JP2007147293A - ガス濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス濃度検出装置の出力特性の経時変化による影響を排除しながら、断線などに起因する異常を判定できることで、その判定精度を向上させることができるガス濃度検出装置を提供する。
【解決手段】 被検出ガス中の特定ガス成分の濃度ＣＮＯｘを検出するガス濃度検出装置１は、特定ガス成分の分解に伴って発生したイオンが移動可能な電解質８ａと、第１および第２の分割電極８ｄ、８ｅに分割され、被検出ガスに晒されるように電解質８ａに設けられた第１電極８ｂと、電解質８ａに設けられた第２電極８ｃとを備え、第１分割電極８ｄと第２電極８ｃの間を流れる第１電流ＩＳ１、および第２分割電極８ｅと第２電極８ｃの間を流れる第２電流ＩＳ２の少なくとも一方に基づき特定ガス成分の濃度ＣＮＯｘを算出し（ステップ１３〜１５）、第１電流ＩＳ１と第２電流ＩＳ２との比較結果に基づきガス濃度検出装置１の異常を判定する（ステップ１、２、５、６）。
【選択図】 図６

Description

本発明は、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度検出装置に関する。

従来、この種のガス濃度検出装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このガス濃度検出装置は、内燃機関から排出される排ガス中のＮＯｘの濃度を検出するものであり、２つの互いに対向する電解質層と、一方の電解質層に取り付けられた一対の第１および第２の電極と、第１および第２の電極に接続された電源とを備えている。２つの電解質層は、酸素イオン伝導性を有するものであり、両者の間に検出室が画成されている。また、ガス濃度検出装置は、この検出室に排ガスを導入するための排ガス導入流路や、大気に連通する大気通路を有している。第１電極は検出室に、第２電極は大気通路に、それぞれ臨んでいる。

以上の構成のガス濃度検出装置では、電源により第１電極と第２電極の間に電圧が印可される。これにより、流路を介して検出室に導入された排ガス中のＮＯｘが第１電極で分解されることで、ＮＯｘ中の酸素が電子を受け取って酸素イオンになる。この酸素イオンは、電解質層を介して第２電極に向かって移動し、第２電極において電子を放出し、酸素となって大気通路に放出される。それに伴い、第１電極と第２電極の間にＮＯｘ中の酸素の量に応じた電流が流れるので、この電流（以下「センサセル電流」という）に基づいて、排ガス中のＮＯｘの濃度が算出される。

また、このガス濃度検出装置では、センサセル電流が所定の下限値（例えば１μＡ）以下のときには、第１または第２の電極と電源との間などに断線が生じているとして、ガス濃度検出装置に異常が発生していると判定する。さらに、センサセル電流が所定の上限値（例えば５μＡ）以上のときには、ショートが生じているとして、ガス濃度検出装置に異常が発生していると判定する。

上述したように、この従来のガス濃度検出装置では、センサセル電流が所定の下限値以下のとき、または所定の上限値以下のときに、ガス濃度検出装置に異常が発生していると判定する。このため、ガス濃度検出装置の出力特性の経時変化による影響によって、判定を誤るおそれがある。

例えば、このガス濃度検出装置では、その検出の原理上、第１電極が排ガスに晒されるので、長期間の使用により、その表面に排ガス中の未燃物質などの不純物が付着することは、避けられない。そのように不純物が付着すると、第１電極においてＮＯｘが分解される度合が低くなるので、センサセル電流が全体として低下する。また、排ガスを検出室に導入する排ガス導入流路が次第に詰まった場合にも、検出室への排ガスの導入量が低下することによって、センサセル電流が全体として低下する。このように、出力特性が経時変化した場合でも、センサセル電流を学習などにより補正することによって、ＮＯｘ濃度を適正に求めることが可能であるため、必ずしも異常と判定する必要はない。

これに対して、従来のガス濃度検出装置では、上記のような出力特性の経時変化が生じた場合、実際には断線が生じていなくても、センサセル電流が所定の下限値を下回ってしまうことがあり、その場合には、ガス濃度検出装置に異常が発生していると誤判定してしまう。

