JP6344262B2 - 排気センサ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気中のガス成分の濃度を検出する排気センサに関する。

内燃機関の排気中のガス成分を検出する排気センサとして、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出する排気センサが知られている。この種の排気センサとしては、特許文献１に記載のセンサがある。特許文献１に記載の排気センサは、測定用の排気が導入される測定室と、測定室内に配置されるポンプセル及びセンサセルとを備えている。ポンプセルは、酸素イオン導電性の固体電解質体と、当該固体電解質体を挟むように配置された一対の電極とを有している。ポンプセルは、一対の電極への通電に基づき測定室内の測定用排気の酸素濃度を調整する。センサセルも、酸素イオン導電性の固体電解質体と、当該固体電解質体を挟むように配置された一対の電極とを有している。センサセルの一対の電極間には所定の電圧が印加されている。一対の電極間には、測定用の排気中のＮＯｘ濃度に応じた電流が流れる。特許文献１に記載のＮＯｘセンサは、センサセルの一対の電極間に流れる電流を検出することにより、排気のＮＯｘ濃度を検出する。

特許第５３６７０４４号公報

ところで、特許文献１のような構造からなる排気センサでは、ポンプセルの一対の電極間には測定用の排気中の酸素濃度に応じた電流が流れる。したがって、ポンプセルの一対の電極間の電流に基づいて排気中の酸素濃度を、換言すれば内燃機関の空燃比を検出することも可能である。しかしながら、ポンプセルの電極が被毒等により劣化すると、ポンプセルの一対の電極間を流れる電流に変化が生じる。このような状況では、内燃機関の空燃比を精度良く検出できないおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、空燃比を精度良く検出することのできる排気センサを提供することにある。

上記課題を解決するために、内燃機関（２）の排気中のガス成分の濃度を検出する排気センサ（６）は、ポンプセル（６２６）と、モニタセル（６２８）と、演算部（１１）とを備える。ポンプセルは、排気が導入される測定室（６２３）内の排気に含まれる酸素をポンピングするとともに、酸素のポンピング量に応じたポンプ電流を、限界電流特性を示す領域で出力する。モニタセルは、ポンプセルを通過した排気に残留する酸素の濃度を検出するとともに、当該排気の残留酸素の濃度に応じたモニタ電流を出力する。演算部は、ポンプセルから限界電流特性を示す領域で出力されるポンプ電流をモニタ電流に基づいて補正し、補正後のポンプ電流に基づいて内燃機関の空燃比を検出する。

ポンプセルの劣化によりポンプセルの酸素排出能力が低下すると、ポンプ電流に変化が生じる。また、ポンプセルを通過した排気中の残留酸素の濃度が増加することになるため、モニタ電流にも変化が生じる。すなわち、劣化に起因するポンプセルの酸素のポンピング量の減少は、モニタ電流の変化として表れる。したがって、上記構成のように、ポンプ電流をモニタ電流に基づいて補正すれば、劣化の影響が排除されたポンプ電流を得ることができる。よって、補正後のポンプ電流に基づいて内燃機関の空燃比を検出すれば、空燃比を精度良く検出することができる。

本発明によれば、空燃比を精度良く検出することができる。

エンジン排気系の概略構成を示すブロック図。 排気センサの一実施形態についてその部分断面構造を示す断面図。 実施形態の排気センサについてそのセンサ素子の断面構造を示す断面図。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構造を示す断面図。 ポンプ電流Ｉｐとポンプ印加電圧Ｖｐとの関係、並びにモニタ電流Ｉｍ及びモニタ印加電圧Ｖｍとの関係を示すグラフ。 実施形態のＳＣＵにより実行される処理の手順を示すフローチャート。 ポンプセルが劣化した際のポンプ電流Ｉｐとポンプ印加電圧Ｖｐとの関係、並びにモニタ電流Ｉｍとモニタ印加電圧Ｖｍとの関係を示すグラフ。 排気センサの変形例についてＳＣＵにより実行される処理の手順を示すフローチャート。 排気センサの他の変形例についてＳＣＵにより実行される処理の手順を示すフローチャート。 排気センサの他の変形例についてＳＣＵにより実行される処理の手順を示すフローチャート。

