WO2017110554A1 - 排出ガスセンサ、排出ガスセンサの制御装置、及び、排出ガスセンサシステム - Google Patents

排出ガスセンサ、排出ガスセンサの制御装置、及び、排出ガスセンサシステム Download PDF

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WO2017110554A1
WO2017110554A1 PCT/JP2016/086908 JP2016086908W WO2017110554A1 WO 2017110554 A1 WO2017110554 A1 WO 2017110554A1 JP 2016086908 W JP2016086908 W JP 2016086908W WO 2017110554 A1 WO2017110554 A1 WO 2017110554A1
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cell
oxygen concentration
exhaust gas
gas sensor
upstream
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PCT/JP2016/086908
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龍平 佐野
竜三 加山
攻 田中
優 村田
祐介 藤堂
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株式会社デンソー
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems

Definitions

  • the present disclosure relates to an exhaust gas sensor that detects the concentration of a specific gas component in the exhaust gas of an internal combustion engine, a control device that is connected to the exhaust gas sensor, and an exhaust gas sensor system that includes these exhaust gas sensor and control device.
  • an exhaust gas sensor that detects the concentration of a specific gas component in the exhaust gas of an internal combustion engine, for example, as described in Patent Document 1, a NOx sensor that detects NOx (nitrogen oxide) concentration is known.
  • This NOx sensor has a gas sensor element having one or a plurality of cells formed by forming a pair of electrodes on the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte layer such as zirconia, and communicates with a gas space to be measured.
  • the oxygen concentration (A / F, also called air-fuel ratio) in the measurement chamber is measured by the oxygen concentration detection cell, and the oxygen in the first measurement chamber is controlled (pumped) by the pump cell so that the first measurement chamber has a predetermined oxygen concentration. , Pump out).
  • the gas to be measured whose oxygen concentration is controlled flows from the first measurement chamber into the second measurement chamber, and by applying a constant voltage to the sensor cell, NOx contained in the gas to be measured in the second measurement chamber is changed to N 2 . decomposes to O 2, this time, NOx concentration in the measurement gas is detected by measuring the second pumping current flowing between the pair of electrodes of the sensor cell.
  • an oxygen concentration detection cell is provided immediately in front of the sensor cell so that exhaust gas controlled to a predetermined oxygen concentration can be supplied to the sensor cell to improve the detection accuracy of the sensor cell.
  • the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection cell is after the oxygen concentration control by the pump cell, and there is room for improvement in detection accuracy as the oxygen concentration in the first measurement chamber.
  • An object of the present disclosure is to provide an exhaust gas sensor, an exhaust gas sensor control device, and an exhaust gas sensor system that can improve the detection accuracy of a sensor cell and improve the detection accuracy of an oxygen concentration detection cell.
  • An exhaust gas sensor is adjusted by a pump cell that adjusts an oxygen concentration in an exhaust gas of an internal combustion engine, a sensor cell that detects a concentration of a specific gas component from exhaust gas after passing through the pump cell, and a pump cell.
  • a first cell for detecting the oxygen concentration, and a second cell provided upstream of the first cell in the flow direction of the exhaust gas and detecting the oxygen concentration.
  • an exhaust gas sensor control apparatus is the exhaust gas sensor control apparatus described above, wherein the oxygen concentration detected by the first cell and the second cell are detected during the operation of the exhaust gas sensor.
  • the adjustment of the oxygen concentration in the exhaust gas by the pump cell is performed based on both or one of the oxygen concentrations to be performed.
  • an exhaust gas sensor system includes the exhaust gas sensor and the control device.
  • the exhaust gas sensor can detect the oxygen concentration adjusted by the pump cell by using the first cell, the oxygen concentration of the exhaust gas at a position closer to the sensor cell can be detected.
  • the detection accuracy of the concentration of the specific gas component can be improved.
  • the second cell it is possible to detect the oxygen concentration of the exhaust gas at a position closer to the upstream side in the exhaust gas flow direction than the first cell, that is, closer to the inlet side for introducing the exhaust gas into the sensor, It is possible to accurately detect the actual oxygen concentration of the exhaust gas introduced into the sensor. Therefore, by providing the exhaust gas sensor with two cells (first cell and second cell) for detecting the oxygen concentration, the detection accuracy of the sensor cell can be improved and the detection accuracy of the oxygen concentration detection cell can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a NOx sensor system as an example of an exhaust gas sensor system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic view of the internal configuration of the NOx sensor in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the correction processing of the oxygen concentration detection cell output.
  • FIG. 4 is a time chart showing the output of the oxygen concentration detection cell and sensor cell of the NOx sensor during transient operation, and the output of each cell after the correction process.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic view of the internal configuration of the NOx sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged schematic view of the internal configuration of the NOx sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged schematic view of the internal configuration of the NOx sensor according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a NOx sensor system as an example of an exhaust gas sensor system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic view of the internal configuration of the
  • FIG. 8 is an enlarged schematic view of the internal configuration of the NOx sensor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged schematic view of the internal configuration of the NOx sensor according to the sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an oxygen concentration detection cell switching process performed in the seventh embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method for selecting an oxygen concentration detection cell according to the seventh embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the oxygen concentration detection cell switching process performed in the eighth embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart showing another form of the oxygen concentration detection cell switching process performed in the eighth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a method for selecting an oxygen concentration detection cell according to the eighth embodiment.
  • the first embodiment will be described with reference to FIGS.
  • a NOx sensor that measures the NOx concentration in the exhaust gas.
  • the NOx sensor system 1 (exhaust gas sensor system) includes a NOx sensor control device (hereinafter also referred to as “NOx detection device 10”) and a NOx sensor 100.
  • the NOx sensor system 1 measures the NOx concentration and the oxygen concentration in the exhaust gas based on the sensor output of the NOx sensor 100 by controlling the operation of the NOx sensor 100 by the NOx detection device 10. That is, the NOx detection device 10 corresponds to a control device for an exhaust gas sensor (NOx sensor) in the present embodiment. Further, the NOx sensor system 1 corrects the sensor output of the NOx sensor 100 by the NOx detection device 10.
  • the NOx detection device 10 is mounted on a vehicle equipped with an engine (internal combustion engine) (not shown), and is electrically connected to the NOx sensor 100 via a connector or the like.
  • the NOx detection device 10 is electrically connected to a vehicle-side control device (ECU) (not shown).
  • the ECU receives the oxygen concentration and NOx concentration data corrected by the NOx detection device 10 and executes processing such as control of the operating state of the engine and purification of NOx accumulated in the catalyst based on the received data. .
  • the NOx detection device 10 includes a microcomputer 51 and a control circuit 52 on a circuit board.
  • the microcomputer 51 controls the entire NOx detection device 10.
  • the microcomputer 51 performs output correction of the sensor output of the NOx sensor 100 measured by the control circuit 52. Details of the output correction will be described later with reference to FIGS.
  • the microcomputer 51 physically includes a CPU, a RAM, a ROM, a signal input / output unit, an A / D converter, a clock, and the like, and a program stored in advance in the ROM or the like is executed by the CPU, which will be described later. Various functions can be exhibited.
  • the control circuit 52 controls the NOx sensor 100 and detects the first pumping current Ip1, the second pumping current Ip2, the first interelectrode voltage Vs1, and the second interelectrode voltage Vs2 flowing through the NOx sensor 100, and the microcomputer 51. Output to.
  • the NOx sensor 100 includes a NOx sensor element 101, a housing that houses the NOx sensor element 101, a connector for connecting the NOx sensor element 101 and the NOx detection device 10, and a lead wire connected to the NOx sensor element 101.
  • the NOx sensor element 101 has a structure in which a first solid electrolyte layer 111, an insulating layer 140, a second solid electrolyte layer 121, an insulating layer 145, a third solid electrolyte layer 131, and insulating layers 162 and 163 are stacked in this order.
  • a first measurement chamber 150 is defined between the first solid electrolyte layer 111 and the second solid electrolyte layer 121, and a first diffusion resistor 151 disposed at the entrance (left end in FIG. 1) of the first measurement chamber 150.
  • the measurement gas GM is introduced from the outside via
  • a second diffusion resistor 152 is disposed at the end of the first measurement chamber 150 opposite to the inlet, and communicates with the first measurement chamber 150 on the right side of the first measurement chamber 150 via the second diffusion resistor 152.
  • a second measurement chamber 160 is defined. The second measurement chamber 160 is formed between the first solid electrolyte layer 111 and the third solid electrolyte layer 131 through the second solid electrolyte layer 121.
  • a long plate-like heater 164 extending along the longitudinal direction of the NOx sensor element 101 is embedded between the insulating layers 162 and 163.
  • the heater 164 is used to raise the temperature of the gas sensor to the activation temperature, increase the conductivity of oxygen ions in the solid electrolyte layer, and stabilize the operation of the gas sensor.
  • the insulating layers 140 and 145 are mainly made of alumina, and the first diffusion resistor 151 and the second diffusion resistor 152 are made of a porous material such as alumina.
  • the heater 164 is made of platinum or the like.
  • the first pumping cell 110 (pump cell) includes a first solid electrolyte layer 111 mainly composed of zirconia having oxygen ion conductivity, an inner first pumping electrode 113 disposed so as to sandwich the first solid electrolyte layer 111, and an outer first electrode serving as a counter electrode. 1 pumping electrode 112, and the inner first pumping electrode 113 faces the first measurement chamber 150. Both the inner first pumping electrode 113 and the outer first pumping electrode 112 are mainly made of platinum, and the surface of each electrode is covered with a protective layer 114 made of a porous material.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 (first cell) includes a second solid electrolyte layer 121 mainly composed of zirconia, and a detection electrode 122 and a reference electrode 123 arranged to sandwich the second solid electrolyte layer 121.
  • the detection electrode 122 faces the first measurement chamber 150 on the downstream side of the inner first pumping electrode 113.
  • Both the detection electrode 122 and the reference electrode 123 are mainly made of platinum.
  • the insulating layer 145 is cut out so that the reference electrode 123 in contact with the second solid electrolyte layer 121 is disposed inside, and the cut-out portion is filled with a porous body to form the reference oxygen chamber 170. . Then, a weak constant current is supplied to the first oxygen concentration detection cell 120 in advance using the control circuit 52, so that oxygen is sent from the first measurement chamber 150 into the reference oxygen chamber 170 to be an oxygen reference.
  • the second oxygen concentration detection cell 180 (second cell) includes a second solid electrolyte layer 121 mainly composed of zirconia, and a detection electrode 182 and a reference electrode 183 arranged to sandwich the second solid electrolyte layer 121.
  • the detection electrode 182 faces the first measurement chamber 150 on the upstream side from the inner first pumping electrode 113.
  • Each of the detection electrode 182 and the reference electrode 183 is mainly composed of platinum.
  • the insulating layer 145 is cut out so that the reference electrode 183 in contact with the second solid electrolyte layer 121 is disposed inside, and the cut-out portion is filled with a porous body to form the reference oxygen chamber 190. . Then, a weak constant value of current is supplied to the second oxygen concentration detection cell 180 in advance using the control circuit 52, so that oxygen is sent from the first measurement chamber 150 into the reference oxygen chamber 190 to be an oxygen reference.
  • the second oxygen concentration detection cell 180 is provided in the first measurement chamber 150 on the upstream side in the exhaust gas flow direction from the first oxygen concentration detection cell 120.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 is provided such that the position of the upstream end along the flow direction of the exhaust gas is downstream from the position of the downstream end of the first pumping cell 110.
  • the second oxygen concentration detection cell 180 is provided such that the position of the downstream end along the exhaust gas flow direction is upstream from the position of the upstream end of the first pumping cell 110.
  • the second pumping cell 130 (sensor cell) includes a third solid electrolyte layer 131 mainly composed of zirconia, and an inner second pumping electrode 133 disposed on the surface of the third solid electrolyte layer 131 facing the second measurement chamber 160. And a second pumping counter electrode 132 serving as a counter electrode. Both the inner second pumping electrode 133 and the second pumping counter electrode 132 are mainly composed of platinum.
  • the second pumping counter electrode 132 is disposed in the cutout portion of the insulating layer 145 on the third solid electrolyte layer 131 and faces the reference oxygen chamber 170 facing the reference electrode 123 of the first oxygen concentration detection cell 120. ing.
  • the second pumping cell 130 also includes a counter electrode 181.
  • the counter electrode 181 is disposed in the cutout portion of the insulating layer 145 on the third solid electrolyte layer 131 and faces the reference oxygen chamber 190 so as to face the reference electrode 183 of the second oxygen concentration detection cell 180.
  • the inner first pumping electrode 113, the detection electrodes 122 and 182, and the inner second pumping electrode 133 are each connected to a reference potential.
  • the outer first pumping electrode 112, the reference electrodes 123 and 183, the second pumping counter electrode 132, and the counter electrode 181 are connected to the control circuit 52.