さらに、出力特性の経時変化が発生している状況で、ショートが発生した場合、経時変化によるセンサセル電流の低下分が、ショートによる上昇分を相殺するように作用するため、センサセル電流が上限値を超えないことがあり、その場合には、ガス濃度検出装置に異常が発生していないと誤判定してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ガス濃度検出装置の出力特性の経時変化による影響を排除しながら、断線やショートなどに起因する異常を判定でき、それにより、その判定精度を向上させることができるガス濃度検出装置を提供することを目的とする。

特開２００４−３３３３７４号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、被検出ガス中の特定ガス成分の濃度（ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ）を検出するガス濃度検出装置１であって、特定ガス成分の分解に伴って発生したイオンが移動可能な電解質（電解質層８ａ）と、被検出ガスに晒されるように電解質に設けられた第１電極（第１検出電極８ｂ）と、電解質に設けられた第２電極（第２検出電極８ｃ）と、を備え、第１および第２の電極の一方が、少なくとも２つの分割電極（第１分割電極８ｄ、第２分割電極８ｅ）に分割され、第１電極と第２電極の間に電圧を印可する電圧印加手段（検出用電源２１ｃ）と、分割電極の１つと第１および第２の電極の他方との間を流れる電流を表す第１電流パラメータ（第１電流ＩＳ１）を検出する第１電流パラメータ検出手段（第１電流センサ２２）と、分割電極の他の１つと第１および第２の電極の他方との間を流れる電流を表す第２電流パラメータ（第２電流ＩＳ２）を検出する第２電流パラメータ検出手段（第２電流センサ２３）と、検出された第１および第２の電流パラメータの少なくとも一方に基づいて、特定ガス成分の濃度を算出するガス濃度算出手段（ＣＰＵ２１ａ、ステップ１３〜１５）と、第１電流パラメータと第２電流パラメータとの比較結果に基づいて、ガス濃度検出装置１の異常を判定する異常判定手段（ＣＰＵ２１ａ、ステップ１、２、５、６）と、をさらに備えることを特徴とする。

このガス濃度検出装置によれば、電解質に第１および第２の電極が設けられており、第１電極は被検出ガスに晒されており、これらの第１および第２の電極の一方は、少なくとも２つの分割電極に分割されている。また、第１電極と第２電極の間には、電圧印加手段によって電圧が印可される。

これにより、被検出ガス中の特定ガス成分が第１電極で分解されることによって、それまで特定ガス成分を構成していた原子が、電子を受け取りまたは放出することでイオンになり、このイオンは、電解質を介して第２電極に向かって移動し、第２電極において電子の放出または受取を行う。それに伴い、第１電極と第２電極の間に、特定ガス成分を構成する原子の量に応じた電流が流れる。第１および第２の電極の一方を分割した少なくとも２つの分割電極の１つと第１および第２の電極の他方の間を流れる電流を表す第１電流パラメータが、第１電流パラメータ検出手段によって検出され、分割電極の他の１つと第１および第２の電極の他方の間を流れる電流を表す第２電流パラメータが、第２電流パラメータ検出手段によって検出される。したがって、ガス濃度算出手段により、第１および第２の電流パラメータの少なくとも一方に基づいて特定ガス成分の濃度を算出することにより、特定ガス成分の濃度を検出することができる。

また、異常判定手段により、第１電流パラメータと第２電流パラメータとの比較結果に基づいて、ガス濃度検出装置の異常が判定される。上述したように、分割電極は、第１または第２の電極を単純に分割することによって構成されているため、分割電極の設置条件が互いに同じである限り、その出力特性の経時変化が生じても、その度合は、分割電極の間でほぼ互いに等しくなり、したがって、第１および第２の電流パラメータは、互いにほぼ等しくなる。一方、分割電極の１つのみに断線やショートなどの異常が発生したときには、第１電流パラメータと第２電流パラメータとの差が大きくなる。したがって、第１電流パラメータと第２電流パラメータとの比較結果に基づいてガス濃度検出装置の異常を判定することにより、その出力特性の経時変化による影響を排除しながら、断線やショートなどに起因する異常を判定でき、それにより、その判定精度を向上させることができる。

