JP7252921B2 - ガスセンサ制御装置、ガスセンサ装置及び内燃機関制御装置 - Google Patents

ガスセンサ制御装置、ガスセンサ装置及び内燃機関制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、ガスセンサ制御装置、ガスセンサ装置及び内燃機関制御装置に関する。
被測定ガス（例えば、内燃機関からの排気ガス等）に含まれるアンモニアの濃度を検出するアンモニアセンサが知られている（例えば、特許文献１）。この種のアンモニアセンサは、固体電解質と、一対の電極（検知電極、参照電極）とを有する混成電位セルを備えている。混成電位セルは、被測定ガス中のアンモニア濃度に対応した起電力を出力するものの、その起電力には、被測定ガス中の酸素濃度も反映されている。
例えば、特許文献２に示されるように、被測定ガス中のアンモニア濃度と、酸素濃度と、混成電位セルの起電力との間の関係式が知られている。そのような関係式を利用しつつ、混成電位セルの起電力と、被測定ガス中の酸素濃度の情報に基づいて、被測定ガス中のアンモニア濃度が算出されている。
特開２０１５－３４８１４号公報 特開２０１８－７２３１５号公報
被測定ガスの圧力は、常に一定ではなく変化し得る。例えば、内燃機関の吸気量を調節するスロットルバルブが全開にされた場合、その内燃機関からの排気ガス（被測定ガス）は、それまでよりも圧力が高くなる。
このように被測定ガスの圧力が変化すると、混成電位セルの出力（起電力）が変化してしまうことを、本発明の発明者等が突き止めた。従来のアンモニアセンサでは、アンモニア濃度を求める際に、被測定ガスの圧力の影響は考慮されていなかった。
本発明の目的は、ガスセンサ制御装置、ガスセンサ装置及び内燃機関制御装置において、被測定ガスの圧力の影響を低減することで、アンモニア濃度の測定精度を向上させることである。
本発明者等は、被測定ガスの圧力が変化すると、混成電位方式のアンモニア検出部の出力（起電力）が変化すること（つまり、混成電位方式のアンモニア検出部の出力が、被測定ガスの圧力の影響を受けること）を突き止めた。その原因は、以下のように推測される。
特許文献２に示されるように、混成電位セルの検知電極では、アンモニア（２／３ＮＨ３）と酸素イオン（Ｏ２－）が反応して、窒素（１／３Ｎ２）、水（Ｈ２Ｏ）及び電子（２ｅ－）を生ずるアノード反応と、酸素（１／２Ｏ２）と電子（２ｅ－）が反応して、酸素イオン（Ｏ２－）を生ずるカソード反応とが同時に起こっている。そして、そのようなカソード反応に対するアノード反応の平衡点が混成電位セルの起電力として観測される。このような状況において、例えば、被測定ガスの圧力が高くなると、混成電位セルの起電力が小さくなる。これは、被測定ガスの圧力が高くなると、見掛け上の酸素濃度がそれまでよりも大きくなると考えられ、その結果、混成電位セルの検知電極が酸素と反応し易くなり、相対的にカソード反応が起こり易くなるものと推測される。
前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 被測定ガスに含まれるアンモニアを検出するための混成電位方式のアンモニア検出部より出力され、前記アンモニアの濃度に対応した第１検出結果を受信する第１受信処理と、前記被測定ガスに含まれる酸素を検出するための酸素検出部より出力され、前記酸素の濃度に対応した第２検出結果を受信する第２受信処理と、前記第１検出結果及び前記第２検出結果に基づいて、前記被測定ガスに含まれる第１アンモニア濃度を算出する第１濃度算出処理と、前記アンモニアに対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減するために、外部機器より取得される圧力情報に基づいて、前記第１アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第２アンモニア濃度を取得する圧力補正処理とを実行する制御部を備えるガスセンサ制御装置。
＜２＞ 前記圧力補正処理は、前記圧力情報に基づく補正係数を用いて前記第１アンモニア濃度を補正することで、前記第２アンモニア濃度を取得する処理である前記＜１＞に記載のガスセンサ制御装置。
＜３＞ 前記制御部は、前記酸素が前記被測定ガスの圧力の影響を受ける場合、その圧力の影響を低減するために、前記被測定ガスの前記圧力情報に基づいて、前記第２アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第３アンモニア濃度を取得する酸素圧力補正処理を実行する前記＜１＞又は＜２＞に記載のガスセンサ制御装置。
＜４＞ 前記制御部は、前記酸素が前記被測定ガスの圧力の影響を受ける場合、前記圧力補正処理に代えて、前記アンモニアに対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減すると共に、前記酸素に対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減するために、前記被測定ガスの前記圧力情報に基づいて、第１アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第４アンモニア濃度を取得する同時補正処理を実行する前記＜１＞又は＜２＞に記載のガスセンサ制御装置。
＜５＞ 被測定ガスに含まれるアンモニアを検出するための混成電位方式のアンモニア検出部と、前記被測定ガスに含まれる酸素を検出するための酸素検出部と、前記＜１＞から＜４＞の何れか１つに記載のガスセンサ制御装置とを備えるガスセンサ装置。
＜６＞ 内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置であって、前記内燃機関からの被測定ガスに含まれるアンモニアを検出するための混成電位方式のアンモニア検出部より検出され、前記アンモニアの濃度に対応した第１検出結果を受信する第１受信処理と、前記被測定ガスに含まれる酸素を検出するための酸素検出部より出力され、前記酸素の濃度に対応した第２検出結果を受信する第２受信処理と、前記第１検出結果及び前記第２検出結果に基づいて、前記被測定ガスに含まれる第１アンモニア濃度を算出する第１濃度算出処理と、前記アンモニアに対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減するために、外部機器より取得される圧力情報に基づいて、前記第１アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第２アンモニア濃度を取得する圧力補正処理とを実行する制御部を備える内燃機関制御装置。
＜７＞ 前記圧力補正処理は、前記圧力情報に基づく補正係数を用いて前記第１アンモニア濃度を補正することで、前記第２アンモニア濃度を取得する処理である前記＜６＞に記載の内燃機関制御装置。
＜８＞ 前記制御部は、前記酸素が前記被測定ガスの圧力の影響を受ける場合、その圧力の影響を低減するために、前記被測定ガスの前記圧力情報に基づいて、前記第２アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第３アンモニア濃度を取得する酸素圧力補正処理を実行する前記＜６＞又は＜７＞に記載の内燃機関制御装置。
＜９＞ 前記制御部は、前記酸素が前記被測定ガスの圧力の影響を受ける場合、前記圧力補正処理に代えて、前記アンモニアに対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減すると共に、前記酸素に対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減するために、前記被測定ガスの前記圧力情報に基づいて、第１アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第４アンモニア濃度を取得する同時補正処理を実行する前記＜６＞又は＜７＞に記載の内燃機関制御装置。
本発明によれば、ガスセンサ制御装置、ガスセンサ装置及び内燃機関制御装置において、被測定ガスの圧力の影響を低減することで、アンモニア濃度の測定精度を向上させることができる。
実施形態１に係るマルチガスセンサの長手方向に沿った断面図 マルチガスセンサ装置の概略構成を示す説明図 アンモニアセンサ部の構成を示す断面図 アンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャート 被測定ガスの圧力を検出する圧力センサの設置箇所を示す説明図 被測定ガスの圧力と、被測定ガスの圧力の影響を受けたアンモニア濃度との関係を示すグラフ 被測定ガスの圧力と、被測定ガスの圧力の影響を受けた酸素濃度との関係を示すグラフ 被測定ガスの圧力と、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響のみ低減されたアンモニア濃度との関係を示すグラフ 実施形態２に係る内燃機関制御システムの概略構成を示す説明図 ＥＣＵにおけるアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャート 実施形態３に係るアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャート 実施形態４に係るアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャート 実施形態５に係るアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャート 実施形態６に係るアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャート
