(57)【要約】【課題】より高い精度で特定のガス成分の濃度を検出することが可能なガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサは、ポンプ電流検出部２１と、センサ電流検出部２２と、ＮＯｘ濃度演算部２８と、補正値演算部２５と、センサ電流補正部２６と、を備える。ポンプ電流検出部２１は、ポンプセル１３を流れるポンプ電流Ｉｐを検出する。センサ電流検出部２２は、センサセル１４を流れるセンサ電流Ｉｓを検出する。ＮＯｘ濃度演算部２８は、センサ電流検出部２２により検出されるセンサ電流検出値Ｉｓに基づいてＮＯｘ濃度を演算する。補正値演算部２５及びセンサ電流補正部２６は、ポンプ電流検出部２１により検出されるポンプ電流検出値Ｉｐに基づいて基準ガス室の酸素濃度の変化量を推定するとともに、その推定値に基づいてセンサ電流検出値Ｉｓを補正する。【選択図】図４
2020122764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが導入される測定室（１０１）と、
基準ガスが導入される基準ガス室（１０２）と、
前記測定室に設けられる第１電極（１３０）と、前記基準ガス室に設けられる第２電極（１７）とを有し、前記第１電極及び前記第２電極の間に電圧が印加されることにより、前記測定室に導入される排ガスに含まれる酸素を除去する第１セル（１３）と、
前記第１電極及び前記第２電極の間に流れる第１電流を検出する第１電流検出部（２１）と、
前記測定室に設けられる第３電極（１４０）と、前記基準ガス室に設けられる第４電極（１７）とを有し、前記第３電極及び前記第４電極の間に電圧が印加され、前記第１セルにより酸素が除去された排ガスに含まれる特定のガス成分の濃度に応じた第２電流が流れる第２セル（１４）と、
前記第２電流を検出する第２電流検出部（２２）と、
前記第２電流検出部により検出される第２電流検出値に基づいて特定のガス成分の濃度を演算する演算部（２８）と、
前記第１電流検出部により検出される第１電流検出値に基づいて前記基準ガス室の酸素濃度の変化量を推定するとともに、前記基準ガス室の酸素濃度の変化量推定値に基づいて前記第２電流検出値を補正する補正部（２５，２６）と、を備える
ガスセンサ。
【請求項２】
前記補正部は、前記第１電流検出値の時間変化速度に基づいて前記基準ガス室の酸素濃度の変化量を推定するものであって、前記第１電流検出値の時間変化速度に基づいて補正値を演算し、前記補正値に基づいて前記第２電流検出値を補正する
請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記補正部は、時間の経過に伴って、又はステップの経過に伴って前記補正値を減少させる
請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記補正部は、前記基準ガス室の酸素濃度の変化方向が正の方向から負の方向に切り替わった場合、又は負の方向から正の方向に切り替わった場合、前記補正値をリセットする
請求項２又は３に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記補正部を第１補正部とするとき、
前記測定室に設けられる第５電極（１５０）と、前記基準ガス室に設けられる第６電極（１７）とを有し、前記第５電極及び前記第６電極の間に電圧が印加されることにより、前記第１セルにより酸素が除去された排ガスに含まれる残留酸素の濃度に応じた第３電流が流れる第３セル（１５）と、
前記第３電流を検出する第３電流検出部（２３）と、
前記基準ガス室の酸素濃度の変化量推定値に基づいて、前記第３電流検出部により検出される第３電流検出値を補正する第２補正部（２５，２７）と、を更に備える
請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記の特許文献１に記載のガスセンサがある。特許文献１に記載のガスセンサには、排ガスが導入される測定室が設けられている。測定室は、第１固体電解質体と、第２固体電解質体とにより挟まれる空間として形成されている。特許文献１に記載のガスセンサは、測定室に導入される排ガス中の酸素を大気に排出しつつ酸素濃度に応じた電流が流れるポンプセルと、酸素排出後のガス成分から窒素酸化物の濃度に応じた電流が流れるセンサセルとを備えている。ポンプセルは、第１固体電解質体と、第１固体電解質体において測定室に面する一方の表面に設けられるポンプ電極と、第１固体電解質体の他方の表面に設けられる基準電極とにより構成されている。センサセルは、第２固体電解質体と、第２固体電解質体において測定室に面する一方の表面に設けられるセンサ電極と、固体電解質体の他方の表面に設けられる基準電極とを有している。センサセルの基準電極は、大気が導入される基準ガス室に配置されている。
【０００３】
