JP2006343353A - Gas concentration detector - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas concentration detector, capable of surely excluding external radio wave noise superimposed on wiring unit to attempt, as a result, improving the detecting accuracy of gas concentration. <P>SOLUTION: A sensor controlling circuit board 33 constituting a sensor controlling unit 10 is included in a closed space A of a case 31, that is to be at the ground potential made of electrically conducting material. The sensor controlling circuit board 33 and a wire connecting substrate 34, arranged to the exterior of closed space A are connected electrically through a feed-through capacitor 35 prepared at the wall side of the case. Since the exterior radio wave noise superimposed on the wire connecting substrate 34 is absorbed through the feed-through capacitor 35, influence of noise given to the sensor controlling circuit board 33 can be excluded. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検出ガス中の特定成分のガス濃度を検出するガス濃度検出装置に関するものである。   The present invention relates to a gas concentration detection device that detects the gas concentration of a specific component in a gas to be detected.

この種のガス濃度検出装置として、限界電流式のガス濃度センサを用い、例えば車両用エンジンから排出される排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を検出するものがある。ガス濃度センサは、例えばポンプセル、センサセル及びモニタセルよりなるセンサ素子を有し、ポンプセルではチャンバに導入した排ガス中の酸素の排出又は汲み込みが行われ同時に排ガス中の酸素濃度検出が行われる。また、センサセルではポンプセルを通過した後のガスからＮＯｘ濃度（特定成分のガス濃度）が検出され、モニタセルではポンプセル通過後のチャンバ内の残留酸素濃度が検出される。   As this type of gas concentration detection device, there is a device that uses a limiting current type gas concentration sensor to detect NOx (nitrogen oxide) in exhaust gas discharged from a vehicle engine, for example. The gas concentration sensor has a sensor element including, for example, a pump cell, a sensor cell, and a monitor cell. The pump cell discharges or pumps oxygen in the exhaust gas introduced into the chamber and simultaneously detects the oxygen concentration in the exhaust gas. The sensor cell detects the NOx concentration (gas concentration of a specific component) from the gas after passing through the pump cell, and the monitor cell detects the residual oxygen concentration in the chamber after passing through the pump cell.

上記ガス濃度センサでは、センサ素子が所定の活性状態にあることを前提に酸素濃度やＮＯｘ濃度が正常に検出される。そのため一般には、センサ素子の近傍にヒータを設け、このヒータの発熱によりセンサ素子を加熱して素子活性状態を保持するようにしている。例えば、センサ素子の抵抗値を検出し、その素子抵抗値が活性温度相当の目標値になるようヒータを断続的に通電するようにしている（例えば、特許文献１参照）。   In the gas concentration sensor, the oxygen concentration and the NOx concentration are normally detected on the assumption that the sensor element is in a predetermined active state. Therefore, in general, a heater is provided in the vicinity of the sensor element, and the sensor element is heated by the heat generated by the heater to maintain the element active state. For example, the resistance value of the sensor element is detected, and the heater is intermittently energized so that the element resistance value becomes a target value corresponding to the activation temperature (see, for example, Patent Document 1).

より具体的に説明すると、ガス濃度センサとしていわゆるＮＯｘセンサでは、センサセルのＮＯｘ活性電極において排ガス中のＮＯｘが分解され、その際発生する酸素イオンが当該センサセル内を流れる。このとき、センサセル内を流れる電流を計測することによりＮＯｘ濃度が検出される。センサセル電流はｎＡ（ナノアンペア）オーダの微弱電流であり、センサ制御回路内の高抵抗（例えば１．５ＭΩ）の電流検出抵抗を通じてその微弱電流が計測されるようになっている。一方、ヒータはヒータ駆動回路により断続的に通電される。このとき、Ａ（アンペア）オーダのヒータ電流がＯＮ／ＯＦＦ制御される。   More specifically, in a so-called NOx sensor as a gas concentration sensor, NOx in the exhaust gas is decomposed at the NOx active electrode of the sensor cell, and oxygen ions generated at that time flow in the sensor cell. At this time, the NOx concentration is detected by measuring the current flowing through the sensor cell. The sensor cell current is a weak current on the order of nA (nanoampere), and the weak current is measured through a high-resistance (for example, 1.5 MΩ) current detection resistor in the sensor control circuit. On the other hand, the heater is intermittently energized by the heater drive circuit. At this time, the heater current of A (ampere) order is ON / OFF controlled.

一般に、センサ制御回路やヒータ駆動回路は同一の回路基板上に搭載され、その回路基板が金属ケース等に収容されてセンサ制御ユニットが構成されている。センサ制御ユニットとガス濃度センサとは配線ユニットを介して電気的に接続され、これらの両者間においてセンサセル電流等の素子電流信号やヒータ電流信号が配線ユニットを通じて流れるようになっている。なお、配線ユニットを構成する電気配線は、耐熱性を考慮して樹脂材料等よりなる被覆材で覆われるようになっている。被覆材として、例えば、ガラス編組シリコン被覆材、シリコン編成ＥＰＤＭゴム、ナイロン、ポリアミド等の樹脂材料が用いられる。
特開２０００−１７１４３５号公報 In general, the sensor control circuit and the heater drive circuit are mounted on the same circuit board, and the circuit board is housed in a metal case or the like to constitute a sensor control unit. The sensor control unit and the gas concentration sensor are electrically connected via a wiring unit, and an element current signal such as a sensor cell current and a heater current signal flow between the two through the wiring unit. In addition, the electrical wiring which comprises a wiring unit is covered with the coating | covering material which consists of resin materials etc. in consideration of heat resistance. As the covering material, for example, a resin material such as a glass braided silicon covering material, silicon knitted EPDM rubber, nylon, polyamide or the like is used.
JP 2000-171435 A

センサ制御ユニットとガス濃度センサとを電気的に接続する配線ユニットには、ｎＡオーダの微弱な素子電流が流れる電気配線とＡオーダのヒータ電流が流れる電気配線とが含まれ、通常はこれらが束ねられて取り回されるようになっている。この場合、素子電流とヒータ電流を単純に比較すると電流レベルが１０⁹倍異なるため、素子電流用の電気配線には、ヒータのＯＮ／ＯＦＦ切り換え時に発生するノイズ（誘導ノイズや容量結合ノイズ）が乗ってしまい、ＮＯｘ濃度の必要な検出精度が確保できなくなるおそれがあった。かかる問題は、電波試験（ＥＭＣ試験）においても確認されている。また近年では、車両に搭載される各種電気機器が益々増える傾向にあり、素子電流信号に影響を及ぼすノイズ源が増加しているという背景もある。 The wiring unit that electrically connects the sensor control unit and the gas concentration sensor includes an electric wiring through which a weak element current of nA order flows and an electric wiring through which a heater current of order A flows. Usually, these are bundled together. It is designed to be circulated. In this case, since the different current levels ¹⁰⁹ times as simply compared to the device current and the heater current, the electrical wiring for the device current, noise generated when ON / OFF switching of the heater (induction noise or capacity coupling noise) There is a possibility that the required detection accuracy of the NOx concentration cannot be secured. Such a problem has also been confirmed in a radio wave test (EMC test). Further, in recent years, various electric devices mounted on the vehicle tend to increase more and more, and there is a background that noise sources affecting the element current signal are increasing.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、素子電流を正しく検出し、ひいてはガス濃度の検出精度を向上させることができるガス濃度検出装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas concentration detection device capable of correctly detecting an element current and thus improving gas concentration detection accuracy. .

ガス濃度センサは、固体電解質を有し被検出ガス中の特定成分のガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を所定の活性状態に加熱するヒータとを備えており、本発明のガス濃度検出装置はこのガス濃度センサに適用される。そして、上記ガス濃度センサとセンサ制御ユニットとが配線ユニットを通じて電気的に接続され、センサ制御ユニットでは、特定成分濃度に対応してセンサ素子に流れる微弱な素子電流が計測されると共にヒータが断続的に通電されるようになっている。   The gas concentration sensor includes a sensor element that has a solid electrolyte and detects the gas concentration of a specific component in the gas to be detected, and a heater that heats the sensor element to a predetermined active state. The detection device is applied to this gas concentration sensor. The gas concentration sensor and the sensor control unit are electrically connected through the wiring unit. In the sensor control unit, a weak element current flowing through the sensor element corresponding to the specific component concentration is measured and the heater is intermittently connected. Is energized.