  • the heater 164 is connected to the control circuit 52.
  • the control circuit 52 has the following functions.
  • the control circuit 52 supplies the first pumping current Ip1 between the inner first pumping electrode 113 and the outer first pumping electrode 112, and detects the first pumping current Ip1 at that time. At this time, a voltage Vp1 is generated between the inner first pumping electrode 113 and the outer first pumping electrode 112.
  • the control circuit 52 detects the first interelectrode voltage Vs1 between the detection electrode 122 and the reference electrode 123 of the first oxygen concentration detection cell 120.
  • the control circuit 52 compares the reference voltage (for example, 425 mV) with the first interelectrode voltage Vs1. Then, the Ip1 current is controlled so that the first interelectrode voltage Vs1 becomes equal to the reference voltage, and the oxygen concentration in the first measurement chamber 150 is adjusted so that NOx is not decomposed.
  • the reference voltage for example, 425 mV
  • the control circuit 52 causes a weak first current Icp1 to flow between the detection electrode 122 and the reference electrode 123 of the first oxygen concentration detection cell 120, sends oxygen from the first measurement chamber 150 into the reference oxygen chamber 170, and the reference circuit The electrode 123 is exposed to a predetermined oxygen concentration as a reference.
  • the control circuit 52 detects the second interelectrode voltage Vs2 between the detection electrode 182 and the reference electrode 183 of the second oxygen concentration detection cell 180.
  • the control circuit 52 compares the reference voltage (for example, 425 mV) with the second inter-electrode voltage Vs2. Then, the Ip1 current is controlled so that the second interelectrode voltage Vs2 becomes equal to the reference voltage, and the oxygen concentration in the first measurement chamber 150 is adjusted so that NOx is not decomposed.
  • the reference voltage for example, 425 mV
  • the control circuit 52 causes a weak second current Icp2 to flow between the detection electrode 182 and the reference electrode 183 of the second oxygen concentration detection cell 180, sends oxygen from the first measurement chamber 150 into the reference oxygen chamber 190, and the reference The electrode 183 is exposed to a predetermined oxygen concentration as a reference.
  • the control circuit 52 decomposes the NOx gas in the measurement gas GM into oxygen (O 2 ) and nitrogen (N 2 ) between the inner second pumping electrode 133 and the second pumping counter electrode 132 or the counter electrode 181.
  • a constant voltage Vp2 (for example, 450 mV) is applied to decompose NOx into nitrogen and oxygen.
  • the control circuit 52 detects the second pumping current Ip2 flowing through the second pumping cell 130 so that oxygen generated by the decomposition of NOx is pumped out of the second measurement chamber 160.
  • the control circuit 52 outputs the detected values of the first pumping current Ip1, the second pumping current Ip2, the first interelectrode voltage Vs1, and the second interelectrode voltage Vs2 to the microcomputer 51.
  • the heater 164 to which the heater voltage Vh is applied is operated via the control circuit 52, and the first pumping cell 110, the first oxygen concentration detection cell 120, The second oxygen concentration detection cell 180 and the second pumping cell 130 are heated to the activation temperature.
  • control circuit 52 causes a weak current Icp1 to flow between the detection electrode 122 and the reference electrode 123 of the first oxygen concentration detection cell 120, and sends oxygen from the first measurement chamber 150 into the reference oxygen chamber 170, so that the oxygen reference
  • control circuit 52 causes a weak current Icp2 to flow between the detection electrode 182 and the reference electrode 183 of the second oxygen concentration detection cell 180, and sends oxygen from the first measurement chamber 150 into the reference oxygen chamber 190, so that the oxygen reference And
  • the first pumping cell 110 converts oxygen in the gas to be measured (exhaust gas) GM flowing into the first measurement chamber 150 to the inner side. Pumping from one pumping electrode 113 toward the outer first pumping electrode 112.
  • the oxygen concentration in the first measurement chamber 150 is the first interelectrode voltage Vs1 (terminal voltage Vs1) of the first oxygen concentration detection cell 120 or the second electrode of the second oxygen concentration detection cell 180. Since the voltage corresponds to the voltage Vs2 (inter-terminal voltage Vs2), the control circuit 52 flows through the first pumping cell 110 so that the first interelectrode voltage Vs1 or the second interelectrode voltage Vs2 becomes the reference voltage.
  • One pumping current Ip1 is controlled to adjust the oxygen concentration in the first measurement chamber 150 so that NOx is not decomposed as much as possible.
  • the voltage value used for controlling the first pumping current Ip1 either the first interelectrode voltage Vs1 or the second interelectrode voltage Vs2 can be appropriately selected and used, for example, the average of both Both can be used, such as calculating a value.
  • the first pumping current Ip ⁇ b> 1 is controlled so that the second interelectrode voltage Vs ⁇ b> 2 of the second oxygen concentration detection cell 180 on the upstream side becomes the reference voltage. To do.
  • the gas GM to be measured whose oxygen concentration is adjusted further flows toward the second measurement chamber 160.
  • the control circuit 52 uses a constant voltage Vp2 (oxygen concentration detection cell) as an inter-electrode voltage (inter-terminal voltage) of the second pumping cell 130 such that the NOx gas in the measurement gas GM is decomposed into oxygen and N 2 gas.
  • Vp2 oxygen concentration detection cell
  • a voltage higher than the control voltage value of 120 (for example, 450 mV) is applied to decompose NOx into nitrogen and oxygen.
  • the second pumping current Ip2 flows through the second pumping cell 130 so that oxygen generated by the decomposition of NOx is pumped out of the second measurement chamber 160.
  • the control circuit 52 detects the second pumping current Ip2
  • the microcomputer 51 can detect the NOx concentration in the gas to be measured based on the detected second pumping current Ip2.
  • the first pumping cell 110 corresponds to “a pump cell that adjusts the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine”, and the second pumping cell 130 has passed “the first pumping cell 110.
  • This corresponds to a “sensor cell that detects the NOx concentration as the concentration of a specific gas component from the exhaust gas after the exhaust gas”.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 corresponds to “a first cell that detects the oxygen concentration adjusted by the first pumping cell 110”, and the second oxygen concentration detection cell 180 is “upstream from the first oxygen concentration detection cell 120”. And corresponds to the “second cell for detecting the oxygen concentration”.
  • the first measurement chamber 150 corresponds to the “measurement chamber for adjusting the oxygen concentration by the first pumping cell 110”.
  • a conventional three-cell type NOx sensor as described in Patent Document 1 includes a single pump cell, an oxygen concentration detection cell, and a sensor cell, respectively.
  • the oxygen concentration detection cell is provided immediately before the sensor cell so that exhaust gas controlled to a predetermined oxygen concentration can be supplied to the sensor cell to improve the detection accuracy of the sensor cell.
  • the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection cell is after the oxygen concentration control by the pump cell, and there is room for improvement in detection accuracy as the oxygen concentration in the first measurement chamber.
  • the distance from the inlet for introducing the exhaust gas into the first measurement chamber to the oxygen concentration detection cell is long, the actual oxygen concentration of the exhaust gas introduced into the first measurement chamber and the oxygen concentration detection cell are detected. There is a time lag between the oxygen concentration and the quick response to fluctuations in the oxygen concentration, and there is room for improvement in the response of oxygen concentration control by the pump cell.
  • the NOx sensor 100 includes a first pumping cell 110 as a pump cell that adjusts the oxygen concentration in the exhaust gas of the engine, and an exhaust gas after passing through the first pumping cell 110.
  • the second pumping cell 130 as a sensor cell for detecting NOx concentration from the first pump, the first oxygen concentration detecting cell 120 for detecting the oxygen concentration adjusted by the first pumping cell 110, and the exhaust gas from the first oxygen concentration detecting cell 120
  • a second oxygen concentration detection cell 180 for detecting the oxygen concentration.
  • the second measurement chamber 160 is closer to the second pumping cell 130.
  • the oxygen concentration of the exhaust gas can be detected, and the NOx concentration detection accuracy by the second pumping cell 130 can be improved.
  • the upstream side in the flow direction of the exhaust gas from the first oxygen concentration detection cell 120 that is, the inlet side for introducing the exhaust gas into the first measurement chamber 150 (first diffusion).
  • the oxygen concentration of the exhaust gas at a position closer to the resistor 151) can also be detected, and the actual oxygen concentration of the exhaust gas introduced into the first measurement chamber 150 can be accurately detected.
  • the NOx sensor 100 includes the two oxygen concentration detection cells (the first oxygen concentration detection cell 120 and the second oxygen concentration detection cell 180), so that the sensor cell (the second pumping cell 130) is provided.
  • the detection accuracy can be improved and the detection accuracy of the oxygen concentration detection cell can be improved.
  • By improving the detection accuracy of the oxygen concentration detection cell it is possible to improve responsiveness to changes in the oxygen concentration in the first measurement chamber 150, and to improve the responsiveness of oxygen concentration control by the pump cell (first pumping cell 110).
  • the first oxygen concentration detection cell 120 and the second oxygen concentration detection cell 180 are both in the first measurement chamber 150 for adjusting the oxygen concentration by the first pumping cell 110. Provided.
  • the relative positional relationship between the first oxygen concentration detection cell 120 and the second oxygen concentration detection cell 180 (the second oxygen concentration detection cell 180 is upstream of the first oxygen concentration detection cell 120 in the exhaust gas flow direction). Since the second oxygen concentration detection cell 180 can be disposed at a position closer to the inlet side (first diffusion resistor 151), the oxygen concentration detected by the second oxygen concentration detection cell 180 is The exhaust gas in the first measurement chamber 150 can be made closer to the actual oxygen concentration.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 has an upstream end position along the exhaust gas flow direction that is lower than the downstream end position of the first pumping cell 110.
  • the second oxygen concentration detection cell 180 is provided on the downstream side, and the position of the downstream end along the flow direction is provided upstream of the position of the upstream end of the first pumping cell 110. It is done.
  • the first pumping cell 110 is arranged in a substantially central portion along the flow direction of the exhaust gas in the first measurement chamber 150. Therefore, with the above configuration, the installation position of the second oxygen concentration detection cell 180 can be limited to the region from immediately after the first diffusion resistor 151 to the upstream end of the first pumping cell 110, and the second oxygen concentration in the flow direction.
  • the detection cell 180 may be positioned so as not to overlap the first pumping cell 110.
  • the oxygen concentration detected by the second oxygen concentration detection cell 180 is not affected by the oxygen drawn from the exhaust gas by the first pumping cell 110 and before the oxygen concentration is adjusted by the first pumping cell 110. Therefore, the exhaust gas in the first measurement chamber 150 can be made closer to the actual oxygen concentration.
  • the installation position of the first oxygen concentration detection cell 120 can be limited to a region from the downstream end of the first pumping cell 110 to the front of the second diffusion resistor 152, and the first oxygen concentration detection cell 120 is arranged in the flow direction. The position may not be superimposed on the first pumping cell 110.
  • the oxygen concentration detected by the first oxygen concentration detection cell 120 is not influenced by the oxygen drawn from the exhaust gas by the first pumping cell 110 and is introduced into the second pumping cell 130 of the second measurement chamber 160. Can be made closer to the oxygen concentration of the exhaust gas.
  • the NOx sensor 100 is provided with the oxygen concentration detection cells 180 and 120 on the upstream side and the downstream side of the first pumping cell 110 (pump cell) in the first measurement chamber 150, respectively. .
  • the NOx detection device 10 improves the detection accuracy of the oxygen concentration by using these two oxygen concentration detection cells 180 and 120 according to various conditions such as the driving state of the vehicle or using both in combination. In particular, the NOx concentration detection accuracy can be improved.
  • FIGS. 1 an example of a method for controlling the NOx sensor 100 using the outputs of the two oxygen concentration cells 180 and 120 implemented by the NOx detection device 10 will be described with reference to FIGS.
  • the second oxygen concentration detection cell 180 installed on the upstream side is also referred to as “upstream cell 180”, and the second oxygen concentration detection cell 180 installed on the downstream side.
  • One oxygen concentration detection cell 120 is also referred to as a “downstream cell 120”.
  • the first pumping cell 110 and the second pumping cell 130 are also referred to as “pump cell 110” and “sensor cell 130”, respectively.
  • FIG. 4 shows an example of the output of each cell of the NOx sensor 100 at the time of transition.
  • 4A shows the output of the upstream cell 180 (second interelectrode voltage Vs2)
  • FIG. 4B shows the output of the downstream cell 120 (first interelectrode voltage Vs1)
  • FIG. 4C shows the output of the sensor cell 130.
  • the time transition of (2nd pumping current Ip2) is shown.
  • 4 (a) to 4 (c) the output of each cell at the time of transient operation, the output before correction control shown in FIG. 3 is indicated by a solid line, and the output of each cell after correction control is indicated by a dotted line. As shown by the solid lines in FIGS.
