(57)【要約】【課題】二酸化炭素の検出精度を高く維持することができる二酸化炭素検出装置を提供する。【解決手段】二酸化炭素検出装置１は、空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ及び基準電極３１２が設けられたイオン伝導体３１を有するセンサ素子２と、第１電流検出部５２Ａ、第２電流検出部５２Ｂ及び濃度算出部５３を有する制御ユニット５とを備える。第１電流検出部５２Ａは、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に第１電圧Ｖ１が印加されたときに流れる第１電流Ａ１を検出する。第２電流検出部５２Ｂは、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に第１電圧Ｖ１よりも高い第２電圧Ｖ２が印加されたときに流れる第２電流Ａ２を検出する。濃度算出部５３は、第２電流Ａ２を第１電流Ａ１によって補正することを利用して、排ガスＧにおける二酸化炭素の濃度を算出する。【選択図】図１
2020067432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排気される排ガス（Ｇ）に晒されるセンサ素子（２）と、前記センサ素子に電気的に接続された制御ユニット（５）と、を備える二酸化炭素検出装置（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンを伝導させる１つ又は複数のイオン伝導体（３１，３１Ａ，３１Ｂ）と、
前記イオン伝導体に隣接して形成され、拡散抵抗部（３２）を介して排ガスが導入されるガス室（３５）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられ、前記排ガスにおける空燃比を検出するための空燃比検出電極（３１１Ａ）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられ、前記排ガスに含まれる二酸化炭素を検出するための二酸化炭素検出電極（３１１Ｂ）と、
前記イオン伝導体における、前記空燃比検出電極及び前記二酸化炭素検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた対向電極（３１２，３１２Ａ）と、を有し、
前記制御ユニットは、
前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に第１電圧（Ｖ１）を印加する第１電圧印加部（５１Ａ）と、
前記二酸化炭素検出電極と前記対向電極との間に前記第１電圧よりも高い第２電圧（Ｖ２）を印加する第２電圧印加部（５１Ｂ）と、
前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に生じる第１電流（Ａ１）を検出する第１電流検出部（５２Ａ）と、
前記二酸化炭素検出電極と前記対向電極との間に生じる第２電流（Ａ２）を検出する第２電流検出部（５２Ｂ）と、
前記第２電流を前記第１電流によって補正することを利用して、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出する濃度算出部（５３）と、を有する、二酸化炭素検出装置。
【請求項２】
前記第１電圧は、前記拡散抵抗部によって前記ガス室に導入される前記排ガスの流量が制限されることによって、前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に印加される電圧が変化しても、前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に流れる電流が変化しない限界電流特性を示す電圧の範囲内の電圧値として設定されており、
前記第２電圧は、前記限界電流特性を示す電圧の範囲内よりも高い電圧値として設定されている、請求項１に記載の二酸化炭素検出装置。
【請求項３】
内燃機関から排気される排ガス（Ｇ）に晒されるセンサ素子（２）と、前記センサ素子に電気的に接続された制御ユニット（５）と、を備える二酸化炭素検出装置（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンを伝導させる１つ又は複数のイオン伝導体（３１，３１Ａ，３１Ｂ）と、
前記イオン伝導体に隣接して形成され、拡散抵抗部（３２）を介して排ガスが導入されるガス室（３５）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられた検出電極（３１１）と、
前記イオン伝導体における、前記検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた対向電極（３１２，３１２Ａ）と、を有し、
前記制御ユニットは、
前記検出電極と前記対向電極との間に、前記排ガスにおける空燃比を検出するための第１電圧（Ｖ１）と、前記第１電圧よりも高く前記排ガスに含まれる二酸化炭素を検出するための第２電圧（Ｖ２）とを異なるタイミングで印加する電圧印加部（５１）と、
前記検出電極と前記対向電極との間に前記第１電圧が印加されたときに、前記検出電極と前記対向電極との間に生じる第１電流（Ａ１）を検出するとともに、前記検出電極と前記対向電極との間に前記第２電圧が印加されたときに、前記検出電極と前記対向電極との間に生じる第２電流（Ａ２）を検出する電流検出部（５２）と、
前記第２電流を前記第１電流によって補正することを利用して、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出する濃度算出部（５３）と、を有する、二酸化炭素検出装置。
【請求項４】
前記第１電圧は、前記拡散抵抗部によって前記ガス室に導入される前記排ガスの流量が制限されることによって、前記検出電極と前記対向電極との間に印加される電圧が変化しても、前記検出電極と前記対向電極との間に流れる電流が変化しない限界電流特性を示す電圧の範囲内の電圧値として設定されており、
前記第２電圧は、前記限界電流特性を示す電圧の範囲内よりも高い電圧値として設定されている、請求項３に記載の二酸化炭素検出装置。
【請求項５】
前記センサ素子は、
１つの前記イオン伝導体と、
前記イオン伝導体における、前記ガス室が形成された側と反対側に隣接して形成され、基準ガス（Ａ）が導入される基準ガスダクト（３６）と、を有しており、
前記対向電極は、前記基準ガスダクト内に配置された基準電極（３１２）である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二酸化炭素検出装置。
【請求項６】
前記濃度算出部は、前記第２電流から前記第１電流を差し引いた値に基づいて、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出するよう構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化炭素検出装置。
【請求項７】
前記濃度算出部は、前記第１電流をパラメータとする、前記第２電流と前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度との関係が記憶された関係マップ（Ｍ１）を有し、かつ、前記第１電流及び前記第２電流を前記関係マップに照合し、前記関係マップに基づいて前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出するよう構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化炭素検出装置。
【請求項８】
内燃機関から排気される排ガス（Ｇ）に晒されるセンサ素子（２）と、前記センサ素子に電気的に接続された制御ユニット（５）と、を備える二酸化炭素検出装置（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンを伝導させる１つ又は複数のイオン伝導体（３１）と、
水素プロトンを伝導させるプロトン伝導体（４１）と、
前記イオン伝導体と前記プロトン伝導体との間に形成され、拡散抵抗部（３２）を介して排ガスが導入されるガス室（３５）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられ、前記排ガスにおける空燃比を検出するための空燃比検出電極（３１１Ａ）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられ、前記排ガスに含まれる二酸化炭素を検出するための二酸化炭素検出電極（３１１Ｂ）と、
前記イオン伝導体における、前記空燃比検出電極及び前記二酸化炭素検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた対向電極（３１２）と、を有し、
前記ガス室内に配置された状態で前記プロトン伝導体に設けられ、前記排ガスに含まれる水を検出するための水検出電極（４１１）と、
前記プロトン伝導体における、前記水検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた参照電極（４１２）と、を有し、
前記制御ユニットは、
前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に第１電圧（Ｖ１）を印加する第１電圧印加部（５１Ａ）と、
前記二酸化炭素検出電極と前記対向電極との間に前記第１電圧よりも高い第２電圧（Ｖ２）を印加する第２電圧印加部（５１Ｂ）と、
前記水検出電極と前記参照電極との間に前記第１電圧よりも高い第３電圧（Ｖ３）を印加する第３電圧印加部（５１Ｃ）と、
前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に生じる第１電流（Ａ１）を検出する第１電流検出部（５２Ａ）と、
前記二酸化炭素検出電極と前記対向電極との間に生じる第２電流（Ａ２）を検出する第２電流検出部（５２Ｂ）と、
前記水検出電極と前記参照電極との間に生じる第３電流（Ａ３）を検出する第３電流検出部（５２Ｃ）と、
前記第２電流を前記第１電流及び前記第３電流によって補正することを利用して、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出する濃度算出部（５３）と、を有する、二酸化炭素検出装置。
【請求項９】
前記第１電圧は、前記拡散抵抗部によって前記ガス室に導入される前記排ガスの流量が制限されることによって、前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に印加される電圧が変化しても、前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に流れる電流が変化しない限界電流特性を示す電圧の範囲内の電圧値として設定されており、
前記第２電圧及び第３電圧は、前記限界電流特性を示す電圧の範囲内よりも高い電圧値として設定されている、請求項８に記載の二酸化炭素検出装置。
【請求項１０】
内燃機関から排気される排ガス（Ｇ）に晒されるセンサ素子（２）と、前記センサ素子に電気的に接続された制御ユニット（５）と、を備える二酸化炭素検出装置（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンを伝導させる１つ又は複数のイオン伝導体（３１）と、
水素プロトンを伝導させるプロトン伝導体（４１）と、
前記イオン伝導体と前記プロトン伝導体との間に形成され、拡散抵抗部（３２）を介して排ガスが導入されるガス室（３５）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられた検出電極（３１１）と、
前記イオン伝導体における、前記検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた対向電極（３１２）と、を有し、
前記ガス室内に配置された状態で前記プロトン伝導体に設けられ、前記排ガスに含まれる水を検出するための水検出電極（４１１）と、
前記プロトン伝導体における、前記水検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた参照電極（４１２）と、を有し、
前記制御ユニットは、
前記検出電極と前記対向電極との間に、前記排ガスにおける空燃比を検出するための第１電圧（Ｖ１）と、前記第１電圧よりも高く前記排ガスに含まれる二酸化炭素を検出するための第２電圧（Ｖ２）とを異なるタイミングで印加するイオン電圧印加部（５１Ｄ）と、
前記水検出電極と前記参照電極との間に前記第１電圧よりも高い第３電圧（Ｖ３）を印加するプロトン電圧印加部（５１Ｅ）と、
前記検出電極と前記対向電極との間に前記第１電圧が印加されたときに、前記検出電極と前記対向電極との間に生じる第１電流（Ａ１）を検出するとともに、前記検出電極と前記対向電極との間に前記第２電圧が印加されたときに、前記検出電極と前記対向電極との間に生じる第２電流（Ａ２）を検出するイオン電流検出部（５２Ｄ）と、
前記水検出電極と前記参照電極との間に生じる第３電流（Ａ３）を検出するプロトン電流検出部（５２Ｅ）と、
前記第２電流を前記第１電流及び前記第３電流によって補正することを利用して、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出する濃度算出部（５３）と、を有する、二酸化炭素検出装置。
【請求項１１】
前記第１電圧は、前記拡散抵抗部によって前記ガス室に導入される前記排ガスの流量が制限されることによって、前記検出電極と前記対向電極との間に印加される電圧が変化しても、前記検出電極と前記対向電極との間に流れる電流が変化しない限界電流特性を示す電圧の範囲内の電圧値として設定されており、
前記第２電圧及び前記第３電圧は、前記限界電流特性を示す電圧の範囲内よりも高い電圧値として設定されている、請求項１０に記載の二酸化炭素検出装置。
【請求項１２】
前記センサ素子は、
