JP2009216569A - ガス濃度検出装置及びガス濃度検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のガスセンサに接続されるガス濃度検出装置において、各ガスセンサの検出ばらつきを抑制し、ひいてはガス濃度の検出精度を向上させる。
【解決手段】ＮＯｘ検出装置２１は、各々異なるＮＯｘセンサ１７，１８に接続される電流計測回路６１，６２とヒータ制御回路６３，６４とを備えている。これらの電流計測回路６１，６２とヒータ制御回路６３，６４とにマイコン６５が接続され、さらにマイコン６５にはＥＣＵ２０が接続されている。電流計測回路６１，６２は、各ＮＯｘセンサ１７，１８においてモニタセル５４に流れるモニタセル電流及びセンサセル５５に流れるセンサセル電流を各々計測し、その計測結果を増幅しセンサ検出信号として出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数のガスセンサに接続され、各ガスセンサの出力によりＮＯｘ（窒素酸化物）等のガス濃度を検出するガス濃度検出装置とガス濃度検出システムに関するものである。

例えば、自動車用内燃機関の制御システムでは、排気浄化のための技術改善が益々進みつつあり、排気系に複数のガスセンサを設置してガス濃度成分をモニタする技術が提案されている。具体的には、排気系にＮＯｘ浄化触媒を備える排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ浄化触媒の上流側及び下流側にそれぞれＮＯｘセンサを設置し、各ＮＯｘセンサの検出結果に基づいてＮＯｘ浄化率の算出や触媒劣化の判定等を行っている。

内燃機関から排出される排気を検出対象とし排気中の酸素濃度やＮＯｘ濃度等を検出するためのガスセンサとしてはジルコニア固体電解質を用いたガスセンサが知られている。また、当該ガスセンサに接続されるセンサ回路として、ガスセンサで生じる素子電流を計測する電流計測部や、その電流計測部で計測した結果を増幅し出力する増幅出力部等を備えた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３７２５１４号公報

上記のごとく複数のガスセンサを用いる場合、既存のガス濃度検出システムでは、ガスセンサごとに個別の検出装置が設けられ、それらの検出装置で素子電流が計測されるとともにその計測結果が各々増幅等されて出力される。かかる場合、各検出装置におけるそれぞれの設置環境の違い等によりガスセンサごとに検出ばらつきが生じることが懸念される。

特に排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサの場合には、ＮＯｘ検出電流が微弱であるため、各検出装置の設置環境の違い等による検出精度への影響が大きいものとなると考えられる。

本発明は、複数のガスセンサに接続されるガス濃度検出装置において、各ガスセンサの検出ばらつきを抑制し、ひいては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。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明のガス濃度検出装置は、ジルコニア等の固体電解質体を有するセンサ素子を備え、センサ素子への電圧印加状態で被検出ガス中の特定成分の濃度に応じた素子電流を生じさせるガスセンサに適用されるものであり、少なくともセンサ素子に流れる素子電流の計測機能を有するセンサ回路部を備え、該センサ回路部がケース部材に収容されている。また、本検出装置では、センサ回路部が複数のガスセンサに電気的に接続され、それら各ガスセンサにおける素子電流をそれぞれ計測可能としている。

上述したとおり複数のガスセンサを用いるシステムでは、ガスセンサごとに個別の検出装置で素子電流が計測されることにより、各検出装置の設置環境の違い等によりガスセンサごとに検出ばらつきが生じることが懸念される。この点、本発明では、複数のガスセンサに接続されるセンサ回路部を備え、そのセンサ回路部がケース部材に収容されてガス濃度検出装置が構成されている。つまり、複数のガスセンサに対してセンサ回路部が１つにまとめられている。したがって、センサ回路部におけるガスセンサごとの設置環境の差を無くすことができ、設置環境の差に起因する検出ばらつきを抑制できる。その結果、ガス濃度の検出精度を高めることができる。

前記センサ回路部として、各々異なるガスセンサに接続され、素子電流を計測する電流計測部と該電流計測部による計測結果を増幅し出力する増幅出力部とをそれぞれ有する複数の素子電流計測回路を備えるとよい。この場合、センサ回路部は複数の素子電流計測回路を備えてなり、それがケース部材内に収容されることとなっている。これにより、設置環境の差に起因する検出ばらつきを抑制できる。

