, the amount of excess oxygen in the gas chamber is detected.

さらに、NOxセンサにおいては、上記の各セルを所定の活性温度に保持するためのヒータが設けられている。この場合、各セルが設けられる固体電解質素子の抵抗値(素子インピーダンス)が検出され、その素子インピーダンスが活性温度相当の値になるようヒータの通電が制御される。より具体的には、ポンプセル又はモニタセルの何れかについて素子インピーダンスが検出され、その素子インピーダンスの検出値と目標値との偏差に応じてヒータ通電がフィードバック制御される(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−171439号公報
Furthermore, the NOx sensor is provided with a heater for maintaining each of the above cells at a predetermined activation temperature. In this case, the resistance value (element impedance) of the solid electrolyte element provided with each cell is detected, and the energization of the heater is controlled so that the element impedance becomes a value corresponding to the activation temperature. More specifically, the element impedance is detected for either the pump cell or the monitor cell, and the heater energization is feedback controlled in accordance with the deviation between the detected value of the element impedance and the target value (see, for example, Patent Document 1).
JP 2000-171439 A

エンジンの排気管にNOxセンサが取り付けられている場合、センサ素子では、同素子のセンサ取り付け部位で排気管への熱放出(熱引け)が起こる。その場合、センサ素子の先端側とそれよりも基端側(排気管取り付け部位側)との間に温度勾配が生じ、センサ素子の先端側に比して、それよりも基端側が低温となることが考えられる。また、その温度勾配は、エンジン始動に伴う排気管温度の上昇時などにおいては、排気管温度の温度変化に依存して変動することも考えられる。そのため、特許文献1のように一方のセルの素子インピーダンスに基づいてヒータ通電制御を実行する構成では、温度の制御がなされていないセルにおいて、センサ素子の温度勾配変化に伴いそのセル温度にばらつきが生じるおそれがある。   When the NOx sensor is attached to the exhaust pipe of the engine, in the sensor element, heat release (heat shrinkage) to the exhaust pipe occurs at the sensor attachment portion of the element. In that case, a temperature gradient is generated between the distal end side of the sensor element and the proximal end side (exhaust pipe attachment site side), and the proximal end side is lower in temperature than the distal end side of the sensor element. It is possible. In addition, the temperature gradient may vary depending on the temperature change of the exhaust pipe temperature when the exhaust pipe temperature rises as the engine starts. Therefore, in the configuration in which the heater energization control is performed based on the element impedance of one cell as in Patent Document 1, the cell temperature varies with the change in the temperature gradient of the sensor element in the cell where the temperature is not controlled. May occur.

一方で、センサ素子の出力特性は温度特性を有する。このため、セル温度がばらつくと、センサ出力に誤差が生じ、ガス濃度の検出精度が低下するおそれがある。特に、各セルにおいて排気管からの距離が異なる場合には、各セル間で排気管温度の変動の影響を受ける度合いが異なるため、上記問題が生じやすい。   On the other hand, the output characteristic of the sensor element has a temperature characteristic. For this reason, if the cell temperature varies, an error may occur in the sensor output, and the gas concentration detection accuracy may decrease. In particular, when the distance from the exhaust pipe is different in each cell, the degree of influence of fluctuations in the exhaust pipe temperature is different between the cells, and thus the above problem is likely to occur.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ガス濃度の検出精度を向上させることができるガス濃度検出装置を提供することを主たる目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its main object to provide a gas concentration detection device that can improve the detection accuracy of the gas concentration.

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。   The present invention employs the following means in order to solve the above problems.

本発明のガス濃度検出装置は、各々に固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とよりなる第1セル及び第2セルを有するセンサ素子を備え、かつ、前記第1セルの電極に電圧を印加することでガス室内に導入した被検出ガス中の酸素量を所定濃度レベルに調整するとともに前記第2セルの電極に電圧を印加することで前記第1セルによる酸素量調整後のガス中の特定成分に応じて第2セル出力を生じさせるガスセンサに適用され、前記第2セル出力により前記特定成分の濃度を算出するガス濃度検出装置において、前記ガスセンサが取り付けられたガス通路壁の温度に関する壁温情報を取得する壁温情報取得手段と、前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温情報に基づいて、前記第1セル及び前記第2セルの少なくともいずれかのセル出力又はセル印加電圧を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。   The gas concentration detection device of the present invention comprises a sensor element having a first cell and a second cell each comprising a solid electrolyte body and a pair of electrodes disposed on the solid electrolyte body, After adjusting the amount of oxygen in the gas to be detected introduced into the gas chamber to a predetermined concentration level by applying a voltage to the electrode and after adjusting the amount of oxygen by the first cell by applying a voltage to the electrode of the second cell In a gas concentration detection device that is applied to a gas sensor that generates a second cell output according to a specific component in the gas and calculates the concentration of the specific component based on the second cell output, a gas passage wall to which the gas sensor is attached Based on the wall temperature information acquired by the wall temperature information acquisition means for acquiring the wall temperature information related to the temperature of the wall temperature information acquired by the wall temperature information acquisition means, at least of the first cell and the second cell And correcting means for correcting the cell output or cell applied voltage Zureka, it characterized in that it comprises a.

ガスセンサにおいて、センサ素子の第1セル及び第2セルは、その出力特性として温度特性を有する。また、ガスセンサの取り付け部位では、ガス通路壁への熱放出がなされる。この場合、ガス通路壁の温度が変化すると、ガス通路壁への熱放出量が変化し、それに起因して各セルでは、各セルとガス通路壁との距離に応じて出力値に影響が生じる。つまり、上記センサ素子においては、少なくともいずれかのセルでその温度が適正温度からずれてしまい、それに起因してセンサ出力に誤差が生じる。それらの点に鑑み、本発明では、ガスセンサの取り付け部位におけるガス通路壁の温度に関する壁温情報を取得し、その壁温情報に応じてセル出力又はセル印加電圧を補正する。これにより、ガスセンサの取り付け部位においてガス通路壁の温度変化があった場合であっても、セル出力又はセル印加電圧に対して排気管の温度変化を考慮した補正が行われるため、セルの温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができ、ひいてはガス濃度の検出精度を向上できる。   In the gas sensor, the first cell and the second cell of the sensor element have temperature characteristics as their output characteristics. Further, heat is released to the gas passage wall at the attachment site of the gas sensor. In this case, when the temperature of the gas passage wall changes, the amount of heat released to the gas passage wall changes, and as a result, in each cell, the output value is affected according to the distance between each cell and the gas passage wall. . That is, in the sensor element, at least one of the cells has its temperature deviated from an appropriate temperature, resulting in an error in sensor output. In view of these points, in the present invention, wall temperature information related to the temperature of the gas passage wall at the attachment site of the gas sensor is acquired, and the cell output or the cell applied voltage is corrected according to the wall temperature information. As a result, even if there is a change in the temperature of the gas passage wall at the location where the gas sensor is attached, the cell output or cell applied voltage is corrected in consideration of the change in temperature of the exhaust pipe. The sensor output error accompanying this can be eliminated, and consequently the gas concentration detection accuracy can be improved.

一方のセルを制御対象として、そのセル温度を一定に保つようヒータの通電制御が実行される場合、温度制御がなされていない他方のセルでは、ガス通路壁の温度変化に伴うセル温度の変化が原因で適正温度からの温度ずれが生じる。この場合、温度制御がなされていない方のセルにおいて出力誤差が生じることが懸念される。この点に鑑み、請求項2に記載の発明では、前記ヒータ制御手段による温度制御の対象とされていないセル出力又はセル印加電圧を前記壁温情報に基づいて補正する。こうすることにより、温度制御の対象とされていないセルの温度ずれに起因するセンサ出力誤差を解消することができる。   When the heater energization control is performed so that one cell is controlled and the cell temperature is kept constant, in the other cell where the temperature control is not performed, the change in the cell temperature due to the temperature change in the gas passage wall occurs. This causes a temperature deviation from the appropriate temperature. In this case, there is a concern that an output error may occur in the cell that is not temperature-controlled. In view of this point, in the invention according to claim 2, the cell output or the cell applied voltage that is not the target of the temperature control by the heater control unit is corrected based on the wall temperature information. By doing so, it is possible to eliminate a sensor output error caused by a temperature shift of a cell not subjected to temperature control.

第1セル及び第2セルのうち第1セルについて温度制御が実行されている場合、ガス室内の残留酸素濃度は所望の酸素濃度レベルに保持される。一方、第2セルにおいては、第2セルが温度制御の対象とされていないため、ガス通路壁の温度変動に起因して温度ずれが起こり、その温度ずれ分に相当する出力誤差が生じるものと考えられる。この点に鑑み、請求項3に記載の発明では、第1セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御する場合に、前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第2セルのセル出力を補正する。こうすることで、第2セルの温度ずれに伴う出力誤差を、ガス通路壁の温度に基づく補正により解消することができ、ひいては第2セルによる濃度検出精度を高めることができる。   When temperature control is performed for the first cell of the first cell and the second cell, the residual oxygen concentration in the gas chamber is maintained at a desired oxygen concentration level. On the other hand, in the second cell, since the second cell is not subject to temperature control, a temperature deviation occurs due to a temperature fluctuation of the gas passage wall, and an output error corresponding to the temperature deviation occurs. Conceivable. In view of this point, in the invention according to claim 3, when the energization of the heater is controlled with the first cell as a control target, the cell output of the second cell is corrected based on the temperature of the gas passage wall. . By doing so, the output error due to the temperature shift of the second cell can be eliminated by the correction based on the temperature of the gas passage wall, and the concentration detection accuracy by the second cell can be improved.

第1セル及び第2セルのうち第2セルについて温度制御が実行されている場合、ガス通路壁の温度変化によりガス室内の残留酸素濃度にずれが生じ、その残留酸素濃度のずれに起因して第2セル出力に誤差が生じる。この点に鑑み、請求項4に記載の発明では、第2セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御する場合に、前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第1セルのセル印加電圧を補正する。これにより、ガス室内の残留酸素濃度のずれが抑制され、ひいては第2セルの出力誤差が解消される。その結果、第2セルによる濃度検出精度を高めることができる。   When the temperature control is performed for the second cell of the first cell and the second cell, the residual oxygen concentration in the gas chamber is shifted due to the temperature change of the gas passage wall, which is caused by the shift in the residual oxygen concentration. An error occurs in the second cell output. In view of this point, in the invention according to claim 4, when the energization of the heater is controlled with the second cell as a control target, the cell applied voltage of the first cell is corrected based on the temperature of the gas passage wall. To do. Thereby, the shift | offset | difference of the residual oxygen concentration in a gas chamber is suppressed, and the output error of a 2nd cell is eliminated by extension. As a result, the density detection accuracy by the second cell can be increased.

第1セル及び第2セルのうち第2セルについて温度制御が実行されている場合、ガス通路壁の温度変化によりガス室内の残留酸素濃度にずれが生じ、その残留酸素濃度のずれに起因して第2セル出力に誤差が生じる。この点に鑑み、請求項5に記載の発明では、第2セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御する場合に、前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第2セルのセル出力を補正する。これにより、残留酸素濃度のずれに起因する第2セルの出力誤差を、ガス通路壁の温度に基づく補正により解消することができる。その結果、第2セルによる濃度検出精度を高めることができる。   When the temperature control is performed for the second cell of the first cell and the second cell, the residual oxygen concentration in the gas chamber is shifted due to the temperature change of the gas passage wall, which is caused by the shift in the residual oxygen concentration. An error occurs in the second cell output. In view of this point, in the invention according to claim 5, when the energization of the heater is controlled with the second cell as a control target, the cell output of the second cell is corrected based on the temperature of the gas passage wall. . Thereby, the output error of the second cell due to the deviation of the residual oxygen concentration can be eliminated by correction based on the temperature of the gas passage wall. As a result, the density detection accuracy by the second cell can be increased.

内燃機関の排気管に設けられ、排気中の特定成分の濃度(NOx濃度等)を検出するガスセンサでは、同ガスセンサのセンサ素子が排気管内中央部に突き出るようにして排気管に取り付けられている。また、センサ素子に、同素子の先端側と排気管取り付け側とのそれぞれ異なる位置に前記第1セルと前記第2セルとが設けられる構成において、前記内燃機関の排気管壁の温度に基づいてセル出力又はセル印加電圧を補正するとよい。特に、第1セルと第2セルとが排気管の取り付け部位から異なる位置(例えば第1セルがセンサ素子の先端側であって第2セルが排気管取り付け側)に配置されている場合には、各セルにおいて排気管への熱放出によるセル温度の変化の程度が異なる。このため、上記構成では、排気管温度の変化に伴いセンサ素子における温度勾配が変化しやすいことから、本発明を好ましく適用できる。   In a gas sensor that is provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine and detects the concentration (NOx concentration, etc.) of a specific component in the exhaust gas, the sensor element of the gas sensor is attached to the exhaust pipe so as to protrude into the center of the exhaust pipe. Further, in the configuration in which the sensor element is provided with the first cell and the second cell at different positions on the tip side and the exhaust pipe attachment side of the sensor element, based on the temperature of the exhaust pipe wall of the internal combustion engine The cell output or the cell applied voltage may be corrected. In particular, when the first cell and the second cell are arranged at different positions from the exhaust pipe attachment site (for example, the first cell is on the tip side of the sensor element and the second cell is on the exhaust pipe attachment side). In each cell, the degree of change in cell temperature due to heat release to the exhaust pipe is different. For this reason, in the said structure, since the temperature gradient in a sensor element changes easily with the change of exhaust pipe temperature, this invention can be applied preferably.