＜実施形態１＞
以下、図１～図５を参照しつつ、本発明の実施形態１について説明する。本実施形態では、マルチガスセンサ装置（ガスセンサ装置の一例）４００が備えるガスセンサ制御装置３００において、排気ガス（被測定ガスの一例）中のアンモニア濃度を検出する処理を行う場合を例示する。
図１は、実施形態１に係るマルチガスセンサ２００Ａの長手方向（軸線Ｌ方向）に沿った断面図であり、図２は、実施形態１に係るマルチガスセンサ装置４００の概略構成を示す説明図である。なお、図２では、説明の便宜上、マルチガスセンサ２００Ａ内に収容されたマルチガスセンサ素子部１００Ａの長手方向（軸線Ｌ方向）に沿った断面のみが示される。
マルチガスセンサ装置４００は、自動車のディーゼルエンジン（内燃機関の一例）から排出される排気ガス（被測定ガスの一例）に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する尿素ＳＣＲ（選択触媒還元）システムに用いられるものである。尿素ＳＣＲシステムは、アンモニア（ＮＨ３）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを化学反応させて、窒素酸化物を窒素（Ｎ２）に還元することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化するシステムである。尿素ＳＣＲシステムでは、窒素酸化物に対して供給されるアンモニアの量が過剰になると、未反応のアンモニアが排気ガスに含まれたまま外部に放出される虞がある。マルチガスセンサ装置４００は、このようなアンモニアの放出を監視するために、排気ガス（被測定ガス）に含まれるアンモニアの濃度を測定する。なお、マルチガスセンサ装置４００は、後述するように、アンモニア濃度以外に、ＮＯｘ濃度等も測定できるように構成されている。
マルチガスセンサ装置４００は、マルチガスセンサ２００Ａと、ガスセンサ制御装置（コントローラ）３００とを備えている。
マルチガスセンサ２００Ａは、図１に示されるように、アンモニア濃度と、ＮＯｘ濃度とを検出するマルチガスセンサ素子部１００Ａを備えるアッセンブリである。
マルチガスセンサ２００Ａは、軸線Ｌ方向に延びる板状のマルチガスセンサ素子部１００Ａと、排気管に固定されるためのネジ部１３９が外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、マルチガスセンサ素子部１００Ａの径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ１０６と、軸線Ｌ方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８の内壁面がマルチガスセンサ素子部１００Ａの後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１６６と、マルチガスセンサ素子部１００Ａと絶縁コンタクト部材１６６との間に配置される複数個（図１では２個のみ図示）の接続端子１１０とを備えている。
主体金具１３８は、軸線Ｌ方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具１３８は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの先端側を貫通孔１５４の先端側外部に配置し、電極端子部８０Ａ，８２Ａを貫通孔１５４の後端側外部に配置する状態で、マルチガスセンサ素子部１００Ａを保持している。更に、棚部１５２は、軸線Ｌ方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３，１５６（以下、滑石リング１５３，１５６ともいう）、及び上述のセラミックスリーブ１０６がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されており、セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５３やセラミックホルダ１５１を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ１５８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。
一方、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレス等）二重の外部プロテクタ１４２及び内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。
そして、主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ，８２Ａとそれぞれ電気的に接続される複数本のリード線１４６（図１では３本のみ）が挿通されるリード線挿通孔１６１が形成されたグロメット１５０が配置されている。なお、簡略化のため、図１ではマルチガスセンサ素子部１００Ａの表面と裏面の電極端子部をそれぞれ符号８０Ａ，８２Ａで代表させたが、実際には、後述するＮＯｘセンサ部３０Ａや、第１及び第２アンモニアセンサ部４２ｘ，４２ｙが有する電極等の数に応じて、複数の電極端子部が形成されている。
また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたマルチガスセンサ素子部１００Ａの後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材１６６が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材１６６は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの後端側の表裏面に形成される電極端子部８０Ａ，８２Ａの周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材１６６は、軸線Ｌ方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７が備えられている。絶縁コンタクト部材１６６は、鍔部１６７が保持部材１６９を介して外筒１４４に当接することで、外筒１４４の内部に配置される。そして、絶縁コンタクト部材１６６側の接続端子１１０と、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ，８２Ａとが電気的に接続され、リード線１４６により外部と導通するようになっている。
ガスセンサ制御装置３００は、図２に示されるように、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２２０に電気的に接続されている。マルチガスセンサ２００Ａから延びるリード線１４６の端はコネクタに接続され、そのコネクタが、ガスセンサ制御装置３００側のコネクタに電気的に接続するように構成されている。
次いで、マルチガスセンサ２００Ａが備えるマルチガスセンサ素子部１００Ａの構成について説明する。マルチガスセンサ素子部１００Ａは、公知のＮＯｘセンサと同様な構成を有するＮＯｘセンサ部３０Ａと、アンモニアセンサ部４２とを備えている。
ＮＯｘセンサ部３０Ａは、主として、第１ポンピングセル２、酸素濃度検出セル６、及び第２ポンピングセル４を含むＮＯｘ検知部を備えている。また、ＮＯｘセンサ部３０Ａは、絶縁層２３ｅ、第１固体電解質体２ａ、絶縁層２３ｄ、第３固体電解質体６ａ、絶縁層２３ｃ、第２固体電解質体４ａ、及び絶縁層２３ｂ，２３ａをこの順に積層した構造を有する。図２に示されるように、第１固体電解質体２ａと第３固体電解質体６ａとの層間に第１測定室Ｓ１が形成される。また、第１測定室Ｓ１の左端（入口）に配置された第１拡散抵抗体８ａを介して外部から排気ガスが導入される。なお、第１拡散抵抗体８ａの外側には多孔質からなる保護層９が配置されている。
第１測定室Ｓ１のうち入口と反対端には第２拡散抵抗体８ｂが配置される。また、図２において、第１測定室Ｓ１の右側には、第２拡散抵抗体８ｂを介して第１測定室Ｓ１と連通する第２測定室Ｓ２が形成されている。第２測定室Ｓ２は、第３固体電解質体６ａを貫通して第１固体電解質体２ａと第２固体電解質体４ａとの層間に形成されている。
絶縁層２３ｂ，２３ａの間にはマルチガスセンサ素子部１００Ａの長手方向に沿って延びる長尺状の発熱抵抗体２１が埋設されている。発熱抵抗体２１は、軸線方向（長手方向）の先端側に発熱部が設けられると共に、その発熱部から軸線方向の後端側に向かって一対のリード部が設けられている。発熱抵抗体２１及び絶縁層２３ｂ，２３ａがヒータに相当する。このヒータはガスセンサを活性温度に昇温し、固体電解質体の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。