  • the major factor that deteriorates the detection accuracy of the NOx concentration by the sensor cell 130 at the time of transition is that the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the sensor cell 130 fluctuates greatly as the driving state of the pump cell 110 fluctuates. Therefore, in the present embodiment, fluctuations in the oxygen concentration flowing into the sensor cell 130 are detected by the downstream cell 120, and the output of the upstream cell 180 is corrected based on the detection result, thereby preventing the driving of the pump cell 110 from being disturbed. The oxygen concentration fluctuation
  • Fig. 3 shows an example of such correction control.
  • a series of processing of the flowchart shown in FIG. 3 is performed by the microcomputer 51 of the NOx detection apparatus 10 at predetermined intervals, for example.
  • the output of the upstream cell 110 is controlled using the output of the upstream cell 180, and the output of the upstream cell 110 is corrected based on the fluctuation range of the downstream cell 120.
  • the vibration of the oxygen concentration of the upstream cell 180 used for controlling the pump cell 110 is suppressed.
  • the second cell as shown by the dotted line in FIG.
  • the oxygen concentration of the exhaust gas introduced into the measurement chamber 160 is stabilized, and the NOx concentration detected by the sensor cell 130 is also stabilized as indicated by a dotted line in FIG.
  • step S101 it is determined whether or not the engine is in transient operation.
  • the NOx detection device 10 can determine that a transient operation is in progress, for example, when the fluctuation range of the output of the upstream cell 180 is a predetermined amount or more, or based on information related to various operating states of the engine. Similarly to the NOx sensor 100, the NOx detection device 10 is provided in the exhaust system of the engine and is in a transient operation based on information acquired from other sensors that can detect information corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas. May be determined. If the result of determination in step S101 is that transient operation is in progress (Yes in step S101), the process proceeds to step S102, and if not (No in step S101), the process proceeds to step S106.
  • step S102 outputs are detected from the upstream cell 180 and the downstream cell 120. Specifically, the NOx detection device 10 acquires the first interelectrode voltage Vs1 of the first oxygen concentration detection cell 120 and the second interelectrode voltage Vs2 of the second oxygen concentration detection cell 180 from each cell. . When the process of step S102 is completed, the process proceeds to step S103.
  • step S103 the correction amount is determined based on the fluctuation range of the output of the downstream cell 120.
  • the output fluctuation range for example, as shown in FIG. 4B, the difference between the upper limit value and the lower limit value within a predetermined period of the output of the downstream cell 120 can be used.
  • the magnitude of the correction amount can be determined according to the magnitude of the fluctuation range, for example.
  • step S104 the output of the upstream cell 180 is corrected using the correction amount determined in step S103.
  • the correction amount is set to a value of 1 or less so as to reduce the fluctuation range, and this correction amount is set to the second interelectrode voltage Vs2. By multiplying, the fluctuation range of the output can be relatively reduced.
  • step S105 the adjustment control of the oxygen concentration by the pump cell 110 is performed using the corrected output of the upstream cell 180.
  • this control flow ends.
  • step S106 since it is determined in step S101 that the operation is not the transient operation but the normal operation, it is determined that the fluctuations in the output of the oxygen concentration cells 180 and 120 as shown in FIG. Instead, the control of adjusting the oxygen concentration by the pump cell 110 is performed using the output of the upstream cell 180 as it is. When the process of step S106 is completed, the control flow ends.
  • the NOx detection device 10 is configured such that the oxygen concentration detected by the downstream cell 120 and the oxygen concentration detected by the upstream cell 180 during the operation of the NOx sensor 100 described above. Based on both, adjustment control of the oxygen concentration in exhaust gas by the pump cell 110 is performed.
  • the pump cell 110 can be controlled using both of the above and the oxygen concentration in the exhaust gas by the pump cell 110 can be adjusted more appropriately. Further, since the NOx detection device 10 constantly detects the outputs of the upstream cell 180 and the downstream cell 120 during the operation of the NOx sensor 100 and monitors the outputs of both, the operation state of the NOx sensor 100 is described in detail. It is possible to monitor, and various controls by the NOx sensor 100 can be performed with high accuracy.
  • the NOx detection device 10 corrects the output of the upstream cell 180 according to the output of the downstream cell 120 and is detected by the upstream cell 180 when the vehicle is in a transient operation. Based on the corrected oxygen concentration, adjustment control of the oxygen concentration in the exhaust gas by the pump cell 110 is performed.
  • the downstream cell 120 detects fluctuations in the oxygen concentration flowing into the sensor cell 130, and corrects the output of the upstream cell 180 based on the detection result, thereby suppressing a drive ramp of the pump cell 110, Since the fluctuation of the oxygen concentration flowing into the sensor cell 130 can be reduced, the NOx concentration can be accurately detected by the NOx sensor even during transient operation.
  • the oxygen cell concentration adjustment control is performed by the pump cell 110 based on both the oxygen concentration detected by the downstream cell 120 and the oxygen concentration detected by the upstream cell 180.
  • the configuration in which the output of the upstream cell 180 is corrected according to the output of the downstream cell 120 is illustrated, but other configurations can be applied.
  • the average value of the output of the upstream cell 180 and the output of the downstream cell 120 is calculated and the pump cell 110 is controlled using this average value, or the output of the upstream cell 180 and the downstream cell 120
  • a control amount may be calculated by a predetermined function using the output as input information, and the pump cell 110 may be controlled using the control amount.
  • a second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in the position of the second oxygen concentration detection cell 180 in the flow direction.
  • the second oxygen concentration detection cell 180 is provided at a position overlapping the upstream end of the first pumping cell 110 in the exhaust gas flow direction.
  • the second oxygen concentration detection cell 180 enters the downstream side from the position of the upstream end portion of the first pumping cell 110 from the downstream end portion along the flow direction of the exhaust gas. Furthermore, in other words, the second oxygen concentration detection cell 180 has an upstream end portion that is the same as the upstream end portion of the first pumping cell 110, as shown in FIG. One pumping cell 110 is arranged in a region between the upstream end and the same position.
  • two oxygen concentration detection cells (a first oxygen concentration detection cell 120 and a second oxygen concentration detection cell 180) are provided, and the second oxygen concentration detection cell 180 is the first in the first measurement chamber 150. Since it is provided on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas from the one oxygen concentration detection cell 120 and has the same configuration as that of the first embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. Also in the configuration of the second embodiment, the control by the NOx detection device 10 of the first embodiment can be similarly performed.
  • a third embodiment will be described with reference to FIG.
  • the third embodiment differs from the first embodiment in the position of the first oxygen concentration detection cell 120 in the flow direction.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 is provided at a position overlapping the downstream end of the first pumping cell 110 in the exhaust gas flow direction.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 has an upstream end that is the same as the downstream end of the first pumping cell 110 and a downstream end that is downstream of the first pumping cell 110. It arrange
  • two oxygen concentration detection cells are provided, and the second oxygen concentration detection cell 180 is the first in the first measurement chamber 150. Since it is provided on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas from the one oxygen concentration detection cell 120 and has the same configuration as that of the first embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • the control by the NOx detection device 10 of the first embodiment can be similarly performed.
  • a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
  • the fourth embodiment differs from the first embodiment in the positions of the first oxygen concentration detection cell 120 and the second oxygen concentration detection cell 180 in the flow direction.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 is provided at a position overlapping the downstream end of the first pumping cell 110 in the exhaust gas flow direction
  • the second oxygen concentration detection cell 180 is In the flow direction of the exhaust gas, it is provided at a position overlapping the upstream end of the first pumping cell 110.
  • At least a part of the first oxygen concentration detection cell 120 from the upstream end along the flow direction of the exhaust gas enters the upstream from the position of the downstream end of the first pumping cell 110.
  • At least a part of the two oxygen concentration detection cell 180 enters the downstream side from the position of the upstream end portion of the first pumping cell 110 from the downstream end portion in the exhaust gas flow direction.
  • two oxygen concentration detection cells are provided, and the second oxygen concentration detection cell 180 is the first in the first measurement chamber 150. Since it is provided on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas from the one oxygen concentration detection cell 120 and has the same configuration as that of the first embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. In the configuration of the fourth embodiment, the control by the NOx detection device 10 of the first embodiment can be similarly performed.
  • a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
  • the fifth embodiment differs from the first embodiment in the positions of the first oxygen concentration detection cell 120 and the second oxygen concentration detection cell 180 in the flow direction.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 is provided such that the position of the downstream end along the exhaust gas flow direction is upstream from the position of the upstream end of the first pumping cell 110.
  • the second oxygen concentration detection cell 180 is provided such that the position of the upstream end along the flow direction is downstream from the position of the downstream end of the first pumping cell 110.
  • both the first oxygen concentration detection cell 120 and the second oxygen concentration detection cell 180 are completely overlapped with the first pumping cell 110 along the flow direction of the exhaust gas.
  • the entire first oxygen concentration detection cell 120 enters the upstream side from the position of the downstream end portion of the first pumping cell 110 along the flow direction of the exhaust gas.
  • 180 the whole has entered into the downstream rather than the position of the upstream edge part of the 1st pumping cell 110 along the flow direction of exhaust gas.
  • two oxygen concentration detection cells are provided, and the second oxygen concentration detection cell 180 is the first in the first measurement chamber 150. Since it is provided on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas from the one oxygen concentration detection cell 120 and has the same configuration as that of the first embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. Also in the configuration of the fifth embodiment, the control by the NOx detection device 10 of the first embodiment can be similarly performed.
  • the sixth embodiment will be described with reference to FIG.
  • the sixth embodiment differs from the first embodiment in the position of the first oxygen concentration detection cell 120 in the flow direction.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 is arranged not in the first measurement chamber 150 but in communication with the first measurement chamber 150 on the downstream side of the first measurement chamber 150 unlike the above embodiment.
  • the second measurement chamber 160 is provided.
  • the second measurement chamber 160 is a measurement chamber for detecting the NOx concentration by the second pumping cell 130 (sensor cell 130).
  • two oxygen concentration detection cells are provided, and the second oxygen concentration detection cell 180 is the first in the first measurement chamber 150. Since it is provided on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas from the one oxygen concentration detection cell 120 and has the same configuration as that of the first embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. Also in the configuration of the sixth embodiment, the control by the NOx detection device 10 of the first embodiment can be similarly performed.
  • the first oxygen concentration detection cell 120 is installed in the same second measurement chamber 160 as the sensor cell 130 and can detect the oxygen concentration of the exhaust gas at a position closer to the second pumping cell 130. Therefore, the detection accuracy of the NOx concentration by the second pumping cell 130 can be further improved.
  • the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
  • the seventh embodiment differs from the first embodiment in the control method of the NOx sensor 100 that is implemented by the NOx detection device 10 and that uses the outputs of the two oxygen concentration cells 180 and 120.
  • the NOx detection device 10 includes the oxygen concentration detected by the first oxygen concentration detection cell 120 (downstream cell 120) and the second oxygen concentration detection cell 180 ( Based on one of the oxygen concentrations detected by the upstream cell 180), adjustment control of the oxygen concentration in the exhaust gas by the pump cell 110 is performed. In other words, the NOx detection device 10 determines whether the oxygen concentration information used for controlling the pump cell 110 is acquired from the upstream cell 180 or the downstream cell 120 according to the operating state of the engine. Switch.
  • the switching control according to the operation state will be described.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the A / F value (air-fuel ratio or oxygen concentration) of the exhaust gas.
  • the A / F value is stable with little fluctuation during steady operation, whereas the A / F value tends to fluctuate relatively large during transient operation.
  • Which output of the upstream cell 180 or the downstream cell 120 should be preferentially used for the control of the pump cell 110 varies depending on the A / F value.
  • description will be given along the flowchart of FIG. A series of processing of the flowchart shown in FIG. 10 is performed by the microcomputer 51 of the NOx detection device 10 at predetermined intervals, for example.
  • step S201 it is determined whether or not the engine is in transient operation.
  • the NOx detection device 10 can determine whether or not the transient operation is being performed based on, for example, the information on the oxygen concentration detected by the upstream cell 180. For example, when the fluctuation range of the output of the upstream cell 180 is a predetermined amount or more, the transient operation It can be determined that it is in the middle.
  • the NOx detection device 10 is provided in the exhaust system of the engine and is in a transient operation based on information acquired from other sensors that can detect information corresponding to the oxygen concentration of the exhaust gas. In this case, for example, when the fluctuation range of the sensor output is a predetermined amount or more, it can be determined that the transient operation is being performed.
  • the NOx detection device 10 may determine that the engine is in transient operation based on information related to various operation states of the engine. If the result of determination in step S201 is that transient operation is in progress (Yes in step S201), the process proceeds to step S202. Otherwise (No in step S201), the process proceeds to step S203.
  • step S202 since it is determined in step S201 that transient operation is being performed, pump cell control is performed using the output of the upstream cell 180. As shown in FIG. 11, during transient operation, the A / F fluctuation is large, and the oxygen concentration of the exhaust gas introduced into the NOx sensor 100 also varies greatly. Therefore, the quick response to the oxygen concentration adjustment control by the pump cell 110 is required. Becomes higher. Therefore, in this case, the upstream cell 180 is selected so that the oxygen concentration detection accuracy has priority over the NOx concentration detection accuracy.
