JP3310274B2 - Gas concentration detector and gas concentration sensor used for it - Google Patents

Gas concentration detector and gas concentration sensor used for it

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JP3310274B2
JP3310274B2 JP2001204730A JP2001204730A JP3310274B2 JP 3310274 B2 JP3310274 B2 JP 3310274B2 JP 2001204730 A JP2001204730 A JP 2001204730A JP 2001204730 A JP2001204730 A JP 2001204730A JP 3310274 B2 JP3310274 B2 JP 3310274B2
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Japan
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gas
oxygen
concentration
cell
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英一 黒川
友生 川瀬
聡 羽田
敏行 鈴木
中村  聡
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Denso Corp
Soken Inc
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Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用エ
ンジンから排出される排ガス中の特性成分の濃度を検出
するガス濃度センサを用いたガス濃度検出装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas concentration detecting device using a gas concentration sensor for detecting the concentration of a characteristic component in exhaust gas discharged from an automobile engine, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば車両用エンジンからの排ガスを原
因とする大気汚染は現代社会に深刻な問題を引き起こし
ており、排ガス中の公害物質に対する浄化基準法規が年
々厳しくなってきている。そのため、ガソリン若しくは
ディーゼルエンジンに対する燃焼制御や触媒コンバータ
を利用し、排ガス中の公害物質を低減するための検討が
進められている。米国においては、OBD−II(On Boa
rd Diagnostic −II)規制にて排ガス浄化用の触媒コン
バータが適切であるかどうか判定する機能を要求してい
る。
2. Description of the Related Art Air pollution caused by, for example, exhaust gas from a vehicle engine has caused serious problems in modern society, and regulations for purification of pollutants in exhaust gas have become stricter year by year. Therefore, studies are being made to reduce the pollutants in exhaust gas by using combustion control and catalytic converters for gasoline or diesel engines. In the United States, OBD-II (On Boa
The rd Diagnostic -II) regulation requires a function to determine whether a catalytic converter for exhaust gas purification is appropriate.

【0003】これに対し、触媒の上流側及び下流側に2
つのO2 センサを設けてこの2つのO2 センサの検出結
果を取り込む、いわゆる2O2 センサモニタシステムが
導入されているが、この方法は公害物質の直接的な検出
方法ではない。そのため、排ガス中の成分から公害物質
が事実低減されたか否かといった、その正確な検出・判
定が困難であった。
On the other hand, the upstream and downstream sides of the catalyst are
Although a so-called 2O2 sensor monitor system has been introduced in which two O2 sensors are provided and the detection results of the two O2 sensors are taken, this method is not a direct method for detecting pollutants. Therefore, it has been difficult to accurately detect and determine whether or not the pollutant is actually reduced from the components in the exhaust gas.

【0004】仮に排ガス中のNOx(窒素酸化物)濃度
を直接検出することで燃焼制御モニタ、触媒モニタ等が
可能となれば、排ガス中の公害物質の低減がより正確で
効果的なものとなる。すなわち、排ガス中のNOx濃度
の知見により燃料噴射やEGR率などがフィードバック
制御できれば、エンジンから排出される公害成分を低減
することができる。また、NOx濃度を検出するための
NOxセンサを排ガス浄化用の触媒コンバータよりも下
流側に設けることにより、当該コンバータに担持された
触媒の劣化を容易に判定することも可能となる。
If the combustion control monitor, the catalyst monitor, and the like can be performed by directly detecting the NOx (nitrogen oxide) concentration in the exhaust gas, the reduction of pollutants in the exhaust gas becomes more accurate and effective. . That is, if the fuel injection, the EGR rate, and the like can be feedback-controlled based on the knowledge of the NOx concentration in the exhaust gas, it is possible to reduce the pollution components discharged from the engine. Further, by providing the NOx sensor for detecting the NOx concentration downstream of the catalytic converter for purifying the exhaust gas, it is possible to easily determine the deterioration of the catalyst carried by the converter.

【0005】このような背景から、排ガス中のNOx濃
度を精度良く検出することのできるNOxセンサを提供
すると共に、同NOxセンサを車両用エンジンに搭載す
る技術が望まれている。
[0005] From such a background, there is a demand for a technique of providing a NOx sensor capable of accurately detecting the NOx concentration in exhaust gas and mounting the NOx sensor in a vehicle engine.

【0006】また、NOx濃度の検出と同時に排ガス中
の酸素(O2 )濃度が検出できれば、空燃比フィードバ
ック制御システムにも効果を発揮することができる。つ
まり、近年の車両用エンジンの空燃比制御においては、
例えば制御精度を高める要望やリーンバーン化への要望
があり、これらの要望に対応すべくエンジンに吸入され
る混合気の空燃比(排ガス中の酸素濃度)を広域に且つ
リニアに検出するセンサ及び装置も望まれている。
If the oxygen (O2) concentration in the exhaust gas can be detected simultaneously with the detection of the NOx concentration, the effect can also be exerted on the air-fuel ratio feedback control system. That is, in the air-fuel ratio control of the vehicle engine in recent years,
For example, there is a demand for increasing control accuracy and a demand for lean burn, and in response to these demands, a sensor for detecting the air-fuel ratio (oxygen concentration in exhaust gas) of the air-fuel mixture taken into the engine in a wide range and linearly. A device is also desired.

【0007】従来技術として、排ガス(被検出ガス)中
に含まれる酸素濃度を予め低減し、その後、同排ガスか
らNOx濃度を検知するタイプのNOxセンサが提案さ
れている(特開平8−271476号公報、自動車技術
会 学術講演会前刷集9711997−5等)。例えば
当該センサは、酸素濃度を検出するためのポンプセル
と、NOx濃度を検出するためのセンサセルと、それら
各セルに隣接する拡散部とを有する。そして、拡散部を
介して排ガス雰囲気と隔離したチャンバ内の酸素をポン
プセルにより排気し、残ったNOxをセンサセルで分解
・排気し、その分解電流値をNOx濃度出力とする。
As a prior art, there has been proposed a NOx sensor of a type in which the concentration of oxygen contained in exhaust gas (gas to be detected) is reduced in advance, and then the NOx concentration is detected from the exhaust gas (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-271476). Official Gazette, Automobile Engineering Society Academic Lecture Preprints 9711997-5, etc.). For example, the sensor includes a pump cell for detecting the oxygen concentration, a sensor cell for detecting the NOx concentration, and a diffusion unit adjacent to each of the cells. Then, oxygen in the chamber isolated from the exhaust gas atmosphere via the diffusion unit is exhausted by the pump cell, and the remaining NOx is decomposed and exhausted by the sensor cell, and the decomposition current value is used as the NOx concentration output.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記N
Oxセンサの場合、NOx濃度が一定であっても、排ガ
ス中の酸素濃度が変動するとそれに伴いNOx出力(セ
ンサセル電流)が変動するという問題がある。この問題
は、チャンバ内の酸素濃度が一定になるように制御して
も補償できない。なお、酸素濃度出力によりNOx濃度
出力を補正することで、NOx濃度の検出誤差をなくす
ことが検討されつつあるが、未だその具体的な方法は確
立されていない。
However, the above N
In the case of the Ox sensor, there is a problem that even if the NOx concentration is constant, if the oxygen concentration in the exhaust gas changes, the NOx output (sensor cell current) changes accordingly. This problem cannot be compensated for by controlling the oxygen concentration in the chamber to be constant. It is being studied to eliminate the NOx concentration detection error by correcting the NOx concentration output with the oxygen concentration output, but a specific method has not yet been established.

【0009】一方、NOxセンサには他の問題として、
センサセル付近に残留する酸素量に応じてオフセット電
流が流れこのオフセット電流によりNOx濃度出力が変
動するという問題がある。つまり、排ガス中に含まれる
酸素濃度をポンプセルで排出する際、酸素を完全に排出
することができないために当該酸素がセンサセル付近に
残留する。このとき、センサセルでは、NOx濃度に応
じて流れる電流と、残留酸素量に応じて流れる電流(オ
フセット電流)との加算電流を検出することとなり、オ
フセット電流分だけNOx濃度出力(センサセル電流)
に誤差を生じる。
On the other hand, another problem with the NOx sensor is as follows.
There is a problem that an offset current flows in accordance with the amount of oxygen remaining near the sensor cell, and the NOx concentration output fluctuates due to the offset current. That is, when the concentration of oxygen contained in the exhaust gas is discharged by the pump cell, the oxygen cannot be completely discharged, so that the oxygen remains near the sensor cell. At this time, the sensor cell detects the addition current of the current flowing according to the NOx concentration and the current (offset current) flowing according to the residual oxygen amount, and outputs the NOx concentration (sensor cell current) by the offset current.
Causes an error.

【0010】生産した全てのセンサで残留酸素量(オフ
セット電流)が一定であれば、センサセル電流から固定
値であるオフセット電流を減算し、その差をNOx濃度
出力とすればよい。しかしながら、実際にはセンサの個
体差や、高温度等厳しい環境下で長時間使われることに
よる劣化等によりこの残留酸素量(オフセット電流)は
変化する。従って、オフセット電流の変化分だけセンサ
セル電流は誤差を含み、高精度なNOx濃度検出ができ
ない。
If the residual oxygen amount (offset current) is constant in all the produced sensors, a fixed value of the offset current may be subtracted from the sensor cell current, and the difference may be used as the NOx concentration output. However, in actuality, the residual oxygen amount (offset current) changes due to individual differences between sensors, deterioration due to long-term use in a severe environment such as high temperature, and the like. Therefore, the sensor cell current includes an error corresponding to the change in the offset current, and it is impossible to detect the NOx concentration with high accuracy.

【0011】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その第1の目的は、被検出ガス中の酸素濃
度が変化しても、高精度なガス濃度検出を実施すること
ができるガス濃度検出装置を提供することである。ま
た、第2の目的は、センサセル付近に残留する酸素量が
変化しても、高精度なガス濃度検出を実施することがで
きるガス濃度検出装置を提供することである。さらに、
第3の目的は、残留酸素量に応じた補正を実施するガス
濃度検出装置において、好適なガス濃度センサを提供す
ることである。
The present invention has been made in view of the above problems, and a first object of the present invention is to perform highly accurate gas concentration detection even when the oxygen concentration in a gas to be detected changes. It is to provide a gas concentration detecting device which can perform the above. A second object is to provide a gas concentration detection device capable of performing highly accurate gas concentration detection even when the amount of oxygen remaining near the sensor cell changes. further,
A third object is to provide a suitable gas concentration sensor in a gas concentration detection device that performs correction according to the residual oxygen amount.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明におけるガス濃度
検出装置はその前提として、被検出ガスを内部空間内に
導入するための拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡
散抵抗部を介して導入した被検出ガス中の酸素を分解し
排出することにより被検出ガス中の酸素濃度に応じた電
流を流す酸素ポンプセルと、前記酸素ポンプセルによる
酸素排出後のガスの酸素濃度を検出する酸素検知セル
と、電圧印加に伴い、前記酸素ポンプセルによる酸素排
出後のガスからNOx、HC又はCOを分解し酸素イオ
ンを排出することでNOx濃度、HC濃度又はCO濃度
に応じた電流を流す特定ガス検知セルとを備えるガス濃
度センサを適用する。
The gas concentration detecting device according to the present invention is based on the premise that a diffusion resistance portion for introducing a gas to be detected into an internal space and the expansion resistor accompanying a voltage application are provided.
Decomposes oxygen in the gas to be detected introduced through the diffuser
An oxygen pump cell for supplying a current corresponding to the oxygen concentration of the detected gas by discharge, by the oxygen pump cell
An oxygen detection cell for detecting the oxygen concentration of the gas after oxygen discharge, and an oxygen discharge cell by the oxygen pump cell with application of a voltage.
NOx, HC or CO is decomposed from the discharged gas to form oxygen ions.
A gas concentration sensor including a specific gas detection cell that supplies a current corresponding to the NOx concentration, the HC concentration, or the CO concentration by discharging the gas is applied.

【0013】かかる構成では、例えば被検出ガスが少な
くとも酸素と窒素酸化物(NOx)を含む排ガスである
場合において、既述の通り例えば排ガス中のNOx濃度
が一定であってもNOx濃度出力(検出電流)が不用意
に変動するという問題が存在する。そこで、本願発明者
らは上記問題の原因を追究し、その原因の一つがガス濃
度センサの酸素濃度依存性にあることを見い出した。
In this configuration, for example, when the gas to be detected is an exhaust gas containing at least oxygen and nitrogen oxides (NOx), as described above, even if the NOx concentration in the exhaust gas is constant, the NOx concentration output (detection Current) inadvertently fluctuates. Then, the inventors of the present application investigated the cause of the above problem, and found that one of the causes was the oxygen concentration dependency of the gas concentration sensor.

【0014】要するに、酸素ポンプセルが酸素を排出す
ると、排ガスを導入するための拡散抵抗部が酸素含有分
だけ負圧になる。よって、拡散抵抗部に内外の圧力差が
生じ、外部から排ガスが余分に流入する。排ガスの流入
量は酸素排出分、すなわち酸素ポンプセルに流れる電流
値に比例する。この流入する排ガスにはNOxが含まれ
るため、特定ガス検知セルに流れる電流値が変化してし
まい、同電流値の検出誤差が生じる。以上のように、特
定ガス検知セルの電流値(NOx濃度出力)は排ガス中
の酸素濃度に応じて変化する、という酸素濃度依存性が
存在する。
[0014] In short, when the oxygen pump cell discharges oxygen, the diffusion resistance for introducing the exhaust gas becomes negative pressure by the oxygen content. Accordingly, a pressure difference between the inside and outside occurs in the diffusion resistance portion, and extra exhaust gas flows in from the outside. The amount of inflow of exhaust gas is proportional to the amount of oxygen discharged, that is, the current value flowing through the oxygen pump cell. Since the inflowing exhaust gas contains NOx, the value of the current flowing through the specific gas detection cell changes, and a detection error of the current value occurs. As described above, there is the oxygen concentration dependency that the current value (NOx concentration output) of the specific gas detection cell changes according to the oxygen concentration in the exhaust gas.

【0015】請求項1に記載の発明ではその特徴とし
て、酸素ポンプセルに流れる電流値を検出する第1検出
手段と、特定ガス検知セルに流れる電流値を検出する第
2検出手段と、前記第1検出手段により検出した電流値
に基づいて、酸素濃度依存性を反映しつつ前記第2検出
手段により検出した電流値を補正する補正手段とを備え
る。
The first aspect of the present invention is characterized in that first detecting means for detecting a current value flowing to the oxygen pump cell, second detecting means for detecting a current value flowing to the specific gas detecting cell, and the first detecting means. Correction means for correcting the current value detected by the second detection means based on the current value detected by the detection means while reflecting the oxygen concentration dependency.

【0016】上記構成によれば、酸素ポンプセルの電流
値により特定ガス検知セルの電流値が補正される際、酸
素濃度依存性に基づく補正が行われるため、例えば排ガ
ス(被検出ガス)中の酸素濃度が変化した時にそれに追
従してNOx濃度の検出値(特定ガス検知セルの電流
値)が不用意に変化してしまう、といった従来の問題が
解消される。その結果、被検出ガス中の酸素濃度が変化
しても、高精度なガス濃度検出を実施することができ
る。
According to the above configuration, when the current value of the specific gas detection cell is corrected based on the current value of the oxygen pump cell, the correction based on the oxygen concentration dependency is performed. The conventional problem that the detection value of the NOx concentration (the current value of the specific gas detection cell) is inadvertently changed when the concentration changes is solved. As a result, even if the oxygen concentration in the detected gas changes, highly accurate gas concentration detection can be performed.

【0017】また本発明では、酸素濃度依存性に応じた
補正に際して数式化を試み、同補正に要する補正量がガ
ス濃度センサの構造や感度に対応することから、以下の
補正式を用いて補正演算を行うこととした。
Further, according to the present invention, a mathematical formula is attempted for correction depending on the oxygen concentration dependency, and the correction amount required for the correction corresponds to the structure and sensitivity of the gas concentration sensor. Calculation was performed.

【0018】具体的には請求項2に記載したように、前
記第1検出手段により検出した電流値をIp、前記第2
検出手段により検出した電流値をIs、補正後に得られ
る特定ガス検知セルの電流値をIsf、ガス濃度センサ
の構造から一意的に決定される構造定数をKa、特定ガ
ス検知セルの検出感度から決定される補正係数をKbと
した時、前記補正手段は、 Isf=Is・Kb/(Ka・Ip+Kb) の演算式で表される関係を用い、特定ガス検知セルの電
流値を補正する。
Specifically, the current value detected by the first detecting means is Ip, and the current value detected by the first detecting means is Ip.
The current value detected by the detection means is Is, the current value of the specific gas detection cell obtained after the correction is Isf, the structural constant uniquely determined from the structure of the gas concentration sensor is Ka, and the detection sensitivity of the specific gas detection cell is determined. Assuming that the correction coefficient to be performed is Kb, the correction means corrects the current value of the specific gas detection cell by using a relation represented by an arithmetic expression of Isf = Is · Kb / (Ka · Ip + Kb).

【0019】本構成によれば、ガス濃度センサの構造の
要因(構造定数Ka)と、特定ガス検知セルの検出感度
の要因(補正係数Kb)とが補正に反映されることで、
酸素濃度依存性に応じた補正が簡素に且つ正確に実施で
きる。
According to this configuration, the factor of the structure of the gas concentration sensor (structural constant Ka) and the factor of the detection sensitivity of the specific gas detection cell (correction coefficient Kb) are reflected in the correction,
Correction according to the oxygen concentration dependence can be simply and accurately performed.

【0020】上記演算式においては、請求項3に記載し
たように、前記拡散抵抗部における拡散係数と、同拡散
抵抗部の形状及び容積と、酸素ポンプセル,特定ガス検
知セルに設けられる電極の位置とにより、前記構造定数
が決定されるとよい。
In the above equation, as described in claim 3, the diffusion coefficient of the diffusion resistance section, the shape and volume of the diffusion resistance section, and the positions of the electrodes provided in the oxygen pump cell and the specific gas detection cell. And the structural constant may be determined.

【0021】ここで、上記演算式における構造定数Ka
の設定手順を図33に示す簡単なモデルを使って説明す
る。図33では拡散抵抗部10、空間部20及び電極3
0のみを示し、同図において、拡散抵抗部10は同一断
面(断面積S)で図の左右方向に延び(長さL)、濃度
Cのガス成分(NOx)が図の左から右へ流れるとす
る。すなわち、NOxが拡散抵抗部10の左面から空間
部20に流れ、電極30に達する。この場合、単位時間
当たりのガス通過量Fは、 F=S(断面積)・C/L(濃度勾配)・α(拡散係
数) で表される。また、上記ガス通過量Fの演算に際し、例
えば拡散抵抗部10が多孔質材料であるか或いはピンホ
ールであるか等を反映する係数が適宜乗算される。そし
て、このガス通過量Fに対応させて構造定数Kaが決定
される。
Here, the structural constant Ka in the above equation is used.
Will be described using a simple model shown in FIG. In FIG. 33, the diffusion resistance part 10, the space part 20, and the electrode 3
0, only the diffusion resistance portion 10 has the same cross section (cross-sectional area S) and extends in the left-right direction of the drawing (length L), and the gas component (NOx) having the concentration C flows from left to right in the drawing. And That is, NOx flows from the left surface of the diffusion resistance section 10 to the space section 20 and reaches the electrode 30. In this case, the gas passing amount F per unit time is represented by F = S (cross-sectional area) · C / L (concentration gradient) · α (diffusion coefficient). In calculating the gas passing amount F, a coefficient reflecting whether the diffusion resistance portion 10 is a porous material or a pinhole is multiplied as appropriate. Then, the structural constant Ka is determined corresponding to the gas passing amount F.

【0022】請求項2,3によれば、酸素ポンプセルで
の酸素排気に伴い拡散抵抗部内に負圧が生じ、それによ
り排ガス(NOx成分)が過剰に流入しても、上記演算
式を用いることで過剰な排ガス流入分がキャンセルで
き、精度の良いNOx濃度出力が得られる。
According to the second and third aspects of the present invention, even if a negative pressure is generated in the diffusion resistance part due to the oxygen exhaust in the oxygen pump cell and the exhaust gas (NOx component) flows in excessively, the above arithmetic expression is used. As a result, the excess exhaust gas inflow can be canceled, and an accurate NOx concentration output can be obtained.

【0023】請求項4に記載の発明では、酸素濃度依存
性を反映して被検出ガス中の酸素濃度とそれに対応して
必要となる補正データとの関係を予め記憶しておき、前
記補正手段は、前記記憶した酸素濃度依存性に関する補
正データに従い、特定ガス検知セルの電流値を補正す
る。
According to a fourth aspect of the present invention, the relationship between the oxygen concentration in the gas to be detected and the correction data required corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected is stored in advance to reflect the oxygen concentration dependency. Corrects the current value of the specific gas detection cell according to the stored correction data on the oxygen concentration dependency.

【0024】上記構成によれば、例えばマップとして予
め記憶される補正データを使うことで、酸素濃度依存性
に応じた補正が簡易的に実施できる。なおこの場合、請
求項2で記載した演算式に対応する補正データをマッピ
ングしておくとよい。
According to the above configuration, for example, by using the correction data stored in advance as a map, the correction according to the oxygen concentration dependency can be easily performed. In this case, it is preferable to map correction data corresponding to the arithmetic expression described in claim 2.

【0025】請求項5に記載の発明では、前記記憶した
補正データは、被検出ガス中の酸素濃度が高くなるほ
ど、特定ガス検知セルにより検出されるガス濃度を低く
するよう補正する。こうした補正によれば、例えば排ガ
ス中の酸素濃度が高いために拡散抵抗部に負圧が生じ外
部から排ガス(NOx)が余分に流入する際にも、その
余分の排ガス流入分に応じた補正が実施でき、結果とし
て高精度なガス濃度検出が可能となる。
According to a fifth aspect of the present invention, the stored correction data is corrected so that the higher the oxygen concentration in the gas to be detected, the lower the gas concentration detected by the specific gas detection cell. According to such correction, for example, even when a negative pressure is generated in the diffusion resistance portion due to a high oxygen concentration in the exhaust gas and extra exhaust gas (NOx) flows in from the outside, the correction according to the extra exhaust gas inflow amount is performed. It can be performed, and as a result, highly accurate gas concentration detection becomes possible.

【0026】一方、排ガス中のNOx濃度出力が変動す
る他の理由として、特定ガス検知セル付近に残留する酸
素量の影響が考えられる。つまり、特定ガス検知セル付
近での残留酸素量が変わると、それに伴いオフセット電
流が変動し、NOx濃度の検出精度が低下する。この場
合、センサの個体差や、高温度等厳しい環境下で長時間
使われることによる劣化等によりこの残留酸素量(オフ
セット電流)は変化し、NOx濃度出力が不用意に変動
する。
On the other hand, another reason why the NOx concentration output in the exhaust gas fluctuates may be the influence of the amount of oxygen remaining near the specific gas detection cell. That is, when the amount of residual oxygen near the specific gas detection cell changes, the offset current fluctuates accordingly, and the detection accuracy of the NOx concentration decreases. In this case, the residual oxygen amount (offset current) changes due to individual differences between sensors, deterioration due to long-time use in a severe environment such as high temperature, and the NOx concentration output fluctuates carelessly.