各絶縁層２３ａ～２３ｅはアルミナを主体とし、第１拡散抵抗体８ａ及び第２拡散抵抗体８ｂはアルミナ等の多孔質物質からなる。また、発熱抵抗体２１は白金等からなる。発熱抵抗体２１の発熱部は、例えば蛇行パターン状に形成されてもよい。
第１ポンピングセル２は、第１測定室Ｓ１に導入される排気ガス（被測定ガス）中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行うものである。第１ポンピングセル２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第１固体電解質体２ａと、これを挟持するように配置された内側第１ポンピング電極２ｂ及び対極となる外側第１ポンピング電極２ｃとを備える。内側第１ポンピング電極２ｂは、第１測定室Ｓ１に面している。内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃは何れも白金を主体とし、内側第１ポンピング電極２ｂの表面は多孔質体からなる保護層１１で覆われている。
また、外側第１ポンピング電極２ｃの上面に相当する絶縁層２３ｅはくり抜かれており、そのくり抜かれた箇所に多孔質体１３が充填されている。そのような多孔質体１３により、外側第１ポンピング電極２ｃと外部とを連通させてガス（酸素）の出入りを可能としている。
なお、第１ポンピングセル（酸素検出部の一例）２を流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１に基づいて、排気ガス（被測定ガス）中の酸素濃度を把握することができる。後述するように、第１ポンピング電流Ｉｐ１に基づいて求められた排気ガス中の酸素濃度は、排気ガス中のアンモニア濃度の検出に利用される。
酸素濃度検出セル６は、ジルコニアを主体とする第３固体電解質体６ａと、これを挟持するように配置された検知電極６ｂ及び基準電極６ｃとを備えている。検知電極６ｂは内側第１ポンピング電極２ｂより下流側で第１測定室Ｓ１に面している。検知電極６ｂ及び基準電極６ｃは何れも白金を主体としている。
なお、絶縁層２３ｃは、第３固体電解質体６ａに接する基準電極６ｃが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜かれた部分（切り抜き部）には多孔質体が充填されて基準酸素室１５が形成されている。そして、酸素濃度検出セル６にＩｃｐ供給回路５４を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
第２ポンピングセル４は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質体４ａと、第２固体電解質体４ａのうち第２測定室Ｓ２に面した表面に配置された内側第２ポンピング電極４ｂ及び対極となる第２ポンピング対電極４ｃとを備えている。内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃは何れも白金を主体としている。なお、第２ポンピング対電極４ｃは、第２固体電解質体４ａ上における絶縁層２３ｃの切り抜き部に配置され、基準電極６ｃに対向しつつ、基準酸素室１５に面している。
また、図２に示されるように、内側第１ポンピング電極２ｂ、検知電極６ｂ、内側第２ポンピング電極４ｂはそれぞれ基準電位に接続されている。なお、ＮＯｘセンサ部３０Ａのうち、発熱抵抗体２１、及び絶縁層２３ｂ，２３ａを除く部位（例えば、第１ポンピングセル２、酸素濃度検出セル６、第２ポンピングセル４等）がＮＯｘ検知部を構成している。
次に、アンモニアセンサ部４２について説明する。アンモニアセンサ部４２は、混成電位方式の２つのアンモニアセンサ部（第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙ）を備えている。図３は、アンモニアセンサ部４２の構成を示す断面図である。図３に示されるように、マルチガスセンサ素子部１００Ａは、アンモニアセンサ部として、それぞれ幅方向に離間する第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙを有している。なお、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、それぞれ混成電位セルを備えている。
第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面（下面）をなす絶縁層２３ａ上に形成されている。第１アンモニアセンサ部４２ｘは、絶縁層２３ａ上に第１基準電極４２ａｘが形成され、その第１基準電極４２ａｘの上面及び側面を覆う形で第１固体電解質体４２ｄｘが形成されている。そして更に、第１固体電解質体４２ｄｘの表面に第１検知電極４２ｂｘが形成されている。このような第１基準電極４２ａｘ及び第１検知電極４２ｂｘの間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するように構成されている。また同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙは、絶縁層２３ａ上に第２基準電極４２ａｙが形成され、その第２基準電極４２ａｙの上面及び側面を覆う形で第２固体電解質体４２ｄｙが形成されている。そして更に、第２固体電解質体４２ｄｙの表面に第２検知電極４２ｂｙが形成されている。このような第２基準電極４２ａｙ及び第２検知電極４２ｂｙの間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するように構成されている。
本実施形態では、ヒータ（発熱抵抗体２１、絶縁層２３ｂ、及び絶縁層２３ａ）を積層方向において挟むように、ＮＯｘ検知部と、アンモニアセンサ部４２（第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙ）とが配置されるので、ＮＯｘ検知部と、両アンモニアセンサ部４２ｘ，４２ｙとが何れもヒータに隣接することとなる（ヒータから略同一距離となる）。その結果、両アンモニアセンサ部４２ｘ，４２ｙの温度制御をより正確に行うことができる。
第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、多孔質からなる保護層２３ｇによって一体的に覆われている。保護層２３ｇは、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙへの被毒物質の付着を防止すると共に、外部から第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙに流入する被測定ガスの拡散速度を調整するものである。保護層２３ｇを形成する材料としては、アルミナ（酸化アルミニウム）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、シリカアルミナ及びムライトの群から選ばれる少なくとも１種の材料を例示できる。保護層２３ｇによる被測定ガスの拡散速度は、保護層２３ｇの厚さ、粒径、粒度分布、気孔率、配合比率等の諸条件を適宜、設定することで調整される。
なお、他の実施形態では、保護層２３ｇを設けることなく第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙ等を露出させても良いし、第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙとにそれぞれ個別に保護層を設けてもよい。
第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙは、Ａｕを主成分（例えば７０質量％以上）として含有する材料から形成できる。第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙは、Ｐｔ単体、又はＰｔを主成分（例えば７０質量％以上）として含有する材料から形成できる。第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙは、アンモニアガスが電極表面では燃焼し難い電極である。アンモニアは、検知電極４２ｂｘ（４２ｂｙ）を通って検知電極４２ｂｘ（４２ｂｙ）と基準電極４２ａｘ（４２ａｙ）との界面で酸素イオンと反応（電極反応）し、アンモニアの濃度を検出する。なお、アンモニア濃度の具体的な検出処理の内容は、後述する。
なお、本実施形態では、酸素濃度検出セル６のインピーダンスが測定されており、そのインピーダンスをもとに、ヒータ（発熱抵抗体２１）が加熱されている。そのため、酸素濃度検出セル６の近傍において、マルチガスセンサ素子部１００Ａの温度が最も安定した値（温度推定可能な値）に保たれる。したがって、第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙとが酸素濃度検出セル６の近傍に配置されることで、両アンモニアセンサ部４２ｘ，４２ｙの温度が安定した値に保たれる。
