JP5141576B2 - Gas concentration detector - Google Patents

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本発明は、ガス濃度検出装置に関する。   The present invention relates to a gas concentration detection device.

内燃機関の排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサが知られている。このＮＯｘセンサとして、測定対象ガス中の酸素を汲み出す主ポンプセルと、測定対象ガスから酸素を更に汲み出す補助ポンプセルと、酸素が汲み出された測定対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出する検出セルとを備えたものがある。各セルには、固体電解質が用いられている。各セルが正常な特性を発揮するには、固体電解質の温度が一定温度以上になることが必要である。   A NOx sensor that detects the NOx concentration of exhaust gas from an internal combustion engine is known. As this NOx sensor, a main pump cell that pumps out oxygen in the measurement target gas, an auxiliary pump cell that further pumps out oxygen from the measurement target gas, and detection that detects the concentration of NOx contained in the measurement target gas from which oxygen has been pumped out Some have a cell. A solid electrolyte is used for each cell. In order for each cell to exhibit normal characteristics, the temperature of the solid electrolyte needs to be equal to or higher than a certain temperature.

内燃機関のエミッションを更に改善するためには、エンジン始動後、なるべく早期に、ＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ濃度の情報をエンジン制御に利用することが望まれている。そのためには、ＮＯｘセンサの活性を精度良く判定することが重要である。   In order to further improve the emission of the internal combustion engine, it is desired to use information on the NOx concentration detected by the NOx sensor for engine control as soon as possible after the engine is started. For this purpose, it is important to accurately determine the activity of the NOx sensor.

しかしながら、各セルの活性速度（活性完了までの速さ）は、同じではない。この原因は、各セルの材質が役割に応じて異なることや、各セルとヒータとの距離が異なることなどにある。   However, the activation rate (speed to completion of activation) of each cell is not the same. This is because the material of each cell differs depending on the role, and the distance between each cell and the heater is different.

特開２００４−１３２８４０号公報には、主ポンプセル（同公報では「第１セル」）の活性判定と検出セル（同公報では「第２セル」）の活性判定とを個別に行い、且つ、主ポンプセルの活性化が完了したと判定された後、検出セルの活性判定を行うガス濃度検出装置が開示されている。この装置によれば、検出セルの活性完了を待つことなく、主ポンプセルにより検出される酸素濃度信号を早期に利用することができる、とされている。また、この装置では、主ポンプセルが活性完了した後、所定時間が経過し、且つ補助ポンプセルの検出電流が所定範囲に入った場合に、検出セルが活性化したと判定される。上記所定時間は、検出セルの活性電極に吸着した酸素をすべて放出するのに要する時間を根拠に定める、とされている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-132840 discloses that the main pump cell (“first cell” in the publication) and the detection cell (“second cell” in the publication) are individually determined for activity, A gas concentration detection device is disclosed that determines the activation of a detection cell after it is determined that the activation of the pump cell has been completed. According to this device, the oxygen concentration signal detected by the main pump cell can be used at an early stage without waiting for completion of the activation of the detection cell. Further, in this apparatus, it is determined that the detection cell has been activated when a predetermined time has elapsed after the activation of the main pump cell and the detection current of the auxiliary pump cell has entered a predetermined range. The predetermined time is determined based on the time required to release all oxygen adsorbed on the active electrode of the detection cell.

特開２００４−１３２８４０号公報JP 2004-132840 A 特開２００７−１４７３８６号公報JP 2007-147386 A 特開２００４−３３３３７４号公報JP 2004-333374 A 特開２００４−２１２１４５号公報JP 2004-212145 A 特開平９−２８８０８５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-288085

上記従来の技術では、特定ガス濃度信号（ＮＯｘ濃度信号）を利用するには、結局、主ポンプセル、補助ポンプセルおよび検出セルのすべてが活性完了するのを待たなければならない。このため、特定ガス濃度信号の利用を早期に開始することはできない。   In the above conventional technique, in order to use the specific gas concentration signal (NOx concentration signal), it is necessary to wait for all of the main pump cell, auxiliary pump cell, and detection cell to be activated. For this reason, utilization of a specific gas concentration signal cannot be started at an early stage.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、特定ガス成分の濃度の検出値をなるべく早期に利用開始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 an object of the present invention is to provide a gas concentration detection device that can start using the detected value of the concentration of a specific gas component as early as possible.

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、
測定対象ガス中の酸素を汲み出す主ポンプセルと、
前記測定対象ガスから酸素を更に汲み出す補助ポンプセルと、
前記主ポンプセルおよび前記補助ポンプセルにより酸素が汲み出された前記測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検出する検出セルと、
を有するガスセンサを備えたガス濃度検出装置であって、
前記測定対象ガスに元々含まれている酸素の濃度に関する情報を取得する酸素濃度取得手段と、
前記ガスセンサの暖機中に、前記酸素濃度取得手段により取得された酸素濃度に応じて、前記主ポンプセルのポンプ能力を設定するポンプ能力設定手段と、
前記ガスセンサの暖機中に、前記検出セルによる特定ガス成分濃度の検出値を利用可能となる時点を判定する判定手段と、
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,
A main pump cell that pumps out oxygen in the gas to be measured;
An auxiliary pump cell for further pumping oxygen from the gas to be measured;
A detection cell for detecting a concentration of a specific gas component contained in the measurement target gas from which oxygen has been pumped out by the main pump cell and the auxiliary pump cell;
A gas concentration detection device comprising a gas sensor having
Oxygen concentration acquisition means for acquiring information on the concentration of oxygen originally contained in the measurement target gas;
Pump capacity setting means for setting the pump capacity of the main pump cell according to the oxygen concentration acquired by the oxygen concentration acquisition means during warm-up of the gas sensor;
A determination means for determining a point in time at which the detected value of the specific gas component concentration by the detection cell becomes available during warm-up of the gas sensor;
It is characterized by providing.

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記判定手段は、
前記ポンプ能力設定手段により設定されたポンプ能力に基づいて、前記検出セル近傍の酸素濃度が所定濃度に低下するまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、
前記算出された所要時間が経過した時点で、前記特定ガス成分濃度の検出値を利用可能と判定する手段と、
を含むことを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
The determination means includes
Based on the pump capacity set by the pump capacity setting means, a required time calculation means for calculating a required time until the oxygen concentration in the vicinity of the detection cell decreases to a predetermined concentration;
Means for determining that the detected value of the specific gas component concentration can be used when the calculated required time has elapsed;
It is characterized by including.

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記主ポンプセルの活性化を判定する主ポンプセル活性判定手段を備え、
前記ポンプ能力設定手段は、前記主ポンプセルが活性化したと判定された後に、前記主ポンプセルのポンプ能力を設定することを特徴とする。 The third invention is the first or second invention, wherein
Comprising main pump cell activity determining means for determining the activation of the main pump cell;
The pump capacity setting means sets the pump capacity of the main pump cell after it is determined that the main pump cell is activated.

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記ガスセンサの暖機中における前記検出セルの出力の立ち上がり特性、ピーク値および立ち下がり特性の少なくとも一つに基づいて、前記主ポンプセル、前記補助ポンプセルおよび前記検出セルの少なくとも一つの劣化を判定する劣化判定手段を備えることを特徴とする。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
Deterioration for determining deterioration of at least one of the main pump cell, the auxiliary pump cell, and the detection cell based on at least one of a rising characteristic, a peak value, and a falling characteristic of the output of the detection cell during warm-up of the gas sensor It comprises a judging means.

第１の発明によれば、主ポンプセル、補助ポンプセルおよび検出セルを備えたガスセンサを暖機するに際し、測定対象ガスに元々含まれている酸素の濃度に関する情報を取得し、その取得された酸素濃度に応じて、主ポンプセルのポンプ能力を設定することができる。これにより、主ポンプセルは、補助ポンプセルの活性度にかかわらず、測定対象ガスの酸素濃度に応じた量の酸素を排出することができる。このため、検出セル近傍の酸素濃度を、早期に、適正な濃度に安定させることができる。よって、暖機開始後、ガスセンサの完全活性を待つことなく、なるべく早い時期から、検出セルによる特定ガス成分濃度の検出値を利用し始めることができる。   According to the first invention, when warming up the gas sensor including the main pump cell, the auxiliary pump cell, and the detection cell, information on the concentration of oxygen originally contained in the measurement target gas is acquired, and the acquired oxygen concentration The pump capacity of the main pump cell can be set accordingly. Thereby, the main pump cell can discharge | emit oxygen of the quantity according to the oxygen concentration of measurement object gas irrespective of the activity of an auxiliary pump cell. For this reason, the oxygen concentration in the vicinity of the detection cell can be stabilized at an appropriate concentration at an early stage. Therefore, it is possible to start using the detection value of the specific gas component concentration by the detection cell as early as possible without waiting for the complete activation of the gas sensor after the start of warm-up.

第２の発明によれば、設定された主ポンプセルのポンプ能力に基づいて、検出セル近傍の酸素濃度が所定濃度に低下するまでの所要時間を算出し、その所要時間が経過した時点で、特定ガス成分濃度の検出値を利用可能と判定することができる。これにより、特定ガス成分濃度の検出値が利用可能となるタイミングを精度良く判定することができる。   According to the second invention, the time required for the oxygen concentration in the vicinity of the detection cell to decrease to a predetermined concentration is calculated based on the set pumping capacity of the main pump cell, and when the required time elapses, It can be determined that the detected value of the gas component concentration can be used. Thereby, the timing when the detected value of the specific gas component concentration can be used can be accurately determined.

第３の発明によれば、主ポンプセルが活性化したと判定された後に、主ポンプセルのポンプ能力を設定することができる。これにより、主ポンプセルのポンプ能力をより高精度に設定することができる。このため、検出セル近傍の酸素濃度を、より早く、適正な濃度に安定させることができる。よって、暖機開始後、更に早い時期から、検出セルによる特定ガス成分濃度の検出値を利用し始めることができる。   According to the third aspect, after it is determined that the main pump cell is activated, the pump capacity of the main pump cell can be set. Thereby, the pump capacity of the main pump cell can be set with higher accuracy. For this reason, the oxygen concentration in the vicinity of the detection cell can be stabilized at an appropriate concentration more quickly. Therefore, the detected value of the specific gas component concentration by the detection cell can be used at an earlier time after the start of warm-up.

