JP2010256127A

JP2010256127A - Gas concentration detector

Info

Publication number: JP2010256127A
Application number: JP2009105369A
Authority: JP
Inventors: Takanori Sasaki; 敬規佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: JP5195615B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas concentration detector for detecting the concentration of the specific gas component in measuring target gas with high precision even while the amount of exhaust gas is lowered. <P>SOLUTION: In the gas concentration detector 10 calculating the target pumping-out amount of oxygen in the measuring target gas and driving a pump cell according to the target pumping-out amount of oxygen, the amount of the exhaust gas in the measuring target gas introduced into an NOx sensor 1 is obtained on the basis of the data related to the operation state of an internal combustion engine and the concentration of oxygen in the measuring target gas (step 106). The target pumping-out amount of oxygen is increased in the case where amount of the exhaust gas becomes lower than a standard amount (steps 108-110). Preferably, the increase amount of pumped-out oxygen is set according to a change in the amount of air sucked into the internal combustion engine. Further, the increase amount of pumped-out oxygen is set according to the data related to oxygen adsorbed on the electrode of a detection cell 5. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、ガス濃度検出装置に係り、特に、エンジンから排出される排気ガス中の特定ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置に関する。 The present invention relates to a gas concentration detection device, and more particularly to a gas concentration detection device that detects the concentration of a specific gas in exhaust gas discharged from an engine.

従来、例えば、特開２００２−３１０９８５号公報に開示されるように、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサが知られている。このＮＯｘセンサは、より具体的には、被測定ガスが導かれる第１の内部空所と、更にその雰囲気が導かれる第２の内部空所と、第１の内部空所内の酸素分圧を制御せしめる第１の酸素ポンプ手段と、第２の内部空所内の酸素を汲み出す第２の酸素ポンプ手段と、を備え、第２のポンプ手段の作動により流れるポンプ電流に基づいて、被測定ガスのＮＯｘ濃度を求めることとしている。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-310985, a NOx sensor that measures the NOx concentration in a gas to be measured is known. More specifically, the NOx sensor has a first internal space through which the gas to be measured is introduced, a second internal space through which the atmosphere is further introduced, and an oxygen partial pressure in the first internal space. A gas to be measured on the basis of a pump current flowing by the operation of the second pump means, comprising: a first oxygen pump means to be controlled; and a second oxygen pump means for pumping out oxygen in the second internal space. NOx concentration is determined.

特開２００２−３１０９８５号公報JP 2002-310985 A 特開平１０−３８８４５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-38845 特開平１０−７１３２５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-71325

上記従来の技術のように、ＮＯｘセンサでは、該センサのチャンバ内の最奥部にＮＯｘ濃度を検出するための検出セルが配置されている。このため、該センサの周囲を流通する排気ガス量が低下した場合等においては、該チャンバ内の排気ガス（測定対象ガス）のガス交換性が低下してしまうおそれがある。この場合、検出セルの出力に応答遅れが発生し、ＮＯｘ濃度を正確に検出できないおそれがある。 As in the prior art, in the NOx sensor, a detection cell for detecting the NOx concentration is arranged at the innermost part in the chamber of the sensor. For this reason, when the amount of exhaust gas flowing around the sensor is decreased, the gas exchangeability of the exhaust gas (measurement target gas) in the chamber may be decreased. In this case, a response delay occurs in the output of the detection cell, and the NOx concentration may not be accurately detected.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気ガス量が低下している状態であっても、測定対象ガス中の特定ガス成分の濃度を高精度に検出することのできるガス濃度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can detect the concentration of a specific gas component in a measurement target gas with high accuracy even when the amount of exhaust gas is decreasing. An object of the present invention is to provide a gas concentration detection device capable of performing the above.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、測定対象ガス中の酸素を汲み出すポンプセルと、前記ポンプセルにより酸素が汲み出された測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検出する検出セルと、を有するガスセンサを内燃機関の排気経路に備えたガス濃度検出装置であって、
測定対象ガス中の酸素の目標汲み出し量を算出する目標汲み出し量算出手段と、
前記目標汲み出し量に応じて前記ポンプセルを駆動するポンプセル駆動手段と、
前記内燃機関の運転状態および測定対象ガス中の酸素の濃度に関する情報に基づいて、前記ガスセンサ内へ導入される測定対象ガス中の排気ガス量を取得する排気ガス量取得手段と、
前記排気ガス量が基準量より低下した場合に、前記目標汲み出し量を嵩上げする目標汲み出し量嵩上げ手段と、
を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the first invention is a pump cell that pumps out oxygen in a measurement target gas, and a detection that detects the concentration of a specific gas component contained in the measurement target gas from which oxygen has been pumped out by the pump cell. A gas concentration detection device including a gas sensor having a cell in an exhaust path of an internal combustion engine,
A target pumping amount calculating means for calculating a target pumping amount of oxygen in the measurement target gas;
Pump cell driving means for driving the pump cell according to the target pumping amount;
An exhaust gas amount acquisition means for acquiring an exhaust gas amount in the measurement target gas introduced into the gas sensor based on information on the operating state of the internal combustion engine and the concentration of oxygen in the measurement target gas;
A target pumping amount raising means for raising the target pumping amount when the exhaust gas amount is lower than a reference amount;
It is characterized by providing.

第２の発明は、第１の発明において、
前記目標値嵩上げ手段は、前記内燃機関へ吸入される空気量の変化に応じて、嵩上げ量を設定することを特徴とする。 According to a second invention, in the first invention,
The target value raising means sets the raising amount according to a change in the amount of air taken into the internal combustion engine.

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記目標値嵩上げ手段は、前記検出セルの電極に吸着している酸素に関する情報に応じて、嵩上げ量を設定することを特徴とする。 According to a third invention, in the first or second invention,
The target value raising means sets the raising amount according to information on oxygen adsorbed on the electrode of the detection cell.

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記検出セルの出力から検出される特定ガス成分の濃度が、測定対象ガス中の特定ガス成分の実濃度に追従した場合に、前記目標値嵩上げ手段の実行を制限する制限手段を更に備えることを特徴とする。 A fourth invention is any one of the first to third inventions,
The apparatus further comprises limiting means for restricting execution of the target value raising means when the concentration of the specific gas component detected from the output of the detection cell follows the actual concentration of the specific gas component in the measurement target gas. Features.

第５の発明は、上記の目的を達成するため、測定対象ガス中の酸素を汲み出すポンプセルと、前記ポンプセルにより酸素が汲み出された測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検出する検出セルと、を有するガスセンサを内燃機関の排気経路に備えたガス濃度検出装置であって、
前記内燃機関の運転状態および測定対象ガス中の酸素の濃度に関する情報に基づいて、前記ガスセンサ内へ導入される測定対象ガス中の排気ガス量を取得する排気ガス量取得手段と、
前記排気ガス量が基準量より低下した場合に、前記検出セルの出力値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a pump cell that pumps out oxygen in the measurement target gas, and detection that detects a concentration of a specific gas component contained in the measurement target gas from which oxygen has been pumped out by the pump cell A gas concentration detection device including a gas sensor having a cell in an exhaust path of an internal combustion engine,
An exhaust gas amount acquisition means for acquiring an exhaust gas amount in the measurement target gas introduced into the gas sensor based on information on the operating state of the internal combustion engine and the concentration of oxygen in the measurement target gas;
Correction means for correcting the output value of the detection cell when the exhaust gas amount falls below a reference amount;
It is characterized by providing.

第６の発明は、第５の発明において、
前記補正手段は、前記検出セルの出力変化に応じて、前記検出セルの出力値を補正することを特徴とする。 According to a sixth invention, in the fifth invention,
The correction means corrects the output value of the detection cell in accordance with an output change of the detection cell.

第７の発明は、第５または第６の発明において、
前記補正手段は、測定対象ガス中の酸素の濃度に関する情報に応じて、前記検出セルの出力値を補正することを特徴とする。 A seventh invention is the fifth or sixth invention, wherein
The correction means corrects the output value of the detection cell according to information on the concentration of oxygen in the measurement target gas.

