JP3609616B2 - 酸素濃度検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被測定ガス中に含まれる酸素の濃度を検出するための酸素濃度検出装置に係り、特に、固体電解質体に配設された一対の電極によるポンピング作用に基づいて、被測定ガスに含まれる酸素の濃度、或いは被測定ガス中の構成成分（例えば窒素酸化物等）に含まれる酸素の濃度を検出するようにした酸素濃度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、こうした酸素濃度検出装置に関する技術としては、例えば特開平９−２８８０８４号公報に記載された「窒素酸化物センサ」を挙げることができる。
【０００３】
この窒素酸化物センサは、ジルコニア（ＺｒＯ２ ）等の酸素イオンが通過可能な固体電解質材からなり、その内部には、被測定ガスが導入される第１室、拡散律速部を介して第１室と連通された第２室、大気が導入される基準ガス導入空間がそれぞれ形成されている。
【０００４】
第１室と外部とを区画する隔壁部分には、第１室内の酸素イオンを外部に汲み出す、即ちポンピングするための主ポンプセルが設けられており、第１室の内部に導入された被測定ガスは、この主ポンプセルのポンピングによって酸素分圧が極めて低い所定圧に制御されるようになっている。また、こうして酸素分圧が制御された被測定ガスは、拡散律速部を介して更に第２室に導入される。
【０００５】
第２室と基準ガス導入空間とを区画する隔壁部分には、第２室内の酸素イオンを基準ガス導入空間にポンピングするための測定用ポンプセルが設けられている。この測定用ポンプセルは、第２室の内面に設けられた検出電極と、基準ガス導入空間の内面に設けられた基準電極とにより構成されている。上記検出電極は、被測定ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ 」と略記する）の還元触媒としても機能するものであり、例えばロジウム（Ｒｈ）等によって形成されている。
【０００６】
上記構成を備えた窒素酸化物センサにあっては、第２室内に導入された被測定ガス中のＮＯｘ が検出電極によって還元分解されることにより、そのＮＯｘ の濃度に応じた量の酸素が生成される。そして、検出電極と基準電極との間に所定電圧が印加されることにより、その生成された酸素（酸素イオン）が検出電極から基準電極へとポンピングされ、これら両電極間にはポンプ電流が流れるようにようになる。従って、このポンプ電流の大きさを測定することにより、第２室内に存在する酸素の濃度が検出され、この酸素濃度から間接的に被測定ガス中に含まれるＮＯｘ の濃度を検出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両・船舶用エンジン等の内燃機関から排出される排出ガス中には、上記ＮＯｘ の他、通常、炭化水素（ＨＣ）等の、酸素と極めて反応性の高い成分（以下、「未燃成分」という）が含まれている。このため、こうした未燃成分を含んだ排出ガスの雰囲気下で上記窒素酸化物センサを使用した場合、検出電極に未燃成分が付着し、その付着した未燃成分が排出ガス中のＮＯｘ や検出電極のＮＯｘ 還元作用によって生じた酸素と反応してしまうことがあった。その結果、長期間の使用により検出電極に多量の未燃成分が付着するようなことがあると、排出ガスのＮＯｘ 濃度とポンプ電流値との相関性が大きく低下し、ＮＯｘ 濃度の検出精度の悪化を招くおそれがあった。
【０００８】
また、こうした検出精度の悪化は、上記のような窒素酸化物センサに限られず、例えば、排出ガス中に含まれる酸素そのものの濃度を検出するようにした酸素センサでも同様に発生し得る。即ち、こうした酸素センサにおいても、検出電極に多量の未燃成分が付着することがあると、各電極間でポンピングされるはずの酸素が検出電極に付着した未燃成分と反応してしまい、ポンプ電流値が本来の値よりも減少してしまうおそれがあるからである。
【０００９】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定ガス中の未燃成分が酸素濃度測定用の電極に付着することに起因した検出精度の悪化を防止することのできる酸素濃度検出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、固体電解質体に第１の電極及び第２の電極が配設され、第１の電極に接触する被測定ガス中の酸素を当該第１の電極から固体電解質体を介して第２の電極に移動させるべく各電極間に電圧を印加するとともに、酸素の移動により各電極間に流れる電流値に基づいて被測定ガス中の酸素の濃度を検出するようにした酸素濃度検出装置において、固体電解質体を介して第１の電極へ酸素を移動させ第１の電極に付着している未燃成分と反応させるべく当該第１の電極との間で電極処理用電圧が印加される第３の電極と、所定の電圧印加条件が満たされたときにのみ前記第１の電極と前記第３の電極との間に前記電極処理用電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記被測定ガスは燃焼機器の排出ガスであり、前記電圧印加手段は前記被測定ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であることを前記電圧印加条件とし、前記燃焼機器に対する燃焼用燃料の供給が停止されているときに前記未燃成分の濃度が所定値以下であると判断するようにしている。
【００１３】
上記構成によれば、第１の電極と第３の電極間に電極処理用電圧が印加されることにより、第３の電極から固体電解質体を介して第１の電極へと酸素が移動する。そして、第１の電極に付着している未燃成分は、この移動した酸素と反応して燃焼し除去されるようになる。
【００１９】
また、所定の電圧印加条件が満たされたときにのみ第１の電極と第３の電極との間に電極処理用電圧を印加する電圧印加手段を備えるようにしている。
【００２０】
こうした構成によれば、電圧印加条件を適宜設定することにより、第１の電極に付着している未燃成分が適正なタイミングで除去されるようになる。
ところで、第１の電極の近傍に未燃成分を多量に含む被測定ガスが存在していると、第１の電極側に移動した酸素が第１の電極に付着している未燃成分と反応することなく、その被測定ガス中の未燃成分と反応してしまうことが懸念される。
【００２１】
そこで、電圧印加手段は被測定ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であることを前記電圧印加条件とするものとしている。このような構成によれば、第１の電極側に移動する酸素のうち、被測定ガス中の未燃成分と反応する酸素の量が減少するようになる。
【００２２】
更に、被測定ガスが燃焼機器の排出ガスである場合には、上記請求項１に記載した発明のように、電圧印加手段は燃焼機器に対する燃焼用燃料の供給が停止されているときに未燃成分の濃度が所定値以下であると判断する、といった構成とすることにより、また、被測定ガスが希薄燃焼を実行可能な燃焼機器の排出ガスである場合には、請求項２に記載した発明のように、電圧印加手段は燃焼機器における燃焼状態が希薄燃焼状態であるときに未燃成分の濃度が所定値以下であると判断する、といった構成とすることにより、被測定ガス、即ち排出ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であることが確実に判断され、その判断に基づいて第１の電極に付着している未燃成分の除去処理が実行されるようになる。尚、上記燃焼機器には、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関も含まれるものとする。
【００２３】
更に、請求項３に記載した発明は、第１の電極に対する未燃成分の付着量を被測定ガスと第１の電極との接触時間に基づいて推定する推定手段を更に備え、電圧印加手段は推定される未燃成分の付着量が所定量以上であることを電圧印加条件とするようにしている。
【００２４】
上記構成によれば、第１の電極に付着した未燃成分が所定量未満であって検出精度への影響が小さいときには、未燃成分の除去処理が実行されないようになる。
【００２５】
また、請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した酸素濃度検出装置において、電圧印加手段は推定手段により推定される未燃成分の付着量が所定量以上であり且つ未燃成分の濃度が所定値以下であることを電圧印加条件とするようにしている。
【００２６】
上記構成によれば、請求項３に記載した発明の作用に加えて、第１の電極側に移動する酸素のうち、被測定ガス中の未燃成分と反応する酸素の量が減少するようになる。
【００２７】
また、請求項５に記載した発明は、請求項３又は４に記載した酸素濃度検出装置において、被測定ガスは燃焼機器の排出ガスであり、推定手段は燃焼機器の作動時間及び始動回数の少なくとも一方に基づいて第１の電極に対する未燃成分の付着量を推定するものとしている。
【００２８】
第１の電極に付着する未燃成分の量は、同電極が燃焼機器の排出ガスに接触している時間、換言すれば、燃焼機器の作動時間が長くなるほど増大する。また、一般に、燃焼機器の始動時には、燃焼状態が不安定となって排出ガス中の未燃成分が増大する傾向があり、更に、始動性を向上させるために燃焼用燃料の供給量が増量された場合にはこの傾向が顕著となる。このため、第１の電極に付着している未燃成分の量は、燃焼機器の始動回数が多くなるほど、換言すれば、多量の未燃成分を含む排出ガスに接触している時間が長くなるほど増大する。
【００２９】
上記構成によれば、請求項３又は４に記載した発明の作用に加え、第１の電極に対する未燃成分の付着量との相関性が高い燃焼機器の作動時間及び始動回数の少なくとも一方に基づいて、第１の電極に対する未燃成分の付着量が容易に且つ正確に推定されるようになる。
また、請求項６に記載した発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、第３の電極は第２の電極と同一の電極として固体電解質体に配設されているものとしている。
更に、請求項７に記載した発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、第３の電極は第２の電極と各別の電極として固体電解質体に配設されているものとしている。
請求項８に記載した発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、固体電解質体は大気が導入される大気導入空間を有し、第３の電極は大気導入空間の大気に接触するように固体電解質体に配設されるものとしている。
このように構成すれば、請求項１乃至７のいずれかに記載した発明の作用に加えて、より多量の酸素が第３の電極から第１の電極へと移動するようになる。
請求項９に記載した発明は、第１の電極を被測定ガス中に含まれる窒素酸化物の還元触媒として機能する還元触媒材料により形成し、同第１の電極の還元作用に基づき窒素酸化物から分解される酸素が同第１の電極から固体電解質体を介して第２の電極に移動するときに各電極間に流れる電流値に基づいて被測定ガス中の酸素の濃度を検出するようにしている。
上記構成によれば、請求項１乃至８のいずれかに記載した発明の作用に加え、特に、第１の電極と第３の電極間に流れる電流値に基づいて排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度が検出されるようになる。
また、請求項１０に記載した発明のように、上記還元触媒材料は酸化触媒材料を所定量含む、といった構成とすれば、請求項９に記載した発明の作用に加えて、還元触媒材料に含まれる酸化触媒材料によって上記未燃成分と酸素との酸化反応が促進されるようになる。ここで、請求項１０に記載した発明の具体的な態様としては、請求項１１に記載した発明のように、還元触媒材料をロジウム、酸化触媒材料を白金とした構成が好ましい。
更に、請求項１２に記載した発明のように、ロジウムに対する白金の重量比を１〜５％とすることにより、ロジウムにおける還元作用の低下が極力抑えられたうえで、白金による未燃成分の酸化促進作用が確実に奏せられるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明に係る酸素濃度検出装置を窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ 」という）の濃度を検出するＮＯｘ 濃度検出装置として具体化した第１の実施形態について説明する。
【００３１】
図１は、車両用ガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略記する）１０、同エンジン１０に備えられた排出ガス再循環装置１９及びＮＯｘ 濃度検出装置をそれぞれ示す概略構成図である。
【００３２】
エンジン１０は、複数の燃焼室（図示略）を有するシリンダブロック１０ａ及びシリンダヘッド１０ｂと、各燃焼室に接続された吸気通路１１及び排気通路１２とを備えている。吸気通路１１には、同通路１１内を通過する吸入空気の量を調節するスロットルバルブ１６が設けられている。シリンダヘッド１０ｂには、デリバリパイプ１５を通じて燃料が供給されるインジェクタ２３が設けられている。排気通路１２の下流側部分には同通路１２を通過する排出ガスを浄化するための触媒コンバータ１７が設けられている。
【００３３】
上記エンジン１０において、インジェクタ２３から燃焼室内に高圧の燃料が噴射されると、その噴射燃料は吸気通路１１を通じて燃焼室内に導入された吸入空気と混合されて混合気となる。更に、この混合気は、点火プラグ（図示略）にて点火されることによって燃焼室内で燃焼される。
【００３４】
ここで、本実施形態のエンジン１０においては、その燃焼室における燃焼方式が、混合気の空燃比を理論空燃比に設定して燃焼を行う通常燃焼方式と、同空燃比を理論空燃比よりも大きい希薄空燃比に設定して燃焼を行う希薄燃焼方式との間で切り替えられるようになっている。こうした燃焼方式の切り替えは、エンジン１０の機関運転状態に基づいて行われる。
【００３５】
そして、燃焼室で燃焼された混合気は、排出ガスとして排気通路１２に導入され、触媒コンバータ１７を通過する際に、前記ＣＯ、ＮＯｘ 、ＨＣの各成分がそれぞれ浄化された後、大気中に排出される。
【００３６】
尚、この排出ガス中には、通常、二酸化炭素（ＣＯ２ ）、一酸化炭素（ＣＯ）、酸素（Ｏ２ ）、窒素酸化物（ＮＯｘ ）の他、炭化水素（ＨＣ）等の燃料の未燃成分が含まれている。また、排出ガス中における未燃成分の濃度は、上記燃焼方式によって大きく異なっている。即ち、燃焼室における燃焼方式として希薄燃焼方式が選択されている場合には、噴射燃料に対して吸入空気量が過剰な状態にあるため、燃焼方式として通常燃焼方式が選択されている場合と比較すると、その未燃成分の濃度は低下するようになる。
【００３７】
次に、排出ガス再循環装置（以下、「ＥＧＲ（ＥＧＲ：Ｅｘａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｒａｔｉｏｎ）装置」という）１９の構成について説明する。
このＥＧＲ装置１９は周知のように、排気通路１２を通過する排出ガスの一部を吸気通路１１に再循環させることにより、燃焼室（図示略）内の燃焼温度を低下させて、排出ガスに含まれるＮＯｘ の量（ＮＯｘ 濃度）を減少させるためのものである。
【００３８】
より詳細に説明すると、このＥＧＲ装置１９は、排気通路１２と吸気通路１１においてスロットルバルブ１６より下流側の部分とを接続するＥＧＲ通路２０、同ＥＧＲ通路２０の途中に設けられた制御弁２１、機関運転状態を検出するための各種センサ、及びこれら各種センサからの検出信号に基づいて制御弁２１の開度を制御する電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）３０によって構成されている。
【００３９】
前記制御弁２１は、ＥＧＲ通路２０を通じて再循環される排出ガス（ＥＧＲガス）の量（ＥＧＲ量）をその開度に応じて調節するためのものであり、例えばステッピングモータ等の開度調節用のアクチュエータを有して構成されている。
【００４０】
また、上記各種センサには、例えば、回転数センサ２２及びアクセルセンサ２４が含まれる。回転数センサ２２は、エンジン１０のクランクシャフト（図示略）近傍に設けられ、同クランクシャフトの回転速度、即ち機関回転数ＮＥに応じた検出信号をＥＣＵ３０に出力する。一方、アクセルセンサ２４は、運転者によって操作されるアクセルペダル１８の近傍に設けられ、同ペダル１８の踏込量、即ちアクセル開度ＡＣＣＰに応じた検出信号をＥＣＵ３０に出力する。
【００４１】
ＥＣＵ３０は、図１に示すように、演算処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）３１、各種制御プログラムや制御用関数データ等が予め記憶されるとともに、ＣＰＵ３１の演算処理結果等が記憶されるメモリ３２、各種センサからの検出信号が入力される入力回路３３、インジェクタ２３及び制御弁２１等を駆動するための駆動回路３４を備えている。
【００４２】
このように構成されたＥＧＲ装置１９において、ＥＣＵ３０は、機関回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＣＣＰに基づき目標となるＥＧＲ率（吸入空気量に対するＥＧＲ量の比）を算出するとともに、上記ＮＯｘ 濃度検出装置により検出される排出ガスのＮＯｘ 濃度に基づき実際のＥＧＲ率を推定する。そして、ＥＣＵ３０は、これら両者が等しくなるように、制御弁２１の開度をフィードバック制御することにより、ＥＧＲ率を運転状態に適合する値に調節する。尚、ＮＯｘ 濃度検出装置によるＮＯｘ 濃度の検出手順については後述する。
【００４３】
また、ＥＣＵ３０は、上記のようなＥＧＲ率に係る制御の他、スロットルバルブ１６の開度制御、燃料噴射制御、点火時期制御等を実行しており、これら各種制御の開始及び停止は、運転者により操作されるイグニッションスイッチ２８のオフ・オフ操作に基づいて行われている。
【００４４】
即ち、図１に示すように、ＥＣＵ３０には、イグニッションスイッチ２８が接続されており、同スイッチ２８から入力回路３３を通じてイグニッション信号ＩＧＳＷＴが入力されている。そして、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチ２８がオフ位置からオン位置に操作されることにより、イグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替わった時点から、上記各種制御を開始する。一方、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチ２８がオン位置からオフ位置に操作されることにより、イグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替わると、燃料噴射及び混合気の点火を中止してエンジン１０の運転を停止させるとともに、故障診断結果や制御学習値等をメモリ３２に書き込んだ後に各種制御を停止する。
【００４５】
次に、ＮＯｘ 濃度検出装置の構成について説明する。このＮＯｘ 濃度検出装置は、排出ガスのＮＯｘ 濃度を検出するためのＮＯｘ センサ５００と、同ＮＯｘ センサ５００と接続されて、その検出信号が入力されるとともに、同ＮＯｘ センサ５００の動作を制御する前記ＥＣＵ３０とにより構成されている。ＮＯｘ センサ５００は、その先端側部分が排気通路１２を通過する排出ガスと接触するように、同排気通路１２においてＥＧＲ通路２０の接続部分よりも下流側の部分に取り付けられている。
【００４６】
以下、このＮＯｘ センサ５００の構成について説明する。
図２は、ＮＯｘ センサ５００において排出ガスに接触する先端側部分の断面図である。また、図３は図２の３−３線に沿った断面図であり、図４は図２の４−４線に沿った断面図である。
【００４７】
これら各図に示すように、ＮＯｘ センサ５００は、全体が矩形板状をなし、ヒータ部５１０と同ヒータ部５１０上に積層された検出部５５０とを有して構成されている。
【００４８】
