JP3310274B2 - ガス濃度検出装置とそれに用いるガス濃度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用エ
ンジンから排出される排ガス中の特性成分の濃度を検出
するガス濃度センサを用いたガス濃度検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば車両用エンジンからの排ガスを原
因とする大気汚染は現代社会に深刻な問題を引き起こし
ており、排ガス中の公害物質に対する浄化基準法規が年
々厳しくなってきている。そのため、ガソリン若しくは
ディーゼルエンジンに対する燃焼制御や触媒コンバータ
を利用し、排ガス中の公害物質を低減するための検討が
進められている。米国においては、ＯＢＤ−II（On Boa
rd Diagnostic −II）規制にて排ガス浄化用の触媒コン
バータが適切であるかどうか判定する機能を要求してい
る。

【０００３】これに対し、触媒の上流側及び下流側に２
つのＯ2 センサを設けてこの２つのＯ2 センサの検出結
果を取り込む、いわゆる２Ｏ2 センサモニタシステムが
導入されているが、この方法は公害物質の直接的な検出
方法ではない。そのため、排ガス中の成分から公害物質
が事実低減されたか否かといった、その正確な検出・判
定が困難であった。

【０００４】仮に排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度
を直接検出することで燃焼制御モニタ、触媒モニタ等が
可能となれば、排ガス中の公害物質の低減がより正確で
効果的なものとなる。すなわち、排ガス中のＮＯｘ濃度
の知見により燃料噴射やＥＧＲ率などがフィードバック
制御できれば、エンジンから排出される公害成分を低減
することができる。また、ＮＯｘ濃度を検出するための
ＮＯｘセンサを排ガス浄化用の触媒コンバータよりも下
流側に設けることにより、当該コンバータに担持された
触媒の劣化を容易に判定することも可能となる。

【０００５】このような背景から、排ガス中のＮＯｘ濃
度を精度良く検出することのできるＮＯｘセンサを提供
すると共に、同ＮＯｘセンサを車両用エンジンに搭載す
る技術が望まれている。

【０００６】また、ＮＯｘ濃度の検出と同時に排ガス中
の酸素（Ｏ2 ）濃度が検出できれば、空燃比フィードバ
ック制御システムにも効果を発揮することができる。つ
まり、近年の車両用エンジンの空燃比制御においては、
例えば制御精度を高める要望やリーンバーン化への要望
があり、これらの要望に対応すべくエンジンに吸入され
る混合気の空燃比（排ガス中の酸素濃度）を広域に且つ
リニアに検出するセンサ及び装置も望まれている。

【０００７】従来技術として、排ガス（被検出ガス）中
に含まれる酸素濃度を予め低減し、その後、同排ガスか
らＮＯｘ濃度を検知するタイプのＮＯｘセンサが提案さ
れている（特開平８−２７１４７６号公報、自動車技術
会 学術講演会前刷集９７１１９９７−５等）。例えば
当該センサは、酸素濃度を検出するためのポンプセル
と、ＮＯｘ濃度を検出するためのセンサセルと、それら
各セルに隣接する拡散部とを有する。そして、拡散部を
介して排ガス雰囲気と隔離したチャンバ内の酸素をポン
プセルにより排気し、残ったＮＯｘをセンサセルで分解
・排気し、その分解電流値をＮＯｘ濃度出力とする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｎ
Ｏｘセンサの場合、ＮＯｘ濃度が一定であっても、排ガ
ス中の酸素濃度が変動するとそれに伴いＮＯｘ出力（セ
ンサセル電流）が変動するという問題がある。この問題
は、チャンバ内の酸素濃度が一定になるように制御して
も補償できない。なお、酸素濃度出力によりＮＯｘ濃度
出力を補正することで、ＮＯｘ濃度の検出誤差をなくす
ことが検討されつつあるが、未だその具体的な方法は確
立されていない。

【０００９】一方、ＮＯｘセンサには他の問題として、
センサセル付近に残留する酸素量に応じてオフセット電
流が流れこのオフセット電流によりＮＯｘ濃度出力が変
動するという問題がある。つまり、排ガス中に含まれる
酸素濃度をポンプセルで排出する際、酸素を完全に排出
することができないために当該酸素がセンサセル付近に
残留する。このとき、センサセルでは、ＮＯｘ濃度に応
じて流れる電流と、残留酸素量に応じて流れる電流（オ
フセット電流）との加算電流を検出することとなり、オ
フセット電流分だけＮＯｘ濃度出力（センサセル電流）
に誤差を生じる。

【００１０】生産した全てのセンサで残留酸素量（オフ
セット電流）が一定であれば、センサセル電流から固定
値であるオフセット電流を減算し、その差をＮＯｘ濃度
出力とすればよい。しかしながら、実際にはセンサの個
体差や、高温度等厳しい環境下で長時間使われることに
よる劣化等によりこの残留酸素量（オフセット電流）は
変化する。従って、オフセット電流の変化分だけセンサ
セル電流は誤差を含み、高精度なＮＯｘ濃度検出ができ
ない。

【００１１】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その第１の目的は、被検出ガス中の酸素濃
度が変化しても、高精度なガス濃度検出を実施すること
ができるガス濃度検出装置を提供することである。ま
た、第２の目的は、センサセル付近に残留する酸素量が
変化しても、高精度なガス濃度検出を実施することがで
きるガス濃度検出装置を提供することである。さらに、
第３の目的は、残留酸素量に応じた補正を実施するガス
濃度検出装置において、好適なガス濃度センサを提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明におけるガス濃度
検出装置はその前提として、被検出ガスを内部空間内に
導入するための拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡
散抵抗部を介して導入した被検出ガス中の酸素を分解し
排出することにより被検出ガス中の酸素濃度に応じた電
流を流す酸素ポンプセルと、前記酸素ポンプセルによる
酸素排出後のガスの酸素濃度を検出する酸素検知セル
と、電圧印加に伴い、前記酸素ポンプセルによる酸素排
出後のガスからＮＯｘ、ＨＣ又はＣＯを分解し酸素イオ
ンを排出することでＮＯｘ濃度、ＨＣ濃度又はＣＯ濃度
に応じた電流を流す特定ガス検知セルとを備えるガス濃
度センサを適用する。

【００１３】かかる構成では、例えば被検出ガスが少な
くとも酸素と窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む排ガスである
場合において、既述の通り例えば排ガス中のＮＯｘ濃度
が一定であってもＮＯｘ濃度出力（検出電流）が不用意
に変動するという問題が存在する。そこで、本願発明者
らは上記問題の原因を追究し、その原因の一つがガス濃
度センサの酸素濃度依存性にあることを見い出した。

【００１４】要するに、酸素ポンプセルが酸素を排出す
ると、排ガスを導入するための拡散抵抗部が酸素含有分
だけ負圧になる。よって、拡散抵抗部に内外の圧力差が
生じ、外部から排ガスが余分に流入する。排ガスの流入
量は酸素排出分、すなわち酸素ポンプセルに流れる電流
値に比例する。この流入する排ガスにはＮＯｘが含まれ
るため、特定ガス検知セルに流れる電流値が変化してし
まい、同電流値の検出誤差が生じる。以上のように、特
定ガス検知セルの電流値（ＮＯｘ濃度出力）は排ガス中
の酸素濃度に応じて変化する、という酸素濃度依存性が
存在する。

【００１５】請求項１に記載の発明ではその特徴とし
て、酸素ポンプセルに流れる電流値を検出する第１検出
手段と、特定ガス検知セルに流れる電流値を検出する第
２検出手段と、前記第１検出手段により検出した電流値
に基づいて、酸素濃度依存性を反映しつつ前記第２検出
手段により検出した電流値を補正する補正手段とを備え
る。

【００１６】上記構成によれば、酸素ポンプセルの電流
値により特定ガス検知セルの電流値が補正される際、酸
素濃度依存性に基づく補正が行われるため、例えば排ガ
ス（被検出ガス）中の酸素濃度が変化した時にそれに追
従してＮＯｘ濃度の検出値（特定ガス検知セルの電流
値）が不用意に変化してしまう、といった従来の問題が
解消される。その結果、被検出ガス中の酸素濃度が変化
しても、高精度なガス濃度検出を実施することができ
る。

【００１７】また本発明では、酸素濃度依存性に応じた
補正に際して数式化を試み、同補正に要する補正量がガ
ス濃度センサの構造や感度に対応することから、以下の
補正式を用いて補正演算を行うこととした。

【００１８】具体的には請求項２に記載したように、前
記第１検出手段により検出した電流値をＩｐ、前記第２
検出手段により検出した電流値をＩｓ、補正後に得られ
る特定ガス検知セルの電流値をＩｓｆ、ガス濃度センサ
の構造から一意的に決定される構造定数をＫａ、特定ガ
ス検知セルの検出感度から決定される補正係数をＫｂと
した時、前記補正手段は、 Ｉｓｆ＝Ｉｓ・Ｋｂ／（Ｋａ・Ｉｐ＋Ｋｂ） の演算式で表される関係を用い、特定ガス検知セルの電
流値を補正する。

【００１９】本構成によれば、ガス濃度センサの構造の
要因（構造定数Ｋａ）と、特定ガス検知セルの検出感度
の要因（補正係数Ｋｂ）とが補正に反映されることで、
酸素濃度依存性に応じた補正が簡素に且つ正確に実施で
きる。

【００２０】上記演算式においては、請求項３に記載し
たように、前記拡散抵抗部における拡散係数と、同拡散
抵抗部の形状及び容積と、酸素ポンプセル，特定ガス検
知セルに設けられる電極の位置とにより、前記構造定数
が決定されるとよい。

【００２１】ここで、上記演算式における構造定数Ｋａ
の設定手順を図３３に示す簡単なモデルを使って説明す
る。図３３では拡散抵抗部１０、空間部２０及び電極３
０のみを示し、同図において、拡散抵抗部１０は同一断
面（断面積Ｓ）で図の左右方向に延び（長さＬ）、濃度
Ｃのガス成分（ＮＯｘ）が図の左から右へ流れるとす
る。すなわち、ＮＯｘが拡散抵抗部１０の左面から空間
部２０に流れ、電極３０に達する。この場合、単位時間
当たりのガス通過量Ｆは、 Ｆ＝Ｓ（断面積）・Ｃ／Ｌ（濃度勾配）・α（拡散係
数） で表される。また、上記ガス通過量Ｆの演算に際し、例
えば拡散抵抗部１０が多孔質材料であるか或いはピンホ
ールであるか等を反映する係数が適宜乗算される。そし
て、このガス通過量Ｆに対応させて構造定数Ｋａが決定
される。

【００２２】請求項２，３によれば、酸素ポンプセルで
の酸素排気に伴い拡散抵抗部内に負圧が生じ、それによ
り排ガス（ＮＯｘ成分）が過剰に流入しても、上記演算
式を用いることで過剰な排ガス流入分がキャンセルで
き、精度の良いＮＯｘ濃度出力が得られる。

【００２３】請求項４に記載の発明では、酸素濃度依存
性を反映して被検出ガス中の酸素濃度とそれに対応して
必要となる補正データとの関係を予め記憶しておき、前
記補正手段は、前記記憶した酸素濃度依存性に関する補
正データに従い、特定ガス検知セルの電流値を補正す
る。

【００２４】上記構成によれば、例えばマップとして予
め記憶される補正データを使うことで、酸素濃度依存性
に応じた補正が簡易的に実施できる。なおこの場合、請
求項２で記載した演算式に対応する補正データをマッピ
ングしておくとよい。

【００２５】請求項５に記載の発明では、前記記憶した
補正データは、被検出ガス中の酸素濃度が高くなるほ
ど、特定ガス検知セルにより検出されるガス濃度を低く
するよう補正する。こうした補正によれば、例えば排ガ
ス中の酸素濃度が高いために拡散抵抗部に負圧が生じ外
部から排ガス（ＮＯｘ）が余分に流入する際にも、その
余分の排ガス流入分に応じた補正が実施でき、結果とし
て高精度なガス濃度検出が可能となる。

【００２６】一方、排ガス中のＮＯｘ濃度出力が変動す
る他の理由として、特定ガス検知セル付近に残留する酸
素量の影響が考えられる。つまり、特定ガス検知セル付
近での残留酸素量が変わると、それに伴いオフセット電
流が変動し、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下する。この場
合、センサの個体差や、高温度等厳しい環境下で長時間
使われることによる劣化等によりこの残留酸素量（オフ
セット電流）は変化し、ＮＯｘ濃度出力が不用意に変動
する。

【００２７】そこで、請求項６に記載の発明では、特定
ガス検知セル付近に残留する酸素量に基づいて、当該特
定ガス検知セルの電流値を補正する補正手段を備える。
請求項６の構成によれば、センサの個体差や使用環境等
により特定ガス検知セル付近の残留酸素量が変化する際
に、当該残留酸素による影響が確実に無効化される。そ
の結果、特定ガス検知セル（センサセル）付近に残留す
る酸素量が変化しても、高精度なガス濃度検出を実施す
ることができる。

【００２８】請求項７に記載の発明では、特定ガス検知
セル付近での残留酸素量に応じて当該特定ガス検知セル
に流れるオフセット電流を検出するオフセット電流検出
手段を備え、前記補正手段は、前記検出したオフセット
電流に基づいて特定ガス検知セルの電流値を補正する。

