JP5007689B2 - Gas concentration detector - Google Patents

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Description

この発明は、ガス濃度検出装置に係り、特に、エンジンから排出される排気ガス中の特定ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置に関する。   The present invention relates to a gas concentration detection device, and more particularly to a gas concentration detection device that detects the concentration of a specific gas in exhaust gas discharged from an engine.

従来、例えば、特開2000−137018号公報に開示されているように、排ガス中の酸素濃度を検出するためのポンプセルと、排ガス中のNOx濃度を検出するためのセンサセルとを有するガス濃度センサを用いたガス濃度検出装置が提案されている。この装置では、ポンプセルが被検出ガス中の余剰酸素を排出し、センサセルが余剰酸素排出後のガス中のNOx濃度を検出する仕組みになっている。   Conventionally, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-137018, a gas concentration sensor having a pump cell for detecting the oxygen concentration in exhaust gas and a sensor cell for detecting the NOx concentration in exhaust gas is provided. A gas concentration detection device used has been proposed. In this apparatus, the pump cell discharges surplus oxygen in the gas to be detected, and the sensor cell detects the NOx concentration in the gas after surplus oxygen is discharged.

また、上記従来のガス濃度検出装置では、ポンプセルが被検出ガス中の余剰酸素を排出することにより、被検出ガスの酸素濃度が変化したときに、ポンプセルに流れる電流値に基づいて、センサセルに流れる電流値を補正することとしている。これにより、被検出ガス中の酸素濃度が変化しても、これに追従してNOx濃度が不用意に変化してしまう事態を回避することができる。   Further, in the conventional gas concentration detection device, when the oxygen concentration of the gas to be detected changes due to the pump cell discharging excess oxygen in the gas to be detected, the gas flows to the sensor cell based on the current value flowing through the pump cell. The current value is corrected. Thereby, even if the oxygen concentration in the gas to be detected changes, it is possible to avoid a situation in which the NOx concentration changes carelessly following this.

特開2000−137018号公報JP 2000-137018 A 特開2002−116180号公報JP 2002-116180 A 特開2001−74692号公報JP 2001-74692 A 特開2000−171436号公報JP 2000-171436 A 特開2001−141696号公報JP 2001-141696 A

ガス濃度検知セルを流れる電流値は、酸素ポンプセルによる余剰酸素の排出による影響の他に、ガス濃度検知セルの電極の酸化状態によっても変化する。すなわち、ガス濃度検知セルの電極は、内燃機関が停止されて放置状態となると、被測定ガス中の酸素を吸着して酸化する。この電極と化合した酸素は、ガス濃度検知セルへの通電開始後、所定条件の成立により還元されて脱離する。このため、この脱離した酸素によってもガス濃度検知セルに電流が流れてしまい、被測定ガス中の特定ガスの濃度を精度よく検出することができないおそれがあった。   The value of the current flowing through the gas concentration detection cell varies depending on the oxidation state of the electrode of the gas concentration detection cell, in addition to the influence of the discharge of excess oxygen by the oxygen pump cell. That is, when the internal combustion engine is stopped and left as it is, the electrode of the gas concentration detection cell absorbs oxygen in the gas to be measured and oxidizes. Oxygen combined with the electrode is reduced and desorbed when a predetermined condition is satisfied after energization of the gas concentration detection cell is started. For this reason, current may flow through the gas concentration detection cell due to the desorbed oxygen, and the concentration of the specific gas in the gas to be measured may not be accurately detected.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガス濃度検知セルの電極の酸化による影響を排除して、ガス濃度を高精度に検出することのできるガス濃度検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a gas concentration detection device capable of detecting the gas concentration with high accuracy by eliminating the influence of oxidation of the electrode of the gas concentration detection cell. The purpose is to provide.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、ガス濃度検出装置であって、
被測定ガス中の余剰酸素を除去する余剰酸素除去手段と、
前記余剰酸素除去手段により余剰酸素が除去された後の被測定ガスに晒されるガス側電極と、大気に晒される大気側電極と、前記ガス側電極と前記大気側電極との間に介在して、両者間で酸素イオンの移動を可能とする電解質層と、を有するガス濃度検知セルと、
所定時間毎に前記ガス濃度検知セルのセル出力の変化量を算出する変化量算出手段と、
前記ガス濃度検知セルの暖機中、かつ前記余剰酸素除去手段の実行中に、前記変化量が基準値を下回る時期(以下、第1の時期)を特定する特定手段と、
前記第1の時期以後の前記セル出力に基づいて、特定ガス成分のガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、
前記ガス側電極の酸化状態を推定する酸化状態推定手段と、
前記酸化状態に基づいて、前記ガス側電極から還元された酸素が前記セル出力に与える影響を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a gas concentration detection device,
Surplus oxygen removing means for removing surplus oxygen in the gas to be measured;
The gas side electrode exposed to the gas to be measured after the excess oxygen is removed by the excess oxygen removing means, the atmosphere side electrode exposed to the atmosphere, and interposed between the gas side electrode and the atmosphere side electrode A gas concentration detection cell having an electrolyte layer capable of transferring oxygen ions between the two,
A change amount calculating means for calculating a change amount of the cell output of the gas concentration detection cell every predetermined time;
During warm-up of the gas concentration detection cell, and during the execution of the excess oxygen removal means, timing the amount of change falls below the reference value (hereinafter, a first timing) and specific means that identifies a
Gas concentration detecting means for detecting the gas concentration of the specific gas component based on the cell output after the first time ;
Oxidation state estimation means for estimating an oxidation state of the gas side electrode;
Correction means for correcting the influence of oxygen reduced from the gas side electrode on the cell output based on the oxidation state;
It is characterized by providing.

第2の発明は、第1の発明において、
内燃機関の運転状態に基づいて、特定ガス成分のガス濃度を推定するガス濃度推定手段を更に備え、
前記補正手段は、前記ガス濃度検出手段により検出された前記第1の時期におけるガス濃度(以下、第1の検出濃度)、前記ガス濃度推定手段により推定された前記第1の時期におけるガス濃度(以下、第1の推定濃度)、および前記酸化状態に基づいて、前記セル出力を補正することを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
Gas concentration estimating means for estimating the gas concentration of the specific gas component based on the operating state of the internal combustion engine,
The correction means includes a gas concentration at the first time detected by the gas concentration detecting means (hereinafter referred to as a first detected concentration), a gas concentration at the first time estimated by the gas concentration estimating means ( Hereinafter, the cell output is corrected based on the first estimated concentration) and the oxidation state.

第3の発明は、第2の発明において、
前記補正手段は、前記第1の検出濃度と前記第1の推定濃度との偏差に前記酸化状態および前記第1の時期からの経過時間の影響を反映させた補正値を演算する補正値演算手段を含み、前記セル出力から前記補正値を減ずることにより、前記セル出力を補正することを特徴とする。
According to a third invention, in the second invention,
It said correction means, said first detection density and the first estimated concentration and the correction value calculating unit operable to calculate a correction value that reflects the influence of the elapsed time from the oxidation state and the first time to the deviation of The cell output is corrected by subtracting the correction value from the cell output.

第4の発明は、第3の発明において、
前記補正値演算手段は、前記経過時間が長いほど、前記補正値が小さくなるように演算
することを特徴とする。
According to a fourth invention, in the third invention,
The correction value calculation means calculates so that the correction value becomes smaller as the elapsed time is longer.

第5の発明は、第3または第4の発明において、
前記補正値演算手段は、前記酸化状態が高いほど、前記補正値が大きくなるように演算
することを特徴とする請求項3または4記載のガス濃度検出装置。
A fifth invention is the third or fourth invention, wherein
5. The gas concentration detection device according to claim 3, wherein the correction value calculation means calculates the correction value so that the higher the oxidation state, the larger the correction value.

第6の発明は、第3乃至第5のいずれか1つの発明において、
前記ガス側電極の酸化による影響が重畳していないセル出力を前記ガス濃度検知セルが検知する時期(以下、安定時期)を推定する安定時期推定手段と、
前記安定時期の前記セル出力に対する、前記補正手段の実行を禁止する禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする。
A sixth invention is the invention according to any one of the third to fifth inventions,
A stable time estimation means for estimating a time (hereinafter, a stable time) when the gas concentration detection cell detects a cell output in which the influence of oxidation of the gas side electrode is not superimposed;
Prohibiting means for prohibiting execution of the correcting means for the cell output at the stable time;
Is further provided.

第7の発明は、第6の発明において、
前記安定時期推定手段は、前記補正値が0以下となる時期を前記安定時期として推定することを特徴とする請求項6記載のガス濃度検出装置。
A seventh invention is the sixth invention, wherein
7. The gas concentration detection device according to claim 6, wherein the stable time estimating means estimates a time when the correction value is 0 or less as the stable time.

第8の発明は、第1乃至第7の何れか1つの発明において、
前記酸化状態推定手段は、前記ガス濃度検知セルへの通電を開始してから前記第1の時期までの期間が長いほど、酸化状態を高く推定することを特徴とする。
According to an eighth invention, in any one of the first to seventh inventions,
The oxidation state estimation means estimates the oxidation state higher as the period from the start of energization to the gas concentration detection cell to the first time is longer.

第9の発明は、第1乃至第8の何れか1つの発明において、
前記ガス濃度検知セルへの通電を開始してから前記第1の時期までの期間における、前記セル出力の積算値を演算する積算値演算手段を更に備え、
前記酸化状態推定手段は、前記積算値が大きいほど、前記酸化状態を高く推定することを特徴とする
According to a ninth invention, in any one of the first to eighth inventions,
Further comprising integrated value calculating means for calculating an integrated value of the cell output in a period from the start of energization to the gas concentration detection cell to the first time period,
The oxidation state estimation means estimates the oxidation state higher as the integrated value is larger .

第10の発明は、第1乃至第9の何れか1つの発明において、
前記酸化状態推定手段は、内燃機関の前回の停止時における、前記被測定ガスの空燃比を取得する空燃比取得手段を含み、前記空燃比がリーンであるほど、前記酸化状態を高く推定することを特徴とする。
In a tenth aspect of the present invention based on any one of the first to ninth aspects,
The oxidation state estimation means includes air-fuel ratio acquisition means for acquiring the air-fuel ratio of the gas under measurement at the previous stop of the internal combustion engine, and the oxidation state is estimated to be higher as the air-fuel ratio is leaner. It is characterized by.

第11の発明は、第1乃至第10の何れか1つの発明において、
前記酸化状態推定手段は、内燃機関の前回の停止から今回の始動までの放置時間を取得する放置時間取得手段を含み、前記放置時間が長いほど、前記酸化状態を高く推定することを特徴とする。
An eleventh aspect of the invention is any one of the first to tenth aspects of the invention,
The oxidation state estimation means includes a leaving time acquisition means for acquiring a standing time from a previous stop of the internal combustion engine to a current start, and the oxidation state is estimated to be higher as the leaving time is longer. .

第12の発明は、第1乃至第11の何れか1つの発明において、
内燃機関の停止中における前記ガス側電極の酸化を抑制する酸化抑制手段を更に備えることを特徴とする。
A twelfth aspect of the invention is any one of the first to eleventh aspects of the invention,
It further comprises an oxidation suppressing means for suppressing oxidation of the gas side electrode while the internal combustion engine is stopped.

第13の発明は、第12の発明において、
前記酸化抑制手段は、内燃機関の停止時における空燃比をリッチに制御することを特徴とする。
In a thirteenth aspect based on the twelfth aspect,
The oxidation suppressing means controls the air-fuel ratio to be rich when the internal combustion engine is stopped.

第14の発明は、第1乃至第13の何れか1つの発明において、
前記余剰酸素除去手段は、酸素ポンプセルを含み、前記酸素ポンプセルへの電圧の印加に伴って、被測定ガス中の余剰酸素を排出することを特徴とする。
In a fourteenth aspect of the present invention based on any one of the first to thirteenth aspects,
The surplus oxygen removing means includes an oxygen pump cell, and discharges surplus oxygen in the gas to be measured as a voltage is applied to the oxygen pump cell.

ガス濃度検知セルのセル出力の変化量が基準値を下回る時期(第1の時期)は、余剰酸素除去手段により、被測定ガス中に残存する余剰酸素がガス濃度検知セルのセル出力に影響を与えない程度まで除去された時期を示している。つまり、第1の時期の後は、ガス濃度検知セルのセル出力から残存する余剰酸素の影響が排除されている。ここで、ガス濃度検出装置が搭載された内燃機関が停止されて放置状態となると、ガス濃度検知セルのガス側電極は、被測定ガス中の酸素を吸着して酸化する。このガス側電極と化合した酸素は、ガス濃度検知セルへの通電開始後、所定条件の成立により還元されて脱離する。このため、脱離した酸素の影響がガス濃度検知セルのセル出力に重畳してしまい、第1の時期の後であっても、特定ガス濃度を精度よく検出できないおそれがある。 When the amount of change in the cell output of the gas concentration detection cell falls below the reference value (first time) , the surplus oxygen remaining in the gas under measurement affects the cell output of the gas concentration detection cell by the surplus oxygen removing means. It shows the time when it was removed to the extent that it was not given. That is, after the first period, the influence of surplus oxygen remaining from the cell output of the gas concentration detection cell is eliminated. Here, when the internal combustion engine equipped with the gas concentration detection device is stopped and left to stand, the gas side electrode of the gas concentration detection cell adsorbs oxygen in the gas to be measured and oxidizes. The oxygen combined with the gas side electrode is reduced and desorbed when a predetermined condition is satisfied after the energization of the gas concentration detection cell is started. For this reason, the influence of the desorbed oxygen is superimposed on the cell output of the gas concentration detection cell, and the specific gas concentration may not be detected accurately even after the first period .