以下、排気センサの一実施形態について説明する。はじめに、図１を参照して、本実施形態の排気センサが用いられるエンジン排気系の概要について説明する。

図１に示されるように、エンジン排気系ＥＳには、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０及びＳＣＵ（Ｓｅｎｓｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１が設けられている。ＥＣＵ１１は、ディーゼルエンジンからなる内燃機関２と、それに繋がるエンジン排気系ＥＳとを制御する装置である。ＥＣＵ１０は、ディーゼルエンジン２の挙動を制御する機能を有している。ＥＣＵ１０は、アクセル開度及びエンジン回転速度に基づいて燃料噴射弁の開度を調整する。

エンジン排気系ＥＳの排気通路２０には、ディーゼルエンジン２側から順に、ディーゼル酸化触媒コンバータ４と、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒コンバータ５とが設けられている。ディーゼル酸化触媒コンバータ４は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）４０と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）４１とを有している。

ディーゼル酸化触媒コンバータ４は、排気に含まれる有害物質を酸化又は還元により浄化するものであって、特に炭素などからなる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する装置である。

ディーゼル酸化触媒４０は、主としてセラミック製の担体と、酸化アルミニウム、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムを成分とする酸化物混合物、並びに白金、パラジウム、ロジウムといった貴金属触媒で構成されている。ディーゼル酸化触媒４０は、排気に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを酸化させ浄化する。また、ディーゼル酸化触媒４０は、触媒反応の際に発生する熱により排気温度を上昇させる。

ディーゼルパティキュレートフィルタ４１は、多孔質セラミックに白金やパラジウムなどの白金族触媒が担持され、ハニカム構造体で形成される。ディーゼルパティキュレートフィルタ４１は、排気中に含まれる粒子状物質をハニカム構造体の隔壁に堆積させる。堆積した粒子状物質は、燃焼によって酸化され浄化される。この燃焼には、ディーゼル酸化触媒４０における温度上昇や、添加剤による粒子状物質の燃焼温度低下が利用される。

ＳＣＲ触媒コンバータ５は、ディーゼル酸化触媒コンバータ４の後処理装置としてＮＯｘを窒素と水に還元する装置であって、選択還元型の触媒であるＳＣＲ５０を有する。ＳＣＲ５０は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持した触媒が例示できる。ＳＣＲ５０は、触媒温度が活性温度域にあり、さらに、還元剤としての尿素が添加されているときにＮＯｘを還元浄化するものである。尿素添加のため、ＳＣＲ触媒コンバータ５の上流側には、尿素添加インジェクタ９が設けられている。

本実施形態では、ディーゼル酸化触媒コンバータ４と尿素添加インジェクタ９との間に排気センサ６が、ＳＣＲ触媒コンバータ５の下流側に排気センサ７がそれぞれ配置されている。排気センサ６は、ＳＣＲ触媒コンバータ５通過前の排気に含まれるＮＯｘの濃度Ｄ１を検出する。また、排気センサ６は、ＳＣＲ触媒コンバータ５通過前の排気に含まれる酸素濃度に基づいて内燃機関２の空燃比ＡＦを検出する。排気センサ７は、ＳＣＲ触媒コンバータ５通過後の排気に含まれるＮＯｘの濃度Ｄ２を検出する。

