WO2003083465A1 - Dispositif de mesure de nox, dispositif d'autodiagnostic de capteur de nox, et procede d'autodiagnostic correspondant - Google Patents

Description

明 細 書

NOx測定装置、 N 0 Xセンサの自己診断装置及びその自己診断方法 技術分野

本発明は、 ガス濃度測定装置、 ガスセンサの自己診断装置及びその自己診断方 法に関し、 特に、 車両故障診断 （OBD) に用いることができる、 NOx測定装 置、 N O Xセンサの自己診断装置及びその自己診断方法に関する。 背景技術

近年、 排ガス規制の強化に伴い、 エンジン等の排ガス中の NOxを直接測定し .、 内燃機関の制御や触媒のコントロールを行う研究が行われている。 特に、 Z r o₂等の酸素イオン伝導体を用い、 この酸素イオン伝導体を介した酸素ポンプセ ルを用いて酸素を汲み出すことにより NO Xを分解し、 'この分解を電流として検 知する形式の NOxガスセンサは、 HC、 C〇等め妨害ガスの影響を受けずに N Oxガス濃度が測定できる、 と考えられることから、 近年広く研究が行われてい る。 発明の課題

内燃機関の排気ガス中に含まれる NOxは、 酸素等に比べてきわめて少量であ るから、 内燃機関の排気ガス中の N〇 X測定に適用される N O Xセンサは高精度 であって、 常に正常に動作することが求められる。 しかしながら、 このような N Oxセンサの自己診断を行うための装置は、 実用化されていない。

本発明の目的は、 内燃機関の排気ガス中の N〇x測定に好適に適用される NO Xセンサの状態を的確に認識することができ、 車両故障診断 （OBD) に適用す ることができる、 NOx測定装置、 NOxセンサの自己診断装置及びその自己診 断方法を提供することである。 発明の開示 本発明の N O x測定装置において、 N O xセンサ素子は、 第 1拡散抵抗を介し て被検ガスが導入される第 1測定室と、 前記第 1測定室の内側と外側に設けられ た一対の電極を備え、 該一対の電極間の電位差に基づいて前記第 1測定室内にお ける被検ガス中の酸素濃度を検出する酸素分圧検知セルと、 前記第 1測定室の内 側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 1測定室の内側から外側へ又は 外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すことにより、 被検ガス中の 酸素濃度に応じた電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 という） が流れる第 1酸素 ポンプセルと、 前記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2 測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室内の窒素酸化物を分解し、 解離した酸素が移動することにより N O X濃 度に応じた電流 （以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れ る第 2酸素ポンプセルと、 を備えている。

本発明による N O x測定装置は、 前記 NO xセンサ素子の制御手段として、 前 記酸素分圧制御セルの外側の電極上の酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル制御 手段と、 前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて所定の電圧を前記第 1酸素 ポンプセルに印加して前記第 1酸素ポンプ電流を制御することにより、 前記第 1 測定室内の酸素濃度を制御する第 1酸素ポンプセル制御手段と、 前記第 2酸素ポ ンプセルに所定の電圧を印加することにより NO X濃度に応じた前記第 2酸素ポ ンプ電流が流れるように該酸素ポンプセルを制御する第 2酸素ポンプセル制御手 段と、 を有している。

本発明の N O x測定装置において、 通常の測定モードでは、 第 2酸素ポンプセ ルに N O x濃度に比例した電流が流れるように、 第 2酸素ポンプセルには一定の 電圧が印加される。 また、 第 2測定室には、 前記第 1酸素ポンプセルによって、 酸素濃度が制御されたガスが導入される。 したがって、 N O xセンサ素子ないし その制御手段が正常に機能している場合、 第 2酸素ポンプ電流の大きさ及び第 2 酸素ポンプセルに実際に印加される電圧は、 所定の範囲に収まるはずである。 し たがって、 本発明の NO x測定装置においては、 下記の診断手段により、 NO x センサ素子ないしその制御手段の機能状態を診断することができる。

すなわち、 本発明は、 第 1の視点において、 基本的な構成として上述した NO xセンサ素子とその制御手段を有する NOx測定装置において、 さらに、 前記第 2酸素ポンプ電流ないし前記第 2酸素ポンプセルに印加される電圧を検出する検 出手段と、 検出された前記第 2酸素ポンプ電流ないし前記第 2酸素ポンプセルに 印加される前記所定の電圧が予め定められた範囲内である場合には NO X測定装 置が正常に機能していると診断し、 範囲外である場合には NO X測定装置が正常 に機能していないと診断する診断手段を有する NO X測定装置を提供する。 この NO X測定装置は、 NO Xセンサの検出出力信号である第 2酸素ポンプ電 流ないし該第 2酸素ポンプ電流が流れる第 2酸素ポンプセルに印加される電圧を 用いて、 該 NO Xセンサが正常に機能しているか否かを診断する。 内燃機関の排 ガス中においても、 NOx濃度はきわめて小さいものであるから、 第 2酸素ポン プ電流のレンジもきわめて低いものである。 加えて、 第 2酸素ポンプ電流は、 N Oxセンサ素子ないしその制御手段の状態に敏感な量であって、 例えば、 素子温 度、 電極の活性状態、 リード線の抵抗によって、 変化する量である。 したがって 、 第 2酸素ポンプ電流を用いて、 NOx測定装置の状態を検出することにより、 きわめて鋭敏な、 NO X測定装置の状態検出が可能となる。 同様の理由により、 第 2酸素ポンプセル 2に印加される電圧 Vp 2を用いて、 NOxセンサ素子の状 態を検出することによつても、 きわめて鋭敏な状態検出が可能となる。

このように、 本発明による NOx測定装置は、 NOxセンサ素子ないしその制 御手段の状態を鋭敏に検出することができる。 したがって、 本発明による NOx 測定装置は、 高い信頼性が要求される分野に好適であり、 特に、 車両に搭載され る内燃機関の排気ガス中に含まれる NOxを測定する装置として好適である。 ま た、 内燃機関を制御する ECUは、 本発明の NOx測定装置が有する診断手段の 診断結果に基づいて、 車両故障診断 （OBD) を行うことができる。 例えば、 E CUは、 前記判定結果に基づいて、 排気管に装着された NOxセンサ素子ないし その制御手段の状態を判定することができる他、 燃料系、 吸気系及び排気系等を 構成する要素の状態を診断することができる。

また、 本発明の NOx測定装置においては、 酸素分圧検知セルが備える第 1測 定室の外側に配置された電極上の酸素濃度が、 通常は一定になるよう制御される 。 一方、 酸素分圧検知セルが備える第 1測定室の内側に配置された電極上の酸素 濃度は、 通常の測定において、 大気中の酸素濃度以下となる。 したがって、 N O Xセンサ素子ないしその制御手段が正常に機能している場合、 酸素分圧検知セル に印加される電圧、 酸素分圧検知セルの外側の電極の電位及び酸素分圧検知セル の内部抵抗は、 所定の範囲に収まるはずである。 したがって、 本発明の NO X測 定装置においては、 下記の診断手段により、 N O xセンサ素子ないしその制御手 段の機能状態を診断することができる。

すなわち、 本発明は、 第 2の視点において、 上述した基本的な構成を有する N O x測定装置において、 さらに、 前記酸素分圧検知セルに印加される電圧を検出 する検出手段と、 検出された前記酸素分圧検知セルに印加された電圧が予め定め られた範囲内である場合には NO X測定装置が正常に機能していると診断し、 範 囲外である場合には NO X測定装置が正常に機能していないと診断する診断手段 と、 を有する NO X測定装置を提供する。

本発明は、 第 3の視点において、 上述した基本的な構成を有する N〇x測定装 置において、 さらに、 前記酸素分圧検知セルの内側の電極の電位を検出する検出 手段と、 検出された前記酸素分圧検知セルの内側の電極の電位が予め定められた 範囲内である場合には N O X測定装置が正常に機能していると診断し、 範囲外で ある場合には NO X測定装置が正常に機能していないと診断する診断手段と、 を 有する NO X測定装置を提供する。

本発明は、 第 4の視点において、 上述した基本的な構成を有する NO X測定装 置において、 さらに、 前記酸素分圧検知セルの内部抵抗を検出する手段と、 検出 された前記酸素分圧検知セルの内部抵抗が予め定められた範囲内である場合には N〇 X測定装置が正常に機能していると診断し、 範圏外である場合には N O X測 定装置が正常に機能していないと診断する診断手段と、 を有する NO X測定装置 を提供する。

本発明の N O X測定装置において、 被検ガスの酸素濃度は、 通常の測定におい て、 大気中の酸素濃度以下となる。 したがって、 N O Xセンサ素子ないしその制 御手段が正常に機能している場合、 酸素分圧検知セルの酸素濃度検出出力に基づ いてフィードバック制御されている第 1酸素ポンプ電流の大きさ及び第 1酸素ポ ンプセルに実際に印加される電圧は、 所定の範囲に収まるはずである。 したがつ て、 本発明の NO x測定装置においては、 下記の診断手段により、 NO Xセンサ 素子ないしその制御手段の機能状態を診断することができる。

すなわち、 本発明は、 第 5の視点において、 上述した基本的な構成を有する N O x測定装置において、 さらに、 前記第 1酸素ポンプ電流ないし前記第 1酸素ポ ンプセルに印加される電圧を検出する検出手段と、 検出された前記第 1酸素ボン プ電流ないし前記第 1酸素ボンプセルに印加される前記所定の電圧が予め定めら れた範囲内である場合には NO X測定装置が正常に機能していると診断し、 範囲 外である場合には N O X測定装置が正常に機能していないと診断する診断手段と 、 を有する NO X測定装置を提供する。