次いで、図２に戻り、ガスセンサ制御装置３００の構成の一例について説明する。ガスセンサ制御装置３００は、回路基板上に（アナログ）制御回路５９とマイクロコンピュータ（センサコントロールユニット、ＳＣＵ）６０とを備えている。マイクロコンピュータ６０は、ガスセンサ制御装置３００全体を制御するものであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、信号入出力部６４、Ａ／Ｄコンバータ６５、及び図示されないクロック等を備えている。マイクロコンピュータ６０において、ＲＯＭ６３等に予め格納されたプログラムがＣＰＵ６１により実行される。
制御回路５９は、基準電圧比較回路５１、Ｉｐ１ドライブ回路５２、Ｖｓ検出回路５３、Ｉｃｐ供給回路５４、Ｉｐ２検出回路５５、Ｖｐ２印加回路５６、ヒータ駆動回路５７、第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂを備える。
制御回路５９は、ＮＯｘセンサ部３０Ａを制御し、ＮＯｘセンサ部３０Ａに流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂは、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの各電極間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
ＮＯｘセンサ部３０Ａの外側第１ポンピング電極２ｃは、Ｉｐ１ドライブ回路５２に接続され、基準電極６ｃはＶｓ検出回路５３及びＩｃｐ供給回路５４に並列に接続されている。また、第２ポンピング対電極４ｃは、Ｉｐ２検出回路５５及びＶｐ２印加回路５６に並列に接続されている。ヒータ駆動回路５７は、ヒータ（具体的には発熱抵抗体２１）に接続されている。
また、第１アンモニアセンサ部４２ｘの一対の電極４２ａｘ，４２ｂｘがそれぞれ第１起電力検出回路５８ａに接続されている。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙの一対の電極４２ａｙ，４２ｂｙがそれぞれ第２起電力検出回路５８ｂに接続されている。
各回路５１～５７は、以下のような機能を有する。Ｉｐ１ドライブ回路５２は、内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃの間に第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給しつつ、その際の第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出する。Ｖｓ検出回路５３は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間の電圧Ｖｓを検出し、検出結果を基準電圧比較回路５１に出力する。
基準電圧比較回路５１は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）とＶｓ検出回路５３の出力（電圧Ｖｓ）とを比較し、比較結果をＩｐ１ドライブ回路５２に出力する。そして、Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電圧Ｖｓが上記基準電圧に等しくなるようにＩｐ１電流の流れる向き及び大きさを制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度の所定値に調整する。
Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、基準電極６ｃを基準となる所定の酸素濃度に晒させる。
Ｖｐ２印加回路５６は、内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃの間に、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。
Ｉｐ２検出回路５５は、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から第２固体電解質体４ａを介して第２ポンピング対電極４ｃ側に汲み出される際に、第２ポンピングセル４に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、検出した第１ポンピング電流Ｉｐ１の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。また、Ｉｐ２検出回路５５は、検出した第２ポンピング電流Ｉｐ２の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。Ａ／Ｄコンバータ６５は、これらの値をデジタル変換し、信号入出力部６４を介してＣＰＵ６１に出力する。
次に、ガスセンサ制御装置３００が備える制御回路５９を用いた制御の一例について説明する。まず、エンジンが始動されて外部電源から電力の供給を受けると、ヒータ駆動回路５７を介してヒータが作動し、第１ポンピングセル２、酸素濃度検出セル６、第２ポンピングセル４が活性化温度まで加熱される。また、Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。また、ヒータによってＮＯｘセンサ部３０Ａが適温まで加熱されると、それに伴ってＮＯｘセンサ部３０Ａ上の第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙも所望の温度に昇温される。
そして、各セルが活性化温度まで加熱されると、第１ポンピングセル２は、第１測定室Ｓ１に流入した排気ガス中の酸素を、内側第１ポンピング電極２ｂから外側第１ポンピング電極２ｃへ向かって汲み出す。このとき、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル６の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｓに対応したものとなるため、この電極間電圧Ｖｓが上記基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）になるように、Ｉｐ１ドライブ回路５２が第１ポンピングセル２に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に調整する。なお、Ｉｐ１ドライブ回路５２により検出された第１ポンピング電流Ｉｐ１に基づいて、第１測定室Ｓ１に流入した排気ガス中の酸素濃度が求められ、その酸素濃度が、後述するアンモニアの濃度の検出に利用される。
酸素濃度が調整された被測定ガスは第２測定室Ｓ２に向かって更に流れる。そして、Ｖｐ２印加回路５６は、第２ポンピングセル４の電極間電圧（端子間電圧）として、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（酸素濃度検出セル６の制御電圧の値より高い電圧、例えば、４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。そして、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から汲み出されるように、第２ポンピングセル４に第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。この際、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出することにより、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
第１起電力検出回路５８ａが一対の電極４２ａｘ，４２ｂｘ間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出することにより、後述するように被測定ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。また、第２起電力検出回路５８ｂが一対の電極４２ａｙ，４２ｂｙ間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出することにより、被測定ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。
次に、ガスセンサ制御装置３００のマイクロコンピュータ（ＳＣＵ）６０による、各種ガス濃度（特に、アンモニア濃度）の算出処理を説明する。
なお、アンモニアセンサ部４２は、アンモニアだけでなく、ＮＯ２をも検出してしまうため、被測定ガス中にアンモニア以外のＮＯ２ガスが含まれているとアンモニアの検出精度が低下する虞がある。そのため、アンモニアセンサ部４２として、アンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比がそれぞれ異なるアンモニアセンサ部４２を２つ利用することで、アンモニアガスとＮＯ２の各濃度が算出されている。
例えば、アンモニアセンサ部４２のセンサ出力は、ｘ：アンモニア濃度、ｙ：ＮＯ２ガス濃度、Ｄ：Ｏ２濃度に対し、Ｆ（ｘ、ｙ、Ｄ）で表される。そして、感度比が異なる２つのＮＯ２センサ部を用いると、Ｆ１（ｍｘ、ｎｙ、Ｄ）、Ｆ２（ｓｘ、ｔｙ、Ｄ）（ｍ、ｎ、ｓ、ｔは係数）の２つの式が得られる。Ｆ１、Ｆ２、Ｄはセンサ出力から得られるので、２つの式から２つの未知数（ｘ、ｙ）を解けばよいことになる。