また、前記センサ回路部は、前記複数の素子電流計測回路における増幅出力部からの出力信号をそれぞれ入力し、該出力信号に基づいて各ガスセンサによるガス濃度の検出値を算出する各センサ共通の演算装置（マイクロコンピュータ等）を備えるとよい。この場合、上述のとおり複数の素子電流計測回路では設置環境の差に起因する検出ばらつきが抑制されているため、演算装置では、検出ばらつきを低減しつつガス濃度の演算を実施できる。

前記センサ回路部として、多入力１出力の構成を有し入力側に複数のガスセンサが接続されるセンサ入力切替部と、前記センサ入力切替部の出力側に接続され素子電流を計測する電流計測部及び該電流計測部による計測結果を出力する出力部を有する素子電流計測回路と、を備えるとよい。この場合、複数のガスセンサの素子電流が共通の素子電流計測回路にて計測されるとともにその計測結果が出力される。これにより、設置環境の差に起因する検出ばらつきを抑制できることに加え、ガスセンサごとに素子電流計測回路を設ける場合に生じうる回路部品の特性誤差等に起因する検出ばらつきを抑制できる。

複数のガスセンサが各々ヒータを有していることを考慮すると、センサ回路部は、各ガスセンサのヒータに接続されそれぞれにヒータ制御を実行する複数のヒータ制御回路を備えるとよい。この場合、センサ回路部は複数のヒータ制御回路を備えてなり、それがケース部材内に収容されることとなっている。本構成では、ガスセンサのヒータ制御に関しても、設置環境の差に起因する制御ばらつきを抑制できる。

本発明のガス濃度検出装置は、以下のようなガスセンサに好適に適用される。すなわち、ガスセンサは、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第１セル（ポンプセル）と、第１セルでの酸素量調整後のガスから特定成分の濃度（酸素濃度以外、ＮＯｘ濃度等）を検出する第２セル（センサセル）とを有する。そして、ガス濃度検出装置は、センサ回路部により第２セルにて生じる第２セル電流を計測し、その第２セル電流の計測値に基づいて前記特定成分の濃度を算出する。

かかる場合、第２セルで計測される特定成分は酸素以外の、ＮＯｘ、ＮＨ3、ＨＣ等の濃度であり、その濃度検出のための素子電流は微弱である。例えば、ＮＯｘ濃度検出時の素子電流はｎＡ（ナノアンペア）オーダである。この点、上述した各々の特徴的構成によれば、微弱な素子電流であっても好適にガス濃度を検出できる。

複数のガスセンサを備えるシステムとして、内燃機関の排気系にＮＯｘ浄化触媒が設けられるとともに、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側及び下流側に前記ガスセンサとしてのＮＯｘセンサがそれぞれ設けられる排気浄化システムがある。こうした排気浄化システムに適用されるガス濃度検出装置として、ＮＯｘセンサは、ガス室内に導入した排気中の酸素量を所定濃度レベルに調整する第１セル（ポンプセル）と、第１セルでの酸素量調整後のガスからＮＯｘ濃度を検出する第２セル（センサセル）とを有する。そして、ガス濃度検出装置は、センサ回路部により第２セルにて生じるＮＯｘ検出電流を計測し、そのＮＯｘ検出電流の計測値に基づいてＮＯｘ濃度を算出する。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両用の多気筒ディーゼルエンジンを制御対象としてエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてエンジンの各種制御が実施される。また本実施形態では、燃料噴射システムとしてコモンレール式燃料噴射システムを採用するとともに、排気浄化システムとして尿素ＳＣＲシステムを採用することとしている。先ずは、本システムの概略を図１を用いて説明する。なお、図１では、エンジン１０とその排気系との概略構成を示している。

エンジン１０には、気筒ごとに燃料噴射弁１１が設けられている。周知技術である故に図示は略すが、燃料噴射弁１１にはコモンレール（蓄圧配管）が接続されており、燃料噴射弁１１は、噴射信号に基づいて、コモンレールから供給される高圧燃料を気筒ごとに所定順序で噴射供給する。