請求項１に記載の発明では、センサ制御ユニットに含まれる制御回路部を導電性材料よりなり且つグランド電位としたケースの閉空間に収容すると共に該ケースの壁部に貫通コンデンサを配置し、更に配線ユニットに電気接続される接続回路部を前記閉空間の外に配置し、該接続回路部と前記制御回路部とを貫通コンデンサを通じて電気的に接続した。   In the first aspect of the present invention, the control circuit unit included in the sensor control unit is housed in a closed space of the case made of a conductive material and has a ground potential, and a feedthrough capacitor is disposed on the wall of the case. A connection circuit portion that is electrically connected to the wiring unit is disposed outside the closed space, and the connection circuit portion and the control circuit portion are electrically connected through a feedthrough capacitor.

本構成によれば、配線ユニットに重畳した外部の電波ノイズが貫通コンデンサにて吸収される。また、センサ制御ユニットの制御回路部は、接続回路部（配線ユニット）から分離された閉空間に配置されるため、制御回路部に対する外部ノイズ等の影響が確実に排除できる。この場合、センサ制御ユニットでは微弱な素子電流が扱われ、この素子電流により特定成分濃度が検出されるが、その際にも電波ノイズ等による悪影響が抑制できる。その結果、素子電流を正しく検出し、ひいてはガス濃度の検出精度を向上させることができるようになる。   According to this configuration, external radio noise superimposed on the wiring unit is absorbed by the feedthrough capacitor. In addition, since the control circuit unit of the sensor control unit is disposed in a closed space separated from the connection circuit unit (wiring unit), the influence of external noise or the like on the control circuit unit can be reliably eliminated. In this case, a weak element current is handled by the sensor control unit, and the specific component concentration is detected by this element current. However, adverse effects due to radio noise and the like can be suppressed at that time as well. As a result, the device current can be detected correctly, and consequently the gas concentration detection accuracy can be improved.

請求項２に記載の発明においては、前記貫通コンデンサの容量は１０００ｐＦ以上であると良い。   In the invention according to claim 2, the capacitance of the feedthrough capacitor is preferably 1000 pF or more.

また、例えば、自動車排ガス中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサは、チャンバ内の酸素の出入を調整するポンプセルや、ポンプセル通過後のガスからＮＯｘを分解しその際移動する酸素イオン量よりＮＯｘ濃度を検出するセンサセルを有しており、そのセンサセルに流れる電流はｎＡオーダの微弱電流となる。こうしたＮＯｘセンサに本発明が好適に採用できる。要は、請求項３に記載したように、前記センサ素子は、チャンバに導入した被検出ガス中の酸素を排出又は汲み込む第１セルと、第１セル通過後のガスを取り込んで当該ガス中の特定成分を分解しその際移動する酸素イオン量より特定成分のガス濃度を検出する第２セルとを有し、前記センサ制御ユニットは、少なくとも第２セルに流れる微弱電流を計測するものであると良い。   For example, a NOx sensor that detects NOx in automobile exhaust gas detects the NOx concentration from the pump cell that adjusts the oxygen flow in and out of the chamber, and the amount of oxygen ions that move when the NOx is decomposed from the gas that has passed through the pump cell. The current flowing through the sensor cell is a weak current on the order of nA. The present invention can be suitably employed for such a NOx sensor. In short, as described in claim 3, the sensor element includes a first cell that discharges or pumps oxygen in a gas to be detected introduced into the chamber, and a gas that has passed through the first cell. And a second cell for detecting the gas concentration of the specific component from the amount of oxygen ions moving at that time, and the sensor control unit measures at least a weak current flowing in the second cell. And good.

以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態におけるガス濃度検出装置は、例えば自動車用エンジンに適用されるものであって、限界電流式ガス濃度センサを用い、被検出ガスである排ガス中の酸素濃度や特定成分のガス濃度としてのＮＯｘ濃度を検出する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The gas concentration detection device according to the present embodiment is applied to, for example, an automobile engine, and uses a limiting current type gas concentration sensor as an oxygen concentration in exhaust gas as a detection gas or a gas concentration of a specific component. NOx concentration is detected.

先ずはじめに、ガス濃度センサの構成を図６及び図７を用いて説明する。ガス濃度センサは、「第１セル」としてのポンプセル、「第２セル」としてのセンサセル及び「第３セル」としてのモニタセルからなる３セル構造を有し、排ガス中の酸素濃度とＮＯｘ濃度とを同時に検出可能な、いわゆる複合型ガスセンサとして具体化されている（但し、ＮＯｘセンサとしての具体化も可能）。本実施の形態では、上記３セルによりセンサ素子が構成されている。なお、モニタセルは、ポンプセル同様、ガス中の酸素排出の機能を具備するため、第２のポンプセルと称される場合もある。図６（ａ）はセンサ素子の先端部構造を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図７は、ガス濃度センサの外観を示す全体図である。   First, the configuration of the gas concentration sensor will be described with reference to FIGS. The gas concentration sensor has a three-cell structure consisting of a pump cell as a “first cell”, a sensor cell as a “second cell”, and a monitor cell as a “third cell”, and the oxygen concentration and NOx concentration in the exhaust gas are measured. It is embodied as a so-called composite gas sensor that can be detected simultaneously (however, it can also be embodied as a NOx sensor). In the present embodiment, a sensor element is constituted by the three cells. Note that the monitor cell may be referred to as a second pump cell because it has a function of discharging oxygen in the gas, like the pump cell. FIG. 6A is a cross-sectional view showing the tip portion structure of the sensor element, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 7 is an overall view showing the appearance of the gas concentration sensor.

図７に示すように、ガス濃度センサ１００は、先端側カバー１０１とハウジング１０２と基端側カバー１０３とを有し、全体として略円柱状をなす。そして、センサ内部に、被検出ガスを導入するガス室や大気を導入する大気室等が適宜設けられると共に、長尺状をなすセンサ素子１０５が配設されている。   As shown in FIG. 7, the gas concentration sensor 100 has a distal end side cover 101, a housing 102, and a proximal end side cover 103, and has a substantially cylindrical shape as a whole. In addition, a gas chamber for introducing a gas to be detected, an air chamber for introducing the atmosphere, and the like are appropriately provided inside the sensor, and a long sensor element 105 is disposed.

図６に示すように、ガス濃度センサ１００（センサ素子１０５）において、酸素イオン伝導性材料からなる固体電解質１４１，１４２はシート状をなし、アルミナ等の絶縁材料からなるスペーサ１４３を介して図の上下に所定間隔を隔てて積層されている。このうち、図の上側の固体電解質１４１にはピンホール１４１ａが形成されており、このピンホール１４１ａを介して当該センサ周囲の排ガスが第１チャンバ１４４内に導入される。第１チャンバ１４４は、絞り部１４５を介して第２チャンバ１４６に連通している。符号１４７は多孔質拡散層である。   As shown in FIG. 6, in the gas concentration sensor 100 (sensor element 105), the solid electrolytes 141 and 142 made of an oxygen ion conductive material are formed in a sheet shape, and the spacers 143 made of an insulating material such as alumina are interposed in the drawing. They are stacked vertically at a predetermined interval. Among these, a pinhole 141a is formed in the solid electrolyte 141 on the upper side of the figure, and exhaust gas around the sensor is introduced into the first chamber 144 through the pinhole 141a. The first chamber 144 communicates with the second chamber 146 via the throttle unit 145. Reference numeral 147 denotes a porous diffusion layer.

図の下側の固体電解質１４２には、第１チャンバ１４４に対面するようにしてポンプセル１１０が設けられており、ポンプセル１１０は、第１チャンバ１４４内に導入した排ガス中の酸素を排出又は汲み込む働きをすると共に酸素排出又は汲み込みの際に排ガス中の酸素濃度を検出する。ここで、ポンプセル１１０は、固体電解質１４２を挟んで上下一対の電極１１１，１１２を有し、そのうち特に第１チャンバ１４４側の電極１１１はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガスを分解し難い電極）である。ポンプセル１１０は、第１チャンバ１４４内に存在する酸素を分解して電極１１２より大気通路１５０側に排出する。   The solid electrolyte 142 on the lower side of the figure is provided with a pump cell 110 so as to face the first chamber 144, and the pump cell 110 discharges or pumps oxygen in the exhaust gas introduced into the first chamber 144. It works and detects the oxygen concentration in the exhaust gas when oxygen is discharged or pumped. Here, the pump cell 110 has a pair of upper and lower electrodes 111 and 112 with a solid electrolyte 142 interposed therebetween, and in particular, the electrode 111 on the first chamber 144 side is a NOx inert electrode (an electrode that hardly decomposes NOx gas). . The pump cell 110 decomposes oxygen present in the first chamber 144 and discharges it from the electrode 112 to the atmosphere passage 150 side.

