JP2004028925A

JP2004028925A - Nox measuring apparatus and output correction method of nox sensor

Info

Publication number: JP2004028925A
Application number: JP2002188902A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Inoue; 井上　義規; Shinji Kumazawa; 熊澤　真治; Akihiro Kobayashi; 小林　章弘
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a NOx measuring apparatus having little variance among individuals and an output correction method of a sensor. <P>SOLUTION: This NOx measuring apparatus is provided with a first measuring chamber 5 to which the gas to be detected is introduced, a second measuring chamber 6 communicated with the first measuring chamber 5, a first oxygen pump cell 1 in which the current Ip1 corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected flows, a second oxygen pump cell 2 in which the current Ip2 corresponding to the oxygen concentration in the gas to be detected flows, a NOx sensor element provided with a oxygen partial pressure detecting cell 3, a first oxygen pump cell control means 20 which is connected to the oxygen partial pressure detecting cell 3 and the first oxygen pump cell 1, controls the current Ip1 based on the detecting output of the oxygen partial pressure detecting cell 3 and controls the oxygen concentration in the first measuring chamber 5, a second oxygen pump cell control means 22 which controls such that the current Ip2 corresponding to the NOx concentration flows by applying a prescribed voltage to the second oxygen pump cell 2, a storage means for storing the gain value and the offset value of the current Ip2, and a means for generate NOx concentration detecting signal based on the values. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯｘ測定装置及びＮＯｘセンサの出力補正方法に関し、特に、ＮＯｘセンサのソフトウェアによる出力補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排ガス規制の強化に伴い、エンジン等の排ガス中の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、ＺｒＯ_２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ＮＯｘ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、ＣＯ等の妨害ガスの影響を受けずにＮＯｘ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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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って、その濃度はｐｐｍオーダである。また、製造されたＮＯｘセンサ素子には僅かな個体差がある。したがって、従来、ｐｐｍオーダのＮＯｘ濃度を正確に測定するためには、ＮＯｘセンサ素子を実機に取付ける前に、全数のＮＯｘセンサ素子をモデルガスに晒して、出力されたＮＯｘ濃度検出信号及び酸素濃度検出信号を検出し、これらの検出信号の大きさに応じて各種の補正抵抗値を求め、求められた各種補正抵抗値に近い抵抗値を有する各種の補正抵抗をＮＯｘセンサ素子の制御回路に付加している。図５は、このような従来例に係る補正抵抗を有するＮＯｘ測定装置の構成を説明するための図である。
【０００４】
図５を参照すると、ＮＯｘセンサ素子１００は、ＮＯｘセンサ素子１００の個体毎に選択された三種の補正抵抗が装填されたコネクタ１０１を介して、コントローラ１０２に接続され、三種の補正抵抗により補正されたアナログ信号であるＮＯｘ濃度検出信号及び酸素濃度検出信号がコントローラ１０２に入力される。
【０００５】
しかしながら、前記従来の補正抵抗を用いた補正方法によれば、市販されている抵抗の抵抗値は、とびとびの度合いが大きく、ＮＯｘ測定装置の個体間でＮＯｘ濃度検出信号の大きさにバラツキが発生するという問題がある。また、図５を参照すると、補正抵抗及びその取付けコストが増大したり、リード線の本数が増加するという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は、ＮＯｘ濃度検出信号に関して、個体間のバラツキが少ないＮＯｘ測定装置及びＮＯｘセンサの出力補正方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の視点において、被検ガス中の酸素濃度に応じた電流（「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、ＮＯｘ濃度に応じた第２酸素ポンプ電流が流れる第２酸素ポンプセルと、を備えるＮＯｘセンサ素子と、予め求められている前記第２酸素ポンプ電流の大きさとＮＯｘ濃度の関係を示す前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値、及び予め求められているＮＯｘ濃度がゼロのときの前記第２酸素ポンプ電流の大きさを示す前記第２酸素ポンプ電流のオフセット値を記憶する記憶手段と、前記第２酸素ポンプ電流と、前記記憶されている前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値及び前記第２酸素ポンプ電流のオフセット値に基づいて、ＮＯｘ濃度検出信号を生成する手段と、を備えるコントローラと、を有するＮＯｘ測定装置を提供する。
【０００８】
具体的には、ＮＯｘの影響を排除するために、ＮＯｘを含有しないガスを用いて、前記関係を求めておく。
【０００９】
予め、実験により、例えば図１（Ｃ）に示す様に、酸素濃度をパラメータとして、Ｉｐ１電流の酸素濃度（酸素濃度）との関係を求めておく。
【００１０】
第２酸素ポンプ電流のオフセット値は、ＮＯｘの影響を排除するために、ＮＯｘを含有しないガスを用いて求めることができる。つまり、ＮＯｘを含有しないガスを用いて第２ポンプ電流Ｉｐ２を測定すれば、それがオフセット値となる（図１（Ｄ）参照）。
【００１１】
第２酸素ポンプ電流のゲイン値は、第２酸素ポンプ電流値の変化に対応するＮＯｘ濃度の変化を示すものであって、第２酸素ポンプ電流値をＮＯｘ濃度で割った値（例えばμＡ／ｐｐｍの単位の値）で示される感度の逆数である（図１（Ｄ）参照）。
【００１２】
本発明のＮＯｘ測定装置においては、ＮＯｘセンサ素子のコントローラが、ＮＯｘセンサ素子の個体間のバラツキを吸収するように補正されたＮＯｘ濃度検出信号を生成する。このため、ＮＯｘセンサ素子の個体毎に、ＮＯｘ濃度検出信号補正用の異なる補正抵抗を選択して接続する必要がなくされる。この結果、下記のような利点が生じる。
【００１３】
・耐ノイズ性の向上；
・信頼性の向上（補正抵抗が不要になることにより、補正抵抗とターミナルの接触部がなくなる）；
・補正抵抗を用いたＮＯｘ濃度検出信号の補正よりも、コントローラによるソフトウェア的な補正により、より正確な補正を行うことができる；
・補正抵抗及びそれに付随するターミナル、コネクタ、リード線が不要となり、ハウジングが小型化できるため、コストダウンが達成される；
・ＯＢＤ判定が現行よりも容易となる。
【００１４】