エンジン１０には排気管１２が接続されており、この排気管１２に、エンジン１０からの排気を浄化する排気浄化装置が設けられている。具体的には、排気管１２には、上流側から順に、酸化触媒付きのＤＰＦ１３、ＮＯｘ浄化触媒としてのＳＣＲ触媒（アンモニア選択還元触媒）１４、アンモニアスリップ触媒１５が配設されている。また、排気管１２においてＤＰＦ１３とＳＣＲ触媒１４との間には、ＮＯｘ還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１２内に添加供給するための尿素水添加弁１６が設けられている。この尿素水添加弁１６に対しては、尿素水ポンプの圧送動作によって尿素水タンク内の尿素水が逐次供給されるようになっており（図示は省略）、尿素水添加弁１６は、電気的な制御指令に伴う開弁動作により先端噴孔部から尿素水を噴射する。

上記構成の排気浄化装置において、排気中に含まれるＰＭ（パティキュレートマター）はＤＰＦ１３に捕集されることで除去される。また、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）は、尿素水添加弁１６にて噴射される還元剤（尿素水）を用いたＳＣＲ触媒１４での触媒反応により還元除去される。

ちなみに、ＤＰＦ１３にて捕集され堆積されたＮＯｘは、例えば、燃料噴射弁１１のポスト噴射等により排気管内に供給される未燃燃料を用いて酸化除去される。これにより、ＤＰＦ１３が再生され、当該ＤＰＦ１３におけるＰＭ捕集機能が維持される。なお、ＤＰＦ１３でのＮＯｘ堆積量はＤＰＦ前後差圧等により推定され、そのＮＯｘ堆積量（推定値）が所定レベルを超えた時点でＤＰＦ再生処理が行われる。

ＳＣＲ触媒１４におけるＮＯｘ還元除去について補足説明する。尿素水添加弁１６により排気管１２内に尿素水が添加供給されると、その尿素水が排気熱で加水分解され、アンモニア（ＮＨ3）が生成される。そして、ＳＣＲ触媒１４を排気が通過する際、アンモニアによって排気中のＮＯｘが選択的に還元浄化される。このとき、アンモニアによる還元反応によりＮＯｘが窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）とに変換される。

なお、アンモニアによるＮＯｘの還元浄化が行われる際、アンモニアがＮＯｘと反応しきれずに余剰となると、その余剰アンモニアが排気に混じって排気下流側に放出される。かかる場合、余剰アンモニアは、ＳＣＲ触媒下流側のアンモニアスリップ触媒１５（例えば酸化触媒）により除去されるようになっている。

また、排気管１２においてＤＰＦ１３とＳＣＲ触媒１４との間には、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１７が設けられ、ＳＣＲ触媒１４とアンモニアスリップ触媒１５との間には同じくＮＯｘセンサ１８が設けられている。これらＮＯｘセンサ１７，１８により、ＳＣＲ触媒１４の上流側及び下流側のそれぞれにおいて排気中のＮＯｘ濃度が検出される。その他、本システムでは、ＤＰＦ１３の上流側、ＤＰＦ１３とＳＣＲ触媒１４との間、ＳＣＲ触媒１４の下流側にそれぞれ排気温度センサが設けられるが、ここでは図示及び詳細な説明を省略する。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備えて構成されており、エンジン回転速度やアクセル操作量等のエンジン運転情報に基づいて燃料噴射制御や燃料圧力制御（レール圧制御）等を実行する。これにより、燃料噴射弁１１の燃料噴射動作や高圧ポンプによる燃料圧送動作等が制御される。

ＮＯｘセンサ１７，１８にはＮＯｘ検出装置２１が接続されている。ＮＯｘ検出装置２１は、２つのＮＯｘセンサ１７，１８に共通に設けられ、これら各ＮＯｘセンサ１７，１８におけるＮＯｘ検出電流をそれぞれ計測するものとなっている。その詳細は後述する。ＮＯｘ検出装置２１にて計測されたＮＯｘ電流の計測結果はＮＯｘセンサ１７，１８ごとにセンサ検出信号としてＥＣＵ２０に逐次入力される、ＥＣＵ２０は、都度のセンサ検出信号に基づいて、ＳＣＲ触媒１４の下流側におけるＮＯｘ量を算出したり、ＮＯｘ浄化率を算出したりする。また、ＮＯｘ浄化率に基づいて尿素水添加弁１６による尿素水添加量を制御する。

次に、ＮＯｘセンサ１７，１８の素子内部構造を図２を用いて説明する。ＮＯｘセンサ１７，１８はいずれも同じ構成のセンサ素子３０を有しており、図２はセンサ素子３０の断面構造を示す断面図である。センサ素子３０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。