第８の発明は、第５乃至第７の何れか１つの発明において、
前記濃度検出手段により検出される特定ガス成分の濃度が、測定対象ガス中の特定ガス成分の実濃度に追従した場合に、前記目標値嵩上げ手段の実行を制限する制限手段を更に備えることを特徴とする。 According to an eighth invention, in any one of the fifth to seventh inventions,
The apparatus further comprises a limiting unit that limits execution of the target value raising unit when the concentration of the specific gas component detected by the concentration detection unit follows the actual concentration of the specific gas component in the measurement target gas. And

第１の発明によれば、内燃機関の運転状態および測定対象ガス中の酸素の濃度に関する情報に基づいて、ガスセンサ内へ導入される測定対象ガス中の排気ガス（既燃ガス）量が取得される。そして、当該排気ガス量が基準量よりも低下した場合に、ポンプセルの目標汲み出し量が嵩上げされる。このため、本発明によれば、排気ガス量が低下してガスセンサの応答性が低下している場合に、検出セル近傍の残存酸素の除去能力が高められるので、応答性低下の影響を排除して特定ガス成分のガス濃度を高精度に検出することができる。 According to the first aspect of the invention, the amount of exhaust gas (burned gas) in the measurement target gas introduced into the gas sensor is acquired based on the information regarding the operating state of the internal combustion engine and the concentration of oxygen in the measurement target gas. The When the exhaust gas amount falls below the reference amount, the target pumping amount of the pump cell is increased. For this reason, according to the present invention, when the exhaust gas amount is reduced and the responsiveness of the gas sensor is reduced, the ability to remove residual oxygen in the vicinity of the detection cell is enhanced, thereby eliminating the influence of the responsiveness reduction. Thus, the gas concentration of the specific gas component can be detected with high accuracy.

第２の発明によれば、内燃機関へ吸入される空気量の変化に応じて目標汲み出し量の嵩上げ量が設定される。ガスセンサの応答遅れは、空気量の変化に大きく依存している。このため、本発明によれば、空気量の変化に基づいて、ガスセンサの応答性に応じた最適な嵩上げ量を設定することができる。 According to the second invention, the target pumping amount is set in accordance with the change in the amount of air taken into the internal combustion engine. The response delay of the gas sensor greatly depends on the change in the air amount. For this reason, according to this invention, the optimal raising amount according to the responsiveness of a gas sensor can be set based on the change of air quantity.

第３の発明によれば、検出セルの電極に吸着している酸素に関する情報に応じて目標汲み出し量の嵩上げ量が設定される。ガスセンサの応答遅れは、吸着酸素量に大きく依存している。このため、本発明によれば、当該吸着酸素に関する情報に基づいて、ガスセンサの応答性に応じた最適な嵩上げ量を設定することができる。 According to the third invention, the raising amount of the target pumping amount is set according to the information on the oxygen adsorbed on the electrode of the detection cell. The response delay of the gas sensor greatly depends on the amount of adsorbed oxygen. For this reason, according to this invention, the optimal raising amount according to the responsiveness of a gas sensor can be set based on the information regarding the said adsorption | suction oxygen.

第４の発明によれば、測定対象ガスの特定ガス成分の濃度が実濃度に追従した場合に、目標酸素汲み出し量の嵩上げが制限される。このため、本発明によれば、不要な嵩上げが実行される事態を効果的に回避することができる。 According to the fourth invention, when the concentration of the specific gas component of the measurement target gas follows the actual concentration, the increase in the target oxygen pumping amount is limited. For this reason, according to this invention, the situation where unnecessary raising is performed can be avoided effectively.

第５の発明によれば、内燃機関の運転状態および測定対象ガス中の酸素の濃度に関する情報に基づいて、測定対象ガス中の排気ガス量が取得される。そして、当該排気ガス量が基準量よりも低下した場合に、検出セルの出力値が補正される。このため、本発明によれば、排気ガス量が低下してガスセンサの応答性が低下している場合に、直接出力値を補正して応答性低下の影響を排除することができるので、特定ガス成分のガス濃度を高精度に検出することができる。 According to the fifth aspect, the amount of exhaust gas in the measurement target gas is acquired based on the information related to the operating state of the internal combustion engine and the concentration of oxygen in the measurement target gas. Then, when the exhaust gas amount falls below the reference amount, the output value of the detection cell is corrected. For this reason, according to the present invention, when the exhaust gas amount is reduced and the responsiveness of the gas sensor is reduced, it is possible to directly correct the output value and eliminate the influence of the reduced responsiveness. The gas concentration of the component can be detected with high accuracy.

第６の発明によれば、検出セルの出力変化に応じて検出セルの出力値の補正量が設定される。検出セルの出力変化は空気量変化に大きく依存している。このため、本発明によれば、検出セルの出力変化に基づいて、ガスセンサの応答性に応じた最適な補正量を設定することができる。 According to the sixth aspect, the correction amount of the output value of the detection cell is set in accordance with the change in the output of the detection cell. The output change of the detection cell greatly depends on the air amount change. For this reason, according to this invention, the optimal correction amount according to the responsiveness of a gas sensor can be set based on the output change of a detection cell.

第７の発明によれば、測定対象ガス中の酸素の濃度に関する情報に応じて検出セルの出力値の補正量が設定される。ガスセンサの応答遅れによる出力変化は、当該酸素濃度に大きく依存している。このため、本発明によれば、酸素の濃度に関する情報に基づいて、ガスセンサの応答性に応じた最適な補正量を設定することができる。 According to the seventh aspect, the correction amount of the output value of the detection cell is set according to the information regarding the concentration of oxygen in the measurement target gas. The output change due to the response delay of the gas sensor greatly depends on the oxygen concentration. For this reason, according to the present invention, it is possible to set an optimal correction amount according to the responsiveness of the gas sensor based on the information on the oxygen concentration.

第８の発明によれば、検出された特定ガス成分の濃度が実濃度に追従した場合に、検出セルの出力値の補正が制限される。このため、本発明によれば、不要な出力補正が実行される事態を効果的に回避することができる。 According to the eighth aspect, when the detected concentration of the specific gas component follows the actual concentration, the correction of the output value of the detection cell is limited. For this reason, according to the present invention, it is possible to effectively avoid a situation in which unnecessary output correction is performed.

本発明の実施の形態１のガス濃度検出装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the gas concentration detection apparatus of Embodiment 1 of this invention. 測定対象ガスのＮＯｘ濃度に対するＮＯｘ出力の応答時間の関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship of the response time of NOx output with respect to NOx density | concentration of measurement object gas. ＮＯｘ濃度が高濃度から低濃度へ変化した場合のＮＯｘ出力変化と実ＮＯｘ変化とを比較した図である。It is the figure which compared the NOx output change when the NOx concentration is changed from the high concentration to the low concentration and the actual NOx change. 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. ＮＯｘ濃度が高濃度から低濃度へ変化した場合のＮＯｘ出力変化と実ＮＯｘ変化とを示す図である。It is a figure which shows NOx output change and actual NOx change when NOx concentration changes from high concentration to low concentration. 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention.

以下、図面に基づいてこの発明の幾つかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１のガス濃度検出装置１０の構成を説明するための図である。本実施形態のガス濃度検出装置１０は、内燃機関（以下、単に「エンジン」と称する）の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出する装置である。このガス濃度検出装置１０は、ＮＯｘセンサ１を有している。 Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a gas concentration detection apparatus 10 according to Embodiment 1 of the present invention. The gas concentration detection device 10 of the present embodiment is a device that detects the concentration of NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas of an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”). The gas concentration detection device 10 has a NOx sensor 1.

ＮＯｘセンサ１は、主ポンプセル２および補助ポンプセル３の下方に、スペーサ４、検出セル（センサセル）５、スペーサ６、ヒータ７を順次積層することにより形成されている。 The NOx sensor 1 is formed by sequentially laminating a spacer 4, a detection cell (sensor cell) 5, a spacer 6, and a heater 7 below the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3.

スペーサ４には、第１室４１と、第２室４２とが形成されている。スペーサ４の構成材料としては、例えばアルミナ等を用いることができる。第１室４１および第２室４２は、連通孔４３を介して連通している。これらの第１室４１、第２室４２および連通孔４３は、スペーサ４に抜き穴を設けることにより形成することができる。 A first chamber 41 and a second chamber 42 are formed in the spacer 4. As a constituent material of the spacer 4, for example, alumina or the like can be used. The first chamber 41 and the second chamber 42 communicate with each other through the communication hole 43. The first chamber 41, the second chamber 42 and the communication hole 43 can be formed by providing a hole in the spacer 4.