  • step S203 since it is determined in step S201 that steady operation is being performed, pump cell control is performed using the output of the downstream cell 120. As shown in FIG. 11, during steady operation, the A / F fluctuation is small, and the oxygen concentration of the exhaust gas introduced into the NOx sensor 100 does not fluctuate greatly. Sexual demand is low. Therefore, in this case, the downstream cell 120 is selected so that the NOx concentration detection accuracy has priority over the oxygen concentration detection accuracy.
  • the control flow ends.
  • the oxygen concentration detected by the first oxygen concentration detection cell 120 (downstream cell 120) and the second oxygen concentration detection cell 180 (upstream cell 180) are detected.
  • the frequency of use of each oxygen concentration detection cell can be suppressed, and the power consumption of the NOx sensor 100 and the engine fuel consumption can be improved.
  • durability deterioration of the NOx sensor 100 can be suppressed.
  • information on the oxygen concentration detected by other sensors is used to determine whether or not the vehicle is in a transient operation, and the oxygen concentration detected by the downstream cell 120 and the upstream cell 180 are detected based on this information.
  • the oxygen concentration used for adjustment control by the pump cell 110 is selected from the oxygen concentration to be selected, it is possible to select an appropriate cell with high response.
  • information on the oxygen concentration detected by the upstream cell 180 is used to determine whether or not the transient operation is being performed, and the oxygen concentration detected by the downstream cell 120 according to this information and the upstream cell 180
  • the oxygen concentration used for the adjustment control by the pump cell 110 is selected from the detected oxygen concentration, it is not necessary to install a separate sensor, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the configuration for switching whether the oxygen concentration information used for controlling the pump cell 110 is acquired from the upstream cell 180 or the downstream cell 120 according to the operating state of the engine or the like.
  • switching between transient operation and steady operation is given as an example of an operation state that is a judgment criterion for switching.
  • other configurations such as switching between when the exhaust gas A / F is lean and when rich are used. It is also possible to apply.
  • the flowchart of FIG. 12 shows a configuration in which a cell to be prioritized is selected from the upstream cell 180 and the downstream cell 120 in accordance with the A / F value (oxygen concentration) of the exhaust gas.
  • a series of processes in the flowcharts shown in FIGS. 12 and 13 are performed by the microcomputer 51 of the NOx detection device 10 at predetermined intervals, for example.
  • step S301 it is determined whether or not the A / F value can be detected. Specifically, it is determined whether or not the target for acquiring the A / F value is operating. As this object, for example, as in the seventh embodiment, other sensors that are provided in the exhaust system of the engine similarly to the NOx sensor 100 and can detect information corresponding to the A / F value of the exhaust gas, or the upstream side A cell 180 is included. As a result of the determination in step S301, if the target can detect the A / F value (Yes in step S301), the process proceeds to step S302. If not (No in step S301), the control flow ends.
  • step S302 the A / F value of the exhaust gas is acquired from the measurement target.
  • step S302 the process proceeds to step S303.
  • step S303 it is determined whether or not the A / F value is greater than or equal to a threshold value.
  • the process proceeds to step S304. Otherwise (No in step S303), the process proceeds to step S305.
  • step S304 since the A / F value of the exhaust gas is determined to be equal to or greater than the threshold value in step S303 and the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a lean state, the downstream first oxygen concentration detection cell 120 (downstream cell 120).
  • the oxygen concentration detected by the downstream cell 120 is selected as the oxygen concentration used for the adjustment control by the pump cell 110.
  • the downstream cell 120 is selected so that the NOx concentration detection accuracy has priority over the oxygen concentration detection accuracy.
  • step S305 it is determined in step S303 that the A / F value of the exhaust gas is smaller than the threshold, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich or stoichiometric, so the second oxygen concentration detection cell 180 on the upstream side.
  • the output of (upstream cell 180) is prioritized, and the oxygen concentration detected by upstream cell 180 is selected as the oxygen concentration used for adjustment control by pump cell 110.
  • the A / F is rich or stoichiometric
  • the NOx emission amount is small and the residual O 2 flowing into the sensor cell 120 is small. Therefore, the oxygen concentration detection accuracy should be prioritized over the NOx concentration detection accuracy.
  • the upstream cell 180 is selected. When the process of step S305 is completed, this control flow ends.
  • FIG. 13 shows a configuration in which a cell to be prioritized is selected from the upstream cell 180 and the downstream cell 120 in accordance with the excess air ratio ⁇ of the exhaust gas.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the excess air ratio ⁇ of the exhaust gas.
  • Steps S401 and S402 in FIG. 13 are the same as steps S301 and S302 in FIG.
  • step S403 it is determined whether or not the excess air ratio ⁇ of the A / F value acquired in step S402 is equal to or greater than a predetermined threshold (here, 1).
  • a predetermined threshold here, 1
  • the process proceeds to step S404. Otherwise (No in step S403), the process proceeds to step S405.
  • step S404 since it is determined in step S403 that the excess air ratio ⁇ of the exhaust gas is equal to or greater than the threshold value and the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a lean state, the downstream first oxygen concentration detection cell 120 (downstream cell 120).
  • the oxygen concentration detected by the downstream cell 120 is selected as the oxygen concentration used for the adjustment control by the pump cell 110.
  • step S405 it is determined in step S403 that the excess air ratio ⁇ of the exhaust gas is smaller than the threshold value, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich or stoichiometric, so the second oxygen concentration detection cell 180 on the upstream side.