排気センサ６で検出されるＮＯｘ濃度Ｄ１と、排気センサ７で検出されるＮＯｘ濃度Ｄ２とに基づき尿素添加インジェクタ９からＳＣＲ触媒コンバータ５に対して添加される尿素の量が決定される。より具体的には、排気センサ６においてＳＣＲ触媒コンバータ５通過前の排気から検出されるＮＯｘ濃度Ｄ１に基づいて添加する尿素の量が決定される。また、排気センサ７においてＳＣＲ触媒コンバータ５を通過した後の排気から検出されるＮＯｘ濃度Ｄ２が極力小さい値となるようにフィードバックし、添加する尿素の量を補正する。このように決定された量の尿素が、尿素添加インジェクタ９からＳＣＲ５０に対して添加されることで、ＳＣＲ５０において排気中のＮＯｘが適正に還元される。このように、排気に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物は、排気センサ６及び排気センサ７を通過した後、テールパイプ（不図示）から外部に排出される。

本実施形態では、尿素添加インジェクタ９とＳＣＲ触媒コンバータ５との間に温度センサ８が設けられている。温度センサ８は、排気温度ＴＯを検出する。

排気センサ６、排気センサ７、及び温度センサ８のそれぞれの出力は、ＳＣＵ１１に取り込まれている。ＳＣＵ１１は、ＳＣＲ触媒コンバータ５通過前の排気に含まれるＮＯｘの濃度Ｄ１、ＳＣＲ触媒コンバータ５通過後の排気に含まれるＮＯｘの濃度Ｄ２、空燃比ＡＦ、及び排気温度ＴＯを検出するとともに、必要なデータをＥＣＵ１０に送信している。ＥＣＵ１０及びＳＣＵ１１は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）バス１２に繋がっており、ＣＡＮバス１２を介して情報通信を行っている。ＳＣＵ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力ポート、及び記憶装置を含むものである。本実施形態では、ＳＣＵ１１が演算部に相当する。

次に、図２を参照して、排気センサ６及び排気センサ７の具体的な構造について説明する。排気センサ６及び排気センサ７は同一の構成であるため、排気センサ６を例にとってその構成を説明する。

図２に示されるように、排気センサ６は、本体部６０と、素子カバー６１と、センサ素子６２とを有している。

本体部６０は、軸線ｍを中心に円柱状をなしている。センサ素子６２は本体部６０の軸方向一端部６０１から軸線ｍに沿って突出するように設けられている。センサ素子６２は細長い板状の部材からなる。センサ素子６２は、本体部６０の内部に配置された図示しない筒状絶縁体により保持されている。また、図示は省略するが、本体部６０は、基準酸素濃度ガスとしての大気が導入される大気口を有している。

素子カバー６１はセンサ素子６２の周囲を覆うように本体部６０の一端部６０１に固定されている。素子カバー６１は、内側に配置される内側カバー６１０と、内側カバー６１０の外側に配置される外側カバー６１１とを有する内外二重構造をなしている。内側カバー６１０の内部空間は、センサ素子６２を収容する内側区画室６３を構成する。内側カバー６１０と外側カバー６１１との間の内部空間は外側区画室６４を構成する。内側カバー６１０は、内側区画室６３と外側区画室６４とを連通する複数の貫通孔６１２を有している。外側カバー６１１は、排気通路２０の内部空間と外側区画室６４とを連通する複数の貫通孔６１３を有している。すなわち、排気通路２０を流れる排気は、外側カバー６１１の貫通孔６１３を介して外側区画室６４に導入される。また、外側区画室６４に導入された排気は、内側カバー６１０の貫通孔６１２を介して内側区画室６３に導入される。

次に、図３及び図４を参照して、センサ素子６２の具体的な構造について説明する。図３は、センサ素子６２の断面構造を示したものである。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構造を示したものである。

図３に示されるように、センサ素子６２は、遮蔽層６２０と、固体電解質体６２１と、拡散抵抗体６２２とを備えている。

固体電解質体６２１は板状の部材であって、軸線ｍに沿って延びるように配置されている。固体電解質体６２１は、酸化ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質材料により構成されている。

