JPH10267885A

JPH10267885A - ガスセンサの補正方法

Info

Publication number: JPH10267885A
Application number: JP9087361A
Authority: JP
Inventors: Noboru Ishida; 昇石田; Yoshikuni Sato; 美邦佐藤; Yasuhisa Kuzutani; 康寿葛谷; Takafumi Oshima; 崇文大島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: JP3372186B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定ガス中の水分量がガス濃度検出に与える
影響を低減又は除去し、正確なガス濃度を得ることがで
きるガスセンサの補正方法の提供。【解決手段】エンジンの排ガス中の所定のガス濃度を検
出する方法において、エンジンの運転条件から前記排ガ
ス中の水分量を推定し、推定された水分量に応じてガス
センサの出力するガス濃度検出信号を補正し、検出され
たガス濃度の値から前被測定ガス中の水分量の影響を除
去又は低減すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスセンサに関し、
特に、自動車、船舶、飛行機等の移動用、産業用の内燃
機関の排ガス中、或いはボイラ等の燃焼ガス中のＮＯ_x
ガス濃度を検出するために用いるＮＯ_xガスセンサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排ガス規制の強化に伴い、エンジ
ン等の排ガス中のＮＯ_xを直接測定し、エンジンの制御
や触媒のコントロールを行う研究が行われている。特
に、ＺｒＯ₂等の酸素イオン導電体を用い、第１酸素イ
オンポンプセルでＮＯ_xが分解しない程度に酸素を汲み
出し、ＮＯ_xを含む残ったガスを第２酸素イオンポンプ
セルでさらに酸素を汲み出すことでＮＯ_xを分解し、こ
の分解を電流として検知するＮＯ_xガスセンサ（濃度検
出器）は、ＨＣ、ＣＯ等の妨害ガスの影響を受けずにＮ
Ｏ_xガス濃度が測定できることから、近年広く研究が行
われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の知見によれば、被測定ガス中に水分が存在する場合
には、水分が電解し、第２酸素イオンポンプセルには、
ＮＯ_xのみならず、水分が電解した結果生じた酸素によ
る電流が流れるため、ＮＯ_x濃度が正確に測定できない
という問題があることが分かった。特に、近年増加して
いるガソリン用のリーンバーンエンジンや、ディーゼル
エンジンでは排ガス中の水分量が運転条件により大きく
変化するため、排ガス中のＮＯ_x濃度を正確に測定する
ことは困難であることが分かった。

【０００４】以上の事情に鑑み、本発明は被測定ガス中
の水分量がガス濃度検出に与える影響を低減又は除去
し、正確なガス濃度を得ることができるガスセンサの補
正方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】エンジンでは使用する燃
料により、空気過剰率あるいはＡ／Ｆ（＝排ガス中の酸
素濃度）と排ガス中の水分量には相関関係がある。そこ
で、本発明者らは、予め水分のガスセンサの検出するガ
ス濃度に対する影響を測定しておき、その影響を、例え
ば空気過剰率あるいはＡ／Ｆ値とガスセンサの検出する
濃度の補正データとの関係としてメモリにマップとして
記憶させておき、測定時に、運転条件により定まる空気
過剰率あるいはＡ／Ｆ値に応じて、マップから所定の補
正データを読み出し、読み出した推定水分量に基いてガ
スセンサの検出出力信号を補正することにより、正確な
排ガス中の所定ガス濃度（例えばＮＯ_xガス濃度）を得
ることができることを見出した。

【０００６】また、本発明者らは、２組の酸素イオンポ
ンプセルを用いる形式のガスセンサにおいては、第１酸
素イオンポンプセルの電流値から排ガス中の酸素濃度が
測定でき、この酸素濃度は排ガス中の水分量と相関関係
があるため、この第１酸素イオンポンプセルに流れる電
流値に対応した補正係数を予めメモリに入力して、この
電流値と補正係数とを関連づけたマップを作製してお
き、ガス濃度測定時、第１酸素イオンポンプセルの電流
値に応じてマップ中の所定の補正係数を読み出し、第２
酸素イオンポンプセルの電流値を補正することにより、
水分の影響を除去して正確なガス濃度測定を得ることが
できることも見出した。この場合、メモリ上にマップを
持たず、アナログ回路上で、第１酸素イオンポンプセル
の出力信号を電気的に補正することも可能であることも
見出した。本発明者らは、これらの知見に基づき本発明
を完成するに至った。