特許文献１に記載のガスセンサは、ポンプセル及びセンサセルのそれぞれを流れる電流値を検出する制御回路を更に備えている。センサセルには、排ガス中の酸素濃度の変化に応じてセンサセルの電流値が変化するという酸素濃度依存性が存在する。このセンサセルの電流値における酸素濃度依存性を解消するために、制御回路では、ポンプセルを流れるポンプ電流に基づいて、センサセルの電流値が補正されるようになっている。特許文献１に記載のガスセンサでは、補正されたセンサセルの電流値に基づいて窒素酸化物の濃度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１６１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載のガスセンサにおいては、センサセルの基準電極のみが基準ガス室に配置されているが、ポンプセルの基準電極及びセンサセルの基準電極の両方を基準ガス室に配置することも可能である。しかしながら、このような構造をガスセンサにおいて採用した場合、以下のような課題が生じる可能性がある。
【０００６】
ポンプセルの基準電極が基準ガス室に配置されている場合、排ガス中の酸素がポンプセルにより基準ガス室に排出される。そのため、排ガス中の酸素濃度が急変すると、基準ガス室の酸素濃度も急変することになるため、基準ガス室の酸素濃度が実際の大気の酸素濃度よりも高くなる可能性がある。このようにして基準ガス室の酸素濃度が高くなると、センサ電極と基準電極との間に発生している起電力に変化が生じる。センサ電極と基準電極との間には、それらの静電容量に応じた電荷が蓄えられている。センサ電極と基準電極との間に発生している起電力が変化すると、センサ電極と基準電極との間に蓄えられている電荷にも変化が生じる。これが、センサセルの電流値を変化させる要因となる。このように基準ガス室の酸素濃度の変化に起因してセンサセルの電流値に変化が生じることにより、窒素酸化物の濃度検出値にも変化が生じる。これが、窒素酸化物の濃度検出値に誤差を生じさせる要因となる。
【０００７】
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高い精度で特定のガス成分の濃度を検出することが可能なガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するガスセンサは、測定室（１０１）と、基準ガス室（１０２）と、第１セル（１３）と、第１電流検出部（２１）と、第２セル（１４）と、第２電流検出部（２２）と、演算部（２８）と、補正部（２５，２６）と、を備える。測定室には、排ガスが導入される。基準ガス室には、基準ガスが導入される。第１セルは、測定室に設けられる第１電極（１３０）と、基準ガス室に設けられる第２電極（１７）とを有し、第１電極及び第２電極の間に電圧が印加されることにより、測定室に導入される排ガスに含まれる酸素を除去する。第１電流検出部は、第１電極及び第２電極の間に流れる第１電流を検出する。第２セルは、測定室に設けられる第３電極（１４０）と、基準ガス室に設けられる第４電極（１７）とを有し、第３電極及び第４電極の間に電圧が印加され、第１セルにより酸素が除去された排ガスに含まれる特定のガス成分の濃度に応じた第２電流が流れる。第２電流検出部は、第２電流を検出する。演算部は、第２電流検出部により検出される第２電流検出値に基づいて特定のガス成分の濃度を演算する。補正部は、第１電流検出部により検出される第１電流検出値に基づいて基準ガス室の酸素濃度の変化量を推定するとともに、基準ガス室の酸素濃度の変化量推定値に基づいて第２電流検出値を補正する。
【０００９】
この構成によれば、基準ガス室の酸素濃度に変化が生じた際に、基準ガス室の酸素濃度の変化量推定値に基づいて第２電流検出値が補正されるため、基準ガス室の酸素濃度の変化が第２電流検出値に与える影響を小さくすることができる。この補正された第２電流検出値に基づいて特定のガス成分の濃度が演算されることにより、より高い精度で特定のガス成分の濃度を検出することが可能となる。
【００１０】
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、より高い精度で特定のガス成分の濃度を検出することが可能なガスセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態のガスセンサの断面構造を示す断面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態のガスセンサの電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、第１実施形態のガスセンサの制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、ポンプ電流検出値の時間変化量ΔＩｐとセンサ電流検出値の必要補正量ΔＩｓａとの関係、及びポンプ電流検出値の時間変化量ΔＩｐとモニタ電流検出値の必要補正量ΔＩｍａとの関係を示すグラフである。