第４の発明によれば、ガスセンサの暖機中に、主ポンプセル、補助ポンプセルまたは検出セルの劣化を判定することができる。このため、早期の段階で、ガスセンサのＯＢＤ(On-Board Diagnostic)を終了することができる。   According to the fourth invention, it is possible to determine the deterioration of the main pump cell, the auxiliary pump cell, or the detection cell while the gas sensor is warmed up. For this reason, the OBD (On-Board Diagnostic) of the gas sensor can be terminated at an early stage.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のガス濃度検出装置１０の構成を説明するための図である。本実施形態のガス濃度検出装置１０は、内燃機関（以下、単に「エンジン」と称する）の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出する装置である。このガス濃度検出装置１０は、ＮＯｘセンサ１を有している。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a gas concentration detection apparatus 10 according to Embodiment 1 of the present invention. The gas concentration detection device 10 of the present embodiment is a device that detects the concentration of NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas of an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”). The gas concentration detection device 10 has a NOx sensor 1.

ＮＯｘセンサ１は、主ポンプセル２および補助ポンプセル３の下方に、スペーサ４、検出セル（センサセル）５、スペーサ６、ヒータ７を順次積層することにより形成されている。   The NOx sensor 1 is formed by sequentially laminating a spacer 4, a detection cell (sensor cell) 5, a spacer 6, and a heater 7 below the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3.

スペーサ４には、第１室４１と、第２室４２とが形成されている。スペーサ４の構成材料としては、例えばアルミナ等を用いることができる。第１室４１および第２室４２は、連通孔４３を介して連通している。これらの第１室４１、第２室４２および連通孔４３は、スペーサ４に抜き穴を設けることにより形成することができる。   A first chamber 41 and a second chamber 42 are formed in the spacer 4. As a constituent material of the spacer 4, for example, alumina or the like can be used. The first chamber 41 and the second chamber 42 communicate with each other through the communication hole 43. The first chamber 41, the second chamber 42 and the communication hole 43 can be formed by providing a hole in the spacer 4.

主ポンプセル２は、第１室４１に流入した測定対象ガス中の余剰酸素を汲み出して除去する機能を有している。この主ポンプセル２は、固体電解質２１と、一対のポンプ電極２２，２３とで構成されている。素子である固体電解質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ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，ＴｈＯ２，ＢｉＯ３等で構成されている。この固体電解質２１を上下から挟むポンプ電極２２，２３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 main pump cell 2 has a function of pumping out and removing excess oxygen in the measurement target gas flowing into the first chamber 41. The main pump cell 2 includes a solid electrolyte 21 and a pair of pump electrodes 22 and 23. The solid electrolyte 21, which is an element, has oxygen ion conductivity, and is composed of, for example, ZrO 2 , HfO 2 , ThO 2 , BiO 3 or the like formed into a sheet shape. The pump electrodes 22 and 23 sandwiching the solid electrolyte 21 from above and below can be formed by a method such as screen printing, for example.

固体電解質２１の表面に形成された第１ポンプ電極２２は、測定対象ガスである排気ガスが存在する空間、すなわち、エンジンの排気通路内に面している。この第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 21 faces the space where the exhaust gas that is the measurement target gas exists, that is, 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、固体電解質２１を挟んで第１ポンプ電極２２の反対側に設けられた第２ポンプ電極２３は、第１室４１に面している。この第２ポンプ電極２３としては、ＮＯｘ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 provided on the opposite side of the first pump electrode 22 across the solid electrolyte 21 faces the first chamber 41. As the second pump electrode 23, an electrode inert to NOx, for example, a porous cermet electrode containing a Pt—Au alloy and ceramics such as zirconia and alumina can be used.

主ポンプセル２には、固体電解質２１とポンプ電極２２，２３と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。測定対象ガスである排気ガスは、後述する多孔質保護層８を透過し、ピンホール２４を通って、第１室４１に流入する。ピンホール２４の孔径は、第１室４１に導入される排気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。   The main pump cell 2 is formed with a pinhole 24 as an introduction hole penetrating the solid electrolyte 21 and the pump electrodes 22 and 23. Exhaust gas, which is a measurement object gas, permeates through a porous protective layer 8 described later, flows into the first chamber 41 through the pinhole 24. The hole diameter of the pinhole 24 is designed so that the diffusion speed of the exhaust gas introduced into the first chamber 41 becomes a predetermined speed.

補助ポンプセル３は、第１室４１から第２室４２に流入した測定対象ガス中の酸素濃度を検出するとともに、当該ガス中の余剰酸素を更に汲み出して除去する機能を有している。この補助ポンプセル３は、固体電解質３１と、一対のポンプ電極３２，３３とで構成されている。素子である固体電解質３１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ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，ＴｈＯ２，ＢｉＯ３等で構成されている。この固体電解質３１を上下から挟むポンプ電極３２，３３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 auxiliary pump cell 3 has a function of detecting the oxygen concentration in the measurement target gas flowing into the second chamber 42 from the first chamber 41 and further pumping out and removing excess oxygen in the gas. The auxiliary pump cell 3 includes a solid electrolyte 31 and a pair of pump electrodes 32 and 33. The solid electrolyte 31 as an element has oxygen ion conductivity, and is composed of, for example, ZrO 2 , HfO 2 , ThO 2 , BiO 3 or the like formed into a sheet shape. The pump electrodes 32 and 33 sandwiching the solid electrolyte 31 from above and below can be formed by a method such as screen printing, for example.

固体電解質３１の表面に形成された第１ポンプ電極３２は、内燃機関の排気通路内に面している。この第１ポンプ電極３２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 32 formed on the surface of the solid electrolyte 31 faces the exhaust passage of the internal combustion engine. As this 1st pump electrode 32, the porous cermet electrode containing noble metals, such as Pt, can be used, for example.

一方、固体電解質３１を挟んで第１ポンプ電極３２の反対側に設けられた第２ポンプ電極３３は、第２室４２に面している。この第２ポンプ電極３３としては、ＮＯｘ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 33 provided on the opposite side of the first pump electrode 32 across the solid electrolyte 31 faces the second chamber 42. As the second pump electrode 33, an electrode inert to NOx, for example, a porous cermet electrode containing a Pt—Au alloy and ceramics such as zirconia and alumina can be used.

主ポンプセル２および補助ポンプセル３の第１ポンプ電極２２，３２は、多孔質保護層８により覆われている。多孔質保護層８は、例えば多孔質アルミナ等で構成される。この多孔質保護層８により、第１ポンプ電極２２，３２の被毒を防止することができると共に、排気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。   The first pump electrodes 22 and 32 of the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3 are covered with the porous protective layer 8. The porous protective layer 8 is made of, for example, porous alumina. The porous protective layer 8 can prevent poisoning of the first pump electrodes 22 and 32 and can prevent the pinhole 24 from being clogged with soot contained in the exhaust gas.

検出セル５は、ＮＯの還元分解により生じる酸素量からＮＯｘ濃度を検出する機能を有している。検出セル５は、固体電解質５１と、この固体電解質５１を上下から挟む一対の検出電極５２，５３とを有している。これらの検出電極５２，５３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 detection cell 5 has a function of detecting the NOx concentration from the amount of oxygen generated by NO reductive decomposition. The detection cell 5 includes a solid electrolyte 51 and a pair of detection electrodes 52 and 53 that sandwich the solid electrolyte 51 from above and below. These detection electrodes 52 and 53 can be formed by a method such as screen printing, for example.

固体電解質５１の表面に形成された第１検出電極５２は、第２室４２に面している。この第１検出電極５２として、例えば、Ｐｔ−Ｒｈ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 52 formed on the surface of the solid electrolyte 51 faces the second chamber 42. As the first detection electrode 52, for example, a porous cermet electrode containing a Pt—Rh alloy and ceramics such as zirconia and alumina can be used.

一方、固体電解質５１を挟んで第１検出電極５２の反対側に設けられた第２検出電極５３は、スペーサ６に形成された大気ダクト６１に面している。大気ダクト６１には、大気が導入される。この第２検出電極５３として、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６１は、スペーサ６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 53 provided on the opposite side of the first detection electrode 52 across the solid electrolyte 51 faces the atmospheric duct 61 formed in the spacer 6. Air is introduced into the air duct 61. As the second detection electrode 53, for example, a porous cermet electrode containing a noble metal such as Pt can be used. The air duct 61 can be formed by providing a cutout in the spacer 6.

ヒータ７は、シート状の絶縁層７２，７３と、これらの絶縁層７２，７３間に設けられたヒータ電極７１とを有している。絶縁層７２，７３は、例えば、アルミナ等のセラミックスにより構成される。ヒータ電極７１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構成される。   The heater 7 includes sheet-like insulating layers 72 and 73 and a heater electrode 71 provided between the insulating layers 72 and 73. The insulating layers 72 and 73 are made of ceramics such as alumina, for example. The heater electrode 71 is composed of, for example, a cermet of Pt and ceramics such as alumina.

本実施形態のガス濃度検出装置１０は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）９を備えている。ＥＣＵ９は、主ポンプセル制御手段９１と、補助ポンプセル制御手段９２と、検出セル制御手段９３と、ヒータ制御手段９４とを有している。このＥＣＵ９は、エンジンＥＣＵと別個に構成されていてもよく、エンジンＥＣＵの一部として構成されていてもよい。   The gas concentration detection device 10 of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 9 as a control device. The ECU 9 includes main pump cell control means 91, auxiliary pump cell control means 92, detection cell control means 93, and heater control means 94. The ECU 9 may be configured separately from the engine ECU, or may be configured as a part of the engine ECU.

主ポンプセル制御手段９１は、主ポンプセル２の第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。主ポンプセル制御手段９１は、第１ポンプ電極２２および第２ポンプ電極２３に電圧を印加するとともに、主ポンプセル２に流れる電流値を検出可能になっている。   The main pump cell control means 91 is connected to the first pump electrode 22 and the second pump electrode 23 of the main pump cell 2. The main pump cell control means 91 is capable of applying a voltage to the first pump electrode 22 and the second pump electrode 23 and detecting a current value flowing through the main pump cell 2.