内燃機関の始動時には、内燃機関の始動に伴い排気管温度が常温から上昇するため、排気管の温度変化に依存してセンサ素子の温度勾配が変化し、これによりセルの温度ずれが生じやすい。この点に鑑み、請求項7に記載の発明では、前記内燃機関の所定始動期間においてセル出力又はセル印加電圧の補正を実行する。これにより、排気管の温度変化に伴いセルの温度ずれが生じた場合であっても、セル出力又はセル印加電圧に対して排気管の温度変化を考慮した補正を行うため、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を好適に解消できる。   When the internal combustion engine is started, the exhaust pipe temperature rises from the normal temperature as the internal combustion engine is started. Therefore, the temperature gradient of the sensor element changes depending on the temperature change of the exhaust pipe, and this tends to cause a temperature shift of the cell. In view of this point, in the invention according to claim 7, the cell output or the cell applied voltage is corrected in a predetermined start period of the internal combustion engine. As a result, even if a cell temperature deviation occurs due to a change in the temperature of the exhaust pipe, the cell output or cell applied voltage is corrected in consideration of the temperature change of the exhaust pipe. The sensor output error can be preferably eliminated.

ガス通路壁の温度が所定温度(ガスセンサが内燃機関の排気管に取り付けられている場合、例えば350℃)から外れるほど各セルの温度ずれが大きくなり、その結果ガス濃度の検出精度が低下する。この点に鑑み、請求項8に記載の発明では、ガス通路壁の温度が補正温度域にある場合にセンサ出力の補正を実行する。各セルの温度ずれが大きい場合には、その温度ずれに伴いセンサ素子の出力誤差が大きくなることから、センサ出力の補正を実施するのが望ましい。   As the temperature of the gas passage wall deviates from a predetermined temperature (for example, 350 ° C. when the gas sensor is attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine), the temperature deviation of each cell increases, and as a result, the gas concentration detection accuracy decreases. In view of this point, in the invention according to the eighth aspect, the sensor output is corrected when the temperature of the gas passage wall is in the correction temperature range. When the temperature deviation of each cell is large, the output error of the sensor element increases with the temperature deviation. Therefore, it is desirable to correct the sensor output.

ここで、補正温度域は、例えばガスセンサが内燃機関の排気管に取り付けられている場合、排気管内を通過する排ガスの温度が低温域(例えば25℃以下)及び過高温域(例えばガソリン車で600℃以上、ディーゼル車で400℃以上)の場合における排気管温度域か、又は内燃機関の暖機後における排気管温度(例えば350℃±10℃)から外れた温度域とするのが望ましい。   Here, for example, when the gas sensor is attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine, the correction temperature range is such that the temperature of the exhaust gas passing through the exhaust pipe is a low temperature range (for example, 25 ° C. or less) and an excessively high temperature range (for example, 600 for a gasoline vehicle). It is desirable that the exhaust pipe temperature range in the case of a temperature higher than 0 ° C. or 400 ° C. or higher in a diesel vehicle) or a temperature range that deviates from the exhaust pipe temperature after warming up the internal combustion engine (for example, 350 ° C. ± 10 ° C.).

ガスセンサが第1セル、第2セル及び第3セルからなる3セル構造を有する場合、すなわち、ガスセンサにおけるセンサ素子が、固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とよりなり、前記第1セルの酸素量調整後のガスから前記ガス室内の残留酸素濃度を検出する第3セルを更に備える場合、そのガスセンサでは、第2セルで検出した特定成分の濃度から第3セルで検出した残留酸素濃度を差し引いた値により、被検出ガス中の特定成分の濃度が算出される。この場合、請求項9に記載したように、前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第2セルの電流値と前記第3セルの電流値とを補正するとよい。これにより、第2セルと第3セルとにおいて温度ずれによる影響度がそれぞれ異なっていても、それぞれの影響度に合わせた補正を行うことができ、ひいては特定成分の濃度を精度よく算出することができる。   When the gas sensor has a three-cell structure including the first cell, the second cell, and the third cell, that is, the sensor element in the gas sensor includes a solid electrolyte body and a pair of electrodes disposed on the solid electrolyte body, When the gas sensor further includes a third cell for detecting the residual oxygen concentration in the gas chamber from the gas after adjusting the oxygen amount in the first cell, the gas sensor detects the concentration in the third cell from the concentration of the specific component detected in the second cell. Based on the value obtained by subtracting the residual oxygen concentration, the concentration of the specific component in the detection gas is calculated. In this case, as described in claim 9, the current value of the second cell and the current value of the third cell may be corrected based on the temperature of the gas passage wall. As a result, even if the degree of influence due to the temperature difference is different between the second cell and the third cell, it is possible to perform correction according to the degree of influence, and to calculate the concentration of the specific component with high accuracy. it can.

(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車載エンジンの排気管に設けられたNOxセンサを用い、そのNOxセンサの出力に基づいて排気中のNOx濃度を検出するNOx濃度検出システムについて説明する。なお、車載エンジンは、例えばディーゼルエンジンであり、同エンジンの排気管に設けられる排気浄化装置としてのNOx浄化触媒(NOx吸蔵還元型触媒やアンモニア選択還元触媒等)について、NOxセンサの出力に基づいて異常診断等が実施されるようになっている。例えば、NOx浄化触媒の下流側にNOxセンサが設けられ、同NOxセンサの出力から算出されるNOx濃度(NOx浄化率)が所定の異常判定値を上回る場合に、NOx浄化触媒が異常である旨診断される。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a NOx concentration detection system that uses a NOx sensor provided in an exhaust pipe of an in-vehicle engine and detects the NOx concentration in the exhaust based on the output of the NOx sensor will be described. The in-vehicle engine is, for example, a diesel engine, and a NOx purification catalyst (such as a NOx storage reduction catalyst or an ammonia selective reduction catalyst) as an exhaust purification device provided in the exhaust pipe of the engine is based on the output of the NOx sensor. Abnormal diagnosis etc. are to be implemented. For example, a NOx sensor is provided downstream of the NOx purification catalyst, and the NOx purification catalyst is abnormal when the NOx concentration (NOx purification rate) calculated from the output of the NOx sensor exceeds a predetermined abnormality determination value. Diagnosed.

NOxセンサ10の構成を、図1及び図2を用いて説明する。ここではまず、図2を用いて、NOxセンサ10の全体構成を説明する。   The configuration of the NOx sensor 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. First, the overall configuration of the NOx sensor 10 will be described with reference to FIG.

図2に示すように、NOxセンサ10は、先端側カバー11とハウジング12と基端側カバー13とを有し、全体として略円柱状をなす。そして、その内部に長尺状のセンサ素子20が収容されている。NOxセンサ10は、ハウジング12にて排気管EPの壁部に取り付けられるようになっており、その取り付けられた状態では先端側カバー11が排気管EP内に配され、先端側カバー11に設けられた複数の小孔(通気孔)11aを通じて排気がセンサ素子20に供給されるようになっている。つまり、NOxセンサ10は、センサ素子20が排気管内中央部に突き出るようにして排気管EPに取り付けられている。図中、「PS」は後述するポンプセルを示し、「SS」は後述するセンサセルを示す。   As shown in FIG. 2, the NOx sensor 10 has a distal end side cover 11, a housing 12, and a proximal end side cover 13, and has a substantially cylindrical shape as a whole. And the elongate sensor element 20 is accommodated in the inside. The NOx sensor 10 is attached to the wall portion of the exhaust pipe EP by the housing 12, and in the attached state, the front end side cover 11 is arranged in the exhaust pipe EP and is provided on the front end side cover 11. Exhaust gas is supplied to the sensor element 20 through a plurality of small holes (vent holes) 11a. That is, the NOx sensor 10 is attached to the exhaust pipe EP so that the sensor element 20 protrudes to the central part in the exhaust pipe. In the figure, “PS” indicates a pump cell described later, and “SS” indicates a sensor cell described later.

センサ素子20は、いわゆる積層型構造を有するものである。なお、図示は省略するが、先端側カバー11は内外二重構造となっており、内外の各カバーには、センサ素子20の被水防止対策として、その内外において互い違いとなる位置に(すなわち迷路状に)複数の小孔11aが設けられている。   The sensor element 20 has a so-called stacked structure. Although not shown, the front end side cover 11 has an inner / outer double structure, and the inner / outer covers are provided at alternate positions on the inside / outside of the cover (ie, the maze) as a measure for preventing the sensor element 20 from getting wet. A plurality of small holes 11a are provided.

次に、センサ素子20の構成を、図1を用いて説明する。図1には、センサ素子20の内部構造を示しており、図の左右方向が同素子の長手方向に相当する。すなわち、図の右側が素子基端側(排気管取り付け部位側)であり、図の左側が素子先端側となっている。   Next, the configuration of the sensor element 20 will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the internal structure of the sensor element 20, and the left-right direction in the figure corresponds to the longitudinal direction of the element. That is, the right side of the figure is the element base end side (exhaust pipe attachment site side), and the left side of the figure is the element tip side.

センサ素子20は、ポンプセル、センサセル及びモニタセルからなる、いわゆる3セル構造を有するものであり、それら各セルが積層配置されて構成されている。なお、モニタセルは、ポンプセル同様、ガス中の酸素排出の機能を具備するため、補助ポンプセル又は第2ポンプセルと称される場合もある。   The sensor element 20 has a so-called three-cell structure including a pump cell, a sensor cell, and a monitor cell, and each cell is laminated and configured. Since the monitor cell has a function of discharging oxygen in the gas like the pump cell, the monitor cell may be referred to as an auxiliary pump cell or a second pump cell.

センサ素子20において、ジルコニア等の酸素イオン導電性材料からなる固体電解質体21,22はシート状をなし、アルミナ等の絶縁材料からなるスペーサ23を介して図の上下に所定間隔を隔てて積層されている。このうち、図の上側の固体電解質体21には排気導入口21aが形成されており、この排気導入口21aを介して当該センサ素子周囲の排気が第1チャンバ24内に導入される。第1チャンバ24は、絞り部25を介して第2チャンバ26に連通している。固体電解質体21の図の上面には、排気を所定の拡散抵抗で出し入れするための多孔質拡散層27が設けられるとともに、大気通路28を区画形成するための絶縁層29が設けられている。   In the sensor element 20, the solid electrolyte bodies 21 and 22 made of an oxygen ion conductive material such as zirconia are formed in a sheet shape, and are stacked at a predetermined interval above and below the figure via spacers 23 made of an insulating material such as alumina. ing. Among these, an exhaust inlet 21a is formed in the solid electrolyte body 21 on the upper side of the figure, and exhaust around the sensor element is introduced into the first chamber 24 through the exhaust inlet 21a. The first chamber 24 communicates with the second chamber 26 via the throttle unit 25. On the upper surface of the solid electrolyte body 21 in the figure, a porous diffusion layer 27 for taking in and out the exhaust gas with a predetermined diffusion resistance is provided, and an insulating layer 29 for defining an air passage 28 is provided.

また、固体電解質体22の図の下面にはアルミナ等よりなる絶縁層31が設けられ、この絶縁層31により大気通路32が形成されている。絶縁層31には、センサ全体を加熱するためのヒータ(発熱体)33が埋設されている。この場合、ヒータ33により、ポンプセル41、モニタセル44及びセンサセル45が加熱され、これら各セル41,44,45が活性状態とされる。ヒータ33は、図示しないバッテリ電源等からの給電により熱エネルギを発生する。   Further, an insulating layer 31 made of alumina or the like is provided on the lower surface of the solid electrolyte body 22 in the figure, and an atmospheric passage 32 is formed by the insulating layer 31. A heater (heating element) 33 for heating the entire sensor is embedded in the insulating layer 31. In this case, the pump cell 41, the monitor cell 44, and the sensor cell 45 are heated by the heater 33, and each of these cells 41, 44, 45 is activated. The heater 33 generates heat energy by power supply from a battery power source (not shown).

図の下側の固体電解質体22には、第1チャンバ24に対面するようにしてポンプセル41が設けられており、ポンプセル41は、第1チャンバ24内に導入された排気中の酸素を出し入れして同チャンバ24内の残留酸素濃度を所定濃度に調整する。ポンプセル41は、固体電解質体22を挟んで設けられる上下一対の電極42,43を有し、そのうち特に第1チャンバ24側の電極42はNOx不活性電極(NOxを分解し難い電極)となっている。ポンプセル41は、電極42,43間に電圧が印加された状態で、第1チャンバ24内に存在する酸素を分解して電極43より大気通路32側に排出する。   The solid electrolyte body 22 on the lower side of the figure is provided with a pump cell 41 so as to face the first chamber 24, and the pump cell 41 takes in and out oxygen in the exhaust gas introduced into the first chamber 24. The residual oxygen concentration in the chamber 24 is adjusted to a predetermined concentration. The pump cell 41 has a pair of upper and lower electrodes 42 and 43 provided with the solid electrolyte body 22 sandwiched therebetween, and in particular, the electrode 42 on the first chamber 24 side is a NOx inactive electrode (an electrode that hardly decomposes NOx). Yes. The pump cell 41 decomposes oxygen present in the first chamber 24 in a state where a voltage is applied between the electrodes 42 and 43 and discharges it from the electrode 43 to the atmosphere passage 32 side.

また、図の上側の固体電解質体21には、第2チャンバ26に対面するようにしてモニタセル44及びセンサセル45が設けられている。モニタセル44は、上述したポンプセル41により余剰酸素が排出された後に、第2チャンバ26内の残留酸素濃度に応じて起電力、又は電圧印加に伴い電流出力を発生する。センサセル45は、第2チャンバ26内のガスからNOx濃度を検出する。   Further, a monitor cell 44 and a sensor cell 45 are provided in the upper solid electrolyte body 21 in the drawing so as to face the second chamber 26. After the surplus oxygen is discharged by the pump cell 41 described above, the monitor cell 44 generates a current output in accordance with the electromotive force or voltage application according to the residual oxygen concentration in the second chamber 26. The sensor cell 45 detects the NOx concentration from the gas in the second chamber 26.

