JP4974304B2

JP4974304B2 - センサ制御装置

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Publication number: JP4974304B2
Application number: JP2008271448A
Authority: JP
Inventors: 靖浩石黒; 悟阿部; 章弘小林; 隆之鷲見
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: JP5215482B2; JP2012093376A; US20090114536A1; EP2056099A1; EP2056099B1; JP2009133834A

Description

本発明は、特定ガスの検出を行う検出素子を有するガスセンサと電気的に接続され、そのセンサの駆動制御を行うセンサ制御装置に関するものである。

特定ガスの検出を行うガスセンサの一例として、排気ガス中のＮＯｘ濃度の検出を行うＮＯｘセンサが知られている。ＮＯｘセンサは固体電解質体から構成される第１酸素ポンプセルにより排気ガスに対し酸素の汲み入れ・汲み出しを行い排気ガス中の酸素濃度を調整した上で、排気ガスに含まれるＮＯｘ由来の酸素を運搬し、その時固体電解質体から構成される第２酸素ポンプセルに流れる電流に基づきＮＯｘ濃度を検出するものである。固体電解質体は常温で非導電性であり、加熱されることにより活性化して酸素の運搬が可能となる。このため、ＮＯｘセンサには固体電解質体の加熱を行うためのヒータ素子が併設されている。

ところで加熱により活性化する固体電解質体は温度依存性があり、ヒータ素子による加熱以外にも高温の排気ガスに晒されることで熱の影響を受ける。ＮＯｘ濃度検出のための電流は微弱であり、固体電解質体が周囲の温度の影響を受けその抵抗値が変化すると、濃度検出結果にも影響が及ぶ虞がある。こうしたことから固体電解質体の温度を検出し、フィードバック制御によりヒータ素子による加熱の安定化を図りつつ、目標温度との間にずれが生じた場合には、濃度検出結果に対し、温度のずれに応じた補正を行い、濃度検出の精度を高めている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２８８５９５号公報

しかしながら、一般的な電子部品には周囲の温度に対する温度依存性があり、センサの制御を行うセンサ制御装置の回路基板上に配設される電子部品が周囲の温度の影響（より具体的には、自身が配置される回路基板を介して伝導される熱の影響であり、すなわち回路基板の温度変動による影響）を受けた場合に、ＮＯｘ濃度の検出電流の検出結果にずれが生ずる場合があった。そこで、温度依存性の少ない電子部品を用いて回路を構成することが考えられるが、こうした電子部品は高価であり、部品コストの高騰を招く虞があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、回路基板上に設けた感温素子による回路基板の温度の検出結果に応じ、ガスセンサによる特定ガスの濃度の検出結果を補正することで、特定ガスの濃度の検出をより精度よく行うことができるセンサ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するにあたり、請求項１に係る発明のセンサ制御装置は、特定ガスの濃度に応じた濃度対応信号を出力する検出素子を有するガスセンサと離れた位置に配置され、前記ガスセンサと信号線を介し電気的に接続される回路基板を備えており、前記回路基板上に、前記ガスセンサの制御を行うと共に、前記濃度対応信号に基づいてガス濃度情報を算出し、前記ガス濃度情報を外部回路に出力する検出素子駆動部を実装してなるセンサ制御装置であって、前記回路基板上に、当該回路基板の温度に応じた温度対応信号を出力する感温素子と、前記温度対応信号に基づいて、前記回路基板の温度情報を算出する温度算出部と、前記検出素子駆動部により算出された前記ガス濃度情報を、前記温度算出部により算出された前記温度情報にて補正する濃度情報補正部とを実装してなり、前記ガスセンサは、前記検出素子の活性化を行うためのヒータ素子を有しており、前記回路基板上に、前記ヒータ素子に駆動用の電流を流すヒータ素子駆動部が実装されており、前記回路基板上における前記検出素子駆動部の配置位置と前記ヒータ素子駆動部の配置位置とは互いに離間してなり、前記感温素子は、前記回路基板上において、前記ヒータ素子駆動部の配置位置よりも前記検出素子駆動部の配置位置に近い位置、もしくは前記検出素子駆動部の配置位置内に配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のセンサ制御装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記ガスセンサは被測定ガス中における第１特定ガスであるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサであり、前記検出素子は、第１拡散抵抗部を介して被測定ガスが導入される第１検出室と、第１固体電解質体および当該第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極を有し、前記一対の第１電極のうちの一方の電極が前記第１検出室内に配置され、かつ前記一対の第１電極のうちの他方の電極が前記第１検出室外に配置され、前記第１検出室に導入された被測定ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素ポンプセルと、前記第１検出室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた排気ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２検出室と、第２固体電解質体および当該第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極を有し、前記一対の第２電極のうちの一方の電極が前記第２検出室内に配置され、かつ前記一対の第２電極のうちの他方の電極が前記第２検出室外に配置され、前記第２検出室におけるＮＯｘ濃度に応じて電流が流れる第２酸素ポンプセルとを備え、前記濃度対応信号は、ＮＯｘ濃度に応じて前記第２酸素ポンプセルに流れる電流に基づき得られる第１濃度対応信号であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のセンサ制御装置は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記検出素子駆動部は、前記第１酸素ポンプセルに電圧を印加して当該第１酸素ポンプセルに電流を流す第１セル制御回路と、前記ヒータ素子駆動部からの距離が前記第１セル制御回路よりも遠ざかる位置に配置されると共に、前記第２酸素ポンプセルに電圧を印加して当該第２酸素ポンプセルに電流を流す第２セル制御回路と、を有することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のセンサ制御装置は、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記濃度対応信号は、前記第１濃度対応信号の他に、前記第１酸素ポンプセルによって前記第１検出室に導入された被測定ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われる際に、その被測定ガス中における第２特定ガスである酸素の濃度に応じて前記第１酸素ポンプセルに流れる電流に基づき得られる第２濃度対応信号を含むことを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のセンサ制御装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記感温素子は前記回路基板に接触し、前記回路基板の温度を検出するものであることを特徴とする。

ガスセンサの検出素子から出力される濃度対応信号は、ｍＡあるいはμＡオーダの微弱な電流であり、回路基板上の電子部品が回路基板の温度の影響を受け、その挙動にバラツキが生じた場合に、特定ガスの濃度の検出結果に影響を及ぼす場合がある。そこで、請求項１に係る発明のセンサ制御装置では、感温素子を回路基板上に設け、特定ガスの濃度の検出結果に対して回路基板の温度の検出結果（温度情報）に応じた補正を行っている。これにより、回路基板の温度の変化によって回路基板上の電子部品がその影響を受け、特定ガスの濃度の検出結果に誤差を生じても、補正により正確な検出結果を得ることができる。なお、本発明のセンサ制御装置によれば、電子部品として温度特性の比較的大きい安価なものを用いても、特定ガスの濃度の検出精度を低下させることがなくなるため、生産コストを低減できる。
ところで、ガスセンサに設けられるヒータ素子には当該ヒータ素子を加熱させるために比較的大きな電流を流すので、ヒータ素子駆動部では回路基板上に設けられた電子部品に発熱を生ずる場合がある。そこで請求項１に係る発明のように、感温素子をヒータ素子駆動部の配置位置よりも検出素子駆動部の配置位置に近い位置、もしくは検出素子駆動部の配置位置内に配置すれば、微弱電流を扱う検出素子駆動部を構成する電子部品が受ける回路基板の温度の影響を捉えるべく、回路基板の温度を正確に検出することができる。従ってガス濃度情報（濃度対応信号）に対し、検出素子駆動部における回路基板の温度の影響により生じうる誤差の補正を正確に行うことができ、濃度検出の結果の精度を高めることができる。