遮蔽層６２０は、所定の隙間を隔てて固体電解質体６２１を厚さ方向に挟むように配置されている。遮蔽層６２０と固体電解質体６２１との間に形成される一方の隙間は測定室６２３を構成し、他方の隙間は大気室６２４を構成している。遮蔽層６２０は、センサ素子６２の内側区画室６３と測定室６２３とを連通する導入孔６２５を有している。すなわち、測定室６２３には、導入孔６２５を介して内側区画室６３内の排気が導入される。大気室６２４には、図示しない本体部６０の大気口を介して基準酸素濃度ガスとしての大気が導入される。

拡散抵抗体６２２は導入孔６２５に配置されている。拡散抵抗体６２２は、アルミナ等の多孔質部材、又は細孔を有する部材からなる。拡散抵抗体６２２は、測定室６２３に導入される排気量を制限する。これにより、一定量の排気が測定室６２３内に導入されるため、ＮＯｘや空燃比の検出精度を高めることができる。

センサ素子６２は、固体電解質体６２１の測定室６２３側の表面に設けられているポンプ電極６２６ａ、センサ電極６２７ａ、及びモニタ電極６２８ａを備えている。ポンプ電極６２６ａ及びセンサ電極６２７ａは、この順で導入孔６２５に近い側から順に配置されている。図４に示されるように、モニタ電極６２８ａは、センサ電極６２７ａに対して軸線ｍに直交する方向に並べて配置されている。ポンプ電極６２６ａ及びモニタ電極６２８ａは、Ｐｔ−Ａｕ合金（白金−金合金）等のＮＯｘを分解し難いＮＯｘ不活性電極からなる。センサ電極６２７ａは、Ｐｔ−Ｒｈ合金（白金−ロジウム合金）等のＮＯｘを分解し易いＮＯｘ活性電極からなる。図３に示されるように、固体電解質体６２１の大気室６２４側の表面には、固体電解質体６２１を挟んでポンプ電極６２６ａに対向配置されるポンプ電極６２６ｂ、センサ電極６２７ａに対向配置されるセンサ電極６２７ｂ、及びモニタ電極６２８ａに対向配置されるモニタ電極６２８ｂが設けられている。

ポンプ電極６２６ａ，６２６ｂ及び固体電解質体６２１はポンプセル６２６を構成する。ポンプセル６２６は測定室６２３内の排気に含まれる酸素をポンピングする。具体的には、ポンプ電極６２６ａとポンプ電極６２６ｂとの間には電圧Ｖｐが印加されており、測定室６２３内の排気に含まれる酸素がポンプ電極６２６ａに接触すると酸素イオンに変換される。この酸素イオンは、固体電解質体６２１内をポンプ電極６２６ｂに向かって流れ、ポンプ電極６２６ｂにおいて電荷を放出して酸素となり、大気室６２４から大気中に排出される。この際の電荷の流れに応じてポンプ電極６２６ａとポンプ電極６２６ｂとの間にはポンプ電流Ｉｐが流れる。したがって、ポンプ電流Ｉｐは、ポンプセル６２６における酸素のポンピング量に応じた値、換言すれば排気中の酸素濃度に応じた値を示している。

図５は、ポンプ印加電圧Ｖｐとポンプ電流Ｉｐとの関係を示したＶ−Ｉ特定図である。図５に実線ｍ１０で示されるように、ポンプ電流Ｉｐは、ポンプ印加電圧Ｖｐの変化に対してほとんど変化しない、いわゆる限界電流特性を有している。センサ素子６２では、予め定められたポンプ印加電圧Ｖｐとポンプ電流Ｉｐとの関係から、ポンプ電流Ｉｐが限界電流となるようにポンプ印加電圧Ｖｐが設定されている。

なお、ポンプセル６２６では、ポンプ印加電圧Ｖｐを増減させることにより、後段のセンサ電極６２７ａ及びモニタ電極６２８ａに到達する排気中の残留酸素の量を増減させることができる。以下、ポンプ電極６２６ａを通過してセンサ電極６２７ａ及びモニタ電極６２８ａに到達する排気中の残留酸素を「排気中の残留酸素」と略記する。