また、図の上側の固体電解質１４１には、第２チャンバ１４６に対面するようにしてモニタセル１２０及びセンサセル１３０が設けられている。モニタセル１２０は、第２チャンバ１４６内の残留酸素濃度に応じて起電力、又は電圧印加に伴い電流出力を発生する。また、センサセル１３０は、ポンプセル１１０を通過した後のガスからＮＯｘ濃度を検出する。   Further, a monitor cell 120 and a sensor cell 130 are provided on the upper solid electrolyte 141 in the drawing so as to face the second chamber 146. The monitor cell 120 generates a current output in accordance with the electromotive force or voltage application according to the residual oxygen concentration in the second chamber 146. The sensor cell 130 detects the NOx concentration from the gas that has passed through the pump cell 110.

特に本実施の形態では、図６（ｂ）に示すように、排ガスの流れ方向に対して同等位置になるよう、モニタセル１２０及びセンサセル１３０が並列に配置されると共に、これら各セル１２０，１３０の大気通路１４８側の電極が共通電極１２２となっている。すなわち、モニタセル１２０は、固体電解質１４１とそれを挟んで対向配置された電極１２１及び共通電極１２２とにより構成され、センサセル１３０は、同じく固体電解質１４１とそれを挟んで対向配置された電極１３１及び共通電極１２２とにより構成されている。なお、モニタセル１２０の電極１２１（第２チャンバ１４６側の電極）はＮＯｘガスに不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属からなるのに対し、センサセル１３０の電極１３１（第２チャンバ１４６側の電極）はＮＯｘガスに活性な白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ等の貴金属からなる。   In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 6B, the monitor cell 120 and the sensor cell 130 are arranged in parallel so as to be in the same position with respect to the flow direction of the exhaust gas. The electrode on the atmosphere passage 148 side is a common electrode 122. That is, the monitor cell 120 is configured by the solid electrolyte 141 and the electrode 121 and the common electrode 122 disposed to face each other, and the sensor cell 130 is similarly configured to the solid electrolyte 141 and the electrode 131 and the electrode 131 disposed to face each other. The electrode 122 is configured. The electrode 121 of the monitor cell 120 (electrode on the second chamber 146 side) is made of a noble metal such as Au—Pt inert to NOx gas, whereas the electrode 131 of the sensor cell 130 (electrode on the second chamber 146 side) is It consists of noble metals such as platinum Pt and rhodium Rh that are active in NOx gas.

固体電解質１４２の図の下面にはアルミナ等よりなる絶縁層１４９が設けられ、この絶縁層１４９により大気通路１５０が形成されている。また、絶縁層１４９には、センサ全体を加熱するためのヒータ（発熱体）１５１が埋設されている。ヒータ１５１はポンプセル１１０、モニタセル１２０及びセンサセル１３０を含めたセンサ素子全体を活性状態にすべく、バッテリ電源等からの給電により熱エネルギを発生する。   An insulating layer 149 made of alumina or the like is provided on the lower surface of the solid electrolyte 142 in the figure, and an atmospheric passage 150 is formed by the insulating layer 149. In addition, a heater (heating element) 151 for heating the entire sensor is embedded in the insulating layer 149. The heater 151 generates heat energy by supplying power from a battery power source or the like so as to activate the entire sensor element including the pump cell 110, the monitor cell 120, and the sensor cell 130.

上記構成のガス濃度センサ１００において、排ガスは多孔質拡散層１４７及びピンホール１４１ａを通って第１チャンバ１４４に導入される。そして、この排ガスがポンプセル１１０近傍を通過する際、ポンプセル電極１１１，１１２間に電圧Ｖｐを印加することで分解反応が起こり、第１チャンバ１４４内の酸素濃度に応じてポンプセル１１０を介して酸素が出し入れされる。なおこのとき、第１チャンバ１４４側の電極１１１がＮＯｘ不活性電極であるので、ポンプセル１１０では排ガス中のＮＯｘは分解されず、酸素のみが分解されて大気通路１５０に排出される。そして、ポンプセル１１０に流れた電流（ポンプセル電流Ｉｐ）により、排ガス中に含まれる酸素濃度が検出される。   In the gas concentration sensor 100 having the above configuration, the exhaust gas is introduced into the first chamber 144 through the porous diffusion layer 147 and the pinhole 141a. When the exhaust gas passes through the vicinity of the pump cell 110, a decomposition reaction occurs by applying a voltage Vp between the pump cell electrodes 111 and 112, and oxygen is passed through the pump cell 110 according to the oxygen concentration in the first chamber 144. It is put in and out. At this time, since the electrode 111 on the first chamber 144 side is a NOx inert electrode, NOx in the exhaust gas is not decomposed in the pump cell 110, but only oxygen is decomposed and discharged to the atmospheric passage 150. And the oxygen concentration contained in exhaust gas is detected by the electric current (pump cell current Ip) flowing through the pump cell 110.

ポンプセル１１０近傍を通過した排ガスは第２チャンバ１４６に流れ込み、モニタセル１２０では、ガス中の残留酸素濃度に応じた出力が発生する。モニタセル１２０の出力は、モニタセル電極１２１，１２２間に所定の電圧Ｖｍを印加することでモニタセル電流Ｉｍとして検出される。また、センサセル電極１３１，１２２間に所定の電圧Ｖｓを印加することでガス中のＮＯｘが還元分解され、その際発生する酸素が大気通路１４８に排出される。このとき、センサセル１３０に流れた電流（センサセル電流Ｉｓ）により、排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度が検出される。   The exhaust gas that has passed in the vicinity of the pump cell 110 flows into the second chamber 146, and the monitor cell 120 generates an output corresponding to the residual oxygen concentration in the gas. The output of the monitor cell 120 is detected as a monitor cell current Im by applying a predetermined voltage Vm between the monitor cell electrodes 121 and 122. Further, by applying a predetermined voltage Vs between the sensor cell electrodes 131 and 122, NOx in the gas is reduced and decomposed, and oxygen generated at that time is discharged to the atmospheric passage 148. At this time, the concentration of NOx contained in the exhaust gas is detected by the current (sensor cell current Is) flowing through the sensor cell 130.

因みに、ポンプセル１１０では、その都度の排ガス中の酸素濃度（すなわちポンプセル電流Ｉｐ）に応じて印加電圧Ｖｐが可変に制御されるようになっており、一例として、当該ポンプセル１１０の限界電流特性に基づき作成された印加電圧マップを用い、その都度のポンプセル電流Ｉｐに応じて印加電圧Ｖｐが制御される。これにより、排ガス中の酸素濃度が高くなるほど印加電圧が高電圧側にシフトするようにして印加電圧制御が実施される。   Incidentally, in the pump cell 110, the applied voltage Vp is variably controlled in accordance with the oxygen concentration (that is, the pump cell current Ip) in the exhaust gas each time. As an example, based on the limiting current characteristics of the pump cell 110 The applied voltage Vp is controlled according to the pump cell current Ip each time using the created applied voltage map. Thus, the applied voltage control is performed such that the applied voltage shifts to the higher voltage side as the oxygen concentration in the exhaust gas increases.

図１は、ガス濃度検出装置のシステム構成を示すブロック図である。図１において、センサ制御ユニット１０は、センサ制御部１１とヒータ制御部１２と入出力部（Ｉ／Ｏポート）１３とを有し、センサ制御部１１は電気配線Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を介して前述のポンプセル１１０、モニタセル１２０及びセンサセル１３０にそれぞれ電気的に接続されている。センサ制御部１１は、周知の通りガス濃度センサ１００の各セル１１０〜１３０に対して所定の印加電圧を付加する機能や、電流検出抵抗を通じて各セル１１０〜１３０に流れる電流信号（素子電流）を計測する機能を有する。   FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of the gas concentration detection apparatus. In FIG. 1, a sensor control unit 10 includes a sensor control unit 11, a heater control unit 12, and an input / output unit (I / O port) 13. The sensor control unit 11 is connected via electric wirings H1, H2, and H3. The pump cell 110, the monitor cell 120, and the sensor cell 130 are electrically connected to each other. As is well known, the sensor control unit 11 has a function of applying a predetermined applied voltage to each of the cells 110 to 130 of the gas concentration sensor 100 and a current signal (element current) that flows to each of the cells 110 to 130 through a current detection resistor. Has the function to measure.