本発明は、 第 6の視点において、 内燃機関の排気ガス中に含まれる N O X測定 用であることを特徴とする N O X測定装置を提供する。

本発明は、 第 7の視点において、 車両に搭載された内燃機関の排気ガス中に含 まれる NO x測定用であって、 少なくとも前記診断手段の診断結果を用いて、 車 両故障診断 （O B D) が行われることを特徴とする N O x測定装置を提供する。 また、 本発明は、 第 8の視点において、 第 1拡散抵抗を介して被検ガスが導入 される第 1測定室と、 前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備 え、 該一対の電極間の電位差に基づいて前記第 1測定室内における被検ガス中の 酸素濃度を検出する酸素分圧検知セルと、 前記第 1測定室の内側と外側に設けら れた一対の電極を備え、 前記第 1測定室の内側から外側へ又は外側から内側へ該 一対の電極を介して酸素を汲み出すことにより、 被検ガス中の酸素濃度に応じた 電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 という） が流れる第 1酸素ポンプセルと、 前 記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室内の窒素 酸化物を分解し、 解離した酸素が移動することにより NO X濃度に応じた電流 （ 以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れる第 2酸素ポンプ セルと、 を備える N O Xセンサ素子と、 前記酸素分圧検知セルの外側の電極上の 酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル制御手段と、 前記酸素分圧検知セルの検出 出力に基づいて所定の電圧を前記第 1酸素ポンプセルに印加して前記第 1酸素ポ ンプ電流を制御することにより、 前記第 1測定室内の酸素濃度を制御する第 1酸 素ポンプセル制御手段と、 前記第 2酸素ポンプセルに所定の電圧を印加すること により、 N O X濃度に応じた前記第 2酸素ポンプ電流が流れるように該第 2酸素 ポンプセルを制御する第 2酸素ポンプセル制御手段と、 前記第 2酸素ポンプ電流 ないし前記第 2酸素ポンプセルに印加される電圧を検出する検出手段と、 検出さ れた前記第 2酸素ポンプ電流ないし該第 2酸素ポンプセルに印加される前記所定 の電圧が予め定められた範囲内である場合には N O X測定装置が正常に機能して いると診断し、 範囲外である場合には N O X測定装置が正常に機能していないと 診断する診断手段と、 を備える N O Xセンサ素子制御手段と、 を有する N O Xセ ンサの自己診断装置を提供する。

また、 本発明は、 第 9の視点において、 第 1拡散抵抗を介して被検ガスが導入 される第 1測定室と、'前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備 え、 該ー対の電極間の電位差に基づいて前記第 1測定室内における被検ガス中の 酸素濃度を検出する酸素分圧検知セルと、 前記第 1測定室の内側と外側に設けら れた一対の電極を備え、 前記第 1測定室の内側から外側へ又は外側から内側へ該 一対の電極を介して酸素を汲み出すことにより、 被検ガス中の酸素濃度に応じた 電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 という） が流れる第 1酸素ポンプセルと、 前 記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室内の窒素 酸化物を分解し、 解離した酸素が移動することにより NO X濃度に応じた電流 （ 以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れる第 2酸素ポンプ セルと、 を備える N O Xセンサ素子と、 前記酸素分圧検知セルの外側の電極上の 酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル制御手段と、 前記酸素分圧検知セルの検出 出力に基づいて所定の電圧を前記第 1酸素ポンプセルに印加して前記第 1酸素ポ ンプ電流を制御することにより、 前記第 1測定室内の酸素濃度を制御する第 1酸 素ポンプセル制御手段と、 前記第 2酸素ポンプセルに所定の電圧を印加すること により、 N 0 X濃度に応じた前記第 2酸素ボンプ電流が流れるように該第 2酸素 ポンプセルを制御する第 2酸素ポンプセル制御手段と、 前記第 2酸素ポンプ電流 ないし前記第 2酸素ポンプセルに印加される電圧を測定する検出手段と、 を備え る N O Xセンサ素子制御手段とを有する NO X測定装置において、 前記 N O Xセ ンサ素子制御手段が、 検出された前記第 2酸素ポンプ電流ないし該第 2酸素ボン プセルに印加される前記所定の電圧が予め定められた範囲内である場合には N〇 X測定装置が正常に機能していると診断し、 範囲外である場合には NO X測定装 置が正常に機能していないと診断する NO X測定装置の自己診断方法を提供する 本発明は、 第 1 0の視点において、 酸素ポンプセル、 N O X検知セル及び酸素 分圧検知セルを有する N O Xセンサ素子を備え、 前記第 1酸素ポンプセル及び前 記酸素分圧検知セルを用いて所定範囲の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有する被 測定ガスから酸素分圧が制御されたガスを生成し、 前記酸素分圧が制御されたガ スと接触する前記 N O X検知セルに流す限界電流に基づいて、 被測定ガス中の窒 素酸化物濃度を測定する N O x測定装置であって、 前記第 1酸素ポンプセル、 前 記 N O X検知セル及び前記酸素分圧検知セルの異常を検出する異常検出手段と、 前記異常検出手段によって異常が検出されなかった場合には、 前記被測定ガスが 有する所定範囲の窒素酸化物濃度に応じたレベルないじオーダーの所定の信号を 該 N O X測定装置に出力させ、 一方、 該異常検出手段によって該 N〇x測定装置 の異常が検出された場合には、 当該所定の信号のレベルないしオーダ一を変更す る変更手段と、 を有する、 ことを特徴とする NO x測定装置を提供する。

本発明は、 第 1 1の視点において、 前記被測定ガスは所定範囲の酸素濃度を有 し、 前記変更手段は、 さらに、 前記異常検出手段によって異常が検出されなかつ た場合には、 前記被測定ガスが有する所定範囲の酸素濃度に応じたレベルないし オーダーの所定の信号を該 NO X測定装置に出力させ、 一方、 該異常検出手段に よって異常が検出された場合には、 当該所定の信号のレベルないしオーダーを変 更する、 ことを特徴とする NO x測定装置を提供する。

本発明は、 第 1 2の視点において、 前記異常検出手段は、 さらに、 前記第 1酸 素ポンプセル、 前記 NO X検知セル及び前記酸素分圧検知セルに接続する配線の 異常を検出し、 前記変更手段は、 前記異常検出手段によって前記配線の異常が検 出されなかった場合には、 前記被測定ガスが有する所定範囲の窒素酸化物濃度に 応じたレベルないしオーダーの所定の信号を該 NO X測定装置に出力させ、 一方

、 該異常検出手段によって前記配線の異常が検出された場合には、 少なくとも当 該所定の信号のレベルないしオーダーを変更する、 ことを特徴とする N O X測定 装置を提供する。

本発明は、 第 1 3の視点において、 前記異常検出手段は、 前記 N〇xセンサ素 子の温度によって抵抗値が変動する前記酸素分圧検知セルのセル抵抗及び/又は 該酸素分圧検知セルが備える電極の電位、 前記第 1酸素ポンプセルに印加される 電圧及び/又は該第 1酸素ポンプセルに流れる電流、 及び、 前記第 2酸素ポンプ セルに印加される電圧及び Z又は該第 2酸素ポンプセルに流れる電流、 のいずれ か一以上のレベルないしオーダーの異常を検出する、 ことを特徴とする NO X測 定装置を提供する。

本発明は、 第 1 4の視点において、 前記変更手段は、 前記 NO X測定装置が出 力する複数の所定の信号のレベルないしオーダ一を変更するよう構成され、 該複 数の所定の信号の組合わせによって、 前記 NO X測定装置の異常部位及び Z異常 状態が報知される、 ことを特徴とする N O x測定装置を提供する。

本発明は、 第 1 5の視点において、 前記 N O X測定装置が排気ガス中の窒素酸 化物測定用に車両システムに搭載され、 前記異常検出手段及び前記変更手段が前 記車両システムの制御装置側に設置される、 ことを特徴とする N O X測定装置を 提供する。

本発明は、 第 1 6の視点において、 前記酸素ポンプセル及び前記酸素分圧検知 セルが第 1室内の空間に面して配置され、 前記 NO X検知セルが第 2室内の空間 に面して配置されていることを特徴とする NO X測定装置を提供し、 さらに、 前 記酸素ポンプセルが第 1室内の空間に面して配置され、 前記酸素分圧検知セル及 び前記 NO X検知セルが第 2室内の空間に面して配置されていることを特徴とす る NO X測定装置も提供する。

本発明は、 第 1 7の視点において、 酸素ポンプセル、 NO X検知セル及び酸素 分圧検知セルを有する N O Xセンサ素子を備え、 前記第 1酸素ポンプセル及び前 記酸素分圧検知セルを用いて所定範囲の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有する被 測定ガスから酸素分圧が制御されたガスを生成し、 前記酸素分圧が制御されたガ スと接触する前記 N O X検知セルに流す限界電流に基づいて、 被測定ガス中の窒 素酸化物濃度を測定する N O X測定装置であつて、 前記 N〇 X測定装置の異常部 位を検出する異常検出手段と、 前記 N O X測定装置の正常時には所定のレベルな いしオーダで出力される一又は複数のアナログ信号のレベルないしオーダを、 異 常時には正常時に使用されないレベルないしオーダに変更することにより、 前記 異常検出手段によって検出された前記 N O X測定装置の異常部位を報知する変更 手段、 を有する、 ことを特徴とする N O X測定装置を提供する。

本発明は、 第 1 8の視点において、 酸素ポンプセル、 N O X検知セル及び酸素 分圧検知セルを有する NO Xセンサ素子を備え、 前記第 1酸素ポンプセル及び前 記酸素分圧検知セルを用いて所定範囲の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有する被 測定ガスから酸素分圧が制御されたガスを生成し、 前記酸素分圧が制御されたガ スと接触する前記 N〇 X検知セルに流す限界電流に基づいて、 被測定ガス中の窒 素酸化物濃度を測定する N O X測定装置であつて、 前記 N O X測定装置の異常部 位を検出する異常検出手段と、 前記 N O X測定装置の正常時には所定範囲のコー ドで出力されるデジタル信号のコードを、 異常時には正常時に使用されない範囲 のコードに変更することにより、 前記異常検出手段によって検出された前記 N O X測定装置の異常部位を報知する変更手段、 を有する、 ことを特徴とする N O X 測定装置を提供する。 ， ,

本発明は、 第 1 9の視点において、 NO X検知セルが酸素濃淡電池 （電気化学 的セル） である N O Xセンサを用いることを特徴とする N O X測定装置を提供す る。

本発明は、 第 2 0の視点において、 酸素ポンプセル、 NO X検知セル及び酸素 分圧検知セルを有する N O Xセンサ素子を備え、 前記第 1酸素ポンプセル及び前 記酸素分圧検知セルを用いて所定範囲の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有する被 測定ガスから酸素分圧が制御されたガスを生成し、 前記酸素分圧が制御されたガ スと接触する前記 NO X検知セルに流す限界電流又は該前記 NO X検知セルの電 位に基づいて、 被測定ガス中の窒素酸化物濃度を測定する N O X測定装置の自己 診断方法であって、 前記 N O x測定装置の正常時には、 前記被測定ガスが有する 所定範囲の窒素酸化物濃度に応じた所定の信号を出力し、 一方、 該 NO X測定装 置の異常が検出された場合には、 少なくとも当該所定の信号を予め定められた様 式に基づいて変更することにより、 該 NO X測定装置の異常部位を報知する、 こ とを特徴とする N O x測定装置の自己診断方法を提供する。 図面の簡単な説明