本発明は、第２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測定室内と外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測定室内から外へ又は該第１測定室外から内へ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ＮＯｘ濃度に応じた電流（以下「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸素ポンプセルと、を備えるＮＯｘセンサ素子を所定のモデルガス雰囲気に晒して、前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値及び該第２酸素ポンプ電流のオフセット値を求めるステップと、前記求められた前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値及び前記第２酸素ポンプ電流のオフセット値を記憶手段に記憶させるステップと、前記記憶された前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値及び前記第２酸素ポンプ電流のオフセット値と、測定時、前記ＮＯｘセンサ素子が出力する前記第２酸素ポンプ電流とに基づいて、ＮＯｘ濃度検出信号を生成するステップと、を含むＮＯｘセンサの出力補正方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明によるＮＯｘ測定装置は、第１拡散抵抗（例えば、第１拡散孔）を介して被検ガスが導入される第１測定室と、前記第１測定室内と外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測定室内から外へ又は該第１測定室外から内へ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（例えば、第２拡散孔）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ＮＯｘ濃度に応じた電流（以下「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸素ポンプセルと、を備えるＮＯｘセンサ素子を用いる。
【００１６】
前記ＮＯｘセンサ素子は、前記酸素分圧検知セルと前記第１酸素ポンプセルに接続され、前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて前記第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酸素ポンプセルに電気的に接続され、該第２酸素ポンプセルに所定の電圧を印加することにより、ＮＯｘ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、によって駆動される。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態に係るＮＯｘ測定装置は、前記コントローラが、さらに、予め求められている前記第１酸素ポンプ電流の大きさと酸素濃度の関係を示す前記第１酸素ポンプ電流のゲイン値を記憶する手段と、前記第１酸素ポンプ電流と、前記記憶されている前記第１酸素ポンプ電流のゲイン値とに基づいて、酸素濃度検出信号を生成する手段を有する。第１酸素ポンプ電流のゲイン値は、第１酸素ポンプ電流値の変化に対応する酸素濃度の変化を示すものであって、第１酸素ポンプ電流値を酸素濃度で割った値で示される感度の逆数である。このＮＯｘ測定装置は、酸素濃度とＮＯｘ濃度の両方を測定することができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、本発明の一実施例に係るＮＯｘ測定装置の構成要素であるＮＯｘ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。
【００２０】
図１（Ａ）を参照すると、ＮＯｘセンサ素子は、主として、第１酸素ポンプセル１、第２酸素ポンプセル２及び酸素分圧検知セル３、さらにＮＯｘ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。
【００２１】
第１酸素イオンポンプセル１は、ジルコニア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９，１０から構成されている。電極１０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１０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イオ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Ｉｐ１である。
【００２２】
第２酸素イオンポンプセル２は、ジルコニア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１３，１４から構成されている。電極１３は第２測定室６に面して配置され、電極１４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１３上で第２測定室６内のＮＯｘ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１４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Ｉｐ２である。
【００２３】
酸素分圧検知セル３は、ジルコニア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１１，１２から構成されている。電極１１は第１測定室５に面して配置され、電極１２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１１と電極１２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。
【００２４】
図１（Ａ）を参照すると、ＮＯｘセンサ素子のコントローラ３０（図２参照）は、酸素分圧検知セルに現れる第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１２上の酸素濃度を制御する酸素分圧セル制御手段２１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Ｉｐ１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２０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、ＮＯｘ濃度に応じた第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２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。
【００２５】
以上説明したＮＯｘセンサ素子及びコントローラ３０を用いたＮＯｘ測定原理については、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）、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。なお、第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１は、抵抗２０ａから取り出すことができ、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２は、抵抗２２ａから取り出すことができる。
【００２６】
図２は、本発明の一実施例に係るＮＯｘ測定装置及びその第２酸素ポンプ電流のゲイン値及びオフセット値等の設定方法を説明するためのブロック図である。
【００２７】
図２を参照すると、コントローラ３０は、さらに、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値及び第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値と、第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値とを記憶している記憶手段３０ｃと、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２と、記憶手段３０ｃに記憶されている第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値及び第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値とに基づいて、ＮＯｘ濃度検出信号を生成するＮＯｘ濃度検出信号生成手段３０ａと、第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１と、記憶手段３０ｃに記憶されている第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値とに基づいて、酸素濃度検出信号を生成する酸素濃度検出信号生成手段３０ｂとを有する。
【００２８】
