(57)【要約】      （修正有）【課題】検出対象ガス中のＮＯｘに含まれるＮＯの濃度とＮＯ２の濃度とをそれぞれ検出することができるＮＯｘ濃度の検出装置およびその検出方法を提供する。【解決手段】還元部がなくＮＯ２／ＮＯ感度比が０．８の検出素子の出力値に基づきＮＯ濃度換算値を取得する。還元部を有しＮＯ２／ＮＯ感度比が１．０の検出素子の出力値に基づきＮＯ濃度換算値を取得するＳ２３。両検出素子のＮＯ濃度換算値の差分値ΔＣを求めＳ２５、両検出素子のＮＯ２／ＮＯ感度比の差分値ΔＳで除算して、ＮＯ２濃度換算値を求めるＳ２６。ＮＯ２／ＮＯ感度比が１．０の検出素子のＮＯ濃度換算値からＮＯ２濃度換算値にＮＯ２／ＮＯ感度比１．０を乗じた値を減算し、ＮＯ濃度換算値を求めるＳ２７。【選択図】図３
2014139579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れ、ＮＯｘに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が第１感度比である第１素子部と、
前記検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れ、ＮＯｘに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が前記第１感度比より大きな第２感度比である第２素子部と、
前記第１素子部を流れる電流の大きさに基づいてＮＯの濃度に対応する第１濃度換算値を取得する第１取得手段と、
前記第２素子部を流れる電流の大きさに基づいてＮＯの濃度に対応する第２濃度換算値を取得する第２取得手段と、
前記第１濃度換算値と前記第２濃度換算値との差分である濃度差分値を算出する第１算出手段と、
前記第１感度比と前記第２感度比との差分である感度差分値を算出し、前記濃度差分値と前記感度差分値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２の濃度に対応するＮＯ２濃度換算値を算出する第２算出手段と、
前記第１濃度換算値または前記第２濃度換算値と前記ＮＯ２濃度換算値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度に対応するＮＯ濃度換算値を算出する第３算出手段と、
を備えることを特徴とするＮＯｘ濃度の検出装置。
【請求項２】
前記第１素子部は、前記検出対象ガスの流通を制限する第１拡散抵抗部を介して前記検出対象ガスが導入される第１測定室と、第１固体電解質層および一対の第１電極を備え、前記一対の第１電極が前記第１測定室の内側と外側とに設けられる第１酸素ポンプセルと、前記第１測定室よりも下流側に位置し、前記第１測定室から前記検出対象ガスが導入される第２測定室と、第２固体電解質層と一対の第２電極とを備え、前記一対の第２電極が前記第２測定室の内側と外側とに設けられた第２酸素ポンプセルと、を備える第１の検出素子であり、
前記第２素子部は、前記検出対象ガスの流通を制限する第２拡散抵抗部を介して前記検出対象ガスが導入される第３測定室と、第３固体電解質層および一対の第３電極を備え、前記一対の第３電極が前記第３測定室の内側と外側とに設けられる第３酸素ポンプセルと、前記第３測定室よりも下流側に位置し、前記第３測定室から前記検出対象ガスが導入される第４測定室と、第４固体電解質層と一対の第４電極とを備え、前記一対の第４電極が前記第４測定室の内側と外側とに設けられた第４酸素ポンプセルと、前記第２拡散抵抗部よりも上流側に設けられ、前記第３測定室へ導入される前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２をＮＯに還元する還元部と、前記還元部を加熱するヒータと、を備える第２の検出素子であり、
前記第１酸素ポンプセルに対する通電制御を行うことにより、前記第１測定室に導入された前記検知対象ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行い、前記第１測定室内の酸素濃度を一定に制御するとともに、前記第２酸素ポンプセルに電圧を印加して、前記検知対象ガス中のＮＯｘの分解、および解離した酸素の前記第２測定室からの汲み出しを制御することにより、前記第１の検出素子を制御する第１素子制御部と、
前記第３酸素ポンプセルに対する通電制御を行うことにより、前記第３測定室に導入された前記検知対象ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行い、前記第３測定室内の酸素濃度を一定に制御するとともに、前記第４酸素ポンプセルに電圧を印加して、前記検知対象ガス中のＮＯｘの分解、および解離した酸素の前記第４測定室からの汲み出しを制御することにより、前記第２の検出素子を制御する第２素子制御部と、
前記ヒータに駆動電流を流し、前記還元部を流通する前記検出対象ガスを、ＮＯ２のＮＯへの還元に必要な温度である還元温度以上に加熱するヒータ制御部と、
をさらに備えることを特徴とするＮＯｘ濃度の検出装置。
【請求項３】
検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が異なる２つの素子部を備える検出装置に搭載されるマイクロコンピュータで実行され、前記検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度とＮＯ２の濃度とを求めるＮＯｘ濃度の検出方法であって、
ＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が第１感度比である第１素子部を流れる電流の大きさに基づいて、ＮＯの濃度に対応する第１濃度換算値を取得する第１取得ステップと、
ＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が前記第１感度比より大きな第２感度比である第２素子部を流れる電流の大きさに基づいて、ＮＯの濃度に対応する第２濃度換算値を取得する第２取得ステップと、
前記第１濃度換算値と前記第２濃度換算値との差分である濃度差分値を算出する第１算出ステップと、
前記第１感度比と前記第２感度比との差分である感度差分値を算出し、前記濃度差分値と前記感度差分値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２の濃度に対応するＮＯ２濃度換算値を算出する第２算出ステップと、
前記第１濃度換算値または前記第２濃度換算値と前記ＮＯ２濃度換算値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度に対応するＮＯ濃度換算値を算出する第３算出ステップと、
を含むことを特徴とするＮＯｘ濃度の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ濃度の検出装置およびその検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンなどの内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス（酸素やＮＯｘなど）の濃度に応じて出力が変化する検出素子が知られている。例えば、ＮＯｘ濃度を検出可能な検出素子は、固体電解質体に一対の電極を設けたセルを少なくとも１つ以上積層した構造を有する。検出素子の内部には、拡散抵抗部（First diffusion path）を介して排気ガスが導入される第１測定室（First internal cavity）と、第１測定室で酸素の汲み出しが行われた排気ガスがさらに導入される第２測定室（Second internal cavity）とが設けられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
