JP2017067717A - ガスセンサ制御装置、基準点学習方法、基準点診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間でガスセンサの基準点の学習や診断を実施できるガスセンサ制御装置、基準点学習方法及び基準点診断方法を提供する。【解決手段】ガスセンサとしてのＮＯｘセンサ１は、エンジンの排気が導入されるチャンバ７と、チャンバ７内の酸素濃度を調整するポンプセル１２と、チャンバ７内のガス中の酸素濃度とＮＯｘ濃度の合計に相関する信号を出力するセンサセル１４と、酸素濃度に相関する信号を出力するモニタセル１６とを備える。ポンプセル１２は、固体電解質体４と固体電解質体４の各面４ａ、４ｂに配置された電極１０、１１とを有する。ガスセンサ制御装置としてのＳＣＵ及びＥＣＵは、センサオフセット値（基準点）の計測モードにおいては、大気中の酸素をチャンバ７内に汲み入れるよう電極１０、１１間の印加電圧を変更し、このときにセンサセル１４及びモニタセル１６から出力される信号に基づいてセンサオフセット値の診断及び学習を実施する。【選択図】図１

Description

本発明はガスセンサの基準点を学習又は診断するガスセンサ制御装置、基準点学習方法、基準点診断方法に関する。

内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するガスセンサ（ＮＯｘセンサ）が知られている。このガスセンサとして、被検出ガスが導入されるチャンバと、チャンバ内の酸素を汲み出すポンプセルと、ポンプセルにて酸素を汲み出し後のガスからＮＯｘ濃度に相関する信号を出力する検出セルとを備えたものが実用化されている。

ところで、この種のガスセンサは、特定成分の濃度（ＮＯｘ濃度）に相関する信号を出力するが、その出力値が個体差や経時変化等により変化（劣化）してしまうという特性を有している。ここで、特許文献１では、車両減速時で且つ燃料の供給が停止されているときに吸入空気量を増加させ且つＥＧＲガス量を減少させつつ、このときに検出されるＮＯｘ濃度を基準点として学習させる技術を提案している。これによれば、ＮＯｘを含んだ排気を排気管から速やかに排出させて基準点を学習できるとしている。

特許第３９９７８４１号公報

このように、特許文献１の技術は、基準点学習の際にガスセンサ近傍をＮＯｘ濃度がゼロの大気状態にするよう内燃機関の運転を制御するものである。しかし、ガスセンサ近傍が大気状態になるまでにある程度の時間が必要なため、短時間で基準点の学習や異常診断をすることは困難である。

本発明は上記問題に鑑み、短時間でガスセンサの基準点の学習や異常診断を実施できるガスセンサ制御装置、基準点学習方法及び基準点診断方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ制御装置（２３、３２）は、被検出ガスが導入されるチャンバ（７）と、
前記チャンバ内に接した面（４ａ）と大気側に接した面（４ｂ）とを有した固体電解質体（４）と、前記固体電解質体の前記チャンバ内に接した面と大気側に接した面とに配置された一対の電極（１０、１１）とを有し、前記一対の電極間に電圧が印加されることで前記チャンバ内の酸素濃度を調整するポンプセル（１２）と、
前記チャンバ内のガスに含まれた特定成分の濃度に相関する信号を出力する検出セル（１４、１６）とを備えるガスセンサ（１）に適用され、
大気側から前記チャンバ内に酸素を汲み入れるように前記一対の電極間に印加する電圧を変更する電圧変更部（Ｓ２５、２３）と、
前記電圧変更部の電圧変更により大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記検出セルから出力される信号に基づき前記ガスセンサの基準点を学習する学習部（Ｓ２６〜Ｓ２９、Ｓ４１〜Ｓ４４、３２）と、
を備える。

本発明のガスセンサ制御装置（２３、３２）は、被検出ガスが導入されるチャンバ（７）と、
前記チャンバ内に接した面（４ａ）と大気側に接した面（４ｂ）とを有した固体電解質体（４）と、前記固体電解質体の前記チャンバ内に接した面と大気側に接した面とに配置された一対の電極（１０、１１）とを有し、前記一対の電極間に電圧が印加されることで前記チャンバ内の酸素濃度を調整するポンプセル（１２）と、
前記チャンバ内のガスに含まれた特定成分の濃度に相関する信号を出力する検出セル（１４、１６）とを備えるガスセンサ（１）に適用され、
大気側から前記チャンバ内に酸素を汲み入れるように前記一対の電極間に印加する電圧を変更する電圧変更部（Ｓ２５、２３）と、
前記電圧変更部の電圧変更により大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記検出セルから出力される信号に基づき前記ガスセンサの基準点が正常か異常かを診断する診断部（Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４４、３２）と、
を備える。

本発明の基準点学習方法は、被検出ガスが導入されるチャンバ（７）と、
前記チャンバ内に接した面（４ａ）と大気側に接した面（４ｂ）とを有した固体電解質体（４）と、前記固体電解質体の前記チャンバ内に接した面と大気側に接した面とに配置された一対の電極（１０、１１）とを有し、前記一対の電極間に電圧が印加されることで前記チャンバ内の酸素濃度を調整するポンプセル（１２）と、
前記チャンバ内のガスに含まれた特定成分の濃度に相関する信号を出力する検出セル（１４、１６）とを備えるガスセンサ（１）に適用され、
大気側から前記チャンバ内に酸素を汲み入れるように前記一対の電極間に印加する電圧を変更し、その電圧変更により大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記検出セルから出力される信号に基づき前記ガスセンサの基準点を学習する方法である。

本発明の基準点診断方法は、被検出ガスが導入されるチャンバ（７）と、
前記チャンバ内に接した面（４ａ）と大気側に接した面（４ｂ）とを有した固体電解質体（４）と、前記固体電解質体の前記チャンバ内に接した面と大気側に接した面とに配置された一対の電極（１０、１１）とを有し、前記一対の電極間に電圧が印加されることで前記チャンバ内の酸素濃度を調整するポンプセル（１２）と、
前記チャンバ内のガスに含まれた特定成分の濃度に相関する信号を出力する検出セル（１４、１６）とを備えるガスセンサ（１）に適用され、
大気側から前記チャンバ内に酸素を汲み入れるように前記一対の電極間に印加する電圧を変更し、その電圧変更により大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記検出セルから出力される信号に基づき前記ガスセンサの基準点が正常か異常かを診断する方法である。

本発明によれば、ポンプセルの電圧印加を、大気側からチャンバ内に酸素を汲み入れるように変更するので、チャンバ内の特定成分の濃度を速やかに大気状態の値にすることができる。そして、大気側からチャンバ内に酸素を汲み入れた状態で検出セルが出力する信号に基づき基準点の学習又は異常診断をするので、短時間でその学習や異常診断をすることができる。