ヒータ部５１０は、検出部５５０を所定温度にまで加熱するためのものである。このヒータ部５１０は、第１の基板層５１１、この第１の基板層５１１の上面に積層された第２の基板層５１２、これら両基板層５１１，５１２の間に介在された発熱体５１３、同発熱体５１３を被覆する絶縁層５１４によって構成されている。上記各基板層５１１，５１２はいずれも、ジルコニア（ＺｒＯ２ ）等の酸素イオン伝導性を有した固体電解質材料によって形成されており、発熱体５１３は、白金（Ｐｔ）等の電導性材料によって形成されている。また、絶縁層５１４は、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）等の絶縁性セラミック材料により形成されている。
【００４９】
一方、検出部５５０は、第１のスペーサ層５５１、第１の固体電解質層５５２、第２のスペーサ層５５３、第２の固体電解質層５５４が上記第２の基板層５１２の上面に順次積層されることにより構成されている。これら各層５５１〜５５４はいずれも、ヒータ部５１０の各基板層５１１，５１２と同様の固体電解質材料によって形成されている。
【００５０】
図３に示すように、第２のスペーサ層５５３には、第１の矩形孔５５３ａ及び第２の矩形孔５５３ｂ、第１の矩形孔５５３ａと外部とを連通する第１の連通部５５３ｃ、両矩形孔５５３ａ，５５３ｂを連通する第２の連通部５５３ｄがそれぞれ形成されている。また、第１のスペーサ層５５１には矩形状の凹部５５１ａが形成されている。
【００５１】
第２の基板層５１２と第１の固体電解質層５５２との間には、基準ガス導入空間５６０が設けられている。この基準ガス導入空間５６０は、第２の基板層５１２の上面、前記凹部５５１ａの内壁面、第１の固体電解質層５５２の下面によって区画形成されており、その基端側部分（図２の右側部分）が開放されることにより、その内部に酸素分圧が既知の大気が基準ガスとして導入されるようになっている。
【００５２】
第１の固体電解質層５５２と第２の固体電解質層５５４との間には、第１室５６１、第２室５６２、第１の拡散律速孔５６３、及び第２の拡散律速孔５６４がそれぞれ設けられている。
【００５３】
第１の拡散律速孔５６３は、排出ガスが存在する外部と第１室５６１とを連通することにより、排出ガスを所定の拡散抵抗のもとで第１室５６１内に導入させるためのものであり、第１の固体電解質層５５２の上面、前記第１の連通部５５３ｃの内壁面、第２の固体電解質層５５４の下面によって区画形成されている。
【００５４】
第１室５６１は、第１の拡散律速孔５６３を通じて導入される排出ガスの酸素分圧を所定圧に調節するためのものであり、第１の固体電解質層５５２の上面、第１の矩形孔５５３ａの内壁面、第２の固体電解質層５５４の下面によって区画形成されている。
【００５５】
また、第２の拡散律速孔５６４は、第１室５６１及び第２室５６２を連通することにより、第１室５６１内の排出ガスを所定の拡散抵抗のもとで第２室５６２に移動させるためのものであり、第１の固体電解質層５５２の上面、第２の連通部５５３ｄの内壁面、第２の固体電解質層５５４の下面によって区画形成されている。
【００５６】
第２室５６２は、第１室５６１から導入される排出ガスのＮＯｘ 濃度を検出するためのものであり、第１の固体電解質層５５２の上面、第２の矩形孔５５３ｂの内壁面、第２の固体電解質層５５４の下面によって区画形成されている。
【００５７】
第２の固体電解質層５５４の下面において第１室５６１の内部に位置する部分には、Ｐｔ等の金属とＺｒＯ２ 等のセラミックスとからなる多孔質サーメット材料により矩形板状に形成された内側ポンプ電極５７０が設けられている。また、第２の固体電解質層５５４の上面において内側ポンプ電極５７０と対応する部分には、同内側ポンプ電極５７０と同様の多孔質サーメット材料により矩形板状に形成された外側ポンプ電極５７１が設けられている。
【００５８】
内側ポンプ電極５７０及び外側ポンプ電極５７１と、第２の固体電解質層５５４において両電極５７０，５７１に挟まれた部分とにより、第１室５６１と外部との間で酸素を移動（ポンピング）させるための主ポンプセル５７２が構成されている。
【００５９】
この主ポンプセル５７２において、内側ポンプ電極５７０と外側ポンプ電極５７１との間に制御電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ１が印加されると、その制御電圧Ｖｐ１の大きさに応じた量の酸素が第２の固体電解質層５５４を介して第１室５６１から外部に、或いは外部から第１室５６１にポンピングされる。従って、この制御電圧Ｖｐ１を制御することにより、第１室５６１内における酸素分圧（酸素濃度）を所望の値に調節することができる。
【００６０】
また、第１の固体電解質層５５２の上面において第２室５６２の内部に位置する部分には、検出電極５８０が設けられている。一方、第１の固体電解質層５５２の下面において検出電極５８０と対応する部分には、基準ガス導入空間５６０内の大気と接触する基準電極５８１が設けられている。
【００６１】
検出電極５８０は、基準電極５８１とともにポンピング電極として機能する他、ＮＯｘ 還元触媒としての機能を併せ有するものであり、ロジウム（Ｒｈ）に対して重量比が１〜５％のＰｔが均一に添加された金属と、ＺｒＯ２ 等のセラミックスとからなる多孔質サーメット材料によって矩形板状に形成されている。一方、基準電極５８１は、前記各ポンプ電極５７０，５７１と同様、Ｐｔ等の金属とＺｒＯ２ 等のセラミックスとからなる多孔質サーメット材料によって矩形板状に形成されている。
【００６２】
検出電極５８０及び基準電極５８１と、第１の固体電解質層５５２において両電極５８０，５８１に挟まれた部分とにより、第２室５６２と基準ガス導入空間５６０との間で酸素をポンピングするための測定用ポンプセル５８２が構成されている。
【００６３】
前述したように、第１室５６１において酸素分圧が所定圧に調節された排出ガスは、第２の拡散律速孔５６４を通じて第２室５６２に導入され、検出電極５８０に接触する。そして、この排出ガスが検出電極５８０の還元作用によって窒素（Ｎ２ ）とＯ２ とに分解されることにより、検出電極５８０の近傍における酸素分圧は排出ガス中に含まれるＮＯｘ 濃度に応じた圧力値となる。
【００６４】
更に、測定用ポンプセル５８２において、検出電極５８０と基準電極５８１との間に一定の検出用電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ２が印加されると、検出電極５８０近傍のＯ２ が酸素イオン（Ｏ２−）となって検出電極５８０から基準電極５８１にポンピングされる。その結果、検出電極５８０及び基準電極５８１間には、ＮＯｘ の還元分解によって生成されたＯ２ の濃度に応じたポンプ電流Ｉｐ２が流れるようになる。従って、このポンプ電流Ｉｐ２の値に基づいてＮＯｘ 濃度を検出することができる。
【００６５】
因みに、この場合、検出電極５８０近傍の酸素イオンを基準電極５８１にポンピングするため、検出用電圧Ｖｐ２は検出電極５８０を負極、基準電極５８１を正極として両電極５８０，５８１間に印加される。
【００６６】
また、内側ポンプ電極５７０及び基準電極５８１と、第２の固体電解質層５５４、第２のスペーサ層５５３、第１の固体電解質層５５２の各層とにより、第１室５６１内の酸素分圧を検出するための制御用酸素分圧検出セル５９０が構成されている。
【００６７】
この制御用酸素分圧検出セル５９０では、第１室５６１の排出ガスが内側ポンプ電極５７０に接触するとともに、基準ガス導入空間５６０の大気が基準電極５８１に接触することにより、これら排出ガスと大気との酸素分圧差に基づいた起電力Ｖ１が両電極５７０，５８１間に発生する。従って、この起電力Ｖ１の大きさに基づいて第１室５６１内の酸素分圧を検出することができる。
【００６８】
次に、ＮＯｘ 濃度検出装置によるＮＯｘ 濃度の検出手順について説明する。
ＮＯｘ 濃度の検出を開始するのに先立ち、ＥＣＵ３０は駆動回路３４を通じてヒータ部５１０の発熱体５１３を通電制御することにより、同発熱体５１３を発熱させ、その熱により検出部５５０を所定温度（例えば、４００〜９００℃）にまで加熱する。その結果、検出部５５０の各層５５１〜５５４は、酸素イオンが移動可能な状態、即ち、活性化された状態になる。
【００６９】
次に、ＥＣＵ３０は、駆動回路３４を通じて主ポンプセル５７２の内側ポンプ電極５７０及び外側ポンプ電極５７１間に制御電圧Ｖｐ１を印加するとともに、その制御電圧Ｖｐ１の大きさを制御用酸素分圧検出セル５９０の起電力Ｖ１に基づいて制御する。より具体的に説明すると、ＥＣＵ３０のメモリ３２には、第１室５６１内の酸素分圧が極めて低い所定値（例えば、１×１０＾−８ 〜１．７×１０＾−４ ａｔｍ）となるときの起電力Ｖ１の値が記憶されており、ＥＣＵ３０は、起電力Ｖ１がこの値と等しくなるように、制御電圧Ｖｐ１の大きさをフィードバック制御する。その結果、第１室５６１における排出ガスの酸素分圧は低下し、同第１室５６１から第２の拡散律速孔５６４を通じて第２室５６２に導入される排出ガスは、分子単体としての酸素を殆ど含まない状態となる。
【００７０】
更に、ＥＣＵ３０は、駆動回路３４を通じて測定用ポンプセル５８２の検出電極５８０及び基準電極５８１間に検出用電圧Ｖｐ２を印加するとともに、これら両電極間５８０，５８１に流れるポンプ電流Ｉｐ２を入力回路３３を通じて読み込む。前述したように、このポンプ電流Ｉｐ２は、ＮＯｘ の還元分解によって生成されたＯ２ の濃度に応じて変化するものであるため、ＥＣＵ３０は、このポンプ電流Ｉｐ２の大きさに基づいてＮＯｘ 濃度を検出することができる。
【００７１】
ところで、本実施形態のＮＯｘ センサ５００は、エンジン１０の排気通路１２に取り付けられているため、同エンジン１０の運転中は、ＨＣ等の未燃成分を含む排出ガスに常に晒された状態にある。このため、排出ガスに接触した総時間が長くなると、多量の未燃成分がＮＯｘ センサ５００の検出電極５８０に付着することがある。
【００７２】
そして、検出電極５８０に多量の未燃成分が付着すると、図５に示すように、その未燃成分（同図ではＨＣとして例示）と第２室５６２中のＮＯｘ （同図では一酸化窒素（ＮＯ）として例示）とが反応することにより、ＮＯｘ と比較して反応性が極めて低い、水蒸気（Ｈ２ ０）、ＣＯ２ 、Ｎ２ が生成されるようになる。その結果、これらＨ２ ＯやＣＯ２ は検出電極５８０によって還元されることは殆どないため、ポンプ電流Ｉｐ２が減少し、同ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ 濃度との相関性が低下することにより、ＮＯｘ 濃度検出の精度悪化を招くこととなる。
【００７３】
そこで、本実施形態のＮＯｘ 濃度検出装置では、こうした未燃成分を除去するための処理（以下、「未燃成分除去処理」という）を実行するようにしている。以下、この「未燃成分除去処理」に関する処理手順について説明する。
【００７４】
まず、ＥＣＵ３０は、この「未燃成分除去処理」を行うのに先立ち、ＮＯｘ 濃度の検出を一時的に停止する。即ち、ＥＣＵ３０は、主ポンプセル５７２に対する制御電圧Ｖｐ１の印加、測定用ポンプセル５８２に対する検出用電圧Ｖｐ２の印加、制御用酸素分圧検出セル５９０における起電力Ｖ１の検出、及び測定用ポンプセル５８２におけるポンプ電流Ｉｐ２の検出をいずれも停止する。
【００７５】
次に、ＥＣＵ３０は、駆動回路３４を通じて測定用ポンプセル５８２の各電極５８０，５８１間に、検出用電圧Ｖｐ２とはその極性が反転された所定の大きさ（例えば、０．５〜１．０Ｖ）の電極処理用電圧Ｖｒを連続的に印加する。この場合、電極処理用電圧Ｖｒは、検出電極５８０を正極、基準電極５８１を負極として両電極間５８０，５８１に印加される。そして、このように両電極５８０，５８１の間に電極処理用電圧Ｖｒが印加される結果、基準ガス導入空間５６０内の大気に含まれるＯ２ は、酸素イオンとなって基準電極５８１から検出電極５８０にポンピングされるようになる。このため、図６に示すように、検出電極５８０に付着している未燃成分（ＨＣ）は、検出電極５８０にポンピングされたＯ２ と反応（酸化）して燃焼し、Ｈ２ Ｏ及びＣＯ２ （気体）となって検出電極５８０から除去される。
【００７６】
従って、本実施形態によれば、上記のような「未燃成分除去処理」を定期的に実行することにより、排出ガス中の未燃成分が検出電極５８０に付着することに起因した検出精度の悪化を防止することができる。
【００７７】
また、本実施形態では、Ｐｔを含む多孔質サーメット材料により検出電極５８０を形成するようにしているが、このＰｔは、酸化反応速度を増大させる酸化触媒としての機能を有しているため、検出電極５８０にポンピングされたＯ２ と未燃成分との酸化反応が、このＰｔの触媒作用によって促進されるようになる。その結果、「未燃成分除去処理」に要する電力消費量を増大させることなく、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
【００７８】
ところで、検出電極５８０におけるＰｔの含有量が多い場合、上記のような酸化反応を促進させる点では有効であるものの、Ｒｈの還元作用がＰｔによって阻害されることから、ＮＯｘ センサ５００のＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が低下するおそれがある。一方、検出電極５８０におけるＰｔの含有量が少ない場合、こうしたＳ／Ｎ比の低下は抑えられるものの、未燃成分を十分に除去することができなくおそれがある。従って、ＮＯｘ センサ５００の本来の機能を維持しつつ、未燃成分を確実に除去するうえでは、検出電極５８０におけるＰｔの含有量、特に還元触媒であるＲｈに対するＰｔの重量比を適宜設定することが重要になる。
【００７９】
この点、本実施形態では、上記ＰｔのＲｈに対する重量比を１〜５％に設定するようにしている。従って、Ｒｈにおける還元作用の低下が極力抑えられたうえで、Ｐｔによる未燃成分の酸化促進作用が確実に奏せられるようになる。その結果、本実施形態によれば、還元作用の低下に起因した上記Ｓ／Ｎ比の低下を抑制しつつ、未燃成分を確実に除去することができる。
【００８０】
また、本実施形態の構成とは異なり、第２の固体電解質層５５４の上面に排出ガスに接触する別の電極を設け、この電極と検出電極５８０との間に電極処理用電圧Ｖｒを印加することにより、排出ガス中のＯ２ を検出電極５８０側にポンピングして、同電極５８０上の未燃成分を燃焼させることも可能である。しかしながら、こうした構成にあっては、排出ガス中に含まれるＯ２ が大気と比較して少ないため、短時間に多量のＯ２ を検出電極５８０側にポンピングするためには、電極処理用電圧Ｖｒを相対的に大きく設定しなければならず、「未燃成分除去処理」に要する電力消費量の増大を招くこととなる。
【００８１】
一方、本実施形態では、大気に接触する基準電極５８１と検出電極５８０との間に電極処理用電圧Ｖｒを印加することにより、その大気に含まれるＯ２ を検出電極５８０側にポンピングするようにしているため、こうした電力消費量を極力抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
【００８２】
次に、上記「未燃成分除去処理」を適切なタイミングで実行するための制御手順について説明する。
まず、「未燃成分除去処理」の実行時期を判定する際の判定手順について説明する。
【００８３】
図７は、ＥＣＵ３０により所定時間間隔毎の割込処理として実行される「除去処理時期判定ルーチン」の各処理を示すフローチャートである。
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ３０は、ステップ１００においてメモリ３２に記憶されている経過時間ＣＴＩＭＥ及び始動回数ＣＳＴＡＴをそれぞれ読み込む。
【００８４】
ここで、経過時間ＣＴＩＭＥは、「未燃成分除去処理」が終了してからのエンジン１０の総運転時間に相当するものであり、「未燃成分除去処理」が実行されていないときには「１」ずつインクリメントされ、同「未燃成分除去処理」が終了して所定時間が経過したときに「０」にリセットされるカウンタ値である。
【００８５】
また、始動回数ＣＳＴＡＴは、「未燃成分除去処理」が終了してからのエンジン１０の始動回数を示すものであり、エンジン１０が始動される度に「１」ずつインクリメントされ、「未燃成分除去処理」が終了して所定時間が経過したときに「０」にリセットされるカウンタ値である。尚、これら経過時間ＣＴＩＭＥ及び始動回数ＣＳＴＡＴの各値は、イグニッションスイッチ２８がオフ操作されてエンジン１０の運転が停止された後も、ＥＣＵ３０のメモリ３２に記憶保持されている。
【００８６】
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０２においてイグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替わったか否か、即ち、今回の制御周期がエンジン１０の始動時であるか否かを判断する。ここで始動時である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１０３において、前記始動回数ＣＳＴＡＴを「１」だけインクリメントする。このステップ１０３の処理を実行した後、又はステップ１０２において始動時ではない旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ１０４に移行する。
【００８７】
ステップ１０４において、ＥＣＵ３０は、前記始動回数ＣＳＴＡＴと判定値ＪＣＳＴＡＴとを比較する。ここで始動回数ＣＳＴＡＴが判定値ＪＣＳＴＡＴ未満である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ１０６に移行する。そして、ステップ１０６において、ＥＣＵ３０は、前記経過時間ＣＴＩＭＥと判定値ＪＣＴＩＭＥとを比較する。
【００８８】
ここで、上記各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥはいずれも、測定用ポンプセル５８２の検出電極５８０に付着した未燃成分が所定量以上に達したか否かを判断するためのものであり、未燃成分に対する検出電極５８０の親和性や排出ガスの成分特性等を考慮した実験によって求められ、予めメモリ３２に記憶されている値である。
【００８９】
エンジン１０の始動時には、燃焼室における燃焼状態が不安定となって排出ガス中の未燃成分が増大する傾向がある。特に、始動時においては燃焼状態を安定させるために、インジェクタ２３から噴射される燃料が始動完了後と比較して増量されることから、排出ガス中の未燃成分が更に増大するようになる。
【００９０】
このため、始動回数ＣＳＴＡＴが大きくなるほど、未燃成分を多く含む排出ガスが検出電極５８０に接触している時間が長くなることになるため、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が増大していると推定できる。
【００９１】
また、経過時間ＣＴＩＭＥに関しても同様に、同経過時間ＣＴＩＭＥが長くなるほど、検出電極５８０が排出ガスに接触している時間が長くなることから、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が増大していると推定できる。
【００９２】
従って、始動回数ＣＳＴＡＴや経過時間ＣＴＩＭＥが適宜求められた上記判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥ以上となった場合には、未燃成分の付着量が所定量に達したものと判断することができる。即ち、ステップ１０４において始動回数ＣＳＴＡＴが判定値ＪＣＳＴＡＴ以上である旨判断された場合や、ステップ１０６において経過時間ＣＴＩＭＥが判定値ＪＣＴＩＭＥ以上である旨判断された場合はいずれも、ＥＣＵ３０は、未燃成分の付着量が所定量に達したものとして、処理をステップ１１０に移行する。
【００９３】