【００２９】この場合、オフセット電流を直接検出し、
該検出したオフセット電流により特定ガス検知セルの電
流値（ＮＯｘ濃度電流）を補正することで、特定ガス検
知セル（センサセル）付近に残留する酸素量が変化して
も、高精度なガス濃度検出を実施することができる。

【００３０】請求項８に記載の発明では、特定ガス検知
セルの出力特性として、オフセット電流成分と酸素ポン
プセルによる酸素排出後の特定ガス成分との加算電流を
検出する第１領域と、オフセット電流成分のみを検出す
る第２領域とを設け、前記オフセット電流検出手段は、
前記第２領域を用いてオフセット電流を検出する。

【００３１】上記請求項８の構成によれば、特定ガス検
知セル出力特性の第２領域を使うことで、オフセット電
流が簡易且つ正確に直接計測できる。そのため、オフセ
ット電流が適正に検出でき、ひいてはガス濃度の検出精
度が向上する。

【００３２】請求項９に記載の発明では、特定ガス検知
セルの出力特性として、オフセット電流成分と酸素ポン
プセルによる酸素排出後の特定ガス成分との加算電流を
検出する第１領域と、オフセット電流成分のみを検出す
る第２領域とを設け、前記第１領域で補正前の電流値を
検出すると共に、前記第２領域でオフセット電流を検出
し、前記補正手段は、前記検出した補正前の電流値をオ
フセット電流により補正する。

【００３３】上記請求項９の構成によれば、補正前の電
流値とオフセット電流とが各々検出でき、補正前の電流
値をオフセット電流により補正することで、特定ガス検
知セル（センサセル）付近に残留する酸素量が変化して
も、高精度なガス濃度検出を実施することができる。

【００３４】請求項１０に記載の発明では、補正前の電
流値を検出する際には前記第１領域で電圧を印加し、オ
フセット電流を検出する際には前記第２領域で電圧を印
加するよう、特定ガス検知セルの印加電圧を選択的に切
り替えるための電圧切替手段を備える。

【００３５】上記請求項１０の構成によれば、特定ガス
検知セルの印加電圧を上記の如く選択的に切り替えるこ
とで、オフセット電流が適正に検出でき、ひいてはガス
濃度の検出精度が向上する。

【００３６】請求項１１に記載の発明では、特定ガス検
知セルの起電力を検出する起電力検出手段を備え、前記
補正手段は、前記検出した特定ガス検知セルの起電力に
応じて当該特定ガス検知セルの電流値を補正する。

【００３７】例えば特定ガス検知セルでの残留酸素量が
多いと、酸素過剰な状態になるため当該特定ガス検知セ
ルの起電力が小さくなる。つまり、残留酸素量の反映と
して特定ガス検知セルの起電力が変化する。従って、上
記の如く特定ガス検知セルの起電力に応じて特定ガス検
知セルの電流値を補正すれば、特定ガス検知セル（セン
サセル）付近に残留する酸素量が変化しても、高精度な
ガス濃度検出を実施することができる。

【００３８】請求項１２に記載の発明では、前記起電力
検出手段は、特定ガス検知セルに電圧を印加する電気経
路を開放するスイッチ手段と、該スイッチ手段により特
定ガス検知セルに電圧を印加する電気経路が開放された
時に、特定ガス検知セルに発生する起電力を計測する計
測手段とを有する。本構成によれば、特定ガス検知セル
の起電力が正確に且つ簡易に計測できる。

【００３９】さらに、請求項１３に記載の発明では、酸
素ポンプセルに流れる電流値を検出する第１検出手段
と、特定ガス検知セルに流れる電流値を検出する第２検
出手段と、前記第１検出手段により検出した電流値に基
づいて、酸素濃度依存性を反映しつつ前記第２検出手段
により検出した電流値を補正する第１補正と、特定ガス
検知セル付近に残留する酸素量に基づいて、当該特定ガ
ス検知セルの電流値を補正する第２補正とを実施する補
正手段とを備える。

【００４０】請求項１３の構成によれば、酸素濃度依存
性の影響を排除する第１補正と、残留酸素量の影響を排
除する第２補正とが同一装置で実現できる。従って、被
検出ガス中の酸素濃度が変化しても、或いは特定ガス検
知セル（センサセル）付近に残留する酸素量が変化して
も、高精度なガス濃度検出を実施することができる。

【００４１】ここで多くの場合、第１補正は例えば排ガ
ス中の酸素濃度の変化に応じて随時必要になるのに対
し、第２補正はセンサの個体差や経時変化が生じた際に
必要となる。そのため、上記の如く第１，第２補正を共
に実施する装置において、以下の請求項１４，１５のよ
うに各補正の実施頻度を適宜変更する。

【００４２】請求項１４に記載の発明では、前記補正手
段は、第１補正と第２補正との要否を各々判断し、その
判断結果に従い各補正を選択的に実施する。例えば第２
補正は、センサ個体差や経時変化によるバラツキを解消
する必要がある場合にのみ実施する。

【００４３】請求項１５に記載の発明では、前記補正手
段は、第１，第２補正の補正量を各々算出し、その際、
第１補正の補正量を算出する頻度に対し第２補正の補正
量を算出する頻度を下げる。例えば第１補正（の補正量
の算出）を数ｍｓｅｃ周期で実施するのに対し、第２補
正（の補正量の算出）を数ｓｅｃ周期で実施する。

【００４４】上記請求項１４，１５によれば、必要に則
した補正が実施でき、より一層適正なガス濃度検出装置
が実現できる。この場合、例えばマイクロコンピュータ
を使う場合にその演算負荷が軽減できる。

【００４５】ガス濃度検出装置に適用されるガス濃度セ
ンサとして、以下の請求項１６，１７の構成がある。請
求項１６に記載のガス濃度センサでは、特定ガス検知セ
ルの出力特性として、オフセット電流成分と酸素ポンプ
セルによる酸素排出後の特定ガス成分との加算電流を検
出する第１領域と、オフセット電流成分のみを検出する
第２領域とを設ける。

【００４６】請求項１７に記載のガス濃度センサでは、
前記拡散抵抗部に対向する酸素ポンプセル，特定ガス検
知セルの各電極を、酸素ポンプセルによる酸素排出後の
特定ガス成分に対して不活性な電極としている。

【００４７】請求項１６，１７のガス濃度センサによれ
ば、前記第１領域を持つ既存のセンサに対し、新たに第
２領域を設けることで、特定ガス検知セル付近の残留酸
素量に応じたオフセット電流が直接的に検出可能とな
る。従って、残留酸素量に応じた補正を実施するガス濃
度検出装置において、好適なセンサが提供できる。

【００４８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、この
発明を具体化した第１の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、自動
車用ガソリンエンジンに適用されるものであって、同エ
ンジンの空燃比制御システムにおいてはガス濃度検出装
置による検出結果に基づいてエンジンへの燃料噴射量を
所望の空燃比（Ａ／Ｆ）でフィードバック制御する。特
に本実施の形態では、排ガス中の酸素（Ｏ2 ）濃度とＮ
Ｏｘ濃度とを同時に検出可能な、いわゆる複合型ガスセ
ンサを用い、同センサからガス濃度情報を取得すること
としている。

【００４９】つまり本実施の形態の装置では、検出した
酸素濃度により空燃比がフィードバック制御される一
方、検出したＮＯｘ濃度によりエンジン排気管に取り付
けられたＮＯｘ触媒（例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒）の
制御が実施される。ＮＯｘ触媒の制御について略述すれ
ば、ＮＯｘ触媒にて浄化されずに排出されるＮＯｘ量を
ガス濃度センサの検出結果から判定し、ＮＯｘ未浄化量
が増大した時に、ＮＯｘ浄化能力を回復させるための再
生処理を実行する。再生処理としては、ＮＯｘ触媒に対
して一時的にリッチガスを供給し、同触媒に吸着したイ
オンを除去するようにすればよい。

【００５０】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
概要を図１のブロック図を用いて説明する。ガス濃度セ
ンサ１００はその主要な構成として、酸素濃度を検出す
るための第１セルとしてのポンプセル１１０と、ＮＯｘ
濃度を検出するための第２セルとしてのセンサセル１２
０とを備える。

【００５１】センサ制御回路２００は、第１検出手段と
しての酸素濃度検出手段２１０と、第２検出手段として
のＮＯｘ濃度検出手段２２０とを備える。酸素濃度検出
手段２１０は、ガス濃度センサ１００のポンプセル電極
に接続され、ポンプセル１１０に電圧を印加すると共に
酸素濃度に応じたポンプセル電流を検出する機能を有す
る。酸素濃度検出手段２１０は、前記検出した酸素濃度
を信号ＳＧ１としてＮＯｘ電流補正回路３００と図示し
ない外部装置（例えばエンジン制御用ＥＣＵ）とに各々
出力する。

【００５２】ＮＯｘ濃度検出手段２２０は、ガス濃度セ
ンサ１００のセンサセル電極に接続され、センサセル１
２０に電圧を印加すると共にＮＯｘ濃度に応じたセンサ
セル電流を検出する機能を有する。ＮＯｘ濃度検出手段
２２０は、前記検出したＮＯｘ濃度を信号ＳＧ２として
ＮＯｘ電流補正回路３００に出力する。

【００５３】補正手段としてのＮＯｘ電流補正回路３０
０は、酸素濃度検出手段２１０からの信号ＳＧ１とＮＯ
ｘ濃度検出手段２２０からの信号ＳＧ２とを入力し、Ｎ
Ｏｘ濃度出力が酸素濃度依存性を有することの反映とし
て酸素濃度によるＮＯｘ電流誤差を補正する。そして、
同補正回路３００は、補正後のＮＯｘ濃度出力を信号Ｓ
Ｇ３として外部装置（例えばエンジン制御用ＥＣＵ）に
出力する。

【００５４】以下に、ガス濃度検出装置の構成を詳細に
説明する。先ずは図３を用いてガス濃度センサ１００の
構成を説明する。ガス濃度センサ１００は２セル構造を
有し、ＮＯｘ濃度の検出と同時に酸素濃度の検出が可能
な、いわゆる複合型ガスセンサとして構成される。ガス
濃度センサ１００は、ポンプセル１１０、センサセル１
２０、拡散抵抗部としての多孔質拡散層１０１、大気ダ
クト１０２及びヒータ１０３を要件とし、これら各部材
が積層されて成る。なお、同センサ１００は図の右端部
にてエンジン排気管に取り付けられ、その上下面及び左
面が排ガスに晒されるようになっている。

【００５５】より詳細には、ポンプセル１１０は多孔質
拡散層１０１と排ガス空間との間に設置される。ポンプ
セル１１０の排ガス側（図の上側）にはポンプ第１電極
１１１が設置され、多孔質拡散層１０１側（図の下側）
にはポンプ第２電極１１２が設置される。また、センサ
セル１２０は多孔質拡散層１０１と大気ダクト１０２と
の間に設置される。センサセル１２０の多孔質拡散層１
０１側（図の上側）にはセンサ第１電極１２１が設置さ
れ、大気ダクト１０２側（図の下側）にはセンサ第２電
極１２２が設置される。多孔質拡散層１０１には図の左
側から排ガスが導入されて図の右方へと流通する。

【００５６】ポンプセル１１０及びセンサセル１２０は
積層して形成された固体電解質を有し、これら固体電解
質はＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣ
ａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として
固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼成体からなる。ま
た、多孔質拡散層１０１は、アルミナ、マグネシャ、ケ
イ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質からな
る。

【００５７】ポンプセル１１０の排ガス側のポンプ第１
電極１１１と、センサセル１２０のセンサ第１，第２電
極１２１，１２２とは、白金Ｐｔ等の触媒活性の高い貴
金属からなる。一方、ポンプセル１１０の多孔質拡散層
１０１側のポンプ第２電極１１２は、ＮＯｘガスに不活
性な（ＮＯｘガスを分解し難い）Ａｕ−Ｐｔ等の貴金属
からなる。

【００５８】ヒータ１０３は絶縁層１０４に埋設され、
この絶縁層１０４とセンサセル１２０との間に大気ダク
ト１０２が構成される。基準ガス室を構成する大気ダク
ト１０２には外部から大気が導入され、その大気は酸素
濃度の基準となる基準ガスとして用いられる。絶縁層１
０４はアルミナ等にて形成され、ヒータ１０３は白金と
アルミナ等のサーメットにて形成される。ヒータ１０３
はポンプセル１１０やセンサセル１２０を含めセンサ全
体（電極含む）を活性状態にすべく、外部からの給電に
より熱エネルギを発生させる。

【００５９】上記構成のガス濃度センサ１００について
その動作を図４を用いて説明する。図４（ａ）に示され
るように、多孔質拡散層１０１には図の左側から排ガス
成分が導入され、その排ガスがポンプセル近傍を通過す
る際、ポンプセル１１０に電圧を印加することで分解反
応が起こる。なお、排ガス中には酸素（Ｏ2 ）、窒素酸
化物（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、水（Ｈ2 Ｏ）
等のガス成分が含まれる。

【００６０】既述の通りポンプセル１１０のポンプ第２
電極１１２はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガスを分解し難
い電極）で形成されている。従って、図４（ｂ）に示さ
れるように、排ガス中の酸素（Ｏ2 ）のみがポンプセル
１１０で分解され、ポンプ第１電極１１１から排ガス中
に排出される。このとき、ポンプセル１１０に流れた電
流が排ガス中に含まれる酸素濃度として検出される。