この場合、ポンプセル１１０に流れるｍＡ（ミリアンペア）オーダの電流信号は電気配線Ｈ１を通じてセンサ制御部１１に流れ、同制御部１１内の電流検出抵抗により計測される。そして、該計測されたポンプセル電流信号に基づいて排ガス中の酸素濃度（Ａ／Ｆ）が検出される。また、モニタセル１２０及びセンサセル１３０に流れるｎＡ（ナノアンペア）オーダの電流信号は電気配線Ｈ２，Ｈ３を介してセンサ制御部１１に流れ、その各々が同制御部１１内の電流検出抵抗により計測される。そして、モニタセル電流信号により第２チャンバ１４６内の残留酸素濃度が検出されると共に、センサセル電流信号によりＮＯｘ濃度が検出される。このとき、酸素濃度やＮＯｘ濃度の検出値は、入出力部１３及び電気配線Ｈ５を通じて外部のエンジンＥＣＵ２０等に出力されるようになっている。   In this case, a mA (milliampere) order current signal flowing through the pump cell 110 flows to the sensor control unit 11 through the electric wiring H <b> 1 and is measured by a current detection resistor in the control unit 11. Then, the oxygen concentration (A / F) in the exhaust gas is detected based on the measured pump cell current signal. In addition, nA (nanoampere) order current signals flowing in the monitor cell 120 and the sensor cell 130 flow to the sensor control unit 11 via the electrical wirings H2 and H3, and each of them is measured by a current detection resistor in the control unit 11. . The residual oxygen concentration in the second chamber 146 is detected by the monitor cell current signal, and the NOx concentration is detected by the sensor cell current signal. At this time, the detected values of oxygen concentration and NOx concentration are output to the external engine ECU 20 and the like through the input / output unit 13 and the electric wiring H5.

また、ヒータ制御部１２は電気配線Ｈ４を介してヒータ１５１に電気的に接続されており、このヒータ制御部１２によりヒータ１５１が断続的に通電される。つまり、ヒータ制御部１２は、スイッチング素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）や駆動用ドライバ等を有しており、例えばＣＰＵ等の演算部より出力されるＤｕｔｙ信号によりヒータ１５１へ供給される電力がＰＷＭ制御される。   Further, the heater control unit 12 is electrically connected to the heater 151 via the electric wiring H4, and the heater 151 is energized intermittently by the heater control unit 12. That is, the heater control unit 12 includes a switching element (for example, a MOSFET), a driver for driving, and the like, and the power supplied to the heater 151 is PWM-controlled by a duty signal output from a calculation unit such as a CPU, for example. .

電気配線Ｈ１〜Ｈ５は、一般には取り回し等を考慮してタイラップ（登録商標）等の結束バンドにより束ねられており、配線両端部に設けられたコネクタ部と合わせて配線ユニットを構成している（図示は略す）。また、特にモニタセル１２０及びセンサセル１３０に接続される電気配線Ｈ２，Ｈ３はｎＡレベルの微弱な素子電流を流すものであり、これが「素子電流線」に該当し、ヒータ１５１に接続される電気配線Ｈ４はＡレベルの電流を流すものであり、これが「ヒータ線」に該当する。   The electric wirings H1 to H5 are generally bundled by a binding band such as Tie Wrap (registered trademark) in consideration of handling and the like, and constitute a wiring unit together with connector portions provided at both ends of the wiring ( (The illustration is omitted). In particular, the electric wirings H2 and H3 connected to the monitor cell 120 and the sensor cell 130 pass a weak element current of nA level, which corresponds to an “element current line” and is connected to the heater 151. Indicates a current of A level, and this corresponds to a “heater wire”.

上記センサ制御ユニット１０において、センサ制御部１１やヒータ制御部１２を構成するための各種電気部品やマイクロコンピュータ等は同一のセンサ制御回路基板に実装され、その回路基板が薄型の四角箱状をなすケースに収容されている。この場合、センサ制御部１１はｎＡレベルの微弱電流を検出する回路構成を含んでおり、外部ノイズを極力取り込まないようにする必要がある。以下、ノイズ対策を含めてセンサ制御ユニット１０の特徴的な構成を説明する。   In the sensor control unit 10, various electrical components and microcomputers for configuring the sensor control unit 11 and the heater control unit 12 are mounted on the same sensor control circuit board, and the circuit board forms a thin square box shape. Housed in a case. In this case, the sensor control unit 11 includes a circuit configuration for detecting a weak current of nA level, and it is necessary to prevent external noise from being taken in as much as possible. Hereinafter, a characteristic configuration of the sensor control unit 10 including noise countermeasures will be described.

図２はセンサ制御ユニット１０の具体的構成を示す図面であり、図２の（ａ）はケース３０のケース本体３１から蓋体３７を取り外した状態のセンサ制御ユニット１０の構成を示す斜視図、（ｂ）は同ユニット１０のＸ−Ｘ線断面図である。   FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of the sensor control unit 10, and FIG. 2A is a perspective view showing the configuration of the sensor control unit 10 with the lid 37 removed from the case body 31 of the case 30. (B) is the XX sectional view of the unit 10. FIG.

ケース本体３１は、アルミニウム等の金属又は導電性プラスチックといった導電性材料により有底箱状に成形され、ケース内部は同じく導電性材料よりなる仕切板３２により２部屋に分割されている。この場合、一方の部屋にはセンサ制御回路基板３３が収容され、他方の部屋には配線接続基板３４が収容されている。ケース本体３１とこれに接触する仕切板３２は共にグランド電位となっている。センサ制御回路基板３３が「制御回路部」に相当し、配線接続基板３４が「接続回路部」にそれぞれ相当する。便宜上以下の説明では、センサ制御回路基板３３を収容した部屋を第１室Ａ、配線接続基板３４を収容した部屋を第２室Ｂと称する。   The case main body 31 is formed in a bottomed box shape by a conductive material such as a metal such as aluminum or conductive plastic, and the inside of the case is divided into two rooms by a partition plate 32 also made of a conductive material. In this case, the sensor control circuit board 33 is accommodated in one room, and the wiring connection board 34 is accommodated in the other room. Both the case main body 31 and the partition plate 32 in contact with the case main body 31 are at ground potential. The sensor control circuit board 33 corresponds to a “control circuit section”, and the wiring connection board 34 corresponds to a “connection circuit section”. For convenience, in the following description, a room containing the sensor control circuit board 33 is referred to as a first room A, and a room containing the wiring connection board 34 is referred to as a second room B.

仕切板３２には複数の貫通コンデンサ３５が横一列に取り付けられており、仕切板３２がケース本体３１と接触して導通されることにより、貫通コンデンサ３５の内部端子が仕切板３２及びケース本体３１を介してグランドに接続されるようになっている。貫通コンデンサ３５の両端より延びるリード線３５ａ，３５ｂはそれぞれセンサ制御回路基板３３、配線接続基板３４に接続されており、この両基板３３，３４が貫通コンデンサ３５を通じて電気的に接続されている。貫通コンデンサ３５は１０００ｐＦ以上の容量特性を有するものであると良い。本構成では、仕切板３２はケース３０内を２部屋に分割する役目を果たすことに加え、複数の貫通コンデンサ３５を保持し且つその内部端子をグランド接続する役目を果たすものとなっている。   A plurality of feedthrough capacitors 35 are attached to the partition plate 32 in a horizontal row, and the partition plate 32 comes into contact with the case body 31 to be conductive, whereby the internal terminals of the feedthrough capacitor 35 are connected to the partition plate 32 and the case body 31. It is designed to be connected to the ground via Lead wires 35 a and 35 b extending from both ends of the feedthrough capacitor 35 are connected to the sensor control circuit board 33 and the wiring connection board 34, respectively, and both the boards 33 and 34 are electrically connected through the feedthrough capacitor 35. The feedthrough capacitor 35 preferably has a capacitance characteristic of 1000 pF or more. In this configuration, the partition plate 32 serves to divide the inside of the case 30 into two rooms, and also serves to hold a plurality of feedthrough capacitors 35 and to connect the internal terminals thereof to the ground.