１つの前記イオン伝導体と、
前記イオン伝導体における、前記ガス室が形成された側と反対側に隣接して形成され、基準ガス（Ａ）が導入される基準ガスダクト（３６）と、を有しており、
前記対向電極は、前記基準ガスダクト内に配置された基準電極（３１２）である、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の二酸化炭素検出装置。
【請求項１３】
前記濃度算出部は、前記第２電流から前記第１電流及び前記第３電流を差し引いた値に基づいて、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出するよう構成されている、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の二酸化炭素検出装置。
【請求項１４】
前記濃度算出部は、前記第１電流及び前記第３電流をパラメータとする、前記第２電流と前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度との関係が記憶された関係マップ（Ｍ２）を有し、かつ、前記第１電流、前記第２電流及び前記第３電流を前記関係マップに照合し、前記関係マップに基づいて前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出するよう構成されている、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の二酸化炭素検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子及び制御ユニットを備え、排ガスにおける二酸化炭素の濃度を検出する二酸化炭素検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素イオンを伝導するイオン伝導体（固体電解質体）を用いたセンサ素子を有するガス検出装置は、内燃機関の空燃比の定量的な検出、内燃機関の空燃比が、理論空燃比に比べて燃料リッチ側にあるか燃料リーン側にあるかの検出、内燃機関から排気される排ガス中のＮＯｘの検出等に利用されている。また、例えば、特許文献１の固体電解質型二酸化炭素センサにおいては、固体電解質体の一方側の表面に検知極を設けるとともに、固体電解質体の他方側の表面に参照極、及び金属炭酸塩によって覆われた対極を設けている。そして、検知極と参照極との間に電圧を印加したときに、検知極と対極との間に流れる電流を検出し、この電流に基づいて二酸化炭素の濃度を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５５８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の固体電解質型二酸化炭素センサにおいては、電極に、二酸化炭素を分解する反応触媒となる金属炭酸塩の層を設けることによって、二酸化炭素濃度の検出を可能にしている。しかし、金属炭酸塩は、被毒しやすい性質、換言すれば、排ガスに含まれるＳＯｘ（硫黄酸化物）が付着して硫酸塩を形成する性質を有する。そして、金属炭酸塩が被毒した場合には、二酸化炭素センサの検出精度が悪化する。そのため、金属炭酸塩を用いずに二酸化炭素濃度の検出を可能にする、新たな二酸化炭素検出装置の開発が望まれる。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、二酸化炭素の検出精度を高く維持することができる二酸化炭素検出装置を提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様は、内燃機関から排気される排ガス（Ｇ）に晒されるセンサ素子（２）と、前記センサ素子に電気的に接続された制御ユニット（５）と、を備える二酸化炭素検出装置（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンを伝導させる１つ又は複数のイオン伝導体（３１，３１Ａ，３１Ｂ）と、
前記イオン伝導体に隣接して形成され、拡散抵抗部（３２）を介して排ガスが導入されるガス室（３５）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられ、前記排ガスにおける空燃比を検出するための空燃比検出電極（３１１Ａ）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられ、前記排ガスに含まれる二酸化炭素を検出するための二酸化炭素検出電極（３１１Ｂ）と、
前記イオン伝導体における、前記空燃比検出電極及び前記二酸化炭素検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた対向電極（３１２，３１２Ａ）と、を有し、
前記制御ユニットは、
前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に第１電圧（Ｖ１）を印加する第１電圧印加部（５１Ａ）と、
前記二酸化炭素検出電極と前記対向電極との間に前記第１電圧よりも高い第２電圧（Ｖ２）を印加する第２電圧印加部（５１Ｂ）と、
前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に生じる第１電流（Ａ１）を検出する第１電流検出部（５２Ａ）と、
前記二酸化炭素検出電極と前記対向電極との間に生じる第２電流（Ａ２）を検出する第２電流検出部（５２Ｂ）と、
前記第２電流を前記第１電流によって補正することを利用して、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出する濃度算出部（５３）と、を有する、二酸化炭素検出装置にある。
【０００７】
本発明の第２態様は、内燃機関から排気される排ガス（Ｇ）に晒されるセンサ素子（２）と、前記センサ素子に電気的に接続された制御ユニット（５）と、を備える二酸化炭素検出装置（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンを伝導させる１つ又は複数のイオン伝導体（３１，３１Ａ，３１Ｂ）と、
前記イオン伝導体に隣接して形成され、拡散抵抗部（３２）を介して排ガスが導入されるガス室（３５）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられた検出電極（３１１）と、
前記イオン伝導体における、前記検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた対向電極（３１２，３１２Ａ）と、を有し、
前記制御ユニットは、
前記検出電極と前記対向電極との間に、前記排ガスにおける空燃比を検出するための第１電圧（Ｖ１）と、前記第１電圧よりも高く前記排ガスに含まれる二酸化炭素を検出するための第２電圧（Ｖ２）とを異なるタイミングで印加する電圧印加部（５１）と、
前記検出電極と前記対向電極との間に前記第１電圧が印加されたときに、前記検出電極と前記対向電極との間に生じる第１電流（Ａ１）を検出するとともに、前記検出電極と前記対向電極との間に前記第２電圧が印加されたときに、前記検出電極と前記対向電極との間に生じる第２電流（Ａ２）を検出する電流検出部（５２）と、
前記第２電流を前記第１電流によって補正することを利用して、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出する濃度算出部（５３）と、を有する、二酸化炭素検出装置にある。
【０００８】
本発明の第３態様は、内燃機関から排気される排ガス（Ｇ）に晒されるセンサ素子（２）と、前記センサ素子に電気的に接続された制御ユニット（５）と、を備える二酸化炭素検出装置（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンを伝導させる１つ又は複数のイオン伝導体（３１）と、
水素プロトンを伝導させるプロトン伝導体（４１）と、
前記イオン伝導体と前記プロトン伝導体との間に形成され、拡散抵抗部（３２）を介して排ガスが導入されるガス室（３５）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられ、前記排ガスにおける空燃比を検出するための空燃比検出電極（３１１Ａ）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられ、前記排ガスに含まれる二酸化炭素を検出するための二酸化炭素検出電極（３１１Ｂ）と、
前記イオン伝導体における、前記空燃比検出電極及び前記二酸化炭素検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた対向電極（３１２）と、を有し、
前記ガス室内に配置された状態で前記プロトン伝導体に設けられ、前記排ガスに含まれる水を検出するための水検出電極（４１１）と、
前記プロトン伝導体における、前記水検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた参照電極（４１２）と、を有し、
前記制御ユニットは、
前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に第１電圧（Ｖ１）を印加する第１電圧印加部（５１Ａ）と、
前記二酸化炭素検出電極と前記対向電極との間に前記第１電圧よりも高い第２電圧（Ｖ２）を印加する第２電圧印加部（５１Ｂ）と、
前記水検出電極と前記参照電極との間に前記第１電圧よりも高い第３電圧（Ｖ３）を印加する第３電圧印加部（５１Ｃ）と、
前記空燃比検出電極と前記対向電極との間に生じる第１電流（Ａ１）を検出する第１電流検出部（５２Ａ）と、
前記二酸化炭素検出電極と前記対向電極との間に生じる第２電流（Ａ２）を検出する第２電流検出部（５２Ｂ）と、
前記水検出電極と前記参照電極との間に生じる第３電流（Ａ３）を検出する第３電流検出部（５２Ｃ）と、
前記第２電流を前記第１電流及び前記第３電流によって補正することを利用して、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出する濃度算出部（５３）と、を有する、二酸化炭素検出装置にある。
【０００９】
本発明の第４態様は、内燃機関から排気される排ガス（Ｇ）に晒されるセンサ素子（２）と、前記センサ素子に電気的に接続された制御ユニット（５）と、を備える二酸化炭素検出装置（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンを伝導させる１つ又は複数のイオン伝導体（３１）と、
水素プロトンを伝導させるプロトン伝導体（４１）と、
前記イオン伝導体と前記プロトン伝導体との間に形成され、拡散抵抗部（３２）を介して排ガスが導入されるガス室（３５）と、
前記ガス室内に配置された状態で前記イオン伝導体に設けられた検出電極（３１１）と、
前記イオン伝導体における、前記検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた対向電極（３１２）と、を有し、
前記ガス室内に配置された状態で前記プロトン伝導体に設けられ、前記排ガスに含まれる水を検出するための水検出電極（４１１）と、
前記プロトン伝導体における、前記水検出電極が設けられた表面と反対側の表面に設けられた参照電極（４１２）と、を有し、
前記制御ユニットは、
前記検出電極と前記対向電極との間に、前記排ガスにおける空燃比を検出するための第１電圧（Ｖ１）と、前記第１電圧よりも高く前記排ガスに含まれる二酸化炭素を検出するための第２電圧（Ｖ２）とを異なるタイミングで印加するイオン電圧印加部（５１Ｄ）と、
前記水検出電極と前記参照電極との間に前記第１電圧よりも高い第３電圧（Ｖ３）を印加するプロトン電圧印加部（５１Ｅ）と、
前記検出電極と前記対向電極との間に前記第１電圧が印加されたときに、前記検出電極と前記対向電極との間に生じる第１電流（Ａ１）を検出するとともに、前記検出電極と前記対向電極との間に前記第２電圧が印加されたときに、前記検出電極と前記対向電極との間に生じる第２電流（Ａ２）を検出するイオン電流検出部（５２Ｄ）と、
前記水検出電極と前記参照電極との間に生じる第３電流（Ａ３）を検出するプロトン電流検出部（５２Ｅ）と、
前記第２電流を前記第１電流及び前記第３電流によって補正することを利用して、前記排ガスにおける二酸化炭素の濃度を算出する濃度算出部（５３）と、を有する、二酸化炭素検出装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
（第１〜第４態様の二酸化炭素検出装置）
第１態様の二酸化炭素検出装置においては、電極間に印加する電圧の値に工夫をし、被毒しやすい性質を有する金属炭酸塩を電極に用いることなく、二酸化炭素濃度の検出を可能にしている。そして、発明者の研究により、排ガスにおける空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する場合に電極間に印加する電圧に比べて高い電圧を電極間に印加することにより、排ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ2）が検出されることが見出された。また、二酸化炭素濃度と空燃比との間には相関関係があること、及び電極間に流れる電流は、排ガスにおける二酸化炭素の濃度を受けて変化するだけではなく、排ガスにおける空燃比の影響も受けて変化することが見出された。
【００１１】
（第１態様の二酸化炭素検出装置）
第１態様の二酸化炭素検出装置においては、空燃比を検出するための空燃比検出電極、対向電極、第１電圧印加部及び第１電流検出部を用いるとともに、二酸化炭素を検出するための二酸化炭素電極、対向電極、第２電圧印加部及び第２電流検出部を用いる。第２電圧印加部によって二酸化炭素検出電極と対向電極との間に印加される第２電圧は、第１電圧印加部によって空燃比検出電極と対向電極との間に印加される第１電圧に比べて高い。
【００１２】