主ポンプセル２は、第１室４１に流入した測定対象ガス中の余剰酸素を汲み出して除去する機能を有している。この主ポンプセル２は、固体電解質２１と、一対のポンプ電極２２，２３とで構成されている。素子である固体電解質２１は、酸素イオン導電性を有しており、例えば、シート状に成形されたＺｒＯ_２，ＨｆＯ_２，ＴｈＯ_２，ＢｉＯ_３等で構成されている。この固体電解質２１を上下から挟むポンプ電極２２，２３は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。 The main pump cell 2 has a function of pumping out and removing excess oxygen in the measurement target gas flowing into the first chamber 41. The main pump cell 2 includes a solid electrolyte 21 and a pair of pump electrodes 22 and 23. The solid electrolyte 21, which is an element, has oxygen ion conductivity, and is composed of, for example, ZrO ₂ , HfO ₂ , ThO ₂ , BiO ₃ or the like formed into a sheet shape. The pump electrodes 22 and 23 sandwiching the solid electrolyte 21 from above and below can be formed by a method such as screen printing, for example.

固体電解質２１の表面に形成された第１ポンプ電極２２は、測定対象ガスである排気ガスが存在する空間、すなわち、エンジンの排気通路内に面している。この第１ポンプ電極２２としては、例えば、Ｐｔ等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。 The first pump electrode 22 formed on the surface of the solid electrolyte 21 faces the space where the exhaust gas that is the measurement target gas exists, that is, the exhaust passage of the engine. As the first pump electrode 22, for example, a porous cermet electrode containing a noble metal such as Pt can be used.

一方、固体電解質２１を挟んで第１ポンプ電極２２の反対側に設けられた第２ポンプ電極２３は、第１室４１に面している。この第２ポンプ電極２３としては、ＮＯｘに対して不活性な電極、例えば、Ｐｔ−Ａｕ合金と、ジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。 On the other hand, the second pump electrode 23 provided on the opposite side of the first pump electrode 22 across the solid electrolyte 21 faces the first chamber 41. As the second pump electrode 23, an electrode inert to NOx, for example, a porous cermet electrode containing a Pt—Au alloy and ceramics such as zirconia and alumina can be used.

主ポンプセル２には、固体電解質２１とポンプ電極２２，２３とを貫通する導入孔としてのピンホール２４が形成されている。測定対象ガスである排気ガスは、後述する多孔質保護層８を透過し、ピンホール２４を通って、第１室４１に流入する。ピンホール２４の孔径は、第１室４１に導入される排気ガスの拡散速度が所定速度となるように設計されている。 The main pump cell 2 is formed with a pinhole 24 as an introduction hole penetrating the solid electrolyte 21 and the pump electrodes 22 and 23. Exhaust gas, which is a measurement object gas, permeates through a porous protective layer 8 described later, flows into the first chamber 41 through the pinhole 24. The hole diameter of the pinhole 24 is designed so that the diffusion speed of the exhaust gas introduced into the first chamber 41 becomes a predetermined speed.

補助ポンプセル３は、第１室４１から第２室４２に流入した測定対象ガス中の酸素濃度を検出するとともに、当該ガス中の余剰酸素を更に汲み出して除去する機能を有している。この補助ポンプセル３は、固体電解質３１と、一対のポンプ電極３２，３３とで構成されている。素子である固体電解質３１は、酸素イオン導電性を有しており、例えば、シート状に成形されたＺｒＯ_２，ＨｆＯ_２，ＴｈＯ_２，ＢｉＯ_３等で構成されている。この固体電解質３１を上下から挟むポンプ電極３２，３３は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。 The auxiliary pump cell 3 has a function of detecting the oxygen concentration in the measurement target gas flowing into the second chamber 42 from the first chamber 41 and further pumping out and removing excess oxygen in the gas. The auxiliary pump cell 3 includes a solid electrolyte 31 and a pair of pump electrodes 32 and 33. The solid electrolyte 31 as an element has oxygen ion conductivity, and is composed of, for example, ZrO ₂ , HfO ₂ , ThO ₂ , BiO ₃ or the like formed into a sheet shape. The pump electrodes 32 and 33 sandwiching the solid electrolyte 31 from above and below can be formed by a method such as screen printing, for example.

固体電解質３１の表面に形成された第１ポンプ電極３２は、内燃機関の排気通路内に面している。この第１ポンプ電極３２としては、例えば、Ｐｔ等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。 The first pump electrode 32 formed on the surface of the solid electrolyte 31 faces the exhaust passage of the internal combustion engine. As this 1st pump electrode 32, the porous cermet electrode containing noble metals, such as Pt, can be used, for example.

一方、固体電解質３１を挟んで第１ポンプ電極３２の反対側に設けられた第２ポンプ電極３３は、第２室４２に面している。この第２ポンプ電極３３としては、ＮＯｘに対して不活性な電極、例えば、Ｐｔ−Ａｕ合金と、ジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。 On the other hand, the second pump electrode 33 provided on the opposite side of the first pump electrode 32 across the solid electrolyte 31 faces the second chamber 42. As the second pump electrode 33, an electrode inert to NOx, for example, a porous cermet electrode containing a Pt—Au alloy and ceramics such as zirconia and alumina can be used.

主ポンプセル２および補助ポンプセル３の第１ポンプ電極２２，３２は、多孔質保護層８により覆われている。多孔質保護層８は、例えば多孔質アルミナ等で構成される。この多孔質保護層８により、第１ポンプ電極２２，３２の被毒を防止することができると共に、排気ガスに含まれるスス等によるピンホール２４の目詰まりを防止することができる。 The first pump electrodes 22 and 32 of the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3 are covered with the porous protective layer 8. The porous protective layer 8 is made of, for example, porous alumina. The porous protective layer 8 can prevent poisoning of the first pump electrodes 22 and 32 and can prevent the pinhole 24 from being clogged with soot contained in the exhaust gas.

検出セル５は、ＮＯの還元分解により生じる酸素量からＮＯｘ濃度を検出する機能を有している。検出セル５は、固体電解質５１と、この固体電解質５１を上下から挟む一対の検出電極５２，５３とを有している。これらの検出電極５２，５３は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。 The detection cell 5 has a function of detecting the NOx concentration from the amount of oxygen generated by NO reductive decomposition. The detection cell 5 includes a solid electrolyte 51 and a pair of detection electrodes 52 and 53 that sandwich the solid electrolyte 51 from above and below. These detection electrodes 52 and 53 can be formed by a method such as screen printing, for example.

固体電解質５１の表面に形成された第１検出電極５２は、第２室４２に面している。この第１検出電極５２として、例えば、Ｐｔ−Ｒｈ合金と、ジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。 The first detection electrode 52 formed on the surface of the solid electrolyte 51 faces the second chamber 42. As the first detection electrode 52, for example, a porous cermet electrode containing a Pt—Rh alloy and ceramics such as zirconia and alumina can be used.

一方、固体電解質５１を挟んで第１検出電極５２の反対側に設けられた第２検出電極５３は、スペーサ６に形成された大気ダクト６１に面している。大気ダクト６１には、大気が導入される。この第２検出電極５３として、例えば、Ｐｔ等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。大気ダクト６１は、スペーサ６に切り欠きを設けることにより形成することができる。 On the other hand, the second detection electrode 53 provided on the opposite side of the first detection electrode 52 across the solid electrolyte 51 faces the atmospheric duct 61 formed in the spacer 6. Air is introduced into the air duct 61. As the second detection electrode 53, for example, a porous cermet electrode containing a noble metal such as Pt can be used. The air duct 61 can be formed by providing a cutout in the spacer 6.

ヒータ７は、シート状の絶縁層７２，７３と、これらの絶縁層７２，７３間に設けられたヒータ電極７１とを有している。絶縁層７２，７３は、例えば、アルミナ等のセラミックスにより構成される。ヒータ電極７１は、例えば、Ｐｔとアルミナ等のセラミックスとのサーメットにより構成される。 The heater 7 includes sheet-like insulating layers 72 and 73 and a heater electrode 71 provided between the insulating layers 72 and 73. The insulating layers 72 and 73 are made of ceramics such as alumina, for example. The heater electrode 71 is composed of, for example, a cermet of Pt and ceramics such as alumina.