なお図２には、５個の貫通コンデンサ３５を図示しているが、これは簡易的に示しただけであり、実際にはセンサ制御回路基板３３に設けられた接続端子の数だけ、すなわち電気配線Ｈ１〜Ｈ５に含まれる芯線（ワイヤ）の数だけの貫通コンデンサ３５が設けられている。   In FIG. 2, five feedthrough capacitors 35 are illustrated. However, this is only shown in a simplified manner. Actually, only the number of connection terminals provided on the sensor control circuit board 33, that is, electric As many feedthrough capacitors 35 as the number of core wires (wires) included in the wirings H1 to H5 are provided.

また、ケース本体３１の一側面には矩形状に切り欠かれた配線取込口３６が形成されており、この配線取込口３６を介して電気配線Ｈ１〜Ｈ５がケース３０内に取り込まれ、配線接続基板３４に対しての電気的な接続がなされるようになっている。そして、上記の通りケース本体３１内に仕切板３２や回路基板３３，３４を配置した状態で蓋体３７が取り付けられる。これにより、センサ制御回路基板３３を収容する第１室Ａはほぼ密閉された状態となる。   In addition, a wiring intake port 36 that is cut out in a rectangular shape is formed on one side surface of the case body 31, and the electrical wirings H <b> 1 to H <b> 5 are taken into the case 30 through the wiring intake port 36. Electrical connection to the wiring connection board 34 is made. And the cover body 37 is attached in the state which has arrange | positioned the partition plate 32 and the circuit boards 33 and 34 in the case main body 31 as above-mentioned. As a result, the first chamber A that houses the sensor control circuit board 33 is almost sealed.

上記センサ制御ユニット１０の構成によれば、センサ制御回路基板３３を収容する第１室Ａが配線接続基板３４を収容する第２室Ｂから実質的に隔てて設けられ、更にケース３０の電位がグランド電位となっているため、第１室Ａ側では第２室Ｂ側に入り込む外部からの電波ノイズ等の影響が排除できる。また、電気配線Ｈ１〜Ｈ５に重畳した電波ノイズを貫通コンデンサ３５にて吸収することが可能となる。以上により、センサ制御回路基板３３の安定動作が維持でき、その信頼性が向上する。   According to the configuration of the sensor control unit 10, the first chamber A that accommodates the sensor control circuit board 33 is provided substantially separated from the second chamber B that accommodates the wiring connection board 34, and the potential of the case 30 is further increased. Since the potential is the ground potential, the influence of external radio noise and the like entering the second chamber B side can be eliminated on the first chamber A side. In addition, radio noise superimposed on the electrical wirings H1 to H5 can be absorbed by the feedthrough capacitor 35. As described above, the stable operation of the sensor control circuit board 33 can be maintained, and its reliability is improved.

一方、上述した通りガス濃度センサ１００とセンサ制御ユニット１０とを電気的に接続する電気配線Ｈ１〜Ｈ４のうち、特にｎＡレベルの微弱な素子電流を流す電気配線Ｈ２，Ｈ３では、これに並走しＡレベルのヒータ電流を流す電気配線Ｈ４から誘導ノイズや容量結合ノイズの影響を受け、結果としてＮＯｘ濃度の検出精度が低下することが懸念される。そこで、電気配線Ｈ２，Ｈ３のノイズ対策として同電気配線Ｈ２，Ｈ３にシールドを付加する構成を採用する。なお、比較的大きな電流を流す電気配線Ｈ１，Ｈ４に関してはシールドを付加せず、従来通りの樹脂被覆構成としている。   On the other hand, among the electrical wirings H1 to H4 that electrically connect the gas concentration sensor 100 and the sensor control unit 10 as described above, particularly the electrical wirings H2 and H3 that pass a weak element current of nA level are parallel to this. However, there is a concern that the detection accuracy of the NOx concentration is lowered as a result of the influence of inductive noise and capacitive coupling noise from the electric wiring H4 through which the A level heater current flows. Therefore, a configuration in which a shield is added to the electric wirings H2 and H3 is adopted as a noise countermeasure for the electric wirings H2 and H3. In addition, regarding the electric wirings H1 and H4 through which a relatively large current flows, a shield is not added and a conventional resin coating configuration is used.

図３は、電気配線Ｈ２，Ｈ３を具体的するための配線構造を示す斜視図であり、同図には複数（図では２本）の芯線をまとめてシールド層で覆った多芯構造を示している。   FIG. 3 is a perspective view showing a wiring structure for specifying the electric wirings H2 and H3. FIG. 3 shows a multi-core structure in which a plurality (two in the figure) of core wires are collectively covered with a shield layer. ing.

図３において、芯線４１は個別に絶縁材料よりなる被覆層４２にて覆われ、それらがまとめて編組シールドよりなるシールド層４３で覆われる構成となっている。そして更に、シールド層４３の外周がビニルシース４４により覆われている。シールド層４３は、錫メッキ軟銅線やステンレス（ＳＵＳ３０４）系の材料など導電性が高い材料により構成され、その編組密度は９０％以上であることが望ましい。但し、編組シールドに代えて横巻シールドにしたり、導体テープ等を用いたりすることも可能であり、実質的にシールド効果が得られる材質・構造であれば良い。図中の符号４５はドレインワイヤであり、例えばドレインワイヤ４５がセンサ制御ユニット１０のケース３０に接続されることにより、シールド層４３の電位がグランド電位に落とされるようになっている。   In FIG. 3, the core wires 41 are individually covered with a covering layer 42 made of an insulating material, and they are collectively covered with a shield layer 43 made of a braided shield. Furthermore, the outer periphery of the shield layer 43 is covered with a vinyl sheath 44. The shield layer 43 is made of a highly conductive material such as a tinned annealed copper wire or a stainless steel (SUS304) material, and the braid density is preferably 90% or more. However, instead of the braided shield, a horizontal winding shield or a conductive tape can be used, and any material and structure that can substantially obtain a shielding effect may be used. Reference numeral 45 in the figure denotes a drain wire. For example, when the drain wire 45 is connected to the case 30 of the sensor control unit 10, the potential of the shield layer 43 is lowered to the ground potential.

電気配線Ｈ２，Ｈ３の構成として、芯線４１を１本ずつ個別にシールド層４３で覆う構成であっても良く、図４にはその構造を示している。   As a configuration of the electric wirings H2 and H3, the core wires 41 may be individually covered with the shield layer 43 one by one, and the structure is shown in FIG.

また、図５は、シールド被覆の各種形態を示す断面図である。図５の（ａ）では、芯線４１を被覆層４２で覆い、その外側にシールド層４３を施し、更にその外側（最外周）に保護層としてのビニルシース４４を設けている。また、図５の（ｂ）では、複数の芯線４１を各々被覆層４２で覆い、その外側にシールド層４３を施し、更にその外側（最外周）にビニルシース４４を設けている。シールド層４３の内側には、当該シールド層４３に接するようにしてドレインワイヤ４５を設けている。図５の（ｃ）は、複数の芯線４１を各々被覆層４２で覆い、その外側にシールド層４３を施している。そして、シールド層４３を直接グランド電位に落とすようにしている。上記各構成は、同軸ケーブルとしての構成を有するものである。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing various forms of shield coating. In FIG. 5A, the core wire 41 is covered with a covering layer 42, a shield layer 43 is provided on the outer side, and a vinyl sheath 44 as a protective layer is provided on the outer side (outermost periphery). In FIG. 5B, a plurality of core wires 41 are each covered with a coating layer 42, a shield layer 43 is provided on the outer side, and a vinyl sheath 44 is provided on the outer side (outermost circumference). A drain wire 45 is provided inside the shield layer 43 so as to be in contact with the shield layer 43. In FIG. 5C, a plurality of core wires 41 are each covered with a covering layer 42, and a shield layer 43 is provided on the outside thereof. The shield layer 43 is directly dropped to the ground potential. Each said structure has a structure as a coaxial cable.