第1の発明によれば、ガス濃度検知セルのガス側電極の酸化状態が推定される。そして、当該酸化状態に基づいて、前記ガス側電極から還元されて脱離した酸素がセル出力に与える影響が補正される。このため、本発明によれば、ガス側電極の酸化の影響を排除して、被測定ガス中の特定ガス濃度を精度よく検出することができる。   According to the first invention, the oxidation state of the gas side electrode of the gas concentration detection cell is estimated. Based on the oxidation state, the influence of oxygen reduced and desorbed from the gas side electrode on the cell output is corrected. For this reason, according to this invention, the influence of the oxidation of a gas side electrode is excluded, and the specific gas concentration in to-be-measured gas can be detected accurately.

第2の発明によれば、ガス濃度検出手段により検出された第1の時期におけるガス濃度(第1の検出濃度)、内燃機関の運転状態に基づいて推定された、第1の時期における特定ガス成分のガス濃度(第1の推定濃度)、およびガス側電極の酸化状態に基づいて、ガス濃度検知セルのセル出力が補正される。第1の時期は、ガス濃度検出セルのセル出力から被測定ガス中に残存する余剰酸素の影響が無くなる時期である。このため、本発明によれば、第1の検出濃度と第1の推定濃度との比較、すなわち、被測定ガス中に残存する余剰酸素の影響を排除した上での濃度比較に基づいて、ガス濃度検知セルのセル出力が補正されるので、被測定ガス中の特定ガス濃度を精度よく検出することができる。 According to the second invention, the specific gas at the first time estimated based on the gas concentration at the first time ( first detected concentration) detected by the gas concentration detecting means and the operating state of the internal combustion engine. The cell output of the gas concentration detection cell is corrected based on the gas concentration of the component ( first estimated concentration) and the oxidation state of the gas side electrode. The first period is a period when the influence of the surplus oxygen remaining in the measurement gas disappears from the cell output of the gas concentration detection cell. Therefore, according to the present invention, compared with the first detection density and the first estimated concentration, i.e., based on the concentration comparison on in which the influence of the excess oxygen remaining in the measurement gas, the gas Since the cell output of the concentration detection cell is corrected, the specific gas concentration in the gas to be measured can be detected with high accuracy.

第3の発明によれば、第1の検出濃度と第1の推定濃度との偏差に、ガス側電極の酸化状態および第1の時期からの経過時間を反映した補正値が演算される。そして、ガス濃度検知セルのセル出力から当該補正値を減ずることにより、セル出力が補正される。このため、本発明によれば、酸化状態を反映したセル出力補正を行うことができるので、酸化反応によりガス側電極と化合していた酸素がセル出力に与える影響を、効果的に補正することができる。 According to the third invention, the deviation of the first detection density and the first estimated concentration, correction value that reflects the elapsed time from the oxidation state and the first time of the gas-side electrode is calculated. Then, the cell output is corrected by subtracting the correction value from the cell output of the gas concentration detection cell. For this reason, according to the present invention, cell output correction reflecting the oxidation state can be performed, so that the influence of oxygen combined with the gas side electrode by the oxidation reaction on the cell output can be effectively corrected. Can do.

第4の発明によれば、補正値は、第1の時期が現れてからの経過時間が長いほど小さくなるように演算される。経過時間が長いほど、ガス側電極の酸化による影響、すなわち、当該ガス側電極から脱離した酸素の影響は小さくなる。このため、本発明によれば、ガス側電極の酸化による影響を効果的に排除するための補正値を演算することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the correction value is calculated so as to become smaller as the elapsed time after the first time appears is longer. The longer the elapsed time, the smaller the influence of oxidation of the gas side electrode, that is, the influence of oxygen desorbed from the gas side electrode. For this reason, according to the present invention, it is possible to calculate a correction value for effectively eliminating the influence due to the oxidation of the gas side electrode.

第5の発明によれば、補正値は、酸化状態が高いほど大きくなるように演算される。ガス側電極の酸化状態が高いほど、ガス側電極の酸化による影響、すなわち、当該ガス側電極から脱離した酸素の影響は大きくなる。このため、本発明によれば、ガス側電極の酸化による影響を効果的に排除するための補正値を演算することができる。   According to the fifth invention, the correction value is calculated so as to increase as the oxidation state increases. The higher the oxidation state of the gas side electrode, the greater the influence of oxidation of the gas side electrode, that is, the influence of oxygen desorbed from the gas side electrode. For this reason, according to the present invention, it is possible to calculate a correction value for effectively eliminating the influence due to the oxidation of the gas side electrode.

第6の発明によれば、ガス側電極の酸化による影響が重畳していないセル出力をガス濃度検知セルが検知する時期(安定時期)が推定されて、該安定時期のセル出力に対する補正が禁止される。このため、本発明によれば、不要な補正が実行されてセル出力に誤差が生じる事態を効果的に回避することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the time (stable time) when the gas concentration detection cell detects the cell output in which the influence of the oxidation of the gas side electrode is not superimposed is estimated, and correction of the cell output at the stable time is prohibited. Is done. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively avoid a situation where an unnecessary correction is performed and an error occurs in the cell output.

第7の発明によれば、補正値が0以下となる時期が安定時期として推定される。補正値は、ガス濃度検知セルが検知するセル出力のうち、ガス側電極の酸化の影響による出力分を示している。このため、本発明によれば、当該補正値に基づいて、安定時期を精度よく推定することができる。   According to the seventh aspect, the time when the correction value is 0 or less is estimated as the stable time. The correction value indicates the output due to the effect of oxidation of the gas side electrode among the cell outputs detected by the gas concentration detection cell. For this reason, according to the present invention, the stable time can be accurately estimated based on the correction value.

第8の発明によれば、ガス側電極の酸化状態は、ガス濃度検知セルへの通電を開始してからセル出力の第1の時期までの時間(以下、「到達時間」と称する)が長いほど高く推定される。ここで、当該到達時間が長いほど、通電前の被測定ガス中の残存酸素が多量であったと判断できる。通電前の残存酸素が多量であるほど、すなわち、通電前にガス側電極が多量の酸素に晒されるほど、ガス側電極の酸化状態は高くなる。このため、本発明によれば、当該到達時間に基づいて、ガス側電極の酸化状態を高精度に推定することができる。 According to the eighth invention, the oxidation state of the gas-side electrode, the time until the first time of cell output from the start of energization of the gas concentration detection cell (hereinafter, referred to as "arrival our time") is The longer it is, the higher it is estimated. Here, as the arrival time is longer, it can be determined the residual oxygen in the measurement gas before the supply is to have been a large amount. The more residual oxygen before energization, that is, the more the gas side electrode is exposed to more oxygen before energization, the higher the oxidation state of the gas side electrode. For this reason, according to this invention, the oxidation state of a gas side electrode can be estimated with high precision based on the said arrival time.

第9の発明によれば、到達時間におけるガス濃度検知セルのセル出力の積算値が演算される。そして、当該積算値が大きいほど、ガス側電極の酸化状態が高く推定される。ここで、セル出力の積算値が大きいほど、すなわち、ガス濃度検知セルにおける酸素のポンピングが活発に行われているほど、通電前の被測定ガス中の残存酸素が多量であったと判断できる。通電前の残存酸素が多量であるほど、すなわち、通電前にガス側電極が多量の酸素に晒されるほど、ガス側電極の酸化状態は高くなる。このため、本発明によれば、当該到達時間におけるセンサ出力の積算値に基づいて、ガス側電極の酸化状態を高精度に推定することができる。 According to the ninth invention, the integrated value of the cell output of the gas concentration detection cell in arrival our time is calculated. And it is estimated that the oxidation state of a gas side electrode is so high that the said integrated value is large. Here, it can be determined that the greater the integrated value of the cell output, that is, the more oxygen is actively pumped in the gas concentration detection cell, the greater the amount of residual oxygen in the gas to be measured before energization. The more residual oxygen before energization, that is, the more the gas side electrode is exposed to more oxygen before energization, the higher the oxidation state of the gas side electrode. For this reason, according to this invention, the oxidation state of a gas side electrode can be estimated with high precision based on the integrated value of the sensor output in the said arrival time.

第10の発明によれば、内燃機関の停止時における被測定ガスの空燃比が取得される。そして、当該空燃比がリーンであるほど、ガス側電極の酸化状態が高く推定される。ここで、被測定ガスの空燃比がリーンであるほど、すなわち、内燃機関の停止中におけるガス側電極の周囲の酸素濃度が高いほど、ガス側電極の酸化状態は高くなる。このため、本発明によれば、内燃機関の停止時における被測定ガスの空燃比に基づいて、ガス側電極の酸化状態を高精度に推定することができる。   According to the tenth aspect, the air-fuel ratio of the gas to be measured when the internal combustion engine is stopped is acquired. The leaner the air-fuel ratio is, the higher the oxidation state of the gas side electrode is estimated. Here, the leaner the air-fuel ratio of the gas to be measured, that is, the higher the oxygen concentration around the gas side electrode while the internal combustion engine is stopped, the higher the oxidation state of the gas side electrode. Therefore, according to the present invention, the oxidation state of the gas side electrode can be estimated with high accuracy based on the air-fuel ratio of the gas to be measured when the internal combustion engine is stopped.

第11の発明によれば、内燃機関の前回の停止から今回の始動までの放置時間が取得される。そして、当該放置時間が長いほど、ガス側電極の酸化状態が高く推定される。ここで、放置時間が長いほど、すなわち、ガス側電極が酸化反応に要する時間が長いほど、ガス側電極の酸化状態は高くなる。このため、本発明によれば、放置時間に基づいて、ガス側電極の酸化状態を高精度に推定することができる。   According to the eleventh aspect, the neglected time from the previous stop of the internal combustion engine to the current start is acquired. And it is estimated that the oxidation state of a gas side electrode is so high that the said leaving time is long. Here, the longer the standing time, that is, the longer the time required for the oxidation reaction of the gas side electrode, the higher the oxidation state of the gas side electrode. For this reason, according to the present invention, the oxidation state of the gas side electrode can be estimated with high accuracy based on the standing time.

ガス側電極の酸化状態が高いほど、ガス濃度検知セルによる濃度検出の精度向上の妨げとなる。第12の発明によれば、内燃機関の停止中におけるガス側電極の酸化反応が抑制されるので、ガス側電極の酸化がセル出力に与える影響を最小限に留めることができる   The higher the oxidation state of the gas side electrode, the more hindered the improvement in accuracy of concentration detection by the gas concentration detection cell. According to the twelfth aspect, since the oxidation reaction of the gas side electrode is suppressed while the internal combustion engine is stopped, the influence of the oxidation of the gas side electrode on the cell output can be minimized.

第13の発明によれば、内燃機関の停止時の空燃比がリッチに制御される。このため、本発明によれば、被測定ガスの酸素濃度を低下させることができるので、内燃機関の停止中におけるガス側電極の酸化を効果的に抑制することができる。   According to the thirteenth invention, the air-fuel ratio when the internal combustion engine is stopped is controlled to be rich. For this reason, according to the present invention, the oxygen concentration of the gas to be measured can be reduced, so that the oxidation of the gas side electrode while the internal combustion engine is stopped can be effectively suppressed.

第14の発明によれば、酸素ポンプセルに電圧を印加することにより、被測定ガス中の余剰酸素を排出することができる。   According to the fourteenth invention, surplus oxygen in the gas to be measured can be discharged by applying a voltage to the oxygen pump cell.

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
先ず、図1を参照して、本実施の形態1に係るガス濃度検出装置の構成について説明する。図1は、本実施の形態1に係るガス濃度検出装置10の構成を説明するための図である。図1に示すガス濃度検出装置10は、例えば、内燃機関(エンジン)から排出された排ガス中の窒素酸化物(NOx)の濃度を検出するNOx濃度検出装置である。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
First, the configuration of the gas concentration detection apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a gas concentration detection apparatus 10 according to the first embodiment. A gas concentration detection device 10 shown in FIG. 1 is a NOx concentration detection device that detects the concentration of nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine (engine), for example.

ガス濃度検出装置10は、NOxセンサ1を有している。NOxセンサ1は、酸素ポンプセル2の下方に、スペーサ3、NOxセンサセル4、スペーサ5、ヒータ6を順次積層することにより形成されている。   The gas concentration detection device 10 has a NOx sensor 1. The NOx sensor 1 is formed by sequentially stacking a spacer 3, a NOx sensor cell 4, a spacer 5, and a heater 6 below the oxygen pump cell 2.

