(57)【要約】【課題】１つのガスセンサでＮＯｘ濃度とアンモニア濃度を測定可能で、アンモニア濃度の測定精度が向上したマルチガスセンサの制御方法及び装置を提供する。【解決手段】第１測定室Ｓ１の内部と外部に位置し、第１測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第１ポンピングセル２と、第１測定室に連通するＮＯｘ測定室Ｓ２の内部と外部に位置し、被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流Ｉｐ２が一対の第２電極間に流れる第２ポンピングセル４とを備えたＮＯｘセンサ部３０Ａと、少なくとも一対の電極４２ａを有しＮＯｘセンサ部の外表面に形成されたアンモニアセンサ部４２とを共に設けたマルチガスセンサ２００の制御方法であって、第１ポンピングセルに流れる第１ポンピング電流に基づいて酸素濃度を算出し、該酸素濃度とアンモニアセンサ部のアンモニア濃度出力とに基づき、修正アンモニア濃度を算出する。【選択図】図２
2011075546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１測定室の内部と外部に位置すると共に、第１固体電解質体と該第１固体電解質体上に設けられた一対の第１電極とを有し、前記第１測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第１ポンピングセルと、前記第１測定室に連通するＮＯｘ測定室の内部と外部に位置すると共に、第２固体電解質体と該第２固体電解質体上に設けられた一対の第２電極とを有し、前記第１測定室にて酸素濃度が調整されて前記ＮＯｘ測定室に流入した被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流が前記一対の第２電極間に流れる第２ポンピングセルと、を備えたＮＯｘセンサ部と、
前記ＮＯｘセンサ部の外表面に形成され、少なくとも一対の電極が固体電解質体上に配置された、アンモニア濃度出力を出力するアンモニアセンサ部と、
を共に設けたマルチガスセンサの制御方法であって、
前記第１ポンピングセルに流れる第１ポンピング電流に基づいて酸素濃度を算出し、該酸素濃度と前記アンモニアセンサ部の前記アンモニア濃度出力とに基づき、修正アンモニア濃度を算出するマルチガスセンサの制御方法。
【請求項２】
前記被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたときに前記アンモニアセンサ部が示す前記アンモニア濃度出力が０となる場合に用いられ、
前記修正アンモニア濃度と前記第２ポンピング電流とに基づき、第１修正ＮＯ濃度を算出する請求項１記載のマルチガスセンサの制御方法。
【請求項３】
前記被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたときに前記アンモニアセンサ部が負の前記アンモニア濃度出力を示す場合に用いられ、
前記負のアンモニア濃度出力に基づいて予め見込みＮＯ２濃度を算出しておき、前記第２ポンピング電流と当該見込みＮＯ２濃度とに基づき、第２修正ＮＯ濃度を算出する請求項１記載のマルチガスセンサの制御方法。
【請求項４】
前記酸素濃度に加えて前記見込みＮＯ２濃度に基づき、前記修正アンモニア濃度を算出する請求項３記載のマルチガスセンサの制御方法。
【請求項５】
第１測定室の内部と外部に位置すると共に、第１固体電解質体と該第１固体電解質体上に設けられた一対の第１電極とを有し、前記第１測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第１ポンピングセルと、前記第１測定室に連通するＮＯｘ測定室の内部と外部に位置すると共に、第２固体電解質体と第２固体電解質体上に設けられた一対の第２電極とを有し、前記第１測定室にて酸素濃度が調整されて前記ＮＯｘ測定室に流入した被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流が前記一対の第２電極間に流れる第２ポンピングセルと、を備えたＮＯｘセンサ部と、
前記ＮＯｘセンサ部の外表面に形成され、少なくとも一対の電極が固体電解質体上に配置された、アンモニア濃度出力を出力するアンモニアセンサ部と、
を共に設けたマルチガスセンサの制御装置であって、
前記第１ポンピングセルに流れる第１ポンピング電流に基づいて酸素濃度を算出し、該酸素濃度と前記アンモニアセンサ部の前記アンモニア濃度出力とに基づき、修正アンモニア濃度を算出する制御手段を備えたマルチガスセンサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を検出するに適したマルチガスセンサの制御方法及びマルチガスセンサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガス中の特定ガスの濃度を測定するガスセンサとして、固体電解質体を用いつつ被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサや、一対の電極間のインピーダンス変化又は起電力変化を利用して被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサが知られている。
又、被測定ガス中のＮＯｘ濃度とアンモニア濃度を同時に測定する技術として、被測定ガスをＮＨ３強酸化触媒に接触させてアンモニアをＮＯｘに変換して全ＮＯｘ濃度を測定する工程と、被測定ガスをＮＨ３弱酸化触媒に接触させてアンモニアの一部をＮＯｘに変換してＮＯｘ濃度を測定する工程とを有し、これらの工程の２つの検出値からＮＯｘ濃度とアンモニア濃度を演算する技術が提案されている（特許文献１参照）。
さらに、１つのセンサ内にＮＯｘ極、参照極、選択極、アンモニア極を設けて複数セル(multicell)を構成し、ガス導入により生じたＮＯｘ極と参照極の間の起電力に応じて（ＮＯｘの存在状態に応じて）、アンモニア濃度算出方法を変更することで、正確なアンモニア濃度を計測するアンモニアセンサが提案されている（特許文献２参照）。具体的には、ＮＯｘの存在状態に応じ、アンモニア極-参照極間の起電力と、ＮＯｘ極-アンモニア極間の起電力とのいずれかを検出に用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３３４４７号公報（要約）
【特許文献２】特表２００９−５１１８５９号公報（要約）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の技術の場合、触媒能の違いにより測定を行うため、測定環境（温度、流速、圧力等）の変化によって触媒能が変化し、正確な測定ができないことがある。また、自動車の排ガス中のような苛酷な環境にこの装置を設置した場合、触媒能を長期にわたって安定的に維持することは困難である。
また、特許文献２記載の技術は、アンモニアを検知する電極を切り替えて測定を行うものであるが、測定環境が変動すると、当初設定した検知電極の切り替え条件（切り替えタイミングや、基準出力ポイントの設定等）を変更する必要があり、アンモニアの正確な測定がかえって困難になる可能性がある。さらに、検知電極の切り替えという複雑な制御が必要である。
【０００５】
さらに、複数種のガス濃度を別個のセンサで測定すると、各センサの位置が同一場所でないため、ガス濃度や温度分布等が各センサ毎に異なり、又、各センサでの計測に遅れが生じる。そして、これらに起因して測定に影響を与えることがある。
又、アンモニアセンサによるアンモニア濃度の測定において、酸素濃度の影響を受けることが懸念されるが、従来のアンモニアセンサは酸素濃度の影響を考慮した測定を行うことが困難である。
従って本発明は、１つのガスセンサでＮＯｘ濃度とアンモニア濃度を測定可能で、アンモニア濃度の測定精度が向上したマルチガスセンサの制御方法及びマルチガスセンサの制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のマルチガスセンサの制御方法は、第１測定室の内部と外部に位置すると共に、第１固体電解質体と該第１固体電解質体上に設けられた一対の第１電極とを有し、前記第１測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第１ポンピングセルと、前記第１測定室に連通するＮＯｘ測定室の内部と外部に位置すると共に、第２固体電解質体と該第２固体電解質体上に設けられた一対の第２電極とを有し、前記第１測定室にて酸素濃度が調整されて前記ＮＯｘ測定室に流入した被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流が前記一対の第２電極間に流れる第２ポンピングセルとを備えたＮＯｘセンサ部と、前記ＮＯｘセンサ部の外表面に形成され、少なくとも一対の電極が固体電解質体上に配置された、アンモニア濃度出力を出力するアンモニアセンサ部とを共に設けたマルチガスセンサの制御方法であって、前記第１ポンピングセルに流れる第１ポンピング電流に基づいて酸素濃度を算出し、該酸素濃度と前記アンモニアセンサ部の前記アンモニア濃度出力とに基づき、修正アンモニア濃度を算出する。
