JPH11304758A - Control circuit unit for gas sensor and system using the same - Google Patents

Control circuit unit for gas sensor and system using the same

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JPH11304758A
JPH11304758A JP11017995A JP1799599A JPH11304758A JP H11304758 A JPH11304758 A JP H11304758A JP 11017995 A JP11017995 A JP 11017995A JP 1799599 A JP1799599 A JP 1799599A JP H11304758 A JPH11304758 A JP H11304758A
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pump
control circuit
oxygen concentration
oxygen
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Hiroshi Inagaki
浩 稲垣
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control circuit unit to which not only the function of a NOx sensor but also the function of an oxygen concentration sensor can be imparted when the unit is mounted on an already existing NOx sensor. SOLUTION: A control circuit unit 31 is used in a state where the unit 31 is connected to a NOx sensor 1. A first pump element control circuit 56 controls the partial pressure of oxygen in a first treating chamber 9, so that the output voltage of an oxygen concentration detecting element may be fixed by controlling the conducting voltage of a first pump element 3. A first pump current is detected by means of a current detecting resistor 101 and outputted through an A/D conversion circuit 65. A second pump element control circuit 57 impresses a constant voltage upon a second pump element 5 in the direction in which the element 5 pump up oxygen from a second treating chamber 10. A second pump current is detected by means of another current detecting resistor 107 and outputted through the A/D conversion circuit 65. The detecting signal of the first pump current is used for detecting the concentration of oxygen in a gas to be measured and the detecting signals of the first and second pump currents are used for detecting the concentrations of nitrogen oxides in the gas to be measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスセンサ用制御
回路ユニット及びそれを用いたガスセンサシステムに関
する。
The present invention relates to a gas sensor control circuit unit and a gas sensor system using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、窒素酸化物(以下、NOxと
も記す)濃度測定装置として、例えば、ヨーロッパ特許
出願公開明細書0678740A1,SAE pape
r No.960334 P137〜142 1996
等に開示されているように、下記のようなNOxセンサ
を用いて、内燃機関等の排気中のNOxの濃度を検出す
るようにしたものが知られている。該NOxセンサにお
いては、第一拡散律速部を介して被測定ガス側に連通さ
れた第一処理室と、この第一処理室に第二拡散律速部を
介して連通された第二処理室とが、酸素イオン伝導性の
固体電解質層にて形成される。第一処理室には、固体電
解質層を多孔質の電極で挟むことにより第一ポンプ素子
と酸素濃度測定セルとが形成される。さらに、第二処理
室には、同じく固体電解質層を多孔質の電極で挟むこと
により第二ポンプ素子を形成される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a nitrogen oxide (hereinafter also referred to as NOx) concentration measuring device, for example, European Patent Application Publication No. 0678740A1, SAE paper
r No. 960334 P137-142 1996
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163, the concentration of NOx in exhaust gas from an internal combustion engine or the like is detected using the following NOx sensor. In the NOx sensor, a first processing chamber communicated with the gas to be measured via a first diffusion-controlling part, and a second processing chamber communicated with the first processing chamber via a second diffusion-controlling part. Is formed in the oxygen ion conductive solid electrolyte layer. In the first processing chamber, a first pump element and an oxygen concentration measurement cell are formed by sandwiching the solid electrolyte layer between porous electrodes. Further, in the second processing chamber, a second pump element is formed by sandwiching the solid electrolyte layer with a porous electrode.

【0003】この種のNOx濃度測定装置においては、
酸素濃度測定セルからの出力電圧が予め設定された一定
値となるように第一ポンプ素子に電流を流し、それによ
って第一処理室内の酸素濃度を一定濃度に制御する一
方、第二ポンプ素子に一定電圧を印加して、第二処理室
から酸素を汲み出すようにしている。そして、この第二
ポンプ素子に流れる電流値から、被測定ガス中のNOx
濃度を検出することができる。
In this type of NOx concentration measuring device,
An electric current is supplied to the first pump element so that the output voltage from the oxygen concentration measurement cell becomes a preset constant value, thereby controlling the oxygen concentration in the first processing chamber to a constant concentration, while controlling the second pump element. A constant voltage is applied to pump out oxygen from the second processing chamber. Then, from the current value flowing through the second pump element, NOx in the gas to be measured is determined.
The concentration can be detected.

【0004】つまり、被測定ガスである内燃機関等から
の排気中には、NOx以外に、酸素、一酸化炭素、二酸
化炭素等の他のガス成分が存在するが、上記窒素酸化物
濃度測定装置では、第一ポンプ素子により第一処理室内
を酸素が極めて少ない低酸素濃度に制御する。さらに、
その低酸素濃度に制御された被測定ガスが流入する第二
処理室側で、第二ポンプ素子に第二処理室内の酸素を汲
み出す方向に一定電圧を印加することにより、第二ポン
プ素子を構成する多孔質電極の触媒機能によって、被測
定ガス中のNOxを窒素と酸素とに分解させ、第二処理
室から酸素を抜き取る。そして、そのとき第二ポンプ素
子に流れるポンプ電流を検出することにより、被測定ガ
ス中の他のガス成分に影響されることなく、被測定ガス
中のNOx濃度を検出できるようにしている。
That is, in the exhaust gas from an internal combustion engine or the like, which is the gas to be measured, other gas components such as oxygen, carbon monoxide, and carbon dioxide exist in addition to NOx. Then, the first pumping element controls the low oxygen concentration in the first processing chamber to a very low level of oxygen. further,
By applying a constant voltage to the second pump element in the direction of pumping oxygen in the second processing chamber on the side of the second processing chamber into which the gas to be measured controlled to the low oxygen concentration flows, the second pump element is turned on. The NOx in the gas to be measured is decomposed into nitrogen and oxygen by the catalytic function of the porous electrode, and oxygen is extracted from the second processing chamber. Then, by detecting the pump current flowing through the second pump element at that time, the NOx concentration in the gas to be measured can be detected without being affected by other gas components in the gas to be measured.

【0005】他方、この種のNOx濃度測定装置では、
上記検出方法によってNOx濃度を正確に検出するため
に、センサを所定の活性温度(例えば850℃程度)ま
で加熱して、各セルを活性化させる必要があることか
ら、センサを加熱するためのヒータが別途設けられてい
る。
On the other hand, in this type of NOx concentration measuring device,
In order to accurately detect the NOx concentration by the above detection method, it is necessary to heat the sensor to a predetermined activation temperature (for example, about 850 ° C.) to activate each cell. Therefore, a heater for heating the sensor is required. Is provided separately.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】例えば、燃料に対する
空気の量が多いリーン空燃比で運転される、いわゆるリ
ーンバーンエンジンでは、排気ガス中のNOx成分が多
くなる傾向にある。従って、上記のようなNOx濃度測
定装置は、NOx排出を抑制するために、その還元触媒
の状態を監視する等の目的で使用されることが多い。具
体的には、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒の
下流側にNOxセンサを装着してNOx濃度を測定し、
該触媒からのNOxの漏出量を検出する。そして、その
NOxの漏出量が増えてきたところで、内燃機関に供給
する燃料混合気の空燃比を、一時的にリッチ空燃比に制
御して内燃機関から未燃ガスを排出させ、この未燃ガス
と触媒に蓄積されたNOxとを反応させることにより、
NOxの排出量を抑制する等の制御に使用される。
For example, in a so-called lean burn engine that is operated at a lean air-fuel ratio in which the amount of air to fuel is large, the NOx component in the exhaust gas tends to increase. Therefore, the NOx concentration measuring device as described above is often used for the purpose of monitoring the state of the reduction catalyst in order to suppress NOx emission. Specifically, a NOx sensor is attached downstream of the reduction catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine to measure the NOx concentration,
The amount of NOx leaked from the catalyst is detected. When the amount of NOx leakage increases, the air-fuel ratio of the fuel mixture supplied to the internal combustion engine is temporarily controlled to a rich air-fuel ratio to discharge unburned gas from the internal combustion engine. And NOx accumulated in the catalyst,
It is used for control such as suppression of NOx emission.

【0007】ところで、このようなNOx制御を実現す
るには、上記NOx濃度測定装置では内燃機関に供給さ
れた燃料混合気の空燃比を測定することができないこと
から、排気中の酸素濃度から空燃比を測定する空燃比測
定装置を別途設ける必要がある。つまり、上記のような
NOx制御を行なう場合には、内燃機関において一般に
行なわれている空燃比制御を併せて実行する必要があ
り、このためには、内燃機関の排気系に、NOxセンサ
と酸素濃度センサ(いわゆる空燃比センサ)とをそれぞ
れ設けなければならない。
In order to realize such NOx control, the NOx concentration measurement device cannot measure the air-fuel ratio of the fuel mixture supplied to the internal combustion engine. It is necessary to separately provide an air-fuel ratio measuring device for measuring the fuel ratio. In other words, when performing the above-described NOx control, it is necessary to also execute the air-fuel ratio control generally performed in the internal combustion engine. For this purpose, the NOx sensor and the oxygen A concentration sensor (so-called air-fuel ratio sensor) must be provided.

【0008】本発明の課題は、既存のガスセンサに装着
することにより、1つのガスセンサを複数種類のガス成
分濃度を検出可能なものとして機能させることができる
ガスセンサ用制御回路ユニットと、それを用いたガスセ
ンサシステムとを提供することにある。また、より具体
的には、既存のNOxセンサに装着するのみで、これに
NOxセンサとしての機能のみならず酸素濃度センサと
しての機能を簡単に付与することができ、ひいてはNO
x濃度及び酸素濃度(あるいは空燃比)等の検出系の構
成を簡単にできるガスセンサ用制御回路ユニット、ある
いはそれを用いたガスセンサシステムとを提供すること
を課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas sensor control circuit unit which can be mounted on an existing gas sensor so that one gas sensor can function as a type capable of detecting a plurality of types of gas component concentrations. A gas sensor system is provided. More specifically, it is possible to easily provide not only a function as a NOx sensor but also a function as an oxygen concentration sensor simply by mounting the sensor on an existing NOx sensor.
It is an object of the present invention to provide a gas sensor control circuit unit which can simplify the configuration of a detection system for x concentration and oxygen concentration (or air-fuel ratio), or a gas sensor system using the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
ガスセンサ用制御回路ユニット(以下、単に制御回路ユ
ニットともいう)の第一は、ガスセンサに接続して使用
され、該ガスセンサの作動制御回路と、その作動制御回
路中の回路パラメータから、少なくとも2種以上のガス
成分の濃度を算出可能な複数の信号を検出する信号検出
回路とを備えたことを特徴とする。この構成によれば、
既存のガスセンサに装着することにより、1つのガスセ
ンサを複数種類のガス成分濃度を検出可能なものとして
機能させることができるので、必要なセンサの個数を削
減することができ、経済的である。回路パラメータは、
例えばガスセンサの検出部が発する電気信号あるいはそ
れに基づいて生成される別の電気信号の、電流値あるい
は電圧値等である。また、本発明のガスセンサシステム
は、上記ガスセンサと、これに接続される上記ガスセン
サ用制御回路ユニットとを備えたことを特徴とする。
Means for Solving the Problems and Functions / Effects The first aspect of the gas sensor control circuit unit (hereinafter also simply referred to as the control circuit unit) of the present invention is used by being connected to a gas sensor. And a signal detection circuit for detecting a plurality of signals capable of calculating the concentrations of at least two or more gas components from circuit parameters in the operation control circuit. According to this configuration,
By attaching the gas sensor to an existing gas sensor, one gas sensor can function as a device capable of detecting a plurality of types of gas component concentrations. Therefore, the number of necessary sensors can be reduced, which is economical. The circuit parameters are
For example, a current value or a voltage value of an electric signal generated by the detection unit of the gas sensor or another electric signal generated based on the electric signal. Further, a gas sensor system according to the present invention includes the gas sensor and the gas sensor control circuit unit connected thereto.

【0010】具体的には、上記のガスセンサ用制御回路
ユニットは下記の構成のNOxセンサに接続して使用さ
れるものとすることができる。すなわち、該NOxセン
サは、周囲から区画されるとともに、第一拡散律速部を
介して被測定ガスが導入される第一処理室と、周囲から
区画されるとともに、第一処理室内の気体が第二拡散律
速部を介して導かれる第二処理室と、酸素イオン伝導性
固体電解質で構成されて両面に多孔質電極が形成され、
第一処理室内の気体の酸素濃度を測定する酸素濃度検出
素子と、酸素イオン伝導性固体電解質で構成されて両面
に多孔質電極が形成され、第一処理室から酸素を汲み出
す第一ポンプ素子と、酸素イオン伝導性固体電解質で構
成されて両面に多孔質電極が形成され、第二処理室から
酸素を汲み出す第二ポンプ素子と、第一ポンプ素子と、
酸素濃度検出素子と、第二ポンプ素子とを加熱する加熱
素子とを備える。
Specifically, the above-described control circuit unit for a gas sensor can be used by being connected to a NOx sensor having the following configuration. That is, the NOx sensor is partitioned from the surroundings, and the first processing chamber into which the gas to be measured is introduced via the first diffusion-controlling unit, and the NOx sensor is partitioned from the surroundings, and the gas in the first processing chamber is separated from the surroundings. A second processing chamber guided through the two diffusion-controlling sections, and a porous electrode formed on both surfaces and composed of an oxygen ion conductive solid electrolyte,
An oxygen concentration detection element that measures the oxygen concentration of gas in the first processing chamber, and a first pump element that is formed of an oxygen ion conductive solid electrolyte and has porous electrodes formed on both surfaces, and pumps oxygen from the first processing chamber And, a porous electrode formed on both sides and composed of oxygen ion conductive solid electrolyte, a second pump element that pumps oxygen from the second processing chamber, and a first pump element,
A heating element for heating the oxygen concentration detecting element and the second pump element is provided.

【0011】上記のようなNOxセンサに接続して使用
される本発明のガスセンサ用制御回路ユニットは、第一
ポンプ素子に対する通電電圧を制御して、酸素濃度検出
素子の出力電圧がほぼ一定となるように第一処理室内の
酸素分圧レベルを制御する第一ポンプ素子制御回路と、
第一ポンプ素子に流れる電流(第一ポンプ電流)を検出
し、その検出信号を出力する第一ポンプ電流検出回路
と、第二処理室から酸素を汲み出す方向に、第二ポンプ
素子に対して一定電圧を印加する第二ポンプ素子制御回
路と、第二ポンプ素子に流れる電流(第二ポンプ電流)
を検出し、その検出信号を出力する第二ポンプ電流検出
回路と、加熱素子の発熱を制御する発熱制御回路とを備
え、第一ポンプ電流の検出信号が、被測定ガス中の酸素
濃度検出に使用され、第一ポンプ電流の検出信号と第二
ポンプ電流の検出信号とが被測定ガス中の窒素酸化物濃
度検出に使用されることを特徴とする。
The gas sensor control circuit unit of the present invention used by being connected to the NOx sensor as described above controls the energizing voltage to the first pump element so that the output voltage of the oxygen concentration detecting element becomes substantially constant. A first pump element control circuit for controlling the oxygen partial pressure level in the first processing chamber,
A first pump current detection circuit for detecting a current (first pump current) flowing through the first pump element and outputting a detection signal; A second pump element control circuit for applying a constant voltage, and a current flowing through the second pump element (second pump current)
A second pump current detection circuit that detects the current and outputs a detection signal, and a heat generation control circuit that controls the heat generation of the heating element. And the detection signal of the first pump current and the detection signal of the second pump current are used for detecting the concentration of nitrogen oxides in the gas to be measured.

【0012】この構成によれば、第一ポンプ電流検出回
路と第二ポンプ電流検出回路とを備えることで、その第
一ポンプ電流の検出信号を被測定ガス中の酸素濃度検出
に使用でき、かつ第一ポンプ電流の検出信号と第二ポン
プ電流の検出信号とを被測定ガス中の窒素酸化物濃度検
出に使用できる。従って、既存のNOxセンサに装着す
るのみで、これにNOxセンサのみならず酸素濃度セン
サとしての機能を簡単に付与することができ、ひいては
NOx濃度及び酸素濃度(空燃比)の検出系の構成を簡
単にできる。
According to this configuration, by providing the first pump current detection circuit and the second pump current detection circuit, the detection signal of the first pump current can be used for detecting the oxygen concentration in the gas to be measured, and The detection signal of the first pump current and the detection signal of the second pump current can be used for detecting the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured. Therefore, the function of not only the NOx sensor but also the function of the oxygen concentration sensor can be easily given to the existing NOx sensor only by attaching the NOx sensor to the existing NOx sensor. Easy to do.

【0013】他方、本発明者らの検討によれば、NOx
センサにおいて一般に、第一処理室に導入される被測定
ガス中の酸素濃度が変動すると、第二ポンプ電流のNO
x濃度依存性が影響を受け、従来のように第二ポンプ電
流の値のみでは、正確なNOx濃度の検出ができないこ
とが判明している。本発明のガスセンサ用制御回路ユニ
ットあるいはガスセンサシステムでは、被測定ガス中の
酸素濃度を反映した第一ポンプ電流の検出信号と、第二
ポンプ電流の検出信号との双方に基づいてNOx濃度を
検出するようにしているので、より精度の高い測定が可
能となっている。
On the other hand, according to the study of the present inventors, NOx
In general, in a sensor, when the oxygen concentration in the gas to be measured introduced into the first processing chamber fluctuates, the NO of the second pump current changes.
It has been found that the x-concentration dependency is affected, and it is impossible to detect the NOx concentration accurately only with the value of the second pump current as in the related art. In the gas sensor control circuit unit or gas sensor system of the present invention, the NOx concentration is detected based on both the first pump current detection signal reflecting the oxygen concentration in the gas to be measured and the second pump current detection signal. As a result, more accurate measurement is possible.

【0014】この場合、第一ポンプ素子制御回路は、第
一処理室から第二気体流通部を通って第二処理室に導か
れる気体中の酸素濃度をほぼ一定となるように、第一ポ
ンプ素子に対する通電電圧を制御するものと見ることも
できる。
In this case, the first pump element control circuit controls the first pump so that the oxygen concentration in the gas guided from the first processing chamber through the second gas flow section to the second processing chamber becomes substantially constant. It can also be seen as controlling the energizing voltage to the element.

【0015】上記制御回路ユニットには、第一ポンプ素
子制御回路と、第一ポンプ電流検出回路と、第二ポンプ
素子制御回路と、第二ポンプ電流検出回路とを互いに一
体的に組み付ける組付け手段を設けることができる。こ
れにより、ユニット全体がコンパクト化され、NOxセ
ンサへの取付けも容易となる。
The control circuit unit includes an assembling means for integrally assembling the first pump element control circuit, the first pump current detection circuit, the second pump element control circuit, and the second pump current detection circuit. Can be provided. This makes the entire unit compact and facilitates attachment to the NOx sensor.

【0016】また、該制御回路ユニットには、第一ポン
プ素子、酸素濃度検出素子及び第二ポンプ素子の温度が
予め定められた温度目標値に近づくように、発熱制御回
路に対し加熱素子の発熱制御を指令する発熱制御指令手
段として少なくとも機能するマイクロプロセッサを設け
ることができる。これにより、NOxセンサに該制御回
路ユニットを装着するだけで、各素子の温度制御を行う
ことが可能となり、かつ発熱制御指令手段も含めたユニ
ット全体の構成を一層コンパクトなものとすることがで
きる。
Further, the control circuit unit includes a control circuit for controlling the heat generation of the heating element so that the temperatures of the first pump element, the oxygen concentration detection element, and the second pump element approach a predetermined temperature target value. A microprocessor functioning at least as heat generation control instruction means for instructing control can be provided. This makes it possible to control the temperature of each element simply by mounting the control circuit unit on the NOx sensor, and to further reduce the configuration of the entire unit including the heat generation control command means. .