図 1 (A) 〜図 1 (D) は、 本発明の一実施例に係る N O X測定装置の構成要 素である N O Xセンサ素子の構成及び測定原理を説明するための図である。 図 2は、 図 1 (A) に示した N O X測定装置の診断手段を含む制御手段の入出 力構成を説明するための図である。

図 3は、 図 2に示したセンサ制御手段が有する診断手段の構成を説明するため の図である。

図 4は、 図 1に示した酸素分圧検知セルの内部抵抗ないし酸素分圧検知電位差 を測定する方法を説明するための図である。

図 5 (A) は、 本発明が適用される N O x測定装置の構成を説明するための模 式図であり、 図 5 (B ) は、 図 5 (A) に示した検出部の内部構成を説明するた めの模式図である。 '

図 6は、 本発明の第 3の実施例に係る NO X測定装置における NO X出力範囲 の構成例を説明するための図である。

図 7は、 本発明の第 5の実施例に係る NO x測定装置における複数の信号の構 成例を説明するための図である。

図 8は、 本発明の実施例 6に係る N O x測定装置の回路構成を説明するための 模式図である。

図 9は、 図 8に示した NO x測定装置に適用される、 各異常検出手段の構成を 説明するための図である。

図 1 0は、 本発明の第 8の実施例に係る NO x測定装置において、 各端子の電 位と異常種類の組み合わせとを対応付ける図である。

図 1 1は、 図 1 0に示す各端子の電位の範囲を説明するための図である。 図 1 2は、 図 8に示した N O x測定装置に適用される、 異常検出手段及び変更 手段の回路構成の一例を説明するための図である。

図 1 3は、 図 1 2に示した回路に入力される信号と出力する信号との関係を示 す図である。 符号の説明

第 1酸素ポンプセル

第 2酸素ポンプセル

酸素分圧検知セル

ヒー夕

第 1測定室

第 2測定室

第 1拡散孔

第 2拡散孔

電極

第 1酸素ポンプセル制御手段 （ I p 1ドライブ）a 検出抵抗

酸素分圧検知セル制御手段 (V s ドライブ） 第 2酸素ポンプセル制御手段 （ I p 2ドライブ）a 検出抵抗

センサ制御手段

a 第 1の診断手段

b 第 2の診断手段

c 第 3の診断手段

E C U

検出部

a 異常検出手段

b 変更手段

c 出力手段 、 42、 43、 44 配線

センサ制御回路

I p lドライノ

P I D制御回路

オペアンプ

R p V s測定回路

Vp lリミッタ

I p 2ドライノ

自己診断回路

a, 58b ウィンドウコンパレ、 -タc コンパレータ

NO X信号異常検出手段

NO X信号変更手段

O 2信号異常検出手段

O 2信号変更手段

λ信号異常検出手段

λ信号変更手段

V sセル信号異常検出手段

V sセル信号変更手段

VRp V s信号異常検出手段 VRp v s信号変更手段

a 第 1の比較器

b 第 2の比較器

NOR回路

増幅器

第 0のアナログスィッチ

第 1のアナログスィッチ

第 2のアナログスィッチ 発明の実施の形態

本発明の好ましい実施の形態に係る N O x測定装置は、 前記第 1ポンプ電流、 前記第 1ポンプセルに印加される電圧、 前記第 1ポンプセルが備える各電極の電 位或いは各電極に接続する各端子の電圧、 前記第 2ポンプ電流、 前記第 2ポンプ セルに印加される電圧、 前記第 2ポンプセルが備える各電極の電位或いは各電極 に接続する各端子の電圧、 前記酸素分圧検知セルの内部抵抗、 前記酸素分圧検知 セルが備える電極間の電位差、 前記酸素分圧検知セルが備える各電極の電位 （例 えば、 前記酸素分圧検知セルが備える前記第 1測定室の内側に配置された電極の 電位のいずれか一又は二以上に基づいて、 N O xセンサの状態を診断する。 本発明は、 酸素ポンプセル （第 1酸素ボンピングセル） が第 1室内の空間に面 して配置され、 N〇x検知セル （第 2酸素ボンビングセル） 及び酸素分圧検知セ ルが第 2室内の空間に面して配置されている N O xセンサ素子に対しても適用さ れる。 さらに、 本発明は、 第 NO X濃度検知セルが酸素濃淡電池 （電気化学的セ ル） である場合にも適用される。 実施例

以上説明した本発明の好ましい実施の形態をさらに明確化するために、 以下図 面を参照して、 本発明の一実施例を説明する。

図 1 (A) 〜図 1 (D) は、 本発明の一実施例に係る N O X測定装置の構成要 素である N O Xセンサ素子の構成及び測定原理を説明するための図である。

N O xセンサ素子の構成について説明する。

図 1 (A) を参照すると、 N O xセンサ素子は、 主として、 第 1酸素ポンプセ ル 1 (酸素ポンプセル） 、 第 2酸素ポンプセル 2 (N O x検知セル） 及び酸素分 圧検知セル 3、 さらに N O Xセンサ素子を所定の作動温度に加熱するヒータ 4か ら構成されている。 第 1酸素ポンプセル 1と酸素分圧検知セル 3の間には、 第 1 測定室 5が形成されている。 第 1測定室 5には、 第 1拡散孔 7を介して、 被検ガ スが導入される。 第 1測定室 5は、 第 2拡散孔 8を通じて、 第 2測定室 6と連通 している。

第 1酸素イオンポンプセル 1は、 ジルコニァのような酸素イオン伝導性を有す る固体電解質と、 固体電解質上に形成された一対の電極 9 , 1 0から構成されて いる。 電極 1 0は第 1測定室 5に面して配置され、 電極 9は外部に面して配置さ れている。 電極 1 0上で第 1測定室 5内の酸素等が解離され生成された酸素ィォ ンが固体電解質を通って電極 9上から外部へ導出され、 このとき該固体電解質を 通じて流れる電流が第 1酸素ポンプ電流 I P 1である。

第 2酸素イオンポンプセル 2は、 ジルコニァのような酸素イオン伝導性を有す る固体電解質と、 固体電解質上に形成された一対の電極 1 3， 1 4から構成され ている。 電極 1 3は第 2測定室 6に面して配置され、 電極 1 4は第 2測定室 6外 に配置されると共に酸素濃度が安定した雰囲気に晒されている。 電極 1 3上で第 2測定室 6内の NO X等が解離され生成された酸素イオンが固体電解質を通って 電極 1 4上から外部へ導出され、 このとき固体電解質を通じて流れる電流が第 2 酸素ポンプ電流 I p 2である。 通常の測定モードにおいて、 電極 1 3と電極 1 4 間には一定の電圧が印加される。

酸素分圧検知セル 3は、 ジルコニァのような酸素イオン伝導性を有する固体電 解質と、 固体電解質上に形成された一対の電極 1 1 , 1 2から構成されている。 電極 1 1は第 1測定室 5に面して配置され、 電極 1 2は酸素濃度が安定した雰囲 気に晒されている。 したがって、 電極 1 1と電極 1 2の間に発生する電位差に基 づいて、 第 1測定室 5内の酸素濃度、 結局、 被検ガス中の酸素濃度を検出するこ とができる。

次に、 N O Xセンサ制御手段 （図 2参照） について説明する。 なお、 図中のセ ンサ制御手段 3 0は NO Xセンサ制御手段と N O X測定装置の診断手段の両方の 機能を果たしている。

図 1 (A) を参照すると、 センサ制御手段 3 0 (図 2参照） は、 酸素分圧検知 セル 3に現れる第 1測定室 5内の酸素濃度を検出すると共に、 第 1測定室 5外に 設けられた電極 1 2上の酸素濃度を制御する酸素分圧セル制御手段 2 1と、 酸素 分圧検知セル 3の検出出力に基づいて第 1酸素ポンプ電流 I p 1を制御すること により、 第 1測定室 5内の酸素濃度を可及的に一定に制御する第 1酸素ポンプセ ル制御手段 2 0と、 第 2酸素ポンプセル 2に可及的に一定な所定の電圧を印加す ることにより、 NO X濃度に応じた第 2酸素ポンプ電流 I p 2が流れるように第 2酸素ポンプセル 2を制御する第 2酸素ポンプセル制御手段 22と、 を含んで構 成される。

以上説明した N 0 Xセンサ素子及びその制御手段を用いた N 0 X測定原理につ いては、 図 1 (B) 〜図 1 (D) に示すとおりであるから、 これらを参照するこ ととする。

次に、 NO X測定装置の診断手段について説明する。

図 2は、 センサ制御手段 30の入出力構成を説明するための図である。

図 2を参照すると、 センサ制御手段 30には、 図 1 (A) に示した NOxセン サ素子が出力する第 1酸素ポンプ電流 I P 1、 第 2酸素ポンプ電流 I p 2、 酸素 分圧検知電位 （電極 11と電極 12間の電位差） Vsが入力される。 第 1酸素ポ ンプ電流 I P 1、 第 2酸素ポンプ電流 I p 2及び酸素分圧検知電位 Vsを、 内燃 機関の制御装置 （以下これを 「ECU」 という） 31に入力してもよい。 センサ 制御手段 30からは、 NOx濃度検出信号ないし酸素濃度検出信号等の所要の信 号、 さらに、 NOxセンサ素子ないしその制御手段の診断結果を現す信号 （以下 これを 「OBD用信号」 という） が出力され、 ECU31に入力される。