酸素ポンプセル2は、被測定ガス中の余剰酸素を除去する機能を有し、固体電解質体21と、該固体電解質体21を挟むように配置された第1ポンプ電極22および第2ポンプ電極23を有している。素子である固体電解質体21は、酸素イオン導電性を有しており、例えば、シート状に成形されたZrO,HfO,ThO,BiO等が使用される。この固体電解質体21を挟むように配置された第1ポンプ電極22および第2ポンプ電極23は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。 The oxygen pump cell 2 has a function of removing surplus oxygen in the gas to be measured. The oxygen pump cell 2 includes a solid electrolyte body 21, and a first pump electrode 22 and a second pump electrode 23 arranged so as to sandwich the solid electrolyte body 21. Have. The solid electrolyte body 21 as an element has oxygen ion conductivity, and for example, ZrO 2 , HfO 2 , ThO 2 , BiO 3 or the like formed into a sheet shape is used. The 1st pump electrode 22 and the 2nd pump electrode 23 which are arrange | positioned so that this solid electrolyte body 21 may be pinched | interposed can be formed by methods, such as screen printing, for example.

固体電解質体21の表面に形成された第1ポンプ電極22は、被測定ガスである排ガスが存在する空間、すなわち、エンジンの排気通路内に露出している。第1ポンプ電極22としては、例えば、Pt等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。   The first pump electrode 22 formed on the surface of the solid electrolyte body 21 is exposed in the space where the exhaust gas that is the gas to be measured exists, that is, in the exhaust passage of the engine. As the first pump electrode 22, for example, a porous cermet electrode containing a noble metal such as Pt can be used.

一方、第1ポンプ電極22と対向するように固体電解質体21の背面に形成された第2ポンプ電極23は、後述する第1内部空間31に露出している。第2ポンプ電極23としては、NOxを含むガスに対して不活性な電極、例えば、Pt−Au合金とジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。   On the other hand, the second pump electrode 23 formed on the back surface of the solid electrolyte body 21 so as to face the first pump electrode 22 is exposed to a first internal space 31 described later. As the second pump electrode 23, an electrode inert to a gas containing NOx, for example, a porous cermet electrode containing a Pt—Au alloy and ceramics such as zirconia or alumina can be used.

酸素ポンプセル2には、固体電解質体21、第1ポンプ電極22、および第2ポンプ電極23を貫通する導入孔としてのピンホール24が形成されている。ピンホール24の孔径は、ピンホール24を介して、後述する第1内部空間31に導入される排ガスの拡散速度が所定速度となるように設計されている。第1内部空間31は、ピンホール24と後述する多孔質保護層7とを介して、被測定ガスが存在する空間に連通している。   In the oxygen pump cell 2, a pinhole 24 is formed as an introduction hole that penetrates the solid electrolyte body 21, the first pump electrode 22, and the second pump electrode 23. The hole diameter of the pinhole 24 is designed so that the diffusion speed of the exhaust gas introduced into the first internal space 31 described later through the pinhole 24 becomes a predetermined speed. The first internal space 31 communicates with the space where the gas to be measured exists through the pinhole 24 and the porous protective layer 7 described later.

また、固体電解質体21の第1ポンプ電極22側には、ピンホール24を含む第1ポンプ電極22の表面とその周辺を覆うように、多孔質保護層7が形成されている。多孔質保護層7は、例えば、多孔質アルミナ等により形成することができる。この多孔質保護層7により、第1ポンプ電極22の被毒を防止することができるとともに、排ガスに含まれるスス等によるピンホール24の目詰まりを防止することができる。   Further, the porous protective layer 7 is formed on the solid electrolyte body 21 on the first pump electrode 22 side so as to cover the surface of the first pump electrode 22 including the pinhole 24 and the periphery thereof. The porous protective layer 7 can be formed of, for example, porous alumina. The porous protective layer 7 can prevent the first pump electrode 22 from being poisoned and can prevent the pinhole 24 from being clogged with soot contained in the exhaust gas.

スペーサ3には、上述した第1内部空間31と、第2内部空間32とが形成されている。スペーサ3は、例えば、アルミナ等により形成することができる。2つの内部空間31,32は連通孔33を介して連通している。これらの第1内部空間31、第2内部空間32、および連通孔33は、スペーサ3に抜き穴を設けることにより形成することができる。   The spacer 3 is formed with the first internal space 31 and the second internal space 32 described above. The spacer 3 can be formed of alumina or the like, for example. The two internal spaces 31 and 32 communicate with each other through a communication hole 33. The first internal space 31, the second internal space 32, and the communication hole 33 can be formed by providing a hole in the spacer 3.

NOxセンサセル4は、NOxの還元分解により生じる酸素量からNOx濃度を検出するものである。NOxセンサセル4は、固体電解質体41と、該固体電解質体41を挟むように配置された第1検出電極42および第2検出電極43を有している。第1検出電極42および第2検出電極43は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。   The NOx sensor cell 4 detects the NOx concentration from the amount of oxygen generated by NOx reductive decomposition. The NOx sensor cell 4 includes a solid electrolyte body 41 and a first detection electrode 42 and a second detection electrode 43 that are disposed so as to sandwich the solid electrolyte body 41. The first detection electrode 42 and the second detection electrode 43 can be formed by a method such as screen printing, for example.

固体電解質体41の表面に形成された第1検出電極42は、第2内部空間32に露出している。この第1検出電極42としては、例えば、Pt−Au合金とジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。   The first detection electrode 42 formed on the surface of the solid electrolyte body 41 is exposed in the second internal space 32. As the first detection electrode 42, for example, a porous cermet electrode containing a Pt—Au alloy and ceramics such as zirconia and alumina can be used.

一方、第1検出電極42と対向するように、固体電解質体41の背面に形成された第2検出電極43は、スペーサ5に形成された大気ダクト51に露出している。大気ダクト51には、大気が導入される。この第2検出電極43としては、例えば、Pt等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。大気ダクト51は、スペーサ5に切り欠きを設けることにより形成することができる。   On the other hand, the second detection electrode 43 formed on the back surface of the solid electrolyte body 41 so as to face the first detection electrode 42 is exposed to the atmospheric duct 51 formed in the spacer 5. Air is introduced into the air duct 51. As this 2nd detection electrode 43, the porous cermet electrode containing noble metals, such as Pt, can be used, for example. The air duct 51 can be formed by providing a cutout in the spacer 5.

ヒータ6は、シート状の絶縁層62,63と、これらの絶縁層62,63の間に埋設されたヒータ電極61とを有している。絶縁層62,63は、例えば、アルミナ等のセラミックスにより形成される。ヒータ電極61は、例えば、Ptとアルミナ等のセラミックスとのサーメットにより形成される。   The heater 6 includes sheet-like insulating layers 62 and 63 and a heater electrode 61 embedded between these insulating layers 62 and 63. The insulating layers 62 and 63 are made of ceramics such as alumina, for example. The heater electrode 61 is made of, for example, cermet of Pt and ceramics such as alumina.

本実施の形態1におけるガス濃度検出装置10は、制御装置としてのECU(Electronic Control Unit)8を備えている。ECU8は、ポンプセル制御手段81と、センサセル制御手段82と、ヒータ制御手段83と、を有している。尚、ECU8は、エンジン制御用ECUと別個に構成されていてもよく、また、エンジン制御ECUの一部として構成されていてもよい。   The gas concentration detection device 10 according to the first embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 8 as a control device. The ECU 8 includes a pump cell control means 81, a sensor cell control means 82, and a heater control means 83. The ECU 8 may be configured separately from the engine control ECU or may be configured as a part of the engine control ECU.

ポンプセル制御手段81は、酸素ポンプセル2における第1ポンプ電極22および第2ポンプ電極23に接続されている。ポンプセル制御手段81は、第1ポンプ電極22と第2ポンプ電極23との間に電圧を印加するとともに、酸素ポンプセル2に流れる電流値を「酸素ポンプセル出力」として検出する。   The pump cell control means 81 is connected to the first pump electrode 22 and the second pump electrode 23 in the oxygen pump cell 2. The pump cell control means 81 applies a voltage between the first pump electrode 22 and the second pump electrode 23 and detects the value of the current flowing through the oxygen pump cell 2 as an “oxygen pump cell output”.

センサセル制御手段82は、NOxセンサセル4における第1検出電極42および第2検出電極43に接続されている。センサセル制御手段82は、第1検出電極42と第2検出電極43との間に電圧を印加するとともに、NOxセンサセル4に流れる電流値を「NOxセンサセル出力」として検出する。   The sensor cell control means 82 is connected to the first detection electrode 42 and the second detection electrode 43 in the NOx sensor cell 4. The sensor cell control means 82 applies a voltage between the first detection electrode 42 and the second detection electrode 43 and detects the current value flowing through the NOx sensor cell 4 as “NOx sensor cell output”.

ヒータ制御手段83は、ヒータ電極61に接続されている。ヒータ制御手段83は、ヒータ電極61に電力を供給するものである。   The heater control means 83 is connected to the heater electrode 61. The heater control unit 83 supplies power to the heater electrode 61.

[実施の形態1の動作]
(NOx濃度の検出原理)
次に、図1を参照して、ガス濃度検出装置10によるNOx濃度の検出原理について説明する。保護層7の周囲の空間には、エンジンの排気通路を流れる被測定ガスとしての排ガスが存在している。この排ガス中には、O、NOx、CO、HO等が含まれている。排ガスは、多孔質保護層7とピンホール24とを介して、第1内部空間31に導入される。この第1内部空間31に導入される排ガス量は、多孔質保護層7およびピンホール24の拡散抵抗により決定される。
[Operation of Embodiment 1]
(NOx concentration detection principle)
Next, the principle of detection of NOx concentration by the gas concentration detector 10 will be described with reference to FIG. In the space around the protective layer 7, there is exhaust gas as a gas to be measured flowing through the exhaust passage of the engine. This exhaust gas contains O 2 , NOx, CO 2 , H 2 O and the like. The exhaust gas is introduced into the first internal space 31 through the porous protective layer 7 and the pinhole 24. The amount of exhaust gas introduced into the first internal space 31 is determined by the diffusion resistance of the porous protective layer 7 and the pinhole 24.

NOx濃度の検出に先立って、先ず、ヒータ制御手段83からヒータ電極61に電力が供給されて、固体電解質体21,41が活性温度に加熱される。次に、酸素ポンプセル2における活性が発現し、ポンプセル制御手段81から第1ポンプ電極22と第2ポンプ電極23との間に電圧が印加されると、第1内部空間31に露出する第2ポンプ電極23上で、残存酸素と排ガス中の酸素が酸素イオンO2−に還元される。この酸素イオンO2−は、ポンピング作用により、固体電解質体21を透過して第1ポンプ電極22側に排出される。このとき、酸素ポンプセル2を流れる電流値が、酸素ポンプセル出力としてポンプセル制御手段81により検出される。酸素ポンプセル2により余剰酸素が排出されることで、排ガス中の酸素濃度がNOxセンサセル4によるNOx濃度検出に影響しない程度にまで低くされる。尚、第1ポンプ電極22と第2ポンプ電極23との間の印加電圧をできる限り大きくすることで、酸素イオンO2−のポンピング作用をより活発にして酸素排出量を増大させることができる。 Prior to the detection of the NOx concentration, power is first supplied from the heater control means 83 to the heater electrode 61, and the solid electrolyte bodies 21 and 41 are heated to the activation temperature. Next, the second pump exposed to the first internal space 31 when activity in the oxygen pump cell 2 is expressed and a voltage is applied between the first pump electrode 22 and the second pump electrode 23 from the pump cell control means 81. On the electrode 23, residual oxygen and oxygen in the exhaust gas are reduced to oxygen ions O 2− . This oxygen ion O 2− passes through the solid electrolyte body 21 by the pumping action and is discharged to the first pump electrode 22 side. At this time, the current value flowing through the oxygen pump cell 2 is detected by the pump cell control means 81 as an oxygen pump cell output. Excess oxygen is discharged by the oxygen pump cell 2, so that the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered to a level that does not affect the NOx concentration detection by the NOx sensor cell 4. In addition, by increasing the applied voltage between the first pump electrode 22 and the second pump electrode 23 as much as possible, the pumping action of the oxygen ions O 2− can be made more active, and the oxygen discharge amount can be increased.