センサ素子３０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３１，３２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３３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３１には排気導入口３１ａが形成されており、この排気導入口３１ａを介して当該センサ素子周囲の排気が第１チャンバ３４内に導入される。第１チャンバ３４は、絞り部３５を介して第２チャンバ３６に連通している。固体電解質体３１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３７が設けられるとともに、大気通路３８を区画形成するための絶縁層３９が設けられている。

また、固体電解質体３２の図の下面にはアルミナ等よりなる絶縁層４１が設けられ、この絶縁層４１により大気通路４２が形成されている。

図の下側の固体電解質体３２には、第１チャンバ３４に対面するようにしてポンプセル５１が設けられており、ポンプセル５１は、第１チャンバ３４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３４内の残留酸素濃度を所定濃度に調整する。ポンプセル５１は、固体電解質体３２を挟んで設けられる上下一対の電極５２，５３を有し、そのうち特に第１チャンバ３４側の電極５２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５１は、電極５２，５３間に電圧が印加された状態で、第１チャンバ３４内に存在する酸素を分解して電極５３より大気通路４２側に排出する。

また、図の上側の固体電解質体３１には、第２チャンバ３６に対面するようにしてモニタセル５４及びセンサセル５５が設けられている。モニタセル５４は、上述したポンプセル５１により余剰酸素が排出された後に、第２チャンバ３６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５５は、第２チャンバ３６内の残留酸素濃度とＮＯｘ濃度とに応じて電流出力を発生する。

モニタセル５４及びセンサセル５５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３６側に電極５６，５７を有するとともに、大気通路３８側に共通電極５８を有する構成となっている。すなわち、モニタセル５４は、固体電解質体３１とそれを挟んで対向配置された電極５６及び共通電極５８とにより構成され、センサセル５５は、同じく固体電解質体３１とそれを挟んで対向配置された電極５７及び共通電極５８とにより構成されている。モニタセル５４の電極５６（第２チャンバ３６側の電極）はＮＯｘに不活性な白金Ｐｔ、金Ａｕ等の貴金属からなるのに対し、センサセル５５の電極５７（第２チャンバ３６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５４及びセンサセル５５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５４，５５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るようになっている。

また、絶縁層４１には、センサ全体を加熱するためのヒータ（発熱体）４３が埋設されている。ヒータ４３はポンプセル５１、モニタセル５４及びセンサセル５５を含めたセンサ素子全体を活性状態にすべく、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。

上記構成のセンサ素子３０では、排気は多孔質拡散層３７及び排気導入口３１ａを通って第１チャンバ３４に導入される。そして、この排気がポンプセル５１近傍を通過する際、ポンプセル電極５２，５３間にポンプセル印加電圧が印加されることで分解反応が起こり、第１チャンバ３４内の酸素濃度に応じてポンプセル５１を介して酸素が出し入れされる。なおこのとき、第１チャンバ３４側の電極５２がＮＯｘ不活性電極であるため、ポンプセル５１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５３から大気通路４２に排出される。こうしたポンプセル５１の働きにより、第１チャンバ３４内が所定の低酸素濃度の状態に保持される。

ポンプセル５１近傍を通過したガス（酸素濃度調整後のガス）は第２チャンバ３６に流れ込み、モニタセル５４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５４の出力は、モニタセル電極５６，５８間に所定のモニタセル印加電圧が印加されることでモニタセル電流として検出される。また、センサセル電極５７，５８間に所定のセンサセル印加電圧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５８から大気通路３８に排出される。このとき、センサセル５５に流れた電流（センサセル電流）により、排気中に含まれるＮＯｘ濃度が検出される。なお補足すると、センサセル電流には、第２チャンバ３６内の残留酸素濃度に応じた電流分が含まれており、センサセル電流からモニタセル電流を減算した電流値によりＮＯｘ濃度が算出されるようになっている。

ところで、上記のように複数のＮＯｘセンサ１７，１８を用いるガス濃度検出システムでは、ＮＯｘセンサごとに個別の検出装置が設けられる構成であると、各検出装置におけるそれぞれの設置環境の違い等によりＮＯｘセンサごとに検出ばらつきが生じることが懸念される。そこで本実施形態では、設置環境の違い等によるＮＯｘセンサの検出ばらつきを解消すべく、１つのＮＯｘ検出装置２１にＮＯｘセンサ１７，１８用の各検出装置を統合させて設けている。