ＮＯｘセンサの内部構造と、ポンプセル、センサセル及びモニタセルの電圧印加部及び電流検出部を示した図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、ＮＯｘセンサの検出面の平面図である。 センサセル出力とモニタセル出力との差からＮＯｘ出力を算出することを示した図である。 エンジンシステムの概要を示す構成図である。 ＮＯｘセンサの内部構造を示し、ポンプセルの印加電圧をチャンバ内に酸素を汲み入れる方向に変更した状態を示した図である。 実ＮＯｘ濃度と、ＮＯｘセンサにより検出される基本ＮＯｘ濃度との関係を示し、センサ出力特性が劣化していない場合と、劣化した場合とで示した図である。 センサ出力特性が劣化していない場合におけるセンサ出力電流と基本ＮＯｘ濃度との関係を例示した図である。 ＳＣＵ及びＥＣＵが実行する全体処理のフローチャートである。 図８のＳ１の処理の詳細を示し、ＮＯｘ濃度の算出処理のフローチャートである。 図８のＳ２の処理の詳細を示し、センサオフセット値の算出処理のフローチャートである。 図８のＳ３の処理の詳細を示し、センサオフセット学習値の算出処理のフローチャートである。 センサオフセット値の診断及び学習に関連する各種パラメータのタイムチャートである。 実ＮＯｘ濃度とセンサ出力電流との関係を示し、センサ出力特性が劣化していない場合と、劣化した場合とで示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図４は本発明のガスセンサ制御装置が適用されたエンジンシステムを示している。図４のエンジンシステムは車両に搭載される。エンジンシステムは、車両を駆動する内燃機関としてのエンジン２０を備える。そのエンジン２０は、例えば多気筒ディーゼルエンジンであり、気筒毎に筒内に燃料を噴射するインジェクタを有している。

エンジン２０の排気管２１には排気浄化装置２２が設けられている。その排気浄化装置２２は、例えば、リーン雰囲気でＮＯｘを吸蔵しリッチ雰囲気で吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ：Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ）や、尿素等の還元剤の供給によりＮＯｘを選択的に還元浄化するＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒）等のＮＯｘ浄化触媒である。また、排気浄化装置２２の下流側には、排気中のＮＯｘ濃度に相関する信号を出力するガスセンサとしてのＮＯｘセンサ１が設けられている。なお、ＮＯｘセンサ１は、排気浄化装置２２の下流側に加えて又は代えて排気浄化装置２２の上流側に設けられたとしても良い。

ＳＣＵ（Ｓｅｎｓｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２３は、ＮＯｘセンサ１の動作を制御したり、ＮＯｘセンサ１から出力される信号に基づいてＮＯｘ濃度を算出したりする。ＳＣＵ２３とＥＣＵ３２とはＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信線で接続されており、ＳＣＵ２３が算出したＮＯｘ濃度の信号はその通信線を介してＥＣＵ３２に入力される。ＳＣＵ２３は、各種処理を行うＣＰＵ３０と、ＣＰＵ３０が実行する処理の制御プログラム等の各種情報を記憶するメモリ３１とを有する。なお、ＣＰＵ３０、メモリ３１以外のＳＣＵ２３の構成は後述する。

ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３２は、ＣＰＵ３３、メモリ３４等から構成された周知のマイクロコンピュータを備えた電子制御装置である。ＥＣＵ３２は、ＳＣＵ２３が算出したＮＯｘ濃度を示す信号が入力される他、エンジン２０の回転数を検出する回転数センサ３５や、アクセル開度等のエンジン負荷を検出する負荷センサ３６などの各種センサから検出信号が入力される。ＥＣＵ３２は、これらの検出信号等に基づいてインジェクタの燃料噴射制御や、排気浄化装置２２の劣化判定や、排気浄化装置２２がＮＯｘ選択還元触媒の場合には尿素等の還元剤の添加制御などを実施する。

さらに、ＥＣＵ３２は、ＳＣＵ２３から入力されるＮＯｘ濃度を基本ＮＯｘ濃度としてその基本ＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘセンサ１の基準点の学習及び診断を実施したり、基準点に基づいて基本ＮＯｘ濃度を補正したりする。ＳＣＵ２３のＣＰＵ３０と、ＥＣＵ３２のＣＰＵ３３とが実行する基準点の学習及び診断に関する処理の詳細は後述する。なお、ＳＣＵ２３及びＥＣＵ３２がガスセンサ制御装置に相当する。

また、エンジンシステムには、車両のドライバにＮＯｘセンサ１の異常（基準点異常）を警告する警告部３７が設けられる。その警告部３７は、例えば運転席に対向する位置にあるインストツメントパネル部に設けられてＮＯｘセンサ１が異常であることを表示する表示部であったり、音声により警告する音声出力部であったりする。警告部３７はＥＣＵ３２に接続されてＥＣＵ３２により制御される。

次にＮＯｘセンサ１の内部構造を図１、図２を参照して説明する。ＮＯｘセンサ１は、図１の上下方向を長手方向とした形状に形成される。図１の下側をＮＯｘセンサの先端側、図１の上側をＮＯｘセンサ１の基端側として、ＮＯｘセンサ１の先端側が排気管２１（図４参照）内に位置し、基端側が排気管２１に取り付けられている。

ＮＯｘセンサ１の内部構造は、複数部材が積層配置されたいわゆる積層型構造に形成されている。詳しくは、ＮＯｘセンサ１は、ジルコニア等の酸素イオン導電性材料からなる板状の固体電解質体４と、その固体電解質体４の図の左側を向いた面４ａ（以下第１面という）と図の右側を向いた面４ｂ（以下第２面という）のそれぞれに対向する位置において固体電解質体４と所定間隔を隔てて配置された板状の絶縁層２、３とを有する。固体電解質体４は、その面４ａ、４ｂが図１の上下方向（長手方向）に平行となるよう配置される。絶縁層２、３は、セラミックスやアルミナ等の絶縁材料から形成されている。固体電解質体４と絶縁層２、３との間には、セラミックスやアルミナ等の絶縁材料から形成されたスペーサ５が配置されている。絶縁層２、３とスペーサ５とは同一部材として形成されたとしても良いし、別部材として形成されたとしても良い。

また、固体電解質体４と、固体電解質体４の第１面４ａに対向した位置に配置された第１絶縁層２との間における先端位置に、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６が設けられている。固体電解質体４、第１絶縁層２、スペーサ５及び多孔質拡散層６により、被検出ガスとしての排気が導入されるチャンバ７が区画形成されている。チャンバ７は、多孔質拡散層６を介して排気管内に連通している。つまり、多孔質拡散層６は、チャンバ７に対して排気の出入り口として機能する。なお、多孔質拡散層６の代わりに排気の出入り口となる小孔（スリット）を設けても良い。

また、固体電解質体４、固体電解質体４の第２面４ｂに対向した位置に配置された第２絶縁層３及びスペーサ５により、大気に導通した大気通路８が区画形成されている。その大気通路８は、ＮＯｘセンサ１の先端側がスペーサ５で閉塞されており、基端側が大気に導通している。

第１面４ａには、チャンバ７内に接する形でポンプセル１２の一部を構成する電極１０が形成されている。その電極１０は、ＮＯｘセンサ１の長手方向において、後述する電極１３、１５よりも多孔質拡散層６に近い位置、つまりチャンバ７の出入り口６側に形成されている。電極１０は、酸素に活性で、ＮＯｘには不活性な材料（ＮＯｘを分解し難い材料）により形成され、具体的には例えばＰｔ（白金）／Ａｕ（金）とジルコニアとのサーメットにより形成されている。

また、第１面４ａには、チャンバ７内に接する形で、後述するセンサセル１４及びモニタセル１６の一部を構成する電極１３、１５が形成されている。これら電極１３、１５は、長手方向において電極１０よりも多孔質拡散層６から離れた位置、つまりチャンバ７の奥側に形成されている。つまり、長手方向において多孔質拡散層６→電極１０→電極１３、１５の順に配置されている。また、電極１３、１５は、図２に示すように、第１面４ａの面内において長手方向に直角な方向に並ぶように形成されている。

センサセル１４の検出面を構成する電極１３は、酸素とＮＯｘの両方に活性な材質により形成され、具体的には例えばＰｔ（白金）／Ｒｈ（ロジウム）とジルコニアとのサーメットにより形成されている。モニタセル１６の検出面を構成する電極１５は、酸素に活性で、ＮＯｘには不活性な材料により形成され、具体的には例えばＰｔ（白金）／Ａｕ（金）とジルコニアとのサーメットにより形成されている。