ステップ１１０において、ＥＣＵ３０は、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「０」に設定されている否かを判断する。この除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶは、「未燃成分除去処理」を開始する条件が満たされているか否かを判断するためのものであり、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が増大していると判断されたとき（ステップ１０４，１０６で否定判断されたとき）に「１」に設定され、「未燃成分除去処理」が終了して所定時間が経過したときに「０」に設定されるフラグである。
【００９４】
ステップ１１０において除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「０」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１１２において、この除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶを「１」に設定する。一方、ステップ１１０において除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００９５】
これに対して、ステップ１０６において経過時間ＣＴＩＭＥが判定値ＪＣＴＩＭＥ未満である旨判断された場合、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が未だ所定量に達していないものとして、ＥＣＵ３０は処理をステップ１０８に移行する。そして、ステップ１０８において、ＥＣＵ３０は、経過時間ＣＴＩＭＥを「１」だけインクリメントした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００９６】
以上説明した「除去処理時期判定ルーチン」の各処理により、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が所定量に達した場合には、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定される。一方、未燃成分の付着量が所定量に達していない場合には、経過時間ＣＴＩＭＥがインクリメントされるとともに、エンジン１０が始動される度に始動回数ＣＳＴＡＴがインクリメントされ、それら各カウンタ値ＣＴＩＭＥ，ＣＳＴＡＴがメモリ３２に記憶保持されることとなる。
【００９７】
次に、「未燃成分除去処理」を実行する際の制御手順について説明する。
図８は、ＥＣＵ３０により所定時間間隔毎の割込処理として実行される「除去処理ルーチン」の各処理を示すフローチャートである。
【００９８】
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ３０は、ステップ２００においてディレイフラグＸＤＬＹが「０」に設定されているか否かを判定する。このディレイフラグＸＤＬＹは、後述する「検出モード移行処理」が実行されているか否かを判断するためのものであり、「未燃成分除去処理」が終了したときに「１」に設定され、同処理が終了してから所定時間が経過したときに「０」に設定されるフラグである。
【００９９】
ステップ２００において、ディレイフラグＸＤＬＹが「０」に設定されている旨判断された場合、即ち上記「検出モード移行処理」がまだ開始されていない場合、ＥＣＵ３０は、ステップ２０２において、前述した除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されているか否かを判断する。ここで除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「０」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１００】
一方、ステップ２０２において除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ２０４において更に、エンジン１０の燃焼室内に供給されている混合気が希薄混合気であるか否かを判断する。ここで、ＥＣＵ３０は、以下の各条件［１］，［２］の少なくとも一方が満たされている場合に、混合気が希薄混合気である旨判断する。
［１］燃焼方式として前記希薄燃焼方式が選択されていること
［２］燃料カット制御が実行中であること
上記条件［１］が満たされる場合としては、例えば、暖機運転時ではないこと、急加速時のような高負荷運転時ではないこと等々の条件が全て満たされている場合が挙げられる。因みに、これら各条件の一つが満たされていない場合には、燃焼方式として前記通常燃焼方式が選択されることになる。
【０１０１】
また、上記条件［２］が満たされる場合としては、例えば、エンジン１０が減速中であり、且つ、機関回転数ＮＥが所定回転数以上である場合が挙げられる。ステップ２０４において混合気が希薄混合気である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ２０８において除去処理時間ＣＨＣＲＭＶと判定値ＪＣＨＣＲＭＶとを比較する。
【０１０２】
ここで、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶは、「未燃成分除去処理」が開始されてからの経過時間に相当するものであり、「未燃成分除去処理」の実行中は「１」ずつインクリメントされ、「未燃成分除去処理」が終了して所定時間が経過したときに「０」にリセットされるカウンタ値である。
【０１０３】
また、判定値ＪＣＨＣＲＭＶは、検出電極５８０に付着している未燃成分が確実に除去されたか否かを判断するための判定値である。この判定値ＪＣＨＣＲＭＶは、前記電極処理用電圧Ｖｒの大きさや前述した各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥの大きさ等に基づいて実験によって求められ、予めメモリ３２に記憶されている値である。
【０１０４】
例えば、電極処理用電圧Ｖｒが相対的に小さく設定されるほど、この判定値ＪＣＨＣＲＭＶは大きく設定される。電極処理用電圧Ｖｒが小さくなるほど、検出電極５８０側にポンピングされるＯ２ の量が減少して未燃成分の除去速度が低下するため、その除去処理時間を長くする必要があるからである。また、各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥが相対的に大きく設定されるほど、この判定値ＪＣＨＣＲＭＶは大きく設定される。各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥが大きく設定されるほど、「未燃成分除去処理」の開始時に、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が多くなるため、その除去処理時間を長くする必要があるからである。
【０１０５】
ステップ２０８において除去処理時間ＣＨＣＲＭＶが判定値ＪＣＨＣＲＭＶ以下である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２２０に移行して「未燃成分除去処理」を実行する。そして、ＥＣＵ３０は、ステップ２２２において、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶを「１」だけインクリメントした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１０６】
一方、ステップ２０８において除去処理時間ＣＨＣＲＭＶが判定値ＪＣＨＣＲＭＶより大きい旨判断された場合、即ち、「未燃成分除去処理」が継続して所定時間実行されている場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２１０に移行する。ステップ２１０において、ＥＣＵ３０は、ディレイフラグＸＤＬＹを「１」に設定する。
【０１０７】
ステップ２１０の処理を実行した後、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２１４に移行する。また、前述したステップ２００においてディレイフラグＸＤＬＹが「０」である旨判断された場合、即ち、今回の制御周期までに「検出モード移行処理」が既に開始されている場合にも同様に、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２１４に移行する。
【０１０８】
ステップ２１４において、ＥＣＵ３０は、ディレイ時間ＣＤＬＹと判定値ＪＣＤＬＹとを比較する。
ここで、ディレイ時間ＣＤＬＹは、「検出モード移行処理」の実行が開始されてからの経過時間に相当するものであり、この「検出モード移行処理」の実行中は「１」ずつインクリメントされ、同「検出モード移行処理」が終了したときに「０」にリセットされるカウンタ値である。
【０１０９】
また、判定値ＪＣＤＬＹは、「検出モード移行処理」が開始されてから所定時間が経過したか否か、換言すれば、「未燃成分除去処理」によって一時的に上昇した第１室５６１及び第２室５６２の酸素分圧がＮＯｘ 濃度の検出可能な圧力値にまで低下したか否かを判断するための値である。この判定値ＪＣＤＬＹは、「検出モード移行処理」において、主ポンプセル５７２の各電極５７０，５７１、測定用ポンプセル５８２の各電極５８０，５８１間にそれぞれ印加される電圧の大きさ等を考慮した実験によって求められ、予めメモリ３２に記憶されている値である。
【０１１０】
ステップ２１４においてディレイ時間ＣＤＬＹが判定値ＪＣＤＬＹ以下である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２３０に移行する。ステップ２３０において、ＥＣＵ３０は、「検出モード移行処理」を実行する。
【０１１１】
即ち、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ 濃度の検出を無効化し、同ＮＯｘ 濃度に基づいて実行されるＥＧＲ率のフィードバック制御をオープンループ制御に切り替える。更に、ＥＣＵ３０は、主ポンプセル５７２の各電極５７０，５７１間、測定用ポンプセル５８２の各電極５８０，５８１間にそれぞれ所定電圧を印加することにより、第１室５６１及び第２室５６２内に存在するＯ２ を強制的に基準ガス導入空間５６０或いは外部にポンピングする。従って、「未燃成分除去処理」によって一時的に上昇した両室５６１，５６２の酸素分圧は、ＮＯｘ 濃度が検出可能な圧力値にまで徐々に低下するようになる。
【０１１２】
このように「検出モード以降処理」を実行した後、ＥＣＵ３０は、ステップ２３２において、前記ディレイ時間ＣＤＬＹを「１」だけインクリメントし、、本ルーチンの処理を一旦終了する。
一方、ステップ２１４においてディレイ時間ＣＤＬＹが判定値ＪＣＤＬＹより大きい旨判断された場合、即ち、「検出モード移行処理」が開始されてから所定時間が経過した場合、ＥＣＵ３０は、ステップ２１６において、ディレイフラグＸＤＬＹ及び除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶをいずれも「０」に設定する。更に、ステップ２１８において、ＥＣＵ３０は、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶ、ディレイ時間ＣＤＬＹ、始動回数ＣＳＴＡＴ、及び経過時間ＣＴＩＭＥをいずれも「０」にリセットした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１１３】
また、前述したステップ２０４において混合気が希薄混合気ではない旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの処理を一旦終了する。従って、今回の制御周期において「未燃成分除去処理」がまだ開始されていない場合には、ステップ２０４において肯定判断されるまで同処理の開始が遅らされ、「未燃成分除去処理」が既に開始されている場合には、同処理がステップ２０４において肯定判断されるまで一時的に停止されることとなる。
【０１１４】
図９及び図１０は、上記制御手順に従って「未燃成分除去処理」を実行することによる効果を示す実験結果であり、図９はＮＯｘ センサ５００からのセンサ出力の時間的推移を、図１０はＮＯｘ （ＮＯ）濃度に対するセンサ出力の大きさをそれぞれ示している。また、これら各図において、実線は本実施形態のセンサ出力を示し、二点鎖線は上記「未燃成分除去処理」を実行しなかった場合のセンサ出力を比較例として示している。
【０１１５】
これら各図を参照すると、比較例にあっては、時間の経過とともに検出電極５８０に付着する未燃成分が増大するため、センサ出力はセンサ使用時間（エンジン１０の運転時間）の増大とともに徐々に減少しており（図９）、また、センサ出力とＮＯｘ 濃度との線形性も失われてしまい、ＮＯｘ 濃度が１０００ｐｐｍ以上の雰囲気中では、同ＮＯｘ 濃度が増大してもセンサ出力は殆ど変化しなくなることがわかる（図１０）。
【０１１６】
これに対して、本実施形態では、センサ使用時間が増大してもセンサ出力の変化は殆ど見られず、また、センサ使用時間が１００時間に達したときでも、センサ出力とＮＯｘ 濃度との線形性が保持されていることがわかる。
【０１１７】
このように本実施形態によれば、上記制御手順に従って適正なタイミングで「未燃成分除去処理」を実行することにより、未燃成分が検出電極５８０に付着することに起因した検出精度の低下を抑制し、ＮＯｘ 濃度検出装置の本来の検出能力を長期間維持することができる。
【０１１８】
ところで、「未燃成分除去処理」において基準ガス導入空間５６０から検出電極５８０側にポンピングされたＯ２ は、必ずしも検出電極５８０に付着している未燃成分と反応するわけではなく、第２室５６２の排出ガス中に存在している未燃成分とも反応することがある。従って、ポンピングされたＯ２ のうち、このように排出ガス中の未燃成分と反応するＯ２ の量が増大するようになると、未燃成分を除去速度が低下することとなる。
【０１１９】
この点、本実施形態では、燃焼室にて燃焼される混合気が希薄混合気であるとき、換言すれば、排出ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であるときに「未燃成分除去処理」を実行するようにしているため、基準ガス導入空間５６０から検出電極５８０側にポンピングされるＯ２ のうち、第２室５６２の排出ガス中に存在する未燃成分と反応してしまうＯ２ の量が減少する。その結果、本実施形態によれば、検出電極５８０に付着している未燃成分を効率的に除去することができる。
【０１２０】
また、本実施形態では、前記条件［１］燃焼方式として希薄燃焼方式が選択されていること、［２］燃料カット制御が実行中であること、の一方が満たされているか否かを判断することにより、燃焼室にて燃焼される混合気が希薄混合気であることを確実に判断することができる。そして、その確実な判断に基づいて「未燃成分除去処理」が実行されるため、未燃成分の除去を更に効率的に行うことができる。
【０１２１】
更に、本実施形態では、経過時間ＣＴＩＭＥや始動回数ＣＳＴＡＴに基づいて検出電極５８０に対する未燃成分の付着量を容易に且つ正確に推定することができる。
【０１２２】
そして、これら経過時間ＣＴＩＭＥや始動回数ＣＳＴＡＴが判定値ＪＣＴＩＭＥ，ＪＣＳＴＡＴ以上になったことを「未燃成分除去処理」の開始条件としているため、検出電極５８０に付着した未燃成分が所定量より少なく検出精度に及ぼす影響が小さいときには、「未燃成分除去処理」が実行されることはなく、従って、ＮＯｘ 濃度検出装置によるＮＯｘ 濃度の検出が中断されてしまうこともない。その結果、本実施形態によれば、「未燃成分除去処理」が頻繁に実行されることに起因して、ＮＯｘ 濃度検出装置の本来の機能が低下してしまうことを極力抑制することができる。
【０１２３】
ところで、電極処理用電圧Ｖｒの印加に基づいて基準ガス導入空間５６０内のＯ２ が第２室５６２に強制的にポンピングされることにより、検出電極５８０近傍における酸素分圧がＮＯｘ 濃度の検出時における圧力値よりも一時的に上昇するようになる。従って、こうした状況下でＮＯｘ 濃度の検出が実行されると同ＮＯｘ 濃度の誤検出を招くおそれがある。
【０１２４】
この点、本実施形態によれば、「未燃成分除去処理」の終了時から前記「検出モード移行処理」を実行することにより、所定時間が経過して第２室５６２内の酸素分圧がＮＯｘ 濃度の検出が可能な圧力値にまで低下するまでは、ＮＯｘ 濃度の検出を無効化するとともに、ＥＧＲ率のフィードバック制御をオープンループ制御に切り替えるようにしている。その結果、ＮＯｘ 濃度の誤検出を防止することができるとともに、誤検出されたＮＯｘ 濃度に基づいてＥＧＲ率の制御が行われてしまうことを未然に防止することができる。
【０１２５】
特に、本実施形態では、ＮＯｘ 濃度の検出を無効化するとともに、主ポンプセル５７２及び測定用ポンプセル５８２を用いて第１室５６１及び第２室５６２内のＯ２ を基準ガス導入空間５６０や外部にポンピングするようにしているため、両室５６１，５６２内の酸素分圧をＮＯｘ 濃度の検出が可能な圧力値にまで速やかに低下させることができ、「未燃成分除去処理」が終了してからＮＯｘ 濃度の検出が可能になるまでの時間を短縮することができる。
【０１２６】
以上説明したように、本実施形態のＮＯｘ 濃度検出装置によれば、以下に示すような効果を奏することができる。
（１）排出ガス中の未燃成分が検出電極５８０に付着することに起因した検出精度の悪化を防止することができる。
【０１２７】
（２）Ｐｔの酸化触媒作用により、未燃成分の除去処理に要する電力消費量の増大を抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
（３）Ｒｈに対するＰｔの重量比を１〜５％とすることにより、Ｒｈの還元作用の低下に起因したＮＯｘ センサ５００のＳ／Ｎ比の低下を抑制しつつ、未燃成分を確実に除去することができる。
【０１２８】
（４）基準ガス導入空間５６０内の大気に含まれるＯ２ を第２室５６２にポンピングさせるようにしたため、未燃成分の除去処理に要する電力消費量を極力抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
【０１２９】
（５）適正なタイミングで未燃成分の除去処理を実行することができ、ＮＯｘ濃度検出装置の本来の検出能力を長期間維持することができる。
（６）第２室５６２にポンピングされるＯ２ のうち、排出ガス中の未燃成分と反応するＯ２ の量を極力減少させ、未燃成分を効率的に除去することができる。
【０１３０】
（７）燃焼室にて燃焼される混合気が希薄混合気であることを確実に判断することができ、その判断に基づいて未燃成分の除去を更に効率的に行うことができる。
【０１３１】
（８）経過時間ＣＴＩＭＥや始動回数ＣＳＴＡＴに基づいて検出電極５８０に対する未燃成分の付着量を容易に且つ正確に推定することができる。
（９）未燃成分の除去処理が頻繁に実行されることに起因してＮＯｘ 濃度検出装置の本来の機能が低下してしまうことを極力抑制することができる。
【０１３２】
（１０）ＮＯｘ 濃度の誤検出を防止することができ、誤検出されたＮＯｘ 濃度に基づいてＥＧＲ率の制御が行われてしまうことを未然に防止することができる。
【０１３３】
（１１）未燃成分の除去処理が終了してからＮＯｘ 濃度の検出が可能になるまでの時間を短縮することができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明を具体化した第２の実施形態について上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。尚、上記第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３４】
第１の実施形態では、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定された後、混合気が希薄混合気となったときに「未燃成分除去処理」を実行するようにしたが、本実施形態では、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定された後、エンジン１０の運転が停止されたときに「未燃成分除去処理」を実行するようにしている。以下、こうした制御手順について、「除去処理ルーチン」の各処理を示す図１１のフローチャートを参照して説明する。