コントローラ３０は、ＮＯｘセンサ素子１００に接続され、ＮＯｘセンサ素子１００に、第１酸素ポンプセル１、第２酸素ポンプセル２及び酸素分圧検知セル３を上述したように制御ないし駆動するための信号を出力する。ＮＯｘセンサ素子１００は、第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１が増幅された信号及び第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２が増幅された信号を出力し、これらの信号がコントローラ３０に入力される。初期設定時、コントローラ３０は、設定手段５０に接続される。設定手段５０は、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値及び第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値を設定するためのプログラムを実行して、これらの値をコントローラ３０の記憶手段３０ｃに書き込むことができる情報処理装置である。コントローラ３０が有するＮＯｘ濃度検出信号生成手段３０ａ及び酸素濃度検出信号生成手段３０ｂは、記憶手段３０ｃに記憶されている第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値及び第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値と、第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１が増幅された信号及び第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２が増幅された信号に基づいて、補正されたＮＯｘ濃度検出信号及び酸素濃度検出信号をそれぞれ生成する。コントローラ３０は、車両搭載時、このように補正されたＮＯｘ濃度検出信号及び酸素濃度検出信号をＥＣＵ４０に出力する。
【００２９】
第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値及び第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値の設定方法について説明する。
【００３０】
図２を参照すると、設定者は、ＮＯｘセンサ素子１００を所定のモデルガス雰囲気に晒して、コントローラ３０及び設定手段５０を起動する。なお、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値は、ＮＯｘセンサ素子１００をＮＯｘを含まない第１のガス雰囲気に晒すことにより求めることができる。第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値は、ＮＯｘセンサ素子１００を酸素濃度一定且つＮＯｘを各所定濃度含む第２のガス雰囲気に晒すことにより求めることができる。第１の酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値は、ＮＯｘセンサ素子１００をＮＯｘを含まず且つ酸素を各所定濃度含む第３の雰囲気に晒すことにより求めることができる。設定手段５０は、コントローラ３０から出力される補正前のＮＯｘ濃度検出信号及び酸素濃度検出信号と、既知の設定ガス雰囲気とに基づいて、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値及び第１の酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値を算出して、ＮＯｘセンサ素子１００の個体毎に設定されるこれらの値を記憶手段３０ｃに記憶させる。
【００３１】
続いて、ＮＯｘ濃度検出信号及び酸素濃度検出信号の補正方法について説明する。
【００３２】
コントローラ３０（ＮＯｘ濃度検出信号生成手段３０ａ及び酸素濃度検出信号生成手段３０ｂ）は、実際の測定時、記憶手段３０ｃに記憶された各値を読み出し、アナログ信号である第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１及び第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２をデジタル化して、これらデジタル化された値と、記憶手段３０ｃに記憶された第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値及び第１の酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値に基づいて、アナログ信号である補正されたＮＯｘ濃度検出信号及び酸素濃度検出信号を出力する。
【００３３】
図３は、本発明の一実施例に係るＮＯｘ測定装置が有する酸素濃度検出信号の生成手段を説明するための図である。図４は、本発明の一実施例に係るＮＯｘ測定装置が有するＮＯｘ濃度検出信号の生成手段を説明するための図である。
【００３４】
図３及び図４を参照して、以上説明したように、コントローラ３０において、ＮＯｘ濃度検出信号及び酸素濃度検出信号の補正が行われることにより、従来、ＮＯｘ測定装置の個体毎に選択ないし設定していた、第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値の補正用抵抗２０ｂと、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値の補正用抵抗２２ｂと、第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値の補正用抵抗２２ｃとを、個体によらず、それぞれ共通の抵抗値を有する固定抵抗を用いることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯｘ濃度検出信号に関して、個体間のバラツキが少ないＮＯｘ測定装置及びＮＯｘセンサの出力補正方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、本発明の一実施例に係るＮＯｘ測定装置の構成要素であるＮＯｘ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】本発明の一実施例に係るＮＯｘ測定装置及びその第２酸素ポンプ電流のゲイン値及びオフセット値等の設定方法を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の一実施例に係るＮＯｘ測定装置が有する酸素濃度検出信号の生成手段を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施例に係るＮＯｘ測定装置が有するＮＯｘ濃度検出信号の生成手段を説明するための図である。
【図５】従来例に係る、補正抵抗を有するＮＯｘ測定装置の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１　第１酸素ポンプセル
２　第２酸素ポンプセル
３　酸素分圧検知セル
４　ヒータ
５　第１測定室
６　第２測定室
７　第１拡散孔
８　第２拡散孔
９　電極
１０　電極
１１　電極
１２　電極
１３　電極
１４　電極
２０　第１酸素ポンプセル制御手段
２０ａ　抵抗
２０ｂ　第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１のゲイン値の補正用抵抗２０ｂ
２１　酸素分圧検知セル制御手段
２２　第２酸素ポンプセル制御手段
２２ａ　抵抗
２２ｂ　第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のゲイン値の補正用抵抗
２２ｃ　第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値の補正用抵抗
３０　コントローラ
３０ａ　ＮＯｘ濃度検出信号生成手段
３０ｂ　酸素濃度検出信号生成手段
３０ｃ　記憶手段
４０　ＥＣＵ
５０　設定手段
１００　ＮＯｘセンサ素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a NOx measuring device and a method of correcting an output of a NOx sensor, and more particularly to a method of correcting an output of a NOx sensor by software.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the tightening of exhaust gas regulations, research has been conducted to directly measure NOx in exhaust gas from engines and the like to control an internal combustion engine and control a catalyst. In particular, a NOx gas sensor of a type that uses an oxygen ion conductor such as ZrO ₂ and decomposes NOx by pumping oxygen using an oxygen pump cell via the oxygen ion conductor and detects the decomposition as an electric current, Since it is considered that the NOx gas concentration can be measured without being affected by interfering gases such as HC and CO, researches have been widely conducted in recent years.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