【0017】さらに、上記制御回路ユニットには、第一
ポンプ電流検出回路による第一ポンプ電流検出信号と、
第二ポンプ電流検出回路による第二ポンプ電流検出信号
とを、それぞれデジタル変換するA/D変換回路を設け
ることができる。これにより、第一ポンプ電流検出信号
と第二ポンプ電流検出信号とをマイクロプロセッサ等に
よりデジタル処理したい場合に、ユニットから直接デジ
タル出力を取り出すことができるので便利である。
The control circuit unit further includes a first pump current detection signal from the first pump current detection circuit,
An A / D conversion circuit for digitally converting the second pump current detection signal from the second pump current detection circuit can be provided. Accordingly, when the first pump current detection signal and the second pump current detection signal are to be digitally processed by a microprocessor or the like, a digital output can be directly taken out from the unit, which is convenient.

【0018】そして、前述のマイクロプロセッサを搭載
する場合には、該マイクロプロセッサを、A/D変換回
路によりデジタル変換された第一ポンプ電流検出信号に
基づいて、被測定ガス中の酸素濃度情報を生成する酸素
濃度情報生成手段として機能させ、同じく第一ポンプ電
流の検出信号と第二ポンプ電流の検出信号とに基づいて
被測定ガス中の窒素酸化物濃度情報を生成する窒素酸化
物濃度情報生成手段として機能させることができる。こ
れにより、制御回路ユニットから、酸素濃度情報と窒素
酸化物濃度情報とを取り出すことも可能となる。
In the case where the above-mentioned microprocessor is mounted, the microprocessor converts the oxygen concentration information in the gas to be measured based on the first pump current detection signal digitally converted by the A / D conversion circuit. Nitrogen oxide concentration information generating means for functioning as generated oxygen concentration information generating means, and also generating nitrogen oxide concentration information in the gas to be measured based on the detection signal of the first pump current and the detection signal of the second pump current. It can function as a means. This makes it possible to extract oxygen concentration information and nitrogen oxide concentration information from the control circuit unit.

【0019】他方、上記マイクロプロセッサが出力する
デジタル信号のうち、酸素濃度情報、窒素酸化物濃度情
報、酸素濃度情報に基づいて生成される空燃比情報、及
び酸素濃度情報に基づいて生成される過剰酸素率情報
の、少なくともいずれかに関するデジタル信号をアナロ
グ変換し、これを対応するアナログ信号として出力する
D/A変換回路を設けることもできる。これにより、上
記各情報をアナログ出力の形で取り出すことが可能とな
り、自動車エンジンをはじめとする内燃機関等の制御信
号としても活用しやすくなる。また、上記デジタル信号
に基づいて、被測定ガスの酸素濃度、窒素酸化物濃度、
空燃比及び過剰酸素率の少なくともいずれかを表示する
表示装置を設けることもできる。これにより、各情報の
内容を視覚的に把握することが可能となる。
On the other hand, among the digital signals output from the microprocessor, oxygen concentration information, nitrogen oxide concentration information, air-fuel ratio information generated based on the oxygen concentration information, and excess generated based on the oxygen concentration information. It is also possible to provide a D / A conversion circuit that converts a digital signal related to at least one of the oxygen content information into an analog signal and outputs the analog signal as a corresponding analog signal. This makes it possible to extract the above information in the form of an analog output, so that it can be easily used as a control signal for an internal combustion engine such as an automobile engine. Further, based on the digital signal, the oxygen concentration, the nitrogen oxide concentration,
A display device for displaying at least one of the air-fuel ratio and the excess oxygen rate may be provided. This makes it possible to visually grasp the content of each piece of information.

【0020】また、接続対象となるNOxセンサが、第
一ポンプ素子と、酸素濃度検出素子と、第二ポンプ素子
とを加熱する加熱素子との少なくともいずれかのものの
温度を検出する温度検出部とを備えたものである場合、
上記マイクロプロセッサは、温度検出部にて検出される
温度の情報と第一ポンプ電流検出信号及び第二ポンプ電
流検出信号とに基づいて、温度補正された酸素濃度及び
窒素酸化物濃度の各情報(以下、これらを総称して被検
出成分濃度情報という)を生成する被検出成分濃度情報
温度補正手段として機能するものとすることができる。
Further, the NOx sensor to be connected is a temperature detecting section for detecting the temperature of at least one of a first pump element, an oxygen concentration detecting element, and a heating element for heating the second pump element. If you have
The microprocessor is configured to perform temperature-corrected oxygen concentration and nitrogen oxide concentration information (based on the temperature information detected by the temperature detection unit and the first pump current detection signal and the second pump current detection signal). Hereinafter, these may be collectively referred to as detected component concentration information) and function as detected component concentration information temperature correction means.

【0021】これにより、例えば酸素濃度検出素子の温
度が、排気ガス温度の急変等により一時的に変化するこ
とがあっても、温度補正された形で被検出成分の濃度情
報が生成されるので、該被検出成分の検出精度を良好に
維持することができる。この場合、酸素濃度検出素子の
温度は、サーミスタや熱電対など、別途設けられた温度
センサを用いて測定してもよいが、各素子を構成する固
体電解質の内部抵抗の値が温度によって変化するので、
これを利用して温度を測定するようにすれば温度センサ
を設ける必要がなくなり、ひいては測定系の構成を単純
化できる利点がある。この場合、上記制御ユニットに
は、酸素濃度検出素子を温度検出部として、その内部抵
抗を測定するための内部抵抗測定制御回路を設ければよ
い。また、マイクロプロセッサを設ける場合には、その
マイクロプロセッサにより機能実現される発熱制御指令
手段は、内部抵抗の測定結果に基づいて、第一ポンプ素
子、酸素濃度検出素子及び第二ポンプ素子の各温度が予
め定められた温度目標値に近づくように、発熱制御回路
に対し加熱素子の発熱制御を指令するものとすることが
できる。
Thus, even if the temperature of the oxygen concentration detecting element temporarily changes due to a sudden change in the exhaust gas temperature, for example, the concentration information of the detected component is generated in a temperature-corrected form. Thus, the detection accuracy of the detection target component can be maintained satisfactorily. In this case, the temperature of the oxygen concentration detecting element may be measured by using a separately provided temperature sensor such as a thermistor or a thermocouple, but the value of the internal resistance of the solid electrolyte constituting each element changes according to the temperature. So
If this is used to measure the temperature, there is no need to provide a temperature sensor, and there is an advantage that the configuration of the measurement system can be simplified. In this case, the control unit may be provided with an internal resistance measurement control circuit for measuring the internal resistance of the oxygen concentration detecting element as a temperature detecting unit. In the case where a microprocessor is provided, the heat generation control command means realized by the microprocessor is configured to control each temperature of the first pump element, the oxygen concentration detection element, and the second pump element based on the measurement result of the internal resistance. May be commanded to the heat generation control circuit to control the heat generation of the heating element so that the temperature approaches a predetermined temperature target value.

【0022】上記内部抵抗測定制御回路には、酸素濃度
検出素子に対し一定の内部抵抗検出電流を通電する内部
抵抗検出電流通電回路を設けることができる。これによ
れば、定電流通電時の印加電圧から酸素濃度検出素子の
内部抵抗を簡単に測定することができる。この場合、上
記マイクロプロセッサは、該内部抵抗検出電流を通電し
たときに酸素濃度検出素子に印加される電圧(以下、抵
抗検出電圧という)を、酸素濃度検出素子の内部抵抗情
報として検出する内部抵抗情報検出手段として機能する
ものとすることができる。
The internal resistance measurement control circuit may include an internal resistance detection current supply circuit for supplying a constant internal resistance detection current to the oxygen concentration detection element. According to this, the internal resistance of the oxygen concentration detecting element can be easily measured from the applied voltage when the constant current is applied. In this case, the microprocessor detects a voltage applied to the oxygen concentration detection element when the internal resistance detection current is applied (hereinafter referred to as a resistance detection voltage) as internal resistance information of the oxygen concentration detection element. It can function as information detection means.

【0023】内部抵抗測定制御回路は、酸素濃度検出素
子に対し内部抵抗検出電流を通電してその内部抵抗を測
定した後、該酸素濃度検出素子に対し、内部抵抗検出電
流とは逆方向の修正電流を通電する修正電流通電回路を
備えるものとして構成することができる。酸素濃度検出
素子に内部抵抗測定用電流を通電すると、酸素濃度検出
素子内においてその通電と逆方向に酸素が輸送され、酸
素濃度検出素子両側の酸素濃度に変化を生ずる。その結
果、NOxセンサが被検出成分濃度の測定に復帰した際
に、その酸素濃度の変化が被検出成分濃度の測定精度に
対する誤差の要因ともなりうる。また、酸素濃度検出素
子の内部抵抗値が高い場合には、酸素濃度検出素子内の
酸素イオンが移動しにくくなって、電流通電に伴い分極
を生ずることもある。そこで、修正電流通電手段によ
り、酸素濃度検出素子に対し内部抵抗検出電流を通電し
てその内部抵抗を測定した後、該酸素濃度検出素子に対
し、内部抵抗検出電流と逆方向に修正電流を通電するよ
うにすれば、その通電により上記とは逆向きに酸素が輸
送されるので、変化した酸素濃度が内部抵抗測定前の状
態に近づき、復帰後の被検出成分濃度の測定精度が高め
られるとともに、酸素濃度検出素子の分極状態も解消す
ることができる。この場合、修正電流の大きさ及び通電
時間は、内部抵抗検出電流通電時に輸送されると考えら
れる酸素量とほぼ同量の酸素が、該修正電流の通電によ
り逆輸送されるように設定するのがよく、例えば内部抵
抗検出電流とほぼ大きさが同じ電流を、該内部抵抗検出
電流とほぼ同時間通電するのがよい。
The internal resistance measurement control circuit applies an internal resistance detection current to the oxygen concentration detection element, measures the internal resistance, and then corrects the oxygen concentration detection element in a direction opposite to the internal resistance detection current. It can be configured to include a correction current supply circuit that supplies current. When a current for measuring internal resistance is supplied to the oxygen concentration detecting element, oxygen is transported in the oxygen concentration detecting element in a direction opposite to the direction of the current supply, and the oxygen concentration on both sides of the oxygen concentration detecting element changes. As a result, when the NOx sensor returns to the measurement of the concentration of the detected component, the change in the oxygen concentration may cause an error in the measurement accuracy of the concentration of the detected component. Further, when the internal resistance value of the oxygen concentration detecting element is high, oxygen ions in the oxygen concentration detecting element are difficult to move, and polarization may occur with the passage of current. Therefore, after the internal resistance detection current is applied to the oxygen concentration detecting element by the correction current applying means and the internal resistance is measured, the correction current is applied to the oxygen concentration detecting element in a direction opposite to the internal resistance detection current. If this is done, the oxygen is transported in the opposite direction by the energization, so that the changed oxygen concentration approaches the state before the internal resistance measurement, and the measurement accuracy of the concentration of the detected component after the return is improved, Also, the polarization state of the oxygen concentration detecting element can be eliminated. In this case, the magnitude and energizing time of the correction current are set so that approximately the same amount of oxygen that is considered to be transported when the internal resistance detection current is applied is reversely transported by the application of the correction current. For example, it is preferable to supply a current having substantially the same magnitude as the internal resistance detection current for approximately the same time as the internal resistance detection current.

【0024】次に上記制御回路ユニットないしガスセン
サシステムには、第一ポンプ電流の値と、第二ポンプ電
流の値と、被測定ガス中の窒素酸化物濃度との関係を表
す特性につき、予め設定された標準的な特性に関する情
報(以下、標準特性情報という)を記憶した標準特性情
報記憶部と、第一ポンプ電流の値と、第二ポンプ電流の
値と、被測定ガス中の窒素酸化物濃度との関係を表す特
性につき、予め実測したNOxセンサの特性を標準的な
特性に一致させるための補正情報を記憶した補正情報記
憶部とを設けることができる。そして、マイクロプロセ
ッサを設ける場合には、そのマイクロプロセッサにより
機能実現される窒素酸化物濃度情報生成手段を、第一ポ
ンプ電流と第二ポンプ電流との各信号を検出するととも
に、補正情報に基づいて各検出値を補正した上で、標準
特性情報を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度の情報
を生成するものとすることができる。
Next, the control circuit unit or the gas sensor system is set in advance with respect to a characteristic representing the relationship between the value of the first pump current, the value of the second pump current, and the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured. Standard characteristic information storage unit storing information on the standard characteristics thus obtained (hereinafter referred to as standard characteristic information), a value of the first pump current, a value of the second pump current, and nitrogen oxides in the gas to be measured. With respect to the characteristic indicating the relationship with the concentration, it is possible to provide a correction information storage unit that stores correction information for matching the previously measured characteristic of the NOx sensor to the standard characteristic. In the case where a microprocessor is provided, the nitrogen oxide concentration information generating means realized by the microprocessor detects the signals of the first pump current and the second pump current based on the correction information. After correcting each detected value, information on the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured can be generated using the standard characteristic information.

【0025】この構成によれば、異なるNOxセンサを
用いて同じ被測定ガスのNOx濃度を測定したとして
も、各NOxセンサ毎のバラツキは固有の補正情報によ
って補正されるため、いずれのNOxセンサによっても
同様の測定結果が精度良く得られる。また、各NOxセ
ンサ毎に第一ポンプ電流の値と、第二ポンプ電流の値
と、被測定ガス中の窒素酸化物濃度との関係を表す特性
を記憶しているのではなく、標準的な特性の他には補正
データを記憶しているのみなので、記憶容量が小さくて
済む。
According to this configuration, even if the NOx concentration of the same gas to be measured is measured using different NOx sensors, the variation of each NOx sensor is corrected by the unique correction information. The same measurement result can be obtained with high accuracy. In addition, instead of storing a characteristic representing a relationship between the value of the first pump current, the value of the second pump current, and the concentration of nitrogen oxide in the gas to be measured for each NOx sensor, a standard value is used. Since only correction data is stored in addition to the characteristics, the storage capacity is small.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照して説明する。図1は、ガスセンサ
の一例としての窒素酸化物センサ(以下、NOxセンサ
という)1を示している。すなわち、NOxセンサ1
は、それぞれ横長板状に形成された第一ヒータ2、第一
ポンプ素子3、酸素濃度検出素子4、第二ポンプ素子5
及び第二ヒータ8がこの順序で積層され一体化されたも
のとして構成されている。また、第一ポンプ素子3と酸
素濃度検出素子4との間には第一処理室9が、酸素濃度
検出素子4と第二ポンプ素子5との間には第二処理室1
0が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows a nitrogen oxide sensor (hereinafter, referred to as a NOx sensor) 1 as an example of a gas sensor. That is, the NOx sensor 1
Are a first heater 2, a first pump element 3, an oxygen concentration detection element 4, and a second pump element 5 each formed in a horizontally long plate shape.
And the second heater 8 are laminated and integrated in this order. A first processing chamber 9 is provided between the first pump element 3 and the oxygen concentration detecting element 4, and a second processing chamber 1 is provided between the oxygen concentration detecting element 4 and the second pump element 5.
0 is formed.

【0027】各素子3〜5は、酸素イオン伝導性を有す
る固体電解質により構成されている。そのような固体電
解質としては、YないしCaOを固溶させたZr
が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類
金属ないし希土類金属の酸化物とZrO2との固溶体を
使用してもよい。また、ベースとなるZrOにはHf
O2が含有されていてもよい。本実施例では、Y
ないしCaOを固溶させたZrO固体電解質セラミッ
クが使用されているものとする。一方、第一及び第二ヒ
ータ2,8は、公知のセラミックヒータで構成されてお
り、各素子3〜5を所定の作動温度、例えば750〜8
50℃、望ましくは780〜830℃(例えば800
℃)に加熱する役割を果たす。この加熱温度は、ヒータ
2,8の耐久性向上のため、従来のNOxセンサよりは
やや低めに設定されている。
Each of the elements 3 to 5 is composed of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. Examples of such a solid electrolyte include Zr in which Y 2 O 3 or CaO is dissolved.
O 2 is typical, but a solid solution of an oxide of another alkaline earth metal or rare earth metal and ZrO 2 may be used. The base ZrO 2 contains Hf
O2 may be contained. In this embodiment, Y 2 O 3
It is assumed that a ZrO 2 solid electrolyte ceramic in which CaO is dissolved is used. On the other hand, the first and second heaters 2 and 8 are configured by known ceramic heaters, and each element 3 to 5 is set to a predetermined operating temperature, for example, 750 to 8
50 ° C., desirably 780-830 ° C. (for example, 800
C). The heating temperature is set slightly lower than that of the conventional NOx sensor in order to improve the durability of the heaters 2 and 8.

【0028】各素子3〜5の境界部分には、Al
等を主体とした絶縁層(図3に示す絶縁層260等:図
1では示さず)が介挿されている。このような積層一体
化されたセンサの構造は、上記各素子3〜5となるべき
セラミックグリーンシート(セラミック成形体)を積層
して焼成することにより製造することができる。
The boundary between the elements 3 to 5 is made of Al 2 O 3
An insulating layer (such as the insulating layer 260 shown in FIG. 3; not shown in FIG. 1) mainly composed of an insulating material is interposed. The structure of such a sensor integrated by lamination can be manufactured by laminating and firing ceramic green sheets (ceramic molded bodies) to be the respective elements 3 to 5.

【0029】第一処理室9の両側壁部分には、該第一処
理室9と外部の被測定空間とを連通させる第一気体流通
部11が形成されている。図1(b)に示すように、第
一気体流通部11は、第一処理室9の幅方向両側におい
て第一ポンプ素子3と酸素濃度検出素子4との間にまた
がる形態で形成されるとともに、第一処理室9の側縁に
沿って第一ポンプ素子3ないし酸素濃度検出素子4の長
手方向に延びており、多孔質Al焼成体等により
連通気孔を有する多孔質セラミック体として構成されて
いる。これにより、該第一気体流通部11は、外部から
の排気ガスを一定の拡散抵抗のもとに第一処理室9内に
導く拡散律速部として機能する。
On both side wall portions of the first processing chamber 9, first gas circulation portions 11 for communicating the first processing chamber 9 with an external space to be measured are formed. As shown in FIG. 1 (b), the first gas flow portion 11 is formed in such a manner as to extend between the first pump element 3 and the oxygen concentration detection element 4 on both sides in the width direction of the first processing chamber 9. A porous ceramic body extending in the longitudinal direction of the first pump element 3 or the oxygen concentration detecting element 4 along the side edge of the first processing chamber 9 and having continuous ventilation holes made of a porous Al 2 O 3 fired body or the like. It is configured. As a result, the first gas flow section 11 functions as a diffusion control section that guides the exhaust gas from the outside into the first processing chamber 9 with a constant diffusion resistance.