【図６】図６は、第１実施形態の制御回路の補正値演算部の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、第１実施形態の制御回路において用いられるゲインＧを演算するためのマップである。
【図８】図８は、第２実施形態の制御回路の補正値演算部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、ガスセンサの実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
図１に示される本実施形態のガスセンサ１は、例えば車両の排気通路に配置される。排気通路には、内燃機関から排出される排ガスに含まれる有害物質、例えば一酸化炭素や窒素酸化物を浄化する排気浄化装置が設けられている。ガスセンサ１は、排気浄化装置を通過した排ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出するとともに、検出した窒素酸化物の濃度に応じた信号を出力する。以下では、窒素酸化物を「ＮＯｘ」とも称する。本実施形態では、ＮＯｘが、排ガスに含まれる特定のガス成分に相当する。
【００１４】
図１に示されるように、ガスセンサ１は、本体部１０と、固体電解質体１１と、拡散抵抗体１２と、ポンプセル１３と、センサセル１４と、モニタセル１５と、ヒータ１６とを備えている。
本体部１０は、所定の隙間を有して固体電解質体１１を厚さ方向に挟むように配置されている。本体部１０と固体電解質体１１との間に形成される一方の隙間は、測定室１０１を形成している。本体部１０には、その外周面から測定室１０１に貫通する導入孔１０３が形成されている。本体部１０と固体電解質体１１との間に形成される他方の隙間は、基準ガス室１０２を形成している。基準ガス室１０２には、ガスセンサ１に設けられる大気口を介して基準酸素濃度ガスとしての大気が導入される。
【００１５】
拡散抵抗体１２は、導入孔１０３に配置されている。拡散抵抗体１２は、アルミナ等の多孔質部材や、細孔を有する部材からなる。拡散抵抗体１２は、測定室１０１内に導入される排気量を制限するために設けられている。
ポンプセル１３は、センサセル１４及びモニタセル１５よりも導入孔１０３に近い位置に配置されている。ポンプセル１３は、導入孔１０３から導入される排ガス中の酸素を除去する。本実施形態では、ポンプセル１３が第１セルに相当する。
【００１６】
ポンプセル１３は、固体電解質体１１と、固体電解質体１１の測定室１０１側の表面に配置されるポンプ電極１３０と、固体電解質体１１の基準ガス室１０２側の表面に配置される共通電極１７とにより構成されている。ポンプ電極１３０は、ＮＯｘを分解し難いＮＯｘ不活性電極、例えばＰｔ−Ａｕ（白金−金）合金により形成される電極からなる。共通電極１７は、センサセル１４に対応する領域まで延びるように配置されている。ポンプ電極１３０と共通電極１７との間には、ポンプ電圧Ｖｐが印加されている。本実施形態では、ポンプセル１３が第１セルに相当し、ポンプ電極１３０が第１電極に相当し、共通電極１７が第２電極に相当する。
【００１７】
ポンプ電極１３０には、導入孔１０３を通じて測定室１０１に導入される排ガスが接触する。ポンプ電極１３０に排ガス中の酸素が接触すると、ポンプ電極１３０において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、固体電解質体１１内を共通電極１７に向かって流れ、共通電極１７において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、基準ガス室１０２から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてポンプ電極１３０と共通電極１７との間にポンプ電流Ｉｐが流れる。したがって、ポンプ電流Ｉｐは、ポンプセル１３における酸素の除去量、換言すれば排ガス中の酸素濃度に応じた値を示す。本実施形態では、ポンプ電流Ｉｐが第１電流に相当する。
【００１８】
図２に示されるように、センサセル１４は、ポンプセル１３よりも導入孔１０３から離間した位置に配置されている。センサセル１４は、ポンプセル１３を通過した排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。本実施形態では、センサセル１４が第２セルに相当する。