【0027】そこで、請求項6に記載の発明では、特定
ガス検知セル付近に残留する酸素量に基づいて、当該特
定ガス検知セルの電流値を補正する補正手段を備える。
請求項6の構成によれば、センサの個体差や使用環境等
により特定ガス検知セル付近の残留酸素量が変化する際
に、当該残留酸素による影響が確実に無効化される。そ
の結果、特定ガス検知セル(センサセル)付近に残留す
る酸素量が変化しても、高精度なガス濃度検出を実施す
ることができる。
Therefore, the invention according to claim 6 is provided with correction means for correcting the current value of the specific gas detection cell based on the amount of oxygen remaining near the specific gas detection cell.
According to the configuration of claim 6, when the residual oxygen amount in the vicinity of the specific gas detection cell changes due to individual differences of sensors, usage environment, and the like, the influence of the residual oxygen is reliably nullified. As a result, even if the amount of oxygen remaining near the specific gas detection cell (sensor cell) changes, highly accurate gas concentration detection can be performed.

【0028】請求項7に記載の発明では、特定ガス検知
セル付近での残留酸素量に応じて当該特定ガス検知セル
に流れるオフセット電流を検出するオフセット電流検出
手段を備え、前記補正手段は、前記検出したオフセット
電流に基づいて特定ガス検知セルの電流値を補正する。
In the invention according to claim 7, there is provided offset current detection means for detecting an offset current flowing through the specific gas detection cell in accordance with the amount of residual oxygen near the specific gas detection cell, and the correction means comprises: The current value of the specific gas detection cell is corrected based on the detected offset current.

【0029】この場合、オフセット電流を直接検出し、
該検出したオフセット電流により特定ガス検知セルの電
流値(NOx濃度電流)を補正することで、特定ガス検
知セル(センサセル)付近に残留する酸素量が変化して
も、高精度なガス濃度検出を実施することができる。
In this case, the offset current is directly detected,
By correcting the current value (NOx concentration current) of the specific gas detection cell with the detected offset current, even if the amount of oxygen remaining near the specific gas detection cell (sensor cell) changes, highly accurate gas concentration detection can be performed. Can be implemented.

【0030】請求項8に記載の発明では、特定ガス検知
セルの出力特性として、オフセット電流成分と酸素ポン
プセルによる酸素排出後の特定ガス成分との加算電流を
検出する第1領域と、オフセット電流成分のみを検出す
る第2領域とを設け、前記オフセット電流検出手段は、
前記第2領域を用いてオフセット電流を検出する。
According to the present invention, the output characteristics of the specific gas detection cell include an offset current component and an oxygen pump.
A first region for detecting an addition current with a specific gas component after oxygen is exhausted by the accelerator, and a second region for detecting only an offset current component, wherein the offset current detection means comprises:
An offset current is detected using the second region.

【0031】上記請求項8の構成によれば、特定ガス検
知セル出力特性の第2領域を使うことで、オフセット電
流が簡易且つ正確に直接計測できる。そのため、オフセ
ット電流が適正に検出でき、ひいてはガス濃度の検出精
度が向上する。
According to the configuration of the eighth aspect, the offset current can be simply and accurately measured directly by using the second region of the specific gas detection cell output characteristic. Therefore, the offset current can be properly detected, and the detection accuracy of the gas concentration is improved.

【0032】請求項9に記載の発明では、特定ガス検知
セルの出力特性として、オフセット電流成分と酸素ポン
プセルによる酸素排出後の特定ガス成分との加算電流を
検出する第1領域と、オフセット電流成分のみを検出す
る第2領域とを設け、前記第1領域で補正前の電流値を
検出すると共に、前記第2領域でオフセット電流を検出
し、前記補正手段は、前記検出した補正前の電流値をオ
フセット電流により補正する。
According to the ninth aspect of the present invention, the output characteristics of the specific gas detection cell include an offset current component and an oxygen pump.
A first area for detecting an added current with a specific gas component after oxygen is discharged by the capsule, and a second area for detecting only an offset current component, and detecting a current value before correction in the first area; An offset current is detected in the second region, and the correction unit corrects the detected current value before correction with the offset current.

【0033】上記請求項9の構成によれば、補正前の電
流値とオフセット電流とが各々検出でき、補正前の電流
値をオフセット電流により補正することで、特定ガス検
知セル(センサセル)付近に残留する酸素量が変化して
も、高精度なガス濃度検出を実施することができる。
According to the configuration of the ninth aspect, the current value before correction and the offset current can be respectively detected, and the current value before correction is corrected by the offset current, so that the current value near the specific gas detection cell (sensor cell) can be detected. Even if the amount of remaining oxygen changes, highly accurate gas concentration detection can be performed.

【0034】請求項10に記載の発明では、補正前の電
流値を検出する際には前記第1領域で電圧を印加し、オ
フセット電流を検出する際には前記第2領域で電圧を印
加するよう、特定ガス検知セルの印加電圧を選択的に切
り替えるための電圧切替手段を備える。
According to the tenth aspect, a voltage is applied in the first area when detecting a current value before correction, and a voltage is applied in the second area when detecting an offset current. Thus, a voltage switching means for selectively switching the applied voltage of the specific gas detection cell is provided.

【0035】上記請求項10の構成によれば、特定ガス
検知セルの印加電圧を上記の如く選択的に切り替えるこ
とで、オフセット電流が適正に検出でき、ひいてはガス
濃度の検出精度が向上する。
According to the configuration of the tenth aspect, by selectively switching the voltage applied to the specific gas detecting cell as described above, the offset current can be properly detected, and the accuracy of detecting the gas concentration is improved.

【0036】請求項11に記載の発明では、特定ガス検
知セルの起電力を検出する起電力検出手段を備え、前記
補正手段は、前記検出した特定ガス検知セルの起電力に
応じて当該特定ガス検知セルの電流値を補正する。
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided an electromotive force detecting means for detecting an electromotive force of the specific gas detecting cell, and the correcting means is adapted to detect the specific gas in accordance with the detected electromotive force of the specific gas detecting cell. Correct the current value of the sensing cell.

【0037】例えば特定ガス検知セルでの残留酸素量が
多いと、酸素過剰な状態になるため当該特定ガス検知セ
ルの起電力が小さくなる。つまり、残留酸素量の反映と
して特定ガス検知セルの起電力が変化する。従って、上
記の如く特定ガス検知セルの起電力に応じて特定ガス検
知セルの電流値を補正すれば、特定ガス検知セル(セン
サセル)付近に残留する酸素量が変化しても、高精度な
ガス濃度検出を実施することができる。
For example, when the amount of residual oxygen in a specific gas detection cell is large, an excess of oxygen is caused, so that the electromotive force of the specific gas detection cell decreases. That is, the electromotive force of the specific gas detection cell changes as a reflection of the residual oxygen amount. Therefore, by correcting the current value of the specific gas detection cell according to the electromotive force of the specific gas detection cell as described above, even if the amount of oxygen remaining near the specific gas detection cell (sensor cell) changes, highly accurate gas Concentration detection can be performed.

【0038】請求項12に記載の発明では、前記起電力
検出手段は、特定ガス検知セルに電圧を印加する電気経
路を開放するスイッチ手段と、該スイッチ手段により特
定ガス検知セルに電圧を印加する電気経路が開放された
時に、特定ガス検知セルに発生する起電力を計測する計
測手段とを有する。本構成によれば、特定ガス検知セル
の起電力が正確に且つ簡易に計測できる。
In the twelfth aspect of the present invention, the electromotive force detection means includes a switch for opening an electric path for applying a voltage to the specific gas detection cell, and applies a voltage to the specific gas detection cell by the switch. Measuring means for measuring an electromotive force generated in the specific gas detection cell when the electric path is opened. According to this configuration, the electromotive force of the specific gas detection cell can be accurately and easily measured.

【0039】さらに、請求項13に記載の発明では、酸
素ポンプセルに流れる電流値を検出する第1検出手段
と、特定ガス検知セルに流れる電流値を検出する第2検
出手段と、前記第1検出手段により検出した電流値に基
づいて、酸素濃度依存性を反映しつつ前記第2検出手段
により検出した電流値を補正する第1補正と、特定ガス
検知セル付近に残留する酸素量に基づいて、当該特定ガ
ス検知セルの電流値を補正する第2補正とを実施する補
正手段とを備える。
Further, in the invention according to claim 13, the first detecting means for detecting a current value flowing to the oxygen pump cell, the second detecting means for detecting a current value flowing to the specific gas detecting cell, and the first detecting means Based on the current value detected by the means, the first correction for correcting the current value detected by the second detection means while reflecting the oxygen concentration dependency, and based on the amount of oxygen remaining near the specific gas detection cell, Correction means for performing the second correction for correcting the current value of the specific gas detection cell.

【0040】請求項13の構成によれば、酸素濃度依存
性の影響を排除する第1補正と、残留酸素量の影響を排
除する第2補正とが同一装置で実現できる。従って、被
検出ガス中の酸素濃度が変化しても、或いは特定ガス検
知セル(センサセル)付近に残留する酸素量が変化して
も、高精度なガス濃度検出を実施することができる。
According to the configuration of the thirteenth aspect, the first correction for eliminating the influence of the oxygen concentration dependency and the second correction for eliminating the influence of the residual oxygen amount can be realized by the same apparatus. Therefore, even if the oxygen concentration in the gas to be detected changes or the amount of oxygen remaining near the specific gas detection cell (sensor cell) changes, highly accurate gas concentration detection can be performed.

【0041】ここで多くの場合、第1補正は例えば排ガ
ス中の酸素濃度の変化に応じて随時必要になるのに対
し、第2補正はセンサの個体差や経時変化が生じた際に
必要となる。そのため、上記の如く第1,第2補正を共
に実施する装置において、以下の請求項14,15のよ
うに各補正の実施頻度を適宜変更する。
Here, in many cases, the first correction is required at any time according to, for example, a change in the oxygen concentration in the exhaust gas, whereas the second correction is required when an individual difference of the sensor or a change with time occurs. Become. Therefore, in the apparatus that performs both the first and second corrections as described above, the execution frequency of each correction is appropriately changed as set forth in claims 14 and 15 below.

【0042】請求項14に記載の発明では、前記補正手
段は、第1補正と第2補正との要否を各々判断し、その
判断結果に従い各補正を選択的に実施する。例えば第2
補正は、センサ個体差や経時変化によるバラツキを解消
する必要がある場合にのみ実施する。
In the invention according to claim 14, the correction means judges whether the first correction and the second correction are necessary, and selectively executes each correction according to the judgment result. For example, the second
The correction is performed only when it is necessary to eliminate the variation due to the individual difference of the sensor or the change with time.

【0043】請求項15に記載の発明では、前記補正手
段は、第1,第2補正の補正量を各々算出し、その際、
第1補正の補正量を算出する頻度に対し第2補正の補正
量を算出する頻度を下げる。例えば第1補正(の補正量
の算出)を数msec周期で実施するのに対し、第2補
正(の補正量の算出)を数sec周期で実施する。
According to a fifteenth aspect of the present invention, the correction means calculates the first and second correction amounts, respectively,
The frequency of calculating the correction amount of the second correction is lower than the frequency of calculating the correction amount of the first correction. For example, while the first correction (calculation of the correction amount) is performed in a period of several msec, the second correction (calculation of the correction amount) is performed in a period of several seconds.

【0044】上記請求項14,15によれば、必要に則
した補正が実施でき、より一層適正なガス濃度検出装置
が実現できる。この場合、例えばマイクロコンピュータ
を使う場合にその演算負荷が軽減できる。
According to the fourteenth and fifteenth aspects, it is possible to carry out a correction according to necessity, and it is possible to realize a more appropriate gas concentration detecting device. In this case, for example, when a microcomputer is used, the calculation load can be reduced.

【0045】ガス濃度検出装置に適用されるガス濃度セ
ンサとして、以下の請求項16,17の構成がある。請
求項16に記載のガス濃度センサでは、特定ガス検知セ
ルの出力特性として、オフセット電流成分と酸素ポンプ
セルによる酸素排出後の特定ガス成分との加算電流を検
出する第1領域と、オフセット電流成分のみを検出する
第2領域とを設ける。
As a gas concentration sensor applied to the gas concentration detecting device, there is the following configuration of claims 16 and 17. 17. The gas concentration sensor according to claim 16, wherein the output characteristics of the specific gas detection cell include an offset current component and an oxygen pump.
A first area for detecting an added current with a specific gas component after oxygen is exhausted by the cell and a second area for detecting only an offset current component are provided.

【0046】請求項17に記載のガス濃度センサでは、
前記拡散抵抗部に対向する酸素ポンプセル,特定ガス検
知セルの各電極を、酸素ポンプセルによる酸素排出後の
特定ガス成分に対して不活性な電極としている。
In the gas concentration sensor according to the seventeenth aspect,
Each electrode of the oxygen pump cell and the specific gas detection cell facing the diffusion resistance section is an electrode that is inactive with respect to the specific gas component after oxygen is discharged by the oxygen pump cell .

【0047】請求項16,17のガス濃度センサによれ
ば、前記第1領域を持つ既存のセンサに対し、新たに第
2領域を設けることで、特定ガス検知セル付近の残留酸
素量に応じたオフセット電流が直接的に検出可能とな
る。従って、残留酸素量に応じた補正を実施するガス濃
度検出装置において、好適なセンサが提供できる。
According to the gas concentration sensor of the present invention, a second region is newly provided in addition to the existing sensor having the first region so as to respond to the residual oxygen amount near the specific gas detection cell. The offset current can be directly detected. Therefore, a suitable sensor can be provided in the gas concentration detection device that performs the correction according to the residual oxygen amount.

【0048】[0048]

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

【0049】つまり本実施の形態の装置では、検出した
酸素濃度により空燃比がフィードバック制御される一
方、検出したNOx濃度によりエンジン排気管に取り付
けられたNOx触媒(例えばNOx吸蔵還元型触媒)の
制御が実施される。NOx触媒の制御について略述すれ
ば、NOx触媒にて浄化されずに排出されるNOx量を
ガス濃度センサの検出結果から判定し、NOx未浄化量
が増大した時に、NOx浄化能力を回復させるための再
生処理を実行する。再生処理としては、NOx触媒に対
して一時的にリッチガスを供給し、同触媒に吸着したイ
オンを除去するようにすればよい。
That is, in the apparatus of this embodiment, while the air-fuel ratio is feedback-controlled based on the detected oxygen concentration, the control of the NOx catalyst (eg, NOx storage reduction type catalyst) attached to the engine exhaust pipe is controlled based on the detected NOx concentration. Is performed. Briefly describing the control of the NOx catalyst, the amount of NOx discharged without being purified by the NOx catalyst is determined from the detection result of the gas concentration sensor, and when the unpurified amount of NOx increases, the NOx purification capability is restored. Is executed. In the regeneration process, a rich gas may be temporarily supplied to the NOx catalyst to remove ions adsorbed on the catalyst.

【0050】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
概要を図1のブロック図を用いて説明する。ガス濃度セ
ンサ100はその主要な構成として、酸素濃度を検出す
るための第1セルとしてのポンプセル110と、NOx
濃度を検出するための第2セルとしてのセンサセル12
0とを備える。
The outline of the gas concentration detecting device according to the present embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG. The gas concentration sensor 100 has, as its main components, a pump cell 110 as a first cell for detecting oxygen concentration, and a NOx
Sensor cell 12 as second cell for detecting concentration
0.

【0051】センサ制御回路200は、第1検出手段と
しての酸素濃度検出手段210と、第2検出手段として
のNOx濃度検出手段220とを備える。酸素濃度検出
手段210は、ガス濃度センサ100のポンプセル電極
に接続され、ポンプセル110に電圧を印加すると共に
酸素濃度に応じたポンプセル電流を検出する機能を有す
る。酸素濃度検出手段210は、前記検出した酸素濃度
を信号SG1としてNOx電流補正回路300と図示し
ない外部装置(例えばエンジン制御用ECU)とに各々
出力する。
The sensor control circuit 200 includes oxygen concentration detecting means 210 as first detecting means and NOx concentration detecting means 220 as second detecting means. The oxygen concentration detecting means 210 is connected to the pump cell electrode of the gas concentration sensor 100 and has a function of applying a voltage to the pump cell 110 and detecting a pump cell current corresponding to the oxygen concentration. The oxygen concentration detecting means 210 outputs the detected oxygen concentration as a signal SG1 to the NOx current correction circuit 300 and an external device (not shown) (for example, an engine control ECU).

【0052】NOx濃度検出手段220は、ガス濃度セ
ンサ100のセンサセル電極に接続され、センサセル1
20に電圧を印加すると共にNOx濃度に応じたセンサ
セル電流を検出する機能を有する。NOx濃度検出手段
220は、前記検出したNOx濃度を信号SG2として
NOx電流補正回路300に出力する。
The NOx concentration detecting means 220 is connected to the sensor cell electrode of the gas concentration sensor 100,
And a function of applying a voltage to the sensor 20 and detecting a sensor cell current corresponding to the NOx concentration. The NOx concentration detecting means 220 outputs the detected NOx concentration to the NOx current correction circuit 300 as a signal SG2.

【0053】補正手段としてのNOx電流補正回路30
0は、酸素濃度検出手段210からの信号SG1とNO
x濃度検出手段220からの信号SG2とを入力し、N
Ox濃度出力が酸素濃度依存性を有することの反映とし
て酸素濃度によるNOx電流誤差を補正する。そして、
同補正回路300は、補正後のNOx濃度出力を信号S
G3として外部装置(例えばエンジン制御用ECU)に
出力する。
NOx current correction circuit 30 as correction means
0 is the signal SG1 from the oxygen concentration detecting means 210 and NO
The signal SG2 from the x density detecting means 220 is input and N
The NOx current error due to the oxygen concentration is corrected as a reflection that the Ox concentration output has the oxygen concentration dependency. And
The correction circuit 300 outputs the corrected NOx concentration output as a signal S
G3 is output to an external device (for example, an engine control ECU).

【0054】以下に、ガス濃度検出装置の構成を詳細に
説明する。先ずは図3を用いてガス濃度センサ100の
構成を説明する。ガス濃度センサ100は2セル構造を
有し、NOx濃度の検出と同時に酸素濃度の検出が可能
な、いわゆる複合型ガスセンサとして構成される。ガス
濃度センサ100は、ポンプセル110、センサセル1
20、拡散抵抗部としての多孔質拡散層101、大気ダ
クト102及びヒータ103を要件とし、これら各部材
が積層されて成る。なお、同センサ100は図の右端部
にてエンジン排気管に取り付けられ、その上下面及び左
面が排ガスに晒されるようになっている。
Hereinafter, the configuration of the gas concentration detecting device will be described in detail. First, the configuration of the gas concentration sensor 100 will be described with reference to FIG. The gas concentration sensor 100 has a two-cell structure, and is configured as a so-called composite gas sensor capable of detecting the oxygen concentration simultaneously with the detection of the NOx concentration. The gas concentration sensor 100 includes a pump cell 110, a sensor cell 1
20, a porous diffusion layer 101 as a diffusion resistance portion, an air duct 102, and a heater 103 are required, and these members are laminated. The sensor 100 is attached to the engine exhaust pipe at the right end of the figure, and the upper and lower surfaces and the left surface are exposed to exhaust gas.

【0055】より詳細には、ポンプセル110は多孔質
拡散層101と排ガス空間との間に設置される。ポンプ
セル110の排ガス側(図の上側)にはポンプ第1電極
111が設置され、多孔質拡散層101側(図の下側)
にはポンプ第2電極112が設置される。また、センサ
セル120は多孔質拡散層101と大気ダクト102と
の間に設置される。センサセル120の多孔質拡散層1
01側(図の上側)にはセンサ第1電極121が設置さ
れ、大気ダクト102側(図の下側)にはセンサ第2電
極122が設置される。多孔質拡散層101には図の左
側から排ガスが導入されて図の右方へと流通する。
More specifically, the pump cell 110 is provided between the porous diffusion layer 101 and the exhaust gas space. A pump first electrode 111 is provided on the exhaust gas side (upper side in the figure) of the pump cell 110, and is located on the porous diffusion layer 101 side (lower side in the figure).
Is provided with a pump second electrode 112. The sensor cell 120 is provided between the porous diffusion layer 101 and the air duct 102. Porous diffusion layer 1 of sensor cell 120
A sensor first electrode 121 is provided on the 01 side (upper side in the figure), and a sensor second electrode 122 is provided on the atmosphere duct 102 side (lower side in the figure). Exhaust gas is introduced into the porous diffusion layer 101 from the left side of the figure and flows to the right side of the figure.

【0056】ポンプセル110及びセンサセル120は
積層して形成された固体電解質を有し、これら固体電解
質はZrO2 、HfO2 、ThO2 、Bi2 O3 等にC
aO、MgO、Y2 O3 、Yb2 O3 等を安定剤として
固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼成体からなる。ま
た、多孔質拡散層101は、アルミナ、マグネシャ、ケ
イ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質からな
る。
The pump cell 110 and the sensor cell 120 have a solid electrolyte formed by lamination, and these solid electrolytes are converted to ZrO 2, HfO 2, ThO 2, Bi 2 O 3, etc.
It is composed of an oxygen ion conductive oxide fired body in which aO, MgO, Y2 O3, Yb2 O3, etc. are dissolved as a stabilizer. Further, the porous diffusion layer 101 is made of a heat-resistant inorganic substance such as alumina, magnesia, quartzite, spinel, and mullite.

【0057】ポンプセル110の排ガス側のポンプ第1
電極111と、センサセル120のセンサ第1,第2電
極121,122とは、白金Pt等の触媒活性の高い貴
金属からなる。一方、ポンプセル110の多孔質拡散層
101側のポンプ第2電極112は、NOxガスに不活
性な(NOxガスを分解し難い)Au−Pt等の貴金属
からなる。
The first pump on the exhaust gas side of the pump cell 110
The electrode 111 and the sensor first and second electrodes 121 and 122 of the sensor cell 120 are made of a noble metal having high catalytic activity such as platinum Pt. On the other hand, the pump second electrode 112 on the porous diffusion layer 101 side of the pump cell 110 is made of a noble metal such as Au-Pt which is inert to the NOx gas (it is difficult to decompose the NOx gas).

