(57)【要約】【課題】ガス濃度の検出精度を向上させる。【解決手段】ガスセンサは、ポンプセル４１、モニタセル４４及びセンサセル４５を有するセンサ素子２０を備え、かつ、ポンプセル４１で第１チャンバ２４内に導入した被検出ガス中の酸素量を所定濃度レベルに調整するとともに、センサセル４５で第２チャンバ２６内におけるポンプセル４１での酸素量調整後のガスから特定成分の濃度を検出し、その検出結果により特定成分の濃度を算出する。センサ制御装置５０のマイコン５１は、ガスセンサが取り付けられたガス通路壁の温度に関する壁温情報を取得し、その取得した壁温情報に基づいて、ポンプセル４１、モニタセル４４及びセンサセル４５の少なくともいずれかのセル出力又はセル印加電圧を補正する。【選択図】図１
2009192289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々に固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とよりなる第１セル及び第２セルを有するセンサ素子を備え、かつ、前記第１セルの電極に電圧を印加することでガス室内に導入した被検出ガス中の酸素量を所定濃度レベルに調整するとともに前記第２セルの電極に電圧を印加することで前記第１セルによる酸素量調整後のガス中の特定成分に応じて第２セル出力を生じさせるガスセンサに適用され、前記第２セル出力により前記特定成分の濃度を算出するガス濃度検出装置において、
前記ガスセンサが取り付けられたガス通路壁の温度に関する壁温情報を取得する壁温情報取得手段と、
前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温情報に基づいて、前記第１セル及び前記第２セルの少なくともいずれかのセル出力又はセル印加電圧を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
前記ガスセンサは、前記センサ素子を加熱するヒータと、前記センサ素子における前記第１セル及び前記第２セルのうち一方のセルを制御対象としてセル温度が目標温度になるよう前記ヒータの通電を制御するヒータ制御手段とを備えており、
前記補正手段は、前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温情報に基づいて前記ヒータ制御手段により温度制御がなされていないセルのセル出力又はセル印加電圧を補正することを特徴とする請求項１に記載のガス濃度検出装置。
【請求項３】
前記ヒータ制御手段は、前記第１セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御し、
前記補正手段は、前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温温度に基づいて前記第２セルのセル出力を補正することを特徴とする請求項２に記載のガス濃度検出装置。
【請求項４】
前記ヒータ制御手段は、前記第２セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御し、
前記補正手段は、前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温情報に基づいて前記第１セルの印加電圧を補正することを特徴とする請求項２に記載のガス濃度検出装置。
【請求項５】
前記ガスセンサは、前記センサ素子を加熱するヒータと、前記センサ素子における前記第２セルを制御対象としてセル温度が目標温度になるよう前記ヒータの通電を制御するヒータ制御手段とを備えており、
前記補正手段は、前記壁温情報取得手段により取得した壁温情報に基づいて前記第２セルのセル出力を補正することを特徴とする請求項１に記載のガス濃度検出装置。
【請求項６】
前記ガス通路壁は、内燃機関の排気管壁であり、
前記ガスセンサは、前記センサ素子が排気管内の中央部に突き出るようにして該排気管に取り付けられ、
前記センサ素子には、同素子の先端側と排気管取り付け側とのそれぞれ異なる位置に前記第１セルと前記第２セルとが設けられ、
前記補正手段は、前記内燃機関の排気管壁の温度に基づいてセル出力又はセル印加電圧を補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
【請求項７】