第１測定室に導入された排気ガスは、含有する酸素がセルによって外部に汲み出され、第２測定室に導入される際には、排気ガス中に残存する酸素の濃度が所定の低い濃度に調整されている。また、排気ガス中のＮＯｘにはＮＯとＮＯ２とが含まれており、非特許文献１によれば、第１測定室においてほとんどのＮＯ２がＮＯに還元される。そして第２測定室では、ＰｔやＲｈ等の貴金属からなる電極が触媒となって、ＮＯが窒素と酸素とに分解される。このとき分解されたＮＯに由来する酸素（もともとＮＯまたはＮＯ２（ＮＯｘ）を構成していた酸素）が、セルにより汲み出される。セルにおいて、酸素イオンに運搬される電子が電流として検出され、残存酸素濃度（上記調整された酸素濃度）がオフセットされることにより、ＮＯｘ由来の酸素の濃度、ひいてはＮＯｘ濃度の検出が行われる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】N. Kato et al., "Thick Film ZrO2 NOx Sensor", SAE Technical paper series 960334 (1996)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、検出素子によって検出されるのはＮＯとＮＯ２とが混合したＮＯｘの濃度であり、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度とをそれぞれ個別に検出することはできなかった。
【０００６】
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、検出対象ガス中のＮＯｘに含まれるＮＯの濃度とＮＯ２の濃度とをそれぞれ検出することができるＮＯｘ濃度の検出装置およびその検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様によれば、検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れ、ＮＯｘに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が第１感度比である第１素子部と、前記検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れ、ＮＯｘに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が前記第１感度比より大きな第２感度比である第２素子部と、前記第１素子部を流れる電流の大きさに基づいてＮＯの濃度に対応する第１濃度換算値を取得する第１取得手段と、前記第２素子部を流れる電流の大きさに基づいてＮＯの濃度に対応する第２濃度換算値を取得する第２取得手段と、前記第１濃度換算値と前記第２濃度換算値との差分である濃度差分値を算出する第１算出手段と、前記第１感度比と前記第２感度比との差分である感度差分値を算出し、前記濃度差分値と前記感度差分値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２の濃度に対応するＮＯ２濃度換算値を算出する第２算出手段と、前記第１濃度換算値または前記第２濃度換算値と前記ＮＯ２濃度換算値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度に対応するＮＯ濃度換算値を算出する第３算出手段と、を備えるＮＯｘ濃度の検出装置が提供される。
【０００８】
第１態様は、ＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が第１感度比である第１素子部と当該第１感度比より大きな第２感度比である第２素子部との２つを用いてＮＯｘ濃度の検出を行うことで、検出対象ガスに含まれるＮＯｘのうちのＮＯの濃度とＮＯ２の濃度とをそれぞれ求めるようにしている。具体的には、第１素子部と第２素子部の感度比の違いはＮＯｘのうちのＮＯ２に対する感度が異なることによって生ずるため、第１素子部と第２素子部のそれぞれから取得される濃度換算値の差分である濃度差分値と第１素子部と第２素子部の感度差（感度差分値）とに基づいて、ＮＯ２の濃度に対応するＮＯ２濃度換算値を求めることができる。例えば、濃度差分値を感度差分値で除すことにより、ＮＯ２濃度換算値を算出することができる。そして、第１取得手段にて取得した第１濃度換算値または第２取得手段にて取得した第２濃度換算値とＮＯ２濃度に対応するＮＯ２濃度換算値とに基づいて、ＮＯ濃度に対応するＮＯ濃度換算値を求めることができる。例えば、第１濃度換算値（または第２濃度換算値）からＮＯ２濃度換算値に第１感度比（または第２感度比）を乗じた値を引けば、ＮＯ濃度換算値を最終的に算出することができる。このように、本発明を適用することにより、従来は、ＮＯｘ濃度は求められてもＮＯ濃度とＮＯ２濃度とを個別に求めることは難しかったが、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度とをそれぞれ求めることができる。
【０００９】
第１態様において、前記第１素子部は、前記検出対象ガスの流通を制限する第１拡散抵抗部を介して前記検出対象ガスが導入される第１測定室と、第１固体電解質層および一対の第１電極を備え、前記一対の第１電極が前記第１測定室の内側と外側とに設けられる第１酸素ポンプセルと、前記第１測定室よりも下流側に位置し、前記第１測定室から前記検出対象ガスが導入される第２測定室と、第２固体電解質層と一対の第２電極とを備え、前記一対の第２電極が前記第２測定室の内側と外側とに設けられた第２酸素ポンプセルと、を備える第１の検出素子であり、前記第２素子部は、前記検出対象ガスの流通を制限する第２拡散抵抗部を介して前記検出対象ガスが導入される第３測定室と、第３固体電解質層および一対の第３電極を備え、前記一対の第３電極が前記第３測定室の内側と外側とに設けられる第３酸素ポンプセルと、前記第３測定室よりも下流側に位置し、前記第３測定室から前記検出対象ガスが導入される第４測定室と、第４固体電解質層と一対の第４電極とを備え、前記一対の第４電極が前記第４測定室の内側と外側とに設けられた第４酸素ポンプセルと、前記第２拡散抵抗部よりも上流側に設けられ、前記第３測定室へ導入される前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２をＮＯに還元する還元部と、前記還元部を加熱するヒータと、を備える第２の検出素子であり、前記第１酸素ポンプセルに対する通電制御を行うことにより、前記第１測定室に導入された前記検知対象ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行い、前記第１測定室内の酸素濃度を一定に制御するとともに、前記第２酸素ポンプセルに電圧を印加して、前記検知対象ガス中のＮＯｘの分解、および解離した酸素の前記第２測定室からの汲み出しを制御することにより、前記第１の検出素子を制御する第１素子制御部と、前記第３酸素ポンプセルに対する通電制御を行うことにより、前記第３測定室に導入された前記検知対象ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行い、前記第３測定室内の酸素濃度を一定に制御するとともに、前記第４酸素ポンプセルに電圧を印加して、前記検知対象ガス中のＮＯｘの分解、および解離した酸素の前記第４測定室からの汲み出しを制御することにより、前記第２の検出素子を制御する第２素子制御部と、前記ヒータに駆動電流を流し、前記還元部を流通する前記検出対象ガスを、ＮＯ２のＮＯへの還元に必要な温度である還元温度以上に加熱するヒータ制御部と、をさらに備えてもよい。
【００１０】
第１態様では、第２素子部の第２拡散抵抗部の上流側に還元部を設けたことによって、あらかじめＮＯ２をＮＯに還元させてから第２拡散抵抗部を通過させることができる。すなわち、検出対象ガスを第３測定室に導入する際にＮＯ２が第２拡散抵抗部を通過する際の通過速度が、ＮＯｘ濃度の検出における律速とはならないので、第２素子部によるＮＯｘ濃度検出の感度（つまり、ＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比）を、還元部のない、第１素子部のＮＯｘ濃度検出の感度（つまり、ＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比）と異ならせることができる。このように感度比の異なる第１素子部と第２素子部とを備えることで、第１態様は、容易に、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度とをそれぞれ求めることができる。
【００１１】