  • the output of (upstream cell 180) is prioritized, and the oxygen concentration detected by upstream cell 180 is selected as the oxygen concentration used for adjustment control by pump cell 110.

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Abstract

排出ガスセンサ（１００）は、内燃機関の排出ガス中の酸素濃度を調整するポンプセル（１１０）と、前記ポンプセルを通過した後の前記排出ガスから特定のガス成分の濃度を検出するセンサセル（１３０）と、前記ポンプセルにより調整された前記酸素濃度を検出する第１セル（１２０）と、前記第１セルより前記排出ガスの流れ方向の上流側に設けられ、前記酸素濃度を検出する第２セル（１８０）と、を備える。

Description

排出ガスセンサ、排出ガスセンサの制御装置、及び、排出ガスセンサシステム 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年１２月２２日に出願された日本国特許出願２０１５－２４９３６２号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
　本開示は、内燃機関の排出ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する排出ガスセンサ、この排出ガスセンサに接続される制御装置、及び、これらの排出ガスセンサと制御装置とを備える排出ガスセンサシステムに関する。
　内燃機関の排出ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する排出ガスセンサとして、例えば特許文献１に記載されるように、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するＮＯｘセンサが知られている。
　このＮＯｘセンサは、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質層の表面に一対の電極を形成してなるセルを１つないし複数備えたガスセンサ素子を有し、被測定ガス空間に連通する第１測定室内の酸素濃度（Ａ／Ｆ、空燃比ともいう）を酸素濃度検出セルによって測定し、第１測定室内が所定の酸素濃度になるように第１測定室内の酸素をポンプセルによって制御（汲み入れ、汲み出し）する。さらに、酸素濃度が制御された被測定ガスが第１測定室から第２測定室へ流入し、センサセルに一定電圧を印加することによって第２測定室内の被測定ガスに含まれるＮＯｘをＮ2とＯ2に分解し、この際、センサセルの一対の電極間に流れる第２ポンピング電流を測定することにより被測定ガス中のＮＯｘ濃度が検出される。
特開２０１４－９８６５８号公報
　特許文献１に記載される従来のＮＯｘセンサでは、所定の酸素濃度に制御された排出ガスをセンサセルへ供給してセンサセルの検出精度を向上できるよう、酸素濃度検出セルがセンサセルの直前に設けられている。つまり、酸素濃度検出セルにより検出される酸素濃度は、ポンプセルによる酸素濃度制御が施された後のものであり、第１測定室の酸素濃度としては検出精度に改善の余地がある。
　本開示の目的は、センサセルの検出精度を向上でき、かつ、酸素濃度検出セルの検出精度を向上できる排出ガスセンサ、排出ガスセンサの制御装置、及び、排出ガスセンサシステムを提供することにある。
　本開示の一態様による排出ガスセンサは、内燃機関の排出ガス中の酸素濃度を調整するポンプセルと、ポンプセルを通過した後の排出ガスから特定のガス成分の濃度を検出するセンサセルと、ポンプセルにより調整された酸素濃度を検出する第１セルと、第１セルより排出ガスの流れ方向の上流側に設けられ、酸素濃度を検出する第２セルと、を備える。
　同様に、本開示の一態様による排出ガスセンサの制御装置は、上記の排出ガスセンサの制御装置であって、排出ガスセンサの動作中に、第１セルにより検出される酸素濃度と、第２セルにより検出される酸素濃度との両方、または、いずれか一方に基づきポンプセルによる排出ガス中の酸素濃度の調整制御を行う。
　同様に、本開示の一態様による排出ガスセンサシステムは、上記の排出ガスセンサと、上記の制御装置と、を備える。
　これらの構成により、排出ガスセンサは、第１セルを用いることで、ポンプセルにより調整された酸素濃度を検出することができるので、センサセルにより近い位置における排出ガスの酸素濃度を検出することができ、センサセルによる特定ガス成分の濃度の検出精度を向上できる。また、第２セルを用いることで、第１セルより排出ガスの流れ方向の上流側、すなわち排出ガスをセンサ内に導入する入口側により近い位置における排出ガスの酸素濃度を検出することもでき、センサ内に導入される排出ガスの現実の酸素濃度を精度良く検出することができる。したがって、排出ガスセンサが酸素濃度検出用の２つのセル（第１セル、第２セル）を備えることによって、センサセルの検出精度を向上でき、かつ、酸素濃度検出セルの検出精度を向上できる。
図１は、第１実施形態に係る排出ガスセンサシステムの一例としてのＮＯｘセンサシステムの概略構成を示す図である。 図２は、図１中のＮＯｘセンサの内部構成を拡大視した模式図である。 図３は、酸素濃度検出セル出力の補正処理を示すフローチャートである。 図４は、過渡運転時のＮＯｘセンサの酸素濃度検出セル及びセンサセルの出力と、補正処理後の各セルの出力とを示すタイムチャートである。 図５は、第２実施形態に係るＮＯｘセンサの内部構成を拡大視した模式図である。 図６は、第３実施形態に係るＮＯｘセンサの内部構成を拡大視した模式図である。 図７は、第４実施形態に係るＮＯｘセンサの内部構成を拡大視した模式図である。 図８は、第５実施形態に係るＮＯｘセンサの内部構成を拡大視した模式図である。 図９は、第６実施形態に係るＮＯｘセンサの内部構成を拡大視した模式図である。 図１０は、第７実施形態において実施される酸素濃度検出セルの切り替え処理を示すフローチャートである。 図１１は、第７実施形態における酸素濃度検出セルの選択手法を説明するための図である。 図１２は、第８実施形態において実施される酸素濃度検出セルの切り替え処理を示すフローチャートである。 図１３は、第８実施形態において実施される酸素濃度検出セルの切り替え処理の他の形態を示すフローチャートである。 図１４は、第８実施形態における酸素濃度検出セルの選択手法を説明するための図である。
　以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
［第１実施形態］
　図１～４を参照して第１実施形態について説明する。第１実施形態では、内燃機関（エンジン）の排出ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する排出ガスセンサの一例として、排出ガス中のＮＯｘ濃度を計測するＮＯｘセンサを挙げて説明する。
　図１に示されるように、ＮＯｘセンサシステム１（排出ガスセンサシステム）は、ＮＯｘセンサ制御装置（以下、「ＮＯｘ検出装置１０」ともいう）と、ＮＯｘセンサ１００と、を備えている。ＮＯｘセンサシステム１は、ＮＯｘ検出装置１０によってＮＯｘセンサ１００の動作を制御することで、ＮＯｘセンサ１００のセンサ出力に基づき排出ガス中のＮＯｘ濃度及び酸素濃度の計測を行う。つまり、ＮＯｘ検出装置１０が、本実施形態における排出ガスセンサ（ＮＯｘセンサ）の制御装置に相当する。また、ＮＯｘセンサシステム１は、ＮＯｘ検出装置１０によってＮＯｘセンサ１００のセンサ出力の補正を行う。
　ＮＯｘ検出装置１０は、図示しないエンジン（内燃機関）を備える車両に搭載され、コネクタ等を介してＮＯｘセンサ１００に電気的に接続されている。
　また、ＮＯｘ検出装置１０は、図示しない車両側の制御装置（ＥＣＵ）に電気的に接続されている。ＥＣＵは、ＮＯｘ検出装置１０で補正された排出ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ濃度のデータを受信し、それに基づいてエンジンの運転状態の制御や触媒に蓄積されたＮＯｘの浄化などの処理を実行する。
　ＮＯｘ検出装置１０は、回路基板上にマイクロコンピュータ５１と制御回路５２とを備えている。マイクロコンピュータ５１はＮＯｘ検出装置１０の全体を制御する。また、特に本実施形態では、マイクロコンピュータ５１は、制御回路５２により計測されたＮＯｘセンサ１００のセンサ出力の出力補正を行う。出力補正の詳細については図３，４を参照して後述する。
　マイクロコンピュータ５１は、物理的には、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、信号入出力部、Ａ／Ｄコンバータ、およびクロック等を備え、ＲＯＭ等に予め格納されたプログラムがＣＰＵにより実行されることで後述する種々の機能を発揮することができる。
　制御回路５２は、ＮＯｘセンサ１００を制御すると共に、ＮＯｘセンサ１００に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２、第１電極間電圧Ｖｓ１、第２電極間電圧Ｖｓ２を検出してマイクロコンピュータ５１に出力する。
　次に、ＮＯｘセンサ１００の構成について説明する。ＮＯｘセンサ１００は、ＮＯｘセンサ素子１０１、ＮＯｘセンサ素子１０１を収容するハウジング、ＮＯｘセンサ素子１０１とＮＯｘ検出装置１０とを接続するためのコネクタ、およびＮＯｘセンサ素子１０１と接続されるリード線を含むものであるが、センサ自体の構成は公知である。そのため、以下では、ＮＯｘセンサ１００のうち図１に示すＮＯｘセンサ素子１０１の断面図を参照して説明する。
　ＮＯｘセンサ素子１０１は、第１固体電解質層１１１、絶縁層１４０、第２固体電解質層１２１、絶縁層１４５、第３固体電解質層１３１、および絶縁層１６２，１６３をこの順に積層した構造を有する。第１固体電解質層１１１と第２固体電解質層１２１との層間に第１測定室１５０が画成され、第１測定室１５０の入口（図１の左端）に配置された第１拡散抵抗体１５１を介して外部から被測定ガスＧＭが導入される。
　第１測定室１５０のうち入口と反対端には第２拡散抵抗体１５２が配置され、第２拡散抵抗体１５２を介して第１測定室１５０の右側には、第１測定室１５０と連通する第２測定室１６０が画成されている。第２測定室１６０は、第２固体電解質層１２１を貫通して第１固体電解質層１１１と第３固体電解質層１３１との層間に形成されている。
　絶縁層１６２，１６３の間にはＮＯｘセンサ素子１０１の長手方向に沿って延びる長尺板状のヒータ１６４が埋設されている。ヒータ１６４はガスセンサを活性温度に昇温し、固体電解質層の酸素イオンの伝導性を高めて、ガスセンサの動作を安定化させるために用いられる。
　絶縁層１４０，１４５はアルミナを主体とし、第１拡散抵抗体１５１および第２拡散抵抗体１５２はアルミナ等の多孔質物質からなる。また、ヒータ１６４は白金等からなる。
　第１ポンピングセル１１０（ポンプセル）は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第１固体電解質層１１１と、これを挟持するように配置された内側第１ポンピング電極１１３および対極となる外側第１ポンピング電極１１２とを備え、内側第１ポンピング電極１１３は第１測定室１５０に面している。内側第１ポンピング電極１１３および外側第１ポンピング電極１１２はいずれも白金を主体とし、各電極の表面は多孔質体からなる保護層１１４でそれぞれ覆われている。
　第１酸素濃度検出セル１２０（第１セル）は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質層１２１と、これを挟持するように配置された検知電極１２２および基準電極１２３とを備える。検知電極１２２は、内側第１ポンピング電極１１３より下流側で第１測定室１５０に面している。検知電極１２２および基準電極１２３は、いずれも白金を主体としている。
　なお、絶縁層１４５は、第２固体電解質層１２１に接する基準電極１２３が内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１７０を形成している。そして、第１酸素濃度検出セル１２０に制御回路５２を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室１５０から基準酸素室１７０内に送り込み、酸素基準とする。
　第２酸素濃度検出セル１８０（第２セル）は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質層１２１と、これを挟持するように配置された検知電極１８２および基準電極１８３とを備える。検知電極１８２は、内側第１ポンピング電極１１３より上流側で第１測定室１５０に面している。検知電極１８２および基準電極１８３は、いずれも白金を主体としている。
　なお、絶縁層１４５は、第２固体電解質層１２１に接する基準電極１８３が内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１９０を形成している。そして、第２酸素濃度検出セル１８０に制御回路５２を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室１５０から基準酸素室１９０内に送り込み、酸素基準とする。
　図１及び図２に示されるように、第２酸素濃度検出セル１８０は、第１測定室１５０内において、第１酸素濃度検出セル１２０より排出ガスの流れ方向の上流側に設けられている。また、第１酸素濃度検出セル１２０は、が、排出ガスの流れ方向に沿った上流側端部の位置が第１ポンピングセル１１０の下流側端部の位置より下流側になるよう設けられる。第２酸素濃度検出セル１８０は、排出ガスの流れ方向に沿った下流側端部の位置が第１ポンピングセル１１０の上流側端部の位置より上流側になるよう設けられる。
　第２ポンピングセル１３０（センサセル）は、ジルコニアを主体とする第３固体電解質層１３１と、第３固体電解質層１３１のうち第２測定室１６０に面した表面に配置された内側第２ポンピング電極１３３および対極となる第２ポンピング対電極１３２とを備えている。内側第２ポンピング電極１３３および第２ポンピング対電極１３２はいずれも白金を主体としている。
　なお、第２ポンピング対電極１３２は、第３固体電解質層１３１上における絶縁層１４５の切り抜き部に配置され、第１酸素濃度検出セル１２０の基準電極１２３に対向して基準酸素室１７０に面している。また、第２ポンピングセル１３０は、対電極１８１も備える。対電極１８１は、第３固体電解質層１３１上における絶縁層１４５の切り抜き部に配置され、第２酸素濃度検出セル１８０の基準電極１８３に対向して基準酸素室１９０に面している。