この方法によれば、被測定ガス中の酸素濃度の影響を受けない正確なアンモニア濃度を算出することができる。
また、自動車の排ガス中のような苛酷な環境であったとしても、長期にわたって安定的にアンモニア濃度を算出することができる。
さらに、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部との位置が同一場所にあるため、ガス濃度や温度分布等が各センサ部共に一致し、各センサでの計測の遅れを抑制できる。
【０００７】
本発明のマルチガスセンサの制御方法において、前記被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたときに前記アンモニアセンサ部が示す前記アンモニア濃度出力が０となる場合に用いられ、前記修正アンモニア濃度と前記第２ポンピング電流とに基づき、第１修正ＮＯ濃度を算出してもよい。
被測定ガス中にアンモニアガスとＮＯｘガス（ＮＯ、ＮＯ２）が含まれる場合、ＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流はアンモニア濃度の影響を受けることになるが、この方法により、アンモニアガスの濃度の影響を受けない正確なＮＯｘ濃度を検出することができる。
なお、この方法は、被測定ガス中にＮＯ２を含まない場合に用いられ、被測定ガス中のアンモニア濃度の影響を受けずに正確なＮＯ濃度を算出することができる。
また、「被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたとき」とは、被測定ガス中に尿素水の噴射が停止されて一定時間後が例示できる。このタイミングにおいてアンモニア濃度が０になることを利用し、被測定ガス中にアンモニアセンサ部を晒してアンモニア濃度を計測すると、このタイミングでアンモニア濃度出力が０となる場合に上記方法を用いる。
【０００８】
本発明のマルチガスセンサの制御方法において、前記被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたときに前記アンモニアセンサ部が負の前記アンモニア濃度出力を示す場合に用いられ、前記負のアンモニア濃度出力に基づいて予め見込みＮＯ２濃度を算出しておき、前記第２ポンピング電流と当該見込みＮＯ２濃度とに基づき、第２修正ＮＯ濃度を算出してもよい。
被測定ガス中にアンモニアガスとＮＯｘガス（ＮＯ、ＮＯ２）が含まれる場合、ＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流はアンモニア濃度の影響を受けることになるが、この方法により、アンモニアガスの濃度の影響を受けない精確なＮＯｘ濃度を検出することができる。
なお、この方法は、被測定ガス中にＮＯ２を含む場合に用いられ、被測定ガス中にＮＯ及びＮＯ２が共存していても、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度を別個に正確に算出することができる。これに対し、従来のＮＯｘセンサでは、ＮＯとＮＯ２の分離が困難であると共に、ＮＯとＮＯ２の分子サイズが異なるため、ＮＯｘセンサの前記第２ポンピング電流が同一であっても、被測定ガス中のＮＯとＮＯ２の割合に応じて、算出されるＮＯｘ濃度が異なることがある。
また、「被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたとき」とは、被測定ガス中に尿素水の噴射が停止されて一定時間後が例示できる。このタイミングにおいてアンモニア濃度が０になることを利用し、被測定ガス中にアンモニアセンサ部を晒してアンモニア濃度を計測すると、このタイミングでアンモニア濃度出力が負となる場合に上記方法を用いる
【０００９】
本発明のマルチガスセンサの制御方法において、前記酸素濃度に加えて前記見込みＮＯ２濃度に基づき、前記修正アンモニア濃度を算出してもよい。
この方法によれば、酸素濃度のみならず、ＮＯ２濃度を考慮してアンモニア濃度を算出するので、酸素濃度のみを考慮して算出したアンモニア濃度よりさらに精度が向上する。
【００１０】
本発明のマルチガスセンサの制御装置は、第１測定室の内部と外部に位置すると共に、第１固体電解質体と該第１固体電解質体上に設けられた一対の第１電極とを有し、前記第１測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第１ポンピングセルと、前記第１測定室に連通するＮＯｘ測定室の内部と外部に位置すると共に、第２固体電解質体と該第２固体電解質体上に設けられた一対の第２電極とを有し、前記第１測定室にて酸素濃度が調整されて前記ＮＯｘ測定室に流入した被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流が前記一対の第２電極間に流れる第２ポンピングセルとを備えたＮＯｘセンサ部と、前記ＮＯｘセンサ部の外表面に形成され、少なくとも一対の電極が固体電解質体上に配置された、アンモニア濃度出力を出力するアンモニアセンサ部とを共に設け、前記第１ポンピングセルに流れる第１ポンピング電流に基づいて酸素濃度を算出し、該酸素濃度と前記アンモニアセンサ部の前記アンモニア濃度出力とに基づき、修正アンモニア濃度を算出する制御手段を備えている。
この装置によれば、被測定ガス中の酸素濃度の影響を受けない正確なアンモニア濃度を算出することができる。
また、自動車の排ガス中のような苛酷な環境であったとしても、長期にわたって安定的にアンモニア濃度を算出することができる。
さらに、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部との位置が同一場所にあるため、ガス濃度や温度分布等が各センサ部共に一致し、各センサでの計測の遅れを抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、１つのガスセンサでＮＯｘ濃度とアンモニア濃度を測定可能で、アンモニア濃度の測定精度が向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るマルチガスセンサの長手方向に沿う断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマルチガスセンサ及びガスセンサ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】アンモニアセンサ部の構成を示す展開図である。
【図４】ガスセンサ制御装置（のマイクロコンピュータ）に格納された各種データの構成を示すブロック図である。
【図５】アンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式の一例を示す図である。
【図６】第２ポンピング電流−ＮＯ濃度関係式の一例を示す図である。
【図７】種々のＮＯ濃度における、アンモニア濃度出力とアンモニア濃度との関係を示す図である。
【図８】負のアンモニア濃度出力−ＮＯ２濃度関係式の一例を示す図である。
【図９】寄与第２ポンピング電流−ＮＯ濃度，ＮＯ２濃度関係式の一例を示図である。
【図１０】所定の酸素濃度における、種々のＮＯ２濃度でのアンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式の一例を示す図である。