補助ポンプセル制御手段９２は、補助ポンプセル３の第１ポンプ電極３２および第２ポンプ電極３３に接続されている。補助ポンプセル制御手段９２は、補助ポンプセル３の第１ポンプ電極３２および第２ポンプ電極３３に電圧を印加するとともに、補助ポンプセル３に流れる電流値を検出可能になっている。   The auxiliary pump cell control means 92 is connected to the first pump electrode 32 and the second pump electrode 33 of the auxiliary pump cell 3. The auxiliary pump cell control unit 92 applies a voltage to the first pump electrode 32 and the second pump electrode 33 of the auxiliary pump cell 3 and can detect a current value flowing through the auxiliary pump cell 3.

検出セル制御手段９３は、検出セル５の第１検出電極５２および第２検出電極５３に接続されている。検出セル制御手段９３は、第１検出電極５２および第２検出電極５３に電圧を印加するとともに、検出セル５に流れる電流値を検出可能になっている。   The detection cell control means 93 is connected to the first detection electrode 52 and the second detection electrode 53 of the detection cell 5. The detection cell control means 93 can apply a voltage to the first detection electrode 52 and the second detection electrode 53 and can detect the value of the current flowing through the detection cell 5.

ヒータ制御手段９４は、ヒータ電極７１に接続されている。ヒータ制御手段９４は、ヒータ電極７１に電力を供給するものである。   The heater control means 94 is connected to the heater electrode 71. The heater control means 94 supplies power to the heater electrode 71.

上述したようなＮＯｘセンサ１では、主ポンプセル２、補助ポンプセル３、検出セル５の各セルがそれぞれ正常な特性を発揮するためには、それらの固体電解質２１，３１，５１の温度が活性温度以上であることが必要である。しかしながら、エンジンが停止しているときや燃料カットが長時間行われたときなどには、各セルの温度は低下する。このため、エンジン始動時や、長時間の燃料カットからの復帰時には、各セルの温度を早期に活性温度以上に上昇させるため、ヒータ７に通電することにより、ＮＯｘセンサ１を暖機する制御が実行される。   In the NOx sensor 1 as described above, in order for the main pump cell 2, the auxiliary pump cell 3, and the detection cell 5 to exhibit normal characteristics, the temperatures of the solid electrolytes 21, 31, 51 are higher than the activation temperature. It is necessary to be. However, when the engine is stopped or when the fuel is cut for a long time, the temperature of each cell decreases. For this reason, when starting the engine or returning from the fuel cut for a long time, the temperature of each cell is quickly raised to the activation temperature or higher so that the heater 7 is energized to control the NOx sensor 1 to warm up. Executed.

以下では、まず、ＮＯｘセンサ１の暖機完了後におけるガス濃度検出装置１０の動作について説明する。測定対象ガスとしての排気ガスは、多孔質保護層８とピンホール２４とを通って、第１室４１に導入される。この第１室４１に導入される測定対象ガスの量は、多孔質保護層８およびピンホール２４の拡散抵抗に応じて定まる。   Below, operation | movement of the gas concentration detection apparatus 10 after completion of warming-up of the NOx sensor 1 is demonstrated first. Exhaust gas as the measurement target gas is introduced into the first chamber 41 through the porous protective layer 8 and the pinhole 24. The amount of the measurement target gas introduced into the first chamber 41 is determined according to the diffusion resistance of the porous protective layer 8 and the pinhole 24.

主ポンプセル制御手段９１により主ポンプセル２に電圧が印加されると、第１室４１内の酸素が第２ポンプ電極２３上で酸素イオンＯ２−に還元される。この酸素イオンＯ２−は、固体電解質２１を透過して第１ポンプ電極２２側に排出される。主ポンプセル２の作動は、測定対象ガスの残留酸素濃度が所定の目標濃度となるように制御される。 When a voltage is applied to the main pump cell 2 by the main pump cell control means 91, oxygen in the first chamber 41 is reduced to oxygen ions O 2− on the second pump electrode 23. The oxygen ions O 2− pass through the solid electrolyte 21 and are discharged to the first pump electrode 22 side. The operation of the main pump cell 2 is controlled so that the residual oxygen concentration of the measurement target gas becomes a predetermined target concentration.

第１室４１において酸素濃度が十分に低減された測定対象ガスは、第２室４２に流入する。補助ポンプセル制御手段９２により補助ポンプセル３に所定電圧が印加されると、第２室４２内の残留酸素が第２ポンプ電極３３上で酸素イオンＯ２−に還元される。この酸素イオンＯ２−は、固体電解質３１を透過して第１ポンプ電極３２側に排出される。この際、補助ポンプセル３には、第２室４２内の残留酸素濃度に応じた電流が流れる。よって、補助ポンプセル３の出力（以下、「補助ポンプ出力」と称する）によれば、測定対象ガス中の残留酸素濃度を検出することができる。 The measurement target gas whose oxygen concentration is sufficiently reduced in the first chamber 41 flows into the second chamber 42. When a predetermined voltage is applied to the auxiliary pump cell 3 by the auxiliary pump cell control means 92, the residual oxygen in the second chamber 42 is reduced to oxygen ions O 2− on the second pump electrode 33. The oxygen ions O 2− pass through the solid electrolyte 31 and are discharged to the first pump electrode 32 side. At this time, a current corresponding to the residual oxygen concentration in the second chamber 42 flows through the auxiliary pump cell 3. Therefore, according to the output of the auxiliary pump cell 3 (hereinafter referred to as “auxiliary pump output”), the residual oxygen concentration in the measurement target gas can be detected.

主ポンプセル２のポンプ能力（酸素汲み出し能力）は、主ポンプセル２への印加電圧に応じて決まる。ＥＣＵ９は、補助ポンプセル３によって検出される残留酸素濃度が目標濃度となるように、補助ポンプ出力を主ポンプセル２の印加電圧にフィードバックして制御することができる。これにより、第２室４２に流入する測定対象ガスの酸素濃度を目標濃度に精度良く維持することができる。   The pump capacity (oxygen pumping capacity) of the main pump cell 2 is determined according to the voltage applied to the main pump cell 2. The ECU 9 can feed back and control the auxiliary pump output to the applied voltage of the main pump cell 2 so that the residual oxygen concentration detected by the auxiliary pump cell 3 becomes the target concentration. Thereby, the oxygen concentration of the measurement target gas flowing into the second chamber 42 can be accurately maintained at the target concentration.

上記の制御においては、補助ポンプセル３によって検出される残留酸素濃度が目標濃度まで低下していない場合には、主ポンプセル２の印加電圧を高め、主ポンプセル２による酸素排出量を増大させることにより、酸素濃度を目標濃度に低下させようとする制御が行われる。このような制御に代えて、ＥＣＵ９は、補助ポンプセル３によって検出される残留酸素濃度が目標濃度まで低下していない場合に、補助ポンプセル３の印加電圧を高め、補助ポンプセル３による酸素排出量を増大させることによって、酸素濃度を目標濃度に低下させようとする制御を行うようにしてもよい。   In the above control, when the residual oxygen concentration detected by the auxiliary pump cell 3 is not lowered to the target concentration, by increasing the applied voltage of the main pump cell 2 and increasing the oxygen discharge amount by the main pump cell 2, Control is performed to reduce the oxygen concentration to the target concentration. Instead of such control, the ECU 9 increases the applied voltage of the auxiliary pump cell 3 and increases the oxygen discharge amount by the auxiliary pump cell 3 when the residual oxygen concentration detected by the auxiliary pump cell 3 has not decreased to the target concentration. Thus, control may be performed to reduce the oxygen concentration to the target concentration.

上述したようにして主ポンプセル２および補助ポンプセル３によって酸素が除去され、測定対象ガス中の酸素濃度が十分に低減されると、２ＮＯ２→２ＮＯ＋Ｏ２なる反応が生じ、ＮＯｘがＮＯに単ガス化される。そして、検出セル制御手段９３により検出セル５に所定電圧が印加されると、第２室４２内のＮＯが第１検出電極５２上で分解され酸素イオンＯ２−が発生する。この酸素イオンＯ２−は、固体電解質５１を透過して、第２検出電極５３から大気ダクト６１に排出される。このとき、検出セル５には、第２室４２内のＮＯ濃度に応じた電流が流れる。このようにして、検出セル５の出力（以下、「ＮＯｘ出力」と称する）によれば、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。 As described above, when oxygen is removed by the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3 and the oxygen concentration in the measurement target gas is sufficiently reduced, a reaction of 2NO 2 → 2NO + O 2 occurs, and NOx is converted into NO as a single gas. Is done. When a predetermined voltage is applied to the detection cell 5 by the detection cell control means 93, NO in the second chamber 42 is decomposed on the first detection electrode 52, and oxygen ions O 2− are generated. This oxygen ion O 2− passes through the solid electrolyte 51 and is discharged from the second detection electrode 53 to the atmospheric duct 61. At this time, a current corresponding to the NO concentration in the second chamber 42 flows through the detection cell 5. Thus, according to the output of the detection cell 5 (hereinafter referred to as “NOx output”), the NOx concentration in the exhaust gas can be detected.

［実施の形態１の特徴］
以上、ＮＯｘセンサ１の暖機完了後におけるガス濃度検出装置１０の動作について説明したが、本発明は、ＮＯｘセンサ１の暖機途中における制御に特徴を有している。ＮＯｘセンサ１が活性していない場合には、ヒータ７に通電することにより、ＮＯｘセンサ１を暖機する制御が行われる。エミッションを改善するためには、ＮＯｘセンサ１で検出されるＮＯｘ濃度を、なるべく早期にエンジン制御に利用したいという要望がある。これに対し、従来は、ＮＯｘセンサ１の活性を判定し、ＮＯｘセンサ１が完全に活性化したと判定された時点で、ＮＯｘ濃度検出値のエンジン制御への利用を開始することとしている。 [Features of Embodiment 1]
The operation of the gas concentration detection device 10 after the completion of warming up of the NOx sensor 1 has been described above, but the present invention is characterized by control during the warming up of the NOx sensor 1. When the NOx sensor 1 is not active, the heater 7 is energized to control the NOx sensor 1 to warm up. In order to improve emissions, there is a desire to use the NOx concentration detected by the NOx sensor 1 for engine control as early as possible. On the other hand, conventionally, the activity of the NOx sensor 1 is determined, and when it is determined that the NOx sensor 1 is completely activated, the use of the detected NOx concentration value for engine control is started.