図３は、ＮＯｘ検出装置２１の概略構成を示すブロック図である。図３において、ＮＯｘ検出装置２１は、各々異なるＮＯｘセンサ１７，１８に接続される電流計測回路６１，６２とヒータ制御回路６３，６４とを備えている。これらの電流計測回路６１，６２とヒータ制御回路６３，６４とにマイコン６５が接続され、さらにマイコン６５にはＥＣＵ２０が接続されている。なお本実施形態では、電流計測回路６１，６２とヒータ制御回路６３，６４とにより「センサ回路部」が構成され、マイコン６５により「各センサ共通の演算装置」が構成されている。

ＮＯｘ検出装置２１において、上記の各回路６１〜６４及びマイコン６５は箱形状のケース６６に収容されている。ケース６６は、ケース内部への水等の浸入を防止するための防水構造を有している。例えば、ケース６６は、互いに接合される一対のケース体を有し、それら各ケース体が接合部分にシール材を介在させた状態で接合されることで、ケース内部に所定の回路収容スペースが形成されるとともにケース内部への水等の浸入が抑制されるようになっている。

ケース６６には、センサ側コネクタ６７とＥＣＵ側コネクタ６８とが設けられており、センサ側コネクタ６７にはＮＯｘセンサ１７，１８から延びるハーネスＨ１，Ｈ２が接続され、ＥＣＵ側コネクタ６８にはＥＣＵ２０から延びるハーネスＨ３が接続されている。センサ側コネクタ６７には、接続相手であるＮＯｘセンサの数分だけ接続端子が設けられている。

電流計測回路６１，６２は、各ＮＯｘセンサ１７，１８においてモニタセル５４に流れるモニタセル電流及びセンサセル５５に流れるセンサセル電流を各々計測し、その計測結果を増幅しセンサ検出信号として出力する。また、ヒータ制御回路６３，６４は、各ＮＯｘセンサ１７，１８のヒータに接続されそれぞれにヒータ制御を実行する。マイコン６５は、電流計測回路６１，６２から出力されるセンサ検出信号をそれぞれ入力し、該検出信号に基づいてガスセンサごとのＮＯｘ濃度の検出値を算出する。

なお、電流計測回路６１，６２とヒータ制御回路６３，６４とは共通の回路基板上に実装される。ただし、ＮＯｘセンサ１７用の電流計測回路６１及びヒータ制御回路６３を実装する基板と、ＮＯｘセンサ１８用の電流計測回路６２及びヒータ制御回路６４を実装する基板とを別々にしてもよい。

上記のように１つのＮＯｘ検出装置２１に複数の電流計測回路６１，６２とヒータ制御回路６３，６４がまとめて設けられることにより、設置環境の差に起因する検出ばらつきを抑制できる。

次に、電流計測回路６１，６２の回路構成について図４を用いて説明する。電流計測回路６１，６２は実際には、ポンプセル５１に関する回路部、モニタセル５４に関する回路部、センサセル５５に関する回路部をそれぞれ有するものであるが、ここでは説明の便宜上、モニタセル５４及びセンサセル５５に関する回路部についてのみ説明する。なお、２つの電流計測回路６１，６２はいずれも同様の構成を有している。

図４において、モニタセル５４及びセンサセル５５の共通電極５８（図２参照）に接続される共通端子ＣＯＭ＋には、各セル５４，５５に共通の電圧を印加する電源回路７１が接続されている。また、モニタセル５４及びセンサセル５５の各電極５６，５７（図２参照）に接続される負側端子ＭＳ−，ＳＳ−には、それぞれモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓを計測する電流計測部が接続されている。

モニタセル５４の負側端子ＭＳ−には、電流計測抵抗７２とオペアンプ７３とが直列に接続されており、電流計測抵抗７２によりモニタセル電流Ｉｍが計測される。この場合、電流計測抵抗７２の両端には差動増幅回路７４の−入力端子と＋入力端子とが接続されており、電流計測抵抗７２にモニタセル電流Ｉｍが流れると、そのモニタセル電流Ｉｍに応じて電流計測抵抗７２の両端で電位差が生じ、その電位差が差動増幅回路７４にて所定の増幅率で増幅された後、出力される。