図１に示されるように、センサセル１４は、固体電解質体１１と、固体電解質体１１の測定室１０１側の表面に配置されるセンサ電極１４０と、共通電極１７とにより構成されている。センサ電極１４０は、ＮＯｘを分解し易いＮＯｘ活性電極、例えばＰｔ−Ｒｈ（白金−ロジウム）合金により形成される電極からなる。センサ電極１４０と共通電極１７との間には、センサ電圧Ｖｓが印加されている。本実施形態では、センサセル１４が第２セルに相当し、センサ電極１４０が第３電極に相当し、共通電極１７が第４電極に相当する。
【００１９】
センサ電極１４０には、ポンプ電極１３０を通過した排ガス、すなわち酸素が除去された排ガスが接触する。センサ電極１４０に排ガス中のＮＯｘが接触することにより、センサ電極１４０においてＮＯｘが窒素及び酸素に分解される。また、センサ電極１４０には、ポンプ電極１３０により除去することができなかった排ガス中の残留酸素も接触する。センサ電極において分解された酸素、及び排ガス中の残留酸素がセンサ電極１４０に接触することにより、センサ電極１４０において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、固体電解質体１１内を共通電極１７に向かって流れ、共通電極１７において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、基準ガス室１０２から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてセンサ電極１４０と共通電極１７との間にセンサ電流Ｉｓが流れる。したがって、センサ電流Ｉｓは、排ガス中のＮＯｘ濃度及び残留酸素の濃度に応じた値を示す。本実施形態では、センサ電流Ｉｓが第２電流に相当する。
【００２０】
図２に示されるように、モニタセル１５は、センサセル１４と並ぶように配置されている。モニタセル１５は、ポンプセル１３を通過した排気中の残留酸素の濃度を検出する。
図１に示されるように、モニタセル１５は、固体電解質体１１と、固体電解質体１１の測定室１０１側の表面に配置されるモニタ電極１５０と、共通電極１７とにより構成されている。モニタ電極１５０は、ＮＯｘを分解し難いＮＯｘ不活性電極、例えばＰｔ−Ａｕ（白金−金）合金により形成される電極からなる。モニタ電極１５０と共通電極１７との間には、モニタ電圧Ｖｍが印加されている。本実施形態では、モニタセル１５が第３セルに相当し、モニタ電極１５０が第５電極に相当し、共通電極１７が第６電極に相当する。
【００２１】
モニタ電極１５０には、ポンプ電極１３０により酸素が除去された排ガスが接触する。排ガス中の残留酸素がモニタ電極１５０に接触することにより、モニタ電極１５０において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、固体電解質体１１内を共通電極１７に向かって流れ、共通電極１７において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、基準ガス室１０２から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてモニタ電極１５０と共通電極１７との間にモニタ電流Ｉｍが流れる。したがって、モニタ電流Ｉｍは、排ガス中の残留酸素の濃度に応じた値を示す。本実施形態では、モニタ電流Ｉｍが第３電流に相当する。
【００２２】
ヒータ１６は、本体部１０の内部に設けられている。ヒータ１６は、通電に基づき発熱することにより固体電解質体１１を加熱し、固体電解質体１１の温度を活性化温度に保持する。
図３に示されるように、ガスセンサ１は、各種演算処理やヒータ１６の駆動制御等を統括的に行う制御回路２０を更に備えている。制御回路２０は、各種演算処理として、例えばＮＯｘ濃度検出値ＤＮの演算を行う。具体的には、制御回路２０には、ポンプセル１３から出力されるポンプ電流Ｉｐ、センサセル１４から出力されるセンサ電流Ｉｓ、及びモニタセル１５から出力されるモニタ電流Ｉｍが取り込まれている。制御回路２０は、ポンプセル１３から出力されるポンプ電流Ｉｐ、センサセル１４から出力されるセンサ電流Ｉｓ、及びモニタセル１５から出力されるモニタ電流Ｉｍを検出する。制御回路２０により検出されるポンプ電流検出値Ｉｐは、排ガス中の酸素濃度と相関関係がある。制御回路２０により検出されるセンサ電流検出値Ｉｓは、排ガス中のＮＯｘ濃度及び残留酸素と相関関係がある。制御回路２０により検出されるモニタ電流検出値Ｉｍは、排ガス中の残留酸素と相関関係がある。これを利用し、制御回路２０は、センサ電流検出値Ｉｓからモニタ電流検出値Ｉｍを減算するとともに、その減算値に基づいてＮＯｘ濃度検出値ＤＮを演算する。制御回路２０は、演算されたＮＯｘ濃度検出値ＤＮを、車両に搭載される制御装置、例えば車両の内燃機関を制御する制御装置に出力する。
【００２３】