【0030】次に、第一処理室9と第二処理室10とに
挟まれた部分は、酸素イオン伝導性固体電解質で構成さ
れた隔壁12となっている。換言すれば、上記2つの処
理室9,10は、該隔壁12を挟んで隣接して配置され
ている。そして、この隔壁12には、第一処理室9と第
二処理室10とを連通させる第二気体流通部13が形成
されており、その厚さ方向中間部には酸素基準電極14
が埋設されている。第二気体流通部13も、第一気体流
通部11と同様に多孔質セラミック体として構成されて
おり、第一処理室9内の気体を第二処理室10へ一定の
拡散抵抗のもとに導く拡散律速部として機能する。な
お、上記拡散律速部は、多孔質セラミック体(あるいは
金属体)で形成する代わりに、小孔やスリットで構成し
てもよい。
Next, a portion sandwiched between the first processing chamber 9 and the second processing chamber 10 is a partition wall 12 made of an oxygen ion conductive solid electrolyte. In other words, the two processing chambers 9 and 10 are arranged adjacent to each other with the partition wall 12 interposed therebetween. The partition 12 is provided with a second gas flow section 13 for communicating the first processing chamber 9 and the second processing chamber 10 with each other.
Is buried. The second gas flow section 13 is also configured as a porous ceramic body similarly to the first gas flow section 11, and the gas in the first processing chamber 9 is diffused into the second processing chamber 10 under a certain diffusion resistance. Functions as a guiding diffusion-controlling part. In addition, the said diffusion rate-controlling part may be comprised with a small hole or slit instead of forming with a porous ceramic body (or metal body).

【0031】他方、隔壁12の第一処理室9に面する表
面には第一電極15が形成されており、酸素濃度検出素
子4の要部は、該第一電極15と、酸素基準電極14
と、それら電極15,14の間に挟まれた隔壁部分12
aとによって構成されている。一方、第二ポンプ素子5
の両面には、それぞれ電極17,18が、第一ポンプ素
子3の両面には、電極19,20がそれぞれ形成されて
いる。なお、電極15,14は、酸素濃度検出素子4の
長手方向において互いにずれた位置関係で形成されてい
る。
On the other hand, a first electrode 15 is formed on the surface of the partition wall 12 facing the first processing chamber 9.
And a partition part 12 sandwiched between the electrodes 15 and 14
a. On the other hand, the second pump element 5
The electrodes 17 and 18 are formed on both surfaces of the first pump element 3, respectively, and the electrodes 19 and 20 are formed on both surfaces of the first pump element 3, respectively. The electrodes 15 and 14 are formed so as to be shifted from each other in the longitudinal direction of the oxygen concentration detecting element 4.

【0032】上記各電極14,15,17〜20はいず
れも、各素子3〜5を構成する固体電解質へ酸素を注入
するための酸素分子の解離反応、及び該固体電解質から
酸素を放出させるための酸素の再結合反応に対する可逆
的な触媒機能(酸素解離触媒機能)を有する多孔質電極
(例えばPt多孔質電極)として構成されている。この
ような多孔質電極は、例えば上記金属ないし合金の粉末
と、下地となる固体電解質セラミックとの密着強度を向
上させるために該下地と同材質の固体電解質セラミック
粉末を適量配合してペーストを作り、これを用いて下地
となるべきセラミックグリーンシート上に電極パターン
を印刷形成して、一体焼成することにより形成される。
Each of the electrodes 14, 15, 17 to 20 is for dissociating oxygen molecules for injecting oxygen into the solid electrolyte constituting each of the elements 3 to 5, and for releasing oxygen from the solid electrolyte. Is configured as a porous electrode (for example, a Pt porous electrode) having a reversible catalytic function (oxygen dissociation catalytic function) for the oxygen recombination reaction. Such a porous electrode is prepared, for example, by mixing an appropriate amount of a solid electrolyte ceramic powder of the same material as the base to improve the adhesion strength between the metal or alloy powder and the base solid electrolyte ceramic to form a paste. An electrode pattern is printed and formed on a ceramic green sheet to be used as a base using this, and is formed by integrally firing.

【0033】なお、図1に示すように、各素子3〜5の
各電極14,15,17〜20からは、素子の長手方向
に沿ってNOxセンサ1の取付基端側に向けて延びる電
極リード部14a,15a,17a〜20a(図1では
14a,15a,20aのみ表れている)がそれぞれ一
体に形成されており、該基端側において各素子3〜5に
は接続端子14b,15b,17b〜20bの一端が埋
設されている。そして、図2に示すように、各接続端子
(20b)は、金属ペーストの焼結体として素子の厚さ
方向に形成された導通部(20c)により、電極リード
部(20a)の末端に対して電気的に接続されている
(図では、電極リード部20aの場合について代表させ
て示している)。
As shown in FIG. 1, the electrodes 14, 15, 17 to 20 of the elements 3 to 5 extend from the electrodes 14, 15, 17 to 20 to the base end side of the NOx sensor 1 along the longitudinal direction of the element. The leads 14a, 15a, 17a to 20a (only 14a, 15a, 20a are shown in FIG. 1) are formed integrally, and the connection terminals 14b, 15b, One end of each of 17b to 20b is embedded. Then, as shown in FIG. 2, each connection terminal (20b) is connected to the end of the electrode lead portion (20a) by a conductive portion (20c) formed in the thickness direction of the element as a sintered body of a metal paste. (In the figure, the case of the electrode lead portion 20a is shown as a representative).

【0034】また、図1に示すように、酸素基準電極1
4は第二気体流通部13と干渉しない位置に形成されて
いる。これにより、NOx濃度の検出出力をより安定化
させることができる。一方、酸素濃度検出素子4の第一
電極15は、第二気体流通部13と重なりを有する位置
に形成され、該第二気体流通部13に対応する位置に
は、気体の流通を確保するために貫通穴15hが形成さ
れている。
Further, as shown in FIG.
4 is formed at a position that does not interfere with the second gas flow portion 13. Thereby, the detection output of the NOx concentration can be further stabilized. On the other hand, the first electrode 15 of the oxygen concentration detecting element 4 is formed at a position overlapping with the second gas flow part 13, and at a position corresponding to the second gas flow part 13, to secure gas flow. Is formed with a through hole 15h.

【0035】次に、第一処理室9及び第二処理室10に
は、図3(b)に示すように、焼成時の処理室空間の潰
れを防止する支柱部210が、散点状あるいは千鳥状に
形成されている。このような構造の製造方法を第一処理
室9を例にとって説明する。すなわち、図3(a)に示
すように、第一ポンプ素子3となるべきセラミックグリ
ーンシート220と、同じく酸素濃度検出素子4となる
べきセラミックグリーンシート230との各々の対向面
において第一処理室9に予定された領域に、セラミック
粉末ペースト(例えば多孔質Al粉末ペースト)
を用いて、支柱部210となるべき支柱部パターン26
6a及び266bを形成する。また、その支柱部パター
ン266a及び266bと重なりを生じない位置におい
て同じく該第一処理室9に予定された領域に、焼成時に
燃焼ないし分解する材質の粉末ペースト(例えばカーボ
ンペースト)により補助支持パターン267a及び26
7bを形成する。さらに、上記第一処理室9に予定され
た領域を除く他の領域には、絶縁層パターンとしての貼
合わせコート269がAl粉末ペースト等により
支柱部パターン210の高さよりも小さい厚さで形成さ
れる。また、図示はしていないが、第一処理室9となる
べき領域の両側には、多孔質Al焼成体による第
一気体流通部11(図1)を形成するための連通部パタ
ーンが多孔質Al粉末ペーストにより形成され
る。
Next, as shown in FIG. 3 (b), in the first processing chamber 9 and the second processing chamber 10, a column 210 for preventing the space of the processing chamber from being collapsed at the time of sintering is provided in the form of a spot. It is formed in a staggered pattern. A method of manufacturing such a structure will be described by taking the first processing chamber 9 as an example. That is, as shown in FIG. 3A, the first processing chamber is formed on each of the opposing surfaces of the ceramic green sheet 220 to be the first pump element 3 and the ceramic green sheet 230 to be the oxygen concentration detecting element 4. In a region scheduled for 9, a ceramic powder paste (for example, a porous Al 2 O 3 powder paste)
, The support part pattern 26 to be the support part 210
6a and 266b are formed. Further, in a region not overlapping with the column part patterns 266a and 266b, an auxiliary support pattern 267a is formed by powder paste (for example, carbon paste) of a material which burns or decomposes during firing in a region which is also planned in the first processing chamber 9. And 26
7b is formed. Further, in an area other than the area planned for the first processing chamber 9, a bonding coat 269 as an insulating layer pattern is formed of an Al 2 O 3 powder paste or the like so as to have a thickness smaller than the height of the pillar pattern 210. Is formed. Further, although not shown, on both sides of a region to be the first processing chamber 9, a communicating portion pattern for forming the first gas flowing portion 11 (FIG. 1) made of a porous Al 2 O 3 fired body. Is formed by a porous Al 2 O 3 powder paste.

【0036】これを焼成することにより、図3(b)に
示すように、第一ポンプ素子3と酸素濃度検出素子4と
の間においては、補助支持パターン267a及び267
bが消失するとともに、上記支柱部パターン266a,
266bが焼成により一体化して支柱部210が形成さ
れる。また、この支柱部210により大きさが規定され
た形で第一処理室9が形成され、その幅方向両側には図
1(b)に示すような多孔質セラミック体による第一気
体流通部11が形成される。一方、第一処理室9を除く
他の領域においてそれら酸素濃度検出素子4と第一ポン
プ素子3とは、貼合わせコート269に基づく絶縁層2
60を介して互いに接合される。
By firing this, as shown in FIG. 3B, between the first pump element 3 and the oxygen concentration detecting element 4, the auxiliary support patterns 267a and 267 are provided.
b disappears, and the above-mentioned strut pattern 266a,
The pillars 210 are formed by integrating the 266b by firing. Further, the first processing chamber 9 is formed in a shape of which the size is defined by the support portion 210, and the first gas flow portion 11 made of a porous ceramic body as shown in FIG. Is formed. On the other hand, in the other region except the first processing chamber 9, the oxygen concentration detecting element 4 and the first pump element 3 are combined with the insulating layer 2 based on the bonding coat 269.
60 are joined to each other.

【0037】ここで、図4に示すように、支柱部パター
ン266a,266bと、補助支持パターン267a,
267bとは平面をほぼ埋め尽くすように相補的に形成
され、例えば図3(a)のグリーンシート220及び2
30を互いに積層した際に、補助支持パターン267
a,267bによる補強効果に基づき、支柱部パターン
266a,266bが両者の間で潰れることが防止ない
し抑制される。また、グリーンシート220及び230
は柔軟であり、図3(a)に誇張して示すように、貼合
わせコート269が支柱部パターン266a,266b
の合計厚さよりもかなり薄く形成されていたとしても、
グリーンシート220及び230が少し橈むことで、両
者は貼合わせコート269を介して密着でき、焼成によ
り支障なく一体化することができる。
Here, as shown in FIG. 4, the support part patterns 266a, 266b and the auxiliary support patterns 267a, 267a,
267b is formed complementarily so as to almost completely fill the plane. For example, the green sheets 220 and 2 shown in FIG.
30 are stacked together, the auxiliary support pattern 267
Based on the reinforcing effect by the a and 267b, the strut portion patterns 266a and 266b are prevented or suppressed from being crushed between them. Also, the green sheets 220 and 230
Is flexible, and as shown in an exaggerated manner in FIG. 3 (a), the bonding coat 269 is used for supporting column patterns 266a, 266b.
Even if formed much thinner than the total thickness of
When the green sheets 220 and 230 are slightly bent, they can be adhered to each other via the bonding coat 269 and can be integrated without any trouble by firing.

【0038】図5は、NOxセンサ1を用いた本発明の
ガスセンサシステム(以下、単にセンサシステムとい
う)の一例の電気的構成を示すブロック図である。すな
わち、該センサシステム30は、上記NOxセンサ1
と、該NOxセンサ1に接続された本発明の一実施例た
るNOxセンサ用制御回路ユニット(以下、単に制御回
路ユニットという)31とによって構成されている。制
御回路ユニット31は、マイクロプロセッサ52と、N
Oxセンサ1とマイクロプロセッサ52とを接続する周
辺回路51とから構成されている。マイクロプロセッサ
52は、出入力インターフェースとしてのI/Oポート
52aと、これに接続されたCPU53、RAM55、
ROM54等により構成されている。CPU53は、R
AM55をワークエリアとしてROM54に格納された
制御プログラムにより、酸素濃度情報生成手段及び窒素
酸化物濃度情報生成手段として機能する。
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of an example of the gas sensor system (hereinafter simply referred to as a sensor system) of the present invention using the NOx sensor 1. That is, the sensor system 30 includes the NOx sensor 1
And a NOx sensor control circuit unit (hereinafter simply referred to as a control circuit unit) 31 according to an embodiment of the present invention connected to the NOx sensor 1. The control circuit unit 31 includes a microprocessor 52 and N
The peripheral circuit 51 connects the Ox sensor 1 and the microprocessor 52. The microprocessor 52 includes an I / O port 52a as an input / output interface, and a CPU 53, a RAM 55,
It is composed of a ROM 54 and the like. The CPU 53 calculates
With the control program stored in the ROM 54 using the AM 55 as a work area, it functions as an oxygen concentration information generation unit and a nitrogen oxide concentration information generation unit.

【0039】周辺回路51は、第一ポンプ素子制御回路
56、第二ポンプ素子制御回路57、基準用定電流電源
回路58、リミッタ回路59、内部抵抗測定制御回路6
0、ヒータ制御回路(発熱制御回路)72、内部抵抗測
定制御回路60からの検出出力をデジタル変換するA/
D変換回路64、第一ポンプ素子制御回路56及び第二
ポンプ素子制御回路57からの検出出力をデジタル変換
するA/D変換回路65等を含んで構成されている。こ
れらA/D変換回路64及び65からのデジタル出力
は、I/Oポート52aよりマイクロプロセッサ52に
入力される。
The peripheral circuit 51 includes a first pump element control circuit 56, a second pump element control circuit 57, a reference constant current power supply circuit 58, a limiter circuit 59, and an internal resistance measurement control circuit 6.
A / A which converts the detection output from the heater control circuit (heat generation control circuit) 72 and the internal resistance measurement control circuit 60 into a digital signal
It is configured to include a D conversion circuit 64, an A / D conversion circuit 65 for digitally converting detection outputs from the first pump element control circuit 56 and the second pump element control circuit 57, and the like. Digital outputs from the A / D conversion circuits 64 and 65 are input to the microprocessor 52 from the I / O port 52a.

【0040】また、マイクロプロセッサ52のI/Oポ
ート52aには、データ記憶部66、マイクロプロセッ
サ52からのデジタル出力信号をアナログ変換するD/
A変換回路67が接続されている。D/A変換回路67
には、そのアナログ変換された出力に基づいて、被検出
ガスの窒素酸化物(以下、NOxとも記す)濃度、酸素
(以下、O2とも記す)濃度、空燃比(以下、A/Fと
も記す)等の情報を反映したアナログ信号出力を生成す
る出力回路68が接続されている。さらに、I/Oポー
ト52aには、マイクロプロセッサ52からのデジタル
出力信号に基づいて、NOx濃度、O2濃度、A/F等
の値を表示する(例えば数値表示する)表示装置69が
接続されている。
The I / O port 52a of the microprocessor 52 has a data storage unit 66 and a D / A converter for converting a digital output signal from the microprocessor 52 into an analog signal.
The A conversion circuit 67 is connected. D / A conversion circuit 67
Are based on the analog-converted output, based on the nitrogen oxide (hereinafter also referred to as NOx) concentration, oxygen (hereinafter also referred to as O2) concentration, and air-fuel ratio (hereinafter also referred to as A / F) of the detected gas. An output circuit 68 for generating an analog signal output reflecting information such as the above is connected. Further, the I / O port 52a is connected to a display device 69 that displays values (for example, numerical values) such as NOx concentration, O2 concentration, and A / F based on a digital output signal from the microprocessor 52. I have.

【0041】図6は、周辺回路51の詳細を示す回路図
である。まず、基準用定電流電源回路58は酸素濃度検
出素子4の酸素基準電極14側に接続されており、セン
サ作動温度における酸素濃度検出素子4の内部抵抗値よ
りも十分大きい抵抗値(例えば該内部抵抗値の1000
〜5000倍程度)を有する抵抗器90を介して、該酸
素濃度検出素子4に対し電源電圧AVccを印加するように
なっている。これにより、酸素濃度検出素子4には第一
処理室9側から該酸素基準電極14側に酸素が汲み込ま
れる方向に、ほぼ一定の微小電流I0が印加され、多孔
質の酸素基準電極14内をほぼ100%に近い酸素濃度
の基準ガスで満たす役割を果たす。
FIG. 6 is a circuit diagram showing details of the peripheral circuit 51. First, the reference constant current power supply circuit 58 is connected to the oxygen reference electrode 14 side of the oxygen concentration detection element 4 and has a resistance value sufficiently larger than the internal resistance value of the oxygen concentration detection element 4 at the sensor operating temperature (for example, the internal resistance value). 1000 of resistance value
The power supply voltage AVcc is applied to the oxygen concentration detecting element 4 through a resistor 90 having a resistance of about 5000 times. As a result, a substantially constant minute current I0 is applied to the oxygen concentration detecting element 4 in a direction in which oxygen is pumped from the first processing chamber 9 side to the oxygen reference electrode 14 side. With a reference gas having an oxygen concentration close to 100%.

【0042】第一ポンプ素子制御回路56は、ポンプ電
流制御部62とPID制御部63とを含み、PID制御
部63の入力側は、内部抵抗測定制御回路60と基準用
定電流電源回路58とを介して、酸素濃度検出素子4の
酸素基準電極14(正極側)に接続されている。他方、
PID制御部63の出力側は、ポンプ電流制御部62の
オペアンプ102と、リミッタ回路59とを介して第一
ポンプ素子3の外側の電極20(正極側)に接続されて
いる。さらに、第一ポンプ素子3と酸素濃度検出素子4
との第一処理室9に面する各電極19及び15は配線7
0によりPID制御部63の出力側に共通結線されてい
る。
The first pump element control circuit 56 includes a pump current control unit 62 and a PID control unit 63. The input side of the PID control unit 63 has an internal resistance measurement control circuit 60, a reference constant current power supply circuit 58, Is connected to the oxygen reference electrode 14 (positive electrode side) of the oxygen concentration detection element 4 via the. On the other hand,
The output side of the PID control unit 63 is connected to the outer electrode 20 (positive electrode side) of the first pump element 3 via the operational amplifier 102 of the pump current control unit 62 and the limiter circuit 59. Further, the first pump element 3 and the oxygen concentration detecting element 4
The electrodes 19 and 15 facing the first processing chamber 9 are
0 is commonly connected to the output side of the PID control unit 63.

【0043】PID制御部63は、要部が2つのオペア
ンプ104,105と周辺の抵抗器及びコンデンサから
構成される。このうち前段のオペアンプ104は抵抗器
104a及びコンデンサ104bとともに、ローパスフ
ィルタ機能を備えた反転増幅器として機能する。その正
側には基準電圧Vr1(例えば2.5V)が入力され、負
側には酸素基準電極14に接続される。この負側の入力
電圧は、酸素濃度検出素子4の出力電圧となるが、該出
力電圧は酸素基準電極14側の酸素濃度と第一処理室9
側の酸素濃度との差に基づいて、酸素濃度検出素子4に
生ずる濃淡電池起電力が主体になるものである。
The main part of the PID control section 63 is composed of two operational amplifiers 104 and 105 and peripheral resistors and capacitors. Of these, the operational amplifier 104 at the former stage functions as an inverting amplifier having a low-pass filter function together with the resistor 104a and the capacitor 104b. The reference voltage Vr1 (for example, 2.5 V) is input to the positive side, and connected to the oxygen reference electrode 14 on the negative side. The input voltage on the negative side is the output voltage of the oxygen concentration detection element 4, and the output voltage is the same as the oxygen concentration on the oxygen reference electrode 14 side and the first processing chamber 9.
The concentration cell electromotive force generated in the oxygen concentration detection element 4 is mainly based on the difference from the oxygen concentration on the side.