　そして、内側第１ポンピング電極１１３、検知電極１２２，１８２、内側第２ポンピング電極１３３はそれぞれ基準電位に接続されている。外側第１ポンピング電極１１２、基準電極１２３，１８３、第２ポンピング対電極１３２、対電極１８１は、制御回路５２に接続されている。ヒータ１６４は、制御回路５２に接続されている。
　制御回路５２は、以下のような機能を有する。
　制御回路５２は、内側第１ポンピング電極１１３および外側第１ポンピング電極１１２の間に第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給しつつ、その際の第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出する。このとき、内側第１ポンピング電極１１３および外側第１ポンピング電極１１２の間に電圧Ｖｐ１が生じる。
　制御回路５２は、第１酸素濃度検出セル１２０の検知電極１２２および基準電極１２３の間の第１電極間電圧Ｖｓ１を検出する。
　制御回路５２は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）と上記の第１電極間電圧Ｖｓ１とを比較する。そして、第１電極間電圧Ｖｓ１が上記基準電圧に等しくなるようにＩｐ１電流を制御し、ＮＯｘが分解しない程度に、第１測定室１５０内の酸素濃度を調整する。
　制御回路５２は、第１酸素濃度検出セル１２０の検知電極１２２および基準電極１２３の間に微弱な第１電流Ｉｃｐ１を流し、酸素を第１測定室１５０から基準酸素室１７０の内部に送り込み、基準電極１２３を基準となる所定の酸素濃度に晒させる。
　制御回路５２は、第２酸素濃度検出セル１８０の検知電極１８２および基準電極１８３の間の第２電極間電圧Ｖｓ２を検出する。
　制御回路５２は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）と上記の第２電極間電圧Ｖｓ２とを比較する。そして、第２電極間電圧Ｖｓ２が上記基準電圧に等しくなるようにＩｐ１電流を制御し、ＮＯｘが分解しない程度に、第１測定室１５０内の酸素濃度を調整する。
　制御回路５２は、第２酸素濃度検出セル１８０の検知電極１８２および基準電極１８３の間に微弱な第２電流Ｉｃｐ２を流し、酸素を第１測定室１５０から基準酸素室１９０の内部に送り込み、基準電極１８３を基準となる所定の酸素濃度に晒させる。
　制御回路５２は、内側第２ポンピング電極１３３と、第２ポンピング対電極１３２または対電極１８１との間に、被測定ガスＧＭ中のＮＯｘガスが酸素（Ｏ2）と窒素（Ｎ2）に分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。
　制御回路５２は、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室１６０から汲み出されるように第２ポンピングセル１３０に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。
　制御回路５２は、検出した第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２、第１電極間電圧Ｖｓ１、第２電極間電圧Ｖｓ２の値をマイクロコンピュータ５１に出力する。
　次に、制御回路５２を用いたＮＯｘセンサ１００の制御の一例について説明する。まず、エンジンが始動されて外部電源から電力の供給を受けると、制御回路５２を介してヒータ電圧Ｖｈが印加されたヒータ１６４が作動し、第１ポンピングセル１１０、第１酸素濃度検出セル１２０、第２酸素濃度検出セル１８０、第２ポンピングセル１３０を活性化温度まで加熱する。
　また、制御回路５２は、第１酸素濃度検出セル１２０の検知電極１２２および基準電極１２３の間に微弱な電流Ｉｃｐ１を流し、酸素を第１測定室１５０から基準酸素室１７０内に送り込み、酸素基準とする。または、制御回路５２は、第２酸素濃度検出セル１８０の検知電極１８２および基準電極１８３の間に微弱な電流Ｉｃｐ２を流し、酸素を第１測定室１５０から基準酸素室１９０内に送り込み、酸素基準とする。
　そして、各セル１１０，１２０，１８０，１３０が活性化温度まで加熱されると、第１ポンピングセル１１０は、第１測定室１５０に流入した被測定ガス（排出ガス）ＧＭ中の酸素を内側第１ポンピング電極１１３から外側第１ポンピング電極１１２へ向かって汲み出す。
　このとき、第１測定室１５０の内部の酸素濃度は、第１酸素濃度検出セル１２０の第１電極間電圧Ｖｓ１（端子間電圧Ｖｓ１）、または、第２酸素濃度検出セル１８０の第２電極間電圧Ｖｓ２（端子間電圧Ｖｓ２）に対応したものとなるため、第１電極間電圧Ｖｓ１または第２電極間電圧Ｖｓ２が上記基準電圧になるように、制御回路５２が第１ポンピングセル１１０に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御し、第１測定室１５０内の酸素濃度をＮＯｘができる限り分解しないように調整する。なお、第１ポンピング電流Ｉｐ１の制御のために用いる電圧値としては、第１電極間電圧Ｖｓ１または第２電極間電圧Ｖｓ２のいずれか一方を適宜選択して用いることもできるし、例えば両者の平均値を算出するなど両者を用いることもできる。図３，４を参照して後述するように、第１実施形態では、上流側の第２酸素濃度検出セル１８０の第２電極間電圧Ｖｓ２が基準電圧となるように第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御する。
　酸素濃度が調整された被測定ガスＧＭは第２測定室１６０に向かってさらに流れる。そして、制御回路５２は、第２ポンピングセル１３０の電極間電圧（端子間電圧）として、被測定ガスＧＭ中のＮＯｘガスが酸素とＮ2ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（酸素濃度検出セル１２０の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。そして、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室１６０から汲み出されるよう、第２ポンピングセル１３０に第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。この際、第２ポンピング電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には直線関係がある。したがって、制御回路５２が第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出することにより、マイクロコンピュータ５１は、この検出された第２ポンピング電流Ｉｐ２に基づき被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
　以上のように、本実施形態では、第１ポンピングセル１１０が「内燃機関の排出ガス中の酸素濃度を調整するポンプセル」に相当し、第２ポンピングセル１３０が「第１ポンピングセル１１０を通過した後の排出ガスから特定のガス成分の濃度としてのＮＯｘ濃度を検出するセンサセル」に相当する。第１酸素濃度検出セル１２０が「第１ポンピングセル１１０により調整された酸素濃度を検出する第１セル」に相当し、第２酸素濃度検出セル１８０が「第１酸素濃度検出セル１２０より上流側に設けられ、酸素濃度を検出する第２セル」に相当する。第１測定室１５０が「第１ポンピングセル１１０による酸素濃度の調整用の測定室」に相当する。
　第１実施形態に係るＮＯｘセンサ１００の効果について説明する。特許文献１に記載されるような従来の３セルタイプのＮＯｘセンサは、それぞれ単一のポンプセル、酸素濃度検出セル、センサセルを備える。この構成では、所定の酸素濃度に制御された排出ガスをセンサセルへ供給してセンサセルの検出精度を向上できるよう、酸素濃度検出セルがセンサセルの直前に設けられている。つまり、酸素濃度検出セルにより検出される酸素濃度は、ポンプセルによる酸素濃度制御が施された後のものであり、第１測定室の酸素濃度としては検出精度に改善の余地がある。また、排出ガスを第１測定室に導入する入口から酸素濃度検出セルまでの距離が長いため、第１測定室に導入される排出ガスの現実の酸素濃度と、酸素濃度検出セルにより検出される酸素濃度との間にタイムラグがあって酸素濃度の変動に対する即応性が悪く、ポンプセルによる酸素濃度制御の応答性にも改善の余地がある。
　このような問題の解決策として、酸素濃度検出セルをポンプセルより上流側に設けることが考えられる。これにより、ポンプセルによる酸素濃度制御が施される前の排出ガスの酸素濃度を検出でき、また、酸素濃度の変動に対する即応性も向上できる。しかし、この構成の場合、今度は酸素濃度検出セルとセンサセルとの間の距離が長くなってしまい、酸素濃度検出セルにより検出される酸素濃度と、センサセルに導入される直前の排出ガスの酸素濃度とに差異が生じる。つまり、排出ガスを所定の酸素濃度に制御してセンサセルへ供給するのが難しくなり、センサセルによるＮＯｘ濃度の検出精度が低下する虞がある。
　これに対して、第１実施形態に係るＮＯｘセンサ１００は、エンジンの排出ガス中の酸素濃度を調整するポンプセルとしての第１ポンピングセル１１０と、この第１ポンピングセル１１０を通過した後の排出ガスからＮＯｘ濃度を検出するセンサセルとしての第２ポンピングセル１３０と、第１ポンピングセル１１０により調整された酸素濃度を検出する第１酸素濃度検出セル１２０と、この第１酸素濃度検出セル１２０より排出ガスの流れ方向の上流側に設けられ、酸素濃度を検出する第２酸素濃度検出セル１８０と、を備える。
　この構成により、第１酸素濃度検出セル１２０を用いることで、第１ポンピングセル１１０により調整された酸素濃度を検出することができるので、第２測定室１６０の第２ポンピングセル１３０により近い位置における排出ガスの酸素濃度を検出することができ、第２ポンピングセル１３０によるＮＯｘ濃度の検出精度を向上できる。また、第２酸素濃度検出セル１８０を用いることで、第１酸素濃度検出セル１２０より排出ガスの流れ方向の上流側、すなわち排出ガスを第１測定室１５０内に導入する入口側（第１拡散抵抗体１５１）により近い位置における排出ガスの酸素濃度を検出することもでき、第１測定室１５０に導入される排出ガスの現実の酸素濃度を精度良く検出することができる。したがって、第１実施形態に係るＮＯｘセンサ１００は、２つの酸素濃度検出セル（第１酸素濃度検出セル１２０、第２酸素濃度検出セル１８０）を備えることによって、センサセル（第２ポンピングセル１３０）の検出精度を向上でき、かつ、酸素濃度検出セルの検出精度を向上できる。酸素濃度検出セルの検出精度が向上することにより、第１測定室１５０内の酸素濃度の変動に対する即応性も向上でき、ポンプセル（第１ポンピングセル１１０）による酸素濃度制御の応答性が向上する。
　また、第１実施形態に係るＮＯｘセンサ１００において、第１酸素濃度検出セル１２０及び第２酸素濃度検出セル１８０は共に、第１ポンピングセル１１０による酸素濃度の調整用の第１測定室１５０内に設けられる。
　この構成により、第１酸素濃度検出セル１２０と第２酸素濃度検出セル１８０との相対的な位置関係（第２酸素濃度検出セル１８０が第１酸素濃度検出セル１２０より排出ガスの流れ方向の上流側に設けられること）に基づき、第２酸素濃度検出セル１８０を入口側（第１拡散抵抗体１５１）により近い位置に配置できるので、第２酸素濃度検出セル１８０により検出される酸素濃度を、第１測定室１５０の排出ガスの現実の酸素濃度とより近いものにできる。
　また、第１実施形態に係るＮＯｘセンサ１００において、第１酸素濃度検出セル１２０は、排出ガスの流れ方向に沿った上流側端部の位置が第１ポンピングセル１１０の下流側端部の位置より下流側になるよう設けられ、また、第２酸素濃度検出セル１８０は、流れ方向に沿った下流側端部の位置が第１ポンピングセル１１０の上流側端部の位置より上流側になるよう設けられる。
　図１及び図２に示すように、第１ポンピングセル１１０は第１測定室１５０において排出ガスの流れ方向に沿った略中央部に配置される。したがって、上記構成により、第２酸素濃度検出セル１８０の設置位置を、第１拡散抵抗体１５１直後から第１ポンピングセル１１０の上流側端部までの領域に限定でき、流れ方向において第２酸素濃度検出セル１８０が第１ポンピングセル１１０と重畳しない位置とすることができる。これにより、第２酸素濃度検出セル１８０により検出される酸素濃度は、第１ポンピングセル１１０によって排出ガスから引かれる酸素の影響を受けず、第１ポンピングセル１１０により酸素濃度を調整される前のものとなるので、第１測定室１５０の排出ガスの現実の酸素濃度とより一層近いものにできる。また、第１酸素濃度検出セル１２０の設置位置を、第１ポンピングセル１１０の下流側端部から第２拡散抵抗体１５２手前までの領域に限定でき、流れ方向において第１酸素濃度検出セル１２０が第１ポンピングセル１１０と重畳しない位置とすることができる。これにより、第１酸素濃度検出セル１２０により検出される酸素濃度は、第１ポンピングセル１１０によって排出ガスから引かれる酸素の影響を受けず、第２測定室１６０の第２ポンピングセル１３０に導入される排出ガスの酸素濃度により近いものにできる。
　このように、第１実施形態に係るＮＯｘセンサ１００は、第１測定室１５０内の第１ポンピングセル１１０（ポンプセル）の上流側と下流側とにそれぞれ酸素濃度検出セル１８０，１２０を設けている。ＮＯｘ検出装置１０は、これらの２つの酸素濃度検出セル１８０，１２０を車両の運転状況などの各種条件に応じて使い分けたり、両者を併用することなどによって、酸素濃度の検出精度を向上させ、結果的にＮＯｘ濃度の検出精度を向上できる。ここでは、図３，４を参照して、ＮＯｘ検出装置１０により実施される、このような２つの酸素濃度セル１８０，１２０の出力を利用したＮＯｘセンサ１００の制御方法の一例を説明する。なお、以下の説明では、２つの酸素濃度検出セル１８０，１２０のうち、上流側に設置される第２酸素濃度検出セル１８０を「上流側セル１８０」とも表記し、下流側に設置される第１酸素濃度検出セル１２０を「下流側セル１２０」とも表記する。また、第１ポンピングセル１１０及び第２ポンピングセル１３０を、それぞれ「ポンプセル１１０」及び「センサセル１３０」とも表記する。
　図４に過渡時におけるＮＯｘセンサ１００の各セルの出力の一例を示す。図４中の（ａ）は上流側セル１８０の出力（第２電極間電圧Ｖｓ２）、（ｂ）は下流側セル１２０の出力（第１電極間電圧Ｖｓ１）、（ｃ）はセンサセル１３０の出力（第２ポンピング電流Ｉｐ２）の時間推移を示す。図４（ａ）～（ｃ）において過渡運転時の各セルの出力であり、図３に示す補正制御前の出力を実線で示し、補正制御後の各セルの出力を点線で示す。図４の（ａ），（ｂ）に実線で示すように、過渡運転時には、排出ガスの空燃比の変動が大きくなり、これに応じて上流側セル１８０及び下流側セル１２０の出力の変動も大きくなる傾向がある。このような上流側セル１８０または下流側セル１２０の出力を用いてポンプセル１１０による第１測定室１５０内の酸素濃度の調整制御を行っても、第１測定室１５０内の酸素濃度を安定化させることができず、この結果、図４の（ｃ）に実線で示すようにセンサセル１３０の出力も不安定となって大きく変動する。