ところで、このような構成を有するガスセンサ１にあっては、例えば内燃機関で燃料カット制御が行われたような場合、測定室１０１に導入される排ガスの酸素濃度が急変する可能性がある。測定室１０１に導入される排ガスの酸素濃度が急変すると、その排ガス中の酸素がポンプセル１３によって基準ガス室１０２に排出されることで、基準ガス室１０２の酸素濃度も急変する。基準ガス室１０２の酸素濃度は、通常、大気の酸素濃度と略同等になっている。ポンプセル１３により基準ガス室１０２に排出される酸素が急変すると、基準ガス室１０２の酸素濃度が大気の酸素濃度よりも大きい値となる。このような基準ガス室１０２の酸素濃度の変化が、制御回路２０により検出されるＮＯｘ濃度検出値に誤差を生じさせる要因となる。
【００２４】
具体的には、基準ガス室１０２の酸素濃度が大気の酸素濃度に保持されている場合、センサセル１４に生じる起電力は略一定値となっている。そのため、センサセル１４に実際に加わっている実効電圧は、センサ電圧Ｖｓからセンサセル１４の起電力を減算した値となる。
【００２５】
一方、排ガスの酸素濃度の増加に起因して基準ガス室１０２の酸素濃度が増加し始めたとすると、センサセル１４の起電力に変化が生じる。このセンサセル１４の起電力の変化に伴ってセンサセル１４の実効電圧にも変化が生じる。センサセル１４では、センサ電極１４０と共通電極１７との間にそれらの静電容量に応じた電荷が蓄えられている。そのため、センサセル１４の実効電圧に変化が生じると、センサ電極１４０と共通電極１７との間に蓄えられている電荷にも変化が生じる。このようなセンサセル１４の電荷の変化により、電荷の変化量に応じた電流がセンサセル１４に流れる。この場合、実際の排ガス中のＮＯｘ濃度は変化していないにも関わらず、センサ電流検出値Ｉｓに変化が生じる。同様の変化はモニタ電流検出値Ｉｍにも生じる。このようなセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍにより、それらから演算されるＮＯｘ濃度検出値ＤＮに変化が生じるため、排ガスのＮＯｘ濃度が誤って検出されてしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態のガスセンサ１の制御回路２０では、基準ガス室１０２の酸素濃度の時間変化量に基づいてセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍのそれぞれの補正値Ｉｓａ，Ｉｍａが演算されるとともに、演算された補正値Ｉｓａ，Ｉｍａに基づいてセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍが補正されるようになっている。なお、制御回路２０では、基準ガス室１０２の酸素濃度の時間変化量とポンプ電流検出値Ｉｐとの間に相関関係があることを利用して、基準ガス室１０２の酸素濃度の変化量推定値としてポンプ電流検出値Ｉｐが用いられている。
【００２７】
具体的には、図４に示されるように、制御回路２０は、ポンプ電流検出部２１と、センサ電流検出部２２と、モニタ電流検出部２３と、変化量演算部２４と、補正値演算部２５と、センサ電流補正部２６と、モニタ電流補正部２７と、ＮＯｘ濃度演算部２８とを備えている。本実施形態では、補正値演算部２５及びセンサ電流補正部２６が、第２電流検出値を補正する第１補正部に相当する。また、補正値演算部２５及びモニタ電流補正部２７が、第３電流検出値を補正する第２補正部に相当する。
【００２８】
ポンプ電流検出部２１は、ポンプセル１３から出力されるポンプ電流Ｉｐを検出するとともに、検出されたポンプ電流検出値Ｉｐを変化量演算部２４に出力する。本実施形態では、ポンプ電流検出部２１が第１電流検出部に相当し、ポンプ電流検出値Ｉｐが第１電流検出値に相当する。
【００２９】
センサ電流検出部２２は、センサセル１４から出力されるセンサ電流Ｉｓを検出するとともに、検出されたセンサ電流検出値Ｉｓをセンサ電流補正部２６に出力する。本実施形態では、センサ電流検出部２２が第２電流検出部に相当し、センサ電流検出値Ｉｓが第２電流検出値に相当する。
【００３０】
モニタ電流検出部２３は、モニタセル１５から出力されるモニタ電流Ｉｍを検出するとともに、検出されたモニタ電流検出値Ｉｍをモニタ電流補正部２７に出力する。本実施形態では、モニタ電流検出部２３が第３電流検出部に相当し、モニタ電流検出値Ｉｍが第３電流検出値に相当する。
【００３１】
変化量演算部２４は、ポンプ電流検出部２１から出力されるポンプ電流検出値Ｉｐに基づいて、ポンプ電流検出値Ｉｐの時間変化速度ΔＩｐ、換言すればポンプ電流検出値Ｉｐの単位時間当たりの変化量ΔＩｐを演算する。変化量演算部２４は、ポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐの演算を所定の周期で実行する。変化量演算部２４は、演算されたポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐを補正値演算部２５に出力する。