【０００７】上記課題を達成するために、本発明のガス
センサの補正方法は、第１の視点において、エンジンの
排ガス中の所定のガス濃度を検出する方法において、前
記エンジンの運転条件から前記排ガス中の水分量を推定
し、推定された水分量に応じてガスセンサの出力するガ
ス濃度検出信号を補正し、検出されたガス濃度の値から
前記被測定ガス中の水分量の影響を除去又は低減するこ
とを特徴とする。

【０００８】第２の視点は、前記第１の視点において、
好ましくはガスセンサがＮＯ_xセンサであること、第３
の視点は、前記第１の視点において、さらに好ましくは
ガスセンサが固体電解質の酸素イオンポンプ作用を用い
たセンサであることを特徴とする。

【０００９】第４の視点は、前記第１の視点に基づき、
前記エンジンに供給される空気と燃料の比率が前記排ガ
ス中の水分量に対応すると推定し、前記比率、前記ガス
濃度検出信号及び真のガス濃度値に基いて、該比率に対
応する前記ガス濃度検出信号の補正データを含むマップ
を予め作製し、前記マップからエンジンの運転条件より
定まる前記比率に対応する所定の補正データを読み出
し、読み出された補正データにより前記ガス濃度検出信
号を補正することを特徴とする。

【００１０】第５の視点は、固体電解質の酸素イオンポ
ンプセルを２組有し、第１酸素イオンポンプセルに所定
電圧を印加して、被測定ガス中の酸素をＮＯ_xが分解し
ない程度に十分に汲み出し、該第１酸素イオンポンプセ
ルに該被測定ガス中の酸素濃度に応じた電流が流れ、第
２酸素イオンポンプセルが汲み残されたガス中のＮＯ_x
を分解し、解離した酸素を汲み出し、該第２酸素イオン
ポンプセルにＮＯ_xガス濃度に応じた電流が流れるＮＯ_x
センサにおいて、前記第１酸素イオンポンプセルから得
られる電流値に対応する信号に応じて、前記第２酸素イ
オンポンプセルから得られる電流値に対応するＮＯ_xガ
ス濃度検出信号を補正して、該ＮＯ_xガス濃度検出信号
に基づき求められるＮＯ_xガス濃度から前記被測定ガス
中の水分量の影響を除去又は低減することを特徴とす
る。

【００１１】第６の視点は、前記第５の視点に基づき、
前記第１酸素イオンポンプセルの電流値が、前記被測定
ガス中の水分量に対応すると推定し、前記第１酸素イオ
ンポンプセルの電流値、前記第２酸素イオンポンプセル
から得られる電流値及び真のＮＯ_xガス濃度に基いて、
該第１酸素イオンポンプセルの電流値に対応する前記Ｎ
Ｏ_xガス濃度検出信号の補正データを含むマップを予め
作製し、前記マップから前記第１酸素イオンポンプセル
の電流値に対応する所定の補正データを読み出し、読み
出された補正データにより前記ＮＯ_xガス濃度検出信号
を補正することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の一実施形態に係
る、２組の拡散抵抗部、酸素イオンポンプセル、及び測
定室をそれぞれ備えたＮＯ_xガスセンサ（濃度検出器）
における測定原理を説明する。図１〜３はＮＯ_xガス濃
度測定原理を説明するための図であり、図１は図２の斜
線で示す断面図、図３は第２測定室ポンプ電流（第２酸
素イオンポンプ電流）とＮＯ_xガス濃度の関係を示すグ
ラフである。測定原理は下記の通りである。