本実施形態のガス濃度検出装置１０は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）９を備えている。ＥＣＵ９は、主ポンプセル制御手段９１と、補助ポンプセル制御手段９２と、検出セル制御手段９３と、ヒータ制御手段９４とを有している。このＥＣＵ９は、エンジンＥＣＵと別個に構成されていてもよく、エンジンＥＣＵの一部として構成されていてもよい。 The gas concentration detection device 10 of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 9 as a control device. The ECU 9 includes main pump cell control means 91, auxiliary pump cell control means 92, detection cell control means 93, and heater control means 94. The ECU 9 may be configured separately from the engine ECU, or may be configured as a part of the engine ECU.

主ポンプセル制御手段９１は、主ポンプセル２の第１ポンプ電極２２および第２ポンプ電極２３に接続されている。主ポンプセル制御手段９１は、第１ポンプ電極２２および第２ポンプ電極２３に電圧を印加するとともに、主ポンプセル２に流れる電流値を検出可能になっている。 The main pump cell control means 91 is connected to the first pump electrode 22 and the second pump electrode 23 of the main pump cell 2. The main pump cell control means 91 is capable of applying a voltage to the first pump electrode 22 and the second pump electrode 23 and detecting a current value flowing through the main pump cell 2.

補助ポンプセル制御手段９２は、補助ポンプセル３の第１ポンプ電極３２および第２ポンプ電極３３に接続されている。補助ポンプセル制御手段９２は、補助ポンプセル３の第１ポンプ電極３２および第２ポンプ電極３３に電圧を印加するとともに、補助ポンプセル３に流れる電流値を検出可能になっている。 The auxiliary pump cell control means 92 is connected to the first pump electrode 32 and the second pump electrode 33 of the auxiliary pump cell 3. The auxiliary pump cell control unit 92 applies a voltage to the first pump electrode 32 and the second pump electrode 33 of the auxiliary pump cell 3 and can detect a current value flowing through the auxiliary pump cell 3.

検出セル制御手段９３は、検出セル５の第１検出電極５２および第２検出電極５３に接続されている。検出セル制御手段９３は、第１検出電極５２および第２検出電極５３に電圧を印加するとともに、検出セル５に流れる電流値を検出可能になっている。 The detection cell control means 93 is connected to the first detection electrode 52 and the second detection electrode 53 of the detection cell 5. The detection cell control means 93 can apply a voltage to the first detection electrode 52 and the second detection electrode 53 and can detect the value of the current flowing through the detection cell 5.

ヒータ制御手段９４は、ヒータ電極７１に接続されている。ヒータ制御手段９４は、ヒータ電極７１に電力を供給するものである。 The heater control means 94 is connected to the heater electrode 71. The heater control means 94 supplies power to the heater electrode 71.

上述したようなＮＯｘセンサ１では、主ポンプセル２、補助ポンプセル３、検出セル５の各セルがそれぞれ正常な特性を発揮するためには、それらの固体電解質２１，３１，５１の温度が活性温度以上であることが必要である。しかしながら、エンジンが停止しているときや燃料カットが長時間行われたときなどには、各セルの温度は低下する。このため、エンジン始動時や、長時間の燃料カットからの復帰時には、各セルの温度を早期に活性温度以上に上昇させるため、ヒータ７に通電することにより、ＮＯｘセンサ１を暖機する制御が実行される。 In the NOx sensor 1 as described above, in order for the main pump cell 2, the auxiliary pump cell 3, and the detection cell 5 to exhibit normal characteristics, the temperatures of the solid electrolytes 21, 31, 51 are higher than the activation temperature. It is necessary to be. However, when the engine is stopped or when the fuel is cut for a long time, the temperature of each cell decreases. For this reason, when starting the engine or returning from the fuel cut for a long time, the temperature of each cell is quickly raised to the activation temperature or higher so that the heater 7 is energized to control the NOx sensor 1 to warm up. Executed.

［実施の形態１の動作］
（ガス濃度検出装置１０の基本動作）
先ず、ＮＯｘセンサ１の暖機完了後におけるガス濃度検出装置１０の動作について説明する。測定対象ガスとしての排気ガスは、多孔質保護層８とピンホール２４とを通って、第１室４１に導入される。この第１室４１に導入される測定対象ガスの量は、多孔質保護層８およびピンホール２４の拡散抵抗に応じて定まる。 [Operation of Embodiment 1]
(Basic operation of the gas concentration detector 10)
First, the operation of the gas concentration detection device 10 after the completion of warming up of the NOx sensor 1 will be described. Exhaust gas as the measurement target gas is introduced into the first chamber 41 through the porous protective layer 8 and the pinhole 24. The amount of the measurement target gas introduced into the first chamber 41 is determined according to the diffusion resistance of the porous protective layer 8 and the pinhole 24.

主ポンプセル制御手段９１により主ポンプセル２に電圧が印加されると、第１室４１内の酸素が第２ポンプ電極２３上で酸素イオンＯ^２−に還元される。この酸素イオンＯ^２−は、固体電解質２１を透過して第１ポンプ電極２２側に排出される。主ポンプセル２の作動は、測定対象ガスの残留酸素濃度が所定の目標濃度となるように制御される。 When a voltage is applied to the main pump cell 2 by the main pump cell control means 91, oxygen in the first chamber 41 is reduced to oxygen ions O ²⁻ on the second pump electrode 23. The oxygen ions O ²⁻ pass through the solid electrolyte 21 and are discharged to the first pump electrode 22 side. The operation of the main pump cell 2 is controlled so that the residual oxygen concentration of the measurement target gas becomes a predetermined target concentration.

第１室４１において酸素濃度が十分に低減された測定対象ガスは、第２室４２に流入する。補助ポンプセル制御手段９２により補助ポンプセル３に所定電圧が印加されると、第２室４２内の残留酸素が第２ポンプ電極３３上で酸素イオンＯ^２−に還元される。この酸素イオンＯ^２−は、固体電解質３１を透過して第１ポンプ電極３２側に排出される。この際、補助ポンプセル３には、第２室４２内の残留酸素濃度に応じた電流が流れる。よって、補助ポンプセル３の出力（以下、「補助ポンプ出力」と称する）によれば、測定対象ガス中の残留酸素濃度を検出することができる。 The measurement target gas whose oxygen concentration is sufficiently reduced in the first chamber 41 flows into the second chamber 42. When a predetermined voltage is applied to the auxiliary pump cell 3 by the auxiliary pump cell control means 92, the residual oxygen in the second chamber 42 is reduced to oxygen ions O ²⁻ on the second pump electrode 33. The oxygen ions O ²⁻ pass through the solid electrolyte 31 and are discharged to the first pump electrode 32 side. At this time, a current corresponding to the residual oxygen concentration in the second chamber 42 flows through the auxiliary pump cell 3. Therefore, according to the output of the auxiliary pump cell 3 (hereinafter referred to as “auxiliary pump output”), the residual oxygen concentration in the measurement target gas can be detected.

主ポンプセル２のポンプ能力（酸素汲み出し能力）は、主ポンプセル２への印加電圧に応じて決まる。ＥＣＵ９は、補助ポンプセル３によって検出される残留酸素濃度が目標濃度となるように、補助ポンプ出力を主ポンプセル２の印加電圧にフィードバックして制御することができる。これにより、第２室４２に流入する測定対象ガスの酸素濃度を目標濃度に精度良く維持することができる。 The pump capacity (oxygen pumping capacity) of the main pump cell 2 is determined according to the voltage applied to the main pump cell 2. The ECU 9 can feed back and control the auxiliary pump output to the applied voltage of the main pump cell 2 so that the residual oxygen concentration detected by the auxiliary pump cell 3 becomes the target concentration. Thereby, the oxygen concentration of the measurement target gas flowing into the second chamber 42 can be accurately maintained at the target concentration.