本発明の第２態様によれば、検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が異なる２つの素子部を備える検出装置に搭載されるマイクロコンピュータで実行され、前記検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度とＮＯ２の濃度とを求めるＮＯｘ濃度の検出方法であって、ＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が第１感度比である第１素子部を流れる電流の大きさに基づいて、ＮＯの濃度に対応する第１濃度換算値を取得する第１取得ステップと、ＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が前記第１感度比より大きな第２感度比である第２素子部を流れる電流の大きさに基づいて、ＮＯの濃度に対応する第２濃度換算値を取得する第２取得ステップと、前記第１濃度換算値と前記第２濃度換算値との差分である濃度差分値を算出する第１算出ステップと、前記第１感度比と前記第２感度比との差分である感度差分値を算出し、前記濃度差分値と前記感度差分値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２の濃度に対応するＮＯ２濃度換算値を算出する第２算出ステップと、前記第１濃度換算値または前記第２濃度換算値と前記ＮＯ２濃度換算値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度に対応するＮＯ濃度換算値を算出する第３算出ステップと、を含むＮＯｘ濃度の検出方法が提供される。
【００１２】
第２態様は、ＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が第１感度比である第１素子部と当該第１感度比より大きな第２感度比である第２素子部との２つを用いてＮＯｘ濃度の検出を行うことで、検出対象ガスに含まれるＮＯｘのうちのＮＯの濃度とＮＯ２の濃度とをそれぞれ求めるようにしている。具体的には、第１素子部と第２素子部の感度比の違いはＮＯｘのうちのＮＯ２に対する感度が異なることによって生ずるため、第１素子部と第２素子部のそれぞれから取得される濃度換算値の差分である濃度差分値と第１素子部と第２素子部の感度差（感度差分値）とに基づいて、ＮＯ２の濃度に対応するＮＯ２濃度換算値を求めることができる。例えば、濃度差分値を感度差分値で除すことにより、ＮＯ２濃度換算値を算出することができる。そして、第１取得手段にて取得した第１濃度換算値または第２取得手段にて取得した第２濃度換算値とＮＯ２濃度に対応するＮＯ２濃度換算値とに基づいて、ＮＯ濃度に対応するＮＯ濃度換算値を求めることができる。例えば、第１濃度換算値（または第２濃度換算値）からＮＯ２濃度換算値に第１感度比（または第２感度比）を乗じた値を引けば、ＮＯ濃度換算値を最終的に算出することができる。このように、本発明を適用することにより、従来は、ＮＯｘ濃度は求められてもＮＯ濃度とＮＯ２濃度とを個別に求めることは難しかったが、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度とをそれぞれ求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１検出素子１０および第２検出素子２０を備える検出装置１の概略的な構成を示す図である。
【図２】第１検出素子１０および第２検出素子２０それぞれのＮＯ ２ ／ＮＯ感度比を求める感度比取得処理のフローチャートである。
【図３】第１検出素子１０および第２検出素子２０を用いて検出対象ガス中のＮＯ濃度およびＮＯ２濃度を求める濃度検出処理のフローチャートである。
【図４】モデルガスの濃度と、還元部のない第１検出素子１０の出力値（電流値）との関係を示すグラフである。
【図５】モデルガスの濃度と、還元部１８のある第２検出素子２０の出力値（電流値）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化したＮＯｘ濃度の検出装置およびその検出方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、ＮＯｘ濃度の検出装置の一例として、検出装置１の構成について、図１を参照して説明する。なお、図１は、第１検出素子１０および第２検出素子２０を備える検出装置１の概略的な構成を示す図である。第１検出素子１０は、一般的なＮＯｘセンサ（図示外）に組み付けられて、排気ガスなどの検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れるＮＯｘ濃度の検出素子であり、細長で長尺な板状体の形状を有する。第２検出素子２０も同様に板状体の形状を有するＮＯｘ濃度の検出素子であり、後述する還元部１８を有する点が第１検出素子１０の構造と異なるが、その他の部分は第１検出素子１０と同様である。図１では、第１検出素子１０および第２検出素子２０を、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、第１検出素子１０と第２検出素子２０の構造における共通部分を同一の符号で示している。したがって、以下の説明では、第２検出素子２０の構造上の同一部分についての説明は第１検出素子１０の説明において行い、第２検出素子２０については構造上の異なる部分について説明を行うものとする。
【００１５】
また、本実施の形態の検出装置１においては、第１検出素子１０および第２検出素子２０を、それぞれ、一般的なＮＯｘセンサのハウジング１１，２１（図１参照）に収容し、それぞれ個別のＮＯｘセンサの形態をなすものとして形成する。そして各ハウジング１１，２１を、例えば自動車の排気管に取り付けて、排気ガス等の検出対象ガスに含まれるＮＯｘ濃度の検出を行う（後述するが、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度とをそれぞれ検出する）ものとする。もちろん、第１検出素子１０および第２検出素子２０を１つのハウジングに収容してＮＯｘ濃度の検出を行ってもよい。
【００１６】
図１に示す検出装置１は、第１検出素子１０と、第２検出素子２０と、第１検出素子１０および第２検出素子２０の制御ならびにＮＯｘ濃度の算出を行うセンサ制御部５とから構成される。センサ制御部５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを内蔵する公知のマイクロコンピュータ５１と、第１検出素子１０の駆動を制御する検出体制御回路５２およびヒータ体制御回路５３と、第２検出素子２０の駆動を制御する検出体制御回路５４およびヒータ体制御回路５５とを備える。検出体制御回路５２，５４は、それぞれ、第１検出素子１０および第２検出素子２０のガス検出体１４（後述）を駆動するための電流を生成する。また、ヒータ体制御回路５３，５５も同様に、第１検出素子１０および第２検出素子２０のヒータ体１５（後述）を駆動するための電流を生成する。マイクロコンピュータ５１と協働し、検出体制御回路５２およびヒータ体制御回路５３が第１検出素子１０の駆動を制御する態様と、検出体制御回路５４およびヒータ体制御回路５５が第２検出素子２０の駆動を制御する態様とは、それぞれ、公知のセンサ制御装置の態様と同様である。したがって、以下の説明において、検出体制御回路５２，５４およびヒータ体制御回路５３，５５の構成や動作の詳細については、説明を省略または簡略化して行うものとする。
【００１７】
また、マイクロコンピュータ５１にはＥＥＰＲＯＭ５６が接続されており、第１検出素子１０および第２検出素子２０それぞれについてあらかじめ求められた、ＮＯに対する感度とＮＯ２に対する感度との比であるＮＯ２／ＮＯ感度比が記憶されている。また、センサ制御部５は、コンソール等の入力装置５８から検出装置１の操作を行ったり、ＮＯｘ濃度の検出結果を表示装置５９に表示したりするための入出力部５７を備える。
【００１８】
次に、第１検出素子１０について説明する。第１検出素子１０は、ＮＯｘ濃度の検出を行うガス検出体１４と、そのガス検出体１４を早期活性化させるために加熱するヒータ体１５とが互いに積層され、一体化されたものである。
【００１９】
ガス検出体１４は、３枚の板状の固体電解質体１１１，１２１，１３１を、間にアルミナ等からなる絶縁体１４１，１４６をそれぞれ挟み、層状に形成した構造を有する。ガス検出体１４は、第１測定室１０１と、第２測定室１０２と、基準酸素室１０５と、Ｉｐ１セル（酸素ポンプセル）１１０と、Ｖｓセル（酸素分圧検知セル）１２０と、Ｉｐ２セル（酸素ポンプセル）１３０とを備える。
【００２０】
第１測定室１０１は、検出対象ガスがガス検出体１４内に最初に導入される小空間である。第１測定室１０１は、固体電解質体１１１と固体電解質体１２１との間に形成されている。第１測定室１０１の固体電解質体１１１側の面には電極１１３が配置され、固体電解質体１２１側の面には電極１２２が配置されている。