【００１３】(１)排ガスが拡散抵抗を有する第１拡散孔
１を通って第１測定室２に流入する。 (２)第１酸素イオンポンプセル６により、第１測定室２
の酸素をＮＯ_xが分解しない程度に汲み出す（酸素分圧
検知電極（酸素濃度測定セル７）から出力される信号に
より第１測定室２内の酸素分圧を制御する）。 (３)拡散抵抗を有する第２拡散孔３を通って第１測定室
２のガス（濃度制御された０₂ガス＋ＮＯ_xガス）が第２
測定室４に流入する。 (４)第２測定室４のＮＯ_xガスは、第２酸素イオンポン
プセル８により更に酸素を汲み出すことにより、Ｎ₂＋
Ｏ₂に分解される。 (５)このとき、第２酸素イオンポンプセル８に流れる第
２酸素イオンポンプ電流Ｉp2とＮＯ_xガス濃度の間には
直線関係があるため（図３参照）、Ｉp2を検出すること
によりＮＯ_xガス濃度を検出可能である。

【００１４】このような原理で測定されるＮＯ_xガス濃
度測定方法においては、被測定ガス中に水分が存在する
と、感度（ゲイン）に影響はないものの、オフセットが
水分量に応じて変化することとなり、第２酸素イオンポ
ンプ電流値（第２測定室ポンプ電流値）が被測定ガス中
の水分量に依存するため、正確なＮＯ_xガス濃度の測定
ができないようになる（図３参照）。そこで、本発明に
よって水分量に基づき、あるいは水分量に相当する値に
基づき、第２酸素イオンポンプ電流値（検出信号）を補
正することにより、正確なＮＯ_xガス濃度測定が可能と
される。

【００１５】次に、本発明の一実施形態に係るガスセン
サの出力補正方法が適用される、好ましいＮＯ_xガスセ
ンサの形態を説明する。好ましくは、第２酸素イオンポ
ンプセルの一対の電極が設けられた固体電解質層と、酸
素分圧検知電極が設けられた固体電解質層（酸素濃度測
定セル）との間に前記第２測定室を設ける。

【００１６】また、好ましいＮＯ_xガスセンサは、第１
酸素イオンポンプセル６、酸素濃度測定セル７、第２酸
素イオンポンプセル８がいずれも互いに異なる固体電解
質層に設けられていることを特徴とする（図１参照）。
これによって、各セルの電極間に流れるリーク電流が減
少され、第１測定室内の酸素濃度が精度よく制御でき
る。さらに好ましくは、各セル間にアルミナ等の絶縁
膜、又は絶縁層を設ける。

【００１７】また、好ましくは、検出器を加熱する加熱
ヒータ層を積層された固体電解質層間に積層する。加熱
ヒータ層を設けることにより、第１、２酸素イオンポン
プ能力を安定化させることができる。

【００１８】各セルの固体電解質としては、ジルコニア
とイットリアの固溶体、ジルコニアとカルシアの固溶体
などを用いる。薄板状にされた固体電解質層の両面にス
クリーン印刷及び焼結などの方法によって形成される多
孔質の電極としては、触媒作用を有する白金、ロジウ
ム、パラジウム、レニウム、イリジウム、或いはこれら
の合金などを使用することが好ましい。第１、第２拡散
孔としては、多孔質のセラミックスを用いることが好ま
しく、例えば多孔質アルミナセラミックスなどである。
加熱ヒータの発熱部をセラミックスと白金又は白金合金
の複合材料から形成し、リード部を白金又は白金合金と
することが好ましい。

【００１９】なお、ＣＯガス、ＣＯ₂ガス、ＨＣガスの
濃度検出にも本発明の検出器を応用可能であり、ＮＯ_x
ガス濃度の検出の場合と同様に、酸素濃度の影響が低減
され対象ガス濃度が精密に測定できることとなる。

【００２０】その他の好ましい特徴は、本出願人による
特願平8-160812号、特願平8-337483号に記載されている
通りであり、必要に応じてこれらの出願を参照し本願に
繰り込むことができるものとする。

【００２１】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。

【００２２】図４は本発明の一実施例に係るＮＯ_xガス
センサの補正方法が好適に適用されるＮＯ_xガスセンサ
の短手方向の断面図及び制御システムの概略を説明する
ための図であり、図５は図４に示したセンサを長手方向
に切断した断面を示す斜視図である。