【0058】ヒータ103は絶縁層104に埋設され、
この絶縁層104とセンサセル120との間に大気ダク
ト102が構成される。基準ガス室を構成する大気ダク
ト102には外部から大気が導入され、その大気は酸素
濃度の基準となる基準ガスとして用いられる。絶縁層1
04はアルミナ等にて形成され、ヒータ103は白金と
アルミナ等のサーメットにて形成される。ヒータ103
はポンプセル110やセンサセル120を含めセンサ全
体(電極含む)を活性状態にすべく、外部からの給電に
より熱エネルギを発生させる。
The heater 103 is embedded in the insulating layer 104,
An air duct 102 is formed between the insulating layer 104 and the sensor cell 120. Atmosphere is introduced into the air duct 102 constituting the reference gas chamber from the outside, and the air is used as a reference gas serving as a reference for the oxygen concentration. Insulation layer 1
04 is made of alumina or the like, and the heater 103 is made of cermet of platinum and alumina. Heater 103
Generates thermal energy by external power supply in order to activate the entire sensor (including electrodes) including the pump cell 110 and the sensor cell 120.

【0059】上記構成のガス濃度センサ100について
その動作を図4を用いて説明する。図4(a)に示され
るように、多孔質拡散層101には図の左側から排ガス
成分が導入され、その排ガスがポンプセル近傍を通過す
る際、ポンプセル110に電圧を印加することで分解反
応が起こる。なお、排ガス中には酸素(O2 )、窒素酸
化物(NOx)、二酸化炭素(CO2 )、水(H2 O)
等のガス成分が含まれる。
The operation of the gas concentration sensor 100 having the above configuration will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4A, an exhaust gas component is introduced into the porous diffusion layer 101 from the left side of the figure, and when the exhaust gas passes near the pump cell, a decomposition reaction is caused by applying a voltage to the pump cell 110. Occur. The exhaust gas contains oxygen (O2), nitrogen oxides (NOx), carbon dioxide (CO2), and water (H2 O).
And other gas components.

【0060】既述の通りポンプセル110のポンプ第2
電極112はNOx不活性電極(NOxガスを分解し難
い電極)で形成されている。従って、図4(b)に示さ
れるように、排ガス中の酸素(O2 )のみがポンプセル
110で分解され、ポンプ第1電極111から排ガス中
に排出される。このとき、ポンプセル110に流れた電
流が排ガス中に含まれる酸素濃度として検出される。
As described above, the pump second of the pump cell 110
The electrode 112 is formed of a NOx inert electrode (an electrode that hardly decomposes NOx gas). Therefore, as shown in FIG. 4B, only oxygen (O2) in the exhaust gas is decomposed in the pump cell 110 and discharged from the pump first electrode 111 into the exhaust gas. At this time, the current flowing through the pump cell 110 is detected as the concentration of oxygen contained in the exhaust gas.

【0061】また、排ガス中の酸素(O2 )はポンプセ
ル110で完全に分解されず、その一部はそのままセン
サセル近傍まで流通する。そして、図4(c)に示され
るように、センサセル120に電圧を印加することによ
り、残留酸素(O2 )とNOxとが分解される。つま
り、残留酸素(O2 )とNOxとがそれぞれセンサセル
120のセンサ第1電極121で分解され、センサセル
120を介してセンサ第2電極122から大気ダクト1
02の大気中に排出される。このとき、センサセル12
0に流れた電流が排ガス中に含まれるNOx濃度として
検出される。残留酸素(O2 )による分解電流はオフセ
ット電流となる。
The oxygen (O 2) in the exhaust gas is not completely decomposed in the pump cell 110, and a part of the oxygen (O 2) flows to the vicinity of the sensor cell as it is. Then, as shown in FIG. 4C, by applying a voltage to the sensor cell 120, residual oxygen (O2) and NOx are decomposed. That is, the residual oxygen (O2) and NOx are decomposed at the sensor first electrode 121 of the sensor cell 120, respectively, and are sent from the sensor second electrode 122 through the sensor cell 120 to the atmosphere duct 1
02 is released into the atmosphere. At this time, the sensor cell 12
The current flowing to zero is detected as the concentration of NOx contained in the exhaust gas. The decomposition current due to residual oxygen (O2) becomes an offset current.

【0062】次に、酸素濃度を検出するためのポンプセ
ル110の特性と、NOx濃度を検出するためのセンサ
セル120の特性とについて、図5及び図6を用いて説
明する。先ずは、ポンプセル特性を図5を用いて説明す
る。
Next, the characteristics of the pump cell 110 for detecting the oxygen concentration and the characteristics of the sensor cell 120 for detecting the NOx concentration will be described with reference to FIGS. First, pump cell characteristics will be described with reference to FIG.

【0063】図5のV−I特性図に示されるように、ポ
ンプセルは酸素濃度に対して限界電流特性を有する。同
図において、限界電流検出域はV軸に対して平行な直線
部分からなり、その領域は酸素濃度が濃いほど正電圧側
にシフトする。
As shown in the VI characteristic diagram of FIG. 5, the pump cell has a limiting current characteristic with respect to the oxygen concentration. In the figure, the limit current detection area is composed of a linear portion parallel to the V axis, and the area shifts toward the positive voltage side as the oxygen concentration increases.

【0064】ここで、酸素濃度が変化する際に印加電圧
が一定値に固定されていると、上記限界電流検出域(V
軸に平行な直線部分)を用いた正確な酸素濃度検出を行
うことができない。またこれは、ポンプセル110で十
分量の酸素を排出することができないことにもなり、セ
ンサセル120での残留酸素が増加し、NOx濃度を検
出するための電流にも大きな誤差を生じる。そこで、ポ
ンプセルの直流抵抗成分(印加電圧増加に伴い増加する
傾き部分)の角度と同等の電圧、すなわち図5の印加電
圧線LX1に示すような電圧を印加する制御を行い、排
ガス中の酸素濃度に関係なく常に所望のセンサ電流(限
界電流)を検出可能とする。
Here, if the applied voltage is fixed to a constant value when the oxygen concentration changes, the above-mentioned limit current detection range (V
It is not possible to perform accurate oxygen concentration detection using a straight line parallel to the axis). This also means that a sufficient amount of oxygen cannot be exhausted by the pump cell 110, the residual oxygen in the sensor cell 120 increases, and a large error occurs in the current for detecting the NOx concentration. Therefore, control is performed to apply a voltage equivalent to the angle of the DC resistance component (inclined portion that increases with an increase in applied voltage) of the pump cell, that is, a voltage as shown by the applied voltage line LX1 in FIG. , A desired sensor current (limit current) can always be detected.

【0065】因みに、ポンプセル110のポンプ第2電
極112(多孔質拡散層101側の電極)がNOx不活
性電極であるために同ポンプセル110ではNOxガス
が分解されにくくなっているが、図5に示した通り一定
の電圧以上になると、NOxが分解され、酸素濃度に応
じたポンプセル電流に加えてNOx濃度に応じたポンプ
セル電流が流れる(図5の破線部分)。従って、印加電
圧線LX1はNOxガスを分解しない程度に設計され
る。
Incidentally, since the pump second electrode 112 (the electrode on the side of the porous diffusion layer 101) of the pump cell 110 is a NOx inactive electrode, NOx gas is hardly decomposed in the pump cell 110. As shown, when the voltage exceeds a certain level, NOx is decomposed, and a pump cell current corresponding to the NOx concentration flows in addition to the pump cell current corresponding to the oxygen concentration (broken line in FIG. 5). Therefore, the applied voltage line LX1 is designed so as not to decompose NOx gas.

【0066】次に、センサセル特性を図6を用いて説明
する。図6のV−I特性図に示されるように、センサセ
ルはNOx濃度に対して限界電流特性を有する。同図に
おいて、A1部分では多孔質拡散層101を通じてセン
サセル120に流れ込む残留酸素によりオフセット分の
電流(オフセット電流)が流れ、A2部分ではNOxの
分解電流が流れる(図では1000ppmの場合を示
す)。また、「A1+A2」以上の電流、すなわち図の
右端の電流が大きくなる部分(NOx濃度が1000r
pmの時、A3部分)ではH2 Oの分解電流が流れる。
このとき、排ガス中のNOx濃度に対応する限界電流は
「A1+A2」の電流値で検出される。NOx分解電流
を規定する限界電流検出域はV軸に対して平行な直線部
分からなり、その領域はNOx濃度が濃いほど僅かなが
ら正電圧側にシフトする。NOx濃度を検出する際、図
6の印加電圧線LX2に沿って印加電圧を制御すること
で、排ガス中のNOx濃度に関係なく常に所望のセンサ
電流(限界電流)が検出可能となる。
Next, sensor cell characteristics will be described with reference to FIG. As shown in the VI characteristic diagram of FIG. 6, the sensor cell has a limit current characteristic with respect to the NOx concentration. In the figure, in the portion A1, a current corresponding to the offset (offset current) flows due to residual oxygen flowing into the sensor cell 120 through the porous diffusion layer 101, and in the portion A2, a decomposition current of NOx flows (in the figure, 1000 ppm is shown). In addition, a portion where the current larger than “A1 + A2”, that is, the current at the right end of the drawing increases (NOx concentration is 1000
At pm, the decomposition current of H2 O flows in A3).
At this time, the limit current corresponding to the NOx concentration in the exhaust gas is detected as a current value of “A1 + A2”. The limit current detection area that defines the NOx decomposition current is composed of a linear portion parallel to the V axis, and the area shifts slightly to the positive voltage side as the NOx concentration increases. When detecting the NOx concentration, by controlling the applied voltage along the applied voltage line LX2 in FIG. 6, a desired sensor current (limit current) can always be detected regardless of the NOx concentration in the exhaust gas.

【0067】前記図1のセンサ制御回路200について
その電気的構成を図2に示す。図2の構成においては、
ガス濃度センサ100の多孔質拡散層101にリーンガ
スが導入されて同拡散層101側からポンプセル110
を介して余剰酸素が排出される時を基準に(その時のポ
ンプセル電流Ipの向きを基準に)、ポンプセル110
の正側端子及び負側端子が規定される。つまり、ポンプ
第1電極111に接続される端子が正側端子、ポンプ第
2電極112に接続される端子が負側端子として規定さ
れる。また、センサセル120側についても同様に、多
孔質拡散層101にNOxを含む排ガス、すなわちリー
ンガスが導入される時を基準に(その時のセンサセル電
流Isの向きを基準に)、センサ第2電極122に接続
される端子が正側端子、センサ第1電極121に接続さ
れる端子が負側端子として規定される。
FIG. 2 shows the electrical configuration of the sensor control circuit 200 shown in FIG. In the configuration of FIG.
A lean gas is introduced into the porous diffusion layer 101 of the gas concentration sensor 100, and a pump cell 110 is introduced from the diffusion layer 101 side.
Pump cell 110 based on the time when excess oxygen is exhausted through the pump (based on the direction of the pump cell current Ip at that time).
Are defined. That is, the terminal connected to the pump first electrode 111 is defined as a positive terminal, and the terminal connected to the pump second electrode 112 is defined as a negative terminal. Similarly, on the sensor cell 120 side, based on when exhaust gas containing NOx, that is, lean gas is introduced into the porous diffusion layer 101 (based on the direction of the sensor cell current Is at that time), the sensor second electrode 122 The connected terminal is defined as a positive terminal, and the terminal connected to the sensor first electrode 121 is defined as a negative terminal.

【0068】センサ制御回路200において、ポンプセ
ル110及びセンサセル120の共通の負側端子には基
準電圧回路231の電圧が増幅回路232を介して印加
される。つまり、基準電圧回路231により電圧Vaが
生成され、その電圧Vaが増幅回路232の非反転入力
端子に入力される。増幅回路232の出力端子は同増幅
回路232の反転入力端子に接続されており、ボルテー
ジフォロワ構成として基準電圧回路231の電圧Vaが
ポンプ第2電極112(ポンプセル110の負側端子)
とセンサ第1電極121(センサセル120の負側端
子)とに印加される。これにより、各セル110,12
0の負側端子は、GND電圧(0V電圧)よりも浮いた
基準電圧Vaとなる。
In the sensor control circuit 200, the voltage of the reference voltage circuit 231 is applied to the common negative terminal of the pump cell 110 and the sensor cell 120 via the amplifier circuit 232. That is, the voltage Va is generated by the reference voltage circuit 231, and the voltage Va is input to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 232. The output terminal of the amplifier circuit 232 is connected to the inverting input terminal of the amplifier circuit 232, and the voltage Va of the reference voltage circuit 231 is applied as a voltage follower to the pump second electrode 112 (the negative terminal of the pump cell 110).
And the sensor first electrode 121 (the negative terminal of the sensor cell 120). Thereby, each cell 110, 12
The negative terminal of 0 becomes a reference voltage Va floating above the GND voltage (0 V voltage).

【0069】酸素濃度検出手段210には、ポンプセル
110の印加電圧を制御するためのポンプ電圧指令回路
211が設けられる。ポンプ電圧指令回路211は、図
5の印加電圧線LX1を用い、ポンプセル電流Ipに応
じた指令電圧Vbを出力する。
The oxygen concentration detecting means 210 is provided with a pump voltage command circuit 211 for controlling the voltage applied to the pump cell 110. The pump voltage command circuit 211 outputs a command voltage Vb corresponding to the pump cell current Ip using the applied voltage line LX1 in FIG.

【0070】ポンプ電圧指令回路211からの指令電圧
Vbは、ポンプセル110に電圧を印加し酸素濃度に応
じた電流を供給するための増幅回路212の非反転入力
端子に入力される。増幅回路212の出力端子は、ポン
プセル電流Ipを検出するための電流検出抵抗213の
一端に接続され、電流検出抵抗213の他端はポンプ第
1電極111(ポンプセルの正側端子)に接続されると
共に増幅回路212の反転入力端子に接続される。これ
により、ポンプ第1電極111の電圧は常にポンプ電圧
指令回路211の指令電圧Vbと同じ電圧になるよう制
御される。
The command voltage Vb from the pump voltage command circuit 211 is input to a non-inverting input terminal of an amplifier circuit 212 for applying a voltage to the pump cell 110 and supplying a current corresponding to the oxygen concentration. The output terminal of the amplifier circuit 212 is connected to one end of a current detection resistor 213 for detecting the pump cell current Ip, and the other end of the current detection resistor 213 is connected to the pump first electrode 111 (the positive terminal of the pump cell). Also connected to the inverting input terminal of the amplifier circuit 212. Thereby, the voltage of the pump first electrode 111 is controlled to be always the same as the command voltage Vb of the pump voltage command circuit 211.

【0071】増幅回路212の出力電圧は端子Vdから
出力され、ポンプ第1電極111の電圧は端子Vbから
出力される。端子Vb,Vdの電圧は、ポンプ電圧指令
回路211に取り込まれると共に、前記図1において信
号SG1としてNOx電流補正回路300に取り込まれ
る。
The output voltage of the amplifier circuit 212 is output from the terminal Vd, and the voltage of the pump first electrode 111 is output from the terminal Vb. The voltages at the terminals Vb and Vd are taken into the pump voltage command circuit 211 and are taken into the NOx current correction circuit 300 as the signal SG1 in FIG.

【0072】かかる場合、ポンプセル印加電圧Vp及び
ポンプセル電流Ipは、以下の式で算出される。 Vp=Vb−Va Ip=(Vd−Vb)/R1 但し、R1は、電流検出抵抗213の抵抗値である。
In such a case, the pump cell applied voltage Vp and the pump cell current Ip are calculated by the following equations. Vp = Vb−Va Ip = (Vd−Vb) / R1 where R1 is the resistance value of the current detection resistor 213.

【0073】また、NOx濃度検出手段220には、セ
ンサセル120の印加電圧を制御するためのセンサ電圧
指令回路221が設けられる。センサ電圧指令回路22
1は、図6の印加電圧線LX2を用い、センサセル電流
Isに応じた指令電圧Vcを出力する。
The NOx concentration detecting means 220 is provided with a sensor voltage command circuit 221 for controlling the voltage applied to the sensor cell 120. Sensor voltage command circuit 22
1 outputs a command voltage Vc corresponding to the sensor cell current Is using the applied voltage line LX2 in FIG.

【0074】センサ電圧指令回路221からの指令電圧
Vcは、センサセル120に電圧を印加しNOx濃度に
応じた電流を供給するための増幅回路222の非反転入
力端子に入力される。増幅回路222の出力端子は、セ
ンサセル電流Isを検出するための電流検出抵抗223
の一端に接続され、電流検出抵抗223の他端はセンサ
第2電極122(センサセルの正側端子)に接続される
と共に増幅回路222の反転入力端子に接続される。こ
れにより、センサ第2電極122の電圧は常にセンサ電
圧指令回路221の指令電圧Vcと同じ電圧になるよう
制御される。
The command voltage Vc from the sensor voltage command circuit 221 is input to a non-inverting input terminal of an amplifier circuit 222 for applying a voltage to the sensor cell 120 and supplying a current corresponding to the NOx concentration. An output terminal of the amplifier circuit 222 is connected to a current detection resistor 223 for detecting the sensor cell current Is.
The other end of the current detection resistor 223 is connected to the sensor second electrode 122 (the positive terminal of the sensor cell) and to the inverting input terminal of the amplifier circuit 222. Thus, the voltage of the sensor second electrode 122 is controlled to be always the same as the command voltage Vc of the sensor voltage command circuit 221.

【0075】増幅回路222の出力電圧は端子Veから
出力され、センサ第2電極122の電圧は端子Vcから
出力される。端子Vc,Veの電圧は、センサ電圧指令
回路221に取り込まれると共に、前記図1において信
号SG2としてNOx電流補正回路300に取り込まれ
る。
The output voltage of the amplifier circuit 222 is output from the terminal Ve, and the voltage of the sensor second electrode 122 is output from the terminal Vc. The voltages at the terminals Vc and Ve are taken into the sensor voltage command circuit 221 and also taken into the NOx current correction circuit 300 as the signal SG2 in FIG.

【0076】かかる場合、センサセル印加電圧Vs及び
センサセル電流Isは、以下の式で算出される。 Vs=Vc−Va Is=(Ve−Vc)/R2 但し、R2は、電流検出抵抗223の抵抗値である。
In such a case, the sensor cell applied voltage Vs and the sensor cell current Is are calculated by the following equations. Vs = Vc−Va Is = (Ve−Vc) / R2 where R2 is the resistance value of the current detection resistor 223.

【0077】前記ポンプ電圧指令回路211及びセンサ
電圧指令回路221は一つのマイクロコンピュータにて
構成され、より具体的には図7に示す通りCPU及びA
/D,D/Aコンバータを備える。つまり、当該指令回
路211,221を構成するマイクロコンピュータにお
いて、各A/Dコンバータ(A/D1〜A/D4)には
前記図2中の各端子Vd,Vb,Ve,Vcの電圧が各
々入力される。また、各D/Aコンバータ(D/A1,
D/A2)からはポンプセル指令電圧Vb,センサセル
指令電圧Vcが各々出力される。
The pump voltage command circuit 211 and the sensor voltage command circuit 221 are constituted by one microcomputer, and more specifically, the CPU and the A as shown in FIG.
/ D and D / A converters. That is, in the microcomputers constituting the instruction circuits 211 and 221, the voltages of the terminals Vd, Vb, Ve and Vc in FIG. 2 are input to the A / D converters (A / D1 to A / D4). Is done. In addition, each D / A converter (D / A1,
D / A2) outputs a pump cell command voltage Vb and a sensor cell command voltage Vc, respectively.

【0078】前記指令回路211,221内のCPUに
より実施される印加電圧制御を図9のフローチャートに
従い説明する。図9のルーチンは、図示しないメインル
ーチンの途中にて実施される印加電圧制御サブルーチン
である。
The applied voltage control performed by the CPU in the command circuits 211 and 221 will be described with reference to the flowchart of FIG. The routine in FIG. 9 is an applied voltage control subroutine executed in the middle of a main routine (not shown).

【0079】図9において、先ずステップ101,10
2では、前記図2の電流検出抵抗213の両端子電圧V
d,Vbを図7のA/D1,A/D2により各々読み取
る。次に、ステップ103,104では、前記図2の電
流検出抵抗223の両端子電圧Ve,Vcを図7のA/
D3,A/D4により各々読み取る。
In FIG. 9, first, in steps 101 and 10
2, the terminal voltage V of the current detection resistor 213 in FIG.
d and Vb are read by A / D1 and A / D2 in FIG. 7, respectively. Next, in steps 103 and 104, both terminal voltages Ve and Vc of the current detection resistor 223 in FIG.
Each is read by D3 and A / D4.

【0080】ステップ105ではポンプセル電流Ipを
算出し(Ip=(Vd−Vb)/R1)、続くステップ
106では、図5に示した印加電圧線LX1を用い、前
記算出したポンプセル電流Ipに対応するポンプセル1
10への目標印加電圧を求める(マップ演算する)。さ
らにステップ107では、前記求めた目標印加電圧を指
令電圧VbとしてD/A1を介して出力する。
In step 105, the pump cell current Ip is calculated (Ip = (Vd−Vb) / R1). In the subsequent step 106, the pump cell current Ip is calculated using the applied voltage line LX1 shown in FIG. Pump cell 1
A target applied voltage to 10 is calculated (map calculation). Further, in step 107, the obtained target applied voltage is output as the command voltage Vb via the D / A1.

【0081】次に、ステップ108ではセンサセル電流
Isを算出し(Is=(Ve−Vc)/R2)、続くス
テップ109では、図6に示した印加電圧線LX2を用
い、前記算出したセンサセル電流Isに対応するセンサ
セル120への目標印加電圧を求める(マップ演算す
る)。さらにステップ110では、前記求めた目標印加
電圧を指令電圧VcとしてD/A2を介して出力し、そ
の後本ルーチンを一旦終了する。
Next, at step 108, the sensor cell current Is is calculated (Is = (Ve−Vc) / R2). At the next step 109, the calculated sensor cell current Is is calculated using the applied voltage line LX2 shown in FIG. Is calculated (map calculation). Further, at step 110, the obtained target applied voltage is output as the command voltage Vc via the D / A2, and then the present routine is terminated.

【0082】NOx電流補正回路300は、図8に示す
通りCPU及びA/D,D/Aコンバータを備えるマイ
クロコンピュータで構成され、各A/Dコンバータ(A
/D11〜A/D14)には前記図2中の各端子Vd,
Vb,Ve,Vcの電圧が各々入力される。CPUは、
各端子Vd,Vb,Ve,Vcの電圧に基づいてポンプ
セル電流Ip及びセンサセル電流Isを演算すると共
に、ポンプセル電流Ipを使ってセンサセル電流Isを
補正し、該補正した後の補正後センサセル電流Isfを
信号SG3として、D/Aコンバータを介して又はシリ
アル通信を使って出力する。なお実際には、図7に示す
ポンプ(センサ)電圧指令回路211,221と、図8
に示すNOx電流補正回路300とは一つのマイクロコ
ンピュータで構成されればよい。
The NOx current correction circuit 300 comprises a microcomputer having a CPU and A / D and D / A converters as shown in FIG.
/ D11 to A / D14) have the respective terminals Vd,
The voltages Vb, Ve, and Vc are respectively input. The CPU
The pump cell current Ip and the sensor cell current Is are calculated based on the voltages of the terminals Vd, Vb, Ve, and Vc, the sensor cell current Is is corrected using the pump cell current Ip, and the corrected sensor cell current Isf after the correction is calculated. The signal SG3 is output via a D / A converter or using serial communication. Actually, pump (sensor) voltage command circuits 211 and 221 shown in FIG.
The NOx current correction circuit 300 shown in FIG.