【００６１】また、排ガス中の酸素（Ｏ2 ）はポンプセ
ル１１０で完全に分解されず、その一部はそのままセン
サセル近傍まで流通する。そして、図４（ｃ）に示され
るように、センサセル１２０に電圧を印加することによ
り、残留酸素（Ｏ2 ）とＮＯｘとが分解される。つま
り、残留酸素（Ｏ2 ）とＮＯｘとがそれぞれセンサセル
１２０のセンサ第１電極１２１で分解され、センサセル
１２０を介してセンサ第２電極１２２から大気ダクト１
０２の大気中に排出される。このとき、センサセル１２
０に流れた電流が排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度として
検出される。残留酸素（Ｏ2 ）による分解電流はオフセ
ット電流となる。

【００６２】次に、酸素濃度を検出するためのポンプセ
ル１１０の特性と、ＮＯｘ濃度を検出するためのセンサ
セル１２０の特性とについて、図５及び図６を用いて説
明する。先ずは、ポンプセル特性を図５を用いて説明す
る。

【００６３】図５のＶ−Ｉ特性図に示されるように、ポ
ンプセルは酸素濃度に対して限界電流特性を有する。同
図において、限界電流検出域はＶ軸に対して平行な直線
部分からなり、その領域は酸素濃度が濃いほど正電圧側
にシフトする。

【００６４】ここで、酸素濃度が変化する際に印加電圧
が一定値に固定されていると、上記限界電流検出域（Ｖ
軸に平行な直線部分）を用いた正確な酸素濃度検出を行
うことができない。またこれは、ポンプセル１１０で十
分量の酸素を排出することができないことにもなり、セ
ンサセル１２０での残留酸素が増加し、ＮＯｘ濃度を検
出するための電流にも大きな誤差を生じる。そこで、ポ
ンプセルの直流抵抗成分（印加電圧増加に伴い増加する
傾き部分）の角度と同等の電圧、すなわち図５の印加電
圧線ＬＸ１に示すような電圧を印加する制御を行い、排
ガス中の酸素濃度に関係なく常に所望のセンサ電流（限
界電流）を検出可能とする。

【００６５】因みに、ポンプセル１１０のポンプ第２電
極１１２（多孔質拡散層１０１側の電極）がＮＯｘ不活
性電極であるために同ポンプセル１１０ではＮＯｘガス
が分解されにくくなっているが、図５に示した通り一定
の電圧以上になると、ＮＯｘが分解され、酸素濃度に応
じたポンプセル電流に加えてＮＯｘ濃度に応じたポンプ
セル電流が流れる（図５の破線部分）。従って、印加電
圧線ＬＸ１はＮＯｘガスを分解しない程度に設計され
る。

【００６６】次に、センサセル特性を図６を用いて説明
する。図６のＶ−Ｉ特性図に示されるように、センサセ
ルはＮＯｘ濃度に対して限界電流特性を有する。同図に
おいて、Ａ１部分では多孔質拡散層１０１を通じてセン
サセル１２０に流れ込む残留酸素によりオフセット分の
電流（オフセット電流）が流れ、Ａ２部分ではＮＯｘの
分解電流が流れる（図では１０００ｐｐｍの場合を示
す）。また、「Ａ１＋Ａ２」以上の電流、すなわち図の
右端の電流が大きくなる部分（ＮＯｘ濃度が１０００ｒ
ｐｍの時、Ａ３部分）ではＨ2 Ｏの分解電流が流れる。
このとき、排ガス中のＮＯｘ濃度に対応する限界電流は
「Ａ１＋Ａ２」の電流値で検出される。ＮＯｘ分解電流
を規定する限界電流検出域はＶ軸に対して平行な直線部
分からなり、その領域はＮＯｘ濃度が濃いほど僅かなが
ら正電圧側にシフトする。ＮＯｘ濃度を検出する際、図
６の印加電圧線ＬＸ２に沿って印加電圧を制御すること
で、排ガス中のＮＯｘ濃度に関係なく常に所望のセンサ
電流（限界電流）が検出可能となる。

【００６７】前記図１のセンサ制御回路２００について
その電気的構成を図２に示す。図２の構成においては、
ガス濃度センサ１００の多孔質拡散層１０１にリーンガ
スが導入されて同拡散層１０１側からポンプセル１１０
を介して余剰酸素が排出される時を基準に（その時のポ
ンプセル電流Ｉｐの向きを基準に）、ポンプセル１１０
の正側端子及び負側端子が規定される。つまり、ポンプ
第１電極１１１に接続される端子が正側端子、ポンプ第
２電極１１２に接続される端子が負側端子として規定さ
れる。また、センサセル１２０側についても同様に、多
孔質拡散層１０１にＮＯｘを含む排ガス、すなわちリー
ンガスが導入される時を基準に（その時のセンサセル電
流Ｉｓの向きを基準に）、センサ第２電極１２２に接続
される端子が正側端子、センサ第１電極１２１に接続さ
れる端子が負側端子として規定される。

【００６８】センサ制御回路２００において、ポンプセ
ル１１０及びセンサセル１２０の共通の負側端子には基
準電圧回路２３１の電圧が増幅回路２３２を介して印加
される。つまり、基準電圧回路２３１により電圧Ｖａが
生成され、その電圧Ｖａが増幅回路２３２の非反転入力
端子に入力される。増幅回路２３２の出力端子は同増幅
回路２３２の反転入力端子に接続されており、ボルテー
ジフォロワ構成として基準電圧回路２３１の電圧Ｖａが
ポンプ第２電極１１２（ポンプセル１１０の負側端子）
とセンサ第１電極１２１（センサセル１２０の負側端
子）とに印加される。これにより、各セル１１０，１２
０の負側端子は、ＧＮＤ電圧（０Ｖ電圧）よりも浮いた
基準電圧Ｖａとなる。

【００６９】酸素濃度検出手段２１０には、ポンプセル
１１０の印加電圧を制御するためのポンプ電圧指令回路
２１１が設けられる。ポンプ電圧指令回路２１１は、図
５の印加電圧線ＬＸ１を用い、ポンプセル電流Ｉｐに応
じた指令電圧Ｖｂを出力する。

【００７０】ポンプ電圧指令回路２１１からの指令電圧
Ｖｂは、ポンプセル１１０に電圧を印加し酸素濃度に応
じた電流を供給するための増幅回路２１２の非反転入力
端子に入力される。増幅回路２１２の出力端子は、ポン
プセル電流Ｉｐを検出するための電流検出抵抗２１３の
一端に接続され、電流検出抵抗２１３の他端はポンプ第
１電極１１１（ポンプセルの正側端子）に接続されると
共に増幅回路２１２の反転入力端子に接続される。これ
により、ポンプ第１電極１１１の電圧は常にポンプ電圧
指令回路２１１の指令電圧Ｖｂと同じ電圧になるよう制
御される。

【００７１】増幅回路２１２の出力電圧は端子Ｖｄから
出力され、ポンプ第１電極１１１の電圧は端子Ｖｂから
出力される。端子Ｖｂ，Ｖｄの電圧は、ポンプ電圧指令
回路２１１に取り込まれると共に、前記図１において信
号ＳＧ１としてＮＯｘ電流補正回路３００に取り込まれ
る。

【００７２】かかる場合、ポンプセル印加電圧Ｖｐ及び
ポンプセル電流Ｉｐは、以下の式で算出される。 Ｖｐ＝Ｖｂ−Ｖａ Ｉｐ＝（Ｖｄ−Ｖｂ）／Ｒ１ 但し、Ｒ１は、電流検出抵抗２１３の抵抗値である。

【００７３】また、ＮＯｘ濃度検出手段２２０には、セ
ンサセル１２０の印加電圧を制御するためのセンサ電圧
指令回路２２１が設けられる。センサ電圧指令回路２２
１は、図６の印加電圧線ＬＸ２を用い、センサセル電流
Ｉｓに応じた指令電圧Ｖｃを出力する。

【００７４】センサ電圧指令回路２２１からの指令電圧
Ｖｃは、センサセル１２０に電圧を印加しＮＯｘ濃度に
応じた電流を供給するための増幅回路２２２の非反転入
力端子に入力される。増幅回路２２２の出力端子は、セ
ンサセル電流Ｉｓを検出するための電流検出抵抗２２３
の一端に接続され、電流検出抵抗２２３の他端はセンサ
第２電極１２２（センサセルの正側端子）に接続される
と共に増幅回路２２２の反転入力端子に接続される。こ
れにより、センサ第２電極１２２の電圧は常にセンサ電
圧指令回路２２１の指令電圧Ｖｃと同じ電圧になるよう
制御される。

【００７５】増幅回路２２２の出力電圧は端子Ｖｅから
出力され、センサ第２電極１２２の電圧は端子Ｖｃから
出力される。端子Ｖｃ，Ｖｅの電圧は、センサ電圧指令
回路２２１に取り込まれると共に、前記図１において信
号ＳＧ２としてＮＯｘ電流補正回路３００に取り込まれ
る。

【００７６】かかる場合、センサセル印加電圧Ｖｓ及び
センサセル電流Ｉｓは、以下の式で算出される。 Ｖｓ＝Ｖｃ−Ｖａ Ｉｓ＝（Ｖｅ−Ｖｃ）／Ｒ２ 但し、Ｒ２は、電流検出抵抗２２３の抵抗値である。

【００７７】前記ポンプ電圧指令回路２１１及びセンサ
電圧指令回路２２１は一つのマイクロコンピュータにて
構成され、より具体的には図７に示す通りＣＰＵ及びＡ
／Ｄ，Ｄ／Ａコンバータを備える。つまり、当該指令回
路２１１，２２１を構成するマイクロコンピュータにお
いて、各Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４）には
前記図２中の各端子Ｖｄ，Ｖｂ，Ｖｅ，Ｖｃの電圧が各
々入力される。また、各Ｄ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ１，
Ｄ／Ａ２）からはポンプセル指令電圧Ｖｂ，センサセル
指令電圧Ｖｃが各々出力される。

【００７８】前記指令回路２１１，２２１内のＣＰＵに
より実施される印加電圧制御を図９のフローチャートに
従い説明する。図９のルーチンは、図示しないメインル
ーチンの途中にて実施される印加電圧制御サブルーチン
である。

【００７９】図９において、先ずステップ１０１，１０
２では、前記図２の電流検出抵抗２１３の両端子電圧Ｖ
ｄ，Ｖｂを図７のＡ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２により各々読み取
る。次に、ステップ１０３，１０４では、前記図２の電
流検出抵抗２２３の両端子電圧Ｖｅ，Ｖｃを図７のＡ／
Ｄ３，Ａ／Ｄ４により各々読み取る。

【００８０】ステップ１０５ではポンプセル電流Ｉｐを
算出し（Ｉｐ＝（Ｖｄ−Ｖｂ）／Ｒ１）、続くステップ
１０６では、図５に示した印加電圧線ＬＸ１を用い、前
記算出したポンプセル電流Ｉｐに対応するポンプセル１
１０への目標印加電圧を求める（マップ演算する）。さ
らにステップ１０７では、前記求めた目標印加電圧を指
令電圧ＶｂとしてＤ／Ａ１を介して出力する。

【００８１】次に、ステップ１０８ではセンサセル電流
Ｉｓを算出し（Ｉｓ＝（Ｖｅ−Ｖｃ）／Ｒ２）、続くス
テップ１０９では、図６に示した印加電圧線ＬＸ２を用
い、前記算出したセンサセル電流Ｉｓに対応するセンサ
セル１２０への目標印加電圧を求める（マップ演算す
る）。さらにステップ１１０では、前記求めた目標印加
電圧を指令電圧ＶｃとしてＤ／Ａ２を介して出力し、そ
の後本ルーチンを一旦終了する。

【００８２】ＮＯｘ電流補正回路３００は、図８に示す
通りＣＰＵ及びＡ／Ｄ，Ｄ／Ａコンバータを備えるマイ
クロコンピュータで構成され、各Ａ／Ｄコンバータ（Ａ
／Ｄ１１〜Ａ／Ｄ１４）には前記図２中の各端子Ｖｄ，
Ｖｂ，Ｖｅ，Ｖｃの電圧が各々入力される。ＣＰＵは、
各端子Ｖｄ，Ｖｂ，Ｖｅ，Ｖｃの電圧に基づいてポンプ
セル電流Ｉｐ及びセンサセル電流Ｉｓを演算すると共
に、ポンプセル電流Ｉｐを使ってセンサセル電流Ｉｓを
補正し、該補正した後の補正後センサセル電流Ｉｓｆを
信号ＳＧ３として、Ｄ／Ａコンバータを介して又はシリ
アル通信を使って出力する。なお実際には、図７に示す
ポンプ（センサ）電圧指令回路２１１，２２１と、図８
に示すＮＯｘ電流補正回路３００とは一つのマイクロコ
ンピュータで構成されればよい。

【００８３】ＮＯｘ電流補正回路３００内のＣＰＵによ
り実施されるＮＯｘ電流補正処理を図１０のフローチャ
ートに従い説明する。図１０のルーチンは、図示しない
メインルーチンの途中にて実施されるＮＯｘ電流補正サ
ブルーチンである。

【００８４】図１０において、先ずステップ２０１，２
０２では、前記図２の電流検出抵抗２１３の両端子電圧
Ｖｄ，Ｖｂを図８のＡ／Ｄ１１，Ａ／Ｄ１２により各々
読み取る。次に、ステップ２０３，２０４では、前記図
２の電流検出抵抗２２３の両端子電圧Ｖｅ，Ｖｃを図８
のＡ／Ｄ１３，Ａ／Ｄ１４により各々読み取る。