さらに、例えば、ガス濃度検出装置が異常と判定された場合でも、分割電極のうちの異常が発生していない残りの分割電極による第１または第２の電流パラメータに基づいて、特定ガス成分の濃度を検出することによって、以降の検出を支障なく行うことができる。また、第１および第２の電極の一方を分割するだけなので、異常判定のための比較用にもう１つのガス濃度検出装置を別個に付加する場合と異なり、装置の大型化および製造コストの増大を防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態によるガス濃度検出装置１、およびこれを適用した車両用のディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）３１を概略的に示している。ガス濃度検出装置１は、エンジン３１の排気管３２に設けられたＮＯｘセンサ２と、ＮＯｘセンサ２に接続されたＥＣＵ２１などによって構成されており、エンジン３１から排出された排ガス中のＮＯｘの濃度（以下「ＮＯｘ濃度」という）ＣＮＯｘを検出する。

図２に示すように、ＮＯｘセンサ２のセンサ素子３は、酸素ポンプセル４、第１スペーサ５、ＶＳセル６、第２スペーサ７、およびセンサセル８を備えており、これらのセルやスペーサ４〜８を順に積層することによって、板状に形成されている。また、酸素ポンプセル４とＶＳセル６の間には第１室９が画成され、酸素ポンプセル４とセンサセル８の間には、第２室１０が第１室９に隣接するように画成され、ＶＳセル６とセンサセル８の間には、基準室１１が第１室９と積層方向にオーバーラップするように画成されている。排ガスは、同図に矢印で示すように、第１室９に導入され、その後、第２室１０に流入する。以下、図２の左右方向および奥行き方向をそれぞれ、前後方向および左右方向として説明する。

酸素ポンプセル４は、第１室９内の排ガスの酸素濃度を制御するものであり、電解質層４ａ、第１ポンプ電極４ｂおよび第２ポンプ電極４ｃを有している。電解質層４ａは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質、例えばジルコニアで構成されており、板状に形成されている。第１ポンプ電極４ｂは、例えばＰｔなどの金属とセラミックから成る多孔質のサーメットで構成され、排ガスに晒されるように電解質層４ａの上面に取り付けられるとともに、ＥＣＵ２１の後述する酸素ポンプ制御部２１ｂに接続されている。第２ポンプ電極４ｃは、ＮＯｘの還元能力が低い金属、例えばＡｕとセラミックから成る多孔質のサーメットで構成され、第１室９に臨むように電解質層４ａの下面に取り付けられるとともに、接地されている。

第１スペーサ５は、絶縁材、例えばアルミナで板状に形成されている。図３に示すように、第１スペーサ５の前端部には排ガス導入部５ａが、その後ろ側には、排ガス導入部５ａに連続する孔５ｂが、いずれも上下方向に貫通するように形成されている。排ガス導入部５ａは、第１室９に排ガスを導入するためのものであり、平面的に見て矩形の切欠き状のもので、比較的小さな左右方向の幅を有している。また、排ガス導入部５ａには、多孔質材で構成された第１拡散層５ｃが埋め込まれている。孔５ｂは、第１室９の全体と第２室１０の一部を構成するものであり、大きな矩形状に形成されている。孔５ｂの後部には、多孔質材で構成された、上下方向に貫通する第２室用上孔５ｅを有するロ字状の第２拡散層５ｄがはめ込まれている。

ＶＳセル６は、第１室９内の排ガスの酸素濃度を検出するためのものであり、電解質層６ａ、第１ＶＳ電極６ｂおよび第２ＶＳ電極６ｃを有している。電解質層６ａは、前述した酸素ポンプセル４の電解質層４ａと同様、酸素イオン伝導性を有する固体電解質で板状に形成されている。この電解質層６ａの上面、酸素ポンプセル４の電解質層４ａの下面、および上述した第２拡散層５ｄの前面で第１スペーサ５の孔５ｂを取り囲むことによって、第１室９が画成されている。また、電解質層６ａには、上下方向に貫通する第２室用中孔６ｄが形成されており（図４参照）、第２室用中孔６ｄは、上述した第１スペーサ５の第２室用上孔５ｅに連続している。