【００２３】図４及び図５に示したセンサは、固体電解
質層を挟んで設けられた一対の電極６ａ，６ｂを備えた
第１酸素イオンポンプセル６、固体電解質層を挟んで設
けられた一対の酸素分圧検知電極７ａ，７ｂを備えた酸
素濃度測定セル７、固体電解質層を挟んで設けられた一
対の電極８ａ，８ｂを備えた第２酸素イオンポンプセル
８の順に積層され、各固体電解質層の層間には絶縁層が
それぞれ形成されている。そして、第１酸素イオンポン
プセル６と酸素濃度測定セル７の層間には、絶縁層及び
固体電解質層によって第１測定室２が画成され、同様に
絶縁層及び固体電解質層により第２酸素イオンポンプセ
ル８の上部（図４参照）に第２測定室４が画成されてい
る。さらに、第１測定室２を囲む壁面には拡散抵抗を有
する第１拡散孔１が複数設けられ（図６参照）、第１測
定室２の中央部には第２拡散孔３の開口が第１拡散孔１
と離間して設けられている。第２拡散孔３は、酸素濃度
測定セル７及び固体電解質層を貫通して第１、第２測定
室２，４を拡散抵抗をもって連通する。

【００２４】このセンサの測定原理は、実施の形態の欄
で上述した通りであって、第１測定室２に第１拡散孔１
を介して拡散し導入された被測定ガス中の酸素濃度に応
じた起電力が酸素濃度検知セル７の一対の電極７ａ，７
ｂ間に発生し、この起電力による電圧が一定になるよう
に、差動アンプ等によって第１酸素イオンポンプセル６
に印加される電圧が制御される（マイクロコンピュータ
を用いて制御してもよい）。そして、余剰の酸素が汲み
出され一定の酸素濃度を有する被測定ガスが第２拡散孔
３を介して第２測定室４に拡散し、第２酸素イオンポン
プセル８の一対の電極８ａ，８ｂに電圧が印加されて残
存する酸素がさらに汲み出されると共に、この白金合
金、ロジウム合金製の電極の触媒作用により、ＮＯ_xが
Ｎ₂とＯ₂に分解され、このＯ₂がイオンとなって第２酸
素イオンポンプセル８の固体電解質層を伝導することに
より、第２測定室４内外に設けられた第２酸素イオンポ
ンプセル８の一対の電極８ａ，８ｂ間に分解されたＮＯ
_xガス量に応じた電流Ｉp2が流れる。このＩp2を測定す
ることにより、ＮＯ_xガス濃度が測定できる。

【００２５】図６に、図４及び図５に示したＮＯ_xガス
センサを製造する場合のレイアウト図の概略を示す。図
６に示すように、ＮＯ_xガスセンサは酸素イオン伝導性
固体電解質材料からなるグリーンシートを積層し焼成す
る方法によって作製する。また、多孔質電極は前記グリ
ーンシート上にスクリーン印刷法により形成される。

【００２６】このようなＮＯ_xガスセンサを用いて被測
定ガス中のＮＯガス濃度測定試験を行った。図７は、測
定に使用したＮＯ_xガスセンサの製造例及びレイアウト
の詳細を説明するための図である。

【００２７】［製造例］図７に示すように、図中左上か
ら左下、そして右上から右下の順にＺｒＯ₂グリーンシ
ート及び電極用ペーストなどが積層されて、一体の検出
器が作製される。絶縁コート、電極などペースト材料
は、所定のＺｒＯ₂グリーンシートにスクリーン印刷さ
れることにより、積層形成される。次に、ＺｒＯ₂グリ
ーンシートなど各構成部品の製造例を説明する。