そして、濃度算出部は、二酸化炭素検出電極と対向電極との間に生じる第２電流を、空燃比検出電極と対向電極との間に生じる第１電流によって補正することを利用することにより、二酸化炭素濃度の検出に空燃比の変化が与える影響を加味して、精度よく二酸化炭素濃度を検出することができる。また、各電極に金属炭酸塩を用いる必要がなく、各電極に、酸素分子を分解する触媒となる一般的な貴金属材料を用いることができる。
【００１３】
それ故、第１態様の二酸化炭素検出装置によれば、二酸化炭素の検出精度を高く維持することができる。
【００１４】
（第２態様の二酸化炭素検出装置）
第２態様の二酸化炭素検出装置においては、空燃比及び二酸化炭素濃度を検出するために共通の検出電極及び対向電極を用いる。また、検出電極と対向電極との間に異なるタイミングで第１電圧及び第２電圧を印加することができる電圧印加部と、第１電流及び第２電流のいずれも検出することができる電流検出部とを用いる。その他の構成は、第１態様の二酸化炭素検出装置と同様である。
【００１５】
第２態様の二酸化炭素検出装置においては、使用する電極、電圧印加部及び電流検出部の数を減らすことができる。そして、第２態様の二酸化炭素検出装置によっても、第１態様の二酸化炭素検出装置の場合と同様にして、二酸化炭素の検出精度を高く維持することができる。
【００１６】
（第３及び第４態様の二酸化炭素検出装置）
第３及び第４態様の二酸化炭素検出装置においては、発明者の研究により、二酸化炭素検出電極と対向電極との間に流れる電流は、排ガスにおける二酸化炭素の濃度を受けて変化するだけではなく、排ガスにおける空燃比の影響及び排ガスに含まれる水（Ｈ2Ｏ）の影響も受けて変化することが見出された。
【００１７】
第３の態様の二酸化炭素検出装置においては、空燃比を検出するための空燃比検出電極、対向電極、第１電圧印加部及び第１電流検出部を用いるとともに、二酸化炭素を検出するための二酸化炭素電極、対向電極、第２電圧印加部及び第２電流検出部を用い、さらに水を検出するための水検出電極、参照電極、第３電圧印加部及び第３電流検出部を用いる。第２電圧印加部によって二酸化炭素検出電極と対向電極との間に印加される第２電圧、及び第３電圧印加部によって水検出電極と参照電極との間に印加される第３電圧は、第１電圧印加部によって空燃比検出電極と対向電極との間に印加される第１電圧に比べて高い。
【００１８】
そして、濃度算出部は、二酸化炭素検出電極と対向電極との間に生じる第２電流を、空燃比検出電極と対向電極との間に生じる第１電流及び水検出電極と参照電極との間に生じる第３電流によって補正することを利用することにより、二酸化炭素濃度の検出に空燃比の変化及び水濃度の変化が与える影響を加味して、精度よく二酸化炭素濃度を検出することができる。また、各電極に金属炭酸塩を用いる必要がなく、各電極に、酸素を分解する触媒となる一般的な貴金属材料を用いることができる。
【００１９】
それ故、第３態様の二酸化炭素検出装置によれば、二酸化炭素の検出精度をさらに高く維持することができる。
【００２０】
（第４態様の二酸化炭素検出装置）
第４態様の二酸化炭素検出装置においても、空燃比及び二酸化炭素濃度を検出するために共通の検出電極及び対向電極を用いる。また、検出電極と対向電極との間に異なるタイミングで第１電圧及び第２電圧を印加することができる電圧印加部と、第１電流及び第２電流のいずれも検出することができる電流検出部とを用いる。その他の構成は、第３態様の二酸化炭素検出装置と同様である。
【００２１】
第４態様の二酸化炭素検出装置においては、使用する電極、電圧印加部及び電流検出部の数を減らすことができる。そして、第４態様の二酸化炭素検出装置によっても、第３態様の二酸化炭素検出装置の場合と同様にして、二酸化炭素の検出精度を高く維持することができる。
【００２２】
なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１にかかる、二酸化炭素検出装置を示す断面説明図。
【図２】実施形態１にかかる、二酸化炭素検出装置を示す、図１のII−II断面説明図。
【図３】実施形態１にかかる、二酸化炭素検出装置を示す、図１のIII−III断面説明図。
【図４】実施形態１にかかる、二酸化炭素検出装置の電気的構成を示す説明図。
【図５】実施形態１にかかる、排ガスにおける酸素濃度が０体積％である場合の電圧−電流曲線を示すグラフ。
【図６】実施形態１にかかる、排ガスにおける酸素濃度が１．５体積％である場合の電圧−電流曲線を示すグラフ。
【図７】実施形態１にかかる、排ガスにおけるプロパン濃度が１体積％である場合の電圧−電流曲線を示すグラフ。
【図８】実施形態１にかかる、電極間に第２電圧を印加した場合であって、排ガスにおける酸素濃度が０体積％である場合、排ガスにおける酸素濃度が１．５体積％である場合、及び排ガスにおけるプロパン濃度が１体積％である場合の二酸化炭素濃度と第２電流との関係を示すグラフ。
【図９】実施形態１にかかる、電極間に第１電圧を印加した場合であって、排ガスにおける酸素濃度が０体積％である場合、排ガスにおける酸素濃度が１．５体積％である場合、及び排ガスにおけるプロパン濃度が１体積％である場合の二酸化炭素濃度と第１電流との関係を示すグラフ。
【図１０】実施形態１にかかる、二酸化炭素濃度と、第２電流から第１電流を差し引いた補正後電流との関係を示すグラフ。
【図１１】実施形態１にかかる、空燃比をパラメータとした、第２電流と二酸化炭素濃度との関係マップを示すグラフ。
【図１２】実施形態１にかかる、二酸化炭素濃度の検出方法を示すフローチャート。
【図１３】実施形態２にかかる、二酸化炭素検出装置を示す断面説明図。
【図１４】実施形態２にかかる、二酸化炭素検出装置を示す、図１３のXIV−XIV断面説明図。
【図１５】実施形態２にかかる、二酸化炭素検出装置の電気的構成を示す説明図。
【図１６】実施形態２にかかる、二酸化炭素濃度の検出方法を示すフローチャート。
【図１７】実施形態３にかかる、二酸化炭素検出装置を示す断面説明図。
【図１８】実施形態３にかかる、二酸化炭素検出装置を示す、図１７のXVIII−XVIII断面説明図。
【図１９】実施形態３にかかる、二酸化炭素検出装置の電気的構成を示す説明図。
【図２０】実施形態３にかかる、排ガスにおける水濃度が１０体積％である場合の電圧−電流曲線を示すグラフ。
【図２１】実施形態３にかかる、電極間に第２電圧を印加した場合であって、排ガスにおける水濃度が０体積％である場合、及び排ガスにおける水濃度が１０体積％である場合の二酸化炭素濃度と第２電流との関係を示すグラフ。
【図２２】実施形態３にかかる、電極間に第３電圧を印加した場合であって、排ガスにおける水濃度が０体積％である場合、及び排ガスにおける水濃度が１０体積％である場合の二酸化炭素濃度と第３電流との関係を示すグラフ。
【図２３】実施形態３にかかる、二酸化炭素濃度と、第２電流から第３電流を差し引いた補正後電流との関係を示すグラフ。
【図２４】実施形態３にかかる、空燃比及び水濃度をパラメータとした、第２電流と二酸化炭素濃度との関係マップを示すグラフ。
【図２５】実施形態３にかかる、二酸化炭素濃度の検出方法を示すフローチャート。
【図２６】実施形態４にかかる、二酸化炭素検出装置を示す断面説明図。
【図２７】実施形態４にかかる、二酸化炭素検出装置を示す、図２６のXXVII−XXVII断面説明図。
【図２８】実施形態４にかかる、二酸化炭素検出装置の電気的構成を示す説明図。
【図２９】実施形態４にかかる、二酸化炭素濃度の検出方法を示すフローチャート。
【図３０】実施形態５にかかる、二酸化炭素検出装置を示す断面説明図。
【図３１】実施形態５にかかる、二酸化炭素検出装置を示す、図３０のXXXI−XXXI断面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
前述した二酸化炭素検出装置にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態の二酸化炭素検出装置１は、図１〜図３に示すように、内燃機関から排気される排ガスＧに晒されるセンサ素子２と、センサ素子２に電気的に接続された制御ユニット５とを備える。センサ素子２は、イオン伝導体３１、ガス室３５、基準ガスダクト３６、空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ、対向電極としての基準電極３１２及び発熱体３４を有する。
【００２５】
イオン伝導体（固体電解質体）３１は、酸素イオン（Ｏ2-）を伝導させる性質を有する。ガス室３５は、イオン伝導体３１の第１主面３０１に積層された絶縁体３３Ａにおいて、第１主面３０１に隣接して形成されている。ガス室３５には、絶縁体３３Ａに設けられた拡散抵抗部３２を介して排ガスＧが導入される。基準ガスダクト３６は、イオン伝導体３１の、第１主面３０１の反対側に位置する第２主面３０２に積層された絶縁体３３Ｂにおいて、第２主面３０２に隣接して形成されている。基準ガスダクト３６には、基準ガスＡが導入される。
【００２６】
空燃比検出電極３１１Ａは、ガス室３５内に配置された状態でイオン伝導体３１の第１主面３０１に設けられており、排ガスＧにおける空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するために用いられる。二酸化炭素検出電極３１１Ｂは、ガス室３５内に配置された状態でイオン伝導体３１の第１主面３０１に設けられており、排ガスＧに含まれる二酸化炭素（ＣＯ2）を検出するために用いられる。基準電極３１２は、基準ガスダクト３６内に配置された状態で、イオン伝導体３１の、第１主面３０１の反対側に位置する第２主面３０２に設けられている。発熱体３４は、絶縁体３３Ｂに埋設されており、イオン伝導体３１を加熱するために用いられる。
【００２７】
制御ユニット５は、図１、図２及び図４に示すように、第１電圧印加部５１Ａ、第２電圧印加部５１Ｂ、第１電流検出部５２Ａ、第２電流検出部５２Ｂ及び濃度算出部５３を有する。第１電圧印加部５１Ａは、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に第１電圧Ｖ１を印加するよう構成されている。第２電圧印加部５１Ｂは、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に第１電圧Ｖ１よりも高い第２電圧Ｖ２を印加するよう構成されている。第１電流検出部５２Ａは、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に生じる第１電流Ａ１を検出するよう構成されている。第２電流検出部５２Ｂは、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に生じる第２電流Ａ２を検出するよう構成されている。濃度算出部５３は、第２電流Ａ２を第１電流Ａ１によって補正することを利用して、排ガスＧにおける二酸化炭素の濃度を算出するよう構成されている。
【００２８】
以下に、本形態の二酸化炭素検出装置１について詳説する。
二酸化炭素検出装置１は、車両の内燃機関（エンジン）の排気管等に配置され、排気管を流れる排ガスＧにおける二酸化炭素を検出するために用いられる。二酸化炭素は、内燃機関において燃焼が行われた後に排ガスＧに排気される。二酸化炭素検出装置１によって検出される、排ガスにおける二酸化炭素濃度は、種々の用途に利用することができる。例えば、内燃機関において、温暖化規制（温室効果ガス規制）がどれだけなされているかを知るために二酸化炭素検出装置１を使用することができる。
【００２９】
ここで、本形態においては、センサ素子２が長尺形状に形成された方向のことを長尺方向Ｌという。また、長尺方向Ｌに直交し、イオン伝導体３１と絶縁体３３Ａ，３３Ｂとが積層された方向、換言すれば、イオン伝導体３１、絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された方向を、積層方向Ｄという。また、長尺方向Ｌと積層方向Ｄとに直交する方向を、幅方向Ｗという。また、センサ素子２の長尺方向Ｌにおいて、検知部２１が形成された側を先端側Ｌ１といい、先端側Ｌ１の反対側を後端側Ｌ２という。
【００３０】
（センサ素子２）
図１〜図３に示すように、センサ素子２は、長尺形状に形成されており、空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ、基準電極３１２、ガス室３５、拡散抵抗部３２及び発熱体３４の発熱部３４１は、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位に配置されている。センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ及び基準電極３１２と、これらの電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２の間に挟まれたイオン伝導体３１の部分とによる検知部２１が形成されている。
【００３１】
センサ素子２は、イオン伝導体（固体電解質体）３１に、絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された積層タイプのものである。イオン伝導体３１は、ジルコニア系酸化物からなり、ジルコニアを主成分とし（５０質量％以上含有し）、希土類金属元素又はアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアからなる。イオン伝導体３１を構成するジルコニアの一部は、イットリア、スカンジア又はカルシアによって置換することができる。イオン伝導体３１は、所定の活性化温度以上において、酸素イオン（Ｏ2-）を透過させる性質を有する。
【００３２】
空燃比検出電極３１１Ａ及び二酸化炭素検出電極３１１Ｂは、イオン伝導体３１における、排ガスＧに晒される第１主面３０１に設けられており、基準電極３１２は、イオン伝導体３１における、基準ガスＡに晒される第２主面３０２に設けられている。イオン伝導体３１は、板形状に形成されており、第１主面３０１及び第２主面３０２とは、イオン伝導体３１における最も面積が大きな表面のことをいう。