余剰酸素が除去され低酸素濃度にされた排ガスは、連通孔33を介して第2内部空間32へ導入される。NOxセンサセル4における活性が発現し、センサセル制御手段82により第1検出電極42と第2検出電極43との間に電圧が印加されると、排ガス中の特定成分であるNOxが第1検出電極42上で分解されて、酸素イオンO2−が発生する。より具体的には、NOxは、一端NOに分解(単ガス化)された後、更に酸素イオンO2−に分解される。酸素イオンO2−は、固体電解質体41を透過して、第2検出電極43から大気ダクト51へ排出される。このとき、NOxセンサセル4を流れる電流が、NOxセンサセル出力、すなわち、被測定ガスのNOx濃度出力として、センサセル制御手段82により検出される。 The exhaust gas from which excess oxygen has been removed to a low oxygen concentration is introduced into the second internal space 32 through the communication hole 33. When the NOx sensor cell 4 is activated and a voltage is applied between the first detection electrode 42 and the second detection electrode 43 by the sensor cell control means 82, NOx, which is a specific component in the exhaust gas, is detected by the first detection electrode 42. It is decomposed above to generate oxygen ions O 2− . More specifically, NOx is decomposed into NO at one end (single gasification) and then further decomposed into oxygen ions O 2− . The oxygen ions O 2− pass through the solid electrolyte body 41 and are discharged from the second detection electrode 43 to the air duct 51. At this time, the current flowing through the NOx sensor cell 4 is detected by the sensor cell control means 82 as the NOx sensor cell output, that is, the NOx concentration output of the gas to be measured.

(NOxセンサの活性判定動作)
次に、図2および図3を参照して、NOxセンサ1の活性判定動作について説明する。上述したNOx濃度検出を精度よく行うためには、NOxセンサ1が活性状態に達していることが必要となる。尚、本発明の「活性状態」とは、残存酸素の影響がないNOxセンサ出力を検出し始めた時点、すなわち、残存酸素の影響を受けることなく、NOxセンサセル出力を各種制御に用いることができるようになった状態を示している(以下同様)。
したがって、早期にNOxセンサ1の活性判定を行うことができれば、NOxセンサセル出力を逸早く各種制御に使用し、エミッションを低減することができる。
(NOx sensor activation judgment operation)
Next, the activity determination operation of the NOx sensor 1 will be described with reference to FIGS. In order to accurately detect the NOx concentration described above, it is necessary that the NOx sensor 1 has reached an active state. The “active state” of the present invention means that the NOx sensor cell output can be used for various controls at the time when the NOx sensor output without the influence of the residual oxygen is detected, that is, without being influenced by the residual oxygen. This shows the state (hereinafter the same).
Therefore, if the activation determination of the NOx sensor 1 can be performed at an early stage, the NOx sensor cell output can be quickly used for various controls to reduce emissions.

ここで、上記NOxセンサ1のように、固体電解質体からなる素子を用いたNOxセンサでは、正常な特性を得るために、ヒータへの通電を行うことにより、素子温度を所定の活性温度まで加熱する必要がある。ガス濃度センサの活性判定としては、素子インピーダンス、ヒータへの供給電力、或いはヒータ抵抗等に基づいて行うことが知られている。しかしながら、素子インピーダンスやヒータ供給電力等は、センサの個体間でのバラツキがある。このため、これらのパラメータに基づいて、センサの活性状態を迅速且つ高精度に把握することは困難となる。   Here, in the NOx sensor using the element made of the solid electrolyte body like the NOx sensor 1, the element temperature is heated to a predetermined activation temperature by energizing the heater in order to obtain normal characteristics. There is a need to. It is known that the activity determination of the gas concentration sensor is performed based on element impedance, power supplied to the heater, heater resistance, or the like. However, element impedance, heater supply power, and the like vary among sensors. For this reason, it is difficult to quickly and accurately grasp the active state of the sensor based on these parameters.

そこで、本実施の形態1では、以下に説明する方法により、NOxセンサ1の活性判定を早期かつ高精度に行うこととする。図2は、NOxセンサの暖機時における酸素ポンプセルの出力およびNOxセンサセル出力の変化を示す図である。尚、図2に示す鎖線Lpは、酸素ポンプセル出力の変化を、実線Lsは、NOxセンサセル出力の変化を、それぞれ示している。   Therefore, in the first embodiment, the determination of the activity of the NOx sensor 1 is performed early and with high accuracy by the method described below. FIG. 2 is a diagram showing changes in the output of the oxygen pump cell and the NOx sensor cell output when the NOx sensor is warmed up. The chain line Lp shown in FIG. 2 indicates the change in the oxygen pump cell output, and the solid line Ls indicates the change in the NOx sensor cell output.

図2に示すとおり、時刻t0において、エンジン始動に伴いNOxセンサ1の暖機が開始される。より具体的には、ヒータ制御手段83からヒータ電極61への通電が開始される。この通電動作により、酸素ポンプセル2およびNOxセンサセル4の温度、すなわち、固体電解質体21,41の温度が徐々に上昇する。この時刻t0においては、酸素ポンプセル2の近傍の第1内部空間31、およびNOxセンサセル4の近傍の第2内部空間32には、大気中の酸素が残存している。   As shown in FIG. 2, at time t0, warming up of the NOx sensor 1 is started as the engine starts. More specifically, energization from the heater control means 83 to the heater electrode 61 is started. By this energization operation, the temperatures of the oxygen pump cell 2 and the NOx sensor cell 4, that is, the temperatures of the solid electrolyte bodies 21 and 41 are gradually increased. At this time t0, oxygen in the atmosphere remains in the first internal space 31 in the vicinity of the oxygen pump cell 2 and the second internal space 32 in the vicinity of the NOx sensor cell 4.

その後、時刻t1において、NOxセンサセル4における固体電解質体41の温度が所定温度に達すると、NOxセンサセル出力が得られる。この時刻t1以降、NOxセンサセル4(固体電解質体41)の活性度が上がるにつれて、NOxセンサセル出力は上昇する。これは、NOxセンサセル4の近傍の第2内部空間32に導入されたNOxが第1検出電極42上で分解されるためではなく、第2内部空間32に残存する酸素が第1検出電極上で分解されるためである。その後、時刻t3において、NOxセンサセル出力は上限値、すなわち、NOxセンサセル4により検出可能な酸素濃度の上限値に達する。   Thereafter, when the temperature of the solid electrolyte body 41 in the NOx sensor cell 4 reaches a predetermined temperature at time t1, a NOx sensor cell output is obtained. After the time t1, the NOx sensor cell output increases as the activity of the NOx sensor cell 4 (solid electrolyte body 41) increases. This is not because NOx introduced into the second internal space 32 in the vicinity of the NOx sensor cell 4 is decomposed on the first detection electrode 42, but oxygen remaining in the second internal space 32 is generated on the first detection electrode. It is because it is decomposed. Thereafter, at time t3, the NOx sensor cell output reaches the upper limit value, that is, the upper limit value of the oxygen concentration detectable by the NOx sensor cell 4.

一方、時刻t1より後の時刻t2において、酸素ポンプセル2の固体電解質体21の温度が所定温度に達すると、酸素ポンプセル出力が得られる。この時刻t2以降、酸素ポンプセル2(固体電解質体21)の活性度が上がるにつれて、酸素ポンプセル2の近傍の第1内部空間31に残存する酸素の排出量が増加する。このため、酸素ポンプセル出力は、時間とともに上昇する。   On the other hand, when the temperature of the solid electrolyte body 21 of the oxygen pump cell 2 reaches a predetermined temperature at time t2 after time t1, an oxygen pump cell output is obtained. After the time t2, the amount of oxygen remaining in the first internal space 31 near the oxygen pump cell 2 increases as the activity of the oxygen pump cell 2 (solid electrolyte body 21) increases. For this reason, the oxygen pump cell output increases with time.

酸素ポンプセル2の活性が上がるにつれて、第1内部空間31からの酸素の排出量が多量となる。更に、第1内部空間31に導入される排ガス量が多量となる。これにより、第1内部空間31における残存酸素濃度が低くなり、第1内部空間31から第2内部空間32へ供給される酸素量が少量となる。このため、酸素ポンプセル2の活性度が上がるにつれて、第2内部空間32における残存酸素濃度が徐々に低くなる。その結果、時刻t4以降、NOxセンサセル出力が低下する。   As the activity of the oxygen pump cell 2 increases, the amount of oxygen discharged from the first internal space 31 increases. Further, the amount of exhaust gas introduced into the first internal space 31 becomes large. As a result, the residual oxygen concentration in the first internal space 31 becomes low, and the amount of oxygen supplied from the first internal space 31 to the second internal space 32 becomes small. For this reason, as the activity of the oxygen pump cell 2 increases, the residual oxygen concentration in the second internal space 32 gradually decreases. As a result, the NOx sensor cell output decreases after time t4.

その後、第2内部空間32における残存酸素がほぼ除去される時刻t5において、NOxセンサ出力に変曲点、すなわち、NOxセンサセル出力のカーブが大きく変わる点が現れる。より具体的には、変曲点が現れる前のNOxセンサセル出力は、第2内部空間32に残存する酸素を使用した酸素イオンのポンピング作用が主となっている。このため、かかる期間のNOxセンサセル出力の曲線は、第2内部空間32の酸素濃度、すなわち、酸素ポンプセル2の活性度の影響が支配的となっている。   Thereafter, at time t5 when the residual oxygen in the second internal space 32 is almost removed, an inflection point, that is, a point where the curve of the NOx sensor cell output changes greatly appears in the NOx sensor output. More specifically, the NOx sensor cell output before the inflection point appears is mainly the pumping action of oxygen ions using oxygen remaining in the second internal space 32. For this reason, the NOx sensor cell output curve during this period is dominated by the oxygen concentration in the second internal space 32, that is, the activity of the oxygen pump cell 2.

一方、変曲点が現れた後のNOxセンサセル出力は、残存酸素の減少により、第2内部空間32のNOxを使用した酸素イオンのポンピングが主となっている。このため、かかる期間のNOxセンサセル出力の曲線は、第2内部空間32のNOx濃度、すなわち、NOxセンサセル4の活性度の影響が支配的となっている。このため、変曲点が現れる時刻t5において、NOxセンサ1の暖機前に第1内部空間31および第2内部空間32に残存していた酸素がほぼ除去されたことを把握することができる。したがって、変曲点が現れた時刻t5以降は、残存酸素の影響を受けることなく、NOxセンサセル4によりNOx濃度を精度よく検出することができる。   On the other hand, the NOx sensor cell output after the inflection point appears is mainly the pumping of oxygen ions using NOx in the second internal space 32 due to the decrease in residual oxygen. For this reason, the NOx sensor cell output curve in such a period is dominated by the NOx concentration in the second internal space 32, that is, the activity of the NOx sensor cell 4. For this reason, it can be understood that oxygen remaining in the first internal space 31 and the second internal space 32 before the warming-up of the NOx sensor 1 is substantially removed at time t5 when the inflection point appears. Therefore, after the time t5 when the inflection point appears, the NOx concentration can be accurately detected by the NOx sensor cell 4 without being affected by the residual oxygen.

そこで、本実施の形態1では、NOxセンサセル出力に変曲点が現れる時刻t5において、NOxセンサ1の活性判定を行うこととする。これにより、NOxセンサセル4が残存酸素の影響を受けることなくNOx濃度を検出し始める時刻において、NOxセンサ1の活性判定を行うことができるので、NOxセンサ1の早期活性化の要求を最大限に満たすことができる。   Therefore, in the first embodiment, the NOx sensor 1 is determined to be active at time t5 when an inflection point appears in the NOx sensor cell output. Thus, the NOx sensor 1 can be activated at the time when the NOx sensor cell 4 starts to detect the NOx concentration without being affected by the residual oxygen, so that the demand for early activation of the NOx sensor 1 is maximized. Can be satisfied.

次に、図3を参照して、上述した変曲点を特定するための動作について説明する。図3は、NOxセンサセル出力の変曲点を特定するための方法を説明するための図である。この図に示すとおり、先ず、所定時間毎にNOxセンサセル出力Nを取得するとともに、各時刻においてNOxセンサセル出力の変化量ΔNを算出する。ここで、時刻tにおける変化量ΔN(t)は、次式(1)にしたがって算出することができる。そして、算出された変化量ΔN(t)が所定の基準値ΔNthよりも小さくなったときに、その時刻tでのNOxセンサセル出力N(t)を変曲点と特定する。
ΔN(t)=N(t−1)−N(t) ・・・(1)
Next, with reference to FIG. 3, the operation for specifying the inflection point described above will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining a method for specifying the inflection point of the NOx sensor cell output. As shown in this figure, first, the NOx sensor cell output N is acquired at every predetermined time, and the change amount ΔN of the NOx sensor cell output is calculated at each time. Here, the amount of change ΔN (t) at time t can be calculated according to the following equation (1). When the calculated change amount ΔN (t) becomes smaller than a predetermined reference value ΔNth, the NOx sensor cell output N (t) at the time t is specified as the inflection point.
ΔN (t) = N (t−1) −N (t) (1)

図3に示す例では、時刻t10から時刻t14までの間、NOxセンサセル出力Nは減少している。このため、各時刻t11〜時刻t14において、上式(1)により算出された変化量ΔN(t11)〜ΔN(t14)は、全て正の値をとる。変化量ΔN(t11)〜ΔN(t13)は、予め定められた基準値ΔNth以上であるが、変化量ΔN(t14)は、基準値ΔNthよりも小さい。このため、時刻t14でのNOxセンサセル出力N(t14)が、変曲点と特定される。したがって、NOxセンサセル出力に変曲点が現れた時刻t14にNOxセンサ1の活性判定が行われる。   In the example shown in FIG. 3, the NOx sensor cell output N decreases from time t10 to time t14. For this reason, at each time t11 to time t14, the change amounts ΔN (t11) to ΔN (t14) calculated by the above equation (1) all take positive values. The change amounts ΔN (t11) to ΔN (t13) are equal to or greater than a predetermined reference value ΔNth, but the change amount ΔN (t14) is smaller than the reference value ΔNth. For this reason, the NOx sensor cell output N (t14) at time t14 is specified as the inflection point. Therefore, the activation determination of the NOx sensor 1 is performed at time t14 when an inflection point appears in the NOx sensor cell output.