ところで、ＮＯｘセンサ１が備える各セルには、上述したように、それぞれ異なる機能が求められる。すなわち、主ポンプセル２には、測定対象ガスの酸素濃度を最大２０．９％から数ｐｐｍレベルまで迅速に低減することが求められ、補助ポンプセル３には、１ｐｐｍ以下レベルの酸素濃度を精度良く検出することが求められ、検出セル５には、ＮＯを効率良く分解することが求められる。このような各々の機能を満足するため、各セルには異なる材質が用いられている。また、各セルとヒータ７との距離も同じではない。このようなことから、主ポンプセル２、補助ポンプセル３および検出セル５の活性速度（活性完了までの速さ）は、同じではなく、ばらつきがある。このため、ＮＯｘセンサ１の完全活性、つまり主ポンプセル２、補助ポンプセル３および検出セル５のすべての活性化が完了するのを待っていると、活性速度が最も遅いセルに束縛されてしまうため、ＮＯｘセンサ１によるＮＯｘ濃度検出値を早期にエンジン制御に利用することができないという問題がある。   By the way, each cell provided in the NOx sensor 1 is required to have different functions as described above. That is, the main pump cell 2 is required to rapidly reduce the oxygen concentration of the measurement target gas from a maximum of 20.9% to several ppm level, and the auxiliary pump cell 3 accurately detects the oxygen concentration of 1 ppm or less level. The detection cell 5 is required to decompose NO efficiently. In order to satisfy each of these functions, different materials are used for each cell. Further, the distance between each cell and the heater 7 is not the same. For this reason, the activation speed (speed until completion of activation) of the main pump cell 2, the auxiliary pump cell 3, and the detection cell 5 is not the same and varies. For this reason, when waiting for the complete activation of the NOx sensor 1, that is, the activation of all of the main pump cell 2, the auxiliary pump cell 3 and the detection cell 5, to be completed, the cell is bound to the cell with the slowest activation speed. There is a problem that the NOx concentration detection value by the NOx sensor 1 cannot be used for engine control at an early stage.

ＮＯｘセンサ１によるＮＯｘ濃度検出値を早期にエンジン制御に利用するためには、検出セル５の第１検出電極５２近傍の酸素濃度（すなわち第２室４２内の酸素濃度）を如何に早く適正な濃度（目標濃度）に安定させることができるかが一つの重要なポイントである。検出セル５に流れる電流には、ＮＯｘだけでなく残留酸素の反応分も含まれるため、第２室４２内の残存酸素濃度が低くないと、ＮＯｘ濃度を正確に検出することが困難だからである。   In order to use the NOx concentration detection value by the NOx sensor 1 for engine control at an early stage, the oxygen concentration in the vicinity of the first detection electrode 52 of the detection cell 5 (that is, the oxygen concentration in the second chamber 42) is appropriately and quickly adjusted. One important point is whether the density (target density) can be stabilized. This is because the current flowing through the detection cell 5 includes not only NOx but also the reaction of residual oxygen, so that it is difficult to accurately detect the NOx concentration unless the residual oxygen concentration in the second chamber 42 is low. .

ところで、主ポンプセル２のポンプ能力（主ポンプセル２が汲み出すことのできる酸素濃度）は、主ポンプセル２への印加電圧と相関する。前述したように、ＮＯｘセンサ１の暖機完了後は、補助ポンプ出力を主ポンプセル２への印加電圧にフィードバックする制御が行われる。すなわち、補助ポンプセル３によって検出される酸素濃度に基づいて主ポンプセル２のポンプ能力をフィードバック制御することにより、第２室４２内の酸素濃度を一定に保つようにしている。しかしながら、補助ポンプセル３が十分に活性化する前は、補助ポンプセル３が酸素濃度を検出できないため、主ポンプセル２のポンプ能力をフィードバック制御することができない。このため、従来のガス濃度検出装置では、補助ポンプセル３の活性前においては、主ポンプセル２のポンプ能力を所定値に固定するのが普通である。以下では、まず、比較例として、そのような従来のガス濃度検出装置について説明する。図１２は、補助ポンプセル３の活性前における主ポンプセル２のポンプ能力を所定の固定能力としてＮＯｘセンサ１を暖機した場合のＮＯｘ出力の変化を示すグラフである。   By the way, the pumping capacity of the main pump cell 2 (the oxygen concentration that the main pump cell 2 can pump out) correlates with the voltage applied to the main pump cell 2. As described above, after the warm-up of the NOx sensor 1 is completed, control is performed to feed back the auxiliary pump output to the voltage applied to the main pump cell 2. That is, the oxygen concentration in the second chamber 42 is kept constant by feedback-controlling the pumping capacity of the main pump cell 2 based on the oxygen concentration detected by the auxiliary pump cell 3. However, before the auxiliary pump cell 3 is sufficiently activated, the auxiliary pump cell 3 cannot detect the oxygen concentration, so that the pumping capacity of the main pump cell 2 cannot be feedback controlled. For this reason, in the conventional gas concentration detection device, the pump capacity of the main pump cell 2 is normally fixed to a predetermined value before the auxiliary pump cell 3 is activated. In the following, first, such a conventional gas concentration detection apparatus will be described as a comparative example. FIG. 12 is a graph showing changes in the NOx output when the NOx sensor 1 is warmed up with the pumping capacity of the main pumping cell 2 before the auxiliary pumping cell 3 is activated as a predetermined fixed capacity.

図１２中の（Ａ）は、ＮＯｘを含まない大気（空気）を測定対象ガスとした場合のＮＯｘ出力の変化を示している。この図に示す場合には、暖機開始直後、ＮＯｘ出力は、急激に立ち上がる。この理由は、次のようなものである。ＮＯｘセンサ１の暖機開始前、第２室４２内の酸素濃度は、大気と同じく、２０．９％となっている。このため、暖機開始直後の第１検出電極５２近傍の酸素濃度は、極めて高い。暖機開始直後は、検出セル５がほとんど活性していないため、その検出感度は弱い。しかしながら、第１検出電極５２の酸素濃度が極めて高いため、検出セル５が僅かに活性しただけで、大きなＮＯｘ出力が現れるのである。   (A) in FIG. 12 shows a change in NOx output when the measurement target gas is air (air) that does not contain NOx. In the case shown in this figure, immediately after the start of warm-up, the NOx output rises rapidly. The reason for this is as follows. Before the start of warming-up of the NOx sensor 1, the oxygen concentration in the second chamber 42 is 20.9% as in the atmosphere. For this reason, the oxygen concentration in the vicinity of the first detection electrode 52 immediately after the start of warm-up is extremely high. Immediately after the start of warm-up, since the detection cell 5 is hardly activated, its detection sensitivity is weak. However, since the oxygen concentration of the first detection electrode 52 is extremely high, a large NOx output appears only when the detection cell 5 is slightly activated.

その後、主ポンプセル２の活性が高まるにつれて、主ポンプセル２によって酸素が排出され、第２室４２内の酸素濃度が低下していく。その結果、ＮＯｘ出力はピークを過ぎて下降に転じる。補助ポンプセル３の活性が高まると、補助ポンプ出力が主ポンプセル２の印加電圧にフィードバックされ始める。これにより、主ポンプセル２のポンプ能力が当初の固定能力よりも高くなり、第２室４２内の酸素濃度が更に低下していく。その結果、ＮＯｘ出力は更に低下していき、正しい値である０ｐｐｍに収束する。   Thereafter, as the activity of the main pump cell 2 increases, oxygen is discharged by the main pump cell 2 and the oxygen concentration in the second chamber 42 decreases. As a result, the NOx output goes down after passing the peak. When the activity of the auxiliary pump cell 3 increases, the auxiliary pump output starts to be fed back to the applied voltage of the main pump cell 2. Thereby, the pumping capacity of the main pump cell 2 becomes higher than the initial fixing capacity, and the oxygen concentration in the second chamber 42 further decreases. As a result, the NOx output further decreases and converges to the correct value of 0 ppm.

一方、図１２中の（Ｂ）は、ＮＯｘを２００ｐｐｍ含む実際のエンジンの排気ガスを測定対象ガスとした場合のＮＯｘ出力の変化を示している。この図に示す場合には、暖機開始直後、ＮＯｘ出力は、急激にマイナス側に落ち込む。この理由は、次のようなものであると考えられる。エンジンの排気ガスの酸素濃度は、大気よりも大幅に少ない。このため、主ポンプセル２が上記（Ａ）の場合と同じポンプ能力で酸素を排出すると、第２室４２内から酸素が排出され過ぎ、ＮＯの分解によって生じた酸素までもが主ポンプセル２によって排出されてしまう。その結果、ＮＯｘ出力が大きくマイナス側に偏ると考えられる。この場合も、補助ポンプセル３の活性が高まり、補助ポンプ出力が主ポンプセル２の印加電圧にフィードバックされ始めると、主ポンプセル２のポンプ能力が適切な値に制御されていく。これにより、ＮＯｘ出力は、正しい値である２００ｐｐｍに収束する。   On the other hand, (B) in FIG. 12 shows the change in the NOx output when the actual engine exhaust gas containing 200 ppm of NOx is used as the measurement target gas. In the case shown in this figure, immediately after the start of warm-up, the NOx output suddenly falls to the minus side. The reason is considered as follows. The oxygen concentration in the engine exhaust is significantly lower than in the atmosphere. For this reason, when the main pump cell 2 discharges oxygen with the same pumping capacity as in the case of (A) above, oxygen is excessively discharged from the second chamber 42, and even oxygen generated by the decomposition of NO is discharged by the main pump cell 2. Will be. As a result, it is considered that the NOx output is greatly biased to the negative side. Also in this case, when the activity of the auxiliary pump cell 3 increases and the auxiliary pump output starts to be fed back to the applied voltage of the main pump cell 2, the pumping capacity of the main pump cell 2 is controlled to an appropriate value. As a result, the NOx output converges to the correct value of 200 ppm.