【図１１】ガスセンサ制御装置（のマイクロコンピュータ）によるアンモニア濃度及び他のガス成分の濃度を算出する処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る制御方法の制御対象の一例となるマルチガスセンサ２００Ａの長手方向に沿う断面図を示す。マルチガスセンサ２００Ａは、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出するマルチガスセンサ素子部１００Ａを組み付けたアッセンブリである。マルチガスセンサ２００Ａは、軸線方向に延びる板状のマルチガスセンサ素子部１００Ａと、排気管に固定されるためのねじ部１３９が外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、マルチガスセンサ素子部１００Ａの径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ１０６と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８の内壁面がマルチガスセンサ素子部１００Ａの後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１６６と、マルチガスセンサ素子部１００Ａと絶縁コンタクト部１６６との間に配置される複数個（図１では２つのみ図示）の接続端子１１０とを備えている。
【００１４】
主体金具１３８は、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具１３８は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの先端側を貫通孔１５４の先端側外部に配置し、電極端子部８０Ａ、８２Ａを貫通孔１５４の後端側外部に配置する状態で、マルチガスセンサ素子部１００Ａを貫通孔１５４に保持している。さらに、棚部１５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
【００１５】
なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３、１５６（以下、滑石リング１５３、１５６ともいう）、および上述のセラミックスリーブ１０６がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されており、セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５３やセラミックホルダ１５１を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ１５８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。
【００１６】
一方、図１に示すように、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重の外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。
【００１７】
そして、主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ，８２Ａとそれぞれ電気的に接続される複数本のリード線１４６（図１では３本のみ）が挿通されるリード線挿通孔１６１が形成されたグロメット１５０が配置されている。なお、簡略化のため、図１ではマルチガスセンサ素子部１００Ａの表面と裏面の電極端子部をそれぞれ符号８０Ａ，８２Ａで代表させたが、実際には、後述するＮＯｘセンサ部３０Ａやアンモニアセンサ部４２が有する電極等の数に応じて、複数の電極端子部が形成されている。
【００１８】
また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたマルチガスセンサ素子部１００Ａの後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材１６６が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材１６６は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの後端側の表裏面に形成される電極端子部８０Ａ，８２Ａの周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材１６６は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７が備えられている。絶縁コンタクト部材１６６は、鍔部１６７が保持部材１６９を介して外筒１４４に当接することで、外筒１４４の内部に配置される。そして、絶縁コンタクト部材１６６側の接続端子１１０と、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ，８２Ａとが電気的に接続され、リード線１４６により外部と導通するようになっている。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態に係るマルチガスセンサの制御装置（コントロ−ラ）３００、及びこれに接続されるマルチガスセンサ素子部１００Ａの構成を示すブロック図である。なお、図２では説明の便宜のため、マルチガスセンサ２００Ａ内に収容されたマルチガスセンサ素子部１００Ａの長手方向に沿う断面のみを表示している。
マルチガスセンサ２００Ａ（マルチガスセンサ素子部１００Ａ）、及びマルチガスセンサの制御装置３００は図示しない内燃機関（以下、エンジンともいう）を備える車両に搭載され、マルチガスセンサの制御装置３００は車両側制御装置（以下、適宜「ＥＣＵ」という）４００に電気的に接続されている。なお、マルチガスセンサ２００Ａから伸びるリード線１４６の端はコネクタに接続され、このコネクタをマルチガスセンサの制御装置３００側のコネクタに電気的に接続するようになっている。
ＥＣＵ４００は、マルチガスセンサの制御装置３００で算出された排気ガス中のアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度のデータを受信し、それに基づいてエンジンの運転状態の制御や触媒に蓄積されたＮＯｘの浄化などの処理を実行する。
【００２０】
次に、マルチガスセンサ素子部１００Ａの構成について説明する。マルチガスセンサ素子部１００Ａは、公知のＮＯｘセンサと同様な構成を有するＮＯｘセンサ部３０Ａと、公知のアンモニアセンサと同様な構成を有するアンモニアセンサ部４２とを備え、詳しくは後述するようにアンモニアセンサ部４２はＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面に形成されている。
【００２１】
まず、ＮＯｘセンサ部３０Ａは、絶縁層２３ｆ、アンモニアセンサ部用固体電解質体２５、絶縁層２３ｅ、第１固体電解質体２ａ、絶縁層２３ｄ、第３固体電解質体６ａ、絶縁層２３ｃ、第２固体電解質体４ａ、及び絶縁層２３ｂ、２３ａをこの順に積層した構造を有する。第１固体電解質体２ａと第３固体電解質体６ａとの層間に第１測定室Ｓ１が画成され、第１測定室Ｓ１の左端（入口）に配置された第１拡散抵抗体８ａを介して外部から被測定ガスが導入される。なお、第１拡散抵抗体８ａの外側には多孔質からなる保護層９が配置されている。
第１測定室Ｓ１のうち入口と反対端には第２拡散抵抗体８ｂが配置され、第２拡散抵抗体８ｂを介して第１測定室Ｓ１の右側には、第１測定室Ｓ１と連通する第２測定室（本発明の「ＮＯｘ測定室」に相当）Ｓ２が画成されている。第２測定室Ｓ２は、第３固体電解質体６ａを貫通して第１固体電解質体２ａと第２固体電解質体４ａとの層間に形成されている。
【００２２】
絶縁層２３ｂ、２３ａの間にはマルチガスセンサ素子部１００Ａの長手方向に沿って延びる長尺板状のヒータ２１が埋設されている。ヒータ２１はガスセンサを活性温度に昇温し、固体電解質体の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。
各絶縁層２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆはアルミナを主体とし、第１拡散抵抗体８ａ及び第２拡散抵抗体８ｂはアルミナ等の多孔質物質からなる。又、ヒータ２１は白金等からなる。
【００２３】
第１ポンピングセル２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第１固体電解質体２ａと、これを挟持するように配置された内側第１ポンピング電極２ｂ及び対極となる外側第１ポンピング電極２ｃ（各電極が特許請求の範囲の「第１電極」に相当）とを備え、内側第１ポンピング電極２ｂは第１測定室Ｓ１に面している。内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃはいずれも白金を主体とし、内側第１ポンピング電極２ｂの表面は多孔質体からなる保護層１１で覆われている。
又、外側第１ポンピング電極２ｃの上面に相当する絶縁層２３ｅはくり抜かれて多孔質体１３が充填され、外側第１ポンピング電極２ｃと外部とを連通させてガス（酸素）の出入を可能としている。
【００２４】