NOx contained in the exhaust gas of an internal combustion engine is extremely small compared to oxygen and the like, and its concentration is on the order of ppm. Further, there is a slight individual difference in the manufactured NOx sensor element. Therefore, conventionally, in order to accurately measure the NOx concentration on the order of ppm, all the NOx sensor elements are exposed to the model gas before the NOx sensor elements are attached to the actual machine, and the output NOx concentration detection signal and the oxygen concentration are output. Detection signals are detected, various correction resistance values are obtained according to the magnitudes of these detection signals, and various correction resistors having resistance values close to the obtained various correction resistance values are added to the control circuit of the NOx sensor element. are doing. FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration of a NOx measuring device having a correction resistor according to such a conventional example.
[0004]
Referring to FIG. 5, the NOx sensor element 100 is connected to a controller 102 via a connector 101 loaded with three types of correction resistors selected for each individual NOx sensor element 100, and is corrected by the three types of correction resistors. The NOx concentration detection signal and the oxygen concentration detection signal, which are analog signals, are input to the controller 102.
[0005]
However, according to the conventional correction method using the correction resistor, the resistance value of the resistor on the market has a large degree of jump, and the magnitude of the NOx concentration detection signal varies among the individual NOx measuring devices. There is a problem of doing. Further, referring to FIG. 5, there are problems that the correction resistor and its mounting cost increase and the number of lead wires increases.
[0006]
An object of the present invention is to provide a NOx measuring device and a NOx sensor output correction method in which there is little variation among individuals with respect to a NOx concentration detection signal.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a first oxygen pump cell in which a current (referred to as a “first oxygen pump current”) flows according to an oxygen concentration in a test gas and a second oxygen pump current according to a NOx concentration are provided. A NOx sensor element including a flowing second oxygen pump cell; a gain value of the second oxygen pump current indicating a relationship between the magnitude of the second oxygen pump current and the NOx concentration determined in advance; Storage means for storing an offset value of the second oxygen pump current indicating the magnitude of the second oxygen pump current when the NOx concentration is zero, the second oxygen pump current, and the stored second A means for generating a NOx concentration detection signal based on a gain value of the oxygen pump current and an offset value of the second oxygen pump current. To provide a constant apparatus.
[0008]
Specifically, in order to eliminate the influence of NOx, the above relationship is obtained using a gas containing no NOx.
[0009]
The relationship between the Ip1 current and the oxygen concentration (oxygen concentration) is determined in advance by an experiment, for example, as shown in FIG. 1C, using the oxygen concentration as a parameter.
[0010]
The offset value of the second oxygen pump current can be obtained by using a gas containing no NOx in order to eliminate the influence of NOx. That is, if the second pump current Ip2 is measured using a gas that does not contain NOx, it becomes an offset value (see FIG. 1D).
[0011]
The gain value of the second oxygen pump current indicates a change in NOx concentration corresponding to a change in the second oxygen pump current value, and is a value obtained by dividing the second oxygen pump current value by the NOx concentration (for example, μA / ppm). Is the reciprocal of the sensitivity shown in FIG. 1 (D).
[0012]
In the NOx measuring device of the present invention, the controller of the NOx sensor element generates the NOx concentration detection signal corrected so as to absorb the variation between the individual NOx sensor elements. For this reason, it is not necessary to select and connect different correction resistors for correcting the NOx concentration detection signal for each individual NOx sensor element. As a result, the following advantages are obtained.