【００８５】ステップ２０５ではポンプセル電流Ｉｐを
算出し（Ｉｐ＝（Ｖｄ−Ｖｂ）／Ｒ１）、続くステップ
２０６ではセンサセル電流Ｉｓを算出する（Ｉｓ＝（Ｖ
ｅ−Ｖｃ）／Ｒ２）。

【００８６】その後、ステップ２０７では、前記算出し
たポンプセル電流Ｉｐを用いてセンサセル電流Ｉｓを補
正する。当該補正に際し、以下の（１）式を用いて補正
後のセンサセル電流Ｉｓｆを算出する。すなわち、セン
サ構造から一意的に決定される構造定数Ｋａと、センサ
セル１２０の検出感度（酸素濃度０％の時のＮＯｘ感
度）から決定される補正係数Ｋｂとを用いた演算式、 Ｉｓｆ＝Ｉｓ・Ｋｂ／（Ｋａ・Ｉｐ＋Ｋｂ） …（１） を用い、補正後のセンサセル電流Ｉｓｆを算出する。

【００８７】ここで、構造定数Ｋａは、多孔質拡散層１
０１における拡散係数と、同拡散層１０１の形状及び容
積と、各セル１１０，１２０の電極位置とにより決定さ
れる。本実施の形態では一例として、 Ｋａ＝１．９５×１０∧-2 とする。

【００８８】また、ＮＯｘ感度の補正係数Ｋｂは、例え
ばＮＯｘ濃度＝１０００ｐｐｍの時のセンサセル電流Ｉ
ｓが８．１３μＡであることから、 Ｋｂ＝８．１３×１０∧-3（Ａ） とする。

【００８９】例えばポンプセル電流Ｉｐが２５ｍＡの
時、上記（１）式によれば、 Ｉｓｆ＝Ｉｓ・８．１３×１０∧-3／（１．９５×１０∧-2 ・２５×１０∧-3＋８．１３×１０∧-3） ＝Ｉｓ・０．９４３ となり、センサセル電流Ｉｓの誤差分６％がキャンセル
できることが分かる。

【００９０】その後、ステップ２０８では、前記算出し
た補正後のセンサセル電流ＩｓｆをＮＯｘ濃度出力（信
号ＳＧ３）としてＤ／Ａコンバータ又はシリアル通信に
より出力し、その後本ルーチンを一旦終了する。

【００９１】上記補正を行う前は、例えば図１１（ａ）
に示されるように、酸素濃度が相違することで、実際の
ＮＯｘ濃度に対応するＮＯｘ濃度出力（出力電流）が変
動する。例えば酸素濃度が０％に対して１０％，２０％
と変わると、ＮＯｘ濃度が一定であってもＮＯｘ濃度出
力（出力電流）が増加してしまう。

【００９２】これに対して上記の如く補正を行うこと
で、図１１（ｂ）に示されるように、酸素濃度が０％，
１０％，２０％と変わってもＮＯｘ濃度出力（出力電
流）が変動することはなく、正確なＮＯｘ濃度出力が得
られる。つまり、図１１（ａ）に示す酸素濃度依存性に
よる影響が上記補正によりキャンセルされる。

【００９３】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 （ａ）ポンプセル１１０が酸素を排出する際、多孔質拡
散層１０１が酸素含有分だけ負圧になって外部からＮＯ
ｘを含む排ガスが余分に流入し、そのガス流入分に応じ
てセンサセル電流Ｉｓ（ＮＯｘ濃度出力）が変化する
が、上記の通りポンプセル電流Ｉｐに基づき、酸素濃度
依存性を反映しつつセンサセル電流Ｉｓを補正すること
で、排ガス中の酸素濃度に応じて不用意にＮＯｘ濃度出
力が変動するといった問題が解消される。その結果、排
ガス中の酸素濃度の変化に関係なく、高精度なガス濃度
検出を実施することができる。

【００９４】（ｂ）センサ構造から一意的に決定される
構造定数Ｋａと、ＮＯｘ感度から決定される補正係数Ｋ
ｂを用いた演算式、 Ｉｓｆ＝Ｉｓ・Ｋｂ／（Ｋａ・Ｉｐ＋Ｋｂ） によりセンサセル電流Ｉｓを補正するようにした。これ
により、酸素濃度依存性を反映した補正が簡素に且つ正
確に実施できる。この場合、ポンプセル１１０での酸素
排気に伴い多孔質拡散層１０１内に負圧が生じ、それに
より排ガス（ＮＯｘ成分）が過剰に流入しても、上記演
算式を用いることで過剰な排ガス流入分がキャンセルで
き、精度の良いＮＯｘ濃度出力が得られる。

【００９５】（ｃ）図２に見られるように、各セル１１
０，１２０の負側端子を０Ｖ電圧から浮かすように構成
したので、各セルにおいて負電流を流すことが可能とな
る。例えば図２において、Ｖａ＞Ｖｃ（＞Ｖｅ）とする
ことで、負のセンサセル電流が流れる。従って、通常負
電流が流れにくく多孔質拡散層１０１内の酸素濃度のバ
ランスが崩れるリッチガスに対しても、多孔質拡散層１
０１内のガス濃度を一定に保つ（例えば酸素濃度を常に
ストイキ状態に保つ）ことができる。その結果、リッチ
ガスの検出を可能にしてガス濃度の検出範囲を拡大させ
ると共に、リッチガスからリーンガスへの復帰に際し、
ガス濃度出力の応答遅れを改善することができる。

【００９６】次に、本発明における第２〜第６の実施の
形態を説明する。但し、以下の各実施の形態の構成にお
いて、上述した第１の実施の形態と同等であるものにつ
いては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化
する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を
中心に説明する。

【００９７】（第２の実施の形態）本実施の形態では、
酸素濃度依存性に関するＮＯｘ濃度出力（センサセル電
流）の補正をマップ演算を用いて行うこととし、その具
体的内容を図１２のフローチャートに従い説明する。図
１２のフローチャートは、前記図１０の一部を変更した
ものであり、同図のステップ２０１〜２０６は共通の処
理を示す。

【００９８】要するに、各端子Ｖｄ，Ｖｂ，Ｖｅ，Ｖｃ
の電圧の読み込み、並びにポンプセル電流Ｉｐ及びセン
サセル電流Ｉｓの算出の後（ステップ２０１〜２０６の
実施後）、ステップ３０１では、図１３の補正マップを
用い、前記算出したポンプセル電流Ｉｐに基づいて補正
値ΔＩｓを求める。図１３によれば、酸素濃度（ポンプ
セル電流Ｉｐ）が大きくなるほどマイナス側に補正され
るような補正値ΔＩｓが与えられる。なおこの場合、前
記第１の実施の形態で記載した演算式（（１）式）に対
応する補正データをマッピングしておくとよい。

【００９９】その後、ステップ３０２では、前記算出し
たセンサセル電流Ｉｓと補正値ΔＩｓとを加算して補正
後のセンサセル電流Ｉｓｆを算出する（Ｉｓｆ＝Ｉｓ＋
ΔＩｓ）。続くステップ３０３では、前記算出した補正
後のセンサセル電流ＩｓｆをＮＯｘ濃度出力としてＤ／
Ａコンバータ又はシリアル通信により出力し、その後本
ルーチンを終了する。

【０１００】補正前後を比較すると、前記第１の実施の
形態と同様に、上記補正により酸素濃度依存性による影
響がキャンセルされる。つまり、補正前は図１１（ａ）
に示されるように、酸素濃度の相違によりＮＯｘ濃度出
力（出力電流）が変動したのに対し、補正後は図１１
（ｂ）に示されるように、酸素濃度が相違してもＮＯｘ
濃度出力（出力電流）が変動することはなく、正確なＮ
Ｏｘ濃度出力が得られる。

【０１０１】以上第２の実施の形態によれば、既述した
第１の実施の形態と同様に、排ガス中の酸素濃度の変化
に関係なく、高精度なガス濃度検出を実施することがで
きる。特に本実施の形態では、酸素濃度依存性を反映し
て排ガス中の酸素濃度と補正値ΔＩｓとの関係を予め記
憶しておき、前記記憶した酸素濃度依存性に関する補正
値ΔＩｓに従いセンサセル電流Ｉｓを補正するので、酸
素濃度依存性に応じた補正が簡易的に実施できる。

【０１０２】前記図１３の補正データは、排ガス中の酸
素濃度が高くなるほど、センサセル電流Ｉｓをマイナス
側に補正するので、例えば排ガス中の酸素濃度が高いた
めに多孔質拡散層１０１に負圧が生じて外部から排ガス
（ＮＯｘ）が余分に流入する際にも、その余分の排ガス
流入分に応じた補正が実施でき、結果として高精度なガ
ス濃度検出が可能となる。

【０１０３】（第３の実施の形態）上記第１，第２の実
施の形態では、ＮＯｘ電流補正回路３００をマイクロコ
ンピュータにて構成し、同マイクロコンピュータによる
演算にてＮＯｘ濃度出力（センサセル電流）の補正を実
施したが、本実施の形態では他の構成として、ハードウ
エアによるＮＯｘ電流補正回路の実現例を提案する。な
お他の構成は前記第１の実施の形態に準ずる。

【０１０４】図１４は、ＮＯｘ電流補正回路３００の電
気的構成を示す回路図である。図１４において、ＮＯｘ
電流補正回路３００は、ポンプセル電流処理回路３０１
と、センサセル電流処理回路３０２と、ポンプセル電流
Ｉｐに応じて補正定数を決定するための可変抵抗３０３
及び抵抗３０４と、ポンプセル電流Ｉｐに応じてセンサ
セル電流Ｉｓを補正するための増幅回路３０５と、セン
サセル電流処理回路３０２と増幅回路３０５との間に設
けられる抵抗３０６，３０７とから構成される。

【０１０５】ポンプセル電流処理回路３０１は、ポンプ
セル電流Ｉｐを検出するための電流検出抵抗２１３（前
記図２参照）の両端子電圧Ｖｄ，Ｖｂを取り込み、ポン
プセル電流Ｉｐに相当する電圧（Ｖｄ−Ｖｂ）を出力す
る。同電流処理回路３０１から出力される電圧（Ｖｄ−
Ｖｂ）により可変抵抗３０３の抵抗値が調整され、該調
整される可変抵抗３０３の抵抗値と抵抗３０４の抵抗値
とにより、増幅回路３０５の増幅率（補正定数）が決定
される。このとき、ポンプセル電流Ｉｐが大きいほど、
可変抵抗３０３の抵抗値が小さい値に調整されて増幅率
が低下される。また、ポンプセル電流Ｉｐが小さいほ
ど、可変抵抗３０３の抵抗値が大きい値に調整されて増
幅率が増大される。

【０１０６】一方、センサセル電流処理回路３０２は、
センサセル電流Ｉｓを検出するための電流検出抵抗２２
３（前記図２参照）の両端子電圧Ｖｅ，Ｖｃを取り込
み、センサセル電流Ｉｓに相当する電圧（Ｖｅ−Ｖｃ）
を出力する。同電流処理回路３０２から出力される電圧
（Ｖｅ−Ｖｃ）は抵抗３０６，３０７の分圧点を介して
増幅回路３０５の非反転入力端子に出力される。そし
て、電圧（Ｖｅ−Ｖｃ）は増幅回路３０５の増幅率に応
じて増幅（補正）された後、当該増幅回路３０５からＮ
Ｏｘ濃度出力（信号ＳＧ３）として出力される。

【０１０７】要するに、センサセル電流処理回路３０２
から出力される電圧（Ｖｅ−Ｖｃ）、すなわちセンサセ
ル電流Ｉｓは、ポンプセル電流処理回路３０１から出力
される電圧（Ｖｄ−Ｖｂ）、すなわちポンプセル電流Ｉ
ｐにより補正されることとなる。

【０１０８】以上の構成によれば、酸素濃度依存性に応
じてＮＯｘ濃度出力を補正するガス濃度検出装置を、ハ
ードウエアにより実現することが可能となる。以上第３
の実施の形態によれば、既述した第１，第２の実施の形
態と同様に、排ガス中の酸素濃度の変化に関係なく、高
精度なガス濃度検出を実施することができる。また、ガ
ス濃度検出装置をハードウエアにて実現することで、時
々刻々と変化するガス濃度信号が連続的に得られる。

【０１０９】（第４の実施の形態）既述の通り上記ガス
濃度センサ１００では、排ガス中の酸素をポンプセル１
１０で完全に排出することができないため、ＮＯｘ濃度
に応じた電流と残留酸素量に応じたオフセット電流との
加算電流がセンサセル１２０で検出される。このオフセ
ット電流は、前記図６に示すセンサセル特性の「Ａ１」
に相当する電流であり、残留酸素が無ければ発生しない
が、ガス濃度センサの個体差や劣化度合に応じて変化す
ることからＮＯｘ検出精度を悪化させる原因となる。

【０１１０】具体的には図２１の破線に示すように、Ｎ
Ｏｘ濃度出力（出力電流）のオフセット電流はセンサセ
ル１２０での残留酸素量に応じてばらつき、それにより
精度の高いＮＯｘ濃度検出ができない。

【０１１１】そこで本実施の形態では、オフセット電流
に起因するＮＯｘ濃度出力の検出精度悪化を抑制すべ
く、図１５に示すガス濃度検出装置を提案する。図１５
において、センサ制御回路２５０は、酸素濃度検出手段
２１０とＮＯｘ濃度検出手段２６０とを備える。酸素濃
度検出手段２１０は前記図１と同様の構成を有し、酸素
濃度に応じた電流を検出してそれを信号ＳＧ１として図
示しない外部装置に出力する。