酸素濃度検出セル６は、ジルコニアを主体とする第３固体電解質体６ａと、これを挟持するように配置された検知電極６ｂ及び基準電極６ｃとを備え、検知電極６ｂは内側第１ポンピング電極２ｂより下流側で第１測定室Ｓ１に面している。検知電極６ｂ及び基準電極６ｃはいずれも白金を主体としている。
なお、絶縁層２３ｃは、第３固体電解質体６ａに接する基準電極６ｃが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１５を形成している。そして、酸素濃度検出セル６にＩｃｐ供給回路５４を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
【００２５】
第２ポンピングセル４は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質体４ａと、第２固体電解質体４ａのうち第２測定室Ｓ２に面した表面に配置された内側第２ポンピング電極４ｂ及び対極となる第２ポンピング対電極４ｃ（各電極が特許請求の範囲の「第２電極」に相当）とを備えている。内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃはいずれも白金を主体としている。
なお、第２ポンピング対電極４ｃは、第２固体電解質体４ａ上における絶縁層２３ｃの切り抜き部に配置され、基準電極６ｃに対向して基準酸素室１５に面している。
【００２６】
そして、内側第１ポンピング電極２ｂ、検知電極６ｂ、内側第２ポンピング電極４ｂはそれぞれ基準電位に接続されている。
【００２７】
次にアンモニアセンサ部４２は、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面をなす絶縁層２３ｆ上に形成されている。但し、絶縁層２３ｆの一部は矩形状に切り抜かれてアンモニアセンサ部用固体電解質体２５が表出し、この表出部分の上にアンモニアセンサ部４２の一対の電極４２ａが形成されている。より詳しくは、アンモニアセンサ部４２は、アンモニアセンサ部用固体電解質体２５上に形成された一対の電極４２ａと、一対の電極４２ａを覆う選択反応層４２ｂとを含み、一対の電極４２ａ間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。
又、多孔質からなる拡散層４４Ｂが選択反応層４２ｂを完全に覆うように形成され、外部からアンモニアセンサ部４２に流入する被測定ガスの拡散速度を調整可能になっている。
【００２８】
図３は、アンモニアセンサ部４２の構成を示す展開図である。アンモニアセンサ部用固体電解質体２５上に一対の電極４２ａ１、４２ａ２（これらをまとめて一対の電極４２ａとする）が配置され、各電極４２ａ１、４２ａ２からアンモニアセンサ部用固体電解質体２５の長手方向に沿ってそれぞれリード４２ａｘ、４２ａｙが延び、リード４２ａｘ、４２ａｙ上下に絶縁層２３ｆが被覆されている。但し、リード４２ａｘ、４２ａｙの右端はこの絶縁層２３ｆで被覆されずに露出し、それぞれ所定の電極端子部を形成している。
電極４２ａ１、４２ａ２はアンモニアセンサ部用固体電解質体２５の短手方向に沿って離間して並び、電極４２ａ１は金を主成分とする材料で構成されて検知電極として作用し、電極４２ａ２は白金を主成分とする材料で構成されて基準電極として作用する。基準電極４２ａ２に比べ、検知電極４２ａ１の方がアンモニアとの反応性が高いため、検知電極４２ａ１と基準電極４２ａ２との間で起電力が生じる。
また、アンモニアセンサ部用固体電解質体２５は例えばＺｒＯ２等の酸素イオン伝導性材料で構成され、リード４２ａｘ、４２ａｙは、例えば白金を主成分とする材料で構成されている。
【００２９】
選択反応層４２ｂは、被測定ガス中のアンモニア以外の可燃性ガス成分を燃焼させる役割を持ち、選択反応層４２ｂが存在すると、可燃性ガス成分の影響を受けずに被測定ガス中のアンモニアを検出することができる。選択反応層４２ｂは通常、金属酸化物を主成分とするが、特に酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）及び酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を所定比で含む材料（例えば、酸化ビスマスバナジウム：ＢｉＶＯ４）から形成することが好ましい。
なお、選択反応層４２ｂが検知電極４２ａ１のみを覆っていても、上記した効果を発揮することができる。また、本実施形態では、検知電極４２ａ１と選択反応層４２ｂとを分けて設けているが、選択反応層４２ｂを設けず、検知電極４２ａ１に選択反応層４２ｂを形成する材料（例えば、金属酸化物）を含有させてもよい。
拡散層４４Ｂとしては、例えばアルミナ、スピネル（MgAl2O4）、シリカアルミナ、及びムライトの群から選ばれる少なくとも１種が例示される。そして、拡散層４４Ｂの厚み、粒径、粒度分布、気孔率、配合比等を適宜調整することで、選択反応層４２ｂ、及び電極４２ａ１、４２ａ２に到達するガス拡散時間が任意に調整可能である。
【００３０】
なお、この実施形態において、ＮＯｘセンサ部３０Ａの第２固体電解質体４ａの制御温度を６００℃としたとき、アンモニアセンサ部４２の温度が６５０℃となるよう、ＮＯｘセンサ部３０Ａ上でアンモニアセンサ部４２の位置が決められている。
【００３１】
次に、図２に戻り、マルチガスセンサの制御装置３００の構成の一例について説明する。マルチガスセンサの制御装置３００は、回路基板上に（アナログ）制御回路５９とマイクロコンピュータ（マイコン）６０とを備えている。マイクロコンピュータ６０はマルチガスセンサの制御装置３００全体を制御し、ＣＰＵ（中央演算処理装置）６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、信号入出力部６４、Ａ／Ｄコンバータ６５、及び図示しないクロックを備え、ＲＯＭ等に予め格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
制御回路５９は、詳しくは後述する基準電圧比較回路５１、Ｉｐ１ドライブ回路５２、Ｖｓ検出回路５３、Ｉｃｐ供給回路５４、Ｉｐ２検出回路５５、Ｖｐ２印加回路５６、ヒータ駆動回路５７、アンモニアセンサ部起電力検出回路５８を備える。
制御回路５９は、ＮＯｘセンサ部３０Ａを制御し、ＮＯｘセンサ部３０Ａに流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
アンモニアセンサ部起電力検出回路５８は、一対の電極４２ａ１、４２ａ２間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
【００３２】
詳細には、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外側第１ポンピング電極２ｃはＩｐ１ドライブ回路５２に接続され、基準電極６ｃはＶｓ検出回路５３及びＩｃｐ供給回路５４に並列に接続されている。又、第２ポンピング対電極４ｃはＩｐ２検出回路５５及びＶｐ２印加回路５６に並列に接続されている。ヒータ回路５７はヒータ２１に接続されている。
又、アンモニアセンサ部４２の一対の電極４２ａ１、４２ａ２がそれぞれアンモニアセンサ部起電力検出回路５８に接続されている。
【００３３】
各回路５１〜５７は、以下のような機能を有する。
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃの間に第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給しつつ、その際の第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出する。
Ｖｓ検出回路５３は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間の電圧Ｖｓを検出し、検出結果を基準電圧比較回路５１に出力する。
基準電圧比較回路５１は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）とＶｓ検出回路５３の出力（電圧Ｖｓ）とを比較し、比較結果をＩｐ１ドライブ回路５２に出力する。そして、Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電圧Ｖｓが上記基準電圧に等しくなるようにＩｐ１電流の流れる向き及び大きさを制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度の所定値に調整する。
Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、基準電極６ｃを基準となる所定の酸素濃度に晒させる。
Ｖｐ２印加回路５６は、内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃの間に、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。
Ｉｐ２検出回路５５は、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から第２固体電解質体４ａを介して第２ポンピング対電極４ｃ側に汲み出される際に、第２ポンピングセル４に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。
【００３４】
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、検出した第１ポンピング電流Ｉｐ１の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。又、Ｉｐ２検出回路５５は、検出した第２ポンピング電流Ｉｐ２の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。
Ａ／Ｄコンバータ６５はこれらの値をデジタル変換し、信号入出力部６４を介してＣＰＵ６１に出力する。
【００３５】
次に、制御回路５９を用いた制御の一例について説明する。まず、エンジンが始動されて外部電源から電力の供給を受けると、ヒータ回路５７を介してヒータ２１が作動し、第１ポンピングセル２、酸素濃度検出セル６、第２ポンピングセル４を活性化温度まで加熱する。又、Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
又、ヒータ２１によってＮＯｘセンサ部３０Ａが適温まで加熱されると、それに伴ってＮＯｘセンサ部３０Ａ上のアンモニアセンサ部４２も所望の温度に昇温される。
【００３６】
そして、各セルが活性化温度まで加熱されると、第１ポンピングセル２は、第１測定室Ｓ１に流入した被測定ガス（排ガス）中の酸素を内側第１ポンピング電極２ｂから外側第１ポンピング電極２ｃへ向かって汲み出す。
このとき、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル６の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｓに対応したものとなるため、この電極間電圧Ｖｓが上記基準電圧になるように、Ｉｐ１ドライブ回路５２が第１ポンピングセル２に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に調整する。
【００３７】
酸素濃度が調整された被測定ガスは第２測定室Ｓ２に向かってさらに流れる。そして、Ｖｐ２印加回路５６は、第２ポンピングセル４の電極間電圧（端子間電圧）として、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（酸素濃度検出セル６の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。そして、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から汲み出されるよう、第２ポンピングセル４に第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。この際、第２ポンピング電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には直線関係があるため、Ｉｐ２検出回路５５が第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出することにより、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。但し、本発明においては、必要に応じてＮＯｘがＮＯ２を含む場合と含まない場合とを判別し、ＮＯｘに含まれるＮＯとＮＯｘの各濃度とを区別して正確に算出することができる。この算出処理については後述する。
【００３８】
又、アンモニアセンサ部起電力検出回路５８が一対の電極４２ａ１、４２ａ２間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出することにより、被測定ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。なお、電極４２ａ１、４２ａ２間の起電力（アンモニア濃度が０のときのベース起電力値と、アンモニア存在時の起電力値との変化率（感度）を用いることも可能）に基づくアンモニア濃度換算値をマイコン６０に記憶させておくことで、ＮＨ３濃度を算出するが、この算出処理については後述する。
【００３９】
次に、図４を参照して、マルチガスセンサの制御装置３００のマイクロコンピュータ６０（ＲＯＭ６３）に格納された各種データ６３ａ〜６３ｆの構成について説明する。なお、ＣＰＵ（特許請求の範囲の「制御手段」に相当）６１は、各種データ６３ａ〜６３ｆを読み込み、以下のようにアンモニア濃度等の各種ガス濃度を算出する処理フローを実行する。
図４において、ＲＯＭ６３には、「第１ポンピング電流（Ｉｐ１）−酸素濃度関係式」６３ａ、酸素濃度別に複数設定された「アンモニア濃度出力（起電力ＥＭＦ）−アンモニア濃度関係式」６３ｂ、アンモニア濃度別に複数設定された「第２ポンピング電流（Ｉｐ２）−ＮＯ濃度関係式」６３ｃ、「負のアンモニア濃度出力−ＮＯ２濃度関係式」６３ｄ、「寄与第２ポンピング電流−ＮＯ濃度，ＮＯ２濃度関係式」６３ｅ、並びに、酸素濃度及びＮＯ２濃度別に複数設定された「アンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式」６３ｆが格納されている。
なお、図４の例では、各種データ６３ａ〜６３ｆは所定の関係式として設定されているが、センサの出力から各種ガス濃度を算出するものであれば、例えばテーブル等であってもよい。又、各種データ６３ａ〜６３ｆは、例えば予めガス濃度が既知のモデルガスを用いて得られた値（関係式やテーブル等）とすることができる。
【００４０】
「第１ポンピング電流−酸素濃度関係式」６３ａは、第１測定室に導入された被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れに伴って第１ポンピングセル２に流れる第１ポンピング電流（Ｉｐ１）と、この被測定ガス中の酸素濃度との関係式である。図示はしないが、通常、Ｉｐ１と酸素濃度とはほぼ直線関係にある。「第１ポンピング電流−酸素濃度関係式」６３ａに基づき、被測定ガス中の酸素濃度を算出することができる。
【００４１】
「アンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式」６３ｂは酸素濃度別に設定されており、アンモニアセンサ部のアンモニア濃度出力と、被測定ガス中のアンモニア濃度との関係式である。
図５は、アンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式の一例を示す。本実施形態において、異なる酸素濃度毎にアンモニア濃度がＥＭＦの３次式で表されている。ＥＭＦは酸素濃度によって変化するが、酸素濃度毎の「アンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式」６３ｂに基づくことで、被測定ガス中の酸素濃度の影響を受けない正確なアンモニア濃度（特許請求の範囲の「修正アンモニア濃度」）を算出することができる。
なお、設定されていない酸素濃度におけるアンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式は、例えばその酸素濃度を挟む２つの酸素濃度でのアンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式から、外挿法によって計算することができる。
【００４２】