【００３２】
補正値演算部２５は、変化量演算部２４から出力されるポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐに基づいてセンサ電流検出値Ｉｓの補正値Ｉｓａ及びモニタ電流検出値Ｉｍの補正値Ｉｍａを演算する。
具体的には、本実施形態のガスセンサ１では、図５に示されるようなポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐとセンサ電流検出値の必要補正量ΔＩｓａとの関係、及びポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐとモニタ電流検出値の必要補正量ΔＩｍａとの関係を示すマップが予め実験等により求められている。図５に示されるマップは、ポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐに対するセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍのそれぞれの時間変動量を実験等により求めた上で、それらの変動量を相殺するために必要なセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍのそれぞれの必要補正量ΔＩｓａ，ΔＩｍａをグラフ化したものである。図５に示されるマップでは、ポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐが、零付近に設定された「ΔＩｐ１≦ΔＩｐ≦ΔＩｐ２」の範囲の値である場合、必要補正量ΔＩｓａ，ΔＩｍａが零に設定される、いわゆる不感帯が設けられている。図５に示されるマップは、制御回路２０の記憶装置に予め記憶されている。補正値演算部２５は、ポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐから、図５に示されるマップを用いることによりセンサ電流検出値の必要補正量ΔＩｓａ及びモニタ電流検出値の必要補正量ΔＩｍａを演算するとともに、演算された必要補正量ΔＩｓａ，ΔＩｍａに基づいて補正値Ｉｓａ，Ｉｍａを設定する。
【００３３】
図６は、補正値演算部２５においてセンサ電流検出値Ｉｓの補正値Ｉｓａを設定する部分の構成を具体的に示したブロック図である。
図６に示されるように、補正値演算部２５では、変化量演算部２４により演算されたポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐが今回値演算部２５０に入力される。今回値演算部２５０は、図５に示されるマップを用いることにより、ポンプ電流検出値の時間変化速度ΔＩｐからセンサ電流検出値の必要補正量の今回値ΔＩｓａ（ｎ）を演算する。今回値演算部２５０は、今回値ΔＩｓａ（ｎ）の演算を所定の周期で実行するとともに、演算された今回値ΔＩｓａ（ｎ）をゲイン演算部２５１及び加算部２５２に出力する。
【００３４】
加算部２５２は、今回値演算部２５０により演算される今回値ΔＩｓａ（ｎ）と、前回値保持部２５４により保持されている前回値Ｉｓａ（ｎ−１）とを加算するとともに、その加算値「ΔＩｓａ（ｎ）＋Ｉｓａ（ｎ−１）」を演算値切替部２５５に出力する。
演算値切替部２５５は、加算部２５２により演算される加算値「ΔＩｓａ（ｎ）＋Ｉｓａ（ｎ−１）」、及び演算値保持部２５６により保持されている保持値Ｉｓａｋのいずれかを基礎補正値Ｉｓａｂとして乗算部２５３に出力する。具体的には、演算値切替部２５５は、今回値ΔＩｓａ（ｎ）が零である場合には、演算値保持部２５６により保持されている保持値Ｉｓａｋを基礎補正値Ｉｓａｂとして乗算部２５３に出力する。また、演算値切替部２５５は、今回値ΔＩｓａ（ｎ）が零とは異なる値である場合には、加算値「ΔＩｓａ（ｎ）＋Ｉｓａ（ｎ−１）」を基礎補正値Ｉｓａｂとして乗算部２５３に出力する。
【００３５】
演算値保持部２５６は、演算値切替部２５５から乗算部２５３に出力される基礎補正値Ｉｓａｂを保持する。すなわち、今回値ΔＩｓａ（ｎ）が零である場合、演算値保持部２５６により保持されている保持値Ｉｓａｋが演算値切替部２５５から基礎補正値Ｉｓａｂとして出力されるため、演算値保持部２５６は保持値Ｉｓａｋをそのまま保持する。一方、今回値ΔＩｓａ（ｎ）が零とは異なる値である場合、加算値「ΔＩｓａ（ｎ）＋Ｉｓａ（ｎ−１）」が演算値切替部２５５から基礎補正値Ｉｓａｂとして出力されるため、演算値保持部２５６は加算値「ΔＩｓａ（ｎ）＋Ｉｓａ（ｎ−１）」を保持値Ｉｓａｋとして保持する。
【００３６】