尚、変曲点の特定の方法は上述した方法に限られない。すなわち、例えば、NOxセンサセル出力Nが減少から増加に転じた時刻におけるNOxセンサセル出力Nを変曲点として特定してもよい。これは、排ガス中のNOx濃度が増加した場合に、その増加をNOxセンサセル4により検出できていることを意味するためである。また、NOxセンサセル出力Nの変化量ΔNが基準値ΔNthよりも大きい場合であっても、NOxセンサセル出力Nが基準値Nthよりも小さくなった場合に、当該NOxセンサセル出力Nを変曲点として特定してもよい。これは、NOxセンサ1の暖機完了よりも前に、残存する酸素が除去されたことを意味するからである。   In addition, the specific method of an inflection point is not restricted to the method mentioned above. That is, for example, the NOx sensor cell output N at the time when the NOx sensor cell output N has started to increase may be specified as the inflection point. This is because when the NOx concentration in the exhaust gas increases, the increase can be detected by the NOx sensor cell 4. Further, even when the change amount ΔN of the NOx sensor cell output N is larger than the reference value ΔNth, when the NOx sensor cell output N becomes smaller than the reference value Nth, the NOx sensor cell output N is specified as an inflection point. May be. This is because it means that the remaining oxygen has been removed prior to completion of warm-up of the NOx sensor 1.

[実施の形態1の特徴的動作]
次に、図4乃至図6を参照して、本実施の形態の特徴的動作について説明する。上述したとおり、変曲点が現れる時刻において、NOxセンサ1の暖機前に第1内部空間31および第2内部空間32に残存していた酸素がほぼ除去されたことを把握することができる。したがって、変曲点が現れた時刻以降は、残存酸素の影響を受けることなく、NOxセンサセル4によりNOx濃度を検出することができる。
[Characteristic operation of the first embodiment]
Next, characteristic operations of the present embodiment will be described with reference to FIGS. As described above, at the time when the inflection point appears, it can be grasped that oxygen remaining in the first internal space 31 and the second internal space 32 before the NOx sensor 1 is warmed up is almost removed. Therefore, after the time when the inflection point appears, the NOx concentration can be detected by the NOx sensor cell 4 without being affected by the residual oxygen.

しかしながら、NOxセンサセル出力は、残存酸素の影響に加えて、NOxセンサセル4における第1検出電極42の酸化状態によっても変動する。つまり、第1検出電極42の酸化は、エンジンを停止して放置している間(ソーク中)に、第2内部空間32に残存する酸素が当該第1検出電極42と反応することにより起こる。特に、第1検出電極42にロジウム(Rh)が含まれる場合には、酸化反応がより進行しやすくなる。   However, the NOx sensor cell output varies depending on the oxidation state of the first detection electrode 42 in the NOx sensor cell 4 in addition to the influence of residual oxygen. That is, the oxidation of the first detection electrode 42 occurs when oxygen remaining in the second internal space 32 reacts with the first detection electrode 42 while the engine is stopped and left (during soak). In particular, when rhodium (Rh) is contained in the first detection electrode 42, the oxidation reaction is more likely to proceed.

酸化した第1検出電極42では、NOxセンサ1の暖機が進行するにつれて還元反応が進行する。このため、NOxセンサセル出力は、還元反応により脱離した酸素の影響を受けて変動し、NOx濃度を精度よく検出できないおそれがある。特に、上述したロジウム(Rh)を含む電極においては、酸化したロジウムが還元されるまでに時間がかかるため、NOx濃度を精度よく検出できない期間が長期化してしまうおそれがある。   In the oxidized first detection electrode 42, the reduction reaction proceeds as the warm-up of the NOx sensor 1 proceeds. For this reason, the NOx sensor cell output fluctuates due to the influence of oxygen desorbed by the reduction reaction, and there is a possibility that the NOx concentration cannot be detected accurately. In particular, in the electrode containing rhodium (Rh) described above, since it takes time until the oxidized rhodium is reduced, the period during which the NOx concentration cannot be accurately detected may be prolonged.

つまり、変曲点が現れてからNOxセンサセル出力が安定するまでの時間(以下、「出力安定時間」と称する)、すなわち第1検出電極42の酸化による影響が無くなるまでの期間は、NOxセンサ1における第1検出電極42の酸化状態によって変化する。図4は、ソーク中の第1検出電極42の周囲における酸素分圧と、センサ出力安定時間との関係を説明するための図である。この図に示すとおり、ソーク中における第2内部空間32内の酸素分圧が高いほど、出力安定時間が長期化していることが分かる。つまり、第2内部空間32内の酸素分圧が高いほど、第1検出電極の酸化がより進行する。このため、当該第1検出電極42における還元反応が完了するまでの時間が長期化し、結果として出力安定時間が長期化する。   That is, the time from when the inflection point appears until the output of the NOx sensor cell is stabilized (hereinafter referred to as “output stabilization time”), that is, the period until the influence of the oxidation of the first detection electrode 42 is eliminated, is the NOx sensor 1. It changes depending on the oxidation state of the first detection electrode 42 in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the oxygen partial pressure around the first detection electrode 42 in the soak and the sensor output stabilization time. As shown in this figure, it can be seen that the higher the oxygen partial pressure in the second internal space 32 in the soak, the longer the output stabilization time. That is, the higher the oxygen partial pressure in the second internal space 32, the more the oxidation of the first detection electrode proceeds. For this reason, the time until the reduction reaction at the first detection electrode 42 is completed is prolonged, and as a result, the output stabilization time is prolonged.

また、図5は、ソーク時間とセンサ出力安定時間との関係を説明するための図である。この図に示すとおり、ソーク時間が長いほど出力安定時間が長期化していることが分かる。つまり、ソーク時間が長いほど、第1検出電極42の酸化がより進行する。このため、当該第1検出電極42の還元反応が完了するまでの時間が長期化し、結果として出力安定時間が長期化する。   FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the soak time and the sensor output stabilization time. As shown in this figure, it can be seen that the longer the soak time, the longer the output stabilization time. That is, the longer the soak time, the more the oxidation of the first detection electrode 42 proceeds. For this reason, the time until the reduction reaction of the first detection electrode 42 is completed is prolonged, and as a result, the output stabilization time is prolonged.

このように、出力安定時間は、第1検出電極42の酸化状態に応じて変化する。そこで、本実施の形態1においては、第1検出電極42の酸化状態を推定し、NOxセンサセル出力から第1検出電極42の酸化の影響を排除するための補正を行うこととする。これにより、変曲点が現れた後のNOxセンサセル出力を使用して、NOx濃度を精度よく検出することができる。以下、酸化状態の推定動作、およびNOxセンサセル出力の補正動作についてそれぞれ詳細に説明する。   As described above, the output stabilization time varies depending on the oxidation state of the first detection electrode 42. Therefore, in the first embodiment, the oxidation state of the first detection electrode 42 is estimated, and correction is performed to eliminate the influence of oxidation of the first detection electrode 42 from the NOx sensor cell output. As a result, the NOx concentration can be accurately detected using the NOx sensor cell output after the inflection point appears. Hereinafter, the oxidation state estimation operation and the NOx sensor cell output correction operation will be described in detail.

(酸化状態推定動作)
次に、図6および図7を参照して、NOxセンサセル4の電極酸化状態を推定する動作について説明する。上述したとおり、ソーク中の第1検出電極42では、第2内部空間32における酸素分圧が高いほど、およびソーク時間が長いほど、酸化状態が高くなる。図6は、第1検出電極42の酸化状態を特定するためのマップを示す。第1検出電極42の酸化状態が反映された相関値Kは、酸化状態が高いほど小さな値となる。このため、相関値Kは、例えば、この図6に示すマップに従って特定される。より具体的には、相関値Kは、ソーク時間が長いほど小さな値として特定される。また、エンジンの停止時の空燃比、すなわち、第2内部空間32に残存する排気ガスの空燃比がリーンであるほど、小さな値として特定される。このように、図6に示すマップに従い酸化状態の相関値Kを特定することで、ソーク中の第1検出電極42が置かれていた状況を踏まえた酸化状態を相関値Kに反映させることができる。
(Oxidation state estimation operation)
Next, an operation for estimating the electrode oxidation state of the NOx sensor cell 4 will be described with reference to FIGS. As described above, in the first detection electrode 42 in the soak, the higher the oxygen partial pressure in the second internal space 32 and the longer the soak time, the higher the oxidation state. FIG. 6 shows a map for specifying the oxidation state of the first detection electrode 42. The correlation value K reflecting the oxidation state of the first detection electrode 42 becomes smaller as the oxidation state is higher. Therefore, the correlation value K is specified, for example, according to the map shown in FIG. More specifically, the correlation value K is specified as a smaller value as the soak time is longer. Further, the leaner the air-fuel ratio when the engine is stopped, that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas remaining in the second internal space 32 is specified as a smaller value. Thus, by specifying the oxidation state correlation value K according to the map shown in FIG. 6, the oxidation state based on the situation where the first detection electrode 42 in the soak is placed can be reflected in the correlation value K. it can.

また、酸化状態の相関値Kは、NOxセンサ1の暖機が開始された後のNOxセンサセル出力に基づいて推定することもできる。図7は、第1検出電極42の酸化状態を特定するためのマップを示す。この図において、横軸は、NOxセンサ1の暖機を開始してからNOxセンサセル出力に変曲点が現れるまでの時間(以下、「変曲点到達時間」と称する)を示している。変曲点到達時間が長いほど、第1内部空間31および第2内部空間32内に残存する酸素が多量であることを示している。このため、変曲点到達時間が長いほど、第1検出電極42の酸化状態が高いと判断することができる。このため、相関値Kは、この図に示すとおり、変曲点到達時間が長いほど小さな値として特定される。   Further, the correlation value K of the oxidation state can be estimated based on the NOx sensor cell output after the NOx sensor 1 starts to warm up. FIG. 7 shows a map for specifying the oxidation state of the first detection electrode 42. In this figure, the horizontal axis indicates the time from the start of warming-up of the NOx sensor 1 until the inflection point appears in the NOx sensor cell output (hereinafter referred to as “inflection point arrival time”). The longer the inflection point arrival time is, the more oxygen remains in the first internal space 31 and the second internal space 32. For this reason, it can be determined that the oxidation state of the first detection electrode 42 is higher as the inflection point arrival time is longer. Therefore, the correlation value K is specified as a smaller value as the inflection point arrival time is longer, as shown in FIG.

尚、酸化状態の相関値Kは、上述した方法を適宜組み合わせて推定することとしてもよいし、また、他の方法によって推定することも可能である。例えば、上述した変曲点到達時間の代わりに、変曲点までのNOxセンサセル出力の積算値を用いることもできる。また、NOxセンサセル出力に基づいて推定することとしてもよいし、また、NOxセンサセル出力の上昇速度と下降速度の比に基づいて推定することとしてもよい。   The oxidation state correlation value K may be estimated by appropriately combining the above-described methods, or may be estimated by other methods. For example, the integrated value of the NOx sensor cell output up to the inflection point can be used instead of the inflection point arrival time described above. Moreover, it is good also as estimating based on a NOx sensor cell output, and good also as estimating based on the ratio of the rising speed of NOx sensor cell output, and falling speed.