このように、ガスセンサによる特定ガスの検出精度を高めることができるセンサ制御装置は、請求項２に係る発明のように、ＮＯｘ濃度に応じて第２酸素ポンプセルを流れる電流を反映した第１濃度対応信号を濃度対応信号の１つとして扱うＮＯｘセンサのように、微弱な電流を扱うガスセンサに用いると好適であり、電子部品が受ける回路基板の温度の影響を考慮した補正を行えば、ＮＯｘ濃度の検出精度を向上することができる。とりわけ、第１酸素ポンプセルと第２酸素ポンプセルとから構成される検出素子を有するＮＯｘセンサでは、第２酸素ポンプセルを流れる電流がμＡオーダの大きさであるため、温度の影響を考慮した補正を行うことは、非常に有益となる。

なお、このようなＮＯｘセンサにおいても、検出素子を加熱するためにヒータ素子が設けられることがあり、ヒータ素子を通電するためのヒータ素子駆動部が検出素子駆動部を実装する回路基板上に実装されることがある。ただし、ヒータ素子には当該ヒータ素子を加熱させるために比較的大きな電流を流すので、ヒータ素子駆動部では回路基板上に設けられた電子部品に発熱を生ずる場合がある。また、第１酸素ポンプセルと第２酸素ポンプセルとから構成されるＮＯｘセンサでは、第１酸素ポンプセルに流れる電流（通常、ｍＡオーダ）と比較して、第２酸素ポンプセルに流れる電流はμＡオーダと小さいため、第１セル制御回路と第２セル制御回路とを比較すると、第２セル制御回路の通電回路に流れる電流の方が、回路基板の温度の変動の影響を受け易い傾向がある。

そこで、請求項３に係る発明のように、検出素子駆動部を構成する第１セル制御回路、および、第２セル制御回路を回路基板上に配置させるにあたり、第２セル制御回路を、第１セル制御回路と比べて、ヒータ素子駆動部よりも遠ざかる位置に配置させた上で、感温素子をヒータ素子駆動部の配置位置よりも検出素子駆動部の配置位置に近い位置、もしくは検出素子駆動部の配置位置内に配置することが好ましい。このような構成を図ることで、第２セル制御回路を、第１セル制御回路と比べて、ヒータ素子駆動部よりも遠ざかる位置に配置させている関係上、ヒータ素子駆動部による発熱の影響が及び難く、第２セル制御回路での回路基板の温度変動が比較的小さく抑えられることになる。その結果、第１濃度対応信号に重畳する回路基板の温度変動の影響を小さくすることが可能となる。その上で、本発明では、感温素子をヒータ素子駆動部の配置位置よりも検出素子駆動部の配置位置に近い位置、もしくは検出素子駆動部の配置位置内に配置し、検出素子駆動部を構成する電子部品が受ける回路基板の温度を正確に検出するようにしているので、第１濃度対応信号に対する回路基板の温度の影響により生じうる誤差の補正の精度をより一層高めることができる。

また、請求項４に係る発明のように、第１酸素ポンプセルと第２酸素ポンプセルとから構成される検出素子を有するＮＯｘセンサにおいて、酸素濃度に応じて第１酸素ポンプセルを流れる微弱な電流を反映した第２濃度対応信号についても、温度補正される対象の濃度対応信号として扱ってもよい。このように、第２濃度対応信号に対して、電子部品が受ける回路基板の温度の影響を考慮した補正を行えば、酸素濃度の検出精度を向上することができる。

また、回路基板上の電子部品が受ける熱の影響は、他の電子部品からの空気中の放射熱による影響よりも、回路基板を伝わる伝導熱による影響の方が大きい。そこで請求項５に係る発明のように、感温素子を回路基板に接触させ、回路基板を伝わる伝導熱を検出すれば、電子部品が受ける回路基板の温度の影響によって生じたガス濃度情報（濃度対応信号）への影響を正確に補正し、特定ガスの濃度検出をより精度よく行うことができる。

以下、本発明を具体化したセンサ制御装置の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照し、被測定ガスである排気ガス中における第１特定ガスとしてのＮＯｘの濃度、第２特定ガスとしての酸素の濃度を検出することができるＮＯｘセンサ１０の制御を行うセンサ制御装置２を本発明に係るセンサ制御装置の一例とし、そのセンサ制御装置２が取り付けられる内燃機関１の概略的な構成について説明する。図１は、内燃機関１の排気系周りの概略的な構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は自動車を駆動するためのエンジン５を有し、このエンジン５には、エンジン５から排出される排気ガスを車外に放出するための排気管６が接続されている。排気管６の経路上には排気ガスの浄化を行うためのＮＯｘ選択還元触媒７が設けられている。ＮＯｘ選択還元触媒７は、公知の化学反応によってＮＯｘ還元剤と反応させて無害なＮ２とＨ２Ｏとに還元する触媒である。図示しないが、ＮＯｘ選択還元触媒７の上流側（排気ガスの流路上流側）には、排気管６内を流れる排気ガスに対し尿素水を噴射するためのインジェクタが設けられている。

そして、排気管６の経路上でＮＯｘ選択還元触媒７の下流側には、ＮＯｘ選択還元触媒７を通過した排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出するためのＮＯｘセンサ１０が配設されている。ＮＯｘセンサ１０は、自身とは離れた位置に配設されるセンサ制御装置２とハーネス（信号線束）４を介して電気的に接続されており、センサ制御装置２によって制御されてＮＯｘ濃度の検出を行う。センサ制御装置２はバッテリ８から電力の供給を受けて駆動し、ＮＯｘセンサ１０を用いて検出したＮＯｘ濃度の検出信号を、ＣＡＮ（車載用ネットワーク）９１を介して接続されたエンジン制御装置（ＥＣＵ）９に出力する。

次に、センサ制御装置２とＮＯｘセンサ１０の詳細について説明する。図２は、センサ制御装置２と、センサ制御装置２に接続されたＮＯｘセンサ１０の概略的な構成を示す図である。なお、図２において、ＮＯｘセンサ１０のセンサ素子１００は、先端側部分における内部構造を示す断面図をもって図示しており、図中左側がセンサ素子１００の先端側となっている。

図２に示すＮＯｘセンサ１０は、細長で長尺な板状体の形状をなすセンサ素子１００を、排気管６（図１参照）に取り付けるためのハウジング（図示外）内で保持した構造を有する。ＮＯｘセンサ１０からは、このセンサ素子１００の出力する信号を取り出すためのハーネス４が引き出されており、上記のようにＮＯｘセンサ１０とは離れた位置に取り付けられるセンサ制御装置２のセンサ端子部３０に接続され、ＮＯｘセンサ１０とセンサ制御装置２とが電気的に接続されている。

まず、センサ素子１００の構造について説明する。センサ素子１００は、３枚の板状の固体電解質体１１１，１２１，１３１の間にアルミナ等からなる絶縁体１４０，１４５をそれぞれ挟み、層状をなすように形成したものである。また、固体電解質体１３１側の外層（図１における下側）には、アルミナを主体とするシート状の絶縁層１８１，１８２を積層し、その間にＰｔを主体とするヒータパターン１８３を埋設したヒータ素子１８０が設けられている。