以上説明した図１２の例から明らかなように、補助ポンプセル３の活性前における主ポンプセル２のポンプ能力を所定の固定能力とした場合には、暖機開始直後のＮＯｘ出力は、大きく偏った値を示す。そして、ＮＯｘ出力が正しい値に収束するまでの時間が長い。これは、暖機開始後、第２室４２内の酸素濃度（検出セル５の第１検出電極５２近傍の酸素濃度）が適正な濃度に安定するまでに時間がかかるためである。   As is apparent from the example of FIG. 12 described above, when the pump capacity of the main pump cell 2 before the activation of the auxiliary pump cell 3 is set to a predetermined fixed capacity, the NOx output immediately after the start of warm-up is greatly deviated. Indicates. And it takes a long time for the NOx output to converge to a correct value. This is because it takes time for the oxygen concentration in the second chamber 42 (oxygen concentration in the vicinity of the first detection electrode 52 of the detection cell 5) to stabilize at an appropriate concentration after the start of warm-up.

そこで、本実施形態では、暖機開始後、第２室４２内の酸素濃度をなるべく早く適正な濃度に安定させるため、測定対象ガス（排気ガス）に元々含まれている酸素の濃度に関する情報に基づいて、主ポンプセル２のポンプ能力を決定することとした。排気ガス中の酸素濃度は、排気ガスの空燃比から算出することができる。排気ガス中の酸素濃度が分かれば、主ポンプセル２で汲み出すべき酸素の量も分かる。よって、排気ガス中の酸素濃度に合わせて主ポンプセル２のポンプ能力を設定すれば、補助ポンプセル３によるフィードバックが作用しなくても、第２室４２内の酸素濃度を適正な濃度に安定させることができる。このため、補助ポンプセル３の活性完了を待たずに、実ＮＯｘ濃度を検出することが可能となり、ＮＯｘ出力をエンジン制御に早期に利用可能となる。   Therefore, in this embodiment, in order to stabilize the oxygen concentration in the second chamber 42 to an appropriate concentration as soon as possible after the start of warm-up, information on the concentration of oxygen originally contained in the measurement target gas (exhaust gas) is used. Based on this, the pump capacity of the main pump cell 2 was determined. The oxygen concentration in the exhaust gas can be calculated from the air-fuel ratio of the exhaust gas. If the oxygen concentration in the exhaust gas is known, the amount of oxygen to be pumped out by the main pump cell 2 can also be known. Therefore, if the pumping capacity of the main pump cell 2 is set in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas, the oxygen concentration in the second chamber 42 can be stabilized to an appropriate concentration even if feedback from the auxiliary pump cell 3 does not act. Can do. For this reason, it is possible to detect the actual NOx concentration without waiting for the completion of the activation of the auxiliary pump cell 3, and the NOx output can be used early for engine control.

なお、主ポンプセル２のポンプ能力を決定する際に参照する排気ガスの空燃比（酸素濃度情報）としては、例えば、エンジンＥＣＵで算出されている空燃比（目標空燃比または推定空燃比等）の値や、排気通路に設置されたＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）で検出された空燃比の値を用いることができる。   The air-fuel ratio (oxygen concentration information) of the exhaust gas referred to when determining the pumping capacity of the main pump cell 2 is, for example, an air-fuel ratio (target air-fuel ratio or estimated air-fuel ratio, etc.) calculated by the engine ECU. The value or the value of the air-fuel ratio detected by an A / F sensor (air-fuel ratio sensor) installed in the exhaust passage can be used.

図２は、ＮＯｘを含まない大気を測定対象ガスとし、主ポンプセル２のポンプ能力を２０．８％に設定して暖機を行った場合のＮＯｘ出力の変化を示す図である。図２に示すように、この場合のＮＯｘ出力は、主ポンプセル２を固定能力とした図１２（Ａ）の場合と比べて、暖機開始直後の立ち上がりのピークが大幅に小さく、また、早い時点で、正しい値である０ｐｐｍに収束している。これは、主ポンプセル２のポンプ能力を測定対象ガスの酸素濃度に対応した値に設定したことにより、第２室４２内の酸素濃度を迅速に低下させて適正濃度に安定させることができるからである。   FIG. 2 is a diagram showing a change in the NOx output when warming up is performed with the atmosphere not containing NOx as the measurement target gas and the pump capacity of the main pump cell 2 set to 20.8%. As shown in FIG. 2, the NOx output in this case has a significantly smaller rising peak immediately after the start of warm-up than in the case of FIG. Thus, it converges to the correct value of 0 ppm. This is because the pumping capacity of the main pump cell 2 is set to a value corresponding to the oxygen concentration of the gas to be measured, so that the oxygen concentration in the second chamber 42 can be quickly reduced and stabilized to an appropriate concentration. is there.

図３は、大気雰囲気に１００ｐｐｍのＮＯを添加したものを測定対象ガスとし、主ポンプセル２のポンプ能力を２０．８％に設定して暖機を行った場合のＮＯｘ出力の変化を示す図である。図２の場合と同様に、この場合のＮＯｘ出力も、暖機開始直後の立ち上がりのピークが小さく、また、早い時点で、正しい値である１００ｐｐｍに収束している。   FIG. 3 is a diagram showing a change in NOx output when warming-up is performed by setting the pumping capacity of the main pump cell 2 to 20.8% using a gas obtained by adding 100 ppm NO to the atmospheric atmosphere. is there. As in the case of FIG. 2, the NOx output in this case also has a small rising peak immediately after the start of warm-up, and converges to the correct value of 100 ppm at an early point.

図２および図３に示す結果からも、主ポンプセル２のポンプ能力を測定対象ガスの酸素濃度に対応した値に決定することにより、早い時点で実ＮＯｘ濃度を検出することが可能となり、ＮＯｘ出力を早期にエンジン制御に利用可能となることが分かる。   From the results shown in FIG. 2 and FIG. 3 as well, it is possible to detect the actual NOx concentration at an early point in time by determining the pumping capacity of the main pump cell 2 to a value corresponding to the oxygen concentration of the measurement target gas. It can be seen that it can be used for engine control at an early stage.

また、本実施形態では、ＮＯｘ出力をエンジン制御に利用可能となるタイミングを次のようにして判定することとした。第２室４２内の酸素濃度が適正濃度まで低減されていれば、ＮＯｘ出力には、実ＮＯｘ濃度が反映されていると判断できる。なお、この時点で検出セル５が完全活性に至っていない場合には、検出セル５の活性度に応じて、ＮＯｘ出力を補正すればよい。   In this embodiment, the timing at which the NOx output can be used for engine control is determined as follows. If the oxygen concentration in the second chamber 42 is reduced to an appropriate concentration, it can be determined that the actual NOx concentration is reflected in the NOx output. If the detection cell 5 is not fully activated at this time, the NOx output may be corrected according to the activity of the detection cell 5.

第２室４２内の酸素濃度が適正濃度に低下するまでの所要時間は、暖機開始時点での第２室４２内の酸素濃度と、主ポンプセル２のポンプ能力とに基づいて計算することができる。暖機開始時点での第２室４２内の酸素濃度は、暖機開始直後のＮＯｘ出力の立ち上がりの傾きおよびピーク値に基づいて推定することができる。暖機開始時点での第２室４２内の酸素濃度が高いほど、暖機開始直後のＮＯｘ出力の立ち上がりの傾きおよびピーク値が大きくなるという相関関係があるからである。そこで、本実施形態では、暖機開始直後のＮＯｘ出力の立ち上がりの傾きおよびピーク値に基づいて暖機開始時点での第２室４２内の酸素濃度を推定し、その推定された値と主ポンプセル２のポンプ能力とから、第２室４２内の酸素濃度が適正濃度に低下するまでの所要時間を計算し、その計算された所要時間が経過した時点で、ＮＯｘ出力をエンジン制御に利用可能と判定することとした。   The time required for the oxygen concentration in the second chamber 42 to decrease to an appropriate concentration can be calculated based on the oxygen concentration in the second chamber 42 at the start of warm-up and the pumping capacity of the main pump cell 2. it can. The oxygen concentration in the second chamber 42 at the start of warm-up can be estimated based on the rising slope and peak value of the NOx output immediately after the start of warm-up. This is because there is a correlation that the higher the oxygen concentration in the second chamber 42 at the start of warm-up, the greater the slope and peak value of the rise in NOx output immediately after the start of warm-up. Therefore, in the present embodiment, the oxygen concentration in the second chamber 42 at the start of warm-up is estimated based on the rising slope and peak value of the NOx output immediately after the start of warm-up, and the estimated value and the main pump cell The required time until the oxygen concentration in the second chamber 42 decreases to an appropriate concentration is calculated from the pumping capacity of 2, and when the calculated required time has elapsed, the NOx output can be used for engine control. I decided to judge.

更に、本実施形態では、暖機開始直後のＮＯｘ出力の立ち上がりの傾き（以下、単に「立ち上がり」とも言う）と、ピーク値と、ピークを越えた後の下降の傾き（以下「立ち下がり」と言う）とに基づいて、各セルの劣化等のＯＢＤ(On-Board Diagnostic)を行うこととした。   Furthermore, in this embodiment, the rising slope of the NOx output immediately after the start of warm-up (hereinafter also simply referred to as “rising”), the peak value, and the falling slope after exceeding the peak (hereinafter referred to as “falling”) And OBD (On-Board Diagnostic) such as deterioration of each cell.

［実施の形態１における具体的処理］
図４乃至図７は、本実施形態においてＮＯｘセンサ１の暖機中にＥＣＵ９が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンによれば、まず、ＮＯｘセンサ１への通電がオンされているか否かが判定される（ステップ１００）。ＮＯｘセンサ１への通電がオンされていると判定された場合には、次に、主ポンプセル２の活性情報が取得される（ステップ１０２）。主ポンプセル２の活性情報とは、主ポンプセル２の活性度と相関のある情報（パラメータ）であり、例えば、素子温度、インピーダンス、ヒータ７の抵抗などである。 [Specific Processing in Embodiment 1]
4 to 7 are flowcharts of routines executed by the ECU 9 while the NOx sensor 1 is warmed up in the present embodiment. According to the routine shown in FIG. 4, it is first determined whether or not energization to the NOx sensor 1 is turned on (step 100). If it is determined that energization of the NOx sensor 1 is turned on, next, activation information of the main pump cell 2 is acquired (step 102). The activity information of the main pump cell 2 is information (parameters) correlated with the activity of the main pump cell 2, and includes, for example, element temperature, impedance, heater 7 resistance, and the like.