前記補正手段は、前記内燃機関の所定始動期間においてセル出力又はセル印加電圧の補正を実行することを特徴とする請求項７に記載のガス濃度検出装置。
【請求項８】
前記壁温情報取得手段は、前記ガス通路壁に設けた温度センサの検出値を前記壁温情報として取得し、
前記補正手段は、前記ガス通路壁の温度が補正温度域にある場合に、セル出力又はセル印加電圧の補正を実行することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
【請求項９】
前記センサ素子が、固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とよりなり、前記第１セルの酸素量調整後のガスから前記ガス室内の残留酸素濃度を検出する第３セルを更に備えるガスセンサに適用され、
前記第２セルのセル出力と前記第３セルのセル出力との差により前記特定成分の濃度を算出するものであり、かつ、前記補正手段により前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第２セルのセル出力と前記第３セルのセル出力とを補正するとともに、その補正後の各セル出力により前記特定成分の濃度を算出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス濃度検出装置に関し、特に、ガス室（チャンバ）内の酸素量を所定濃度レベルに調整する酸素ポンプセルと、その酸素量調整後のガスから特定成分の濃度（例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度）を検出するセンサセルとを有するガスセンサに適用されるガス濃度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、車載エンジンの排気中における窒素酸化物（ＮＯｘ）を検出する限界電流式のＮＯｘセンサが知られている。このＮＯｘセンサは、ポンプセル及びセンサセルの２セル構造か、又はポンプセル、センサセル及びモニタセルからなる３セル構造を有している。これら各セルのうち、ポンプセルでは、ガス室内に導入した排気中の酸素の排出又は汲み込みが行われ、センサセルでは、ポンプセルを通過した後のガスからＮＯｘ濃度が検出される。また、モニタセルでは、ガス室内の余剰酸素量が検出される。
【０００３】
さらに、ＮＯｘセンサにおいては、上記の各セルを所定の活性温度に保持するためのヒータが設けられている。この場合、各セルが設けられる固体電解質素子の抵抗値（素子インピーダンス）が検出され、その素子インピーダンスが活性温度相当の値になるようヒータの通電が制御される。より具体的には、ポンプセル又はモニタセルの何れかについて素子インピーダンスが検出され、その素子インピーダンスの検出値と目標値との偏差に応じてヒータ通電がフィードバック制御される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１７１４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジンの排気管にＮＯｘセンサが取り付けられている場合、センサ素子では、同素子のセンサ取り付け部位で排気管への熱放出（熱引け）が起こる。その場合、センサ素子の先端側とそれよりも基端側（排気管取り付け部位側）との間に温度勾配が生じ、センサ素子の先端側に比して、それよりも基端側が低温となることが考えられる。また、その温度勾配は、エンジン始動に伴う排気管温度の上昇時などにおいては、排気管温度の温度変化に依存して変動することも考えられる。そのため、特許文献１のように一方のセルの素子インピーダンスに基づいてヒータ通電制御を実行する構成では、温度の制御がなされていないセルにおいて、センサ素子の温度勾配変化に伴いそのセル温度にばらつきが生じるおそれがある。
【０００５】
一方で、センサ素子の出力特性は温度特性を有する。このため、セル温度がばらつくと、センサ出力に誤差が生じ、ガス濃度の検出精度が低下するおそれがある。特に、各セルにおいて排気管からの距離が異なる場合には、各セル間で排気管温度の変動の影響を受ける度合いが異なるため、上記問題が生じやすい。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ガス濃度の検出精度を向上させることができるガス濃度検出装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