【００３３】
空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ及び基準電極３１２は、貴金属としての白金（Ｐｔ）、及びイオン伝導体３１との共材としてのジルコニア系酸化物を含有している。共材は、イオン伝導体３１にペースト状の電極材料を印刷（塗布）して両者を焼結する際に、電極材料によって形成される空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ及び基準電極３１２とイオン伝導体３１との結合強度を維持するためのものである。
【００３４】
排ガスＧにおける二酸化炭素は、二酸化炭素検出電極３１１Ｂにおいて炭素と酸素に分解され、酸素が酸素イオンとなってイオン伝導体３１を通過して基準電極３１２に到達する。これによって、基準電極３１２と二酸化炭素検出電極３１１Ｂとの間に電流が流れ、この電流に基づいて二酸化炭素を検出することができる。
【００３５】
図１及び図２に示すように、空燃比検出電極３１１Ａ、基準電極３１２、及びこれらの電極３１１Ａ，３１２の間に挟まれたイオン伝導体３１の部分によって、空燃比を検出するための空燃比検出セル３Ａが形成されている。また、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ、基準電極３１２、及びこれらの電極３１１Ｂ，３１２の間に挟まれたイオン伝導体３１の部分によって、二酸化炭素濃度を検出するための二酸化炭素検出セル３Ｂが形成されている。
【００３６】
空燃比検出電極３１１Ａと二酸化炭素検出電極３１１Ｂとは、ガス室３５内において、センサ素子２の幅方向Ｗに隣接して配置されている。空燃比検出電極３１１Ａと二酸化炭素検出電極３１１Ｂとは、同じ面積に形成されている。基準電極３１２は、基準ガスダクト３６内において、イオン伝導体３１を介して空燃比検出電極３１１Ａ及び二酸化炭素検出電極３１１Ｂに対向する位置に共通して配置されている。なお、基準電極３１２は、イオン伝導体３１を介して空燃比検出電極３１１Ａと対向する位置及び二酸化炭素検出電極３１１Ｂと対向する位置に別々に配置してもよい。
【００３７】
イオン伝導体３１の第１主面３０１には、第１絶縁体３３Ａとイオン伝導体３１とに囲まれたガス室３５が隣接して形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａにおける、空燃比検出電極３１１Ａ及び二酸化炭素検出電極３１１Ｂを収容する位置に形成されている。イオン伝導体３１の第２主面３０２には、第２絶縁体３３Ｂとイオン伝導体３１とに囲まれた基準ガスダクト３６が隣接して形成されている。基準ガスダクト３６は、イオン伝導体３１における、ガス室３５が形成された側と反対側に隣接して形成されている。
【００３８】
図１及び図３に示すように、基準ガスダクト３６は、第２絶縁体３３Ｂにおける、基準電極３１２を収容する位置からセンサ素子２の後端位置まで形成されている。センサ素子２の後端位置には、基準ガスダクト３６の後端開口部３６０が形成されている。また、第１絶縁体３３Ａには、ガス室３５へ排ガスＧを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部３２が、ガス室３５に連通する状態で設けられている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａに埋設された多孔質体における複数の気孔によって形成されている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａに設けられたピンポールによって形成することもできる。
【００３９】
空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ及び基準電極３１２には、これらの電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２を二酸化炭素検出装置１の外部と電気接続するための電極リード部３１３が接続されており、この電極リード部３１３は、長尺方向Ｌの後端側Ｌ２の部位まで引き出されている。
【００４０】
（発熱体３４）
図１〜図３に示すように、センサ素子２は、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２及びイオン伝導体３１における、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２に挟まれた部分を加熱するための発熱体３４を有する。発熱体３４は、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１の、長尺方向Ｌの後端側Ｌ１に繋がる一対の発熱体リード部３４２とを有する。発熱部３４１は、直線部分及び曲線部分によって蛇行する線状の導体部によって形成されている。本形態の発熱部３４１の直線部分は、長尺方向Ｌに平行に形成されている。発熱体リード部３４２は、直線状の導体部によって形成されている。発熱部３４１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部３４２の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きい。発熱体リード部３４２は、長尺方向Ｌの後端側Ｌ２の部位まで引き出されている。発熱体３４は、導電性を有する金属材料を含有している。
【００４１】
本形態の発熱部３４１は、発熱体３４における長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の位置において、長尺方向Ｌに蛇行する形状に形成されている。なお、発熱部３４１は、幅方向Ｗに蛇行して形成されていてもよい。発熱部３４１は、長尺方向Ｌに直交する積層方向Ｄにおいて、空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ及び基準電極３１２に対向する位置に配置されている。発熱体リード部３４２からの通電によって発熱部３４１が発熱することにより、空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ、基準電極３１２、及びイオン伝導体３１における、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２の間に挟まれた部分が目標とする温度に加熱される。
【００４２】
発熱部３４１の断面積は、発熱体リード部３４２の断面積よりも小さく、発熱部３４１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部３４２の単位長さ当たりの抵抗値よりも高い。この断面積とは、発熱部３４１及び発熱体リード部３４２が延びる方向に直交する面の断面積のことをいう。そして、一対の発熱体リード部３４２に電圧が印加されると、発熱部３４１がジュール熱によって発熱し、この発熱によって、センサ素子２の検知部２１の周辺が加熱される。
【００４３】
発熱体３４には、エンジンコントロールユニット５５及びセンサコントロールユニット５０からの指令によって通電が行われる。そして、発熱体３４への通電によって、センサ素子２の温度が目標温度になるよう制御される。センサ素子２の温度は、空燃比検出電極３１１Ａ又は二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間の抵抗、発熱体３４の抵抗等を測定して推定することができる。
【００４４】
（絶縁体３３Ａ，３３Ｂ）
図１及び図２に示すように、絶縁体３３Ａ，３３Ｂには、イオン伝導体３１の第１主面３０１の側に積層された第１絶縁体３３Ａと、イオン伝導体３１の第２主面３０２の側に積層された第２絶縁体３３Ｂとがある。第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するものであり、第２絶縁体３３Ｂは、基準ガスダクト３６を形成するとともに発熱体３４を埋設するものである。第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂは、アルミナ（酸化アルミニウム）等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、排ガスＧ又は基準ガスＡが透過することができない緻密体として形成されており、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂには、気体が通過することができる気孔がほとんど形成されていない。
【００４５】
ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａに形成された凹部と拡散抵抗部３２とイオン伝導体３１とによって閉じられた空間部として形成されている。内燃機関の排気管内を流れる排ガスＧは、拡散抵抗部３２を通過してガス室３５内に導入される。
【００４６】
本形態の拡散抵抗部３２は、ガス室３５の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して形成されている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａにおいて、ガス室３５の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して開口された導入口内に配置されている。拡散抵抗部３２は、アルミナ等の多孔質の金属酸化物によって形成されている。ガス室３５に導入される排ガスＧの拡散速度（流量）は、排ガスＧが拡散抵抗部３２における気孔を透過する速度が制限されることによって決定される。
【００４７】
拡散抵抗部３２は、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に隣接する位置に形成されていてもよい。この場合には、拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａにおいて、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に隣接して開口された導入口内に配置される。なお、拡散抵抗部３２は、多孔質体を用いて形成する以外にも、ガス室３５に連通された小さな貫通穴であるピンホールを用いて形成することもできる。
【００４８】
図１及び図２に示すように、基準ガスダクト３６は、長尺方向Ｌの後端側Ｌ２が開口された、基準ガスＡのダクトとして形成されている。基準ガスダクト３６は、センサ素子２の長尺方向Ｌの後端位置から、イオン伝導体３１を介してガス室３５と対向する位置まで形成されている。基準電極３１２は、基準ガスダクト３６内における先端側Ｌ１の部位に収容されている。基準ガスＡとしての大気は、センサ素子２の後端に位置する後端開口部３６０から基準ガスダクト３６内へ導入される。
【００４９】
図示は省略するが、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位の全周には、空燃比検出電極３１１Ａ及び二酸化炭素検出電極３１１Ｂに対する被毒物質、排気管内に生じる凝縮水等を捕獲するための多孔質層が設けられている。多孔質層は、アルミナ等の多孔質のセラミックス（金属酸化物）によって形成されている。多孔質層の気孔率は、拡散抵抗部３２の気孔率よりも大きく、多孔質層を透過することができる排ガスＧの流量は、拡散抵抗部３２を透過することができる排ガスＧの流量よりも多い。
【００５０】
図示は省略するが、センサ素子２は、インシュレータを介してハウジングに保持されている。ハウジングは、排気管の取付孔に取り付けられる。ハウジングの長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、センサ素子２における、排ガスＧに晒される長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位を覆う先端側カバーが取り付けられている。センサ素子２の検知部２１には、先端側カバーに設けられた貫通孔を介して排ガスＧが導入される。
【００５１】
センサ素子２の長尺方向Ｌの基端側には、電極リード部３１３及び発熱体リード部３４２を外部の制御ユニット５に接続するための端子、リード線等が配置されている。ハウジングの長尺方向Ｌの基端側Ｌ２の部位には、端子、リード線等を覆う基端側カバーが取り付けられている。センサ素子２の基準ガスダクト３６には、基端側カバーに設けられた貫通孔及びフィルタを介して基準ガスＡが導入される。センサ素子２、ハウジング、先端側カバー、基端側カバー等によって、排気管に配置されるセンサ本体部が形成されている。
【００５２】
（制御ユニット５）
図１、図２及び図４に示すように、制御ユニット５は、センサ素子２を含むセンサ本体部に電気的に接続されるセンサコントロールユニット（ＳＣＵ）５０と、内燃機関（エンジン）の動作を制御するとともにセンサコントロールユニット５０と通信を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５５とによって構成されている。センサ素子２には、センサコントロールユニット５０が接続されている。
【００５３】
第１電圧印加部５１Ａ、第２電圧印加部５１Ｂ、第１電流検出部５２Ａ、第２電流検出部５２Ｂ及び濃度算出部５３は、センサコントロールユニット５０内に構築されている。第１電圧印加部５１Ａ、第２電圧印加部５１Ｂ、第１電流検出部５２Ａ、第２電流検出部５２Ｂは、制御回路によって構成されており、濃度算出部５３は、コンピュータによって構成されている。なお、濃度算出部５３は、エンジンコントロールユニット５５内に構築されていてもよい。なお、図１及び図２においては、第１電圧印加部５１Ａ、第２電圧印加部５１Ｂ、第１電流検出部５２Ａ、第２電流検出部５２Ｂは、便宜的に、センサコントロールユニット５０及び濃度算出部５３とは別に記載している。