固体電解質体１１１，１２１，１３１はジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。センサ素子１００の積層方向において固体電解質体１１１の両面には、固体電解質体１１１を挟むように多孔質性の電極１１２，１１３がそれぞれ設けられている。この電極１１２，１１３は、ＰｔまたはＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメットなどから形成されている。また、電極１１２，１１３の表面上にはセラミックスからなる多孔質性の保護層１１４が設けられており、電極１１２，１１３が排気ガスに含まれる被毒成分に晒されることにより劣化しないように保護している。なお、固体電解質体１１１および固体電解質体１３１が、それぞれ、本発明における「第１固体電解質体」および「第２固体電解質体」に相当する。

固体電解質体１１１は、両電極１１２，１１３間に電流を流すことで、電極１１２の接する雰囲気（センサ素子１００の外部の雰囲気）と電極１１３の接する雰囲気（後述する第１測定室１５０内の雰囲気）との間で、酸素の汲み出しおよび汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行うことができる。本実施の形態では、固体電解質体１１１および電極１１２，１１３を、Ｉｐ１セル１１０と称することとする。なお、Ｉｐ１セル１１０が、本発明における「第１酸素ポンプセル」に相当し、電極１１２，１１３が、本発明における「一対の第１電極」に相当する。

次に、固体電解質体１２１は、絶縁体１４０を挟んで固体電解質体１１１と対向するように配置されている。センサ素子１００の積層方向における固体電解質体１２１の両面にも、固体電解質体１２１を挟むように多孔質性の電極１２２，１２３がそれぞれ設けられており、同様に、ＰｔまたはＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメットなどから形成されている。そのうちの電極１２２は、固体電解質体１１１と向き合う側の面に形成されている。

また、固体電解質体１１１と固体電解質体１２１との間には小空間としての第１測定室１５０が形成されており、固体電解質体１１１側の電極１１３と、固体電解質体１２１側の電極１２２とが第１測定室１５０内に配置されている。この第１測定室１５０は、排気管６（図１参照）内を流通する排気ガスがセンサ素子１００内に最初に導入される小空間である。第１測定室１５０のセンサ素子１００における先端側には、第１測定室１５０内外の仕切りとして、第１測定室１５０内への排気ガスの単位時間あたりの流通量を制限する多孔質性の第１拡散抵抗部１５１が設けられている。同様に、第１測定室１５０のセンサ素子１００における後端側にも、後述する第２測定室１６０につながる開口部１４１と第１測定室１５０との仕切りとして、ガスの単位時間あたりの流通量を制限する第２拡散抵抗部１５２が設けられている。なお、第１測定室１５０が、本発明における「第１検出室」に相当する。

固体電解質体１２１および両電極１２２，１２３は、主として、固体電解質体１２１により隔てられた雰囲気（電極１２２の接する第１測定室１５０内の雰囲気と、電極１２３の接する基準酸素室１７０（後述）内の雰囲気）間の酸素分圧差に応じて起電力を発生することができるものである。本実施の形態では、固体電解質体１２１および電極１２２，１２３を、Ｖｓセル１２０と称することとする。

次に、固体電解質体１３１は、絶縁体１４５を挟んで固体電解質体１２１と対向するように配置されている。固体電解質体１３１の固体電解質体１２１側の面にも同様に、ＰｔまたはＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメットなどから形成された多孔質性の電極１３２，１３３がそれぞれ設けられている。なお、電極１３２，１３３が、本発明における「一対の第２電極」に相当する。

電極１３２が形成された位置には絶縁体１４５が配置されておらず、独立した小空間としての基準酸素室１７０が形成されている。この基準酸素室１７０内には、Ｖｓセル１２０の電極１２３が配置されるようにもなっている。なお、基準酸素室１７０内には、セラミック製の多孔質体が充填されている。また、電極１３３が形成された位置にも絶縁体１４５が配置されておらず、基準酸素室１７０との間に絶縁体１４５を隔て、独立した小空間としての第２測定室１６０が形成されている。そして、この第２測定室１６０に連通するように、固体電解質体１２１および絶縁体１４０のそれぞれに開口部１２５および開口部１４１が設けられており、前述したように、第１測定室１５０と開口部１４１とが、間に第２拡散抵抗部１５２を挟んで接続されている。

固体電解質体１３１および両電極１３２，１３３は、絶縁体１４５により隔てられた雰囲気（電極１３２が晒される雰囲気と、電極１３３の接する第２測定室１６０内の雰囲気）間にて酸素の汲み出しを行うことができるものである。本実施の形態では、固体電解質体１３１および両電極１３２，１３３を、Ｉｐ２セル１３０と称することとする。なお、Ｉｐ２セル１３０が、本発明における「第２酸素ポンプセル」に相当する。

次に、ＮＯｘセンサ１０のセンサ素子１００と電気的に接続されたセンサ制御装置２の構成について説明する。センサ制御装置２の有する回路基板２０上には、マイクロコンピュータ２２、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６、Ｉｐ２セル制御回路２７、ヒータ駆動回路２８、温度センサ２９等が実装され、同様に実装された電源回路２１からそれぞれ電力の供給を受けている。電源回路２１は、外部回路端子部３１のＢＡＴポート，ＧＮＤポートを通じて接続されたバッテリ８から電力の供給を受け、上記の各回路に供給する電流や電圧の安定化を行う。

マイクロコンピュータ２２は、公知の構成のＣＰＵ２３、ＲＯＭ２４およびＲＡＭ２５を内蔵している。また、外部回路端子部３１のＣＡＮ（＋）ポート，ＣＡＮ（−）ポートを通じて接続されたＣＡＮ９１を介してＥＣＵ９と通信すると共に、Ａ／Ｄコンバータ２２２を介してＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６、Ｉｐ２セル制御回路２７、および温度センサ２９と接続される信号入出力部２２１を有する。

Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６、Ｉｐ２セル制御回路２７およびヒータ駆動回路２８は、マイクロコンピュータ２２による制御を受けて、ＮＯｘセンサ１０のセンサ素子１００を用いた排気ガス中のＮＯｘ濃度の検出を行う。Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６は、基準電圧比較回路２６１、Ｉｐ１ドライブ回路２６２、Ｖｓ検出回路２６３、およびＩｃｐ供給回路２６４から構成されている。基準電圧比較回路２６１は、Ｖｓ検出回路２６３に検出されたＶｓセル１２０の電極１２２，１２３間の電圧Ｖｓを、基準となる基準電圧（例えば４２５ｍＶ）と比較するための回路であり、その比較結果をＩｐ１ドライブ回路２６２に対し出力する。Ｉｐ１ドライブ回路２６２は、センサ端子部３０のＩＰ１ポート，ＣＯＭポートを通じて接続されたＩｐ１セル１１０の電極１１２，１１３間に電流Ｉｐ１を供給するための回路であり、基準電圧比較回路２６１の出力に基づいて電流Ｉｐ１の大きさや流れる向きを調整する。Ｖｓ検出回路２６３は、センサ端子部３０のＶＳポート，ＣＯＭポートを通じて接続された電極１２２，１２３間の電圧Ｖｓを検出するための回路であり、その検出値を基準電圧比較回路２６１に対し出力する。Ｉｃｐ供給回路２６４は、Ｖｓセル１２０の電極１２２，１２３間に電流Ｉｃｐを供給し、第１測定室１５０内から基準酸素室１７０内への酸素の汲み出しを行っている。なお、Ｉｐ１セル１１０の第１測定室１５０側の電極１１３、Ｖｓセル１２０の第１測定室１５０側の電極１２２、および後述するＩｐ２セル１３０の第２測定室１６０側の電極１３３は、センサ端子部３０のＣＯＭポートを通じて基準電位に接続されている。なお、Ｉｐ１ドライブ回路２６２を含むＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６が、本発明における「第１セル制御回路」に相当する。