(NOxセンサセル出力の補正動作)
次に、図8を参照して、NOxセンサセル出力の補正動作について説明する。上述したとおり、ソーク状態或いは変曲点到達時間に基づいて、第1検出電極42の酸化状態が反映された相関値Kを推定することができる。そこで、本実施の形態1では、酸化状態の相関値Kを用いて、変曲点以降のNOxセンサセル出力Nを補正することとする。より具体的には、先ず、変曲点におけるNOxセンサセル出力Nbと変曲点におけるNOx濃度の推定値(以下、「推定NOx値」と称する)Npとの出力差Nmを次式(2)に従って算出する。推定NOx値Npは、例えば、変曲点におけるエンジンの運転状態(吸入空気量、EGR量等)に基づいて推定することができる。
Nm=Nb−Np ・・・(2)
(NOx sensor cell output correction operation)
Next, the NOx sensor cell output correction operation will be described with reference to FIG. As described above, the correlation value K reflecting the oxidation state of the first detection electrode 42 can be estimated based on the soak state or the inflection point arrival time. Therefore, in the first embodiment, the NOx sensor cell output N after the inflection point is corrected using the correlation value K of the oxidation state. More specifically, first, the output difference Nm between the NOx sensor cell output Nb at the inflection point and the estimated value of NOx concentration at the inflection point (hereinafter referred to as “estimated NOx value”) Np is determined according to the following equation (2). calculate. The estimated NOx value Np can be estimated based on, for example, the engine operating state (intake air amount, EGR amount, etc.) at the inflection point.
Nm = Nb−Np (2)

次いで、変曲点における出力差Nmの影響を補正すべく、次式(3)に従って、最終的なNOxセンサセル出力補正値Naを算出することとする。
Na=N−(Nm−Kt) ・・・(3)
Next, in order to correct the influence of the output difference Nm at the inflection point, the final NOx sensor cell output correction value Na is calculated according to the following equation (3).
Na = N− (Nm−Kt) (3)

ここで、上式(3)における補正項(Nm−Kt)は、出力差Nmに第1検出電極42の酸化状態の時間変化を反映させた値となっている。つまり、第1検出電極42の酸化状態が高いほど、出力安定時間は長期化する。このため、上式(3)においては、酸化状態の相関値Kが小さいほど、上記補正項の減衰度が小さくなるようになっている。これにより、変曲点以降のNOxセンサセル出力Nに重畳する第1検出電極42の酸化による影響を効果的に補正することができる。   Here, the correction term (Nm−Kt) in the above equation (3) is a value reflecting the time change of the oxidation state of the first detection electrode 42 in the output difference Nm. That is, the higher the oxidation state of the first detection electrode 42, the longer the output stabilization time. For this reason, in the above equation (3), the smaller the correlation value K of the oxidation state, the smaller the attenuation of the correction term. Thereby, the influence by the oxidation of the 1st detection electrode 42 superimposed on the NOx sensor cell output N after an inflection point can be correct | amended effectively.

図8は、補正前のNOx濃度と補正後のNOx濃度とを比較するための図である。この図において、(a)の鎖線は、被測定ガスの実NOx濃度を、(b)の細線は補正前のNOx濃度検出値を、(c)の実線は補正後のNOx濃度検出値を、それぞれ示している。この図に示すとおり、補正後のNOx検出値は、補正後のNOx検出値よりも実NOx濃度に近づいていることがわかる。   FIG. 8 is a diagram for comparing the NOx concentration before correction with the NOx concentration after correction. In this figure, the chain line in (a) indicates the actual NOx concentration of the gas to be measured, the thin line in (b) indicates the detected NOx concentration value before correction, the solid line in (c) indicates the detected NOx concentration value after correction, Each is shown. As shown in this figure, it can be seen that the corrected NOx detection value is closer to the actual NOx concentration than the corrected NOx detection value.

尚、上式(3)における補正項(Nm−Kt)が0以下となった場合には、NOxセンサセル4が安定したNOxセンサセル出力Nを検出している時期(安定時期)であると推定できる。このため、(Nm−Kt)≦0の条件が成立した時点で上記補正の実行を終了することとする。これにより、NOxセンサセル出力Nに不要な補正をしてしまう事態を効果的に回避することができる。   When the correction term (Nm−Kt) in the above equation (3) is 0 or less, it can be estimated that the NOx sensor cell 4 is detecting a stable NOx sensor cell output N (stable time). . For this reason, the execution of the correction is terminated when the condition of (Nm−Kt) ≦ 0 is satisfied. Thereby, it is possible to effectively avoid a situation where unnecessary correction is made to the NOx sensor cell output N.

[実施の形態1の具体的処理]
次に、図9および図10を参照して、本実施の形態1の具体的処理について説明する。図9は、本実施の形態1において、ECU8がNOxセンサ1の活性判定を実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定間隔毎に起動するものである。この所定間隔は、例えば、図3に示す時刻t10〜時刻t11の間隔、時刻t11〜時刻t12の間隔等に対応している。
[Specific Processing in First Embodiment]
Next, specific processing of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a flowchart illustrating a routine in which the ECU 8 performs the activity determination of the NOx sensor 1 in the first embodiment. This routine is started at predetermined intervals. This predetermined interval corresponds to, for example, the interval from time t10 to time t11, the interval from time t11 to time t12, and the like shown in FIG.

図8に示すルーチンでは、先ず、NOxセンサ1が暖機中であるか否かが判定される(ステップ100)。ここでは、具体的には、NOxセンサ1の暖機が行われるエンジン始動時、若しくは長時間の燃料カットからの復帰時であるか否かが判断される。その結果、NOxセンサ1が暖機中でないと判定された場合には、図2に示すようなNOxセンサセル出力を得ることができないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。   In the routine shown in FIG. 8, it is first determined whether or not the NOx sensor 1 is warming up (step 100). Specifically, it is determined whether or not the NOx sensor 1 is warmed up when the engine is started, or when returning from a long-time fuel cut. As a result, when it is determined that the NOx sensor 1 is not warming up, it is determined that the NOx sensor cell output as shown in FIG. 2 cannot be obtained, and this routine is immediately terminated.

一方、上記ステップ100において、NOxセンサ1が暖機中であると判定された場合には、次のステップに移行し、NOxセンサセル出力N(t)が取得される(ステップ102)。次いで、変化量ΔN(t)が算出される(ステップ104)。ここでは、具体的には、上記ステップ102において取得されたNOxセンサセル出力N(t)およびN(t−1)を上式(1)に代入することにより変化量ΔN(t)が演算される。   On the other hand, if it is determined in step 100 that the NOx sensor 1 is warming up, the process proceeds to the next step, and the NOx sensor cell output N (t) is acquired (step 102). Next, a change amount ΔN (t) is calculated (step 104). Specifically, the amount of change ΔN (t) is calculated by substituting the NOx sensor cell outputs N (t) and N (t−1) acquired in step 102 into the above equation (1). .

次に、変化量ΔN(t)が0より大きいか否かが判定される(ステップ106)。その結果、変化量ΔN(t)>0の成立が認められた場合には、本ルーチンにおける変化量ΔN(t)が、前回のルーチンにおける変化量ΔN(t−1)よりも小さいと判断されて、次のステップに移行し、変化量ΔN(t)が基準値ΔNthよりも小さいか否かが判定される(ステップ108)。その結果、変化量ΔN(t)<基準値ΔNthの成立が認められた場合には、次のステップに移行し、NOxセンサセル出力N(t)が変曲点として特定される(ステップ110)。図3に示す例では、変化量ΔN(t14)が基準値ΔNthよりも小さいため、時刻t14でのNOxセンサセル出力N(t14)が変曲点として特定される。そして、この変曲点が現れた時期が、NOxセンサセル4の活性時期であると判定されて(ステップ112)、本ルーチンは終了される。   Next, it is determined whether or not the change amount ΔN (t) is greater than 0 (step 106). As a result, when the change amount ΔN (t)> 0 is recognized, it is determined that the change amount ΔN (t) in this routine is smaller than the change amount ΔN (t−1) in the previous routine. Then, the process proceeds to the next step, and it is determined whether or not the change amount ΔN (t) is smaller than the reference value ΔNth (step 108). As a result, when it is recognized that the change amount ΔN (t) <reference value ΔNth is established, the process proceeds to the next step, and the NOx sensor cell output N (t) is specified as the inflection point (step 110). In the example shown in FIG. 3, since the change amount ΔN (t14) is smaller than the reference value ΔNth, the NOx sensor cell output N (t14) at time t14 is specified as the inflection point. Then, it is determined that the time when the inflection point appears is the activation time of the NOx sensor cell 4 (step 112), and this routine is ended.

一方、上記ステップ106において、変化量ΔN(t)>0の成立が認められない場合には、本ルーチンにおける変化量ΔN(t)が、前回のルーチンにおける変化量ΔN(t−1)以上であると判断されて、次のステップに移行し、前回のルーチンにおける変化量ΔN(t−1)がゼロよりも大きいか否かが判定される(ステップ114)。ここでは、具体的には、前々回のルーチンにおける変化量ΔN(t−2)が、前回のルーチンにおける変化量ΔN(t−1)よりも大きいか否かが判断される。その結果、変化量ΔN(t−1)>0の成立が認められない場合には、NOxセンサセル出力Nが上限値に向かって立ち上がっている状態であるため、未だ変曲点が現れていないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。   On the other hand, when the change amount ΔN (t)> 0 is not established in step 106, the change amount ΔN (t) in this routine is equal to or greater than the change amount ΔN (t−1) in the previous routine. If it is determined that there is, the process proceeds to the next step, and it is determined whether or not the amount of change ΔN (t−1) in the previous routine is greater than zero (step 114). Specifically, it is determined whether or not the change amount ΔN (t−2) in the last routine is greater than the change amount ΔN (t−1) in the previous routine. As a result, when the change amount ΔN (t−1)> 0 is not established, the NOx sensor cell output N is rising toward the upper limit value, so that an inflection point has not yet appeared. As a result, this routine is immediately terminated.

一方、上記ステップ114において、変化量ΔN(t−1)>0の成立が認められた場合には、前々回のルーチンにおける変化量ΔN(t−2)が、前回のルーチンにおける変化量ΔN(t−1)よりも大きいと判断される。この場合、排ガス中のNOx濃度の増加が今回検出されたと判断されて、上記ステップ110に移行し、NOxセンサセル出力N(t)が変曲点として特定される。   On the other hand, when the change amount ΔN (t−1)> 0 is recognized in step 114, the change amount ΔN (t−2) in the previous routine is changed to the change amount ΔN (t in the previous routine. -1). In this case, it is determined that an increase in the NOx concentration in the exhaust gas has been detected this time, the process proceeds to step 110, and the NOx sensor cell output N (t) is specified as the inflection point.

また、上記ステップ108において、変化量ΔN(t)<基準値ΔNthの成立が認められない場合には、次のステップに移行し、NOxセンサセル出力N(t)が基準値ΔNthよりも小さいか否かが判定される(ステップ116)。その結果、NOxセンサセル出力N(t)<基準値ΔNthの成立が認められない場合には、NOxセンサセル出力Nに未だ変曲点が現れていないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。   If it is not found in step 108 that the change amount ΔN (t) <reference value ΔNth, the process proceeds to the next step, and whether the NOx sensor cell output N (t) is smaller than the reference value ΔNth. Is determined (step 116). As a result, if the establishment of NOx sensor cell output N (t) <reference value ΔNth is not recognized, it is determined that an inflection point has not yet appeared in the NOx sensor cell output N, and this routine is immediately terminated. .

一方、上記ステップ116において、NOxセンサセル出力N(t)<基準値ΔNthの成立が認められた場合には、上記ステップ110に移行し、NOxセンサセル出力N(t)が変曲点として特定される。   On the other hand, if it is determined in step 116 that NOx sensor cell output N (t) <reference value ΔNth is established, the routine proceeds to step 110 where the NOx sensor cell output N (t) is specified as an inflection point. .

図9は、本実施の形態1において、ECU8がNOxセンサセル出力Nの補正を実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、図8に示すルーチンと並行して所定間隔毎に起動するものである。図9に示すルーチンでは、先ず、NOxセンサ1の活性判定が実行される(ステップ200)。ここでは、具体的には、本ルーチンと並行して実行している図8に示すルーチンにおいて活性判定がなされたか否か、すなわち、上記ステップ112においてNOxセンサ1の活性判定が行われたか否かが判定される。その結果、NOxセンサ1の活性判定が行われていない場合には、本ルーチンは速やかに終了される。   FIG. 9 is a flowchart showing a routine in which the ECU 8 corrects the NOx sensor cell output N in the first embodiment. This routine is started at predetermined intervals in parallel with the routine shown in FIG. In the routine shown in FIG. 9, first, the activation determination of the NOx sensor 1 is executed (step 200). Here, specifically, whether or not the activity determination is made in the routine shown in FIG. 8 executed in parallel with this routine, that is, whether or not the NOx sensor 1 is determined in the above step 112. Is determined. As a result, when the activation determination of the NOx sensor 1 is not performed, this routine is immediately terminated.

一方、上記ステップ200において、NOxセンサ1の活性判定が行われた場合には、NOxセンサ出力の変曲点が特定されたと判断されて、次のステップに移行し、変曲点におけるNOxセンサセル出力Nbが取得される(ステップ202)。ここでは、具体的には、図8に示すルーチンのステップ110において、変曲点として特定されたNOxセンサセル出力N(t)が、本ルーチンにおける変曲点のNOxセンサセル出力Nbとして取得される。   On the other hand, when the activation determination of the NOx sensor 1 is performed in step 200, it is determined that the inflection point of the NOx sensor output has been specified, and the process proceeds to the next step, where the NOx sensor cell output at the inflection point is determined. Nb is acquired (step 202). Specifically, the NOx sensor cell output N (t) specified as the inflection point in step 110 of the routine shown in FIG. 8 is acquired as the NOx sensor cell output Nb at the inflection point in this routine.