【０００８】
本発明のガス濃度検出装置は、各々に固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とよりなる第１セル及び第２セルを有するセンサ素子を備え、かつ、前記第１セルの電極に電圧を印加することでガス室内に導入した被検出ガス中の酸素量を所定濃度レベルに調整するとともに前記第２セルの電極に電圧を印加することで前記第１セルによる酸素量調整後のガス中の特定成分に応じて第２セル出力を生じさせるガスセンサに適用され、前記第２セル出力により前記特定成分の濃度を算出するガス濃度検出装置において、前記ガスセンサが取り付けられたガス通路壁の温度に関する壁温情報を取得する壁温情報取得手段と、前記壁温情報取得手段により取得した前記壁温情報に基づいて、前記第１セル及び前記第２セルの少なくともいずれかのセル出力又はセル印加電圧を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
ガスセンサにおいて、センサ素子の第１セル及び第２セルは、その出力特性として温度特性を有する。また、ガスセンサの取り付け部位では、ガス通路壁への熱放出がなされる。この場合、ガス通路壁の温度が変化すると、ガス通路壁への熱放出量が変化し、それに起因して各セルでは、各セルとガス通路壁との距離に応じて出力値に影響が生じる。つまり、上記センサ素子においては、少なくともいずれかのセルでその温度が適正温度からずれてしまい、それに起因してセンサ出力に誤差が生じる。それらの点に鑑み、本発明では、ガスセンサの取り付け部位におけるガス通路壁の温度に関する壁温情報を取得し、その壁温情報に応じてセル出力又はセル印加電圧を補正する。これにより、ガスセンサの取り付け部位においてガス通路壁の温度変化があった場合であっても、セル出力又はセル印加電圧に対して排気管の温度変化を考慮した補正が行われるため、セルの温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができ、ひいてはガス濃度の検出精度を向上できる。
【００１０】
一方のセルを制御対象として、そのセル温度を一定に保つようヒータの通電制御が実行される場合、温度制御がなされていない他方のセルでは、ガス通路壁の温度変化に伴うセル温度の変化が原因で適正温度からの温度ずれが生じる。この場合、温度制御がなされていない方のセルにおいて出力誤差が生じることが懸念される。この点に鑑み、請求項２に記載の発明では、前記ヒータ制御手段による温度制御の対象とされていないセル出力又はセル印加電圧を前記壁温情報に基づいて補正する。こうすることにより、温度制御の対象とされていないセルの温度ずれに起因するセンサ出力誤差を解消することができる。
【００１１】
第１セル及び第２セルのうち第１セルについて温度制御が実行されている場合、ガス室内の残留酸素濃度は所望の酸素濃度レベルに保持される。一方、第２セルにおいては、第２セルが温度制御の対象とされていないため、ガス通路壁の温度変動に起因して温度ずれが起こり、その温度ずれ分に相当する出力誤差が生じるものと考えられる。この点に鑑み、請求項３に記載の発明では、第１セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御する場合に、前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第２セルのセル出力を補正する。こうすることで、第２セルの温度ずれに伴う出力誤差を、ガス通路壁の温度に基づく補正により解消することができ、ひいては第２セルによる濃度検出精度を高めることができる。
【００１２】
第１セル及び第２セルのうち第２セルについて温度制御が実行されている場合、ガス通路壁の温度変化によりガス室内の残留酸素濃度にずれが生じ、その残留酸素濃度のずれに起因して第２セル出力に誤差が生じる。この点に鑑み、請求項４に記載の発明では、第２セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御する場合に、前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第１セルのセル印加電圧を補正する。これにより、ガス室内の残留酸素濃度のずれが抑制され、ひいては第２セルの出力誤差が解消される。その結果、第２セルによる濃度検出精度を高めることができる。