また、固体電解質体４の第２面４ｂには、固体電解質体４を間に挟んで電極１０、１３、１５に対向する位置に、大気側電極１１が形成されている。その大気側電極１１は大気通路８に接している。また、大気側電極１１は、電極１０、１３、１５をカバーする大きさに形成されて、つまり電極１０、１３、１５のそれぞれに対して対の電極として機能する共通の裏面電極である。大気側電極１１は酸素に活性な材料で形成され、具体的には例えばＰｔ（白金）とジルコニアとのサーメットにより形成されている。

固体電解質体４及びその固体電解質体４を間に挟んで対向配置された一対の電極１０、１１によりポンプセル１２が形成される。ポンプセル１２は、一対の電極１０、１１間に電圧が印加されることで、チャンバ７内に導入された排気中の酸素を出し入れしてチャンバ７内の残留酸素濃度を所定濃度に調整する。このとき、電極１０、１１間の電圧印加方向に応じて、酸素のポンピング方向が切り替え可能となっている。具体的には、電極１０の電位より大気側電極１１のほうが大きい場合には、チャンバ７内の酸素が大気通路８に汲み出される。このとき、電極１０において酸素が分解され、その分解により形成された酸素イオンが固体電解質体４の内部を大気側電極１１に向けて流れ、大気側電極１１から大気通路８に酸素として排出される。

反対に、電極１０の電位のほうが大気側電極１１よりも大きい場合には、大気通路８からチャンバ７内に酸素が汲み入れられる（図５参照）。このとき、大気側電極１１において大気通路８の酸素が分解され、その分解により形成された酸素イオンが固体電解質体４の内部を電極１０に向けて流れる。そして、電極１０により酸素がチャンバ７内に汲み入れられる。

固体電解質体４及び固体電解質体４を間に挟んで対向配置された一対の電極１３、１１により第１セルとしてのセンサセル１４が形成される。センサセル１４は、一対の電極１３、１１間に電圧が印加されることで、チャンバ７内のガスに含まれた酸素濃度とＮＯｘ濃度とを合計した濃度に相関する電流を出力する。

固体電解質体４及び固体電解質体４を間に挟んで対向配置された一対の電極１５、１１により第２セルとしてのモニタセル１６が形成される。モニタセル１６は、一対の電極１５、１１間に電圧が印加されることで、チャンバ７内のガスに含まれた酸素濃度に相関する電流を出力する。なお、センサセル１４及びモニタセル１６が検出セルに相当する。

ポンプセル１２と、センサセル１４及びモニタセル１６とは、ＮＯｘセンサ１の長手方向に並べて配置されており、ＮＯｘセンサ１の先端側にポンプセル１２が配置され、基端側（排気管取り付け側）にセンサセル１４及びモニタセル１６が配置されている。また、センサセル１４及びモニタセル１６はチャンバ７内において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。

また、第２絶縁層３には、センサ全体を加熱するためのヒータ（発熱体）９が埋設されている。ヒータ９により、ポンプセル１２、センサセル１４及びモニタセル１６が加熱され、これら各セル１２、１４、１６の活性化が促進される。ヒータ９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。

排気中のＮＯｘ濃度の計測時におけるＮＯｘセンサ１の動作を説明する。排気は多孔質拡散層６を通ってチャンバ７に導入される。そして、この排気がポンプセル１２近傍を通過する際、ポンプセル電極１０、１１間に電極１０より電極１１のほうが高電位となるようポンプセル電圧が印加されることで分解反応が起こり、チャンバ７内の酸素濃度に応じてポンプセル１２により酸素が大気通路８に汲み出される。なおこのとき、電極１０がＮＯｘ不活性電極であるため、ポンプセル１２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１１から大気通路８に排出される。こうしたポンプセル１２の働きにより、チャンバ７内が所定の低酸素濃度の状態に保持される。

ポンプセル１２近傍を通過したガス（酸素濃度調整後のガス）は、センサセル１４及びモニタセル１６の近傍に流れ込み、モニタセル１６では、ガス中の残留酸素濃度に相関する出力が発生する。モニタセル１６の出力は、モニタセル電極１５、１１間に所定のモニタセル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１３、１１間に所定のセンサセル電圧が印加されることでガス中の酸素及びＮＯｘが分解され、その際発生する酸素イオンが固体電解質体４の内部を通って電極１１から酸素として大気通路８に排出される。そして、図３に示すように、センサセル１４の出力（残留酸素濃度とＮＯｘ濃度の合計濃度に相関する電流）と、モニタセル１６の出力（残留酸素濃度に相関する電流）との差に基づいて、排気中のＮＯｘ濃度が計測される。また、モニタセル１６の出力から排気中の酸素濃度も算出することができる。

ＳＣＵ２３（図４参照）には、各セル１２、１４、１６に印加する電圧を制御したり、各セル１２、１４、１６から出力される電流を検出したりする回路部が設けられている。詳しくは、ＳＣＵ２３には、図１に示すように、ポンプセル電極１０、１１にポンプセル電圧を印加する電圧印加部２４と、その電圧印加部２４の電圧印加によりポンプセル１２を流れるポンプセル電流を検出する電流検出部２５とが設けられている。また、ＳＣＵ２３には、センサセル電極１３、１１にセンサセル電圧を印加する電圧印加部２６と、その電圧印加部２６の電圧印加によりセンサセル１４を流れる（センサセル１４から出力される）センサセル電流を検出する電流検出部２７とが設けられている。さらに、ＳＣＵ２３には、モニタセル電極１５、１１にモニタセル電圧を印加する電圧印加部２８と、その電圧印加部２８の電圧印加によりモニタセル１６を流れる（モニタセル１６から出力される）モニタセル電流を検出する電流検出部２９とが設けられている。

ＳＣＵ２３のＣＰＵ３０は、各電圧印加部２４、２６、２８を制御することでポンプセル電圧、センサセル電圧及びモニタセル電圧を制御する。また、ＣＰＵ３０には、各電流検出部２５、２７、２９により検出されるポンプセル電流、センサセル電流及びモニタセル電流が逐次入力される。このとき、各セル１２、１４、１６の電流検出値は、Ａ／Ｄ変換器を介してＣＰＵ３０に入力されるようになっている。ＣＰＵ３０は、ＮＯｘ計測モードにおいては、入力されたポンプセル電流が所定値となるように電圧印加部２４による電圧印加をフィードバック制御する。また、ＣＰＵ３０は、センサセル電流及びモニタセル電流に基づいて排気中のＮＯｘ濃度や酸素濃度を算出する。

次に、ＮＯｘセンサ１の基準点の診断及び学習について説明する。ＮＯｘセンサ１の出力特性が劣化していない場合には、図６のライン１０１で示されるように、センサセル１４及びモニタセル１６の出力電流から求まる基本ＮＯｘ濃度ＮＯＸＢ（図６の縦軸）は、実際のＮＯｘ濃度（図６の横軸）に一致している。このとき、チャンバ７内において実際のＮＯｘ濃度がゼロとなる状態では、センサセル電流Ｉｓとモニタセル電流Ｉｍとは等しい値（つまりＩｓ＝Ｉｍ）となり、これら電流の差であるセンサ出力電流Ｉｎｏｘ（＝Ｉｓ−Ｉｍ）はゼロとなる。よって、図７の関係から求まる基本ＮＯｘ濃度ＮＯＸＢは０ｐｐｍとなり、実ＮＯｘ濃度と一致する。このことは、図６のライン１０１は、実ＮＯｘ濃度に対する基本ＮＯｘ濃度のオフセット値（ズレ量）がゼロであることを意味する。