【0044】ここで、上記負側入力は、バイアス電圧V
r2によりバイアスされている。該バイアス電圧Vr2は、
酸素濃度検出素子4の出力電圧Vemfの目標値Vemf0
を、上記基準電圧Vr1から差し引いた値(すなわちVr1
−Vemf0)として設定されている。従って、オペアンプ
104は、VemfとVemf0との差Vemf−Vemf0を反転差
動増幅して出力する形となる。なお、基準電圧Vr1とバ
イアス電圧Vr2とは、電源電圧AVcc(本実施例では例え
ば8V)を抵抗器104g,104hあるいは104
i,104jにより分圧調整して作られている。
Here, the above-mentioned negative side input is a bias voltage V
Biased by r2. The bias voltage Vr2 is
The target value Vemf0 of the output voltage Vemf of the oxygen concentration detecting element 4
Is subtracted from the reference voltage Vr1 (that is, Vr1
−Vemf0). Therefore, the operational amplifier 104 inverts and differentially amplifies the difference Vemf-Vemf0 between Vemf and Vemf0 and outputs the result. The reference voltage Vr1 and the bias voltage Vr2 are obtained by connecting the power supply voltage AVcc (for example, 8 V in this embodiment) to the resistor 104g, 104h or 104.
i, 104j to adjust the partial pressure.

【0045】次に、2段目のオペアンプ105は、周辺
の抵抗器あるいはコンデンサ105a〜105fととも
にPID動作部を形成し、オペアンプ104からの入力
電圧と基準電圧Vr1との差分に応じたPID動作を行
う。ここで、抵抗器105e,105bはその比例項
を、抵抗器105fとコンデンサ105aは積分項を、
抵抗器105eとコンデンサ105dは微分項をそれぞ
れ形成するためのものである。なお、コンデンサ105
cは、該PID動作部にローパスフィルタ機能を付与す
るためのものである。
Next, the operational amplifier 105 in the second stage forms a PID operation section together with the peripheral resistors or capacitors 105a to 105f, and performs the PID operation according to the difference between the input voltage from the operational amplifier 104 and the reference voltage Vr1. Do. Here, the resistors 105e and 105b represent the proportional terms, the resistor 105f and the capacitor 105a represent the integral terms,
The resistor 105e and the capacitor 105d are for forming a differential term. Note that the capacitor 105
“c” is for providing a low-pass filter function to the PID operation unit.

【0046】該PID動作部の出力は、ポンプ電流制御
部62の要部をなす電流制御用のオペアンプ102に入
力される。このオペアンプ102は単電源型のものであ
り、PID動作部からの入力電圧Vkと基準電圧Vr1と
の差分に応じて、その出力を0から最大値(本実施例で
は電源電圧AVcc)までの範囲で変化させ、第一ポンプ素
子3に対し第一処理室9から酸素を汲み出す向きのポン
プ電圧(通電電圧)Vpを印加する。これにより、第一
処理室9内の酸素分圧は、酸素濃度検出素子4の出力電
圧(自身に生ずる酸素濃淡電池起電力に基づき、第二気
体流通部13を通って第二処理室10に導かれる気体中
の酸素濃度を反映したものとなる)がPID制御されつ
つ上記目標値Vemf0に維持されるよう、第一ポンプ素子
3への通電電流値、すなわち第一ポンプ電流Ip1’が制
御されることとなる。
The output of the PID operation section is input to a current control operational amplifier 102 which is a main part of the pump current control section 62. The operational amplifier 102 is of a single power supply type, and its output varies from 0 to a maximum value (power supply voltage AVcc in this embodiment) according to the difference between the input voltage Vk from the PID operation unit and the reference voltage Vr1. , And a pump voltage (energization voltage) Vp for pumping oxygen from the first processing chamber 9 is applied to the first pump element 3. Thereby, the oxygen partial pressure in the first processing chamber 9 is changed to the second processing chamber 10 through the second gas flow unit 13 based on the output voltage of the oxygen concentration detecting element 4 (based on the electromotive force of the oxygen concentration cell generated in itself). The current value to be supplied to the first pump element 3, that is, the first pump current Ip1 'is controlled so that the PID control is performed while maintaining the target value Vemf0 while the PID control is performed. The Rukoto.

【0047】ここで、リミッタ回路59は、第一ポンプ
素子3に過剰なポンプ電圧Vpが印加されないよう、そ
の上限値を制限する役割を果たす。このようなリミッタ
回路59の機能は各種回路構成にて実現できるが、本実
施例では、次のような回路構成を採用している。すなわ
ち、該回路の要部をなすのは、電圧制御点PCにそれぞ
れダイオード59f,59gを介して接続された2個の
ボルテージフォロワ用のオペアンプ59d,59eであ
り、各々上限電圧Vmax(本実施例では例えば6V)と
下限電圧Vmin(本実施例では例えば2V)とを出力側
にて保持するように作動する。なお、VmaxとVminと
は、電源電圧AVccを抵抗器59a〜59cにより分圧調
整する形で作られている。そして、制御点PCの電圧が
Vmaxを超えようとした場合はダイオード59fが導通
してオペアンプ59dの出力電圧と平衡し、その値がV
maxに維持される。他方、Vminを下回ろうとした場合
は、ダイオード59gがオペアンプ59eの出力電圧と
平衡し、その値がVminに維持される。
Here, the limiter circuit 59 serves to limit the upper limit of the first pump element 3 so that an excessive pump voltage Vp is not applied. Although the function of the limiter circuit 59 can be realized by various circuit configurations, the present embodiment employs the following circuit configuration. That is, the main parts of the circuit are two voltage-follower operational amplifiers 59d and 59e connected to the voltage control point PC via the diodes 59f and 59g, respectively. Then, for example, 6 V) and the lower limit voltage Vmin (for example, 2 V in the present embodiment) are maintained on the output side. It should be noted that Vmax and Vmin are formed in such a manner that the power supply voltage AVcc is divided and adjusted by resistors 59a to 59c. When the voltage at the control point PC is going to exceed Vmax, the diode 59f conducts and balances with the output voltage of the operational amplifier 59d.
maintained at max. On the other hand, when going to fall below Vmin, the diode 59g is balanced with the output voltage of the operational amplifier 59e, and the value is maintained at Vmin.

【0048】ポンプ電流制御部62においては、例えば
PID作動部の出力経路上に電流検出用抵抗器101が
設けられている。この抵抗器101は、第一ポンプ電流
検出回路の主体をなすものであり、その両端電圧の差が
第一ポンプ電流Ip1’(ただし、後述の第二ポンプ電流
Ip2が重畳されている)の検出信号として、周辺の抵抗
器103a〜103dとともに差動増幅器を構成するオ
ペアンプ103により電圧信号の形で取り出され、さら
にA/D変換回路65でデジタル化されて、図5のマイ
クロプロセッサ52に入力される。ただし、電流検出用
抵抗器101の両端電圧を個別にA/D変換してマイク
ロプロセッサ52に入力し、マイクロプロセッサ52の
内部処理によりその差分を演算して電流値検出を行って
もよい。
In the pump current control section 62, for example, a current detecting resistor 101 is provided on the output path of the PID operating section. This resistor 101 is a main component of the first pump current detection circuit, and the difference between the voltages across the two ends is the detection of the first pump current Ip1 ′ (however, a second pump current Ip2 described later is superimposed). The signal is taken out in the form of a voltage signal by an operational amplifier 103 constituting a differential amplifier together with the peripheral resistors 103a to 103d, further digitized by an A / D conversion circuit 65, and input to the microprocessor 52 of FIG. You. However, the voltage between both ends of the current detecting resistor 101 may be individually A / D converted and input to the microprocessor 52, and the difference may be calculated by the internal processing of the microprocessor 52 to detect the current value.

【0049】次に、第二ポンプ素子制御回路57は、第
二ポンプ素子5に対して、第二処理室10から酸素を汲
み出す方向の一定の第二ポンプ電圧Vp2を印加するため
のものであり、印加電圧発生部75と第二ポンプ電流検
出回路76とを備える。印加電圧発生部75は、電源電
圧AVccを分圧調整することにより所期の印加電圧を発生
させる抵抗器75a,75bと、ボルテージフォロワ用
のオペアンプ106とを含み、該オペアンプ106の出
力側電圧が印加すべきポンプ電圧Vp2に維持される。ま
た、第二ポンプ電流検出回路76は、例えば第二ポンプ
電圧Vp2の入力経路上に設けられた電流検出用抵抗器1
07を主体に構成される。該抵抗器107の両端電圧の
差が第二ポンプ電流Ip2の検出信号として、周辺の抵抗
器108a〜108dとともに差動増幅器を構成するオ
ペアンプ108により電圧信号の形で取り出され、さら
にA/D変換回路65でデジタル化されて、図5のマイ
クロプロセッサ52に入力される。ただし、この場合も
電流検出用抵抗器107の両端電圧を、個別にA/D変
換してマイクロプロセッサ52に入力するようにしても
よい。
Next, the second pump element control circuit 57 is for applying a constant second pump voltage Vp2 to the second pump element 5 in the direction of pumping oxygen from the second processing chamber 10. Yes, it includes an applied voltage generator 75 and a second pump current detection circuit 76. The applied voltage generator 75 includes resistors 75a and 75b that generate an intended applied voltage by dividing the power supply voltage AVcc and adjusting the voltage, and an operational amplifier 106 for a voltage follower. The pump voltage to be applied is maintained at Vp2. The second pump current detection circuit 76 includes, for example, the current detection resistor 1 provided on the input path of the second pump voltage Vp2.
07. The difference between the voltages at both ends of the resistor 107 is taken out as a detection signal of the second pump current Ip2 in the form of a voltage signal by the operational amplifier 108 constituting a differential amplifier together with the peripheral resistors 108a to 108d, and further subjected to A / D conversion. The data is digitized by the circuit 65 and input to the microprocessor 52 of FIG. However, in this case as well, the voltage across the current detection resistor 107 may be individually A / D converted and input to the microprocessor 52.

【0050】ここで、酸素濃度検出素子4の出力電圧の
目標値Vemf0は、例えば300〜500mV(本実施例
では、例えば350mV)の範囲で調整される。これ
は、ネルンストの式に基づいて算出される酸素分圧値に
換算して10−10〜10−6atm(本実例ではおお
むね10−7atm)の範囲に対応するものである。こ
のことは、酸素濃度検出素子4が検出する第一処理室9
内の酸素分圧、換言すれば、少なくとも第二気体流通部
13を通って第二処理室10に導かれる気体中の酸素分
圧が上記範囲で調整されることを意味する。
Here, the target value Vemf0 of the output voltage of the oxygen concentration detecting element 4 is adjusted within a range of, for example, 300 to 500 mV (for example, 350 mV in the present embodiment). This corresponds to a range of 10 −10 to 10 −6 atm (approximately 10 −7 atm in the present example) in terms of an oxygen partial pressure value calculated based on the Nernst equation. This means that the first processing chamber 9 detected by the oxygen concentration detecting element 4
In other words, it means that the partial pressure of oxygen in the gas introduced into the second processing chamber 10 through at least the second gas flow section 13 is adjusted within the above range.

【0051】上記酸素分圧が10−10atm未満(あ
るいは出力電圧目標値Vemf0が500mV以上)になる
と、第一処理室9内において被測定ガス中のNOxの分
解が進み過ぎ、該NOxの検出精度が低下する場合があ
る。他方、上記酸素分圧が10−6atmを超えると、
第二処理室10に導かれるガス中に残留する酸素濃度が
高くなり過ぎ、後述する第二ポンプ素子5のオフセット
電流値が過剰に大きくなって、NOxの検出精度が低下
する場合がある。他方、本発明者らの検討によれば、第
一処理室9内の酸素分圧は、導入される被測定ガス中の
NOxがある程度分解を起こすレベルに設定されること
が、センサの温度変化や被測定ガス中の酸素濃度変化に
対するNOxの検出出力の安定性を確保する上で重要で
あることが判明している。従って、上記酸素分圧が10
−6atmを超えると、NOxの分解がほとんど生じな
くなり、NOxの検出出力の安定性を確保できない場合
がある。
When the oxygen partial pressure is less than 10 −10 atm (or the output voltage target value Vemf0 is 500 mV or more), the decomposition of NOx in the gas to be measured in the first processing chamber 9 proceeds too much, and the detection of the NOx is performed. Accuracy may decrease. On the other hand, when the oxygen partial pressure exceeds 10 −6 atm,
In some cases, the concentration of oxygen remaining in the gas introduced into the second processing chamber 10 becomes too high, and the offset current value of the second pump element 5 described later becomes excessively large, thereby lowering the NOx detection accuracy. On the other hand, according to the study of the present inventors, the partial pressure of oxygen in the first processing chamber 9 is set to a level at which NOx in the introduced gas to be measured decomposes to some extent. It has been found that it is important for ensuring the stability of the NOx detection output with respect to changes in the oxygen concentration in the gas to be measured and the oxygen concentration in the gas to be measured. Therefore, the oxygen partial pressure is 10
If it exceeds -6 atm, decomposition of NOx hardly occurs, and the stability of the detection output of NOx may not be secured.

【0052】次に、内部抵抗測定制御回路60は、例え
ばCMOS−IC等で構成された両極性型アナログスイ
ッチ回路79を含み、そのスイッチSw1が、例えば酸
素基準電極14から第一ポンプ素子制御回路56に向か
う経路上に配置されている。さらに、アナログスイッチ
回路79と第一ポンプ素子制御回路56との間にはサン
プルアンドホールド回路(以下、S&H回路と記す)1
20が設けられている。他方、アナログスイッチ回路7
9のSw2及びSw3には、電流値ICで極性が互いに異
なる定電流電源回路77,78がそれぞれ接続されてい
る。また、S&H回路120を経て出力される後述の内
部抵抗検出信号ΔVSは、A/D変換回路64でデジタ
ル変換されてマイクロプロセッサ52に入力されるよう
になっている。
Next, the internal resistance measurement control circuit 60 includes a bipolar analog switch circuit 79 composed of, for example, a CMOS-IC or the like. It is arranged on the route to 56. Further, a sample and hold circuit (hereinafter, referred to as an S & H circuit) 1 is provided between the analog switch circuit 79 and the first pump element control circuit 56.
20 are provided. On the other hand, the analog switch circuit 7
Nine Sw2 and Sw3 are connected to constant current power supply circuits 77 and 78 having current values IC and different polarities, respectively. Further, an internal resistance detection signal ΔVS, which will be described later, output through the S & H circuit 120, is digitally converted by the A / D conversion circuit 64 and input to the microprocessor 52.

【0053】なお、第一ポンプ電流制御回路56、第二
ポンプ電流制御回路57、及びアナログスイッチ回路7
9の各スイッチSw1〜Sw3は、マイクロプロセッサ5
2からの制御信号を受けてオン・オフする(図10参
照)。
The first pump current control circuit 56, the second pump current control circuit 57, and the analog switch circuit 7
9, the switches Sw1 to Sw3 are connected to the microprocessor 5
It turns on / off in response to a control signal from the control unit 2 (see FIG. 10).

【0054】図7は、ヒータ制御回路72の例を示すも
のである。同図(a)のヒータ制御回路72では、マイ
クロプロセッサ52から与えられるヒータ制御値をアナ
ログ変換するD/A変換回路80と、これに接続された
トランジスタ82とを備え、このトランジスタ82にヒ
ータ2及び8が接続されている。トランジスタ82は能
動領域で作動し、与えられるヒータ制御値に応じてヒー
タ2,8の通電電流を増加させる。
FIG. 7 shows an example of the heater control circuit 72. The heater control circuit 72 shown in FIG. 9A includes a D / A conversion circuit 80 for converting a heater control value given from the microprocessor 52 into an analog signal, and a transistor 82 connected thereto. And 8 are connected. The transistor 82 operates in the active region and increases the current flowing through the heaters 2 and 8 according to the applied heater control value.

【0055】一方、同図(b)は、PWM(pulse widt
h modulation)制御方式を採用したヒータ制御回路72
の例を示すものである。この回路72の主体をなすのは
PWM制御回路85であり、マイクロプロセッサ52か
ら与えられるヒータ制御電圧値をアナログ変換するD/
A変換器86と、三角波(あるいはのこぎり波)発生回
路87と、それらD/A変換器86及び三角波発生回路
87からの出力がそれぞれ入力されるオペアンプ88と
を含んで構成されている。オペアンプ88は単電源型の
もので、ヒータ制御電圧値と三角波入力値との大小関係
に応じてゼロ及びゼロでない所定電圧Vのいずれかを出
力するコンパレータとして作動する。この場合、そのコ
ンパレータ出力のデューティ比がヒータ制御電圧値に応
じて変化する形となり、ヒータ2,8の発熱が調整され
る。
On the other hand, FIG. 2B shows a PWM (pulse width).
h modulation) heater control circuit 72 employing a control method
This is an example. The main component of the circuit 72 is a PWM control circuit 85, which converts a heater control voltage value supplied from the microprocessor 52 into an analog signal.
It is configured to include an A converter 86, a triangular wave (or sawtooth wave) generating circuit 87, and an operational amplifier 88 to which outputs from the D / A converter 86 and the triangular wave generating circuit 87 are input. The operational amplifier 88 is of a single power supply type, and operates as a comparator that outputs either zero or a non-zero predetermined voltage V according to the magnitude relationship between the heater control voltage value and the triangular wave input value. In this case, the duty ratio of the comparator output changes according to the heater control voltage value, and the heat generation of the heaters 2 and 8 is adjusted.

【0056】さて、図5において、第一ポンプ素子制御
回路56、第二ポンプ素子制御回路57、基準用定電流
電源回路58、リミッタ回路59、内部抵抗測定制御回
路60、ヒータ制御回路72、A/D変換回路64,6
5、マイクロプロセッサ52、D/A変換回路67、出
力回路68等は回路基板32に組みつけられ、互いに一
体化されている。そして、図8に示すように、この基板
32がケース31aに収容され、制御回路ユニット31
を構成している。該制御回路ユニット31は、ケーブル
89とコネクタ90とを介してNOxセンサ1に着脱可
能に装着される。
In FIG. 5, the first pump element control circuit 56, the second pump element control circuit 57, the reference constant current power supply circuit 58, the limiter circuit 59, the internal resistance measurement control circuit 60, the heater control circuit 72, A / D conversion circuits 64, 6
5. The microprocessor 52, the D / A conversion circuit 67, the output circuit 68, and the like are mounted on the circuit board 32 and integrated with each other. Then, as shown in FIG. 8, the substrate 32 is accommodated in the case 31a, and the control circuit unit 31
Is composed. The control circuit unit 31 is detachably attached to the NOx sensor 1 via a cable 89 and a connector 90.

【0057】図5に戻り、データ記憶部66は、マイク
ロプロセッサ52に着脱可能に装着される半導体メモリ
デバイスとして構成されている(以下、半導体メモリデ
バイス66とも記す)。本実施例では、図8に示すよう
に、該データ記憶部として、EPROMとして構成され
たほぼボタン状の半導体メモリデバイス(例えば、ダラ
ス・セミコンダクター・コーポレーション製の商品名タ
ッチメモリボタン(DS1995))66が使用されて
いる。この半導体メモリデバイス66は、直径2cm足
らずの小型のものであり、ほぼ菱形のマウント66a
(同社製の商品名タッチメモリマウントブロダクツ(D
S9093x))にはめ込まれ、このマウント66aが
ケース31aの外面にビス止めされる。
Returning to FIG. 5, the data storage section 66 is configured as a semiconductor memory device detachably mounted on the microprocessor 52 (hereinafter also referred to as the semiconductor memory device 66). In the present embodiment, as shown in FIG. 8, as the data storage unit, a substantially button-shaped semiconductor memory device (for example, a touch memory button (DS1995) manufactured by Dallas Semiconductor Corporation) having a button shape is configured as an EPROM. Is used. This semiconductor memory device 66 is small, having a diameter of less than 2 cm, and has a substantially diamond-shaped mount 66a.
(Touch memory mount products (D
S9093x)), and the mount 66a is screwed to the outer surface of the case 31a.