【００１３】
第１セル及び第２セルのうち第２セルについて温度制御が実行されている場合、ガス通路壁の温度変化によりガス室内の残留酸素濃度にずれが生じ、その残留酸素濃度のずれに起因して第２セル出力に誤差が生じる。この点に鑑み、請求項５に記載の発明では、第２セルを制御対象として前記ヒータの通電を制御する場合に、前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第２セルのセル出力を補正する。これにより、残留酸素濃度のずれに起因する第２セルの出力誤差を、ガス通路壁の温度に基づく補正により解消することができる。その結果、第２セルによる濃度検出精度を高めることができる。
【００１４】
内燃機関の排気管に設けられ、排気中の特定成分の濃度（ＮＯｘ濃度等）を検出するガスセンサでは、同ガスセンサのセンサ素子が排気管内中央部に突き出るようにして排気管に取り付けられている。また、センサ素子に、同素子の先端側と排気管取り付け側とのそれぞれ異なる位置に前記第１セルと前記第２セルとが設けられる構成において、前記内燃機関の排気管壁の温度に基づいてセル出力又はセル印加電圧を補正するとよい。特に、第１セルと第２セルとが排気管の取り付け部位から異なる位置（例えば第１セルがセンサ素子の先端側であって第２セルが排気管取り付け側）に配置されている場合には、各セルにおいて排気管への熱放出によるセル温度の変化の程度が異なる。このため、上記構成では、排気管温度の変化に伴いセンサ素子における温度勾配が変化しやすいことから、本発明を好ましく適用できる。
【００１５】
内燃機関の始動時には、内燃機関の始動に伴い排気管温度が常温から上昇するため、排気管の温度変化に依存してセンサ素子の温度勾配が変化し、これによりセルの温度ずれが生じやすい。この点に鑑み、請求項７に記載の発明では、前記内燃機関の所定始動期間においてセル出力又はセル印加電圧の補正を実行する。これにより、排気管の温度変化に伴いセルの温度ずれが生じた場合であっても、セル出力又はセル印加電圧に対して排気管の温度変化を考慮した補正を行うため、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を好適に解消できる。
【００１６】
ガス通路壁の温度が所定温度（ガスセンサが内燃機関の排気管に取り付けられている場合、例えば３５０℃）から外れるほど各セルの温度ずれが大きくなり、その結果ガス濃度の検出精度が低下する。この点に鑑み、請求項８に記載の発明では、ガス通路壁の温度が補正温度域にある場合にセンサ出力の補正を実行する。各セルの温度ずれが大きい場合には、その温度ずれに伴いセンサ素子の出力誤差が大きくなることから、センサ出力の補正を実施するのが望ましい。
【００１７】
ここで、補正温度域は、例えばガスセンサが内燃機関の排気管に取り付けられている場合、排気管内を通過する排ガスの温度が低温域（例えば２５℃以下）及び過高温域（例えばガソリン車で６００℃以上、ディーゼル車で４００℃以上）の場合における排気管温度域か、又は内燃機関の暖機後における排気管温度（例えば３５０℃±１０℃）から外れた温度域とするのが望ましい。
【００１８】
ガスセンサが第１セル、第２セル及び第３セルからなる３セル構造を有する場合、すなわち、ガスセンサにおけるセンサ素子が、固体電解質体と該固体電解質体に配置された一対の電極とよりなり、前記第１セルの酸素量調整後のガスから前記ガス室内の残留酸素濃度を検出する第３セルを更に備える場合、そのガスセンサでは、第２セルで検出した特定成分の濃度から第３セルで検出した残留酸素濃度を差し引いた値により、被検出ガス中の特定成分の濃度が算出される。この場合、請求項９に記載したように、前記ガス通路壁の温度に基づいて前記第２セルの電流値と前記第３セルの電流値とを補正するとよい。これにより、第２セルと第３セルとにおいて温度ずれによる影響度がそれぞれ異なっていても、それぞれの影響度に合わせた補正を行うことができ、ひいては特定成分の濃度を精度よく算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車載エンジンの排気管に設けられたＮＯｘセンサを用い、そのＮＯｘセンサの出力に基づいて排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出システムについて説明する。