【０１３５】
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ３０は、ステップ３００において、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されているか否かを判断する。本実施形態においても、この除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶの操作は、前述した「除去処理時期判定ルーチン」にて行われ、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が所定量に達したと判断された場合（図８に示すステップ１０４，１０６の少なくとも一方において否定判断された場合）に「１」に設定される。
【０１３６】
ここで、本実施形態では、前記各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＣＴＩＭＥの大きさをいずれも第１の実施形態と比較して小さく設定することにより、前述した未燃成分の付着量に関する所定量を相対的に小さく設定するようにしている。このように各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥを設定するようにしたのは、本実施形態では、前述したように除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されても、エンジン１０の運転が停止されるまでの期間は「未燃成分除去処理」が実行されないため、同期間に検出精度が低下したままＮＯｘ 濃度の検出が行われてしまうことを防止するためである。
【０１３７】
ステップ３００において除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ３０２において更に、イグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＦＦ」であるか否かを判断する。
【０１３８】
このステップ３０２においてイグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＦＦ」である旨判断された場合、換言すれば、エンジン１０の運転が停止され、ＥＧＲ装置１９による排出ガスの再循環を行う必要がない場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ３０６に移行する。ステップ３０６において、ＥＣＵ３０は、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶと判定値ＪＣＨＣＲＭＶとを比較する。そして、ここで除去処理時間ＣＨＣＲＭＶが判定値ＪＣＨＣＲＭＶ以下である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ３２０に移行して第１の実施形態と同様、「未燃成分除去処理」を実行する。そして、ＥＣＵ３０は、ステップ３２２において、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶを「１」だけインクリメントした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１３９】
一方、ステップ３０６において除去処理時間ＣＨＣＲＭＶが判定値ＪＣＨＣＲＭＶより大きい旨判断された場合、即ち、「未燃成分除去処理」が継続して所定時間実行されている場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ３０８に移行する。
ステップ３０８において、ＥＣＵ３０は、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶを「０」に設定する。更に、ステップ２１８において、ＥＣＵ３０は、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶ、始動回数ＣＳＴＡＴ、及び経過時間ＣＴＩＭＥをいずれも「０」にリセットした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１４０】
また、前述したステップ３００において、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「０」である旨判断された場合、或いは、ステップ３０２においてイグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＮ」である旨判断された場合はいずれも、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１４１】
以上説明したような制御手順に従って「未燃成分除去処理」を実行することにより、本実施形態においても上記第１の実施形態の（１）〜（５），（８）に記載した効果に加え、更に以下のような効果を奏することができる。
【０１４２】
（１２）即ち、本実施形態によれば、エンジン１０の運転が停止された後に、未燃成分の除去処理を行うようにしているため、同処理の実行によってＥＧＲ率のフィードバック制御が中断されてしまうことがない。従って、エンジン１０におけるＥＧＲ量を常に精度良く制御することができるようになり、エミッションの向上を図ることができる。
【０１４３】
（１３）更に、本実施形態によれば、未燃成分の除去処理後にＮＯｘ 濃度の検出を短時間のうちに再開する必要がないため、ＮＯｘ 濃度の誤検出を未然に防止することができる。
【０１４４】
以上、本発明を具体化した実施形態について説明したが、上記各実施形態は以下のように構成を変更して実施することもできる。
・第１の実施形態では、「検出モード移行処理」において、主ポンプセル５７２及び測定用ポンプセル５８２により第１室５６１及び第２室５６２内のＯ２ を基準ガス導入空間５６０又は外部にポンピングするようにしたが、例えば、以下のような構成を採用することもできる。
【０１４５】
即ち、図１２に示すように、第２の固体電解質層５５４の下面において第２室５６２の内部に位置する部分に、内側補助ポンプ電極６７０を設けるとともに、第２の固体電解質層５５４の上面において内側補助ポンプ電極６７０と対応する部分に外側補助ポンプ電極６７１を設けるようにする。そして、これら内側補助ポンプ電極６７０及び外側補助ポンプ電極６７１と、第２の固体電解質層５５４において各電極６７０，６７１に挟まれた部分とにより、補助ポンプセル６７２を構成する。そして、「検出モード移行処理」において、主ポンプセル５７２及び測定用ポンプセル５８２に加え、この補助ポンプセル６７２により第１室５６１及び第２室５６２内のＯ２ を基準ガス導入空間５６０又は外部にポンピングするようにしてもよい。
【０１４６】
こうした構成によれば、短時間のうちに第１室５６１及び第２室５６２の酸素分圧を低下させることができ「未燃成分除去処理」が終了してからＮＯｘ 濃度の検出が可能になるまでの時間を更に短縮することができる。
【０１４７】
・第１の実施形態では、混合気が希薄混合気であることを条件として「未燃成分除去処理」を実行するようにしたが、例えば、吸気通路１１のエアフローメータ（図示略）により検出される吸入空気量が所定値以下であることを更に実行条件に加えるようにしてもよい。排気通路１２に排出される排出ガスの量は吸入空気量に応じて変化するものであり、同空気量が少ないほど前記第２室５６２中における未燃成分の絶対量が少なくなる傾向があるからである。
【０１４８】
また、ＥＧＲ装置１９による排出ガスの再循環が停止されたこと（ＥＧＲ率＝０）を条件として「未燃成分除去処理」を実行するようにしてもよい。
・上記各実施形態では、「未燃成分除去処理」において測定用ポンプセル５８２の各電極５８０，５８１間に、電極処理用電圧Ｖｒを連続的に印加するようにしたが、この電極処理用電圧Ｖｒの印加態様を、排出ガス中に含まれる未燃成分の濃度等に応じて、例えば、ステップ状或いはパルス状に変更することもできる。
【０１４９】
・上記各実施形態において、「未燃成分除去処理」を実行する際に前記ヒータ部５１０の発熱体５１３に対する供給電力を一時的に増大させることにより、検出部５５０、特に、検出電極５８０近傍の温度を更に上昇させるようにしてもよい。このような構成によれば、検出電極５８０に付着している未燃成分とＯ２ との酸化反応を更に促進させることができ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。特に、第２の実施形態では、エンジン１０の運転が停止した後に「未燃成分除去処理」を実行するようにしているため、排出ガスの熱によって検出電極５８０の近傍が加熱されることがないため、上記のような構成は特に有効である。
【０１５０】
・上記各実施形態では、検出電極５８０の形成材料に酸化触媒としてＰｔを均一に混合するようにしたが、所定の酸化触媒作用を奏し得るものであれば、上記酸化触媒はこのＰｔに限定されるものではない。更に、上記各実施形態のように検出電極５８０の形成材料中にＰｔを均一に添加する構成の他、例えば、ドット状やストライブ状をなすように、検出電極５８０の一部をＰｔによって形成するようにしてもよい。
【０１５１】
・上記各実施形態では、測定用ポンプセル５８２の検出電極５８０及び基準電極５８１間に検出用電圧Ｖｐ２を印加し、これら両電極間５８０，５８１に流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づきＮＯｘ 濃度を検出するようにしたが、例えば、検出電極５８０と主ポンプセル５７２の外側ポンプ電極５７１との間に検出用電圧Ｖｐ２を印加し、このときに両電極５７１，５８０間に流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ 濃度を検出するようにしてもよい。更に、第２の固体電解質層５５４の上面に別の電極を設け、この電極と検出電極５８０との間に検出用電圧Ｖｐ２を印加したときのポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ 濃度を検出することもできる
・上記各実施形態では、ＮＯｘ 濃度検出装置により検出されるＮＯｘ 濃度に基づいて、ＥＧＲ率をフィードバック制御するようにした。これに対して、ＮＯｘ センサ５００を触媒コンバータ１７の下流側に設け、ＮＯｘ 濃度装置により検出されるＮＯｘ 濃度に基づいて触媒コンバータ１７の劣化判定を行うようにしてもよい。このような構成によれば、触媒コンバータ１７の劣化判定を行う際の誤判定が防止でき、その劣化を確実に判定することができる。
【０１５２】
・上記各実施形態では、車両用ガソリンエンジン１０に備えられたＮＯｘ 濃度検出装置として本発明を具体化するようにしたが、例えば、定置動力用、船舶用のエンジンやその他の燃焼機器用のＮＯｘ 濃度検出装置として具体化することもできる。また、ガソリンエンジンに限られずディーゼルエンジンのＮＯｘ 濃度検出装置として適用することもできる。更に、ＮＯｘ 濃度検出装置に限られず、排出ガス中の酸素濃度を直接検出する酸素濃度検出装置として本発明を具体化することもできる。
【０１５３】
上記各実施形態から把握できる技術的思想についてその効果とともに以下に記載する。
（１）請求項１乃至１２に記載した酸素濃度検出装置において、前記電極処理用電圧の印加が終了したときから所定時間が経過するまで前記電流値に基づく酸素濃度の検出を無効化する無効化手段を更に備えたことを特徴とする。
【０１５４】
第１の電極及び第２の電極間に電極処理用電圧が印加され、第２の電極から第１の電極へと酸素が移動すると、第１の電極近傍における酸素濃度は被測定ガス中に含まれる酸素の濃度よりも一時的に上昇するようになる。従って、こうした状況下で酸素濃度の検出が実行されると、被測定ガス中に含まれる酸素の濃度を誤検出するおそれがある。
【０１５５】
この点、上記構成によれば、各電極間への電極処理用電圧の印加が終了したときから所定時間が経過して、第１の電極近傍における酸素濃度が再び本来の酸素濃度にまで戻った後に酸素濃度の検出が行われるようになる。その結果、未燃成分の除去処理が行われることに起因した酸素濃度の誤検出を回避することができる。
【０１５６】
【発明の効果】
請求項１乃至１２に記載した発明によれば、電極処理用電圧が第１の電極と第３の電極間に印加されることにより、第３の電極から固体電解質を介して第１の電極へと酸素が移動し、第１の電極に付着している未燃成分はこの酸素と反応して燃焼し除去されるようになる。その結果、未燃成分を多量に含む被測定ガス雰囲気下で使用されたとしても、その未燃成分が第１の電極に付着することに起因した検出精度の悪化を防止することができる。
【０１６１】
請求項１乃至５に記載した発明によれば、電圧印加条件を適宜設定することにより、第１の電極に付着している未燃成分を適正なタイミングで除去することができ、酸素濃度検出装置における本来の検出能力を長期間維持することができる。
【０１６２】
特に、請求項１又は２に記載した発明によれば、被測定ガスにおける未燃成分の濃度が所定値以下であるときに未燃成分の除去処理が行われるため、第１の電極側に移動する酸素のうち、被測定ガス中の未燃成分と反応する酸素の量が減少するようになる。その結果、第１の電極に付着している未燃成分を効率的に除去することができる。
【０１６３】
更に、請求項１又は２に記載した発明によれば、被測定ガス、即ち排出ガスにおける未燃成分の濃度が所定値以下となったことが確実に判断され、その判断に基づいて未燃成分の除去処理が実行されるようになるため、未燃成分を更に効率的に除去することができる。
【０１６４】
また、請求項３乃至５に記載した発明によれば、第１の電極に付着した未燃成分が所定量未満であって検出精度への影響が小さいときには、未燃成分の除去処理が実行されないようになる。その結果、未燃成分の除去処理が必要以上に実行されて酸素濃度の検出が頻繁に中断されるような状況を回避することができ、酸素濃度検出装置の本来の機能が低下してしまうことを極力抑制することができる。
【０１６５】
特に、請求項４によれば、上記効果に加えて、未燃成分の除去処理に要する電力消費量を抑えつつ、第１の電極に付着している未燃成分を効率的に除去することができる。
【０１６６】
また、請求項５に記載した発明によれば、第１の電極に対する未燃成分の付着量との相関性が高い燃焼機器の作動時間及び始動回数の少なくとも一方に基づいて、第１の電極に対する未燃成分の付着量が容易に且つ正確に推定されるようになる。その結果、酸素濃度検出装置の本来の機能を極力抑制するといった効果をより確実に奏することができる。
また、請求項８に記載した発明によれば、より多量の酸素が第３の電極から第１の電極へと移動するようになるため、未燃成分の除去処理に要する電力消費量を抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
請求項９乃至１２に記載した発明によれば、第１の電極及び第３の電極間に流れる電流値に基づいて排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出することができる。
特に、請求項１０乃至１２に記載した発明によれば、還元触媒材料に含まれる酸化触媒材料によって上記未燃成分と酸素との酸化反応が促進されるようになる。その結果、未燃成分の除去処理に要する電力消費量を抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
また更に、請求項１２に記載した発明によれば、ロジウムにおける還元作用の低下が極力抑えられたうえで、白金による未燃成分の酸化促進作用が確実に奏せられるようになる。その結果、還元作用の低下に起因した検出精度（Ｓ／Ｎ比）の低下を抑制しつつ、未燃成分を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＮＯｘ 濃度検出装置を示す概略構成図。
【図２】ＮＯｘ センサの断面図。
【図３】図２の３−３線に沿った断面図。
【図４】図２の４−４線に沿った断面図。
【図５】検出電極に付着した未燃成分と排出ガス中のＮＯｘ とが反応する様子を示す説明図。
【図６】検出電極に付着した未燃成分が除去される様子を示す説明図。
【図７】未燃成分の除去処理時期を判定する際の手順を説明するためのフローチャート。
【図８】第１の実施形態における未燃成分の除去処理手順を説明するためのフローチャート。
【図９】センサ使用時間とセンサ出力との関係を示すグラフ。
【図１０】ＮＯｘ 濃度とセンサ出力との関係を示すグラフ。
【図１１】第２の実施形態における未燃成分の除去処理手順を説明するためのフローチャート。
【図１２】ＮＯｘ センサの構成変更例を示す断面図。
【符号の説明】
１０…エンジン、１７…触媒コンバータ、１９…ＥＧＲ装置、２０…ＥＧＲ通路、２１…制御弁、２８…イグニッションスイッチ、３０…ＥＣＵ、５００…ＮＯｘ センサ、５１０…ヒータ部、５５０…検出部、５５２…第１の固体電解質層、５６０…基準ガス導入空間、５８０…検出電極、５８１…基準電極、５８２…測定用ポンプセル。
【発明の属する技術分野】
この発明は、被測定ガス中に含まれる酸素の濃度を検出するための酸素濃度検出装置に係り、特に、固体電解質体に配設された一対の電極によるポンピング作用に基づいて、被測定ガスに含まれる酸素の濃度、或いは被測定ガス中の構成成分（例えば窒素酸化物等）に含まれる酸素の濃度を検出するようにした酸素濃度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、こうした酸素濃度検出装置に関する技術としては、例えば特開平９−２８８０８４号公報に記載された「窒素酸化物センサ」を挙げることができる。
【０００３】
この窒素酸化物センサは、ジルコニア（ＺｒＯ２ ）等の酸素イオンが通過可能な固体電解質材からなり、その内部には、被測定ガスが導入される第１室、拡散律速部を介して第１室と連通された第２室、大気が導入される基準ガス導入空間がそれぞれ形成されている。
【０００４】
第１室と外部とを区画する隔壁部分には、第１室内の酸素イオンを外部に汲み出す、即ちポンピングするための主ポンプセルが設けられており、第１室の内部に導入された被測定ガスは、この主ポンプセルのポンピングによって酸素分圧が極めて低い所定圧に制御されるようになっている。また、こうして酸素分圧が制御された被測定ガスは、拡散律速部を介して更に第２室に導入される。
【０００５】
第２室と基準ガス導入空間とを区画する隔壁部分には、第２室内の酸素イオンを基準ガス導入空間にポンピングするための測定用ポンプセルが設けられている。この測定用ポンプセルは、第２室の内面に設けられた検出電極と、基準ガス導入空間の内面に設けられた基準電極とにより構成されている。上記検出電極は、被測定ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ 」と略記する）の還元触媒としても機能するものであり、例えばロジウム（Ｒｈ）等によって形成されている。
【０００６】
上記構成を備えた窒素酸化物センサにあっては、第２室内に導入された被測定ガス中のＮＯｘ が検出電極によって還元分解されることにより、そのＮＯｘ の濃度に応じた量の酸素が生成される。そして、検出電極と基準電極との間に所定電圧が印加されることにより、その生成された酸素（酸素イオン）が検出電極から基準電極へとポンピングされ、これら両電極間にはポンプ電流が流れるようにようになる。従って、このポンプ電流の大きさを測定することにより、第２室内に存在する酸素の濃度が検出され、この酸素濃度から間接的に被測定ガス中に含まれるＮＯｘ の濃度を検出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両・船舶用エンジン等の内燃機関から排出される排出ガス中には、上記ＮＯｘ の他、通常、炭化水素（ＨＣ）等の、酸素と極めて反応性の高い成分（以下、「未燃成分」という）が含まれている。このため、こうした未燃成分を含んだ排出ガスの雰囲気下で上記窒素酸化物センサを使用した場合、検出電極に未燃成分が付着し、その付着した未燃成分が排出ガス中のＮＯｘ や検出電極のＮＯｘ 還元作用によって生じた酸素と反応してしまうことがあった。その結果、長期間の使用により検出電極に多量の未燃成分が付着するようなことがあると、排出ガスのＮＯｘ 濃度とポンプ電流値との相関性が大きく低下し、ＮＯｘ 濃度の検出精度の悪化を招くおそれがあった。