【0083】NOx電流補正回路300内のCPUによ
り実施されるNOx電流補正処理を図10のフローチャ
ートに従い説明する。図10のルーチンは、図示しない
メインルーチンの途中にて実施されるNOx電流補正サ
ブルーチンである。
The NOx current correction process performed by the CPU in the NOx current correction circuit 300 will be described with reference to the flowchart of FIG. The routine in FIG. 10 is a NOx current correction subroutine that is performed in the middle of a main routine (not shown).

【0084】図10において、先ずステップ201,2
02では、前記図2の電流検出抵抗213の両端子電圧
Vd,Vbを図8のA/D11,A/D12により各々
読み取る。次に、ステップ203,204では、前記図
2の電流検出抵抗223の両端子電圧Ve,Vcを図8
のA/D13,A/D14により各々読み取る。
In FIG. 10, first, steps 201 and 201
In 02, both terminal voltages Vd and Vb of the current detection resistor 213 in FIG. 2 are read by A / D11 and A / D12 in FIG. Next, in steps 203 and 204, both terminal voltages Ve and Vc of the current detection resistor 223 in FIG.
Are read by A / D13 and A / D14, respectively.

【0085】ステップ205ではポンプセル電流Ipを
算出し(Ip=(Vd−Vb)/R1)、続くステップ
206ではセンサセル電流Isを算出する(Is=(V
e−Vc)/R2)。
In step 205, the pump cell current Ip is calculated (Ip = (Vd−Vb) / R1). In the following step 206, the sensor cell current Is is calculated (Is = (V
e-Vc) / R2).

【0086】その後、ステップ207では、前記算出し
たポンプセル電流Ipを用いてセンサセル電流Isを補
正する。当該補正に際し、以下の(1)式を用いて補正
後のセンサセル電流Isfを算出する。すなわち、セン
サ構造から一意的に決定される構造定数Kaと、センサ
セル120の検出感度(酸素濃度0%の時のNOx感
度)から決定される補正係数Kbとを用いた演算式、 Isf=Is・Kb/(Ka・Ip+Kb) …(1) を用い、補正後のセンサセル電流Isfを算出する。
Thereafter, in step 207, the sensor cell current Is is corrected using the calculated pump cell current Ip. In the correction, the corrected sensor cell current Isf is calculated using the following equation (1). That is, an arithmetic expression using a structural constant Ka uniquely determined from the sensor structure and a correction coefficient Kb determined from the detection sensitivity of the sensor cell 120 (NOx sensitivity when the oxygen concentration is 0%), Isf = Is · Kb / (Ka · Ip + Kb) (1) is used to calculate the corrected sensor cell current Isf.

【0087】ここで、構造定数Kaは、多孔質拡散層1
01における拡散係数と、同拡散層101の形状及び容
積と、各セル110,120の電極位置とにより決定さ
れる。本実施の形態では一例として、 Ka=1.95×10∧-2 とする。
Here, the structural constant Ka is the value of the porous diffusion layer 1
01, the shape and volume of the diffusion layer 101, and the electrode positions of the cells 110 and 120. In the present embodiment, for example, Ka = 1.95 × 10∧−2.

【0088】また、NOx感度の補正係数Kbは、例え
ばNOx濃度=1000ppmの時のセンサセル電流I
sが8.13μAであることから、 Kb=8.13×10∧-3(A) とする。
The NOx sensitivity correction coefficient Kb is, for example, the sensor cell current I when the NOx concentration is 1000 ppm.
Since s is 8.13 μA, Kb = 8.13 × 10∧−3 (A).

【0089】例えばポンプセル電流Ipが25mAの
時、上記(1)式によれば、 Isf=Is・8.13×10∧-3/(1.95×10∧-2 ・25×10∧-3+8.13×10∧-3) =Is・0.943 となり、センサセル電流Isの誤差分6%がキャンセル
できることが分かる。
For example, when the pump cell current Ip is 25 mA, according to the above equation (1), Isf = Is · 8.13 × 10∧−3 / (1.95 × 10∧−2 · 25 × 10∧−3 + 8) .13 × 10∧-3) = Is · 0.943, which indicates that 6% of the error of the sensor cell current Is can be canceled.

【0090】その後、ステップ208では、前記算出し
た補正後のセンサセル電流IsfをNOx濃度出力(信
号SG3)としてD/Aコンバータ又はシリアル通信に
より出力し、その後本ルーチンを一旦終了する。
Thereafter, in step 208, the calculated corrected sensor cell current Isf is output as a NOx concentration output (signal SG3) by a D / A converter or serial communication, and then this routine is terminated once.

【0091】上記補正を行う前は、例えば図11(a)
に示されるように、酸素濃度が相違することで、実際の
NOx濃度に対応するNOx濃度出力(出力電流)が変
動する。例えば酸素濃度が0%に対して10%,20%
と変わると、NOx濃度が一定であってもNOx濃度出
力(出力電流)が増加してしまう。
Before the above correction is performed, for example, FIG.
As shown in (2), when the oxygen concentration differs, the NOx concentration output (output current) corresponding to the actual NOx concentration fluctuates. For example, oxygen concentration is 10% and 20% for 0%
Changes, the NOx concentration output (output current) increases even if the NOx concentration is constant.

【0092】これに対して上記の如く補正を行うこと
で、図11(b)に示されるように、酸素濃度が0%,
10%,20%と変わってもNOx濃度出力(出力電
流)が変動することはなく、正確なNOx濃度出力が得
られる。つまり、図11(a)に示す酸素濃度依存性に
よる影響が上記補正によりキャンセルされる。
On the other hand, by performing the correction as described above, as shown in FIG. 11B, the oxygen concentration becomes 0%,
Even if it changes to 10% or 20%, the NOx concentration output (output current) does not change, and an accurate NOx concentration output can be obtained. That is, the influence due to the oxygen concentration dependency shown in FIG. 11A is canceled by the correction.

【0093】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 (a)ポンプセル110が酸素を排出する際、多孔質拡
散層101が酸素含有分だけ負圧になって外部からNO
xを含む排ガスが余分に流入し、そのガス流入分に応じ
てセンサセル電流Is(NOx濃度出力)が変化する
が、上記の通りポンプセル電流Ipに基づき、酸素濃度
依存性を反映しつつセンサセル電流Isを補正すること
で、排ガス中の酸素濃度に応じて不用意にNOx濃度出
力が変動するといった問題が解消される。その結果、排
ガス中の酸素濃度の変化に関係なく、高精度なガス濃度
検出を実施することができる。
According to the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained. (A) When the pump cell 110 discharges oxygen, the porous diffusion layer 101 has a negative pressure corresponding to the oxygen content and NO from the outside.
Exhaust gas containing x flows in excess, and the sensor cell current Is (NOx concentration output) changes according to the gas inflow. As described above, the sensor cell current Is reflects the oxygen concentration dependency based on the pump cell current Ip as described above. Is corrected, the problem that the NOx concentration output fluctuates carelessly according to the oxygen concentration in the exhaust gas is solved. As a result, highly accurate gas concentration detection can be performed regardless of changes in the oxygen concentration in the exhaust gas.

【0094】(b)センサ構造から一意的に決定される
構造定数Kaと、NOx感度から決定される補正係数K
bを用いた演算式、 Isf=Is・Kb/(Ka・Ip+Kb) によりセンサセル電流Isを補正するようにした。これ
により、酸素濃度依存性を反映した補正が簡素に且つ正
確に実施できる。この場合、ポンプセル110での酸素
排気に伴い多孔質拡散層101内に負圧が生じ、それに
より排ガス(NOx成分)が過剰に流入しても、上記演
算式を用いることで過剰な排ガス流入分がキャンセルで
き、精度の良いNOx濃度出力が得られる。
(B) Structural constant Ka uniquely determined from sensor structure and correction coefficient K determined from NOx sensitivity
The sensor cell current Is is corrected by an arithmetic expression using b, Isf = Is · Kb / (Ka · Ip + Kb). Thereby, the correction reflecting the oxygen concentration dependency can be simply and accurately performed. In this case, even if a negative pressure is generated in the porous diffusion layer 101 due to the oxygen evacuation in the pump cell 110 and the exhaust gas (NOx component) excessively flows in due to the negative pressure, the excess exhaust gas Can be canceled, and an accurate NOx concentration output can be obtained.

【0095】(c)図2に見られるように、各セル11
0,120の負側端子を0V電圧から浮かすように構成
したので、各セルにおいて負電流を流すことが可能とな
る。例えば図2において、Va>Vc(>Ve)とする
ことで、負のセンサセル電流が流れる。従って、通常負
電流が流れにくく多孔質拡散層101内の酸素濃度のバ
ランスが崩れるリッチガスに対しても、多孔質拡散層1
01内のガス濃度を一定に保つ(例えば酸素濃度を常に
ストイキ状態に保つ)ことができる。その結果、リッチ
ガスの検出を可能にしてガス濃度の検出範囲を拡大させ
ると共に、リッチガスからリーンガスへの復帰に際し、
ガス濃度出力の応答遅れを改善することができる。
(C) As shown in FIG. 2, each cell 11
Since the negative terminals of 0 and 120 are configured to float from the 0V voltage, a negative current can flow in each cell. For example, in FIG. 2, by setting Va> Vc (> Ve), a negative sensor cell current flows. Accordingly, the porous diffusion layer 1 does not normally flow even with a rich gas in which a negative current hardly flows and the oxygen concentration in the porous diffusion layer 101 is out of balance.
01 can be kept constant (for example, the oxygen concentration can always be kept in a stoichiometric state). As a result, the detection range of the gas concentration is expanded by enabling the detection of the rich gas, and upon returning from the rich gas to the lean gas,
The response delay of the gas concentration output can be improved.

【0096】次に、本発明における第2〜第6の実施の
形態を説明する。但し、以下の各実施の形態の構成にお
いて、上述した第1の実施の形態と同等であるものにつ
いては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化
する。そして、以下には第1の実施の形態との相違点を
中心に説明する。
Next, second to sixth embodiments of the present invention will be described. However, in the configurations of the following embodiments, the same components as those of the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description is simplified. The following description focuses on differences from the first embodiment.

【0097】(第2の実施の形態)本実施の形態では、
酸素濃度依存性に関するNOx濃度出力(センサセル電
流)の補正をマップ演算を用いて行うこととし、その具
体的内容を図12のフローチャートに従い説明する。図
12のフローチャートは、前記図10の一部を変更した
ものであり、同図のステップ201〜206は共通の処
理を示す。
(Second Embodiment) In this embodiment,
Correction of the NOx concentration output (sensor cell current) relating to the oxygen concentration dependency is performed by using a map calculation, and the specific contents will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 12 is a partial modification of FIG. 10, and steps 201 to 206 in FIG. 12 show common processing.

【0098】要するに、各端子Vd,Vb,Ve,Vc
の電圧の読み込み、並びにポンプセル電流Ip及びセン
サセル電流Isの算出の後(ステップ201〜206の
実施後)、ステップ301では、図13の補正マップを
用い、前記算出したポンプセル電流Ipに基づいて補正
値ΔIsを求める。図13によれば、酸素濃度(ポンプ
セル電流Ip)が大きくなるほどマイナス側に補正され
るような補正値ΔIsが与えられる。なおこの場合、前
記第1の実施の形態で記載した演算式((1)式)に対
応する補正データをマッピングしておくとよい。
In short, each terminal Vd, Vb, Ve, Vc
After the reading of the voltage and the calculation of the pump cell current Ip and the sensor cell current Is (after execution of steps 201 to 206), in step 301, the correction value is calculated based on the calculated pump cell current Ip using the correction map of FIG. Find ΔIs. According to FIG. 13, a correction value ΔIs is given such that the larger the oxygen concentration (pump cell current Ip), the more negative the value. Note that, in this case, it is preferable to map correction data corresponding to the arithmetic expression (Expression (1)) described in the first embodiment.

【0099】その後、ステップ302では、前記算出し
たセンサセル電流Isと補正値ΔIsとを加算して補正
後のセンサセル電流Isfを算出する(Isf=Is+
ΔIs)。続くステップ303では、前記算出した補正
後のセンサセル電流IsfをNOx濃度出力としてD/
Aコンバータ又はシリアル通信により出力し、その後本
ルーチンを終了する。
Thereafter, in step 302, the corrected sensor cell current Isf is calculated by adding the calculated sensor cell current Is and the correction value ΔIs (Isf = Is +
ΔIs). In the subsequent step 303, the calculated corrected sensor cell current Isf is set as the NOx concentration output as D /
The output is performed by the A-converter or serial communication, and then this routine ends.

【0100】補正前後を比較すると、前記第1の実施の
形態と同様に、上記補正により酸素濃度依存性による影
響がキャンセルされる。つまり、補正前は図11(a)
に示されるように、酸素濃度の相違によりNOx濃度出
力(出力電流)が変動したのに対し、補正後は図11
(b)に示されるように、酸素濃度が相違してもNOx
濃度出力(出力電流)が変動することはなく、正確なN
Ox濃度出力が得られる。
Comparing before and after the correction, as in the first embodiment, the above-described correction cancels the influence of the oxygen concentration dependency. That is, before correction, FIG.
As shown in FIG. 11, the NOx concentration output (output current) fluctuated due to the difference in the oxygen concentration.
As shown in (b), even if the oxygen concentration is different, NOx
The density output (output current) does not fluctuate and an accurate N
An Ox concentration output is obtained.

【0101】以上第2の実施の形態によれば、既述した
第1の実施の形態と同様に、排ガス中の酸素濃度の変化
に関係なく、高精度なガス濃度検出を実施することがで
きる。特に本実施の形態では、酸素濃度依存性を反映し
て排ガス中の酸素濃度と補正値ΔIsとの関係を予め記
憶しておき、前記記憶した酸素濃度依存性に関する補正
値ΔIsに従いセンサセル電流Isを補正するので、酸
素濃度依存性に応じた補正が簡易的に実施できる。
As described above, according to the second embodiment, similarly to the above-described first embodiment, highly accurate gas concentration detection can be performed irrespective of a change in the oxygen concentration in the exhaust gas. . In particular, in the present embodiment, the relationship between the oxygen concentration in the exhaust gas and the correction value ΔIs is stored in advance to reflect the oxygen concentration dependence, and the sensor cell current Is is calculated according to the stored correction value ΔIs relating to the oxygen concentration dependence. Since the correction is performed, the correction according to the oxygen concentration dependency can be easily performed.

【0102】前記図13の補正データは、排ガス中の酸
素濃度が高くなるほど、センサセル電流Isをマイナス
側に補正するので、例えば排ガス中の酸素濃度が高いた
めに多孔質拡散層101に負圧が生じて外部から排ガス
(NOx)が余分に流入する際にも、その余分の排ガス
流入分に応じた補正が実施でき、結果として高精度なガ
ス濃度検出が可能となる。
The correction data in FIG. 13 corrects the sensor cell current Is to the negative side as the oxygen concentration in the exhaust gas increases. For example, since the oxygen concentration in the exhaust gas is high, a negative pressure is applied to the porous diffusion layer 101. Even when extra exhaust gas (NOx) flows in from outside, correction according to the extra exhaust gas inflow can be performed, and as a result, highly accurate gas concentration detection becomes possible.

【0103】(第3の実施の形態)上記第1,第2の実
施の形態では、NOx電流補正回路300をマイクロコ
ンピュータにて構成し、同マイクロコンピュータによる
演算にてNOx濃度出力(センサセル電流)の補正を実
施したが、本実施の形態では他の構成として、ハードウ
エアによるNOx電流補正回路の実現例を提案する。な
お他の構成は前記第1の実施の形態に準ずる。
(Third Embodiment) In the first and second embodiments, the NOx current correction circuit 300 is constituted by a microcomputer, and the NOx concentration output (sensor cell current) is calculated by the microcomputer. In the present embodiment, an example of realizing a NOx current correction circuit using hardware is proposed as another configuration. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

【0104】図14は、NOx電流補正回路300の電
気的構成を示す回路図である。図14において、NOx
電流補正回路300は、ポンプセル電流処理回路301
と、センサセル電流処理回路302と、ポンプセル電流
Ipに応じて補正定数を決定するための可変抵抗303
及び抵抗304と、ポンプセル電流Ipに応じてセンサ
セル電流Isを補正するための増幅回路305と、セン
サセル電流処理回路302と増幅回路305との間に設
けられる抵抗306,307とから構成される。
FIG. 14 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the NOx current correction circuit 300. In FIG. 14, NOx
The current correction circuit 300 includes a pump cell current processing circuit 301
, A sensor cell current processing circuit 302, and a variable resistor 303 for determining a correction constant according to the pump cell current Ip.
And a resistor 304, an amplifier circuit 305 for correcting the sensor cell current Is according to the pump cell current Ip, and resistors 306 and 307 provided between the sensor cell current processing circuit 302 and the amplifier circuit 305.

【0105】ポンプセル電流処理回路301は、ポンプ
セル電流Ipを検出するための電流検出抵抗213(前
記図2参照)の両端子電圧Vd,Vbを取り込み、ポン
プセル電流Ipに相当する電圧(Vd−Vb)を出力す
る。同電流処理回路301から出力される電圧(Vd−
Vb)により可変抵抗303の抵抗値が調整され、該調
整される可変抵抗303の抵抗値と抵抗304の抵抗値
とにより、増幅回路305の増幅率(補正定数)が決定
される。このとき、ポンプセル電流Ipが大きいほど、
可変抵抗303の抵抗値が小さい値に調整されて増幅率
が低下される。また、ポンプセル電流Ipが小さいほ
ど、可変抵抗303の抵抗値が大きい値に調整されて増
幅率が増大される。
The pump cell current processing circuit 301 takes in both terminal voltages Vd and Vb of the current detection resistor 213 (see FIG. 2) for detecting the pump cell current Ip, and obtains a voltage (Vd-Vb) corresponding to the pump cell current Ip. Is output. The voltage (Vd−
The resistance value of the variable resistor 303 is adjusted by Vb), and the amplification factor (correction constant) of the amplifier circuit 305 is determined by the adjusted resistance value of the variable resistor 303 and the resistance value of the resistor 304. At this time, as the pump cell current Ip is larger,
The resistance value of the variable resistor 303 is adjusted to a small value, and the amplification factor is reduced. Further, as the pump cell current Ip is smaller, the resistance value of the variable resistor 303 is adjusted to a larger value, and the amplification factor is increased.

【0106】一方、センサセル電流処理回路302は、
センサセル電流Isを検出するための電流検出抵抗22
3(前記図2参照)の両端子電圧Ve,Vcを取り込
み、センサセル電流Isに相当する電圧(Ve−Vc)
を出力する。同電流処理回路302から出力される電圧
(Ve−Vc)は抵抗306,307の分圧点を介して
増幅回路305の非反転入力端子に出力される。そし
て、電圧(Ve−Vc)は増幅回路305の増幅率に応
じて増幅(補正)された後、当該増幅回路305からN
Ox濃度出力(信号SG3)として出力される。
On the other hand, the sensor cell current processing circuit 302
Current detection resistor 22 for detecting sensor cell current Is
3 (refer to FIG. 2), the two terminal voltages Ve and Vc are taken in, and the voltage (Ve-Vc) corresponding to the sensor cell current Is
Is output. The voltage (Ve−Vc) output from the current processing circuit 302 is output to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 305 via the voltage dividing points of the resistors 306 and 307. Then, the voltage (Ve−Vc) is amplified (corrected) according to the amplification factor of the amplifier circuit 305,
It is output as an Ox concentration output (signal SG3).

【0107】要するに、センサセル電流処理回路302
から出力される電圧(Ve−Vc)、すなわちセンサセ
ル電流Isは、ポンプセル電流処理回路301から出力
される電圧(Vd−Vb)、すなわちポンプセル電流I
pにより補正されることとなる。
In short, the sensor cell current processing circuit 302
(Ve−Vc), ie, the sensor cell current Is, is the voltage (Vd−Vb) output from the pump cell current processing circuit 301, ie, the pump cell current I.
It will be corrected by p.

【0108】以上の構成によれば、酸素濃度依存性に応
じてNOx濃度出力を補正するガス濃度検出装置を、ハ
ードウエアにより実現することが可能となる。以上第3
の実施の形態によれば、既述した第1,第2の実施の形
態と同様に、排ガス中の酸素濃度の変化に関係なく、高
精度なガス濃度検出を実施することができる。また、ガ
ス濃度検出装置をハードウエアにて実現することで、時
々刻々と変化するガス濃度信号が連続的に得られる。
According to the above configuration, a gas concentration detecting device that corrects the NOx concentration output in accordance with the oxygen concentration dependency can be realized by hardware. Third
According to the embodiment, similarly to the above-described first and second embodiments, highly accurate gas concentration detection can be performed regardless of a change in the oxygen concentration in the exhaust gas. Further, by realizing the gas concentration detection device by hardware, a gas concentration signal that changes every moment can be continuously obtained.

【0109】(第4の実施の形態)既述の通り上記ガス
濃度センサ100では、排ガス中の酸素をポンプセル1
10で完全に排出することができないため、NOx濃度
に応じた電流と残留酸素量に応じたオフセット電流との
加算電流がセンサセル120で検出される。このオフセ
ット電流は、前記図6に示すセンサセル特性の「A1」
に相当する電流であり、残留酸素が無ければ発生しない
が、ガス濃度センサの個体差や劣化度合に応じて変化す
ることからNOx検出精度を悪化させる原因となる。
(Fourth Embodiment) As described above, in the gas concentration sensor 100, oxygen in the exhaust gas is
Since the exhaust gas cannot be exhausted completely at 10, an added current of the current according to the NOx concentration and the offset current according to the residual oxygen amount is detected by the sensor cell 120. This offset current corresponds to “A1” of the sensor cell characteristic shown in FIG.
And does not occur if there is no residual oxygen, but it changes according to the individual difference and the degree of deterioration of the gas concentration sensor, which causes deterioration of NOx detection accuracy.

【0110】具体的には図21の破線に示すように、N
Ox濃度出力(出力電流)のオフセット電流はセンサセ
ル120での残留酸素量に応じてばらつき、それにより
精度の高いNOx濃度検出ができない。
Specifically, as shown by the broken line in FIG.
The offset current of the Ox concentration output (output current) fluctuates according to the residual oxygen amount in the sensor cell 120, so that highly accurate NOx concentration detection cannot be performed.