なお、車載エンジンは、例えばディーゼルエンジンであり、同エンジンの排気管に設けられる排気浄化装置としてのＮＯｘ浄化触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やアンモニア選択還元触媒等）について、ＮＯｘセンサの出力に基づいて異常診断等が実施されるようになっている。例えば、ＮＯｘ浄化触媒の下流側にＮＯｘセンサが設けられ、同ＮＯｘセンサの出力から算出されるＮＯｘ濃度（ＮＯｘ浄化率）が所定の異常判定値を上回る場合に、ＮＯｘ浄化触媒が異常である旨診断される。
【００２０】
ＮＯｘセンサ１０の構成を、図１及び図２を用いて説明する。ここではまず、図２を用いて、ＮＯｘセンサ１０の全体構成を説明する。
【００２１】
図２に示すように、ＮＯｘセンサ１０は、先端側カバー１１とハウジング１２と基端側カバー１３とを有し、全体として略円柱状をなす。そして、その内部に長尺状のセンサ素子２０が収容されている。ＮＯｘセンサ１０は、ハウジング１２にて排気管ＥＰの壁部に取り付けられるようになっており、その取り付けられた状態では先端側カバー１１が排気管ＥＰ内に配され、先端側カバー１１に設けられた複数の小孔（通気孔）１１ａを通じて排気がセンサ素子２０に供給されるようになっている。つまり、ＮＯｘセンサ１０は、センサ素子２０が排気管内中央部に突き出るようにして排気管ＥＰに取り付けられている。図中、「ＰＳ」は後述するポンプセルを示し、「ＳＳ」は後述するセンサセルを示す。
【００２２】
センサ素子２０は、いわゆる積層型構造を有するものである。なお、図示は省略するが、先端側カバー１１は内外二重構造となっており、内外の各カバーには、センサ素子２０の被水防止対策として、その内外において互い違いとなる位置に（すなわち迷路状に）複数の小孔１１ａが設けられている。
【００２３】
次に、センサ素子２０の構成を、図１を用いて説明する。図１には、センサ素子２０の内部構造を示しており、図の左右方向が同素子の長手方向に相当する。すなわち、図の右側が素子基端側（排気管取り付け部位側）であり、図の左側が素子先端側となっている。
【００２４】
センサ素子２０は、ポンプセル、センサセル及びモニタセルからなる、いわゆる３セル構造を有するものであり、それら各セルが積層配置されて構成されている。なお、モニタセルは、ポンプセル同様、ガス中の酸素排出の機能を具備するため、補助ポンプセル又は第２ポンプセルと称される場合もある。
【００２５】
センサ素子２０において、ジルコニア等の酸素イオン導電性材料からなる固体電解質体２１，２２はシート状をなし、アルミナ等の絶縁材料からなるスペーサ２３を介して図の上下に所定間隔を隔てて積層されている。このうち、図の上側の固体電解質体２１には排気導入口２１ａが形成されており、この排気導入口２１ａを介して当該センサ素子周囲の排気が第１チャンバ２４内に導入される。第１チャンバ２４は、絞り部２５を介して第２チャンバ２６に連通している。固体電解質体２１の図の上面には、排気を所定の拡散抵抗で出し入れするための多孔質拡散層２７が設けられるとともに、大気通路２８を区画形成するための絶縁層２９が設けられている。
【００２６】
また、固体電解質体２２の図の下面にはアルミナ等よりなる絶縁層３１が設けられ、この絶縁層３１により大気通路３２が形成されている。絶縁層３１には、センサ全体を加熱するためのヒータ（発熱体）３３が埋設されている。この場合、ヒータ３３により、ポンプセル４１、モニタセル４４及びセンサセル４５が加熱され、これら各セル４１，４４，４５が活性状態とされる。ヒータ３３は、図示しないバッテリ電源等からの給電により熱エネルギを発生する。
【００２７】
図の下側の固体電解質体２２には、第１チャンバ２４に対面するようにしてポンプセル４１が設けられており、ポンプセル４１は、第１チャンバ２４内に導入された排気中の酸素を出し入れして同チャンバ２４内の残留酸素濃度を所定濃度に調整する。ポンプセル４１は、固体電解質体２２を挟んで設けられる上下一対の電極４２，４３を有し、そのうち特に第１チャンバ２４側の電極４２はＮＯｘ不活性電極（ＮＯｘを分解し難い電極）となっている。ポンプセル４１は、電極４２，４３間に電圧が印加された状態で、第１チャンバ２４内に存在する酸素を分解して電極４３より大気通路３２側に排出する。