[0013]
・ Improved noise resistance;
・ Improvement of reliability (Elimination of correction resistor eliminates contact between correction resistor and terminal);
-More accurate correction can be performed by software correction by the controller than correction of the NOx concentration detection signal using the correction resistor;
The cost reduction is achieved because the correction resistor and its associated terminals, connectors and lead wires are not required, and the housing can be miniaturized;
-OBD determination is easier than it is now.
[0014]
In a second aspect, the present invention includes a first measurement chamber into which a test gas is introduced via a first diffusion resistor, and a pair of electrodes provided inside and outside the first measurement chamber. An oxygen partial pressure detecting cell for detecting an oxygen concentration in a test gas in the first measurement chamber based on a potential difference between the electrodes, and pumping oxygen from the first measurement chamber to the outside or from the outside of the first measurement chamber. As a result, gas is introduced from the first oxygen pump cell through which a current (hereinafter referred to as “first oxygen pump current”) according to the oxygen concentration in the test gas flows, and from the first measurement chamber via a second diffusion resistor. And a second flow of a current (hereinafter referred to as a “second oxygen pump current”) corresponding to the NOx concentration due to the movement of the dissociated oxygen by decomposing nitrogen oxides in the second measurement chamber. A NOx sensor element comprising: an oxygen pump cell; Exposing to a constant model gas atmosphere to determine a gain value of the second oxygen pump current and an offset value of the second oxygen pump current; and determining the gain value of the second oxygen pump current and the second Storing the offset value of the oxygen pump current in the storage means; outputting the stored gain value and offset value of the second oxygen pump current from the NOx sensor element during measurement; Generating an NOx concentration detection signal based on the second oxygen pump current.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The NOx measuring apparatus according to the present invention includes a first measuring chamber into which a test gas is introduced via a first diffusion resistance (for example, a first diffusion hole), and a pair of electrodes provided inside and outside the first measuring chamber. An oxygen partial pressure detection cell that detects an oxygen concentration in a test gas in the first measurement chamber based on a potential difference between the pair of electrodes; and an oxygen partial pressure detection cell outside or outside the first measurement chamber. A first oxygen pump cell through which an electric current (hereinafter, referred to as a “first oxygen pump current”) flows according to the oxygen concentration in the test gas by pumping oxygen from the inside, and a second diffusion resistance from the first measurement chamber. (E.g., a second measurement chamber into which a gas is introduced via a second diffusion hole) and a current corresponding to the NOx concentration by dissolving oxygen that decomposes nitrogen oxide in the second measurement chamber and moves. Hereinafter, referred to as “second oxygen pump current” Using NOx sensor element comprising a hydrogen pump cell, a.
[0016]
The NOx sensor element is connected to the oxygen partial pressure detection cell and the first oxygen pump cell, and controls the first oxygen pump current based on a detection output of the oxygen partial pressure detection cell to perform the first measurement. A first oxygen pump cell control means for controlling the oxygen concentration in the room; and a second oxygen pump cell electrically connected to the second oxygen pump cell, and applying a predetermined voltage to the second oxygen pump cell to thereby control the second oxygen pump cell according to the NOx concentration. And second oxygen pump cell control means for controlling the second oxygen pump cell so that an oxygen pump current flows.
[0017]
In the NOx measuring device according to a preferred embodiment of the present invention, the controller further includes a controller that calculates a gain value of the first oxygen pump current that indicates a relationship between the magnitude of the first oxygen pump current and the oxygen concentration that is obtained in advance. Means for storing, and means for generating an oxygen concentration detection signal based on the first oxygen pump current and the stored gain value of the first oxygen pump current. The gain value of the first oxygen pump current indicates a change in oxygen concentration corresponding to a change in the first oxygen pump current value, and has a sensitivity represented by a value obtained by dividing the first oxygen pump current value by the oxygen concentration. It is the reciprocal. This NOx measuring device can measure both the oxygen concentration and the NOx concentration.
[0018]
【Example】
In order to further clarify the preferred embodiments of the present invention described above, an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
1 (A) to 1 (D) are diagrams for explaining the configuration and measurement principle of a NOx sensor element which is a component of a NOx measurement device according to one embodiment of the present invention.
[0020]
Referring to FIG. 1A, the NOx sensor element mainly includes a first oxygen pump cell 1, a second oxygen pump cell 2, an oxygen partial pressure detection cell 3, and a heater 4 for heating the NOx sensor element to a predetermined operating temperature. It is configured. A first measurement chamber 5 is formed between the first oxygen pump cell 1 and the oxygen partial pressure detection cell 3. A test gas is introduced into the first measurement chamber 5 through the first diffusion hole 7. The first measurement chamber 5 is in communication with the second measurement chamber 6 through the second diffusion holes 8.