次に、 センサ制御手段 30が有する NOx測定装置の診断手段について説明す る。

図 3は、 図 2に示したセンサ制御手段 30が有する診断手段の構成を説明する ための図である。

図 3を参照すると、 センサ制御手段 30が有する診断手段は、 第 2酸素ポンプ 電流 I p 2ないし第 2酸素ポンプセル 2に印加される所定の電圧 Vp 2 (通常は 一定） が予め定められた範囲内である場合には NOx測定装置が正常に機能して いると診断し、 範囲外である場合には NOx測定装置が正常に機能していないと 診断する第 1の診断手段 30 aと、 酸素分圧検知セル 3に印加される所定の電圧 Vs、 酸素分圧検知セル 3が備える電極 （Vs/I P 電極） 11の電位 （電極 11と後述の図 4に示す仮想グランドとの電位差） 、 及び酸素分圧検知セル 3の 内部抵抗 R P V sのいずれか一又は二以上が予め定められた範囲内である場合に は NOx測定装置が正常に機能していると診断し、 範囲外である場合には N〇x 測定装置が正常に機能していないと診断する第 2の診断手段 30 bと、 第 1酸素 ポンプ電流 I P 1ないし第 1酸素ポンプセル 1に印加される所定の電圧 Vp 1 ( 通常は所定範囲） が予め定められた範囲内である場合には NO X測定装置が正常 に機能していると診断し、 範囲外である場合には NO X測定装置が正常に機能し ていないと診断する第 3の診断手段 30 cと、 を備えている。

<第 2酸素ポンプ電流及び第 2酸素ポンプセルに印加される電圧を測定する検出 手段 >

第 2酸素ポンプ電流 I p 2ないし第 2酸素ポンプセル 2に印加される所定の電 圧 Vp 2は、 第 2酸素ポンプセル制御手段 22が備える検出抵抗 22 a (図 1 ( A) 又は図 4参照） に流れる電流、 該抵抗の両端の電圧を測定することによって 検出することができる。 なお、 第 2酸素ポンプセル 2に印加される所定の電圧 V P 2は、 より正確には、 電極 13と電極 14の電位差から求めることができる （ 図 4参照） 。

<第 1酸素ポンプ電流及び第 1酸素ポンプセルに印加される電圧を測定する検出 手段〉

第 1酸素ポンプ電流 I p 1ないし第 1酸素ポンプセル 1に印加される所定の電 圧 V p 1は、 第 1酸素ポンプセル制御手段 20が備える検出抵抗 20 aに流れる 電流、 該抵抗の両端の電圧を測定することによって検出することができる。

<酸素分圧検知セルの内部抵抗検出手段等 >

図 4は、 図 1に示した酸素分圧検知セル 3の内部抵抗ないし酸素分圧検知電位 差を測定する方法を説明するための図である。 図 4を参照すると、 酸素分圧検知 電位差 V sを検出する場合、 SWをオンして、 SWA、 SWB、 SWA' 及び S WB' をオフして、 電極 12と電極 1 1の電位差を測定する。 一方、 酸素分圧検 知セル 3の内部抵抗 Rp V sを検出する場合、 3 8及び3 8' をオンして S W、 SWA及び SWA' をオフした後、 SWA及び SWA' をオンして SW、 S WB及び SWB' をオフすることにより、 電極 1 1と電極 12の間に発生したパ ルス波形を用いて、 内部抵抗 Rpv sを求めることができる。 また、 電極 （VS /1 P—電極） 1 1の電位は、 電極 1 1と後述の図 4に示す仮想グランドとの電 位差が入力される AZD変換器によつて検出され、 図 2に示した第 2の診断手段 30 bを備えるセンサ制御手段 30に入力される。 センサ制御手段 30は、 例えば、 NOxセンサ素子の検出出力信号である第 2 酸素ポンプ電流 I P 2ないし第 2酸素ポンプセル 2に印加される電圧 Vp 2を用 いて、 NOx測定装置が正常に機能しているか否かを診断する。 内燃機関の排ガ ス中においても、 NOx濃度はきわめて小さく、 p pmオーダであるから、 第 2 酸素ポンプ電流のレンジもきわめて低いものである。 例えば、 素子温度、 電極の 活性状態、 リード線の抵抗の状態が変化する事によって、 変化する量である。 し たがって、 第 2酸素ポンプ電流 I p 2を用いて、 NOxセンサの状態を検出する ことにより、 NOx測定装置の鋭敏な状態検出が可能となる。 また、 第 2酸素ポ ンプセル 2に印加される電圧のレンジも mVオーダのきわめて高い精度が達成さ れている。 したがって、 第 2酸素ポンプセル 2に印加される電圧 Vp 2を用いて 、 NOxセンサの状態を検出することによつても、 きわめて精度の高い状態検出 が可能となる。 なお、 第 1の診断手段の判定結果に基づいて、 N〇xセンサ素子 の制御線ないし信号線の断線も検出することができる。 そして、 第 2の診断手段 30 bないし第 3の診断手段 30 cを個別に用いることで NOxセンサの状態を それぞれ検出できる。 さらに第 1の診断手段 30 aとこれらを組合せて用いて、 N〇x測定装置の自己診断を行うことにより、 より正確な自己診断が可能となる

[第 2の実施例]

図 5 (A) は、 本発明が適用される N〇x測定装置の構成を説明するための模 式図である。 図 5 (B) は、 図 5 (A) に示した検出部の内部構成を説明するた めの模式図である。

図 5 (A) 及び図 5 (B) を参照すると、 NOx測定装置には、 第 2酸素ボン プ電流 I p 2や第 2酸素ポンプセル 2に印加される電圧 Vp 2を検出するため、 A/D変換器及びその他の回路を含む検出部 32が備わっている。

検出部 32は、 NOx測定装置の異常検出手段 32 aと、 異常検出手段 32 a によって N O X測定装置の異常が検出されなかつた場合には、 前記被測定ガスが 有する所定範囲の酸素濃度及ぴ窒素酸化物濃度に応じたレベルないしオーダーの 所定の信号を該 NOx測定装置に出力させ、 一方、 異常検出手段 32 aによって 前記 NOx測定装置の異常が検出された場合には、 前記所定の信号のレベルない しオーダーを変更する変更手段 32 bと、 を有している。 なお、 検出部 32は、 その出力手段 32 cから、 通常時、 nA〜/zAオーダ一の第 2酸素ポンプ電流 I p 2、 及び mVオーダ一の第 2酸素ポンプセル 2に印加される電圧 Vp 2を出力 するよう回路設計されている。

そこで、 異常検出手段 32 aが NOx測定装置に異常が発生したことを検出し た場合、 異常検出手段 32 aから異常検出信号が送信され、 この異常検出信号を 受信した変更手段 32 bは、 出力手段 32 cに、 NO X測定装置の出力信号のレ ベルないしオーダーを変更して出力させる。

例えば、 第 2酸素ポンプ電流 I p 2や第 2酸素ポンプセル 2に印加される電圧 Vp 2のゲインを一時的に変えて、 例えば、 mAオーダーの第 2酸素ポンプ電流 I p 2、 或いは Vオーダーの第 2印加電圧 Vp 2が出力されるよう、 検出部 32 を構成することにより、 NO X測定装置の構成要素である NO Xセンサ素子の I p 2セルと N O Xセンサ素子制御手段間の配線異常、 例えば、 バッテリ一短絡、 ダランド短絡を直接検出することができる。

[第 3の実施例]

NO X測定装置に異常が生じた場合、 NO X測定装置は、 排気ガス中の NO X 濃度測定用として N 0 X測定装置を搭載している車両システムないし E C Uに出 力している複数のアナログ信号のうち、 一又は複数のアナログ信号を正常時には 取り得ないレベルで出力する。 これによつて、 車両システム _ないし ECUは、 N Ox測定装置の異常を検出することができる。 また、 NOx測定装置は、 複数の アナログ信号の組合わせによって異常部位及び /又は異常状態を、 車両システム ないし ECUに報知することができる。

図 6は、 本発明の第 3の実施例に係る N O X測.定装置における N 0 X出力範囲 の構成例を説明するための図である。

燃焼ガスの混合比が正常であり、 触媒が正常に機能しているならば、 N〇x濃 度は正数であり且つ 500ppm以下となるはずである。 図 6を参照して、 そこで、 N Ox濃度を示す NOx信号の出力範囲を- 100〜600ppmと定義し、 正常時には、 Op ρπ！〜 500ppmの範囲の NOx濃度に相当する NOx信号が出力され、 異常時には、 - lOOppm又は 600ppmの NO X濃度に相当するレベルの NO X信号が出力されるよ う、 NOx測定装置を構成する。

[第 4の実施例]

本発明の第 4の実施例に係る NOx測定装置は、 前記 NOx測定装置の正常時 には所定範囲のコードで出力されるデジタル信号のコードを、 異常時には正常時 に使用されない範囲のコードに変更することにより、 前記異常検出手段によって 検出された前記 NOx測定装置の異常部位を報知する変更手段、 を有する。

[第 5の実施例]

図 7は、 本発明の第 5の実施例に係る NOx測定装置における複数の信号の構 成例を説明するための図である。

NOx測定装置に異常が生じた場合、 本実施例に係る NOx測定装置は、 排気 ガス中の NO X濃度測定用として NO X測定装置を搭載している車両システムな いし ECUに出力している複数のアナ口グ信号のうち、 一又は複数のァナ口グ信 号を正常時には取り得ないレベルで出力する。 これによつて、 車両システムない し ECUは、 NOx測定装置の異常を検出することができる。 また、 N〇x測定 装置は、 複数のアナログ信号の組合わせによって異常部位及び Z又は異常状態を 、 車両システムないし ECUに報知することができる。

図 7を参照すると、 本実施例においては、 NOx信号の出力範囲は前記第 3の 実施例と同様に定義する。 また、 02信号の出力範囲を酸素濃度- 20~30%と定 義し、 正常時には、 酸素濃度 0%から最大でも大気中の酸素濃度を示す O 2信号 が出力され、 異常時には酸素濃度 30%を示す〇 2信号が出力されるよう、 N〇x 測定装置を構成する。 なお、 大気中でも、 酸素濃度は約 20%であるから、 NOx 測定装置の正常時、 酸素濃度 30%が検出されることは有り得ない。

更に、 λ信号の出力範囲を 0.9から 1.1と定義する。 λ信号は、 正常時には 0.95 〜1.05λを表す。 そこで、 λ信号の出力を 0.95又は 1.05で飽和させ、 異常時には 0. 9又は 1. 1を示す λ信号が出力されるよう、 NOx測定装置を構成する。 本実施例によれば、 3 (NOx信号の出力が正常時出力を含め 3種類） X2 ( O 2信号の出力が正常時出力を含め 2種類） X 3 (λ信号の出力が正常時出力を 含め 3種類） 一 1 (NOx信号、 O 2信号及び λ信号がいずれも正常時出力であ る場合） =17通りの異常内容を報知することができる。 [第 6の実施例]