【0111】そこで本実施の形態では、オフセット電流
に起因するNOx濃度出力の検出精度悪化を抑制すべ
く、図15に示すガス濃度検出装置を提案する。図15
において、センサ制御回路250は、酸素濃度検出手段
210とNOx濃度検出手段260とを備える。酸素濃
度検出手段210は前記図1と同様の構成を有し、酸素
濃度に応じた電流を検出してそれを信号SG1として図
示しない外部装置に出力する。
Therefore, in the present embodiment, a gas concentration detecting device shown in FIG. 15 is proposed in order to suppress the deterioration of the detection accuracy of the NOx concentration output due to the offset current. FIG.
, The sensor control circuit 250 includes an oxygen concentration detecting means 210 and a NOx concentration detecting means 260. The oxygen concentration detecting means 210 has a configuration similar to that of FIG. 1, detects a current corresponding to the oxygen concentration, and outputs it as a signal SG1 to an external device (not shown).

【0112】NOx濃度検出手段260は、前記図1と
同様に、NOx濃度に応じた電流を検出してそれを信号
SG2としてNOx電流補正回路310に出力し、さら
に同図1との相違点として、後述のNOx電流補正回路
310から入力される信号SG4に従いセンサセル12
0の印加電圧を制御する。
The NOx concentration detecting means 260 detects a current corresponding to the NOx concentration and outputs it as a signal SG2 to the NOx current correction circuit 310 in the same manner as in FIG. , The sensor cell 12 according to a signal SG4 input from a NOx current correction circuit 310 described later.
The applied voltage of 0 is controlled.

【0113】補正手段としてのNOx電流補正回路31
0は、残留酸素量に応じたオフセット電流を検出すると
共に、該検出したオフセット電流によりNOx電流誤差
を補正し、補正後のNOx濃度に応じた出力を信号SG
5として図示しない外部装置に出力する。
NOx current correction circuit 31 as correction means
0 detects an offset current corresponding to the residual oxygen amount, corrects a NOx current error with the detected offset current, and outputs an output corresponding to the corrected NOx concentration to a signal SG.
5 is output to an external device (not shown).

【0114】また本実施の形態では、残留酸素量に応じ
たオフセット電流を直接的に検出すべく、ガス濃度セン
サ100のセンサセル電極の構成を変更しており、以下
にその内容を説明する。
In the present embodiment, the structure of the sensor cell electrode of the gas concentration sensor 100 is changed in order to directly detect the offset current corresponding to the residual oxygen amount, and the details will be described below.

【0115】先述した図3のガス濃度センサ100で
は、ポンプ第1電極111、センサ第1電極121、セ
ンサ第2電極122がPt等の触媒活性の高い貴金属か
らなり、ポンプ第2電極112(ポンプセルの多孔質拡
散層側電極)のみがNOxガスを分解し難い、すなわち
NOxガスに不活性なAu−Pt等の貴金属からなって
いた。
In the above-described gas concentration sensor 100 shown in FIG. 3, the first pump electrode 111, the first sensor electrode 121, and the second sensor electrode 122 are made of a noble metal having a high catalytic activity such as Pt, and the second pump electrode 112 (the pump cell). Only the porous diffusion layer side electrode) is made of a noble metal such as Au-Pt which is hard to decompose the NOx gas, that is, inert to the NOx gas.

【0116】この場合、Au−Pt等の貴金属電極を有
するポンプセル電極(ポンプ第2電極112)は、前記
図5の破線に示すように所定値以上の電圧を印加するこ
とでNOxガスを分解する特徴がある。そこで本実施の
形態では、こうした電極特性を利用して、NOxガスを
分解し難いAu−Pt等の貴金属電極をセンサセル電極
(センサ第1電極121)にも採用し、残留酸素電流と
NOxガス電流とが区別できるセンサ構成を提案する。
In this case, the pump cell electrode (the second pump electrode 112) having a noble metal electrode such as Au-Pt decomposes NOx gas by applying a voltage higher than a predetermined value as shown by the broken line in FIG. There are features. Therefore, in the present embodiment, a noble metal electrode such as Au-Pt, which hardly decomposes NOx gas, is used for the sensor cell electrode (sensor first electrode 121) by utilizing such electrode characteristics, and the residual oxygen current and the NOx gas current are used. We propose a sensor configuration that can distinguish between.

【0117】より具体的には、ガス濃度センサ100の
電極を以下のように構成する。ポンプセル110の排ガ
ス側のポンプ第1電極111及びセンサセル120の大
気側のセンサ第2電極122を、Pt等の触媒活性の高
い貴金属で構成する一方、ポンプセル110の多孔質拡
散層101側のポンプ第2電極112及びセンサセル1
20の多孔質拡散層101側のセンサ第1電極121
を、NOxガスに不活性な(NOxガスを分解し難い)
Au−Pt等の貴金属で構成する。
More specifically, the electrodes of the gas concentration sensor 100 are configured as follows. The pump first electrode 111 on the exhaust gas side of the pump cell 110 and the sensor second electrode 122 on the atmosphere side of the sensor cell 120 are made of a noble metal having high catalytic activity such as Pt, while the pump first electrode 111 on the porous diffusion layer 101 side of the pump cell 110 is formed. Two electrodes 112 and sensor cell 1
20 sensor first electrode 121 on the side of porous diffusion layer 101
Is inert to NOx gas (it is difficult to decompose NOx gas)
It is made of a noble metal such as Au-Pt.

【0118】上記の如くセンサ第1電極121をNOx
不活性電極に変更した場合、図16に示すセンサセル特
性が得られる。図16によれば、印加電圧線LX2によ
り比較的高い電圧が印加される時には、A1部分で示す
オフセット電流とA2部分で示すNOx分解電流とが流
れ、センサセル電流Isとして検出される電流値は「A
1+A2」となる。
As described above, the sensor first electrode 121 is connected to NOx
When the electrode is changed to the inactive electrode, the sensor cell characteristics shown in FIG. 16 are obtained. According to FIG. 16, when a relatively high voltage is applied by the applied voltage line LX2, the offset current indicated by the portion A1 and the NOx decomposition current indicated by the portion A2 flow, and the current value detected as the sensor cell current Is is “ A
1 + A2 ".

【0119】また、前記印加電圧線LX2よりも低電圧
側には別の印加電圧線LX3が設定される。この印加電
圧線LX3により比較的低い電圧が印加される時には、
A1部分で示すオフセット電流だけが流れてこのA1電
流値が検出される。
Further, another applied voltage line LX3 is set on the lower voltage side than the applied voltage line LX2. When a relatively low voltage is applied by the applied voltage line LX3,
Only the offset current indicated by A1 flows and the A1 current value is detected.

【0120】要するに、図16中の印加電圧線LX2を
用いてセンサセル印加電圧を制御することで、オフセッ
ト電流分を含むNOx濃度電流が検出される。また、印
加電圧線LX3を用いてセンサセル印加電圧を制御する
ことで、オフセット電流のみが検出される。従って、残
留酸素によるオフセット電流とNOx濃度に応じた検出
電流とを区別することが可能となる。なお、「A1+A
2」電流を検出する領域が請求項記載の「第1領域」に
相当し、「A1」電流のみを検出する領域が「第2電
流」に相当する。
In short, by controlling the sensor cell applied voltage using the applied voltage line LX2 in FIG. 16, the NOx concentration current including the offset current is detected. Further, by controlling the applied voltage of the sensor cell using the applied voltage line LX3, only the offset current is detected. Therefore, it is possible to distinguish between the offset current due to the residual oxygen and the detection current according to the NOx concentration. Note that “A1 + A
The area where the “2” current is detected corresponds to the “first area” in the claims, and the area where only the “A1” current is detected corresponds to the “second current”.

【0121】図17には、前記図15のセンサ制御回路
250についてその電気的構成を示す。図17の構成
は、前記図2に示すセンサ制御回路200の一部を変更
したものであり、その相違点としてNOx濃度検出手段
260内の増幅回路222にはNOx電流補正回路31
0からの信号SG4(センサセル指令電圧Vc)が入力
される。つまり、NOx電流補正回路310の信号SG
4により、センサセル印加電圧が制御される。
FIG. 17 shows the electrical configuration of the sensor control circuit 250 shown in FIG. The configuration of FIG. 17 is obtained by changing a part of the sensor control circuit 200 shown in FIG. 2. The difference is that the amplification circuit 222 in the NOx concentration detection means 260 has a NOx current correction circuit 31.
Signal SG4 (sensor cell command voltage Vc) from 0 is input. That is, the signal SG of the NOx current correction circuit 310
4 controls the sensor cell applied voltage.

【0122】また図17の構成において、ガス濃度セン
サ100は、既述の通り残留酸素によるオフセット電流
とNOx濃度に応じた検出電流とを区別すべく、センサ
セル電極が変更されている。つまり、NOxガスに不活
性な(NOxガスを分解し難い)Au−Pt等の貴金属
でセンサ第1電極121が構成されている。
In the configuration shown in FIG. 17, the gas concentration sensor 100 has a modified sensor cell electrode in order to distinguish between an offset current due to residual oxygen and a detection current corresponding to the NOx concentration, as described above. That is, the sensor first electrode 121 is formed of a noble metal such as Au-Pt that is inert to the NOx gas (it is difficult to decompose the NOx gas).

【0123】NOx電流補正回路310は、図18に示
す通りCPU及びA/D,D/Aコンバータを備えるマ
イクロコンピュータで構成され、各A/Dコンバータ
(A/D21,A/D22)には前記図17中の各端子
Ve,Vcの電圧が各々入力される。CPUは、各端子
Ve,Vcの電圧(信号SG2)に基づいてセンサセル
電流Isを演算すると共に、該センサセル電流Isに対
応するセンサセル指令電圧Vcを信号SG4としてD/
Aコンバータ(D/A21)から出力する。
The NOx current correction circuit 310 is composed of a microcomputer having a CPU and A / D and D / A converters as shown in FIG. 18, and each A / D converter (A / D21, A / D22) has The voltages at the terminals Ve and Vc in FIG. 17 are respectively input. The CPU calculates the sensor cell current Is based on the voltages (signal SG2) of the terminals Ve and Vc, and sets the sensor cell command voltage Vc corresponding to the sensor cell current Is as a signal SG4 as D / D
Output from the A converter (D / A21).

【0124】また同CPUは、残留酸素によるNOx電
流誤差を補正し、補正後のNOx濃度出力を信号SG5
として、D/Aコンバータ(D/A22)を介して又は
シリアル通信を使って図示しない外部装置に出力する。
The CPU corrects a NOx current error caused by residual oxygen, and outputs the corrected NOx concentration output to a signal SG5.
Is output to an external device (not shown) via a D / A converter (D / A22) or using serial communication.

【0125】NOx電流補正回路310内のCPUによ
り実施されるNOx電流補正処理を図19及び図20の
フローチャートに従い説明する。図19,20のルーチ
ンは、図示しないメインルーチンの途中にて実施される
NOx電流補正サブルーチンである。
The NOx current correction processing executed by the CPU in the NOx current correction circuit 310 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. The routine of FIGS. 19 and 20 is a NOx current correction subroutine that is performed in the middle of a main routine (not shown).

【0126】先ず図19のステップ401,402で
は、前記図17の電流検出抵抗223の両端子電圧V
e,Vcを図18のA/D21,A/D22により各々
読み取り、続くステップ403では、センサセル電流I
sを算出する(Is=(Ve−Vc)/R2)。
First, in steps 401 and 402 in FIG. 19, both terminal voltages V of the current detection resistor 223 in FIG.
e and Vc are read by A / D21 and A / D22 in FIG. 18 respectively.
s is calculated (Is = (Ve−Vc) / R2).

【0127】ステップ404では、センサセル印加電圧
を設定するための印加電圧線(マップ)を、それまでの
図16中の「LX2」から「LX3」に切り替える。ま
た、ステップ405では、印加電圧線LX3上の所定の
電圧値を選び、その電圧値をセンサセル120に印加す
る。つまり、信号SG4としてのセンサセル指令電圧V
cをD/A21を介してセンサ制御回路250(NOx
濃度検出手段260)に出力する。
In step 404, the applied voltage line (map) for setting the applied voltage to the sensor cell is switched from "LX2" to "LX3" in FIG. In step 405, a predetermined voltage value on the applied voltage line LX3 is selected, and the voltage value is applied to the sensor cell 120. That is, the sensor cell command voltage V as the signal SG4
c to the sensor control circuit 250 (NOx
Output to the density detecting means 260).

【0128】印加電圧の切替後、所定時間(例えば数1
0〜200ms程度)だけ待ち、ステップ406,40
7では、再び電流検出抵抗223の両端子電圧Ve,V
cをA/D21,A/D22により各々読み取る(この
値を、Ve2,Vc2とする)。続くステップ408で
は、前記検出したVe2値及びVc2値からセンサセル
電流Is2を算出する(Is2=(Ve2−Vc2)/
R2)。
After switching the applied voltage, a predetermined time (for example,
(About 0 to 200 ms) and steps 406 and 40
7, both terminal voltages Ve and V of the current detection resistor 223 are again
c is read by A / D21 and A / D22, respectively (this value is Ve2, Vc2). In the following step 408, the sensor cell current Is2 is calculated from the detected Ve2 value and Vc2 value (Is2 = (Ve2-Vc2) /
R2).

【0129】その後、図20のステップ409では、図
16の印加電圧線LX3を用い、前記算出したセンサセ
ル電流Is2に対応するセンサセル120への目標印加
電圧を求める(マップ演算する)。さらにステップ41
0では、前記求めた目標印加電圧を指令電圧Vc(信号
SG4)として、D/A21を介してセンサ制御回路2
50(NOx濃度検出手段260)に出力する。ステッ
プ409,410によれば、オフセット電流Isoを検
出するための所望の電圧がセンサセル120に印加され
る。
Thereafter, in step 409 in FIG. 20, a target applied voltage to the sensor cell 120 corresponding to the calculated sensor cell current Is2 is calculated (map calculation) using the applied voltage line LX3 in FIG. Step 41
0, the obtained target applied voltage is set as a command voltage Vc (signal SG4), and the sensor control circuit 2 is connected via the D / A 21.
50 (NOx concentration detecting means 260). According to steps 409 and 410, a desired voltage for detecting the offset current Iso is applied to the sensor cell 120.

【0130】その後、所定時間(例えば数10〜200
ms程度)だけ待ち、ステップ411,412では、再
び電流検出抵抗223の両端子電圧Ve,VcをA/D
21,A/D22により各々読み取る(この値を、Ve
3,Vc3とする)。続くステップ413では、前記検
出したVe3値及びVc3値からオフセット電流Iso
を算出する(Iso=(Ve3−Vc3)/R2)。
Thereafter, for a predetermined period of time (for example,
ms), and in steps 411 and 412, the terminal voltages Ve and Vc of the current detection resistor 223 are again A / D
21 and A / D 22 (this value is expressed as Ve
3, Vc3). In the following step 413, the offset current Iso is calculated from the detected Ve3 value and Vc3 value.
Is calculated (Iso = (Ve3-Vc3) / R2).

【0131】その後、ステップ414では、前記算出し
たセンサセル電流Isからオフセット電流Isoを減算
して補正後センサセル電流Isfを算出する(Isf=
Is−Iso)。
Thereafter, in step 414, the corrected sensor cell current Isf is calculated by subtracting the offset current Iso from the calculated sensor cell current Is (Isf =
Is-Iso).

【0132】続くステップ415では、前記算出した補
正後のセンサセル電流IsfをNOx濃度出力(信号S
G5)としてD/Aコンバータ又はシリアル通信により
出力する。さらにステップ416では、印加電圧線を元
の「LX2」に戻し、その後本ルーチンを終了する。
In the following step 415, the calculated corrected sensor cell current Isf is output as NOx concentration output (signal S
G5) is output by a D / A converter or serial communication. Further, at step 416, the applied voltage line is returned to the original “LX2”, and then this routine is terminated.

【0133】因みに、オフセット電流Isoの変動幅が
比較的小さいことを考慮し、当該オフセット電流Iso
の検出に際してセンサセル印加電圧を固定値にしてもよ
い。この場合、ステップ409〜413の処理は不要と
なり、ステップ408にて算出したセンサセル電流Is
2がオフセット電流Isoとして用いられる(Is2=
Isoとする)。
In consideration of the fact that the fluctuation range of the offset current Iso is relatively small, the offset current Iso
May be set to a fixed value at the time of detection. In this case, the processing in steps 409 to 413 becomes unnecessary, and the sensor cell current Is calculated in step 408 is
2 is used as the offset current Iso (Is2 =
Iso).

【0134】なお本実施の形態では、図19,20のス
テップ404〜413により請求項記載のオフセット電
流検出手段が構成され、同ステップ404,405,4
09,410により電圧切替手段が構成される。
In this embodiment, steps 404 to 413 in FIGS. 19 and 20 constitute an offset current detecting means according to the present invention.
09 and 410 constitute voltage switching means.

【0135】以上第4の実施の形態によれば、以下の特
徴的な効果が得られる。 (イ)センサセルセル120付近に残留する酸素量に基
づきセンサセル電流Isを補正するようにしたので、セ
ンサの個体差や使用環境等によりセンサセル付近の残留
酸素量が変化する際に、当該残留酸素による影響が確実
に無効化される。その結果、センサセル120付近の残
留酸素量が変化しても、高精度なガス濃度検出を実施す
ることができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the following characteristic effects can be obtained. (A) Since the sensor cell current Is is corrected based on the amount of oxygen remaining in the vicinity of the sensor cell 120, when the amount of oxygen remaining in the vicinity of the sensor cell changes due to individual differences between sensors, the use environment, and the like, the amount of residual oxygen The effect is reliably nullified. As a result, even if the residual oxygen amount near the sensor cell 120 changes, highly accurate gas concentration detection can be performed.

【0136】図21では、NOx濃度出力(出力電流)
のオフセット電流が残留酸素量に応じてばらついてしま
い、NOx濃度の検出誤差が生じる旨を説明したが、上
記補正を行うことでオフセット電流変化の影響の無いN
Ox電流出力(例えば実線の出力)が得られる。
In FIG. 21, NOx concentration output (output current)
It has been described that the offset current varies according to the residual oxygen amount, and a detection error of the NOx concentration occurs.
An Ox current output (for example, a solid line output) is obtained.

【0137】(ロ)オフセット電流Isoを直接検出
し、該検出したオフセット電流Isoに基づいてセンサ
セル電流Isを補正するので、残留酸素量の影響がより
確実に排除できる。
(B) Since the offset current Iso is directly detected and the sensor cell current Is is corrected based on the detected offset current Iso, the influence of the residual oxygen amount can be more reliably eliminated.

【0138】(ハ)センサセル特性として、オフセット
電流成分とNOxガス成分との加算電流を検出する第1
領域(図16のA1+A2検出域)と、オフセット電流
成分のみを検出する第2領域(図16のA1検出域)と
を設け、第1領域で補正前のセンサセル電流Isを検出
すると共に、第2領域でオフセット電流Isoを検出
し、補正前のセンサセル電流Isをオフセット電流Is
oにより補正するようにした。この構成によれば、上記
第2領域を使うことで、オフセット電流Isoが簡易且
つ正確に直接計測でき、ひいてはガス濃度の検出精度が
向上する。
(C) As a sensor cell characteristic, a first method for detecting an added current of an offset current component and a NOx gas component is used.
An area (A1 + A2 detection area in FIG. 16) and a second area (A1 detection area in FIG. 16) for detecting only the offset current component are provided. In the first area, the sensor cell current Is before correction is detected and the second area is detected. In the region, the offset current Iso is detected, and the sensor cell current Is before correction is set to the offset current Is
o. According to this configuration, by using the second region, the offset current Iso can be directly measured simply and accurately, and the detection accuracy of the gas concentration is improved.

【0139】(ニ)第1領域でセンサセル電流Isを検
出する時と、第2領域でオフセット電流Isoを検出す
る時とでセンサセル印加電圧を選択的に切り替えるよう
にしたので、オフセット電流Isoが適正に検出でき、
ひいてはガス濃度の検出精度が向上する。
(D) Since the sensor cell applied voltage is selectively switched between when the sensor cell current Is is detected in the first region and when the offset current Iso is detected in the second region, the offset current Iso is appropriately adjusted. Can be detected,
As a result, the detection accuracy of the gas concentration is improved.

【0140】(ホ)ガス濃度検出装置に適用されるガス
濃度センサ100の電極構成として、多孔質拡散層10
1に対向する各セルの電極(ポンプ第2電極112,セ
ンサ第1電極121)を、NOxガスに対して不活性な
電極とし、それにより、オフセット電流成分とNOxガ
ス成分との加算電流を検出する第1領域と、オフセット
電流成分のみを検出する第2領域とをセンサセル特性上
に設けることとした。当該ガス濃度センサ100によれ
ば、前記第1領域だけを持つ既存のセンサに対し、新た
に第2領域を設けることで、第2セル付近の残留酸素量
に応じたオフセット電流が直接的に検出可能となる。従
って、残留酸素量に応じた補正を実施するガス濃度検出
装置において、好適なセンサが提供できる。
(E) As the electrode configuration of the gas concentration sensor 100 applied to the gas concentration detection device, the porous diffusion layer 10
The electrodes (the pump second electrode 112 and the sensor first electrode 121) of each cell opposed to 1 are electrodes inactive with respect to NOx gas, thereby detecting the added current of the offset current component and the NOx gas component. A first region for detecting the offset current component and a second region for detecting only the offset current component are provided on the sensor cell characteristics. According to the gas concentration sensor 100, the offset current according to the residual oxygen amount near the second cell is directly detected by newly providing the second region with respect to the existing sensor having only the first region. It becomes possible. Therefore, a suitable sensor can be provided in the gas concentration detection device that performs the correction according to the residual oxygen amount.

【0141】(第5の実施の形態)上記第4の実施の形
態では、オフセット電流を直接検出できるようにガス濃
度センサ100の電極構成を変更すると共に、センサセ
ル印加電圧を調整してオフセット電流を計測し、該計測
したオフセット電流に基づいてNOx濃度出力を補正し
たが、本実施の形態ではこの構成を変更する。
(Fifth Embodiment) In the fourth embodiment, the electrode configuration of the gas concentration sensor 100 is changed so that the offset current can be directly detected, and the offset current is adjusted by adjusting the voltage applied to the sensor cell. The NOx concentration output was corrected based on the measured offset current, but this configuration is changed in the present embodiment.

【0142】つまり、センサセル120に残留する酸素
量が相違すると、同センサセル120での起電力が変わ
ることに着目し、センサセル起電力を計測すると共に該
計測した起電力に基づいてNOx濃度出力を補正する。
In other words, focusing on the fact that when the amount of oxygen remaining in the sensor cell 120 differs, the electromotive force in the sensor cell 120 changes, the sensor cell electromotive force is measured, and the NOx concentration output is corrected based on the measured electromotive force. I do.