【０１１２】ＮＯｘ濃度検出手段２６０は、前記図１と
同様に、ＮＯｘ濃度に応じた電流を検出してそれを信号
ＳＧ２としてＮＯｘ電流補正回路３１０に出力し、さら
に同図１との相違点として、後述のＮＯｘ電流補正回路
３１０から入力される信号ＳＧ４に従いセンサセル１２
０の印加電圧を制御する。

【０１１３】補正手段としてのＮＯｘ電流補正回路３１
０は、残留酸素量に応じたオフセット電流を検出すると
共に、該検出したオフセット電流によりＮＯｘ電流誤差
を補正し、補正後のＮＯｘ濃度に応じた出力を信号ＳＧ
５として図示しない外部装置に出力する。

【０１１４】また本実施の形態では、残留酸素量に応じ
たオフセット電流を直接的に検出すべく、ガス濃度セン
サ１００のセンサセル電極の構成を変更しており、以下
にその内容を説明する。

【０１１５】先述した図３のガス濃度センサ１００で
は、ポンプ第１電極１１１、センサ第１電極１２１、セ
ンサ第２電極１２２がＰｔ等の触媒活性の高い貴金属か
らなり、ポンプ第２電極１１２（ポンプセルの多孔質拡
散層側電極）のみがＮＯｘガスを分解し難い、すなわち
ＮＯｘガスに不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属からなって
いた。

【０１１６】この場合、Ａｕ−Ｐｔ等の貴金属電極を有
するポンプセル電極（ポンプ第２電極１１２）は、前記
図５の破線に示すように所定値以上の電圧を印加するこ
とでＮＯｘガスを分解する特徴がある。そこで本実施の
形態では、こうした電極特性を利用して、ＮＯｘガスを
分解し難いＡｕ−Ｐｔ等の貴金属電極をセンサセル電極
（センサ第１電極１２１）にも採用し、残留酸素電流と
ＮＯｘガス電流とが区別できるセンサ構成を提案する。

【０１１７】より具体的には、ガス濃度センサ１００の
電極を以下のように構成する。ポンプセル１１０の排ガ
ス側のポンプ第１電極１１１及びセンサセル１２０の大
気側のセンサ第２電極１２２を、Ｐｔ等の触媒活性の高
い貴金属で構成する一方、ポンプセル１１０の多孔質拡
散層１０１側のポンプ第２電極１１２及びセンサセル１
２０の多孔質拡散層１０１側のセンサ第１電極１２１
を、ＮＯｘガスに不活性な（ＮＯｘガスを分解し難い）
Ａｕ−Ｐｔ等の貴金属で構成する。

【０１１８】上記の如くセンサ第１電極１２１をＮＯｘ
不活性電極に変更した場合、図１６に示すセンサセル特
性が得られる。図１６によれば、印加電圧線ＬＸ２によ
り比較的高い電圧が印加される時には、Ａ１部分で示す
オフセット電流とＡ２部分で示すＮＯｘ分解電流とが流
れ、センサセル電流Ｉｓとして検出される電流値は「Ａ
１＋Ａ２」となる。

【０１１９】また、前記印加電圧線ＬＸ２よりも低電圧
側には別の印加電圧線ＬＸ３が設定される。この印加電
圧線ＬＸ３により比較的低い電圧が印加される時には、
Ａ１部分で示すオフセット電流だけが流れてこのＡ１電
流値が検出される。

【０１２０】要するに、図１６中の印加電圧線ＬＸ２を
用いてセンサセル印加電圧を制御することで、オフセッ
ト電流分を含むＮＯｘ濃度電流が検出される。また、印
加電圧線ＬＸ３を用いてセンサセル印加電圧を制御する
ことで、オフセット電流のみが検出される。従って、残
留酸素によるオフセット電流とＮＯｘ濃度に応じた検出
電流とを区別することが可能となる。なお、「Ａ１＋Ａ
２」電流を検出する領域が請求項記載の「第１領域」に
相当し、「Ａ１」電流のみを検出する領域が「第２電
流」に相当する。

【０１２１】図１７には、前記図１５のセンサ制御回路
２５０についてその電気的構成を示す。図１７の構成
は、前記図２に示すセンサ制御回路２００の一部を変更
したものであり、その相違点としてＮＯｘ濃度検出手段
２６０内の増幅回路２２２にはＮＯｘ電流補正回路３１
０からの信号ＳＧ４（センサセル指令電圧Ｖｃ）が入力
される。つまり、ＮＯｘ電流補正回路３１０の信号ＳＧ
４により、センサセル印加電圧が制御される。

【０１２２】また図１７の構成において、ガス濃度セン
サ１００は、既述の通り残留酸素によるオフセット電流
とＮＯｘ濃度に応じた検出電流とを区別すべく、センサ
セル電極が変更されている。つまり、ＮＯｘガスに不活
性な（ＮＯｘガスを分解し難い）Ａｕ−Ｐｔ等の貴金属
でセンサ第１電極１２１が構成されている。

【０１２３】ＮＯｘ電流補正回路３１０は、図１８に示
す通りＣＰＵ及びＡ／Ｄ，Ｄ／Ａコンバータを備えるマ
イクロコンピュータで構成され、各Ａ／Ｄコンバータ
（Ａ／Ｄ２１，Ａ／Ｄ２２）には前記図１７中の各端子
Ｖｅ，Ｖｃの電圧が各々入力される。ＣＰＵは、各端子
Ｖｅ，Ｖｃの電圧（信号ＳＧ２）に基づいてセンサセル
電流Ｉｓを演算すると共に、該センサセル電流Ｉｓに対
応するセンサセル指令電圧Ｖｃを信号ＳＧ４としてＤ／
Ａコンバータ（Ｄ／Ａ２１）から出力する。

【０１２４】また同ＣＰＵは、残留酸素によるＮＯｘ電
流誤差を補正し、補正後のＮＯｘ濃度出力を信号ＳＧ５
として、Ｄ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ２２）を介して又は
シリアル通信を使って図示しない外部装置に出力する。

【０１２５】ＮＯｘ電流補正回路３１０内のＣＰＵによ
り実施されるＮＯｘ電流補正処理を図１９及び図２０の
フローチャートに従い説明する。図１９，２０のルーチ
ンは、図示しないメインルーチンの途中にて実施される
ＮＯｘ電流補正サブルーチンである。

【０１２６】先ず図１９のステップ４０１，４０２で
は、前記図１７の電流検出抵抗２２３の両端子電圧Ｖ
ｅ，Ｖｃを図１８のＡ／Ｄ２１，Ａ／Ｄ２２により各々
読み取り、続くステップ４０３では、センサセル電流Ｉ
ｓを算出する（Ｉｓ＝（Ｖｅ−Ｖｃ）／Ｒ２）。

【０１２７】ステップ４０４では、センサセル印加電圧
を設定するための印加電圧線（マップ）を、それまでの
図１６中の「ＬＸ２」から「ＬＸ３」に切り替える。ま
た、ステップ４０５では、印加電圧線ＬＸ３上の所定の
電圧値を選び、その電圧値をセンサセル１２０に印加す
る。つまり、信号ＳＧ４としてのセンサセル指令電圧Ｖ
ｃをＤ／Ａ２１を介してセンサ制御回路２５０（ＮＯｘ
濃度検出手段２６０）に出力する。

【０１２８】印加電圧の切替後、所定時間（例えば数１
０〜２００ｍｓ程度）だけ待ち、ステップ４０６，４０
７では、再び電流検出抵抗２２３の両端子電圧Ｖｅ，Ｖ
ｃをＡ／Ｄ２１，Ａ／Ｄ２２により各々読み取る（この
値を、Ｖｅ２，Ｖｃ２とする）。続くステップ４０８で
は、前記検出したＶｅ２値及びＶｃ２値からセンサセル
電流Ｉｓ２を算出する（Ｉｓ２＝（Ｖｅ２−Ｖｃ２）／
Ｒ２）。

【０１２９】その後、図２０のステップ４０９では、図
１６の印加電圧線ＬＸ３を用い、前記算出したセンサセ
ル電流Ｉｓ２に対応するセンサセル１２０への目標印加
電圧を求める（マップ演算する）。さらにステップ４１
０では、前記求めた目標印加電圧を指令電圧Ｖｃ（信号
ＳＧ４）として、Ｄ／Ａ２１を介してセンサ制御回路２
５０（ＮＯｘ濃度検出手段２６０）に出力する。ステッ
プ４０９，４１０によれば、オフセット電流Ｉｓｏを検
出するための所望の電圧がセンサセル１２０に印加され
る。

【０１３０】その後、所定時間（例えば数１０〜２００
ｍｓ程度）だけ待ち、ステップ４１１，４１２では、再
び電流検出抵抗２２３の両端子電圧Ｖｅ，ＶｃをＡ／Ｄ
２１，Ａ／Ｄ２２により各々読み取る（この値を、Ｖｅ
３，Ｖｃ３とする）。続くステップ４１３では、前記検
出したＶｅ３値及びＶｃ３値からオフセット電流Ｉｓｏ
を算出する（Ｉｓｏ＝（Ｖｅ３−Ｖｃ３）／Ｒ２）。

【０１３１】その後、ステップ４１４では、前記算出し
たセンサセル電流Ｉｓからオフセット電流Ｉｓｏを減算
して補正後センサセル電流Ｉｓｆを算出する（Ｉｓｆ＝
Ｉｓ−Ｉｓｏ）。

【０１３２】続くステップ４１５では、前記算出した補
正後のセンサセル電流ＩｓｆをＮＯｘ濃度出力（信号Ｓ
Ｇ５）としてＤ／Ａコンバータ又はシリアル通信により
出力する。さらにステップ４１６では、印加電圧線を元
の「ＬＸ２」に戻し、その後本ルーチンを終了する。

【０１３３】因みに、オフセット電流Ｉｓｏの変動幅が
比較的小さいことを考慮し、当該オフセット電流Ｉｓｏ
の検出に際してセンサセル印加電圧を固定値にしてもよ
い。この場合、ステップ４０９〜４１３の処理は不要と
なり、ステップ４０８にて算出したセンサセル電流Ｉｓ
２がオフセット電流Ｉｓｏとして用いられる（Ｉｓ２＝
Ｉｓｏとする）。

【０１３４】なお本実施の形態では、図１９，２０のス
テップ４０４〜４１３により請求項記載のオフセット電
流検出手段が構成され、同ステップ４０４，４０５，４
０９，４１０により電圧切替手段が構成される。

【０１３５】以上第４の実施の形態によれば、以下の特
徴的な効果が得られる。 （イ）センサセルセル１２０付近に残留する酸素量に基
づきセンサセル電流Ｉｓを補正するようにしたので、セ
ンサの個体差や使用環境等によりセンサセル付近の残留
酸素量が変化する際に、当該残留酸素による影響が確実
に無効化される。その結果、センサセル１２０付近の残
留酸素量が変化しても、高精度なガス濃度検出を実施す
ることができる。

【０１３６】図２１では、ＮＯｘ濃度出力（出力電流）
のオフセット電流が残留酸素量に応じてばらついてしま
い、ＮＯｘ濃度の検出誤差が生じる旨を説明したが、上
記補正を行うことでオフセット電流変化の影響の無いＮ
Ｏｘ電流出力（例えば実線の出力）が得られる。

【０１３７】（ロ）オフセット電流Ｉｓｏを直接検出
し、該検出したオフセット電流Ｉｓｏに基づいてセンサ
セル電流Ｉｓを補正するので、残留酸素量の影響がより
確実に排除できる。

【０１３８】（ハ）センサセル特性として、オフセット
電流成分とＮＯｘガス成分との加算電流を検出する第１
領域（図１６のＡ１＋Ａ２検出域）と、オフセット電流
成分のみを検出する第２領域（図１６のＡ１検出域）と
を設け、第１領域で補正前のセンサセル電流Ｉｓを検出
すると共に、第２領域でオフセット電流Ｉｓｏを検出
し、補正前のセンサセル電流Ｉｓをオフセット電流Ｉｓ
ｏにより補正するようにした。この構成によれば、上記
第２領域を使うことで、オフセット電流Ｉｓｏが簡易且
つ正確に直接計測でき、ひいてはガス濃度の検出精度が
向上する。

【０１３９】（ニ）第１領域でセンサセル電流Ｉｓを検
出する時と、第２領域でオフセット電流Ｉｓｏを検出す
る時とでセンサセル印加電圧を選択的に切り替えるよう
にしたので、オフセット電流Ｉｓｏが適正に検出でき、
ひいてはガス濃度の検出精度が向上する。

【０１４０】（ホ）ガス濃度検出装置に適用されるガス
濃度センサ１００の電極構成として、多孔質拡散層１０
１に対向する各セルの電極（ポンプ第２電極１１２，セ
ンサ第１電極１２１）を、ＮＯｘガスに対して不活性な
電極とし、それにより、オフセット電流成分とＮＯｘガ
ス成分との加算電流を検出する第１領域と、オフセット
電流成分のみを検出する第２領域とをセンサセル特性上
に設けることとした。当該ガス濃度センサ１００によれ
ば、前記第１領域だけを持つ既存のセンサに対し、新た
に第２領域を設けることで、第２セル付近の残留酸素量
に応じたオフセット電流が直接的に検出可能となる。従
って、残留酸素量に応じた補正を実施するガス濃度検出
装置において、好適なセンサが提供できる。