前記実施例 5に係る NO X測定装置の好ましい構成例を詳細に説明する。 図 8は、 本発明の実施例 6に係る NO X測定装置の回路構成を説明するための 模式図である。

図 8を参照すると、 センサ制御回路 50は、 主に、 I p 1ドライバ 51、 P I D制御回路 52、 オペアンプ 53、 1 ¥ 3測定回路54、 ¥ 1リミッタ55 、 I p 2ドライバ 56、 自己診断回路を構成する異常検出手段 61， 63, 65 ， 67, 69及び変更手段 62, 64， 66, 68， 70を有している。 センサ 制御回路 50は、 特定用途向集積回路 (ASIC;Application Specific 10 として 実現することができる。

センサ制御回路 50の出力端子 V I P 2、 O 21X3^ 、 ECU31の アナログ入力端子に接続される。

V I P 2端子には、 第 2酸素ポンプセル 2に流れる電流の大きさに比例した電 圧、 すなわち、 I P 2検出抵抗電圧を出力することができる。

V〇 2端子には、 第 1酸素ポンプセル 1に流れる電流の大きさに比例した電庄 、 すなわち、 POUT端子電圧を出力することができる。

VVS端子には、 酸素分圧検出セル 3の電極 V s +、 V s—間の電圧差に比例 した電圧、 すなわち、 Vs +端子電圧を出力することができる。

I p 1ドライバ 51は、 第 1酸素ポンプセル 1に I p 1電流を流すためのオペ アンプで、 反転入力端子には Vc en t端子、 非反転入力端子には基準電圧 （数 V) がそれぞれ接続されており、 また出力端子には I p 1+端子が接続されてい る。 そして、 このような Vc e n t端子と I p 1 +端子との間にセンサ素子 40 の第 1酸素ポンプセル 1が接続されている。 これにより、 I p 1ドライバ 51は 負帰還回路を構成するため、 Ve en t端子の電位が基準電圧を常に維持するよ うに、 I p 1電流が制御される。 このように V c en t端子の電圧を基準電圧に 保つように制御することにより、 P ID制御回路と共同して、 起電力 Vsが制御 目標値になる様にボンプ電流が制御される。

P ID制御回路 52は、 AS I Cの入出力用信号線である P 1端子、 P 2端子 および P 3端子に接続される抵抗やコンデンサとともに、 P ID演算回路を構成 するものである。 この P I D制御回路 5 2は、 V s制御目標値に対する酸素分圧 検知セル 3の起電圧 V sの偏差量△ V sを P I D演算した電圧を P 0 u t端子に 出力するもので、 これにより I p 1ドライノ 5 1による I p 1電流が制御される 即ち、 酸素分圧検知セル 3の起電圧 V sが V s制御目標電圧よりも高い場合に は、 第 1測定室 5の酸素分圧が基準酸素分圧よりも低い状態にあるので、 その不 足分の酸素を第 1酸素ポンプセル 1により汲み込むための I p 1電流が流れるよ うに偏差量 AV sを P I D演算した電圧を P o u t端子に出力する。 一方、 酸素 分圧検知セル 3の起電圧 V sが V s制御目標電圧よりも低い場合には、 第 1測定 室 5の酸素分圧が基準酸素分圧よりも高い状態にあるので、 その過剰分の酸素を 第 1酸素ポンプセル 1により汲み出すための I p 1電流が流れるように偏差量△

3を？ I D演算した電圧を P o u t端子に出力する。

なお、 配線 4 2が接続される C OM端子に、 一数/ 1 Aの定電流源が接続されて いるが、 これは I c p電流による P I D演算の誤差を防止するためである。 即ち、 V s +端子には +数/ X Aの定電流源が接続されており、 これにより酸素 分圧検知セル 3に I c p電流を供給して酸素基準を作り出している。 このため、 C OM端子に一数/ Aの定電流源を接続し、 P I D演算回路に流れ込む電流から この数/ A分を差し引くことによって、 I c p電流による演算誤差を防止してい る。

また、 V s +端子と P I D制御回路 5 2との間に接続されるオペアンプ 5 3は 、 ボルテージフォロア回路を構成している。 これにより、 ¥ 3 +端子からは 1 D制御回路 5 2側が高インピーダンスに見えるため、 +数/ z Aの定電流源による 供給電流が P I D制御回路 5 2に流れ込むことを抑制している。

R p V s測定回路 5 4は、 酸素分圧検知セル 3の内部抵抗 R p V sからセンサ 素子 4 0の温度を測定するもので、 オペアンプ、 抵抗及びコンデンサ等により構 成されている。 この 1)マ 3測定回路5 4では、 所定時間毎に酸素分圧検知セル 3に所定の測定電流を流すことにより素子温度と相関関係のある酸素分圧検知セ ル 3の内部抵抗値に対応する電圧変化を生じさせ、 これにより得られた酸素分圧 検知セル 3の両端の電圧の変化量を定数倍に演算増幅して 0〜4 . 5 Vの範囲で 変化する VRp v s電圧とする。

なお、 R p V s測定回路 54による測定電流を酸素分圧検知セル 3に流す際に は、 測定電流による電圧変化が P ID制御回路の出力に変化を生じさせないよう に P ID制御回路 52とオペアンプ 53との間に介在するスィッチ SWにより両 者間の接続を切断している。 したがって、 この SWによって、 P ID制御回路 5 2とオペアンプ 53との間が切断されている時間に R p V s測定回路 54による 測定が行われる。

Vp 1リミッタ 55は、 第 1酸素ポンプセル 1のいわゆるブラックニングを防 止するための回路で、 第 1酸素ポンプセル 1の両端電圧 Vp 1が一定の範囲を超 える場合に作動して V s目標値をシフトさせるものである。 なお、 「ブラック二 ング」 とは、 酸素イオンの喪失によるポンプセルの黒化現象のことをいう。

I p 2ドライバ 56は第 2酸素ポンプセル 2に I p 2電流を流すためのォペア ンプであり、 その非反転入力端子 （+) には Vp 2目標電圧が入力され、 その反 転入力端子側はその出力端子側に接続されている。 また、 出力端子には I p 2電 流の検出抵抗を介して I p 2 /Vp 2端子が接続されている。

本異常検出は、 空燃比がリーンに制御されているときに異常であるかどうかを 判断することが好ましい。 空燃比がリツチ等の状態であると I p 1や V sの状態 が変わり正しく異常を検出することができなくなる場合があるからである。 また 、 本実施例においては、 異常検出の判断をセンサ制御回路 50において実行して いるが、 場合によっては、 ECU 31で実行することもできる。

NOx信号異常検出手段 61には、 I p 2ZVp 2端子電圧が入力され、 I P 2ZVP 2端子電圧が正常範囲にある場合、 I p 2/Vp 2端子電圧が所定範囲 以下の場合、 I p 2 ZVp 2端子電圧が所定範囲以上の場合で、 それぞれ異なる 制御信号を出力する。 また、 NOx信号異常検出手段 61は配線 44の異常も検 出することができる。

NOx信号変更手段 62は、 NOx信号異常検出手段 61から出力された制御 信号に基づいて、 いずれも I p 2ZVp 2端子 （NOx信号出力手段） から、 I p 2/Vp 2端子電圧が正常範囲にある場合、 I P 2/Vp 2端子電圧ないし I p 2/V 2端子電圧を増幅した電圧をスルーで出力させ、 I p 2/V 2端子 電圧が所定範囲以下の場合、 ΝΟχ=- ΙΟΟρρπιに相当する電圧を出力させ、 I p 2 /Vp 2端子電圧が所定範囲以上の場合、

力させる。

Ο 2信号異常検出手段 63には、 VS/I Ρ—端子電圧が入力され、 VS/I Ρ—端子電圧が正常範囲にある場合、 VS/I Ρ—端子電圧が所定範囲以上の場 合で、 それぞれ異なる制御信号を出力する。

Ο 2信号変更手段 64は、 02信号異常検出手段 63から出力された制御信号 に基づいて、 いずれも VS/I P—端子 (Ο 2信号出力手段) から、 VSZI P 一端子電圧が正常範囲にある場合、 VS/I Ρ—端子電圧ないし VSZI Ρ—端 子電圧を増幅した電圧をスルーで出力し、 VS/I Ρ—端子電圧が所定範囲以上 の場合、 〇 2 =30%に相当する電圧を出力する。

λ信号異常検出手段 65には、 I ρ 1+端子電圧 （λ信号） が入力され、 I ρ 1 +端子電圧が正常範囲にある場合、 I Ρ 1 +端子電圧が所定範囲以下の場合、 I ρ 1 +端子電圧が所定範囲以上の場合で、 それぞれ異なる制御信号を出力する λ信号変更手段 66は、 λ信号異常検出手段 65から出力された制御信号に基 づいて、 いずれも I ρ 1 +端子 （λ信号出力手段） から、 I ρ 1 +端子電圧が正 常範囲にある場合、 I； 1 +端子電圧ないし I ρ 1 +端子電圧を増幅した電圧を 出力させ、 I ρ 1 +端子電圧が所定範囲以下の場合、 λ = 0. 9に相当する電圧 を出力させ、 I ρ 1 +端子電圧が所定範囲以上の場合、 λ = 1. 1に相当する電 圧を出力させる。

V sセル信号異常検出手段 67には、 V s +端子電圧が入力され、 V s +端子 電圧が正常範囲にある場合、 V s +端子電圧が所定範囲以下の場合、 Vs +端子 電圧が所定範囲以上の場合で、 それぞれ異なる制御信号を出力する。

V sセル信号変更手段 68は、 V sセル信号異常検出手段 67から出力された 制御信号に基づいて、 いずれも VVS+端子 （VVS+信号出力手段） から、 V s +端子電圧が正常範囲にある場合、 V s +端子電圧ないし V s +端子電圧が増 幅された信号をスルーで出力させ （Vs +端子電圧に応じた信号を増幅して出力 してもよい） 、 V s +端子電圧が所定範囲以下の場合、 図 8の LOWに相当する 電圧を出力させ、 V s +端子電圧が所定範囲以上の場合、 図 8の H i g hに相当 する電圧を出力する。

VRp V s信号異常検出手段 69には、 VRp V s測定回路 54によって測定 された酸素分圧検知セル 3の内部抵抗 R p V sに対応する VR p V s信号が入力 され、 VRp V s信号のレベルが正常範囲にある場合、 VRp v s信号のレベル が所定範囲以下の場合、 VRp V s信号のレベルが所定範囲以上の場合で、 それ ぞれ異なる制御信号を出力する。