【0058】以下、上記NOxセンサシステム30の作
動について説明する。概略は以下の通りである。まず、
図6において、アナログスイッチ回路79のスイッチS
w1をオンとし、同じくスイッチSw2,Sw3をオフと
して、第一ポンプ素子制御回路56と第二ポンプ素子制
御回路57とを作動させる(これらは図5に示すよう
に、マイクロプロセッサ52からの作動指令信号を受け
て作動する)。被測定ガスは第一気体流通部11を介し
て第一処理室9内に導入され、そこで第一ポンプ素子3
の作動により酸素が汲み出されて、酸素濃度検出素子4
の出力電圧が一定の目標値Vemf0が維持されるようにそ
の酸素濃度が調整される。このときの第一ポンプ電流値
Ip1’の検出信号はA/D変換回路64を介してマイク
ロプロセッサ52に入力される。
Hereinafter, the operation of the NOx sensor system 30 will be described. The outline is as follows. First,
In FIG. 6, the switch S of the analog switch circuit 79
w1 is turned on and the switches Sw2 and Sw3 are turned off to operate the first pump element control circuit 56 and the second pump element control circuit 57 (these are operation commands from the microprocessor 52 as shown in FIG. 5). Activated in response to a signal). The gas to be measured is introduced into the first processing chamber 9 via the first gas flow section 11, where the first pump element 3
Oxygen is pumped out by the operation of the oxygen concentration detecting element 4
The oxygen concentration is adjusted so that the output voltage of the above maintains a constant target value Vemf0. The detection signal of the first pump current value Ip1 'at this time is input to the microprocessor 52 via the A / D conversion circuit 64.

【0059】酸素濃度調整後の被測定ガスは第二気体流
通部13を介して第二処理室10に流入する。このとき
第二ポンプ素子5に流れる第二ポンプ電流Ip2は、被測
定ガス中のNOx濃度に応じて変化する。しかしなが
ら、第二ポンプ電流Ip2の値とNOx濃度との関係は、
被測定ガス中にもともと含有されている酸素濃度レベル
によって変化するため、その酸素濃度レベルと第二ポン
プ電流Ip2との両方の値を特定することにより、NOx
濃度を知ることができる。
The gas to be measured after the oxygen concentration is adjusted flows into the second processing chamber 10 through the second gas flow section 13. At this time, the second pump current Ip2 flowing through the second pump element 5 changes according to the NOx concentration in the gas to be measured. However, the relationship between the value of the second pump current Ip2 and the NOx concentration is
Since it changes depending on the oxygen concentration level originally contained in the gas to be measured, NOx is determined by specifying both the oxygen concentration level and the second pump current Ip2.
You can know the concentration.

【0060】この場合、第一ポンプ電流値Ip1’は被測
定ガス中の酸素濃度に応じて変化するため、この第一ポ
ンプ電流値Ip1’の値に基づいて該酸素濃度を知ること
ができる。ただし、図6の回路構成では、電流検出抵抗
器101が検出する上記電流値Ip1’は、前述の通り第
一ポンプ素子3を流れる真の電流値Ip1に対し、第二ポ
ンプ電流値Ip2が重畳されたものであるから、Ip1’−
Ip2(以下、この値をIp1と記し、これを第一ポンプ電
流値と呼ぶ)の値に基づいて酸素濃度を決定することと
なる。ただし、一般にはIp1の電流レベルと比較してI
p2の電流レベルは小さいので、Ip2の重畳の影響がほぼ
無視できると判断できる場合には、上記Ip1’を近似的
に第一ポンプ電流値として用いても差しつかえない。
In this case, since the first pump current value Ip1 'changes according to the oxygen concentration in the gas to be measured, the oxygen concentration can be known based on the value of the first pump current value Ip1'. However, in the circuit configuration of FIG. 6, the current value Ip1 ′ detected by the current detection resistor 101 is such that the second pump current value Ip2 is superimposed on the true current value Ip1 flowing through the first pump element 3 as described above. Ip1'-
The oxygen concentration is determined based on the value of Ip2 (hereinafter, this value is referred to as Ip1, and this is referred to as a first pump current value). However, in general, compared with the current level of Ip1,
Since the current level of p2 is small, if it can be determined that the influence of the superposition of Ip2 can be ignored, the above-mentioned Ip1 'can be used approximately as the first pump current value.

【0061】そして、図5のマイクロプロセッサ52に
よる酸素濃度及びNOx濃度の決定手順であるが、ま
ず、Ip1’とIp2とからIp1を求め、データ記憶部66
に記憶されたIp1と酸素濃度COXとの関係(数値テーブ
ルもしくは数式)を参照して酸素濃度COXの値を決定す
る。他方、データ記憶部66に記憶されたIp1、Ip2及
びNOx濃度CNXの関係(例えば図9に示すような2次
元の数値テーブル200)を参照してNOx濃度CNXの
値を決定する。なお、この2次元の数値テーブル200
は、個々のNOxセンサ毎に実験により定められたもの
が使用される。
The procedure for determining the oxygen concentration and the NOx concentration by the microprocessor 52 in FIG. 5 is as follows. First, Ip1 is obtained from Ip1 'and Ip2, and the data storage unit 66
The value of the oxygen concentration COX is determined by referring to the relationship (numerical table or mathematical expression) between Ip1 and the oxygen concentration COX stored in the storage device. On the other hand, the value of the NOx concentration CNX is determined with reference to the relationship (for example, a two-dimensional numerical table 200 as shown in FIG. 9) between Ip1, Ip2 and the NOx concentration CNX stored in the data storage unit 66. The two-dimensional numerical table 200
Is determined by experiment for each NOx sensor.

【0062】上記決定されたCOXあるいはCNXの値は、
D/A変換回路67及び出力回路68を経て、酸素濃度
及びNOx濃度のアナログ出力信号として外部に出力さ
れる他、デジタル情報の形で表示装置69(例えば液晶
ディスプレイあるいは7セグメントLED表示装置等を
表示部として含む)に送られ、濃度値が数値等により視
覚表示される。なお、マイクロプロセッサ52にてIp1
の値に基づいてA/Fや過剰酸素濃度を算出し、これを
出力するようにしてもよい。
The value of COX or CNX determined above is
Through a D / A conversion circuit 67 and an output circuit 68, they are output to the outside as analog output signals of the oxygen concentration and the NOx concentration. (Including a display unit), and the density value is visually displayed by numerical values or the like. It should be noted that Ip1
The A / F and the excess oxygen concentration may be calculated based on the value of (i) and output.

【0063】ところで、NOx濃度の検出精度を確保す
るには、上記各素子3〜5の温度、特に第一処理室9内
の酸素濃度を検出する酸素濃度検出素子4の温度を一定
に制御する必要があり、このためには、ヒータ制御回路
72から各ヒータ2,8への通電電流量を、酸素濃度検
出素子4の温度が目標温度となるように制御する必要が
ある。そこで、本実施例では、マイクロプロセッサ52
により、図6のアナログスイッチ回路79のスイッチS
w1〜Sw3のオン・オフ状態を切り換えることにより酸
素濃度検出素子4の温度をその内部抵抗RVSから検出
し、この検出した内部抵抗RVSが一定値(つまり酸素濃
度検出素子4の温度が目標温度)となるように、ヒータ
制御回路72からヒータ2,8への通電量を制卸するよ
うにしている。
Incidentally, in order to ensure the detection accuracy of the NOx concentration, the temperature of each of the above elements 3 to 5, especially the temperature of the oxygen concentration detecting element 4 for detecting the oxygen concentration in the first processing chamber 9, is controlled to be constant. For this purpose, it is necessary to control the amount of current supplied from the heater control circuit 72 to each of the heaters 2 and 8 so that the temperature of the oxygen concentration detecting element 4 becomes the target temperature. Therefore, in this embodiment, the microprocessor 52
As a result, the switch S of the analog switch circuit 79 in FIG.
By switching on / off states of w1 to Sw3, the temperature of the oxygen concentration detecting element 4 is detected from its internal resistance RVS, and the detected internal resistance RVS is a constant value (that is, the temperature of the oxygen concentration detecting element 4 is the target temperature). Thus, the amount of electricity supplied from the heater control circuit 72 to the heaters 2 and 8 is controlled.

【0064】以下、この場合の作動について、図14〜
図16はそのフローチャートを用いて説明する。まず、
図14のS1において、NOxセンサ1の活性化処理を
行う。活性化処理の目的は、ヒータ2,8の通電を開始
し、各素子3〜5を所定の作動温度に安定化させること
にある。そして、素子温度の検出は、酸素濃度検出素子
4の内部抵抗を測定し、その内部抵抗値RVSが図12に
示すように一定の温度依存性を示すことを利用して行
う。
Hereinafter, the operation in this case will be described with reference to FIGS.
FIG. 16 is described using the flowchart. First,
In S1 of FIG. 14, the activation process of the NOx sensor 1 is performed. The purpose of the activation process is to start energization of the heaters 2 and 8 and to stabilize the elements 3 to 5 at a predetermined operating temperature. The element temperature is detected by measuring the internal resistance of the oxygen concentration detecting element 4 and utilizing the fact that the internal resistance RVS exhibits a constant temperature dependence as shown in FIG.

【0065】その処理の詳細を図15に示している。す
なわちS101において、ヒータ制御回路72に制御値
Viとして初期設定値Vh0を設定する。このとき、アナ
ログスッチ回路79のSw1〜Sw3は全てオフとする。
この状態で、S102でヒータ制御回路72に対し、ヒ
ータ制御電圧値Viの初期設定値Vh0を出力することで
ヒータの通電が開始される。そして、S103において
通電開始から一定時間t0が経過したら、温度制御処理
に入る。まず、S105で活性化判断カウンタ値Nをク
リアする。
FIG. 15 shows the details of the processing. That is, in S101, an initial set value Vh0 is set in the heater control circuit 72 as a control value Vi. At this time, Sw1 to Sw3 of the analog switch circuit 79 are all turned off.
In this state, the power supply to the heater is started by outputting the initial setting value Vh0 of the heater control voltage value Vi to the heater control circuit 72 in S102. Then, in step S103, when a predetermined time t0 has elapsed from the start of energization, a temperature control process is started. First, the activation determination counter value N is cleared in S105.

【0066】次いで、S106に進み、内部抵抗測定処
理となる。その流れを図16のフローチャート(ただ
し、ここでは、LFにて示したS201〜S208の部
分のみ)と図10の回路図を用いて説明する。さらに、
図11に、その処理におけるアナログスイッチ回路79
(図6)のSw1〜Sw3の作動タイミング図を、酸素濃
度検出素子4の酸素基準電極14側の電圧信号VSと対
応付けて示している。まず、図10においてS&H回路
120は、アナログスイッチ回路79のスイッチSw1
がオフとなったときに、酸素濃度検出素子4の酸素基準
電極14側の出力電圧VSの直前の値をホールドするた
めのコンデンサ121と、ボルテージフォロワとして機
能するオペアンプ122(以下、ボルテージフォロワ1
22という)と、ボルテージフォロワ122の出力電圧
と酸素基準電極14から直接入力される出力電圧VSと
の差分を増幅するオペアンプ123(以下、差動増幅器
123という)とを含んでいる。
Next, the routine proceeds to S106, where the internal resistance measurement processing is performed. The flow will be described with reference to the flowchart of FIG. 16 (however, only S201 to S208 indicated by LF here) and the circuit diagram of FIG. further,
FIG. 11 shows an analog switch circuit 79 in the processing.
The operation timing chart of Sw1 to Sw3 in FIG. 6 is shown in association with the voltage signal VS on the oxygen reference electrode 14 side of the oxygen concentration detecting element 4. First, in FIG. 10, the S & H circuit 120 is a switch Sw1 of the analog switch circuit 79.
Is turned off, a capacitor 121 for holding the value immediately before the output voltage VS on the oxygen reference electrode 14 side of the oxygen concentration detecting element 4 and an operational amplifier 122 (hereinafter, voltage follower 1) functioning as a voltage follower
22) and an operational amplifier 123 (hereinafter referred to as a differential amplifier 123) for amplifying the difference between the output voltage of the voltage follower 122 and the output voltage VS directly input from the oxygen reference electrode 14.

【0067】図16の処理の流れにおいては、まず、S
201において、図6のアナログスイッチ回路79のS
w1をオンとする。これにより、酸素濃度検出素子4の
酸素基準電極14側の出力電圧信号VSが、ボルテージ
フォロワとしてのオペアンプ122を経て第一ポンプ素
子制御回路56に出力される。このとき、コンデンサ1
21の端子電圧はVSのレベルに応じて変化する。そし
て、内部抵抗の測定タイミングが到来すると、S202
で、Sw1をオフとし、代わってSw2をオンとする。す
ると、コンデンサ121によりSw1がオフとなる直前
の出力電圧VS1がホールドされる。このホールドされた
出力電圧信号VS1はボルテージフォロワ122を経て第
一ポンプ素子制御回路56に供給される。これにより、
第一ポンプ素子制御回路56は、内部抵抗測定のために
Sw1がオフとなっている間も、ホールドされた出力電
圧VS1を受けて作動を継続する形となるので、NOxセ
ンサ1の第一処理室9内の酸素濃度が大きく変化する不
具合を生じない。
In the processing flow of FIG.
At 201, S of the analog switch circuit 79 of FIG.
Turn on w1. Thus, the output voltage signal VS of the oxygen concentration detection element 4 on the oxygen reference electrode 14 side is output to the first pump element control circuit 56 via the operational amplifier 122 as a voltage follower. At this time, the capacitor 1
The terminal voltage at 21 changes according to the level of VS. Then, when the measurement timing of the internal resistance comes, S202
Then, Sw1 is turned off, and Sw2 is turned on instead. Then, the output voltage VS1 immediately before Sw1 is turned off is held by the capacitor 121. The held output voltage signal VS1 is supplied to the first pump element control circuit 56 via the voltage follower 122. This allows
The first pump element control circuit 56 receives the held output voltage VS1 and keeps operating even while Sw1 is turned off for measuring the internal resistance. Therefore, the first processing of the NOx sensor 1 is performed. The problem that the oxygen concentration in the chamber 9 changes greatly does not occur.

【0068】他方、Sw2がオンになると、酸素濃度検
出素子4に内部抵抗検出用の定電流ICが通電される。
ICを通電すると、酸素濃度検出素子4の出力電圧VSの
値は、その内部抵抗に応じた値だけ降下する。この値
と、先にホールドされたVS1の値(すなわち、IC通電
前の出力電圧)との差分ΔVSが差動増幅器123にて
増幅され、A/D変換回路64を経てマイクロプロセッ
サ52に入力される。そして、定電流ICの通電開始か
ら一定時間t1だけ経過後の酸素濃度検出素子4の出力
電圧VSの値をVS2として、このときの差動増幅器12
3の出力ΔVS=VS1−VS2(内部抵抗検出信号)を、
RAM55の測定値メモリエリアに格納する。そして、
内部抵抗RVSは、このΔVSを前述の定電流ICの値で割
った値として算出され、RAM55の測定値メモリエリ
アに格納する(S204)。
On the other hand, when Sw 2 is turned on, a constant current IC for detecting internal resistance is supplied to the oxygen concentration detecting element 4.
When IC is energized, the value of the output voltage VS of the oxygen concentration detecting element 4 drops by a value corresponding to its internal resistance. The difference ΔVS between this value and the previously held value of VS1 (that is, the output voltage before the IC is energized) is amplified by the differential amplifier 123 and input to the microprocessor 52 via the A / D conversion circuit 64. You. Then, the value of the output voltage VS of the oxygen concentration detecting element 4 after a lapse of a fixed time t1 from the start of the supply of the constant current IC is set to VS2, and the differential amplifier 12
3, the output ΔVS = VS1-VS2 (internal resistance detection signal)
The measured value is stored in the measured value memory area of the RAM 55. And
The internal resistance RVS is calculated as a value obtained by dividing ΔVS by the above-described value of the constant current IC, and is stored in the measured value memory area of the RAM 55 (S204).

【0069】ここで、定電流ICの通電開始から一定時
間t1だけ経過後にVSを測定しているのは次の理由によ
る。すなわち、酸素濃度検出素子4に定電流ICを通電
すると、酸素濃度検出素子4内においてその通電と逆方
向に酸素が輸送され、酸素濃度検出素子4両側の酸素濃
度に変化を生ずる。その結果、図11に示すように、濃
淡電池起電力EmひいてはVSの値も電流ICの通電継続
に伴い変化する。ここで、内部抵抗測定の精度を確保す
るためには、通電により不可避的に生ずるVSの変化を
常にほぼ一定のものとすることが大切である。そして、
内部抵抗測定用電流として一定の電流ICが使用される
わけであるから、VS測定までの通電時間が常にt1とな
るように制御すれば、それによる酸素輸送量すなわち酸
素濃度検出素子4両側の酸素濃度変化もほぼ一定とな
り、濃淡電池起電力EmひいてはVSの変化をほぼ一定と
することができる。
Here, the reason why VS is measured after a lapse of a fixed time t1 from the start of energization of the constant current IC is as follows. That is, when a constant current IC is applied to the oxygen concentration detecting element 4, oxygen is transported in the oxygen concentration detecting element 4 in a direction opposite to the direction of the current supply, and the oxygen concentration on both sides of the oxygen concentration detecting element 4 changes. As a result, as shown in FIG. 11, the value of the concentration cell electromotive force Em and thus the value of VS also change with the continuation of the current IC. Here, in order to ensure the accuracy of the internal resistance measurement, it is important that the change in VS unavoidably caused by energization is always substantially constant. And
Since a constant current IC is used as the current for measuring the internal resistance, if the energization time until the VS measurement is controlled so as to be always t1, the oxygen transport amount, that is, the oxygen on both sides of the oxygen concentration detecting element 4, The change in the concentration is also substantially constant, and the change in the electromotive force Em of the concentration cell and thus the change in VS can be made substantially constant.

【0070】次に、定電流ICの通電により、酸素濃度
検出素子4両側の酸素濃度変化が生ずることにより、別
の問題として、NOxセンサ1がNOx濃度の測定に復
帰した際に、その酸素濃度の変化が測定精度に影響を及
ぼす場合がある。また、酸素濃度検出素子4の内部抵抗
値が高い場合には、酸素濃度検出素子4内の酸素イオン
が移動しにくくなって、電流通電に伴い分極を生ずるこ
ともある。
Next, the energization of the constant current IC causes a change in the oxygen concentration on both sides of the oxygen concentration detection element 4. Another problem is that when the NOx sensor 1 returns to the measurement of the NOx concentration, the oxygen concentration changes. May affect the measurement accuracy. Further, when the internal resistance value of the oxygen concentration detecting element 4 is high, oxygen ions in the oxygen concentration detecting element 4 are difficult to move, and polarization may occur with the passage of current.