次に、変曲点における推定NOx値Npが取得される(ステップ204)。ここでは、具体的には、変曲点におけるエンジンの運転状態、すなわち、吸入空気量およびEGR量等に基づいて、排ガスの推定NOx値Npが推定される。   Next, the estimated NOx value Np at the inflection point is acquired (step 204). Specifically, the estimated NOx value Np of the exhaust gas is estimated based on the engine operating state at the inflection point, that is, the intake air amount, the EGR amount, and the like.

次に、酸化状態の相関値Kが取得される(ステップ206)。ここでは、具体的には、先ず、エンジンの始動からNOxセンサセル出力が変曲点に到達するまでの時間が取得される。そして、変曲点到達時間と相関値Kとの関係を規定したマップ(図7参照)に従い、酸化状態の相関値Kが特定される。   Next, the correlation value K of the oxidation state is acquired (step 206). Specifically, first, the time from when the engine is started until the NOx sensor cell output reaches the inflection point is acquired. And the correlation value K of an oxidation state is specified according to the map (refer FIG. 7) which prescribed | regulated the relationship between the inflection point arrival time and the correlation value K. FIG.

次に、変曲点以降のNOxセンサセル出力Nが取得される(ステップ208)。次に、上記ステップ208において取得されたNOxセンサセル出力Nを補正するための補正項が演算される(ステップ210)。ここでは、具体的には、先ず、上記ステップ202において取得された変曲点におけるNOxセンサセル出力Nbと、上記ステップ204において取得された推定NOx値Npとが上式(2)に代入されて、変曲点における出力差Nmが演算される。次に、上記出力差Nm、上記ステップ206において取得された酸化状態の相関値K、および変曲点からの経過時間tに基づいて、補正項(Nm−Kt)が演算される。   Next, the NOx sensor cell output N after the inflection point is acquired (step 208). Next, a correction term for correcting the NOx sensor cell output N acquired in step 208 is calculated (step 210). Here, specifically, first, the NOx sensor cell output Nb at the inflection point obtained at step 202 and the estimated NOx value Np obtained at step 204 are substituted into the above equation (2), The output difference Nm at the inflection point is calculated. Next, a correction term (Nm−Kt) is calculated based on the output difference Nm, the correlation value K of the oxidation state acquired in step 206, and the elapsed time t from the inflection point.

次に、変曲点からt秒後のNOxセンサセル出力補正値Naが演算される(ステップ212)。ここでは、具体的には、上記ステップ208において取得されたNOxセンサセル出力N、および上記ステップ210において取得された補正項(Nm−Kt)が上式(3)に代入される。   Next, the NOx sensor cell output correction value Na t seconds after the inflection point is calculated (step 212). Here, specifically, the NOx sensor cell output N acquired in step 208 and the correction term (Nm−Kt) acquired in step 210 are substituted into the above equation (3).

次に、NOxセンサセル出力Nが安定化したか否かが判定される(ステップ214)。ここでは、具体的には、上記ステップ212により演算された上式(3)における補正項(Nm−Kt)が、0以下の値となったか否かが判定される。その結果、(Nm−Kt)≦0の成立が認められない場合には、NOxセンサセル出力Nが未だ安定化していないと判断されて、再度上記ステップ208に戻って、再度NOxセンサセル出力Nが取得される。   Next, it is determined whether or not the NOx sensor cell output N has stabilized (step 214). Specifically, it is determined whether or not the correction term (Nm−Kt) in the above equation (3) calculated in step 212 has a value of 0 or less. As a result, if the establishment of (Nm−Kt) ≦ 0 is not recognized, it is determined that the NOx sensor cell output N has not yet been stabilized, and the process returns to step 208 again to acquire the NOx sensor cell output N again. Is done.

一方、上記ステップ214において、(Nm−Kt)≦0の成立が認められた場合には、NOxセンサセル出力Nが安定化したと判断されて、上記ステップ212における補正が強制的に終了されて(ステップ216)、本ルーチンは終了される。   On the other hand, if it is determined in step 214 that (Nm−Kt) ≦ 0 is established, it is determined that the NOx sensor cell output N has stabilized, and the correction in step 212 is forcibly terminated ( Step 216), the routine ends.

以上説明した通り、本実施の形態1によれば、変曲点以降のNOxセンサセル出力Nに重畳する第1検出電極42の酸化による影響を効果的に補正することができるので、NOxセンサ1の早期活性化の要求を満たすことができる。   As described above, according to the first embodiment, it is possible to effectively correct the influence of the oxidation of the first detection electrode 42 superimposed on the NOx sensor cell output N after the inflection point. The demand for early activation can be met.

また、上述した実施の形態1によれば、NOxセンサセル出力Nが安定化したと判断された場合に、NOxセンサセル出力の補正動作が強制的に終了されるので、不要な出力補正が行われてNOxセンサセル出力にズレが生じる事態を効果的に排除することができる。   Further, according to the first embodiment described above, when it is determined that the NOx sensor cell output N has been stabilized, the correction operation of the NOx sensor cell output is forcibly terminated, so unnecessary output correction is performed. A situation in which the NOx sensor cell output is shifted can be effectively eliminated.

また、上述した実施の形態1においては、酸化状態の相関値Kを特定するために、変曲点到達時間を用いているが、相関値Kの特定方法はこれに限られない。すなわち、上述したソーク中の状態、すなわち、ソーク中にNOxセンサ1内に残存する排ガスの空燃比やソーク時間等に基づいて、相関値Kを特定することとしてもよいし、また、これらの方法を組み合わせてもよい。また、上述した変曲点到達時間の代わりに、変曲点までのNOxセンサセル出力の積算値や、NOxセンサセル出力、或いはNOxセンサセル出力の上昇速度と下降速度の比、或いは、酸素ポンプセル2の出力等に基づいて、相関値Kを特定することとしてもよい。また、システムの精度要求が低い場合には、相関値Kを定数としてもよい。   Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, inflection point arrival time is used in order to specify the correlation value K of an oxidation state, However, The identification method of the correlation value K is not restricted to this. That is, the correlation value K may be specified based on the above-described state in the soak, that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas remaining in the NOx sensor 1 during the soak, the soak time, and the like. May be combined. Further, instead of the inflection point arrival time described above, the integrated value of the NOx sensor cell output up to the inflection point, the NOx sensor cell output, the ratio of the rising speed and the falling speed of the NOx sensor cell output, or the output of the oxygen pump cell 2 The correlation value K may be specified based on the above. When the accuracy requirement of the system is low, the correlation value K may be a constant.

尚、上述した実施の形態1においては、酸素ポンプセル2が前記第1の発明における「余剰酸素除去手段」に、NOxセンサセル4が前記第1の発明における「ガス濃度検知セル」に、第1検出電極42が前記第1の発明における「ガス側電極」に、第2検出電極43が前記第1の発明における「大気側電極」に、固体電解質体41が前記第1の発明における「電解質層」に、NOxセンサセル出力が前記第1の発明における「セル出力」に、変曲点が現れる時刻t14が前記第1の発明における「第1の時期」に、それぞれ相当している。また、ECU8が、上記ステップ110の処理を実行することにより、前記第1の発明における「特定手段」が、上記ステップ208の処理を実行することにより、前記第1の発明における「ガス濃度検出手段」が、上記ステップ206の処理を実行することにより、前記第1の発明における「酸化状態推定手段」が、上記ステップ212の処理を実行することにより、前記第1の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。 In the first embodiment described above, the oxygen pump cell 2 is the “surplus oxygen removing means” in the first invention, and the NOx sensor cell 4 is the “gas concentration detection cell” in the first invention. The electrode 42 is the “gas side electrode” in the first invention, the second detection electrode 43 is the “atmosphere side electrode” in the first invention, and the solid electrolyte body 41 is the “electrolyte layer” in the first invention. Furthermore, the NOx sensor cell output corresponds to the “cell output” in the first invention, and the time t14 at which the inflection point appears corresponds to the “first time” in the first invention . Further, ECU 8 is, by executing the process of step 110, the "specific means" in the first aspect of the present invention, by executing the process in step 208, "the gas concentration detected in the first aspect of the present invention The “means” executes the process of step 206, and the “oxidation state estimating means” in the first invention executes the process of step 212, thereby “correcting means” in the first invention. Are realized.

また、上述した実施の形態1においては、NOxセンサセル出力Nbが、前記第2の発明における「第1の検出濃度」に、推定NOx値Npが、前記第2の発明における「第1の推定濃度」に、それぞれ相当している。また、ECU8が、上記ステップ204の処理を実行することにより、前記第2の発明における「ガス濃度推定手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the NOx sensor cell output Nb is the “ first detected concentration” in the second invention, the estimated NOx value Np is the “ first estimated concentration in the second invention” . Respectively. Further, the “gas concentration estimating means” in the second aspect of the present invention is realized by the ECU 8 executing the processing of step 204 described above.

また、上述した実施の形態1においては、出力差Nmが、前記第3の発明における「偏差」に相当しているとともに、ECU8が上記ステップ210を実行することにより、前記第3の発明における「補正値演算手段」が実現されている。   In the first embodiment described above, the output difference Nm corresponds to the “deviation” in the third aspect of the invention, and the ECU 8 executes step 210 described above, whereby “ "Correction value calculating means" is realized.

また、上述した実施の形態1においては、ECU8が、上記ステップ214を実行することにより前記第6の発明における「安定時期推定手段」が、上記ステップ216を実行することにより前記第6の発明における「禁止手段」が、実現されている。   In the first embodiment described above, the ECU 8 executes the step 214, whereby the “stable time estimation means” in the sixth invention executes the step 216. “Prohibiting means” is realized.

実施の形態2.
[実施の形態2の特徴]
上述した実施の形態1においては、第1検出電極42の酸化の影響を補正して、NOxセンサセル出力に変曲点が現れた後のNOx濃度の精度を向上させることとしている。このため、NOx濃度の精度を高めるためには、第1検出電極42の酸化状態を極力低くすることが望ましい。そこで、本実施の形態2においては、第1検出電極42の酸化を抑制するために、以下の制御を実行することとする。
Embodiment 2. FIG.
[Features of Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the influence of the oxidation of the first detection electrode 42 is corrected to improve the accuracy of the NOx concentration after the inflection point appears in the NOx sensor cell output. For this reason, in order to improve the accuracy of the NOx concentration, it is desirable to make the oxidation state of the first detection electrode 42 as low as possible. Therefore, in the second embodiment, the following control is executed in order to suppress oxidation of the first detection electrode 42.

(ヒータ制御)
実施の形態2においては、実施の形態1において上述した図1におけるヒータ電極61を改良する。より具体的には、本実施の形態2におけるヒータ電極61は、ポンプセル2の近傍を加熱するための第1のヒータパターンと、NOxセンサセル4の近傍を加熱するための第2のヒータパターンとを有している。ヒータ制御手段83は、第1のヒータパターンと第2のヒータパターンとを個別に制御できるようになっている。
(Heater control)
In the second embodiment, the heater electrode 61 in FIG. 1 described in the first embodiment is improved. More specifically, the heater electrode 61 according to the second embodiment includes a first heater pattern for heating the vicinity of the pump cell 2 and a second heater pattern for heating the vicinity of the NOx sensor cell 4. Have. The heater control means 83 can individually control the first heater pattern and the second heater pattern.

このような構成を有するガス濃度検出装置10が搭載されたエンジンが停止された場合、先ず、ヒータ電極61における第2のヒータパターンへの投入電力が低下するように、ヒータ制御手段83が制御される。第1の検出電極2は、300℃〜400℃程度に加熱されている場合に最も酸化しやすい。このため、エンジン停止とともに逸早く第1の検出電極を低温にすることで、当該第1検出電極の酸化を抑制することができる。   When the engine in which the gas concentration detection device 10 having such a configuration is mounted is stopped, first, the heater control means 83 is controlled so that the input power to the second heater pattern in the heater electrode 61 is reduced. The The first detection electrode 2 is most easily oxidized when heated to about 300 ° C. to 400 ° C. For this reason, it is possible to suppress oxidation of the first detection electrode by quickly setting the first detection electrode to a low temperature as the engine stops.

また、これとともに、ヒータ電極61における第1のヒータパターンへの電力の投入は継続される。これにより、酸素ポンプセル2における酸素の排出動作は継続されるので、第1内部空間31および第2内部空間32の酸素濃度を低濃度化することができる。したがって、ソーク中における第1検出電極42の酸化量を効果的に抑制することができる。   At the same time, the supply of power to the first heater pattern in the heater electrode 61 is continued. Thereby, since the discharge operation of oxygen in the oxygen pump cell 2 is continued, the oxygen concentration in the first internal space 31 and the second internal space 32 can be reduced. Therefore, the amount of oxidation of the first detection electrode 42 in the soak can be effectively suppressed.