VRp V s信号変更手段 70は、 VRp V s信号異常検出手段 69から出力さ れた制御信号に基づいて、 VR p V s端子 （VR p V s信号出力手段） から、 V Rp V s信号が正常範囲にある場合、 VRp V s信号ないし VRp V s信号を増 幅した信号をスルーで出力させ、 V s +端子電圧が所定範囲以下の場合、 図 8の Lに相当する電圧を出力させ、 V s +端子電圧が所定範囲以上の場合、 図 8の H もしくは HHに相当する電圧を出力する。

本実施例によれば、 NO X信号の正常時には、 Ορρπ！〜 500ρρπιの範囲の NOx濃 度に相当する NO X信号が出力され、 NO X信号の異常時には、 - lOOppm又は 600 ppmの NO X濃度に相当するレベルの NO X信号が出力され、 O 2信号の正常時 には、 酸素濃度 0%から最大でも大気中の酸素濃度を示す 02信号が出力され、 O 2信号の異常時には酸素濃度 30%を示す O 2信号が出力され、 λ信号の異常時 には 0. 9又は 1. 1を示す λ信号が出力される。

なお、 本実施例に係る NO X測定装置は、 さらに、 λ信号異常検出手段と同様 に機能する VRp V s信号異常検出手段、 及び、 λ信号変更手段と同様に機能す る VRp V s信号変更手段を有していてもよい。

[第 7の実施例]

本発明の第 7の実施例に係る NO X測定装置を説明する。 異常が検出された際 に検出ゲインを変えない場合でも、 例えば、 「N〇x検知セル (I p 2セル) と 制御回路間の配線」 と、 「その他のセンサ配線」との短絡が発生した際には、 第 2 酸素ポンプセル 2に印加される電圧 Vp 2と、 短絡している配線間の電圧が似る ことから、 パッテリ短絡、 グランド短絡等の異常を検出することができる。 なお 、 第 2酸素ポンプセル 2に印加される電圧 Vp 2は、 正常時、 mVのオーダ一で あり、 一方、 例えば、 パッテリ短絡、 仮想グランド短絡等の異常が発生した場合 には、 第 2酸素ポンプセル 2に印加される電圧 Vp 2は Vのオーダーとなる。

[第 8の実施例]

本発明の第 8の実施例に係る NO X測定装置を説明する。

図 9は、 図 8に示した NOx測定装置にさらに適用される、 各異常検出手段の 構成を説明するための図である。

図 9を参照すると、 自己診断回路 （異常検出手段） 5 8は、 主に、 ウィンドウ コンパレータ 5 8 a、 5 8 b、 コンパレー夕 5 8 cから構成されており、 センサ 素子 40の 3つのセルに接続された 4本の配線 41、 42、 43、 44の異常検 出等を行う。

即ち、 例えば AS I Cの、 V s +端子の電位が所定の範囲内にあるか否かをゥ インドウコンパレータ 5 8 aにより判断し、 AS I Cの VS/I P—端子 (CO M端子） の電位が所定の範囲内にあるか否かをウィンドウコンパレータ 5 8 bに より判断する。 また AS I Cの Vs +端子、 I p l +端子、 Vc e n t端子、 V S/ I p 1—端子 (COM端子) 、 I p 2/Vp 2端子及び P o u t端子のうち のいずれか一つの端子の電位が所定値 （所定電圧） を超えたか否かをコンパレー 夕 5 8 cにより判断する。

図 1 0及び図 1 1を参照すると、 異常検出手段であるウィンドウコンパレ一夕 5 8 a、 5 8 b、 コンパレータ 58 cから出力される信号に基づく制御信号を受 信して、 例えば、 V s +端子、 I p 1 +端子及び V S/ I P—端子 (COM端子 ) のいずれかがパッテリショートを起こした場合、 VVS端子及び V I P端子は 正常値より低電圧に、 VRp V s端子は正常値より高電圧に設定される。 同様に Vs +端子、 I 1 +端子及び COM端子のいずれかがグラウンドとショートし たり、 断線した場合は、 図 1 0及び図 1 1に示す電位が設定される。

また、 V s +端子では、 その電位は、 通常、 VSZ I P—端子 （COM端子） の基準電圧に酸素分圧検出セル 3の起電圧 V sを加えた値 （基準電圧 +起電圧 V s) に保たれている。 そのため、 ウィンドウコンパレータ 5 8 aの上限値を "基 準電圧 +起電圧 V s +a" , 下限値を "基準電圧 +起電圧 V s -β" に設定する ことにより、 Vs +端子の電位が上限値 Vを超えて上昇したとき、 あるいは V s +端子の電位が下限値を超えて下降したときには異常が発生したものとして信号 を発する。

また、 VSZI P -端子 (COM端子） では、 その電位は、 I p 1ドライバ 5 1により常に基準電圧になるように制御されている。 そのため、 ウィンドウコン パレー夕 5 8 bの上限値を基準電圧 +ァ、 下限値を基準電圧一《5に設定すること により、 VS/I P—端子 （COM端子） の電位が上限値を超えて上昇したとき 、 あるいは VSZI P—端子 （COM端子） の電位が下限値を超えて下降したと きには異常が発生したものとして信号を発する。

これらの異常は、 いずれかの端子が断線した、 パッテリの電源ラインと短絡し た、 及び回路を構成する素子の故障等が考えられる。

更に、 コンパレータ 5 8 cでは、 八3 1。の¥ 3 +端子、 I p l +端子、 Vc e n t端子、 VS/ I P—端子 （COM端子） 及び P o u t端子の各電位が、 A S I C内の回路の駆動電圧を超えているか否かを判断している。 これらの各端子 は、 駆動電源の電圧変動等を見込んだ値を上限値 （駆動電圧 + ε) に設定したコ ンパレ一夕 5 8 cによって監視されており、 いずれかの端子の電位が上限値を超 えて上昇したときには、 その端子がバッテリの電源ライン BATTに短絡し、 異 常が発生したものと判断して信号を発する。

本異常検出システムは、 空燃比がリーンに制御されているときに異常であるか どうかを判断することが好ましい。 空燃比がリーンの間では、 I p 1 +や V s + の状態が安定しているため、 正しく異常を検出することができるからである。 ま た、 本空燃比による異常検出の判断は ECU 3 1によって行ってもよい。

[第 9の実施例]

本発明の第 9の実施例に係る NO X測定装置を説明する。 図 8に示した本発明 の第 6の実施例に係る NO X測定装置は、 Rp V s測定回路 54を備えている。 Rp V s測定回路 54によって、 素子インピーダンス （Rp v s) を検出するこ とによって、 センサ素子温度を測定することができる。 R p V s測定回路 54に より、 NO Xセンサ素子とその制御回路間などに生じる接触抵抗の異常を検出す ることができる。

例えば、 制御目標とする素子温度に相当する素子抵抗が 2 50 Ωであって、 製 造不良などにより、 配線と素子との電気的接続が完全ではなく、 例えば、 100 Ω程度の接触抵抗がある場合、 NO Xセンサ素子の制御手段ないし NO Xセンサ 素子に付設されたヒータの制御を司る制御手段は、 素子抵抗が 150Ωになるよ うにヒータ制御を行う。 この場合、 接触抵抗がない場合と比べて、 NOx出力が 大きく変動する、 及び Z又は NOx出力のレベルないしオーダーが異なることと なる。 この特性を利用して、 例えば、 生産ライン上で NO X出力を確認すること により、 不具合品の出荷を防止することができる。 また、 実機においても、 Rp V sに関する異常であるということが検出できる。

本発明の第 9の実施例に係る NOx測定装置は、 このような素子抵抗の異常を 、 図 8に示した異常検出手段 61， 63， 65， 67, 69及び変更手段 62, 64, 66， 68， 70を用いて、 所定の信号の変化の度合いをさらに拡大して 出力することができる。

[第 10の実施例]

図 8に示した、 本発明の第 8の実施例に係る NOx測定装置において、 異常検 出手段 61, 63， 65， 67， 69及び変更手段 62, 64, 66, 68， 7 0の回路構成の一例を説明する。 本実施例においては、 Vsセル信号異常検出手 段 67及び Vsセル信号変更手段 68について説明するが、 本実施例で説明した 回路構成は、 その他の異常検出手段及びその他の変更手段にもそれぞれ適用可能 である。

図 12は、 図 8に示した NOx測定装置に適用される、 異常検出手段及び変更 手段の回路構成の一例を説明するための図であり、 図 13は、 図 12に示した回 路に入力される信号と出力する信号との関係を示す図である。

図 12を参照すると、 V sセル信号異常検出手段 67は、 第 1の比較器 71 a と、 第 2の比較器 7 l bと、 NOR回路 72と、 を含んで構成されている。 Vs セル信号変更手段 68は、 第 0のアナログスィッチ 74と、 第 1のアナログスィ ツチ 75と、 第 2のアナログスィッチ 76と、 を含んで構成されている。

図 12に示した回路構成の動作を、 図 13を参照して説明する。 第 1の比較器 7 l aは、 Vs +電圧 正常範囲よりも上の異常範囲にある場合、 Hi ghを出 力する。 第 2の比較器 7 l bは、 Vs +電圧が正常範囲よりも下の異常範囲にあ る場合、 H i ghを出力する。

Vs +電圧 （Vs +信号） が正常範囲にある場合、 第 1の比較器 71 a及び第 2の比較器 71 bから L owが出力されて、 NOR回路 73からは H i ghが出 力されて第 0のアナログスィッチ 74のみがオンされ、 増幅器 73によって増幅 された Vs +電圧が所定の端子 （出力手段） からそのまま出力される。 Vs +電 圧 （Vs +信号） が正常範囲より上の異常範囲にある場合、 第 1の比較器 71 a から H i gh、 第 2の比較器 71 bから Lowが出力されて、 第 1のアナログス イッチ 75のみがオンされ、 5 V電圧がそのまま所定の端子 （出力手段） から出 力される。 Vs+電圧 （Vs+信号） が正常範囲より下の異常範囲にある場合、 第 1の比較器 71 aから Low、 第 2の比較器 71 bから H i ghが出力されて 、 第 2のアナログスィッチ 76のみがオンされ、 0V電圧がそのまま所定の端子 (出力手段) から出力される。 発明の効果