モニタセル44及びセンサセル45は、互いに近接した位置に並べて配置されており、第2チャンバ26側に電極46,47を有するとともに、大気通路28側に共通電極48を有する構成となっている。すなわち、モニタセル44は、固体電解質体21とそれを挟んで対向配置された電極46及び共通電極48とにより構成され、センサセル45は、同じく固体電解質体21とそれを挟んで対向配置された電極47及び共通電極48とにより構成されている。モニタセル44の電極46(第2チャンバ26側の電極)はNOxに不活性なAu−Pt等の貴金属からなるのに対し、センサセル45の電極47(第2チャンバ26側の電極)はNOxに活性な白金Pt、ロジウムRh等の貴金属からなる。なお、便宜上図面ではモニタセル44及びセンサセル45を排気の流れ方向に対して前後に並べて示すが、実際には、これら各セル44,45は排気の流れ方向に対して同等位置になるよう配置されている。   The monitor cell 44 and the sensor cell 45 are arranged side by side at positions close to each other, and have the electrodes 46 and 47 on the second chamber 26 side and the common electrode 48 on the atmosphere passage 28 side. That is, the monitor cell 44 is configured by the solid electrolyte body 21, the electrode 46 and the common electrode 48 disposed so as to face each other, and the sensor cell 45 is similarly configured to face the solid electrolyte body 21 and the electrode 47 disposed so as to face it. And the common electrode 48. The electrode 46 (electrode on the second chamber 26 side) of the monitor cell 44 is made of a noble metal such as Au—Pt that is inactive to NOx, whereas the electrode 47 (electrode on the second chamber 26 side) of the sensor cell 45 is active on NOx. It consists of noble metals such as platinum Pt and rhodium Rh. For convenience, in the drawing, the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are shown side by side with respect to the exhaust flow direction, but in actuality, the cells 44 and 45 are arranged at the same position with respect to the exhaust flow direction. Yes.

ここで、ポンプセル41と、モニタセル44及びセンサセル45とは、センサ素子20の長手方向に並べて設けられており、センサ素子20の先端側にポンプセル41が設けられ、同基端側(排気管取り付け側)にモニタセル44及びセンサセル45が設けられている。   Here, the pump cell 41, the monitor cell 44, and the sensor cell 45 are provided side by side in the longitudinal direction of the sensor element 20. The pump cell 41 is provided on the distal end side of the sensor element 20, and the base end side (exhaust pipe attachment side). ) Is provided with a monitor cell 44 and a sensor cell 45.

上記構成のセンサ素子20(NOxセンサ10)では、排気は多孔質拡散層27及び排気導入口21aを通って第1チャンバ24に導入される。そして、この排気がポンプセル41近傍を通過する際、ポンプセル電極42,43間にポンプセル印加電圧Vpが印加されることで分解反応が起こる。これにより、第1チャンバ24内の酸素濃度に応じて、ポンプセル41を介して酸素が出し入れされる。なお、第1チャンバ24側の電極42がNOx不活性電極であるため、ポンプセル41では排気中のNOxは分解されず、酸素のみが分解されて電極43から大気通路32に排出される。こうしたポンプセル41の働きにより、第1チャンバ24内を所定の低酸素濃度の状態に保持する。   In the sensor element 20 (NOx sensor 10) configured as described above, the exhaust is introduced into the first chamber 24 through the porous diffusion layer 27 and the exhaust introduction port 21a. Then, when this exhaust gas passes through the vicinity of the pump cell 41, a decomposition reaction occurs by applying a pump cell applied voltage Vp between the pump cell electrodes 42 and 43. Thereby, oxygen is taken in and out through the pump cell 41 according to the oxygen concentration in the first chamber 24. Since the electrode 42 on the first chamber 24 side is a NOx inactive electrode, NOx in the exhaust gas is not decomposed in the pump cell 41, but only oxygen is decomposed and discharged from the electrode 43 to the atmosphere passage 32. By such a function of the pump cell 41, the inside of the first chamber 24 is maintained in a predetermined low oxygen concentration state.

ポンプセル41近傍を通過したガスは第2チャンバ26に流れ込み、モニタセル44では、ガス中の残留酸素濃度に応じた出力が発生する。モニタセル44の出力は、モニタセル電極46,48間に所定のモニタセル印加電圧Vmが印加されることでモニタセル電流Imとして検出される。また、センサセル電極47,48間に所定のセンサセル印加電圧Vsが印加されることでガス中のNOxが還元分解され、その際発生する酸素が電極48から大気通路28に排出される。このとき、センサセル45に流れた電流(センサセル電流Is)により、最終的に排気中のNOx濃度が検出される。   The gas that has passed in the vicinity of the pump cell 41 flows into the second chamber 26, and the monitor cell 44 generates an output corresponding to the residual oxygen concentration in the gas. The output of the monitor cell 44 is detected as a monitor cell current Im when a predetermined monitor cell application voltage Vm is applied between the monitor cell electrodes 46 and 48. Further, when a predetermined sensor cell applied voltage Vs is applied between the sensor cell electrodes 47 and 48, NOx in the gas is reduced and decomposed, and oxygen generated at that time is discharged from the electrode 48 to the atmospheric passage 28. At this time, the NOx concentration in the exhaust gas is finally detected by the current (sensor cell current Is) flowing through the sensor cell 45.

ここで、NOxセンサ10の出力特性について、図3を用いて説明する。図3のうち(a)はポンプセル41の出力特性(V−I特性)を示し、(b)はセンサセル45の出力特性(V−I特性)を示す。なお、図3において、横軸は印加電圧Vp,Vsであり、縦軸はセル電流Ip,Isである。   Here, the output characteristics of the NOx sensor 10 will be described with reference to FIG. 3A shows the output characteristic (V-I characteristic) of the pump cell 41, and FIG. 3B shows the output characteristic (VI characteristic) of the sensor cell 45. FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents applied voltages Vp and Vs, and the vertical axis represents cell currents Ip and Is.

図3(a)において、電圧軸(横軸)に平行な平坦部分は、ポンプセル電流Ipを特定する限界電流域である。そして、限界電流域におけるポンプセル電流Ipが排気中の酸素濃度と関連付けられている。つまり、排気中の酸素濃度が多いほどポンプセル電流Ipが増大する。この限界電流域は、排気中の酸素濃度が多いほど高電圧側にシフトする。また、限界電流域が高温側にシフトするのに合わせて、ポンプセル印加電圧Vpを決定するための印加電圧特性(印加電圧線Vp0)も高温側にシフトする。   In FIG. 3A, a flat portion parallel to the voltage axis (horizontal axis) is a limit current region that specifies the pump cell current Ip. The pump cell current Ip in the limit current region is associated with the oxygen concentration in the exhaust gas. That is, the pump cell current Ip increases as the oxygen concentration in the exhaust gas increases. This limit current region shifts to the higher voltage side as the oxygen concentration in the exhaust gas increases. As the limit current region shifts to the high temperature side, the applied voltage characteristic (applied voltage line Vp0) for determining the pump cell applied voltage Vp also shifts to the high temperature side.

また、図3(b)において、電圧軸(横軸)に平行な平坦部分は、センサセル電流Isを特定する限界電流域である。そして、限界電流域におけるセンサセル電流Isが排気中のNOx濃度に関連付けられている。つまり、排気中のNOx濃度が増えるほどセンサセル電流Isが増大する。センサセル印加電圧Vsは、所定NOx濃度相当のセンサセル電流Isを限界電流域で検出可能とする所定値Vs0で設定されている。   In FIG. 3B, the flat portion parallel to the voltage axis (horizontal axis) is a limit current region for specifying the sensor cell current Is. The sensor cell current Is in the limit current region is associated with the NOx concentration in the exhaust gas. That is, the sensor cell current Is increases as the NOx concentration in the exhaust gas increases. The sensor cell applied voltage Vs is set at a predetermined value Vs0 that allows the sensor cell current Is corresponding to a predetermined NOx concentration to be detected in the limit current region.

図1の説明に戻り、センサ制御回路50は、センサ制御の主体となるマイコン51を有している。マイコン51は、ポンプセル41の電極42,43間に印加するポンプセル電圧Vp、モニタセル44の電極46,48間に印加するモニタセル電圧Vm、センサセル45の電極47,48間に印加するセンサセル電圧Vsをそれぞれ制御する。また、マイコン51は、ポンプセル41に流れる電流(ポンプセル電流Ip)、モニタセル44に流れる電流(モニタセル電流Im)及びセンサセル電流Isの各々の計測値を逐次入力する。そして、入力したモニタセル電流Imとセンサセル電流Isとの差分により排気中のNOx濃度を算出する。さらに、マイコン51は、ポンプセル41を制御対象とし、ポンプセル温度が目標とする活性温度(例えば750℃)に一定に保持されるようヒータ23の通電を制御する。   Returning to the description of FIG. 1, the sensor control circuit 50 includes a microcomputer 51 which is a main body of sensor control. The microcomputer 51 receives the pump cell voltage Vp applied between the electrodes 42 and 43 of the pump cell 41, the monitor cell voltage Vm applied between the electrodes 46 and 48 of the monitor cell 44, and the sensor cell voltage Vs applied between the electrodes 47 and 48 of the sensor cell 45, respectively. Control. Further, the microcomputer 51 sequentially inputs measured values of the current flowing through the pump cell 41 (pump cell current Ip), the current flowing through the monitor cell 44 (monitor cell current Im), and the sensor cell current Is. Then, the NOx concentration in the exhaust gas is calculated from the difference between the input monitor cell current Im and the sensor cell current Is. Further, the microcomputer 51 controls the energization of the heater 23 so that the pump cell 41 is controlled and the pump cell temperature is kept constant at a target activation temperature (for example, 750 ° C.).

ECU70は、車載のエンジンECUであり、それらの制御の主体となるマイコン(図示略)を有している。ECU70は、都度の運転状態に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射量や点火装置による点火時期を制御する。また、センサ制御回路50から入力したNOx濃度の値により排気中のNOxの監視等を行う。   The ECU 70 is an in-vehicle engine ECU, and has a microcomputer (not shown) which is a main body for controlling them. The ECU 70 controls the fuel injection amount of the fuel injection valve and the ignition timing by the ignition device based on each operation state. In addition, NOx in the exhaust gas is monitored based on the NOx concentration value input from the sensor control circuit 50.

ところで、NOxセンサ10では、排気管EPに取り付けられることで、センサ素子20の熱がその基端側から排気管EPに放出される。かかる場合、センサ素子20の基端側では、同先端側よりも低温となる。すなわち、センサ素子20では、その長手方向において温度勾配(温度分布)が存在しており、先端側に配置されたポンプセル41が比較的高温になり、同基端側に配置されたモニタセル44及びセンサセル45が比較的低温になる。   By the way, in the NOx sensor 10, the heat of the sensor element 20 is released from the base end side to the exhaust pipe EP by being attached to the exhaust pipe EP. In such a case, the temperature at the base end side of the sensor element 20 is lower than that at the tip end side. That is, in the sensor element 20, there is a temperature gradient (temperature distribution) in the longitudinal direction, the pump cell 41 disposed on the distal end side becomes relatively high temperature, and the monitor cell 44 and sensor cell disposed on the proximal end side. 45 becomes relatively low temperature.

この温度勾配は、エンジンの冷間始動時には排気管EPの温度が上昇するため、その温度上昇に伴い変化する。つまり、エンジン始動の開始直後とエンジンの暖機完了後とでは排気管EPの壁温が相違するが、このとき、モニタセル44及びセンサセル45は、ポンプセル41よりも排気管EPに近いことから、排気管壁の温度変化の影響を受けやすい。このため、エンジン始動時に排気管壁の温度が比較的低温であれば、モニタセル44及びセンサセル45も比較的低温となり、エンジンの暖機に伴い排気管壁の温度が上昇すれば、それに伴いモニタセル44及びセンサセル45の温度も上昇する。その結果、センサ素子20では、その長手方向の温度勾配が排気管壁の温度に依存して変化することとなる。   Since the temperature of the exhaust pipe EP rises when the engine is cold started, this temperature gradient changes as the temperature rises. That is, the wall temperature of the exhaust pipe EP is different immediately after the start of the engine start and after the engine warm-up is completed. At this time, the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are closer to the exhaust pipe EP than the pump cell 41. Susceptible to changes in tube wall temperature. For this reason, if the temperature of the exhaust pipe wall is relatively low when the engine is started, the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are also relatively low temperature. If the temperature of the exhaust pipe wall increases as the engine warms up, the monitor cell 44 And the temperature of the sensor cell 45 also rises. As a result, in the sensor element 20, the temperature gradient in the longitudinal direction changes depending on the temperature of the exhaust pipe wall.

特に、本実施形態のヒータ通電制御においては、ポンプセル41を制御対象としてその温度が目標とする活性温度に一定に保持されるようヒータ33を通電制御する。一方、モニタセル44及びセンサセル45では、ポンプセル温度を基準にヒータ23が通電制御されることで、温度変動要因(外乱)のない通常時において、それらのセル温度が目標とする活性温度(例えば700℃)に保持されるようになっている。上記のようにポンプセル41を制御対象とする場合、モニタセル44及びセンサセル45について温度変動要因が生じると、その温度変動要因に影響されて温度変化が生じやすい。   In particular, in the heater energization control of the present embodiment, the energization control of the heater 33 is performed so that the pump cell 41 is controlled and the temperature is kept constant at the target activation temperature. On the other hand, in the monitor cell 44 and the sensor cell 45, the heater 23 is energized and controlled based on the pump cell temperature, so that the normal cell temperature without the cause of temperature fluctuation (disturbance) is the target activation temperature (for example, 700 ° C.). ) To be held. When the pump cell 41 is controlled as described above, if a temperature variation factor occurs in the monitor cell 44 and the sensor cell 45, the temperature variation is likely to occur due to the temperature variation factor.

図4は、エンジン始動開始からの時間経過に伴うポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度の推移を示すタイムチャートである。なお、モニタセル44とセンサセル45とは近接配置されているため、両者のセル温度は同等となる。   FIG. 4 is a time chart showing changes in pump cell temperature, monitor cell temperature, and exhaust pipe temperature with the passage of time from the start of engine start. Since the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are arranged close to each other, the cell temperatures of both are the same.