【００５４】
（各電圧印加部５１Ａ，５１Ｂ及び各電流検出部５２Ａ，５２Ｂ）
図１、図２及び図４に示すように、第１電圧印加部５１Ａは、基準電極３１２の電位が空燃比検出電極３１１Ａの電位よりも高くなる状態で、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に第１電圧Ｖ１を印加する。第１電圧Ｖ１は、拡散抵抗部３２によってガス室３５に導入される排ガスＧの流量が制限されることによって、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に印加される電圧が変化しても、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に流れる電流が変化しない限界電流特性を示す電圧の範囲内の電圧値として設定されている。限界電流特性を示す電圧の範囲内においては、排ガスＧにおける酸素濃度の変化に伴う酸素イオンの移動量に応じた第１電流Ａ１が出力される。第１電圧Ｖ１は、例えば、０．２〜０．６Ｖの範囲内に設定することができる。
【００５５】
第２電圧印加部５１Ｂは、基準電極３１２の電位が二酸化炭素検出電極３１１Ｂの電位よりも高くなる状態で、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に第２電圧Ｖ２を印加する。第２電圧Ｖ２は、限界電流特性を示す電圧の範囲内よりも高い電圧値として設定されている。限界電流特性を示す電圧の範囲内よりも高い電圧においては、排ガスＧにおける二酸化炭素が分解され、印加する電圧が高くなるほど二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に流れる電流が多くなる。第２電圧Ｖ２は、例えば、０．８〜１．２Ｖの範囲内に設定することができる。
【００５６】
第１電流検出部５２Ａは、各電極３１１Ａ，３１２間に第１電圧Ｖ１が印加された際に、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に生じる第１電流Ａ１を検出するよう構成されている。排ガスＧにおける空燃比は、排ガスＧが、理論空燃比に対して燃料リーンな状態にあるときには、内燃機関から排気される排ガスＧの酸素濃度に応じて変化する。一方、排ガスＧにおける空燃比は、排ガスＧが、理論空燃比に対して燃料リッチな状態にあるときには、内燃機関から排気される排ガスＧの未燃ガス濃度に応じて変化する。第１電流Ａ１は、燃料リーンな状態においては、電流がゼロの状態からプラス側の電流として検出され、燃料リッチな状態においては、電流がゼロの状態からマイナス側の電流として検出される。未燃ガスとしては、炭化水素、水素、一酸化炭素等がある。
【００５７】
第２電流検出部５２Ｂは、各電極３１１Ｂ，３１２間に第２電圧Ｖ２が印加された際に、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に生じる第２電流Ａ２を検出するよう構成されている。排ガスＧにおける二酸化炭素は、燃料リーンな状態及び燃料リッチな状態のいずれにおいても検出される。
【００５８】
空燃比検出電極３１１Ａにおいては、空燃比の変化による電流が検出されるのに対し、二酸化炭素検出電極３１１Ｂにおいては、二酸化炭素濃度の変化による電流が検出されるとともに空燃比の変化による電流も検出される。そして、本形態の濃度算出部５３は、二酸化炭素検出電極３１１Ｂにおける第２電流Ａ２から空燃比検出電極３１１Ａにおける第１電流Ａ１を差し引いた補正後電流Ａ０に基づいて、排ガスＧにおける二酸化炭素の濃度を算出するよう構成されている。
【００５９】
制御ユニット５の濃度算出部５３においては、第２電流Ａ２から第２電流Ａ１が差し引かれた補正後電流Ａ０と、二酸化炭素濃度との関係が求められている。この関係は、補正後電流Ａ０と二酸化炭素濃度との関係式、関係マップ等として求めておくことができる。そして、濃度算出部５３においては、補正後電流Ａ０を算出した後、補正後電流Ａ０を関係式、関係マップ等に代入することにより、二酸化炭素濃度を算出することができる。
【００６０】
（電圧−電流曲線）
以下に示す電圧−電流曲線の説明においては、イオン伝導体３１における、排ガスＧに晒される電極３１１と、イオン伝導体３１における、基準ガスＡに晒される電極との間に印加する電圧を変化させたときに、これらの電極間に生じる電流の変化を示す。また、排ガスＧにおける二酸化炭素（ＣＯ2）濃度が、０体積％である場合、３．３体積％である場合、及び６．６体積％である場合について、電圧と電流の関係を示す。
【００６１】
（酸素濃度が０体積％である場合の電圧−電流曲線）
図５には、排ガスＧにおける酸素（Ｏ2）濃度が０（ゼロ）体積％である場合に、一対の電極間に印加される電圧と、一対の電極間から検出される電流との関係について、電圧−電流曲線によって示す。この場合に、印加される電圧が０．１５Ｖ程度〜０．７Ｖ程度であるときには、限界電流特性が得られ、検出される電流は、ほぼ０ｍＡとして一定になる。また、この場合に、二酸化炭素濃度が０体積％であるときには、検出される電流はほぼ０ｍＡである一方、印加される電圧が０．７５Ｖ程度以上であるときには、二酸化炭素濃度が高くなるにつれて、検出される電流が多くなる。
【００６２】
（酸素濃度が１．５体積％である場合の電圧−電流曲線）
また、図６には、排ガスＧにおける酸素濃度が１．５体積％である場合に、一対の電極間に印加される電圧と、一対の電極間から検出される電流との関係について、電圧−電流曲線によって示す。この場合に、印加される電圧が０．２Ｖ程度〜０．８Ｖ程度であるときには、限界電流特性が得られ、検出される電流は、ほぼ０．１２５ｍＡとして一定になる。また、この場合に、二酸化炭素濃度が０体積％であるときには、検出される電流はほぼ０．１２５ｍＡである一方、印加される電圧が０．８５Ｖ程度以上であるときには、二酸化炭素濃度が高くなるにつれて、検出される電流が多くなる。
【００６３】
（プロパン濃度が１体積％である場合の電圧−電流曲線）
また、図７には、排ガスＧにおける未燃ガスとしてのプロパン（Ｃ3Ｈ8）の濃度が１体積％である場合に、一対の電極間に印加される電圧と、一対の電極間から検出される電流との関係について、電圧−電流曲線によって示す。この場合に、印加される電圧が０．１Ｖ程度〜０．６Ｖ程度であるときには、限界電流特性が得られ、検出される電流は、−０．３ｍＡ付近としてほぼ一定になる。また、この場合に、印加される電圧が０．７Ｖ程度以上であるときには、二酸化炭素濃度が高くなるにつれて、検出される電流が多くなる。
【００６４】
（空燃比が変化した場合の二酸化炭素検出セル３Ｂにおける二酸化炭素濃度と第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２との関係）
図８には、空燃比を決定するための酸素濃度又は未燃ガス濃度が変化したときの、二酸化炭素濃度と、第２電流検出部５２Ｂによって検出される第２電流Ａ２との関係について示す。排ガスＧにおける二酸化炭素濃度は、０体積％、３．３体積％又は６．６体積％に変化させた。また、第２電圧印加部５１Ｂによって二酸化炭素検出セル３Ｂに印加する第２電圧Ｖ２は０．９Ｖとした。同図においては、酸素濃度が０体積％、換言すれば排ガスＧの空燃比が理論空燃比である場合、酸素濃度が１．５体積％、換言すれば排ガスＧの空燃比が燃料リーンの状態にある場合、又は未燃ガスとしてのプロパン濃度が１体積％、換言すれば排ガスＧの空燃比が燃料リッチの状態である場合をパラメータ（媒介変数）として、二酸化炭素濃度と第２電流Ａ２との関係を求めている。
【００６５】
同図において、酸素濃度が０体積％である場合には、第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２は、二酸化炭素濃度を示している。これに対し、酸素濃度が１．５体積％である場合には、第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２は、二酸化炭素濃度及び燃料リーン状態の空燃比を示すことによって、プラス側にシフトしている。また、プロパン濃度が１体積％である場合には、第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２は、二酸化炭素濃度及び燃料リッチ状態の空燃比を示すことによって、マイナス側にシフトしている。つまり、二酸化炭素検出セル３Ｂにおける第２電流Ａ２には、酸素濃度又はプロパン濃度による空燃比の変化を受けたオフセット電流が含まれ、この第２電流Ａ２は、空燃比の変化を受けて大きく変化する。そして、空燃比の変化が、二酸化炭素濃度を検出する際の誤差要因となることが分かる。
【００６６】
（空燃比が変化した場合の空燃比検出セル３Ａにおける二酸化炭素濃度と第１電流検出部５２Ａによる第１電流Ａ１との関係）
図９には、空燃比を決定するための酸素濃度又は未燃ガス濃度が変化したときの、二酸化炭素濃度と、第１電流検出部５２Ａによって検出される第１電流Ａ１との関係について示す。排ガスＧにおける二酸化炭素濃度は、０体積％、３．３体積％又は６．６体積％に変化させた。また、第１電圧印加部５１Ａによって二酸化炭素検出セル３Ｂに印加する第１電圧Ｖ１は０．４Ｖとした。同図においては、酸素濃度が０体積％、酸素濃度が１．５体積％である場合をパラメータとして、二酸化炭素濃度と第１電流Ａ１との関係を求めている。
【００６７】
同図においては、二酸化炭素濃度の変化によって第１電流Ａ１は変化しておらず、第１電流Ａ１は酸素濃度の変化を示している。同図において、酸素濃度が０体積％である場合には、第１電流検出部５２Ａによる第１電流Ａ１はほとんど発生していない。これに対し、酸素濃度が１．５体積％である場合には、第１電流検出部５２Ａによる第１電流Ａ１は、燃料リーン状態の空燃比を示すことによって、プラス側にシフトしている。
【００６８】
（濃度算出部５３による補正）
図１０には、濃度算出部５３によって補正後の二酸化炭素濃度を算出する場合、換言すれば、濃度算出部５３によって第２電流Ａ２から第１電流Ａ１を差し引く補正を行う場合を示す。図１０は、二酸化炭素濃度と、図８に示す二酸化炭素検出セル３Ｂにおける第２電流Ａ２から、図９に示す空燃比検出セル３Ａにおける第１電流Ａ１を差し引いた補正後電流Ａ０との関係を示す。補正後の二酸化炭素濃度は、補正後電流Ａ０によって示される。
【００６９】
図１０に示すように、濃度算出部５３によって補正を行った二酸化炭素濃度を示す補正後電流Ａ０は、二酸化炭素濃度が０体積％である場合から高くなるにつれて、二酸化炭素濃度に比例して高くなることが分かる。そして、空燃比の変化によって二酸化炭素検出セル３Ｂに生じるオフセット電流の影響が緩和され、濃度算出部５３による補正後電流Ａ０は、二酸化炭素濃度を精度よく示すことが分かる。同図においては、濃度算出部５３による補正後電流Ａ０に基づいて排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を算出する状態を矢印Ｆによって示す。
【００７０】
こうして、濃度算出部５３は、第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２から、第１電流検出部５２Ａによる第１電流Ａ１を差し引くことにより、空燃比の変化による影響を緩和して、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を精度よく算出することができる。なお、排ガスＧの空燃比が燃料リッチの状態にあり、第２電流Ａ２がマイナス側に生じるときには、第１電流Ａ１もマイナス側に生じることがある。この場合においても、第２電流Ａ２から第１電流Ａ１を差し引く際に、マイナス側へのオフセット電流の影響が緩和される。
【００７１】
（他の濃度算出部５３）
濃度算出部５３は、第１電流Ａ１をパラメータとする、第２電流Ａ２と排ガスＧにおける二酸化炭素濃度との関係が記憶された関係マップを利用することもできる。関係マップは、第１電流Ａ１の大きさに応じて、第２電流Ａ２と二酸化炭素濃度との関係グラフ、関係式等が変化するように予め求められたものとすることができる。関係マップは、第１電流Ａ１を変化させたときの、第２電流Ａ２と二酸化炭素濃度との関係として測定を行って求めることができる。この場合には、濃度算出部５３は、第１電流検出部５２Ａによる第１電流Ａ１及び第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２を関係マップに照合し、関係マップに基づいて排ガスＧにおける二酸化炭素の濃度を算出する。
【００７２】
図１１には、第１電流Ａ１をパラメータとして、第２電流Ａ２に基づいて二酸化炭素濃度を求める関係マップＭ１の一例を示す。同図においては、空燃比による第１電流Ａ１が０ｍＡ、０．１２ｍＡ、−０．１８ｍＡのそれぞれの場合についての関係ラインを示す。この関係ラインは、第１電流Ａ１が取り得る各値において、段階的に定めることができる。パラメータとなる第１電流Ａ１の値を、より細かく段階的に設定することにより、濃度算出部５３による二酸化炭素濃度の算出精度を向上させることができる。なお、関係マップＭ１は、第１電流Ａ１及び第２電流Ａ２を変数として、二酸化炭素濃度を算出する関係式等によって構成することもできる。
【００７３】
（二酸化炭素濃度の検出方法）