第１ＶＳ電極６ｂは、前述した酸素ポンプセル４の第２ポンプ電極４ｃと同様、Ａｕとセラミックから成る多孔質のサーメットで構成され、第１室９に臨むように電解質層６ａの上面に取り付けられるとともに、接地されている。第２ＶＳ電極６ｃは、前述した酸素ポンプセル４の第１ポンプ電極４ｂと同様、Ｐｔなどの金属とセラミックから成る多孔質のサーメットで構成され、基準室１１に臨むように電解質層６ａの下面に取り付けられるとともに、酸素ポンプ制御部２１ｂに接続されている。

図５に示すように、第２スペーサ７は、前述した第１スペーサ５と同様、例えばアルミナで板状に形成されており、その中央部には、前側から順に、いずれも上下方向に貫通する矩形状の基準室用孔７ａおよび第２室用下孔７ｂが形成されている。第２室用下孔７ｂは、前述したＶＳセル６の第２室用中孔６ｄに連続している。また、第２スペーサ７には、基準室用孔７ａに連続するとともに、大気に連通する切欠き状の大気連通部７ｃが形成されており、大気連通部７ｃには、多孔質材７ｄが埋め込まれている。

前述したセンサセル８は、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを検出するものであり、電解質層８ａ、第１検出電極８ｂ（第１電極）および第２検出電極８ｃ（第２電極）を有している。電解質層８ａは、酸素ポンプセル４の電解質層４ａと同様、酸素イオン伝導性を有する固体電解質で板状に形成されている。この電解質層８ａの上面およびＶＳセル６の電解質層６ａの下面で上述した第２スペーサ７の基準室用孔７ａをふさぐことによって、基準室１１が画成されている。また、電解質層８ａの上面および電解質層４ａの下面で、前述したように互いに連続する第１スペーサ５の第２室用上孔５ｅ、ＶＳセル６の第２室用中孔６ｄ、および第２スペーサ７の第２室用下孔７ｂをふさぐことによって、第２室１０が画成されている。

第１検出電極８ｂは、第１分割電極８ｄ（分割電極）および第２分割電極８ｅ（分割電極）に分割されている。第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅは、ＮＯｘの還元能力が高い金属、例えばＲｈとセラミックから成る多孔質のサーメットで構成され、第２室１０に臨むように電解質層８ａの上面に取り付けられている。第２検出電極８ｃは、第１ポンプ電極４ｂと同様の多孔質のサーメットで構成され、基準室１１に臨むように電解質層８ａの上面に取り付けられている。

ＥＣＵ２１は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＲＡＭ、ＲＯＭ（いずれも図示せず）およびＣＰＵ２１ａ（図１参照）（ガス濃度算出手段、異常判定手段）などからなるマイクロコンピュータと、電源や抵抗などを組み合わせた回路で構成された酸素ポンプ制御部２１ｂと、検出用電源２１ｃ（電圧印加手段）を有している（図２参照）。

検出用電源２１ｃの正極には第２検出電極８ｃが接続されるとともに、検出用電源２１ｃの負極には、第１分割電極８ｄおよび第２分割電極８ｅが並列に接続されている。これにより、第１分割電極８ｄと第２検出電極８ｃの間、および第２分割電極８ｅと第２検出電極８ｃの間に、所定の大きさの電圧が印可される。また、検出用電源２１ｃと第１分割電極８ｄの間には、第１電流センサ２２（第１電流パラメータ検出手段）が設けられ、検出用電源２１ｃと第２分割電極８ｅの間には、第２電流センサ２３（第２電流パラメータ検出手段）が設けられている。第１電流センサ２２は、第１分割電極８ｄと第２検出電極８ｃの間を流れる電流（以下「第１電流」という）ＩＳ１を検出し、第２電流センサ２３は、第２分割電極８ｅと第２検出電極８ｃの間を流れる電流（以下「第２電流」という）ＩＳ２を検出する。