本明細書では、アンモニアセンサ部４２によるアンモニアの検出、及びアンモニア濃度の算出について詳細に説明する。なお、アンモニアセンサ部４２によるＮＯ２の検出、及びＮＯ２の濃度の算出処理の詳細は省略する。
第１アンモニアセンサ部（アンモニア検出部の一例）４２ｘの第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間には、排気ガス（被測定ガス）に含まれるアンモニアの濃度に応じて起電力が発生する。第１起電力検出回路５８ａは、第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間の起電力を第１アンモニア起電力ＥＭＦ１として検出する。
同様に、第２アンモニアセンサ部（アンモニア検出部の一例）４２ｙの第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間にも、被測定ガス中のアンモニアの濃度に応じて起電力が発生する。そして、第２起電力検出回路５８ｂは、第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間の起電力を第２アンモニア起電力ＥＭＦ２として検出する。
マイクロコンピュータ６０のＲＯＭ６３には、例えば、以下に示される各種のデータ（関係式等）が格納されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３から各種データを読み込み、第１ポンピング電流Ｉｐ１の値、第２ポンピング電流Ｉｐ２の値、第１アンモニア起電力ＥＭＦ１及び第２アンモニア起電力ＥＭＦ２から種々の演算処理を行う。
ＲＯＭ６３には、「第１アンモニア起電力＆Ｏ２濃度出力－アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力＆Ｏ２濃度出力－アンモニア濃度出力関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１－Ｏ２濃度出力関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２－ＮＯｘ濃度出力関係式」等が格納されている。
「第１アンモニア起電力＆Ｏ２濃度出力－アンモニア濃度出力関係式」は、第１アンモニアセンサ部４２ｘから出力された第１アンモニア起電力ＥＭＦ１と、後述する「第１ポンピング電流Ｉｐ１－Ｏ２濃度出力関係式」から導出されたＯ２濃度出力と、被測定ガスの圧力の影響が低減されていない（考慮されていない）被測定ガスのアンモニア濃度に係るアンモニア濃度出力（第１アンモニア濃度）との関係を表す式である。
「第２アンモニア起電力＆Ｏ２濃度出力－アンモニア濃度出力関係式」は、第２アンモニアセンサ部４２ｙから出力された第２アンモニア起電力ＥＭＦ２と、後述する「第１ポンピング電流Ｉｐ１－Ｏ２濃度出力関係式」から導出されたＯ２濃度出力と、被測定ガスの圧力の影響が低減されていない（考慮されていない）被測定ガスのアンモニア濃度に係るアンモニア濃度出力（第１アンモニア濃度）との関係を表す式である。
「第１ポンピング電流Ｉｐ１－Ｏ２濃度出力関係式」は、第１ポンピング電流Ｉｐ１と、被測定ガスのＯ２濃度との関係を表す式である。
「第２ポンピング電流Ｉｐ２－ＮＯｘ濃度出力関係式」は、第２ポンピング電流Ｉｐ２と、被測定ガスのＮＯｘ濃度との関係を表す式である。
なお、各種データは、上述のように所定の関係式として設定されていてもよいし、センサの出力から各種ガス濃度を算出するものであればよく、例えばテーブルとして設定されていてもよい。その他にも、予めガス濃度が既知のガスモデルを用いて得られた値（関係式やテーブルなど）とされていてもよい。
次に、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ（制御部の一例）６１において実行される、アンモニア濃度（第２アンモニア濃度の一例）を検出するアンモニア濃度検出処理について説明する。ここでは、第１アンモニアセンサ部４２ｘにより検出された第１アンモニア起電力ＥＭＦ１、第１ポンピング電流Ｉｐ１等を利用して、被測定ガス中のアンモニア濃度を検出する処理について説明する。
図４は、アンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャートである。先ず、マルチガスセンサ装置４００（図２参照）において、第１アンモニアセンサ部４２ｘから出力された第１アンモニア起電力ＥＭＦ１（第１検出結果の一例）が、第１起電力検出回路５８ａを介して検出され、その第１アンモニア起電力ＥＭＦ１に関する情報が、ガスセンサ制御装置３００のマイクロコンピュータ６０によって受信される（第１受信処理、図４のＳＴＥＰ１）。
その一方で、第１ポンピングセル２から出力された第１ポンピング電流Ｉｐ１（第２検出結果の一例）が、Ｉｐ１ドライブ回路５２を介して検出され、その第１ポンピング電流Ｉｐ１に関する情報が、マイクロコンピュータ６０によって受信される（第２受信処理、図４のＳＴＥＰ１）。なお、第１ポンピング電流Ｉｐ１としては、第１アンモニア起電力の検出と同じタイミング（同時刻）で検出されたもの等が利用される。
マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１に、第１ポンピング電流Ｉｐ１に関する情報が入力されると、ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３から「第１ポンピング電流Ｉｐ１－Ｏ２濃度出力関係式」を呼び出し、その関係式を利用して、第１ポンピング電流Ｉｐを、第１酸素濃度Ｙ（第２検出結果の一例）に変換する（出力変換処理、図４のＳＴＥＰ２）。
次いで、ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３から「第１アンモニア起電力＆Ｏ２濃度出力－アンモニア濃度出力関係式」を呼び出し、その関係式と、第１アンモニア起電力ＥＭＦ１と、第１酸素濃度Ｙとを利用して、被測定ガスの圧力の影響が低減されていない（考慮されていない）、暫定的なアンモニア濃度である第１アンモニア濃度を算出する（第１濃度算出処理、図４のＳＴＥＰ３）。
そして、ＣＰＵ６１は、外部機器であるＥＣＵ２２０より、排気ガス（被測定ガス）の圧力情報を取得する（圧力情報取得処理、図４のＳＴＥＰ４）。ここで、図５を参照しつつ、被測定ガスの圧力を検出する圧力センサ５００等について説明する。図５は、被測定ガスの圧力を検出する圧力センサ５００の設置箇所を示す説明図である。図５には、ディーゼルエンジン（内燃機関）５０１の排気管５０２の途中に、酸化触媒５０３、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）５０４、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒５０５が上流側から順に設けられている。圧力センサ５００は、ＤＰＦ５０４とＳＣＲ触媒５０５との間にある排気管５０２に設置され、その排気管５０２内を流れる排気ガス（被測定ガス）の圧力を検出する。なお、マルチガスセンサ装置４００のマルチガスセンサ２００Ａは、ＳＣＲ触媒５０５に隣接する下流側の排気管５０２に設置されている。
圧力センサ５００が検出した圧力（測定値）は、ＥＣＵ２２０が備える記憶装置（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のＲＯＭ）に格納されている。ガスセンサ制御装置３００（マイクロコンピュータ６０）のＣＰＵ６１は、そのようなＥＣＵ２２０から、圧力センサ５００の検出した圧力に関する情報を取得する処理を実行する。なお、マイクロコンピュータ６０が取得する被測定ガスの圧力情報は、絶対圧（１０１．３２５＋Ｐ）（Ｐは、圧力センサ５００の測定値）である。圧力センサ５００の圧力情報としては、第１アンモニア起電力ＥＭＦ１の検出と同じタイミング（同時刻）で検出されたもの又は所定時間後に検出されたもの等が利用される。
次いで、図４に示されるように、ＣＰＵ６１において、被測定ガスの圧力の影響を低減する目的で、第１アンモニア濃度を補正するための補正係数Ｚ’を算出する処理が実行される（補正係数算出処理、図４のＳＴＥＰ５）。ここでは、先ず、第１酸素濃度Ｙが圧力補正されて、第２酸素濃度Ｙ’が取得される。具体的には、例えば、以下に示される関係式（１）と、第１酸素濃度Ｙとに基づいて第２酸素濃度Ｙ’が算出される。
［関係式（１）］
Ｙ’＝Ｙ＊（１０１．３２５＋Ｐ＋ｋ）／（１０１．３２５＋Ｐ）＊１０１．３２５／（１０１．３２５＋ｋ）
（上記式中のＰは、被測定ガスの測定値であり、ｋは、圧力補正係数である。）
続いて、第２酸素濃度Ｙ’と、以下に示される関係式（２）とに基づいて、仮補正係数Ｚが算出される。
［関係式（２）］
Ｚ＝ａ＊Ｙ’＾２＋ｂ＊Ｙ’＋ｃ
（上記式中のａ、ｂ、ｃはそれぞれ係数である。）
そして、仮補正係数Ｚが圧力補正されると、第１アンモニア濃度を補正するための補正係数Ｚ’が得られる。具体的には、例えば、以下に示される関係式（３）と、仮補正係数Ｚとに基づいて、第１アンモニア濃度を補正するための補正係数Ｚ’が得られる。
［関係式（３）］