[0021]
The first oxygen ion pump cell 1 is composed of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity such as zirconia, and a pair of electrodes 9 and 10 formed on the solid electrolyte. The electrode 10 is arranged facing the first measurement chamber 5, and the electrode 9 is arranged facing the outside. Oxygen ions generated by dissociation of oxygen and the like in the first measurement chamber 5 on the electrode 10 are led out of the electrode 9 through the solid electrolyte through the solid electrolyte. At this time, a current flowing through the solid electrolyte is a first oxygen pump current. Ip1.
[0022]
The second oxygen ion pump cell 2 includes a solid electrolyte having oxygen ion conductivity such as zirconia, and a pair of electrodes 13 and 14 formed on the solid electrolyte. The electrode 13 is arranged facing the second measurement chamber 6, and the electrode 14 is arranged outside the second measurement chamber 6 and is exposed to an atmosphere having a stable oxygen concentration. Oxygen ions generated by dissociation of NOx and the like in the second measurement chamber 6 on the electrode 13 are led out of the electrode 14 through the solid electrolyte through the solid electrolyte, and the current flowing through the solid electrolyte at this time is the second oxygen pump current Ip2. It is.
[0023]
The oxygen partial pressure detection cell 3 is composed of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity such as zirconia, and a pair of electrodes 11 and 12 formed on the solid electrolyte. The electrode 11 is arranged facing the first measurement chamber 5, and the electrode 12 is exposed to an atmosphere having a stable oxygen concentration. Therefore, the oxygen concentration in the first measurement chamber 5, that is, the oxygen concentration in the test gas can be detected based on the potential difference generated between the electrode 11 and the electrode 12.
[0024]
Referring to FIG. 1A, the controller 30 (see FIG. 2) of the NOx sensor element detects the oxygen concentration in the first measurement chamber 5 that appears in the oxygen partial pressure detection cell, and detects the oxygen concentration outside the first measurement chamber 5. By controlling the first oxygen pump current Ip1 based on the detection output of the oxygen partial pressure detection cell 3 and the oxygen partial pressure cell control means 21 for controlling the oxygen concentration on the electrode 12 provided, the first measurement chamber 5 The first oxygen pump cell control means 20 for controlling the oxygen concentration in the chamber as constant as possible, and the second oxygen pump cell 2 by applying a predetermined constant voltage to the second oxygen pump cell 2 so that the second And a second oxygen pump cell control means 22 for controlling the second oxygen pump cell 2 so that the oxygen pump current Ip2 flows.
[0025]
The principle of NOx measurement using the NOx sensor element and the controller 30 described above is as shown in FIGS. 1B, 1C, and 1D, and therefore, reference is made thereto. The first oxygen pump current Ip1 can be obtained from the resistor 20a, and the second oxygen pump current Ip2 can be obtained from the resistor 22a.
[0026]
FIG. 2 is a block diagram for explaining a NOx measuring device according to one embodiment of the present invention and a method of setting a gain value and an offset value of a second oxygen pump current.
[0027]
Referring to FIG. 2, the controller 30 further stores a gain value of the second oxygen pump current Ip2, an offset value of the second oxygen pump current Ip2, and a gain value of the first oxygen pump current Ip1. The NOx concentration detection signal is generated based on 30c, the second oxygen pump current Ip2, and the gain value of the second oxygen pump current Ip2 and the offset value of the second oxygen pump current Ip2 stored in the storage unit 30c. An oxygen concentration detection signal for generating an oxygen concentration detection signal based on the NOx concentration detection signal generation means 30a, the first oxygen pump current Ip1, and the gain value of the first oxygen pump current Ip1 stored in the storage means 30c. Generating means 30b.
[0028]
The controller 30 is connected to the NOx sensor element 100 and outputs a signal for controlling or driving the first oxygen pump cell 1, the second oxygen pump cell 2, and the oxygen partial pressure detecting cell 3 to the NOx sensor element 100 as described above. I do. The NOx sensor element 100 outputs a signal in which the first oxygen pump current Ip1 is amplified and a signal in which the second oxygen pump current Ip2 is amplified, and these signals are input to the controller 30. At the time of initial setting, the controller 30 is connected to the setting means 50. The setting means 50 executes a program for setting the gain value of the second oxygen pump current Ip2, the offset value of the second oxygen pump current Ip2, and the gain value of the first oxygen pump current Ip1, and sets these values to a controller. This is an information processing device that can write to the storage means 30c of the storage device 30. The NOx concentration detection signal generation means 30a and the oxygen concentration detection signal generation means 30b of the controller 30 are configured to store the gain value of the second oxygen pump current Ip2, the offset value of the second oxygen pump current Ip2, Based on the gain value of the first oxygen pump current Ip1, the signal obtained by amplifying the first oxygen pump current Ip1, and the signal obtained by amplifying the second oxygen pump current Ip2, the NOx concentration detection signal and the oxygen concentration detection signal are corrected. Generate each. When mounted on the vehicle, the controller 30 outputs the NOx concentration detection signal and the oxygen concentration detection signal thus corrected to the ECU 40.