【0143】例えばセンサセル120での残留酸素が無
ければ、同センサセル120はストイキ状態になり、セ
ンサセル起電力が「約0.45V」となるのに対し、セ
ンサセル120での残留酸素が増えると、同センサセル
120はリーン状態になり、センサセル起電力が減少す
る。この場合、図26(a)に示されるように、センサ
セル起電力が相違することで実際のNOx濃度に対応す
るNOx濃度出力(出力電流)が変動する。例えばセン
サセル起電力が0.45Vの場合に対して同起電力が
0.2Vになると、NOx濃度が一定であってもNOx
濃度出力(出力電流)が増加してしまう。
For example, if there is no residual oxygen in the sensor cell 120, the sensor cell 120 enters a stoichiometric state, and the electromotive force of the sensor cell becomes “about 0.45 V”. The sensor cell 120 enters a lean state, and the sensor cell electromotive force decreases. In this case, as shown in FIG. 26A, the difference in sensor cell electromotive force causes the NOx concentration output (output current) corresponding to the actual NOx concentration to fluctuate. For example, if the sensor cell electromotive force is 0.45V and the same electromotive force becomes 0.2V, NOx
The density output (output current) increases.

【0144】これに対してセンサ起電力に応じた補正を
行うことで、図26(b)に示されるように、センサセ
ル起電力が0.45V→0.2Vと変わってもNOx濃
度出力が変動することはなく、正確なNOx濃度出力が
得られる。つまり、図26(a)に示す残留酸素による
影響が起電力補正によりキャンセルされることとなる。
On the other hand, by performing correction in accordance with the sensor electromotive force, as shown in FIG. 26B, even if the sensor cell electromotive force changes from 0.45 V to 0.2 V, the NOx concentration output fluctuates. And an accurate NOx concentration output can be obtained. That is, the effect of the residual oxygen shown in FIG. 26A is canceled by the electromotive force correction.

【0145】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
概要を図22のブロック図に示す。図22において、セ
ンサ制御回路270は、既述の酸素濃度検出手段210
及びNOx濃度検出手段220に加え、センサセル起電
力を検出するための起電力検出手段280を備える。起
電力検出手段280では、センサセル起電力の検出値を
信号SG6としてNOx電流補正回路320に出力す
る。
FIG. 22 is a block diagram showing an outline of the gas concentration detecting apparatus according to the present embodiment. In FIG. 22, the sensor control circuit 270 includes the oxygen concentration detecting means 210 described above.
And an NOx concentration detecting means 220, and an electromotive force detecting means 280 for detecting the sensor cell electromotive force. The electromotive force detection means 280 outputs the detected value of the sensor cell electromotive force to the NOx current correction circuit 320 as a signal SG6.

【0146】補正手段としてのNOx電流補正回路32
0は、起電力検出手段280による起電力検出値(信号
SG6)に基づいて、NOx濃度検出手段220による
NOx濃度検出値(信号SG2)を補正し、該補正後に
得られるNOx濃度出力を信号SG7として図示しない
外部装置に出力する。
NOx current correction circuit 32 as correction means
0 corrects the NOx concentration detection value (signal SG2) by the NOx concentration detection means 220 based on the electromotive force detection value (signal SG6) by the electromotive force detection means 280, and outputs the NOx concentration output obtained after the correction to the signal SG7. To an external device (not shown).

【0147】図23には、前記図22のセンサ制御回路
270についてその電気的構成を示す。図23の構成
は、前記図2に示すセンサ制御回路200の一部を変更
したものであり、その相違点として、NOx濃度検出手
段220内の増幅回路222と電流検出抵抗223との
間には常閉タイプのスイッチSW1が設けられる。ま
た、同スイッチSW1を開放又は閉鎖し、且つスイッチ
解放時にセンサセル起電力を計測するための起電力計測
回路281が設けられる。
FIG. 23 shows the electrical configuration of the sensor control circuit 270 shown in FIG. The configuration of FIG. 23 is obtained by changing a part of the sensor control circuit 200 shown in FIG. 2 described above. The difference is that the amplifier circuit 222 in the NOx concentration detection means 220 and the current detection resistor 223 are different from each other. A normally closed switch SW1 is provided. Further, an electromotive force measurement circuit 281 for opening or closing the switch SW1 and measuring the sensor cell electromotive force when the switch is opened is provided.

【0148】ここで、スイッチSW1及び起電力計測回
路281が前記図22の起電力検出手段280に相当す
る。また、スイッチSW1が請求項記載のスイッチ手段
に相当し、起電力計測回路281が計測手段に相当す
る。
Here, the switch SW1 and the electromotive force measurement circuit 281 correspond to the electromotive force detection means 280 in FIG. Further, the switch SW1 corresponds to the switch means in the claims, and the electromotive force measurement circuit 281 corresponds to the measurement means.

【0149】なお、本実施の形態では残留酸素量に応じ
たオフセット電流を直接的に計測する必要はなく、ガス
濃度センサ100の構成は前記第1〜第3の実施の形態
と同様に、各電極111,112,121,122のう
ち、ポンプ第2電極112のみがNOx不活性電極(A
u−Pt電極)となっている。
In this embodiment, it is not necessary to directly measure the offset current according to the residual oxygen amount, and the configuration of the gas concentration sensor 100 is the same as in the first to third embodiments. Of the electrodes 111, 112, 121 and 122, only the pump second electrode 112 is the NOx inactive electrode (A
u-Pt electrode).

【0150】前記起電力計測回路281とNOx電流補
正回路320とが何れもマイクロコンピュータで構成さ
れる場合において、その特徴的な処理を図24,図25
のフローチャートを参照しながら説明する。
When both the electromotive force measurement circuit 281 and the NOx current correction circuit 320 are constituted by microcomputers, the characteristic processing is shown in FIGS. 24 and 25.
This will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0151】起電力計測回路281内のCPUが図24
の処理を開始すると、ステップ501ではスイッチSW
1を開放し、続くステップ502では、センサ第2電極
122側の電圧(電流検出抵抗223の片側の端子電圧
Vc)をA/Dコンバータにより読み取る。次に、ステ
ップ503では、センサ第2電極122側の電圧Vc
(検出値)と、センサ第1電極121側の電圧Va(固
定値)との差から当該センサセル120の起電力(Vc
−Va)を算出する。
The CPU in the electromotive force measuring circuit 281 operates as shown in FIG.
Is started, at step 501, the switch SW
In step 502, the voltage on the sensor second electrode 122 side (the terminal voltage Vc on one side of the current detection resistor 223) is read by the A / D converter. Next, in step 503, the voltage Vc on the sensor second electrode 122 side is set.
(Detected value) and the voltage Va (fixed value) on the sensor first electrode 121 side, the electromotive force (Vc
-Va) is calculated.

【0152】次に、ステップ504では、前記算出した
センサセル起電力を信号SG6としてNOx電流補正回
路320に出力し、続くステップ505ではスイッチS
W1を閉鎖状態に戻す。
Next, in step 504, the calculated sensor cell electromotive force is output to the NOx current correction circuit 320 as a signal SG6.
Return W1 to the closed state.

【0153】一方、NOx電流補正回路320内のCP
Uが図25の処理を開始すると、ステップ601では、
例えば図27の関係を用い、センサセル起電力に応じて
補正値ΔIkを算出する。図27では、センサセル起電
力=0.45V(ストイキ状態)を境にそれよりも低電
圧側でマイナス側の補正値ΔIkが設定される。
On the other hand, CP in the NOx current correction circuit 320
When U starts the processing in FIG. 25, in step 601,
For example, the correction value ΔIk is calculated according to the sensor cell electromotive force using the relationship in FIG. In FIG. 27, a negative correction value ΔIk is set at a lower voltage side than the sensor cell electromotive force = 0.45 V (stoichiometric state).

【0154】次に、ステップ602では、その時々のセ
ンサセル電流Isに補正値ΔIkを加算して補正後セン
サセル電流Isfを算出する(Isf=Is+ΔI
k)。続くステップ603では、前記算出した補正後の
センサセル電流IsfをNOx濃度出力(信号SG7)
としてD/Aコンバータ又はシリアル通信により出力
し、その後本ルーチンを終了する。
Next, at step 602, the corrected sensor cell current Isf is calculated by adding the correction value ΔIk to the sensor cell current Is at that time (Isf = Is + ΔI
k). In the following step 603, the calculated corrected sensor cell current Isf is output as a NOx concentration output (signal SG7).
Is output by a D / A converter or serial communication, and then this routine ends.

【0155】但し起電力計測回路281とNOx電流補
正回路320とを同一のマイクロコンピュータで構成す
る場合、図24及び図25の処理は一連の処理として実
行されればよい。
However, when the electromotive force measurement circuit 281 and the NOx current correction circuit 320 are constituted by the same microcomputer, the processing in FIGS. 24 and 25 may be executed as a series of processing.

【0156】以上第5の実施の形態によれば、残留酸素
量の反映としてセンサセル起電力を検出し、該検出した
センサセル起電力に応じてセンサセル電流Isを補正す
るようにしたので、センサセル120付近の残留酸素量
が変化しても、高精度なガス濃度検出を実施することが
できる。
According to the fifth embodiment, the sensor cell electromotive force is detected as a reflection of the residual oxygen amount, and the sensor cell current Is is corrected according to the detected sensor cell electromotive force. Thus, even if the residual oxygen amount changes, highly accurate gas concentration detection can be performed.

【0157】(第6の実施の形態)上記第1〜第3の実
施の形態では、排ガス中の酸素濃度に応じてNOx濃度
出力が変動する、といった酸素濃度依存性を反映した補
正を行い、上記第4,第5の実施の形態では、センサセ
ルでの残留酸素の影響を反映した補正を行ったのに対
し、本実施の形態では、酸素濃度依存性を反映した補正
と、残留酸素の影響を反映した補正とを共に実施可能な
装置を提案する。
(Sixth Embodiment) In the above-described first to third embodiments, correction reflecting the oxygen concentration dependency such that the NOx concentration output fluctuates according to the oxygen concentration in the exhaust gas is performed. In the fourth and fifth embodiments, the correction reflecting the effect of the residual oxygen in the sensor cell is performed. In the present embodiment, the correction reflecting the oxygen concentration dependency and the effect of the residual oxygen are performed. A device that can implement both the correction and the reflection reflecting the above is proposed.

【0158】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
概要を図28のブロック図に示す。図28では前記図1
の構成との相違点として、補正手段としてのNOx電流
補正回路330は、酸素濃度依存性に応じた補正と、残
留酸素の影響に応じた補正とを実施し、それらの補正後
に得られるNOx濃度出力を信号SG8として図示しな
い外部装置に出力する。
FIG. 28 is a block diagram showing an outline of the gas concentration detecting device according to the present embodiment. In FIG. 28, FIG.
The difference from the configuration of the first embodiment is that the NOx current correction circuit 330 as the correction means performs a correction corresponding to the oxygen concentration dependency and a correction corresponding to the influence of the residual oxygen, and obtains the NOx concentration obtained after the correction. The output is output as a signal SG8 to an external device (not shown).

【0159】NOx電流補正回路330は、上記第1〜
第5の実施の形態における要件を適宜組み合わせて実現
するものであればよいが、ここではその一例を以下に記
す。図29は、NOx電流補正回路330(マイクロコ
ンピュータ)による演算処理を示すフローチャートであ
る。
The NOx current correction circuit 330 operates in the first to
What is necessary is just to realize by appropriately combining the requirements in the fifth embodiment. Here, an example is described below. FIG. 29 is a flowchart showing a calculation process by the NOx current correction circuit 330 (microcomputer).

【0160】図29において、ステップ701では、ポ
ンプセル電流Ip及びセンサセル電流Isを算出する。
続くステップ702では、ポンプセル電流Ipに基づい
て補正値ΔIsを算出する。この補正値ΔIsは酸素濃
度依存性による電流誤差を修正するものであって、例え
ば前記図13の関係を用いて算出する。なおここで、ス
テップ701は、前記図10のステップ201〜206
の処理に相当し、ステップ702は、前記図12のステ
ップ301の処理に相当する。
In FIG. 29, at step 701, the pump cell current Ip and the sensor cell current Is are calculated.
In the following step 702, a correction value ΔIs is calculated based on the pump cell current Ip. This correction value ΔIs corrects a current error due to oxygen concentration dependency, and is calculated using, for example, the relationship shown in FIG. Here, step 701 is equivalent to steps 201 to 206 in FIG.
Step 702 corresponds to the processing of step 301 in FIG.

【0161】さらに、ステップ703では、センサセル
120付近の残留酸素量に応じたオフセット電流Iso
を算出する。実際には、前記図19,20の処理を準用
し、同図のステップ401〜413の処理を実施してオ
フセット電流Isoを算出する。但し図19,20の処
理(第4の実施の形態)を適用するには、センサセル電
極の構成を一部変更する必要がある。つまり、ガス濃度
センサ100の各電極111,112,121,122
のうち、ポンプ第2電極112とセンサ第1電極121
とをNOx不活性電極(Au−Pt電極)として、残留
酸素量に応じたオフセット電流を直接的に計測できる構
成とする。
Further, at step 703, the offset current Iso corresponding to the residual oxygen amount near the sensor cell 120 is determined.
Is calculated. In practice, the offset current Iso is calculated by executing the processing of steps 401 to 413 of FIG. However, in order to apply the processing of FIGS. 19 and 20 (the fourth embodiment), it is necessary to partially change the configuration of the sensor cell electrode. That is, each electrode 111, 112, 121, 122 of the gas concentration sensor 100
Among them, the pump second electrode 112 and the sensor first electrode 121
Are used as NOx inactive electrodes (Au-Pt electrodes) so that the offset current according to the residual oxygen amount can be directly measured.

【0162】その後、ステップ704では、前記算出し
た補正値ΔIsとオフセット電流Isoに基づいてセン
サセル電流Isを補正する。すなわち、 Isf=Is+ΔIs−Iso といった演算式を用いて補正後のセンサセル電流Isf
を算出する。そしてステップ705では、補正後のセン
サセル電流IsfをNOx濃度出力としてD/Aコンバ
ータ又はシリアル通信により出力する。
Thereafter, in step 704, the sensor cell current Is is corrected based on the calculated correction value ΔIs and the offset current Iso. That is, the sensor cell current Isf after correction using an arithmetic expression such as Isf = Is + ΔIs−Iso
Is calculated. In step 705, the corrected sensor cell current Isf is output as a NOx concentration output by a D / A converter or serial communication.

【0163】他方で、酸素濃度依存性に応じた補正に際
し、補正値ΔIsのマップ演算に代えて、ガス濃度セン
サ100の構造から一意的に決定される構造定数Ka
と、NOx感度から算出される補正係数Kbとに基づく
演算式、 Isf=Is・Kb/(Ka・Ip+Kb) による補正を実施してもよい。すなわち、前記図29の
ステップ704において、上記演算式を用いてセンサセ
ル電流Isを補正する。実際には、 Isf=(Is−Iso)・Kb/(Ka・Ip+K
b) の演算を行って補正後のセンサセル電流Isfを求め
る。
On the other hand, in the correction according to the oxygen concentration dependency, the structure constant Ka uniquely determined from the structure of the gas concentration sensor 100 instead of the map calculation of the correction value ΔIs.
And an arithmetic expression based on the correction coefficient Kb calculated from the NOx sensitivity, and Isf = Is · Kb / (Ka · Ip + Kb). That is, in step 704 of FIG. 29, the sensor cell current Is is corrected using the above-mentioned arithmetic expression. Actually, Isf = (Is−Iso) · Kb / (Ka · Ip + K
b) is calculated to obtain the corrected sensor cell current Isf.

【0164】また、センサセル120付近の残留酸素の
影響を反映した補正として、例えば前記図27の関係を
用いてセンサセル起電力に応じた補正値ΔIkを求め、
該補正値ΔIkによりセンサセル電流Isを補正するこ
とも勿論可能である。
As a correction reflecting the effect of the residual oxygen near the sensor cell 120, a correction value ΔIk corresponding to the sensor cell electromotive force is obtained using, for example, the relationship shown in FIG.
It is of course possible to correct the sensor cell current Is using the correction value ΔIk.

【0165】以上第6の実施の形態によれば、酸素濃度
依存性を反映しつつセンサセル電流Isを補正する第1
補正と、センサセル付近の残留酸素量に基づいてセンサ
セル電流Isを補正する第2補正とを実施するので、酸
素濃度依存性の影響と残留酸素量の影響とが共に排除さ
れる。従って、排ガス中の酸素濃度が変化しても、或い
はセンサセル付近に残留する酸素量が変化しても、高精
度なガス濃度検出を実施することができる。
As described above, according to the sixth embodiment, the first method for correcting the sensor cell current Is while reflecting the oxygen concentration dependency.
Since the correction and the second correction for correcting the sensor cell current Is based on the residual oxygen amount near the sensor cell are performed, both the effect of the oxygen concentration dependency and the effect of the residual oxygen amount are eliminated. Therefore, even if the oxygen concentration in the exhaust gas changes or the amount of oxygen remaining near the sensor cell changes, highly accurate gas concentration detection can be performed.

【0166】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて具体化できる。 (他の形態1)上記各実施の形態では、マイクロコンピ
ュータを用いてポンプ電圧指令回路211及びセンサ電
圧指令回路221を構成したが(図7参照)、同指令回
路211,221をハードウエアにより構成してもよ
い。同指令回路211,221の回路構成を図30に示
す。但し、ポンプ電圧指令回路211とセンサ電圧指令
回路221とは同一構成で実現できるため、図30には
ポンプ電圧指令回路211の構成のみを図示する。
The embodiments of the present invention can be embodied in the following forms other than the above. (Other Embodiment 1) In each of the above embodiments, the pump voltage command circuit 211 and the sensor voltage command circuit 221 are configured using a microcomputer (see FIG. 7), but the command circuits 211 and 221 are configured by hardware. May be. FIG. 30 shows a circuit configuration of the instruction circuits 211 and 221. However, since the pump voltage command circuit 211 and the sensor voltage command circuit 221 can be realized by the same configuration, only the configuration of the pump voltage command circuit 211 is shown in FIG.

【0167】図30において、ポンプ電圧指令回路21
1は、基準電圧回路241、増幅回路242、増幅抵抗
245,246、LPF(ローパスフィルタ)243及
び電流検出回路247から構成される。電流検出回路2
47は、ポンプセル電流Ipを検出するための電流検出
抵抗213の両端子電圧Vd,Vbを取り込み、同電流
検出回路247で処理された電圧(Vd−Vb)が増幅
回路242の非反転入力端子に出力される。増幅回路2
42の反転入力端子は、増幅率を決定するための増幅抵
抗245及び246に接続される。増幅回路242の出
力端子には、抵抗243a及びコンデンサ243bから
なる一次のLPF243が接続され、そのLPF243
を介して指令電圧Vbが出力される。
Referring to FIG. 30, pump voltage command circuit 21
1 includes a reference voltage circuit 241, an amplification circuit 242, amplification resistors 245 and 246, an LPF (low-pass filter) 243, and a current detection circuit 247. Current detection circuit 2
47 takes in both terminal voltages Vd and Vb of the current detection resistor 213 for detecting the pump cell current Ip, and applies the voltage (Vd−Vb) processed by the current detection circuit 247 to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 242. Is output. Amplifier circuit 2
The inverting input terminal of 42 is connected to amplification resistors 245 and 246 for determining the amplification factor. A primary LPF 243 including a resistor 243a and a capacitor 243b is connected to an output terminal of the amplifier circuit 242, and the LPF 243
The command voltage Vb is output via.

【0168】ここで、基準電圧回路241は印加電圧線
LX1のオフセット電圧(0mA時の印加電圧)を生成
し、増幅回路242と増幅抵抗245,246は印加電
圧線LX1の傾き(ポンプセル電流増大に伴う印加電圧
の増大)を決定する。かかる場合、図5に示す印加電圧
線LX1に沿った印加電圧がポンプセル110に印加さ
れる。印加電圧線LX1によればポンプセル電流Ipの
増大に伴い印加電圧が増大するといった、ポジティブフ
ィードバックの系ができ、出力する印加電圧が発振しよ
うとするが、LPF243をフィードバック系の途中に
設けることで印加電圧の発振が防止される。以上のよう
な構成及び作用により、本装置の印加電圧制御をハード
ウエアにより実施することも可能となる。
Here, the reference voltage circuit 241 generates an offset voltage (applied voltage at 0 mA) of the applied voltage line LX1, and the amplifying circuit 242 and the amplifying resistors 245 and 246 generate the inclination of the applied voltage line LX1 (to increase the pump cell current). Accompanying increase in applied voltage). In such a case, an applied voltage along the applied voltage line LX1 shown in FIG. According to the applied voltage line LX1, a positive feedback system in which the applied voltage increases with an increase in the pump cell current Ip is formed, and the applied voltage to be output tends to oscillate. However, by providing the LPF 243 in the feedback system, Voltage oscillation is prevented. With the above configuration and operation, it is possible to control the applied voltage of the present apparatus by hardware.

【0169】(他の形態2)上記各実施の形態では、ポ
ンプセル110及びセンサセル120の共通の負側端子
(ポンプ第2電極112,センサ第1電極121)をG
ND電圧(0V電圧)よりも浮かした基準電圧Vaとし
たが、この構成を変更する。例えば一方のセル(例えば
図2のセンサセル120)の負側端子のみをGND電圧
から浮かすと共に他方のセル(図2のポンプセル11
0)の負側端子をGND接地させたり、或いは両方のセ
ルの負側端子をGND接地させてもよい。
(Other Embodiment 2) In each of the above embodiments, the common negative terminal (the pump second electrode 112 and the sensor first electrode 121) of the pump cell 110 and the sensor cell 120 is connected to the G
Although the reference voltage Va is higher than the ND voltage (0 V voltage), this configuration is changed. For example, only the negative terminal of one cell (for example, the sensor cell 120 in FIG. 2) is floated from the GND voltage, and the other cell (the pump cell 11 in FIG.
The negative terminal of 0) may be grounded to GND, or the negative terminals of both cells may be grounded to GND.

【0170】(他の形態3)上記第6の実施の形態で
は、酸素濃度依存性を反映した「第1補正」と、残留酸
素の影響を反映した「第2補正」とを共に実施する旨を
記載したが、当該装置の構成を以下の如く変更する。多
くの場合、第1補正は例えば排ガス中の酸素濃度変化に
応じて随時必要になるのに対し、第2補正はセンサの個
体差や経時変化が生じた際に必要となる。
(Other Embodiment 3) In the sixth embodiment, the "first correction" reflecting the oxygen concentration dependency and the "second correction" reflecting the effect of residual oxygen are both performed. However, the configuration of the device is changed as follows. In many cases, the first correction is required at any time according to, for example, a change in the oxygen concentration in the exhaust gas, whereas the second correction is required when an individual difference between sensors or a change with time occurs.

【0171】そこで、第1補正と第2補正との要否を各
々判断し、その判断結果に従い各補正を選択的に実施す
る。例えば第2補正は、センサ個体差や経時変化による
バラツキを解消する必要がある場合にのみ実施する。実
際には前記図29のルーチンにおいて、補正要否を最初
に判断し、その結果に従いステップ702,703によ
る補正を有効化又は無効化する。不要な処理は迂回すれ
ばよい。
Therefore, the necessity of the first correction and the second correction are determined, and each correction is selectively performed according to the determination result. For example, the second correction is performed only when it is necessary to eliminate variations due to individual sensor differences and aging. Actually, in the routine of FIG. 29, the necessity of correction is first determined, and the correction in steps 702 and 703 is enabled or disabled according to the result. Unnecessary processing may be bypassed.