上記の配線構造では、電気配線Ｈ２，Ｈ３において、芯線４１に周囲を覆うシールド層４３を設け且つ該シールド層４３をグランド電位としたことにより、ヒータ用の電気配線Ｈ４からの誘導ノイズ・容量結合ノイズやその他電波ノイズ等、外部ノイズによる影響が排除できる。故に、本来目的とするｎＡレベルの素子電流が精度良く検出できるようになる。   In the wiring structure described above, in the electrical wirings H2 and H3, the core layer 41 is provided with the shield layer 43 covering the periphery, and the shield layer 43 is set to the ground potential, so that the induction noise and capacitive coupling from the electrical wiring H4 for the heater are performed. The influence of external noise such as noise and other radio noise can be eliminated. Therefore, the originally intended nA level device current can be accurately detected.

上記の如く構成した電気配線Ｈ２，Ｈ３では、芯線４１に１Ｖ程度の電圧がかかる一方、シールド層４３の電位がグランド電位に落とされるため、被覆層４２の内外にかかる電位差により当該被覆層４２を通じての漏れ電流（リーク電流）の発生が懸念される。そこで、被覆層４２を通じての漏れ電流による影響を排除すべく、被覆層４２の特性である体積抵抗率ρを１．０×１０¹²（Ω・ｃｍ）以上とするのが望ましい。 In the electrical wirings H2 and H3 configured as described above, a voltage of about 1 V is applied to the core wire 41, while the potential of the shield layer 43 is dropped to the ground potential. There is concern about the occurrence of leakage current (leakage current). Therefore, in order to eliminate the influence of the leakage current through the coating layer 42, the volume resistivity ρ, which is a characteristic of the coating layer 42, is preferably set to 1.0 × 10 ¹² (Ω · cm) or more.

要するに、図８に示すように、材料の平均断面積をＳ（ｃｍ２）、電気抵抗の測定距離をＬ（ｃｍ）、電気抵抗値をＲ（Ω）とした場合、材料の体積抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）は、
ρ＝（Ｓ／Ｌ）×Ｒ …（１）
の関係で表される。この関係を電気配線の被覆層に置き直して考える。図９は１芯構造の電気配線を示しており、同図には前記図３，図４等と同じ部品番号を付している。図９の（ａ）は電気配線の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は同電気配線の層構造を示す正面図である。 In short, as shown in FIG. 8, when the average cross-sectional area of the material is S (cm2), the measurement distance of electrical resistance is L (cm), and the electrical resistance value is R (Ω), the volume resistivity ρ ( Ω · cm) is
ρ = (S / L) × R (1)
It is expressed by the relationship. This relationship is considered by replacing it with the coating layer of the electrical wiring. FIG. 9 shows the electrical wiring of a single core structure, and the same part numbers as those in FIGS. FIG. 9A is a perspective view showing an external appearance of the electric wiring, and FIG. 9B is a front view showing a layer structure of the electric wiring.

図９において、Ｒｓは芯線半径、Ｗｗは被覆層４２の長さであり、芯線４１とシールド層４３間の距離（すなわち被覆層４２の厚み）が測定距離Ｌに相当する。この場合、平均断面積Ｓは「Ｓ＝π（２Ｒｓ＋Ｌ）×Ｗｗ」で表すことができ、これを上記（１）式に当てはめると、次式が得られる。   In FIG. 9, Rs is the core wire radius, Ww is the length of the coating layer 42, and the distance between the core wire 41 and the shield layer 43 (that is, the thickness of the coating layer 42) corresponds to the measurement distance L. In this case, the average cross-sectional area S can be expressed by “S = π (2Rs + L) × Ww”. When this is applied to the above equation (1), the following equation is obtained.

ρ＝Ｒ×｛π（２Ｒｓ＋Ｌ）×Ｗｗ｝／Ｌ …（２）
ここで、モニタセル１２０やセンサセル１３０に流れる素子電流は５００ｎＡ（０．５μＡ）程度であり、許容できる漏れ電流が素子電流の０．２％（１ｎＡ）であるとすると、被覆層４２に要求される抵抗値Ｒは１ＧΩ以上となる（Ｒ＝１（Ｖ）／１（ｎＡ）≧１×１０⁹Ω＝１ＧΩ）。また、一般的な電線材の仕様よりＲｓ＝０．０５ｃｍ、Ｌ＝０．０５ｃｍとし、更にＷｗ＝１００ｃｍとすると、上記（２）式より、体積抵抗率ρ≧０．９４×１０¹²（Ω・ｃｍ）となる。故に、ρ≧１．０×１０¹²（Ω・ｃｍ）とすることで、素子電流の要求精度が満たされることとなる。 ρ = R × {π (2Rs + L) × Ww} / L (2)
Here, if the element current flowing through the monitor cell 120 and the sensor cell 130 is about 500 nA (0.5 μA) and the allowable leakage current is 0.2% (1 nA) of the element current, the covering layer 42 is required. The resistance value R is 1 GΩ or more (R = 1 (V) / 1 (nA) ≧ 1 × 10 ⁹ Ω = 1 GΩ). Further, when Rs = 0.05 cm, L = 0.05 cm, and Ww = 100 cm from the specifications of a general electric wire material, the volume resistivity ρ ≧ 0.94 × 10 ¹² (Ω from the above equation (2). Cm). Therefore, the required accuracy of the device current is satisfied by satisfying ρ ≧ 1.0 × 10 ¹² (Ω · cm).

被覆層４２としてテフロン（登録商標）を用いる場合、カタログ等によるスペックでは体積抵抗率ρ≧１０¹⁸（Ω・ｃｍ）であり、上記要求を余裕を持って満たすこととなる。但し、テフロン（登録商標）以外にも、体積抵抗率ρ≧１０¹²（Ω・ｃｍ）を満足することを条件に、他の材料よりなる被覆層を採用しても良い。例えば一般的に自動車用ワイヤとして使用されるＡＶ線を用いる場合、スペック上の体積抵抗率ρは１０¹⁰〜１０¹⁵（Ω・ｃｍ）程度であり、体積抵抗率ρ≧１０¹²（Ω・ｃｍ）を満足するよう管理することで被覆層４２としての使用が可能となる。テフロン（登録商標）を用いる場合には、こうした管理の煩わしさから開放されるという利点もある。 When Teflon (registered trademark) is used as the covering layer 42, the volume resistivity ρ ≧ 10 ¹⁸ (Ω · cm) in the specifications according to the catalog or the like, and the above requirement is satisfied with a margin. However, other than Teflon (registered trademark), a coating layer made of another material may be adopted on condition that the volume resistivity ρ ≧ 10 ¹² (Ω · cm) is satisfied. For example, when an AV wire generally used as an automobile wire is used, the volume resistivity ρ on the specifications is about 10 ¹⁰ to 10 ¹⁵ (Ω · cm), and the volume resistivity ρ ≧ 10 ¹² (Ω · cm). ) Can be used as the coating layer 42 by managing so as to satisfy. In the case of using Teflon (registered trademark), there is an advantage that it is freed from such troublesome management.

上記計算例では、被覆層長さＷｗを１００ｃｍ、芯線電圧を１Ｖと仮定したが、被覆層長さＷｗが長くなれば抵抗値Ｒが小さくなり、芯線電圧が高くなると漏れ電流が大きくなる。故に、体積抵抗率ρ≧１０¹⁸（Ω・ｃｍ）のテフロン（登録商標）線を使用することにより一層、漏れ電流（リーク電流）に対し有利に働くと考えられる。 In the above calculation example, it is assumed that the coating layer length Ww is 100 cm and the core wire voltage is 1 V. However, as the coating layer length Ww increases, the resistance value R decreases, and when the core wire voltage increases, the leakage current increases. Therefore, it is considered that the use of a Teflon (registered trademark) wire having a volume resistivity ρ ≧ 10 ¹⁸ (Ω · cm) works more advantageously against leakage current (leakage current).

また図示は省略するが、本実施の形態では、微弱な素子電流を流す電気配線Ｈ２，Ｈ３におけるシールド層４３をグランド電位に接続するグランド処理と、ヒータ１５１をグランド電位に接続するグランド処理とを別個に施す構成としている。具体的には、電気配線Ｈ２，Ｈ３のシールド層４３をセンサ制御ユニット１０のグランドに接続し、ヒータ１５１の負側端子をエンジン又はエンジンＥＣＵ２０のグランドに接続している。これにより、ヒータ１５１側のグランド電位（基準電位）が変動しても、シールド層４３側のグランド電位に悪影響が及ぶといった不都合が回避できる。   Although illustration is omitted, in the present embodiment, a ground process for connecting the shield layer 43 to the ground potential in the electric wirings H2 and H3 for passing a weak element current and a ground process for connecting the heater 151 to the ground potential are performed. It is configured to be applied separately. Specifically, the shield layer 43 of the electrical wirings H2 and H3 is connected to the ground of the sensor control unit 10, and the negative terminal of the heater 151 is connected to the ground of the engine or the engine ECU 20. Thereby, even if the ground potential (reference potential) on the heater 151 side fluctuates, the inconvenience that the ground potential on the shield layer 43 side is adversely affected can be avoided.