【０００８】
また、こうした検出精度の悪化は、上記のような窒素酸化物センサに限られず、例えば、排出ガス中に含まれる酸素そのものの濃度を検出するようにした酸素センサでも同様に発生し得る。即ち、こうした酸素センサにおいても、検出電極に多量の未燃成分が付着することがあると、各電極間でポンピングされるはずの酸素が検出電極に付着した未燃成分と反応してしまい、ポンプ電流値が本来の値よりも減少してしまうおそれがあるからである。
【０００９】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定ガス中の未燃成分が酸素濃度測定用の電極に付着することに起因した検出精度の悪化を防止することのできる酸素濃度検出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、固体電解質体に第１の電極及び第２の電極が配設され、第１の電極に接触する被測定ガス中の酸素を当該第１の電極から固体電解質体を介して第２の電極に移動させるべく各電極間に電圧を印加するとともに、酸素の移動により各電極間に流れる電流値に基づいて被測定ガス中の酸素の濃度を検出するようにした酸素濃度検出装置において、固体電解質体を介して第１の電極へ酸素を移動させ第１の電極に付着している未燃成分と反応させるべく当該第１の電極との間で電極処理用電圧が印加される第３の電極と、所定の電圧印加条件が満たされたときにのみ前記第１の電極と前記第３の電極との間に前記電極処理用電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記被測定ガスは燃焼機器の排出ガスであり、前記電圧印加手段は前記被測定ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であることを前記電圧印加条件とし、前記燃焼機器に対する燃焼用燃料の供給が停止されているときに前記未燃成分の濃度が所定値以下であると判断するようにしている。
【００１３】
上記構成によれば、第１の電極と第３の電極間に電極処理用電圧が印加されることにより、第３の電極から固体電解質体を介して第１の電極へと酸素が移動する。そして、第１の電極に付着している未燃成分は、この移動した酸素と反応して燃焼し除去されるようになる。
【００１９】
また、所定の電圧印加条件が満たされたときにのみ第１の電極と第３の電極との間に電極処理用電圧を印加する電圧印加手段を備えるようにしている。
【００２０】
こうした構成によれば、電圧印加条件を適宜設定することにより、第１の電極に付着している未燃成分が適正なタイミングで除去されるようになる。
ところで、第１の電極の近傍に未燃成分を多量に含む被測定ガスが存在していると、第１の電極側に移動した酸素が第１の電極に付着している未燃成分と反応することなく、その被測定ガス中の未燃成分と反応してしまうことが懸念される。
【００２１】
そこで、電圧印加手段は被測定ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であることを前記電圧印加条件とするものとしている。このような構成によれば、第１の電極側に移動する酸素のうち、被測定ガス中の未燃成分と反応する酸素の量が減少するようになる。
【００２２】
更に、被測定ガスが燃焼機器の排出ガスである場合には、上記請求項１に記載した発明のように、電圧印加手段は燃焼機器に対する燃焼用燃料の供給が停止されているときに未燃成分の濃度が所定値以下であると判断する、といった構成とすることにより、また、被測定ガスが希薄燃焼を実行可能な燃焼機器の排出ガスである場合には、請求項２に記載した発明のように、電圧印加手段は燃焼機器における燃焼状態が希薄燃焼状態であるときに未燃成分の濃度が所定値以下であると判断する、といった構成とすることにより、被測定ガス、即ち排出ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であることが確実に判断され、その判断に基づいて第１の電極に付着している未燃成分の除去処理が実行されるようになる。尚、上記燃焼機器には、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関も含まれるものとする。
【００２３】
更に、請求項３に記載した発明は、第１の電極に対する未燃成分の付着量を被測定ガスと第１の電極との接触時間に基づいて推定する推定手段を更に備え、電圧印加手段は推定される未燃成分の付着量が所定量以上であることを電圧印加条件とするようにしている。
【００２４】
上記構成によれば、第１の電極に付着した未燃成分が所定量未満であって検出精度への影響が小さいときには、未燃成分の除去処理が実行されないようになる。
【００２５】
また、請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した酸素濃度検出装置において、電圧印加手段は推定手段により推定される未燃成分の付着量が所定量以上であり且つ未燃成分の濃度が所定値以下であることを電圧印加条件とするようにしている。
【００２６】
上記構成によれば、請求項３に記載した発明の作用に加えて、第１の電極側に移動する酸素のうち、被測定ガス中の未燃成分と反応する酸素の量が減少するようになる。
【００２７】
また、請求項５に記載した発明は、請求項３又は４に記載した酸素濃度検出装置において、被測定ガスは燃焼機器の排出ガスであり、推定手段は燃焼機器の作動時間及び始動回数の少なくとも一方に基づいて第１の電極に対する未燃成分の付着量を推定するものとしている。
【００２８】
第１の電極に付着する未燃成分の量は、同電極が燃焼機器の排出ガスに接触している時間、換言すれば、燃焼機器の作動時間が長くなるほど増大する。また、一般に、燃焼機器の始動時には、燃焼状態が不安定となって排出ガス中の未燃成分が増大する傾向があり、更に、始動性を向上させるために燃焼用燃料の供給量が増量された場合にはこの傾向が顕著となる。このため、第１の電極に付着している未燃成分の量は、燃焼機器の始動回数が多くなるほど、換言すれば、多量の未燃成分を含む排出ガスに接触している時間が長くなるほど増大する。
【００２９】
上記構成によれば、請求項３又は４に記載した発明の作用に加え、第１の電極に対する未燃成分の付着量との相関性が高い燃焼機器の作動時間及び始動回数の少なくとも一方に基づいて、第１の電極に対する未燃成分の付着量が容易に且つ正確に推定されるようになる。
また、請求項６に記載した発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、第３の電極は第２の電極と同一の電極として固体電解質体に配設されているものとしている。
更に、請求項７に記載した発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、第３の電極は第２の電極と各別の電極として固体電解質体に配設されているものとしている。
請求項８に記載した発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、固体電解質体は大気が導入される大気導入空間を有し、第３の電極は大気導入空間の大気に接触するように固体電解質体に配設されるものとしている。
このように構成すれば、請求項１乃至７のいずれかに記載した発明の作用に加えて、より多量の酸素が第３の電極から第１の電極へと移動するようになる。
請求項９に記載した発明は、第１の電極を被測定ガス中に含まれる窒素酸化物の還元触媒として機能する還元触媒材料により形成し、同第１の電極の還元作用に基づき窒素酸化物から分解される酸素が同第１の電極から固体電解質体を介して第２の電極に移動するときに各電極間に流れる電流値に基づいて被測定ガス中の酸素の濃度を検出するようにしている。
上記構成によれば、請求項１乃至８のいずれかに記載した発明の作用に加え、特に、第１の電極と第３の電極間に流れる電流値に基づいて排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度が検出されるようになる。
また、請求項１０に記載した発明のように、上記還元触媒材料は酸化触媒材料を所定量含む、といった構成とすれば、請求項９に記載した発明の作用に加えて、還元触媒材料に含まれる酸化触媒材料によって上記未燃成分と酸素との酸化反応が促進されるようになる。ここで、請求項１０に記載した発明の具体的な態様としては、請求項１１に記載した発明のように、還元触媒材料をロジウム、酸化触媒材料を白金とした構成が好ましい。
更に、請求項１２に記載した発明のように、ロジウムに対する白金の重量比を１〜５％とすることにより、ロジウムにおける還元作用の低下が極力抑えられたうえで、白金による未燃成分の酸化促進作用が確実に奏せられるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明に係る酸素濃度検出装置を窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ 」という）の濃度を検出するＮＯｘ 濃度検出装置として具体化した第１の実施形態について説明する。
【００３１】
図１は、車両用ガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略記する）１０、同エンジン１０に備えられた排出ガス再循環装置１９及びＮＯｘ 濃度検出装置をそれぞれ示す概略構成図である。
【００３２】
エンジン１０は、複数の燃焼室（図示略）を有するシリンダブロック１０ａ及びシリンダヘッド１０ｂと、各燃焼室に接続された吸気通路１１及び排気通路１２とを備えている。吸気通路１１には、同通路１１内を通過する吸入空気の量を調節するスロットルバルブ１６が設けられている。シリンダヘッド１０ｂには、デリバリパイプ１５を通じて燃料が供給されるインジェクタ２３が設けられている。排気通路１２の下流側部分には同通路１２を通過する排出ガスを浄化するための触媒コンバータ１７が設けられている。
【００３３】
上記エンジン１０において、インジェクタ２３から燃焼室内に高圧の燃料が噴射されると、その噴射燃料は吸気通路１１を通じて燃焼室内に導入された吸入空気と混合されて混合気となる。更に、この混合気は、点火プラグ（図示略）にて点火されることによって燃焼室内で燃焼される。
【００３４】
ここで、本実施形態のエンジン１０においては、その燃焼室における燃焼方式が、混合気の空燃比を理論空燃比に設定して燃焼を行う通常燃焼方式と、同空燃比を理論空燃比よりも大きい希薄空燃比に設定して燃焼を行う希薄燃焼方式との間で切り替えられるようになっている。こうした燃焼方式の切り替えは、エンジン１０の機関運転状態に基づいて行われる。
【００３５】
そして、燃焼室で燃焼された混合気は、排出ガスとして排気通路１２に導入され、触媒コンバータ１７を通過する際に、前記ＣＯ、ＮＯｘ 、ＨＣの各成分がそれぞれ浄化された後、大気中に排出される。
【００３６】
尚、この排出ガス中には、通常、二酸化炭素（ＣＯ２ ）、一酸化炭素（ＣＯ）、酸素（Ｏ２ ）、窒素酸化物（ＮＯｘ ）の他、炭化水素（ＨＣ）等の燃料の未燃成分が含まれている。また、排出ガス中における未燃成分の濃度は、上記燃焼方式によって大きく異なっている。即ち、燃焼室における燃焼方式として希薄燃焼方式が選択されている場合には、噴射燃料に対して吸入空気量が過剰な状態にあるため、燃焼方式として通常燃焼方式が選択されている場合と比較すると、その未燃成分の濃度は低下するようになる。
【００３７】
次に、排出ガス再循環装置（以下、「ＥＧＲ（ＥＧＲ：Ｅｘａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｒａｔｉｏｎ）装置」という）１９の構成について説明する。
このＥＧＲ装置１９は周知のように、排気通路１２を通過する排出ガスの一部を吸気通路１１に再循環させることにより、燃焼室（図示略）内の燃焼温度を低下させて、排出ガスに含まれるＮＯｘ の量（ＮＯｘ 濃度）を減少させるためのものである。
【００３８】
より詳細に説明すると、このＥＧＲ装置１９は、排気通路１２と吸気通路１１においてスロットルバルブ１６より下流側の部分とを接続するＥＧＲ通路２０、同ＥＧＲ通路２０の途中に設けられた制御弁２１、機関運転状態を検出するための各種センサ、及びこれら各種センサからの検出信号に基づいて制御弁２１の開度を制御する電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）３０によって構成されている。
【００３９】
前記制御弁２１は、ＥＧＲ通路２０を通じて再循環される排出ガス（ＥＧＲガス）の量（ＥＧＲ量）をその開度に応じて調節するためのものであり、例えばステッピングモータ等の開度調節用のアクチュエータを有して構成されている。
【００４０】
また、上記各種センサには、例えば、回転数センサ２２及びアクセルセンサ２４が含まれる。回転数センサ２２は、エンジン１０のクランクシャフト（図示略）近傍に設けられ、同クランクシャフトの回転速度、即ち機関回転数ＮＥに応じた検出信号をＥＣＵ３０に出力する。一方、アクセルセンサ２４は、運転者によって操作されるアクセルペダル１８の近傍に設けられ、同ペダル１８の踏込量、即ちアクセル開度ＡＣＣＰに応じた検出信号をＥＣＵ３０に出力する。
【００４１】
ＥＣＵ３０は、図１に示すように、演算処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）３１、各種制御プログラムや制御用関数データ等が予め記憶されるとともに、ＣＰＵ３１の演算処理結果等が記憶されるメモリ３２、各種センサからの検出信号が入力される入力回路３３、インジェクタ２３及び制御弁２１等を駆動するための駆動回路３４を備えている。
【００４２】
このように構成されたＥＧＲ装置１９において、ＥＣＵ３０は、機関回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＣＣＰに基づき目標となるＥＧＲ率（吸入空気量に対するＥＧＲ量の比）を算出するとともに、上記ＮＯｘ 濃度検出装置により検出される排出ガスのＮＯｘ 濃度に基づき実際のＥＧＲ率を推定する。そして、ＥＣＵ３０は、これら両者が等しくなるように、制御弁２１の開度をフィードバック制御することにより、ＥＧＲ率を運転状態に適合する値に調節する。尚、ＮＯｘ 濃度検出装置によるＮＯｘ 濃度の検出手順については後述する。
【００４３】
また、ＥＣＵ３０は、上記のようなＥＧＲ率に係る制御の他、スロットルバルブ１６の開度制御、燃料噴射制御、点火時期制御等を実行しており、これら各種制御の開始及び停止は、運転者により操作されるイグニッションスイッチ２８のオフ・オフ操作に基づいて行われている。
【００４４】
即ち、図１に示すように、ＥＣＵ３０には、イグニッションスイッチ２８が接続されており、同スイッチ２８から入力回路３３を通じてイグニッション信号ＩＧＳＷＴが入力されている。そして、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチ２８がオフ位置からオン位置に操作されることにより、イグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替わった時点から、上記各種制御を開始する。一方、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチ２８がオン位置からオフ位置に操作されることにより、イグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替わると、燃料噴射及び混合気の点火を中止してエンジン１０の運転を停止させるとともに、故障診断結果や制御学習値等をメモリ３２に書き込んだ後に各種制御を停止する。
【００４５】
次に、ＮＯｘ 濃度検出装置の構成について説明する。このＮＯｘ 濃度検出装置は、排出ガスのＮＯｘ 濃度を検出するためのＮＯｘ センサ５００と、同ＮＯｘ センサ５００と接続されて、その検出信号が入力されるとともに、同ＮＯｘ センサ５００の動作を制御する前記ＥＣＵ３０とにより構成されている。ＮＯｘ センサ５００は、その先端側部分が排気通路１２を通過する排出ガスと接触するように、同排気通路１２においてＥＧＲ通路２０の接続部分よりも下流側の部分に取り付けられている。
【００４６】
以下、このＮＯｘ センサ５００の構成について説明する。
図２は、ＮＯｘ センサ５００において排出ガスに接触する先端側部分の断面図である。また、図３は図２の３−３線に沿った断面図であり、図４は図２の４−４線に沿った断面図である。
【００４７】
これら各図に示すように、ＮＯｘ センサ５００は、全体が矩形板状をなし、ヒータ部５１０と同ヒータ部５１０上に積層された検出部５５０とを有して構成されている。
【００４８】
ヒータ部５１０は、検出部５５０を所定温度にまで加熱するためのものである。このヒータ部５１０は、第１の基板層５１１、この第１の基板層５１１の上面に積層された第２の基板層５１２、これら両基板層５１１，５１２の間に介在された発熱体５１３、同発熱体５１３を被覆する絶縁層５１４によって構成されている。上記各基板層５１１，５１２はいずれも、ジルコニア（ＺｒＯ２ ）等の酸素イオン伝導性を有した固体電解質材料によって形成されており、発熱体５１３は、白金（Ｐｔ）等の電導性材料によって形成されている。また、絶縁層５１４は、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）等の絶縁性セラミック材料により形成されている。
【００４９】
一方、検出部５５０は、第１のスペーサ層５５１、第１の固体電解質層５５２、第２のスペーサ層５５３、第２の固体電解質層５５４が上記第２の基板層５１２の上面に順次積層されることにより構成されている。これら各層５５１〜５５４はいずれも、ヒータ部５１０の各基板層５１１，５１２と同様の固体電解質材料によって形成されている。
【００５０】
図３に示すように、第２のスペーサ層５５３には、第１の矩形孔５５３ａ及び第２の矩形孔５５３ｂ、第１の矩形孔５５３ａと外部とを連通する第１の連通部５５３ｃ、両矩形孔５５３ａ，５５３ｂを連通する第２の連通部５５３ｄがそれぞれ形成されている。また、第１のスペーサ層５５１には矩形状の凹部５５１ａが形成されている。
【００５１】
第２の基板層５１２と第１の固体電解質層５５２との間には、基準ガス導入空間５６０が設けられている。この基準ガス導入空間５６０は、第２の基板層５１２の上面、前記凹部５５１ａの内壁面、第１の固体電解質層５５２の下面によって区画形成されており、その基端側部分（図２の右側部分）が開放されることにより、その内部に酸素分圧が既知の大気が基準ガスとして導入されるようになっている。
【００５２】
第１の固体電解質層５５２と第２の固体電解質層５５４との間には、第１室５６１、第２室５６２、第１の拡散律速孔５６３、及び第２の拡散律速孔５６４がそれぞれ設けられている。
【００５３】
第１の拡散律速孔５６３は、排出ガスが存在する外部と第１室５６１とを連通することにより、排出ガスを所定の拡散抵抗のもとで第１室５６１内に導入させるためのものであり、第１の固体電解質層５５２の上面、前記第１の連通部５５３ｃの内壁面、第２の固体電解質層５５４の下面によって区画形成されている。
【００５４】
第１室５６１は、第１の拡散律速孔５６３を通じて導入される排出ガスの酸素分圧を所定圧に調節するためのものであり、第１の固体電解質層５５２の上面、第１の矩形孔５５３ａの内壁面、第２の固体電解質層５５４の下面によって区画形成されている。
【００５５】
また、第２の拡散律速孔５６４は、第１室５６１及び第２室５６２を連通することにより、第１室５６１内の排出ガスを所定の拡散抵抗のもとで第２室５６２に移動させるためのものであり、第１の固体電解質層５５２の上面、第２の連通部５５３ｄの内壁面、第２の固体電解質層５５４の下面によって区画形成されている。
【００５６】