電流Ｉｐ１の大きさや流れる向きは、基準電圧比較回路２６１によるＶｓセル１２０の電極１２２，１２３間の電圧の比較結果に基づいて、Ｖｓセル１２０の電極１２２，１２３間の電圧が予め設定された基準電圧と略一致するように調整される。その結果、Ｉｐ１セル１１０により、第１測定室１５０内からセンサ素子１００外部への酸素の汲み出し、あるいはセンサ素子１００外部から第１測定室１５０内への酸素の汲み入れが行われる。換言すると、Ｉｐ１セル１１０では、Ｖｓセル１２０の電極１２２，１２３間の電圧が一定値（基準電圧の値）に保たれるように、第１測定室１５０内における酸素濃度の調整が行われる。

次に、Ｉｐ２セル制御回路２７は、Ｉｐ２検出回路２７１、およびＶｐ２印加回路２７２から構成されている。Ｉｐ２検出回路２７１は、センサ端子部３０のＩＰ２ポートを通じて接続されたＩｐ２セル１３０の電極１３２からＣＯＭポートを通じて接続された電極１３３に流れた電流Ｉｐ２の値の検出を行う回路である。Ｖｐ２印加回路２７２は、Ｉｐ２セル１３０の電極１３２，１３３間へ電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を印加するための回路であり、第２測定室１６０内から基準酸素室１７０へ酸素の汲み出しが行われる。なお、Ｉｐ２セル制御回路２６が、本発明における「第２セル制御回路」に相当する。

また、ヒータ駆動回路２８は、ＣＰＵ２３により制御され、ヒータ素子１８０のヒータパターン１８３へ電流を流し、固体電解質体１１１，１２１，１３１（換言すると、Ｉｐ１セル１１０、Ｖｓセル１２０、Ｉｐ２セル１３０）の加熱を行う回路である。さらにヒータ駆動回路２８は、固体電解質体１１１，１２１，１３１が狙いとする温度になるように、ヒータパターン１８３をＰＷＭ通電制御してヒータパターン１８３に電流を流す公知の制御を行う。ヒータパターン１８３は、ヒータ素子１８０内で繋がる一本の電極パターンであり、一方の端部がセンサ端子部３０のＧＮＤポートを通じて接地され、他方の端部がＨＴＲポートを通じてヒータ駆動回路２８に接続されている。なお、ヒータ駆動回路２８が、本発明における「ヒータ素子駆動部」に相当する。

次に、本実施の形態のセンサ制御装置２には、回路基板２０上に、回路基板２０の温度を測定するための温度センサ２９が実装されている。温度センサ２９には、例えばチップ抵抗型のサーミスタが用いられ、一端が接地されており、他端が分圧抵抗２９１を介して電源回路２１に接続されて、電力の供給を受ける。温度センサ２９は回路基板２０の温度に応じて抵抗値が変化するものであり、自身と分圧抵抗２９１との間の分圧点における電位Ｖｔがその温度に応じて変化する。この分圧点の電位Ｖｔが温度センサ２９の検出値としてマイクロコンピュータ２２のＡ／Ｄコンバータ２２２に入力されてＡ／Ｄ変換され、信号入出力部２２１を介してＣＰＵ２３に入力される。なお、温度センサ２９が、本発明における「感温素子」に相当し、電位Ｖｔが、本発明における「温度対応信号」に相当する。

次に、回路基板２０上におけるセンサ制御装置２の各回路の概略的な配置構成について、図３を参照して説明する。図３は、センサ制御装置２の回路基板２０上に搭載された電子部品等の概略的な配置構成を示す図である。

図３に示すように、センサ制御装置２の回路基板２０上には、電源回路２１、マイクロコンピュータ２２、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６、Ｉｐ２セル制御回路２７、ヒータ駆動回路２８、温度センサ２９、センサ端子部３０、およびＥＣＵ端子部（外部回路端子部）３１が実装されている。センサ端子部３０は、ＮＯｘセンサ１０（図１参照）と接続するためのハーネス４の各線が接続される各端子（ＩＰ１，ＩＰ２，ＶＳ，ＣＯＭ，ＨＴＲ，ＧＮＤポート）が列設された端子部であり、回路基板２０の板面において、一縁端に寄って配置されている。外部回路端子部３１は、このセンサ端子部３０と並んで同一縁端に沿って配置されている。外部回路端子部３１には、ＥＣＵ９との通信用のＣＡＮ９１、バッテリ８からの信号線、および接地用の信号線を接続するための各端子（ＣＡＮ（＋），ＣＡＮ（−），ＢＡＴ，ＧＮＤポート）が列設されている。なお、便宜上、回路基板２０は矩形の板状をなすものとし、四方の縁端のうち、センサ端子部３０や外部回路端子部３１が配置された縁端を下端と称し、下端と反対側の縁端を上端と称する。また、残る２つの縁端のうち、センサ端子部３０寄りの縁端を左端、外部回路端子部３１寄りの縁端を右端と称して以下の説明を行うものとする。

Ｉｐ２セル制御回路２７はセンサ端子部３０よりも上端側で左端に沿って配置されている。また、外部回路端子部３１よりも上端側で右端寄りの位置には電源回路２１とヒータ駆動回路２８が配置され、そのうちの電源回路２１がヒータ駆動回路２８よりも上端側に配置されている。マイクロコンピュータ２２はＩｐ２セル制御回路２７と電源回路２１との間で上端寄りの位置に配置され、マイクロコンピュータ２２とセンサ端子部３０との間に、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６が配置されている。Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６はＩｐ２セル制御回路２７と隣り合うように配置されており、ヒータ駆動回路２８とは離れて配置されている。とりわけ、本実施形態では、Ｉｐ２セル制御回路２７が、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６に対して、ヒータ駆動回路２８からより遠ざかる位置となるように、回路基板２０上に、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６とＩｐ２セル制御回路２７とが実装されている。そして、マイクロコンピュータ２２とＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６との間に、温度センサ２９が配置されている。温度センサ２９は、Ｉｐ２セル制御回路２７にも隣接している。なお、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６、Ｉｐ２セル制御回路２７、電源回路２１、ヒータ駆動回路２８といった各回路は、回路基板２０の片面に実装されていてもよく、また、当該各回路の実装領域（配置領域）が回路基板２０の表裏面をみたときに重なるように、両面に実装されていてもよい。

このような構成のセンサ制御装置２によって、ＮＯｘセンサ１０のセンサ素子１００を用いた排気ガス中のＮＯｘ濃度の検出が行われる。ここで、ＮＯｘセンサ１０を用いたＮＯｘ濃度の検出の際の動作について説明する。図２に示す、ＮＯｘセンサ１０のセンサ素子１００を構成する固体電解質体１１１，１２１，１３１は、ヒータ駆動回路２８から駆動電流が流されたヒータパターン１８３の昇温に伴い加熱され、活性化する。これにより、Ｉｐ１セル１１０、Ｖｓセル１２０およびＩｐ２セル１３０が動作するようになる。