上記の制御においては、補助ポンプセル３によって検出される残留酸素濃度が目標濃度まで低下していない場合には、主ポンプセル２の印加電圧を高め、主ポンプセル２による酸素排出量を増大させることにより、酸素濃度を目標濃度に低下させようとする制御が行われる。尚、このような制御に代えて、ＥＣＵ９は、補助ポンプセル３によって検出される残留酸素濃度が目標濃度まで低下していない場合に、補助ポンプセル３の印加電圧を高め、補助ポンプセル３による酸素排出量を増大させることによって、酸素濃度を目標濃度に低下させようとする制御を行うようにしてもよい。 In the above control, when the residual oxygen concentration detected by the auxiliary pump cell 3 is not lowered to the target concentration, by increasing the applied voltage of the main pump cell 2 and increasing the oxygen discharge amount by the main pump cell 2, Control is performed to reduce the oxygen concentration to the target concentration. Instead of such control, the ECU 9 increases the applied voltage of the auxiliary pump cell 3 when the residual oxygen concentration detected by the auxiliary pump cell 3 has not decreased to the target concentration, and the amount of oxygen discharged by the auxiliary pump cell 3. By increasing the value, control may be performed to reduce the oxygen concentration to the target concentration.

上述したようにして主ポンプセル２および補助ポンプセル３によって酸素が除去され、測定対象ガス中の酸素濃度が十分に低減されると、２ＮＯ_２→２ＮＯ＋Ｏ_２なる反応が生じ、ＮＯｘがＮＯに単ガス化される。そして、検出セル制御手段９３により検出セル５に所定電圧が印加されると、第２室４２内のＮＯが第１検出電極５２上で分解され酸素イオンＯ^２−が発生する。この酸素イオンＯ^２−は、固体電解質５１を透過して、第２検出電極５３から大気ダクト６１に排出される。このとき、検出セル５には、第２室４２内のＮＯ濃度に応じた電流が流れる。このようにして、検出セル５の出力（以下、「ＮＯｘ出力」と称する）によれば、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。 As described above, when oxygen is removed by the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3 and the oxygen concentration in the measurement target gas is sufficiently reduced, a reaction of 2NO ₂ → 2NO + O ₂ occurs, and NOx is converted into NO as a single gas. Is done. When a predetermined voltage is applied to the detection cell 5 by the detection cell control means 93, NO in the second chamber 42 is decomposed on the first detection electrode 52, and oxygen ions O ²⁻ are generated. This oxygen ion O ²⁻ passes through the solid electrolyte 51 and is discharged from the second detection electrode 53 to the atmospheric duct 61. At this time, a current corresponding to the NO concentration in the second chamber 42 flows through the detection cell 5. Thus, according to the output of the detection cell 5 (hereinafter referred to as “NOx output”), the NOx concentration in the exhaust gas can be detected.

（実施の形態１の特徴的動作）
次に、図１乃至図３を参照して、本実施の形態１の特徴的動作について説明する。図１に示すとおり、本実施の形態のガス濃度検出装置１０では、ＮＯｘセンサ１の周囲を流通する排気ガスの一部を測定対象ガスとしてセンサ内部へ取り込み、ＮＯｘ濃度を検出することとしている。より具体的には、測定対象ガスは、ピンホール２４を通過して第１室４１内に導入される。第１室４１では、主ポンプセル２によって酸素成分が除去される。酸素成分が除去された測定対象ガスは、次に第２室４２内に導入され、検出セル５によってＮＯｘ出力が検出される。 (Characteristic operation of the first embodiment)
Next, the characteristic operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, in the gas concentration detection device 10 of the present embodiment, a part of the exhaust gas flowing around the NOx sensor 1 is taken into the sensor as a measurement target gas and the NOx concentration is detected. More specifically, the measurement target gas passes through the pinhole 24 and is introduced into the first chamber 41. In the first chamber 41, the oxygen component is removed by the main pump cell 2. The measurement target gas from which the oxygen component has been removed is then introduced into the second chamber 42, and the NOx output is detected by the detection cell 5.

このように、測定対象ガスは、検出セル５の近傍に到達するまでに、ピンホール２４→第１室４１→連通孔４３→第２室４２と続く拡散経路を通過することとなる。このため、排気ガス量が少量である運転状態の場合には、センサ内の測定対象ガスのガス交換性が低下し、ＮＯｘ出力に応答遅れが発生するおそれがある。 As described above, the measurement target gas passes through the diffusion path that continues from the pinhole 24 → the first chamber 41 → the communication hole 43 → the second chamber 42 before reaching the vicinity of the detection cell 5. For this reason, in the operation state where the amount of exhaust gas is small, the gas exchangeability of the measurement target gas in the sensor is lowered, and there is a possibility that a response delay occurs in the NOx output.

図２は、測定対象ガスのＮＯｘ濃度に対するＮＯｘ出力の応答時間の関係を説明するための図である。測定対象ガス中のＮＯｘ濃度が高濃度から低濃度となる減速時には、該ＮＯｘ濃度が低濃度から高濃度となる加速時に比して、排気ガス量が少量となる。このため、この図に示すとおり、内燃機関の減速時と加速時とでは、ＮＯｘ出力の応答時間に大きな差異が生じてしまう。 FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship of the response time of the NOx output to the NOx concentration of the measurement target gas. At the time of deceleration when the NOx concentration in the measurement target gas changes from a high concentration to a low concentration, the amount of exhaust gas becomes smaller than at the time of acceleration when the NOx concentration changes from a low concentration to a high concentration. For this reason, as shown in this figure, there is a large difference in the response time of the NOx output between the deceleration and acceleration of the internal combustion engine.

図３は、ＮＯｘ濃度が高濃度から低濃度へ変化した場合のＮＯｘ出力変化と実ＮＯｘ変化とを比較した図である。この図に示すとおり、ＮＯｘ濃度が高濃度から低濃度へ変化した場合、ＮＯｘ出力に応答遅れが生じてしまう結果、該ＮＯｘ出力が実ＮＯｘ値よりも大きな値を出力してしまう。 FIG. 3 is a diagram comparing the NOx output change and the actual NOx change when the NOx concentration changes from a high concentration to a low concentration. As shown in this figure, when the NOx concentration changes from a high concentration to a low concentration, a response delay occurs in the NOx output, and as a result, the NOx output outputs a value larger than the actual NOx value.

そこで、本実施の形態では、ＮＯｘ出力に応答遅れが発生していると判定された場合に、酸素の目標汲み出し量を嵩上げすることとする。より具体的には、排気ガスが少量である場合にＮＯｘ出力に応答遅れが発生する。そこで、内燃機関の運転状態および酸素濃度に基づいて排気ガス量を推定し、かかる排気ガス量が所定量以下となった場合に、酸素の目標汲み出し量を嵩上げすることとする。これにより、検出セル近傍の余剰酸素を除去することができるので、ＮＯｘ出力の応答遅れを効果的に低減することができる。 Therefore, in this embodiment, when it is determined that a response delay has occurred in the NOx output, the target pumping amount of oxygen is increased. More specifically, a response delay occurs in the NOx output when the amount of exhaust gas is small. Therefore, the exhaust gas amount is estimated based on the operating state of the internal combustion engine and the oxygen concentration, and when the exhaust gas amount becomes a predetermined amount or less, the target pumping amount of oxygen is increased. As a result, surplus oxygen in the vicinity of the detection cell can be removed, so that a response delay in NOx output can be effectively reduced.

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図４を参照して、本実施の形態１の具体的処理について説明する。図４は、本実施の形態１において、ＥＣＵ９が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンによれば、まず、ＮＯｘセンサ１のＮＯｘ出力が正常であるか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、ＮＯｘセンサ１の暖機判定やＯＢＤ判定が行われる。その結果、ＮＯｘ出力が正常ではないと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。 [Specific Processing in Embodiment 1]
Next, specific processing of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the ECU 9 in the first embodiment. According to the routine shown in FIG. 4, it is first determined whether or not the NOx output of the NOx sensor 1 is normal (step 100). Here, specifically, warm-up determination and OBD determination of the NOx sensor 1 are performed. As a result, when it is determined that the NOx output is not normal, this routine is immediately terminated.

一方、上記ステップ１００において、ＮＯｘ出力が正常であると判定された場合には、次のステップに移行し、内燃機関の運転情報が取得される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、内燃機関への要求仕事に対する運転情報の中で、特に排気ガス量に関連する因子情報（例えば、吸入空気量等）が取得される。 On the other hand, when it is determined in step 100 that the NOx output is normal, the process proceeds to the next step, and the operation information of the internal combustion engine is acquired (step 102). Here, specifically, factor information (for example, intake air amount, etc.) related to the exhaust gas amount in particular is acquired from the operation information for the required work for the internal combustion engine.