続いて、上記ステップ１０２で取得された主ポンプセル２の活性情報に基づいて、主ポンプセル２の活性判定が行われ（ステップ１０４）、主ポンプセル２が活性化したか否かが判定される（ステップ１０６）。このステップ１０６において、主ポンプセル２が未だ活性化していないと判定された場合には、ステップ１０４へ戻り、主ポンプセル２が活性化するのを待つ。   Subsequently, based on the activation information of the main pump cell 2 acquired in step 102, the activation of the main pump cell 2 is determined (step 104), and it is determined whether the main pump cell 2 is activated (step). 106). If it is determined in step 106 that the main pump cell 2 has not yet been activated, the process returns to step 104 and waits for the main pump cell 2 to be activated.

一方、ステップ１０６において、主ポンプセル２が活性化したと判定された場合には、次に、主ポンプセル２のポンプ能力を決定する処理が実行される（ステップ１０８）。このステップ１０８においては、まず、ＮＯｘセンサ１の周囲の排気ガスの酸素濃度を表す情報として、エンジンＥＣＵで算出されている空燃比（目標空燃比または推定空燃比等）の値、あるいはＡ／Ｆセンサで検出された空燃比の値が読み込まれる。そして、その空燃比の値から、ＮＯｘセンサ１の周囲の排気ガスの酸素濃度が算出される。主ポンプセル２のポンプ能力は、その算出された酸素濃度に対応した値に決定される。主ポンプセル制御手段９１は、このステップ１０８で決定されたポンプ能力に対応した電圧を主ポンプセル２に印加する。   On the other hand, if it is determined in step 106 that the main pump cell 2 has been activated, next, processing for determining the pump capacity of the main pump cell 2 is executed (step 108). In this step 108, first, as information representing the oxygen concentration of the exhaust gas around the NOx sensor 1, the value of the air-fuel ratio (target air-fuel ratio or estimated air-fuel ratio or the like) calculated by the engine ECU, or A / F The value of the air-fuel ratio detected by the sensor is read. Then, the oxygen concentration of the exhaust gas around the NOx sensor 1 is calculated from the value of the air-fuel ratio. The pump capacity of the main pump cell 2 is determined to a value corresponding to the calculated oxygen concentration. The main pump cell control means 91 applies a voltage corresponding to the pump capacity determined in step 108 to the main pump cell 2.

続いて、Ｏ２出力あるいはＡ／Ｆ出力のＯＢＤ判定が実行される（ステップ１１０）。図５は、このステップ１１０で実行されるサブルーチンのフローチャートである。ＮＯｘセンサ１の主ポンプ出力および補助ポンプ出力は、排気ガス中の酸素濃度と相関する。このため、ＮＯｘセンサ１の主ポンプ出力および補助ポンプ出力から、排気ガスの空燃比を表すＯ２出力もしくはＡ／Ｆ出力を算出することが可能である。あるいは、ＮＯｘセンサ１内に空燃比検出セルを別個に設けることによって、Ｏ２出力あるいはＡ／Ｆ出力を検出することもできる。また、エンジンの排気通路には、ＮＯｘセンサ１とは別に、Ｏ２センサ、Ａ／Ｆセンサ等の排気ガスセンサが設置されている。本実施形態では、ＮＯｘセンサ１のＯ２出力あるいはＡ／Ｆ出力と、他の排気ガスセンサのＯ２出力あるいはＡ／Ｆ出力とを比較することにより、他の排気ガスセンサの劣化（またはＮＯｘセンサ１の劣化）をＯＢＤ判定することとした（図５のステップ２００）。そのＯＢＤ判定の結果、異常が認められた場合には、ＭＩＬ（Malfunction Indicator Lamp）が点灯される（ステップ２０２）。一方、上記ステップ２００で、劣化が認められないか、または劣化度が許容範囲内であった場合には、正常と判定され、図５のサブルーチンの処理が終了される。 Subsequently, OBD determination of the O 2 output or A / F output is performed (step 110). FIG. 5 is a flowchart of a subroutine executed in step 110. The main pump output and auxiliary pump output of the NOx sensor 1 correlate with the oxygen concentration in the exhaust gas. For this reason, it is possible to calculate the O 2 output or the A / F output representing the air-fuel ratio of the exhaust gas from the main pump output and the auxiliary pump output of the NOx sensor 1. Alternatively, an O 2 output or an A / F output can be detected by separately providing an air-fuel ratio detection cell in the NOx sensor 1. In addition to the NOx sensor 1, an exhaust gas sensor such as an O 2 sensor or an A / F sensor is installed in the exhaust passage of the engine. In this embodiment, by comparing the O 2 output or A / F output of the NOx sensor 1 with the O 2 output or A / F output of another exhaust gas sensor, the deterioration of the other exhaust gas sensor (or the NOx sensor 1). Is determined to be OBD (step 200 in FIG. 5). If an abnormality is recognized as a result of the OBD determination, a MIL (Malfunction Indicator Lamp) is turned on (step 202). On the other hand, if the deterioration is not recognized or the deterioration degree is within the allowable range in step 200, it is determined as normal and the processing of the subroutine of FIG. 5 is terminated.

図４のルーチンに戻ると、上記ステップ１１０に続いて、Ｏ２出力あるいはＡ／Ｆ出力の学習処理が実行される（ステップ１１２）。このステップ１１２では、上記ステップ１１０のＯＢＤ判定において許容範囲内の劣化が認められた場合に、その劣化度を学習値として取り込むことにより、Ｏ２出力あるいはＡ／Ｆ出力をより正確な値に補正できるようにするための処理が実行される。 Returning to the routine of FIG. 4, following step 110, learning processing for O 2 output or A / F output is executed (step 112). In this step 112, when deterioration within an allowable range is recognized in the OBD determination in the above step 110, the deterioration degree is taken as a learning value, thereby correcting the O 2 output or the A / F output to a more accurate value. Processing is performed to make it possible.

次いで、補助ポンプ出力を主ポンプセル２への印加電圧にフィードバックする処理が開始される（ステップ１１４）。   Next, a process of feeding back the auxiliary pump output to the voltage applied to the main pump cell 2 is started (step 114).

続いて、ＮＯｘ出力に基づいたＯＢＤ判定が実行される（ステップ１１６）。以下、ＮＯｘ出力に基づいたＯＢＤ判定の方法について、図８乃至図１１を参照して説明する。図８は、主ポンプセル２が劣化している場合における暖機中のＮＯｘ出力の変化を示す図である。主ポンプセル２が劣化して、そのポンプ能力が低下した場合には、図８に示すような出力波形を呈する。すなわち、正常時と比べて、初期の立ち上がりが急峻になる。従って、立ち上がり速度に基づいて、主ポンプセル２の劣化を判定することができる。   Subsequently, an OBD determination based on the NOx output is executed (step 116). Hereinafter, an OBD determination method based on the NOx output will be described with reference to FIGS. 8 to 11. FIG. 8 is a diagram showing a change in NOx output during warm-up when the main pump cell 2 is deteriorated. When the main pump cell 2 is deteriorated and its pumping capacity is reduced, an output waveform as shown in FIG. 8 is exhibited. That is, the initial rise is steep compared to the normal time. Therefore, the deterioration of the main pump cell 2 can be determined based on the rising speed.

また、図８に示すように、補助ポンプ出力に基づいたフィードバック制御が開始されると、ＮＯｘ出力は低下し始め、収束する。このフィードバック制御において、ＥＣＵ９は、主ポンプセル２のポンプ能力の不足を、補助ポンプセル３の印加電圧を高めることによって補うように制御する。このため、主ポンプセル２が劣化している場合には、主ポンプセル２の印加電圧に対する補助ポンプセル３の印加電圧の比が、正常時と比べて大きくなる。よって、ＮＯｘ出力の収束後における、主ポンプセル２の印加電圧に対する補助ポンプセル３の印加電圧の比が過大であるかどうかによって、主ポンプセル２の劣化を判定することもできる。   Further, as shown in FIG. 8, when feedback control based on the auxiliary pump output is started, the NOx output starts to decrease and converges. In this feedback control, the ECU 9 controls to compensate for the shortage of the pumping capacity of the main pump cell 2 by increasing the applied voltage of the auxiliary pump cell 3. For this reason, when the main pump cell 2 is deteriorated, the ratio of the applied voltage of the auxiliary pump cell 3 to the applied voltage of the main pump cell 2 becomes larger than that in the normal state. Therefore, the deterioration of the main pump cell 2 can be determined depending on whether the ratio of the applied voltage of the auxiliary pump cell 3 to the applied voltage of the main pump cell 2 after the convergence of the NOx output is excessive.

図９は、補助ポンプセル３が劣化している場合における暖機中のＮＯｘ出力の変化を示す図である。補助ポンプセル３が劣化して、そのポンプ能力が低下した場合には、図９に示すような出力波形を呈する。すなわち、正常時と比べて、ピーク値が大きくなるとともに、ピーク後の立ち下がりが緩慢になる。従って、ピーク値と、立ち下がり速度とに基づいて、補助ポンプセル３の劣化を判定することができる。なお、補助ポンプセル３の劣化が更に進んだ場合には、図１０に示すような出力波形を呈するが、この場合も、上記の基準に従って劣化を判定することができる。   FIG. 9 is a diagram showing a change in the NOx output during warm-up when the auxiliary pump cell 3 is deteriorated. When the auxiliary pump cell 3 is deteriorated and its pumping capacity is reduced, an output waveform as shown in FIG. 9 is exhibited. That is, the peak value becomes larger than the normal time, and the trailing edge after the peak becomes slow. Therefore, the deterioration of the auxiliary pump cell 3 can be determined based on the peak value and the falling speed. In addition, when the deterioration of the auxiliary pump cell 3 further progresses, an output waveform as shown in FIG. 10 is presented. In this case as well, the deterioration can be determined according to the above criteria.