また、図４に示されるように、ポンプ電極６２６ａは、センサ電極６２７ａ及びモニタ電極６２８ａよりも大きい表面積（電極面積）を有している。これは、排気中の酸素をより排出し易くするためである。

図３に示されるように、センサ電極６２７ａ，６２７ｂ及び固体電解質体６２１はセンサセル６２７を構成する。センサセル６２７は、ポンプ電極６２６ａを通過した排気中のＮＯｘ濃度を検出する。具体的には、排気中のＮＯｘがセンサ電極６２７ａに接触すると、窒素と酸素とに分解される。センサ電極６２７ａとセンサ電極６２７ｂとの間にはセンサ印加電圧Ｖｓが印加されており、センサ電極６２７ａにおいて分解された酸素、及び排気中の残留酸素は、センサ電極６２７ａから電荷を受け取って酸素イオンとなる。この酸素イオンは、固体電解質体６２１内をセンサ電極６２７ｂに向かって流れ、センサ電極６２７ｂにおいて酸素となり、大気室６２４から大気中に排出される。この際の電荷の流れに応じてセンサ電極６２７ａとセンサ電極６２７ｂとの間にはセンサ電流Ｉｓが流れる。したがって、センサ電流Ｉｓは、排気中のＮＯｘ濃度及び残留酸素の濃度に応じた値を示している。

モニタ電極６２８ａ，６２８ｂ及び固体電解質体６２１はモニタセル６２８を構成する。図４に示されるように、モニタ電極６２８ａはセンサ電極６２７ａと略同一の表面積を有している。モニタセル６２８は排気中の残留酸素の濃度を検出する。具体的には、モニタ電極６２８ａとモニタ電極６２８ｂとの間にはモニタ印加電圧Ｖｍが印加されており、排気中の残留酸素がモニタ電極６２８ａに接触すると酸素イオンに変換される。この酸素イオンは、固体電解質体６２１内をモニタ電極６２８ｂに向かって流れ、モニタ電極６２８ｂにおいて電荷を放出して酸素となり、大気室６２４から大気中に排出される。この際の電荷の流れに応じてモニタ電極６２８ａとモニタ電極６２８ｂとの間にはモニタ電流Ｉｍが流れる。したがって、モニタ電流Ｉｍは残留酸素の濃度に応じた値を示している。

センサ素子６２は、遮蔽層６２０の内部に配置されるヒータ６４０を備えている。ヒータ６４０は、通電に基づき熱を発することにより固体電解質体６２１を加熱し、固体電解質体６２１の温度を活性化温度まで上昇させる。

センサ素子６２は、ポンプ電流Ｉｐを検出するポンプ電流検出部６３０と、センサ電流Ｉｓを検出するセンサ電流検出部６３１と、モニタ電流Ｉｍを検出するモニタ電流検出部６３２と、固体電解質体６２１の抵抗値を検出する抵抗検出部６３３とを備えている。ポンプ電流検出部６３０、センサ電流検出部６３１、モニタ電流検出部６３２、及び抵抗検出部６３３のそれぞれの出力は、排気センサ６の出力としてＳＣＵ１１に取り込まれている。ＳＣＵ１１は、ポンプ電流検出部６３０、センサ電流検出部６３１、及びモニタ電流検出部６３２によりそれぞれ検出されるポンプ電流Ｉｐ、センサ電流Ｉｓ、及びモニタ電流Ｉｍに基づいて排気中のＮＯｘ濃度Ｄ１及び空燃比ＡＦを演算する。