以上の構成のガス濃度検出装置１では、排ガスが、ＮＯｘセンサ２の第１スペーサ５の第１拡散層５ｃを介して第１室９に流入する。第１室９に流入した排ガス中の酸素は、酸素ポンプセル４の第２ポンプ電極４ｃにおいて酸素イオンになり、この酸素イオンは、第１ポンプ電極４ｂから酸素となって排ガス中に放出される。それに伴い、第１ポンプ電極４ｂと第２ポンプ電極４ｃの間に電流が流れる。酸素ポンプ制御部２１ｂは、ＶＳセル６の第１ＶＳ電極６ｂと第２ＶＳ電極６ｃの電位差に基づいて、第１室９内の排ガス中の酸素濃度を検出し、この検出した酸素濃度が所定値になるように、第１ポンプ電極４ｂと第２ポンプ電極４ｃの間を流れる電流を制御する。これにより、第１室９内の排ガス中の酸素濃度が所定値に制御される。

その後、排ガスは、第１室９から第２拡散層５ｄを介して第２室１０に流入する。流入した排ガス中のＮＯｘは、センサセル８の第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅのそれぞれにおいて分解され、それにより、ＮＯｘ中の酸素が酸素イオンになる。この酸素イオンは、電解質層８ａを介して第２検出電極８ｃに向かって移動し、第２検出電極８ｃから酸素となって基準室１１に放出される。また、第２室１０に流入した排ガス中の酸素も、第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅのそれぞれにおいて酸素イオンになった後、第２検出電極８ｃから基準室１１に放出される。それに伴い、第１分割電極８ｄと第２検出電極８ｃの間に第１電流が、第２分割電極８ｅと第２検出電極８ｃの間に第２電流が、それぞれ流れる。したがって、検出された第１および第２の電流ＩＳ１，ＩＳ２は、第２室１０内の排ガス中の酸素の量と、第２室１０内の排ガス中のＮＯｘの分解に伴って発生した酸素の量との和に比例する。

また、前述したように、第１室９内の排ガス中の酸素濃度が一定の所定値に制御されるので、第１および第２の電流ＩＳ１，ＩＳ２は、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘに比例する。したがって、第１および第２の電流ＩＳ１，ＩＳ２に基づき、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを算出することによって、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを検出することができる。

ＣＰＵ２１ａは、第１および第２の電流ＩＳ１，ＩＳ２に基づき、後述するようにして、ガス濃度検出装置１の異常を判定するとともに、その判定結果に応じて、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを算出する。

また、ＥＣＵ２１には、エンジン回転数センサ４１およびアクセル開度センサ４２が接続されている。エンジン回転数センサ４１は、エンジン３１の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを検出し、その検出信号をＥＣＵ２１に出力する。アクセル開度センサ４２は、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、その検出信号をＥＣＵ２１に出力する。

ＥＣＵ２１は、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに加え、算出したＮＯｘ濃度ＣＮＯｘに応じて、エンジン３１の燃料噴射弁３３による燃料噴射量を含むエンジン制御を実行する。また、車両の減速運転中、例えば、アクセル開度ＡＰがほぼ０゜に等しく、かつエンジン回転数ＮＥが所定回転数（例えば１０００ｒｐｍ）よりも高いときには、燃料噴射量を値０に設定することによって、燃料の供給を停止するフューエルカット（以下「Ｆ／Ｃ」という）を実行する。