　過渡時にセンサセル１３０によるＮＯｘ濃度の検出精度が悪化する大きな要因は、ポンプセル１１０の駆動状態が変動することにより、センサセル１３０に流入する排出ガスの酸素濃度が大きく変動することにあると考えられる。そこで、本実施形態では、センサセル１３０に流入する酸素濃度変動を下流側セル１２０で検知して、この検知結果に基づいて上流側セル１８０の出力を補正することで、ポンプセル１１０の駆動の暴れを抑制し、センサセル１３０に流入する酸素濃度変動を低減させる。
　図３にこのような補正制御の一例を示す。図３に示すフローチャートの一連の処理は、ＮＯｘ検出装置１０のマイクロコンピュータ５１によって、例えば所定周期ごとに実施される。
　図３の補正制御では、上流側セル１８０の出力を用いてポンプセル１１０の酸素濃度の調整の制御を行い、かつ、下流側セル１２０の変動幅に基づいて上流側セル１１０の出力を補正する。これにより、図４（ａ）に点線で示すように、ポンプセル１１０の制御に用いる上流側セル１８０の酸素濃度の振動を抑制し、この結果、図４（ｂ）に点線で示すように第２測定室１６０に導入する排出ガスの酸素濃度を安定化させ、図４（ｃ）に点線で示すように、センサセル１３０により検出されるＮＯｘ濃度も安定化させる。
　ステップＳ１０１では、エンジンが過渡運転中か否かが判定される。ＮＯｘ検出装置１０は、例えば上流側セル１８０の出力の変動幅が所定量以上のときや、エンジンの各種運転状態に関する情報に基づいて過渡運転中であることを判定することができる。また、ＮＯｘ検出装置１０は、ＮＯｘセンサ１００と同様にエンジンの排気系に設けられ、排出ガスの酸素濃度に対応する情報を検出できる他のセンサから取得した情報に基づいて過渡運転中であることを判定してもよい。ステップＳ１０１の判定の結果、過渡運転中の場合（ステップＳ１０１のＹｅｓ）にはステップＳ１０２に進み、そうでない場合（ステップＳ１０１のＮｏ）にはステップＳ１０６に進む。
　ステップＳ１０２では、上流側セル１８０及び下流側セル１２０から出力が検出される。具体的には、ＮＯｘ検出装置１０は、上記の第１酸素濃度検出セル１２０の第１電極間電圧Ｖｓ１と、第２酸素濃度検出セル１８０の第２電極間電圧Ｖｓ２とを各セルから取得する。ステップＳ１０２の処理が完了するとステップＳ１０３に進む。
　ステップＳ１０３では、下流側セル１２０の出力の変動幅に基づき補正量が決定される。ここで出力の変動幅とは、例えば図４の（ｂ）に示すように、下流側セル１２０の出力の所定期間内の上限値と下限値との差分を用いることができる。また、補正量は、例えば、変動幅の大小に応じてその大小を決定することができる。ステップＳ１０３の処理が完了するとステップＳ１０４に進む。
　ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３にて決定された補正量を用いて上流側セル１８０の出力が補正される。例えば、第２電極間電圧Ｖｓ２の振動が激しく、変動幅が大きい場合には、この変動幅を減らすように補正量を１以下の数値に設定し、第２電極間電圧Ｖｓ２にこの補正量を乗ずることによって、出力の変動幅を相対的に低減させることができる。ステップＳ１０４の処理が完了するとステップＳ１０５に進む。
　ステップＳ１０５では、補正後の上流側セル１８０の出力を用いてポンプセル１１０による酸素濃度の調整制御が実施される。ステップＳ１０５の処理が完了すると本制御フローを終了する。
　ステップＳ１０６では、ステップＳ１０１にて過渡運転中ではなく通常運転中と判定されたので、図４に示すような酸素濃度セル１８０，１２０の出力の変動は発生しにくいと判断し、補正処理は行われず、上流側セル１８０の出力をそのまま使ってポンプセル１１０による酸素濃度の調整制御が実施される。ステップＳ１０６の処理が完了すると本制御フローを終了する。
　このように、第１実施形態に係るＮＯｘ検出装置１０は、上記のＮＯｘセンサ１００の動作中に、下流側セル１２０により検出される酸素濃度と、上流側セル１８０により検出される酸素濃度との両方に基づきポンプセル１１０による排出ガス中の酸素濃度の調整制御を行う。
　この構成により、上流側セル１８０により高精度に検出される第１測定室１５０内の排出ガスの酸素濃度の情報と、下流側セル１２０により高精度に検出されるセンサセル１３０直前の酸素濃度の情報と、の両方を用いてポンプセル１１０を制御できるので、ポンプセル１１０による排出ガス中の酸素濃度の調整をより一層適切に行うことができる。また、ＮＯｘ検出装置１０は、上記のＮＯｘセンサ１００の動作中に上流側セル１８０及び下流側セル１２０の出力を常時検出し、両者の出力を監視するので、ＮＯｘセンサ１００の動作状態を詳細に監視することができ、ＮＯｘセンサ１００による各種制御を高精度に行うことが可能となる。
　また、第１実施形態に係るＮＯｘ検出装置１０は、車両が過渡運転中のとき、下流側セル１２０の出力に応じて、上流側セル１８０の出力を補正し、上流側セル１８０により検出される補正後の酸素濃度に基づきポンプセル１１０による排出ガス中の酸素濃度の調整制御を行う。
　この構成により、センサセル１３０に流入する酸素濃度変動を下流側セル１２０で検知して、この検知結果に基づいて上流側セル１８０の出力を補正することで、ポンプセル１１０の駆動の暴れを抑制し、センサセル１３０に流入する酸素濃度変動を低減できるので、過渡運転時においてもＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度の検出を精度良く行うことができる。
　なお、第１実施形態では、下流側セル１２０により検出される酸素濃度と、上流側セル１８０により検出される酸素濃度との両方に基づきポンプセル１１０による排出ガス中の酸素濃度の調整制御を行う構成の一例として、下流側セル１２０の出力に応じて上流側セル１８０の出力を補正する構成を例示したが、他の構成を適用することも可能である。例えば、上流側セル１８０の出力と下流側セル１２０の出力との平均値を算出してこの平均値を用いてポンプセル１１０の制御を行う構成や、上流側セル１８０の出力と下流側セル１２０の出力とを入力情報とする所定の関数により制御量を算出し、この制御量を用いてポンプセル１１０の制御を行う構成としてもよい。
［第２実施形態］
　図５を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第２酸素濃度検出セル１８０の流れ方向の位置が第１実施形態と異なる。図５に示すように、第２酸素濃度検出セル１８０は、排出ガスの流れ方向において第１ポンピングセル１１０の上流側端部と重畳する位置に設けられる。
　言い換えると、第２酸素濃度検出セル１８０は、排出ガスの流れ方向に沿った下流側端部から少なくとも一部分が、第１ポンピングセル１１０の上流側端部の位置より下流側へ入り込んでいる。さらに言い換えると、第２酸素濃度検出セル１８０は、その下流側端部が第１ポンピングセル１１０の上流側端部と同一となる位置から、図５に示すように、その上流側端部が第１ポンピングセル１１０の上流側端部と同一となる位置までの間の領域に配置される。
　第２実施形態においても、２つの酸素濃度検出セル（第１酸素濃度検出セル１２０、第２酸素濃度検出セル１８０）を備え、第２酸素濃度検出セル１８０が、第１測定室１５０内において第１酸素濃度検出セル１２０より排出ガスの流れ方向の上流側に設けられ、第１実施形態と同様の構成であるので、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第２実施形態の構成においても、第１実施形態のＮＯｘ検出装置１０による制御を同様に実施できる。
［第３実施形態］
　図６を参照して第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１酸素濃度検出セル１２０の流れ方向の位置が第１実施形態と異なる。図６に示すように、第１酸素濃度検出セル１２０は、排出ガスの流れ方向において第１ポンピングセル１１０の下流側端部と重畳する位置に設けられる。
　言い換えると、第１酸素濃度検出セル１２０は、図６に示すように、排出ガスの流れ方向に沿った上流側端部から少なくとも一部分が、第１ポンピングセル１１０の下流側端部の位置より上流側へ入り込んでいる。さらに言い換えると、第１酸素濃度検出セル１２０は、その上流側端部が第１ポンピングセル１１０の下流側端部と同一となる位置から、その下流側端部が第１ポンピングセル１１０の下流側端部と同一となる位置までの間の領域に配置される。
　第３実施形態においても、２つの酸素濃度検出セル（第１酸素濃度検出セル１２０、第２酸素濃度検出セル１８０）を備え、第２酸素濃度検出セル１８０が、第１測定室１５０内において第１酸素濃度検出セル１２０より排出ガスの流れ方向の上流側に設けられ、第１実施形態と同様の構成であるので、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第３実施形態の構成においても、第１実施形態のＮＯｘ検出装置１０による制御を同様に実施できる。
［第４実施形態］
　図７を参照して第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第１酸素濃度検出セル１２０及び第２酸素濃度検出セル１８０の流れ方向の位置が共に第１実施形態と異なる。図７に示すように、第１酸素濃度検出セル１２０は、排出ガスの流れ方向において第１ポンピングセル１１０の下流側端部と重畳する位置に設けられ、また、第２酸素濃度検出セル１８０は、排出ガスの流れ方向において第１ポンピングセル１１０の上流側端部と重畳する位置に設けられる。
　言い換えると、第１酸素濃度検出セル１２０は、排出ガスの流れ方向に沿った上流側端部から少なくとも一部分が、第１ポンピングセル１１０の下流側端部の位置より上流側へ入り込んでおり、第２酸素濃度検出セル１８０は、排出ガスの流れ方向に沿った下流側端部から少なくとも一部分が、第１ポンピングセル１１０の上流側端部の位置より下流側へ入り込んでいる。
　第４実施形態においても、２つの酸素濃度検出セル（第１酸素濃度検出セル１２０、第２酸素濃度検出セル１８０）を備え、第２酸素濃度検出セル１８０が、第１測定室１５０内において第１酸素濃度検出セル１２０より排出ガスの流れ方向の上流側に設けられ、第１実施形態と同様の構成であるので、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第４実施形態の構成においても、第１実施形態のＮＯｘ検出装置１０による制御を同様に実施できる。
［第５実施形態］
　図８を参照して第５実施形態について説明する。第５実施形態は、第１酸素濃度検出セル１２０及び第２酸素濃度検出セル１８０の流れ方向の位置が共に第１実施形態と異なる。図８に示すように、第１酸素濃度検出セル１２０は、排出ガスの流れ方向に沿った下流側端部の位置が第１ポンピングセル１１０の上流側端部の位置より上流側になるよう設けられ、第２酸素濃度検出セル１８０は、前記流れ方向に沿った上流側端部の位置が第１ポンピングセル１１０の下流側端部の位置より下流側になるよう設けられる。
　言い換えると、第１酸素濃度検出セル１２０及び第２酸素濃度検出セル１８０が共に、排出ガスの流れ方向に沿って第１ポンピングセル１１０と完全に重畳している。さらに言い換えると、第１酸素濃度検出セル１２０は、排出ガスの流れ方向に沿ってその全体が第１ポンピングセル１１０の下流側端部の位置より上流側へ入り込んでおり、第２酸素濃度検出セル１８０は、排出ガスの流れ方向に沿ってその全体が第１ポンピングセル１１０の上流側端部の位置より下流側へ入り込んでいる。
　第５実施形態においても、２つの酸素濃度検出セル（第１酸素濃度検出セル１２０、第２酸素濃度検出セル１８０）を備え、第２酸素濃度検出セル１８０が、第１測定室１５０内において第１酸素濃度検出セル１２０より排出ガスの流れ方向の上流側に設けられ、第１実施形態と同様の構成であるので、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第５実施形態の構成においても、第１実施形態のＮＯｘ検出装置１０による制御を同様に実施できる。
［第６実施形態］
　図９を参照して第６実施形態について説明する。第６実施形態は、第１酸素濃度検出セル１２０の流れ方向の位置が第１実施形態と異なる。図９に示すように、第１酸素濃度検出セル１２０は、上記実施形態とは異なり第１測定室１５０ではなく、第１測定室１５０より下流側にこの第１測定室１５０と連通して配置される第２測定室１６０に設けられている。第２測定室１６０は、第２ポンピングセル１３０（センサセル１３０）によるＮＯｘ濃度の検出用の測定室である。
　第６実施形態においても、２つの酸素濃度検出セル（第１酸素濃度検出セル１２０、第２酸素濃度検出セル１８０）を備え、第２酸素濃度検出セル１８０が、第１測定室１５０内において第１酸素濃度検出セル１２０より排出ガスの流れ方向の上流側に設けられ、第１実施形態と同様の構成であるので、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第６実施形態の構成においても、第１実施形態のＮＯｘ検出装置１０による制御を同様に実施できる。
　さらに、第６実施形態では、第１酸素濃度検出セル１２０が、センサセル１３０と同じ第２測定室１６０内に設置され、第２ポンピングセル１３０により近い位置における排出ガスの酸素濃度を検出することができるので、第２ポンピングセル１３０によるＮＯｘ濃度の検出精度をさらに向上できる。
［第７実施形態］
　図１０及び図１１を参照して第７実施形態について説明する。第７実施形態は、ＮＯｘ検出装置１０により実施される、２つの酸素濃度セル１８０，１２０の出力を利用したＮＯｘセンサ１００の制御方法が第１実施形態と異なる。
　第７実施形態では、ＮＯｘ検出装置１０は、ＮＯｘセンサ１００の動作中に、第１酸素濃度検出セル１２０（下流側セル１２０）により検出される酸素濃度、及び、第２酸素濃度検出セル１８０（上流側セル１８０）により検出される酸素濃度のいずれか一方に基づき、ポンプセル１１０による排出ガス中の酸素濃度の調整制御を行う。言い換えると、ＮＯｘ検出装置１０は、エンジンの運転状態等に応じて、ポンプセル１１０の制御に用いる酸素濃度の情報を、上流側セル１８０から取得するか、または、下流側セル１２０から取得するかを切り替える。
　図１１を参照して運転状態に応じたこの切替制御について説明する。ここでは、切替の判断基準となる運転状態の一例として過渡運転時と定常運転時での切り替えを挙げる。図１１の横軸は時間、縦軸は排出ガスのＡ／Ｆ値（空燃比または酸素濃度）を示す。図１１に示すように、定常運転時にはＡ／Ｆ値は変動が少なく安定して推移するのに対して、過渡運転時にはＡ／Ｆ値は相対的に大きく変動する傾向がある。上流側セル１８０または下流側セル１２０のどちらの出力をポンプセル１１０の制御に優先的に用いるべきかはＡ／Ｆ値に応じて変化する。以下図１０のフローチャートに沿って説明する。図１０に示すフローチャートの一連の処理は、ＮＯｘ検出装置１０のマイクロコンピュータ５１によって、例えば所定周期ごとに実施される。