[0029]
A method of setting the gain value of the second oxygen pump current Ip2, the offset value of the second oxygen pump current Ip2, and the gain value of the first oxygen pump current Ip1 will be described.
[0030]
Referring to FIG. 2, the setter exposes the NOx sensor element 100 to a predetermined model gas atmosphere, and activates the controller 30 and the setting unit 50. Note that the offset value of the second oxygen pump current Ip2 can be determined by exposing the NOx sensor element 100 to a first gas atmosphere containing no NOx. The gain value of the second oxygen pump current Ip2 can be obtained by exposing the NOx sensor element 100 to a second gas atmosphere having a constant oxygen concentration and a predetermined concentration of NOx. The gain value of the first oxygen pump current Ip1 can be obtained by exposing the NOx sensor element 100 to a third atmosphere that does not contain NOx and contains oxygen at each predetermined concentration. The setting means 50 determines the gain value of the second oxygen pump current Ip2 and the second oxygen pump current based on the uncorrected NOx concentration detection signal and oxygen concentration detection signal output from the controller 30 and the known set gas atmosphere. The offset value of Ip2 and the gain value of the first oxygen pump current Ip1 are calculated, and these values set for each individual NOx sensor element 100 are stored in the storage unit 30c.
[0031]
Next, a method of correcting the NOx concentration detection signal and the oxygen concentration detection signal will be described.
[0032]
The controller 30 (NOx concentration detection signal generation means 30a and oxygen concentration detection signal generation means 30b) reads each value stored in the storage means 30c at the time of actual measurement, and outputs the first oxygen pump current Ip1 and the (2) digitizing the oxygen pump current Ip2, the digitized values, the gain value of the second oxygen pump current Ip2, the offset value of the second oxygen pump current Ip2, and the first oxygen pump Based on the gain value of the current Ip1, a corrected NOx concentration detection signal and a corrected oxygen concentration detection signal, which are analog signals, are output.
[0033]
FIG. 3 is a diagram for explaining a means for generating an oxygen concentration detection signal included in the NOx measuring device according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining a means for generating a NOx concentration detection signal included in the NOx measuring device according to one embodiment of the present invention.
[0034]
With reference to FIGS. 3 and 4, as described above, the controller 30 corrects the NOx concentration detection signal and the oxygen concentration detection signal, thereby conventionally selecting or setting the individual NOx measurement devices individually. The resistor 20b for correcting the gain value of the first oxygen pump current Ip1, the resistor 22b for correcting the gain value of the second oxygen pump current Ip2, and the resistor 22c for correcting the offset value of the second oxygen pump current Ip2. Irrespective of the individual, a fixed resistor having a common resistance value can be used.
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a NOx measuring device and a method for correcting the output of a NOx sensor, in which there is little variation among individuals with respect to a NOx concentration detection signal.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are views for explaining the configuration and measurement principle of a NOx sensor element which is a component of a NOx measurement device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram for explaining a NOx measuring device according to an embodiment of the present invention and a method for setting a gain value, an offset value, and the like of a second oxygen pump current.
FIG. 3 is a diagram for explaining a means for generating an oxygen concentration detection signal included in the NOx measuring device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining means for generating a NOx concentration detection signal included in the NOx measuring device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration of a NOx measuring device having a correction resistor according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st oxygen pump cell 2 2nd oxygen pump cell 3 Oxygen partial pressure detection cell 4 Heater 5 1st measurement room 6 2nd measurement room 7 1st diffusion hole 8 2nd diffusion hole 9 electrode 10 electrode 11 electrode 12 electrode 13 electrode 14 electrode 20 first oxygen pump cell control means 20a resistor 20b resistor 20b for correcting the gain value of first oxygen pump current Ip1
21 Oxygen partial pressure detection cell control means 22 Second oxygen pump cell control means 22a Resistance 22b Resistance 22c for correcting the gain value of second oxygen pump current Ip2 Resistance for correcting the offset value of second oxygen pump current Ip2 30 Controller 30a NOx concentration Detection signal generation means 30b Oxygen concentration detection signal generation means 30c Storage means 40 ECU
50 setting means 100 NOx sensor element

Claims

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測定室内と外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測定室内から外へ又は該第１測定室外から内へ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ＮＯｘ濃度に応じた電流（以下「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸素ポンプセルと、を備えるＮＯｘセンサ素子と、
前記酸素分圧検知セルと前記第１酸素ポンプセルに接続され、前記酸素分圧検知セルの検出出力に基づいて前記第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酸素ポンプセルに電気的に接続され、該第２酸素ポンプセルに所定の電圧を印加することにより、ＮＯｘ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、