【００２８】［ＺｒＯ₂シート成形］ＺｒＯ₂粉末を600
℃×２時間、大気炉にて仮焼した。仮焼したＺｒＯ₂粉
末30kg、分散剤150g、有機溶剤10kgを球石60kgとともに
トロンメルに入れ、約50時間混合し、分散させ、これに
有機バインダー４kgを有機溶剤10kgに溶解させたものを
添加し、20時間混合して10Pa・s程度の粘度を有するスラ
リーを得た。このスラリーからドクターブレード法によ
り、厚さ0.4ｍｍ程度のＺｒＯ₂グリーンシートを作製
し、100℃×１時間乾燥した。

【００２９】［印刷用ペースト］ (１)第１酸素イオンポンプ電極６ａ、酸素分圧検出電極
（酸素基準電極）７ｂ、第２酸素イオンポンプ電極８
ａ、８ｂ用：白金粉末20g、ＺｒＯ₂粉末2.8g、適量の
有機溶剤を、らいかい機（或いはポットミル）に入れ、
４時間混合し、分散させ、これに有機バインダー２gを
有機溶剤20gに溶解させたものを添加し、さらに粘度調
整剤５gを添加し、４時間混合して粘度150Pa・s程度のペ
ーストを作製した。

【００３０】(２)第１酸素イオンポンプ電極６ｂ、酸素
分圧検出電極（酸素基準電極）７ａ用：白金粉末19.8
g、ＺｒＯ₂粉末2.8g、金粉末0.2粉末、適量の有機溶剤
を、らいかい機（或いはポットミル）に入れ、４時間混
合し、分散させ、これに有機バインダー２gを有機溶剤2
0gに溶解させたものを添加し、さらに粘度調整剤５gを
添加し、４時間混合して粘度150Pa・s程度のペーストを
作製した。

【００３１】(３)絶縁コート、保護コート用：アルミ
ナ粉末50gと適量の有機溶剤を、らいかい機（或いはポ
ットミル）に入れ、１２時間混合し、溶解させ、さらに
粘度調整剤20ｇを添加し、３時間混合して粘度100Pa・s
程度のペーストを作製した。

【００３２】(４)Pt入り多孔質用（リード線用）：ア
ルミナ粉末10g、白金粉末1.5g、有機バインダ2.5g、有
機溶剤20gを、らいかい機（或いはポットミル）に入
れ、４時間混合し、さらに粘度調整剤10gを添加し、４
時間混合して粘度100Pa・s程度のペーストを作製した。

【００３３】(５)第１拡散孔１用：平均粒径２μｍ程
度のアルミナ粉末10g、有機バインダ２g、有機溶剤20g
を、らいかい機（或いはポットミル）に入れ、混合し、
分散させ、さらに粘度調整剤10gを添加し、４時間混合
して粘度400Pa・s程度のペーストを作製した。

【００３４】(６)カーボンコート用：カーボン粉末４
g、有機バインダ２g、有機溶剤40gを、らいかい機（或
いはポットミル）に入れ、混合し、分散させ、さらに粘
度調整剤５gを添加し、４時間混合してペーストを作製
した。なお、カーボンコートを印刷形成することによ
り、一例を挙げれば、電極間の電気的接触が防止され
る。また、カーボンコートは第１測定室及び第２測定室
を形成するために用いられる。カーボンは焼成途中で焼
失するので、カーボンコート層は焼成体には存在しな
い。

【００３５】第２拡散孔３用：平均粒径２μｍ程度の
アルミナ粉末20g、有機バインダ８g、有機溶剤20gを、
らいかい機（或いはポットミル）に入れ、１時間混合
し、造粒し、金型プレスにて約２t/cm²圧を加え直径
１．３ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円柱状のプレス成形体
（グリーン状態）を作製した。このグリーン状態のプレ
ス成形体を、２、３層目のＺｒＯ₂グリーンシートの所
定箇所に挿入し、圧着して一体化した後、焼成すること
により、ガスセンサ中に第２拡散孔を形成する。

【００３６】［ＺｒＯ₂積層方法］２、３層目圧着
後、第２拡散孔が貫通する部分（直径１．３ｍｍ）を打
ち抜く。打ち抜き後、第２拡散孔となるグリーン円柱状
成形体を埋め込み、１〜４層のＺｒＯ₂グリーンシート
を加圧力：５kg/cm²、加圧時間：１分で圧着する。