【００２８】
また、図の上側の固体電解質体２１には、第２チャンバ２６に対面するようにしてモニタセル４４及びセンサセル４５が設けられている。モニタセル４４は、上述したポンプセル４１により余剰酸素が排出された後に、第２チャンバ２６内の残留酸素濃度に応じて起電力、又は電圧印加に伴い電流出力を発生する。センサセル４５は、第２チャンバ２６内のガスからＮＯｘ濃度を検出する。
【００２９】
モニタセル４４及びセンサセル４５は、互いに近接した位置に並べて配置されており、第２チャンバ２６側に電極４６，４７を有するとともに、大気通路２８側に共通電極４８を有する構成となっている。すなわち、モニタセル４４は、固体電解質体２１とそれを挟んで対向配置された電極４６及び共通電極４８とにより構成され、センサセル４５は、同じく固体電解質体２１とそれを挟んで対向配置された電極４７及び共通電極４８とにより構成されている。モニタセル４４の電極４６（第２チャンバ２６側の電極）はＮＯｘに不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属からなるのに対し、センサセル４５の電極４７（第２チャンバ２６側の電極）はＮＯｘに活性な白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ等の貴金属からなる。なお、便宜上図面ではモニタセル４４及びセンサセル４５を排気の流れ方向に対して前後に並べて示すが、実際には、これら各セル４４，４５は排気の流れ方向に対して同等位置になるよう配置されている。
【００３０】
ここで、ポンプセル４１と、モニタセル４４及びセンサセル４５とは、センサ素子２０の長手方向に並べて設けられており、センサ素子２０の先端側にポンプセル４１が設けられ、同基端側（排気管取り付け側）にモニタセル４４及びセンサセル４５が設けられている。
【００３１】
上記構成のセンサ素子２０（ＮＯｘセンサ１０）では、排気は多孔質拡散層２７及び排気導入口２１ａを通って第１チャンバ２４に導入される。そして、この排気がポンプセル４１近傍を通過する際、ポンプセル電極４２，４３間にポンプセル印加電圧Ｖｐが印加されることで分解反応が起こる。これにより、第１チャンバ２４内の酸素濃度に応じて、ポンプセル４１を介して酸素が出し入れされる。なお、第１チャンバ２４側の電極４２がＮＯｘ不活性電極であるため、ポンプセル４１では排気中のＮＯｘは分解されず、酸素のみが分解されて電極４３から大気通路３２に排出される。こうしたポンプセル４１の働きにより、第１チャンバ２４内を所定の低酸素濃度の状態に保持する。
【００３２】
ポンプセル４１近傍を通過したガスは第２チャンバ２６に流れ込み、モニタセル４４では、ガス中の残留酸素濃度に応じた出力が発生する。モニタセル４４の出力は、モニタセル電極４６，４８間に所定のモニタセル印加電圧Ｖｍが印加されることでモニタセル電流Ｉｍとして検出される。また、センサセル電極４７，４８間に所定のセンサセル印加電圧Ｖｓが印加されることでガス中のＮＯｘが還元分解され、その際発生する酸素が電極４８から大気通路２８に排出される。このとき、センサセル４５に流れた電流（センサセル電流Ｉｓ）により、最終的に排気中のＮＯｘ濃度が検出される。
【００３３】
ここで、ＮＯｘセンサ１０の出力特性について、図３を用いて説明する。図３のうち（ａ）はポンプセル４１の出力特性（Ｖ−Ｉ特性）を示し、（ｂ）はセンサセル４５の出力特性（Ｖ−Ｉ特性）を示す。なお、図３において、横軸は印加電圧Ｖｐ，Ｖｓであり、縦軸はセル電流Ｉｐ，Ｉｓである。
【００３４】
図３（ａ）において、電圧軸（横軸）に平行な平坦部分は、ポンプセル電流Ｉｐを特定する限界電流域である。そして、限界電流域におけるポンプセル電流Ｉｐが排気中の酸素濃度と関連付けられている。つまり、排気中の酸素濃度が多いほどポンプセル電流Ｉｐが増大する。この限界電流域は、排気中の酸素濃度が多いほど高電圧側にシフトする。また、限界電流域が高温側にシフトするのに合わせて、ポンプセル印加電圧Ｖｐを決定するための印加電圧特性（印加電圧線Ｖｐ０）も高温側にシフトする。
【００３５】