【0172】或いは、第1補正を実施する頻度に対し第
2補正を実施する頻度を下げる。実際には、第1補正の
補正量(例えば前記図13に基づく補正値ΔIs)を算
出する頻度に対し、第2補正の補正量(例えばオフセッ
ト電流Iso)を算出する頻度を下げる。この場合、第
1補正の補正量算出を数msec周期で実施するのに対
し、第2補正の補正量算出を数sec周期で実施する。
又は、第2補正の補正量算出を、エンジンのイグニッシ
ョンキーがON操作されるタイミングでのみ実施する。
第2補正における補正量の算出頻度を下げる場合、当該
補正量をその都度バックアップメモリに記憶・更新し、
補正の実施時には同メモリの補正量データを読み出して
使用する。
Alternatively, the frequency of performing the second correction is lower than the frequency of performing the first correction. In practice, the frequency of calculating the correction amount of the second correction (for example, the offset current Iso) is lower than the frequency of calculating the correction amount of the first correction (for example, the correction value ΔIs based on FIG. 13). In this case, the correction amount calculation of the first correction is performed every several msec, while the correction amount calculation of the second correction is performed every several seconds.
Alternatively, the correction amount calculation of the second correction is performed only at the timing when the ignition key of the engine is turned ON.
When the frequency of calculating the correction amount in the second correction is reduced, the correction amount is stored and updated in the backup memory each time,
When performing the correction, the correction amount data in the same memory is read and used.

【0173】上記構成によれば、必要に則した補正が実
施でき、より一層適正なガス濃度検出装置が実現でき
る。この場合、例えばマイクロコンピュータを使う場合
にその演算負荷が軽減できる。
According to the above configuration, it is possible to carry out a correction as required, and a more appropriate gas concentration detecting device can be realized. In this case, for example, when a microcomputer is used, the calculation load can be reduced.

【0174】(他の形態4)2セル構造のガス濃度セン
サとして、その構成の一部を変更してもよい。例えば電
圧印加に伴い排ガス中の余剰酸素を排出しつつその酸素
濃度に応じた電流を流すポンプセルと、同じく電圧印加
に伴い余剰酸素排出後のガス成分からNOx濃度に応じ
た電流を流すセンサセルとを備える構成において、ポン
プセルとセンサセルとの設置場所を逆にする。つまり、
ポンプセルが多孔質拡散層101と大気ダクト102と
の間に設けられ、センサセルが多孔質拡散層101と排
ガス空間との間に設けられる。この場合にも、既述のガ
ス濃度センサ100と同様の原理でガス濃度が検出でき
る。
(Other Embodiment 4) As a gas concentration sensor having a two-cell structure, a part of the configuration may be changed. For example, a pump cell that discharges excess oxygen in exhaust gas while applying a voltage and supplies a current corresponding to the oxygen concentration while applying a voltage, and a sensor cell that also supplies a current corresponding to the NOx concentration from a gas component after the excess oxygen is discharged along with the application of a voltage. In the configuration provided, the installation locations of the pump cell and the sensor cell are reversed. That is,
A pump cell is provided between the porous diffusion layer 101 and the air duct 102, and a sensor cell is provided between the porous diffusion layer 101 and the exhaust gas space. Also in this case, the gas concentration can be detected by the same principle as the gas concentration sensor 100 described above.

【0175】なお、前記図6に示すセンサセル特性を得
るには、各セルの電極のうち、多孔質拡散層101側の
ポンプ電極のみをNOx不活性電極(NOxガスを分解
し難い電極)とする。また、前記図16に示すセンサセ
ル特性を得るには、各セルの電極のうち、多孔質拡散層
101側のポンプセル電極及びセンサセル電極をNOx
不活性電極(NOxガスを分解し難い電極)とする。
In order to obtain the sensor cell characteristics shown in FIG. 6, among the electrodes of each cell, only the pump electrode on the porous diffusion layer 101 side is a NOx inert electrode (an electrode which is difficult to decompose NOx gas). . In order to obtain the sensor cell characteristics shown in FIG. 16, among the electrodes of each cell, the pump cell electrode and the sensor cell electrode on the porous diffusion layer 101 side are connected to NOx.
Inactive electrodes (electrodes that are difficult to decompose NOx gas) are used.

【0176】(他の形態5)上記各実施の形態では、2
セル構造のガス濃度センサについてその具体例を示した
が、2セル構造のセンサ以外に、3セル構造のガス濃度
センサや、ポンプセルやセンサセルを複数に分割して設
け、それにより4個以上のセルを持つガス濃度センサに
も適用できる。以下には、3セル構造のガス濃度センサ
を用いたガス濃度検出装置への適用例を説明する。
(Other Embodiment 5) In each of the above embodiments, 2
A specific example of the gas concentration sensor having a cell structure has been described. In addition to the sensor having a two-cell structure, a gas concentration sensor having a three-cell structure, a pump cell and a sensor cell are provided by dividing into a plurality of cells, thereby providing four or more cells. It can also be applied to gas concentration sensors having Hereinafter, an example of application to a gas concentration detection device using a gas concentration sensor having a three-cell structure will be described.

【0177】図31を参照しつつ3セル構造のガス濃度
センサ400の一構成を説明する。ガス濃度センサ40
0は主要な構成として、排ガス中の酸素を排出すること
で酸素濃度を検出するポンプセル410(第1セル)
と、酸素分圧を検知するリファレンスセル430と、N
Oxガスを分解しその酸素イオンを排出することでNO
x濃度を検出するセンサセル420(第2セル)とを有
する。
One configuration of the gas concentration sensor 400 having a three-cell structure will be described with reference to FIG. Gas concentration sensor 40
0 is a main configuration, a pump cell 410 (first cell) for detecting oxygen concentration by discharging oxygen in exhaust gas.
A reference cell 430 for detecting the oxygen partial pressure;
NOx is decomposed by decomposing Ox gas and discharging its oxygen ions.
a sensor cell 420 (second cell) for detecting the x concentration.

【0178】エンジンから排出された排ガスは、第1多
孔質拡散層401を介して第1チャンバ405に導入さ
れる。ポンプセル410は、リファレンス第1電極43
1とリファレンス第2電極432との間の電圧によりモ
ニタしたリファレンスセル430の電圧に基づき、第1
チャンバ405内に存在する酸素をNOxが分解しない
レベルで汲み出し制御する。すなわち、ポンプ第1電極
411とポンプ第2電極412との間に電圧を印加する
ことで酸素が汲み出され、この時に流れる電流を計測す
ることで酸素濃度が検出される。
The exhaust gas discharged from the engine is introduced into the first chamber 405 via the first porous diffusion layer 401. The pump cell 410 includes the first reference electrode 43.
Based on the voltage of the reference cell 430 monitored by the voltage between the first and reference second electrodes 432, the first
The oxygen present in the chamber 405 is pumped and controlled at a level at which NOx is not decomposed. That is, oxygen is pumped by applying a voltage between the first pump electrode 411 and the second pump electrode 412, and the oxygen concentration is detected by measuring the current flowing at this time.

【0179】酸素が汲み出された排ガスは、第2多孔質
拡散層404を介して第2チャンバ406に導入され
る。第2チャンバ406内に存在するNOxガスは、セ
ンサセル420を用いて分解し汲み出されるように制御
される。すなわち、センサ第1電極421とセンサ第2
電極422との間に電圧を印加することでNOxガスが
汲み出され、この時に流れる電流値を計測することでN
Ox濃度が検出される。
The exhaust gas from which oxygen has been pumped out is introduced into the second chamber 406 via the second porous diffusion layer 404. The NOx gas present in the second chamber 406 is controlled to be decomposed and pumped out using the sensor cell 420. That is, the sensor first electrode 421 and the sensor second
NOx gas is pumped out by applying a voltage between the electrode 422 and the current flowing at this time is measured.
Ox concentration is detected.

【0180】例えば第1チャンバ405内の排ガスがリ
ーンである程(酸素が多く含まれる状態)、リファレン
スセル430の起電力が低減され、リファレンス第2電
極432の電圧は低下する。このとき、第1チャンバ4
05内の酸素がポンプセル410を介して排ガス側(図
の上側)に排出される。また、第1チャンバ405内の
排ガスの酸素濃度が非常に低い場合、リファレンスセル
430の起電力が上昇し、リファレンス第2電極432
の電圧が上昇する。このとき、第1チャンバ405内の
酸素の排出が少なくなる。その際のポンプセル電流を計
測することにより、排ガス中の酸素濃度が検出できる。
For example, as the exhaust gas in the first chamber 405 is leaner (a state where more oxygen is contained), the electromotive force of the reference cell 430 is reduced, and the voltage of the reference second electrode 432 is reduced. At this time, the first chamber 4
Oxygen in 05 is discharged to the exhaust gas side (upper side in the figure) through the pump cell 410. When the oxygen concentration of the exhaust gas in the first chamber 405 is extremely low, the electromotive force of the reference cell 430 increases, and the reference second electrode 432
Voltage rises. At this time, the discharge of oxygen in the first chamber 405 is reduced. By measuring the pump cell current at that time, the oxygen concentration in the exhaust gas can be detected.

【0181】一方、排ガス中の酸素を排出された後のガ
スは第2多孔質拡散層404を介して第2チャンバ40
6に導入される。センサセル420に所定の電圧が印加
されると、同センサセル420はNOxガスを分解し、
酸素イオンを第2チャンバ406から大気ダクト407
側に排出する。その際のセンサセル電流を計測すること
により、排ガス中のNOx濃度が検出できる。
On the other hand, the gas from which oxygen in the exhaust gas has been discharged is passed through the second porous diffusion layer 404 to the second chamber 40.
6 is introduced. When a predetermined voltage is applied to the sensor cell 420, the sensor cell 420 decomposes NOx gas,
Oxygen ions are transferred from the second chamber 406 to the air duct 407.
Discharge to the side. By measuring the sensor cell current at that time, the NOx concentration in the exhaust gas can be detected.

【0182】上記構成のガス濃度センサ400におい
て、演算式、 Isf=Is・Kb/(Ka・Ip+Kb) を用い、センサセル電流Isを補正する。上記センサ4
00の場合、第1,第2多孔質拡散層401,404と
第1,第2チャンバ405,406とが拡散抵抗部に相
当し、同拡散抵抗部の構造等から構造定数Kaを設定
し、センサセル420のNOx感度から補正係数Kbを
設定する。実際には、拡散抵抗部(部材401,404
〜406)における拡散係数と、同拡散抵抗部の形状及
び容積と、各セル410,420,430の電極位置と
により構造定数Kaを決定する。
In the gas concentration sensor 400 having the above-described configuration, the sensor cell current Is is corrected using the arithmetic expression: Isf = Is · Kb / (Ka · Ip + Kb). The above sensor 4
In the case of 00, the first and second porous diffusion layers 401 and 404 and the first and second chambers 405 and 406 correspond to diffusion resistance portions, and the structure constant Ka is set based on the structure of the diffusion resistance portions and the like. The correction coefficient Kb is set based on the NOx sensitivity of the sensor cell 420. Actually, the diffusion resistance portion (members 401 and 404)
To 406), the structural constant Ka is determined based on the diffusion coefficient, the shape and volume of the diffusion resistance portion, and the electrode positions of the cells 410, 420, and 430.

【0183】本実施の形態によれば、既述通り酸素濃度
依存性の影響がキャンセルされ、排ガス中の酸素濃度の
変化に関係なく、高精度なガス濃度検出を実施すること
ができる。その他に、第2〜第6の実施の形態で記載し
た補正手法と上記ガス濃度センサ400とを適宜組み合
わせて実施することも勿論可能である。
According to the present embodiment, as described above, the influence of the oxygen concentration dependence is canceled, and the gas concentration can be detected with high accuracy regardless of the change in the oxygen concentration in the exhaust gas. In addition, it is of course possible to implement the correction method described in the second to sixth embodiments in combination with the gas concentration sensor 400 as appropriate.

【0184】因みに、残留酸素量に応じたオフセット電
流を直接検出すべく、前記図16に示すセンサセル特性
を得るには、各セルの電極のうち、第1チャンバ405
側のポンプ第2電極412及び第2チャンバ406側の
センサ第1電極421をNOx不活性電極(NOxガス
を分解し難い電極)とすればよい。
Incidentally, in order to obtain the sensor cell characteristics shown in FIG. 16 in order to directly detect the offset current according to the residual oxygen amount, the first chamber 405 of the electrodes of each cell is required.
The pump second electrode 412 on the side and the sensor first electrode 421 on the side of the second chamber 406 may be a NOx inactive electrode (an electrode that hardly decomposes NOx gas).

【0185】(他の形態6)3セル構造のガス濃度セン
サ(NOxセンサ)として、図32の構成を適用しても
よい。図32のガス濃度センサ500において、酸素ポ
ンプセル510(第1セル)は、固体電解質SEAとそ
の両面の一対の電極511,512とからなる。固体電
解質SEA及び電極511,512には所定寸法のピン
ホール513が形成されている。符号514は多孔質保
護層である。
(Other Embodiment 6) As a gas concentration sensor (NOx sensor) having a three-cell structure, the structure shown in FIG. 32 may be applied. In the gas concentration sensor 500 of FIG. 32, the oxygen pump cell 510 (first cell) includes a solid electrolyte SEA and a pair of electrodes 511 and 512 on both surfaces thereof. A pinhole 513 having a predetermined size is formed in the solid electrolyte SEA and the electrodes 511 and 512. Reference numeral 514 is a porous protective layer.

【0186】酸素検知セル520は、固体電解質SEB
とその両面の一対の電極521,522からなる。電極
521は例えば多孔質Pt電極からなり、電極522は
酸素ポンプセル510の電極512と同様、NOxの還
元に対して不活性で且つ酸素の還元に対して活性である
ように電極で構成される。また、NOx検知セル530
(第2セル)は、前記酸素検知セル520と共通の固体
電解質SEBとその両面の一対の電極531,532か
らなる。電極531は例えば多孔質Pt電極からなり、
電極532はNOxの還元に対して活性な例えば多孔質
Pt電極からなる。
The oxygen sensing cell 520 has a solid electrolyte SEB
And a pair of electrodes 521 and 522 on both surfaces thereof. The electrode 521 is made of, for example, a porous Pt electrode, and the electrode 522 is made of an electrode, like the electrode 512 of the oxygen pump cell 510, so as to be inactive for NOx reduction and active for oxygen reduction. Also, the NOx detection cell 530
The (second cell) includes a solid electrolyte SEB common to the oxygen sensing cell 520 and a pair of electrodes 531 and 532 on both surfaces thereof. The electrode 531 is made of, for example, a porous Pt electrode,
The electrode 532 is formed of, for example, a porous Pt electrode that is active for NOx reduction.

【0187】固体電解質SEA,SEBの間には、連通
孔543を介して隣接する第1内部空間541及び第2
内部空間542が形成されている。固体電解質SEBの
裏面側には大気通路544が形成され、さらに各セルを
加熱するためのヒータ545が積層されている。
The first internal space 541 and the second internal space 541 adjacent to each other through the communication hole 543 are provided between the solid electrolytes SEA and SEB.
An internal space 542 is formed. An air passage 544 is formed on the back surface side of the solid electrolyte SEB, and a heater 545 for heating each cell is further laminated.

【0188】上記構成のガス濃度センサ500におい
て、排ガスはピンホール513を通って第1内部空間5
41に導入される。酸素検知セル520では電極52
1,522の両側の酸素濃度差に基づく起電力が発生す
る。この起電力の大きさを測定することで、第1の内部
空間541内の酸素濃度が検出される。
In the gas concentration sensor 500 having the above configuration, the exhaust gas passes through the pinhole 513 and passes through the first internal space 5.
41 is introduced. In the oxygen sensing cell 520, the electrode 52
An electromotive force is generated based on the oxygen concentration difference between the two sides of the first and the second 522. By measuring the magnitude of the electromotive force, the oxygen concentration in the first internal space 541 is detected.

【0189】酸素ポンプセル510では電極511,5
12間に電圧が印加されることで、第1内部空間541
内の酸素が出し入れされて同内部空間541内の酸素濃
度が所定の低濃度に制御される。酸素ポンプセル510
への通電量は、酸素検知セル520の電極521,52
2間に発生する起電力が所定の一定値となるようにフィ
ードバック制御される。ここで、第1内部空間541に
面する電極512,522はNOxの還元に対しては不
活性であるため、第1内部空間541内ではNOxは分
解されず、第1内部空間541内のNOx量が変化する
ことはない。
In the oxygen pump cell 510, the electrodes 511, 5
When a voltage is applied between the first internal space 541 and the first internal space 541,
Oxygen inside is taken in and out, and the oxygen concentration in the internal space 541 is controlled to a predetermined low concentration. Oxygen pump cell 510
The amount of electricity supplied to the electrodes 521 and 52
Feedback control is performed so that the electromotive force generated between the two becomes a predetermined constant value. Here, since the electrodes 512 and 522 facing the first internal space 541 are inactive with respect to the reduction of NOx, NOx is not decomposed in the first internal space 541 and NOx in the first internal space 541 is reduced. The amount does not change.

【0190】酸素ポンプセル510及び酸素検知セル5
20により一定の低酸素濃度となった排ガスは、連通孔
543を通って第2内部空間542内に導入される。第
2内部空間542に面するNOx検知セル530は、N
Oxに対して活性であるので、電極531,532間に
所定の電圧が印加されると電極532上でNOxが還元
分解され、酸素イオン電流が流れる。この電流値(セン
サセル電流Is)が測定されることで排ガス中に含まれ
るNOx濃度が検出される。
Oxygen pump cell 510 and oxygen detection cell 5
The exhaust gas having a constant low oxygen concentration due to 20 is introduced into the second internal space 542 through the communication hole 543. The NOx detection cell 530 facing the second internal space 542 has N
Since it is active against Ox, when a predetermined voltage is applied between the electrodes 531 and 532, NOx is reduced and decomposed on the electrode 532, and an oxygen ion current flows. By measuring this current value (sensor cell current Is), the concentration of NOx contained in the exhaust gas is detected.

【0191】上記構成のガス濃度センサ500におい
て、演算式、 Isf=Is・Kb/(Ka・Ip+Kb) を用い、センサセル電流Isを補正する。上記センサ5
00の場合、ピンホール513と、第1,第2内部空間
541,542と、連通孔543とが拡散抵抗部に相当
し、同拡散抵抗部の構造等から構造定数Kaを設定し、
NOx検知セル530のNOx感度から補正係数Kbを
設定する。実際には、拡散抵抗部(部材513,541
〜543)における拡散係数と、同拡散抵抗部の形状及
び容積と、各セル510,520,530の電極位置と
により構造定数Kaを決定する。
In the gas concentration sensor 500 having the above-described configuration, the sensor cell current Is is corrected using the arithmetic expression: Isf = Is · Kb / (Ka · Ip + Kb). The above sensor 5
In the case of 00, the pinhole 513, the first and second internal spaces 541, 542, and the communication hole 543 correspond to a diffusion resistance portion, and a structure constant Ka is set based on the structure of the diffusion resistance portion and the like.
The correction coefficient Kb is set based on the NOx sensitivity of the NOx detection cell 530. Actually, the diffusion resistance portion (members 513, 541)
To 543), the structural constant Ka is determined based on the diffusion coefficient, the shape and volume of the diffusion resistance portion, and the electrode positions of the cells 510, 520, and 530.

【0192】本実施の形態によれば、既述通り酸素濃度
依存性の影響がキャンセルされ、排ガス中の酸素濃度の
変化に関係なく、高精度なガス濃度検出を実施すること
ができる。その他に、第2〜第6の実施の形態で記載し
た補正手法と上記ガス濃度センサ500とを適宜組み合
わせて実施することも勿論可能である。
According to the present embodiment, the influence of the oxygen concentration dependence is canceled as described above, and highly accurate gas concentration detection can be performed regardless of the change in the oxygen concentration in the exhaust gas. In addition, it is of course possible to implement the correction method described in the second to sixth embodiments and the gas concentration sensor 500 appropriately in combination.

【0193】因みに、残留酸素量に応じたオフセット電
流を直接検出すべく、前記図16に示すセンサセル特性
を得るには、各セルの電極のうち、第1内部空間541
側の酸素ポンプセル電極512及び酸素検知セル電極5
22と、第2内部空間542側のNOx検知セル電極5
32とをNOx不活性電極(NOxガスを分解し難い電
極)とすればよい。
Incidentally, in order to obtain the sensor cell characteristics shown in FIG. 16 in order to directly detect the offset current according to the residual oxygen amount, the first internal space 541 of the electrodes of each cell is required.
Side oxygen pump cell electrode 512 and oxygen sensing cell electrode 5
22 and the NOx detection cell electrode 5 on the second internal space 542 side
32 may be a NOx inactive electrode (an electrode that hardly decomposes NOx gas).

【0194】(他の形態7)酸素濃度とNOx濃度とを
検出可能なガス濃度センサの他、酸素濃度とHC濃度又
はCO濃度とを検出可能なガス濃度センサにも適用でき
る。HC濃度又はCO濃度を検出する場合、ポンプセル
にて排ガス(被検出ガス)中の余剰酸素を排出し、セン
サセルにて余剰酸素排出後のガス成分からHC又はCO
を分解する。これにより、酸素濃度に加え、HC濃度又
はCO濃度が検出できる。
(Other Embodiment 7) The present invention is applicable not only to a gas concentration sensor capable of detecting the oxygen concentration and the NOx concentration, but also to a gas concentration sensor capable of detecting the oxygen concentration and the HC concentration or the CO concentration. When detecting the HC concentration or the CO concentration, excess oxygen in the exhaust gas (gas to be detected) is discharged by a pump cell, and HC or CO is extracted from a gas component after discharging the excess oxygen by a sensor cell.
Decompose. Thus, the HC concentration or the CO concentration can be detected in addition to the oxygen concentration.

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

【図1】第1の実施の形態においてガス濃度検出装置の
概要を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an outline of a gas concentration detection device according to a first embodiment.

【図2】センサ制御回路の電気的構成を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a sensor control circuit.

【図3】ガス濃度センサの構成を示す要部断面図。FIG. 3 is a sectional view of a main part showing a configuration of a gas concentration sensor.

【図4】ガス濃度センサの動作原理を説明するための
図。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation principle of the gas concentration sensor.

【図5】ガス濃度センサのポンプセル特性を示す図。FIG. 5 is a diagram showing pump cell characteristics of a gas concentration sensor.

【図6】ガス濃度センサのセンサセル特性を示す図。FIG. 6 is a diagram showing sensor cell characteristics of a gas concentration sensor.

【図7】ポンプ(センサ)電圧指令回路の構成を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a pump (sensor) voltage command circuit.