ところが、ＮＯｘセンサ１では、出力特性が個体差や経時変化等により変化（劣化）してしまうことがある。図６のライン１００は出力特性が変化した例を示している。出力特性が変化すると、実ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍの場合のセンサ出力電流Ｉｎｏｘは、０からオフセットした値となる。そのオフセットしたセンサ出力電流Ｉｎｏｘと図７の関係から得られる基本ＮＯｘ濃度は、図６のライン１００で示されるように０ｐｐｍからオフセットした値Ｄ（図６では５ｐｐｍ）となる。このように、出力特性が変化したライン１００は、変化していないライン１０１に対してオフセットする。

このようなＮＯｘセンサ１の出力特性の変化を考慮しないと、実際値からずれたＮＯｘ濃度が得られてしまう。そこで、ＳＣＵ２３及びＥＣＵ３２は、実ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍとなる大気状態における基本ＮＯｘ濃度をオフセット値（基準点）として学習し、その学習値に基づいてＮＯｘ濃度を算出する処理を実行する。以下、この処理の詳細を説明する。

図８はＳＣＵ２３のＣＰＵ３０及びＥＣＵ３２のＣＰＵ３３が実行する全体処理のフローチャートを示している。図８の処理は例えば車両のエンジン始動と同時に開始し、エンジン停止するまで所定周期で繰り返し実行される。

図８の処理を開始すると、ＮＯｘセンサ１の出力に基づいてＮＯｘ濃度ＮＯＸＦを算出する（Ｓ１）。なお、Ｓ１で算出するＮＯＸＦは、センサ出力特性が劣化していない場合のセンサ出力電流Ｉｎｏｘから求まる基本ＮＯｘ濃度と、オフセット学習値（基準点）とから求まるＮＯｘ濃度である。Ｓ１では、具体的には図９のフローチャートの処理を実行する。図９において、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理はＳＣＵ２３が実行し、Ｓ１４の処理はＥＣＵ３２が実行する。

図９の処理に移行すると、ＳＣＵ２３は、ポンプセル１２によりチャンバ７内の酸素を調整して、調整後のセンサセル電流Ｉｓ及びモニタセル電流Ｉｍを測定する（Ｓ１１）。具体的には、排気中のＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘ計測モードにおいては、図１に示すように、電極１０の電位を大気側電極１１の電位より小さくするよう電圧印加部２４を制御することで、チャンバ７内の余剰酸素を大気通路８に汲み出す。そして、酸素を汲み出した状態でのセンサセル電流Ｉｓ及びモニタセル電流Ｉｍを測定する（Ｓ１１）。一方、後述のセンサオフセット値計測モードにおいては、後述の図１０のＳ２５で、大気通路８の酸素をチャンバ７内に汲み入れるようにポンプセル１２の印加電圧が変更され、その変更された状態でのセンサセル電流Ｉｓ及びモニタセル電流Ｉｍを測定する（Ｓ１１）。

次に、ＳＣＵ２３は、Ｓ１１で測定したセンサセル電流Ｉｓとモニタセル電流Ｉｍとの差であるセンサ出力電流Ｉｎｏｘを算出する（Ｓ１２）。つまり、Ｉｎｏｘ＝Ｉｓ−Ｉｍを計算する。

次に、ＳＣＵ２３は、Ｓ１２で得られたセンサ出力電流Ｉｎｏｘを図７に例示するマップ又は計算式により基本ＮＯｘ濃度に変換する（Ｓ１３）。図７のマップは、ＮＯｘセンサ１の出力特性が劣化していない場合におけるセンサ出力電流Ｉｎｏｘと基本ＮＯｘ濃度ＮＯＸＢとの関係を例示している。図７のマップでは、センサ出力電流が０のときの基本ＮＯｘ濃度を０ｐｐｍとして、センサ出力電流が大きくなるに比例して基本ＮＯｘ濃度が増加する関係となっている。つまり、ＮＯＸＢ＝Ｃ１×Ｉｎｏｃ（Ｃ１は係数）の関係を示している。なお、センサ出力電流と基本ＮＯｘ濃度とは比例関係以外の場合もありえる。

ＳＣＵ２３のメモリ３１には、図７のマップ又はそのマップに相当する計算式が記憶されている。Ｓ１３では、Ｓ１２で得られたセンサ出力電流Ｉｎｏｘと、図７のマップ又は計算式に基づいて、基本ＮＯｘ濃度ＮＯＸＢに変換する。ＳＣＵ２３は、Ｓ１３で得られた基本ＮＯｘ濃度ＮＯＸＢをＥＣＵ３２に送信する。

次に、ＥＣＵ３２は、ＳＣＵ２３により算出された基本ＮＯｘ濃度ＮＯＸＢと、自身のメモリ３４に記憶されたオフセット学習値ＮＯＸＯＦＧとに基づいて、ＮＯｘ濃度ＮＯＸＦを算出する（Ｓ１４）。言い換えると、オフセット学習値ＮＯＸＯＦＧに基づいて、基本ＮＯｘ濃度ＮＯＸＢを補正する。オフセット学習値ＮＯＸＯＦＧは、前回の図８のＳ２、Ｓ３の処理により得られる、チャンバ７内が大気状態（実ＮＯｘ濃度＝０ｐｐｍの状態）でのセンサ出力電流から求まる基本ＮＯｘ濃度であって、基準点として正常と診断された基本ＮＯｘ濃度である。Ｓ１４では、基本ＮＯｘ濃度ＮＯＸＢからオフセット学習値ＮＯＸＯＦＧを引き算して、ＮＯｘ濃度ＮＯＸＦを算出する。つまり、ＮＯＸＦ＝ＮＯＸＢ−ＮＯＸＯＦＧを計算する。例えば、センサ出力特性が図６のライン１００で示される特性に変化したとすると、Ｓ１４では、ライン１００から得られる基本ＮＯｘ濃度からオフセット値Ｄを引き算する。これにより、出力特性が劣化していないライン１０１に一致したＮＯｘ濃度ＮＯＸＦが得られ、つまり実ＮＯｘ濃度に一致したＮＯｘ濃度ＮＯＸＦが得られる。Ｓ１４の後、図９の処理を終了して、図８の処理に戻る。なお、図９の処理を実行するＳＣＵ２３及びＥＣＵ３２が算出部に相当する。なお、ＳＣＵ２３及びＥＣＵ３２は、ＮＯｘ濃度の算出の他、モニタセル電流Ｉｍに基づいて排気中の酸素濃度も算出している。

図８の処理に戻り、次に、チャンバ７内が大気状態（実ＮＯｘ濃度＝０ｐｐｍの状態）でのセンサ出力電流から求まる基本ＮＯｘ濃度であるセンサオフセット値ＮＯＸＯＦを算出する（Ｓ２）。Ｓ２では具体的には図１０のフローチャートの処理を実行する。図１２のタイムチャートを適宜参照しつつ、図１０の処理を説明する。図１２は、図１０及び図１１の処理に関連する各種パラメータのタイムチャートを示している。具体的には、図１２は、上から、（ａ）センサオフセット値計測フラグ、（ｂ）ポンプセル印加電圧制御、（ｃ）Ｏ２濃度、（ｄ）センサオフセット学習値、（ｅ）センサ出力によるＮＯｘ計算値（ＮＯＸＦ）のタイムチャートを示している。