また、図３（ｂ）において、電圧軸（横軸）に平行な平坦部分は、センサセル電流Ｉｓを特定する限界電流域である。そして、限界電流域におけるセンサセル電流Ｉｓが排気中のＮＯｘ濃度に関連付けられている。つまり、排気中のＮＯｘ濃度が増えるほどセンサセル電流Ｉｓが増大する。センサセル印加電圧Ｖｓは、所定ＮＯｘ濃度相当のセンサセル電流Ｉｓを限界電流域で検出可能とする所定値Ｖｓ０で設定されている。
【００３６】
図１の説明に戻り、センサ制御回路５０は、センサ制御の主体となるマイコン５１を有している。マイコン５１は、ポンプセル４１の電極４２，４３間に印加するポンプセル電圧Ｖｐ、モニタセル４４の電極４６，４８間に印加するモニタセル電圧Ｖｍ、センサセル４５の電極４７，４８間に印加するセンサセル電圧Ｖｓをそれぞれ制御する。また、マイコン５１は、ポンプセル４１に流れる電流（ポンプセル電流Ｉｐ）、モニタセル４４に流れる電流（モニタセル電流Ｉｍ）及びセンサセル電流Ｉｓの各々の計測値を逐次入力する。そして、入力したモニタセル電流Ｉｍとセンサセル電流Ｉｓとの差分により排気中のＮＯｘ濃度を算出する。さらに、マイコン５１は、ポンプセル４１を制御対象とし、ポンプセル温度が目標とする活性温度（例えば７５０℃）に一定に保持されるようヒータ２３の通電を制御する。
【００３７】
ＥＣＵ７０は、車載のエンジンＥＣＵであり、それらの制御の主体となるマイコン（図示略）を有している。ＥＣＵ７０は、都度の運転状態に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射量や点火装置による点火時期を制御する。また、センサ制御回路５０から入力したＮＯｘ濃度の値により排気中のＮＯｘの監視等を行う。
【００３８】
ところで、ＮＯｘセンサ１０では、排気管ＥＰに取り付けられることで、センサ素子２０の熱がその基端側から排気管ＥＰに放出される。かかる場合、センサ素子２０の基端側では、同先端側よりも低温となる。すなわち、センサ素子２０では、その長手方向において温度勾配（温度分布）が存在しており、先端側に配置されたポンプセル４１が比較的高温になり、同基端側に配置されたモニタセル４４及びセンサセル４５が比較的低温になる。
【００３９】
この温度勾配は、エンジンの冷間始動時には排気管ＥＰの温度が上昇するため、その温度上昇に伴い変化する。つまり、エンジン始動の開始直後とエンジンの暖機完了後とでは排気管ＥＰの壁温が相違するが、このとき、モニタセル４４及びセンサセル４５は、ポンプセル４１よりも排気管ＥＰに近いことから、排気管壁の温度変化の影響を受けやすい。このため、エンジン始動時に排気管壁の温度が比較的低温であれば、モニタセル４４及びセンサセル４５も比較的低温となり、エンジンの暖機に伴い排気管壁の温度が上昇すれば、それに伴いモニタセル４４及びセンサセル４５の温度も上昇する。その結果、センサ素子２０では、その長手方向の温度勾配が排気管壁の温度に依存して変化することとなる。
【００４０】
特に、本実施形態のヒータ通電制御においては、ポンプセル４１を制御対象としてその温度が目標とする活性温度に一定に保持されるようヒータ３３を通電制御する。一方、モニタセル４４及びセンサセル４５では、ポンプセル温度を基準にヒータ２３が通電制御されることで、温度変動要因（外乱）のない通常時において、それらのセル温度が目標とする活性温度（例えば７００℃）に保持されるようになっている。上記のようにポンプセル４１を制御対象とする場合、モニタセル４４及びセンサセル４５について温度変動要因が生じると、その温度変動要因に影響されて温度変化が生じやすい。
【００４１】
図４は、エンジン始動開始からの時間経過に伴うポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度の推移を示すタイムチャートである。なお、モニタセル４４とセンサセル４５とは近接配置されているため、両者のセル温度は同等となる。
【００４２】
図４において、エンジン始動後、ヒータ３３の通電制御が実行されると、ポンプセル温度、モニタセル温度がそれぞれ上昇する。また、排気熱により排気管ＥＰが加熱されることで、排気管温度も常温付近から次第に上昇する。このとき、上述したように、センサ素子２０から排気管へ熱放出がなされるため、ポンプセル４１とモニタセル４４及びセンサセル４５との温度差（すなわち、センサ素子２０の温度勾配）が形成される。また、その温度勾配は、排気管温度の変動に伴い変動する。つまり、モニタセル４４及びセンサセル４５の温度は、ヒータ３３の通電制御による制御対象とされていないため、排気管への熱放出により目標温度よりも低くなってしまう。