【００２１】
第１測定室１０１のガス検出体１４における先端側には、アルミナ等のセラミックスからなり複数の連続する気孔を有する多孔質体である拡散抵抗部１０３が設けられている。拡散抵抗部１０３は、第１測定室１０１内外の仕切りとして機能し、第１測定室１０１内への検出対象ガスの単位時間あたりの流通量を制限する。同様に、第１測定室１０１のガス検出体１４における後端側にも、アルミナ等のセラミックスからなり複数の連続する気孔を有する多孔質体である拡散抵抗部１０４が設けられている。拡散抵抗部１０４は、第１測定室１０１と第２測定室１０２との仕切りとして機能し、第１測定室１０１から第２測定室１０２内へのガスの単位時間あたりの流通量を制限する。
【００２２】
第２測定室１０２は、固体電解質体１１１と、拡散抵抗部１０４と、絶縁体１４１の開口部１４２と、固体電解質体１２１の開口部１２４と、絶縁体１４６の開口部１４７と、固体電解質体１３１とによって囲まれた小空間である。第２測定室１０２は拡散抵抗部１０４を介して第１測定室１０１と連通し、Ｉｐ１セル１１０によって酸素濃度が調整された後の検出対象ガスが導入される。第２測定室１０２に露出する固体電解質体１３１の表面には電極１３３が配置されている。
【００２３】
基準酸素室１０５は、第２測定室１０２とは独立に絶縁体１４６に設けられた開口と、固体電解質体１２１および固体電解質体１３１とによって囲まれた小空間である。基準酸素室１０５において、固体電解質体１２１の面には電極１２３が配置され、固体電解質体１３１の面には電極１３２が配置されている。基準酸素室１０５内には、セラミック製の多孔質体が充填されている。
【００２４】
Ｉｐ１セル１１０は、固体電解質体１１１と、多孔質性の一対の電極１１２，１１３とを備える。固体電解質体１１１は、例えばジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。電極１１２，１１３は、第１検出素子１０の積層方向において、固体電解質体１１１の両面にそれぞれ設けられている。上記したように、電極１１３は第１測定室１０１内に配置され、電極１１２は、固体電解質体１１１を挟んで電極１１３に対応する位置に配置されている。電極１１２，１１３は、Ｐｔを主成分とする材料によって形成される。Ｐｔを主成分とする材料としては、例えば、Ｐｔと、Ｐｔ合金と、Ｐｔとセラミックスとを含むサーメットとが挙げられる。また、電極１１２，１１３の表面には、セラミックスからなる多孔質性の保護層１１４，１１５がそれぞれ形成されている。Ｉｐ１セル１１０の電極１１２は、センサ制御部５の検出体制御回路５２のＩｐ１＋ポートに接続され、電極１１３は、検出体制御回路５２のＣＯＭポート（基準電位）に接続されている。
【００２５】
Ｖｓセル１２０は、固体電解質体１２１と、多孔質性の一対の電極１２２，１２３とを備える。固体電解質体１２１は、例えばジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１２１は、絶縁体１４１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。電極１２２，１２３は、第１検出素子１０の積層方向において、固体電解質体１２１の両面にそれぞれ設けられている。上記したように、電極１２３は基準酸素室１０５内に配置され、電極１２２は、第１測定室１０１内で、固体電解質体１２１を挟んで電極１２３に対応する位置に配置されている。電極１２２，１２３は、上述のＰｔを主成分とする材料によって形成される。Ｖｓセル１２０の電極１２２は、検出体制御回路５２のＣＯＭポートに接続され、電極１２３は、検出体制御回路５２のＶｓ＋ポートに接続されている。
【００２６】
Ｉｐ２セル１３０は、固体電解質体１３１と、多孔質性の一対の電極１３２，１３３とを備える。固体電解質体１３１は、例えばジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１３１は、絶縁体１４６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。電極１３２，１３３は、第１検出素子１０の積層方向において、固体電解質体１３１の固体電解質体１２１側の面に設けられている。上記したように、電極１３３は第２測定室１０２内に配置され、電極１３２は、固体電解質体１３１を挟んで電極１３３と対になるように、基準酸素室１０５内に配置されている。電極１３２，１３３は、上述のＰｔを主成分とする材料によって形成される。Ｉｐ２セル１３０の電極１３２は、検出体制御回路５２のＩｐ２＋ポートに接続され、電極１３３は、検出体制御回路５２のＣＯＭポートに接続されている。
【００２７】
ガス検出体１４の固体電解質体１３１側の外層（図１における下側）には、上記したように、ヒータ体１５が設けられている。ヒータ体１５は、絶縁層１５２，１５３と、ヒータパターン１５１とを備える。絶縁層１５２，１５３は、アルミナを主成分とするシート状の形状を有する。ヒータパターン１５１は、絶縁層１５２，１５３の間に埋設され、ヒータ体１５内で繋がる一本の電極パターンである。ヒータパターン１５１は、Ｐｔを主成分とする材料によって形成され、自身の温度と抵抗値とに相関関係を有する。ヒータパターン１５１は、一方の端部がヒータ体制御回路５３のＨｔｒ−ポートに接続されて、接地されている。また、ヒータパターン１５１の他方の端部は、ヒータ体制御回路５３のＨｔｒ＋ポートに接続されている。ヒータ体制御回路５３は、ガス検出体１４のインピーダンス（より詳細には、Ｖｓセル１２０にて定期的に取得されるインピーダンス）に応じてＨｔｒ＋ポートへの通電のオン・オフのデューティ比を制御することにより、ヒータパターン１５１へのバッテリー電源を介した投入電力が通電制御されヒータ体１５による発熱温度が調整される。
【００２８】
次に、第２検出素子２０について説明する。上記したように、第２検出素子２０の構造は還元部１８を有する点で第１検出素子１０の構造と異なる。その他の部分については第１検出素子１０の構造と同様であり、ＮＯｘ濃度の検出を行うガス検出体１４と、ガス検出体１４を早期活性化させるために加熱するヒータ体１５とを備える。
【００２９】
還元部１８は、アルミナ等のセラミックスからなり複数の連続する気孔を有する多孔質体であり、第２検出素子２０の先端部に設けられている。還元部１８は、第２検出素子２０の第１測定室１０１に検出対象ガスが導入される経路上において、拡散抵抗部１０３よりも上流側に配置されるように、第２検出素子２０の先端部の外周（先端面を含む）を覆って設けられている。還元部１８は、その気孔率が、拡散抵抗部１０３の気孔率に比べて高い。多孔質体は、ガスを流通させる多数の連続する気孔を有し、気孔率とは、それら気孔によって生ずる空間全体の体積が、多孔質体の気孔を含む大きさ全体の体積に占める割合をいう。気孔率が低いほど、多孔質体を流通（通過）するガスが通過の際に受ける流通抵抗が大きい。拡散抵抗部１０３は、検出対象ガスが無制限に第１測定室１０１に導入されないよう、検出対象ガスの導入速度を制限する流通抵抗として機能させるために設けられる。これに対し、還元部１８は、検出対象ガスに含まれるＮＯｘのうちのＮＯ２の還元反応を行う場として機能させるために設けられる。ゆえに、還元部１８の気孔率は、検出対象ガスの流通を妨げない程度に、拡散抵抗部１０３の気孔率よりも高くなるよう設けられている。なお、還元部１８の気孔率を、拡散抵抗部１０３の気孔率よりも高くするにあたっては、焼成されて還元部１８，拡散抵抗部１０３となる前駆体を構成するセラミックスの原料粉末の大きさを調整したり、前駆体に含まれるバインダの含有量を調整したり、または、焼成後に気孔を構成する気孔化剤を含有させる場合には、その気孔化剤の含有量を調整したりして、適宜行うことができる。
【００３０】
そして、第２検出素子２０のＩｐ１セル１１０の電極１１２は、センサ制御部５の検出体制御回路５４のＩｐ１＋ポートに接続され、電極１１３は、検出体制御回路５４のＣＯＭポート（基準電位）に接続されている。Ｖｓセル１２０の電極１２２は、検出体制御回路５４のＣＯＭポートに接続され、電極１２３は、検出体制御回路５４のＶｓ＋ポートに接続されている。Ｉｐ２セル１３０の電極１３２は、検出体制御回路５４のＩｐ２＋ポートに接続され、電極１３３は、検出体制御回路５４のＣＯＭポートに接続されている。また、第２検出素子２０のヒータパターン１５１は、一方の端部がヒータ体制御回路５５のＨｔｒ−ポートに接続されて接地され、他方の端部は、ヒータ体制御回路５５のＨｔｒ＋ポートに接続されている。