【０１４１】（第５の実施の形態）上記第４の実施の形
態では、オフセット電流を直接検出できるようにガス濃
度センサ１００の電極構成を変更すると共に、センサセ
ル印加電圧を調整してオフセット電流を計測し、該計測
したオフセット電流に基づいてＮＯｘ濃度出力を補正し
たが、本実施の形態ではこの構成を変更する。

【０１４２】つまり、センサセル１２０に残留する酸素
量が相違すると、同センサセル１２０での起電力が変わ
ることに着目し、センサセル起電力を計測すると共に該
計測した起電力に基づいてＮＯｘ濃度出力を補正する。

【０１４３】例えばセンサセル１２０での残留酸素が無
ければ、同センサセル１２０はストイキ状態になり、セ
ンサセル起電力が「約０．４５Ｖ」となるのに対し、セ
ンサセル１２０での残留酸素が増えると、同センサセル
１２０はリーン状態になり、センサセル起電力が減少す
る。この場合、図２６（ａ）に示されるように、センサ
セル起電力が相違することで実際のＮＯｘ濃度に対応す
るＮＯｘ濃度出力（出力電流）が変動する。例えばセン
サセル起電力が０．４５Ｖの場合に対して同起電力が
０．２Ｖになると、ＮＯｘ濃度が一定であってもＮＯｘ
濃度出力（出力電流）が増加してしまう。

【０１４４】これに対してセンサ起電力に応じた補正を
行うことで、図２６（ｂ）に示されるように、センサセ
ル起電力が０．４５Ｖ→０．２Ｖと変わってもＮＯｘ濃
度出力が変動することはなく、正確なＮＯｘ濃度出力が
得られる。つまり、図２６（ａ）に示す残留酸素による
影響が起電力補正によりキャンセルされることとなる。

【０１４５】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
概要を図２２のブロック図に示す。図２２において、セ
ンサ制御回路２７０は、既述の酸素濃度検出手段２１０
及びＮＯｘ濃度検出手段２２０に加え、センサセル起電
力を検出するための起電力検出手段２８０を備える。起
電力検出手段２８０では、センサセル起電力の検出値を
信号ＳＧ６としてＮＯｘ電流補正回路３２０に出力す
る。

【０１４６】補正手段としてのＮＯｘ電流補正回路３２
０は、起電力検出手段２８０による起電力検出値（信号
ＳＧ６）に基づいて、ＮＯｘ濃度検出手段２２０による
ＮＯｘ濃度検出値（信号ＳＧ２）を補正し、該補正後に
得られるＮＯｘ濃度出力を信号ＳＧ７として図示しない
外部装置に出力する。

【０１４７】図２３には、前記図２２のセンサ制御回路
２７０についてその電気的構成を示す。図２３の構成
は、前記図２に示すセンサ制御回路２００の一部を変更
したものであり、その相違点として、ＮＯｘ濃度検出手
段２２０内の増幅回路２２２と電流検出抵抗２２３との
間には常閉タイプのスイッチＳＷ１が設けられる。ま
た、同スイッチＳＷ１を開放又は閉鎖し、且つスイッチ
解放時にセンサセル起電力を計測するための起電力計測
回路２８１が設けられる。

【０１４８】ここで、スイッチＳＷ１及び起電力計測回
路２８１が前記図２２の起電力検出手段２８０に相当す
る。また、スイッチＳＷ１が請求項記載のスイッチ手段
に相当し、起電力計測回路２８１が計測手段に相当す
る。

【０１４９】なお、本実施の形態では残留酸素量に応じ
たオフセット電流を直接的に計測する必要はなく、ガス
濃度センサ１００の構成は前記第１〜第３の実施の形態
と同様に、各電極１１１，１１２，１２１，１２２のう
ち、ポンプ第２電極１１２のみがＮＯｘ不活性電極（Ａ
ｕ−Ｐｔ電極）となっている。

【０１５０】前記起電力計測回路２８１とＮＯｘ電流補
正回路３２０とが何れもマイクロコンピュータで構成さ
れる場合において、その特徴的な処理を図２４，図２５
のフローチャートを参照しながら説明する。

【０１５１】起電力計測回路２８１内のＣＰＵが図２４
の処理を開始すると、ステップ５０１ではスイッチＳＷ
１を開放し、続くステップ５０２では、センサ第２電極
１２２側の電圧（電流検出抵抗２２３の片側の端子電圧
Ｖｃ）をＡ／Ｄコンバータにより読み取る。次に、ステ
ップ５０３では、センサ第２電極１２２側の電圧Ｖｃ
（検出値）と、センサ第１電極１２１側の電圧Ｖａ（固
定値）との差から当該センサセル１２０の起電力（Ｖｃ
−Ｖａ）を算出する。

【０１５２】次に、ステップ５０４では、前記算出した
センサセル起電力を信号ＳＧ６としてＮＯｘ電流補正回
路３２０に出力し、続くステップ５０５ではスイッチＳ
Ｗ１を閉鎖状態に戻す。

【０１５３】一方、ＮＯｘ電流補正回路３２０内のＣＰ
Ｕが図２５の処理を開始すると、ステップ６０１では、
例えば図２７の関係を用い、センサセル起電力に応じて
補正値ΔＩｋを算出する。図２７では、センサセル起電
力＝０．４５Ｖ（ストイキ状態）を境にそれよりも低電
圧側でマイナス側の補正値ΔＩｋが設定される。

【０１５４】次に、ステップ６０２では、その時々のセ
ンサセル電流Ｉｓに補正値ΔＩｋを加算して補正後セン
サセル電流Ｉｓｆを算出する（Ｉｓｆ＝Ｉｓ＋ΔＩ
ｋ）。続くステップ６０３では、前記算出した補正後の
センサセル電流ＩｓｆをＮＯｘ濃度出力（信号ＳＧ７）
としてＤ／Ａコンバータ又はシリアル通信により出力
し、その後本ルーチンを終了する。

【０１５５】但し起電力計測回路２８１とＮＯｘ電流補
正回路３２０とを同一のマイクロコンピュータで構成す
る場合、図２４及び図２５の処理は一連の処理として実
行されればよい。

【０１５６】以上第５の実施の形態によれば、残留酸素
量の反映としてセンサセル起電力を検出し、該検出した
センサセル起電力に応じてセンサセル電流Ｉｓを補正す
るようにしたので、センサセル１２０付近の残留酸素量
が変化しても、高精度なガス濃度検出を実施することが
できる。

【０１５７】（第６の実施の形態）上記第１〜第３の実
施の形態では、排ガス中の酸素濃度に応じてＮＯｘ濃度
出力が変動する、といった酸素濃度依存性を反映した補
正を行い、上記第４，第５の実施の形態では、センサセ
ルでの残留酸素の影響を反映した補正を行ったのに対
し、本実施の形態では、酸素濃度依存性を反映した補正
と、残留酸素の影響を反映した補正とを共に実施可能な
装置を提案する。

【０１５８】本実施の形態におけるガス濃度検出装置の
概要を図２８のブロック図に示す。図２８では前記図１
の構成との相違点として、補正手段としてのＮＯｘ電流
補正回路３３０は、酸素濃度依存性に応じた補正と、残
留酸素の影響に応じた補正とを実施し、それらの補正後
に得られるＮＯｘ濃度出力を信号ＳＧ８として図示しな
い外部装置に出力する。

【０１５９】ＮＯｘ電流補正回路３３０は、上記第１〜
第５の実施の形態における要件を適宜組み合わせて実現
するものであればよいが、ここではその一例を以下に記
す。図２９は、ＮＯｘ電流補正回路３３０（マイクロコ
ンピュータ）による演算処理を示すフローチャートであ
る。

【０１６０】図２９において、ステップ７０１では、ポ
ンプセル電流Ｉｐ及びセンサセル電流Ｉｓを算出する。
続くステップ７０２では、ポンプセル電流Ｉｐに基づい
て補正値ΔＩｓを算出する。この補正値ΔＩｓは酸素濃
度依存性による電流誤差を修正するものであって、例え
ば前記図１３の関係を用いて算出する。なおここで、ス
テップ７０１は、前記図１０のステップ２０１〜２０６
の処理に相当し、ステップ７０２は、前記図１２のステ
ップ３０１の処理に相当する。

【０１６１】さらに、ステップ７０３では、センサセル
１２０付近の残留酸素量に応じたオフセット電流Ｉｓｏ
を算出する。実際には、前記図１９，２０の処理を準用
し、同図のステップ４０１〜４１３の処理を実施してオ
フセット電流Ｉｓｏを算出する。但し図１９，２０の処
理（第４の実施の形態）を適用するには、センサセル電
極の構成を一部変更する必要がある。つまり、ガス濃度
センサ１００の各電極１１１，１１２，１２１，１２２
のうち、ポンプ第２電極１１２とセンサ第１電極１２１
とをＮＯｘ不活性電極（Ａｕ−Ｐｔ電極）として、残留
酸素量に応じたオフセット電流を直接的に計測できる構
成とする。

【０１６２】その後、ステップ７０４では、前記算出し
た補正値ΔＩｓとオフセット電流Ｉｓｏに基づいてセン
サセル電流Ｉｓを補正する。すなわち、 Ｉｓｆ＝Ｉｓ＋ΔＩｓ−Ｉｓｏ といった演算式を用いて補正後のセンサセル電流Ｉｓｆ
を算出する。そしてステップ７０５では、補正後のセン
サセル電流ＩｓｆをＮＯｘ濃度出力としてＤ／Ａコンバ
ータ又はシリアル通信により出力する。

【０１６３】他方で、酸素濃度依存性に応じた補正に際
し、補正値ΔＩｓのマップ演算に代えて、ガス濃度セン
サ１００の構造から一意的に決定される構造定数Ｋａ
と、ＮＯｘ感度から算出される補正係数Ｋｂとに基づく
演算式、 Ｉｓｆ＝Ｉｓ・Ｋｂ／（Ｋａ・Ｉｐ＋Ｋｂ） による補正を実施してもよい。すなわち、前記図２９の
ステップ７０４において、上記演算式を用いてセンサセ
ル電流Ｉｓを補正する。実際には、 Ｉｓｆ＝（Ｉｓ−Ｉｓｏ）・Ｋｂ／（Ｋａ・Ｉｐ＋Ｋ
ｂ） の演算を行って補正後のセンサセル電流Ｉｓｆを求め
る。

【０１６４】また、センサセル１２０付近の残留酸素の
影響を反映した補正として、例えば前記図２７の関係を
用いてセンサセル起電力に応じた補正値ΔＩｋを求め、
該補正値ΔＩｋによりセンサセル電流Ｉｓを補正するこ
とも勿論可能である。

【０１６５】以上第６の実施の形態によれば、酸素濃度
依存性を反映しつつセンサセル電流Ｉｓを補正する第１
補正と、センサセル付近の残留酸素量に基づいてセンサ
セル電流Ｉｓを補正する第２補正とを実施するので、酸
素濃度依存性の影響と残留酸素量の影響とが共に排除さ
れる。従って、排ガス中の酸素濃度が変化しても、或い
はセンサセル付近に残留する酸素量が変化しても、高精
度なガス濃度検出を実施することができる。

【０１６６】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて具体化できる。 （他の形態１）上記各実施の形態では、マイクロコンピ
ュータを用いてポンプ電圧指令回路２１１及びセンサ電
圧指令回路２２１を構成したが（図７参照）、同指令回
路２１１，２２１をハードウエアにより構成してもよ
い。同指令回路２１１，２２１の回路構成を図３０に示
す。但し、ポンプ電圧指令回路２１１とセンサ電圧指令
回路２２１とは同一構成で実現できるため、図３０には
ポンプ電圧指令回路２１１の構成のみを図示する。

【０１６７】図３０において、ポンプ電圧指令回路２１
１は、基準電圧回路２４１、増幅回路２４２、増幅抵抗
２４５，２４６、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２４３及
び電流検出回路２４７から構成される。電流検出回路２
４７は、ポンプセル電流Ｉｐを検出するための電流検出
抵抗２１３の両端子電圧Ｖｄ，Ｖｂを取り込み、同電流
検出回路２４７で処理された電圧（Ｖｄ−Ｖｂ）が増幅
回路２４２の非反転入力端子に出力される。増幅回路２
４２の反転入力端子は、増幅率を決定するための増幅抵
抗２４５及び２４６に接続される。増幅回路２４２の出
力端子には、抵抗２４３ａ及びコンデンサ２４３ｂから
なる一次のＬＰＦ２４３が接続され、そのＬＰＦ２４３
を介して指令電圧Ｖｂが出力される。

【０１６８】ここで、基準電圧回路２４１は印加電圧線
ＬＸ１のオフセット電圧（０ｍＡ時の印加電圧）を生成
し、増幅回路２４２と増幅抵抗２４５，２４６は印加電
圧線ＬＸ１の傾き（ポンプセル電流増大に伴う印加電圧
の増大）を決定する。かかる場合、図５に示す印加電圧
線ＬＸ１に沿った印加電圧がポンプセル１１０に印加さ
れる。印加電圧線ＬＸ１によればポンプセル電流Ｉｐの
増大に伴い印加電圧が増大するといった、ポジティブフ
ィードバックの系ができ、出力する印加電圧が発振しよ
うとするが、ＬＰＦ２４３をフィードバック系の途中に
設けることで印加電圧の発振が防止される。以上のよう
な構成及び作用により、本装置の印加電圧制御をハード
ウエアにより実施することも可能となる。