【００３７】［脱バインダー及び焼成］圧着した成形
体を、400℃×２時間脱バインダーし、1500℃×１時間
焼成する。

【００３８】［測定例］上記製造例に従って下記の寸法
のＮＯ_xガスセンサを作製し、ＮＯ_xガス濃度測定試験を
行った。測定に使用したＮＯ_xガスセンサは、長手方向
の長さが５０ｍｍ、幅（短手方向）が４ｍｍ、厚さ（積
層方向）が１．３ｍｍである。第１酸素イオンポンプセ
ルの厚さは０．３ｍｍ、電極６ａ，６ｂの長手方向の長
さは７ｍｍ、短手方向の長さは２ｍｍ、第１測定室の長
手方向の長さは７ｍｍ、短手方向の長さは２ｍｍ、高さ
５０μｍ、第２測定室の長手方向の長さが７ｍｍ、短手
方向の長さは２ｍｍ、高さ５０μｍ、第１拡散孔の長手
方向の長さは２ｍｍ、短手方向の長さ１ｍｍ、厚さ５０
μｍ、第２拡散孔の大きさは直径１ｍｍである。

【００３９】このＮＯ_xガスセンサの第１酸素イオンポ
ンプ電流値、すなわち排気ガス中の酸素量より、排ガス
中の水分量を推定し、ガスセンサのガス濃度検出信号す
なわち第２酸素イオンポンプセルに流れる電流から得ら
れるガス濃度値の補正を行った。

【００４０】ＮＯ_xガス濃度測定試験は、2000ccのディ
ーゼルエンジンを搭載した車両を用い、シャーシ上で負
荷条件を変えながら、排気管よりＮＯガスを送り、約１
ｍ後方に設置したＮＯ_xガス濃度検出器及び分析計の出
力を比較した。分析計には水分測定可能な“ＦＴ−Ｉ
Ｒ”（ＨＯＲＩＢＡ製）を用いた。ＮＯ_xガスセンサに
はコントローラを接続し、ＮＯ_xガスセンサの第１酸素
イオンポンプ電流値に応じて、予め設定された補正量
で、ＮＯ_xガスセンサ出力（第２酸素イオンポンプ電流
値、ＮＯ_xガス濃度検出信号）の補正、及びＮＯ_x濃度(p
pm)表示を行うことができるようにした。この測定シス
テムの概略を図９に示す。

【００４１】なお、ＮＯ_xガスセンサの第２酸素イオン
ポンプセルに流れる電流（第２酸素イオンポンプ電流）
の補正量を定めるために、予めモデルガス試験装置にお
いて試験を行い、測定に用いたガスセンサによれば、酸
素濃度１％当たり第１酸素イオンポンプ電流０．５ｍ
Ａ、ＮＯ_x濃度100ppm当たり第２酸素イオンポンプ電流
１μＡの電流出力が得られ、かつ水分１％当たり０．６
μＡ（第２酸素イオンポンプ電流）の出力増加が得られ
ることを確認した。図８は、本発明の一実施例に係るＮ
Ｏ_XガスセンサのＮＯ_Xガス濃度検出出力に対する水分量
の影響を示すグラフであって、水分量とガスセンサの出
力増加との関係を図示するものである。この結果に基づ
くパラメータ、すなわち、第１酸素イオンポンプ電流値
と該電流値に対応する第２酸素イオンポンプ電流値の補
正データ（補正係数、補正パラメータ）とを、コントロ
ーラに搭載されたメモリにマップとして入力し、水分量
に応じて検出器の出力するＮＯ_Xガス濃度が補正される
ようにした。

【００４２】なお、水分量には、排ガス中の酸素濃度か
ら完全燃焼を仮定して求めた計算値を用いた。これらの
計算値を表１に、水分量（計算値）と酸素濃度の関係を
図１０に示す。なお、空気過剰率λとは、燃料の燃焼に
必要な理論的空気量(Ａ)に対する実際の供給空気量(Ｂ)
の割合(Ｂ／Ａ)をいう。例えばλ＝１．２とは完全燃焼
に必要な理論的空気量よりも２０％空気が多いことを示
す。図１０に示すように酸素濃度と水分量が比例するか
ら、酸素濃度に比例する第１酸素イオンポンプセルの電
流値（図４参照）から水分量を推定することができるこ
とが分かる。