図4において、エンジン始動後、ヒータ33の通電制御が実行されると、ポンプセル温度、モニタセル温度がそれぞれ上昇する。また、排気熱により排気管EPが加熱されることで、排気管温度も常温付近から次第に上昇する。このとき、上述したように、センサ素子20から排気管へ熱放出がなされるため、ポンプセル41とモニタセル44及びセンサセル45との温度差(すなわち、センサ素子20の温度勾配)が形成される。また、その温度勾配は、排気管温度の変動に伴い変動する。つまり、モニタセル44及びセンサセル45の温度は、ヒータ33の通電制御による制御対象とされていないため、排気管への熱放出により目標温度よりも低くなってしまう。   In FIG. 4, when the energization control of the heater 33 is executed after the engine is started, the pump cell temperature and the monitor cell temperature are increased. Further, the exhaust pipe EP is heated by the exhaust heat, so that the exhaust pipe temperature also gradually increases from around the normal temperature. At this time, as described above, since heat is released from the sensor element 20 to the exhaust pipe, a temperature difference (that is, a temperature gradient of the sensor element 20) between the pump cell 41, the monitor cell 44, and the sensor cell 45 is formed. Further, the temperature gradient fluctuates with the fluctuation of the exhaust pipe temperature. That is, the temperatures of the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are not controlled by the energization control of the heater 33, and thus become lower than the target temperature due to heat release to the exhaust pipe.

また、各セル41,44,45においては、その出力特性として温度特性を有しており、各セル温度が活性温度とされることで好適なセンサ制御が実現される。このため、排気管温度の変動に伴う排気管EPへの熱放出によりセル温度が変動して活性温度からずれると、センサ出力に誤差が生じ、NOx濃度の検出精度低下を招くおそれがある。   Each cell 41, 44, 45 has a temperature characteristic as its output characteristic, and suitable sensor control is realized by making each cell temperature an activation temperature. For this reason, if the cell temperature fluctuates due to heat release to the exhaust pipe EP due to fluctuations in the exhaust pipe temperature and deviates from the activation temperature, an error occurs in the sensor output, which may lead to a decrease in detection accuracy of the NOx concentration.

そこで、本実施形態では、排気管EPの壁温を検出し、その壁温に基づいてセンサ出力を補正する。具体的には、本実施形態のセンサ制御回路50において、モニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの値をそれぞれ検出し、それらの検出値に対して排気管EPの壁温に応じた補正を行う。そして、その補正後のモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの差分からNOx濃度を算出する。   Therefore, in the present embodiment, the wall temperature of the exhaust pipe EP is detected, and the sensor output is corrected based on the wall temperature. Specifically, the sensor control circuit 50 according to the present embodiment detects the values of the monitor cell current Im and the sensor cell current Is, and corrects the detected values according to the wall temperature of the exhaust pipe EP. Then, the NOx concentration is calculated from the difference between the corrected monitor cell current Im and sensor cell current Is.

図5に、本実施形態におけるセンサ制御回路50の全体構成を示す機能ブロック図を示す。図5に示すように、センサ制御回路50は、ポンプセル電流Ipを検出するIp検出部52と、モニタセル電流Imを検出するIm検出部53と、センサセル電流Isを検出するIs検出部54とを備えている。Ip検出部52は、ポンプセル電極42,43にポンプセル印加電圧Vpが印加された状態で電極42,43間に流れるポンプセル電流Ipを検出する。Im検出部53は、モニタセル電極46,48にモニタセル印加電圧Vmが印加された状態で電極46,48間に流れるモニタセル電流Imを検出する。Is検出部54は、センサセル電極47,48にセンサセル印加電圧Vsが印加された状態で電極47,48間に流れるセンサセル電流Isを検出する。   FIG. 5 is a functional block diagram showing the overall configuration of the sensor control circuit 50 in the present embodiment. As shown in FIG. 5, the sensor control circuit 50 includes an Ip detection unit 52 that detects the pump cell current Ip, an Im detection unit 53 that detects the monitor cell current Im, and an Is detection unit 54 that detects the sensor cell current Is. ing. The Ip detector 52 detects a pump cell current Ip that flows between the electrodes 42 and 43 in a state where the pump cell applied voltage Vp is applied to the pump cell electrodes 42 and 43. The Im detector 53 detects a monitor cell current Im flowing between the electrodes 46 and 48 in a state where the monitor cell application voltage Vm is applied to the monitor cell electrodes 46 and 48. The Is detector 54 detects a sensor cell current Is flowing between the electrodes 47 and 48 in a state where the sensor cell applied voltage Vs is applied to the sensor cell electrodes 47 and 48.

また、センサ制御回路50は、ヒータ33の通電を制御するヒータ制御部55を有している。ヒータ制御部55は、ポンプセル41の温度が一定に保持されるようヒータ33の通電を制御する。具体的には、ポンプセルインピーダンス検出部56は、ポンプセル41を対象にして素子インピーダンスを検出し、ヒータ制御部55は、ポンプセルインピーダンス検出部56で検出された素子インピーダンスの検出値が目標値に一致するようインピーダンスフィードバック制御を実行する。   The sensor control circuit 50 includes a heater control unit 55 that controls energization of the heater 33. The heater control unit 55 controls energization of the heater 33 so that the temperature of the pump cell 41 is kept constant. Specifically, the pump cell impedance detection unit 56 detects the element impedance for the pump cell 41, and the heater control unit 55 sets the detection value of the element impedance detected by the pump cell impedance detection unit 56 to the target value. Impedance feedback control is executed to match.

素子インピーダンスの検出方法は特に限定しないが、本実施形態では、いわゆる掃引法を用いて素子インピーダンスを検出する。具体的には、ポンプセルインピーダンス検出部56は、ポンプセル電極42,43の印加電圧を一時的に交流的に変化させる旨指令し、その際の電流変化量に基づいて、ポンプセル41の素子インピーダンスを算出する。このとき、掃引回路(図示略)によってセンサ印加電圧を所定幅(例えば0.2V)で正負両側(又は正負いずれか一方)に変化させるとともに、その印加電圧変化に伴う素子電流の変化を計測する。そして、その時の印加電圧変化量ΔVと電流変化量ΔIとから素子インピーダンスを算出する(インピーダンス=ΔV/ΔI)。なお、インピーダンス検出に際し、ポンプセル41に流す電流を交流的に変化させ、その際の電流又は電圧の変化量から素子インピーダンスを演算する構成とすることも可能である。   The method for detecting the element impedance is not particularly limited. In the present embodiment, the element impedance is detected by using a so-called sweep method. Specifically, the pump cell impedance detection unit 56 commands to temporarily change the applied voltage of the pump cell electrodes 42 and 43 in an alternating manner, and the element impedance of the pump cell 41 is determined based on the current change amount at that time. calculate. At this time, the sensor applied voltage is changed to a positive / negative side (or either positive or negative) with a predetermined width (for example, 0.2 V) by a sweep circuit (not shown), and a change in element current accompanying the change in the applied voltage is measured. . Then, the element impedance is calculated from the applied voltage change amount ΔV and the current change amount ΔI at that time (impedance = ΔV / ΔI). In detecting impedance, it is also possible to change the current passed through the pump cell 41 in an alternating manner and calculate the element impedance from the amount of change in current or voltage at that time.

このように、ポンプセル41では素子インピーダンスのフィードバック制御によりセル温度が一定に制御されており、センサ制御回路50は、Ip検出部52で検出されたポンプセル電流IpをそのままECU70に出力する。これに対し、モニタセル44及びセンサセル45では、ヒータ制御部55によりセル温度が直接制御されていないため、排気管温度が変動した場合には、その温度変動に依存してセル温度が変化する。このため、モニタセル44及びセンサセル45では、目標とする活性温度と実際のセル温度との間に温度ずれが生じる。したがって、その温度ずれに起因するセル出力の誤差を解消するために、センサ制御回路50は、Im検出部53で検出されたモニタセル電流Im及びIs検出部54で検出されたセンサセル電流Isを、排気管壁温センサ71により検出された排気管の壁温(排気管温度Tex)に応じてそれぞれ補正し、補正後の値に基づいてNOx濃度を算出する。   Thus, in the pump cell 41, the cell temperature is controlled to be constant by feedback control of the element impedance, and the sensor control circuit 50 outputs the pump cell current Ip detected by the Ip detection unit 52 to the ECU 70 as it is. On the other hand, in the monitor cell 44 and the sensor cell 45, since the cell temperature is not directly controlled by the heater control unit 55, when the exhaust pipe temperature varies, the cell temperature varies depending on the temperature variation. For this reason, in the monitor cell 44 and the sensor cell 45, a temperature shift occurs between the target activation temperature and the actual cell temperature. Therefore, in order to eliminate the cell output error due to the temperature deviation, the sensor control circuit 50 exhausts the monitor cell current Im detected by the Im detection unit 53 and the sensor cell current Is detected by the Is detection unit 54. Corrections are made according to the wall temperature of the exhaust pipe (exhaust pipe temperature Tex) detected by the pipe wall temperature sensor 71, and the NOx concentration is calculated based on the corrected value.

具体的には、センサ制御回路50は、Im検出部53で検出したモニタセル電流Imを補正するIm補正部57と、Is検出部54で検出したセンサセル電流Isを補正するIs補正部58とを備えている。Im補正部57では、Im補正量算出部59で算出したIm補正量を入力し、そのIm補正量を用いてモニタセル電流Imを補正する。Is補正部58では、Is補正量算出部61で算出したIs補正量を入力し、そのIs補正量を用いてモニタセル電流Imを補正する。   Specifically, the sensor control circuit 50 includes an Im correction unit 57 that corrects the monitor cell current Im detected by the Im detection unit 53 and an Is correction unit 58 that corrects the sensor cell current Is detected by the Is detection unit 54. ing. The Im correction unit 57 inputs the Im correction amount calculated by the Im correction amount calculation unit 59, and corrects the monitor cell current Im using the Im correction amount. The Is correction unit 58 receives the Is correction amount calculated by the Is correction amount calculation unit 61 and corrects the monitor cell current Im using the Is correction amount.

Im補正量算出部59及びIs補正量算出部61では、例えば排気管温度と補正量(Im補正量及びIs補正量)との関係を示す出力補正用マップを予め記憶しており、そのマップを用いて補正量を算出する。   In the Im correction amount calculation unit 59 and the Is correction amount calculation unit 61, for example, an output correction map indicating the relationship between the exhaust pipe temperature and the correction amount (Im correction amount and Is correction amount) is stored in advance, and the maps are stored. To calculate the correction amount.

図6は、出力補正用マップの一例である。図6のうち(a)はIm補正量を示し、(b)はIs補正量を示す。図6のマップでは、排気管温度が所定温度Tex0の場合にIm補正量及びIs補正量がゼロとなっている。また、排気管温度が低いほどIm補正量及びIs補正量が大きくなるよう排気管温度と補正量とが関連付けられている。このとき、所定温度Tex0を境にして、排気管温度が低温側の場合に補正量が正の値となり、高温側の場合に補正量が負の値となっている。ここで、所定温度Tex0は、エンジン暖機完了時の排気管温度(例えば350℃)とするのが望ましい。   FIG. 6 is an example of an output correction map. 6A shows the Im correction amount, and FIG. 6B shows the Is correction amount. In the map of FIG. 6, when the exhaust pipe temperature is a predetermined temperature Tex0, the Im correction amount and the Is correction amount are zero. Further, the exhaust pipe temperature and the correction amount are associated with each other so that the Im correction amount and the Is correction amount increase as the exhaust pipe temperature decreases. At this time, with the predetermined temperature Tex0 as a boundary, the correction amount is a positive value when the exhaust pipe temperature is the low temperature side, and the correction amount is a negative value when the exhaust pipe temperature is the high temperature side. Here, it is desirable that the predetermined temperature Tex0 is an exhaust pipe temperature (for example, 350 ° C.) at the completion of engine warm-up.

図5において、Ip検出部52、Im検出部53及びIs検出部54は、それぞれ各セルを流れる電流を計測する電流計測抵抗と、その電流計測抵抗による計測値を増幅して出力する増幅回路とを有する電気回路(Ip計測回路、Im計測回路、Is計測回路)により実現される。また、Im補正部57、Is補正部58、Im補正量算出部59及びIs補正量算出部61は、マイコン51により実現される。   In FIG. 5, an Ip detection unit 52, an Im detection unit 53, and an Is detection unit 54 each include a current measurement resistor that measures a current flowing through each cell, and an amplification circuit that amplifies and outputs a measurement value by the current measurement resistor. It is implement | achieved by the electrical circuit (Ip measuring circuit, Im measuring circuit, Is measuring circuit) which has. In addition, the Im correction unit 57, the Is correction unit 58, the Im correction amount calculation unit 59, and the Is correction amount calculation unit 61 are realized by the microcomputer 51.

次に、マイコン51により実行されるNOx濃度算出処理について説明する。図7は、NOxセンサ10におけるNOx濃度算出処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、マイコン51により所定の時間周期で繰り返し実行される。   Next, the NOx concentration calculation process executed by the microcomputer 51 will be described. FIG. 7 is a flowchart showing the processing procedure of the NOx concentration calculation processing in the NOx sensor 10. This process is repeatedly executed by the microcomputer 51 at a predetermined time period.