(空燃比制御)
また、実施の形態2では、上述したヒータ制御のほかに、空燃比制御により第1検出電極42の酸化を抑制することもできる。より具体的には、エンジン停止時の空燃比を通常時よりも燃料リッチ側へ制御することとする。これにより、ソーク中、特に第1検出電極42の温度が低下する前の第1内部空間31および第2内部空間32の酸素濃度を低下させることができるので、第1検出電極42の酸化量を効果的に抑制することができる。
(Air-fuel ratio control)
In the second embodiment, in addition to the heater control described above, the oxidation of the first detection electrode 42 can be suppressed by air-fuel ratio control. More specifically, the air-fuel ratio when the engine is stopped is controlled to the fuel rich side as compared with the normal time. As a result, the oxygen concentration in the first internal space 31 and the second internal space 32 before the temperature of the first detection electrode 42 decreases, particularly during the soak, can be reduced, so the oxidation amount of the first detection electrode 42 can be reduced. It can be effectively suppressed.

また、可変動弁機構を備えるガソリンエンジンにおいては、エンジン停止時に、圧縮行程にて排気弁を開くように当該可変動弁機構を制御することとする。これにより、排気ガスに含まれる未燃ガス量が増大する。これらの未燃ガスは、排気系において酸素と結合して燃焼する。このため、当該ガス濃度検出装置10に到達する排気ガスの酸素濃度を効果的に低下させることができる。また、筒内噴射エンジンにおいては、排気行程で燃料噴射することで、排気ガス中に含まれる未燃ガスを増大させることができるので、上記可変動弁制御と同様の効果を得ることができる。   In a gasoline engine having a variable valve mechanism, the variable valve mechanism is controlled so that the exhaust valve is opened during the compression stroke when the engine is stopped. Thereby, the amount of unburned gas contained in exhaust gas increases. These unburned gases combine with oxygen and burn in the exhaust system. For this reason, the oxygen concentration of the exhaust gas that reaches the gas concentration detection device 10 can be effectively reduced. Further, in the cylinder injection engine, by injecting the fuel in the exhaust stroke, the unburned gas contained in the exhaust gas can be increased, so that the same effect as the above variable valve control can be obtained.

尚、上述した実施の形態2においては、ECU8が上述したヒータ制御を実行することにより、前記第12の発明における「酸化抑制手段」が実現されている。また、ECU8が上述した空燃比制御を実行することにより、前記第13の発明における「酸化抑制手段」が実現されている。   In the second embodiment described above, the “oxidation suppressing means” according to the twelfth aspect of the present invention is realized by the ECU 8 executing the heater control described above. Further, the “oxidation suppressing means” according to the thirteenth aspect of the present invention is realized by the ECU 8 performing the above-described air-fuel ratio control.

本発明の実施の形態1において用いられるガス濃度検出装置10の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the gas concentration detection apparatus 10 used in Embodiment 1 of this invention. NOxセンサ暖機時の酸素ポンプセル出力の変化とNOxセンサセル出力の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the oxygen pump cell output at the time of NOx sensor warming-up, and the change of NOx sensor cell output. NOxセンサセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of specifying the inflection point of a NOx sensor cell output. ソーク中の第1検出電極42の周囲の酸素分圧とセンサ出力安定時間との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the oxygen partial pressure around the 1st detection electrode 42 in a soak, and sensor output stabilization time. ソーク時間とセンサ出力安定時間との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between soak time and sensor output stabilization time. 第1検出電極42の酸化状態を特定するためのマップである。4 is a map for specifying the oxidation state of the first detection electrode 42; 第1検出電極42の酸化状態を特定するためのマップである。4 is a map for specifying the oxidation state of the first detection electrode 42; 補正前のNOx濃度と補正後のNOx濃度とを比較するための図である。It is a figure for comparing the NOx density | concentration before correction | amendment with the NOx density | concentration after correction | amendment. 本実施の形態1において、ECU8が実行するルーチンを示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a routine that is executed by the ECU 8 in the first embodiment. 本実施の形態1において、ECU8が実行するルーチンを示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a routine that is executed by the ECU 8 in the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 NOxセンサ
2 酸素ポンプセル
3 スペーサ
4 NOxセンサセル
5 スペーサ
6 ヒータ
7 多孔質保護層
8 ECU(Electronic Control Unit)
10 ガス濃度検出装置
21,41 固体電解質体
22 第1ポンプ電極
23 第2ポンプ電極
24 ピンホール
31 第1内部空間
32 第2内部空間
33 連通孔
42 第1検出電極
43 第2検出電極
51 大気ダクト
61 ヒータ電極
62,63 絶縁層
81 ポンプセル制御手段
82 センサセル制御手段
83 ヒータ制御手段
K 相関値
N NOxセンサセル出力
Na NOxセンサセル出力補正値
Nb センサセル出力(変曲点)
Np 推定NOx値(変曲点)
Nm 出力差
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 NOx sensor 2 Oxygen pump cell 3 Spacer 4 NOx sensor cell 5 Spacer 6 Heater 7 Porous protective layer 8 ECU (Electronic Control Unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas concentration detection apparatus 21 and 41 Solid electrolyte body 22 1st pump electrode 23 2nd pump electrode 24 Pinhole 31 1st internal space 32 2nd internal space 33 Communication hole 42 1st detection electrode 43 2nd detection electrode 51 Atmospheric duct 61 Heater electrodes 62, 63 Insulating layer 81 Pump cell control means 82 Sensor cell control means 83 Heater control means K Correlation value N NOx sensor cell output Na NOx sensor cell output correction value Nb Sensor cell output (inflection point)
Np estimated NOx value (inflection point)
Nm output difference

Claims (14)

被測定ガス中の余剰酸素を除去する余剰酸素除去手段と、
前記余剰酸素除去手段により余剰酸素が除去された後の被測定ガスに晒されるガス側電極と、大気に晒される大気側電極と、前記ガス側電極と前記大気側電極との間に介在して、両者間で酸素イオンの移動を可能とする電解質層と、を有するガス濃度検知セルと、
所定時間毎に前記ガス濃度検知セルのセル出力の変化量を算出する変化量算出手段と、
前記ガス濃度検知セルの暖機中、かつ前記余剰酸素除去手段の実行中に、前記変化量が基準値を下回る時期(以下、第1の時期)を特定する特定手段と、
前記第1の時期以後の前記セル出力に基づいて、特定ガス成分のガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、
前記ガス側電極の酸化状態を推定する酸化状態推定手段と、
前記酸化状態に基づいて、前記ガス側電極から還元された酸素が前記セル出力に与える影響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。
Surplus oxygen removing means for removing surplus oxygen in the gas to be measured;
A gas side electrode exposed to the gas to be measured after the excess oxygen is removed by the excess oxygen removing means, an atmosphere side electrode exposed to the atmosphere, and interposed between the gas side electrode and the atmosphere side electrode. A gas concentration detection cell having an electrolyte layer capable of transferring oxygen ions between the two,
A change amount calculating means for calculating a change amount of the cell output of the gas concentration detection cell every predetermined time;
During warm-up of the gas concentration detection cell, and during the execution of the excess oxygen removal means, timing the amount of change falls below the reference value (hereinafter, a first timing) and specific means that identifies a
Gas concentration detecting means for detecting the gas concentration of the specific gas component based on the cell output after the first time ;
Oxidation state estimation means for estimating an oxidation state of the gas side electrode;
Correction means for correcting the influence of oxygen reduced from the gas side electrode on the cell output based on the oxidation state;
A gas concentration detection device comprising:
内燃機関の運転状態に基づいて、特定ガス成分のガス濃度を推定するガス濃度推定手段を更に備え、
前記補正手段は、前記ガス濃度検出手段により検出された前記第1の時期におけるガス濃度(以下、第1の検出濃度)、前記ガス濃度推定手段により推定された前記第1の時期におけるガス濃度(以下、第1の推定濃度)、および前記酸化状態に基づいて、前記セル出力を補正することを特徴とする請求項1記載のガス濃度検出装置。
Gas concentration estimating means for estimating the gas concentration of the specific gas component based on the operating state of the internal combustion engine,
The correction means includes a gas concentration at the first time detected by the gas concentration detecting means (hereinafter referred to as a first detected concentration), a gas concentration at the first time estimated by the gas concentration estimating means ( The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the cell output is corrected based on the first estimated concentration and the oxidation state.
前記補正手段は、前記第1の検出濃度と前記第1の推定濃度との偏差に前記酸化状態および前記第1の時期からの経過時間の影響を反映させた補正値を演算する補正値演算手段を含み、前記セル出力から前記補正値を減ずることにより、前記セル出力を補正することを特徴とする請求項2記載のガス濃度検出装置。 It said correction means, said first detection density and the first estimated concentration and the correction value calculating unit operable to calculate a correction value that reflects the influence of the elapsed time from the oxidation state and the first time to the deviation of The gas concentration detection device according to claim 2, wherein the cell output is corrected by subtracting the correction value from the cell output. 前記補正値演算手段は、前記経過時間が長いほど、前記補正値が小さくなるように演算
することを特徴とする請求項3記載のガス濃度検出装置。
4. The gas concentration detection apparatus according to claim 3, wherein the correction value calculation means calculates the correction value to be smaller as the elapsed time is longer.
前記補正値演算手段は、前記酸化状態が高いほど、前記補正値が大きくなるように演算
することを特徴とする請求項3または4記載のガス濃度検出装置。
5. The gas concentration detection device according to claim 3, wherein the correction value calculation means calculates the correction value so that the higher the oxidation state, the larger the correction value.
前記ガス側電極の酸化による影響が重畳していないセル出力を前記ガス濃度検知セルが検知する時期(以下、安定時期)を推定する安定時期推定手段と、
前記安定時期の前記セル出力に対する、前記補正手段の実行を禁止する禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項3乃至5の何れか1項記載のガス濃度検出装置。
A stable time estimation means for estimating a time (hereinafter, a stable time) when the gas concentration detection cell detects a cell output in which the influence of oxidation of the gas side electrode is not superimposed;
Prohibiting means for prohibiting execution of the correcting means for the cell output at the stable time;
The gas concentration detection device according to claim 3, further comprising:
前記安定時期推定手段は、前記補正値が0以下となる時期を前記安定時期として推定することを特徴とする請求項6記載のガス濃度検出装置。   7. The gas concentration detection device according to claim 6, wherein the stable time estimating means estimates a time when the correction value is 0 or less as the stable time. 前記酸化状態推定手段は、前記ガス濃度検知セルへの通電を開始してから前記第1の時期までの期間が長いほど、酸化状態を高く推定することを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項記載のガス濃度検出装置。 The oxidation state estimation means estimates the oxidation state higher as the period from the start of energization to the gas concentration detection cell to the first time is longer. The gas concentration detection apparatus according to claim 1. 前記ガス濃度検知セルへの通電を開始してから前記第1の時期までの期間における、前記セル出力の積算値を演算する積算値演算手段を更に備え、
前記酸化状態推定手段は、前記積算値が大きいほど、前記酸化状態を高く推定することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項記載のガス濃度検出装置。
Further comprising integrated value calculating means for calculating an integrated value of the cell output in a period from the start of energization to the gas concentration detection cell to the first time period,
9. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the oxidation state estimation unit estimates the oxidation state higher as the integrated value is larger.
前記酸化状態推定手段は、内燃機関の前回の停止時における、前記被測定ガスの空燃比を取得する空燃比取得手段を含み、前記空燃比がリーンであるほど、前記酸化状態を高く推定することを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項記載のガス濃度検出装置。   The oxidation state estimation means includes air-fuel ratio acquisition means for acquiring the air-fuel ratio of the gas under measurement at the previous stop of the internal combustion engine, and the oxidation state is estimated to be higher as the air-fuel ratio is leaner. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the gas concentration detection device is a gas concentration detection device. 前記酸化状態推定手段は、内燃機関の前回の停止から今回の始動までの放置時間を取得する放置時間取得手段を含み、前記放置時間が長いほど、前記酸化状態を高く推定することを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項記載のガス濃度検出装置。   The oxidation state estimation means includes a leaving time acquisition means for acquiring a standing time from a previous stop of the internal combustion engine to a current start, and the oxidation state is estimated to be higher as the leaving time is longer. The gas concentration detection apparatus according to any one of claims 1 to 10. 内燃機関の停止中における前記ガス側電極の酸化を抑制する酸化抑制手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項記載のガス濃度検出装置。   The gas concentration detection device according to any one of claims 1 to 11, further comprising an oxidation suppression unit that suppresses oxidation of the gas side electrode while the internal combustion engine is stopped. 前記酸化抑制手段は、内燃機関の停止時における空燃比をリッチに制御することを特徴とする請求項12記載のガス濃度検出装置。   13. The gas concentration detection device according to claim 12, wherein the oxidation suppressing means controls the air-fuel ratio to be rich when the internal combustion engine is stopped. 前記余剰酸素除去手段は、酸素ポンプセルを含み、前記酸素ポンプセルへの電圧の印加に伴って、被測定ガス中の余剰酸素を排出することを特徴とする請求項1乃至13の何れか1項記載のガス濃度検出装置。   14. The surplus oxygen removing means includes an oxygen pump cell, and discharges surplus oxygen in the gas to be measured as a voltage is applied to the oxygen pump cell. Gas concentration detector.
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