次に、酸素濃度情報が取得される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、ＮＯｘセンサ１からの酸素濃度情報として、例えば、補助ポンプ出力に基づいて検出された測定対象ガス中の酸素濃度や、該酸素濃度履歴から推定される第１検出電極５２への酸素吸着量等が取得される。また、内燃機関からの酸素濃度情報として、例えば、排気ガスの空燃比やフューエルカットの実行有無等が取得される。 Next, oxygen concentration information is acquired (step 104). Here, specifically, as the oxygen concentration information from the NOx sensor 1, for example, the first detection electrode estimated from the oxygen concentration in the measurement target gas detected based on the output of the auxiliary pump or the oxygen concentration history The amount of oxygen adsorbed on 52 is acquired. Further, as the oxygen concentration information from the internal combustion engine, for example, the air-fuel ratio of exhaust gas, the presence or absence of execution of fuel cut, and the like are acquired.

次に、排気ガス量が低下状態か否かが判定される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２において取得された運転情報、および上記ステップ１０４において取得された酸素濃度情報に基づいて、ＮＯｘセンサ１内に導入される排気ガス(既燃ガス)量が推定される。そして、この排気ガス量が基準量を超えるか否かが判定される。基準量は、ＮＯｘセンサ出力に応答遅れが発生する排気ガス量として、予め設定された値が使用される。その結果、排気ガス量が低下状態ではないと判定された場合には、上記ステップ１０２に戻り、再びステップ１０２〜１０６の処理が実行される。 Next, it is determined whether or not the exhaust gas amount is in a lowered state (step 106). Here, specifically, the amount of exhaust gas (burned gas) introduced into the NOx sensor 1 is based on the operation information acquired in step 102 and the oxygen concentration information acquired in step 104. Presumed. Then, it is determined whether or not the exhaust gas amount exceeds a reference amount. As the reference amount, a preset value is used as an exhaust gas amount that causes a response delay in the NOx sensor output. As a result, when it is determined that the exhaust gas amount is not in a reduced state, the process returns to step 102 and the processes of steps 102 to 106 are executed again.

一方、上記ステップ１０６において、排気ガス量が低下状態であると判定された場合には、ＮＯｘ出力に応答遅れが発生すると判断されて、次のステップに移行し、第１室４１および第２室４２内の酸素濃度の嵩上げ目標値が算出される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、酸素濃度の基本目標値に、空気量変化に基づく目標値と酸素吸着量に基づく目標値とを加算することにより、嵩上げ目標値が算出される。空気量変化に基づく目標値は、上記ステップ１０２において取得された吸入空気量をパラメータとしたマップに基づいて特定される。具体的には、吸入空気量が低下するほど目標値は大きな値に特定される。また、酸素吸着量に基づく目標値は、上記ステップ１０２において取得された第１検出電極５２への酸素吸着量をパラメータとしたマップに基づいて特定される。具体的には、酸素吸着量が大きいほど目標値は大きな値に特定される。 On the other hand, if it is determined in step 106 that the exhaust gas amount is in a reduced state, it is determined that a response delay occurs in the NOx output, the process proceeds to the next step, and the first chamber 41 and the second chamber are moved. A target value for raising the oxygen concentration in 42 is calculated (step 108). Specifically, the raising target value is calculated by adding the target value based on the air amount change and the target value based on the oxygen adsorption amount to the basic target value of the oxygen concentration. The target value based on the air amount change is specified based on the map using the intake air amount acquired in step 102 as a parameter. Specifically, the target value is specified as a larger value as the intake air amount decreases. Further, the target value based on the oxygen adsorption amount is specified based on a map obtained by using the oxygen adsorption amount to the first detection electrode 52 acquired in step 102 as a parameter. Specifically, the target value is specified as a larger value as the oxygen adsorption amount is larger.

次に、ポンプ補正が実施される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０８において算出された嵩上げ目標値を実現するための印加電圧が主ポンプセル２および補助ポンプセル３に印加される。 Next, pump correction is performed (step 110). Here, specifically, an applied voltage for realizing the raising target value calculated in step 108 is applied to the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3.

次に、補正終了判定が実施される（ステップ１１２）。ここでは、具体的には、ＮＯｘ出力に基づくＮＯｘ濃度が実濃度に追従したか否か、すなわち応答遅れが解消したか否かが判定される。応答遅れ解消の判定としては、例えば、内燃機関が低ＮＯｘの条件から外れた時点、内燃機関の出力が増加した時点、ＮＯｘ出力が０ｐｐｍ程度まで変化した時点等で判定することができる。 Next, correction end determination is performed (step 112). Specifically, it is determined whether or not the NOx concentration based on the NOx output follows the actual concentration, that is, whether or not the response delay has been eliminated. The response delay cancellation can be determined, for example, when the internal combustion engine deviates from the low NOx condition, when the output of the internal combustion engine increases, when the NOx output changes to about 0 ppm, or the like.

以上説明したように、本実施形態によれば、排気ガス流量の低下状態が判定された場合に、酸素濃度の目標値が嵩上げされるので、ＮＯｘ出力の応答遅れを効果的に解消することができる。これにより、排気ガス量が少量である場合であっても、ＮＯｘ濃度を正確に把握することができる。 As described above, according to the present embodiment, the target value of the oxygen concentration is raised when it is determined that the exhaust gas flow rate is reduced, so that the NOx output response delay can be effectively eliminated. it can. Thereby, even if the amount of exhaust gas is small, the NOx concentration can be accurately grasped.

ところで、上述した実施の形態１においては、主ポンプセル２と補助ポンプセル３とを用いて、ＮＯｘセンサ１内の酸素濃度を目標濃度に制御することとしているが、酸素濃度制御の方法はこれに限られない。すなわち、主ポンプセルのみを有するＮＯｘセンサにおいて、該主ポンプセルを用いてＮＯｘセンサ１内の酸素濃度を目標濃度に制御することとしてもよい。 In the first embodiment described above, the oxygen concentration in the NOx sensor 1 is controlled to the target concentration using the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3, but the oxygen concentration control method is not limited to this. I can't. That is, in the NOx sensor having only the main pump cell, the oxygen concentration in the NOx sensor 1 may be controlled to the target concentration using the main pump cell.

尚、上述した実施の形態１においては、主ポンプセル２および補助ポンプセル３が、前記第１の発明における「ポンプセル」に相当している。また、ＥＣＵ９が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「排気ガス量取得手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標汲み出し量嵩上げ手段」が、それぞれ実現されている。 In the first embodiment described above, the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3 correspond to the “pump cell” in the first invention. Further, when the ECU 9 executes the process of step 106, the “exhaust gas amount acquisition means” in the first invention executes the process of step 108, whereby the “target pumping amount in the first invention”. Each “lifting means” is realized.

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ９が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第４の発明における「制限手段」が、それぞれ実現されている。 In the first embodiment described above, the “restricting means” in the fourth aspect of the present invention is realized by the ECU 9 executing the process of step 112.

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ９に後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。 Embodiment 2. FIG.
[Features of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 and FIG. The system of the present embodiment can be realized by causing the ECU 9 to execute a routine shown in FIG. 6 to be described later using the hardware configuration shown in FIG.

本実施の形態２では、排気ガス流量の低下状態が判定された場合に、検出されたＮＯｘ出力を直接補正することに特徴がある。すなわち、実施の形態１において上述したとおり、内燃機関の減速等によりＮＯｘ濃度が高濃度から低濃度へ変化した場合、ＮＯｘ出力に応答遅れが発生する。この応答遅れ分に相当するＮＯｘ出力は、吸入空気量の変化および酸素濃度情報に基づいて推定することができる。そこで、本実施の形態２では、次式（１）に基づいてＮＯｘ出力を補正し、応答遅れを排除することとする。以下、ＮＯｘ出力の補正方法について詳細に説明する The present second embodiment is characterized in that the detected NOx output is directly corrected when a decrease state of the exhaust gas flow rate is determined. That is, as described above in the first embodiment, when the NOx concentration changes from a high concentration to a low concentration due to deceleration of the internal combustion engine, a response delay occurs in the NOx output. The NOx output corresponding to the response delay can be estimated based on the change in the intake air amount and the oxygen concentration information. Therefore, in the second embodiment, the NOx output is corrected based on the following equation (1) to eliminate the response delay. The NOx output correction method will be described in detail below.