図7において、ステップS11ではまず、Im計測回路にて計測されたモニタセル電流Imを入力するとともに、Is計測回路にて計測されたセンサセル電流Isを入力する。続いて、ステップS12で、センサ素子20が活性完了状態にあるか否かを判定する。ここでは、エンジン始動を開始した時点から所定時間T0(例えば10min)が経過した場合にセンサ素子20が活性完了したものと判断する。なお、センサ素子20の活性完了状態は、例えばエンジン水温や、素子インピーダンス、センサ出力値に基づいて判断してもよい。そして、センサ素子20が活性完了したものと判定されたことを条件としてステップS13へ進む。   In FIG. 7, in step S11, first, the monitor cell current Im measured by the Im measuring circuit and the sensor cell current Is measured by the Is measuring circuit are input. Subsequently, in step S12, it is determined whether or not the sensor element 20 is in an active completion state. Here, it is determined that the sensor element 20 has been activated when a predetermined time T0 (for example, 10 min) has elapsed since the start of engine start. Note that the activation completion state of the sensor element 20 may be determined based on, for example, the engine water temperature, element impedance, or sensor output value. Then, the process proceeds to step S13 on condition that it is determined that the sensor element 20 has been activated.

ステップS13では、モニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの補正を実行するための条件(補正実行条件)が成立しているか否かを判定する。本実施形態では、エンジン始動開始(クランキング開始)から所定時間T1(例えば10数min)以内であることを補正実行条件とする。この所定時間T1は、エンジンの冷間始動時において、排気管温度が常温からエンジンの暖機完了後の温度(例えば350℃)に至るまでの時間とするのが望ましい。そして、ステップS13で補正実行条件が成立した場合にはステップS14へ進む。   In step S13, it is determined whether a condition (correction execution condition) for executing correction of the monitor cell current Im and the sensor cell current Is is satisfied. In the present embodiment, the correction execution condition is that the time is within a predetermined time T1 (for example, ten times min) from the start of engine start (start of cranking). The predetermined time T1 is desirably a time from when the exhaust pipe temperature reaches a temperature after normal warming-up of the engine (for example, 350 ° C.) during cold start of the engine. If the correction execution condition is satisfied in step S13, the process proceeds to step S14.

ステップS14では、排気管壁音センサ71で検出した排気管温度Texを入力する。続くステップS15では、入力した排気管温度Texに応じたIm補正量及びIs補正量を、図6に示した補正用マップを用いて各々求める。そして、ステップS16で、その算出したIm補正量及びIs補正量を用いてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isをそれぞれ補正する。本実施形態では、モニタセル電流Im、センサセル電流Isに、それぞれIm補正量、Is補正量を加えることにより補正を行う。その後、ステップS17で、補正後のモニタセル電流Imと補正後のセンサセル電流Isとの差分によりNOx濃度を算出する。   In step S14, the exhaust pipe temperature Tex detected by the exhaust pipe wall sound sensor 71 is input. In the subsequent step S15, an Im correction amount and an Is correction amount corresponding to the input exhaust pipe temperature Tex are obtained using the correction map shown in FIG. In step S16, the monitor cell current Im and the sensor cell current Is are corrected using the calculated Im correction amount and Is correction amount, respectively. In the present embodiment, correction is performed by adding an Im correction amount and an Is correction amount to the monitor cell current Im and the sensor cell current Is, respectively. Thereafter, in step S17, the NOx concentration is calculated from the difference between the corrected monitor cell current Im and the corrected sensor cell current Is.

なお、補正の方法としては、これに限定せず、例えば図6の補正用マップの代わりに、排気管温度に応じて設定される補正係数を予めマップ又はテーブルとして記憶しておき、排気管温度に対応する補正係数をモニタセル電流Im、センサセル電流Isに乗算することにより補正を行ってもよい。このとき、補正係数は、排気管温度が所定温度Tex0の場合に値1とし、排気管温度が低いほど補正係数が大きくなるように設定するのが望ましい。   The correction method is not limited to this. For example, instead of the correction map of FIG. 6, a correction coefficient set according to the exhaust pipe temperature is stored in advance as a map or table, and the exhaust pipe temperature is stored. Correction may be performed by multiplying the monitor cell current Im and the sensor cell current Is by a correction coefficient corresponding to. At this time, the correction coefficient is preferably set to a value of 1 when the exhaust pipe temperature is the predetermined temperature Tex0, and is set so that the correction coefficient increases as the exhaust pipe temperature decreases.

図8は、エンジン始動後におけるポンプセル41等の温度推移と、センサセル出力の推移とを示すタイムチャートである。図8のうち(a)はポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度を示し、(b)は補正の実行時期を示し、(c)はセンサセル出力(=Is)を示す。また、図8(c)において、実線は排気管温度Texに基づいて補正した場合におけるセンサセル出力の推移を示し、一点鎖線は排気管温度Texに基づいて補正しない場合におけるセンサセル出力の推移を示す。   FIG. 8 is a time chart showing the temperature transition of the pump cell 41 and the like after the engine is started and the transition of the sensor cell output. 8A shows the pump cell temperature, the monitor cell temperature, and the exhaust pipe temperature, FIG. 8B shows the correction execution time, and FIG. 8C shows the sensor cell output (= Is). In FIG. 8C, the solid line shows the transition of the sensor cell output when it is corrected based on the exhaust pipe temperature Tex, and the alternate long and short dash line shows the transition of the sensor cell output when it is not corrected based on the exhaust pipe temperature Tex.

図8において、エンジン始動開始後には、センサ出力は、チャンバ内の過剰酸素の排出(電極の吸着酸素の排出を含む)により出力値が大きくなり、その後、過剰酸素が排出されることで出力値が小さくなる。そして、排気中のNOx濃度に対応する出力値となることで活性完了とされる。このとき、エンジン始動開始から所定時間T0が経過した時刻t11でNOxセンサ10が活性完了状態になると、図8(c)に示すように、本実施形態では、時刻t11以降でモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの補正が実施される。そして、排気管温度Texが安定化するまで(すなわちエンジン始動開始から所定時間T1が経過するまで)この補正が継続して実施される。こうしてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの補正が実施されることにより、センサセル出力が、従来よりも早期にかつ排気管温度に依存することなく出力Nopで安定化する。   In FIG. 8, after the start of the engine, the sensor output increases as the output value increases due to the discharge of excess oxygen in the chamber (including the discharge of adsorbed oxygen from the electrode), and then the excess oxygen is discharged to output the sensor output value. Becomes smaller. The activation is completed when the output value corresponds to the NOx concentration in the exhaust gas. At this time, when the NOx sensor 10 enters the active completion state at a time t11 when a predetermined time T0 has elapsed from the start of engine start, as shown in FIG. 8C, in this embodiment, the monitor cell current Im and the sensor cell after the time t11. Correction of the current Is is performed. Then, this correction is continuously performed until the exhaust pipe temperature Tex is stabilized (that is, until a predetermined time T1 elapses from the start of engine start). By correcting the monitor cell current Im and the sensor cell current Is in this way, the sensor cell output is stabilized at the output Nop earlier than the prior art and without depending on the exhaust pipe temperature.

以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。   According to the embodiment described above, the following excellent effects can be obtained.

NOxセンサ10が取り付けられた排気管の温度(壁温)を検出し、その壁温に応じてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isを補正する構成としたため、排気管温度の変動に起因してモニタセル44及びセンサセル45の温度ずれが生じた場合に、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができる。すなわち、排気管温度の変動を考慮していない従来技術では、排気管温度の変動に伴ってモニタセル44及びセンサセル45の温度ずれが生じ、これによりセンサ出力誤差が発生するところ、本実施形態では、排気管温度に応じてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isを補正し、各セルの温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消する。その結果、NOx濃度の検出精度を向上できる。   Since the temperature (wall temperature) of the exhaust pipe to which the NOx sensor 10 is attached is detected and the monitor cell current Im and the sensor cell current Is are corrected according to the wall temperature, the monitor cell 44 is caused by fluctuations in the exhaust pipe temperature. And when the temperature shift of the sensor cell 45 arises, the sensor output error accompanying the temperature shift can be eliminated. That is, in the prior art that does not take into account fluctuations in the exhaust pipe temperature, a temperature shift between the monitor cell 44 and the sensor cell 45 occurs due to fluctuations in the exhaust pipe temperature, which causes a sensor output error. In this embodiment, The monitor cell current Im and the sensor cell current Is are corrected according to the exhaust pipe temperature, and the sensor output error due to the temperature deviation of each cell is eliminated. As a result, the detection accuracy of the NOx concentration can be improved.

モニタセル電流Im及びセンサセル電流Isを補正するため、モニタセル44及びセンサセル45がヒータ33の通電制御の対象とされていないことに伴いそれらのセルで温度ずれが生じた場合であっても、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を好適に解消することができる。   In order to correct the monitor cell current Im and the sensor cell current Is, even if the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are not subjected to the energization control of the heater 33 and a temperature shift occurs in those cells, the temperature shift It is possible to suitably eliminate the sensor output error associated with.

排気管温度に応じたモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの補正は、クランキング開始から所定時間T1の間のエンジン始動期間に行われるため、エンジン始動に伴う排気管温度の上昇変化に対処することができ、NOxセンサ出力の補正を好適に実現することができる。   Since the correction of the monitor cell current Im and the sensor cell current Is according to the exhaust pipe temperature is performed in the engine start period between the cranking start and the predetermined time T1, it is possible to cope with a change in the exhaust pipe temperature accompanying the engine start. Thus, the correction of the NOx sensor output can be suitably realized.

モニタセル電流Imとセンサセル電流Isとを共に補正対象としているため、いずれか一方のみを補正する場合に比べて検出精度を向上させることができる。また、モニタセル電流Imの補正量とセンサセル電流Isの補正量とを排気管温度に応じて別個に設定しているため、セル温度の変動に対するセル出力の変化の傾向が両セル間で相違する場合(例えば、モニタセル44とセンサセル45との材質の相違により、セル温度の変動に対するセル出力の変化の傾向が相違する場合)に、その違いを補正後の値に反映させることができ、補正の精度を向上できる。   Since both the monitor cell current Im and the sensor cell current Is are targeted for correction, the detection accuracy can be improved as compared with the case where only one of them is corrected. In addition, since the correction amount of the monitor cell current Im and the correction amount of the sensor cell current Is are set separately according to the exhaust pipe temperature, the tendency of the change in cell output with respect to the change in cell temperature is different between the two cells. (For example, when the tendency of the change in cell output with respect to the change in cell temperature differs due to the difference in material between the monitor cell 44 and the sensor cell 45), the difference can be reflected in the corrected value, and the correction accuracy Can be improved.

ポンプセル41を制御対象としてヒータ通電制御を行う構成としたため、モニタセル44又はセンサセル45を制御対象とする場合に比して、NOxセンサ10の検出精度が高く好適である。すなわち、ポンプセル41を温度制御の対象とする場合には、第2チャンバ26内の残留酸素濃度を所望の酸素濃度レベルに保持できるのに対し、モニタセル44及びセンサセル45を温度制御の対象とする場合には、第2チャンバ26内の残留酸素濃度を所望の酸素濃度レベルに保持できない。このとき、第2チャンバ26内の残留酸素濃度を所望の酸素濃度レベルに保持できれば、センサセル45の出力誤差(Is誤差)は、排気管壁の温度変動に起因するセンサセル45の温度ずれ分となる。ここで、図3に示すように、ポンプセル41とセンサセル45とでは、セル出力のスケールが大きく異なる。このため、センサセル45の温度ずれ分は、第2チャンバ26内の残留酸素濃度ずれに起因する出力誤差よりも小さいものと考えられる。したがって、ポンプセル41とモニタセル44及びセンサセル45とのうちポンプセル41を温度制御することにより、センサセル41の出力誤差レベルを小さくし、それにより検出精度の向上を図ることができる。   Since the heater energization control is performed with the pump cell 41 as the control target, the detection accuracy of the NOx sensor 10 is high and preferable as compared with the case where the monitor cell 44 or the sensor cell 45 is the control target. That is, when the pump cell 41 is a target for temperature control, the residual oxygen concentration in the second chamber 26 can be maintained at a desired oxygen concentration level, whereas the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are targeted for temperature control. In this case, the residual oxygen concentration in the second chamber 26 cannot be maintained at a desired oxygen concentration level. At this time, if the residual oxygen concentration in the second chamber 26 can be maintained at a desired oxygen concentration level, the output error (Is error) of the sensor cell 45 becomes a temperature deviation of the sensor cell 45 due to the temperature fluctuation of the exhaust pipe wall. . Here, as shown in FIG. 3, the scale of the cell output is greatly different between the pump cell 41 and the sensor cell 45. For this reason, it is considered that the temperature deviation of the sensor cell 45 is smaller than the output error caused by the residual oxygen concentration deviation in the second chamber 26. Therefore, by controlling the temperature of the pump cell 41 among the pump cell 41, the monitor cell 44 and the sensor cell 45, the output error level of the sensor cell 41 can be reduced, thereby improving the detection accuracy.

ポンプセル41がセンサ素子20の先端側に配置され、モニタセル44及びセンサセル45が排気管取り付け側に配置されているため、ポンプセル41とモニタセル44及びセンサセル45とで排気管への熱放出の程度が異なる。かかる構成ではセンサ素子20で温度勾配が生じやすくなることから、上記効果が顕著となる。   Since the pump cell 41 is disposed on the front end side of the sensor element 20 and the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are disposed on the exhaust pipe attachment side, the degree of heat release to the exhaust pipe differs between the pump cell 41, the monitor cell 44 and the sensor cell 45. . In such a configuration, a temperature gradient is likely to be generated in the sensor element 20, and thus the above-described effect becomes remarkable.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。上記第1の実施形態では、エンジン始動開始(クランキング開始)から所定時間T1以内であることを補正実行条件としてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの補正を実施したが、本実施形態では、排気管温度が所定の補正温度域にあることを補正実行条件としてそれらの補正を実施する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment. In the first embodiment, the monitor cell current Im and the sensor cell current Is are corrected with the correction execution condition being within a predetermined time T1 from the start of engine start (cranking start). These corrections are performed under the condition that the temperature is within a predetermined correction temperature range as a correction execution condition.