【0071】この問題を解決するために、本実施例では
次のような方式を採用している。すなわち、図16のS
205〜S208において、VSの検出後さらに一定時
間t2が経過後にSw2をオフとして定電流ICの通電が
終了する一方、代わってSw3をオンとすることによ
り、極性が逆の定電流電源78(修正電流通電手段)に
よりICとは逆方向で大きさが同じ修正電流IAを、IC
の合計通電時間t1+t2にほぼ等しい時間t3だけ通電
し、その後Sw3をオフとする(S208)。これによ
り、酸素濃度検出素子4において上記とは逆向きにほぼ
同量の酸素が輸送され、IC通電により生じた酸素濃度
変化が解消されて、内部抵抗測定前の状態に近づけるこ
とができる。なお、酸素濃度検出素子4の内部抵抗測定
用の電流ICの通電時間を十分短くできる場合など、酸
素濃度検出素子4両側の酸素濃度変化に及ぼす影響が小
さいと判断できる場合には、図6において、修正電流I
Aを発生するための定電流電源78を省略することも可
能である(なお、これに対応してアナログスイッチ回路
79も、スイッチチャンネル数の少ないものを用いれば
よい)。
In order to solve this problem, this embodiment employs the following method. That is, S in FIG.
In steps 205 to S208, after a certain time t2 has elapsed after the detection of VS, the switch SW2 is turned off to terminate the supply of the constant current IC, while the switch Sw3 is turned on instead. The correction current IA having the same magnitude in the opposite direction to IC by the current applying means)
Is energized for a time t3 substantially equal to the total energizing time t1 + t2, and then Sw3 is turned off (S208). As a result, almost the same amount of oxygen is transported in the oxygen concentration detection element 4 in the opposite direction to the above, and the change in oxygen concentration caused by the IC energization is eliminated, making it possible to approach the state before the internal resistance measurement. In the case where it is determined that the influence on the oxygen concentration change on both sides of the oxygen concentration detecting element 4 is small, for example, when the energizing time of the current IC for measuring the internal resistance of the oxygen concentration detecting element 4 can be sufficiently shortened, FIG. , Correction current I
It is also possible to omit the constant current power supply 78 for generating A (corresponding to this, an analog switch circuit 79 having a small number of switch channels may be used).

【0072】さて、図15に戻り、前述の通りRVSの値
は酸素濃度検出素子4の素子温度Tと一定の関係を有し
ており、該関係を補正情報としてデータ記憶部66(図
5)に記憶しておけば、RVSの値から素子温度Tを決定
することができる。また、RVSの値そのものを温度情報
として使用することもできる。本実施例では、各種内部
抵抗RVSの値と素子温度Tの値とを互いに対応付けて示
すマップがデータ記憶部66に記憶されており、このマ
ップを参照して補間法によりRVSに対応する温度Tを求
めるようにしている(S107)。なお、算出された内
部抵抗RVSの値は、RAM55(図5)に格納され、新
たな内部抵抗RVSの検出・算出が行われた場合は上書き
更新される。
Returning to FIG. 15, as described above, the value of RVS has a fixed relationship with the element temperature T of the oxygen concentration detecting element 4, and the relation is used as correction information in the data storage section 66 (FIG. 5). , The element temperature T can be determined from the value of RVS. Further, the value of RVS itself can be used as temperature information. In the present embodiment, a map indicating the values of the various internal resistances RVS and the values of the element temperatures T in association with each other is stored in the data storage unit 66. T is determined (S107). The calculated value of the internal resistance RVS is stored in the RAM 55 (FIG. 5), and is overwritten and updated when a new internal resistance RVS is detected and calculated.

【0073】この決定された素子温度Tが、上限値Tma
x、下限値Tminの設定温度範囲内に入っているか否かが
S108、S110で判断される。素子温度Tが上限値
Tmaxよりも大きくなっている場合は、ヒータ制御電圧
値Viが一定の値ΔViだけ減少してヒータ2,8の発熱
が抑制され、逆に下限値Tminを下回っている場合には
ヒータ制御電圧値ViがΔViだけ増加してヒータ2,8
の発熱が促進される(S109,S111)。また、T
min≦T≦TmaxであればVi現状の値が維持され、活性
化判断カウンタ値Nをインクリメントする(S112,
S113)。
The determined element temperature T is equal to the upper limit value Tma
It is determined in S108 and S110 whether or not the temperature falls within the set temperature range of x and the lower limit value Tmin. When the element temperature T is higher than the upper limit value Tmax, the heater control voltage value Vi decreases by a certain value ΔVi to suppress the heat generation of the heaters 2 and 8, and conversely, when the heater control voltage value Vi is lower than the lower limit value Tmin. The heater control voltage value Vi increases by ΔVi and the heaters 2, 8
Is promoted (S109, S111). Also, T
If min ≦ T ≦ Tmax, the current value of Vi is maintained, and the activation determination counter value N is incremented (S112,
S113).

【0074】そして、活性化判断カウンタ値Nの値が、
例えば設定値NSに到達するまで、上記S106〜S1
13の処理を一定の時間間隔taで繰返し(S114,
S115)、NがNSに到達すれば、素子温度Tはほぼ
上記設定温度範囲内に維持されたものとみなし、図6に
おいてアナログスイッチ回路79のSw2をオフ、Sw1
をオンとし所定時間twだけウォームアップした後、活
性化処理が終了する(S116,S117)。
Then, the value of the activation determination counter value N becomes
For example, until the set value NS is reached, the above S106 to S1
13 is repeated at fixed time intervals ta (S114,
S115) If N reaches NS, it is considered that the element temperature T has been substantially maintained within the set temperature range, and in FIG. 6, Sw2 of the analog switch circuit 79 is turned off, and Sw1
Is turned on to warm up for a predetermined time tw, and then the activation process ends (S116, S117).

【0075】図14に戻り、活性化処理S1が終了する
とS2に進み、ポンプ電流Ip1及びIp2の値を検出し、
酸素濃度COXとNOx濃度CNXとを決定する。しかしな
がら、ポンプ電流Ip1及びIp2の値は素子温度Tによっ
て変動するから、以下のようにして補正を行う(S
3)。まず、RAM55(図5)に記憶されている酸素
濃度検出素子4の内部抵抗値RVSの値を読み込んで、対
応する温度Tを前述のマップ301を参照して決定す
る。そして、ポンプ電流Ip1及びIp2の値に対する各温
度毎のポンプ電流補正量ΔIp1及びΔIp2は予め実験的
に決定しておくことが可能であるから、各ΔIp1及びΔ
Ip2の値と素子温度Tの値とを互いに対応付けて示すマ
ップをこれに基づいて作成し、これをデータ記憶部66
に記憶しておけば、各ポンプ電流補正量ΔIpはこのマ
ップを参照して補間法によりに決定することができる。
そして、ポンプ電流補正量ΔIp1及びΔIp2を実測され
たIp1及びIp2に加算してこれを補正するとともに、そ
の補正後のポンプ電流値Ip1及びIp2に対応する酸素濃
度COXとNOx濃度CNXとを決定する(S4)。これら
値はS5において出力される。以降はS2に戻って以降
の処理が繰り返される。
Returning to FIG. 14, when the activation process S1 is completed, the process proceeds to S2, where the values of the pump currents Ip1 and Ip2 are detected.
The oxygen concentration COX and the NOx concentration CNX are determined. However, since the values of the pump currents Ip1 and Ip2 fluctuate depending on the element temperature T, the correction is performed as follows (S
3). First, the value of the internal resistance value RVS of the oxygen concentration detecting element 4 stored in the RAM 55 (FIG. 5) is read, and the corresponding temperature T is determined with reference to the aforementioned map 301. Since the pump current correction amounts ΔIp1 and ΔIp2 for each temperature with respect to the values of the pump currents Ip1 and Ip2 can be determined experimentally in advance, the respective ΔIp1 and ΔIp2
Based on this, a map showing the value of Ip2 and the value of the element temperature T in association with each other is created, and this is stored in the data storage unit 66.
, Each pump current correction amount ΔIp can be determined by an interpolation method with reference to this map.
Then, the pump current correction amounts ΔIp1 and ΔIp2 are added to the actually measured Ip1 and Ip2 to correct them, and the oxygen concentration COX and the NOx concentration CNX corresponding to the corrected pump current values Ip1 and Ip2 are determined. (S4). These values are output in S5. Thereafter, the process returns to S2 and the subsequent processes are repeated.

【0076】次に、素子温度Tは、活性化処理の際に設
定された後も、前述したものと同様の内部抵抗測定処理
を行うことで、上記炭化水素濃度の検出処理と並行して
その制御が継続される。その処理の流れを図16に示し
ている。なお、この処理ルーチンは、図15のルーチン
に対する割り込み処理ルーチンとして、クロックパルス
(図示しないクロック回路による)に基づく時間計測に
よりCPU53(図5)が周期的に実行するものであ
る。該実行の周期であるが、例えば0.3〜1msの範
囲で設定することができる。実行周期が1msを超える
と、温度測定ひいてはセンサによる濃度検出精度が十分
確保できなくなる場合がある。一方、0.3ms未満に
なると、CPU53の処理時間に占める温度測定処理の
比率が大きくなり過ぎ、濃度検出精度が十分確保できな
くなる場合がある。ただし、CPU53としてクロック
周波数の高いものなど、高速処理の可能なものを採用す
ることで、実行周期を上記値以下とできる可能性もあ
る。
Next, after the element temperature T is set at the time of the activation processing, the same internal resistance measurement processing as described above is performed, so that the element temperature T is set in parallel with the hydrocarbon concentration detection processing. Control is continued. FIG. 16 shows the flow of the processing. This processing routine is periodically executed by the CPU 53 (FIG. 5) by time measurement based on a clock pulse (by a clock circuit not shown) as an interruption processing routine for the routine of FIG. The cycle of the execution can be set, for example, in the range of 0.3 to 1 ms. If the execution cycle exceeds 1 ms, it may not be possible to sufficiently secure the temperature measurement and hence the concentration detection accuracy by the sensor. On the other hand, if it is less than 0.3 ms, the ratio of the temperature measurement processing to the processing time of the CPU 53 becomes too large, and it may not be possible to sufficiently secure the density detection accuracy. However, by using a CPU 53 that can perform high-speed processing, such as one with a high clock frequency, the execution cycle may be less than the above value.

【0077】まず、内部抵抗RVSの測定に係るS201
〜S208の処理については、センサ活性化処理のとこ
ろで既に説明済みであるから省略する。また、RVSから
素子温度Tを決定し、それに基づいてヒータ制御電圧値
Viを決定するS210〜S215に至る処理は、図1
5のセンサ活性化処理のS107〜S112に至る処理
とほぼ同一であるので、これも説明を省略する。その
後、S216で時間t4だけ待機した後、S217でS
w1をオンとし、内部抵抗測定処理は終了する。以降
は、再び図14の濃度測定処理ルーチンの実行となる。
素子温度Tの測定値は該内部抵抗測定処理が行われる毎
に更新され、常にその更新された素子温度Tの情報が、
図14の濃度測定処理ルーチンにおいても使用される。
また、ヒータ温度も、素子温度Tの測定値に基づいて定
期的に補正されることとなる。
First, S201 relating to the measurement of the internal resistance RVS
The processing of steps S208 to S208 has already been described in the sensor activation processing, and a description thereof will be omitted. The processing from S210 to S215, in which the element temperature T is determined from RVS and the heater control voltage value Vi is determined based on the element temperature T, is shown in FIG.
5 is almost the same as the process from S107 to S112 of the sensor activation process, and the description is also omitted. Then, after waiting for a time t4 in S216, S217 is executed in S217.
w1 is turned on, and the internal resistance measurement process ends. Thereafter, the density measurement processing routine of FIG. 14 is executed again.
The measured value of the element temperature T is updated every time the internal resistance measurement processing is performed, and the information of the updated element temperature T is always
It is also used in the concentration measurement processing routine of FIG.
Further, the heater temperature is also periodically corrected based on the measured value of the element temperature T.

【0078】これにより、ヒータ2,8により酸素濃度
検出素子4の温度が設定値に精度よく保持され、被検出
ガス中の炭化物濃度の測定精度が向上する。また、被検
出ガスが自動車エンジンの排気ガスである場合、図13
(a)に示すように、エンジンが急加減速を行った場合
に排気ガス温度が急激に変化し、これに対応して酸素濃
度検出素子4の温度Tが急激に変化した場合でも、図1
3(b)に示すように、酸素ポンプ電流Ipの温度変化
分を補正することにより、素子温度Tの復帰を待たなく
ても、比較的精度の高い炭化物濃度の測定を続行するこ
とが可能となる。
Thus, the temperature of the oxygen concentration detecting element 4 is accurately maintained at the set value by the heaters 2 and 8, and the measurement accuracy of the carbide concentration in the gas to be detected is improved. When the detected gas is an exhaust gas of an automobile engine, FIG.
As shown in FIG. 1A, even when the temperature of the exhaust gas rapidly changes when the engine rapidly accelerates and decelerates, and the temperature T of the oxygen concentration detecting element 4 correspondingly changes suddenly, as shown in FIG.
As shown in FIG. 3 (b), by compensating the temperature change of the oxygen pump current Ip, it is possible to continue relatively accurate measurement of the carbide concentration without waiting for the return of the element temperature T. Become.

【0079】なお、内部抵抗測定処理は、濃度測定処理
ルーチンに対する割り込みルーチンとするのではなく、
該濃度測定処理ルーチンのサブルーチンとして実行させ
ることもできる。この場合のフローチャートの例を図1
7に示す。S1〜S5の濃度の決定・出力処理は図14
と全く同じであるが、異なる点はS301〜S303の
ステップを追加することにより、1回判定が終了する毎
に測定カウンタNmをカウントアップするようになって
いる点である。そして、S302でNmが一定のカウン
ト数Ngに到達した場合に、S304として図16に示
したものと全く同一の内部抵抗測定処理が実行される。
なお、内部抵抗測定処理実行後は、S301へ戻って測
定カウンタNmが1に戻り、以下同様の処理が繰り返さ
れる。この方法においては、内部抵抗測定処理が定期的
に行われる点では変わりはないが、必ずしも一定の時間
間隔ではなく、濃度測定処理が一定回数終了する毎に実
行される点に特徴がある。こうすれば、NOx濃度ある
いは酸素濃度の測定処理が内部抵抗測定処理のために途
中で中断されることがなくなり、エラー等の発生頻度も
少なくなる。
The internal resistance measurement processing is not an interruption routine to the concentration measurement processing routine.
It can also be executed as a subroutine of the concentration measurement processing routine. An example of a flowchart in this case is shown in FIG.
FIG. The process of determining and outputting the densities of S1 to S5 is shown in FIG.
However, the difference is that by adding steps S301 to S303, the measurement counter Nm is counted up each time one determination is completed. Then, when Nm reaches the predetermined count number Ng in S302, the same internal resistance measurement processing as that shown in FIG. 16 is executed as S304.
After the execution of the internal resistance measurement process, the process returns to S301, where the measurement counter Nm returns to 1, and the same process is repeated thereafter. This method does not change in that the internal resistance measurement processing is performed periodically, but is characterized in that the concentration measurement processing is not necessarily performed at regular time intervals, but is performed every time the concentration measurement processing is completed a predetermined number of times. This prevents the measurement process of the NOx concentration or the oxygen concentration from being interrupted halfway for the internal resistance measurement process, and reduces the frequency of occurrence of errors and the like.

【0080】さらに、定電流発生回路を図6に示す77
と78との2台を用いる代わりに、図示しない極性切替
え回路を用いて1台のものを随時極性を切り替えて使用
するようにしてもよい。また、マイクロプロセッサ52
側から指令された電流値及び極性により、その内容に応
じた電流を発生できる回路(例えば電圧/電流変換回路
を含むもの等)を用いるようにしてもよい。
Further, a constant current generating circuit 77 shown in FIG.
Instead of using the two units 78 and 78, one unit may be used by switching the polarity as needed using a polarity switching circuit (not shown). The microprocessor 52
A circuit (for example, including a voltage / current conversion circuit) that can generate a current according to the current value and the polarity instructed from the side may be used.

【0081】また、図5の制御回路ユニット31ではマ
イクロプロセッサ52を搭載した形となっていたが、図
22に示すようにこれを省略する構成とすることもでき
る。この場合、ヒータ制御回路72への入力端子72
t、A/D変換回路64,65からの出力端子64t,
65t、各制御指令信号の入力端子56t,60t,5
7t等を、コネクタ(あるいは基板32に設けられたカ
ードエッジ)91にまとめ、ここに外部(例えば自動車
側に搭載されたもの)のマイクロプロセッサを着脱可能
に装着して使用する形態となっている。他方、図21に
示す例では、マイクロプロセッサ52を搭載している
が、これはヒータ制御回路72への制御指令手段として
のみ機能し、A/D変換回路64,65からの出力端子
64t,65t、各制御指令信号の入力端子56t,6
0t,57t等はコネクタ91にまとめられ、ここに外
部の別のマイクロプロセッサが接続されて使用されるよ
うになっている。
Although the control circuit unit 31 shown in FIG. 5 has a form in which the microprocessor 52 is mounted, as shown in FIG. 22, this may be omitted. In this case, the input terminal 72 to the heater control circuit 72
t, output terminals 64t from the A / D conversion circuits 64 and 65,
65t, input terminals 56t, 60t, 5 for each control command signal
7t and the like are collected into a connector (or a card edge provided on the substrate 32) 91, and an external (for example, mounted on an automobile side) microprocessor is detachably mounted and used here. . On the other hand, in the example shown in FIG. 21, the microprocessor 52 is mounted, but this functions only as a control command means to the heater control circuit 72, and the output terminals 64t, 65t from the A / D conversion circuits 64, 65. , Input terminals 56t, 6 for each control command signal
0t, 57t, and the like are collected in a connector 91, and another external microprocessor is connected to the connector 91 for use.

【0082】次に、Ip1から酸素濃度COXを決定し、ま
たIp1とIp2とからNOx濃度CNXとを決定する別の方
法について説明する。まず、図1のNOxセンサ1につ
き予め標準品を定め、この標準品について酸素を含まな
い試験用ガスを被測定ガスとしたときの、NOx濃度に
対する第二ポンプ電流Ip2の特性(第一ポンプ電流Ip1
をほぼゼロとした場合のNOx濃度出力特性に相当す
る)を測定し、これを標準電流パラメータ特性としてマ
イクロプロセッサ52のROM54(図18)に記憶し
ておく。そして、マイクロプロセッサ52は、第一ポン
プ電流Ip1と第二ポンプ電流Ip2とを検出し、これら検
出値から標準電流パラメータ特性に基づいて被測定ガス
中のNOx濃度を求めるのである。なお、酸素を含まな
い試験用ガスを被測定ガスとしたときの、NOx濃度に
対する第二ポンプ電流Ip2の変化率はほぼ一定であり、
以下、これをゲインと称する。
Next, another method of determining the oxygen concentration COX from Ip1 and the NOx concentration CNX from Ip1 and Ip2 will be described. First, a standard product is determined in advance for the NOx sensor 1 of FIG. 1, and the characteristic of the second pump current Ip2 with respect to the NOx concentration (first pump current Ip1
(Corresponding to the NOx concentration output characteristic in the case where is substantially zero), and this is stored in the ROM 54 (FIG. 18) of the microprocessor 52 as a standard current parameter characteristic. Then, the microprocessor 52 detects the first pump current Ip1 and the second pump current Ip2, and obtains the NOx concentration in the gas to be measured from the detected values based on the standard current parameter characteristics. When the test gas containing no oxygen is the gas to be measured, the rate of change of the second pump current Ip2 with respect to the NOx concentration is substantially constant,
Hereinafter, this is referred to as a gain.