配線ユニットを構成するコネクタ部について、そのコネクタ部外周にシールドを施す構成としても良い。例えば、図１０に示すように、コネクタ部６０を取り囲んでシールド材としてのケーシング６１を被せる。この場合、コネクタ部６０は樹脂成型品よりなり、ケーシング６１は金属等の導電性が高い材料よりなる。ケーシング６１はグランド電位である。ケーシング６１に代えて、コネクタ部６０の外周部に導体テープ等を巻く構成であっても良い。これにより、コネクタ部６０における耐ノイズ性が向上し、ガス濃度（本実施の形態ではＮＯｘ濃度）の検出精度向上を図る上でより一層望ましい構成が実現できる。   About the connector part which comprises a wiring unit, it is good also as a structure which shields the connector part outer periphery. For example, as shown in FIG. 10, a connector 61 is surrounded and a casing 61 as a shielding material is covered. In this case, the connector portion 60 is made of a resin molded product, and the casing 61 is made of a highly conductive material such as metal. The casing 61 is at ground potential. Instead of the casing 61, a configuration in which a conductor tape or the like is wound around the outer peripheral portion of the connector portion 60 may be employed. Thereby, the noise resistance in the connector portion 60 is improved, and a more desirable configuration can be realized in order to improve the detection accuracy of the gas concentration (NOx concentration in the present embodiment).

また、微弱な素子電流を流す電気配線Ｈ２，Ｈ３をセンサ制御ユニット１０に接続するための素子電流用コネクタと、ヒータ用の電気配線Ｈ４を同センサ制御ユニット１０に接続するためのヒータ用コネクタとを各々別個に設ける構成としても良い。これにより、素子電流用コネクタにおける耐ノイズ性が向上し、ガス濃度の検出精度向上を図る上でより一層望ましい構成が実現できる。なお、素子電流用コネクタの外周にシールド（例えば図１０のケーシング６１）を施し、更なる耐ノイズ性の向上を図ることも可能である。   Also, an element current connector for connecting the electric wirings H2 and H3 for passing a weak element current to the sensor control unit 10, and a heater connector for connecting the heater electric wiring H4 to the sensor control unit 10. May be provided separately. Thereby, the noise resistance in the element current connector is improved, and a more desirable configuration can be realized in order to improve the detection accuracy of the gas concentration. It is also possible to further improve noise resistance by providing a shield (for example, the casing 61 in FIG. 10) on the outer periphery of the element current connector.

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。   According to the embodiment described above in detail, the following excellent effects can be obtained.

素子電流用の電気配線Ｈ２，Ｈ３において芯線４１の周囲にシールド層４３を設けたことにより、ヒータ用電気配線Ｈ４から受ける誘導ノイズや容量結合ノイズの影響が排除できる。また、耐ノイズ性が向上することから、車載の各種電気機器が増えてノイズ源が増加してもそれに好適に対処できる。その結果、素子電流を正しく検出し、ひいてはガス濃度（本実施の形態ではＮＯｘ濃度）の検出精度を向上させることができるようになる。ノイズ対策として、微弱電流が流れる電気配線Ｈ２，Ｈ３とヒータ電流が流れる電気配線Ｈ４との距離を離して配置し管理することも考えられるが、本実施の形態によれば、こうした管理上の煩わしさからも解放されるようになる。   By providing the shield layer 43 around the core wire 41 in the electric wirings H2 and H3 for element current, the influence of inductive noise and capacitive coupling noise received from the electric wiring H4 for heaters can be eliminated. Further, since the noise resistance is improved, it is possible to appropriately cope with an increase in noise sources due to an increase in in-vehicle electric devices. As a result, it is possible to correctly detect the device current and to improve the detection accuracy of the gas concentration (NOx concentration in the present embodiment). As countermeasures against noise, it is conceivable to arrange and manage the electrical wirings H2 and H3 through which the weak current flows and the electrical wiring H4 through which the heater currents flow away from each other. It will be released again.

被覆層４２は体積抵抗率が１．０×１０¹²（Ω・ｃｍ）以上であるものに限定し、例えばテフロン（登録商標）を用いることとしたため、被覆層４２を通じて素子電流のリークが確実に抑制できる。故に、素子電流の検出結果に対する信頼性がより一層向上する。 The covering layer 42 is limited to one having a volume resistivity of 1.0 × 10 ¹² (Ω · cm) or more, and for example, Teflon (registered trademark) is used. Can be suppressed. Therefore, the reliability with respect to the detection result of the element current is further improved.

また、電気配線Ｈ１〜Ｈ５に重畳した外部の電波ノイズがセンサ制御回路基板３３に至る直前で貫通コンデンサ３５にて吸収されると共に、センサ制御回路基板３３が配線接続基板３４（電気配線Ｈ１〜Ｈ５）より隔離した第１室Ａ内に設けられるため、センサ制御回路基板３３に対する外部ノイズ等の影響が確実に排除できる。従って、かかる構成によっても、素子電流を正しく検出し、ひいてはガス濃度の検出精度を向上させることができるようになる。   Further, external radio noise superimposed on the electrical wirings H1 to H5 is absorbed by the feedthrough capacitor 35 immediately before reaching the sensor control circuit board 33, and the sensor control circuit board 33 is connected to the wiring connection board 34 (electrical wirings H1 to H5). ) Since it is provided in the first chamber A which is more isolated, the influence of external noise or the like on the sensor control circuit board 33 can be surely eliminated. Therefore, even with such a configuration, it is possible to correctly detect the device current and to improve the accuracy of detecting the gas concentration.

仕切板３２は、貫通コンデンサ３５を保持する役目とケース３０内を２部屋に分割する役目とを共に有するため、仕切専用の壁部を付加的に設ける必要が無く、簡易構造で上記効果が得られる。   Since the partition plate 32 has both the role of holding the feedthrough capacitor 35 and the role of dividing the inside of the case 30 into two rooms, there is no need to additionally provide a dedicated wall portion for the partition, and the above-described effects can be obtained with a simple structure. It is done.

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。   In addition, this invention is not limited to the content of description of the said embodiment, For example, you may implement as follows.

センサ制御ユニット１０の構成を図１１のようにする。図１１では、前記図２の構成との相違点として、ケース本体３１のほぼ全体にわたって１枚の回路基板５１を配置すると共に、その回路基板５１上に仕切板５２を立設している。仕切板５２は、前記図２と同様に貫通コンデンサ３５を保持する役目を持つことに加え、ケース３０内（ここでは特に回路基板５１の上方空間）を２部屋に分割する役目を持つ。この場合、回路基板５１上で電気配線Ｈ１〜Ｈ５を接続する面と、仕切板５２を立てる面とは同一である。また、回路基板５１において、仕切板５２より図の左側は制御回路部となっており、図の右側は接続回路部となっている。本構成においてもやはり、制御回路部と接続回路部とが仕切板５２により分離されるため、制御回路部に対する外部ノイズ等の影響が確実に排除できる。   The configuration of the sensor control unit 10 is as shown in FIG. In FIG. 11, as a difference from the configuration of FIG. 2, one circuit board 51 is disposed over almost the entire case body 31, and a partition plate 52 is erected on the circuit board 51. The partition plate 52 has the role of holding the feedthrough capacitor 35 as in FIG. 2 and also has the role of dividing the interior of the case 30 (here, particularly the space above the circuit board 51) into two rooms. In this case, the surface on the circuit board 51 that connects the electrical wirings H <b> 1 to H <b> 5 and the surface on which the partition plate 52 stands are the same. Moreover, in the circuit board 51, the left side of the figure from the partition plate 52 is a control circuit part, and the right side of the figure is a connection circuit part. Also in this configuration, since the control circuit unit and the connection circuit unit are separated by the partition plate 52, the influence of external noise or the like on the control circuit unit can be surely eliminated.