また、センサセル５５の負側端子ＳＳ−には、電流計測抵抗７５とオペアンプ７６とが直列に接続されており、電流計測抵抗７５によりセンサセル電流Ｉｓが計測される。この場合、電流計測抵抗７５の両端には差動増幅回路７７の−入力端子と＋入力端子とが接続されており、電流計測抵抗７５にセンサセル電流Ｉｓが流れると、そのセンサセル電流Ｉｓに応じて電流計測抵抗７５の両端で電位差が生じ、その電位差が差動増幅回路７７にて所定の増幅率で増幅された後、出力される。

モニタセル電流計測側の差動増幅回路７４とセンサセル電流計測側の差動増幅回路７７との出力はそれぞれ差動増幅回路７８に入力される。差動増幅回路７８では、センサセル電流の計測値（差動増幅回路７７の出力）からモニタセル電流の計測値（差動増幅回路７４の出力）が減算され、その結果がＮＯｘ検出信号として出力される。ＮＯｘ検出信号は、「センサセル電流Ｉｓ−モニタセル電流Ｉｍ」に相当する電流検出信号である。

ちなみに、差動増幅回路７４，７７，７８は、あらかじめ２つの抵抗器をペアにして同一チップに組み込んだ複合抵抗器（ペア抵抗）を用いて構成されている。これにより、各差動増幅回路７４，７７，７８の増幅精度が向上し、ＮＯｘ検出精度が高められる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

複数のＮＯｘセンサ１７，１８を１つのＮＯｘ検出装置２１に接続し、そのＮＯｘ検出装置２１で各センサ１７，１８の電流計測を行う構成としたため（すなわち、ＮＯｘ検出装置を１つに統合したため）、ＮＯｘセンサ１７，１８ごとの設置環境の差を無くすことができ、設置環境の差に起因する検出ばらつきを抑制できる。その結果、ＮＯｘ濃度の検出精度を高めることができる。ＮＯｘセンサ１７，１８は、検出電流が微弱であるため、上記のような検出ばらつきの改善による効果は大きいと考えられる。

補足すると、２つの電流計測回路６１，６２はそれぞれ電流計測抵抗７２，７５（電流計測部）や増幅回路７４，７７，７８（増幅出力部）を具備しており、これらは回路設置場所の温度等によって特性が変化するため、２つの電流計測回路６１，６２で回路誤差が生じる。すなわち、電流計測抵抗７２，７５や増幅回路７４，７７，７８は温度依存性を有しており、温度変化によって電流・電圧の変換精度や増幅精度に差が生じる。しかしながら、上記のとおり２つの電流計測回路６１，６２が１つのケース６６に収容されてＮＯｘ検出装置２１が構成されることで、温度環境等に起因する検出ばらつきを抑制できる。

また、ＮＯｘ検出装置２１の統合によりケース６６が１つでよくなり、コスト面でメリットがある。ケース６６の必要数が減ることで、ケース材料費が低減できる他、ケースの防水構造に要するコストも低減できる。

また、ＮＯｘ検出装置２１は、各ＮＯｘセンサ１７，１８用のヒータ制御回路６３，６４も備えるため、ＮＯｘセンサ１７，１８のヒータ制御に関しても、設置環境の差に起因する制御ばらつきを抑制できる。

上記のようにＮＯｘ濃度の検出精度が向上することにより、エンジン１０において好適なる排気浄化を行わせることができる。すなわち、ＳＣＲ触媒１４の上流側及び下流側におけるＮＯｘ濃度の検出精度が向上することで、ＳＣＲ触媒１４におけるＮＯｘ浄化状態（劣化状態）を好適にモニタできる。また、尿素水添加弁１６から適正量の尿素水を添加供給することが可能となり、ＳＣＲ触媒１４において排気中のＮＯｘを好適に浄化させることができる。

（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されてもよい。

・ＮＯｘ検出装置２１の構成を図５のように変更してもよい。図５のＮＯｘ検出装置２１では、２つのＮＯｘセンサ１７，１８の電流計測回路６１，６２を近接位置に設置する構成としている。また、ヒータ制御回路６３，６４についても同様に近接位置に設置している。図５の構成によれば、前記同様、電流計測回路６１，６２の設置環境の差に起因する検出ばらつきを抑制できる。