Ｚ’＝Ｚ＊（（１０１．３２５＋Ｐ＋ｋ’）／（１０１．３２５＋Ｐ）＊１０１．３２５／（１０１．３２５＋ｋ’））＊（ａ＊ｌｎ（Ｙ’）＋ｂ）
（上記式中のＰは、被測定ガスの測定値であり、ｋ’は、圧力補正係数であり、ａ、ｂはそれぞれ係数である。）
次いで、図４のＳＴＥＰ６に示されるように、ＣＰＵ６１において、被測定ガスの圧力情報に基づく補正係数Ｚ’を利用して、第１アンモニア濃度を補正して、被測定ガスの第２アンモニア濃度を取得する処理が実行される（圧力補正処理）。ここでは、第１アンモニア濃度に、補正係数Ｚ’を掛ける（乗じる）ことで、被測定ガスの圧力の影響が低減された第２アンモニア濃度が得られる。このようにして、被測定ガスの圧力の影響が低減された第２アンモニア濃度が、簡易に得られる。
なお、本実施形態の場合、第１ポンピングセル２は、図２に示されるように、第１測定室Ｓ１に、多孔質からなる保護層９と第１拡散抵抗体８ａとを介して、外部（排気管内）から導入された被測定ガス（排気ガス）中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行うものである。そのため、第１ポンピングセル２から出力された第１ポンピング電流Ｉｐ１は、被測定ガスの圧力の影響を受けている。そのため、本実施形態では、図４のＳＴＥＰ７に示されるように、そのような酸素に対する圧力の影響を低減するために、例えば、上述した被測定ガスの圧力情報に基づいて、第２アンモニア濃度を補正する処理が実行される（酸素圧力補正処理）。そして、この処理の結果、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響が低減された、被測定ガスの第３アンモニア濃度が取得される。
以上のようにして、第１アンモニアセンサ部４２ｘにより検出された第１アンモニア起電力ＥＭＦ１（第１検出結果の一例）、第１ポンピング電流Ｉｐ１（第２検出結果の一例）、被測定ガスの圧力情報等を利用して、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響が低減されたアンモニア濃度（第２アンモニア濃度、第３アンモニア濃度）が得られる。なお、第３アンモニア濃度は、アンモニアのみならず、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響も低減されている。
また、第２アンモニアセンサ部４２ｙでも、同様に、第２アンモニア起電力ＥＭＦ２（第１検出結果の一例）、第１ポンピング電流Ｉｐ１（第２検出結果の一例）、被測定ガスの圧力情報等を利用して、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響が低減されたアンモニア濃度（第２アンモニア濃度）、並びにアンモニア及び酸素の双方に対する被測定ガスの圧力の影響が低減されたアンモニア濃度（第３アンモニア濃度）が得られる。
なお、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び、第２アンモニアセンサ部４２ｙから得られた各第３アンモニア濃度等を用いて、ＮＯ２ガス濃度等が求められる。
このように、本実施形態のマルチガスセンサ装置４００（ガスセンサ制御装置３００）によれば、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響を低減することで、アンモニア濃度の測定精度を向上させることができる。特に、本実施形態の場合、酸素に対する測定ガスの圧力の影響も低減することで、アンモニア濃度の測定精度を更に向上させることができる。
［アンモニア検出試験１］
実施形態１のマルチガスセンサ装置４００を利用して、以下に示されるアンモニア検出試験を行った。所定の排気管を用意し、その排気管の途中にマルチガスセンサ装置４００を設置した。そして、その排気管に、一定濃度のアンモニアを含む被測定ガス（エア）を供給した状態で、被測定ガスの圧力条件を変更し、各圧力条件におけるアンモニア濃度を、マルチガスセンサ装置４００により検出した。ここでは、試験のために、上述した圧力補正処理と、酸素補正処理とが行われていないアンモニア濃度（第１アンモニア濃度）と上述した圧力補正処理と、酸素補正処理とが行われたアンモニア濃度（第２アンモニア濃度）が、マルチガスセンサ装置４００によって検出されるように設定されている。
図６は、被測定ガスの圧力と、被測定ガスの圧力の影響を受けたアンモニア濃度との関係を示すグラフである。図６の横軸は、圧力（ｋＰａ）を表し、縦軸は、アンモニア濃度（ｐｐｍ）を表す。図６に示されるように、上述した圧力補正処理と、酸素補正処理とが行われていないアンモニア濃度（第１アンモニア濃度）は被測定ガスの圧力が大きくなるほど、本来の値（設定値）よりも、小さな値で、アンモニア濃度が検出されてしまうことが確認された。
［酸素濃度検出試験］
次いで、実施形態１のマルチガスセンサ装置４００を利用して、以下に示される酸素濃度検出試験を行った。上記アンモニア検出試験１と同様の排気管を用意し、その排気管の途中にマルチガスセンサ装置４００を設置した。そして、その排気管に、一定濃度の酸素を含む被測定ガス（エア）を供給した状態で、被測定ガスの圧力条件を変更し、各圧力条件における酸素濃度を、マルチガスセンサ装置４００より検出した。ここでは、試験のために、第１ポンピング電流Ｉｐ１を出力変換処理して得られる酸素濃度（第１酸素濃度Ｙ）及び第１酸素濃度Ｙが圧力補正された、第２酸素濃度Ｙ’が、検出されるように設定されている。
図７は、被測定ガスの圧力と、被測定ガスの圧力の影響を受けた酸素濃度との関係を示すグラフである。図７の横軸は、圧力（ｋＰａ）を表し、縦軸は、酸素濃度（ｐｐｍ）を表す。図７に示されるように、被測定ガスの圧力が大きくなるほど、圧力補正されていない第１酸素濃度Ｙは本来の値（設定値）よりも、大きな値で、酸素濃度が検出されてしまうことが確認された。
［アンモニア検出試験２］
実施形態１のマルチガスセンサ装置４００を利用して、以下に示されるアンモニア検出試験を行った。所定の排気管を用意し、その排気管の途中にマルチガスセンサ装置４００を設置した。そして、その排気管に、一定濃度のアンモニアを含む被測定ガス（エア）を供給した状態で、被測定ガスの圧力条件を変更し、各圧力条件におけるアンモニア濃度を、マルチガスセンサ装置４００により検出した。ここでは、試験のために、上述した圧力補正処理のみが行われ、酸素補正処理は行われていないアンモニア濃度（第２アンモニア濃度）と上述した圧力補正処理と、酸素補正処理とが行われたアンモニア濃度（第３アンモニア濃度）が、マルチガスセンサ装置４００によって検出されるように設定されている。なお、被被測定ガスの圧力情報としては、上述した被測定ガスの各圧力条件を利用した。
図８は、被測定ガスの圧力と、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響のみ低減されたアンモニア濃度との関係を示すグラフである。図８の横軸は、圧力（ｋＰａ）を表し、縦軸は、アンモニア濃度（ｐｐｍ）を表す。圧力補正処理のみが行われ、酸素補正処理は行われていない第２アンモニア濃度は酸素に対する被測定ガスの圧力の影響により、本来の値（設定値）との間に、数ｐｐｍ程度の誤差が見られた。
＜実施形態２＞
次いで、図９及び図１０を参照しつつ、本発明の実施形態２について説明する。本実施形態では、自動車の内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）に備えられて、内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御システム６００について説明する。図９は、実施形態２に係る内燃機関制御システム６００の概略構成を示す説明図である。内燃機関制御システム６００は、内燃機関からの排気ガス（被測定ガス）中のＮＯｘ及びアンモニアを検出するセンサとして、マルチガスセンサ装置４００を備えている。また、内燃機関制御システム６００は、マルチガスセンサ装置４００以外に、内燃機関制御装置としてのＥＣＵ２２１と、排気ガスの圧力を検出する圧力センサ５００とを備えている。
マルチガスセンサ装置４００の基本的な構成は、上述した実施形態１と同様である。ただし、本実施形態では、マルチガスセンサ装置４００が備えるガスセンサ制御装置３００おいて、排気ガス中のアンモニア濃度を検出する処理は行われず、その処理は、内燃機関制御システム６００が備えるＥＣＵ（内燃機関制御装置）２２１において行われる。ＥＣＵ２２１は、ＣＰＵ（制御部の一例）２２２、ＲＯＭ２２３、ＲＡＭ２２４、信号入出力部２２５、Ａ／Ｄコンバータ２２６、クロック等を備えている。本実施形態の場合、ＥＣＵ２２１のＲＯＭ２２３に、アンモニア濃度の検出等に必要な各種のデータ、プログラム等が格納されており、ＣＰＵ２２２において各種処理が実行される。
また、ＥＣＵ２２１は、マルチガスセンサ装置４００のガスセンサ制御装置３００と電気的に接続されている。ＥＣＵ２２１は、マルチガスセンサ装置４００のアンモニアセンサ部４２（第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙ）により検出された第１アンモニア起電力ＥＭＦ１、第２アンモニア起電力ＥＭＦ２や、第１ポンピングセル２により検出された第１ポンピング電流Ｉｐ１等のアンモニア濃度検出処理に必要な各種情報を、マイクロコンピュータ（ＳＣＵ）６０より、適宜、取得する（受信する）。