次に、ＳＣＵ１１によるＮＯｘ濃度Ｄ１及び空燃比ＡＦの演算方法について詳しく説明する。

上述の通り、センサ電流Ｉｓは、排気中のＮＯｘ濃度Ｄ１及び残留酸素の濃度に応じた値を示している。また、モニタ電流Ｉｍは、残留酸素の濃度に応じた値を示している。したがって、センサ電流Ｉｓからモニタ電流Ｉｍを減算すれば、排気中のＮＯｘ濃度に応じた電流値を得ることが可能である。そこで、ＳＣＵ１１は、センサ電流Ｉｓからモニタ電流Ｉｍを減算し、その減算値に基づいてＮＯｘ濃度Ｄ１を演算する。

また、ポンプ電流Ｉｐは、排気中の酸素濃度に応じた値を示している。また、モニタ電流Ｉｍは、ポンプセル６２６において検出されずに排気中に残留した酸素濃度に応じた値を示している。したがって、モニタ電流Ｉｍに基づいてポンプ電流Ｉｐを増量補正すれば、排気中の酸素濃度に応じた、換言すれば空燃比ＡＦに応じた電流値を得ることができる。但し、ポンプ電極６２６ａの表面積とモニタ電極６２８ａの表面積とが異なるため、ポンプセル６２６とモニタセル６２８とでは酸素の検出感度が異なる。そこで、ＳＣＵ１１は、モニタ電流Ｉｍに補正係数Ｋを乗算することでモニタ電流Ｉｍを補正し、補正後のモニタ電流Ｉｍｒとポンプ電流Ｉｐとを加算した値に基づいて空燃比ＡＦを演算する。

具体的には、図６に示されるように、ＳＣＵ１１は、まず、車両に搭載された各種センサに基づいて車両状態量を検出し（ステップＳ１）、検出された車両状態量に基づいて排気センサ６を作動させることが可能であるか否かを判断する（ステップＳ２）。例えばＳＣＵ１１は、温度センサ８により検出される排気温度ＴＯが閾値温度以上になることをもって、排気センサ６を起動させることが可能であると判断する。なお、閾値温度は、排気通路２０内が乾燥しているか否かを判断することができるように予め実験等を通じて設定されている。ＳＣＵ１１は、排気センサ６を作動させることが不可能な場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ１の処理に戻る。

ＳＣＵ１１は、排気センサ６を作動させることが可能な場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ポンプセル６２６及びモニタセル６２８が活性化状態であるか否かを判断する（ステップＳ３）。例えばＳＣＵ１１は、抵抗検出部６３３により検出される固体電解質体６２１の抵抗値が閾値以下であることをもってポンプセル６２６及びモニタセル６２８が活性化状態であると判断する。

ＳＣＵ１１は、ポンプセル６２６及びモニタセル６２８が活性化状態である場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ポンプ電流Ｉｐ、モニタ電流Ｉｍ、補正係数Ｋから以下の式ｆ１に基づいて補正後のポンプ電流Ｉｐｒを演算する（ステップＳ４）。なお、補正係数Ｋは、ポンプセル６２６とモニタセル６２８との間の酸素検出感度の差に応じて設定される値であり、予め実験等を通じて設定されている。

Ｉｐｒ＝Ｉｐ＋Ｋ×Ｉｍ （ｆ１）
ＳＣＵ１１は、ステップＳ４に続いて、演算された補正後のポンプ電流Ｉｐｒに基づいて内燃機関２の空燃比ＡＦを演算する（ステップＳ５）。

なお、ＳＣＵ１１は、図６に示される処理を所定の演算周期で繰り返し実行する。

次に、本実施形態の排気センサ６の動作例について説明する。なお、ここでは、ポンプ印加電圧Ｖｐ、モニタ印加電圧Ｖｍ、及びセンサ印加電圧Ｖｓが同一の電圧値Ｖ１に設定されている場合について例示する。