【0083】ところで、本実施例では、被測定ガス中の
NOx成分が過剰に分解してしまうことのないよう、第
一処理室9内の酸素濃度を前述の分圧範囲(10−10
〜10−6atm)内で制御しているため、第二処理室
10には、被測定ガス中のNOxだけでなく第一処理室
9において残留している酸素も不可避的に流入する。従
って、第二ポンプ電流Ip2は、被測定ガス中のNOx濃
度に対応して変化するものの、被測定ガス中の酸素濃度
の影響も受ける。つまり、被測定ガス中のNOx成分が
ゼロの場合であっても、被測定ガス中に残留した酸素濃
度によって第二ポンプ電流Ip2は変化する。このため、
上記標準品としてのNOxセンサ1について、NOx成
分がゼロの試験用ガスを被測定ガスとしたときの、酸素
濃度に対する第二ポンプ電流(以下、オフセット電流と
いう)の特性(以下・オフセット特性という)を予め測
定しておき(図19参照)、これを標準オフセット特性
(図19参照)としてマイクロプロセッサ52のROM
54(図18)に記憶しておく。そして、検出された第
二ポンプ電流Ip2から、そのときの酸素濃度(第一ポン
プ電流Ip1から測定される)に対応したオフセット電流
Ip2OFFを差し引くことにより、換言すれば第二ポンプ
電流Ip2と第一ポンプ電流Ip1とに基づいて新たな電流
パラメータIpxを定め、これと上記標準電流パラメータ
特性に基づいてNOx濃度を求めるようにするのであ
る。
By the way, in this embodiment, the oxygen concentration in the first processing chamber 9 is adjusted to the aforementioned partial pressure range (10 −10) so that the NOx component in the gas to be measured is not excessively decomposed.
Since the pressure is controlled within the range of 10 −6 atm), not only the NOx in the gas to be measured but also the oxygen remaining in the first processing chamber 9 inevitably flows into the second processing chamber 10. Therefore, although the second pump current Ip2 changes according to the NOx concentration in the gas to be measured, it is also affected by the oxygen concentration in the gas to be measured. That is, even when the NOx component in the measured gas is zero, the second pump current Ip2 changes depending on the oxygen concentration remaining in the measured gas. For this reason,
Regarding the NOx sensor 1 as a standard product, the characteristic of the second pump current (hereinafter, referred to as offset current) with respect to the oxygen concentration when the test gas having zero NOx component is used as the gas to be measured (hereinafter, referred to as offset characteristic). Is measured in advance (see FIG. 19), and this is set as a standard offset characteristic (see FIG. 19).
54 (FIG. 18). Then, by subtracting the offset current Ip2OFF corresponding to the oxygen concentration at that time (measured from the first pump current Ip1) from the detected second pump current Ip2, in other words, the second pump current Ip2 and the first A new current parameter Ipx is determined based on the pump current Ip1, and the NOx concentration is determined based on the new current parameter Ipx and the standard current parameter characteristics.

【0084】ポンプ電流制御の際の第一ポンプ電流Ip1
は被測定ガス中の酸素濃度に依存して変化するため、上
記標準品としてのNOxセンサ1について、NOx成分
がゼロの試験用ガスを被測定ガスとしたときの、酸素濃
度に対する第一ポンプ電流の特性(Ip1特性という)を
予め測定しておき、これを標準Ip1特性(図19参照)
としてマイクロプロセッサ52のROM54(図18)
に記憶しておく。そして、検出された第一ポンプ電流I
p1から標準Ip1特性に基づいて酸素濃度を検出する。こ
の酸素濃度から上述の通りオフセット電流Ip2OFFを求
めることができる。
The first pump current Ip1 during the pump current control
Varies depending on the oxygen concentration in the gas to be measured. Therefore, for the NOx sensor 1 as the standard product, the first pump current with respect to the oxygen concentration when the test gas having no NOx component is the gas to be measured. Characteristics (referred to as Ip1 characteristics) are measured in advance, and are measured as standard Ip1 characteristics (see FIG. 19).
As the ROM 54 of the microprocessor 52 (FIG. 18)
To memorize it. Then, the detected first pump current I
The oxygen concentration is detected from p1 based on the standard Ip1 characteristics. From the oxygen concentration, the offset current Ip2OFF can be obtained as described above.

【0085】なお、第二ポンプ電流Ip2はNOxセンサ
1の温度(以下、素子温度という)の変化に伴って変化
するため、検出された第二ポンプ電流Ip2は素子温度に
応じて前記した方式により補正するのが好ましい。ここ
で、被測定ガスの温度が急変したような場合には、温度
制御を被測定ガスの温度変化に追従させることができ
ず、素子温度が被測定ガスの温度変化によって変化する
ことがある。この場合、その素子温度に伴って第二ポン
プ電流Ip2が変化する。このため、上記標準品としての
NOxセンサ1につきその温度に対する第二ポンプ電流
Ip2の特性(以下、温度特性という)を予め測定し、こ
れを標準温度特性(図19参照)としてマイクロプロセ
ッサ52のROM54(図18)に記憶しておく。そし
て、前記したものと同様の方法により内部抵抗RVSから
求めた素子温度から標準温度特性に基づいて補正量を求
め、検出された第二ポンプ電流Ip2につき温度補正を行
う。
Since the second pump current Ip2 changes with a change in the temperature of the NOx sensor 1 (hereinafter referred to as the element temperature), the detected second pump current Ip2 is determined according to the element temperature by the above-described method. It is preferable to correct. Here, when the temperature of the gas to be measured suddenly changes, the temperature control cannot follow the temperature change of the gas to be measured, and the element temperature may change due to the temperature change of the gas to be measured. In this case, the second pump current Ip2 changes according to the element temperature. For this reason, the characteristic of the second pump current Ip2 with respect to the temperature (hereinafter referred to as temperature characteristic) of the NOx sensor 1 as the standard product is measured in advance, and this is set as the standard temperature characteristic (see FIG. 19). (FIG. 18). Then, a correction amount is obtained based on the standard temperature characteristics from the element temperature obtained from the internal resistance RVS by the same method as described above, and the temperature is corrected for the detected second pump current Ip2.

【0086】また、NOx濃度を検出するに当たり、ゲ
インは被測定ガス中の酸素濃度によって変化するため、
標準電流パラメータ特性は酸素濃度に応じて修正するの
が好ましい。本実施例では、上記標準品としてのNOx
センサについて、ある酸素濃度(例えばゼロ)における
ゲインと、別の酸素濃度におけるゲインとを予め測定す
ることにより、酸素濃度に対するゲインの1次関数的な
特性(以下、ゲイン特性という)を演算し、これを標準
ゲイン特性(図19参照)として、マイクロプロセッサ
52のROM54(図18)に記憶している。そして、
第一ポンプ電流Ip1から検出された酸素濃度から、標準
ゲイン特性に基づいてゲインの補正量を求め、検出され
た第二ポンプ電流Ip2につきゲイン補正を行う。なお、
上記ROM54が標準特性記憶手段に相当する。
In detecting the NOx concentration, the gain changes depending on the oxygen concentration in the gas to be measured.
Preferably, the standard current parameter characteristics are modified according to the oxygen concentration. In this embodiment, NOx as the standard product is used.
For the sensor, a gain at a certain oxygen concentration (for example, zero) and a gain at another oxygen concentration are measured in advance to calculate a linear function characteristic of the gain with respect to the oxygen concentration (hereinafter, referred to as a gain characteristic). This is stored in the ROM 54 (FIG. 18) of the microprocessor 52 as a standard gain characteristic (see FIG. 19). And
From the oxygen concentration detected from the first pump current Ip1, a gain correction amount is obtained based on the standard gain characteristic, and gain correction is performed on the detected second pump current Ip2. In addition,
The ROM 54 corresponds to standard characteristic storage means.

【0087】上述した各特性、すなわちIp1特性、オフ
セット特性、温度特性、ゲイン特性、Ip2特性は、NO
xセンサ1ごとに微妙に異なる。このため、どのNOx
センサに対しても絶えず上記各標準特性を用いてNOx
濃度を検出していたのでは、十分な検出精度が得られな
い。そこで、本実施例では、NOxセンサごとに上記各
特性を予め測定し、その測定した各特性が上記各標準特
性と一致するような各補正データ(Ip1特性補正デー
タ、オフセット特性補正データ、温度特性補正データ、
ゲイン特性補正データ)を作成し、それをデータ記憶部
66に格納してある。
Each of the above-mentioned characteristics, ie, the Ip1 characteristic, the offset characteristic, the temperature characteristic, the gain characteristic, and the Ip2 characteristic
Each x sensor 1 is slightly different. For this reason, which NOx
NOx is constantly used for the sensor using the above standard characteristics.
If the concentration has been detected, sufficient detection accuracy cannot be obtained. Therefore, in the present embodiment, each of the above characteristics is measured in advance for each NOx sensor, and each correction data (Ip1 characteristic correction data, offset characteristic correction data, temperature characteristic Correction data,
Gain characteristic correction data) is created and stored in the data storage unit 66.

【0088】この場合のNOx濃度を検出する手順につ
き、図20のフローチャートに従い説明する。このNO
x濃度検出処理では、まずS400にて図15と全く同
様の処理によりセンサ活性化処理を実行する。活性化が
終了するとS4l0に移行し、酸素濃度検出素子4の内
部抵抗RVSを読み込む。また、S420では、第二ポン
プ電流Ip2と第一ポンプ電流Ip1とを検出する。そし
て、S430では、S410において読み込んだ内部抵
抗RVSに基づき、第二ポンプ電流Ip2に対する温度補正
量を算出し、温度補正を行う。
The procedure for detecting the NOx concentration in this case will be described with reference to the flowchart of FIG. This NO
In the x concentration detection processing, first, in S400, the sensor activation processing is executed by processing exactly the same as that in FIG. When the activation is completed, the flow shifts to S410, where the internal resistance RVS of the oxygen concentration detecting element 4 is read. In S420, the second pump current Ip2 and the first pump current Ip1 are detected. Then, in S430, a temperature correction amount for the second pump current Ip2 is calculated based on the internal resistance RVS read in S410, and the temperature is corrected.

【0089】すなわち、被測定ガスの温度が急変して
も、第二ポンプ電流Ip2からNOx濃度を正確に検出で
きるようにするために、酸素濃度検出素子4の内部抵抗
RVSから酸素濃度検出素子4の温度つまり素子温度を求
め、この素子温度に対応する温度補正量を、ROM54
(図18)に記憶された標準温度特性に基づいて求め
る。そして、このようにして求めた温度補正量につき、
データ記憶部66から読み出した温度特性補正データで
補正して補正済温度補正量とし、これを用いて温度補正
を行う。なお、NOxセンサ1が標準品の場合、補正済
温度補正量と標準温度特性によって求めた温度補正量と
が一致する。
That is, even if the temperature of the gas to be measured suddenly changes, the internal resistance RVS of the oxygen concentration detecting element 4 is used to detect the NOx concentration accurately from the second pump current Ip2. Of the element, that is, the element temperature, and a temperature correction amount corresponding to the element temperature is stored in the ROM 54.
It is determined based on the standard temperature characteristics stored in (FIG. 18). Then, for the temperature correction amount thus obtained,
The temperature is corrected using the temperature characteristic correction data read from the data storage unit 66 to obtain a corrected temperature correction amount, and the temperature is corrected using the corrected temperature correction amount. When the NOx sensor 1 is a standard product, the corrected temperature correction amount matches the temperature correction amount obtained from the standard temperature characteristics.

【0090】こうして温度補正が行われるとS440に
進み、温度補正後の第二ポンプ電流Ip2からオフセット
電流値を差し引いて、電流パラメータIpxを算出する。
すなわち、データ記憶部66に格納されたIp1特性補正
データを読み出し、第一ポンプ電流Ip1をこのIp1特性
補正データで補正して補正済第一ポンプ電流Ip1とする
ことにより、その補正第一ポンプ電流Ip1から標準Ip1
特性をそのまま用いて被測定ガス中の酸素濃度を求め
る。そして、この酸素濃度から標準オフセット特性をそ
のまま用いてオフセット電流値Ip2OFFを求め、このオ
フセット電流値Ip2OFFを、データ記憶部66から読み
出したオフセット特性補正データで補正することにより
補正済オフセット電流値Ip2OFFとする。この補正済オ
フセット電流値Ip2OFFを第二ポンブ電流Ip2から減じ
た値を、電流パラメータIpxとして用いる。
After the temperature correction is performed, the process proceeds to S440, and the current parameter Ipx is calculated by subtracting the offset current value from the temperature-corrected second pump current Ip2.
That is, the Ip1 characteristic correction data stored in the data storage unit 66 is read out, and the first pump current Ip1 is corrected with the Ip1 characteristic correction data to obtain a corrected first pump current Ip1. Ip1 to standard Ip1
The oxygen concentration in the gas to be measured is obtained using the characteristics as they are. Then, the offset current value Ip2OFF is obtained from the oxygen concentration using the standard offset characteristic as it is, and the offset current value Ip2OFF is corrected with the offset characteristic correction data read from the data storage unit 66 to obtain the corrected offset current value Ip2OFF. I do. A value obtained by subtracting the corrected offset current value Ip2OFF from the second pump current Ip2 is used as a current parameter Ipx.

【0091】続くS450では電流パラメータIpxに対
してゲイン補正を行う。すなわち、S440において第
一ポンプ電流Ip1により求めた酸素濃度から、標準ゲイ
ン特性をそのまま用いてゲインを求め、このゲインをデ
ータ記憶部66から読み出したゲイン補正データで補正
して補正済ゲインとし、これからゲイン補正係数(たと
えば、補正済ゲイン/標準電流パラメータ特性における
ゲイン)を求め、この補正係数を用いて電流パラメータ
Ipxのゲイン補正を行う。なお、NOxセンサ1が標準
品の場合、補正済ゲインと標準ゲイン特性から求めたゲ
インとが一致する。
At S450, gain correction is performed on the current parameter Ipx. That is, in S440, a gain is obtained from the oxygen concentration obtained from the first pump current Ip1 using the standard gain characteristic as it is, and this gain is corrected by the gain correction data read from the data storage unit 66 to obtain a corrected gain. A gain correction coefficient (for example, a corrected gain / a gain in the standard current parameter characteristic) is obtained, and the gain correction of the current parameter Ipx is performed using the correction coefficient. When the NOx sensor 1 is a standard product, the corrected gain and the gain obtained from the standard gain characteristics match.

【0092】そして、続くS460では、このゲイン補
正後の電流パラメータIpxから、標準電流パラメータ特
性を用いてNOx濃度を求め、これを被測定ガス中のN
Ox濃度として出力する。
Then, in S460, the NOx concentration is obtained from the current parameter Ipx after the gain correction by using the standard current parameter characteristics, and the NOx concentration is calculated from the NOx concentration in the gas to be measured.
Output as Ox concentration.

【0093】以上のような各補正データは、各NOxセ
ンサに固有のものであるため、NOxセンサごとにデー
タ記憶部66が添付される。そして、図8のコネクタ9
0を外して別のNOxセンサ1に交換する場合には、そ
のNOxセンサ1に添付されたデータ記憶部66に差し
替えた上で、窒素酸化物濃度を検出する。
Since each of the above correction data is unique to each NOx sensor, a data storage section 66 is attached to each NOx sensor. Then, the connector 9 shown in FIG.
When removing NOx and replacing it with another NOx sensor 1, the NOx sensor 1 is replaced with the data storage unit 66 attached thereto, and the nitrogen oxide concentration is detected.

【0094】なお、本発明の適用対象となるガスセンサ
はNOxセンサに限られるものではなく、例えば炭化水
素(HC)を検出するHCセンサにも適用可能である。
この場合、検出対象となる複数のガス成分は、例えば2
以上のHC成分とすることもできるし、酸素と、1又は
2以上のHC成分とすることもできる。また。HCセン
サ以外では、COセンサやアンモニアセンサ等にも適用
可能である。
The gas sensor to which the present invention is applied is not limited to the NOx sensor, but may be applied to, for example, an HC sensor for detecting hydrocarbon (HC).
In this case, the plurality of gas components to be detected are, for example, 2
The above HC component can be used, or oxygen and one or more HC components can be used. Also. Other than the HC sensor, the present invention can be applied to a CO sensor, an ammonia sensor, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明が適用されるNOxセンサの一例を示す
正面断面図、及びそのA−A断面図。
FIG. 1 is a front sectional view showing an example of a NOx sensor to which the present invention is applied, and an AA sectional view thereof.

【図2】電極リード部と端子部との接続構造の一例を示
す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a connection structure between an electrode lead portion and a terminal portion.

【図3】図1のNOxセンサにおける処理室の形成方法
を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory view showing a method of forming a processing chamber in the NOx sensor of FIG. 1;

【図4】同じく別の説明図。FIG. 4 is another explanatory view of the same.

【図5】本発明のガスセンサ用制御回路ユニットと、そ
れを用いたガスセンサシステムの電気構成の一例を示す
ブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of an electric configuration of a gas sensor control circuit unit of the present invention and a gas sensor system using the same.

【図6】その要部を詳細に示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing the main part in detail.

【図7】ヒータ制御回路のいくつかの例を示す回路図。FIG. 7 is a circuit diagram showing some examples of a heater control circuit.

【図8】本発明のNOxセンサ用制御回路ユニットと、
それを用いたNOxセンサシステムの外観を示す斜視
図。
FIG. 8 shows a control circuit unit for a NOx sensor of the present invention;
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a NOx sensor system using the same.

【図9】データ記憶部に格納されたIp1、Ip2及びNO
x濃度の関係を与える2次元テーブルの概念図。
FIG. 9 shows Ip1, Ip2 and NO stored in a data storage unit.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a two-dimensional table for giving a relation of x density.

【図10】酸素濃度検出素子の内部抵抗測定時の回路作
動系統を示すブロック図。
FIG. 10 is a block diagram showing a circuit operating system when measuring the internal resistance of the oxygen concentration detecting element.

【図11】酸素濃度検出素子の内部抵抗測定時の各スイ
ッチの作動タイミング図。
FIG. 11 is an operation timing chart of each switch when measuring the internal resistance of the oxygen concentration detecting element.

【図12】素子温度と酸素濃度検出素子の内部抵抗との
関係の一例を示すグラフ、及び酸素濃度検出素子の内部
抵抗と素子温度の関係を示すマップの概念図。
FIG. 12 is a conceptual diagram of a graph showing an example of a relationship between an element temperature and an internal resistance of an oxygen concentration detecting element, and a map showing a relationship between an internal resistance of the oxygen concentration detecting element and an element temperature.

【図13】エンジン急加速あるいは急減速に伴うポンプ
電流変化の測定例を示すプロファイル、及び素子温度と
補正ポンプ電流値との関係の一例を示すグラフ。
FIG. 13 is a graph showing an example of a measurement example of a pump current change accompanying rapid acceleration or deceleration of an engine, and a graph showing an example of a relationship between an element temperature and a corrected pump current value.

【図14】図5の装置におけるマイクロプロセッサ側の
制御の流れを示すフローチャート。
FIG. 14 is a flowchart showing a control flow on the microprocessor side in the apparatus of FIG. 5;

【図15】そのセンサ活性化処理の詳細を示すフローチ
ャート。
FIG. 15 is a flowchart showing details of the sensor activation process.

【図16】同じく内部抵抗測定処理の詳細を示すフロー
チャート。
FIG. 16 is a flowchart showing details of an internal resistance measurement process.