ゲイン演算部２５１は、今回値演算部２５０により演算された今回値ΔＩｓａ（ｎ）が入力された場合、その時点からの経過時間ｔに基づいて、図７に示されるマップを用いることにより、時定数τに応じたゲインＧを演算する。経過時間ｔは、今回値ΔＩｓａ（ｎ）が演算された時点からの経過時間に等しい。図７に示されるマップでは、時間ｔの経過に伴ってゲインＧが減衰するように設定されている。図７に示されるマップは、制御回路２０の記憶装置に予め記憶されている。図６に示されるように、ゲイン演算部２５１は、演算されたゲインＧを乗算部２５３に出力する。
【００３７】
乗算部２５３は、演算値切替部２５５から出力される基礎補正値Ｉｓａｂに、ゲイン演算部２５１により演算されるゲインＧを乗算するとともに、その乗算値「Ｇ×Ｉｓａｂ」を出力する。この乗算値「Ｇ×Ｉｓａｂ」は、補正値演算部２５からセンサ電流検出値Ｉｓの補正値Ｉｓａとして出力される。
【００３８】
図６に示されるように、前回値保持部２５４は、乗算部２５３により今回演算された補正値Ｉｓａを前回値Ｉｓａ（ｎ−１）として保持する。
なお、補正値演算部２５においてモニタ電流検出値Ｉｍの補正値Ｉｍａを演算する構成は、図６に示される構成と類似の構成であるため、その詳細な説明は割愛する。
【００３９】
図４に示されるように、補正値演算部２５は、演算された補正値Ｉｓａ，Ｉｍａをセンサ電流補正部２６及びモニタ電流補正部２７にそれぞれ出力する。
センサ電流補正部２６は、補正値演算部２５から出力される補正値Ｉｓａに基づいて、センサ電流検出部２２から出力されるセンサ電流検出値Ｉｓを補正する。具体的には、センサ電流補正部２６は、センサ電流検出値Ｉｓから補正値Ｉｓａを減算するとともに、その減算値「Ｉｓ−Ｉｓａ」を補正後のセンサ電流検出値ＩｓｃとしてＮＯｘ濃度演算部２８に出力する。
【００４０】
モニタ電流補正部２７は、補正値演算部２５から出力される補正値Ｉｍａに基づいて、モニタ電流検出部２３から出力されるモニタ電流検出値Ｉｍを補正する。具体的には、モニタ電流補正部２７は、モニタ電流検出値Ｉｍから補正値Ｉｍａを減算するとともに、その減算値「Ｉｍ−Ｉｍａ」を補正後のモニタ電流検出値ＩｍｃとしてＮＯｘ濃度演算部２８に出力する。
【００４１】
ＮＯｘ濃度演算部２８は、センサ電流補正部２６から出力される補正後のセンサ電流検出値Ｉｓｃ、及びモニタ電流補正部２７から出力される補正後のモニタ電流検出値Ｉｍｃからマップや演算式等を用いてＮＯｘ濃度検出値ＤＮを演算する。
以上説明した本実施形態のガスセンサ１によれば、以下の（１）〜（３）に示される作用及び効果を得ることができる。
【００４２】
（１）本実施形態のガスセンサ１では、基準ガス室１０２の酸素濃度に変化が生じた際に、ポンプ電流検出値の時間変化量ΔＩｐに基づいて、すなわち基準ガス室１０２の酸素濃度の変化量推定値に基づいてセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍが補正されるため、基準ガス室１０２の酸素濃度の変化がセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍに与える影響を小さくすることができる。これらの補正されたセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍに基づいてＮＯｘ濃度が演算されることにより、より高い精度でＮＯｘ濃度を検出することが可能となる。
【００４３】
（２）補正値演算部２５は、ポンプ電流検出値の時間変化量ΔＩｐに基づいて補正値Ｉｓａ，Ｉｍａを演算する。センサ電流補正部２６は、補正値Ｉｓａに基づいてセンサ電流検出値Ｉｓを補正する。モニタ電流補正部２７は、補正値Ｉｍａに基づいてモニタ電流検出値Ｉｍを補正する。このような構成によれば、基準ガス室１０２の酸素濃度の変化に応じた補正値Ｉｓａ，Ｉｍａを精度良く演算することが可能となる。
【００４４】
（３）仮に基準ガス室１０２の酸素濃度が急変した場合、その後は時間の経過に伴って基準ガス室１０２の酸素濃度が所定値に収束する。基準ガス室１０２の酸素濃度が所定値に収束するにしたがって、センサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍの変動量は小さくなる。このようなセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍの変化に対応するために、本実施形態のガスセンサ１では、図７に示されるマップから演算されるゲインＧを用いることにより、時間の経過に伴って補正値Ｉｓａ，Ｉｍａを減少させている。これにより、基準ガス室１０２の酸素濃度が所定値に収束する際のセンサ電流検出値Ｉｓ及びモニタ電流検出値Ｉｍの変化に対応した、より適切な補正値Ｉｓａ，Ｉｍａを演算することができるため、より高い精度でＮＯｘ濃度を演算することが可能となる。
【００４５】
＜第２実施形態＞
次に、ガスセンサ１の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ１との相違点を中心に説明する。