図１０の処理に移行すると、ＥＣＵ３２は、エンジン２０（図４参照）の運転状態がセンサオフセット値を計測できる所定の運転状態であるか否かを判断する（Ｓ２１）。具体的には、ポンプセル１２による酸素のポンピング方向を大気通路８からチャンバ７内に酸素を汲み入れる方向に変更したときに、酸素の汲み入れにより、チャンバ７内の排気が多孔質拡散層６から排気管内に排出できる程度に、排気管内が低圧力状態となるエンジン運転状態であるか否かを判断する。より具体的には、例えばエンジン運転状態がアイドル運転状態であるか、又はインジェクタによる燃料噴射が行われていない燃料カット状態であるかを、排気管内が低圧力状態となるエンジン運転状態として判断する。なお、アイドル運転状態とは、エンジンが無負荷状態で最低限度の回転数で回転し続ける状態を言う。ＥＣＵ３２は、回転数センサ３５及び負荷センサ３６（図４参照）の検出値に基づいてアイドル運転状態か否かを判断する。また、エンジン２０においては、例えば高回転数の状態からアクセル操作が解除された時にＥＣＵ３２の指令により燃料カットが行われる。ＥＣＵ３２は、自身の指令によりエンジン２０において燃料カットが行われているか否かを判断する。

なお、Ｓ２１では、排気管内の圧力を検出する圧力センサを設けて、その圧力センサの検出値が所定値以下となる状態を、センサオフセット値を計測できる状態として判断しても良い。

Ｓ２１においてエンジン運転状態がアイドル運転と燃料カットのいずれにも該当しない場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、センサオフセット値を計測できる運転状態ではないとして、図１０の処理を終了する。

一方、エンジン運転状態がアイドル運転又は燃料カットの状態にある場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、センサオフセット値を計測できる運転状態であるとして、Ｓ２２の処理に移行し、ＥＣＵ３２は、その状態（アイドル運転状態又は燃料カット状態）が所定時間（例えば数秒）継続したかを判断する（Ｓ２２）。なお、図１２では、アイドル運転又は燃料カットの成立時を「センサオフセット学習値 学習開始」として示し、Ｓ２２の所定時間を「Ｔ１」として示している。

前記状態が所定時間継続しない場合、つまり所定時間継続する前にアイドル運転又は燃料カットの状態が解除された場合には（Ｓ２２：ＮＯ）、センサオフセット値の計測を行わないで、図１０の処理を終了する。これに対して、前記状態が所定時間継続した場合には（Ｓ２２：ＹＥＳ）、Ｓ２３に移行し、ＥＣＵ３２は、センサオフセット値の計測フラグをＯＮにする（Ｓ２３）。つまり、センサオフセット値の計測を開始する（図１２（ａ）参照）。このように、アイドル運転又は燃料カットの状態が所定時間継続するのを待つことで、エンジン運転状態が安定した状態でセンサオフセット値を計測できる。なお、Ｓ２２の処理を省略して、アイドル運転又は燃料カットが成立した場合に直ちにセンサオフセット値の計測を開始しても良い。

次に、ＥＣＵ３２は、センサオフセット値の計測フラグが、前回処理時ではＯＦＦとなっていて、そのＯＦＦの状態から今回ＯＮになったか否かを判断する（Ｓ２４）。つまり、Ｓ２４では、現時点が図１２の「センサオフセット計測開始」の時点か、センサオフセット値の計測を開始した後の時点かを判断する。計測フラグが前回処理時もＯＮの場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、センサオフセット値の計測中でポンプセル１２の印加電圧変更を既に行っているとしてＳ２５の処理を飛ばしてＳ２６の処理に移行する。

一方、計測フラグが前回ＯＦＦから今回ＯＮになった場合には（Ｓ２４：ＹＥＳ）、ポンプセル１２の印加電圧制御を、ＮＯｘ計測モードからセンサオフセット値計測モードに切り替える（Ｓ２５）（図１２（ｂ）参照）。具体的には、ＳＣＵ２３は、ＥＣＵ３２の指令により、図５に示すように、大気側電極１１の電位よりも電極１０の電位を大きくするように電圧印加部２４を制御して、ポンプセル１２による酸素のポンピング方向を、大気通路８からチャンバ７に汲み入れる方向に切り替える。このとき、大気側電極１１はポンプセル１２だけでなくセンサセル１４及びモニタセル１６の電極でもあるので、大気側電極１１の電位はＮＯｘ計測モードから変更せずに、電極１０の電位をＮＯｘ計測モードから変更するのが好ましい。つまり、ＮＯｘ計測モードにおける電極１０の電位をＶ１、大気側電極１１の電位をＶ２（＞Ｖ１）としたとき、センサオフセット値計測モードでは、大気側電極１１の電位をＶ２で固定として、電極１０の電位をＶ１から、Ｖ２よりも大きいＶ３に変更する。これによって、センサオフセット値計測モードにおいてもＮＯｘ計測モードと同じ条件でセンサセル１４及びモニタセル１６を動作させることができる。

また、Ｓ２５では、チャンバ７内への酸素の汲み入れによりチャンバ７内の排気が多孔質拡散層６から排気管内に排出できるのであれば、電極１０、１１間の印加電圧はどのような値でも良い。電極１０、１１間の印加電圧が大きいほど、大気通路８からチャンバ７への酸素の汲み入れを強くできるので、チャンバ７内の排気の排出を効果的に行うことができる。Ｓ２５では、電極１０、１１間の印加電圧は、状況にかかわらず一定としても良いし、状況に応じて変化させても良い。例えば、排気管内の圧力を検出する圧力センサを設けて、その圧力センサの検出値に応じて電極１０、１１間の印加電圧を変化させても良い。この場合には、例えば、圧力センサの検出値が大きいほど印加電圧を大きくする。これによって、排気管内の圧力にかかわらず、チャンバ７内の排気を多孔質拡散層６から排気管内に効果的に排出できる。なお、Ｓ２５の処理を実行するＳＣＵ２３が電圧変更部に相当する。

Ｓ２５の制御により、ポンプセル１２によって大気通路８の酸素がチャンバ７内に強制的に汲み入れられる。その結果、図１２（ｃ）で示されるように、チャンバ７内の酸素濃度は、センサ近傍の排気管中の酸素濃度に比べて高くなる。また、チャンバ７内に酸素が強制的に汲み入れられる結果、チャンバ７内の排気（ＮＯｘ）は多孔質拡散層６から排気管内に排出される。その結果、図１２（ｅ）の実線で示すように、センサ出力によるＮＯｘ計算値は、基準点学習の未実施の場合（点線）に比べて低下する。さらに、チャンバ７内の奥に残留するＮＯｘについては、センサセル１４におけるＮＯｘ還元により消費される。この結果、図１２（ｅ）に示すように、センサオフセット値計測モードにおけるＮＯｘ計算値は、ポンプセル１２による排気管内への排出に加えて、センサセル１４での消費による低下分も反映した値となる。

なお、ＳＣＵ２３は、センサオフセット値の計測モードの実施中、ＮＯｘ計測モードと同様に、センサセル１４及びモニタセル１６の印加電圧制御を行う。また、ＥＣＵ３２は、時間計測部を備えて、その時間計測部によりセンサオフセット値の計測モードの開始からの経過時間（Ｓ２５のポンプセル印加電圧制御の開始からの経過時間）を計測する。