図１１は、検出セル５が劣化している場合における暖機中のＮＯｘ出力の変化を示す図である。検出セル５が劣化した場合には、図１１に示すような出力波形を呈する。すなわち、この場合には、検出セル５による酸素濃度検出性が低下するため、初期の立ち上がりが緩やかになり、ピーク値が低下するとともに、立ち下がりも緩やかとなる。従って、立ち上がり速度と、ピーク値と、立ち下がり速度とに基づいて、検出セル５の劣化を判定することができる。   FIG. 11 is a diagram showing a change in NOx output during warm-up when the detection cell 5 is deteriorated. When the detection cell 5 is deteriorated, an output waveform as shown in FIG. 11 is exhibited. That is, in this case, since the oxygen concentration detectability by the detection cell 5 is lowered, the initial rise is gentle, the peak value is lowered, and the fall is also gentle. Therefore, it is possible to determine the deterioration of the detection cell 5 based on the rising speed, the peak value, and the falling speed.

ステップ１１６では、上述したような方法によって、主ポンプセル２、補助ポンプセル３および検出セル５のＯＢＤ判定が実行される。図６は、ステップ１１６で実行されるサブルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンによれば、まず、ＮＯｘ出力の立ち上がりについての情報（例えば立ち上がり速度）が格納される（ステップ３００）。続いて、ＮＯｘ出力のピーク値が格納され（ステップ３０２）、更に、ＮＯｘ出力の立ち下がりについての情報（例えば立ち下がり速度）が格納される（ステップ３０４）。これらの値が格納されると、次に、これらの値と、所定の判定値とを比較することにより、異常判定が実行される（ステップ３０６）。すなわち、立ち上がり速度が過大であることが認められた場合には、主ポンプセル２が劣化していると判定され、ピーク値が過大であり、且つ立ち下がり速度が過小であることが認められた場合には、補助ポンプセル３が劣化していると判定され、立ち上がり速度、ピーク値および立ち下がり速度が何れも過小であることが認められた場合には、検出セル５が劣化していると判定される。このステップ３０６において、異常が認められた場合には、ＭＩＬが点灯される（ステップ３０８）。   In step 116, the OBD determination of the main pump cell 2, the auxiliary pump cell 3, and the detection cell 5 is executed by the method as described above. FIG. 6 is a flowchart of a subroutine executed in step 116. According to the routine shown in FIG. 6, first, information about the rising edge of the NOx output (for example, the rising speed) is stored (step 300). Subsequently, the peak value of the NOx output is stored (step 302), and information about the falling edge of the NOx output (for example, the falling speed) is stored (step 304). When these values are stored, an abnormality determination is performed by comparing these values with a predetermined determination value (step 306). That is, when it is recognized that the rising speed is excessive, it is determined that the main pump cell 2 is deteriorated, the peak value is excessive, and it is recognized that the falling speed is excessively low. Is determined that the auxiliary pump cell 3 is deteriorated, and if it is recognized that the rising speed, the peak value, and the falling speed are all too low, it is determined that the detection cell 5 is deteriorated. The If an abnormality is recognized in step 306, the MIL is turned on (step 308).

図４のルーチンに戻ると、上記ステップ１１６に続いて、ＮＯｘ出力の学習処理が実行される（ステップ１１８）。図７は、このステップ１１８で実行されるサブルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンによれば、まず、学習制御を実行する上での前提条件（例えば、上記ステップ１１８において各セルの異常がないと判定されていること）が成立しているかどうかが判定される（ステップ４００）。そして、前提条件が成立していると判定された場合には、学習値が取り込まれる（ステップ４０２）。ここでの学習内容としては、例えば、主ポンプセル２の印加電圧が学習される。すなわち、上記ステップ１０８において主ポンプセル２のポンプ能力を決定する際の基礎とした空燃比の値と、ＮＯｘ出力の立ち上がり特性との関係を学習することにより、主ポンプセル２の印加電圧を補正するための学習値が取得される。また、ＥＣＵ９が保有するＮＯｘ出力推定値を学習するようにしてもよい。このＮＯｘ出力推定値は、実際のＮＯｘ出力がエンジン制御に利用可能となるまでの間に用いられる値である。   Returning to the routine of FIG. 4, following step 116, a learning process for NOx output is executed (step 118). FIG. 7 is a flowchart of the subroutine executed in step 118. According to the routine shown in FIG. 7, first, it is determined whether or not a precondition for executing the learning control is satisfied (for example, it is determined that there is no abnormality in each cell in step 118). (Step 400). If it is determined that the precondition is satisfied, a learning value is captured (step 402). As learning content here, the applied voltage of the main pump cell 2 is learned, for example. That is, in order to correct the applied voltage of the main pump cell 2 by learning the relationship between the air-fuel ratio value used as the basis for determining the pump capacity of the main pump cell 2 in step 108 and the rising characteristics of the NOx output. Learning value of is acquired. Moreover, you may make it learn the NOx output estimated value which ECU9 has. The estimated NOx output value is a value used until the actual NOx output becomes available for engine control.

上記ステップ１１８の処理に続いて、ＮＯｘ出力をエンジン制御に利用可能となったかどうかが判定される（ステップ１２０）。前述したように、第２室４２内の酸素濃度が適正濃度まで低減されていれば、ＮＯｘ出力をエンジン制御に利用可能である。このステップ１２０においては、第２室４２内の酸素濃度が適正濃度に低下するまでの所要時間を、暖機開始時点での第２室４２内の酸素濃度（以下「初期酸素濃度」と称する）と、主ポンプセル２のポンプ能力とに基づいて計算する。前述したように、初期酸素濃度が高いほど、暖機開始直後のＮＯｘ出力の立ち上がり速度およびピーク値が大きくなる。それらの値の間に成立する関係を予め調べて作成されたマップがＥＣＵ９に記憶されている。このステップ１２０では、そのマップと、上記ステップ３００，３０２で格納された立ち上がり速度およびピーク値とに基づいて、初期酸素濃度が算出される。そして、この算出された初期酸素濃度と、上記ステップ１０８で決定された主ポンプセル２のポンプ能力とに基づいて、第２室４２内の酸素濃度が適正濃度に低下するまでの所要時間が算出される。この算出された所要時間が経過した時点で、ＮＯｘ出力をエンジン制御に利用可能であると判定される。   Following the process of step 118, it is determined whether the NOx output is available for engine control (step 120). As described above, if the oxygen concentration in the second chamber 42 is reduced to an appropriate concentration, the NOx output can be used for engine control. In this step 120, the time required for the oxygen concentration in the second chamber 42 to decrease to an appropriate concentration is the oxygen concentration in the second chamber 42 at the start of warm-up (hereinafter referred to as “initial oxygen concentration”). And calculation based on the pump capacity of the main pump cell 2. As described above, the higher the initial oxygen concentration, the higher the rising speed and peak value of the NOx output immediately after the start of warm-up. A map created by examining in advance the relationship established between these values is stored in the ECU 9. In step 120, the initial oxygen concentration is calculated based on the map and the rising speed and peak value stored in steps 300 and 302. Then, based on the calculated initial oxygen concentration and the pumping capacity of the main pump cell 2 determined in step 108, the time required until the oxygen concentration in the second chamber 42 is reduced to an appropriate concentration is calculated. The When the calculated required time has elapsed, it is determined that the NOx output can be used for engine control.

上記ステップ１２０の処理に続いて、ＮＯｘ出力を補正する処理が実行される（ステップ１２２）。ＥＣＵ９には、検出セル５の活性度に応じてＮＯｘ出力を補正する補正値を算出するためのマップが予め記憶されている。このステップ１２２では、検出セル５の活性度と相関のある情報（例えば、暖機開始時からの経過時間、ヒータ７の抵抗など）を取得することによって検出セル５の活性度が判定され、上記マップに従い、ＮＯｘ出力が補正される。これにより、検出セル５が未だ完全活性に至っていない段階であっても、正確なＮＯｘ出力を得ることができる。   Subsequent to step 120, a process for correcting the NOx output is executed (step 122). The ECU 9 stores in advance a map for calculating a correction value for correcting the NOx output in accordance with the activity of the detection cell 5. In this step 122, the activity of the detection cell 5 is determined by acquiring information correlated with the activity of the detection cell 5 (for example, the elapsed time from the start of warming-up, the resistance of the heater 7, etc.). The NOx output is corrected according to the map. Thereby, an accurate NOx output can be obtained even when the detection cell 5 is not yet fully activated.

以上説明したように、本実施形態によれば、ＮＯｘセンサ１が完全活性に至る前の時点で、ＮＯｘ出力をエンジン制御に利用可能とすることができる。このため、エンジンシステムの制御パラメータを早期の段階から適切に制御することができ、エミッションを十分に改善することができる。   As described above, according to the present embodiment, the NOx output can be used for engine control before the NOx sensor 1 reaches full activation. For this reason, the control parameter of the engine system can be appropriately controlled from an early stage, and the emission can be sufficiently improved.

なお、本実施形態では、主ポンプセル２が活性化したと判定された後に主ポンプセル２のポンプ能力を決定しているが、本発明では、主ポンプセル２の完全活性の前に、ポンプ能力を決定してもよい。この場合には、主ポンプセル２のポンプ能力と印加電圧との関係が活性度に応じてどのように変化するかを予め把握してＥＣＵ９に記憶しておき、主ポンプセル２に印加すべき電圧を主ポンプセル２の活性度に応じて補正するようにすればよい。   In the present embodiment, the pump capacity of the main pump cell 2 is determined after it is determined that the main pump cell 2 is activated. However, in the present invention, the pump capacity is determined before the full activation of the main pump cell 2. May be. In this case, the ECU 9 grasps in advance how the relationship between the pumping capacity of the main pump cell 2 and the applied voltage changes according to the degree of activity, and stores the voltage to be applied to the main pump cell 2. What is necessary is just to correct | amend according to the activity of the main pump cell 2. FIG.

また、本実施形態では、第２室４２内の残存酸素濃度が適正濃度まで低減された時点を、ＮＯｘ出力が利用可能となった時点として判定しているが、本発明においてＮＯｘ出力が利用可能となる時点を判定する方法はこれに限定されるものでなく、例えば次の（１）〜（３）のようにして判定してもよい。   Further, in this embodiment, the time point when the residual oxygen concentration in the second chamber 42 is reduced to an appropriate concentration is determined as the time point when the NOx output becomes available, but the NOx output can be used in the present invention. The method for determining the point in time is not limited to this. For example, the determination may be made as in the following (1) to (3).