具体的には、図7のステップS13で、排気管温度Texを入力し、その排気管温度Texが補正温度域にあるか否かを判定する。この補正温度域は、排気管内の排ガス温度が低温域(例えば25℃以下)及び過高温域(例えばガソリン車で600℃以上、ディーゼル車で400℃以上)にある場合における排気管温度の範囲であり、エンジン暖機後の排気管温度Tref(例えば350℃)±α℃(例えば10℃)から外れた温度域とするのが望ましい。そして、排気管温度Texが補正温度域にある場合には、ステップS15以降で排気管温度Texに応じてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isを補正してNOx濃度を算出する。   Specifically, in step S13 of FIG. 7, the exhaust pipe temperature Tex is input, and it is determined whether or not the exhaust pipe temperature Tex is in the correction temperature range. This correction temperature range is the range of the exhaust pipe temperature when the exhaust gas temperature in the exhaust pipe is in a low temperature range (for example, 25 ° C. or lower) and an excessively high temperature range (for example, 600 ° C. or higher for gasoline vehicles, 400 ° C. or higher for diesel vehicles). In addition, it is desirable that the exhaust pipe temperature Tref (for example, 350 ° C.) after engine warm-up is within a temperature range that is outside of ± α ° C. (for example, 10 ° C.). If the exhaust pipe temperature Tex is in the correction temperature range, the NOx concentration is calculated by correcting the monitor cell current Im and the sensor cell current Is according to the exhaust pipe temperature Tex in step S15 and subsequent steps.

図9は、エンジン始動後におけるポンプセル41等の温度推移、センサセル出力の推移等を示すタイムチャートである。図9のうち(a)はポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度を示し、(b)は補正の実行時期を示し、(c)はセンサセル出力(=Is)を示す。また、図9(c)において、実線は排気管温度Texに基づいて補正した場合におけるセンサセル出力の推移を示し、一点鎖線は排気管温度Texに基づいて補正しない場合におけるセンサセル出力の推移を示す。   FIG. 9 is a time chart showing the temperature transition of the pump cell 41 and the like, the transition of the sensor cell output, etc. after the engine is started. 9A shows the pump cell temperature, the monitor cell temperature, and the exhaust pipe temperature, FIG. 9B shows the correction execution timing, and FIG. 9C shows the sensor cell output (= Is). In FIG. 9C, the solid line shows the transition of the sensor cell output when it is corrected based on the exhaust pipe temperature Tex, and the alternate long and short dash line shows the transition of the sensor cell output when it is not corrected based on the exhaust pipe temperature Tex.

図9(a)において、エンジン始動から長期間経過後(例えば10数min経過後)に排気管温度が低下し、時刻t21で補正温度域に至ると、モニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの補正が開始される(図9(b)参照)。これにより、センサセル出力は、図9(c)に実線で示すように、排気管温度に依存することなく出力Nopで安定化される。   In FIG. 9A, when the exhaust pipe temperature decreases after a long period of time has elapsed since the engine was started (for example, after a lapse of several tens of minutes), and the correction temperature range is reached at time t21, the monitor cell current Im and sensor cell current Is are corrected. The process is started (see FIG. 9B). As a result, the sensor cell output is stabilized at the output Nop without depending on the exhaust pipe temperature, as shown by the solid line in FIG. 9C.

以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。   According to the embodiment described above, the following excellent effects can be obtained.

排気管温度が温度域Tref±αから外れた場合に排気管温度に応じてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isを補正する構成としたため、排気管温度の変化に好適に対処することができ、センサセル45による濃度検出精度を高めることができる。また、エンジン始動期間だけでなく、エンジン始動期間が経過した後(例えばアイドル制御時)であっても、排気管温度に応じてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isを補正することができる。その結果、センサ検出精度の向上を好適に実現できる。   Since the monitor cell current Im and the sensor cell current Is are corrected according to the exhaust pipe temperature when the exhaust pipe temperature deviates from the temperature range Tref ± α, the change in the exhaust pipe temperature can be suitably dealt with, and the sensor cell 45 It is possible to improve the density detection accuracy due to. Further, the monitor cell current Im and the sensor cell current Is can be corrected according to the exhaust pipe temperature not only after the engine start period but also after the engine start period has elapsed (for example, during idle control). As a result, it is possible to suitably improve the sensor detection accuracy.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について、上記実施形態との相違点を中心に説明する。上記実施形態では、ポンプセル温度のフィードバック制御によりヒータ33の通電制御を実行したが、本実施形態では、モニタセル温度のフィードバック制御によりヒータ33の通電制御を実行する。なお、モニタセル44とセンサセル45とは近接配置されていることから、素子インピーダンスが概ね同一である。したがって、本実施形態において、モニタセル温度の代わりに、センサセル温度に基づいて通電制御を実行してもよい。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the above embodiment. In the above embodiment, the energization control of the heater 33 is executed by the feedback control of the pump cell temperature. However, in this embodiment, the energization control of the heater 33 is executed by the feedback control of the monitor cell temperature. Since the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are arranged close to each other, the element impedances are substantially the same. Therefore, in the present embodiment, the energization control may be executed based on the sensor cell temperature instead of the monitor cell temperature.

図10は、本実施形態におけるセンサ制御回路50の全体構成を示す機能ブロック図である。図10のセンサ制御回路50は、図5におけるポンプセルインピーダンス検出部56の代わりに、モニタセルインピーダンス検出部62を備える点で図5と相違する。すなわち、ヒータ制御部55は、モニタセル44(及びセンサセル45)の温度が一定に保持されるようヒータ33の通電を制御し、具体的には、モニタセルインピーダンス検出部62で検出された素子インピーダンスの検出値が目標値に一致するようインピーダンスフィードバック制御を実行する。   FIG. 10 is a functional block diagram showing the overall configuration of the sensor control circuit 50 in the present embodiment. The sensor control circuit 50 of FIG. 10 is different from FIG. 5 in that a monitor cell impedance detection unit 62 is provided instead of the pump cell impedance detection unit 56 in FIG. That is, the heater control unit 55 controls the energization of the heater 33 so that the temperature of the monitor cell 44 (and the sensor cell 45) is kept constant, specifically, the element impedance detected by the monitor cell impedance detection unit 62. Impedance feedback control is executed so that the detected value matches the target value.

このように、モニタセル44の素子インピーダンスのフィードバック制御によりモニタセル44(及びセンサセル45)のセル温度が一定に制御されるシステムにおいて、センサ素子20の取り付け部位で排気管への熱放出が行われると、モニタセル44及びセンサセル45では、排気管に近接しているため、その排気管への熱放出に起因してセル温度が低下する。その温度変化を打ち消すようヒータ通電制御が実施されることになるが、その場合、ヒータ33によるセンサ素子20の加温により、ポンプセル41の温度が目標温度よりも高くなる。   Thus, in a system in which the cell temperature of the monitor cell 44 (and sensor cell 45) is controlled to be constant by feedback control of the element impedance of the monitor cell 44, when heat is released to the exhaust pipe at the site where the sensor element 20 is attached, Since the monitor cell 44 and the sensor cell 45 are close to the exhaust pipe, the cell temperature is lowered due to heat release to the exhaust pipe. Heater energization control is performed so as to cancel the temperature change. In this case, the temperature of the pump cell 41 becomes higher than the target temperature due to the heating of the sensor element 20 by the heater 33.

図11に、エンジン始動開始からの経過時間に伴うポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度の推移を示す。図11において、エンジン始動後、ヒータ33の通電制御が実行されると、ポンプセル温度、モニタセル温度がそれぞれ上昇する。また、排気熱により排気管が加熱されることで、排気管温度も常温付近から次第に上昇する。このとき、排気管への熱放出によるモニタセル44及びセンサセル45の温度低下を抑制するためにセンサ素子20が加温されるため、モニタセル温度(及びセンサセル温度)は排気管温度の変化に依存することなく目標温度に保持される。これに対し、ポンプセル41では、センサ素子20の加温によりセル温度が目標温度よりも高くなってしまう。そのため、ポンプセル41において排気中の酸素が過剰排出され、これにより、センサセル45のオフセット電流Is0(図3(b)参照)が、第2チャンバ26内の酸素過剰排出分(酸素濃度低下分)だけ小さくなる。その影響で、モニタセル電流Im及びセンサセル電流Isに出力誤差が生じ、その結果、NOx濃度の検出精度低下を招くおそれがある。   FIG. 11 shows changes in pump cell temperature, monitor cell temperature, and exhaust pipe temperature with the elapsed time from the start of engine start. In FIG. 11, when the energization control of the heater 33 is executed after the engine is started, the pump cell temperature and the monitor cell temperature are increased. Further, the exhaust pipe is heated by the exhaust heat, so that the exhaust pipe temperature gradually increases from around normal temperature. At this time, since the sensor element 20 is heated in order to suppress the temperature drop of the monitor cell 44 and the sensor cell 45 due to heat release to the exhaust pipe, the monitor cell temperature (and sensor cell temperature) depends on the change of the exhaust pipe temperature. The target temperature is maintained. On the other hand, in the pump cell 41, the cell temperature becomes higher than the target temperature due to the heating of the sensor element 20. Therefore, the oxygen in the exhaust gas is excessively exhausted in the pump cell 41, so that the offset current Is0 (see FIG. 3B) of the sensor cell 45 is only the oxygen excessive exhaust amount (the oxygen concentration decrease amount) in the second chamber 26. Get smaller. As a result, an output error occurs in the monitor cell current Im and the sensor cell current Is, and as a result, the NOx concentration detection accuracy may be lowered.

そこで、本実施形態では、上記第1の実施形態と同様に、センサ制御回路50において、モニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの値をそれぞれ検出し、それらの検出値に対して排気管温度に応じた補正を行う。そして、その補正後のセンサセル電流Isとモニタセル電流Imとの差分からNOx濃度を算出する。   Therefore, in the present embodiment, as in the first embodiment, the sensor control circuit 50 detects the values of the monitor cell current Im and the sensor cell current Is, respectively, and according to the exhaust pipe temperature for these detected values. Make corrections. Then, the NOx concentration is calculated from the difference between the corrected sensor cell current Is and the monitor cell current Im.

図12は、エンジン始動後におけるポンプセル41等の温度推移、センサセル出力の推移等を示すタイムチャートである。図12のうち(a)はポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度を示し、(b)は補正の実行時期を示し、(c)はセンサセル出力(=Is)を示す。また、図12(c)において、実線は排気管温度Texに基づいて補正した場合におけるセンサセル出力の推移を示し、一点鎖線は排気管温度Texに基づいて補正しない場合におけるセンサセル出力の推移を示す。   FIG. 12 is a time chart showing the temperature transition of the pump cell 41 and the like, the transition of the sensor cell output, etc. after the engine is started. 12A shows the pump cell temperature, the monitor cell temperature, and the exhaust pipe temperature, FIG. 12B shows the correction execution timing, and FIG. 12C shows the sensor cell output (= Is). In FIG. 12C, the solid line indicates the transition of the sensor cell output when corrected based on the exhaust pipe temperature Tex, and the alternate long and short dash line indicates the transition of the sensor cell output when not corrected based on the exhaust pipe temperature Tex.

図12において、エンジン始動開始から所定時間T0が経過した時刻t31でNOxセンサ10の活性化が完了すると、図12(c)に示すように、本実施形態では、時刻t31以降でモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの補正が実施されることにより、NOxセンサ出力が、従来よりも早期にかつ排気管温度に依存することなく出力Nopで安定化する。   In FIG. 12, when the activation of the NOx sensor 10 is completed at time t31 when a predetermined time T0 has elapsed from the start of engine start, as shown in FIG. 12C, in this embodiment, the monitor cell current Im and By performing the correction of the sensor cell current Is, the NOx sensor output is stabilized at the output Nop earlier than before and without depending on the exhaust pipe temperature.

以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。   According to the embodiment described above, the following excellent effects can be obtained.

排気管温度の変動に起因するモニタセル44での温度ずれを抑制するためにセンサ素子20を加熱した結果、ポンプセル41で温度ずれが生じた場合に、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができる。すなわち、排気管温度の変動を考慮していない従来技術では、排気管温度が変動すると結果的にポンプセル41で温度ずれが生じ、これに伴い第2チャンバ26内の残留酸素濃度ずれが生じる。さらに、その残留酸素濃度ずれが原因でセンサ出力誤差が発生する。これに対し、本実施形態では、排気管温度に応じてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isを補正することで、ポンプセル41の温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消する。その結果、NOx濃度の検出精度を向上できる。   When a temperature shift occurs in the pump cell 41 as a result of heating the sensor element 20 in order to suppress a temperature shift in the monitor cell 44 due to fluctuations in the exhaust pipe temperature, a sensor output error associated with the temperature shift is eliminated. Can do. That is, in the conventional technology that does not consider the fluctuation of the exhaust pipe temperature, when the exhaust pipe temperature fluctuates, a temperature shift occurs in the pump cell 41, and accordingly, a residual oxygen concentration shift in the second chamber 26 occurs. Further, a sensor output error occurs due to the residual oxygen concentration shift. On the other hand, in the present embodiment, the sensor cell error Im and the sensor cell current Is are corrected according to the exhaust pipe temperature, thereby eliminating the sensor output error due to the temperature deviation of the pump cell 41. As a result, the detection accuracy of the NOx concentration can be improved.

(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について、上記第3の実施形態との相違点を中心に説明する。第3の実施形態では、モニタセル温度のフィードバック制御によりヒータ33の通電制御を実行し、排気管温度に応じてモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isを補正したが、本実施形態では、モニタセル電流Im及びセンサセル電流Isを補正する代わりに、ポンプセル印加電圧Vpを補正する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the third embodiment. In the third embodiment, energization control of the heater 33 is executed by feedback control of the monitor cell temperature, and the monitor cell current Im and the sensor cell current Is are corrected according to the exhaust pipe temperature. However, in this embodiment, the monitor cell current Im and the sensor cell are corrected. Instead of correcting the current Is, the pump cell applied voltage Vp is corrected.