図１０の説明に戻り、Ｓ２５でセンサオフセット値の計測モードに切り替えた後、又はＳ２４で計測モードの実施中と判定した場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、次に、ＥＣＵ３２は、該計測モードの開始からの経過時間が予め定められた許容時間を超えたか否かを判断する（Ｓ２６）。超えていない場合には（Ｓ２６：ＮＯ）、ＥＣＵ３２は、図８のＳ１で得られるＮＯｘ濃度ＮＯＸＦの変化が小さくなったか否かを判断する（Ｓ２７）。図１２（ｅ）に示すように、センサオフセット値計測モードを開始してからしばらくの間は、チャンバ７内からＮＯｘの排出と、センサセル１４でのＮＯｘ還元とによってセンサ出力が大きく変化する。Ｓ２７では、センサ出力変化が小さくなったかを判断することで、チャンバ７内からのＮＯｘの排出と、センサセル１４でのＮＯｘ還元とが終了して、チャンバ７内の実ＮＯｘ濃度が大気状態の値、つまり０ｐｐｍになったか否かを判断することを意味する。

Ｓ２７では、具体的には例えば、前回のＳ１の処理で得られるＮＯＸＦの前回値と、今回のＳ１の処理で得られるＮＯＸＦの今回値との変化を算出し、その変化が閾値以下となる状態が所定時間継続したか否かを判断する。この所定時間は、Ｓ２６の許容時間よりも小さい値に設定される。

ＮＯＸＦの前回値と今回値との変化が閾値以下となる状態が所定時間継続しない場合、つまりＮＯＸＦの変化が大きい場合には（Ｓ２７：ＮＯ）、図１０の処理を終了する。この場合には、図１２（ｅ）においてポンピングによるチャンバ７内のＮＯｘの排出途中又はセンサセル１４によるＮＯｘ還元の途中であることを想定している。

Ｓ２７においてＮＯＸＦの前回値と今回値との変化が閾値以下となる状態が所定時間継続した場合、つまりＮＯＸＦの変化が小さくなった場合には（Ｓ２７：ＹＥＳ）、チャンバ７内の実ＮＯｘ濃度が大気状態（０ｐｐｍ）になったとして、ＥＣＵ３２は、この時に得られる基本ＮＯｘ濃度ＮＯＸＢ（今回の図９のＳ１３で得られる値）を、センサオフセット値ＮＯＸＯＦとしてメモリ３４に格納する。その後、ＥＣＵ３２は、センサオフセット値の計測が終了したとして、センサオフセット値の計測フラグをＯＦＦにし（Ｓ３０）、ポンプセル１２の印加電圧制御をＮＯｘ計測モードに切り替える（Ｓ３１）。これにより、図１２（ｃ）の「センサオフセット値計測終了」以降に示すように、チャンバ７内の酸素濃度は、センサ近傍の排気管中の酸素濃度に一致した値まで低下する。Ｓ３１の後、図１０の処理を終了して、図８の処理に戻る。

一方、Ｓ２６において、センサオフセット値の計測モードの時間が許容時間を超えた場合には（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３２は、センサオフセット値の計測を中止して、メモリ３４に格納されたセンサオフセット値の前回値（前回処理時にＳ２８で格納した値）を保持する（Ｓ２９）。これによって、センサオフセット値の計測モードが長時間継続するのを抑制でき、センサオフセット値の診断及び学習が長時間となるのを抑制できる。その後、ＥＣＵ３２は、センサオフセット値の計測フラグをＯＦＦにし（Ｓ３０）、ポンプセル１２の印加電圧制御をＮＯｘ計測モードに切り替える（Ｓ３１）。

図８の処理に戻り、次に、ＮＯｘセンサ１の基準点としてのセンサオフセット学習値ＮＯＸＯＦＧを算出する（Ｓ３）。具体的には図１１のフローチャートの処理を実行する。なお、図１１の処理はＥＣＵ３２により実行される処理である。

図１１の処理に移行すると、Ｓ２の処理で得られたセンサオフセット値ＮＯＸＯＦ（図１０のＳ２８又はＳ２９で格納した値）の絶対値が、予め定められた閾値以下か否かを判断する（Ｓ４１）。ここで、ＮＯＸＯＦの絶対値としているのは、センサ出力特性の劣化により、図９のＳ１２で得られるセンサ出力電流Ｉｎｏｘ（＝Ｉｓ−Ｉｍ）がマイナス値となる場合があり、この場合には、Ｓ１３で得られるＮＯＸＢがマイナス値となって、センサオフセット値ＮＯＸＯＦがマイナス値となるためである。Ｓ４１では、センサオフセット値をＤ、閾値をＤｔｈとしたとき、Ｄが、−Ｄｔｈ以上、＋Ｄｔｈ以下の範囲内（所定範囲内）であるか否かを判断することを意味する。

ＮＯＸＯＦの絶対値が閾値以下の場合には（Ｓ４１：ＹＥＳ）、センサオフセット値は基準点として許容範囲以内であると判断、つまり正常と判断する（Ｓ４２）。次に、センサオフセット値ＮＯＸＯＦを、センサオフセット学習値ＮＯＸＯＦＧとして採用する（Ｓ４３）。つまり、ＮＯＸＯＦＧ＝ＮＯＸＯＦとする。これにより、以降では、図９のＳ１４において、Ｓ４３で更新したＮＯＸＯＦＧに基づいてＮＯｘ濃度の算出が行われる。図１２（ｄ）では、「センサオフセット値計測終了」を境にして、ＮＯＸＯＦＧが０からＤに更新された様子を示している。また、図１２（ｅ）では、「センサオフセット値計測終了」以降では、ＮＯＸＯＦＧの更新により、ＮＯｘ計算値（ＮＯＸＦ）が、学習未実施の値（点線）に比べてＮＯＸＯＦＧの値Ｄの分だけ小さい値に計測されることを示している。これにより、実ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍのときのＮＯｘ計算値（ＮＯＸＦ）を０ｐｐｍに一致させることができ、正確なＮＯｘ濃度を得ることができる。Ｓ４３の後、図１１の処理を終了して、図８の処理に戻る。図８において、Ｓ３の後、図８の処理を終了する。

一方、Ｓ４１においてＮＯＸＯＦの絶対値が閾値より大きい場合には（Ｓ４１：ＮＯ）、センサオフセット値は基準点として許容範囲外であると判断、つまり異常と判断する（Ｓ４４）。この場合には、センサオフセット学習値ＮＯＸＯＦＧの更新は行わない。その後、異常時処値として、例えば、ＮＯｘセンサ１の異常（基準点異常）を警告部３７（図４参照）によりドライバに警告する（Ｓ４５）。これによって、ドライバにＮＯｘセンサ１が異常であることを把握させることができ、ディーラで修理に出すなどして、異常のＮＯｘセンサ１を使用し続けるのを抑制できる。

また、ドライバへの警告の他、異常時処置として例えばＮＯｘセンサ１の異常に対して安全な方向に制御するフェイルセーフを実施する（Ｓ４５）。具体的には、フェイルセーフは、ＮＯｘセンサ１により検出されるＮＯｘ濃度の信頼性が低い場合であってもエンジン２０の運転を可能とする処理であって、例えばＮＯｘの排出量が少ない領域、すなわち低負荷領域又は中負荷領域で運転するようエンジン２０の制御を変更する。具体的には例えばＮＯｘが多く排出される高負荷領域で運転しないように、車両のアクセル制限を行う。アクセル制限として、具体的にはアクセルペダルが高負荷領域に対応する操作量まで操作されたとしても、その操作を無効として、低負荷領域又は中負荷領域でエンジン制御を行う。