【００３１】
次に、検出装置１の動作について説明するが、その前に、第１検出素子１０および第２検出素子２０がＮＯｘ濃度を検出する際の動作について、簡単に説明する。なお、第１検出素子１０と第２検出素子２０とによるＮＯｘ濃度検出の際の動作は同様であるため、ここでは、センサ制御部５の検出体制御回路５２およびヒータ体制御回路５３によって駆動制御される第１検出素子１０の動作について説明する。
【００３２】
第１検出素子１０のガス検出体１４を構成する固体電解質体１１１，１２１，１３１は、加熱されることにより活性化する。ヒータ体制御回路５３は、Ｈｔｒ＋ポートとＨｔｒ−ポートとの間に流す電流を制御して、固体電解質体１１１，１２１，１３１の早期活性化を図るとともに、活性化後は、ガス検出体１４の加熱温度を所定の温度に維持するようヒータ体１５への通電制御を行う。
【００３３】
検出対象ガス（例えば排気ガス）は、ＮＯｘセンサのハウジング１１（詳細には、ハウジング１１のうち、第１検出素子１０または第２検出素子２０の先端部の周囲を覆う部位であって、ガス導入口が形成された部位（プロテクタ））内に導入され、第１検出素子１０の周囲に到達すると、拡散抵抗部１０３を通って第１測定室１０１内に導入される。検出体制御回路５２は、基準酸素室１０５内の酸素分圧が所定の分圧となるように、Ｖｓ＋ポートから微小な一定の電流を供給して電極１２２側から固体電解質体１２１を介して電極１２３側に酸素の汲み入れを行う。これにより、Ｖｓセル１２０の電極１２３は、基準となる酸素濃度に晒された基準電極として振舞う。第１測定室１０１内に導入された検出対象ガス中の酸素分圧が基準酸素室１０５内の酸素分圧と異なれば、分圧平衡になるように、Ｖｓセル１２０を介して第１測定室１０１と基準酸素室１０５との間で酸素イオンが移動し、電極１２２，１２３間に電圧（起電力）が発生する。
【００３４】
検出体制御回路５２は、Ｖｓ＋ポートの電圧（Ｖｓセル１２０の電極１２２，１２３間に発生する電圧）が所定の電圧（例えば、４２５ｍＶ）になるように、Ｉｐ１セル１１０（Ｉｐ１＋ポート）に流す電流を制御する。これにより、電極１１３の接する第１測定室１０１内の雰囲気と、第１検出素子１０の電極１１２の接する外部の雰囲気との間で、酸素の汲み出しおよび汲み入れが行われ、検出対象ガス中の酸素濃度が所定の低濃度に調整される。なお、このときＩｐ１セル１１０に流れる電流に基づいて、検出対象ガス中の酸素濃度を算出することも可能である。
【００３５】
酸素濃度を調整された検出対象ガスは拡散抵抗部１０４を介して第２測定室１０２に導入される。第２測定室１０２内において、検出対象ガスに含まれるＮＯｘがＰｔを主成分とする電極１３３を触媒に分解されることによって、ＮＯｘ由来の酸素が生ずる。ＮＯｘ由来の酸素は、酸素イオンとしてＩｐ２セル１３０の電極１３２，１３３間を流れ、Ｉｐ２＋ポートの出力が検出対象ガス中のＮＯｘの濃度に対応する出力として得られる。なお、Ｉｐ２＋ポートの出力、すなわちＩｐ２セル１３０に流れる電流は、ＮＯｘの濃度に略比例した大きさを示す。
【００３６】
ところで、第２検出素子２０においては、ヒータ体１５の発熱によって、固体電解質体１１１，１２１，１３１とともに、還元部１８も加熱される。例えば、固体電解質体１１１，１２１，１３１が活性化温度である７５０度以上の所定温度に加熱されると、その熱によって還元部１８は、自身を流通する検出対象ガスを、例えば６５０度以上に加熱するのに十分な温度に加熱される。検出対象ガスが６５０度以上に加熱されると、検出対象ガスに含まれるＮＯ２はＮＯに還元される。これにより、検出対象ガスが拡散抵抗部１０３を通過する際には、拡散の度合いが低い（通過速度が遅い）ＮＯ２が検出対象ガス中にほとんど含まれていない状態となる。よって、拡散抵抗部１０３におけるＮＯｘの通過（流通）がＮＯ２によって律速されることがない。また、還元部１８においてＮＯ２がＮＯに還元されるので、第１測定室１０１内ではＮＯ２の還元反応を行わずとも済む。ゆえに、第２検出素子２０は、還元部１８を備えることで、還元部のない第１検出素子１０と比べてＮＯｘ検出の感度（詳細には、ＮＯに対するＮＯ２の検出感度）を高めることができる。
【００３７】
なお、ＮＯｘの濃度検出にあたっては、検出対象ガス中にＮＯ２は存在せずにＮＯが存在するパターンと、ＮＯは存在せずＮＯ２が存在するパターンと、ＮＯとＮＯ２の両者が存在するパターンが考えられる。そして、本実施の形態の検出装置１では、どのようなパターンの検出対象ガスであっても、マイクロコンピュータ５１において、第１検出素子１０，第２検出素子２０より出力されるＩｐ２セル１３０に流れる電流のそれぞれに基づき、ＮＯ濃度換算値を取得するために設定された演算式のもと、第１検出素子１０によるＮＯ濃度換算値と第２検出素子２０によるＮＯ濃度換算値を取得するようにしている。そして、ＮＯ濃度換算値を取得するために設定された演算式にてＮＯ濃度換算値を取得する構成であるが故に、同じＮＯ濃度とＮＯ２濃度のもとでのＮＯに対する感度とＮＯ２に対する感度との比が、還元部のない第１検出素子１０と還元部１８を有する第２検出素子２０とで異なって得られることになる。
【００３８】
さて、本実施の形態の検出装置１では、還元部のない第１検出素子１０と、還元部１８を有する第２検出素子２０とを用いて、検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度検出（詳細には、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度のそれぞれの検出）を行う。以下、検出装置１により、検出対象ガス中のＮＯ濃度とＮＯ２濃度の検出がなされる過程について説明する。なお、図２，図３のフローチャートの各ステップを「Ｓ」と略記する。フローチャートの各処理は、マイクロコンピュータ５１のＣＰＵによって実行される。
【００３９】
検出装置１では、検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度とＮＯ２の濃度との検出を行う前に、第１検出素子１０および第２検出素子２０それぞれについて、ＮＯに対する感度とＮＯ２に対する感度との比であるＮＯ２／ＮＯ感度比を求める感度比取得処理（図２参照）が行われる。本実施の形態において、この処理は、検出装置１の出荷前（製造工程時）に２種類の調整ガス（モデルガス）を用いることで予め行うようにしている。
【００４０】
検出装置１の電源が投入され、表示装置５９に表示されるメニューに従い入力装置５８が操作されることによって、図２に示す、感度比取得処理が実行される。表示装置５９に表示される指示に従い、図示しない評価装置（モデルガスを導入し、第１検出素子１０および第２検出素子２０を晒すことのできるチャンバー等を有する装置）に、検出装置１の第１検出素子１０および第２検出素子２０がそれぞれ収容されたハウジング１１，２１が取り付けられる。評価装置へのハウジング１１，２１の取り付けが終わったら入力装置５８の操作によって、取り付けを完了したことがマイクロコンピュータ５１に報知される（Ｓ１１）。
【００４１】
マイクロコンピュータ５１は検出体制御回路５２，５４およびヒータ体制御回路５３，５５に駆動指示を行い、第１検出素子１０および第２検出素子２０の固体電解質体１１１，１２１，１３１を活性化させてＮＯｘ濃度の検出が可能な状態にする。検出体制御回路５２，５４によって第１検出素子１０および第２検出素子２０が活性化したことが知らされると、マイクロコンピュータ５１は、ＮＯモデルガスの導入を促す指示を表示装置５９に表示させる。ＮＯモデルガスは、ＮＯが所定濃度（例えば１００ｐｐｍ）に調整されたガスであり、ＮＯ２は含有されていない。評価装置が操作されることによってＮＯモデルガスがチャンバー内に供給され、第１検出素子１０および第２検出素子２０が晒される（Ｓ１２）。マイクロコンピュータ５１は、第１検出素子１０および第２検出素子２０のそれぞれに接続された検出体制御回路５２，５４から、第１検出素子１０および第２検出素子２０のＩｐ２＋ポートの出力値（電流値）をそれぞれ取得し、その出力値を所定濃度のＮＯに対する感度として、ＲＡＭに記憶する（Ｓ１３）。また、ＮＯが０ｐｐｍである場合の出力値は０μＡであるので、上記ＮＯモデルガスに対する出力値に基づき、出力値（μＡ）からＮＯ濃度換算値（ｐｐｍ）を求めるための演算式に適用される係数が算出され、ＥＥＰＲＯＭ５６に記憶される。なお、演算式は公知の式を用いればよく、当該演算式はマイクロコンピュータ５１のＲＯＭに記憶され、ＥＥＰＲＯＭ５６から係数を読み出してＮＯ濃度換算値を求めるようにしている。