図５は、ＮＯｘ濃度が高濃度から低濃度へ変化した場合のＮＯｘ出力変化と実ＮＯｘ変化とを示す図である。尚、この図では、時間ｔにおけるＮＯｘ出力Ｉ（ｔ）とし、時間ｔから応答遅れが発生した場合を示している。この図に示すとおり、時間ｔからΔｔ後の（ｔ＋Δｔ）では、ＮＯｘ出力に応答遅れが発生している。この応答遅れによる出力変化量ΔＩは、Ｉ（ｔ）の時間微分値をｉ（ｔ）とすると、以下の式で表すことができる。
出力変化量ΔＩ＝ｉ（ｔ）×Ｋ・・・（１） FIG. 5 is a diagram showing a change in NOx output and a change in actual NOx when the NOx concentration changes from a high concentration to a low concentration. In this figure, the NOx output I (t) at time t is assumed and a response delay occurs from time t. As shown in this figure, there is a response delay in the NOx output at (t + Δt) after Δt from time t. The output change amount ΔI due to the response delay can be expressed by the following equation, where i (t) is a time differential value of I (t).
Output change amount ΔI = i (t) × K (1)

上式（１）によれば、ＮＯｘ出力の下降割合が大きいほど、出力変化量ΔＩはマイナス方向に大きな値となる。ＮＯｘ出力の変化は吸入空気量変化に大きく依存している。このため、上式（１）を用いることにより、出力変化量ΔＩに吸入空気量の変化を反映されることができる。 According to the above equation (1), the greater the NOx output decrease rate, the greater the output change amount ΔI in the minus direction. The change in the NOx output greatly depends on the change in the intake air amount. For this reason, by using the above equation (1), the change in the intake air amount can be reflected in the output change amount ΔI.

また、上式（１）における補正値Ｋは、測定対象ガス中の酸素濃度変化を反映させた補正値であり、以下の式で表すことができる。
Ｋ＝ｋ×Ｏ（ｔ）・・・（２） Further, the correction value K in the above equation (1) is a correction value reflecting the oxygen concentration change in the measurement target gas, and can be represented by the following equation.
K = k × O (t) (2)

上式（２）において、Ｏ（ｔ）は、時間ｔにおける酸素濃度の時間微分値であり、ｋは係数である。上式（２）によれば、酸素濃度の上昇割合が高いほど補正値Ｋが大きな値となる。このため、上式（１）における出力変化量ΔＩは、酸素濃度の上昇割合が高いほどマイナス方向に大きな値となる。 In the above equation (2), O (t) is a time differential value of the oxygen concentration at time t, and k is a coefficient. According to the above equation (2), the correction value K becomes larger as the increase rate of the oxygen concentration is higher. Therefore, the output change amount ΔI in the above equation (1) becomes a larger value in the minus direction as the increase rate of the oxygen concentration is higher.

このように、上式（１）および（２）によれば、吸入空気量の変化および酸素濃度を反映させたＮＯｘ出力の出力変化量ΔＩを算出することができる。したがって、次式（３）に示すように、時間ｔにおけるＮＯｘ出力Ｉ（ｔ）からΔｔ後の出力変化量ΔＩを排除することにより、Δｔ後の正確なＮＯｘ出力Ｉ（ｔ＋Δｔ）を算出することができる。
Ｉ（ｔ＋Δｔ）＝Ｉ（ｔ）＋ΔＩ・・・（３） Thus, according to the above equations (1) and (2), the output change amount ΔI of the NOx output reflecting the change in the intake air amount and the oxygen concentration can be calculated. Therefore, as shown in the following equation (3), the accurate NOx output I (t + Δt) after Δt is calculated by eliminating the output change amount ΔI after Δt from the NOx output I (t) at time t. Can do.
I (t + Δt) = I (t) + ΔI (3)

［実施の形態２における具体的処理］
次に、図６を参照して、本実施の形態２の具体的処理について説明する。図６は、本実施の形態２において、ＥＣＵ９が実行するルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンによれば、まず、ＮＯｘセンサ１のＮＯｘ出力が正常であるか否かが判定される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、ＮＯｘ出力が正常ではないと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。 [Specific Processing in Second Embodiment]
Next, specific processing of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the ECU 9 in the second embodiment. According to the routine shown in FIG. 6, it is first determined whether or not the NOx output of the NOx sensor 1 is normal (step 200). Here, specifically, the same processing as in step 100 is executed. As a result, when it is determined that the NOx output is not normal, this routine is immediately terminated.

一方、上記ステップ２００において、ＮＯｘ出力が正常であると判定された場合には、次のステップに移行し、内燃機関の運転情報が取得される（ステップ２０２）。次に、酸素濃度情報が取得される（ステップ２０４）。次に、排気ガス量が低下状態か否かが判定される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２〜１０６と同様の処理が実行される。その結果、排気ガス量が低下状態ではないと判定された場合には、上記ステップ２０２に戻り、再びステップ２０２〜２０６の処理が実行される。 On the other hand, if it is determined in step 200 that the NOx output is normal, the process proceeds to the next step, and the operation information of the internal combustion engine is acquired (step 202). Next, oxygen concentration information is acquired (step 204). Next, it is determined whether or not the exhaust gas amount is in a lowered state (step 206). Here, specifically, the same processing as in steps 102 to 106 is executed. As a result, when it is determined that the exhaust gas amount is not in a reduced state, the process returns to step 202 and the processes of steps 202 to 206 are executed again.

一方、上記ステップ２０６において、排気ガス量が低下状態であると判定された場合には、ＮＯｘ出力に応答遅れが発生すると判断されて、次のステップに移行し、出力変化量ΔＩが算出される。ここでは、具体的には、先ず、上記ステップ２０４において取得された酸素濃度情報を用いて上式（２）を演算することにより、補正値Ｋが算出される。次に、上記ステップ２０２において取得された吸入空気量等の運転情報および補正値Ｋを用いて上式（１）を演算することにより、出力変化量ΔＩが算出される。 On the other hand, if it is determined in step 206 that the exhaust gas amount is in a reduced state, it is determined that a response delay occurs in the NOx output, the process proceeds to the next step, and the output change amount ΔI is calculated. . Here, specifically, first, the correction value K is calculated by calculating the above equation (2) using the oxygen concentration information acquired in step 204. Next, the output change amount ΔI is calculated by calculating the above equation (1) using the operation information such as the intake air amount acquired in step 202 and the correction value K.

次に、濃度補正が実施される（ステップ２１０）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０８において算出された出力変化量ΔＩを上式（３）に代入することにより、濃度補正後のＮＯｘ出力が算出される。 Next, density correction is performed (step 210). Specifically, the NOx output after concentration correction is calculated by substituting the output change amount ΔI calculated in step 208 into the above equation (3).

次に、補正終了判定が実施される（ステップ２１２）。ここでは、具体的には、ＮＯｘ出力に基づくＮＯｘ濃度が実濃度に追従したか否か、すなわち応答遅れが解消したか否かが判定される。応答遅れ解消の判定としては、上記ステップ１１２の判定に加え、例えば、Ｉ（ｔ）の時間微分値をｉ（ｔ）が所定値以下となった時点等で判定することができる。 Next, correction end determination is performed (step 212). Specifically, it is determined whether or not the NOx concentration based on the NOx output follows the actual concentration, that is, whether or not the response delay has been eliminated. In addition to the determination in step 112, for example, the time delay value of I (t) can be determined at the time when i (t) becomes equal to or less than a predetermined value.

以上説明したように、本実施形態によれば、排気ガス流量の低下状態が判定された場合に、ＮＯｘ出力が補正されるので、ＮＯｘ出力の応答遅れを効果的に解消することができる。これにより、排気ガス量が少量である場合であっても、ＮＯｘ濃度を正確に把握することができる。 As described above, according to the present embodiment, since the NOx output is corrected when it is determined that the exhaust gas flow rate is reduced, it is possible to effectively eliminate the response delay of the NOx output. Thereby, even if the amount of exhaust gas is small, the NOx concentration can be accurately grasped.