また、フェイルセーフの他の例として、例えばＮＯｘセンサ１によるＮＯｘ濃度の計測に代えて、エンジン２０の運転状態に基づいてＮＯｘ排出量を推測する。そして、その推測値に基づいて排気浄化装置２２（図４参照）の劣化判定を行ったり、排気浄化装置２２がＬＮＴの場合にはリッチスパイクの実施を制御したり、排気浄化装置２２がＳＣＲ触媒の場合には還元剤（例えば尿素水）の添加を制御したりするなど、ＮＯｘセンサ１を使用しないでエンジン２０の運転を継続する。なお、ＮＯｘ排出量の推測は、エンジン運転状態とＮＯｘ排出量との関係を予め調べてメモリ３４に記憶しておき、その関係に基づいてＮＯｘ排出量を推測できる。Ｓ４５の後、図１１の処理を終了する。

なお、図１０のＳ２６〜Ｓ２９、図１１のＳ４１〜Ｓ４４の処理を実行するＥＣＵ３２が学習部に相当する。また、図１０のＳ２６〜Ｓ２９の処理を実行するＥＣＵ３２が取得部に相当する。図１１のＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４４の処理を実行するＥＣＵ３２が診断部に相当する。Ｓ４３の処理を実行するＥＣＵ３２が更新部に相当する。Ｓ４５の処理を実行するＥＣＵ３２が異常時処置部に相当する。Ｓ２７の処理を実行するＥＣＵ３２が判断部に相当する。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態では、ＮＯｘセンサ１のオフセット値（基準点）の学習時には、大気中の酸素をチャンバ７内に汲み入れる方向にポンプセル１２の印加電圧を変更するので、チャンバ７内のＮＯｘ濃度を簡単且つ速やかに大気状態（０ｐｐｍ）にすることができる。よって、センサ近傍の排気管内の状態が大気状態になっていなくても、センサオフセット値を学習でき、短時間でその学習をすることができる。また、センサ近傍の排気管内の状態を大気状態にする必要がないので、大気状態にするようエンジン制御を変更したり、排気管内に大気を強制的に導入する構成を追加したりすることを省略できる。また、特許文献１では車両減速時に基準点学習を行っているが、本実施形態では車両減速時以外の時でも基準点の診断及び学習を実施可能なので、その診断及び学習の頻度を増やすことができる。これに対し、特許文献１の方法では、センサ近傍を大気状態にするために、ある程度長い車両減速時間を確保する必要があり、基準点学習の頻度が少ない。

また、計測したセンサオフセット値と閾値との比較に基づき該センサオフセット値が正常か異常かの診断を行い、正常の場合に限り該センサオフセット値を学習値として採用するので、信頼性の低い基準点で信頼性の低いＮＯｘ濃度が計測されてしまうのを抑制できる。すなわち、ＮＯｘセンサ１によるＮＯｘ濃度の計測を正確に行うことができる。また、センサオフセット値が異常の場合には、警告やフェイルセーフを実施するので、異常のＮＯｘセンサ１が使用され続けるのを抑制でき、ＮＯｘセンサ１の異常に伴う不具合を最小限に抑えることができる。また、センサオフセット値の診断においても、学習と同様の理由で、センサ近傍の排気管内の状態が大気状態になっていなくても実施可能であり、簡単且つ短時間で診断を実施することができる。

また、センサオフセット値の診断及び学習を、排気管内が低圧力状態の時（アイドル運転時又は燃料カット時）に行うので、ポンプセル１２によるチャンバ７内の酸素汲み入れによって、チャンバ７内の排気（ＮＯｘ）を多孔質拡散層６から排気管に速やかに排出できる。よって、チャンバ７内のＮＯｘ濃度を速やかに大気状態にすることができる。また、アイドル運転時又は燃料カット時では、エンジンからのＮＯｘ排出量が少なく、排気中のＮＯｘを検出する必要性が低いので、その時に基準点診断及び学習を実施したとしても、エンジン制御に悪影響を及ぼすのを抑制できる。

また、図１０のＳ２７、Ｓ２８では、ＮＯｘ濃度の変化が小さくなるのを待って、センサオフセット値の計測を実施するので、チャンバ７内の実ＮＯｘ濃度が確実に大気状態になった時にその計測を実施できる。よって、正確なセンサオフセット値を得ることができる。

また、チャンバ７内の酸素濃度及びＮＯｘ濃度の合計に相関するセンサセル電流と、チャンバ７内の酸素濃度に相関するモニタセル電流との差に基づいてＮＯｘ濃度を算出するので、チャンバ７内の残留酸素の影響を排除した正確なＮＯｘ濃度を得ることができる。また、ポンプセルは１つしか設けられていないので、複数設けられた場合に比べてＮＯｘセンサの構成を簡素にできる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、図６のように、実ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍの状態における基本ＮＯｘ濃度を、センサオフセット値として計測したが、図１３に示すように実ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍの状態におけるセンサ出力電流Ｉｎｏｘをセンサオフセット値として計測しても良い。図１３では、劣化していないセンサ出力特性２０１に対して、実際のセンサ出力特性２００がＤｉだけオフセットしている例を示している。この場合、図１０のＳ２８では、センサ出力電流Ｄｉをセンサオフセット値としてメモリに格納する。そして、図１１のＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４４では、センサオフセット値としてのセンサ出力電流Ｄｉと閾値との比較に基づいてセンサオフセット値の診断を行う。正常の場合にはＳ４３ではセンサ出力電流Ｄｉをセンサオフセット学習値として更新する。そして、ＮＯｘセンサに基づいてＮＯｘを計測する際には、図９の処理に代えて、モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを測定し、それらからセンサ出力電流Ｉｎｏｘを算出した後、次に、センサ出力電流Ｉｎｏｘからセンサオフセット値Ｄｉを引き算することで、センサ出力電流を補正する。その補正後のセンサ出力電流をＮＯｘ濃度に変換する。これによっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、検出対象の特定成分がＮＯｘ以外であっても良い。例えば、排気中のＨＣやＣＯを検出対象（特定成分）とするガスセンサであっても良い。この場合、特定成分計測モードにおいては、ポンプセルにてチャンバ内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を分解してＨＣ濃度やＣＯ濃度を検出する。また、センサオフセット値計測モードにおいては、ポンプセルにて大気中の酸素をチャンバ内に汲み入れ、その汲み入れた状態でセンサセル及びモニタセルの信号から求まる基本ＨＣ濃度や基本ＣＯ濃度をセンサオフセット値とする。その他、被検出ガス中のアンモニアの濃度を検出するものであっても良い。

また、ＮＯｘセンサの構造は図１に示す構成と異なっていても良い。例えば、ポンプセルが配置されるチャンバと、センサセル及びモニタセルが配置されるチャンバとを別々に設けて、それらチャンバを絞り部を介して連通させるようにしても良い。また、ポンプセルにおける大気側電極と、センサセル及びモニタセルにおける大気側電極とを別々に設けても良い。この場合、センサオフセット値計測モードにおけるポンプセルの印加電圧制御は、チャンバ側の電極の電位をＮＯｘ計測モードと同じ電位に固定とし、大気側電極の電位をＮＯｘ計測モードから変更するようにしても良い。このとき、センサセル及びモニタセルの大気側電極がポンプセルから独立しているので、センサセル及びモニタセルの印加電圧制御を、ＮＯｘ計測モードとセンサオフセット値計測モードとで同じとすることができる。また、ＮＯｘ計測モードにおいては、電極１０に低電位源に繋がる低電位配線を接続し、大気側電極１１に高電位源に繋がる高電位配線とを接続する一方で、センサオフセット値計測モードにおいてはそれら低電位配線、高電位配線の接続先が反対になるよう切り替えても良い。