【００４３】

【表１】

【００４４】３つのエンジンの負荷条件（表２参照）に
おいて、投入するＮＯ_Xガス濃度を変えて、ＮＯ_Xガスセ
ンサの出力する検出信号に基いて得られるＮＯ_Xガス濃
度（補正した値、補正しない値）と、分析計の出力する
ＮＯ_Xガス濃度（真の濃度）を比較した。結果を表３、
図１１及び図１２に示す。図１１は補正していないＮＯ
_Xガスセンサ出力と分析計出力、図１２は補正したＮＯ_X
ガスセンサ出力と分析計出力をそれぞれプロットしたも
のである。

【００４５】

【表２】

【００４６】

【表３】

【００４７】図１１に示した通り、ＮＯ_Xガスセンサ出
力の水分量による補正をしない場合には、感度には影響
がないものの、オフセットが変化しており、負荷条件の
違いによってガスセンサ出力が異なっている。従って、
ガスセンサの出力するＮＯ_Xガス濃度は負荷条件によっ
ては真の値を示さないこととなる。これに対し、図１２
に示した通り、ＮＯ_Xガスセンサ出力の水分量による補
正を行った場合には、負荷条件に拘わらず、補正された
ガスセンサ出力と分析計出力（真のＮＯ_Xガス濃度に相
当する）とが一致していることから（図１２中、３本の
線が重なり、ＮＯ_Xセンサ出力値と分析計出力値がほぼ
一致している）、補正により排ガス中のＮＯ_Xガス濃度
が正確に得られたことが分かる。なお、空気中の水蒸気
の量は排ガス中の量と比べると少なく影響も少ないが、
より精度を上げるためには、エンジンに入る前の水分濃
度を湿度センサで測定してもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
被測定ガス中の水分量がガス濃度検出に与える影響が低
減又は除去され、正確なガス濃度を得ることができる。
エンジンから排出される排ガス中の所定ガスの濃度測定
においては、上記水分量をエンジンの運転条件から推定
することができ、また、２組の酸素イオンポンプセルを
備えたガス濃度検出器においては、第１酸素イオンポン
プセルに流れる電流値より、上記水分量を推定すること
ができ、比較的簡単なシステムで排ガス中の水分量に応
じたガスセンサの出力補正を行うことができる。さら
に、水分量又は水分量に相当する値とガスセンサ出力の
関係を予めマップ化しておくことにより、水分量又は水
分量に相当する信号に応じてこのマップを参照して、参
照結果に基づきガスセンサが出力するガス濃度検出信号
を容易に補正して、より正確なガス濃度を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＮＯ_Xガス濃度測定原理を説明するための図で
あり、ＮＯ_Xガスセンサの短手方向の断面を示す図であ
る。

【図２】図１に示した断面の位置を示すためのセンサの
斜視図である。

【図３】ＮＯ_Xガス濃度測定原理を説明するための図で
あり、第２測定室ポンプ電流（第２酸素イオンポンプ電
流）とＮＯ_Xガス濃度の関係を示すグラフである。

【図４】本発明の一実施例に係るＮＯ_Xガスセンサの補
正方法が適用されるＮＯ_Xガスセンサの短手方向の断面
図及び制御システムの概略を説明するための図である。

【図５】図４に示したＮＯ_Xガスセンサを長手方向に切
断した断面を示す斜視図である。

【図６】図４及び図５に示したＮＯ_Xガスセンサを製造
する場合のレイアウトの概略を示す図である。

【図７】測定に使用したＮＯ_Xガスセンサの製造例及び
レイアウトの詳細を説明するための図である。

【図８】本発明の一実施例に係るＮＯ_Xガスセンサの補
正方法を説明するための図であり、センサのＮＯ_Xガス
濃度検出出力に対する水分量の影響を示すグラフであ
る。