【図17】図5のシステムにおけるマイクロプロセッサ
側の別の制御態様の流れを示すフローチャート。
FIG. 17 is a flowchart showing the flow of another control mode on the microprocessor side in the system of FIG. 5;

【図18】NOx濃度を決定する別法において使用され
る、マイクロプロセッサのROM及びデータ記憶部の記
憶内容を示す説明図。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing storage contents of a ROM and a data storage unit of a microprocessor, which are used in another method for determining the NOx concentration.

【図19】上記別法におけるNOx濃度の検出手順を示
す説明図。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a procedure for detecting a NOx concentration in the alternative method.

【図20】その処理の流れを示すフローチャート。FIG. 20 is a flowchart showing the flow of the processing.

【図21】NOxセンサ用制御回路ユニットの第一の変
形例を示すブロック図。
FIG. 21 is a block diagram showing a first modification of the control circuit unit for the NOx sensor.

【図22】同じく第二の変形例を示すブロック図。FIG. 22 is a block diagram showing a second modified example.

【符号の説明】 1 窒素酸化物センサ(NOxセンサ) 2 第一ヒータ(加熱素子) 3 第一ポンプ素子 4 酸素濃度検出素子 5 第二ポンプ素子 8 第二ヒータ(加熱素子) 9 第一処理室 10 第二処理室 11 第一の気体流通部(拡散律速部) 12 隔壁 13 第二の気体流通部(拡散律速部) 14 酸素基準電極 15,17,18,19,20 電極 30 窒素酸化物センサユニット 31 窒素酸化物センサ用制御回路ユニット 52 マイクロプロセッサ 53 CPU(酸素濃度情報生成手段、窒素酸化物濃度
情報生成手段) 54 ROM 55 RAM 56 第一ポンプ素子制御回路 57 第二ポンプ素子制御回路 58 基準用定電流電源回路 60 内部抵抗測定制御回路 64,65 A/D変換回路 66 データ記憶部 67 D/A変換回路 69 表示装置 72 ヒータ制御回路(発熱制御回路) 77,78 定電流電源回路
[Description of Signs] 1 Nitrogen oxide sensor (NOx sensor) 2 First heater (heating element) 3 First pump element 4 Oxygen concentration detection element 5 Second pump element 8 Second heater (heating element) 9 First processing chamber DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 2nd processing chamber 11 1st gas flow part (diffusion rate control part) 12 Partition wall 13 2nd gas flow part (diffusion rate control part) 14 Oxygen reference electrode 15, 17, 18, 19, 20 electrode 30 Nitrogen oxide sensor Unit 31 Control circuit unit for nitrogen oxide sensor 52 Microprocessor 53 CPU (oxygen concentration information generating means, nitrogen oxide concentration information generating means) 54 ROM 55 RAM 56 First pump element control circuit 57 Second pump element control circuit 58 Reference Constant current power supply circuit 60 Internal resistance measurement control circuit 64, 65 A / D conversion circuit 66 Data storage unit 67 D / A conversion circuit 69 Table 72 heater control circuit (heating control circuit) 77 and 78 constant-current power supply circuit

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガスセンサに接続して使用され、該ガス
センサの作動制御回路と、その作動制御回路中の回路パ
ラメータから、少なくとも2種以上のガス成分の濃度を
算出可能な複数の信号を検出する信号検出回路とを備え
たことを特徴とするガスセンサ用制御回路ユニット。
1. A plurality of signals which are used in connection with a gas sensor and which can calculate concentrations of at least two or more gas components from an operation control circuit of the gas sensor and circuit parameters in the operation control circuit. A control circuit unit for a gas sensor, comprising: a signal detection circuit.
【請求項2】 周囲から区画されるとともに、第一拡散
律速部を介して被測定ガスが導入される第一処理室と、 周囲から区画されるとともに、前記第一処理室内の気体
が第二拡散律速部を介して導かれる第二処理室と、 酸素イオン伝導性固体電解質で構成されて両面に多孔質
電極が形成され、前記第一処理室内の気体の酸素濃度を
測定する酸素濃度検出素子と、 酸素イオン伝導性固体電解質で構成されて両面に多孔質
電極が形成され、前記第一処理室から酸素を汲み出す第
一ポンプ素子と、 酸素イオン伝導性固体電解質で構成されて両面に多孔質
電極が形成され、前記第二処理室から酸素を汲み出す第
二ポンプ素子と、 前記第一ポンプ素子と、前記酸素濃度検出素子と、前記
第二ポンプ素子とを加熱する加熱素子と、 を備えたガスセンサに接続して使用されるガスセンサ用
制御回路ユニットであって、 前記第一ポンプ素子に対する通電電圧を制御して、前記
酸素濃度検出素子の出力電圧がほぼ一定となるように前
記第一処理室内の酸素分圧レベルを制御する第一ポンプ
素子制御回路と、 前記第一ポンプ素子に流れる電流(以下、第一ポンプ電
流という)を検出し、その検出信号を出力する第一ポン
プ電流検出回路と、 前記第二処理室から酸素を汲み出す方向に、前記第二ポ
ンプ素子に対して一定電圧を印加する第二ポンプ素子制
御回路と、 前記第二ポンプ素子に流れる電流(以下、第二ポンプ電
流という)を検出し、その検出信号を出力する第二ポン
プ電流検出回路と、 前記加熱素子の発熱を制御する発熱制御回路とを備え、 前記第一ポンプ電流の検出信号が、前記被測定ガス中の
酸素濃度検出に使用され、前記第一ポンプ電流の検出信
号と前記第二ポンプ電流の検出信号とが前記被測定ガス
中の窒素酸化物濃度検出に使用されることを特徴とする
ガスセンサ用制御回路ユニット。
2. A first processing chamber, which is partitioned from the surroundings and into which a gas to be measured is introduced via a first diffusion-controlling unit, and is partitioned from the surroundings and the gas in the first processing chamber is a second processing chamber. A second processing chamber guided through the diffusion-controlling portion, and an oxygen concentration detecting element configured of an oxygen ion conductive solid electrolyte, having porous electrodes formed on both surfaces thereof, and measuring an oxygen concentration of gas in the first processing chamber. And a first pump element for pumping oxygen from the first processing chamber, wherein the first pump element is formed of an oxygen ion conductive solid electrolyte, and porous electrodes are formed on both sides thereof. And a heating element for heating the second pump element, wherein the second pump element pumps oxygen from the second processing chamber, the first pump element, the oxygen concentration detection element, and the second pump element. Equipped gas sensor A control circuit unit for a gas sensor to be connected and used, comprising controlling an energization voltage to the first pump element, and controlling an oxygen in the first processing chamber so that an output voltage of the oxygen concentration detection element becomes substantially constant. A first pump element control circuit that controls a partial pressure level; a first pump current detection circuit that detects a current flowing through the first pump element (hereinafter, referred to as a first pump current) and outputs a detection signal thereof; A second pump element control circuit for applying a constant voltage to the second pump element in a direction of pumping oxygen from the second processing chamber; and a current flowing through the second pump element (hereinafter, referred to as a second pump current) A second pump current detection circuit that detects the current and outputs a detection signal; and a heat generation control circuit that controls heat generation of the heating element. For detecting a concentration of oxygen in the gas, wherein the detection signal of the first pump current and the detection signal of the second pump current are used for detecting the concentration of nitrogen oxides in the gas to be measured. Control circuit unit.
【請求項3】 前記第一ポンプ素子制御回路と、前記第
一ポンプ電流検出回路と、前記第二ポンプ素子制御回路
と、前記第二ポンプ電流検出回路とを互いに一体的に組
みつける組付け手段が設けられている請求項2記載のガ
スセンサ用制御回路ユニット。
3. Assembling means for integrally assembling the first pump element control circuit, the first pump current detection circuit, the second pump element control circuit, and the second pump current detection circuit with each other. The control circuit unit for a gas sensor according to claim 2, further comprising:
【請求項4】 前記第一ポンプ素子、前記酸素濃度検出
素子及び前記第二ポンプ素子の温度が予め定められた温
度目標値に近づくように、前記発熱制御回路に対し前記
加熱素子の発熱制御を指令する発熱制御指令手段として
少なくとも機能するマイクロプロセッサを備えている請
求項2又は3に記載のガスセンサ用制御回路ユニット。
4. The heat generation control circuit controls the heat generation of the heating element so that the temperatures of the first pump element, the oxygen concentration detection element, and the second pump element approach a predetermined temperature target value. The control circuit unit for a gas sensor according to claim 2 or 3, further comprising a microprocessor functioning as at least a heat generation control commanding unit for commanding.
【請求項5】 前記第一ポンプ電流検出回路による第一
ポンプ電流検出信号と、前記第二ポンプ電流検出回路に
よる第二ポンプ電流検出信号とを、それぞれデジタル変
換するA/D変換回路を備える請求項2ないし4のいず
れかに記載のガスセンサ用制御回路ユニット。
5. An A / D conversion circuit for digitally converting a first pump current detection signal by the first pump current detection circuit and a second pump current detection signal by the second pump current detection circuit. Item 5. A control circuit unit for a gas sensor according to any one of Items 2 to 4.
【請求項6】 前記マイクロプロセッサは、前記A/D
変換回路によりデジタル変換された前記第一ポンプ電流
検出信号に基づいて、前記被測定ガス中の酸素濃度情報
を生成する酸素濃度情報生成手段として機能し、同じく
前記第一ポンプ電流の検出信号と前記第二ポンプ電流の
検出信号とに基づいて前記被測定ガス中の窒素酸化物濃
度情報を生成する窒素酸化物濃度情報生成手段として機
能するものである請求項5記載のガスセンサ用制御回路
ユニット。
6. The A / D converter according to claim 1, wherein
Based on the first pump current detection signal digitally converted by the conversion circuit, functions as oxygen concentration information generating means for generating oxygen concentration information in the measured gas, the detection signal of the first pump current and the same 6. The gas sensor control circuit unit according to claim 5, wherein the control circuit unit functions as a nitrogen oxide concentration information generating means for generating nitrogen oxide concentration information in the gas to be measured based on a detection signal of the second pump current.
【請求項7】 前記マイクロプロセッサが出力するデジ
タル信号のうち、前記酸素濃度情報、前記窒素酸化物濃
度情報、前記酸素濃度情報に基づいて生成される空燃比
情報、及び前記酸素濃度情報に基づいて生成される過剰
酸素率情報の、少なくともいずれかに関するデジタル信
号をアナログ変換し、これを対応するアナログ信号とし
て出力するD/A変換回路を備える請求項6記載のガス
センサ用制御回路ユニット。
7. A digital signal output from the microprocessor based on the oxygen concentration information, the nitrogen oxide concentration information, air-fuel ratio information generated based on the oxygen concentration information, and the oxygen concentration information. 7. The gas sensor control circuit unit according to claim 6, further comprising a D / A conversion circuit that converts a digital signal related to at least one of the generated excess oxygen rate information into an analog signal and outputs the analog signal as a corresponding analog signal.
【請求項8】 前記マイクロプロセッサが出力するデジ
タル信号のうち、前記酸素濃度情報、前記窒素酸化物濃
度情報、前記酸素濃度情報に基づいて生成される空燃比
情報、及び前記酸素濃度情報に基づいて生成される過剰
酸素率情報の、少なくともいずれかに関するデジタル信
号に基づいて、前記被測定ガスの酸素濃度、窒素酸化物
濃度、空燃比及び過剰酸素率の少なくともいずれかを表
示する表示装置が設けられている請求項6又は7に記載
のガスセンサ用制御回路ユニット。
8. A digital signal output by the microprocessor, based on the oxygen concentration information, the nitrogen oxide concentration information, air-fuel ratio information generated based on the oxygen concentration information, and the oxygen concentration information. A display device for displaying at least one of the oxygen concentration, the nitrogen oxide concentration, the air-fuel ratio, and the excess oxygen rate of the measured gas based on a digital signal related to at least one of the generated excess oxygen rate information is provided. The control circuit unit for a gas sensor according to claim 6 or 7, wherein:
【請求項9】 接続対象となる前記ガスセンサは、前記
第一ポンプ素子と、前記酸素濃度検出素子と、前記第二
ポンプ素子とを加熱する加熱素子との少なくともいずれ
かのものの温度を検出する温度検出部とを備えたもので
あり、 前記マイクロプロセッサは、前記温度検出部に
て検出される温度の情報と前記第一ポンプ電流検出信号
及び前記第二ポンプ電流検出信号とに基づいて、温度補
正された酸素濃度及び窒素酸化物濃度の各情報(以下、
これらを総称して被検出成分濃度情報という)を生成す
る被検出成分濃度情報温度補正手段として機能するもの
である請求項4ないし8のいずれかに記載のガスセンサ
用制御回路ユニット。
9. The gas sensor to be connected is a temperature that detects a temperature of at least one of the first pump element, the oxygen concentration detection element, and a heating element that heats the second pump element. A microprocessor, wherein the microprocessor corrects a temperature based on information on a temperature detected by the temperature detector, the first pump current detection signal, and the second pump current detection signal. Each information of oxygen concentration and nitrogen oxide concentration
9. The gas sensor control circuit unit according to claim 4, wherein said control circuit unit functions as a detected component concentration information temperature correction means for generating detected component concentration information.
【請求項10】 前記酸素濃度検出素子が、素子温度に
応じてその内部抵抗を変化させる前記温度検出部として
機能し、 その内部抵抗を測定するための内部抵抗測定制御回路が
設けられている請求項9記載のガスセンサ用制御回路ユ
ニット。
10. The oxygen concentration detecting element functions as the temperature detecting section that changes the internal resistance according to the element temperature, and an internal resistance measurement control circuit for measuring the internal resistance is provided. Item 10. A control circuit unit for a gas sensor according to item 9.
【請求項11】 前記マイクロプロセッサにより機能実
現される前記発熱制御指令手段は、前記内部抵抗の測定
結果に基づいて、前記第一ポンプ素子、前記酸素濃度検
出素子及び前記第二ポンプ素子の温度が予め定められた
温度目標値に近づくように、前記発熱制御回路に対し前
記加熱素子の発熱制御を指令するものである請求項10
記載のガスセンサ用制御回路ユニット。
11. The heat generation control command means, which is implemented by the microprocessor, controls a temperature of the first pump element, the oxygen concentration detection element, and the second pump element based on a measurement result of the internal resistance. 11. The heat control circuit instructs the heat control circuit to control heat generation of the heating element so as to approach a predetermined temperature target value.
A control circuit unit for a gas sensor as described in the above.
【請求項12】 前記内部抵抗測定制御回路は、前記酸
素濃度検出素子に対し一定の内部抵抗検出電流を通電す
る内部抵抗検出電流通電回路を備えるものである請求項
10又は11に記載のガスセンサ用制御回路ユニット。
12. The gas sensor according to claim 10, wherein the internal resistance measurement control circuit includes an internal resistance detection current supply circuit that supplies a constant internal resistance detection current to the oxygen concentration detection element. Control circuit unit.
【請求項13】 前記マイクロプロセッサは、該内部抵
抗検出電流を通電したときに前記酸素濃度検出素子に印
加される電圧(以下、抵抗検出電圧という)を、前記酸
素濃度検出素子の内部抵抗情報として検出する内部抵抗
情報検出手段として機能するものである請求項12記載
のガスセンサ用制御回路ユニット。
13. The microprocessor according to claim 1, wherein a voltage (hereinafter referred to as a resistance detection voltage) applied to said oxygen concentration detecting element when said internal resistance detecting current is supplied is used as internal resistance information of said oxygen concentration detecting element. 13. The control circuit unit for a gas sensor according to claim 12, which functions as an internal resistance information detecting means for detecting.
【請求項14】 前記内部抵抗測定制御回路は、前記酸
素濃度検出素子に対し前記内部抵抗検出電流を通電して
その内部抵抗を測定した後、該酸素濃度検出素子に対
し、前記内部抵抗検出電流とは逆方向の修正電流を通電
する修正電流通電回路を備える請求項12又は13に記
載のガスセンサ用制御回路ユニット。
14. The internal resistance measurement control circuit supplies the internal resistance detection current to the oxygen concentration detection element, measures the internal resistance, and then applies the internal resistance detection current to the oxygen concentration detection element. The control circuit unit for a gas sensor according to claim 12, further comprising a correction current supply circuit that supplies a correction current in a direction opposite to that of the control circuit.
【請求項15】 周囲から区画されるとともに、第一拡
散律速部を介して被測定ガスが導入される第一処理室
と、 周囲から区画されるとともに、前記第一処理室内の気体
が第二拡散律速部を介して導かれる第二処理室と、 酸素イオン伝導性固体電解質で構成されて両面に多孔質
電極が形成され、前記第一処理室内の気体の酸素濃度を
測定する酸素濃度検出素子と、 酸素イオン伝導性固体電解質で構成されて両面に多孔質
電極が形成され、前記第一処理室から酸素を汲み出す第
一ポンプ素子と、 酸素イオン伝導性固体電解質で構成されて両面に多孔質
電極が形成され、前記第二処理室から酸素を汲み出す第
二ポンプ素子と、 を備えたガスセンサと、 該ガスセンサに接続される請求項2ないし14のいずれ
かに記載のガスセンサ用制御回路ユニットとを備えたこ
とを特徴とするガスセンサシステム。
15. A first processing chamber, which is partitioned from the surroundings and into which a gas to be measured is introduced via a first diffusion-controlling unit, A second processing chamber guided through the diffusion-controlling section, and an oxygen concentration detecting element configured of an oxygen ion-conductive solid electrolyte and having porous electrodes formed on both surfaces thereof, and measuring an oxygen concentration of gas in the first processing chamber. A first pump element for pumping oxygen from the first processing chamber, and a first pump element for pumping oxygen from the first processing chamber; and a porous electrode formed on both surfaces, the first pump element being formed of an oxygen ion conductive solid electrolyte. 15. A gas sensor comprising: a gas electrode; a second pump element for pumping oxygen from the second processing chamber; and a gas sensor control circuit unit according to claim 2 connected to the gas sensor. A gas sensor system comprising:
【請求項16】 前記第一ポンプ電流の値と、前記第二
ポンプ電流の値と、前記被測定ガス中の窒素酸化物濃度
との関係を表す特性につき、予め設定された標準的な特
性に関する情報(以下、標準特性情報という)を記憶し
た標準特性情報記憶部と、 前記第一ポンプ電流の値と、前記第二ポンプ電流の値
と、前記被測定ガス中の窒素酸化物濃度との関係を表す
特性につき、予め実測した前記ガスセンサの特性を前記
標準的な特性に一致させるための補正情報を記憶した補
正情報記憶部とを備え、 前記マイクロプロセッサにより機能実現される前記窒素
酸化物濃度情報生成手段は、前記第一ポンプ電流と前記
第二ポンプ電流との各信号を検出するとともに、前記補
正情報に基づいて各検出値を補正した上で、前記標準特
性情報を用いて前記被測定ガス中の前記窒素酸化物濃度
の情報を生成するものとされる請求項15記載のガスセ
ンサシステム。
16. A characteristic representing a relationship between the value of the first pump current, the value of the second pump current, and the concentration of nitrogen oxides in the gas to be measured relates to a standard characteristic set in advance. A standard characteristic information storage unit storing information (hereinafter, referred to as standard characteristic information); a relationship between a value of the first pump current, a value of the second pump current, and a nitrogen oxide concentration in the gas to be measured. And a correction information storage unit that stores correction information for matching the previously measured characteristics of the gas sensor to the standard characteristics, wherein the nitrogen oxide concentration information realized by the microprocessor is provided. The generation unit detects each signal of the first pump current and the second pump current, corrects each detection value based on the correction information, and then uses the standard characteristic information to perform the measurement. Gas sensor system of claim 15, wherein which is configured to generate the information of the nitrogen oxide concentration in the gas.
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