第２室５６２は、第１室５６１から導入される排出ガスのＮＯｘ 濃度を検出するためのものであり、第１の固体電解質層５５２の上面、第２の矩形孔５５３ｂの内壁面、第２の固体電解質層５５４の下面によって区画形成されている。
【００５７】
第２の固体電解質層５５４の下面において第１室５６１の内部に位置する部分には、Ｐｔ等の金属とＺｒＯ２ 等のセラミックスとからなる多孔質サーメット材料により矩形板状に形成された内側ポンプ電極５７０が設けられている。また、第２の固体電解質層５５４の上面において内側ポンプ電極５７０と対応する部分には、同内側ポンプ電極５７０と同様の多孔質サーメット材料により矩形板状に形成された外側ポンプ電極５７１が設けられている。
【００５８】
内側ポンプ電極５７０及び外側ポンプ電極５７１と、第２の固体電解質層５５４において両電極５７０，５７１に挟まれた部分とにより、第１室５６１と外部との間で酸素を移動（ポンピング）させるための主ポンプセル５７２が構成されている。
【００５９】
この主ポンプセル５７２において、内側ポンプ電極５７０と外側ポンプ電極５７１との間に制御電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ１が印加されると、その制御電圧Ｖｐ１の大きさに応じた量の酸素が第２の固体電解質層５５４を介して第１室５６１から外部に、或いは外部から第１室５６１にポンピングされる。従って、この制御電圧Ｖｐ１を制御することにより、第１室５６１内における酸素分圧（酸素濃度）を所望の値に調節することができる。
【００６０】
また、第１の固体電解質層５５２の上面において第２室５６２の内部に位置する部分には、検出電極５８０が設けられている。一方、第１の固体電解質層５５２の下面において検出電極５８０と対応する部分には、基準ガス導入空間５６０内の大気と接触する基準電極５８１が設けられている。
【００６１】
検出電極５８０は、基準電極５８１とともにポンピング電極として機能する他、ＮＯｘ 還元触媒としての機能を併せ有するものであり、ロジウム（Ｒｈ）に対して重量比が１〜５％のＰｔが均一に添加された金属と、ＺｒＯ２ 等のセラミックスとからなる多孔質サーメット材料によって矩形板状に形成されている。一方、基準電極５８１は、前記各ポンプ電極５７０，５７１と同様、Ｐｔ等の金属とＺｒＯ２ 等のセラミックスとからなる多孔質サーメット材料によって矩形板状に形成されている。
【００６２】
検出電極５８０及び基準電極５８１と、第１の固体電解質層５５２において両電極５８０，５８１に挟まれた部分とにより、第２室５６２と基準ガス導入空間５６０との間で酸素をポンピングするための測定用ポンプセル５８２が構成されている。
【００６３】
前述したように、第１室５６１において酸素分圧が所定圧に調節された排出ガスは、第２の拡散律速孔５６４を通じて第２室５６２に導入され、検出電極５８０に接触する。そして、この排出ガスが検出電極５８０の還元作用によって窒素（Ｎ２ ）とＯ２ とに分解されることにより、検出電極５８０の近傍における酸素分圧は排出ガス中に含まれるＮＯｘ 濃度に応じた圧力値となる。
【００６４】
更に、測定用ポンプセル５８２において、検出電極５８０と基準電極５８１との間に一定の検出用電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ２が印加されると、検出電極５８０近傍のＯ２ が酸素イオン（Ｏ２−）となって検出電極５８０から基準電極５８１にポンピングされる。その結果、検出電極５８０及び基準電極５８１間には、ＮＯｘ の還元分解によって生成されたＯ２ の濃度に応じたポンプ電流Ｉｐ２が流れるようになる。従って、このポンプ電流Ｉｐ２の値に基づいてＮＯｘ 濃度を検出することができる。
【００６５】
因みに、この場合、検出電極５８０近傍の酸素イオンを基準電極５８１にポンピングするため、検出用電圧Ｖｐ２は検出電極５８０を負極、基準電極５８１を正極として両電極５８０，５８１間に印加される。
【００６６】
また、内側ポンプ電極５７０及び基準電極５８１と、第２の固体電解質層５５４、第２のスペーサ層５５３、第１の固体電解質層５５２の各層とにより、第１室５６１内の酸素分圧を検出するための制御用酸素分圧検出セル５９０が構成されている。
【００６７】
この制御用酸素分圧検出セル５９０では、第１室５６１の排出ガスが内側ポンプ電極５７０に接触するとともに、基準ガス導入空間５６０の大気が基準電極５８１に接触することにより、これら排出ガスと大気との酸素分圧差に基づいた起電力Ｖ１が両電極５７０，５８１間に発生する。従って、この起電力Ｖ１の大きさに基づいて第１室５６１内の酸素分圧を検出することができる。
【００６８】
次に、ＮＯｘ 濃度検出装置によるＮＯｘ 濃度の検出手順について説明する。
ＮＯｘ 濃度の検出を開始するのに先立ち、ＥＣＵ３０は駆動回路３４を通じてヒータ部５１０の発熱体５１３を通電制御することにより、同発熱体５１３を発熱させ、その熱により検出部５５０を所定温度（例えば、４００〜９００℃）にまで加熱する。その結果、検出部５５０の各層５５１〜５５４は、酸素イオンが移動可能な状態、即ち、活性化された状態になる。
【００６９】
次に、ＥＣＵ３０は、駆動回路３４を通じて主ポンプセル５７２の内側ポンプ電極５７０及び外側ポンプ電極５７１間に制御電圧Ｖｐ１を印加するとともに、その制御電圧Ｖｐ１の大きさを制御用酸素分圧検出セル５９０の起電力Ｖ１に基づいて制御する。より具体的に説明すると、ＥＣＵ３０のメモリ３２には、第１室５６１内の酸素分圧が極めて低い所定値（例えば、１×１０＾−８ 〜１．７×１０＾−４ ａｔｍ）となるときの起電力Ｖ１の値が記憶されており、ＥＣＵ３０は、起電力Ｖ１がこの値と等しくなるように、制御電圧Ｖｐ１の大きさをフィードバック制御する。その結果、第１室５６１における排出ガスの酸素分圧は低下し、同第１室５６１から第２の拡散律速孔５６４を通じて第２室５６２に導入される排出ガスは、分子単体としての酸素を殆ど含まない状態となる。
【００７０】
更に、ＥＣＵ３０は、駆動回路３４を通じて測定用ポンプセル５８２の検出電極５８０及び基準電極５８１間に検出用電圧Ｖｐ２を印加するとともに、これら両電極間５８０，５８１に流れるポンプ電流Ｉｐ２を入力回路３３を通じて読み込む。前述したように、このポンプ電流Ｉｐ２は、ＮＯｘ の還元分解によって生成されたＯ２ の濃度に応じて変化するものであるため、ＥＣＵ３０は、このポンプ電流Ｉｐ２の大きさに基づいてＮＯｘ 濃度を検出することができる。
【００７１】
ところで、本実施形態のＮＯｘ センサ５００は、エンジン１０の排気通路１２に取り付けられているため、同エンジン１０の運転中は、ＨＣ等の未燃成分を含む排出ガスに常に晒された状態にある。このため、排出ガスに接触した総時間が長くなると、多量の未燃成分がＮＯｘ センサ５００の検出電極５８０に付着することがある。
【００７２】
そして、検出電極５８０に多量の未燃成分が付着すると、図５に示すように、その未燃成分（同図ではＨＣとして例示）と第２室５６２中のＮＯｘ （同図では一酸化窒素（ＮＯ）として例示）とが反応することにより、ＮＯｘ と比較して反応性が極めて低い、水蒸気（Ｈ２ ０）、ＣＯ２ 、Ｎ２ が生成されるようになる。その結果、これらＨ２ ＯやＣＯ２ は検出電極５８０によって還元されることは殆どないため、ポンプ電流Ｉｐ２が減少し、同ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ 濃度との相関性が低下することにより、ＮＯｘ 濃度検出の精度悪化を招くこととなる。
【００７３】
そこで、本実施形態のＮＯｘ 濃度検出装置では、こうした未燃成分を除去するための処理（以下、「未燃成分除去処理」という）を実行するようにしている。以下、この「未燃成分除去処理」に関する処理手順について説明する。
【００７４】
まず、ＥＣＵ３０は、この「未燃成分除去処理」を行うのに先立ち、ＮＯｘ 濃度の検出を一時的に停止する。即ち、ＥＣＵ３０は、主ポンプセル５７２に対する制御電圧Ｖｐ１の印加、測定用ポンプセル５８２に対する検出用電圧Ｖｐ２の印加、制御用酸素分圧検出セル５９０における起電力Ｖ１の検出、及び測定用ポンプセル５８２におけるポンプ電流Ｉｐ２の検出をいずれも停止する。
【００７５】
次に、ＥＣＵ３０は、駆動回路３４を通じて測定用ポンプセル５８２の各電極５８０，５８１間に、検出用電圧Ｖｐ２とはその極性が反転された所定の大きさ（例えば、０．５〜１．０Ｖ）の電極処理用電圧Ｖｒを連続的に印加する。この場合、電極処理用電圧Ｖｒは、検出電極５８０を正極、基準電極５８１を負極として両電極間５８０，５８１に印加される。そして、このように両電極５８０，５８１の間に電極処理用電圧Ｖｒが印加される結果、基準ガス導入空間５６０内の大気に含まれるＯ２ は、酸素イオンとなって基準電極５８１から検出電極５８０にポンピングされるようになる。このため、図６に示すように、検出電極５８０に付着している未燃成分（ＨＣ）は、検出電極５８０にポンピングされたＯ２ と反応（酸化）して燃焼し、Ｈ２ Ｏ及びＣＯ２ （気体）となって検出電極５８０から除去される。
【００７６】
従って、本実施形態によれば、上記のような「未燃成分除去処理」を定期的に実行することにより、排出ガス中の未燃成分が検出電極５８０に付着することに起因した検出精度の悪化を防止することができる。
【００７７】
また、本実施形態では、Ｐｔを含む多孔質サーメット材料により検出電極５８０を形成するようにしているが、このＰｔは、酸化反応速度を増大させる酸化触媒としての機能を有しているため、検出電極５８０にポンピングされたＯ２ と未燃成分との酸化反応が、このＰｔの触媒作用によって促進されるようになる。その結果、「未燃成分除去処理」に要する電力消費量を増大させることなく、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
【００７８】
ところで、検出電極５８０におけるＰｔの含有量が多い場合、上記のような酸化反応を促進させる点では有効であるものの、Ｒｈの還元作用がＰｔによって阻害されることから、ＮＯｘ センサ５００のＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が低下するおそれがある。一方、検出電極５８０におけるＰｔの含有量が少ない場合、こうしたＳ／Ｎ比の低下は抑えられるものの、未燃成分を十分に除去することができなくおそれがある。従って、ＮＯｘ センサ５００の本来の機能を維持しつつ、未燃成分を確実に除去するうえでは、検出電極５８０におけるＰｔの含有量、特に還元触媒であるＲｈに対するＰｔの重量比を適宜設定することが重要になる。
【００７９】
この点、本実施形態では、上記ＰｔのＲｈに対する重量比を１〜５％に設定するようにしている。従って、Ｒｈにおける還元作用の低下が極力抑えられたうえで、Ｐｔによる未燃成分の酸化促進作用が確実に奏せられるようになる。その結果、本実施形態によれば、還元作用の低下に起因した上記Ｓ／Ｎ比の低下を抑制しつつ、未燃成分を確実に除去することができる。
【００８０】
また、本実施形態の構成とは異なり、第２の固体電解質層５５４の上面に排出ガスに接触する別の電極を設け、この電極と検出電極５８０との間に電極処理用電圧Ｖｒを印加することにより、排出ガス中のＯ２ を検出電極５８０側にポンピングして、同電極５８０上の未燃成分を燃焼させることも可能である。しかしながら、こうした構成にあっては、排出ガス中に含まれるＯ２ が大気と比較して少ないため、短時間に多量のＯ２ を検出電極５８０側にポンピングするためには、電極処理用電圧Ｖｒを相対的に大きく設定しなければならず、「未燃成分除去処理」に要する電力消費量の増大を招くこととなる。
【００８１】
一方、本実施形態では、大気に接触する基準電極５８１と検出電極５８０との間に電極処理用電圧Ｖｒを印加することにより、その大気に含まれるＯ２ を検出電極５８０側にポンピングするようにしているため、こうした電力消費量を極力抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
【００８２】
次に、上記「未燃成分除去処理」を適切なタイミングで実行するための制御手順について説明する。
まず、「未燃成分除去処理」の実行時期を判定する際の判定手順について説明する。
【００８３】
図７は、ＥＣＵ３０により所定時間間隔毎の割込処理として実行される「除去処理時期判定ルーチン」の各処理を示すフローチャートである。
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ３０は、ステップ１００においてメモリ３２に記憶されている経過時間ＣＴＩＭＥ及び始動回数ＣＳＴＡＴをそれぞれ読み込む。
【００８４】
ここで、経過時間ＣＴＩＭＥは、「未燃成分除去処理」が終了してからのエンジン１０の総運転時間に相当するものであり、「未燃成分除去処理」が実行されていないときには「１」ずつインクリメントされ、同「未燃成分除去処理」が終了して所定時間が経過したときに「０」にリセットされるカウンタ値である。
【００８５】
また、始動回数ＣＳＴＡＴは、「未燃成分除去処理」が終了してからのエンジン１０の始動回数を示すものであり、エンジン１０が始動される度に「１」ずつインクリメントされ、「未燃成分除去処理」が終了して所定時間が経過したときに「０」にリセットされるカウンタ値である。尚、これら経過時間ＣＴＩＭＥ及び始動回数ＣＳＴＡＴの各値は、イグニッションスイッチ２８がオフ操作されてエンジン１０の運転が停止された後も、ＥＣＵ３０のメモリ３２に記憶保持されている。
【００８６】
次に、ＥＣＵ３０は、ステップ１０２においてイグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替わったか否か、即ち、今回の制御周期がエンジン１０の始動時であるか否かを判断する。ここで始動時である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１０３において、前記始動回数ＣＳＴＡＴを「１」だけインクリメントする。このステップ１０３の処理を実行した後、又はステップ１０２において始動時ではない旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ１０４に移行する。
【００８７】
ステップ１０４において、ＥＣＵ３０は、前記始動回数ＣＳＴＡＴと判定値ＪＣＳＴＡＴとを比較する。ここで始動回数ＣＳＴＡＴが判定値ＪＣＳＴＡＴ未満である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ１０６に移行する。そして、ステップ１０６において、ＥＣＵ３０は、前記経過時間ＣＴＩＭＥと判定値ＪＣＴＩＭＥとを比較する。
【００８８】
ここで、上記各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥはいずれも、測定用ポンプセル５８２の検出電極５８０に付着した未燃成分が所定量以上に達したか否かを判断するためのものであり、未燃成分に対する検出電極５８０の親和性や排出ガスの成分特性等を考慮した実験によって求められ、予めメモリ３２に記憶されている値である。
【００８９】
エンジン１０の始動時には、燃焼室における燃焼状態が不安定となって排出ガス中の未燃成分が増大する傾向がある。特に、始動時においては燃焼状態を安定させるために、インジェクタ２３から噴射される燃料が始動完了後と比較して増量されることから、排出ガス中の未燃成分が更に増大するようになる。
【００９０】
このため、始動回数ＣＳＴＡＴが大きくなるほど、未燃成分を多く含む排出ガスが検出電極５８０に接触している時間が長くなることになるため、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が増大していると推定できる。
【００９１】
また、経過時間ＣＴＩＭＥに関しても同様に、同経過時間ＣＴＩＭＥが長くなるほど、検出電極５８０が排出ガスに接触している時間が長くなることから、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が増大していると推定できる。
【００９２】
従って、始動回数ＣＳＴＡＴや経過時間ＣＴＩＭＥが適宜求められた上記判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥ以上となった場合には、未燃成分の付着量が所定量に達したものと判断することができる。即ち、ステップ１０４において始動回数ＣＳＴＡＴが判定値ＪＣＳＴＡＴ以上である旨判断された場合や、ステップ１０６において経過時間ＣＴＩＭＥが判定値ＪＣＴＩＭＥ以上である旨判断された場合はいずれも、ＥＣＵ３０は、未燃成分の付着量が所定量に達したものとして、処理をステップ１１０に移行する。
【００９３】
ステップ１１０において、ＥＣＵ３０は、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「０」に設定されている否かを判断する。この除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶは、「未燃成分除去処理」を開始する条件が満たされているか否かを判断するためのものであり、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が増大していると判断されたとき（ステップ１０４，１０６で否定判断されたとき）に「１」に設定され、「未燃成分除去処理」が終了して所定時間が経過したときに「０」に設定されるフラグである。
【００９４】
ステップ１１０において除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「０」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ１１２において、この除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶを「１」に設定する。一方、ステップ１１０において除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００９５】
これに対して、ステップ１０６において経過時間ＣＴＩＭＥが判定値ＪＣＴＩＭＥ未満である旨判断された場合、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が未だ所定量に達していないものとして、ＥＣＵ３０は処理をステップ１０８に移行する。そして、ステップ１０８において、ＥＣＵ３０は、経過時間ＣＴＩＭＥを「１」だけインクリメントした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００９６】
以上説明した「除去処理時期判定ルーチン」の各処理により、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が所定量に達した場合には、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定される。一方、未燃成分の付着量が所定量に達していない場合には、経過時間ＣＴＩＭＥがインクリメントされるとともに、エンジン１０が始動される度に始動回数ＣＳＴＡＴがインクリメントされ、それら各カウンタ値ＣＴＩＭＥ，ＣＳＴＡＴがメモリ３２に記憶保持されることとなる。
【００９７】
次に、「未燃成分除去処理」を実行する際の制御手順について説明する。
図８は、ＥＣＵ３０により所定時間間隔毎の割込処理として実行される「除去処理ルーチン」の各処理を示すフローチャートである。
【００９８】
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ３０は、ステップ２００においてディレイフラグＸＤＬＹが「０」に設定されているか否かを判定する。このディレイフラグＸＤＬＹは、後述する「検出モード移行処理」が実行されているか否かを判断するためのものであり、「未燃成分除去処理」が終了したときに「１」に設定され、同処理が終了してから所定時間が経過したときに「０」に設定されるフラグである。
【００９９】