「第２ポンピング電流−ＮＯ濃度関係式」６３ｃはアンモニア濃度別に設定されている。この関係式は、被測定ガス中にＮＯ２を含まない場合に用いられる。この場合、被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたときにアンモニアセンサ部が示すアンモニア濃度出力が０となる。ここで、「被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたとき」とは、例えば尿素SCR（選択触媒還元）システムにマルチガスセンサ２００Ａを使用したときに、尿素水の噴射を停止して一定時間後のときが例示される。このようなタイミングでアンモニア濃度出力が０であれば、ＣＰＵ６１は、被測定ガス中にＮＯ２を含まないとみなして関係式６３ｃを用いた処理を行う。なお、このタイミングは、後述するように、アンモニアガス濃度出力が下限値になった時と仮定できる。具体的には、アンモニアガス濃度出力の各値についてＲＡＭ６２で記憶しておき、１つ前に取得した値と今回取得した値が所定値（ばらつきを考慮し）以上上昇したときに、尿素水の噴射を停止して一定時間が経過したとみなすことができ、それまでに取得した値の下限値が取得されたタイミングを「被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたとき」とみなし、この下限値が０か負かで判別する。
【００４３】
図６は、第２ポンピング電流−ＮＯ濃度関係式の一例を示す。本実施形態において、異なるアンモニア濃度毎にＮＯ濃度がＩｐ２の１次式で表されている。Ｉｐ２自体はアンモニア濃度の影響によって変化するが、アンモニア濃度毎の「第２ポンピング電流−ＮＯ濃度関係式」６３ｃに基づくことで、被測定ガス中のアンモニア濃度の影響を受けずに正確なＮＯ濃度（特許請求の範囲の「第１修正ＮＯ濃度」）を算出することができる。
ここで、図７に示すように、ＥＭＦから算出されるアンモニア濃度は、被測定ガス中のＮＯ濃度の影響を受けないことが判明しているため、上記した修正アンモニア濃度をそのまま関係式６３ｃに適用してよいことになる。
なお、設定されていないアンモニア濃度における第２ポンピング電流−ＮＯ濃度関係式は、例えばそのアンモニア濃度を挟む２つのアンモニア濃度での第２ポンピング電流−ＮＯ濃度関係式から、外挿法によって計算することができる。
【００４４】
「負のアンモニア濃度出力−ＮＯ２濃度関係式」６３ｄは、被測定ガス中にＮＯ２を含む場合に、被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたとき、アンモニアセンサ部のアンモニア濃度出力がＮＯ２濃度に応じた負の値を示すことを利用したものである。被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたときのアンモニア濃度出力が０の場合は、ＮＯ２を含まないので本関係式６３ｄを用いた処理を行わず、関係式６３ｃを用いた処理を行うことは既に述べたとおりである。
図８は、負のアンモニア濃度出力−ＮＯ２濃度関係式の一例を示す。本実施形態において、ＮＯ２濃度は、負のアンモニア濃度出力（ＥＭＦ）の３次式で表されている。そして、被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたときに（例えば尿素SCR（選択触媒還元）システムにおいて尿素水の噴射を停止して一定時間後）、ＣＰＵはアンモニア濃度出力を検出し、関係式６３ｄを用いて被測定ガス中のＮＯ２濃度（特許請求の範囲の「見込みＮＯ２濃度」）を算出する。
【００４５】
「寄与第２ポンピング電流−ＮＯ濃度，ＮＯ２濃度関係式」６３ｅは、Ｉｐ２とそれぞれＮＯ濃度及びＮＯ２濃度との関係式である。この関係式６３ｅは被測定ガス中にＮＯ２を含む場合に用いられ、関係式６３ｄと共に用いられる。ここで、寄与第２ポンピング電流（寄与Ｉｐ２）とは、ＮＯとＮＯ２とが混在する被測定ガス中で、第２ポンピングセル４に生じるＩｐ２のうち、それぞれＮＯに起因するＩｐ２の値（ＮＯ寄与分）及びＮＯ２に起因するＩｐ２の値（ＮＯ２寄与分）とを区別したものをいう。これらＮＯ寄与分及びＮＯ２寄与分は、予めＮＯ単独のガス、及びＮＯ２単独のガス中でのＩｐ２を測定して定めることができる。
図９は、寄与第２ポンピング電流−ＮＯ濃度，ＮＯ２濃度関係式の一例を示す。本実施形態において、ＮＯ濃度及びＮＯ２濃度はそれぞれの寄与Ｉｐ２の１次式で表されている。そして、上記関係式６３ｄから算出した見込みＮＯ２濃度と、本関係式６３ｅとから、ＮＯ２寄与分を見積もることができる。一方、Ｉｐ２の原出力（ＮＯとＮＯ２の混合ガス中での合計出力）は既知であるので、Ｉｐ２の原出力からＮＯ２寄与分を差し引くことで、ＮＯ寄与分を算出することができる。そして、ＮＯ寄与分と、本関係式６３ｅとから、ＮＯ濃度（特許請求の範囲の「第２修正ＮＯ濃度」）が得られる。
例えば、見込みＮＯ２濃度が４０ｐｐｍである場合、関係式６３ｅからＮＯ２寄与分が約０．０８４μＡと見積もられる。ここで、例えば、Ｉｐ２の原出力が０．１５μＡであれば、ＮＯ寄与分は０．０６６μＡと見積もられる（０．１５−０．０８４）。そして、再び関係式６３ｅからＮＯ濃度が約２２．９ｐｐｍと算出される。
【００４６】
「アンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式」６３ｆは酸素濃度及びＮＯ２濃度別に設定されており、アンモニアセンサ部のアンモニア濃度出力と、被測定ガス中のアンモニア濃度との関係式である。
図１０は、一定の酸素濃度（１０％）における、種々のＮＯ２濃度でのアンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式の一例を示す。本実施形態において、異なるＮＯ２濃度毎にアンモニア濃度がＥＭＦの３次式で表されている。ＥＭＦは酸素濃度及びＮＯ２濃度によって変化するが、酸素濃度及びＮＯ２濃度毎の「アンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式」６３ｆに基づくことで、被測定ガス中の酸素濃度及びＮＯ２濃度の影響を受けない正確なアンモニア濃度（特許請求の範囲の「修正アンモニア濃度」）を算出することができる。
但し、関係式６３ｂに基づいて算出した「修正アンモニア濃度」と区別するため、本関係式に６３ｆに基づいて算出した「修正アンモニア濃度」を、必要に応じて「再修正アンモニア濃度」と称する。再修正アンモニア濃度は、ＮＯ２濃度の影響を考慮している分、関係式６３ａに基づくアンモニア濃度より精度が高い。
なお、設定されていない酸素濃度やＮＯ２濃度におけるアンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式は、例えばその酸素濃度やＮＯ２濃度を挟む２つの酸素濃度やＮＯ２濃度でのアンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式から、外挿法によって計算することができる。
【００４７】
次に、図１１を参照して、マルチガスセンサの制御装置３００のマイクロコンピュータ６０（ＣＰＵ６１）による、被測定ガス中の各種ガス成分の濃度を算出する処理フローを説明する。なお、マルチガスセンサ２００Ａが尿素SCR（選択触媒還元）システムに設置された場合を想定する。尿素SCRシステムにおいては、ＮＯｘを浄化するため、マルチガスセンサ２００Ａの検出結果に応じて尿素水を噴射しているが、ＮＯｘが浄化されたと判断された場合には尿素水の噴射を停止している。従って、尿素水の噴射を停止してから一定時間経過した場合、ＣＰＵ６１は「被測定ガス中のアンモニア濃度が０である」とみなすものとする。
【００４８】
まず、ＣＰＵ６１は、ヒータ回路５７を動作させ、ヒータ２１を発熱させる。（ステップＳ１）その後、初期化処理が行われ、ＲＡＭ６２にて記憶されたアンモニア濃度出力の各値、アンモニア濃度出力の下限値や読取フラグがリセットされる。（ステップＳ２）アンモニア濃度出力の下限値の読み取り実施の有無を記す読取フラグも、非成立の状態に設定される。その後、ヒータ２１によりセンサが活性化温度になったか否かを判定する（ステップＳ３）。通常、第２ポンピングセル４の第２固体電解質体４ａの電気抵抗をモニタすることで、この判定を行う。ヒータ２１が活性化温度になるまでステップＳ３を繰り返し、ヒータ２１が活性化温度になる（ステップＳ３のＹｅｓ）と、次に、ＣＰＵ６１は、上記した一対の電極４２ａ間の電圧に基づき、アンモニア濃度出力を検出する（ステップＳ４）。なお、本実施形態ではアンモニアセンサ部４２は起電力式のセンサであるため、アンモニア濃度出力は起電力（ＥＭＦ）である。
【００４９】
次に、読取フラグが０か否かを判定する。（ステップＳ５）ステップＳ５で「ＹＥＳ」の場合、アンモニア濃度出力の値をＲＡＭ６２にて記憶させる。（ステップＳ６）その後、アンモニア濃度出力が所定値以上上昇したか否かを判定する（ステップＳ７）。なお、アンモニア濃度出力が所定値以上上昇したか否かは、今回取得したアンモニア濃度出力から１サンプル前のアンモニア濃度出力の値を差し引き、その値が、所定値（ばらつきを考慮し、アンモニア濃度が確実に増加した際に算出される値）以上になったか否かで判定する。ステップＳ７にて「ＮＯ」の場合、ステップＳ４に戻り、ステップＳ４〜Ｓ７を繰り返す。