【００４２】
マイクロコンピュータ５１は、次に、ＮＯ２モデルガスの導入を促す指示を表示装置５９に表示させる。ＮＯ２モデルガスは、ＮＯ２が所定濃度（例えばＮＯモデルガスに含まれるＮＯ濃度と同じ濃度に設定された１００ｐｐｍ）に調整されたガスであり、ＮＯは含有されていない。評価装置が操作されることによってＮＯ２モデルガスが供給され、第１検出素子１０および第２検出素子２０が晒される（Ｓ１５）。マイクロコンピュータ５１は、上記同様、検出体制御回路５２，５４から第１検出素子１０および第２検出素子２０のＩｐ２＋ポートの出力値（電流値）をそれぞれ取得し、その出力値を所定濃度のＮＯ２に対する感度として、ＲＡＭに記憶する（Ｓ１６）。
【００４３】
次にマイクロコンピュータ５１は、第１検出素子１０および第２検出素子２０それぞれについて、ＮＯ２／ＮＯ感度比を算出する（Ｓ１７）。第１検出素子１０について、ＲＡＭに記憶された、ＮＯ２モデルガスに対する出力値を、ＮＯモデルガスに対する出力値で除算することで、第１検出素子１０のＮＯ２／ＮＯ感度比が算出される。第２検出素子２０についても同様に、ＮＯ２モデルガスに対する出力値を、ＮＯモデルガスに対する出力値で除算し、第２検出素子２０のＮＯ２／ＮＯ感度比が算出される。
【００４４】
本実施の形態では、後述する実施例１に基づき、第１検出素子１０のＮＯ２／ＮＯ感度比（第１感度比）は０．８（８０％）であり、第２検出素子２０のＮＯ２／ＮＯ感度比（第２感度比）は１．０（１００％）であるものとする。算出された第１検出素子１０のＮＯ２／ＮＯ感度比と、第２検出素子２０のＮＯ２／ＮＯ感度比は、それぞれＥＥＰＲＯＭ５６に記憶される（Ｓ１８）。マイクロコンピュータ５１は、検出体制御回路５２，５４およびヒータ体制御回路５３，５５の駆動を停止する指示を行い、感度比取得処理を終了する。
【００４５】
次に、検出装置１によって、検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度とＮＯ２の濃度との検出が行われる過程について説明する。感度比取得処理によって求められＥＥＰＲＯＭ５６に記憶された第１検出素子１０および第２検出素子２０それぞれのＮＯ２／ＮＯ感度比は、濃度検出処理（図３参照）において使用される。上記同様、検出装置１の電源が投入され、表示装置５９に表示されるメニューに従い入力装置５８が操作されることによって、図３に示す、濃度検出処理が実行される。表示装置５９に表示される指示に従い、図示しない検査位置（例えば排気ガスの流れる排気管等）に、検出装置１の第１検出素子１０および第２検出素子２０がそれぞれ収容されたハウジング１１，２１が取り付けられる。ハウジング１１，２１の取り付けが終わったら入力装置５８の操作によって、取り付けを完了したことがマイクロコンピュータ５１に報知される（Ｓ２１）。
【００４６】
マイクロコンピュータ５１は、上記同様、検出体制御回路５２，５４およびヒータ体制御回路５３，５５に駆動指示を行い、第１検出素子１０および第２検出素子２０を活性化させる。検出体制御回路５２，５４によって第１検出素子１０および第２検出素子２０が活性化したことが知らされると、マイクロコンピュータ５１は検出体制御回路５２，５４に指示を出し、排気管内を流れる排気ガスのＮＯｘ濃度の検出を行わせる。マイクロコンピュータ５１は、検出体制御回路５２，５４から、第１検出素子１０および第２検出素子２０のＩｐ２＋ポートの出力値（電流値）をそれぞれ取得し、ＮＯ濃度換算値を取得するために設定されＲＯＭに記憶された演算式を用い、ＥＥＰＲＯＭ５６に記憶された上記の係数を適用して、排気ガス中のＮＯｘ濃度に対応するＮＯ濃度換算値を第１検出素子１０および第２検出素子２０のそれぞれについて求め、ＲＡＭに記憶する（Ｓ２３）。
【００４７】
次にマイクロコンピュータ５１は、第１検出素子１０のＮＯ濃度換算値と、第２検出素子２０のＮＯ濃度換算値との差分値ΔＣを算出する（Ｓ２５）。この差分値ΔＣは、第１検出素子１０と第２検出素子２０のＮＯ２に対する感度の違いによって生ずる差分（感度差に相当する分のＮＯ２由来の酸素の汲み出し量に基づく差分）である。ゆえに、ＥＥＰＲＯＭ５６に記憶された、第１検出素子１０のＮＯ２／ＮＯ感度比と、第２検出素子２０のＮＯ２／ＮＯ感度比との差分値ΔＳを算出する。そして、ΔＣをΔＳで除算することにより、感度の影響を受けない場合における、排気ガス中のＮＯ２の濃度に対応するＮＯ２濃度換算値が得られる。得られたＮＯ２濃度換算値をＲＡＭに記憶する（Ｓ２６）。
【００４８】
次に、Ｓ２３で取得した第２検出素子２０のＮＯ濃度換算値から、上記算出したＮＯ２濃度換算値に第２検出素子２０のＮＯ２／ＮＯ感度比（つまり、１．０）を乗じた値を減算することで、ＮＯ濃度に対応したＮＯ濃度換算値が求められる。得られたＮＯ濃度換算値をＲＡＭに記憶する（Ｓ２７）。なお、本実施の形態では、第２検出素子２０のＮＯ２／ＮＯ感度比は１．０であるため、Ｓ２７においては、Ｓ２３で取得した第２検出素子２０のＮＯ濃度換算値からＮＯ２濃度換算値を直接減算してＮＯ濃度換算値を算出するようにしてもよい。
【００４９】
このようにして求めた排気ガス中のＮＯ濃度換算値とＮＯ２濃度換算値とを表示装置５９に表示させたら（Ｓ２８）、マイクロコンピュータ５１は、検出体制御回路５２，５４およびヒータ体制御回路５３，５５の駆動を停止する指示を行い、濃度検出処理を終了する。
【００５０】
以上のように、本実施の形態の検出装置１では、第２検出素子２０に還元部１８を設けたことにより、還元部のない第１検出素子１０と比べてＮＯ２に対する感度を向上することができた。これにより、第１検出素子１０と第２検出素子２０との間において、ＮＯｘ濃度の検出感度に感度差を設けることができた。このことから、第１検出素子１０および第２検出素子２０によって検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出することで、検出装置１ではＮＯの濃度とＮＯ２の濃度とを求めることができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態の検出装置１は、ＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が０．８（第１感度比）である第１検出素子１０と、第１感度比より大きな１．０（第２感度比）である第２検出素子２０との２つを用いてＮＯｘ濃度の検出を行うことで、検出対象ガスに含まれるＮＯｘのうちのＮＯの濃度とＮＯ２の濃度とをそれぞれ求めるようにしている。具体的には、第１検出素子１０と第２検出素子２０の感度比の違いはＮＯｘのうちのＮＯ２に対する感度が異なることによって生ずるため、第１検出素子１０と第２検出素子２０のそれぞれから取得されるＮＯ濃度換算値の差分である差分値ΔＣと第１検出素子１０と第２検出素子２０のＮＯ２／ＮＯ感度比の差分値ΔＳとに基づいて、ＮＯ２の濃度に対応する出力値（ＮＯ２濃度換算値）を求めることができる。そして、第１検出素子１０から取得したＮＯ濃度換算値または第２検出素子２０から取得したＮＯ濃度換算値と上記のようにして求めたＮＯ２濃度換算値とに基づいて、検出対象ガス中のＮＯ濃度換算値を最終的に求めることができる。このように、本発明を適用することにより、従来は、ＮＯｘ濃度は求められてもＮＯ濃度とＮＯ２濃度とを個別に求めることは難しかったが、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度とをそれぞれ求めることができる。
【００５２】
なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。例えば、第１検出素子１０としてＮＯ２／ＮＯ感度比が０．８のものを用い、第２検出素子２０として１．０のものを用いたが、感度比の組合せは任意であり、例えば第１検出素子１０および第２検出素子２０としてＮＯ２／ＮＯ感度比がそれぞれ０．７，０．９のものを用いてもよい。
【００５３】