図８に示されるように、本実施形態の補正値演算部２５は、リセット部２５７を更に備えている。リセット部２５７には、ポンプ電流検出値の時間変化量ΔＩｐと、補正値Ｉｓａとが入力されている。リセット部２５７は、ポンプ電流検出値の時間変化量ΔＩｐが正の値から負の値に切り替わった場合、基準ガス室１０２の酸素濃度の変化方向が正の方向から負の方向に切り替わったと判断する。また、リセット部２５７は、ポンプ電流検出値の時間変化量ΔＩｐが負の値から正の値に切り替わった場合、基準ガス室１０２の酸素濃度の変化方向が負の方向から正の方向に切り替わったと判断する。リセット部２５７は、基準ガス室１０２の酸素濃度の変化方向が正の方向から負の方向に切り替わった場合、又は基準ガス室１０２の酸素濃度の変化方向が負の方向から正の方向に切り替わった場合、センサ電流検出値Ｉｓの補正値Ｉｓａを零に設定することにより、補正値Ｉｓａをリセットする。また、リセット部２５７は、演算値保持部２５６に保持されている保持値Ｉｓａｋも同様に零に設定する。
【００４６】
なお、補正値演算部２５は、モニタ電流検出値Ｉｍの補正値Ｉｍａについても同様の処理を行う。
以上説明した本実施形態のガスセンサ１によれば、以下の（４）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
【００４７】
（４）基準ガス室１０２の酸素濃度の変化方向が正の方向から負の方向に切り替わった場合、又は基準ガス室１０２の酸素濃度の変化方向が負の方向から正の方向に切り替わった場合、センサセル１４に生じる起電力の変化方向が逆方向に切り替わる。そのため、センサ電流検出値Ｉｓの補正方向を逆方向に切り替える必要がある。このような状況において、基準ガス室１０２の酸素濃度の変化方向が切り替わる前に設定されていた補正値Ｉｓａを前回値Ｉｓａ（ｎ−１）としてそのまま用いると、補正値Ｉｓａが適切に設定されないおそれがある。この点、本実施形態のガスセンサ１では、基準ガス室１０２の酸素濃度の変化方向が正の方向から負の方向に切り替わった場合、又は基準ガス室１０２の酸素濃度の変化方向が負の方向から正の方向に切り替わった場合、補正値Ｉｓａがリセットされるため、その後に補正値Ｉｓａが適切に設定され易くなる。よって、より適切にセンサ電流検出値Ｉｓを補正することが可能となる。モニタ電流検出値Ｉｍに関しても、同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４８】
＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・各実施形態のガスセンサ１では、センサセル１４により検出される排ガス中の残留酸素の濃度が無視できるほど少ない場合には、モニタセル１５を排除することも可能である。このようなガスセンサ１では、センサ電流検出値Ｉｓに基づいてＮＯｘ濃度が演算される。
【００４９】
・各実施形態のガスセンサ１では、図７に示されるマップを用いてゲインＧを演算することにより、時間の経過に伴って補正値Ｉｓａ，Ｉｍａを減少させることとしたが、これに代えて、例えば演算周期のステップの経過に伴って補正値Ｉｓａ，Ｉｍａを減少させてもよい。
【００５０】
・各実施形態のガスセンサ１は、共通電極１７に代えて、ポンプセル１３の電極、センサセル１４の電極、及びモニタセル１５の電極を別々に有するものであってもよい。
・本開示に記載の制御回路２０及びその制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御回路２０及びその制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御回路２０及びその制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
【００５１】
・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１：ガスセンサ
１３：ポンプセル（第１セル）
１４：センサセル（第２セル）
１５：モニタセル（第３セル）
１７：共通電極（第２電極、第４電極、第６電極）
２１：ポンプ電流検出部（第１電流検出部）
２２：センサ電流検出部（第２電流検出部）
２３：モニタ電流検出部（第３電流検出部）
２５：補正値演算部（補正部、第１補正部、第２補正部）
２６：センサ電流補正部（補正部、第１補正部）
２７：モニタ電流補正部（第２補正部）
２８：ＮＯｘ濃度演算部（演算部）
１０１：測定室
１０２：基準ガス室
１３０：ポンプ電極（第１電極）
１４０：センサ電極（第３電極）
１５０：モニタ電極（第５電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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