また、各２つの電流計測回路６１，６２やヒータ制御回路６３，６４をそれぞれ１つのＩＣ回路で統合することも可能である。具体的には、２つの電流計測回路６１，６２からなるカスタムＩＣと、２つのヒータ制御回路６３，６４からなるカスタムＩＣとをそれぞれ回路基板上に実装する。こうしてカスタムＩＣによる統合を行うことにより、設置環境や構成部品ばらつきの影響が低減される。また、部品点数低減が可能となり、コスト低減を図ることもできる。

・ＮＯｘ検出装置２１の構成を図６のように変更してもよい。図６のＮＯｘ検出装置２１では、２入力１出力の入力切替回路８１を設け、その入力側に２つのＮＯｘセンサ１７，１８を接続するとともに、出力側に電流計測回路８２を接続している。電流計測回路８２は、上述した電流計測回路６１，６２と同様の回路構成を有している。入力切替回路８１では、マイコン６５から出力される切替信号により信号入力経路が切り替えられる。つまり、入力切替回路８１は、ＮＯｘセンサ１７側に電気的に接続され、ＮＯｘセンサ１７の素子電流を計測する状態と、ＮＯｘセンサ１８側に電気的に接続され、ＮＯｘセンサ１８の素子電流を計測する状態とで切り替えられる。例えば、マイコン６５は、一定の時間周期で入力切替回路８１の信号入力経路を切り替えたり、都度の制御上、どちらのＮＯｘセンサの検出信号を要するかに応じて入力切替回路８１の信号入力経路を切り替えたりするとよい。

図６の構成によれば、２つのＮＯｘセンサ１７，１８の素子電流が共通の電流計測回路８２にて計測されるとともにその計測結果が出力されることとなる。換言すると、２つのＮＯｘセンサ１７，１８で１つの電流計測回路８２が共有できる。これにより、設置環境の差に起因する検出ばらつきを抑制できることに加え、ＮＯｘセンサ１７，１８ごとに電流計測回路を設ける場合に生じうる回路部品の特性誤差等に起因する検出ばらつきを抑制できる。また、電流計測回路８２が１つで済むことからコスト低減を図ることができる。

・内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ浄化触媒としてＳＣＲ触媒１４に代えてＮＯｘ吸蔵型還元触媒を設ける構成であってもよい。本構成においても、触媒上流側及び下流側のＮＯｘ濃度の検出精度が向上することにより、好適なる排気浄化を行わせることができる。

・上記実施形態では、ＮＯｘ検出装置２１には２つのＮＯｘセンサ１７，１８が接続される構成としたが、３つ以上のＮＯｘセンサが接続される構成であってもよい。

・上記実施形態では、ＮＯｘセンサのセンサ素子として、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を適用したが、これを変更してもよい。例えば、センサ素子として、ポンプセル及びセンサセルからなる、いわゆる２セル構造を有するものを適用する。なお、モニタセルを用いる場合に、そのモニタセルが起電力を出力する起電力セルであってもよい。

・検出対象の特定成分がＮＯｘ以外であってもよい。例えば、排気中のＨＣやＣＯ、ＮＨ3を検出対象とするガスセンサであってもよい。この場合、ポンプセルにて排気中の余剰酸素を排出し、センサセルにて余剰酸素排出後のガスからＨＣやＣＯ、ＮＨ3のいずれかを分解してＨＣ濃度やＣＯ濃度、ＮＨ3濃度を検出する。

・ガス室内に導入した排気中の酸素量を所定濃度レベルに調整する第１セルと、その酸素量調整後のガスから特定成分の濃度を検出する第２セルとを有するガスセンサ以外への適用も可能である。例えば、固体電解質体を有するセンサ素子を備え、センサ素子への電圧印加状態で排気中の酸素濃度に応じた素子電流を生じさせる酸素濃度センサ（Ａ／Ｆセンサ）に適用してもよい。

それぞれ検出成分が異なる複数のガスセンサを用いたシステムにおいて、それらのガスセンサを１つのガス濃度検出装置に接続する構成としてもよい。

・エンジンの吸気通路に設けられるガスセンサや、ディーゼルエンジン以外にガソリンエンジンなど、他の形式のエンジンに用いられるガスセンサを対象とするセンサ制御装置としても具体化できる。そのガスセンサは、排気以外のガスを検出対象としたり、自動車以外の用途で用いられるものであってもよい。