また、濃度検出処理（図３）のＳ２５〜Ｓ２７に示した、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度とを演算する一連の過程（演算方法）は一例にすぎず、他の演算過程により求めてもよい。また、検出装置１のセンサ制御部５は検出体制御回路５２，５４およびヒータ体制御回路５３，５５を第１検出素子１０および２０のそれぞれに一組ずつ用意したが、一組の検出体制御回路およびヒータ体制御回路を第１検出素子１０および２０に接続し、スイッチ等により切り換えて使用してもよい。
【００５４】
また、検出装置１は、入出力部５７を介して入力装置５８と表示装置５９とに接続し、操作や表示を行ったが、例えば、入出力部５７を介して図示しない外部回路に接続されて、外部回路による操作の入力やＮＯ濃度，ＮＯ２濃度の検出結果の出力を行ってもよい。外部回路としては、例えば自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）や、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を挙げることができる。
【実施例１】
【００５５】
還元部１８のある第２検出素子２０と、還元部のない第１検出素子１０との間で、ＮＯ２の濃度検出において感度差を生ずることについて確認するため、評価試験を行った。評価試験は、上記した評価装置を用い、感度比取得処理と同様の手順にて行った。具体的に、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度とを０〜１００ｐｐｍの範囲で適宜異ならせたＮＯモデルガスとＮＯ２モデルガスとを用い、各濃度における第１検出素子１０および第２検出素子２０のそれぞれの出力値（電流値）を取得した。
【００５６】
図４に、ＮＯモデルガスおよびＮＯ２モデルガスの濃度と、還元部のない第１検出素子１０の出力値（電流値）との関係を示す。第１検出素子１０にＮＯモデルガス（実線で示す）を供給した場合、第１検出素子１０の出力値は、ＮＯモデルガスの濃度に比例する。
しかし、第１検出素子１０にＮＯ２モデルガス（点線で示す）を供給した場合、第１検出素子１０の出力値もＮＯ２モデルガスの濃度に比例するが、ＮＯモデルガスの場合よりも出力値が小さく、同濃度においておよそ８０％の出力値しか得られないことがわかる。具体的に、第１検出素子１０の出力値は、濃度が１００ｐｐｍのＮＯモデルガスが供給された場合に０．２７μＡを示すのに対し、濃度が１００ｐｐｍのＮＯ２モデルガスが供給された場合には０．２２μＡを示す。
【００５７】
図５に、ＮＯモデルガスおよびＮＯ２モデルガスの濃度と、還元部１８を有する第２検出素子２０の出力値（電流値）との関係を示す。第２検出素子２０にＮＯモデルガス（実線で示す）を供給した場合、第１検出素子１０の場合と同様に、第２検出素子２０の出力値は、ＮＯモデルガスの濃度にほぼ一致して比例する。そして、第２検出素子２０にＮＯ２モデルガス（点線で示す）を供給した場合においても、第２検出素子２０の出力値はＮＯ２モデルガスの濃度に比例し、さらにＮＯモデルガスを供給した場合と同等の出力値を得られることがわかる。具体的に、第２検出素子２０の出力値は、濃度が１００ｐｐｍのＮＯモデルガスが供給された場合に０．２７μＡを示し、濃度が１００ｐｐｍのＮＯ２モデルガスが供給された場合にも、０．２７μＡを示す。
【００５８】
このように、還元部のない第１検出素子１０のＮＯ２濃度に対する感度がＮＯ濃度に対する感度のおよそ８０％であるのに対し、第２検出素子２０は、還元部１８を有することで、ＮＯ２濃度に対する感度をＮＯ濃度に対する感度と同等の感度とすることができた。これにより、第１検出素子１０と第２検出素子２０との間において、ＮＯｘ濃度の検出感度に感度差を設けることができ、検出装置１では、この第１検出素子１０および第２検出素子２０を用いてＮＯの濃度とＮＯｘの濃度とを求めることができるようになった。
【００５９】
なお、本発明においては、第１検出素子１０のＮＯ２／ＮＯ感度比が「第１感度比」に相当し、第２検出素子２０のＮＯ２／ＮＯ感度比が「第２感度比」に相当する。第１検出素子１０が「第１素子部」に相当し、第２検出素子２０が「第２素子部」に相当する。Ｓ２３で、第１検出素子１０の出力値（電流値）に基づくＮＯ濃度換算値（第１濃度換算値に相当する）を取得するマイクロコンピュータ５１のＣＰＵが、「第１取得手段（ステップ）」に相当する。同様にＳ２３で、第２検出素子２０の出力値（電流値）に基づくＮＯ濃度換算値（第２濃度換算値に相当する）を取得するマイクロコンピュータ５１のＣＰＵが、「第２取得手段（ステップ）」に相当する。Ｓ２５で、第１検出素子１０のＮＯ濃度換算値と、第２検出素子２０のＮＯ濃度換算値との差分値ΔＣ（濃度差分値に対応する）を算出するマイクロコンピュータ５１のＣＰＵが、「第１算出手段（ステップ）」に相当する。Ｓ２６で、第１検出素子１０のＮＯ２／ＮＯ感度比と、第２検出素子２０のＮＯ２／ＮＯ感度比との差分値ΔＳ（感度差分値に相当する）を求め、ΔＣをΔＳで除算してＮＯ２濃度換算値を算出するマイクロコンピュータ５１のＣＰＵが、「第２算出手段（ステップ）」に相当する。Ｓ２７で、ＮＯ濃度換算値を算出するマイクロコンピュータ５１のＣＰＵが、「第３算出手段（ステップ）」に相当する。
【００６０】
第１検出素子１０の拡散抵抗部１０３が、「第１拡散抵抗部」に相当し、第２検出素子２０の拡散抵抗部１０３が、「第２拡散抵抗部」に相当する。第１検出素子１０の第１測定室１０１，第２測定室１０２が、それぞれ「第１測定室」，「第２測定室」に相当し、第２検出素子２０の第１測定室１０１，第２測定室１０２が、それぞれ「第３測定室」，「第４測定室」に相当する。第１検出素子１０の固体電解質体１１１および電極１１２，１１３が、それぞれ「第１固体電解質層」および「一対の第１電極」に相当し、第２検出素子２０の固体電解質体１１１および電極１１２，１１３が、それぞれ「第３固体電解質層」および「一対の第３電極」に相当する。第１検出素子１０のＩｐ１セル１１０が「第１酸素ポンプセル」に相当し、第２検出素子２０のＩｐ１セル１１０が「第３酸素ポンプセル」に相当する。第１検出素子１０の固体電解質体１３１および電極１３２，１３３が、それぞれ「第２固体電解質層」および「一対の第２電極」に相当し、第２検出素子２０の固体電解質体１３１および電極１３２，１３３が、それぞれ「第４固体電解質層」および「一対の第４電極」に相当する。第１検出素子１０のＩｐ２セル１３０が「第２酸素ポンプセル」に相当し、第２検出素子２０のＩｐ２セル１３０が「第４酸素ポンプセル」に相当する。第２検出素子２０のヒータパターン１５１が、「ヒータ」に相当する。検出体制御回路５２が、「第１素子制御部」に相当し、検出体制御回路５４が、「第２素子制御部」に相当する。ヒータ体制御回路５５が、「ヒータ制御部」に相当する。
【符号の説明】
【００６１】
１    検出装置
１０，２０  検出素子
１８    還元部
５１    マイクロコンピュータ
５２，５４  検出体制御回路
５３，５５  ヒータ体制御回路
１０１    第１測定室
１０２    第２測定室
１０３，１０４  拡散抵抗部
１１０    Ｉｐ１セル
１１１，１３１  固体電解質体
１１２，１１３，１３２，１３３  電極
１３０    Ｉｐ２セル
１５１    ヒータパターン
【図１】
2014139579.tif 000003
【図２】
2014139579.tif 000004
【図３】
2014139579.tif 000005
【図４】
2014139579.tif 000006
【図５】
2014139579.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月24日(2014.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れ、ＮＯｘに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が第１感度比である第１素子部と、
前記検出対象ガスの流通を制限する拡散抵抗部と、当該拡散抵抗部よりも上流側に設けられ、前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２をＮＯに還元する還元部と、当該還元部を加熱するヒータと、を備え、前記検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れ、ＮＯｘに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が前記第１感度比より大きな第２感度比である第２素子部と、