　ステップＳ２０１では、エンジンが過渡運転中か否かが判定される。ＮＯｘ検出装置１０は、例えば上流側セル１８０により検出される酸素濃度の情報に基づき過渡運転中か否かを判定でき、例えば、上流側セル１８０の出力の変動幅が所定量以上のとき過渡運転中であることを判定することができる。また、ＮＯｘ検出装置１０は、ＮＯｘセンサ１００と同様にエンジンの排気系に設けられ、排出ガスの酸素濃度に対応する情報を検出できる他のセンサから取得した情報に基づいて過渡運転中であることを判定してもよく、この場合、例えばセンサ出力の変動幅が所定量以上のとき過渡運転中であることを判定することができる。また、ＮＯｘ検出装置１０は、エンジンの各種運転状態に関する情報に基づいて過渡運転中であることを判定してもよい。ステップＳ２０１の判定の結果、過渡運転中の場合（ステップＳ２０１のＹｅｓ）にはステップＳ２０２に進み、そうでない場合（ステップＳ２０１のＮｏ）にはステップＳ２０３に進む。
　ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１にて過渡運転中と判定されたので、上流側セル１８０の出力でポンプセル制御が行われる。図１１に示すように、過渡運転時には、Ａ／Ｆの変動が大きく、ＮＯｘセンサ１００に導入される排出ガスの酸素濃度も大きく変動するので、ポンプセル１１０による酸素濃度の調整制御に対する即応性の要求が高くなる。そこでこの場合、ＮＯｘ濃度の検出精度より酸素濃度の検出精度を優先させるべく、上流側セル１８０が選択される。ステップＳ２０２の処理が完了すると本制御フローを終了する。
　ステップＳ２０３では、ステップＳ２０１にて定常運転中と判定されたので、下流側セル１２０の出力でポンプセル制御が行われる。図１１に示すように、定常運転時には、Ａ／Ｆの変動が小さく、ＮＯｘセンサ１００に導入される排出ガスの酸素濃度も大きく変動することがないので、ポンプセル１１０による酸素濃度の調整制御に対する即応性の要求は低い。そこでこの場合、酸素濃度の検出精度よりＮＯｘ濃度の検出精度を優先させるべく、下流側セル１２０が選択される。ステップＳ２０３の処理が完了すると本制御フローを終了する。
　このように、ＮＯｘセンサ１００の動作中に、第１酸素濃度検出セル１２０（下流側セル１２０）により検出される酸素濃度、及び、第２酸素濃度検出セル１８０（上流側セル１８０）により検出される酸素濃度のいずれか一方に基づき、ポンプセル１１０による排出ガス中の酸素濃度の調整制御を行うことにより、個々の酸素濃度検出セルの使用頻度を抑制でき、ＮＯｘセンサ１００の消費電力やエンジン燃費改善が可能となり、また、ＮＯｘセンサ１００の耐久劣化を抑制できる。
　また、過渡運転中か否かの判定に他センサにより検出される酸素濃度の情報を利用し、この情報に応じて下流側セル１２０により検出される酸素濃度、及び、上流側セル１８０により検出される酸素濃度から、ポンプセル１１０による調整制御に用いる酸素濃度が選択される場合、高応答で適切なセルの選択が可能となる。
　また、過渡運転中か否かの判定に上流側セル１８０により検出される酸素濃度の情報を利用し、この情報に応じて下流側セル１２０により検出される酸素濃度、及び、上流側セル１８０により検出される酸素濃度から、ポンプセル１１０による調整制御に用いる酸素濃度が選択される場合、別途のセンサ設置が不要となり製造コストを低減できる。
　なお、本実施形態では、エンジンの運転状態等に応じて、ポンプセル１１０の制御に用いる酸素濃度の情報を、上流側セル１８０から取得するか、または、下流側セル１２０から取得するかを切り替える構成において、切替の判断基準となる運転状態の一例として過渡運転時と定常運転時での切り替えを挙げたが、例えば、排出ガスのＡ／Ｆがリーン時とリッチ時とで切り替えるなど他の構成を適用することも可能である。
［第８実施形態］
　図１２～図１４を参照して第８実施形態について説明する。第８実施形態は、第７実施形態に示したエンジンの運転状態等に応じて、ポンプセル１１０の制御に用いる酸素濃度の情報を、上流側セル１８０から取得するか、または、下流側セル１２０から取得するかを切り替える制御の他の形態を示すものである。
　図１２のフローチャートは、排出ガスのＡ／Ｆ値（酸素濃度）に応じて優先すべきセルを上流側セル１８０と下流側セル１２０から選択する構成を示す。図１２及び図１３に示すフローチャートの一連の処理は、ＮＯｘ検出装置１０のマイクロコンピュータ５１によって、例えば所定周期ごとに実施される。
　ステップＳ３０１では、Ａ／Ｆ値を検出可能であるか否かが判定される。具体的にはＡ／Ｆ値を取得する対象が動作中であるか否かが判定される。この対象としては、例えば第７実施形態と同様に、ＮＯｘセンサ１００と同様にエンジンの排気系に設けられ、排出ガスのＡ／Ｆ値に対応する情報を検出できる他のセンサ、または、上流側セル１８０を含む。ステップＳ３０１の判定の結果、対象がＡ／Ｆ値を検出可能である場合（ステップＳ３０１のＹｅｓ）にはステップＳ３０２に進み、そうでない場合（ステップＳ３０１のＮｏ）には本制御フローを終了する。
　ステップＳ３０２では、計測対象から排出ガスのＡ／Ｆ値が取得される。ステップＳ３０２の処理が完了するとステップＳ３０３に進む。
　ステップＳ３０３では、Ａ／Ｆ値が閾値以上であるか否かが判定される。Ａ／Ｆ値が閾値以上のとき（ステップＳ３０３のＹｅｓ）ステップＳ３０４に進み、そうでない場合（ステップＳ３０３のＮｏ）にはステップＳ３０５に進む。
　ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３にて排出ガスのＡ／Ｆ値が閾値以上と判定され、排出ガスの空燃比がリーン状態であるので、下流側の第１酸素濃度検出セル１２０（下流側セル１２０）の出力が優先され、ポンプセル１１０による調整制御に用いる酸素濃度として、下流側セル１２０により検出される酸素濃度が選択される。Ａ／Ｆがリーンであるときは、排出ガス中の酸素濃度が高いため、ポンプセル１１０で引き切れずに排出ガスに残留した酸素（残留Ｏ2）がセンサセル１２０に流入し、ＮＯｘ濃度の検出精度が悪化する要因となりうる。そこでこの場合、酸素濃度の検出精度よりＮＯｘ濃度の検出精度を優先させるべく、下流側セル１２０が選択される。ステップＳ３０４の処理が完了すると本制御フローを終了する。
　一方、ステップＳ３０５では、ステップＳ３０３にて排出ガスのＡ／Ｆ値が閾値より小さいと判定され、排出ガスの空燃比がリッチ状態またはストイキ状態であるので、上流側の第２酸素濃度検出セル１８０（上流側セル１８０）の出力が優先され、ポンプセル１１０による調整制御に用いる酸素濃度として、上流側セル１８０により検出される酸素濃度が選択される。Ａ／Ｆがリッチまたはストイキであるときは、ＮＯｘの排出量が少ないこと、また、センサセル１２０に流入する残留Ｏ2が少ないことから、ＮＯｘ濃度の検出精度より酸素濃度の検出精度を優先させるべく、上流側セル１８０が選択される。ステップＳ３０５の処理が完了すると本制御フローを終了する。
　図１３のフローチャートは、排出ガスの空気過剰率λに応じて優先すべきセルを上流側セル１８０と下流側セル１２０から選択する構成を示す。まず空気過剰率λによる切り替えについて図１４を参照して説明する。図１４の横軸は時間、縦軸は排出ガスの空気過剰率λを示す。図１４に示すように、排出ガスの空燃比がリッチ状態またはストイキ状態の場合には、空気過剰率λは１以下となるのに対して、排出ガスの空燃比がリーン状態の場合には空気過剰率λは１以上となる。図１４の例では、排出ガスがリッチまたはストイキ状態の場合には上流側セル１８０が選択され、排出ガスがリーン状態の場合には下流側セルが選択される。
　図１３のステップＳ４０１，Ｓ４０２は、図１２のステップＳ３０１，Ｓ３０２と同様の処理なので説明を省略する。
　ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２にて取得されたＡ／Ｆ値の空気過剰率λが所定の閾値（ここでは１）以上であるか否かが判定される。空気過剰率λが閾値以上のとき（ステップＳ４０３のＹｅｓ）ステップＳ４０４に進み、そうでない場合（ステップＳ４０３のＮｏ）にはステップＳ４０５に進む。
　ステップＳ４０４では、ステップＳ４０３にて排出ガスの空気過剰率λが閾値以上と判定され、排出ガスの空燃比がリーン状態であるので、下流側の第１酸素濃度検出セル１２０（下流側セル１２０）の出力が優先され、ポンプセル１１０による調整制御に用いる酸素濃度として、下流側セル１２０により検出される酸素濃度が選択される。ステップＳ４０４の処理が完了すると本制御フローを終了する。
　一方、ステップＳ４０５では、ステップＳ４０３にて排出ガスの空気過剰率λが閾値より小さいと判定され、排出ガスの空燃比がリッチ状態またはストイキ状態であるので、上流側の第２酸素濃度検出セル１８０（上流側セル１８０）の出力が優先され、ポンプセル１１０による調整制御に用いる酸素濃度として、上流側セル１８０により検出される酸素濃度が選択される。ステップＳ４０５の処理が完了すると本制御フローを終了する。
　なお、図１２～１４の例では、排出ガスがリーン状態のときに下流側セル１２０を選択し、リッチまたはストイキ状態のときに上流側セル１８０を選択する構成を例示したが、例えば、触媒劣化時やフューエルカット時など特殊な運転領域においては、上記の例とは逆にリーン状態のときに上流側セル１８０を選択し、リッチまたはストイキ状態のときに下流側セル１２０を選択する構成とすることもできる。
　以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims (17)

  1. 　内燃機関の排出ガス中の酸素濃度を調整するポンプセル（１１０）と、
    　前記ポンプセルを通過した後の前記排出ガスから特定のガス成分の濃度を検出するセンサセル（１３０）と、
    　前記ポンプセルにより調整された前記酸素濃度を検出する第１セル（１２０）と、
    　前記第１セルより前記排出ガスの流れ方向の上流側に設けられ、前記酸素濃度を検出する第２セル（１８０）と、
    を備える排出ガスセンサ（１００）。
  2. 　前記第１セル及び前記第２セルが、前記ポンプセルによる前記酸素濃度の調整用の測定室（１５０）内に設けられる、
    請求項１に記載の排出ガスセンサ。
  3. 　前記第１セルは、前記流れ方向に沿った下流側端部の位置が前記ポンプセルの下流側端部の位置より下流側になるよう設けられ、
    　前記第２セルは、前記流れ方向に沿った上流側端部の位置が前記ポンプセルの上流側端部の位置より上流側になるよう設けられる、
    請求項２に記載の排出ガスセンサ。
  4. 　前記第１セルは、前記流れ方向に沿った上流側端部の位置が前記ポンプセルの下流側端部の位置より下流側になるよう設けられ、
    　前記第２セルは、前記流れ方向に沿った下流側端部の位置が前記ポンプセルの上流側端部の位置より上流側になるよう設けられる、
    請求項３に記載の排出ガスセンサ。
  5. 　前記第１セルは、前記流れ方向に沿った上流側端部の位置が前記ポンプセルの下流側端部の位置より下流側になるよう設けられ、
    　前記第２セルは、前記流れ方向において前記ポンプセルの上流側端部と重畳する位置に設けられる、
    請求項３に記載の排出ガスセンサ。
  6. 　前記第１セルは、前記流れ方向において前記ポンプセルの下流側端部と重畳する位置に設けられ、
    　前記第２セルは、前記流れ方向に沿った下流側端部の位置が前記ポンプセルの上流側端部の位置より上流側になるよう設けられる、
    請求項３に記載の排出ガスセンサ。
  7. 　前記第１セルは、前記流れ方向において前記ポンプセルの下流側端部と重畳する位置に設けられ、
    　前記第２セルは、前記流れ方向において前記ポンプセルの上流側端部と重畳する位置に設けられる、
    請求項３に記載の排出ガスセンサ。
  8. 　前記第１セルは、前記流れ方向に沿った下流側端部の位置が前記ポンプセルの上流側端部の位置より上流側になるよう設けられ、
    　前記第２セルは、前記流れ方向に沿った上流側端部の位置が前記ポンプセルの下流側端部の位置より下流側になるよう設けられる、
    請求項２に記載の排出ガスセンサ。
  9. 　前記第２セルが、前記ポンプセルによる前記酸素濃度の調整用の第１測定室（１５０）内に設けられ、
    　前記第１セルが、前記第１測定室より下流側に前記第１測定室と連通して配置される、前記センサセルによる前記ガス成分濃度の検出用の第２測定室（１６０）に設けられる、
    請求項１に記載の排出ガスセンサ。
  10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載の排出ガスセンサ（１００）の制御装置（１０）であって、
    　前記排出ガスセンサの動作中に、前記第１セルにより検出される酸素濃度と、前記第２セルにより検出される酸素濃度との両方に基づき前記ポンプセルによる前記排出ガス中の酸素濃度の調整制御を行う、
    排出ガスセンサの制御装置。
  11. 　前記内燃機関が過渡運転中のとき、下流側の前記第１セルの出力に応じて上流側の前記第２セルの出力を補正し、前記第２セルにより検出される補正後の酸素濃度に基づき前記ポンプセルによる前記排出ガス中の酸素濃度の調整制御を行う、
    請求項１０に記載の排出ガスセンサの制御装置。
  12. 　請求項１～９のいずれか１項に記載の排出ガスセンサの制御装置であって、
    　前記排出ガスセンサの動作中に、前記第１セルにより検出される酸素濃度、及び、前記第２セルにより検出される酸素濃度のいずれか一方に基づき前記ポンプセルによる前記排出ガス中の酸素濃度の調整制御を行う、
    排出ガスセンサの制御装置。
  13. 　前記内燃機関に設けられる、前記排出ガスセンサとは別のセンサにより検出された前記排出ガスの酸素濃度に関する情報に応じて、前記第１セルにより検出される酸素濃度、及び、前記第２セルにより検出される酸素濃度から、前記ポンプセルによる前記調整制御に用いる酸素濃度を選択する、
    請求項１２に記載の排出ガスセンサの制御装置。
  14. 　前記第２セルにより検出された酸素濃度に応じて、前記第１セルにより検出される酸素濃度、及び、前記第２セルにより検出される酸素濃度から、前記ポンプセルによる前記調整制御に用いる酸素濃度を選択する、
    請求項１２に記載の排出ガスセンサの制御装置。
  15. 　前記情報が閾値より小さいとき、前記ポンプセルによる前記調整制御に用いる酸素濃度として、上流側の前記第２セルにより検出される酸素濃度を選択し、
    　前記情報が前記閾値以上のとき、下流側の前記第１セルにより検出される酸素濃度を選択する、
    請求項１３または１４に記載の排出ガスセンサの制御装置。
  16. 　前記情報から導出される空気過剰率が閾値より小さいとき、前記ポンプセルによる前記調整制御に用いる酸素濃度として、上流側の前記第２セルにより検出される酸素濃度を選択し、
    　前記空気過剰率が前記閾値以上のとき、下流側の前記第１セルにより検出される酸素濃度を選択する、
    請求項１３または１４に記載の排出ガスセンサの制御装置。
  17. 　請求項１～９のいずれか１項に記載の排出ガスセンサ（１００）と、
    　請求項１０～１６のいずれか１項に記載の制御装置（１０）と、
    を備える排出ガスセンサシステム（１）。
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Citations (4)

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