予め求められている前記第２酸素ポンプ電流の大きさとＮＯｘ濃度の関係を示す前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値、及び予め求められているＮＯｘ濃度がゼロのときの前記第２酸素ポンプ電流の大きさを示す前記第２酸素ポンプ電流のオフセット値を記憶する記憶手段と、
前記第２酸素ポンプ電流と、前記記憶されている前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値及び前記第２酸素ポンプ電流のオフセット値に基づいて、ＮＯｘ濃度検出信号を生成する手段と、を備えるコントローラと、
を有することを特徴とするＮＯｘ測定装置。A first measurement chamber into which a test gas is introduced via a first diffusion resistor; and a pair of electrodes provided inside and outside the first measurement chamber. The first measurement chamber is provided based on a potential difference between the pair of electrodes. An oxygen partial pressure detecting cell for detecting the oxygen concentration in the test gas in the measurement chamber; and oxygen in the test gas by pumping oxygen from the first measurement chamber to the outside or from the outside of the first measurement chamber. A first oxygen pump cell through which a current according to the concentration (hereinafter, referred to as a “first oxygen pump current”) flows; a second measurement chamber into which gas is introduced from the first measurement chamber via a second diffusion resistor; (2) a NOx sensor element comprising: a second oxygen pump cell in which a current corresponding to the NOx concentration (hereinafter, referred to as a “second oxygen pump current”) flows by decomposing nitrogen oxides in the measurement chamber and dissociated oxygen moves. ,
The oxygen concentration in the first measurement chamber is controlled by controlling the first oxygen pump current based on a detection output of the oxygen partial pressure sensing cell, the oxygen concentration being connected to the oxygen partial pressure sensing cell and the first oxygen pump cell. A first oxygen pump cell control means,
The second oxygen pump cell is electrically connected to the second oxygen pump cell, and by applying a predetermined voltage to the second oxygen pump cell, the second oxygen pump cell is controlled such that the second oxygen pump current according to the NOx concentration flows. Second oxygen pump cell control means;
The gain value of the second oxygen pump current indicating the relationship between the magnitude of the second oxygen pump current and the NOx concentration determined in advance, and the gain value of the second oxygen pump current when the NOx concentration determined in advance is zero. Storage means for storing an offset value of the second oxygen pump current indicating a magnitude;
A controller comprising: the second oxygen pump current; and a unit configured to generate a NOx concentration detection signal based on the stored gain value of the second oxygen pump current and an offset value of the second oxygen pump current. ,
A NOx measuring device comprising:

前記コントローラが、予め求められている前記第１酸素ポンプ電流の大きさと酸素濃度の関係を示す前記第１酸素ポンプ電流のゲイン値を記憶する手段と、
前記第１酸素ポンプ電流と、前記記憶されている前記第１酸素ポンプ電流のゲイン値とに基づいて、酸素濃度検出信号を生成する手段を有することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ測定装置。A controller configured to store a gain value of the first oxygen pump current that indicates a relationship between a magnitude of the first oxygen pump current and an oxygen concentration that are determined in advance;
2. The NOx measuring device according to claim 1, further comprising a unit configured to generate an oxygen concentration detection signal based on the first oxygen pump current and a stored gain value of the first oxygen pump current. .

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測定室内と外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測定室内から外へ又は該第１測定室外から内へ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ＮＯｘ濃度に応じた電流（以下「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸素ポンプセルと、を備えるＮＯｘセンサ素子を所定のモデルガス雰囲気に晒して、前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値及び該第２酸素ポンプ電流のオフセット値を求めるステップと、
前記求められた前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値及び前記第２酸素ポンプ電流のオフセット値を記憶手段に記憶させるステップと、
前記記憶された前記第２酸素ポンプ電流のゲイン値及び前記第２酸素ポンプ電流のオフセット値と、測定時、前記ＮＯｘセンサ素子が出力する前記第２酸素ポンプ電流とに基づいて、ＮＯｘ濃度検出信号を生成するステップと、
を含むことを特徴とするＮＯｘセンサの出力補正方法。A first measurement chamber into which a test gas is introduced via a first diffusion resistor; and a pair of electrodes provided inside and outside the first measurement chamber. The first measurement chamber is provided based on a potential difference between the pair of electrodes. An oxygen partial pressure detecting cell for detecting the oxygen concentration in the test gas in the measurement chamber; and oxygen in the test gas by pumping oxygen from the first measurement chamber to the outside or from the outside of the first measurement chamber. A first oxygen pump cell through which a current according to the concentration (hereinafter, referred to as a “first oxygen pump current”) flows; a second measurement chamber into which gas is introduced from the first measurement chamber via a second diffusion resistor; (2) a second oxygen pump cell having a second oxygen pump cell through which a nitrogen oxide in a measurement chamber is decomposed and dissociated oxygen moves to flow a current (hereinafter, referred to as a “second oxygen pump current”) according to the NOx concentration; Exposure to the specified model gas atmosphere A step of obtaining an offset value of the gain value and the second oxygen pump current of said second oxygen pump current,
Storing the determined gain value of the second oxygen pump current and the offset value of the second oxygen pump current in a storage unit;
A NOx concentration detection signal based on the stored gain value of the second oxygen pump current and offset value of the second oxygen pump current, and the second oxygen pump current output by the NOx sensor element during measurement. Generating
A method for correcting the output of a NOx sensor.