ところで、上述した実施の形態２においては、主ポンプセル２と補助ポンプセル３とを用いて、ＮＯｘセンサ１内の酸素濃度を目標濃度に制御することとしているが、酸素濃度制御の方法はこれに限られない。すなわち、主ポンプセルのみを有するＮＯｘセンサにおいて、該主ポンプセルを用いてＮＯｘセンサ１内の酸素濃度を目標濃度に制御することとしてもよい。 In the second embodiment described above, the oxygen concentration in the NOx sensor 1 is controlled to the target concentration by using the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3, but the oxygen concentration control method is limited to this. I can't. That is, in the NOx sensor having only the main pump cell, the oxygen concentration in the NOx sensor 1 may be controlled to the target concentration using the main pump cell.

また、上述した実施の形態２においては、出力変化量ΔＩを算出する際に、測定対象ガスの酸素濃度の変化の影響を反映させることとしているが、該酸素濃度に替えて、或いは該酸素濃度に加えて、第１検出電極５２の酸素吸着量の変化の影響を反映させることとしてもよい。 In the second embodiment described above, when calculating the output change amount ΔI, the influence of the change in the oxygen concentration of the measurement target gas is reflected, but instead of the oxygen concentration or the oxygen concentration. In addition, the influence of the change in the oxygen adsorption amount of the first detection electrode 52 may be reflected.

尚、上述した実施の形態２においては、主ポンプセル２および補助ポンプセル３が、前記第１の発明における「ポンプセル」に相当している。また、ＥＣＵ９が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記第５の発明における「排気ガス量取得手段」が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより前記第５の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。 In the second embodiment described above, the main pump cell 2 and the auxiliary pump cell 3 correspond to the “pump cell” in the first invention. Further, when the ECU 9 executes the process of step 206, the “exhaust gas amount acquiring means” in the fifth invention executes the process of step 208, and the “correcting means” in the fifth invention. Are realized.

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ９が、上記ステップ２１２の処理を実行することにより前記第８の発明における「制限手段」が、それぞれ実現されている。 In the second embodiment described above, the “restricting means” according to the eighth aspect of the present invention is realized by the ECU 9 executing the process of step 212 described above.

１ＮＯｘセンサ
２主ポンプセル
２１固体電解質
２２第１ポンプ電極
２３第２ポンプ電極
３補助ポンプセル
３１固体電解質
３２第１ポンプ電極
３３第２ポンプ電極
４スペーサ
４１第１室
４２第２室
４３連通孔
５検出セル
５１固体電解質
５２第１検出電極
５３第２検出電極
６スペーサ
６１大気ダクト
７ヒータ
７１ヒータ電極
７２，７３絶縁層
８多孔質保護層
１０ガス濃度検出装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 NOx sensor 2 Main pump cell 21 Solid electrolyte 22 1st pump electrode 23 2nd pump electrode 3 Auxiliary pump cell 31 Solid electrolyte 32 1st pump electrode 33 2nd pump electrode 4 Spacer 41 1st chamber 42 2nd chamber 43 Communication hole 5 Detection Cell 51 Solid electrolyte 52 First detection electrode 53 Second detection electrode 6 Spacer 61 Air duct 7 Heater 71 Heater electrodes 72 and 73 Insulating layer 8 Porous protective layer 10 Gas concentration detection device

Claims

測定対象ガス中の酸素を汲み出すポンプセルと、前記ポンプセルにより酸素が汲み出された測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検出する検出セルと、を有するガスセンサを内燃機関の排気経路に備えたガス濃度検出装置であって、
測定対象ガス中の酸素の目標汲み出し量を算出する目標汲み出し量算出手段と、
前記目標汲み出し量に応じて前記ポンプセルを駆動するポンプセル駆動手段と、
前記内燃機関の運転状態および測定対象ガス中の酸素の濃度に関する情報に基づいて、前記ガスセンサ内へ導入される測定対象ガス中の排気ガス量を取得する排気ガス量取得手段と、
前記排気ガス量が基準量より低下した場合に、前記目標汲み出し量を嵩上げする目標汲み出し量嵩上げ手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。 A gas sensor having a pump cell that pumps out oxygen in the measurement target gas and a detection cell that detects a concentration of a specific gas component contained in the measurement target gas from which oxygen has been pumped out by the pump cell is provided in an exhaust path of the internal combustion engine. Gas concentration detection device,
A target pumping amount calculating means for calculating a target pumping amount of oxygen in the measurement target gas;
Pump cell driving means for driving the pump cell according to the target pumping amount;
An exhaust gas amount acquisition means for acquiring an exhaust gas amount in the measurement target gas introduced into the gas sensor based on information on the operating state of the internal combustion engine and the concentration of oxygen in the measurement target gas;
A target pumping amount raising means for raising the target pumping amount when the exhaust gas amount is lower than a reference amount;
A gas concentration detection device comprising:

前記目標値嵩上げ手段は、前記内燃機関へ吸入される空気量の変化に応じて、嵩上げ量を設定することを特徴とする請求項１記載のガス濃度検出装置。 2. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the target value raising means sets the raising amount according to a change in the amount of air taken into the internal combustion engine.

前記目標値嵩上げ手段は、前記検出セルの電極に吸着している酸素に関する情報に応じて、嵩上げ量を設定することを特徴とする請求項１または２記載のガス濃度検出装置。 3. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the target value raising means sets the raising amount according to information on oxygen adsorbed on the electrode of the detection cell.

前記検出セルの出力から検出される特定ガス成分の濃度が、測定対象ガス中の特定ガス成分の実濃度に追従した場合に、前記目標値嵩上げ手段の実行を制限する制限手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のガス濃度検出装置。 The apparatus further comprises limiting means for restricting execution of the target value raising means when the concentration of the specific gas component detected from the output of the detection cell follows the actual concentration of the specific gas component in the measurement target gas. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the gas concentration detection device is a gas concentration detection device.

測定対象ガス中の酸素を汲み出すポンプセルと、前記ポンプセルにより酸素が汲み出された測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検出する検出セルと、を有するガスセンサを内燃機関の排気経路に備えたガス濃度検出装置であって、
前記内燃機関の運転状態および測定対象ガス中の酸素の濃度に関する情報に基づいて、前記ガスセンサ内へ導入される測定対象ガス中の排気ガス量を取得する排気ガス量取得手段と、
前記排気ガス量が基準量より低下した場合に、前記検出セルの出力値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。 A gas sensor having a pump cell that pumps out oxygen in the measurement target gas and a detection cell that detects a concentration of a specific gas component contained in the measurement target gas from which oxygen has been pumped out by the pump cell is provided in an exhaust path of the internal combustion engine. Gas concentration detection device,
An exhaust gas amount acquisition means for acquiring an exhaust gas amount in the measurement target gas introduced into the gas sensor based on information on the operating state of the internal combustion engine and the concentration of oxygen in the measurement target gas;
Correction means for correcting the output value of the detection cell when the exhaust gas amount falls below a reference amount;
A gas concentration detection device comprising:

前記補正手段は、前記検出セルの出力変化に応じて、前記検出セルの出力値を補正することを特徴とする請求項５記載のガス濃度検出装置。 6. The gas concentration detection apparatus according to claim 5, wherein the correction unit corrects the output value of the detection cell in accordance with a change in the output of the detection cell.

前記補正手段は、測定対象ガス中の酸素の濃度に関する情報に応じて、前記検出セルの出力値を補正することを特徴とする請求項５または６記載のガス濃度検出装置。 7. The gas concentration detection apparatus according to claim 5, wherein the correction unit corrects the output value of the detection cell according to information on the concentration of oxygen in the measurement target gas.

前記濃度検出手段により検出される特定ガス成分の濃度が、測定対象ガス中の特定ガス成分の実濃度に追従した場合に、前記目標値嵩上げ手段の実行を制限する制限手段を更に備えることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項記載のガス濃度検出装置。 The apparatus further comprises a limiting unit that limits execution of the target value raising unit when the concentration of the specific gas component detected by the concentration detection unit follows the actual concentration of the specific gas component in the measurement target gas. The gas concentration detection device according to any one of claims 5 to 7.