排気管６（図１参照）内を流通する排気ガスは、第１拡散抵抗部１５１による流通量の制限を受けつつ第１測定室１５０内に導入される。ここで、Ｉｃｐ供給回路２６４によりＶｓセル１２０には電極１２３から電極１２２側へ電流Ｉｃｐが流されている。このため排気ガス中の酸素は、酸素イオンとなって固体電解質体１２１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。つまり、電極１２２，１２３間で電流Ｉｃｐが流されることによって、第１測定室１５０内の酸素が基準酸素室１７０内に送り込まれている。

Ｖｓ検出回路２６３では電極１２２，１２３間の電圧が検出されており、基準電圧比較回路２６１により基準電圧（４２５ｍＶ）と比較されて、その比較結果がＩｐ１ドライブ回路２６２に対し出力されている。ここで、電極１２２，１２３間の電位差が４２５ｍＶ付近で一定となるように、第１測定室１５０内の酸素濃度を調整すれば、第１測定室１５０内の排気ガス中の酸素濃度は所定値（１０^−８〜１０^−９ａｔｍ）に近づくこととなる。

そこで、Ｉｐ１ドライブ回路２６２では、第１測定室１５０内に導入された排気ガスの酸素濃度が所定値より薄い場合、電極１１２側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、センサ素子１００外部から第１測定室１５０内へ酸素の汲み入れを行う。一方、第１測定室１５０内に導入された排気ガスの酸素濃度が所定値より濃い場合、Ｉｐ１ドライブ回路２６２は、電極１１３側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、第１測定室１５０内からセンサ素子１００外部へ酸素の汲み出しを行う。このときの電流Ｉｐ１の大きさと流れる向きから、排気ガス中の酸素濃度の検出が可能である。

このように、第１測定室１５０において酸素濃度が調整された排気ガスは、第２拡散抵抗部１５２を介し、第２測定室１６０内に導入される。第２測定室１６０内で電極１３３と接触した排気ガス中のＮＯｘは、電極１３３を触媒としてＮ２とＯ２に分解（還元）される。そして分解された酸素は、電極１３３から電子を受け取り、酸素イオンとなって固体電解質体１３１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。このとき、第１測定室１５０に残留する残留酸素も同様に、Ｉｐ２セル１３０によって基準酸素室１７０内に移動する。このため、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流は、ＮＯｘ由来の電流および残留酸素由来の電流となる。ここで、第１測定室で汲み残された残留酸素の濃度は所定値に調整されているため、その残留酸素由来の電流は略一定とみなすことができ、ＮＯｘ由来の電流の変動に対する影響は小さい。従ってＩｐ２セル１３０を流れる電流の変動は、ＮＯｘ濃度に比例することとなる。センサ制御装置２では、Ｉｐ２検出回路２７１によりＩｐ２セル１３０を流れる電流Ｉｐ２を検出し、その電流値から、公知の残留酸素由来のオフセット電流の補正計算処理を行い、排気ガス中のＮＯｘ濃度の検出を行うのである。なお、電流Ｉｐ１，Ｉｐ２（より詳細には、この電流Ｉｐ１、Ｉｐ２を電圧変換した信号）が、本発明における「第１濃度対応信号」、「第２濃度対応信号」にそれぞれ相当する一方、「濃度対応信号」に相当する。

ところで、本実施の形態のセンサ制御装置２では、回路基板２０上に当該回路基板２０の温度の検出を行う温度センサ２９を設け、その配置位置を、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６やＩｐ２セル制御回路２７の配置位置に近い位置としている。Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６やＩｐ２セル制御回路２７で取り扱われる電流Ｉｐ１はｍＡオーダ、電流Ｉｐ２はμＡオーダとそれぞれ微弱な電流であり、これらの回路に用いられる電子部品が回路基板２０の温度の影響を受けた場合には、ＮＯｘ濃度の検出値に誤差を生ずる虞がある。例えば、差動増幅回路に用いられる抵抗の場合、抵抗値が温度により変化すると増幅率が変わってしまい、その結果、ＮＯｘ濃度の検出値に誤差を生ずることとなる。一方、ヒータ駆動回路２８や電源回路２１では上記の電流Ｉｐ１、電流Ｉｐ２よりも大きな電流が扱われ、回路基板２０の温度の影響を受けても生ずる誤差が小さく、自身の作動状態や作動結果には反映されにくい。また、大電流を扱うが故に回路上の電子部品に発熱を生ずる場合がある。そこで本実施の形態では、ヒータ駆動回路２８や電源回路２１など、回路基板２０の温度の影響が反映されにくい回路よりも、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６やＩｐ２セル制御回路２７など、回路基板２０の温度の影響が反映されやすい回路の近くに、温度センサ２９を配置している。そして、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６やＩｐ２セル制御回路２７を構成する電子部品が影響を受ける回路基板２０の温度を正確に検出し、予め求めておいた回路基板２０の温度とＮＯｘ濃度の検出値に生ずる誤差との関係に基づいて、ＮＯｘ濃度の検出値に対する補正を行っている。

なお、第１酸素ポンプセルに流れる電流、即ち、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６で取り扱われる電流Ｉｐ１がｍＡオーダであるのに比して、第２酸素ポンプセルに流れる電流、即ち、Ｉｐ２セル制御回路２７で取り扱われる電流Ｉｐ２はμＡオーダと小さいため、電流Ｉｐ１に対して電流Ｉｐ２に流れる電流の方が回路基板２０の温度の変動の影響を受け易い傾向がある。そこで、本実施形態では、Ｉｐ２セル制御回路２７を回路基板２０上に配置させるにあたり、Ｉｐ２セル制御回路２７を、回路基板２０の表面に沿って見たときに、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６と比べて、ヒータ素子駆動回路２８よりも遠ざかる位置に配置させている（図３参照）。これにより、ヒータ駆動回路２８による発熱の影響がＩｐ２セル制御回路２７に及び難くなり、Ｉｐ２セル制御回路２７での回路基板２０の温度変動の影響を小さく抑えるようにしている。その上で、温度センサ２９の配置位置を、ヒータ素子駆動回路２８よりもＩｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６及びＩｐ２セル制御回路２７の配置位置に近づくように設定している。そのため、ＮＯｘ濃度の検出値に対する補正の精度を良好に確保できるというメリットがある。

以下、図２，図４を参照し、回路基板２０の温度の検出値に応じて行われるＮＯｘ濃度の検出値に対する補正について説明する。図４は、ＮＯｘ濃度補正処理のフローチャートである。なお、ＮＯｘ濃度補正処理は、センサ制御装置２によりＮＯｘセンサ１０の制御を行うメインプログラム（図示外）からコールされるサブルーチンのうちの１つであり、マイクロコンピュータ２２のＲＯＭ２４に記憶され、ＣＰＵ２３により実行される。図４に示すフローチャートの各ステップについては「Ｓ」と略記する。

センサ制御装置２のメインプログラム（図示外）では、ＮＯｘ濃度補正処理を含む複数のサブルーチンを実行する時期や条件の管理を行っており、図４に示す、ＮＯｘ濃度補正処理は、そのメインプログラムからコールされることにより実行される。このＮＯｘ濃度補正処理がコールされる前にはＮＯｘ濃度の検出を行う処理（図示外）がコールされ、前述した動作に従いＮＯｘセンサ１０を制御して得られたＮＯｘ濃度の検出値が、ＲＡＭ２５に記憶された状態となっている。