ポンプセル６２６の酸素排出能力が高い場合には、モニタ電極６２８ａに酸素がほとんど到達しない。そのため、図５に実線ｍ２０で示されるように、モニタ電流Ｉｍがほとんど零を示す。この状態で、ポンプ電極６２６ａの被毒等によりポンプセル６２６の酸素排出能力が低下すると、図７に示されるように、ポンプセル６２６のＶ−Ｉ特性が一点鎖線ｍ１０から実線ｍ１１へと変化する。すなわち、ポンプ電流Ｉｐが低下する。このポンプ電流Ｉｐの低下により、ポンプ電流Ｉｐのみに基づいて空燃比ＡＦを演算すると、空燃比ＡＦを誤検出するおそれがある。

一方、モニタセル６２８に到達する酸素は、ポンプ電流Ｉｐの低下分だけ増加することになる。そのため、モニタセル６２８のＶ−Ｉ特性は二点鎖線ｍ２０から実線ｍ２１へと変化する。すなわち、劣化に起因するポンプセル６２６の酸素ポンピング量の減少は、モニタ電流Ｉｍの増加として表れることになる。本実施形態のＳＣＵ１１は、このモニタ電流Ｉｍの増加分に応じた値をポンプ電流Ｉｐに加算することによりポンプ電流Ｉｐを補正しているため、空燃比ＡＦをより精度良く検出することができる。

以上説明した排気センサ６によれば、以下の（１）及び（２）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）ＳＣＵ１１は、モニタ電流Ｉｍに基づいてポンプ電流Ｉｐを補正し、補正後のポンプ電流Ｉｐｒに基づいて内燃機関２の空燃比ＡＦを演算することとした。これにより、より精度良く空燃比ＡＦを演算することができる。

（２）ＳＣＵ１１は、モニタ電流Ｉｍに補正係数Ｋを乗算した値をポンプ電流Ｉｐに加算することにより、ポンプ電流Ｉｐを補正することとした。これにより、空燃比ＡＦに対応した補正後のポンプ電流Ｉｐｒをより精度良く得ることができるため、空燃比ＡＦの演算精度を高めることができる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・モニタ電流Ｉｍに基づくポンプ電流Ｉｐの補正方法は適宜変更可能である。
・上記実施形態のＳＣＵ１１は、図６に示されるステップＳ３の処理においてポンプセル６２６及びモニタセル６２８が活性化状態であるか否かを一括で判断したが、この判断はポンプセル６２６及びモニタセル６２８毎に個別に行ってもよい。この場合、例えば図８に示されるように、ＳＣＵ１１は、ステップＳ２の処理で排気センサ６を作動させることが可能であると判断した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、まず、ポンプセル６２６が活性化状態であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。また、ＳＣＵ１１は、ポンプセル６２６が活性化状態である場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、モニタセル６２８が活性化状態であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。ＳＣＵ１１は、ポンプセル６２６が活性化状態であるが（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、モニタセル６２８が活性化状態でない場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ポンプ電流Ｉｐのみに基づいて内燃機関２の空燃比ＡＦを演算する（ステップＳ１２）。また、ＳＣＵ１１は、ポンプセル６２６が活性化状態であって（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、且つモニタセル６２８も活性化状態である場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ４及びＳ５の処理を実行する。このような構成によれば、ポンプセル６２６及びモニタセル６２８の活性化状態に応じたより適切な空燃比ＡＦを演算することができる。