【０１６９】（他の形態２）上記各実施の形態では、ポ
ンプセル１１０及びセンサセル１２０の共通の負側端子
（ポンプ第２電極１１２，センサ第１電極１２１）をＧ
ＮＤ電圧（０Ｖ電圧）よりも浮かした基準電圧Ｖａとし
たが、この構成を変更する。例えば一方のセル（例えば
図２のセンサセル１２０）の負側端子のみをＧＮＤ電圧
から浮かすと共に他方のセル（図２のポンプセル１１
０）の負側端子をＧＮＤ接地させたり、或いは両方のセ
ルの負側端子をＧＮＤ接地させてもよい。

【０１７０】（他の形態３）上記第６の実施の形態で
は、酸素濃度依存性を反映した「第１補正」と、残留酸
素の影響を反映した「第２補正」とを共に実施する旨を
記載したが、当該装置の構成を以下の如く変更する。多
くの場合、第１補正は例えば排ガス中の酸素濃度変化に
応じて随時必要になるのに対し、第２補正はセンサの個
体差や経時変化が生じた際に必要となる。

【０１７１】そこで、第１補正と第２補正との要否を各
々判断し、その判断結果に従い各補正を選択的に実施す
る。例えば第２補正は、センサ個体差や経時変化による
バラツキを解消する必要がある場合にのみ実施する。実
際には前記図２９のルーチンにおいて、補正要否を最初
に判断し、その結果に従いステップ７０２，７０３によ
る補正を有効化又は無効化する。不要な処理は迂回すれ
ばよい。

【０１７２】或いは、第１補正を実施する頻度に対し第
２補正を実施する頻度を下げる。実際には、第１補正の
補正量（例えば前記図１３に基づく補正値ΔＩｓ）を算
出する頻度に対し、第２補正の補正量（例えばオフセッ
ト電流Ｉｓｏ）を算出する頻度を下げる。この場合、第
１補正の補正量算出を数ｍｓｅｃ周期で実施するのに対
し、第２補正の補正量算出を数ｓｅｃ周期で実施する。
又は、第２補正の補正量算出を、エンジンのイグニッシ
ョンキーがＯＮ操作されるタイミングでのみ実施する。
第２補正における補正量の算出頻度を下げる場合、当該
補正量をその都度バックアップメモリに記憶・更新し、
補正の実施時には同メモリの補正量データを読み出して
使用する。

【０１７３】上記構成によれば、必要に則した補正が実
施でき、より一層適正なガス濃度検出装置が実現でき
る。この場合、例えばマイクロコンピュータを使う場合
にその演算負荷が軽減できる。

【０１７４】（他の形態４）２セル構造のガス濃度セン
サとして、その構成の一部を変更してもよい。例えば電
圧印加に伴い排ガス中の余剰酸素を排出しつつその酸素
濃度に応じた電流を流すポンプセルと、同じく電圧印加
に伴い余剰酸素排出後のガス成分からＮＯｘ濃度に応じ
た電流を流すセンサセルとを備える構成において、ポン
プセルとセンサセルとの設置場所を逆にする。つまり、
ポンプセルが多孔質拡散層１０１と大気ダクト１０２と
の間に設けられ、センサセルが多孔質拡散層１０１と排
ガス空間との間に設けられる。この場合にも、既述のガ
ス濃度センサ１００と同様の原理でガス濃度が検出でき
る。

【０１７５】なお、前記図６に示すセンサセル特性を得
るには、各セルの電極のうち、多孔質拡散層１０１側の
ポンプ電極のみをＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガスを分解
し難い電極）とする。また、前記図１６に示すセンサセ
ル特性を得るには、各セルの電極のうち、多孔質拡散層
１０１側のポンプセル電極及びセンサセル電極をＮＯｘ
不活性電極（ＮＯｘガスを分解し難い電極）とする。

【０１７６】（他の形態５）上記各実施の形態では、２
セル構造のガス濃度センサについてその具体例を示した
が、２セル構造のセンサ以外に、３セル構造のガス濃度
センサや、ポンプセルやセンサセルを複数に分割して設
け、それにより４個以上のセルを持つガス濃度センサに
も適用できる。以下には、３セル構造のガス濃度センサ
を用いたガス濃度検出装置への適用例を説明する。

【０１７７】図３１を参照しつつ３セル構造のガス濃度
センサ４００の一構成を説明する。ガス濃度センサ４０
０は主要な構成として、排ガス中の酸素を排出すること
で酸素濃度を検出するポンプセル４１０（第１セル）
と、酸素分圧を検知するリファレンスセル４３０と、Ｎ
Ｏｘガスを分解しその酸素イオンを排出することでＮＯ
ｘ濃度を検出するセンサセル４２０（第２セル）とを有
する。

【０１７８】エンジンから排出された排ガスは、第１多
孔質拡散層４０１を介して第１チャンバ４０５に導入さ
れる。ポンプセル４１０は、リファレンス第１電極４３
１とリファレンス第２電極４３２との間の電圧によりモ
ニタしたリファレンスセル４３０の電圧に基づき、第１
チャンバ４０５内に存在する酸素をＮＯｘが分解しない
レベルで汲み出し制御する。すなわち、ポンプ第１電極
４１１とポンプ第２電極４１２との間に電圧を印加する
ことで酸素が汲み出され、この時に流れる電流を計測す
ることで酸素濃度が検出される。

【０１７９】酸素が汲み出された排ガスは、第２多孔質
拡散層４０４を介して第２チャンバ４０６に導入され
る。第２チャンバ４０６内に存在するＮＯｘガスは、セ
ンサセル４２０を用いて分解し汲み出されるように制御
される。すなわち、センサ第１電極４２１とセンサ第２
電極４２２との間に電圧を印加することでＮＯｘガスが
汲み出され、この時に流れる電流値を計測することでＮ
Ｏｘ濃度が検出される。

【０１８０】例えば第１チャンバ４０５内の排ガスがリ
ーンである程（酸素が多く含まれる状態）、リファレン
スセル４３０の起電力が低減され、リファレンス第２電
極４３２の電圧は低下する。このとき、第１チャンバ４
０５内の酸素がポンプセル４１０を介して排ガス側（図
の上側）に排出される。また、第１チャンバ４０５内の
排ガスの酸素濃度が非常に低い場合、リファレンスセル
４３０の起電力が上昇し、リファレンス第２電極４３２
の電圧が上昇する。このとき、第１チャンバ４０５内の
酸素の排出が少なくなる。その際のポンプセル電流を計
測することにより、排ガス中の酸素濃度が検出できる。

【０１８１】一方、排ガス中の酸素を排出された後のガ
スは第２多孔質拡散層４０４を介して第２チャンバ４０
６に導入される。センサセル４２０に所定の電圧が印加
されると、同センサセル４２０はＮＯｘガスを分解し、
酸素イオンを第２チャンバ４０６から大気ダクト４０７
側に排出する。その際のセンサセル電流を計測すること
により、排ガス中のＮＯｘ濃度が検出できる。

【０１８２】上記構成のガス濃度センサ４００におい
て、演算式、 Ｉｓｆ＝Ｉｓ・Ｋｂ／（Ｋａ・Ｉｐ＋Ｋｂ） を用い、センサセル電流Ｉｓを補正する。上記センサ４
００の場合、第１，第２多孔質拡散層４０１，４０４と
第１，第２チャンバ４０５，４０６とが拡散抵抗部に相
当し、同拡散抵抗部の構造等から構造定数Ｋａを設定
し、センサセル４２０のＮＯｘ感度から補正係数Ｋｂを
設定する。実際には、拡散抵抗部（部材４０１，４０４
〜４０６）における拡散係数と、同拡散抵抗部の形状及
び容積と、各セル４１０，４２０，４３０の電極位置と
により構造定数Ｋａを決定する。

【０１８３】本実施の形態によれば、既述通り酸素濃度
依存性の影響がキャンセルされ、排ガス中の酸素濃度の
変化に関係なく、高精度なガス濃度検出を実施すること
ができる。その他に、第２〜第６の実施の形態で記載し
た補正手法と上記ガス濃度センサ４００とを適宜組み合
わせて実施することも勿論可能である。

【０１８４】因みに、残留酸素量に応じたオフセット電
流を直接検出すべく、前記図１６に示すセンサセル特性
を得るには、各セルの電極のうち、第１チャンバ４０５
側のポンプ第２電極４１２及び第２チャンバ４０６側の
センサ第１電極４２１をＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガス
を分解し難い電極）とすればよい。

【０１８５】（他の形態６）３セル構造のガス濃度セン
サ（ＮＯｘセンサ）として、図３２の構成を適用しても
よい。図３２のガス濃度センサ５００において、酸素ポ
ンプセル５１０（第１セル）は、固体電解質ＳＥＡとそ
の両面の一対の電極５１１，５１２とからなる。固体電
解質ＳＥＡ及び電極５１１，５１２には所定寸法のピン
ホール５１３が形成されている。符号５１４は多孔質保
護層である。

【０１８６】酸素検知セル５２０は、固体電解質ＳＥＢ
とその両面の一対の電極５２１，５２２からなる。電極
５２１は例えば多孔質Ｐｔ電極からなり、電極５２２は
酸素ポンプセル５１０の電極５１２と同様、ＮＯｘの還
元に対して不活性で且つ酸素の還元に対して活性である
ように電極で構成される。また、ＮＯｘ検知セル５３０
（第２セル）は、前記酸素検知セル５２０と共通の固体
電解質ＳＥＢとその両面の一対の電極５３１，５３２か
らなる。電極５３１は例えば多孔質Ｐｔ電極からなり、
電極５３２はＮＯｘの還元に対して活性な例えば多孔質
Ｐｔ電極からなる。

【０１８７】固体電解質ＳＥＡ，ＳＥＢの間には、連通
孔５４３を介して隣接する第１内部空間５４１及び第２
内部空間５４２が形成されている。固体電解質ＳＥＢの
裏面側には大気通路５４４が形成され、さらに各セルを
加熱するためのヒータ５４５が積層されている。

【０１８８】上記構成のガス濃度センサ５００におい
て、排ガスはピンホール５１３を通って第１内部空間５
４１に導入される。酸素検知セル５２０では電極５２
１，５２２の両側の酸素濃度差に基づく起電力が発生す
る。この起電力の大きさを測定することで、第１の内部
空間５４１内の酸素濃度が検出される。

【０１８９】酸素ポンプセル５１０では電極５１１，５
１２間に電圧が印加されることで、第１内部空間５４１
内の酸素が出し入れされて同内部空間５４１内の酸素濃
度が所定の低濃度に制御される。酸素ポンプセル５１０
への通電量は、酸素検知セル５２０の電極５２１，５２
２間に発生する起電力が所定の一定値となるようにフィ
ードバック制御される。ここで、第１内部空間５４１に
面する電極５１２，５２２はＮＯｘの還元に対しては不
活性であるため、第１内部空間５４１内ではＮＯｘは分
解されず、第１内部空間５４１内のＮＯｘ量が変化する
ことはない。

【０１９０】酸素ポンプセル５１０及び酸素検知セル５
２０により一定の低酸素濃度となった排ガスは、連通孔
５４３を通って第２内部空間５４２内に導入される。第
２内部空間５４２に面するＮＯｘ検知セル５３０は、Ｎ
Ｏｘに対して活性であるので、電極５３１，５３２間に
所定の電圧が印加されると電極５３２上でＮＯｘが還元
分解され、酸素イオン電流が流れる。この電流値（セン
サセル電流Ｉｓ）が測定されることで排ガス中に含まれ
るＮＯｘ濃度が検出される。

【０１９１】上記構成のガス濃度センサ５００におい
て、演算式、 Ｉｓｆ＝Ｉｓ・Ｋｂ／（Ｋａ・Ｉｐ＋Ｋｂ） を用い、センサセル電流Ｉｓを補正する。上記センサ５
００の場合、ピンホール５１３と、第１，第２内部空間
５４１，５４２と、連通孔５４３とが拡散抵抗部に相当
し、同拡散抵抗部の構造等から構造定数Ｋａを設定し、
ＮＯｘ検知セル５３０のＮＯｘ感度から補正係数Ｋｂを
設定する。実際には、拡散抵抗部（部材５１３，５４１
〜５４３）における拡散係数と、同拡散抵抗部の形状及
び容積と、各セル５１０，５２０，５３０の電極位置と
により構造定数Ｋａを決定する。

【０１９２】本実施の形態によれば、既述通り酸素濃度
依存性の影響がキャンセルされ、排ガス中の酸素濃度の
変化に関係なく、高精度なガス濃度検出を実施すること
ができる。その他に、第２〜第６の実施の形態で記載し
た補正手法と上記ガス濃度センサ５００とを適宜組み合
わせて実施することも勿論可能である。

【０１９３】因みに、残留酸素量に応じたオフセット電
流を直接検出すべく、前記図１６に示すセンサセル特性
を得るには、各セルの電極のうち、第１内部空間５４１
側の酸素ポンプセル電極５１２及び酸素検知セル電極５
２２と、第２内部空間５４２側のＮＯｘ検知セル電極５
３２とをＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘガスを分解し難い電
極）とすればよい。