図４に示すように、ＮＯｘ濃度補正処理がコールされると、まず、温度センサ２９の検出値の取得が行われる（Ｓ１１）。具体的には、図２に示すように、温度センサ２９と分圧抵抗２９１との間に生ずる電位Ｖｔが、回路基板２０の温度に応じて温度センサ２９の抵抗値が変化することにより変化する。この電位Ｖｔ（温度対応信号）が検出値として、Ａ／Ｄコンバータ２２２を介してＣＰＵ２３に入力される。

温度センサ２９の検出値と回路基板２０の温度との関係は、予め実験等により、関係式あるいはテーブルとして求められており、ＲＯＭ２４に記憶されている。温度センサ２９の検出値がその関係式に代入されることにより、あるいはそのテーブルの参照により換算が行われ、温度センサ２９の検出した回路基板２０の温度（温度情報）が求められる（Ｓ１２）。

そして、求められた回路基板２０の温度（温度情報）が３５℃より大きかった場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＲＡＭ２５に記憶されたＮＯｘ濃度の検出値に対し、高温時の補正が行われる（Ｓ１６）。この補正は、予め求められＲＯＭ２４に記憶された補正式に、回路基板２０の温度とＮＯｘ濃度の検出値とが代入され、ＮＯｘ濃度の補正値が算出されることにより行われる。

なお、この補正式は、例えば製品検査時に以下のように作成され、ＲＯＭ２４に記憶される。まず、回路基板２０の温度が３５℃になるように回路基板２０を加熱（あるいは冷却）し、センサ端子部３０のＩｐ２ポートに０μＡの電流を流す。すなわち、擬似的にＮＯｘ濃度が０ｐｐｍである状態とする。この状態で通常のＮＯｘ濃度の検出処理を行い、図５に示す、検出値Ｐ_３５を得る。次に、回路基板２０の温度が１００℃になるように加熱し、同様に、センサ端子部３０のＩｐ２ポートに０μＡの電流を流した状態でＮＯｘ濃度の検出処理を行い、検出値Ｐ_１００を得る。そして得られた回路基板２０の温度とＮＯｘ濃度の検出値との関係から関係式Ｑ（直線式）を求める。この関係式Ｑは、電子部品の温度依存性が少ない場合であれば、その傾きがほぼ０に等しくなる。従って、関係式Ｑを用い、回路基板２０の温度が３５℃より大きな任意の温度ＴにおけるＮＯｘ濃度の検出値ＰＴを、回路基板２０の温度が３５℃であるときのＮＯｘ濃度の検出値Ｐ３５に一致させるための補正係数Ｋ_Ｈを求める式を導き、Ｐ_Ｔ×Ｋ_Ｈを補正式としてＲＯＭ２４に記憶させる。

Ｓ１６におけるＮＯｘ濃度の高温時の補正処理では、この補正式ＰＴ×ＫＨを用いて求められたＮＯｘ濃度の補正値で、ＲＡＭ２５に記憶された元のＮＯｘ濃度の検出値を上書きし、補正処理を完了する。その後、メインプログラム（図示外）に戻る。

また、Ｓ１２で求められた回路基板２０の温度（温度情報）が３５℃未満であった場合も同様に（Ｓ１５：ＮＯ，Ｓ２０：ＹＥＳ）、ＲＡＭ２５に記憶されたＮＯｘ濃度の検出値に対し、低温時の補正が行われる（Ｓ２１）。この場合にも同様に、予め製品検査時などに補正式Ｐ_Ｔ×Ｋ_Ｌを作成してＲＯＭ２４に記憶させておく。すなわち、回路基板２０の温度を３５℃とした場合にＩｐ２ポートに０μＡの電流を流した状態でＮＯｘ濃度の検出処理を行って得た検出値Ｐ_３５と、−４０℃にした場合に得た検出値Ｐ_−４０とを用い、関係式Ｒを求める（図５参照）。そして関係式Ｒを用い、回路基板２０の温度が３５℃未満の任意の温度ＴにおけるＮＯｘ濃度の検出値Ｐ_Ｔを、回路基板２０の温度が３５℃であるときのＮＯｘ濃度の検出値Ｐ_３５に一致させるための補正係数ＫＬを求める式を導き、Ｐ_Ｔ×Ｋ_Ｌを補正式としてＲＯＭ２４に記憶させる。Ｓ２１におけるＮＯｘ濃度の低温時の補正処理では、この補正式Ｐ_Ｔ×Ｋ_Ｌを用いて求められたＮＯｘ濃度の補正値で、ＲＡＭ２５に記憶された元のＮＯｘ濃度の検出値を上書きし、補正処理を完了する。その後、メインプログラム（図示外）に戻る。

そして、Ｓ１２で求められた回路基板２０の温度（温度情報）が３５℃であった場合には（Ｓ１５：ＮＯ，Ｓ２０：ＮＯ）、補正は行わず、そのままメインプログラム（図示外）に戻る。なお、メインプログラムでは、ＮＯｘ濃度補正処理の後に、ＲＡＭ２５に記憶されたＮＯｘ濃度の補正値をＥＣＵ９に対し出力する。

このように、本実施の形態のセンサ制御装置２では、回路基板２０上に設けた温度センサ２９により回路基板２０の温度を検出し、回路基板２０上の電子部品が回路基板２０の温度に影響されることにより生じたＮＯｘ濃度の検出値に対する誤差を、その回路基板２０の温度の検出結果に基づいて補正することで、ＮＯｘ濃度の検出精度を高めることができる。さらに、回路基板２０上において、回路基板２０の温度の影響が反映されにくい回路の配置位置よりも、回路基板２０の温度の影響が反映されやすい回路の配置位置の近くに温度センサ２９を配置することで、狙いの回路が配置された位置における回路基板２０の温度を正確に検出することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。
例えば、本実施の形態では、回路基板２０上における温度センサ２９の配置位置を、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６やＩｐ２セル制御回路２７の配置位置に近い位置としたが、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６やＩｐ２セル制御回路２７の配置位置内としてもよい。また、ヒータ駆動回路２８や電源回路２１など回路基板２０の温度の影響が反映されにくい回路の配置位置と、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６やＩｐ２セル制御回路２７など回路基板２０の温度の影響が反映されやすい回路の配置位置とが、互いに離間している構成とした。このような回路基板２０上における電子部品の配置構成は、温度センサ２９が狙いの回路が配置された位置における回路基板２０の温度を検出する上で、他の回路の影響を受けにくくするためにも好ましい。こうした場合、例えば、回路基板２０上で、回路基板２０の温度の影響が反映されにくい回路の配置位置と回路基板２０の温度の影響が反映されやすい回路の配置位置との間に仮想直線を描き、その仮想直線により分割される２つの領域のうち、回路基板２０の温度の影響が反映されやすい回路が配置された側の領域に、温度センサ２９を配置する構成としてもよい。

また、各回路の中心位置を求め、ヒータ駆動回路２８や電源回路２１など回路基板２０の温度の影響が反映されにくい回路の中心位置よりも、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６やＩｐ２セル制御回路２７など回路基板２０の温度の影響が反映されやすい回路の中心位置に近い位置に、温度センサ２９を配置してもよい。なお、各回路の中心位置は、例えば、以下のように求める。まず、回路基板２０上の任意の位置を原点として定め、個々の電子部品の配置位置を、原点に対する絶対座標で求める。そして一の回路を構成する全電子部品の座標の平均座標を求め、これをその回路の中心位置の座標とすればよい。このようにすれば、各回路を構成する電子部品の一部が互いに入り組んだ配置となっている場合であっても、環境温度の影響が反映されやすい回路側において回路基板２０の温度を正確に検出できる位置に、温度センサ２９を配置することができる。