【図8】NOx電流補正回路の構成を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a NOx current correction circuit.

【図9】印加電圧制御手順を示すフローチャート。FIG. 9 is a flowchart showing an applied voltage control procedure.

【図10】NOx電流補正手順を示すフローチャート。FIG. 10 is a flowchart showing a NOx current correction procedure.

【図11】NOx濃度と出力電流との関係を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a relationship between NOx concentration and output current.

【図12】第2の実施の形態においてNOx電流補正手
順を示すフローチャート。
FIG. 12 is a flowchart showing a NOx current correction procedure in the second embodiment.

【図13】酸素濃度と補正値ΔIsとの関係を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a relationship between an oxygen concentration and a correction value ΔIs.

【図14】第3の実施の形態においてNOx電流補正回
路の電気的構成を示す回路図。
FIG. 14 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a NOx current correction circuit according to the third embodiment.

【図15】第4の実施の形態においてガス濃度検出装置
の概要を示すブロック図。
FIG. 15 is a block diagram illustrating an outline of a gas concentration detection device according to a fourth embodiment.

【図16】ガス濃度センサのセンサセル特性を示す図。FIG. 16 is a diagram showing sensor cell characteristics of a gas concentration sensor.

【図17】第4の実施の形態においてセンサ制御回路の
電気的構成を示す回路図。
FIG. 17 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a sensor control circuit according to a fourth embodiment.

【図18】NOx電流補正回路の構成を示す図。FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a NOx current correction circuit.

【図19】NOx電流補正手順を示すフローチャート。FIG. 19 is a flowchart showing a NOx current correction procedure.

【図20】図19に続き、NOx電流補正手順を示すフ
ローチャート。
FIG. 20 is a flowchart showing a NOx current correction procedure following FIG. 19;

【図21】NOx濃度と出力電流との関係を示す図。FIG. 21 is a diagram showing a relationship between NOx concentration and output current.

【図22】第5の実施の形態においてガス濃度検出装置
の概要を示すブロック図。
FIG. 22 is a block diagram illustrating an outline of a gas concentration detection device according to a fifth embodiment.

【図23】第5の実施の形態においてセンサ制御回路の
電気的構成を示す回路図。
FIG. 23 is a circuit diagram showing an electrical configuration of a sensor control circuit according to the fifth embodiment.

【図24】センサセル起電力の検出手順を示すフローチ
ャート。
FIG. 24 is a flowchart showing a procedure for detecting a sensor cell electromotive force.

【図25】NOx電流補正手順を示すフローチャート。FIG. 25 is a flowchart showing a NOx current correction procedure.

【図26】NOx濃度と出力電流との関係を示す図。FIG. 26 is a graph showing the relationship between NOx concentration and output current.

【図27】センサセル起電力と補正値ΔIkとの関係を
示す図。
FIG. 27 is a diagram showing a relationship between a sensor cell electromotive force and a correction value ΔIk.

【図28】第6の実施の形態においてガス濃度検出装置
の概要を示すブロック図。
FIG. 28 is a block diagram illustrating an outline of a gas concentration detection device according to a sixth embodiment.

【図29】NOx電流補正手順を示すフローチャート。FIG. 29 is a flowchart showing a NOx current correction procedure.

【図30】ポンプ電圧指令回路の構成を示す回路図。FIG. 30 is a circuit diagram showing a configuration of a pump voltage command circuit.

【図31】他の形態において3セル構造のガス濃度セン
サの要部を示す断面図。
FIG. 31 is a cross-sectional view showing a main part of a gas concentration sensor having a three-cell structure in another embodiment.

【図32】他の形態において3セル構造のガス濃度セン
サの要部を示す断面図。
FIG. 32 is a cross-sectional view showing a main part of a gas concentration sensor having a three-cell structure in another embodiment.

【図33】拡散抵抗部の構成を簡単なモデルで示す図。FIG. 33 is a view showing a configuration of a diffusion resistance section by a simple model.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…ガス濃度センサ、101…拡散抵抗部としての
多孔質拡散層、110…第1セルとしてのポンプセル、
111…ポンプ第1電極、112…ポンプ第2電極、1
20…第2セルとしてのセンサセル、121…センサ第
1電極、122…センサ第2電極、200,250,2
70…センサ制御回路、210…第1検出手段としての
酸素濃度検出手段、220,260…第2検出手段とし
てのNOx濃度検出手段、280…起電力検出手段、2
81…計測手段としての起電力計測回路、300,31
0,320,330…補正手段としてのNOx電流補正
回路、400…ガス濃度センサ、401…第1多孔質拡
散層、404…第2多孔質拡散層、405…第1チャン
バ、406…第2チャンバ、410…第1セルとしての
ポンプセル、420…第2セルとしてのセンサセル、5
00…ガス濃度センサ、513…ピンホール、541…
第1内部空間、542…第2内部空間、543…連通
孔、510…第1セルとしての酸素ポンプセル、530
…第2セルとしてのNOx検知セル、SW1…スイッチ
手段としてのスイッチ。
100: gas concentration sensor, 101: porous diffusion layer as a diffusion resistance part, 110: pump cell as a first cell,
111: pump first electrode, 112: pump second electrode, 1
20: sensor cell as a second cell, 121: sensor first electrode, 122: sensor second electrode, 200, 250, 2
70: sensor control circuit, 210: oxygen concentration detecting means as first detecting means, 220, 260 ... NOx concentration detecting means as second detecting means, 280 ... electromotive force detecting means, 2
81 ... Electromotive force measurement circuit as measurement means, 300, 31
0, 320, 330: NOx current correction circuit as correction means, 400: gas concentration sensor, 401: first porous diffusion layer, 404: second porous diffusion layer, 405: first chamber, 406: second chamber , 410... A pump cell as a first cell, 420... A sensor cell as a second cell, 5
00: gas concentration sensor, 513: pinhole, 541 ...
First internal space, 542: second internal space, 543: communication hole, 510: oxygen pump cell as the first cell, 530
... NOx detection cell as second cell, SW1. Switch as switch means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽田 聡 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 鈴木 敏行 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 中村 聡 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 平9−113482(JP,A) 特開 平9−113484(JP,A) 特開 平9−288084(JP,A) 特開 平9−288087(JP,A) 特開 平9−329578(JP,A) 特開 平9−318596(JP,A) 特開 平10−38845(JP,A) 特開 平10−90222(JP,A) 特開 平10−123094(JP,A) 特開 平10−142194(JP,A) 特開 平10−185866(JP,A) 特開 平10−227760(JP,A) 特開 平10−253586(JP,A) 特開 平10−267893(JP,A) 特開 平10−282053(JP,A) 特開 平11−2620(JP,A) 特開 平11−2621(JP,A) 特開 平11−14589(JP,A) 特開 平11−14592(JP,A) 特開 平11−14587(JP,A) 特開 平11−23523(JP,A) 特開 平11−37972(JP,A) 特開 平11−94794(JP,A) 特開 平8−27146(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/416 G01N 27/419 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Satoshi Haneda 1-1-1 Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Co., Ltd. 72) Inventor Satoshi Nakamura 14 Iwatani, Shimowakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Pref. Japan Automobile Parts Research Institute Co., Ltd. (56) References JP-A-9-288084 (JP, A) JP-A-9-288087 (JP, A) JP-A-9-329578 (JP, A) JP-A-9-318596 (JP, A) JP-A-10-38845 (JP, A) JP-A-10-90222 (JP, A) JP-A-10-129494 (JP, A) JP-A-10-142194 (JP, A) JP-A-10-185866 (JP, A) Kaihei 10-227760 (JP, A) JP-A-10-253586 (JP, A) JP-A-10-267893 (JP, A) JP-A-10-282053 (JP, A) JP-A-11-2620 (JP, A) JP-A-11-2621 (JP) JP-A-11-14589 (JP, A) JP-A-11-14592 (JP, A) JP-A-11-14587 (JP, A) JP-A-11-23523 (JP, A) 11-37972 (JP, A) JP-A-11-94794 (JP, A) JP-A-8-27146 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/416 G01N 27/419

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被検出ガスを内部空間内に導入するための
拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡散抵抗部を介し
て導入した被検出ガス中の酸素を分解し排出することに
より被検出ガス中の酸素濃度に応じた電流を流す酸素ポ
ンプセルと、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガ
スの酸素濃度を検出する酸素検知セルと、電圧印加に伴
、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガスからN
Ox、HC又はCOを分解し酸素イオンを排出すること
でNOx濃度、HC濃度又はCO濃度に応じた電流を流
す特定ガス検知セルとを備えるガス濃度センサを用いた
ガス濃度検出装置において、 前記酸素ポンプセルに流れる電流値を検出する第1検出
手段と、 前記特定ガス検知セルに流れる電流値を検出する第2検
出手段と、 前記第1検出手段により検出した電流値に基づいて、酸
素濃度依存性を反映しつつ前記第2検出手段により検出
した電流値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。
1. A diffusion resistance portion for introducing the gas to be detected within the interior space, with the voltage applied, via the diffusion resistance portion
To decompose the oxygen of the detected gas introduced Te discharged
An oxygen pump cell through which a current according to the oxygen concentration in the gas to be detected flows, and a gas after oxygen is exhausted by the oxygen pump cell.
An oxygen detection cell for detecting the oxygen concentration of oxygen, and N 2
Decompose Ox, HC or CO and discharge oxygen ions
In a gas concentration detection device using a gas concentration sensor including a specific gas detection cell that flows a current corresponding to the NOx concentration, the HC concentration, or the CO concentration , a first detection unit that detects a current value flowing through the oxygen pump cell; A second detection unit for detecting a current value flowing through the specific gas detection cell; a current value detected by the second detection unit while reflecting oxygen concentration dependency based on the current value detected by the first detection unit A gas concentration detecting device, comprising:
【請求項2】前記第1検出手段により検出した電流値を
Ip、前記第2検出手段により検出した電流値をIs、
補正後に得られる特定ガス検知セルの電流値をIsf、
前記ガス濃度センサの構造から一意的に決定される構造
定数をKa、前記特定ガス検知セルの検出感度から決定
される補正係数をKbとした時、 前記補正手段は、 Isf=Is・Kb/(Ka・Ip+Kb) の演算式で表される関係を用い、前記特定ガス検知セル
の電流値を補正する請求項1に記載のガス濃度検出装
置。
2. A current value detected by the first detecting means is Ip, a current value detected by the second detecting means is Is,
The current value of the specific gas detection cell obtained after the correction is Isf,
Assuming that a structural constant uniquely determined from the structure of the gas concentration sensor is Ka and a correction coefficient determined from the detection sensitivity of the specific gas detection cell is Kb, the correction means: Isf = Is · Kb / ( The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the current value of the specific gas detection cell is corrected using a relationship represented by an arithmetic expression of (Ka · Ip + Kb).
【請求項3】請求項2に記載のガス濃度検出装置におい
て、 前記構造定数は、前記拡散抵抗部における拡散係数と、
同拡散抵抗部の形状及び容積と、前記酸素ポンプセル,
特定ガス検知セルに設けられる電極の位置とにより決定
されるガス濃度検出装置。
3. The gas concentration detection device according to claim 2, wherein the structural constant is a diffusion coefficient in the diffusion resistance portion;
The shape and volume of the diffusion resistance part, and the oxygen pump cell,
A gas concentration detection device determined by the position of an electrode provided in a specific gas detection cell.
【請求項4】酸素濃度依存性を反映して被検出ガス中の
酸素濃度とそれに対応して必要となる補正データとの関
係を予め記憶しておき、 前記補正手段は、前記記憶した酸素濃度依存性に関する
補正データに従い、前記特定ガス検知セルの電流値を補
正する請求項1に記載のガス濃度検出装置。
4. The relation between the oxygen concentration in the gas to be detected and the correction data required corresponding to the oxygen concentration in advance reflecting the oxygen concentration dependence is stored in advance. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the current value of the specific gas detection cell is corrected according to the correction data on the dependency.
【請求項5】請求項4に記載のガス濃度検出装置におい
て、 前記記憶した補正データは、被検出ガス中の酸素濃度が
高くなるほど、前記特定ガス検知セルにより検出される
ガス濃度を低くするよう補正するものであるガス濃度検
出装置。
5. The gas concentration detection device according to claim 4, wherein the stored correction data decreases the gas concentration detected by the specific gas detection cell as the oxygen concentration in the detected gas increases. A gas concentration detection device to be corrected.
【請求項6】被検出ガスを内部空間内に導入するための
拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡散抵抗部を介し
て導入した被検出ガス中の酸素を分解し排出することに
より被検出ガス中の酸素濃度に応じた電流を流す酸素ポ
ンプセルと、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガ
スの酸素濃度を検出する酸素検知セルと、電圧印加に伴
、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガスからN
Ox、HC又はCOを分解し酸素イオンを排出すること
でNOx濃度、HC濃度又はCO濃度に応じた電流を流
す特定ガス検知セルとを備えるガス濃度センサを用いた
ガス濃度検出装置において、 前記特定ガス検知セル付近に残留する酸素量に基づい
て、当該特定ガス検知セルの電流値を補正する補正手段
を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。
6. A diffused resistor portion for introducing the gas to be detected within the interior space, with the voltage applied, via the diffusion resistance portion
To decompose the oxygen of the detected gas introduced Te discharged
An oxygen pump cell through which a current according to the oxygen concentration in the gas to be detected flows, and a gas after oxygen is exhausted by the oxygen pump cell.
An oxygen detection cell for detecting the oxygen concentration of oxygen, and N 2
Decompose Ox, HC or CO and discharge oxygen ions
In a gas concentration detection device using a gas concentration sensor including a specific gas detection cell that flows a current corresponding to the NOx concentration, the HC concentration or the CO concentration , based on the amount of oxygen remaining near the specific gas detection cell, A gas concentration detection device comprising a correction means for correcting a current value of a specific gas detection cell.
【請求項7】特定ガス検知セル付近での残留酸素量に応
じて当該特定ガス検知セルに流れるオフセット電流を検
出するオフセット電流検出手段を備え、 前記補正手段は、前記検出したオフセット電流に基づい
て特定ガス検知セルの電流値を補正する請求項6に記載
のガス濃度検出装置。
7. An offset current detecting means for detecting an offset current flowing through the specific gas detection cell in accordance with an amount of residual oxygen in the vicinity of the specific gas detection cell, wherein the correction means detects the offset current based on the detected offset current. The gas concentration detection device according to claim 6, wherein the current value of the specific gas detection cell is corrected.
【請求項8】前記特定ガス検知セルの出力特性として、
オフセット電流成分と前記酸素ポンプセルによる酸素排
出後の特定ガス成分との加算電流を検出する第1領域
と、オフセット電流成分のみを検出する第2領域とを設
け、 前記オフセット電流検出手段は、前記第2領域を用いて
オフセット電流を検出する請求項7に記載のガス濃度検
出装置。
8. An output characteristic of the specific gas detection cell,
A first region for detecting an addition current of an offset current component and a specific gas component after oxygen is exhausted by the oxygen pump cell; and a second region for detecting only an offset current component. The gas concentration detection device according to claim 7, wherein the offset current is detected using two regions.
【請求項9】前記特定ガス検知セルの出力特性として、
オフセット電流成分と前記酸素ポンプセルによる酸素排
出後の特定ガス成分との加算電流を検出する第1領域
と、オフセット電流成分のみを検出する第2領域とを設
け、前記第1領域で補正前の電流値を検出すると共に、
前記第2領域でオフセット電流を検出し、 前記補正手段は、前記検出した補正前の電流値をオフセ
ット電流により補正する請求項6に記載のガス濃度検出
装置。
9. The output characteristic of the specific gas detection cell is as follows:
A first region for detecting an addition current of an offset current component and a specific gas component after oxygen is exhausted by the oxygen pump cell; and a second region for detecting only an offset current component. Detect the value,
The gas concentration detection device according to claim 6, wherein an offset current is detected in the second region, and the correction unit corrects the detected current value before correction by an offset current.
【請求項10】請求項9に記載のガス濃度検出装置にお
いて、 補正前の電流値を検出する際には前記第1領域で電圧を
印加し、オフセット電流を検出する際には前記第2領域
で電圧を印加するよう、特定ガス検知セルの印加電圧を
選択的に切り替えるための電圧切替手段を備えるガス濃
度検出装置。
10. The gas concentration detecting apparatus according to claim 9, wherein a voltage is applied in said first area when detecting a current value before correction, and said second area is used when detecting an offset current. A gas concentration detection device comprising a voltage switching means for selectively switching an applied voltage of a specific gas detection cell so that a voltage is applied in the gas concentration detection device.
【請求項11】前記特定ガス検知セルの起電力を検出す
る起電力検出手段を備え、 前記補正手段は、前記検出した特定ガス検知セルの起電
力に応じて当該特定ガス検知セルの電流値を補正する請
求項6に記載のガス濃度検出装置。
11. An electromotive force detection means for detecting an electromotive force of the specific gas detection cell, wherein the correction means changes a current value of the specific gas detection cell according to the detected electromotive force of the specific gas detection cell. The gas concentration detection device according to claim 6, wherein the correction is performed.
【請求項12】請求項11に記載のガス濃度検出装置に
おいて、 前記起電力検出手段は、特定ガス検知セルに電圧を印加
する電気経路を開放するスイッチ手段と、該スイッチ手
段により特定ガス検知セルに電圧を印加する電気経路が
開放された時に、特定ガス検知セルに発生する起電力を
計測する計測手段とを有するガス濃度検出装置。
12. The gas concentration detecting device according to claim 11, wherein said electromotive force detecting means includes a switch for opening an electric path for applying a voltage to the specific gas detecting cell, and the specific gas detecting cell by the switch. And a measuring means for measuring an electromotive force generated in the specific gas detection cell when an electric path for applying a voltage to the cell is opened.
【請求項13】被検出ガスを内部空間内に導入するため
の拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡散抵抗部を介
して導入した被検出ガス中の酸素を分解し排出すること
により被検出ガス中の酸素濃度に応じた電流を流す酸素
ポンプセルと、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後の
ガスの酸素濃度を検出する酸素検知セルと、電圧印加に
伴い、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガスから
NOx、HC又はCOを分解し酸素イオンを排出するこ
とでNOx濃度、HC濃度又はCO濃度に応じた電流を
流す特定ガス検知セルとを備えるガス濃度センサを用い
たガス濃度検出装置において、 前記酸素ポンプセルに流れる電流値を検出する第1検出
手段と、 前記特定ガス検知セルに流れる電流値を検出する第2検
出手段と、 前記第1検出手段により検出した電流値に基づいて、酸
素濃度依存性を反映しつつ前記第2検出手段により検出
した電流値を補正する第1補正と、前記特定ガス検知セ
ル付近に残留する酸素量に基づいて、当該特定ガス検知
セルの電流値を補正する第2補正とを実施する補正手段
とを備えることを特徴とするガス濃度検出装置。
13. A gas to be detected an internal diffusion resistance portion for introducing into the space, with the voltage applied, via the diffusion resistance portion
Decompose and discharge oxygen in the detected gas introduced
An oxygen pump cell through which a current corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected flows, and after the oxygen is exhausted by the oxygen pump cell,
Oxygen detection cell for detecting the oxygen concentration of the gas, and with the application of voltage, from the gas after oxygen is exhausted by the oxygen pump cell.
Decompose NOx, HC or CO and release oxygen ions
And a gas concentration sensor using a gas concentration sensor having a specific gas detection cell for flowing a current corresponding to the NOx concentration, the HC concentration or the CO concentration. A second detection unit for detecting a current value flowing through the specific gas detection cell; and a current detected by the second detection unit while reflecting oxygen concentration dependency based on the current value detected by the first detection unit. A correction unit that performs a first correction that corrects a value and a second correction that corrects a current value of the specific gas detection cell based on the amount of oxygen remaining near the specific gas detection cell. Gas concentration detector.
【請求項14】請求項13に記載のガス濃度検出装置に
おいて、 前記補正手段は、第1補正と第2補正との要否を各々判
断し、その判断結果に従い各補正を選択的に実施するガ
ス濃度検出装置。
14. The gas concentration detecting device according to claim 13, wherein the correction means determines whether each of the first correction and the second correction is necessary, and selectively performs each correction according to the result of the determination. Gas concentration detector.
【請求項15】請求項13に記載のガス濃度検出装置に
おいて、 前記補正手段は、第1,第2補正の補正量を各々算出
し、その際、第1補正の補正量を算出する頻度に対し第
2補正の補正量を算出する頻度を下げるガス濃度検出装
置。
15. The gas concentration detection device according to claim 13, wherein the correction means calculates the first and second correction amounts, and at that time, the frequency at which the first correction amount is calculated. On the other hand, a gas concentration detection device that reduces the frequency of calculating the correction amount of the second correction.
【請求項16】被検出ガスを内部空間内に導入するため
の拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡散抵抗部を介
して導入した被検出ガス中の酸素を分解し排出すること
により被検出ガス中の酸素濃度に応じた電流を流す酸素
ポンプセルと、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後の
ガスの酸素濃度を検出する酸素検知セルと、電圧印加に
伴い、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガスから
NOx、HC又はCOを分解し酸素イオンを排出するこ
とでNOx濃度、HC濃度又はCO濃度に応じた電流を
流す特定ガス検知セルとを備えるガス濃度センサにおい
て、 前記特定ガス検知セルの出力特性として、オフセット電
流成分と前記酸素ポンプセルによる酸素排出後の特定ガ
ス成分との加算電流を検出する第1領域と、オフセット
電流成分のみを検出する第2領域とを設けたこと特徴と
するガス濃度センサ。
16. A gas to be detected an internal diffusion resistance portion for introducing into the space, with the voltage applied, via the diffusion resistance portion
To decompose and exhaust oxygen in the gas to be detected
An oxygen pump cell through which a current corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected flows, and after the oxygen is exhausted by the oxygen pump cell,
Oxygen detection cell for detecting the oxygen concentration of the gas, and with the application of voltage, from the gas after oxygen is exhausted by the oxygen pump cell.
Decompose NOx, HC or CO and release oxygen ions
NOx concentration in the, in the gas concentration sensor and a specific gas detection cell to flow a current corresponding to the HC concentration or CO concentration, as an output characteristic of the specific gas sensing cell, after oxygen discharge by the oxygen pump cell and the offset current component A gas concentration sensor comprising a first region for detecting an addition current with a specific gas component and a second region for detecting only an offset current component.
【請求項17】請求項16に記載のガス濃度センサにお
いて、 前記拡散抵抗部に対向する前記酸素ポンプセル,特定ガ
ス検知セルの各電極を、前記酸素ポンプセルによる酸素
排出後の特定ガス成分に対して不活性な電極としたガス
濃度センサ。
17. The gas concentration sensor according to claim 16, wherein each electrode of the oxygen pump cell and the specific gas detection cell facing the diffusion resistance section is adapted to a specific gas component after oxygen is exhausted by the oxygen pump cell . Gas concentration sensor with inert electrodes.
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