なお、圧力センサ５００は、実施形態１と同様、ＤＰＦ５０４とＳＣＲ触媒５０５との間にある排気管５０２に設置されている（図５参照）。圧力センサ５００の検出結果は、ＥＣＵ２２１のＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）２２３に格納される。そして、ＥＣＵ２２１のＣＰＵ２２２が、必要に応じて、ＲＯＭ２２３から被測定ガスの圧力情報を呼び出す。このように、ＥＣＵ２２１は、外部機器である圧力センサ５００から、被測定ガスの圧力情報（検出結果）を取得する。
ここでは、マルチガスセンサ装置４００の第１アンモニアセンサ部４２ｘにより、第１アンモニア起電力ＥＭＦ１、第１ポンピング電流Ｉｐ１等を利用して、被測定ガス中のアンモニア濃度を検出する処理について説明する。
図１０は、ＥＣＵ２２１におけるアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャートである。図１０のＳＴＥＰ１１～ＳＴＥＰ１３に示されるように、ＥＣＵ２２１のＣＰＵ２２２で、各処理が実行されること以外は、上述した実施形態１と同様の各処理が実行されて、第１アンモニア濃度が得られる。
そして、図１０のＳＴＥＰ１４において、ＣＰＵ２２２が、ＲＯＭ２２３に格納されている、圧力センサ５００により検出された排気ガス（被測定ガス）の圧力情報を呼び出すことで、排気ガスの圧力情報（絶対圧）の取得が行われる。
また、図１０のＳＴＥＰ１５～ＳＴＥＰ１７に示されるように、ＥＣＵ２２１のＣＰＵ２２２で、各処理が実行されること以外は、上述した実施形態１と同様の各処理が実行されて、最終的に、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響と、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響とがそれぞれ低減された、第３アンモニア濃度が得られる。
以上のように、ＥＣＵ２２１において、実施形態１と同様のアンモニア濃度検出処理が行われてもよい。
＜実施形態３＞
次いで、図１１等を参照しつつ、本発明の実施形態３について説明する。本実施形態は、実施形態１と同様、マルチガスセンサ装置のマイクロコンピュータ（ＳＣＵ）において、被測定ガス中のアンモニア濃度の検出処理を行うものである。ただし、本実施形態のアンモニア濃度検出処理では、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響を低減するために、圧力補正処理は行うものの、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響を考慮した酸素圧力補正は行わない。
図１１は、実施形態３に係るアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャートである。図１１のＳＴＥＰ２１～ＳＴＥＰ２４に示されるように、マイクロコンピュータ（ＳＣＵ）のＣＰＵにおいて、実施形態１のＳＴＥＰ１～ＳＴＥＰ４（図４参照）と同様の各処理が実行される。
また、図１１のＳＴＥＰ２５に示されるように、本実施形態の場合も、実施形態１のＳＴＥＰ５と同様、補正係数Ｚ’の算出が行われる。ただし、本実施形態の場合、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響は考慮しないため、仮補正係数Ｚの算出のための、上記関係式（１）を利用した第１酸素濃度Ｙの圧力補正は行わない。そのため、仮補正係数Ｚを算出するための上記関係式（２）における「（第２酸素濃度）Ｙ’」は、「（第１酸素濃度）Ｙ」に置き換えられる。また、補正係数Ｚ’を算出するための上記関係式（３）における「（第２酸素濃度）Ｙ’」も、「（第１酸素濃度）Ｙ」に置き換えられる。
そして、図１１のＳＴＥＰ２６に示されるように、実施形態１のＳＴＥＰ６と同様、補正係数Ｚ’を用いた第１アンモニア濃度の補正が行われ、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響が低減された第２アンモニア濃度が得られる。
以上のように、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響を考慮する必要がない場合は、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響の低減を目的とする圧力補正処理（ＳＴＥＰ２６）のみを行ってもよい。
本実施形態のマルチガスセンサ装置の第１ポンピングセルは、実施形態１と同様、第１測定室に、多孔質からなる保護層と第１拡散抵抗体とを介して、外部（排気管内）から導入された被測定ガス（排気ガス）中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行うものである。これに対し、例えば、他の実施形態において、第１測定室が第１拡散抵抗体等を介さずに、外部と直接、連通している場合等は、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響を考慮する必要がない。そのため、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響を低減するための酸素圧力補正処理は、必要に応じて行えばよい。
＜実施形態４＞
次いで、図１２等を参照しつつ、本発明の実施形態４について説明する。本実施形態は、実施形態２と同様、ＥＣＵ（内燃機関制御装置）において、排気ガス中のアンモニア濃度の検出処理が行われる。また、本実施形態のアンモニア濃度検出処理では、実施形態３と同様、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響の低減を目的とする圧力補正処理のみが行われる。
図１２は、実施形態４に係るアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャートである。図１２のＳＴＥＰ３１～ＳＴＥＰ３３に示されるように、ＥＣＵのＣＰＵで、各処理が実行されること以外は、上述した実施形態３と同様の各処理が実行されて、第１アンモニア濃度が得られる。
そして、図１２のＳＴＥＰ３４において、ＥＣＵのＣＰＵが、ＥＣＵのＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）に格納されている、圧力センサにより検出された排気ガス（被測定ガス）の圧力情報を呼び出すことで、排気ガスの圧力情報（絶対圧）の取得が行われる（図１０、実施形態２のＳＴＥＰ１４と同様）。
また、図１２のＳＴＥＰ３５、ＳＴＥＰ３６に示されるように、ＥＣＵのＣＰＵで、各処理が実行されること以外は、上述した実施形態３と同様の各処理が実行されて、最終的に、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響が低減された、第２アンモニア濃度が得られる。
以上のように、ＥＣＵ（内燃機関制御装置）において、実施形態４と同様のアンモニア濃度検出処理が行われてもよい。
＜実施形態５＞
次いで、図１３等を参照しつつ、本発明の実施形態５について説明する。本実施形態は、実施形態１と同様、マルチガスセンサ装置のマイクロコンピュータ（ＳＣＵ）において、被測定ガス中のアンモニア濃度の検出処理を行うものである。ただし、本実施形態のアンモニア濃度検出処理では、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響の低減と、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響の低減とを、一度にまとめて行う同時補正処理が行われる。
図１３は、実施形態５に係るアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャートである。図１３のＳＴＥＰ４１～ＳＴＥＰ４４に示されるように、マイクロコンピュータ（ＳＣＵ）のＣＰＵにおいて、実施形態１のＳＴＥＰ１～ＳＴＥＰ４（図４参照）と同様の各処理が実行される。
そして、本実施形態では、実施形態１のＳＴＥＰ５～ＳＴＥＰ７（図４、圧力補正処理、酸素圧力処理等）に代えて、図１３のＳＴＥＰ４５において、同時補正処理が行われる。この同時補正処理では、ＳＴＥＰ４４で取得された排気ガス（被測定ガス）の圧力情報（絶対圧）に基づいて、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響の低減と、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響の低減とを目的とする同時補正係数αが求められる。
同時補正係数αは、例えば、上述したアンモニア検出試験１、アンモニア検出試験２、酸素検出試験の結果等に基づいて定められた関係式を用いて求められる。そして、その同時補正係数αを用いて、ＳＴＥＰ４３で算出された第１アンモニア濃度を補正することにより、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響と、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響とが共に低減された第４アンモニア濃度が得られる。