また、ＮＯｘ濃度補正処理では、３５℃を基準とし、３５℃より大きい場合と小さい場合とに場合分けして異なる補正式を用い、ＮＯｘ濃度の検出値に対する補正を行った。この温度条件は一例に過ぎず、場合分けの基準とする温度を３５℃に限るものではない。また、高温時の補正式や低温時の補正式を求める際に基準ガスのＮＯｘ濃度の検出を行った温度についても、１００℃や−４０℃に限るものではない。また、補正式の代わりに回路基板２０の温度と係数との関係をテーブルデータとして作成し、回路基板２０の温度に応じて参照により得られた係数を元のＮＯｘ濃度の検出値に掛け合わせて補正値を求めてもよい。

また、本実施の形態では一例として、他のプログラムによって得られたＮＯｘ濃度の検出値に対し、回路基板２０の温度に応じた補正を行ったが、電流Ｉｐ２をデジタルデータに換算した値（以下、「Ｉｐ２デジタル値」という。）、つまり、ＮＯｘ濃度の検出値としてＥＣＵ９に出力される値への濃度換算が行われる前のデータに対し、回路基板２０の温度情報に応じた補正を行ってもよい。さらにはＮＯｘ濃度だけでなく、電流Ｉｐ１（第２濃度対応信号）に基づき得られる酸素濃度の検出値や、酸素濃度の検出値として濃度換算が行われる前のデータ、すなわち電流Ｉｐ１をデジタルデータに換算した値（以下、「Ｉｐ１デジタル値」という。）に対しても同様に、回路基板２０の温度に応じた補正を行ってもよい。その具体的な補正方法の一例について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。

図６に示す、変形例としてのＮＯｘ濃度補正処理では、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６およびＩｐ２セル制御回路２７からマイクロコンピュータ２２に入力された電流Ｉｐ１および電流Ｉｐ２（より詳細には、電流Ｉｐ１，Ｉｐ２を電圧変換した信号）をＡ／Ｄ変換したデジタルデータ、すなわちＩｐ１デジタル値およびＩｐ２デジタル値に対し、それぞれ補正処理が行われる。なお、Ｉｐ１デジタル値およびＩｐ２デジタル値は、メインルーチンからコールされる他のプログラム（図示外）の実行によって取得され、ＲＡＭ２５に記憶された状態となっている。変形例としてのＮＯｘ濃度補正処理がメインプログラム（図示外）からコールされると、まず、本実施の形態と同様に温度センサ２９の検出値の取得が行われ（Ｓ１１）、回路基板２０の温度（温度情報）への換算が行われる（Ｓ１２）。

回路基板２０の温度（温度情報）が３５℃より大きかった場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、まず、酸素濃度の高温時における補正係数α_Ｈの導出が行われる（Ｓ１７）。なお、この補正係数α_Ｈは、予め製品検査時などに、本実施の形態で補正係数ＫＨを求めた方法と同様の方法で回路基板２０の温度との関係式として求めることができ、ＲＯＭ２４に記憶させておけばよい。具体的には回路基板２０の温度を３５℃にし、外部からＩｐ１ポートに０μＡの電流を流した状態で、Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路２６を介してマイクロコンピュータ２２に入力されＡ／Ｄ変換されたＩｐ１デジタル値Ｕ_３５と、１００℃にした場合に得られたＩｐ１デジタル値Ｕ_１００とを用い、その関係式を求める（図示外）。そして得られた関係式から、回路基板２０の温度が３５℃より大きい任意の温度ＴにおけるＩｐ１デジタル値Ｕ_Ｔを、回路基板２０の温度が３５℃であるときのＩｐ１デジタル値Ｕ_３５に一致させるための補正係数α_Ｈを求める式を導き、ＲＯＭ２４に記憶させておく。Ｓ１７では、Ｓ１２で求められた回路基板２０の温度を代入した補正計数α_Ｈが導出され、ＲＡＭ２５に記憶される。

次いで、ＮＯｘ濃度の高温時における補正係数βＨの導出が行われる（Ｓ１８）。この補正係数β_Ｈについても、予め製品検査時などに、補正係数α_Ｈを求めた上記同様の方法で求め、ＲＯＭ２４に記憶させておけばよい。すなわち、Ｉｐ２ポートに０μＡの電流を流した状態で、回路基板２０の温度が３５℃のときのＩｐ２デジタル値Ｖ_３５と、１００℃のときのＩｐ２デジタル値Ｖ_１００、とを得て、任意の温度におけるＩｐ２デジタル値Ｖ_Ｔと回路基板２０の温度Ｔとの関係式を求め、回路基板２０の温度が３５℃であるときのＩｐ２デジタル値Ｖ３５に一致させるための補正係数β_Ｈを求める式を導き、ＲＯＭ２４に記憶させておく。Ｓ１８では、Ｓ１２で求められた回路基板２０の温度を代入した補正計数β_Ｈが導出され、ＲＡＭ２５に記憶される。その後、Ｓ２５に進む。

一方、回路基板２０の温度（温度情報）が３５℃より小さかった場合（Ｓ１５：ＮＯ，Ｓ２０：ＹＥＳ）、同様に、酸素濃度の低温時における補正係数α_Ｌ導出と（Ｓ２２）、ＮＯｘ濃度の低温時における補正係数β_Ｌの導出が行われる（Ｓ２３）。なお、補正係数α_Ｌは、予め製品検査時などに、Ｉｐ１ポートに０μＡの電流を流した状態で、回路基板２０の温度が３５℃のときのＩｐ１デジタル値Ｕ_３５と、−４０℃のときのＩｐ１デジタル値Ｕ_−４０、とを得て、３５℃未満の任意の温度におけるＩｐ１デジタル値Ｕ_Ｔと回路基板２０の温度Ｔとの関係式を求め、回路基板２０の温度が３５℃であるときのＩｐ１デジタル値Ｕ_３５に一致させるための補正係数α_Ｌを求める式を導き、ＲＯＭ２４に記憶させておく。補正係数β_Ｌも同様に、予め製品検査時などに、Ｉｐ２ポートに０μＡの電流を流した状態で、回路基板２０の温度が３５℃のときのＩｐ２デジタル値Ｖ_３５と、−４０℃のときのＩｐ２デジタル値Ｕ_−４０、とを得て、３５℃未満の任意の温度におけるＩｐ２デジタル値Ｖ_Ｔと回路基板２０の温度Ｔとの関係式を求め、回路基板２０の温度が３５℃であるときのＩｐ２デジタル値Ｖ_３５に一致させるための補正係数β_Ｌを求める式を導き、ＲＯＭ２４に記憶させておく。Ｓ２２で導出された補正係数α_Ｌと、Ｓ２３で導出された補正係数β_Ｌとは、それぞれＲＡＭ２５に記憶され、その後Ｓ２５に進む。

なお、Ｓ１２で求められた回路基板２０の温度（温度情報）が３５℃であった場合には（Ｓ１５：ＮＯ，Ｓ２０：ＮＯ）、補正係数の導出は行われず、そのままＳ２５に進む。

次に、Ｓ２５では、以下に示す（１）の式に基づき、酸素濃度の算出が行われる（Ｓ２５）。
酸素濃度＝Ｉｐ１デジタル値Ｕ_Ｔ×Ｉｐ１ゲイン値−Ｉｐ１オフセット値×補正係数α_Ｈ（または補正係数α_Ｌ）・・・（１）
なお、Ｉｐ１ゲイン値およびＩｐ１オフセット値は、センサ素子１００の個体差を補正するために予め製品検査時に設定される所定の値であり、ここでは説明を省略する。