また、図１０のＳ２７では、ＮＯｘ濃度の変化が小か否かを、チャンバ内の実ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍとなったか否かとして判断していたが、センサオフセット値計測モードの開始（ポンプセルの印加電圧変更の開始）からの経過時間に基づいて、チャンバ内の実ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍになったか否かを判断しても良い。具体的には、チャンバ内の実ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍになる経過時間の閾値を予め調べて、経過時間がその閾値を超えたか否かを判断する。

また、図８〜図１１の処理は、ＳＣＵが全てを実行しても良いし、ＥＣＵが全てを実行しても良い。また、ＳＣＵとＥＣＵとを一つの制御部として構成しても良い。

また、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に適用されるセンサ制御装置としても具体化できる。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良い。

１ ＮＯｘセンサ、４ 固体電解質体、４ａ 固体電解質体のチャンバ側の面、４ｂ 固体電解質体の大気通路側の面、１０ ポンプセル電極、１１ 大気側電極、１２ ポンプセル、１４ センサセル、１６ モニタセル、２３ ＳＣＵ、３２ ＥＣＵ

Claims (11)

1. 被検出ガスが導入されるチャンバ（７）と、
   前記チャンバ内に接した面（４ａ）と大気側に接した面（４ｂ）とを有した固体電解質体（４）と、前記固体電解質体の前記チャンバ内に接した面と大気側に接した面とに配置された一対の電極（１０、１１）とを有し、前記一対の電極間に電圧が印加されることで前記チャンバ内の酸素濃度を調整するポンプセル（１２）と、
   前記チャンバ内のガスに含まれた特定成分の濃度に相関する信号を出力する検出セル（１４、１６）とを備えるガスセンサ（１）に適用され、
   大気側から前記チャンバ内に酸素を汲み入れるように前記一対の電極間に印加する電圧を変更する電圧変更部（Ｓ２５、２３）と、
   前記電圧変更部の電圧変更により大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記検出セルから出力される信号に基づき前記ガスセンサの基準点を学習する学習部（Ｓ２６〜Ｓ２９、Ｓ４１〜Ｓ４４、３２）と、
   を備えるガスセンサ制御装置（２３、３２）。
2. 前記学習部は、
   前記電圧変更部の電圧変更により大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記検出セルから出力される信号又はその信号から求まる前記特定成分の濃度を取得する取得部（Ｓ２６〜Ｓ２９、３２）と、
   前記取得部が取得した値と閾値との比較に基づき該値が基準点として正常か異常かを診断する診断部（Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４４、３２）と、
   前記取得部が取得した値が基準点として正常であると診断された場合に前記取得部が取得した値を基準点の学習値として更新する更新部（Ｓ４３、３２）とを備える請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
3. 前記取得部が取得した値が基準点として異常であると診断された場合に、前記ＮＯｘセンサの使用を抑制する方向に作用する、予め定められた異常時処置を実施する異常時処置部（Ｓ４５、３２）を備える請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
4. 前記ポンプセルは、被検出ガス中の前記特定成分の濃度の計測時には、前記チャンバ内の酸素を大気側に汲み出すように制御され、
   前記基準点と、前記ポンプセルにより前記チャンバ内の酸素が汲み出された状態で前記検出セルが出力する信号とに基づいて、被検出ガス中の前記特定成分の濃度を算出する算出部（Ｓ１１〜Ｓ１４、２３、３２）を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
5. 前記学習部は、前記電圧変更部による電圧変更が行われている時に前記チャンバ内の実際の前記特定成分の濃度が大気状態の値になったことを判断する判断部（Ｓ２７、３２）を備え、
   前記学習部（Ｓ２８、Ｓ４１〜Ｓ４４、３２）は、前記チャンバ内の実際の前記特定成分の濃度が大気状態の値になった時の前記検出セルが出力する信号に基づき前記基準点を学習する請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
6. 前記ガスセンサは、内燃機関（２０）から排出される排気を被検出ガスとして排気中の特定成分の濃度を検出する排気センサであり、
   前記電圧変更部及び前記学習部は、前記内燃機関がアイドル状態の時に前記一対の電極間に印加する電圧の変更及び前記基準点の学習を実施する請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
7. 前記ガスセンサは、内燃機関（２０）から排出される排気を被検出ガスとして排気中の特定成分の濃度を検出する排気センサであり、
   前記電圧変更部及び前記学習部は、前記内燃機関において燃料カットが実施されている時に前記一対の電極間に印加する電圧の変更及び前記基準点の学習を実施する請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
8. 前記検出セルは、前記チャンバ内の酸素濃度とＮＯｘ濃度とを合計した濃度に相関する信号を出力する第１セル（１４）と、前記チャンバ内の酸素濃度に相関する信号を出力する第２セル（１６）とを有し、
   前記ガスセンサは、前記第１セルが出力する信号と前記第２セルが出力する信号との差からＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサであり、
   前記学習部は、大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記第１セルが出力する信号と前記第２セルが出力する信号との差に基づき、ＮＯｘ濃度の基準点を学習する請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスセンサ制御装置。
9. 被検出ガスが導入されるチャンバ（７）と、
   前記チャンバ内に接した面（４ａ）と大気側に接した面（４ｂ）とを有した固体電解質体（４）と、前記固体電解質体の前記チャンバ内に接した面と大気側に接した面とに配置された一対の電極（１０、１１）とを有し、前記一対の電極間に電圧が印加されることで前記チャンバ内の酸素濃度を調整するポンプセル（１２）と、
   前記チャンバ内のガスに含まれた特定成分の濃度に相関する信号を出力する検出セル（１４、１６）とを備えるガスセンサ（１）に適用され、
   大気側から前記チャンバ内に酸素を汲み入れるように前記一対の電極間に印加する電圧を変更する電圧変更部（Ｓ２５、２３）と、
   前記電圧変更部の電圧変更により大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記検出セルから出力される信号に基づき前記ガスセンサの基準点が正常か異常かを診断する診断部（Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４４、３２）と、
   を備えるガスセンサ制御装置（２３、３２）。
10. 被検出ガスが導入されるチャンバ（７）と、
    前記チャンバ内に接した面（４ａ）と大気側に接した面（４ｂ）とを有した固体電解質体（４）と、前記固体電解質体の前記チャンバ内に接した面と大気側に接した面とに配置された一対の電極（１０、１１）とを有し、前記一対の電極間に電圧が印加されることで前記チャンバ内の酸素濃度を調整するポンプセル（１２）と、
    前記チャンバ内のガスに含まれた特定成分の濃度に相関する信号を出力する検出セル（１４、１６）とを備えるガスセンサ（１）に適用され、
    大気側から前記チャンバ内に酸素を汲み入れるように前記一対の電極間に印加する電圧を変更し、その電圧変更により大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記検出セルから出力される信号に基づき前記ガスセンサの基準点を学習する基準点学習方法。
11. 被検出ガスが導入されるチャンバ（７）と、
    前記チャンバ内に接した面（４ａ）と大気側に接した面（４ｂ）とを有した固体電解質体（４）と、前記固体電解質体の前記チャンバ内に接した面と大気側に接した面とに配置された一対の電極（１０、１１）とを有し、前記一対の電極間に電圧が印加されることで前記チャンバ内の酸素濃度を調整するポンプセル（１２）と、
    前記チャンバ内のガスに含まれた特定成分の濃度に相関する信号を出力する検出セル（１４、１６）とを備えるガスセンサ（１）に適用され、
    大気側から前記チャンバ内に酸素を汲み入れるように前記一対の電極間に印加する電圧を変更し、その電圧変更により大気側からの酸素を前記チャンバ内に汲み入れた状態で前記検出セルから出力される信号に基づき前記ガスセンサの基準点が正常か異常かを診断する基準点診断方法。

Images