【０１９４】（他の形態７）酸素濃度とＮＯｘ濃度とを
検出可能なガス濃度センサの他、酸素濃度とＨＣ濃度又
はＣＯ濃度とを検出可能なガス濃度センサにも適用でき
る。ＨＣ濃度又はＣＯ濃度を検出する場合、ポンプセル
にて排ガス（被検出ガス）中の余剰酸素を排出し、セン
サセルにて余剰酸素排出後のガス成分からＨＣ又はＣＯ
を分解する。これにより、酸素濃度に加え、ＨＣ濃度又
はＣＯ濃度が検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態においてガス濃度検出装置の
概要を示すブロック図。

【図２】センサ制御回路の電気的構成を示す回路図。

【図３】ガス濃度センサの構成を示す要部断面図。

【図４】ガス濃度センサの動作原理を説明するための
図。

【図５】ガス濃度センサのポンプセル特性を示す図。

【図６】ガス濃度センサのセンサセル特性を示す図。

【図７】ポンプ（センサ）電圧指令回路の構成を示す
図。

【図８】ＮＯｘ電流補正回路の構成を示す図。

【図９】印加電圧制御手順を示すフローチャート。

【図１０】ＮＯｘ電流補正手順を示すフローチャート。

【図１１】ＮＯｘ濃度と出力電流との関係を示す図。

【図１２】第２の実施の形態においてＮＯｘ電流補正手
順を示すフローチャート。

【図１３】酸素濃度と補正値ΔＩｓとの関係を示す図。

【図１４】第３の実施の形態においてＮＯｘ電流補正回
路の電気的構成を示す回路図。

【図１５】第４の実施の形態においてガス濃度検出装置
の概要を示すブロック図。

【図１６】ガス濃度センサのセンサセル特性を示す図。

【図１７】第４の実施の形態においてセンサ制御回路の
電気的構成を示す回路図。

【図１８】ＮＯｘ電流補正回路の構成を示す図。

【図１９】ＮＯｘ電流補正手順を示すフローチャート。

【図２０】図１９に続き、ＮＯｘ電流補正手順を示すフ
ローチャート。

【図２１】ＮＯｘ濃度と出力電流との関係を示す図。

【図２２】第５の実施の形態においてガス濃度検出装置
の概要を示すブロック図。

【図２３】第５の実施の形態においてセンサ制御回路の
電気的構成を示す回路図。

【図２４】センサセル起電力の検出手順を示すフローチ
ャート。

【図２５】ＮＯｘ電流補正手順を示すフローチャート。

【図２６】ＮＯｘ濃度と出力電流との関係を示す図。

【図２７】センサセル起電力と補正値ΔＩｋとの関係を
示す図。

【図２８】第６の実施の形態においてガス濃度検出装置
の概要を示すブロック図。

【図２９】ＮＯｘ電流補正手順を示すフローチャート。

【図３０】ポンプ電圧指令回路の構成を示す回路図。

【図３１】他の形態において３セル構造のガス濃度セン
サの要部を示す断面図。

【図３２】他の形態において３セル構造のガス濃度セン
サの要部を示す断面図。

【図３３】拡散抵抗部の構成を簡単なモデルで示す図。

【符号の説明】

１００…ガス濃度センサ、１０１…拡散抵抗部としての
多孔質拡散層、１１０…第１セルとしてのポンプセル、
１１１…ポンプ第１電極、１１２…ポンプ第２電極、１
２０…第２セルとしてのセンサセル、１２１…センサ第
１電極、１２２…センサ第２電極、２００，２５０，２
７０…センサ制御回路、２１０…第１検出手段としての
酸素濃度検出手段、２２０，２６０…第２検出手段とし
てのＮＯｘ濃度検出手段、２８０…起電力検出手段、２
８１…計測手段としての起電力計測回路、３００，３１
０，３２０，３３０…補正手段としてのＮＯｘ電流補正
回路、４００…ガス濃度センサ、４０１…第１多孔質拡
散層、４０４…第２多孔質拡散層、４０５…第１チャン
バ、４０６…第２チャンバ、４１０…第１セルとしての
ポンプセル、４２０…第２セルとしてのセンサセル、５
００…ガス濃度センサ、５１３…ピンホール、５４１…
第１内部空間、５４２…第２内部空間、５４３…連通
孔、５１０…第１セルとしての酸素ポンプセル、５３０
…第２セルとしてのＮＯｘ検知セル、ＳＷ１…スイッチ
手段としてのスイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽田 聡 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 鈴木 敏行 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (72)発明者 中村 聡 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 平９−113482（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−113484（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−288084（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−288087（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−329578（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−318596（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−38845（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−90222（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−123094（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−142194（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−185866（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−227760（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−253586（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−267893（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−282053（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−2620（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−2621（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14589（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14592（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−14587（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−23523（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−37972（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−94794（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−27146（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/416 G01N 27/419

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検出ガスを内部空間内に導入するための
   拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡散抵抗部を介し
   て導入した被検出ガス中の酸素を分解し排出することに
   より被検出ガス中の酸素濃度に応じた電流を流す酸素ポ
   ンプセルと、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガ
   スの酸素濃度を検出する酸素検知セルと、電圧印加に伴
   い、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガスからＮ
   Ｏｘ、ＨＣ又はＣＯを分解し酸素イオンを排出すること
   でＮＯｘ濃度、ＨＣ濃度又はＣＯ濃度に応じた電流を流
   す特定ガス検知セルとを備えるガス濃度センサを用いた
   ガス濃度検出装置において、 前記酸素ポンプセルに流れる電流値を検出する第１検出
   手段と、 前記特定ガス検知セルに流れる電流値を検出する第２検
   出手段と、 前記第１検出手段により検出した電流値に基づいて、酸
   素濃度依存性を反映しつつ前記第２検出手段により検出
   した電流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。
2. 【請求項２】前記第１検出手段により検出した電流値を
   Ｉｐ、前記第２検出手段により検出した電流値をＩｓ、
   補正後に得られる特定ガス検知セルの電流値をＩｓｆ、
   前記ガス濃度センサの構造から一意的に決定される構造
   定数をＫａ、前記特定ガス検知セルの検出感度から決定
   される補正係数をＫｂとした時、 前記補正手段は、 Ｉｓｆ＝Ｉｓ・Ｋｂ／（Ｋａ・Ｉｐ＋Ｋｂ） の演算式で表される関係を用い、前記特定ガス検知セル
   の電流値を補正する請求項１に記載のガス濃度検出装
   置。
3. 【請求項３】請求項２に記載のガス濃度検出装置におい
   て、 前記構造定数は、前記拡散抵抗部における拡散係数と、
   同拡散抵抗部の形状及び容積と、前記酸素ポンプセル，
   特定ガス検知セルに設けられる電極の位置とにより決定
   されるガス濃度検出装置。
4. 【請求項４】酸素濃度依存性を反映して被検出ガス中の
   酸素濃度とそれに対応して必要となる補正データとの関
   係を予め記憶しておき、 前記補正手段は、前記記憶した酸素濃度依存性に関する
   補正データに従い、前記特定ガス検知セルの電流値を補
   正する請求項１に記載のガス濃度検出装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載のガス濃度検出装置におい
   て、 前記記憶した補正データは、被検出ガス中の酸素濃度が
   高くなるほど、前記特定ガス検知セルにより検出される
   ガス濃度を低くするよう補正するものであるガス濃度検
   出装置。
6. 【請求項６】被検出ガスを内部空間内に導入するための
   拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡散抵抗部を介し
   て導入した被検出ガス中の酸素を分解し排出することに
   より被検出ガス中の酸素濃度に応じた電流を流す酸素ポ
   ンプセルと、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガ
   スの酸素濃度を検出する酸素検知セルと、電圧印加に伴
   い、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガスからＮ
   Ｏｘ、ＨＣ又はＣＯを分解し酸素イオンを排出すること
   でＮＯｘ濃度、ＨＣ濃度又はＣＯ濃度に応じた電流を流
   す特定ガス検知セルとを備えるガス濃度センサを用いた
   ガス濃度検出装置において、 前記特定ガス検知セル付近に残留する酸素量に基づい
   て、当該特定ガス検知セルの電流値を補正する補正手段
   を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。
7. 【請求項７】特定ガス検知セル付近での残留酸素量に応
   じて当該特定ガス検知セルに流れるオフセット電流を検
   出するオフセット電流検出手段を備え、 前記補正手段は、前記検出したオフセット電流に基づい
   て特定ガス検知セルの電流値を補正する請求項６に記載
   のガス濃度検出装置。
8. 【請求項８】前記特定ガス検知セルの出力特性として、
   オフセット電流成分と前記酸素ポンプセルによる酸素排
   出後の特定ガス成分との加算電流を検出する第１領域
   と、オフセット電流成分のみを検出する第２領域とを設
   け、 前記オフセット電流検出手段は、前記第２領域を用いて
   オフセット電流を検出する請求項７に記載のガス濃度検
   出装置。
9. 【請求項９】前記特定ガス検知セルの出力特性として、
   オフセット電流成分と前記酸素ポンプセルによる酸素排
   出後の特定ガス成分との加算電流を検出する第１領域
   と、オフセット電流成分のみを検出する第２領域とを設
   け、前記第１領域で補正前の電流値を検出すると共に、
   前記第２領域でオフセット電流を検出し、 前記補正手段は、前記検出した補正前の電流値をオフセ
   ット電流により補正する請求項６に記載のガス濃度検出
   装置。
10. 【請求項１０】請求項９に記載のガス濃度検出装置にお
    いて、 補正前の電流値を検出する際には前記第１領域で電圧を
    印加し、オフセット電流を検出する際には前記第２領域
    で電圧を印加するよう、特定ガス検知セルの印加電圧を
    選択的に切り替えるための電圧切替手段を備えるガス濃
    度検出装置。
11. 【請求項１１】前記特定ガス検知セルの起電力を検出す
    る起電力検出手段を備え、 前記補正手段は、前記検出した特定ガス検知セルの起電
    力に応じて当該特定ガス検知セルの電流値を補正する請
    求項６に記載のガス濃度検出装置。
12. 【請求項１２】請求項１１に記載のガス濃度検出装置に
    おいて、 前記起電力検出手段は、特定ガス検知セルに電圧を印加
    する電気経路を開放するスイッチ手段と、該スイッチ手
    段により特定ガス検知セルに電圧を印加する電気経路が
    開放された時に、特定ガス検知セルに発生する起電力を
    計測する計測手段とを有するガス濃度検出装置。
13. 【請求項１３】被検出ガスを内部空間内に導入するため
    の拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡散抵抗部を介
    して導入した被検出ガス中の酸素を分解し排出すること
    により被検出ガス中の酸素濃度に応じた電流を流す酸素
    ポンプセルと、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後の
    ガスの酸素濃度を検出する酸素検知セルと、電圧印加に
    伴い、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガスから
    ＮＯｘ、ＨＣ又はＣＯを分解し酸素イオンを排出するこ
    とでＮＯｘ濃度、ＨＣ濃度又はＣＯ濃度に応じた電流を
    流す特定ガス検知セルとを備えるガス濃度センサを用い
    たガス濃度検出装置において、 前記酸素ポンプセルに流れる電流値を検出する第１検出
    手段と、 前記特定ガス検知セルに流れる電流値を検出する第２検
    出手段と、 前記第１検出手段により検出した電流値に基づいて、酸
    素濃度依存性を反映しつつ前記第２検出手段により検出
    した電流値を補正する第１補正と、前記特定ガス検知セ
    ル付近に残留する酸素量に基づいて、当該特定ガス検知
    セルの電流値を補正する第２補正とを実施する補正手段
    とを備えることを特徴とするガス濃度検出装置。
14. 【請求項１４】請求項１３に記載のガス濃度検出装置に
    おいて、 前記補正手段は、第１補正と第２補正との要否を各々判
    断し、その判断結果に従い各補正を選択的に実施するガ
    ス濃度検出装置。
15. 【請求項１５】請求項１３に記載のガス濃度検出装置に
    おいて、 前記補正手段は、第１，第２補正の補正量を各々算出
    し、その際、第１補正の補正量を算出する頻度に対し第
    ２補正の補正量を算出する頻度を下げるガス濃度検出装
    置。
16. 【請求項１６】被検出ガスを内部空間内に導入するため
    の拡散抵抗部と、電圧印加に伴い、前記拡散抵抗部を介
    して導入した被検出ガス中の酸素を分解し排出すること
    により被検出ガス中の酸素濃度に応じた電流を流す酸素
    ポンプセルと、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後の
    ガスの酸素濃度を検出する酸素検知セルと、電圧印加に
    伴い、前記酸素ポンプセルによる酸素排出後のガスから
    ＮＯｘ、ＨＣ又はＣＯを分解し酸素イオンを排出するこ
    とでＮＯｘ濃度、ＨＣ濃度又はＣＯ濃度に応じた電流を
    流す特定ガス検知セルとを備えるガス濃度センサにおい
    て、 前記特定ガス検知セルの出力特性として、オフセット電
    流成分と前記酸素ポンプセルによる酸素排出後の特定ガ
    ス成分との加算電流を検出する第１領域と、オフセット
    電流成分のみを検出する第２領域とを設けたこと特徴と
    するガス濃度センサ。
17. 【請求項１７】請求項１６に記載のガス濃度センサにお
    いて、 前記拡散抵抗部に対向する前記酸素ポンプセル，特定ガ
    ス検知セルの各電極を、前記酸素ポンプセルによる酸素
    排出後の特定ガス成分に対して不活性な電極としたガス
    濃度センサ。