次いで、以下に示す（２）の式に基づき、ＮＯｘ濃度の暫定値（暫定ＮＯｘ濃度）の算出が行われる（Ｓ２６）。
暫定ＮＯｘ濃度＝Ｉｐ２デジタル値Ｖ_Ｔ×Ｉｐ２ゲイン値−Ｉｐ２オフセット値×補正係数β_Ｈ（または補正係数β_Ｌ）・・・（２）
なお、Ｉｐ２ゲイン値およびＩｐ２オフセット値は、センサ素子１００の個体差を補正するために予め製品検査時に設定される所定の値であり、ここでは説明を省略する。

そして、Ｓ２５で求められた酸素濃度と、Ｓ２６で求められた暫定ＮＯｘ濃度とを用い、ＥＣＵ９に出力するための最終的なＮＯｘ濃度の検出値（最終ＮＯｘ濃度）の算出が、以下に示す（３）の式に基づき行われる（Ｓ２７）。
最終ＮＯｘ濃度＝暫定ＮＯｘ濃度／（酸素濃度×Ｘ＋Ｙ）・・・（３）
ただし、Ｘ，Ｙは０より大きい所定の係数とする。このようにして求められた最終ＮＯｘ濃度はＲＡＭ２５に記憶され、その後メインプログラム（図示外）に戻ってから、ＮＯｘ濃度の検出値としてＥＣＵ９に出力される。

以上説明したＮＯｘ濃度の補正処理の変形例は、Ｉｐ１オフセット値やＩｐ２オフセット値に対して補正を行う例であるが、Ｉｐ１ゲイン値やＩｐ２ゲイン値に対して回路基板の温度の影響を考慮した補正を行ってもよい。この場合にＩｐ１ゲイン値やＩｐ２ゲイン値に掛け合わされる補正係数は、Ｉｐ１ポートやＩｐ２ポートに流す電流の値を適宜異ならせた状態で上記のように回路基板２０の温度を設定し、得られるＩｐ１デジタル値やＩｐ２デジタル値から求めればよい。この場合においても、本実施の形態のようにＮＯｘ濃度の検出値に対して補正を行ってもよい。

また、温度センサ２９の一例としてチップ抵抗型のサーミスタを例に説明したが、熱電対や白金測温抵抗体などを用いてもよい。また、回路基板２０の温度を検出するにあたって、温度センサ２９を回路基板２０に接触させ、熱伝導による温度検出を行えば、電子部品が影響される回路基板２０の温度をより正確に検出することができ、望ましい。また、本実施の形態のセンサ制御装置２はＮＯｘセンサ１０の制御装置としたが、酸素センサやＨＣセンサなどその他のガスセンサの制御装置に適用してもよい。

内燃機関１の排気系周りの概略的な構成を示す図である。センサ制御装置２と、センサ制御装置２に接続されたＮＯｘセンサ１０の概略的な構成を示す図である。センサ制御装置２の回路基板２０上に搭載された電子部品等の概略的な配置構成を示す図である。ＮＯｘ濃度補正処理のフローチャートである。回路基板の温度とＮＯｘ濃度の検出値との関係について説明するためのグラフである。変形例としてのＮＯｘ濃度補正処理のフローチャートである。

符号の説明

２センサ制御装置
４ハーネス
９ＥＣＵ
１０ＮＯｘセンサ
２０回路基板
２２マイクロコンピュータ
２３ＣＰＵ
２６Ｉｐ１セル／Ｖｓセル制御回路
２７Ｉｐ２制御回路
２８ヒータ駆動回路
２９温度センサ
１００センサ素子
１１０Ｉｐ１セル
１１１固体電解質体
１１２，１１３電極
１３０Ｉｐ２セル
１３１固体電解質体
１３２，１３３電極
１５０第１測定室
１５１第１拡散抵抗部
１５２第２拡散抵抗部
１６０第２測定室
１８０ヒータ素子

Claims

特定ガスの濃度に応じた濃度対応信号を出力する検出素子を有するガスセンサと離れた位置に配置され、前記ガスセンサと信号線を介し電気的に接続される回路基板を備えており、前記回路基板上に、前記ガスセンサの制御を行うと共に、前記濃度対応信号に基づいてガス濃度情報を算出し、前記ガス濃度情報を外部回路に出力する検出素子駆動部を実装してなるセンサ制御装置であって、
前記回路基板上に、
当該回路基板の温度に応じた温度対応信号を出力する感温素子と、
前記温度対応信号に基づいて、前記回路基板の温度情報を算出する温度算出部と、
前記検出素子駆動部により算出された前記ガス濃度情報を、前記温度算出部により算出された前記温度情報にて補正する濃度情報補正部と
を実装してなり、
前記ガスセンサは、前記検出素子の活性化を行うためのヒータ素子を有しており、
前記回路基板上に、前記ヒータ素子に駆動用の電流を流すヒータ素子駆動部が実装されており、
前記回路基板上における前記検出素子駆動部の配置位置と前記ヒータ素子駆動部の配置位置とは互いに離間してなり、
前記感温素子は、前記回路基板上において、前記ヒータ素子駆動部の配置位置よりも前記検出素子駆動部の配置位置に近い位置、もしくは前記検出素子駆動部の配置位置内に配置されていることを特徴とするセンサ制御装置。
前記ガスセンサは被測定ガス中における第１特定ガスであるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサであり、
前記検出素子は、
第１拡散抵抗部を介して被測定ガスが導入される第１検出室と、
第１固体電解質体および当該第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極を有し、前記一対の第１電極のうちの一方の電極が前記第１検出室内に配置され、かつ前記一対の第１電極のうちの他方の電極が前記第１検出室外に配置され、前記第１検出室に導入された被測定ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素ポンプセルと、
前記第１検出室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた排気ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２検出室と、
第２固体電解質体および当該第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極を有し、前記一対の第２電極のうちの一方の電極が前記第２検出室内に配置され、かつ前記一対の第２電極のうちの他方の電極が前記第２検出室外に配置され、前記第２検出室におけるＮＯｘ濃度に応じて電流が流れる第２酸素ポンプセルと
を備え、
前記濃度対応信号は、ＮＯｘ濃度に応じて前記第２酸素ポンプセルに流れる電流に基づき得られる第１濃度対応信号であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。
前記検出素子駆動部は、前記第１酸素ポンプセルに電圧を印加して当該第１酸素ポンプセルに電流を流す第１セル制御回路と、前記ヒータ素子駆動部からの距離が前記第１セル制御回路よりも遠ざかる位置に配置されると共に、前記第２酸素ポンプセルに電圧を印加して当該第２酸素ポンプセルに電流を流す第２セル制御回路と、を有することを特徴とする請求項２に記載のセンサ制御装置。
前記濃度対応信号は、前記第１濃度対応信号の他に、前記第１酸素ポンプセルによって前記第１検出室に導入された被測定ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われる際に、その被測定ガス中における第２特定ガスである酸素の濃度に応じて前記第１酸素ポンプセルに流れる電流に基づき得られる第２濃度対応信号を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のセンサ制御装置。
前記感温素子は前記回路基板に接触し、前記回路基板の温度を検出するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ制御装置。