【図９】本発明の一実施例に係るＮＯ_Xガスセンサの補
正方法を説明するための図であり、ＮＯ_Xガス濃度測定
システムの概略構成を示す図である。

【図１０】完全燃焼時における排ガス中の酸素濃度と水
分量の関係を示すグラフである。

【図１１】図９に示したシステムによって得られた測定
結果を説明するための図であり、補正していないＮＯ_X
ガスセンサ出力と分析計出力の相関を示すグラフであ
る。

【図１２】図９に示したシステムによって得られた測定
結果を説明するための図であり、補正したＮＯ_Xガスセ
ンサ出力と分析計出力の相関を示すグラフである。

【符号の説明】１：第１拡散孔２：第１測定室３：第２拡散孔４：第２測定室６：第１酸素イオンポンプセル６ａ，６ｂ：電極７：酸素濃度測定セル７ａ，７ｂ：電極８：第２酸素イオンポンプセル８ａ，８ｂ：電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大島崇文名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排ガス中の所定のガス濃度を検
出する方法において、前記エンジンの運転条件から前記
排ガス中の水分量を推定し、推定された水分量に応じて
ガスセンサの出力するガス濃度検出信号を補正し、検出
されたガス濃度の値から前記被測定ガス中の水分量の影
響を除去又は低減することを特徴とするガスセンサの補
正方法。
【請求項２】前記ガスセンサがＮＯ_xセンサであること
を特徴とする請求項１記載のガスセンサの補正方法。
【請求項３】前記ガスセンサが固体電解質の酸素イオン
ポンプ作用を用いたセンサであることを特徴とする請求
項１又は２記載のガスセンサの補正方法。
【請求項４】前記エンジンに供給される空気と燃料の比
率が前記排ガス中の水分量に対応すると推定し、前記比
率、前記ガス濃度検出信号及び真のガス濃度値に基い
て、該比率に対応する前記ガス濃度検出信号の補正デー
タを含むマップを予め作製し、前記マップからエンジン
の運転条件より定まる前記比率に対応する所定の補正デ
ータを読み出し、読み出された補正データにより前記ガ
ス濃度検出信号を補正することを特徴とする請求項１〜
３のいずれか一に記載のガスセンサの補正方法。
【請求項５】固体電解質の酸素イオンポンプセルを２組
有し、第１酸素イオンポンプセルに所定電圧を印加し
て、被測定ガス中の酸素をＮＯ_xが分解しない程度に十
分に汲み出し、該第１酸素イオンポンプセルに該被測定
ガス中の酸素濃度に応じた電流が流れ、第２酸素イオン
ポンプセルが汲み残されたガス中のＮＯ_xを分解し、解
離した酸素を汲み出し、該第２酸素イオンポンプセルに
ＮＯ_xガス濃度に応じた電流が流れるＮＯ_xセンサにおい
て、前記第１酸素イオンポンプセルから得られる電流値に対
応する信号に応じて、前記第２酸素イオンポンプセルか
ら得られる電流値に対応するＮＯ_xガス濃度検出信号を
補正して、該ＮＯ_xガス濃度検出信号に基づき求められ
るＮＯ_xガス濃度から前記被測定ガス中の水分量の影響
を除去又は低減することを特徴とするガスセンサの補正
方法。
【請求項６】前記第１酸素イオンポンプセルの電流値
が、前記被測定ガス中の水分量に対応すると推定し、前
記第１酸素イオンポンプセルの電流値、前記第２酸素イ
オンポンプセルから得られる電流値及び真のＮＯ_xガス
濃度に基いて、該第１酸素イオンポンプセルの電流値に
対応する前記ＮＯ_xガス濃度検出信号の補正データを含
むマップを予め作製し、前記マップから前記第１酸素イ
オンポンプセルの電流値に対応する所定の補正データを
読み出し、読み出された補正データにより前記ＮＯ_xガ
ス濃度検出信号を補正することを特徴とする請求項５記
載のガスセンサの補正方法。