（１）第２室４２内の残存酸素濃度が未だ適正濃度まで低減されていない時点においては、ＮＯｘ出力には、ＮＯの反応による出力に加えて、残存酸素の反応による出力が含まれている。この時点において、残存酸素濃度を知ることができれば、ＮＯｘ出力のうち、ＮＯの反応による分の出力を分離して取り出すことにより、実際のＮＯｘ濃度を検出可能である。そこで、主ポンプセル２および補助ポンプセル３の活性速度を予め把握しておき、その活性速度に基づいて第２室４２内の残存酸素濃度を推定するようにすれば、残存酸素濃度が適正濃度まで低減される前の時点において、ＮＯｘ出力を利用可能と判定してもよい。   (1) At the time when the residual oxygen concentration in the second chamber 42 has not yet been reduced to the appropriate concentration, the NOx output includes the output due to the reaction of residual oxygen in addition to the output due to the reaction of NO. . If the residual oxygen concentration can be known at this time, the actual NOx concentration can be detected by separating and extracting the output corresponding to the NO reaction from the NOx output. Therefore, if the activation rates of the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3 are grasped in advance and the residual oxygen concentration in the second chamber 42 is estimated based on the activation rates, the residual oxygen concentration is reduced to an appropriate concentration. It may be determined that the NOx output can be used at a time before being performed.

（２）ＮＯｘ出力の立ち下がりが所定濃度以下に到達した時点で、ＮＯｘ出力を利用可能と判定してもよい。   (2) When the fall of the NOx output reaches a predetermined concentration or less, it may be determined that the NOx output can be used.

（３）エンジンから排出される排気ガス中の実際のＮＯｘ濃度は、一定ではなく、運転状態によってはＮＯｘ濃度が急増する場合もある。このため、実際のＮＯｘ濃度がＮＯｘ出力に十分に反映されるようになると、ＮＯｘ出力は実際のＮＯｘ濃度の変動に伴って変動する。逆に言えば、ＮＯｘ出力が、ある程度大きな振幅で変動するようになれば、ＮＯｘ出力が利用可能になっていると判断することができる。そこで、ＮＯｘ出力の立ち下がりの後、所定濃度以上を示したときのＮＯｘ出力を積算し、その積算出力が所定値を超えた時点で、ＮＯｘ出力を利用可能と判定してもよい。   (3) The actual NOx concentration in the exhaust gas discharged from the engine is not constant, and the NOx concentration may increase rapidly depending on the operating state. For this reason, when the actual NOx concentration is sufficiently reflected in the NOx output, the NOx output varies as the actual NOx concentration varies. In other words, if the NOx output fluctuates with a certain large amplitude, it can be determined that the NOx output is available. Therefore, after the fall of the NOx output, the NOx output when the concentration exceeds a predetermined concentration may be integrated, and it may be determined that the NOx output can be used when the integrated output exceeds a predetermined value.

また、上述した実施の形態１では、「特定ガス成分」としてＮＯｘの濃度を検出する装置を例に説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えばＣＯ、ＨＣなどの他の濃度を検出する装置にも適用可能である。   In the first embodiment described above, the apparatus for detecting the concentration of NOx as the “specific gas component” has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and other devices such as CO, HC, etc. It is also applicable to an apparatus for detecting the concentration of

また、本発明は、主ポンプセル２、補助ポンプセル３および検出セル５のうちで、主ポンプセル２の活性速度が最も速いようなガスセンサを用いたガス濃度検出装置に特に好適である。   Further, the present invention is particularly suitable for a gas concentration detection apparatus using a gas sensor in which the main pump cell 2 has the fastest activation speed among the main pump cell 2, the auxiliary pump cell 3, and the detection cell 5.

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ９が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「酸素濃度取得手段」および「ポンプ能力設定手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第１および第２の発明における「判定手段」が、上記ステップ１０２〜１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「主ポンプセル活性判定手段」が、上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第４の発明における「劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。   Further, in the first embodiment described above, the ECU 9 executes the process of step 108, whereby the “oxygen concentration acquisition means” and the “pump capacity setting means” in the first invention are changed to the process of step 120. By executing the processing of steps 102 to 106, the “main pump cell activity determining means” in the third invention becomes the above-described step 116. By executing the process, the “deterioration determination means” in the fourth aspect of the invention is realized.

本発明の実施の形態１のガス濃度検出装置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 of Embodiment 1 of this invention. ＮＯｘを含まない大気を測定対象ガスとし、主ポンプセルのポンプ能力を２０．８％に設定して暖機を行った場合のＮＯｘ出力の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of NOx output at the time of warming up by making the air | atmosphere which does not contain NOx into measurement object gas, and setting the pump capacity of the main pump cell to 20.8%. 大気雰囲気に１００ｐｐｍのＮＯを添加したものを測定対象ガスとし、主ポンプセルのポンプ能力を２０．８％に設定して暖機を行った場合のＮＯｘ出力の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of NOx output at the time of warming up by using as a measuring object gas what added 100 ppm NO to air atmosphere, and setting the pump capacity of the main pump cell to 20.8%. 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 主ポンプセルが劣化している場合における暖機中のＮＯｘ出力の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the NOx output during warming-up when the main pump cell has deteriorated. 補助ポンプセルが劣化している場合における暖機中のＮＯｘ出力の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the NOx output during warming-up in case the auxiliary pump cell has deteriorated. 補助ポンプセルが劣化している場合における暖機中のＮＯｘ出力の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the NOx output during warming-up in case the auxiliary pump cell has deteriorated. 検出セルが劣化している場合における暖機中のＮＯｘ出力の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of NOx output during warming-up when the detection cell has deteriorated. 補助ポンプセルの活性前における主ポンプセルのポンプ能力を所定の固定能力としてＮＯｘセンサ１を暖機した場合のＮＯｘ出力の変化を示すグラフ（比較例）である。It is a graph (comparative example) which shows the change of NOx output at the time of warming up the NOx sensor 1 by making the pump capacity of the main pump cell before activation of an auxiliary pump cell into a predetermined fixed capacity.

１ ＮＯｘセンサ
２ 主ポンプセル
２１ 固体電解質
２２ 第１ポンプ電極
２３ 第２ポンプ電極
３ 補助ポンプセル
３１ 固体電解質
３２ 第１ポンプ電極
３３ 第２ポンプ電極
４ スペーサ
４１ 第１室
４２ 第２室
４３ 連通孔
５ 検出セル
５１ 固体電解質
５２ 第１検出電極
５３ 第２検出電極
６ スペーサ
６１ 大気ダクト
７ ヒータ
７１ ヒータ電極
７２，７３ 絶縁層
８ 多孔質保護層
１０ ガス濃度検出装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 NOx sensor 2 Main pump cell 21 Solid electrolyte 22 1st pump electrode 23 2nd pump electrode 3 Auxiliary pump cell 31 Solid electrolyte 32 1st pump electrode 33 2nd pump electrode 4 Spacer 41 1st chamber 42 2nd chamber 43 Communication hole 5 Detection Cell 51 Solid electrolyte 52 First detection electrode 53 Second detection electrode 6 Spacer 61 Air duct 7 Heater 71 Heater electrodes 72 and 73 Insulating layer 8 Porous protective layer 10 Gas concentration detection device

Claims (4)

測定対象ガス中の酸素を汲み出す主ポンプセルと、
前記測定対象ガスから酸素を更に汲み出す補助ポンプセルと、
前記主ポンプセルおよび前記補助ポンプセルにより酸素が汲み出された前記測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検出する検出セルと、
を有するガスセンサを備えたガス濃度検出装置であって、
前記測定対象ガスに元々含まれている酸素の濃度に関する情報を取得する酸素濃度取得手段と、
前記ガスセンサの暖機中に、前記酸素濃度取得手段により取得された酸素濃度に応じて、前記主ポンプセルのポンプ能力を設定するポンプ能力設定手段と、
前記ガスセンサの暖機中に、前記検出セルによる特定ガス成分濃度の検出値を利用可能となる時点を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。 A main pump cell that pumps out oxygen in the gas to be measured;
An auxiliary pump cell for further pumping oxygen from the gas to be measured;
A detection cell for detecting a concentration of a specific gas component contained in the measurement target gas from which oxygen has been pumped out by the main pump cell and the auxiliary pump cell;
A gas concentration detection device comprising a gas sensor having
Oxygen concentration acquisition means for acquiring information on the concentration of oxygen originally contained in the measurement target gas;
Pump capacity setting means for setting the pump capacity of the main pump cell according to the oxygen concentration acquired by the oxygen concentration acquisition means during warm-up of the gas sensor;
A determination means for determining a point in time at which the detected value of the specific gas component concentration by the detection cell becomes available during warm-up of the gas sensor;
A gas concentration detection device comprising: 前記判定手段は、
前記ポンプ能力設定手段により設定されたポンプ能力に基づいて、前記検出セル近傍の酸素濃度が所定濃度に低下するまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、
前記算出された所要時間が経過した時点で、前記特定ガス成分濃度の検出値を利用可能と判定する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載のガス濃度検出装置。 The determination means includes
Based on the pump capacity set by the pump capacity setting means, a required time calculation means for calculating a required time until the oxygen concentration in the vicinity of the detection cell decreases to a predetermined concentration;
Means for determining that the detected value of the specific gas component concentration can be used when the calculated required time has elapsed;
The gas concentration detection device according to claim 1, comprising: 前記主ポンプセルの活性化を判定する主ポンプセル活性判定手段を備え、
前記ポンプ能力設定手段は、前記主ポンプセルが活性化したと判定された後に、前記主ポンプセルのポンプ能力を設定することを特徴とする請求項１または２記載のガス濃度検出装置。 Comprising main pump cell activity determining means for determining the activation of the main pump cell;
3. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the pump capacity setting means sets the pump capacity of the main pump cell after it is determined that the main pump cell is activated. 前記ガスセンサの暖機中における前記検出セルの出力の立ち上がり特性、ピーク値および立ち下がり特性の少なくとも一つに基づいて、前記主ポンプセル、前記補助ポンプセルおよび前記検出セルの少なくとも一つの劣化を判定する劣化判定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のガス濃度検出装置。   Deterioration for determining deterioration of at least one of the main pump cell, the auxiliary pump cell, and the detection cell based on at least one of a rising characteristic, a peak value, and a falling characteristic of the output of the detection cell during warm-up of the gas sensor The gas concentration detection apparatus according to claim 1, further comprising a determination unit.
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