本発明によれば、 内燃機関の排気ガス中の N O X測定に好適に適用される N〇 Xセンサの状態を的確に認識することができ、 車両故障診断 （OBD) に適用す ることができる、 N〇x測定装置、 NOxセンサの自己診断装置及びその自己診 断方法が提供される。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第 1測定室と、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 該一対の電極間 の電位差に基づいて前記第 1測定室内における被検ガス中の酸素濃度を検出する 酸素分圧検知セルと、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 1測定室 の内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すこと により、 被検ガス中の酸素濃度に応じた電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 とい う） が流れる第 1酸素ポンプセルと、

前記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室 内の窒素酸化物を分解し、 解離した酸素が移動することにより N〇 X濃度に応じ た電流 （以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れる第 2酸 素ポンプセルと、 '

を備える NO Xセンサ素子と、

前記酸素分圧検知セルの外側の電極上の酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル 制御手段と、

前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて所定の電圧を前記第 1酸素ポンプ セルに印加して前記第 1酸素ポンプ電流を制御することにより、 前記第 1測定室 内の酸素濃度を制御する第 1酸素ポンプセル制御手段と、

前記第 2酸素ポンプセルに所定の電圧を印加することにより、 NO X濃度に応 じた前記第 2酸素ポンプ電流が流れるように該第 2酸素ポンプセルを制御する第 2酸素ボンプセル制御手段と、

前記第 2酸素ポンプ電流ないし前記第 2酸素ポンプセルに印加される電圧を検 出する検出手段と、

検出された前記第 2酸素ポンプ電流ないし前記第 2酸素ポンプセルに印加され る前記所定の電圧が予め定められた範囲内である場合には N〇x測定装置が正常 に機能していると診断し、 範囲外である場合には N O X測定装置が正常に機能し ていないと診断する診断手段と、 を有する N O x測定装置。

2 . 第 1拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第 1測定室と、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 該一対の電極間 の電位差に基づいて前記第 1測定室内における被検ガス中の酸素濃度を検出する 酸素分圧検知セルと、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 1測定室 の内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すこと により、 被検ガス中の酸素濃度に応じた電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 とい う） が流れる第 1酸素ポンプセルと、

前記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室 内の窒素酸化物を分解し、 解離した酸素が移動することにより N O X濃度に応じ た電流 （以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れる第 2酸 素ポンプセルと、

を備える N O Xセンサ素子と、

前記酸素分圧検知セルの外側の電極上の酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル 制御手段と、

前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて所定の電圧を前記第 1酸素ポンプ セルに印加して前記第 1酸素ポンプ電流を制御することにより、 前記第 1測定室 内の酸素濃度を制御する第 1酸素ポンプセル制御手段と、

前記第 2酸素ポンプセルに所定の電圧を印加することにより、 NO X濃度に応 じた前記第 2酸素ポンプ電流が流れるように該第 2酸素ポンプセルを制御する第 2酸素ボンプセル制御手段と、

前記酸素分圧検知セルに印加される電圧を検出する検出手段と、

検出された前記酸素分圧検知セルに印加された電圧が予め定められた範囲内で ある場合には N〇x測定装置が正常に機能していると診断し、 範囲外である場合 には N 0 X測定装置が正常に機能していないと診断する診断手段と、

を有する NO X測定装置。

3 . 第 1拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第 1測定室と、 前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 該一対の電極間 の電位差に基づいて前記第 1測定室内における被検ガス中の酸素濃度を検出する 酸素分圧検知セルと、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 1測定室 の内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すこと により、 被検ガス中の酸素濃度に応じた電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 とい う） が流れる第 1酸素ポンプセルと、

前記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室 内の窒素酸化物を分解し、 解離した酸素が移動することにより N O X濃度に応じ た電流 （以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れる第 2酸 素ポンプセルと、

を備える NO Xセンサ素子と、

前記酸素分圧検知セルの外側の電極上の酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル 制御手段と、

前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて所定の電圧を前記第 1酸素ポンプ セルに印加して前記第 1酸素ポンプ電流を制御することにより、 前記第 1測定室 内の酸素濃度を制御する第 1酸素ポンプセル制御手段と、

前記第 2酸素ポンプセルに所定の電圧を印加することにより、 N O X濃度に応 じた前記第 2酸素ポンプ電流が流れるように該第 2酸素ポンプセルを制御する第 2酸素ボンプセル制御手段と、

前記酸素分圧検知セルの内側の電極の電位を検出する検出手段と、

検出された前記酸素分圧検知セルの内側の電極の電位が予め定められた範囲内 である場合には NO X測定装置が正常に機能していると診断し、 範囲外である場 合には NO X測定装置が正常に機能していないと診断する診断手段と、

を有する NO x測定装置。

4. 第 1拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第 1測定室と、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 該ー対の電極間 の電位差に基づいて前記第 1測定室内における被検ガス中の酸素濃度を検出する 酸素分圧検知セルと、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 1測定室 の内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すこと により、 被検ガス中の酸素濃度に応じた電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 とい う） が流れる第 1酸素ポンプセルと、

前記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室 内の窒素酸化物を分解し、 解離した酸素が移動することにより N O X濃度に応じ た電流 （以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れる第 2酸 素ポンプセルと、

を備える N O Xセンサ素子と、

前記酸素分圧検知セルの外側の電極上の酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル 制御手段と、

前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて所定の電圧を前記第 1酸素ポンプ セルに印加して前記第 1酸素ポンプ電流を制御することにより、 前記第 1測定室 内の酸素濃度を制御する第 1酸素ポンプセル制御手段と、

前記第 2酸素ポンプセルに所定の電圧を印加することにより、 N O X濃度に応 じた前記第 2酸素ポンプ電流が流れるように該第 2酸素ポンプセルを制御する第 2酸素ボンプセル制御手段と、

前記酸素分圧検知セルの内部抵抗を検出する手段と、

検出された前記酸素分圧検知セルの内部抵抗が予め定められた範囲内である場 合には N O X測定装置が正常に機能していると診断し、 範囲外である場合には N O x測定装置が正常に機能していないと診断する診断手段と、 .

を有する N O X測定装置。

5 . 第 1拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第 1測定室と、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 該一対の電極間 の電位差に基づいて前記第 1測定室内における被検ガス中の酸素濃度を検出する 酸素分圧検知セルと、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 1測定室 の内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すこと により、 被検ガス中の酸素濃度に応じた電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 とい う） が流れる第 1酸素ポンプセルと、

前記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室 内の窒素酸化物を分解し、 解離した酸素が移動するこ.とにより N O X濃度に応じ た電流 （以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れる第 2酸 素ポンプセルと、

を備える N O Xセンサ素子と、

前記酸素分圧検知セルの外側の電極上の酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル 制御手段と、

前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて所定の電圧を前記第 1酸素ポンプ セルに印加して前記第 1酸素ポンプ電流を制御することにより、 前記第 1測定室 内の酸素濃度を制御する第 1酸素ポンプセル制御手段と、

前記第 2酸素ポンプセルに所定の電圧を印加することにより、 N O X濃度に応 じた前記第 2酸素ポンプ電流が流れるように該第 2酸素ポンプセルを制御する第 2酸素ポンプセル制御手段と、

前記第 1酸素ポンプ電流ないし前記第 1酸素ポンプセルに印加される電圧を検 出する検出手段と、

検出された前記第 1酸素ポンプ電流ないし前記第 1酸素ポンプセルに印加され る前記所定の電圧が予め定められた範囲内である場合には NO X測定装置が正常 に機能していると診断し、 範囲外である場合には NO X測定装置が正常に機能し ていないと診断する診断手段と、

を有する N O X測定装置。

6 . 内燃機関の排気ガス中に含まれる NO X測定用であることを特徴とする請 求項 1 ~ 5のいずれか一項記載の NO X測定装置。

7 . 車両に搭載された内燃機関の排気ガス中に含まれる N 0 X測定用であって 、 少なくとも請求項 1〜 5のいずれか一項記載の前記診断手段の診断結果を用い て、 車両故障診断 （O B D) が行われることを特徴とする請求項 1〜5のいずれ か一項記載の N 0 測定装置。

8 . 第 1拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第 1測定室と、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 該一対の電極間の 電位差に基づいて前記第 1測定室内における被検ガス中の酸素濃度を検出する酸 素分圧検知セルと、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 1測定室 の内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すこと により、 被検ガス中の酸素濃度に応じた電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 とい う） が流れる第 1酸素ポンプセルと、

前記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室 内の窒素酸化物を分解し、 解離した酸素が移動することにより N〇x濃度に応じ た電流 （以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れる第 2酸 素ポンプセルと、 '

を備える N〇xセンサ素子と、

前記酸素分圧検知セルの外側の電極上の酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル 制御手段と、

前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて所定の電圧を前記第 1酸素ポンプ セルに印加して前記第 1酸素ポンプ電流を制御することにより、 前記第 1測定室 内の酸素濃度を制御する第 1酸素ポンプセル制御手段と、

前記第 2酸素ポンプセルに所定の電圧を印加することにより、 NO X濃度に応 じた前記第 2酸素ポンプ電流が流れるように該第 2酸素ポンプセルを制御する第 2酸素ポンプセル制御手段と、

前記第 2酸素ポンプ電流ないし前記第 2酸素ポンプセルに印加される電圧を検 出する検出手段と、

検出された前記第 2酸素ポンプ電流ないし該第 2酸素ポンプセルに印加される 前記所定の電圧が予め定められた範囲内である場合には N O Xセンサが正常に機 能していると診断し、 範囲外である場合には N〇xセンサが正常に機能していな いと診断する N 0 Xセンサ診断手段と、 を備える N O xセンサ素子制御手段と、

を有する N 0 Xセンサの自己診断装置。

9 . 第 1拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第 1測定室と、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 該一対の電極間の 電位差に基づいて前記第 1測定室内における被検ガス中の酸素濃度を検出する酸 素分圧検知セルと、

前記第 1測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 1測定室の 内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すことに より、 被検ガス中の酸素濃度に応じた電流 （以下 「第 1酸素ポンプ電流」 という ) が流れる第 1酸素ポンプセルと、

前記第 1測定室から第 2拡散抵抗を介してガスが導入される第 2測定室と、 前記第 2測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、 前記第 2測定室内 の窒素酸化物を分解し、 解離した酸素が移動することにより NO X濃度に応じた 電流 （以下 「第 2酸素ポンプ電流」 という） が該一対の電極間に流れる第 2酸素 ポンプセルと、