すなわち、素子インピーダンスのフィードバック制御によりモニタセル44(及びセンサセル45)のセル温度が一定に制御されるシステムにおいて、センサ素子20の取り付け部位で排気管への熱放出が行われると、上述したように、排気管への熱放出に起因してモニタセル44及びセンサセル45の温度が低下する。その温度変化を打ち消すためにヒータ33の通電制御がなされてセンサ素子20が加温されると、ポンプセル41の温度が目標温度よりも高くなる。かかる場合、ポンプセル41において排気中の酸素が過剰排出されるものと考えられる。そこで、本実施形態では、ポンプセル41による過剰な酸素排出を抑制するために、ポンプセル印加電圧Vpが小さくなるよう補正する。すなわち、図3(a)のポンプセル出力特性(V−I特性)において、限界電流域では、印加電圧が大きくなるにつれて電流値がわずかに大きくなるため(すなわち、図3(a)においてわずかに右上がりであるため)、ポンプセル印加電圧Vpが小さくなるよう補正することにより、ポンプセル電流Ipが小さくなり、その結果、ポンプセル41による過剰な酸素排出が抑制されるのである。   That is, in the system in which the cell temperature of the monitor cell 44 (and the sensor cell 45) is controlled to be constant by feedback control of the element impedance, when heat is released to the exhaust pipe at the attachment site of the sensor element 20, as described above, Due to heat release to the exhaust pipe, the temperature of the monitor cell 44 and the sensor cell 45 decreases. When energization control of the heater 33 is performed to cancel the temperature change and the sensor element 20 is heated, the temperature of the pump cell 41 becomes higher than the target temperature. In such a case, it is considered that the oxygen in the exhaust gas is excessively discharged from the pump cell 41. Therefore, in the present embodiment, in order to suppress excessive oxygen discharge by the pump cell 41, the pump cell applied voltage Vp is corrected to be small. That is, in the pump cell output characteristic (VI characteristic) of FIG. 3A, in the limit current region, the current value slightly increases as the applied voltage increases (that is, slightly right in FIG. 3A). Therefore, by correcting the pump cell applied voltage Vp to be small, the pump cell current Ip becomes small, and as a result, excessive oxygen discharge by the pump cell 41 is suppressed.

図13は、本実施形態におけるセンサ制御回路50の全体構成を示す機能ブロック図である。図13のセンサ制御回路50は、図10におけるIm補正部57、Is補正部58、Im補正量算出部59及びIs補正量算出部61の代わりに、Vp補正量算出部63を備えている。Vp補正量算出部63では、排気管壁温センサ71から入力した排気管温度に応じて、例えば排気管温度とVp補正量との関係を示す出力補正用マップを予め記憶しており、そのマップを用いてVp補正量を算出する。   FIG. 13 is a functional block diagram showing the overall configuration of the sensor control circuit 50 in the present embodiment. The sensor control circuit 50 in FIG. 13 includes a Vp correction amount calculation unit 63 instead of the Im correction unit 57, Is correction unit 58, Im correction amount calculation unit 59, and Is correction amount calculation unit 61 in FIG. The Vp correction amount calculation unit 63 stores in advance an output correction map indicating the relationship between the exhaust pipe temperature and the Vp correction amount, for example, in accordance with the exhaust pipe temperature input from the exhaust pipe wall temperature sensor 71. Is used to calculate the Vp correction amount.

図14は、出力補正用マップの一例である。図14のマップでは、排気管温度が所定温度Tex0(例えば、エンジン暖機完了時の排気管温度)の場合にVp補正量がゼロになっている。また、排気管温度が低いほどVp補正量が小さくなるよう排気管温度とVp補正量とが関連付けられている。このとき、所定温度Tex0を境にして、排気管温度が低温側の場合に補正量が負の値となり、高温側の場合に補正量が正の値となっている。   FIG. 14 is an example of an output correction map. In the map of FIG. 14, the Vp correction amount is zero when the exhaust pipe temperature is a predetermined temperature Tex0 (for example, the exhaust pipe temperature at the completion of engine warm-up). Further, the exhaust pipe temperature and the Vp correction amount are associated so that the Vp correction amount decreases as the exhaust pipe temperature decreases. At this time, with the predetermined temperature Tex0 as a boundary, the correction amount is a negative value when the exhaust pipe temperature is a low temperature side, and the correction amount is a positive value when the exhaust pipe temperature is a high temperature side.

図13の説明に戻り、Vp補正量算出部63は、算出したVp補正量をポンプセル駆動部65に出力する。ポンプセル駆動部65では、Ip検出部52から入力したポンプセル印加電圧VpにVp補正量算出部63から入力したVp補正量を加えて補正し、その補正後のポンプセル印加電圧Vpがポンプセル電極42,43に印加されるようポンプセル41を駆動制御する。   Returning to the description of FIG. 13, the Vp correction amount calculation unit 63 outputs the calculated Vp correction amount to the pump cell driving unit 65. In the pump cell driving unit 65, the pump cell applied voltage Vp input from the Ip detecting unit 52 is corrected by adding the Vp correction amount input from the Vp correction amount calculating unit 63, and the corrected pump cell applied voltage Vp is the pump cell electrodes 42, 43. The pump cell 41 is driven and controlled to be applied to.

図13では、ポンプセル41に関する構成において、Vp補正量算出部63及びポンプセル駆動部65がマイコン51により実現され、Ip検出部52が電気回路(Ip計測回路)により実現される。   In FIG. 13, in the configuration related to the pump cell 41, the Vp correction amount calculation unit 63 and the pump cell driving unit 65 are realized by the microcomputer 51, and the Ip detection unit 52 is realized by an electric circuit (Ip measurement circuit).

次に、マイコン51により実行されるポンプセル駆動処理について説明する。図15は、NOxセンサ10におけるポンプセル駆動処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、マイコン51により所定の時間周期で繰り返し実行される。   Next, the pump cell driving process executed by the microcomputer 51 will be described. FIG. 15 is a flowchart showing a processing procedure of pump cell driving processing in the NOx sensor 10. This process is repeatedly executed by the microcomputer 51 at a predetermined time period.

図15において、ステップS21ではまず、Ip計測回路にて計測されたポンプセル電流Ipを入力し、ステップS22でV−I特性(図3(a)参照)からポンプセル印加電圧Vpを算出する。続いて、センサ素子20が活性完了状態であること(ステップS23)、及び補正実行条件が成立していること(ステップS24)を条件としてステップ25へ進む。   In FIG. 15, first, in step S21, the pump cell current Ip measured by the Ip measuring circuit is input, and in step S22, the pump cell applied voltage Vp is calculated from the VI characteristic (see FIG. 3A). Subsequently, the process proceeds to Step 25 on condition that the sensor element 20 is in the active completion state (Step S23) and that the correction execution condition is satisfied (Step S24).

ステップS25では、排気管温度Texを入力し、その温度に応じたVp補正量を、図14に示した補正用マップを用いて設定する。そして、ステップS27で、そのVp補正量によりポンプセル印加電圧Vpを補正した後、ステップS28で、補正後のポンプセル印加電圧Vpがポンプセル電極42,43に印加されるようポンプセル41を駆動制御する。   In step S25, the exhaust pipe temperature Tex is input, and the Vp correction amount corresponding to the temperature is set using the correction map shown in FIG. In step S27, the pump cell application voltage Vp is corrected by the Vp correction amount, and in step S28, the pump cell 41 is driven and controlled so that the corrected pump cell application voltage Vp is applied to the pump cell electrodes 42 and 43.

以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。   According to the embodiment described above, the following excellent effects can be obtained.

排気管温度の変動に起因してモニタセル44での温度ずれを抑制するためにセンサ素子20を加熱した結果、ポンプセル41で温度ずれが生じた場合に、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができる。すなわち、排気管温度の変動を考慮していない従来技術では、排気管温度が変動すると結果的にポンプセル41で温度ずれが生じ、これに伴い第2チャンバ26内の残留酸素濃度ずれが生じる。さらに、その残留酸素濃度ずれが原因でセンサ出力誤差が発生する。これに対し、本実施形態では、排気管温度に応じてポンプセル印加電圧Vpを補正することで、第2チャンバ26内の残留酸素濃度が適正濃度になるよう調整する。その結果、ポンプセル41の温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができ、ひいてはNOx濃度の検出精度を向上できる。   When the sensor element 20 is heated to suppress the temperature shift in the monitor cell 44 due to the fluctuation of the exhaust pipe temperature, when the temperature shift occurs in the pump cell 41, the sensor output error due to the temperature shift is eliminated. be able to. That is, in the conventional technology that does not consider the fluctuation of the exhaust pipe temperature, when the exhaust pipe temperature fluctuates, a temperature shift occurs in the pump cell 41, and accordingly, a residual oxygen concentration shift in the second chamber 26 occurs. Further, a sensor output error occurs due to the residual oxygen concentration shift. On the other hand, in the present embodiment, the residual oxygen concentration in the second chamber 26 is adjusted to an appropriate concentration by correcting the pump cell applied voltage Vp according to the exhaust pipe temperature. As a result, it is possible to eliminate the sensor output error associated with the temperature shift of the pump cell 41, and consequently improve the detection accuracy of the NOx concentration.

(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows, for example.

上記実施形態では、セル出力であるセンサセル電流Is、モニタセル電流Im、又はセル印加電圧であるポンプセル印加電圧Vpを補正するのにあたり、マップを用いて連続的に行ったが、これに限定しない。例えば、1又は複数の排気管温度域に対応する補正値を予め設定しておき、排気管温度の計測値に対応する補正量を算出した後、その補正量を用いて段階的に補正を行ってもよい。   In the above embodiment, the sensor cell current Is that is the cell output, the monitor cell current Im, or the pump cell application voltage Vp that is the cell application voltage is corrected continuously using the map, but the present invention is not limited to this. For example, a correction value corresponding to one or a plurality of exhaust pipe temperature ranges is set in advance, a correction amount corresponding to a measured value of the exhaust pipe temperature is calculated, and then correction is performed step by step using the correction amount. May be.

上記実施形態では、排気管壁温センサ71により検出した排気管温度を壁温情報とし、そのセンサ検出値に基づいてセル出力であるセンサセル電流Is、モニタセル電流Im、又はセル印加電圧であるポンプセル印加電圧Vpを補正したが、壁温情報はこれに限定しない。例えば、エンジン運転状態やエンジン始動開始からの経過時間等から排気管温度を推定し、その推定した排気管温度を壁温情報としてもよい。エンジン運転状態としては、例えば、エンジン水温やエンジン回転速度等が挙げられる。これらの場合、エンジン水温等から排気温が推定され、さらにその排気温から排気管壁の温度が推定される。   In the above embodiment, the exhaust pipe temperature detected by the exhaust pipe wall temperature sensor 71 is used as wall temperature information, and the sensor cell current Is, the monitor cell current Im, or the cell applied voltage, which is a cell applied voltage, is applied based on the sensor detection value. Although the voltage Vp is corrected, the wall temperature information is not limited to this. For example, the exhaust pipe temperature may be estimated from the engine operating state, the elapsed time from the start of engine start, etc., and the estimated exhaust pipe temperature may be used as the wall temperature information. Examples of the engine operating state include an engine water temperature and an engine rotation speed. In these cases, the exhaust temperature is estimated from the engine water temperature or the like, and the temperature of the exhaust pipe wall is estimated from the exhaust temperature.

上記第3及び第4実施形態では、モニタセル44(及びセンサセル45)を制御対象としたヒータ通電制御において、それぞれセンサセル電流Is及びモニタセル電流Im、又はポンプセル印加電圧Vpを補正したが、ポンプセル電流Ipについての補正を実行してもよい。上述したように、モニタセル44(及びセンサセル45)を制御対象としたヒータ通電制御においては、モニタセル44での温度ずれを抑制するためにセンサ素子20を加熱した結果、ポンプセル41で温度ずれが生ずる。また、その温度ずれに伴って、ポンプセル41においてセンサ出力誤差が生じる。したがって、ポンプセル電流Ipを補正することで、ポンプセル41の温度ずれに伴うポンプセル出力誤差を解消することができる。例えば、ポンプセル出力から排気中の酸素濃度を検出する場合に好適である。   In the third and fourth embodiments, the sensor cell current Is and the monitor cell current Im or the pump cell applied voltage Vp are corrected in the heater energization control for the monitor cell 44 (and the sensor cell 45), respectively. The correction may be executed. As described above, in the heater energization control with the monitor cell 44 (and the sensor cell 45) as a control target, the sensor element 20 is heated in order to suppress the temperature shift in the monitor cell 44. As a result, the pump cell 41 has a temperature shift. Further, a sensor output error occurs in the pump cell 41 with the temperature shift. Therefore, by correcting the pump cell current Ip, the pump cell output error due to the temperature shift of the pump cell 41 can be eliminated. For example, it is suitable for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas from the pump cell output.

上記実施形態では、センサセル電流Isとモニタセル電流Imとのそれぞれに対して個別に補正し、その補正後のセンサセル電流Isとモニタセル電流Imとの差分からNOx濃度を算出したが、センサセル電流Isとモニタセル電流Imとの差分を求めた後、その差分を補正することによりNOx濃度を算出してもよい。   In the above embodiment, the sensor cell current Is and the monitor cell current Im are individually corrected, and the NOx concentration is calculated from the difference between the corrected sensor cell current Is and the monitor cell current Im, but the sensor cell current Is and the monitor cell are calculated. After obtaining the difference from the current Im, the NOx concentration may be calculated by correcting the difference.