エンジン制御システムの概要を示す構成図。 ＮＯｘセンサの素子内部構造を示す断面図。 ＮＯｘ検出装置の概略構成を示すブロック図。 電流計測回路の構成を示す回路図。 他の実施形態においてＮＯｘ検出装置の概略構成を示すブロック図。 他の実施形態においてＮＯｘ検出装置の概略構成を示すブロック図。

符号の説明

１０…エンジン、１２…排気管、１４…ＳＣＲ触媒（ＮＯｘ浄化触媒）、１７，１８…ＮＯｘセンサ（ガスセンサ）、２０…ＥＣＵ、２１…ＮＯｘ検出装置（ガス濃度検出装置）、３０…センサ素子、３１，３２…固体電解質体、３４…第１チャンバ（ガス室）、３６…第２チャンバ（ガス室）、４３…ヒータ、５１…ポンプセル（第１セル）、５４…モニタセル、５５…センサセル（第２セル）、６１，６２…電流計測回路（素子電流計測回路）、６３，６４…ヒータ制御回路、６５…マイコン（演算装置）。６６…ケース（ケース部材）、７２，７５…電流計測抵抗（電流計測部）、７４，７７，７８…差動増幅回路（増幅出力部）、８１…入力切替回路（センサ入力切替部）、８２…電流計測回路（素子電流計測回路）、Ｈ１，Ｈ２…ハーネス（ハーネス部材）。

Claims (8)

1. 固体電解質体を有するセンサ素子を備え、前記センサ素子への電圧印加状態で被検出ガス中の特定成分の濃度に応じた素子電流を生じさせるガスセンサに電気的に接続されるものであり、少なくとも前記センサ素子に流れる素子電流の計測機能を有するセンサ回路部を備え、該センサ回路部がケース部材に収容されてなるガス濃度検出装置において、
   前記センサ回路部が複数のガスセンサに電気的に接続され、それら各ガスセンサにおける素子電流をそれぞれ計測可能であることを特徴とするガス濃度検出装置。
2. 前記センサ回路部として、各々異なるガスセンサに接続され、素子電流を計測する電流計測部と該電流計測部による計測結果を増幅し出力する増幅出力部とをそれぞれ有する複数の素子電流計測回路を備える請求項１に記載のガス濃度検出装置。
3. 前記センサ回路部は、前記複数の素子電流計測回路における増幅出力部からの出力信号をそれぞれ入力し、該出力信号に基づいて各ガスセンサによるガス濃度の検出値を算出する各センサ共通の演算装置を備える請求項２に記載のガス濃度検出装置。
4. 前記センサ回路部として、
   多入力１出力の構成を有し入力側に複数のガスセンサが接続されるセンサ入力切替部と、
   前記センサ入力切替部の出力側に接続され素子電流を計測する電流計測部及び該電流計測部による計測結果を出力する出力部を有する素子電流計測回路と、
   を備える請求項１に記載のガス濃度検出装置。
5. 前記ガスセンサは前記センサ素子を加熱するヒータを有し、
   前記センサ回路部は、各ガスセンサのヒータに接続されそれぞれにヒータ制御を実行する複数のヒータ制御回路を備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
6. 前記ガスセンサは、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第１セルと、前記第１セルでの酸素量調整後のガスから特定成分の濃度を検出する第２セルとを有するものであり、
   前記センサ回路部により前記第２セルにて生じる第２セル電流を計測し、その第２セル電流の計測値に基づいて前記特定成分の濃度を算出する請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
7. 内燃機関の排気系にＮＯｘ浄化触媒が設けられるとともに、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側及び下流側に前記ガスセンサとしてのＮＯｘセンサがそれぞれ設けられる排気浄化システムに適用され、
   前記ＮＯｘセンサは、ガス室内に導入した排気中の酸素量を所定濃度レベルに調整する第１セルと、前記第１セルでの酸素量調整後のガスからＮＯｘ濃度を検出する第２セルとを有するものであり、
   前記センサ回路部により前記第２セルにて生じるＮＯｘ検出電流を計測し、そのＮＯｘ検出電流の計測値に基づいてＮＯｘ濃度を算出する請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
8. 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と、
   前記ガス濃度検出装置に各々ハーネス部材を介して電気的に接続される複数のガスセンサと、
   を備えることを特徴とするガス濃度検出システム。

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