を備える N O Xセンサ素子と、

前記酸素分圧検知セルの外側の電極上の酸素濃度を制御する酸素分圧検知セル 制御手段と、 前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて所定の電圧を前記第 1 酸素ポンプセルに印加して前記第 1酸素ポンプ電流を制御することにより、 前記 第 1測定室内の酸素濃度を制御する第 1酸素ポンプセル制御手段と、 前記第 2酸 素ポンプセルに所定の電圧を印加することにより、 N O X濃度に応じた前記第 2 酸素ポンプ電流が流れるように該第 2酸素ポンプセルを制御する第 2酸素ポンプ セル制御手段と、

前記第 2酸素ポンプ電流ないし前記第 2酸素ポンプセルに印加される電圧を測 定する検出手段と、

を備える N〇xセンサ素子制御手段と、

を有する N O X測定装置において、

前記 NO Xセンサ素子制御手段が、 検出された前記第 2酸素ポンプ電流ないし 該第 2酸素ポンプセルに印加される前記所定の電圧が予め定められた範囲内であ る場合には N O xセンサが正常に機能していると診断し、 範囲外である場合には NO Xセンサが正常に機能していないと診断することを特徴とする NO X測定装 置の自己診断方法。

1 0 . 酸素ポンプセル、 NO X検知セル及び酸素分圧検知セルを有する N O X センサ素子を備え、 前記第 1酸素ポンプセル及び前記酸素分圧検知セルを用いて 所定範囲の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有する被測定ガスから酸素分圧が制御 されたガスを生成し、 前記酸素分圧が制御されたガスと接触する前記 NO X検知 セルに流す限界電流に基づいて、 被測定ガス中の窒素酸化物濃度を測定する N O X測定装置であって、

前記第 1酸素ポンプセル、 前記 NO X検知セル及び前記酸素分圧検知セルの異 常を検出する異常検出手段と、

前記異常検出手段によって異常が検出されなかつた場合には、 前記被測定ガス が有する所定範囲の窒素酸化物濃度に応じたレベルないしオーダーの所定の信号 を該 N O X測定装置に出力させ、 一方、 該異常検出手段によって該 NO X測定装 置の異常が検出された場合には、 当該所定の信号のレベルないしオーダーを変更 する変更手段と、

を有する、 ことを特徴とする N〇x測定装置。

1 1 . 前記被測定ガスは所定範囲の酸素濃度を有し、

前記変更手段は、 さらに、 前記異常検出手段によって異常が検出されなかった 場合には、 前記被測定ガスが有する所定範囲の酸素濃度に応じたレベルないしォ ーダ一の所定の信号を該 N O X測定装置に出力させ、 一方、 該異常検出手段によ つて異常が検出された場合には、 当該所定の信号のレベルないしオーダ一を変更 する、 ことを特徴とする請求項 1 0記載の NO x測定装置。

1 2 . 前記異常検出手段は、 さらに、 前記第 1酸素ポンプセル、 前記 N O x検 知セル及び前記酸素分圧検知セルに接続する配線の異常を検出し、

前記変更手段は、 前記異常検出手段によって前記配線の異常が検出されなかつ た場合には、 前記被測定ガスが有する所定範囲の窒素酸化物濃度に応じたレベル ないしオーダ一の所定の信号を該 NO x測定装置に出力させ、 一方、 該異常検出 手段によって前記配線の異常が検出された場合には、 少なくとも当該所定の信号 のレベルないしオーダ一を変更する、 ことを特徴とする請求項 1 0記載の NO x

1 3 . 前記異常検出手段は、

前記 NO Xセンサ素子の温度によって抵抗値が変動する前記酸素分圧検知セル のセル抵抗及び Z又は該酸素分圧検知セルが備える電極の電位、

前記第 1酸素ポンプセルに印加される電圧及び Z又は該第 1酸素ポンプセルに 流れる電流、 及び、

前記第 2酸素ポンプセルに印加される電圧及び 7又は該第 2酸素ポンプセルに 流れる電流、

のいずれか一以上のレベルないしオーダーの異常を検出する、 ことを特徴とす る請求項 1 0記載の N O X測定装置。

1 4. 前記変更手段は、 前記 NO X測定装置が出力する複数の所定の信号のレ ベルないしオーダ一を変更するよう構成され、 該複数の所定の信号の組合わせに よって、 前記 N O X測定装置の異常部位及び/異常状態が報知される、 ことを特 徴とする請求項 1 0記載の NO X測定装置。

1 5 . 前記 NO X測定装置が排気ガス中の窒素酸化物測定用に車両システムに 搭載され、

前記異常検出手段及び前記変更手段が前記車両システムの制御装置側に設置さ れる、 ことを特徴とする請求項 1 0記載の N O X測定装置。

1 6 . 前記酸素ポンプセル及び前記酸素分圧検知セルが第 1室内の空間に面し て配置され、 前記 NO X検知セルが第 2室内の空間に面して配置されている N O Xセンサ素子、 又は、 前記酸素ポンプセルが第 1室内の空間に面して配置され、 前記酸素分圧検知セル及び前記 N O X検知セルが第 2室内の空間に面して配置さ れている N O xセンサ素子、 を用いることを特徴とする請求項 1 0記載の N〇x

1 7 . 酸素ポンプセル、 NO X検知セル及び酸素分圧検知セルを有する N O X センサ素子を備え、 前記第 1酸素ポンプセル及び前記酸素分圧検知セルを用いて 所定範囲の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有する被測定ガスから酸素分圧が制御 されたガスを生成し、 前記酸素分圧が制御されたガスと接触する前記 NO X検知 セルに流す限界電流に基づいて、 被測定ガス中の窒素酸化物濃度を測定する NO X測定装置であって、

前記 NO X測定装置の異常部位を検出する異常検出手段と、

前記 N 0 X測定装置の正常時には所定のレベルないしオーダで出力される一又 は複数のアナログ信号のレベルないしオーダを、 異常時には正常時に使用されな いレベルないしオーダに変更することにより、 前記異常検出手段によって検出さ れた前記 NO X測定装置の異常部位を報知する変更手段、 を有する、 ことを特徴 とする NO X測定装置。

1 8 . 酸素ポンプセル、 NO X検知セル及び酸素分圧検知セルを有する NO X センサ素子を備え、 前記第 1酸素ポンプセル及び前記酸素分圧検知セルを用いて 所定範囲の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有する被測定ガスから酸素分圧が制御 されたガスを生成し、 前記酸素分圧が制御されたガスと接触する前記 N O X検知 セルに流す限界電流に基づいて、 被測定ガス中の窒素酸化物濃度を測定する N O X測定装置であって、 '

前記 NO X測定装置の異常部位を検出する異常検出手段と、

前記 NO X測定装置の正常時には所定範囲のコードで出力されるデジタル信号 のコードを、 異常時には正常時に使用されない範囲のコードに変更することによ り、 前記異常検出手段によって検出された前記 NO X測定装置の異常部位を報知 する変更手段、 を有する、 ことを特徴とする NO x測定装置。

1 9 . 酸素ポンプセル、 N O X検知セル及び酸素分圧検知セルを有する NO X センサ素子を備え、 前記第 1酸素ポンプセル及び前記酸素分圧検知セルを用いて 所定範囲の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有する被測定ガスから酸素分圧が制御 されたガスを生成し、 前記酸素分圧が制御されたガスと接触する前記 N O X検知 セルに生じる酸素濃淡電池起電力に基づいて、 被測定ガス中の窒素酸化物濃度を 測定する N 0 X測定装置であつて、

前記第 1酸素ポンプセル、 前記 N〇 X検知セル及び前記酸素分圧検知セルの異 常を検出する異常検出手段と、

前記異常検出手段によつて異常が検出されなかつた場合には、 前記被測定ガス が有する所定範囲の窒素酸化物濃度に応じたレベルないしオーダーの所定の信号 を該 NO x測定装置に出力させ、 一方、 該異常検出手段によって該 NO X測定装 置の異常が検出された場合には、 当該所定の信号のレベルないしオーダーを変更 する変更手段と、

を有する、 ことを特徴とする NOx測定装置。

20. 酸素ポンプセル、 NOx検知セル及び酸素分圧検知セルを有する NOx センサ素子を備え、 前記第 1酸素ポンプセル及び前記酸素分圧検知セルを用いて 所定範囲の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有する被測定ガスから酸素分圧が制御 されたガスを生成し、 前記酸素分圧が制御されたガスと接触する前記 NOx検知 セルに流す限界電流又は該前記 NOx検知セルの電位に基づいて、 被測定ガス中 の窒素酸化物濃度を測定する N O X測定装置の自己診断方法であつて、

前記 NO X測定装置の正常時には、 前記被測定ガスが有する所定範囲の窒素酸 化物濃度に応じた所定の信号を出力し、 一方、 該 NOx測定装置の異常が検出さ れた場合には、 少なくとも当該所定の信号を予め定められた様式に基づいて変更 することにより、 該 NOx測定装置の異常部位を報知する、 ことを特徴とする N Ox測定装置の自己診断方法。

O_z/¾iS (%) NOx¾JS(pprrj)

[図 2]

[図 3]

30;センサ制御手段

1;Ιρ1セル ― 20;Ιρ〗 ドライプ

2;Ip2セル — 21; Vs卜'ライプ

3;Vsセル ― 22;Ιρ2ドライブ Ip2, Vp2 >30a;第 1の診断手段

Vs,Vs/Ip— ,Rpvs 30b;第 2の診断手段 Ipl， P1 —— >30c;第 3の診断手段

2/7 [図 4]

[図 5]

3/7 [図 6]

A 異常時出力

NOx 正常時出力

出力範囲

異常時出力

[図 7] 八 異常時出力 異常時出力 異常時出力 正常時出力 02 ；1出力範 正常時出力 出力範囲

正常時出力 ヽ f

異常時出力

異常時出力

4/7

差替え用紙（細 !_126》 [図 8]

ANALOG

ECU IN

5/7 [図 9]

[図 1 0]

※ ：パッテリショート、 GND:グラウンドショート、 open:断線

[図

VCC

HH

N

H

N

LL

GND VVS VIP VRPVS

6/7 [図 1 2]

71 a;第 1の比較器

mm

71b；第 1の比較器

[図 1 3]

7/7