上記第1の実施形態において、モニタセル印加電圧Vm及びセンサセル印加電圧Vsを補正してもよい。すなわち、ポンプセル41を制御対象としたヒータ通電制御においては、モニタセル44及びセンサセル45で温度ずれが起こり、その温度ずれに起因してモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isに出力誤差が生じる。そこで、V−I特性に従い、モニタセル印加電圧Vm及びセンサセル印加電圧Vsを補正することにより、モニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの出力誤差を解消することができる。   In the first embodiment, the monitor cell application voltage Vm and the sensor cell application voltage Vs may be corrected. That is, in the heater energization control with the pump cell 41 as a control target, a temperature shift occurs in the monitor cell 44 and the sensor cell 45, and an output error occurs in the monitor cell current Im and the sensor cell current Is due to the temperature shift. Therefore, the output errors of the monitor cell current Im and the sensor cell current Is can be eliminated by correcting the monitor cell applied voltage Vm and the sensor cell applied voltage Vs according to the VI characteristic.

上記第1の実施形態では、エンジン始動開始から所定時間T1の期間にセル出力の補正を実施したが、その期間経過後にセル出力の補正を実施してもよい。   In the first embodiment, the cell output is corrected in the period of the predetermined time T1 from the start of the engine start. However, the cell output may be corrected after the period has elapsed.

センサ素子の内部構造とセンサ制御回路とを示す構成図。The block diagram which shows the internal structure of a sensor element, and a sensor control circuit. NOxセンサの全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of a NOx sensor. NOxセンサの出力特性を示す図。The figure which shows the output characteristic of a NOx sensor. エンジン始動開始からの時間経過に伴うポンプセル温度、モニタセル温度、排気管温度の推移を示すタイムチャート。The time chart which shows transition of the pump cell temperature, monitor cell temperature, and exhaust pipe temperature with progress of time from engine starting start. センサ制御回路の全体構成を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the whole structure of a sensor control circuit. 出力補正用マップの一例を示す図。The figure which shows an example of the map for output correction. NOx濃度算出処理の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of a NOx density | concentration calculation process. 第1の実施形態におけるエンジン始動開始からの時間経過に伴うセル温度及び排気管温度の推移と、センサセル出力とを示すタイムチャート。The time chart which shows transition of the cell temperature and exhaust pipe temperature with the passage of time from the engine starting start in 1st Embodiment, and a sensor cell output. 第2の実施形態におけるエンジン始動開始からの時間経過に伴うセル温度及び排気管温度の推移と、センサセル出力とを示すタイムチャート。The time chart which shows transition of the cell temperature and exhaust pipe temperature with the passage of time from the engine starting start in 2nd Embodiment, and a sensor cell output. センサ制御回路の全体構成を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the whole structure of a sensor control circuit. エンジン始動開始からの時間経過に伴うポンプセル温度、モニタセル温度、排気管温度の推移を示すタイムチャート。The time chart which shows transition of the pump cell temperature, monitor cell temperature, and exhaust pipe temperature with progress of time from engine starting start. エンジン始動開始からの時間経過に伴うセル温度及び排気管温度の推移と、センサセル出力とを示すタイムチャート。The time chart which shows transition of the cell temperature and exhaust pipe temperature with progress of time after engine starting, and a sensor cell output. センサ制御回路の全体構成を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the whole structure of a sensor control circuit. 出力補正用マップの一例を示す図。The figure which shows an example of the map for output correction. ポンプセル駆動処理の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of a pump cell drive process.

符号の説明Explanation of symbols

10…NOxセンサ(ガスセンサ)、20…センサ素子、21…固体電解質体、24…第1チャンバ(ガス室)、26…第2チャンバ(ガス室)、33…ヒータ、41…ポンプセル(第1セル)、42,43…電極、44…モニタセル(第3セル)、45…センサセル(第2セル)、46〜48…電極、50…センサ制御回路、51…マイコン、EP…排気管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... NOx sensor (gas sensor), 20 ... Sensor element, 21 ... Solid electrolyte body, 24 ... 1st chamber (gas chamber), 26 ... 2nd chamber (gas chamber), 33 ... Heater, 41 ... Pump cell (1st cell) ), 42, 43 ... electrodes, 44 ... monitor cell (third cell), 45 ... sensor cell (second cell), 46-48 ... electrodes, 50 ... sensor control circuit, 51 ... microcomputer, EP ... exhaust pipe.

Claims (9)

各々に固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とよりなる第1セル及び第2セルを有するセンサ素子を備え、かつ、前記第1セルの電極に電圧を印加することでガス室内に導入した被検出ガス中の酸素量を所定濃度レベルに調整するとともに前記第2セルの電極に電圧を印加することで前記第1セルによる酸素量調整後のガス中の特定成分に応じて第2セル出力を生じさせるガスセンサに適用され、前記第2セル出力により前記特定成分の濃度を算出するガス濃度検出装置において、
前記ガスセンサが取り付けられたガス通路壁の温度に関する壁温情報を取得する壁温情報取得手段と、
前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温情報に基づいて、前記第1セル及び前記第2セルの少なくともいずれかのセル出力又はセル印加電圧を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。
A sensor element having a first cell and a second cell each composed of a solid electrolyte body and a pair of electrodes disposed on the solid electrolyte body, and applying a voltage to the electrode of the first cell to form a gas According to the specific component in the gas after adjusting the oxygen amount by the first cell by adjusting the oxygen amount in the gas to be detected introduced into the room to a predetermined concentration level and applying a voltage to the electrode of the second cell. In a gas concentration detection apparatus that is applied to a gas sensor that generates a second cell output and calculates the concentration of the specific component based on the second cell output,
Wall temperature information acquisition means for acquiring wall temperature information related to the temperature of the gas passage wall to which the gas sensor is attached;
Correction means for correcting a cell output or a cell applied voltage of at least one of the first cell and the second cell based on the wall temperature information acquired by the wall temperature information acquisition means;
A gas concentration detection device comprising:
前記ガスセンサは、前記センサ素子を加熱するヒータと、前記センサ素子における前記第1セル及び前記第2セルのうち一方のセルを制御対象としてセル温度が目標温度になるよう前記ヒータの通電を制御するヒータ制御手段とを備えており、
前記補正手段は、前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温情報に基づいて前記ヒータ制御手段により温度制御がなされていないセルのセル出力又はセル印加電圧を補正することを特徴とする請求項1に記載のガス濃度検出装置。
The gas sensor controls energization of the heater so that a cell temperature becomes a target temperature with one of the first cell and the second cell of the sensor element being controlled and a heater for heating the sensor element. Heater control means,
The correction means corrects a cell output or a cell applied voltage of a cell whose temperature is not controlled by the heater control means based on the wall temperature information acquired by the wall temperature information acquisition means. The gas concentration detection apparatus according to 1.
前記ヒータ制御手段は、前記第1セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御し、
前記補正手段は、前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温温度に基づいて前記第2セルのセル出力を補正することを特徴とする請求項2に記載のガス濃度検出装置。
The heater control means controls energization of the heater with the first cell as a control target,
The gas concentration detection device according to claim 2, wherein the correction unit corrects a cell output of the second cell based on the wall temperature temperature acquired by the wall temperature information acquisition unit.
前記ヒータ制御手段は、前記第2セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御し、
前記補正手段は、前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温情報に基づいて前記第1セルの印加電圧を補正することを特徴とする請求項2に記載のガス濃度検出装置。
The heater control means controls energization of the heater with the second cell as a control target,
The gas concentration detection device according to claim 2, wherein the correction unit corrects the applied voltage of the first cell based on the wall temperature information acquired by the wall temperature information acquisition unit.
前記ガスセンサは、前記センサ素子を加熱するヒータと、前記センサ素子における前記第2セルを制御対象としてセル温度が目標温度になるよう前記ヒータの通電を制御するヒータ制御手段とを備えており、
前記補正手段は、前記壁温情報取得手段により取得した壁温情報に基づいて前記第2セルのセル出力を補正することを特徴とする請求項1に記載のガス濃度検出装置。
The gas sensor includes a heater for heating the sensor element, and heater control means for controlling energization of the heater so that the cell temperature becomes a target temperature with the second cell in the sensor element as a control target.
The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the correction unit corrects the cell output of the second cell based on the wall temperature information acquired by the wall temperature information acquisition unit.
前記ガス通路壁は、内燃機関の排気管壁であり、
前記ガスセンサは、前記センサ素子が排気管内の中央部に突き出るようにして該排気管に取り付けられ、
前記センサ素子には、同素子の先端側と排気管取り付け側とのそれぞれ異なる位置に前記第1セルと前記第2セルとが設けられ、
前記補正手段は、前記内燃機関の排気管壁の温度に基づいてセル出力又はセル印加電圧を補正することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
The gas passage wall is an exhaust pipe wall of an internal combustion engine;
The gas sensor is attached to the exhaust pipe so that the sensor element protrudes to a central portion in the exhaust pipe,
The sensor element is provided with the first cell and the second cell at different positions on the tip side and the exhaust pipe attachment side of the element,
6. The gas concentration detection apparatus according to claim 1, wherein the correction unit corrects the cell output or the cell applied voltage based on a temperature of an exhaust pipe wall of the internal combustion engine.
前記補正手段は、前記内燃機関の所定始動期間においてセル出力又はセル印加電圧の補正を実行することを特徴とする請求項7に記載のガス濃度検出装置。   The gas concentration detection device according to claim 7, wherein the correction unit corrects the cell output or the cell applied voltage during a predetermined start period of the internal combustion engine. 前記壁温情報取得手段は、前記ガス通路壁に設けた温度センサの検出値を前記壁温情報として取得し、
前記補正手段は、前記ガス通路壁の温度が補正温度域にある場合に、セル出力又はセル印加電圧の補正を実行することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
The wall temperature information acquisition means acquires a detection value of a temperature sensor provided on the gas passage wall as the wall temperature information,
8. The gas according to claim 1, wherein when the temperature of the gas passage wall is in a correction temperature range, the correction unit performs correction of a cell output or a cell applied voltage. Concentration detector.
前記センサ素子が、固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とよりなり、前記第1セルの酸素量調整後のガスから前記ガス室内の残留酸素濃度を検出する第3セルを更に備えるガスセンサに適用され、
前記第2セルのセル出力と前記第3セルのセル出力との差により前記特定成分の濃度を算出するものであり、かつ、前記補正手段により前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第2セルのセル出力と前記第3セルのセル出力とを補正するとともに、その補正後の各セル出力により前記特定成分の濃度を算出することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
The sensor element comprises a solid electrolyte body and a pair of electrodes disposed on the solid electrolyte body, and a third cell for detecting a residual oxygen concentration in the gas chamber from a gas after adjusting the oxygen amount of the first cell. Furthermore, it is applied to the gas sensor provided,
The concentration of the specific component is calculated based on the difference between the cell output of the second cell and the cell output of the third cell, and the second cell is based on the temperature of the gas passage wall by the correction means. 9. The cell output of the third cell and the cell output of the third cell are corrected, and the concentration of the specific component is calculated based on each cell output after the correction. Gas concentration detector.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011102793A (en) * 2009-10-13 2011-05-26 Ngk Insulators Ltd Gas sensor
JP2012177687A (en) * 2011-02-04 2012-09-13 Ngk Spark Plug Co Ltd NOx SENSOR CONTROL DEVICE
JP2014055862A (en) * 2012-09-13 2014-03-27 Energy Support Corp Oxygen concentration measurement method, and oxygen concentration measurement device
KR20140085345A (en) * 2012-12-27 2014-07-07 로베르트 보쉬 게엠베하 Method for diagnosing an electric line to an electrode of a sensor element for detecting at least one property of measuring gas in a measuring gas chamber
WO2015040843A1 (en) * 2013-09-20 2015-03-26 株式会社デンソー Gas sensor control device
JP2015105843A (en) * 2013-11-29 2015-06-08 株式会社デンソー Gas sensor control device
WO2015162866A1 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 株式会社デンソー Heater control device for exhaust gas sensor
JP2017058266A (en) * 2015-09-17 2017-03-23 株式会社デンソー Gas sensor controller
JP2018180002A (en) * 2015-09-17 2018-11-15 株式会社デンソー Gas sensor
CN108872331A (en) * 2017-12-28 2018-11-23 无锡大禹科技有限公司 A kind of intelligence reverse-flow type oil smoke concentration on-line monitoring instrument

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011102793A (en) * 2009-10-13 2011-05-26 Ngk Insulators Ltd Gas sensor
JP2012177687A (en) * 2011-02-04 2012-09-13 Ngk Spark Plug Co Ltd NOx SENSOR CONTROL DEVICE
JP2014055862A (en) * 2012-09-13 2014-03-27 Energy Support Corp Oxygen concentration measurement method, and oxygen concentration measurement device
KR20140085345A (en) * 2012-12-27 2014-07-07 로베르트 보쉬 게엠베하 Method for diagnosing an electric line to an electrode of a sensor element for detecting at least one property of measuring gas in a measuring gas chamber
KR102100609B1 (en) * 2012-12-27 2020-04-21 로베르트 보쉬 게엠베하 Method for diagnosing an electric line to an electrode of a sensor element for detecting at least one property of measuring gas in a measuring gas chamber
US10234420B2 (en) 2013-09-20 2019-03-19 Denso Corporation Gas sensor control device
WO2015040843A1 (en) * 2013-09-20 2015-03-26 株式会社デンソー Gas sensor control device
US10634643B2 (en) 2013-09-20 2020-04-28 Denso Corporation Gas sensor control device
JP2015105843A (en) * 2013-11-29 2015-06-08 株式会社デンソー Gas sensor control device
WO2015162866A1 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 株式会社デンソー Heater control device for exhaust gas sensor
JP2015206767A (en) * 2014-04-23 2015-11-19 株式会社デンソー Exhaust gas sensor heater control device
JP2018180002A (en) * 2015-09-17 2018-11-15 株式会社デンソー Gas sensor
JP2017058266A (en) * 2015-09-17 2017-03-23 株式会社デンソー Gas sensor controller
CN108872331A (en) * 2017-12-28 2018-11-23 无锡大禹科技有限公司 A kind of intelligence reverse-flow type oil smoke concentration on-line monitoring instrument

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