ステップＳ７にて「ＹＥＳ」の場合、尿素水の噴射を停止してから一定時間を経過したと判断し、被測定ガス中のアンモニア濃度が０であるときのアンモニア濃度出力、つまりＲＡＮ６２にて記憶した値のうち、アンモニアガス濃度出力の下限値が抽出される。（ステップＳ８）そして、読取フラグを１とし（ステップＳ９）、ステップＳ４に戻る。
【００５０】
他方、ステップＳ５で「ＮＯ」と判定された場合、ＣＰＵ６１は、第１ポンピングセル２に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１と、第２ポンピングセル４に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２とを検出する（ステップＳ１０）。
【００５１】
次に、ＣＰＵ６１は、上記した第１ポンピング電流Ｉｐ１と関係式６３ａに基づき、酸素濃度を算出する（ステップＳ１１）。さらに、ＣＰＵ６１は、ステップＳ８で算出した酸素濃度と関係式６３ｂに基づき、修正アンモニア濃度を算出する（ステップＳ１２）。
【００５２】
次に、ＣＰＵ６１は、「被測定ガス中のアンモニア濃度を０としたとき」にアンモニアセンサ部４２が示すアンモニア濃度出力が０か否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、ステップＳ８にて抽出されたアンモニアガス濃度出力の下限値が０か否かを判定する。ステップＳ１３で「Ｙｅｓ」の場合、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１０で算出した修正アンモニア濃度に対応した関係式６３ｃを参照し、参照した関係式６３ｃとステップＳ６で検出したＩｐ２とに基づき、第１修正ＮＯ濃度を算出する（ステップＳ１５）。
なお、ステップＳ１３で「Ｙｅｓ」の場合、被測定ガス中にＮＯ２を含まないとみなされる。従って、ステップＳ１２で算出した修正アンモニア濃度と上記第１修正ＮＯ濃度が、被測定ガス中の最終的なガス成分の値として採用される。
【００５３】
一方、ステップＳ１３で「Ｎｏ」の場合、ＣＰＵ６１は、アンモニアセンサ部４２が示す負のアンモニア濃度出力と、関係式６３ｄに基づき、見込みＮＯ２濃度を算出する（ステップＳ１４）。つまり、この場合には、被測定ガス中にＮＯとＮＯ２がそれぞれ含まれているので、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度をそれぞれ求める必要がある。
次に、ＣＰＵ６１は、第２修正ＮＯ濃度を算出するステップＳ１６の処理を行う。ステップＳ１６では、まずステップＳ１４で算出した見込みＮＯ２濃度と関係式６３ｅとから、ＮＯ２寄与分を見積もる。次いで、ステップＳ１０で検出したＩｐ２（原出力）からＮＯ２寄与分を差し引き、ＮＯ寄与分を算出する。さらに、得られたＮＯ寄与分と関係式６３ｅとから、第２修正ＮＯ濃度を算出する。
【００５４】
なお、ステップＳ１３で「Ｎｏ」の場合、被測定ガス中にＮＯとＮＯ２を含むため、ステップＳ１２で算出した修正アンモニア濃度と、上記見込みＮＯ２濃度と、上記第２修正ＮＯ濃度とを、被測定ガス中の最終的なガス成分の値として採用することができる。但し、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１１で算出した酸素濃度に対応した関係式６３ｆを参照し、参照した関係式６３ｆと、ステップＳ１４で算出した見込みＮＯ２濃度とに基づき、再修正アンモニア濃度を算出してもよい（ステップＳ１７）。
この場合、ステップＳ１２で算出した修正アンモニア濃度に代えて、ステップＳ１７で算出した再修正アンモニア濃度を採用する。
【００５５】
以上のようにして、ＣＰＵ６１は、各ステップで算出したガス濃度をＥＣＵ４００に出力する。その後、読取フラグをリセットするか否かについて判定する。（ステップＳ１８）つまり、尿素水の噴射を停止してから２度目の一定時間経過する直前に、ステップＳ８にて抽出したアンモニア濃度出力の下限値を、２度目のアンモニア濃度出力の下限値に持ち替えるか否かを判定する。ステップＳ１８にて「ＮＯ」の場合には、ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ１０〜Ｓ１８を繰り返す。ステップＳ１８で「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１〜Ｓ１８を繰り返す。
なお、このフローチャートは、内燃機関の駆動を停止したと同時に終了する。
なお、ＣＰＵ６１はステップＳ４〜Ｓ１８の処理を行う点で、請求項の「制御手段」に相当する。また、本実施例では、マイコン６０における制御方法について説明したが、本制御の一部、或いはすべての制御をＥＣＵ４００にて行うことも可能である。
【００５６】
以上のように、本発明においては、ＮＯｘセンサ部３０Ａとアンモニアセンサ部４２とが１つのマルチガスセンサ２００Ａ内に設けられ、各センサ部がほぼ同一の測定環境（被測定ガスの組成、濃度、温度、流速、圧力等）下にあるため、測定環境が異なることによるガス検出精度の低下が抑制される。
つまり、ＮＯｘセンサ部３０Ａとアンモニアセンサ部４２とを１つのマルチガスセンサ２００Ａに設けることにより、測定環境の影響を受けずにＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ２）濃度とアンモニア濃度を同時に測定することができ、ＮＯｘ濃度とアンモニア濃度の検出精度が向上する。又、１つのマルチガスセンサ２００Ａに被測定ガスが接触するため、ＮＯｘとアンモニアをほぼ同時に検出でき、両者の検出のタイムラグによる検出精度の低下が抑制される。
さらに、ＮＯｘセンサ部３０Ａとアンモニアセンサ部４２を別個のセンサとした場合に比べ、本発明においてはセンサのコストダウンやコンパクト化が図られる。
【００５７】
本発明のマルチガスセンサ２００Ａは、例えば、エンジン装置本体の付帯装置として設けられている触媒の劣化検知、尿素SCRシステムでの尿素噴射量の最適化、触媒後流から排出されたガス成分（ＮＯｘ、アンモニア）の正確な測定、に応用することができる。例えば、ＮＯｘセンサのみを装置のセンシングに用いた場合、触媒後流からアンモニアが排出された際に、(i)尿素過剰添加によるアンモニア排出、(ii)尿素過少添加によるＮＯｘ排出、(iii)SCR触媒劣化に伴うアンモニア排出のいずれかであるかを明確に区別することができなかったが、本発明のマルチガスセンサを用いれば、これらの判別が可能である。
【００５８】
本発明のマルチガスセンサ２００Ａは、公知のＮＯｘセンサやアンモニアセンサと同様にして製造することができる。例えば、公知のＮＯｘセンサと同様にして、ＮＯｘセンサ部の固体電解質体をグリーンシートから形成し、各電極、リードや絶縁層をペースト印刷することにより、ＮＯｘセンサ部の未焼結体を形成する。次に、ＮＯｘセンサ部の未焼結体表面の所定位置に、アンモニアセンサ部の未焼結体を形成する。アンモニアセンサ部の未焼結体は、このセンサ部を構成する電極、リード、感応部、固体電解質体、拡散層等をペースト印刷することにより形成することができる。
そして、アンモニアセンサ部の未焼結体が表面に形成されたＮＯｘセンサ部の未焼結体を、全体として所定温度で焼成することにより、マルチガスセンサのセンサ素子部を製造し、これをハウジングに組み付けてマルチガスセンサが得られる。
【００５９】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、ＮＯｘセンサ部３０Ａを構成する固体電解質体を３層としたが、固体電解質体を２層としてもよい。固体電解質体が２層であるＮＯｘセンサ部の素子構造は、例えば特開２００４−３５４４００号公報（図３）に記載されている。
この場合、第２測定室Ｓ２は、図２における固体電解質体２ａ、６ａの間に画成され、第１測定室Ｓ１及び第２測定室Ｓ２は第２拡散抵抗体８ｂで区画される。そして、内側第２ポンピング電極４ｂは固体電解質体６の上面に配置される。又、固体電解質体６の下面は外部に露出し、この露出面に第２ポンピング対電極４ｃが配置される。
【００６０】
又、上記実施形態では、関係式６３ｂより修正アンモニア濃度を算出した後（ステップＳ１２）、ステップＳ１３の判定を行うが、ステップＳ１２より前にステップＳ１３を行ってもよい。