・ポンプセル６２６のＶ−Ｉ特性、及びモニタセル６２８のＶ−Ｉ特性は、空燃比がリッチ及びリーンのいずれであるかに応じて変化する。そこで、空燃比がリッチである場合と、空燃比がリーンである場合とで補正係数Ｋを変更してもよい。具体的には、図９に示されるように、ＳＣＵ１１は、ポンプセル６２６及びモニタセル６２８が活性化状態である場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、内燃機関２の空燃比がリッチであるか否かを判断する（ステップＳ２０）。ＳＣＵ１１は、内燃機関２の空燃比がリッチである場合には（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、補正係数Ｋを第１設定値Ｋ１に設定する（ステップＳ２１）。一方、ＳＣＵ１１は、内燃機関２の空燃比がリッチでない場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、すなわち内燃機関２の空燃比がリーンである場合には、補正係数Ｋを第２設定値Ｋ２に設定する（ステップＳ２２）。なお、第１設定値Ｋ１は、空燃比がリッチである場合にモニタ電流Ｉｍに基づくポンプ電流Ｉｐの補正を精度良くできるように予め実験等を通じて設定されている。また、第２設定値Ｋ２は、空燃比がリーンである場合にモニタ電流Ｉｍに基づくポンプ電流Ｉｐの補正を精度良くできるように予め実験等を通じて設定されている。このような構成によれば、より精度良く空燃比ＡＦを演算することができる。

・ポンプセル６２６のＶ−Ｉ特性、及びモニタセルのＶ−Ｉ特性は、排気温度によっても変化する。そこで、ＳＣＵ１１は、排気温度に基づいて補正係数Ｋを変更してもよい。具体的には、図１０に示されるように、ＳＣＵ１１は、ポンプセル６２６及びモニタセル６２８が活性化状態である場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、温度センサ８により排気温度ＴＯを検出するとともに（ステップＳ３０）、検出された排気温度ＴＯに基づいて補正係数Ｋを設定する（ステップＳ３１）。具体的には、ＳＣＵ１１は、排気温度ＴＯと補正係数Ｋとの関係を示すマップを有しており、当該マップから排気温度ＴＯに基づいて補正係数Ｋを設定する。なお、排気温度ＴＯと補正係数Ｋとの関係を示すマップは予め実験等を通じて作成されている。このような構成によれば、より精度良く空燃比ＡＦを演算することができる。

・上記実施形態では、ポンプ印加電圧Ｖｐ、モニタ印加電圧Ｖｍ、及びセンサ印加電圧Ｖｓが同一の電圧値Ｖ１に設定されている場合の動作例について説明したが、各電圧Ｖｐ，Ｖｍ，Ｖｓは異なる値に設定されていてもよい。また、ポンプ印加電圧Ｖｐを空燃比ＡＦに応じて可変設定してもよい

・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置や条件等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

２：内燃機関（ディーゼルエンジン）
６：排気センサ
１１：ＳＣＵ（演算部）
６２３：測定室
６２６：ポンプセル
６２８：モニタセル

Claims (4)

1. 内燃機関（２）の排気中のガス成分の濃度を検出する排気センサ（６）であって、
   前記排気が導入される測定室（６２３）内の排気に含まれる酸素をポンピングするとともに、酸素のポンピング量に応じたポンプ電流を、限界電流特性を示す領域で出力するポンプセル（６２６）と、
   前記ポンプセルを通過した排気に残留する酸素の濃度を検出するとともに、当該排気の残留酸素の濃度に応じたモニタ電流を出力するモニタセル（６２８）と、
   前記ポンプセルから限界電流特性を示す領域で出力される前記ポンプ電流を前記モニタ電流に基づいて補正し、補正後のポンプ電流に基づいて前記内燃機関の空燃比を検出する演算部（１１）と、を備えることを特徴とする排気センサ。
2. 請求項１に記載の排気センサにおいて、
   前記演算部は、前記モニタ電流に所定の補正係数を乗算した値を前記ポンプ電流に加算することにより、前記ポンプ電流を補正することを特徴とする排気センサ。
3. 請求項２に記載の排気センサにおいて、
   前記演算部は、前記内燃機関の空燃比がリーン及びリッチのいずれであるかを判断し、前記内燃機関の空燃比がリーンである場合と、前記内燃機関の空燃比がリッチである場合とで前記補正係数を変更することを特徴とする排気センサ。
4. 請求項２又は３に記載の排気センサにおいて、
   前記演算部は、排気温度に基づいて前記補正係数を変更することを特徴とする排気センサ。

Images