次に、図６を参照しながら、ガス濃度検出装置１の異常を判定する異常判定処理について説明する。本処理は、所定時間（例えば１０００ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、第１電流ＩＳ１と第２電流ＩＳ２との差の絶対値が、所定の判定値ＩＳＣＯＪＵＤよりも大きいか否かを判別する。この答がＮＯのとき、すなわち、第１および第２の電流ＩＳ１，ＩＳ２が互いにほぼ等しいときには、第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅに断線やショートなどの異常が発生していないとして、ガス濃度検出装置１が正常であると判定する。そして、そのことを表すために、第１異常フラグＦ＿ＮＧ１および第２異常フラグＦ＿ＮＧ２の双方を「０」にセットし（ステップ２）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ１の答がＹＥＳで、第１電流ＩＳ１と第２電流ＩＳ２との差が大きいときには、第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅのいずれか一方に断線やショートなどの異常が発生していると判定する。そして、次のステップ３以降において、第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅのいずれが異常であるかを特定する。

まず、ステップ３では、エンジン３１がＦ／Ｃ中であるか否かを判別する。この答がＮＯで、Ｆ／Ｃ中でないときには、そのまま本処理を終了する。これは、後述するように、異常の特定を第１電流ＩＳ１と基準値ＩＳＢとの比較結果に基づいて行うので、エンジン３１の運転状態の変動に伴うＮＯｘ濃度ＣＮＯｘの変化による第１電流ＩＳ１への影響を排除することによって、異常の特定を誤ることなく適切に行うためである。

一方、上記ステップ３の答がＹＥＳで、Ｆ／Ｃ中のときには、第１電流ＩＳ１と所定の基準値ＩＳＢとの差の絶対値が、所定のしきい値ＩＳＲＥＦよりも大きいか否かを判別する（ステップ４）。この基準値ＩＳＢは、第１分割電極８ｄが正常であるときにＦ／Ｃ中に得られるべき第１電流ＩＳ１を実験などにより求めたものである。したがって、ステップ４の答がＹＥＳで、｜ＩＳ１−ＩＳＢ｜＞ＩＳＲＥＦのとき、すなわち、第１電流ＩＳ１が基準値ＩＳＢよりも非常に小さいとき、または非常に大きいときには、第１分割電極８ｄに断線またはショートなどの異常が発生していると判定し、そのことを表すために、第１異常フラグＦ＿ＮＧ１を「１」にセットし（ステップ５）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ４の答がＮＯで、第１電流ＩＳ１と基準値ＩＳＢとの差がそれほど大きくないときには、第１分割電極８ｄに異常が発生したのではなく、第２分割電極８ｅに断線やショートなどの異常が発生していると判定する。そして、そのことを表すために、第２異常フラグＦ＿ＮＧ２を「１」にセットし（ステップ６）、本処理を終了する。

次に、図７を参照しながら、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを算出するＣＮＯｘ算出処理について説明する。本処理は、所定時間（例えば１０００ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ１１および１２では、上述した第１異常フラグＦ＿ＮＧ１および第２異常フラグＦ＿ＮＧ２が「１」であるか否かをそれぞれ判別する。

これらのステップ１１および１２の答がいずれもＮＯで、第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅがいずれも正常であるときには、第１および第２の電流ＩＳ１，ＩＳ２に基づいてＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを算出し（ステップ１３）、本処理を終了する。具体的には、第１電流ＩＳ１と第２電流ＩＳ２との平均値に基づいて、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを算出する。

一方、上記ステップ１１の答がＹＥＳで、第１分割電極８ｄが異常であるときには、第２電流ＩＳ２に基づいてＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを算出し（ステップ１４）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ１２の答がＹＥＳで、第２分割電極８ｅが異常であるときには、第１電流ＩＳ１に基づいてＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを算出し（ステップ１５）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、第１および第２の電流ＩＳ１，ＩＳ２に基づいてＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを算出することにより、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを検出することができる。また、第１電流ＩＳ１と第２電流ＩＳ２との比較結果に基づいてガス濃度検出装置１の異常を判定するので、その出力特性の経時変化による影響を排除しながら、断線やショートなどに起因する異常を判定することができ、それにより、その判定精度を向上させることができる。