後者の場合、ステップＳ１３で「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１２を行わずにステップＳ１７でアンモニア濃度を算出することで、ステップＳ１２を無駄に行う必要がなくなる。勿論、ステップＳ１３で「Ｙｅｓ」であればステップＳ１２を行えばよい。
【実施例】
【００６１】
（１）センサの作製
上記実施形態に係るマルチガスセンサ２００Ａを作製した。起電力式のアンモニアセンサ部４２の一対の電極４２ａは、それぞれ金を含む検知電極４２ａ１、白金を主成分とする基準電極４２ａ２を用い、選択反応層４２ｂは、ＢｉＶＯ４とした。又、一対の電極４２ａ及び選択反応層４２ｂを覆う拡散層４４Ｂとしてスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）の多孔質層を形成した。
【００６２】
実施例１
（２）ＮＯ及びＮＯ２が共存する場合のセンサの特性評価
２−１  アンモニア濃度の算出
まず、既知の種々のO2濃度のガス中で、予めＩｐ１の値を測定しておき、一次式の関係式６３ａを用意した。同様に、既知の種々のO2濃度のガス中で、既知のアンモニア濃度に対するＥＭＦの値を求めておき、図５に示す関係式６３ｂを用意した。
【００６３】
次に、モデルガス発生装置を使用し、センサ特性の評価を行った。モデルガス発生装置のガス組成は、NH3=50ppm  O2=それぞれ1,5,10%  CO2=5%  H2O=5%  N2=balとした。ガス温度280℃、ガス流速5m/s、アンモニアセンサ部４２の一対の電極の中心部の制御温度650℃とした。
上記モデルガス発生装置のガス流中にマルチガスセンサを配置し、ガス流中のO2濃度をそれぞれ1,5,10%に変え、第１ポンピングセル２の第１ポンピング電流（Ｉｐ１）及びアンモニアセンサ部４２のアンモニア濃度出力（ＥＭＦ）を検出した。
【００６４】
そして、関係式６３ａとＩｐ１とに基づき、モデルガス中のO2濃度を算出したところ、それぞれO2濃度が1,5,10%とベースガスに導入したＯ２濃度と同一になった。このO2濃度を用い、関係式６３ｂとＥＭＦとに基づき、アンモニア濃度を算出した。算出結果を実施例１として表１に示す。
【００６５】
【表１】
2011075546.tif 000003
【００６６】
表１より、モデルガス中のO2濃度を考慮してアンモニア濃度を算出した実施例１の場合は、O2濃度の影響を受けずにアンモニア濃度を精度よく算出することができた。
【００６７】
２−２  ＮＯ濃度及びＮＯ２濃度の算出
まず、アンモニア濃度を０とし、既知の種々のＮＯ２濃度のガス中で、予め負のＥＭＦの値を測定しておき、図８に示す関係式６３ｄを用意した。又、既知の種々のＮＯ２単独ガス中で、Ｉｐ２の値（ＮＯ２寄与分）を求めた。同様に、既知の種々のＮＯ単独ガス中で、Ｉｐ２の値（ＮＯ寄与分）を求めた。これらにより図９に示す関係式６３ｅを用意した。
さらに、既知の一定のO2濃度のガス中で、ＮＯ２濃度を所定の値に設定し、既知のアンモニア濃度に対するＥＭＦの値を求めた。これを種々のＮＯ２濃度に対して行い、図１０に示す関係式６３ｆを用意した。又、O2濃度を変化させて同様に関係式６３ｆを用意し、最終的にO2濃度及びＮＯ２濃度が変化したときの、アンモニア濃度に対するＥＭＦの値の関係式６３ｆを得た。
【００６８】
次に、ガス組成以外は２−１と同一の条件で、モデルガス発生装置のガス流中にセンサを配置した。なお、ガス組成としては、O2=10%  CO2=5%  H2O=5%  N2=balとし、NH3  NO  NO2とが所定量含まれたガスを用いた。
そして、上記ベースガス中にてNH3=0ppmとしたＥＭＦを検出したところ、−１９ｍＶと算出された。このＥＭＦの値を基に図８の関係式６３ｄを用いて見込みＮＯ２濃度を算出したところ、４０ｐｐｍとなった。この見込みＮＯ２濃度と図９の関係式６３ｅを用い、ＮＯ２寄与分が０．０８４μＡと見積もられた。
一方、このベースガス中で第２ポンピングセル４の第２ポンピング電流（Ｉｐ２）を検出したところ、０．１５μＡとなった。
従って、ＮＯ寄与分は０．０６６μＡと見積もられた（０．１５−０．０８４）。このＮＯ寄与分と関係式６３ｅから、ＮＯ濃度が２２．９ｐｐｍと算出された。
【００６９】
２−３  ＮＯ及びＮＯ２共存下のアンモニア濃度の算出
上記２−２のモデルガス発生装置にセンサを取り付け、上記ガス中でのＥＭＦを検出したところ、６４．７ｍＶとなった。そこで、O2=10%における図１０の関係式６３ｆを用いてＮＯ２＝４０ｐｐｍでのアンモニア濃度を算出したところ、５０．１ｐｐｍと算出された。
【００７０】
モデルガス中にＮＯ及びＮＯ２が共存していても、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度を別個に算出することができた。一般的に従来技術のＮＯｘセンサでは、ＮＯとＮＯ２の分離が困難であると共に、ＮＯとＮＯ２の分子サイズが異なる。このため、ＮＯｘセンサのＩｐ２出力が同一であっても、被測定ガス中のＮＯとＮＯ２の割合に応じて、算出されるＮＯｘ濃度が異なることがあるが、実施例１では、ＮＯ濃度とＮＯ２濃度を別個に正確に算出することができた。
又、O2濃度のみならず、ＮＯ２濃度を考慮してアンモニア濃度を算出した場合は、O2濃度のみを考慮したアンモニア濃度（表１）よりさらに精度が向上した。
【００７１】
実施例２
（３）ＮＯを含みＮＯ２を含まない場合のセンサの特性評価
３−１  アンモニア濃度の算出
２−１と同様にして行い、表１の結果を得た。
【００７２】
３−２  ＮＯ濃度の算出
まず、既知の種々のNH3濃度のガス中で、既知のＮＯ濃度に対するＩｐ２の値を求めておき、図６に示す関係式６３ｃを用意した。
【００７３】
次に、ガス組成を、NH3=それぞれ0,20,60,100ppm  NO=50ppm  O2=10%  CO2=5%  H2O=5%  N2=balとしたこと以外は、２−１と同一の条件で、モデルガス発生装置のガス流中にセンサを配置した。
上記ガス中でのＩｐ２を検出し、図６に示す関係式６３ｃを用いてＮＯ濃度を算出した。結果を表２に示す。なお、ベースガス中のNH3濃度をそれぞれ0,20,60,100ppmに変化させ、図６に示す関係式６３ｃのうちアンモニア濃度に応じた１次式を用いた。
【００７４】
【表２】
2011075546.tif 000004
【００７５】
表２より、モデルガス中のアンモニア濃度を考慮してＮＯ濃度を算出した実施例２の場合は、アンモニア濃度の影響を受けずにＮＯ濃度を精度よく算出することができた。
【符号の説明】
【００７６】
２ａ                      第１固体電解質体
２ｂ、２ｃ                第１電極（内側第１ポンピング電極、外側第１ポンピング電極）
２                        第１ポンピングセル
４ａ                      第２固体電解質体
４ｂ、４ｃ                第２電極（内側第２ポンピング電極、第２ポンピング対電極）
４                        第２ポンピングセル
２５                      アンモニアセンサ部用固体電解質体
３０Ａ                    ＮＯｘセンサ部
４２                      アンモニアセンサ部
４２ａ            一対の電極
４２ｂ                    選択反応層
４４Ａ、４４Ｂ            拡散層
６０、６１                制御手段（マイクロコンピュータのＣＰＵ）
１００Ａ                  マルチガスセンサ素子部
２００Ａ                  マルチガスセンサ
３００                    マルチガスセンサの制御装置
Ｓ１                      第１測定室
Ｓ２                      ＮＯｘ測定室
Ｉｐ１                    第１ポンピング電流
Ｉｐ２                    第２ポンピング電流
【図１】
2011075546.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011075546.tif 000009
【図６】
2011075546.tif 000010
【図７】
2011075546.tif 000011
【図８】
2011075546.tif 000012
【図９】
2011075546.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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