前記第１素子部を流れる電流の大きさに基づいてＮＯの濃度に対応する第１濃度換算値を取得する第１取得手段と、
前記第２素子部を流れる電流の大きさに基づいてＮＯの濃度に対応する第２濃度換算値を取得する第２取得手段と、
前記第１濃度換算値と前記第２濃度換算値との差分である濃度差分値を算出する第１算出手段と、
前記第１感度比と前記第２感度比との差分である感度差分値を算出し、前記濃度差分値と前記感度差分値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２の濃度に対応するＮＯ２濃度換算値を算出する第２算出手段と、
前記第１濃度換算値または前記第２濃度換算値と前記ＮＯ２濃度換算値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度に対応するＮＯ濃度換算値を算出する第３算出手段と、
を備え、
前記還元部の気孔率は、前記拡散抵抗部の気孔率よりも高いことを特徴とするＮＯｘ濃度の検出装置。
【請求項２】
前記第１素子部は、前記検出対象ガスの流通を制限する第１拡散抵抗部を介して前記検出対象ガスが導入される第１測定室と、第１固体電解質層および一対の第１電極を備え、前記一対の第１電極が前記第１測定室の内側と外側とに設けられる第１酸素ポンプセルと、前記第１測定室よりも下流側に位置し、前記第１測定室から前記検出対象ガスが導入される第２測定室と、第２固体電解質層と一対の第２電極とを備え、前記一対の第２電極が前記第２測定室の内側と外側とに設けられた第２酸素ポンプセルと、を備える第１の検出素子であり、
前記第２素子部は、前記検出対象ガスの流通を制限する第２拡散抵抗部を介して前記検出対象ガスが導入される第３測定室と、第３固体電解質層および一対の第３電極を備え、前記一対の第３電極が前記第３測定室の内側と外側とに設けられる第３酸素ポンプセルと、前記第３測定室よりも下流側に位置し、前記第３測定室から前記検出対象ガスが導入される第４測定室と、第４固体電解質層と一対の第４電極とを備え、前記一対の第４電極が前記第４測定室の内側と外側とに設けられた第４酸素ポンプセルと、前記第２拡散抵抗部よりも上流側に設けられ、前記第３測定室へ導入される前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２をＮＯに還元する還元部と、前記還元部を加熱するヒータと、を備える第２の検出素子であり、
前記第１酸素ポンプセルに対する通電制御を行うことにより、前記第１測定室に導入された前記検知対象ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行い、前記第１測定室内の酸素濃度を一定に制御するとともに、前記第２酸素ポンプセルに電圧を印加して、前記検知対象ガス中のＮＯｘの分解、および解離した酸素の前記第２測定室からの汲み出しを制御することにより、前記第１の検出素子を制御する第１素子制御部と、
前記第３酸素ポンプセルに対する通電制御を行うことにより、前記第３測定室に導入された前記検知対象ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行い、前記第３測定室内の酸素濃度を一定に制御するとともに、前記第４酸素ポンプセルに電圧を印加して、前記検知対象ガス中のＮＯｘの分解、および解離した酸素の前記第４測定室からの汲み出しを制御することにより、前記第２の検出素子を制御する第２素子制御部と、
前記ヒータに駆動電流を流し、前記還元部を流通する前記検出対象ガスを、ＮＯ２のＮＯへの還元に必要な温度である還元温度以上に加熱するヒータ制御部と、
をさらに備え、
前記還元部の気孔率は、前記第２拡散抵抗部の気孔率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘ濃度の検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の第１態様によれば、検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れ、ＮＯｘに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が第１感度比である第１素子部と、前記検出対象ガスの流通を制限する拡散抵抗部と、当該拡散抵抗部よりも上流側に設けられ、前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２をＮＯに還元する還元部と、当該還元部を加熱するヒータと、を備え、前記検出対象ガスに含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れ、ＮＯｘに含まれるＮＯの濃度に対する感度とＮＯ２の濃度に対する感度との感度比が前記第１感度比より大きな第２感度比である第２素子部と、前記第１素子部を流れる電流の大きさに基づいてＮＯの濃度に対応する第１濃度換算値を取得する第１取得手段と、前記第２素子部を流れる電流の大きさに基づいてＮＯの濃度に対応する第２濃度換算値を取得する第２取得手段と、前記第１濃度換算値と前記第２濃度換算値との差分である濃度差分値を算出する第１算出手段と、前記第１感度比と前記第２感度比との差分である感度差分値を算出し、前記濃度差分値と前記感度差分値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２の濃度に対応するＮＯ２濃度換算値を算出する第２算出手段と、前記第１濃度換算値または前記第２濃度換算値と前記ＮＯ２濃度換算値とに基づいて、前記検出対象ガスに含まれるＮＯの濃度に対応するＮＯ濃度換算値を算出する第３算出手段と、を備え、前記還元部の気孔率は、前記拡散抵抗部の気孔率よりも高いＮＯｘ濃度の検出装置が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第１態様において、前記第１素子部は、前記検出対象ガスの流通を制限する第１拡散抵抗部を介して前記検出対象ガスが導入される第１測定室と、第１固体電解質層および一対の第１電極を備え、前記一対の第１電極が前記第１測定室の内側と外側とに設けられる第１酸素ポンプセルと、前記第１測定室よりも下流側に位置し、前記第１測定室から前記検出対象ガスが導入される第２測定室と、第２固体電解質層と一対の第２電極とを備え、前記一対の第２電極が前記第２測定室の内側と外側とに設けられた第２酸素ポンプセルと、を備える第１の検出素子であり、前記第２素子部は、前記検出対象ガスの流通を制限する第２拡散抵抗部を介して前記検出対象ガスが導入される第３測定室と、第３固体電解質層および一対の第３電極を備え、前記一対の第３電極が前記第３測定室の内側と外側とに設けられる第３酸素ポンプセルと、前記第３測定室よりも下流側に位置し、前記第３測定室から前記検出対象ガスが導入される第４測定室と、第４固体電解質層と一対の第４電極とを備え、前記一対の第４電極が前記第４測定室の内側と外側とに設けられた第４酸素ポンプセルと、前記第２拡散抵抗部よりも上流側に設けられ、前記第３測定室へ導入される前記検出対象ガスに含まれるＮＯ２をＮＯに還元する還元部と、前記還元部を加熱するヒータと、を備える第２の検出素子であり、前記第１酸素ポンプセルに対する通電制御を行うことにより、前記第１測定室に導入された前記検知対象ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行い、前記第１測定室内の酸素濃度を一定に制御するとともに、前記第２酸素ポンプセルに電圧を印加して、前記検知対象ガス中のＮＯｘの分解、および解離した酸素の前記第２測定室からの汲み出しを制御することにより、前記第１の検出素子を制御する第１素子制御部と、前記第３酸素ポンプセルに対する通電制御を行うことにより、前記第３測定室に導入された前記検知対象ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行い、前記第３測定室内の酸素濃度を一定に制御するとともに、前記第４酸素ポンプセルに電圧を印加して、前記検知対象ガス中のＮＯｘの分解、および解離した酸素の前記第４測定室からの汲み出しを制御することにより、前記第２の検出素子を制御する第２素子制御部と、前記ヒータに駆動電流を流し、前記還元部を流通する前記検出対象ガスを、ＮＯ２のＮＯへの還元に必要な温度である還元温度以上に加熱するヒータ制御部と、をさらに備え、前記還元部の気孔率は、前記第２拡散抵抗部の気孔率よりも高くてもよい。