ステップ２００において、ディレイフラグＸＤＬＹが「０」に設定されている旨判断された場合、即ち上記「検出モード移行処理」がまだ開始されていない場合、ＥＣＵ３０は、ステップ２０２において、前述した除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されているか否かを判断する。ここで除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「０」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１００】
一方、ステップ２０２において除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ２０４において更に、エンジン１０の燃焼室内に供給されている混合気が希薄混合気であるか否かを判断する。ここで、ＥＣＵ３０は、以下の各条件［１］，［２］の少なくとも一方が満たされている場合に、混合気が希薄混合気である旨判断する。
［１］燃焼方式として前記希薄燃焼方式が選択されていること
［２］燃料カット制御が実行中であること
上記条件［１］が満たされる場合としては、例えば、暖機運転時ではないこと、急加速時のような高負荷運転時ではないこと等々の条件が全て満たされている場合が挙げられる。因みに、これら各条件の一つが満たされていない場合には、燃焼方式として前記通常燃焼方式が選択されることになる。
【０１０１】
また、上記条件［２］が満たされる場合としては、例えば、エンジン１０が減速中であり、且つ、機関回転数ＮＥが所定回転数以上である場合が挙げられる。ステップ２０４において混合気が希薄混合気である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ２０８において除去処理時間ＣＨＣＲＭＶと判定値ＪＣＨＣＲＭＶとを比較する。
【０１０２】
ここで、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶは、「未燃成分除去処理」が開始されてからの経過時間に相当するものであり、「未燃成分除去処理」の実行中は「１」ずつインクリメントされ、「未燃成分除去処理」が終了して所定時間が経過したときに「０」にリセットされるカウンタ値である。
【０１０３】
また、判定値ＪＣＨＣＲＭＶは、検出電極５８０に付着している未燃成分が確実に除去されたか否かを判断するための判定値である。この判定値ＪＣＨＣＲＭＶは、前記電極処理用電圧Ｖｒの大きさや前述した各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥの大きさ等に基づいて実験によって求められ、予めメモリ３２に記憶されている値である。
【０１０４】
例えば、電極処理用電圧Ｖｒが相対的に小さく設定されるほど、この判定値ＪＣＨＣＲＭＶは大きく設定される。電極処理用電圧Ｖｒが小さくなるほど、検出電極５８０側にポンピングされるＯ２ の量が減少して未燃成分の除去速度が低下するため、その除去処理時間を長くする必要があるからである。また、各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥが相対的に大きく設定されるほど、この判定値ＪＣＨＣＲＭＶは大きく設定される。各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥが大きく設定されるほど、「未燃成分除去処理」の開始時に、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が多くなるため、その除去処理時間を長くする必要があるからである。
【０１０５】
ステップ２０８において除去処理時間ＣＨＣＲＭＶが判定値ＪＣＨＣＲＭＶ以下である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２２０に移行して「未燃成分除去処理」を実行する。そして、ＥＣＵ３０は、ステップ２２２において、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶを「１」だけインクリメントした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１０６】
一方、ステップ２０８において除去処理時間ＣＨＣＲＭＶが判定値ＪＣＨＣＲＭＶより大きい旨判断された場合、即ち、「未燃成分除去処理」が継続して所定時間実行されている場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２１０に移行する。ステップ２１０において、ＥＣＵ３０は、ディレイフラグＸＤＬＹを「１」に設定する。
【０１０７】
ステップ２１０の処理を実行した後、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２１４に移行する。また、前述したステップ２００においてディレイフラグＸＤＬＹが「０」である旨判断された場合、即ち、今回の制御周期までに「検出モード移行処理」が既に開始されている場合にも同様に、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２１４に移行する。
【０１０８】
ステップ２１４において、ＥＣＵ３０は、ディレイ時間ＣＤＬＹと判定値ＪＣＤＬＹとを比較する。
ここで、ディレイ時間ＣＤＬＹは、「検出モード移行処理」の実行が開始されてからの経過時間に相当するものであり、この「検出モード移行処理」の実行中は「１」ずつインクリメントされ、同「検出モード移行処理」が終了したときに「０」にリセットされるカウンタ値である。
【０１０９】
また、判定値ＪＣＤＬＹは、「検出モード移行処理」が開始されてから所定時間が経過したか否か、換言すれば、「未燃成分除去処理」によって一時的に上昇した第１室５６１及び第２室５６２の酸素分圧がＮＯｘ 濃度の検出可能な圧力値にまで低下したか否かを判断するための値である。この判定値ＪＣＤＬＹは、「検出モード移行処理」において、主ポンプセル５７２の各電極５７０，５７１、測定用ポンプセル５８２の各電極５８０，５８１間にそれぞれ印加される電圧の大きさ等を考慮した実験によって求められ、予めメモリ３２に記憶されている値である。
【０１１０】
ステップ２１４においてディレイ時間ＣＤＬＹが判定値ＪＣＤＬＹ以下である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２３０に移行する。ステップ２３０において、ＥＣＵ３０は、「検出モード移行処理」を実行する。
【０１１１】
即ち、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ 濃度の検出を無効化し、同ＮＯｘ 濃度に基づいて実行されるＥＧＲ率のフィードバック制御をオープンループ制御に切り替える。更に、ＥＣＵ３０は、主ポンプセル５７２の各電極５７０，５７１間、測定用ポンプセル５８２の各電極５８０，５８１間にそれぞれ所定電圧を印加することにより、第１室５６１及び第２室５６２内に存在するＯ２ を強制的に基準ガス導入空間５６０或いは外部にポンピングする。従って、「未燃成分除去処理」によって一時的に上昇した両室５６１，５６２の酸素分圧は、ＮＯｘ 濃度が検出可能な圧力値にまで徐々に低下するようになる。
【０１１２】
このように「検出モード以降処理」を実行した後、ＥＣＵ３０は、ステップ２３２において、前記ディレイ時間ＣＤＬＹを「１」だけインクリメントし、、本ルーチンの処理を一旦終了する。
一方、ステップ２１４においてディレイ時間ＣＤＬＹが判定値ＪＣＤＬＹより大きい旨判断された場合、即ち、「検出モード移行処理」が開始されてから所定時間が経過した場合、ＥＣＵ３０は、ステップ２１６において、ディレイフラグＸＤＬＹ及び除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶをいずれも「０」に設定する。更に、ステップ２１８において、ＥＣＵ３０は、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶ、ディレイ時間ＣＤＬＹ、始動回数ＣＳＴＡＴ、及び経過時間ＣＴＩＭＥをいずれも「０」にリセットした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１１３】
また、前述したステップ２０４において混合気が希薄混合気ではない旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの処理を一旦終了する。従って、今回の制御周期において「未燃成分除去処理」がまだ開始されていない場合には、ステップ２０４において肯定判断されるまで同処理の開始が遅らされ、「未燃成分除去処理」が既に開始されている場合には、同処理がステップ２０４において肯定判断されるまで一時的に停止されることとなる。
【０１１４】
図９及び図１０は、上記制御手順に従って「未燃成分除去処理」を実行することによる効果を示す実験結果であり、図９はＮＯｘ センサ５００からのセンサ出力の時間的推移を、図１０はＮＯｘ （ＮＯ）濃度に対するセンサ出力の大きさをそれぞれ示している。また、これら各図において、実線は本実施形態のセンサ出力を示し、二点鎖線は上記「未燃成分除去処理」を実行しなかった場合のセンサ出力を比較例として示している。
【０１１５】
これら各図を参照すると、比較例にあっては、時間の経過とともに検出電極５８０に付着する未燃成分が増大するため、センサ出力はセンサ使用時間（エンジン１０の運転時間）の増大とともに徐々に減少しており（図９）、また、センサ出力とＮＯｘ 濃度との線形性も失われてしまい、ＮＯｘ 濃度が１０００ｐｐｍ以上の雰囲気中では、同ＮＯｘ 濃度が増大してもセンサ出力は殆ど変化しなくなることがわかる（図１０）。
【０１１６】
これに対して、本実施形態では、センサ使用時間が増大してもセンサ出力の変化は殆ど見られず、また、センサ使用時間が１００時間に達したときでも、センサ出力とＮＯｘ 濃度との線形性が保持されていることがわかる。
【０１１７】
このように本実施形態によれば、上記制御手順に従って適正なタイミングで「未燃成分除去処理」を実行することにより、未燃成分が検出電極５８０に付着することに起因した検出精度の低下を抑制し、ＮＯｘ 濃度検出装置の本来の検出能力を長期間維持することができる。
【０１１８】
ところで、「未燃成分除去処理」において基準ガス導入空間５６０から検出電極５８０側にポンピングされたＯ２ は、必ずしも検出電極５８０に付着している未燃成分と反応するわけではなく、第２室５６２の排出ガス中に存在している未燃成分とも反応することがある。従って、ポンピングされたＯ２ のうち、このように排出ガス中の未燃成分と反応するＯ２ の量が増大するようになると、未燃成分を除去速度が低下することとなる。
【０１１９】
この点、本実施形態では、燃焼室にて燃焼される混合気が希薄混合気であるとき、換言すれば、排出ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であるときに「未燃成分除去処理」を実行するようにしているため、基準ガス導入空間５６０から検出電極５８０側にポンピングされるＯ２ のうち、第２室５６２の排出ガス中に存在する未燃成分と反応してしまうＯ２ の量が減少する。その結果、本実施形態によれば、検出電極５８０に付着している未燃成分を効率的に除去することができる。
【０１２０】
また、本実施形態では、前記条件［１］燃焼方式として希薄燃焼方式が選択されていること、［２］燃料カット制御が実行中であること、の一方が満たされているか否かを判断することにより、燃焼室にて燃焼される混合気が希薄混合気であることを確実に判断することができる。そして、その確実な判断に基づいて「未燃成分除去処理」が実行されるため、未燃成分の除去を更に効率的に行うことができる。
【０１２１】
更に、本実施形態では、経過時間ＣＴＩＭＥや始動回数ＣＳＴＡＴに基づいて検出電極５８０に対する未燃成分の付着量を容易に且つ正確に推定することができる。
【０１２２】
そして、これら経過時間ＣＴＩＭＥや始動回数ＣＳＴＡＴが判定値ＪＣＴＩＭＥ，ＪＣＳＴＡＴ以上になったことを「未燃成分除去処理」の開始条件としているため、検出電極５８０に付着した未燃成分が所定量より少なく検出精度に及ぼす影響が小さいときには、「未燃成分除去処理」が実行されることはなく、従って、ＮＯｘ 濃度検出装置によるＮＯｘ 濃度の検出が中断されてしまうこともない。その結果、本実施形態によれば、「未燃成分除去処理」が頻繁に実行されることに起因して、ＮＯｘ 濃度検出装置の本来の機能が低下してしまうことを極力抑制することができる。
【０１２３】
ところで、電極処理用電圧Ｖｒの印加に基づいて基準ガス導入空間５６０内のＯ２ が第２室５６２に強制的にポンピングされることにより、検出電極５８０近傍における酸素分圧がＮＯｘ 濃度の検出時における圧力値よりも一時的に上昇するようになる。従って、こうした状況下でＮＯｘ 濃度の検出が実行されると同ＮＯｘ 濃度の誤検出を招くおそれがある。
【０１２４】
この点、本実施形態によれば、「未燃成分除去処理」の終了時から前記「検出モード移行処理」を実行することにより、所定時間が経過して第２室５６２内の酸素分圧がＮＯｘ 濃度の検出が可能な圧力値にまで低下するまでは、ＮＯｘ 濃度の検出を無効化するとともに、ＥＧＲ率のフィードバック制御をオープンループ制御に切り替えるようにしている。その結果、ＮＯｘ 濃度の誤検出を防止することができるとともに、誤検出されたＮＯｘ 濃度に基づいてＥＧＲ率の制御が行われてしまうことを未然に防止することができる。
【０１２５】
特に、本実施形態では、ＮＯｘ 濃度の検出を無効化するとともに、主ポンプセル５７２及び測定用ポンプセル５８２を用いて第１室５６１及び第２室５６２内のＯ２ を基準ガス導入空間５６０や外部にポンピングするようにしているため、両室５６１，５６２内の酸素分圧をＮＯｘ 濃度の検出が可能な圧力値にまで速やかに低下させることができ、「未燃成分除去処理」が終了してからＮＯｘ 濃度の検出が可能になるまでの時間を短縮することができる。
【０１２６】
以上説明したように、本実施形態のＮＯｘ 濃度検出装置によれば、以下に示すような効果を奏することができる。
（１）排出ガス中の未燃成分が検出電極５８０に付着することに起因した検出精度の悪化を防止することができる。
【０１２７】
（２）Ｐｔの酸化触媒作用により、未燃成分の除去処理に要する電力消費量の増大を抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
（３）Ｒｈに対するＰｔの重量比を１〜５％とすることにより、Ｒｈの還元作用の低下に起因したＮＯｘ センサ５００のＳ／Ｎ比の低下を抑制しつつ、未燃成分を確実に除去することができる。
【０１２８】
（４）基準ガス導入空間５６０内の大気に含まれるＯ２ を第２室５６２にポンピングさせるようにしたため、未燃成分の除去処理に要する電力消費量を極力抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
【０１２９】
（５）適正なタイミングで未燃成分の除去処理を実行することができ、ＮＯｘ濃度検出装置の本来の検出能力を長期間維持することができる。
（６）第２室５６２にポンピングされるＯ２ のうち、排出ガス中の未燃成分と反応するＯ２ の量を極力減少させ、未燃成分を効率的に除去することができる。
【０１３０】
（７）燃焼室にて燃焼される混合気が希薄混合気であることを確実に判断することができ、その判断に基づいて未燃成分の除去を更に効率的に行うことができる。
【０１３１】
（８）経過時間ＣＴＩＭＥや始動回数ＣＳＴＡＴに基づいて検出電極５８０に対する未燃成分の付着量を容易に且つ正確に推定することができる。
（９）未燃成分の除去処理が頻繁に実行されることに起因してＮＯｘ 濃度検出装置の本来の機能が低下してしまうことを極力抑制することができる。
【０１３２】
（１０）ＮＯｘ 濃度の誤検出を防止することができ、誤検出されたＮＯｘ 濃度に基づいてＥＧＲ率の制御が行われてしまうことを未然に防止することができる。
【０１３３】
（１１）未燃成分の除去処理が終了してからＮＯｘ 濃度の検出が可能になるまでの時間を短縮することができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明を具体化した第２の実施形態について上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。尚、上記第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３４】
第１の実施形態では、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定された後、混合気が希薄混合気となったときに「未燃成分除去処理」を実行するようにしたが、本実施形態では、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定された後、エンジン１０の運転が停止されたときに「未燃成分除去処理」を実行するようにしている。以下、こうした制御手順について、「除去処理ルーチン」の各処理を示す図１１のフローチャートを参照して説明する。
【０１３５】
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ３０は、ステップ３００において、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されているか否かを判断する。本実施形態においても、この除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶの操作は、前述した「除去処理時期判定ルーチン」にて行われ、検出電極５８０に対する未燃成分の付着量が所定量に達したと判断された場合（図８に示すステップ１０４，１０６の少なくとも一方において否定判断された場合）に「１」に設定される。
【０１３６】
ここで、本実施形態では、前記各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＣＴＩＭＥの大きさをいずれも第１の実施形態と比較して小さく設定することにより、前述した未燃成分の付着量に関する所定量を相対的に小さく設定するようにしている。このように各判定値ＪＣＳＴＡＴ，ＪＣＴＩＭＥを設定するようにしたのは、本実施形態では、前述したように除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されても、エンジン１０の運転が停止されるまでの期間は「未燃成分除去処理」が実行されないため、同期間に検出精度が低下したままＮＯｘ 濃度の検出が行われてしまうことを防止するためである。
【０１３７】
ステップ３００において除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「１」に設定されている旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、ステップ３０２において更に、イグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＦＦ」であるか否かを判断する。
【０１３８】
このステップ３０２においてイグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＦＦ」である旨判断された場合、換言すれば、エンジン１０の運転が停止され、ＥＧＲ装置１９による排出ガスの再循環を行う必要がない場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ３０６に移行する。ステップ３０６において、ＥＣＵ３０は、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶと判定値ＪＣＨＣＲＭＶとを比較する。そして、ここで除去処理時間ＣＨＣＲＭＶが判定値ＪＣＨＣＲＭＶ以下である旨判断された場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ３２０に移行して第１の実施形態と同様、「未燃成分除去処理」を実行する。そして、ＥＣＵ３０は、ステップ３２２において、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶを「１」だけインクリメントした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１３９】