図１２に示すように、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度の検出を行う際には、センサコントロールユニット５０は、発熱体３４に通電を行って、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２及びイオン伝導体３１が活性温度に維持されるように、これらを加熱する（ステップＳ１）。次いで、センサコントロールユニット５０は、第１電圧印加部５１Ａによって、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間（空燃比検出セル３Ａ）に第１電圧Ｖ１を印加するとともに、第２電圧印加部５１Ｂによって、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間（二酸化炭素検出セル３Ｂ）に第２電圧Ｖ２を印加する（ステップＳ２）。このとき、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間には、排ガスＧにおける空燃比に応じた電流が生じる。また、このとき、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間には、排ガスＧにおける空燃比及び二酸化炭素濃度に応じた電流が生じる。また、センサコントロールユニット５０は、第１電圧印加部５１Ａによる第１電圧Ｖ１の印加、及び第２電圧印加部５１Ｂによる第２電圧Ｖ２の印加を継続する。
【００７４】
次いで、第１電流検出部５２Ａによって、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間（空燃比検出セル３Ａ）に生じる第１電流Ａ１を検出するとともに、第２電流検出部５２Ｂによって、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間（二酸化炭素検出セル３Ｂ）に生じる第２電流Ａ２を検出する（ステップＳ３）。第１電流Ａ１は、空燃比の変化に応じて変化し、第２電流Ａ２は、空燃比及び二酸化炭素濃度の変化に応じて変化する。次いで、濃度算出部５３は、第２電流Ａ２から第１電流Ａ１を差し引いた補正後電流Ａ０に基づいて、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を算出する（ステップＳ４）。これにより、空燃比の変化が二酸化炭素濃度に及ぼす影響を緩和するように補正することができる。
【００７５】
その後、二酸化炭素濃度の検出を停止する旨の信号がエンジンコントロールユニット５５からセンサコントロールユニット５０に送られるまでは（ステップＳ５）、ステップＳ３及びステップＳ４が繰り返される。
【００７６】
（作用効果）
本形態の二酸化炭素検出装置１においては、電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２間に印加する電圧の値に工夫をし、被毒しやすい性質を有する金属炭酸塩を電極３１１Ｂに用いることなく、二酸化炭素濃度の検出を可能にしている。具体的には、排ガスＧにおける空燃比を検出する場合に空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に印加する限界電流特性を示す電圧の範囲内よりも高い第２電圧Ｖ２を二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に印加し、この電極３１１Ｂ，３１２間に流れる第２電流Ａ２に基づいて排ガスＧに含まれる二酸化炭素を検出する。また、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に流れる第２電流Ａ２には、排ガスＧにおける空燃比に応じて変化する電流も含まれる。そこで、濃度算出部５３によって、二酸化炭素濃度及び空燃比を示す第２電流Ａ２から、空燃比を示す第１電流Ａ１を差し引いて、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を算出する。第２電流Ａ２から第１電流Ａ１を差し引くことにより、空燃比の変化が二酸化炭素濃度の検出に与える影響を緩和することができる。
【００７７】
そのため、本形態の二酸化炭素検出装置１においては、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に生じる第２電流Ａ２を、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に生じる第１電流Ａ１を用いて補正し、二酸化炭素濃度の検出に空燃比の変化が与える影響を加味して、精度よく二酸化炭素濃度を検出することができる。また、二酸化炭素検出電極３１１Ｂに金属炭酸塩を用いる必要がなく、二酸化炭素検出電極３１１Ｂには、酸素分子を分解する触媒となる一般的な貴金属材料を用いることができる。
【００７８】
それ故、本形態の二酸化炭素検出装置１によれば、二酸化炭素の検出精度を高く維持することができる。
【００７９】
＜実施形態２＞
本形態の二酸化炭素検出装置１は、図１３〜図１５に示すように、センサ素子２及び制御ユニット５の構成が実施形態１の場合と異なるものである。本形態のセンサ素子２は、ガス室３５内に配置された状態でイオン伝導体３１の第１主面３０１に設けられた検出電極３１１と、イオン伝導体３１の第２主面３０２に設けられた基準電極３１２とを有する。検出電極３１１及び基準電極３１２は、異なるタイミングで空燃比又は二酸化炭素濃度を検出するために用いる。検出電極３１１、基準電極３１２、及びこれらの電極３１１，３１２の間に挟まれたイオン伝導体３１の部分によって、検出セル３が形成されている。本形態のセンサ素子２のイオン伝導体３１、ガス室３５、基準ガスダクト３６、発熱体３４、絶縁体３３Ａ，３３Ｂの構成は、実施形態１の場合と同様である。
【００８０】
図１３及び図１４に示すように、本形態の制御ユニット５は、空燃比及び二酸化炭素濃度の検出に共通して用いられる電圧印加部５１及び電流検出部５２を有する。電圧印加部５１は、検出電極３１１と基準電極３１２との間に、排ガスＧにおける空燃比を検出するための第１電圧Ｖ１と、第１電圧Ｖ１よりも高く、排ガスＧに含まれる二酸化炭素を検出するための第２電圧Ｖ２とを異なるタイミングで印加するよう構成されている。電流検出部５２は、検出電極３１１と基準電極３１２との間に第１電圧Ｖ１が印加されたときに、検出電極３１１と基準電極３１２との間に生じる第１電流Ａ１を検出するとともに、検出電極３１１と基準電極３１２との間に第２電圧Ｖ２が印加されたときに、検出電極３１１と基準電極３１２との間に生じる第２電流Ａ２を検出するよう構成されている。
【００８１】
電圧印加部５１による第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、実施形態１の場合と同様である。濃度算出部５３は、実施形態１の場合と同様に、第２電流Ａ２から第１電流Ａ１を差し引いた値に基づいて二酸化炭素の濃度を算出する。
【００８２】
電圧印加部５１によって、検出電極３１１と基準電極３１２との間に第１電圧Ｖ１を印加する時期と、検出電極３１１と基準電極３１２との間に第２電圧Ｖ２を印加する時期とは、検出誤差を小さくするために、電圧の切り換えの制御が可能な範囲で極力近くすることが好ましい。電流検出部５２は、検出電極３１１と基準電極３１２との間に生じる電流を継続して検出する構成とすることができる。そして、電流検出部５２は、第１電圧Ｖ１又は第２電圧Ｖ２が印加された時点の電流値を、第１電流Ａ１及び第２電流Ａ２として読み取ることができる。
【００８３】
（二酸化炭素濃度の検出方法）
図１６に示すように、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度の検出を行う際には、センサコントロールユニット５０は、発熱体３４に通電を行って、各電極３１１，３１２及びイオン伝導体３１が活性温度に維持されるように、これらを加熱する（ステップＳ１１）。次いで、センサコントロールユニット５０は、電圧印加部５１によって、検出電極３１１と基準電極３１２との間（検出セル３）に第１電圧Ｖ１を印加し、電流検出部５２によって、検出電極３１１と基準電極３１２との間（検出セル３）に生じる第１電流Ａ１を検出する（ステップＳ１２）。第１電流Ａ１は、排ガスＧにおける空燃比に応じた値として検出される。
【００８４】
次いで、センサコントロールユニット５０は、電圧印加部５１によって、検出電極３１１と基準電極３１２との間に第２電圧Ｖ２を印加し、電流検出部５２によって、検出電極３１１と基準電極３１２との間に生じる第２電流Ａ２を検出する（ステップＳ１３）。第２電流Ａ２は、排ガスＧにおける空燃比及び排ガスＧに含まれる二酸化炭素の量に応じた値として検出される。
【００８５】
次いで、濃度算出部５３は、第２電流Ａ２から第１電流Ａ１を差し引いた補正後電流Ａ０に基づいて、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を算出する（ステップＳ１４）。これにより、空燃比の変化が二酸化炭素濃度に及ぼす影響を緩和するように補正して、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を算出することができる。その後、二酸化炭素濃度の検出を停止する旨の信号がエンジンコントロールユニット５５からセンサコントロールユニット５０としての制御ユニット５に送られるまでは（ステップＳ１５）、ステップＳ１２〜ステップＳ１４が繰り返される。
【００８６】
（作用効果）
本形態の二酸化炭素検出装置１においては、使用する電極３１１，３１２、電圧印加部５１及び電流検出部５２の数を減らすことができる。そして、二酸化炭素検出装置１のセンサ素子２及び制御ユニット５の構成を簡単にすることができる。本形態の二酸化炭素検出装置１によっても、実施形態１の二酸化炭素検出装置１と同様にして、二酸化炭素の検出精度を高く維持することができる。
【００８７】
本形態の二酸化炭素検出装置１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。
【００８８】
＜実施形態３＞
本形態の二酸化炭素検出装置１は、図１７〜図１９に示すように、二酸化炭素濃度の検出において、空燃比の変化を加味した補正を行うだけでなく、排ガスＧに含まれる水（Ｈ2Ｏ）濃度の変化も加味した補正も行う。センサ素子２及び制御ユニット５の主な構成は、実施形態１における構成に対して、水濃度を検出するための構成が追加されたものである。
【００８９】
本形態のセンサ素子２は、実施形態１に示したイオン伝導体３１、ガス室３５、基準ガスダクト３６、空燃比検出電極３１１Ａ、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ、基準電極３１２及び第１、第２絶縁体３３Ａ，３３Ｂの他に、プロトン伝導体４１、参照ガスダクト３７、水検出電極４１１、参照電極４１２及び第３絶縁体３３Ｃを有する。
【００９０】
図１７及び図１８に示すように、プロトン伝導体４１は、水素プロトン（Ｈ+）を伝導させるものである。プロトン伝導体４１は、イオン伝導体３１の第１主面３０１に積層された第１絶縁体３３Ａを介してイオン伝導体３１に積層されている。本形態のガス室３５は、イオン伝導体３１とプロトン伝導体４１との間に挟まれて形成されている。水検出電極４１１は、ガス室３５内に配置された状態でプロトン伝導体４１の第３主面４０１に設けられ、排ガスＧに含まれる水を検出するためのものである。参照電極４１２は、プロトン伝導体４１の、第３主面４０１の反対側に位置する第４主面４０２に設けられている。
【００９１】
プロトン伝導体４１は、板形状に形成されており、第３主面４０１及び第４主面４０２は、プロトン伝導体４１における最も面積が大きな表面のことをいう。参照ガスダクト３７は、プロトン伝導体４１の、第４主面４０２に積層された第３絶縁体３３Ｃにおいて、第４主面４０２に隣接して形成されている。参照ガスダクト３７には、大気等の基準ガスＡが導入される。
【００９２】
プロトン伝導体４１は、ペロブスカイト型酸化物によって構成することができる。ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、ＹやＹｂ等の希土類元素がドープされたジルコン酸ストロンチウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸バリウム、セリウム酸ストロンチウム、セリウム酸カルシウム、セリウム酸バリウム等がある。プロトン伝導体４１は、所定の温度において水素プロトンを伝導するよう活性化される。
【００９３】
水検出電極４１１及び参照電極４１２は、例えば、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ等の貴金属、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等の金属の少なくとも一種によって構成することができる。
【００９４】
本形態のセンサ素子２においては、水検出電極４１１、参照電極４１２、及びこれらの電極４１１，４１２の間に挟まれたプロトン伝導体４１の部分によって、水濃度を検出する水検出セル４が形成されている。また、センサ素子２においては、実施形態１の場合と同様に、空燃比検出セル３Ａ及び二酸化炭素検出セル３Ｂが形成されている。
【００９５】
本形態の発熱体３４は、イオン伝導体３１に設けられた各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２及びイオン伝導体３１における、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２に挟まれた部分を加熱するとともに、プロトン伝導体４１に設けられた各電極４１１，４１２及びプロトン伝導体４１における、各電極４１１，４１２に挟まれた部分を加熱する。
【００９６】
図１７及び図１８に示すように、本形態の制御ユニット５は、第１電圧印加部５１Ａ、第２電圧印加部５１Ｂ、第１電流検出部５２Ａ、第２電流検出部５２Ｂ及び濃度算出部５３の他に、第３電圧印加部５１Ｃ及び第３電流検出部５２Ｃを有する。第３電圧印加部５１Ｃは、水検出電極４１１と参照電極４１２との間に第１電圧Ｖ１よりも高い第３電圧Ｖ３を印加するよう構成されている。第３電流検出部５２Ｃは、水検出電極４１１と参照電極４１２との間に生じる第３電流Ａ３を検出するよう構成されている。本形態の濃度算出部５３は、第２電流Ａ２を第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３によって補正することを利用して、排ガスＧにおける二酸化炭素の濃度を算出するよう構成されている。