上記実施の形態では、制御回路部（センサ制御回路基板）と接続回路部（配線接続基板）とを共にケース３０内に収容する構成としたが、そのうち接続回路部をケース外に別途設ける構成としても良い。要は、制御回路部（センサ制御回路基板）をケースの閉空間に収容すると共に該ケースの壁部に貫通コンデンサを配置し、更に接続回路部（配線接続基板）を前記閉空間の外に配置し、該接続回路部と制御回路部とを貫通コンデンサを通じて電気的に接続する構成であれば良い。本構成によればやはり、制御回路部に対する外部ノイズ等の影響が確実に排除でき、素子電流を正しく検出することができる。   In the above embodiment, the control circuit unit (sensor control circuit board) and the connection circuit unit (wiring connection board) are both housed in the case 30, but the connection circuit unit is separately provided outside the case. Also good. In short, the control circuit part (sensor control circuit board) is accommodated in the closed space of the case, a feedthrough capacitor is placed on the wall of the case, and the connection circuit part (wiring connection board) is placed outside the closed space. In addition, the connection circuit unit and the control circuit unit may be electrically connected through the feedthrough capacitor. According to this configuration, the influence of external noise or the like on the control circuit unit can be surely eliminated, and the device current can be detected correctly.

上記実施の形態では、ポンプセル電流の電流レベルがモニタセル電流やセンサセル電流に比べて大きいため、ポンプセル電流を流す電気配線Ｈ１に関してヒータ用の電気配線Ｈ４と同様にシールドを施さない構成としたが、これを変更し、電気配線Ｈ１ついてもシールドを施す構成としても良い。   In the above embodiment, since the current level of the pump cell current is larger than the monitor cell current and the sensor cell current, the electric wiring H1 through which the pump cell current flows is configured not to be shielded in the same manner as the electric wiring H4 for the heater. It is good also as a structure which shields also about the electrical wiring H1.

上記実施の形態では、（１）電気配線に対するノイズ対策（シールド等）と、（２）センサ制御ユニットのケースに対するノイズ対策（貫通コンデンサの設置等）とを共に実施したが、上記（１），（２）のうち何れか一方のみを実施する構成であっても良い。   In the above-described embodiment, (1) noise countermeasures (shielding, etc.) for electric wiring and (2) noise countermeasures (installation of feedthrough capacitors, etc.) for the case of the sensor control unit are implemented together. A configuration in which only one of (2) is implemented may be employed.

ＮＯｘ濃度を検出可能なガス濃度センサ（ＮＯｘセンサ）の他に、特定成分のガス濃度としてＨＣ濃度やＣＯ濃度を検出可能なガス濃度センサ（ＨＣセンサ、ＣＯセンサ）にも適用できる。この場合、ポンプセル（第１セル）にて被検出ガス中の余剰酸素を排出し、センサセル（第２セル）にて余剰酸素排出後のガスからＨＣやＣＯを分解してＨＣ濃度やＣＯ濃度を検出する。   In addition to the gas concentration sensor (NOx sensor) capable of detecting the NOx concentration, the present invention can also be applied to a gas concentration sensor (HC sensor, CO sensor) capable of detecting the HC concentration and the CO concentration as the gas concentration of the specific component. In this case, surplus oxygen in the gas to be detected is exhausted by the pump cell (first cell), and HC and CO are decomposed from the gas after surplus oxygen is exhausted by the sensor cell (second cell). To detect.

更に、自動車用以外のガス濃度検出装置に用いること、排ガス以外のガスを被検出ガスとすることも可能である。   Furthermore, it can be used for gas concentration detection devices other than those for automobiles, and gases other than exhaust gas can be used as gas to be detected.

発明の実施の形態におけるガス濃度検出装置の概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the gas concentration detection apparatus in embodiment of invention. センサ制御ユニットの具体的構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of a sensor control unit. 電気配線の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of electrical wiring. 電気配線の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of electrical wiring. シールド被覆の各種形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the various forms of shield coating. ガス濃度センサの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a gas concentration sensor. ガス濃度センサの外観図である。It is an external view of a gas concentration sensor. 体積抵抗率の説明に用いる図である。It is a figure used for description of volume resistivity. 体積抵抗率の説明に用いる図である。It is a figure used for description of volume resistivity. コネクタ部にシールドを施した構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which gave the shield to the connector part. センサ制御ユニットの具体的構成を示す図である。It is a figure which shows the specific structure of a sensor control unit.

符号の説明Explanation of symbols

１０…センサ制御ユニット、
１１…センサ制御部、
１２…ヒータ制御部、
３０…ケース、
３１…ケース本体、
３２…仕切板、
３３…センサ制御回路基板、
３４…配線接続基板、
３５…貫通コンデンサ、
４１…芯線、
４２…被覆層、
４３…シールド層、
４４…ビニルシース、
５１…回路基板、
５２…仕切板、
６０…コネクタ部、
６１…ケーシング、
１００…ガス濃度センサ、
１０５…センサ素子、
１１０…ポンプセル、
１２０…モニタセル、
１３０…センサセル、
１４１，１４２…固体電解質、
１５１…ヒータ、
Ｈ１〜Ｈ５…電気配線。 10: Sensor control unit,
11 ... Sensor control unit,
12 ... heater control part,
30 ... case,
31 ... the case body,
32 ... partition plate,
33 ... Sensor control circuit board,
34 ... Wiring connection board,
35 ... Feedthrough capacitor,
41 ... core wire,
42 ... coating layer,
43 ... shield layer,
44. Vinyl sheath,
51. Circuit board,
52 ... partition plate,
60 ... Connector part,
61 ... casing,
100: Gas concentration sensor,
105 ... sensor element,
110 ... pump cell,
120 ... monitor cell,
130 ... sensor cell,
141, 142 ... solid electrolyte,
151 ... Heater,
H1 to H5 Electric wiring.

Claims (3)

固体電解質を有し被検出ガス中の特定成分のガス濃度を検出するセンサ素子と該センサ素子を所定の活性状態に加熱するヒータとを備えるガス濃度センサに適用され、特定成分濃度に対応してセンサ素子に流れる微弱な素子電流を計測すると共にヒータを断続的に通電するためのセンサ制御ユニットを、配線ユニットを通じて前記ガス濃度センサに電気的に接続してなるガス濃度検出装置において、
前記センサ制御ユニットに含まれる制御回路部を導電性材料よりなり且つグランド電位としたケースの閉空間に収容すると共に該ケースの壁部に貫通コンデンサを配置し、更に前記配線ユニットに電気接続される接続回路部を前記閉空間の外に配置し、該接続回路部と前記制御回路部とを貫通コンデンサを通じて電気的に接続したことを特徴とするガス濃度検出装置。 Applied to a gas concentration sensor having a solid electrolyte and a sensor element that detects a gas concentration of a specific component in a gas to be detected and a heater that heats the sensor element to a predetermined active state. In a gas concentration detection apparatus comprising a sensor control unit for measuring a weak element current flowing in a sensor element and electrically connecting a heater intermittently to the gas concentration sensor through a wiring unit.
The control circuit part included in the sensor control unit is made of a conductive material and accommodated in a closed space of the case having a ground potential, and a feedthrough capacitor is disposed on the wall of the case, and is further electrically connected to the wiring unit. A gas concentration detection device, wherein a connection circuit unit is disposed outside the closed space, and the connection circuit unit and the control circuit unit are electrically connected through a through capacitor. 前記貫通コンデンサの容量は１０００ｐＦ以上である請求項１に記載のガス濃度検出装置。 The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the feedthrough capacitor has a capacitance of 1000 pF or more. 前記センサ素子は、チャンバに導入した被検出ガス中の酸素を排出又は汲み込む第１セルと、第１セル通過後のガスを取り込んで当該ガス中の特定成分を分解しその際移動する酸素イオン量より特定成分のガス濃度を検出する第２セルとを有し、前記センサ制御ユニットは、少なくとも第２セルに流れる微弱電流を計測するものである請求項１乃至２の何れかに記載のガス濃度検出装置。
The sensor element includes a first cell that discharges or pumps oxygen in a gas to be detected introduced into the chamber, and oxygen ions that take in the gas that has passed through the first cell, decompose specific components in the gas, and move at that time The gas according to claim 1, further comprising: a second cell that detects a gas concentration of a specific component based on a quantity, wherein the sensor control unit measures at least a weak current flowing through the second cell. Concentration detector.

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