一方、ステップ３０６において除去処理時間ＣＨＣＲＭＶが判定値ＪＣＨＣＲＭＶより大きい旨判断された場合、即ち、「未燃成分除去処理」が継続して所定時間実行されている場合、ＥＣＵ３０は、処理をステップ３０８に移行する。
ステップ３０８において、ＥＣＵ３０は、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶを「０」に設定する。更に、ステップ２１８において、ＥＣＵ３０は、除去処理時間ＣＨＣＲＭＶ、始動回数ＣＳＴＡＴ、及び経過時間ＣＴＩＭＥをいずれも「０」にリセットした後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１４０】
また、前述したステップ３００において、除去処理実行フラグＸＨＣＲＭＶが「０」である旨判断された場合、或いは、ステップ３０２においてイグニッション信号ＩＧＳＷＴが「ＯＮ」である旨判断された場合はいずれも、ＥＣＵ３０は、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１４１】
以上説明したような制御手順に従って「未燃成分除去処理」を実行することにより、本実施形態においても上記第１の実施形態の（１）〜（５），（８）に記載した効果に加え、更に以下のような効果を奏することができる。
【０１４２】
（１２）即ち、本実施形態によれば、エンジン１０の運転が停止された後に、未燃成分の除去処理を行うようにしているため、同処理の実行によってＥＧＲ率のフィードバック制御が中断されてしまうことがない。従って、エンジン１０におけるＥＧＲ量を常に精度良く制御することができるようになり、エミッションの向上を図ることができる。
【０１４３】
（１３）更に、本実施形態によれば、未燃成分の除去処理後にＮＯｘ 濃度の検出を短時間のうちに再開する必要がないため、ＮＯｘ 濃度の誤検出を未然に防止することができる。
【０１４４】
以上、本発明を具体化した実施形態について説明したが、上記各実施形態は以下のように構成を変更して実施することもできる。
・第１の実施形態では、「検出モード移行処理」において、主ポンプセル５７２及び測定用ポンプセル５８２により第１室５６１及び第２室５６２内のＯ２ を基準ガス導入空間５６０又は外部にポンピングするようにしたが、例えば、以下のような構成を採用することもできる。
【０１４５】
即ち、図１２に示すように、第２の固体電解質層５５４の下面において第２室５６２の内部に位置する部分に、内側補助ポンプ電極６７０を設けるとともに、第２の固体電解質層５５４の上面において内側補助ポンプ電極６７０と対応する部分に外側補助ポンプ電極６７１を設けるようにする。そして、これら内側補助ポンプ電極６７０及び外側補助ポンプ電極６７１と、第２の固体電解質層５５４において各電極６７０，６７１に挟まれた部分とにより、補助ポンプセル６７２を構成する。そして、「検出モード移行処理」において、主ポンプセル５７２及び測定用ポンプセル５８２に加え、この補助ポンプセル６７２により第１室５６１及び第２室５６２内のＯ２ を基準ガス導入空間５６０又は外部にポンピングするようにしてもよい。
【０１４６】
こうした構成によれば、短時間のうちに第１室５６１及び第２室５６２の酸素分圧を低下させることができ「未燃成分除去処理」が終了してからＮＯｘ 濃度の検出が可能になるまでの時間を更に短縮することができる。
【０１４７】
・第１の実施形態では、混合気が希薄混合気であることを条件として「未燃成分除去処理」を実行するようにしたが、例えば、吸気通路１１のエアフローメータ（図示略）により検出される吸入空気量が所定値以下であることを更に実行条件に加えるようにしてもよい。排気通路１２に排出される排出ガスの量は吸入空気量に応じて変化するものであり、同空気量が少ないほど前記第２室５６２中における未燃成分の絶対量が少なくなる傾向があるからである。
【０１４８】
また、ＥＧＲ装置１９による排出ガスの再循環が停止されたこと（ＥＧＲ率＝０）を条件として「未燃成分除去処理」を実行するようにしてもよい。
・上記各実施形態では、「未燃成分除去処理」において測定用ポンプセル５８２の各電極５８０，５８１間に、電極処理用電圧Ｖｒを連続的に印加するようにしたが、この電極処理用電圧Ｖｒの印加態様を、排出ガス中に含まれる未燃成分の濃度等に応じて、例えば、ステップ状或いはパルス状に変更することもできる。
【０１４９】
・上記各実施形態において、「未燃成分除去処理」を実行する際に前記ヒータ部５１０の発熱体５１３に対する供給電力を一時的に増大させることにより、検出部５５０、特に、検出電極５８０近傍の温度を更に上昇させるようにしてもよい。このような構成によれば、検出電極５８０に付着している未燃成分とＯ２ との酸化反応を更に促進させることができ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。特に、第２の実施形態では、エンジン１０の運転が停止した後に「未燃成分除去処理」を実行するようにしているため、排出ガスの熱によって検出電極５８０の近傍が加熱されることがないため、上記のような構成は特に有効である。
【０１５０】
・上記各実施形態では、検出電極５８０の形成材料に酸化触媒としてＰｔを均一に混合するようにしたが、所定の酸化触媒作用を奏し得るものであれば、上記酸化触媒はこのＰｔに限定されるものではない。更に、上記各実施形態のように検出電極５８０の形成材料中にＰｔを均一に添加する構成の他、例えば、ドット状やストライブ状をなすように、検出電極５８０の一部をＰｔによって形成するようにしてもよい。
【０１５１】
・上記各実施形態では、測定用ポンプセル５８２の検出電極５８０及び基準電極５８１間に検出用電圧Ｖｐ２を印加し、これら両電極間５８０，５８１に流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づきＮＯｘ 濃度を検出するようにしたが、例えば、検出電極５８０と主ポンプセル５７２の外側ポンプ電極５７１との間に検出用電圧Ｖｐ２を印加し、このときに両電極５７１，５８０間に流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ 濃度を検出するようにしてもよい。更に、第２の固体電解質層５５４の上面に別の電極を設け、この電極と検出電極５８０との間に検出用電圧Ｖｐ２を印加したときのポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ 濃度を検出することもできる
・上記各実施形態では、ＮＯｘ 濃度検出装置により検出されるＮＯｘ 濃度に基づいて、ＥＧＲ率をフィードバック制御するようにした。これに対して、ＮＯｘ センサ５００を触媒コンバータ１７の下流側に設け、ＮＯｘ 濃度装置により検出されるＮＯｘ 濃度に基づいて触媒コンバータ１７の劣化判定を行うようにしてもよい。このような構成によれば、触媒コンバータ１７の劣化判定を行う際の誤判定が防止でき、その劣化を確実に判定することができる。
【０１５２】
・上記各実施形態では、車両用ガソリンエンジン１０に備えられたＮＯｘ 濃度検出装置として本発明を具体化するようにしたが、例えば、定置動力用、船舶用のエンジンやその他の燃焼機器用のＮＯｘ 濃度検出装置として具体化することもできる。また、ガソリンエンジンに限られずディーゼルエンジンのＮＯｘ 濃度検出装置として適用することもできる。更に、ＮＯｘ 濃度検出装置に限られず、排出ガス中の酸素濃度を直接検出する酸素濃度検出装置として本発明を具体化することもできる。
【０１５３】
上記各実施形態から把握できる技術的思想についてその効果とともに以下に記載する。
（１）請求項１乃至１２に記載した酸素濃度検出装置において、前記電極処理用電圧の印加が終了したときから所定時間が経過するまで前記電流値に基づく酸素濃度の検出を無効化する無効化手段を更に備えたことを特徴とする。
【０１５４】
第１の電極及び第２の電極間に電極処理用電圧が印加され、第２の電極から第１の電極へと酸素が移動すると、第１の電極近傍における酸素濃度は被測定ガス中に含まれる酸素の濃度よりも一時的に上昇するようになる。従って、こうした状況下で酸素濃度の検出が実行されると、被測定ガス中に含まれる酸素の濃度を誤検出するおそれがある。
【０１５５】
この点、上記構成によれば、各電極間への電極処理用電圧の印加が終了したときから所定時間が経過して、第１の電極近傍における酸素濃度が再び本来の酸素濃度にまで戻った後に酸素濃度の検出が行われるようになる。その結果、未燃成分の除去処理が行われることに起因した酸素濃度の誤検出を回避することができる。
【０１５６】
【発明の効果】
請求項１乃至１２に記載した発明によれば、電極処理用電圧が第１の電極と第３の電極間に印加されることにより、第３の電極から固体電解質を介して第１の電極へと酸素が移動し、第１の電極に付着している未燃成分はこの酸素と反応して燃焼し除去されるようになる。その結果、未燃成分を多量に含む被測定ガス雰囲気下で使用されたとしても、その未燃成分が第１の電極に付着することに起因した検出精度の悪化を防止することができる。
【０１６１】
請求項１乃至５に記載した発明によれば、電圧印加条件を適宜設定することにより、第１の電極に付着している未燃成分を適正なタイミングで除去することができ、酸素濃度検出装置における本来の検出能力を長期間維持することができる。
【０１６２】
特に、請求項１又は２に記載した発明によれば、被測定ガスにおける未燃成分の濃度が所定値以下であるときに未燃成分の除去処理が行われるため、第１の電極側に移動する酸素のうち、被測定ガス中の未燃成分と反応する酸素の量が減少するようになる。その結果、第１の電極に付着している未燃成分を効率的に除去することができる。
【０１６３】
更に、請求項１又は２に記載した発明によれば、被測定ガス、即ち排出ガスにおける未燃成分の濃度が所定値以下となったことが確実に判断され、その判断に基づいて未燃成分の除去処理が実行されるようになるため、未燃成分を更に効率的に除去することができる。
【０１６４】
また、請求項３乃至５に記載した発明によれば、第１の電極に付着した未燃成分が所定量未満であって検出精度への影響が小さいときには、未燃成分の除去処理が実行されないようになる。その結果、未燃成分の除去処理が必要以上に実行されて酸素濃度の検出が頻繁に中断されるような状況を回避することができ、酸素濃度検出装置の本来の機能が低下してしまうことを極力抑制することができる。
【０１６５】
特に、請求項４によれば、上記効果に加えて、未燃成分の除去処理に要する電力消費量を抑えつつ、第１の電極に付着している未燃成分を効率的に除去することができる。
【０１６６】
また、請求項５に記載した発明によれば、第１の電極に対する未燃成分の付着量との相関性が高い燃焼機器の作動時間及び始動回数の少なくとも一方に基づいて、第１の電極に対する未燃成分の付着量が容易に且つ正確に推定されるようになる。その結果、酸素濃度検出装置の本来の機能を極力抑制するといった効果をより確実に奏することができる。
また、請求項８に記載した発明によれば、より多量の酸素が第３の電極から第１の電極へと移動するようになるため、未燃成分の除去処理に要する電力消費量を抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
請求項９乃至１２に記載した発明によれば、第１の電極及び第３の電極間に流れる電流値に基づいて排出ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出することができる。
特に、請求項１０乃至１２に記載した発明によれば、還元触媒材料に含まれる酸化触媒材料によって上記未燃成分と酸素との酸化反応が促進されるようになる。その結果、未燃成分の除去処理に要する電力消費量を抑えつつ、未燃成分を速やかに且つ確実に除去することができる。
また更に、請求項１２に記載した発明によれば、ロジウムにおける還元作用の低下が極力抑えられたうえで、白金による未燃成分の酸化促進作用が確実に奏せられるようになる。その結果、還元作用の低下に起因した検出精度（Ｓ／Ｎ比）の低下を抑制しつつ、未燃成分を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＮＯｘ 濃度検出装置を示す概略構成図。
【図２】ＮＯｘ センサの断面図。
【図３】図２の３−３線に沿った断面図。
【図４】図２の４−４線に沿った断面図。
【図５】検出電極に付着した未燃成分と排出ガス中のＮＯｘ とが反応する様子を示す説明図。
【図６】検出電極に付着した未燃成分が除去される様子を示す説明図。
【図７】未燃成分の除去処理時期を判定する際の手順を説明するためのフローチャート。
【図８】第１の実施形態における未燃成分の除去処理手順を説明するためのフローチャート。
【図９】センサ使用時間とセンサ出力との関係を示すグラフ。
【図１０】ＮＯｘ 濃度とセンサ出力との関係を示すグラフ。
【図１１】第２の実施形態における未燃成分の除去処理手順を説明するためのフローチャート。
【図１２】ＮＯｘ センサの構成変更例を示す断面図。
【符号の説明】
１０…エンジン、１７…触媒コンバータ、１９…ＥＧＲ装置、２０…ＥＧＲ通路、２１…制御弁、２８…イグニッションスイッチ、３０…ＥＣＵ、５００…ＮＯｘ センサ、５１０…ヒータ部、５５０…検出部、５５２…第１の固体電解質層、５６０…基準ガス導入空間、５８０…検出電極、５８１…基準電極、５８２…測定用ポンプセル。
Claims (12)
- 固体電解質体に第１の電極及び第２の電極が配設され、前記第１の電極に接触する被測定ガス中の酸素を当該第１の電極から前記固体電解質体を介して前記第２の電極に移動させるべく前記各電極間に電圧を印加するとともに、前記酸素の移動により前記各電極間に流れる電流値に基づいて前記被測定ガス中の酸素の濃度を検出するようにした酸素濃度検出装置において、
前記固体電解質体を介して前記第１の電極へ酸素を移動させ前記第１の電極に付着している未燃成分と反応させるべく当該第１の電極との間で電極処理用電圧が印加される第３の電極と、
所定の電圧印加条件が満たされたときにのみ前記第１の電極と前記第３の電極との間に前記電極処理用電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記被測定ガスは燃焼機器の排出ガスであり、
前記電圧印加手段は前記被測定ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であることを前記電圧印加条件とし、前記燃焼機器に対する燃焼用燃料の供給が停止されているときに前記未燃成分の濃度が所定値以下であると判断する
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 固体電解質体に第１の電極及び第２の電極が配設され、前記第１の電極に接触する被測定ガス中の酸素を当該第１の電極から前記固体電解質体を介して前記第２の電極に移動させるべく前記各電極間に電圧を印加するとともに、前記酸素の移動により前記各電極間に流れる電流値に基づいて前記被測定ガス中の酸素の濃度を検出するようにした酸素濃度検出装置において、
前記固体電解質体を介して前記第１の電極へ酸素を移動させ前記第１の電極に付着している未燃成分と反応させるべく当該第１の電極との間で電極処理用電圧が印加される第３の電極と、
所定の電圧印加条件が満たされたときにのみ前記第１の電極と前記第３の電極との間に前記電極処理用電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記被測定ガスは希薄燃焼を実行可能な燃焼機器の排出ガスであり、
前記電圧印加手段は前記被測定ガス中における未燃成分の濃度が所定値以下であることを前記電圧印加条件とし、前記燃焼機器における燃焼状態が希薄燃焼状態であるときに前記未燃成分の濃度が所定値以下であると判断する
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 固体電解質体に第１の電極及び第２の電極が配設され、前記第１の電極に接触する被測定ガス中の酸素を当該第１の電極から前記固体電解質体を介して前記第２の電極に移動させるべく前記各電極間に電圧を印加するとともに、前記酸素の移動により前記各電極間に流れる電流値に基づいて前記被測定ガス中の酸素の濃度を検出するようにした酸素濃度検出装置において、
前記固体電解質体を介して前記第１の電極へ酸素を移動させ前記第１の電極に付着している未燃成分と反応させるべく当該第１の電極との間で電極処理用電圧が印加される第３の電極と、
所定の電圧印加条件が満たされたときにのみ前記第１の電極と前記第３の電極との間に前記電極処理用電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１の電極に対する未燃成分の付着量を前記被測定ガスと前記第１の電極との接触時間に基づいて推定する推定手段とを備え、
前記電圧印加手段は推定される前記未燃成分の付着量が所定量以上であることを前記電圧印加条件とする
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 請求項３に記載した酸素濃度検出装置において、
前記電圧印加手段は前記推定手段により推定される前記未燃成分の付着量が所定量以上であり且つ前記未燃成分の濃度が所定値以下であることを前記電圧印加条件とする
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 請求項３又は４に記載した酸素濃度検出装置において、
前記被測定ガスは燃焼機器の排出ガスであり、
前記推定手段は前記燃焼機器の作動時間及び始動回数の少なくとも一方に基づいて前記第１の電極に対する前記未燃成分の付着量を推定する
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、
前記第３の電極は前記第２の電極と同一の電極として前記固体電解質体に配設されている
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、
前記第３の電極は前記第２の電極と各別の電極として前記固体電解質体に配設されている
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 請求項１〜７のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、
前記固体電解質体は大気が導入される大気導入空間を有し、
前記第３の電極は前記大気導入空間の大気に接触するように前記固体電解質体に配設される
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 請求項１乃至８のいずれかに記載した酸素濃度検出装置において、
前記第１の電極を前記被測定ガス中に含まれる窒素酸化物の還元触媒として機能する還元触媒材料により形成し、同第１の電極の還元作用に基づき前記窒素酸化物から分解される酸素が同第１の電極から前記固体電解質体を介して前記第２の電極に移動するときに前記各電極間に流れる電流値に基づいて前記被測定ガス中の酸素の濃度を検出する
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 請求項９に記載した酸素濃度検出装置において、
前記還元触媒材料は酸化触媒材料を所定量含む
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 請求項１０に記載した酸素濃度検出装置において、
前記還元触媒材料はロジウムであり、
前記酸化触媒材料は白金である
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 請求項１１に記載した酸素濃度検出装置において、
前記ロジウムに対する前記白金の重量比が１〜５％である
ことを特徴とする酸素濃度検出装置。
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