【００９７】
第３電圧印加部５１Ｃは、参照電極４１２の電位が水検出電極４１１の電位よりも高くなる状態で、水検出電極４１１と参照電極４１２との間に第３電圧Ｖ３を印加する。第３電圧Ｖ３は、限界電流特性を示す電圧の範囲内よりも高い電圧値として設定されている。限界電流特性を示す電圧の範囲内よりも高い電圧においては、排ガスＧにおける水が分解され、印加する電圧が高くなるほど水検出電極４１１と参照電極４１２との間に流れる電流が多くなる。第３電圧Ｖ３は、例えば、０．８〜１．２Ｖの範囲内に設定することができる。
【００９８】
第３電流検出部５２Ｃは、電極４１１，４１２間に第３電圧Ｖ３が印加された際に、水検出電極４１１と参照電極４１２との間に生じる第３電流Ａ３を検出するよう構成されている。第３電流Ａ３は、プラス側に増加する電流として検出される。
【００９９】
水検出電極４１１においては、水濃度の変化による電流が検出されるのに対し、二酸化炭素検出電極３１１Ｂにおいては、二酸化炭素濃度の変化による電流が検出されるとともに空燃比及び水濃度の変化による電流も検出される。そして、本形態の濃度算出部５３は、二酸化炭素検出電極３１１Ｂにおける第２電流Ａ２から、空燃比検出電極３１１Ａにおける第１電流Ａ１及び水検出電極４１１における第３電流Ａ３を差し引いた補正後電流Ａ０に基づいて、排ガスＧにおける二酸化炭素の濃度を算出するよう構成されている。
【０１００】
（電圧−電流曲線）
本形態の電圧−電流曲線の説明においても、イオン伝導体３１における、排ガスＧに晒される電極と、イオン伝導体３１における、基準ガスＡに晒される電極との間に印加する電圧を変化させたときに、これらの電極間に生じる電流の変化を示す。また、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度が、０体積％である場合、３．３体積％である場合、及び６．６体積％である場合について、電圧と電流の関係を示す。
【０１０１】
（水濃度が１０体積％である場合の電圧−電流曲線）
図２０には、排ガスＧにおける水濃度が１０体積％である場合に、一対の電極間に印加される電圧と、一対の電極間から検出される電流との関係について、電圧−電流曲線によって示す。この場合に、印加される電圧が０．１５Ｖ程度〜０．６５Ｖ程度であるときには、限界電流特性が得られ、検出される電流は、ほぼ０ｍＡとして一定になる。また、この場合に、印加される電圧が０．７Ｖ程度以上であるときには、二酸化炭素濃度が高くなるにつれて、検出される電流が多くなる。なお、排ガスＧにおける酸素濃度は０体積％としている。
【０１０２】
（水濃度が変化した場合の二酸化炭素検出セル３Ｂにおける二酸化炭素濃度と第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２との関係）
図２１には、排ガスＧにおける水濃度が変化したときの、二酸化炭素濃度と、第２電流検出部５２Ｂによって検出される第２電流Ａ２との関係について示す。排ガスＧにおける二酸化炭素濃度は、０体積％、３．３体積％又は６．６体積％に変化させた。また、第２電圧印加部５１Ｂによって二酸化炭素検出セル３Ｂに印加する第２電圧Ｖ２は０．９Ｖとした。同図においては、水濃度が０体積％、又は水濃度が１０体積％である場合をパラメータ（媒介変数）として、二酸化炭素濃度と第２電流Ａ２との関係を求めている。なお、排ガスＧにおける酸素濃度は０体積％としている。
【０１０３】
同図において、水濃度が０体積％である場合には、第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２は、二酸化炭素濃度を示している。これに対し、水濃度が１０体積％である場合には、第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２は、二酸化炭素濃度及び水濃度を示すことによって、電流がゼロの状態からプラス側にシフトしている。つまり、二酸化炭素検出セル３Ｂにおける第２電流Ａ２には、水濃度の変化を受けたオフセット電流が含まれ、この第２電流Ａ２は、水濃度の変化を受けて大きく変化する。そして、水濃度の変化が、二酸化炭素濃度を検出する際の誤差要因となることが分かる。
【０１０４】
（水濃度が変化した場合の水検出セル４における二酸化炭素濃度と第３電流検出部５２Ｃによる第３電流Ａ３との関係）
図２２には、排ガスＧにおける水濃度が変化したときの、二酸化炭素濃度と、第３電流検出部５２Ｃによって検出される第３電流Ａ３との関係について示す。排ガスＧにおける二酸化炭素濃度は、０体積％、３．３体積％又は６．６体積％に変化させた。また、第３電圧印加部５１Ｃによって水検出セル４に印加する第３電圧Ｖ３は０．９Ｖとした。同図においては、水濃度が０体積％又は１０体積％である場合をパラメータとして、二酸化炭素濃度と第３電流Ａ３との関係を求めている。なお、排ガスＧにおける酸素濃度は０体積％としている。
【０１０５】
同図においては、二酸化炭素濃度の変化によって第３電流Ａ３は変化しておらず、第３電流Ａ３は水濃度の変化を示している。同図において、水濃度が０体積％である場合には、第３電流検出部５２Ｃによる第３電流Ａ３はほとんど発生していない。これに対し、水濃度が１０体積％である場合には、第３電流検出部５２Ｃによる第３電流Ａ３は、水濃度を示すことによって、電流がゼロの状態からプラス側にシフトしている。つまり、水検出セル４における第３電流Ａ３は、水濃度の変化を受けて変化する。
【０１０６】
（濃度算出部５３による補正）
図２３には、濃度算出部５３によって補正後の二酸化炭素濃度を算出する場合、換言すれば、濃度算出部５３によって第２電流Ａ２から第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３を差し引く補正を行う場合を示す。図２３は、排ガスＧにおける酸素濃度が０体積％である場合において、二酸化炭素濃度と、図２１に示す二酸化炭素検出セル３Ｂにおける第２電流Ａ２から、図２２に示す水検出セル４における第３電流Ａ３を差し引いた補正後電流Ａ０との関係を示す。補正後の二酸化炭素濃度は、補正後電流Ａ０によって示される。
【０１０７】
なお、排ガスＧにおける空燃比が変化する場合には、濃度算出部５３による補正後電流Ａ０は、第２電流Ａ２から、第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３が差し引かれた値として示される。
【０１０８】
図２３に示すように、濃度算出部５３によって水濃度について補正を行った二酸化炭素濃度を示す補正後電流Ａ０は、二酸化炭素濃度が０体積％である場合から高くなるにつれて、二酸化炭素濃度に比例して高くなることが分かる。そして、水濃度の変化によって二酸化炭素検出セル３Ｂに生じるオフセット電流の影響が緩和され、濃度算出部５３による補正後電流Ａ０は、二酸化炭素濃度を精度よく示すことが分かる。
【０１０９】
こうして、濃度算出部５３は、第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２から、第１電流検出部５２Ａによる第１電流Ａ１及び第３電流検出部５２Ｃによる第３電流Ａ３を差し引くことにより、空燃比の変化及び水濃度の変化による影響を緩和して、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を精度よく算出することができる。
【０１１０】
第２電圧印加部５１Ｂによる第２電圧Ｖ２と第３電圧印加部５１Ｃによる第３電圧Ｖ３とは同じにすることができる。これにより、第２電流検出部５２Ｂによって検出される第２電流Ａ２を、空燃比を示す第１電流Ａ１及び水濃度を示す第３電流Ａ３によって適切に補正することができる。
【０１１１】
（他の濃度算出部５３）
濃度算出部５３は、第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３をパラメータとする、第２電流Ａ２と排ガスＧにおける二酸化炭素濃度との関係が記憶された関係マップを利用することもできる。関係マップは、第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３の大きさに応じて、第２電流Ａ２と二酸化炭素濃度との関係グラフ、関係式等が変化するように予め求められたものである。関係マップは、第１電流Ａ１を変化させたときの第２電流Ａ２と二酸化炭素濃度との関係の測定、及び第３電流Ａ３を変化させたときの第２電流Ａ２と二酸化炭素濃度との関係の測定を行い、これらの測定結果を複合して求めることができる。この場合には、濃度算出部５３は、第１電流検出部５２Ａによる第１電流Ａ１、第２電流検出部５２Ｂによる第２電流Ａ２及び第３電流検出部５２Ｃによる第３電流Ａ３を関係マップに照合し、関係マップに基づいて排ガスＧにおける二酸化炭素の濃度を算出する。
【０１１２】
図２４には、第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３をパラメータとして、第２電流Ａ２に基づいて二酸化炭素濃度を求める関係マップＭ２の一例を示す。パラメータとなる第１電流Ａ１の値及び第３電流Ａ３の値を、より細かく段階的に設定することにより、濃度算出部５３による二酸化炭素濃度の算出精度を向上させることができる。なお、関係マップＭ２は、第１電流Ａ１、第２電流Ａ２及び第３電流Ａ３を変数として、二酸化炭素濃度を算出する関係式等によって構成することもできる。
【０１１３】
（二酸化炭素濃度の検出方法）
図２５に示すように、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度の検出を行う際には、センサコントロールユニット５０は、発熱体３４に通電を行って、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２，４１１，４１２、イオン伝導体３１及びプロトン伝導体４１が活性温度に維持されるように、これらを加熱する（ステップＳ２１）。次いで、センサコントロールユニット５０は、第１電圧印加部５１Ａによって、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間（空燃比検出セル３Ａ）に第１電圧Ｖ１を印加するとともに、第２電圧印加部５１Ｂによって、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間（二酸化炭素検出セル３Ｂ）に第２電圧Ｖ２を印加し、かつ第３電圧印加部５１Ｃによって、水検出電極４１１と参照電極４１２との間（水検出セル４）に第３電圧Ｖ３を印加する（ステップＳ２２）。このとき、水検出電極４１１と参照電極４１２との間には、排ガスＧにおける水濃度に応じた電流が生じる。また、センサコントロールユニット５０は、第１電圧印加部５１Ａによる第１電圧Ｖ１の印加、第２電圧印加部５１Ｂによる第２電圧Ｖ２の印加、及び第３電圧印加部５１Ｃによる第３電圧Ｖ３の印加を継続する。
【０１１４】
次いで、センサコントロールユニット５０は、第１電流検出部５２Ａによって、空燃比検出電極３１１Ａと基準電極３１２との間に生じる第１電流Ａ１を検出するとともに、第２電流検出部５２Ｂによって、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に生じる第２電流Ａ２を検出し、かつ第３電流検出部５２Ｃによって、水検出電極４１１と参照電極４１２との間に生じる第３電流Ａ３を検出する（ステップＳ２３）。第１電流Ａ１は、空燃比の変化に応じて変化し、第２電流Ａ２は、空燃比、水濃度及び二酸化炭素濃度の変化に応じて変化し、第３電流Ａ３は、水濃度の変化に応じて変化する。次いで、センサコントロールユニット５０の濃度算出部５３は、第２電流Ａ２から第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３を差し引いた補正後電流Ａ０に基づいて、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を算出する（ステップＳ２４）。これにより、空燃比の変化及び水濃度の変化が二酸化炭素濃度に及ぼす影響を緩和するように補正することができる。
【０１１５】
その後、二酸化炭素濃度の検出を停止する旨の信号がエンジンコントロールユニット５５からセンサコントロールユニット５０としての制御ユニット５に送られるまでは（ステップＳ２５）、ステップＳ２３及びステップＳ２４が繰り返される。
【０１１６】
（作用効果）
本形態の二酸化炭素検出装置１においても、電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２，４１１，４１２間に印加する電圧の値に工夫をし、被毒しやすい性質を有する金属炭酸塩を電極３１１Ｂに用いることなく、二酸化炭素濃度の検出を可能にしている。
【０１１７】
二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に流れる第２電流Ａ２には、排ガスＧにおける空燃比に応じて変化する電流、及び排ガスＧにおける水濃度に応じて変化する電流も含まれる。そこで、濃度算出部５３によって、二酸化炭素濃度、空燃比及び水濃度を示す第２電流Ａ２から、空燃比を示す第１電流Ａ１及び水濃度を示す第３電流Ａ３を差し引いて、排ガスＧにおける二酸化炭素の濃度を算出する。第２電流Ａ２から第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３を差し引くことにより、空燃比の変化及び水濃度の変化が二酸化炭素濃度の検出に与える影響を緩和することができる。
【０１１８】