さらに、第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅのいずれが異常であるかを特定するとともに、第１分割電極８ｄが異常と特定したときには第２電流ＩＳ２に基づいて、第２分割電極８ｅが異常と特定したときには第１電流ＩＳ１に基づいて、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを算出するので、以降のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘの検出を支障なく行うことができる。また、第１検出電極８ｂを分割するだけなので、異常判定のための比較用にもう１つのガス濃度検出装置を別個に付加する場合と異なり、装置の大型化および製造コストの増大を防止することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、第１検出電極８ｂを第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅに分割しているが、これに代えて、第２検出電極８ｃを分割してもよい。また、実施形態では、第１検出電極８ｂを２つの電極に分割し、これらの電極にそれぞれ流れる第１電流ＩＳ１と第２電流ＩＳ２との比較結果に基づいて、ガス濃度検出装置１の異常を判定しているが、第１検出電極８ｂを３つ以上の電極に分割するとともに、これらの電極にそれぞれ流れる電流を相互に比較し、その比較結果に基づいて異常を判定してもよい。

さらに、実施形態では、第１電流パラメータとして、第１電流ＩＳ１を用いているが、第１分割電極８ｄと第２検出電極８ｃの間を流れる電流を表す他の適当なパラメータ、例えば電力などを用いてもよいことはもちろんである。このことは、第２電流パラメータについても同様に当てはまる。

また、実施形態では、第１および第２の分割電極８ｄ，８ｅのいずれが異常であるかを特定するための所定の基準値ＩＳＢとして、一定値を用いているが、この基準値ＩＳＢを学習してもよい。その場合には、この特定を、ガス濃度検出装置の出力特性の経時変化に応じて、適切に行うことができる。さらに、実施形態では、エンジン３の排ガス中のＮＯｘの濃度を検出しているが、これに限らず、例えば、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、Ｏ２またはＨ２Ｏなどの濃度、あるいは排ガス以外の他のガス中の特定ガス成分の濃度を検出してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態によるガス濃度検出装置、およびこれを適用したディーゼルエンジンを概略的に示す図である。 センサ素子の長さ方向に沿う断面などを示す図である。 第１スペーサの部分斜視図である。 ＶＳセルの電解質層の部分斜視図である。 第２スペーサの部分斜視図である。 異常判定処理を示すフローチャートである。 ＣＮＯｘ算出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ガス濃度検出装置
８ａ 電解質層
８ｂ 第１検出電極（第１電極）
８ｃ 第２検出電極（第２電極）
８ｄ 第１分割電極（分割電極）
８ｅ 第２分割電極（分割電極）
２１ａ ＣＰＵ（ガス濃度算出手段、異常判定手段）
２１ｃ 検出用電源（電圧印加手段）
２２ 第１電流センサ（第１電流パラメータ検出手段）
２３ 第２電流センサ（第２電流パラメータ検出手段）
ＣＮＯｘ ＮＯｘ濃度（特定ガス成分の濃度）
ＩＳ１ 第１電流（第１電流パラメータ）
ＩＳ２ 第２電流（第２電流パラメータ）

Claims (1)

1. 被検出ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度検出装置であって、
   前記特定ガス成分の分解に伴って発生したイオンが移動可能な電解質と、
   被検出ガスに晒されるように前記電解質に設けられた第１電極と、
   前記電解質に設けられた第２電極と、を備え、
   前記第１および第２の電極の一方が、少なくとも２つの分割電極に分割され、
   前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印可する電圧印加手段と、
   前記分割電極の１つと前記第１および第２の電極の他方との間を流れる電流を表す第１電流パラメータを検出する第１電流パラメータ検出手段と、
   前記分割電極の他の１つと前記第１および第２の電極の他方との間を流れる電流を表す第２電流パラメータを検出する第２電流パラメータ検出手段と、
   前記検出された第１および第２の電流パラメータの少なくとも一方に基づいて、前記特定ガス成分の濃度を算出するガス濃度算出手段と、
   前記第１電流パラメータと前記第２電流パラメータとの比較結果に基づいて、前記ガス濃度検出装置の異常を判定する異常判定手段と、
   をさらに備えることを特徴とするガス濃度検出装置。

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