以上のように、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響の低減と、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響の低減とを、１つにまとめて行ってもよい。このように、第１アンモニア濃度に対する補正処理を、１つにまとめることで、ＣＰＵにおける処理の負荷を抑えることができる。
＜実施形態６＞
次いで、図１４等を参照しつつ、本発明の実施形態６について説明する。本実施形態は、実施形態２と同様、ＥＣＵ（内燃機関制御装置）において、排気ガス中のアンモニア濃度の検出処理が行われる。また、本実施形態のアンモニア濃度検出処理では、実施形態５と同様、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響の低減と、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響の低減とを、一度にまとめて行う同時補正処理が行われる。
図１４は、実施形態６に係るアンモニア濃度検出処理の内容を示すフローチャートである。図１４のＳＴＥＰ５１～ＳＴＥＰ５４に示されるように、ＥＣＵのＣＰＵで、実施形態２のＳＴＥＰ１１～ＳＴＥＰ１４（図１０参照）と同様の各処理が実行される。
そして、本実施形態では、図１４のＳＴＥＰ５５において、ＥＣＵのＣＰＵにおいて、実施形態５と同様の同時補正処理が行われ、アンモニアに対する被測定ガスの圧力の影響と、酸素に対する被測定ガスの圧力の影響とが共に低減された第４アンモニア濃度が得られる。
以上のように、ＥＣＵ（内燃機関制御装置）において、実施形態５と同様のアンモニア濃度検出処理が行われてもよい。
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記各実施形態では、内燃機関として、ディーゼルエンジンを例示したが、本発明のガスセンサ制御装置、ガスセンサ装置及び内燃機関制御装置は、例えば、ガソリンエンジンに適用されてもよい。
（２）上記各実施形態では、２つの混成電位方式のアンモニアセンサ部を備えるマルチガスセンサ装置を例示したが、本発明はこれに限られず、例えば、１つの混成電位方式のアンモニアセンサ部を備えるガスセンサ装置等に本発明が適用されてもよい。
（３）上記各実施形態において、圧力センサは、ＤＰＦとＳＣＲ触媒との間にある排気管に設置されたものを使用したが、本発明はこれに限られず、他の箇所に配置された圧力センサを使用してもよい。
（４）上記各実施形態では、酸素検出部とアンモニア検出部とを含むマルチガスセンサ装置（つまり、酸素検出部とアンモニア検出部とが一体化された装置）を利用したが、本発明はこれに限られず、例えば、酸素検出部とアンモニア検出部とが互いに分離独立した装置として構成されてもよい。
（５）上記各実施形態では、アンモニアに対する被測定ガスの圧力を低減するための処理（圧力補正処理）において、被測定ガスの圧力情報、関係式（１）～（３）等を用いて計算された補正係数Ｚ’を使用したが、本発明はこれに限られず、他の実施形態においては、例えば、第１アンモニア濃度と、被測定ガスの圧力との関係を、予めテーブルとして用意し、そのテーブルを利用して、圧力補正処理を行ってもよい。また、酸素圧力補正処理、同時補正処理についても同様に、予め用意したテーブルを利用して、各補正処理を行ってもよい。
２…第１ポンピングセル（酸素検出部）、４２…アンモニアセンサ部（アンモニア検出部）、４２ｘ…第１アンモニアセンサ部、４２ｙ…第２アンモニアセンサ部、６０…マイクロコンピュータ（ＳＣＵ）、６１…ＣＰＵ（制御部）、１００Ａ…マルチガスセンサ素子部、２００Ａ…マルチガスセンサ、２２０…ＥＣＵ，２２１…ＥＣＵ（内燃機関制御装置）、２２２…ＣＰＵ（制御部）、３００…ガスセンサ制御装置、４００…マルチガスセンサ装置（ガスセンサ装置）、５００…圧力センサ、６００…内燃機関制御システム、Ｌ…軸線

Claims (9)

  1. 被測定ガスに含まれるアンモニアを検出するための混成電位方式のアンモニア検出部より出力され、前記アンモニアの濃度に対応した第１検出結果を受信する第１受信処理と、
    前記被測定ガスに含まれる酸素を検出するための酸素検出部より出力され、前記酸素の濃度に対応した第２検出結果を受信する第２受信処理と、
    前記第１検出結果及び前記第２検出結果に基づいて、前記被測定ガスに含まれる第１アンモニア濃度を算出する第１濃度算出処理と、
    前記アンモニアに対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減するために、外部機器より取得される圧力情報に基づいて、前記第１アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第２アンモニア濃度を取得する圧力補正処理とを実行する制御部を備えるガスセンサ制御装置。
  2. 前記圧力補正処理は、前記圧力情報に基づく補正係数を用いて前記第１アンモニア濃度を補正することで、前記第２アンモニア濃度を取得する処理である請求項１に記載のガスセンサ制御装置。
  3. 前記制御部は、前記酸素が前記被測定ガスの圧力の影響を受ける場合、その圧力の影響を低減するために、前記被測定ガスの前記圧力情報に基づいて、前記第２アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第３アンモニア濃度を取得する酸素圧力補正処理を実行する請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
  4. 前記制御部は、前記酸素が前記被測定ガスの圧力の影響を受ける場合、前記圧力補正処理に代えて、前記アンモニアに対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減すると共に、前記酸素に対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減するために、前記被測定ガスの前記圧力情報に基づいて、第１アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第４アンモニア濃度を取得する同時補正処理を実行する請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ制御装置。
  5. 被測定ガスに含まれるアンモニアを検出するための混成電位方式のアンモニア検出部と、前記被測定ガスに含まれる酸素を検出するための酸素検出部と、請求項１から請求項４の何れか一項に記載のガスセンサ制御装置とを備えるガスセンサ装置。
  6. 内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置であって、
    前記内燃機関からの被測定ガスに含まれるアンモニアを検出するための混成電位方式のアンモニア検出部より検出され、前記アンモニアの濃度に対応した第１検出結果を受信する第１受信処理と、
    前記被測定ガスに含まれる酸素を検出するための酸素検出部より出力され、前記酸素の濃度に対応した第２検出結果を受信する第２受信処理と、
    前記第１検出結果及び前記第２検出結果に基づいて、前記被測定ガスに含まれる第１アンモニア濃度を算出する第１濃度算出処理と、
    前記アンモニアに対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減するために、外部機器より取得される圧力情報に基づいて、前記第１アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第２アンモニア濃度を取得する圧力補正処理とを実行する制御部を備える内燃機関制御装置。
  7. 前記圧力補正処理は、前記圧力情報に基づく補正係数を用いて前記第１アンモニア濃度を補正することで、前記第２アンモニア濃度を取得する処理である請求項６に記載の内燃機関制御装置。
  8. 前記制御部は、前記酸素が前記被測定ガスの圧力の影響を受ける場合、その圧力の影響を低減するために、前記被測定ガスの前記圧力情報に基づいて、前記第２アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第３アンモニア濃度を取得する酸素圧力補正処理を実行する請求項６又は請求項７に記載の内燃機関制御装置。
  9. 前記制御部は、前記酸素が前記被測定ガスの圧力の影響を受ける場合、前記圧力補正処理に代えて、前記アンモニアに対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減すると共に、前記酸素に対する前記被測定ガスの圧力の影響を低減するために、前記被測定ガスの前記圧力情報に基づいて、第１アンモニア濃度を補正して、前記被測定ガスの第４アンモニア濃度を取得する同時補正処理を実行する請求項６又は請求項７に記載の内燃機関制御装置。
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