そのため、本形態の二酸化炭素検出装置１においては、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと基準電極３１２との間に生じる第２電流Ａ２を、第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３を用いて補正し、二酸化炭素濃度の検出に空燃比の変化及び水濃度の変化が与える影響を加味して、精度よく二酸化炭素濃度を検出することができる。また、二酸化炭素検出電極３１１Ｂに金属炭酸塩を用いる必要がなく、二酸化炭素検出電極３１１Ｂに、酸素分子を分解する触媒となる一般的な金属材料を用いることができる。
【０１１９】
それ故、本形態の二酸化炭素検出装置１によれば、二酸化炭素の検出精度をさらに高く維持することができる。
【０１２０】
本形態の二酸化炭素検出装置１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１，２の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１，２に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１，２の場合と同様である。
【０１２１】
＜実施形態４＞
本形態の二酸化炭素検出装置１は、図２６〜図２８に示すように、センサ素子２及び制御ユニット５の構成が実施形態３の場合と異なるものである。本形態のセンサ素子２は、実施形態２の場合と同様に、ガス室３５内に配置された状態でイオン伝導体３１の第１主面３０１に設けられた検出電極３１１と、イオン伝導体３１の第２主面３０２に設けられた基準電極３１２とを有する。検出電極３１１及び基準電極３１２は、異なるタイミングで空燃比又は二酸化炭素濃度を検出するために用いる。本形態のセンサ素子２のイオン伝導体３１、ガス室３５、基準ガスダクト３６、発熱体３４、絶縁体３３Ａ，３３Ｂ、３３Ｃの構成は、実施形態１，３の場合と同様であり、プロトン伝導体４１、水検出電極４１１及び参照電極４１２の構成は、実施形態３の場合と同様である。
【０１２２】
図２６及び図２７に示すように、本形態の制御ユニット５は、実施形態３における第１電圧印加部５１Ａ、第２電圧印加部５１Ｂ、第１電流検出部５２Ａ、第２電流検出部５２Ｂ、第３電圧印加部５１Ｃ及び第３電流検出部５２Ｃの代わりに、イオン電圧印加部５１Ｄ、プロトン電圧印加部５１Ｅ、イオン電流検出部５２Ｄ及びプロトン電流検出部５２Ｅを有する。イオン電圧印加部５１Ｄの構成は、実施形態２の電圧印加部５１の構成と同様であり、イオン電流検出部５２Ｄの構成は、実施形態２の電流検出部５２の構成と同様である。プロトン電圧印加部５１Ｅの構成は、実施形態３の第３電圧印加部５１Ｃの構成と同様であり、プロトン電流検出部５２Ｅの構成は、実施形態３の第３電流検出部５２Ｃの構成と同様である。また、本形態の制御ユニット５は、実施形態３に示した濃度算出部５３と同様の構成の濃度算出部５３を有する。
【０１２３】
また、イオン電圧印加部５１Ｄ及びイオン電流検出部５２Ｄの動作は、実施形態２の電圧印加部５１及び電流検出部５２の動作と同様である。プロトン電圧印加部５１Ｅ及びプロトン電流検出部５２Ｅの動作は、実施形態３の第３電圧印加部５１Ｃ及び第３電流検出部５２Ｃの動作と同様である。
【０１２４】
（二酸化炭素濃度の検出方法）
図２９に示すように、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度の検出を行う際には、センサコントロールユニット５０は、発熱体３４に通電を行って、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２，４１１，４１２、イオン伝導体３１及びプロトン伝導体４１が活性温度に維持されるように、これらを加熱する（ステップＳ３１）。次いで、センサコントロールユニット５０は、イオン電圧印加部５１Ｄによって、検出電極３１１と基準電極３１２との間（検出セル３）に第１電圧Ｖ１を印加し、イオン電流検出部５２Ｄによって、検出電極３１１と基準電極３１２との間に生じる第１電流Ａ１を検出する（ステップＳ３２）。第１電流Ａ１は、排ガスＧにおける空燃比に応じた値として検出される。
【０１２５】
次いで、センサコントロールユニット５０は、イオン電圧印加部５１Ｄによって、検出電極３１１と基準電極３１２との間（検出セル３）に第２電圧Ｖ２を印加し、イオン電流検出部５２Ｄによって、検出電極３１１と基準電極３１２との間に生じる第２電流Ａ２を検出する（ステップＳ３３）。第２電流Ａ２は、排ガスＧにおける空燃比、排ガスＧに含まれる二酸化炭素の量、及び排ガスＧにおける水の量に応じた値として検出される。
【０１２６】
また、イオン電圧印加部５１Ｄによって、検出電極３１１と基準電極３１２との間に第１電圧Ｖ１又は第２電圧Ｖ２を印加する際には、プロトン電圧印加部５１Ｅによって、水検出電極４１１と参照電極４１２との間（水検出セル４）に第３電圧Ｖ３を印加し、プロトン電流検出部５２Ｅによって、水検出電極４１１と参照電極４１２との間に生じる第３電流Ａ３を検出する（ステップＳ３４）。
【０１２７】
次いで、センサコントロールユニット５０の濃度算出部５３は、第２電流Ａ２から第１電流Ａ１及び第３電流Ａ３を差し引くことによって、空燃比の変化及び水濃度の変化が二酸化炭素濃度に及ぼす影響を緩和するように補正して、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を算出する（ステップＳ３５）。その後、二酸化炭素濃度の検出を停止する旨の信号がエンジンコントロールユニット５５からセンサコントロールユニット５０としての制御ユニット５に送られるまでは（ステップＳ３６）、ステップＳ３２〜ステップＳ３５が繰り返される。
【０１２８】
（作用効果）
本形態の二酸化炭素検出装置１においては、使用する電極３１１，３１２，４１１，４１２、電圧印加部５１Ｄ，５１Ｅ及び電流検出部５２Ｄ，５２Ｅの数を減らすことができる。そして、実施形態３の場合と比べて、二酸化炭素検出装置１のセンサ素子２及び制御ユニット５の構成を簡単にすることができる。本形態の二酸化炭素検出装置１によっても、実施形態３の二酸化炭素検出装置１と同様にして、二酸化炭素の検出精度をさらに高く維持することができる。
【０１２９】
本形態の二酸化炭素検出装置１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１〜３の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１〜３に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１〜３の場合と同様である。
【０１３０】
＜実施形態５＞
本形態は、図３０及び図３１に示すように、２つのイオン伝導体３１Ａ，３１Ｂを有するとともに基準ガスダクト３６を有しないセンサ素子２を用いて、二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素検出装置１を構成する場合について示す。本形態のセンサ素子２は、空燃比検出電極３１１Ａ及び二酸化炭素検出電極３１１Ｂが設けられた第１イオン伝導体３１Ａと、起電力検出電極３１１Ｃが設けられた第２イオン伝導体３１Ｂとを有する。第１イオン伝導体３１Ａと第２イオン伝導体３１Ｂとの間には、拡散抵抗部３２を介して排ガスＧが導入されるガス室３５が形成されている。空燃比検出電極３１１Ａ及び二酸化炭素検出電極３１１Ｂと起電力検出電極３１１Ｃとは、ガス室３５内に配置されている。
【０１３１】
第１イオン伝導体３１Ａにおける、空燃比検出電極３１１Ａ及び二酸化炭素検出電極３１１Ｂが設けられた表面と反対側の表面には、排ガスＧに晒される対向電極３１２Ａが設けられている。絶縁体３３には、対向電極３１２Ａの表面を覆う状態で多孔質層３８が設けられている。第２イオン伝導体３１Ｂにおける、起電力検出電極３１１Ｃが設けられた表面と反対側の表面には、絶縁体３３内に埋設された対向電極３１２Ｃが設けられている。
【０１３２】
空燃比検出電極３１１Ａと対向電極３１２Ａとの間には、第１電圧印加部５１Ａによって第１電圧Ｖ１が印加され、第１イオン伝導体３１Ａを介して空燃比検出電極３１１Ａと対向電極３１２Ａとの間に流れる第１電流Ａ１が第１電流検出部５２Ａによって検出される。また、二酸化炭素検出電極３１１Ｂと対向電極３１２Ａとの間には、第２電圧印加部５１Ｂによって第２電圧Ｖ２が印加され、第１イオン伝導体３１Ａを介して二酸化炭素検出電極３１１Ｂと対向電極３１２Ａとの間に流れる第２電流Ａ２が第２電流検出部５２Ｂによって検出される。
【０１３３】
起電力検出電極３１１Ｃと対向電極３１２Ｃとの間には、起電力検出電極３１１Ｃと対向電極３１２Ｃとの間に生じる起電力Ｅを検出するための起電力検出部５４が接続されている。本形態のセンサコントロールユニット５０においては、起電力検出部５４によって検出される起電力（電圧）がストイキ（理論空燃比）を示す電圧になるように、第１電圧印加部５１Ａによる第１電圧Ｖ１を調整して、第１電流検出部５２Ａによって検出される第１電流Ａ１を制御する。そして、濃度算出部５３は、第２電流Ａ２から第１電流Ａ１を差し引いた補正後電流Ａ０に基づいて、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を算出する。
【０１３４】
また、空燃比検出電極３１１Ａ、対向電極３１２Ａ、及びこれらの電極３１１Ａ，３１２Ａの間に挟まれた第１イオン伝導体３１Ａの部分によって、空燃比を検出するための空燃比検出セル３Ａが形成されている。また、二酸化炭素検出電極３１１Ｂ、対向電極３１２Ａ、及びこれらの電極３１１Ｂ，３１２Ａの間に挟まれた第１イオン伝導体３１Ａの部分によって、二酸化炭素濃度を検出するための二酸化炭素検出セル３Ｂが形成されている。また、起電力検出電極３１１Ｃ、対向電極３１２Ｃ、及びこれらの電極３１１Ｃ，３１２Ｃの間に挟まれた第２イオン伝導体３１Ｂの部分によって、起電力Ｅを検出するための起電力検出セル３Ｃが形成されている。
【０１３５】
本形態の二酸化炭素検出装置１においても、実施形態１の場合と同様にして、排ガスＧにおける空燃比の変化による影響を緩和して、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を精度よく検出することができる。
【０１３６】
本形態の二酸化炭素検出装置１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。
【０１３７】
また、本形態の二酸化炭素検出装置１においても、実施形態２の場合と同様に、空燃比検出電極３１１Ａと二酸化炭素検出電極３１１Ｂとを検出電極３１１として共通化し、検出電極３１１と対向電極３１２Ａとの間に印加する電圧を、電圧印加部５１によって第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とに可変させることができる。また、本形態の二酸化炭素検出装置１においても、実施形態２の場合と同様に、第１電流検出部５２Ａと第２電流検出部５２Ｂとを電流検出部５２として共通化し、電流検出部５２によって、第１電圧Ｖ１が印加されたときの第１電流Ａ１と、第２電圧Ｖ２が印加されたときの第２電流Ａ２とを検出することができる。
【０１３８】
また、本形態の二酸化炭素検出装置１においても、実施形態３，４の場合と同様に、プロトン伝導体４１、水検出電極４１１、参照電極４１２、第３電圧印加部５１Ｃ（プロトン電圧印加部５１Ｅ）、第３電流検出部５２Ｃ（プロトン電流検出部５２Ｅ）等を設けることができる。そして、排ガスＧにおける空燃比の変化及び排ガスＧにおける水濃度の変化による影響を緩和して、排ガスＧにおける二酸化炭素濃度を精度よく検出することができる。
【０１３９】
本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【０１４０】
１  二酸化炭素検出装置
２  センサ素子
３１  イオン伝導体
３１１Ａ  空燃比検出電極
３１１Ｂ  二酸化炭素検出電極
３１２，３１２Ａ  基準電極（対向電極）
４１  プロトン伝導体
４１１  水検出電極
４１２  参照電極
５  制御ユニット
【図１】
2020067432.tif 000003
【図２】
2020067432.tif 000004
【図３】
2020067432.tif 000005
【図４】
2020067432.tif 000006
【図５】
2020067432.tif 000007
【図６】
2020067432.tif 000008
【図７】
2020067432.tif 000009
【図８】
2020067432.tif 000010
【図９】
2020067432.tif 000011
【図１０】
2020067432.tif 000012
【図１１】
2020067432.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2020067432.tif 000015
【図１４】
2020067432.tif 000016
【図１５】
2020067432.tif 000017
【図１６】
2020067432.tif 000018
【図１７】
2020067432.tif 000019
【図１８】
2020067432.tif 000020
【図１９】
2020067432.tif 000021
【図２０】
2020067432.tif 000022
【図２１】
2020067432.tif 000023
【図２２】
2020067432.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2020067432.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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