【００４３】
また、各セル４１，４４，４５においては、その出力特性として温度特性を有しており、各セル温度が活性温度とされることで好適なセンサ制御が実現される。このため、排気管温度の変動に伴う排気管ＥＰへの熱放出によりセル温度が変動して活性温度からずれると、センサ出力に誤差が生じ、ＮＯｘ濃度の検出精度低下を招くおそれがある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、排気管ＥＰの壁温を検出し、その壁温に基づいてセンサ出力を補正する。具体的には、本実施形態のセンサ制御回路５０において、モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの値をそれぞれ検出し、それらの検出値に対して排気管ＥＰの壁温に応じた補正を行う。そして、その補正後のモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの差分からＮＯｘ濃度を算出する。
【００４５】
図５に、本実施形態におけるセンサ制御回路５０の全体構成を示す機能ブロック図を示す。図５に示すように、センサ制御回路５０は、ポンプセル電流Ｉｐを検出するＩｐ検出部５２と、モニタセル電流Ｉｍを検出するＩｍ検出部５３と、センサセル電流Ｉｓを検出するＩｓ検出部５４とを備えている。Ｉｐ検出部５２は、ポンプセル電極４２，４３にポンプセル印加電圧Ｖｐが印加された状態で電極４２，４３間に流れるポンプセル電流Ｉｐを検出する。Ｉｍ検出部５３は、モニタセル電極４６，４８にモニタセル印加電圧Ｖｍが印加された状態で電極４６，４８間に流れるモニタセル電流Ｉｍを検出する。Ｉｓ検出部５４は、センサセル電極４７，４８にセンサセル印加電圧Ｖｓが印加された状態で電極４７，４８間に流れるセンサセル電流Ｉｓを検出する。
【００４６】
また、センサ制御回路５０は、ヒータ３３の通電を制御するヒータ制御部５５を有している。ヒータ制御部５５は、ポンプセル４１の温度が一定に保持されるようヒータ３３の通電を制御する。具体的には、ポンプセルインピーダンス検出部５６は、ポンプセル４１を対象にして素子インピーダンスを検出し、ヒータ制御部５５は、ポンプセルインピーダンス検出部５６で検出された素子インピーダンスの検出値が目標値に一致するようインピーダンスフィードバック制御を実行する。
【００４７】
素子インピーダンスの検出方法は特に限定しないが、本実施形態では、いわゆる掃引法を用いて素子インピーダンスを検出する。具体的には、ポンプセルインピーダンス検出部５６は、ポンプセル電極４２，４３の印加電圧を一時的に交流的に変化させる旨指令し、その際の電流変化量に基づいて、ポンプセル４１の素子インピーダンスを算出する。このとき、掃引回路（図示略）によってセンサ印加電圧を所定幅（例えば０．２Ｖ）で正負両側（又は正負いずれか一方）に変化させるとともに、その印加電圧変化に伴う素子電流の変化を計測する。そして、その時の印加電圧変化量ΔＶと電流変化量ΔＩとから素子インピーダンスを算出する（インピーダンス＝ΔＶ／ΔＩ）。なお、インピーダンス検出に際し、ポンプセル４１に流す電流を交流的に変化させ、その際の電流又は電圧の変化量から素子インピーダンスを演算する構成とすることも可能である。
【００４８】
このように、ポンプセル４１では素子インピーダンスのフィードバック制御によりセル温度が一定に制御されており、センサ制御回路５０は、Ｉｐ検出部５２で検出されたポンプセル電流ＩｐをそのままＥＣＵ７０に出力する。これに対し、モニタセル４４及びセンサセル４５では、ヒータ制御部５５によりセル温度が直接制御されていないため、排気管温度が変動した場合には、その温度変動に依存してセル温度が変化する。このため、モニタセル４４及びセンサセル４５では、目標とする活性温度と実際のセル温度との間に温度ずれが生じる。したがって、その温度ずれに起因するセル出力の誤差を解消するために、センサ制御回路５０は、Ｉｍ検出部５３で検出されたモニタセル電流Ｉｍ及びＩｓ検出部５４で検出されたセンサセル電流Ｉｓを、排気管壁温センサ７１により検出された排気管の壁温（排気管温度Ｔｅｘ）に応じてそれぞれ補正し、補正後の値に基づいてＮＯｘ濃度を算出する。
【００４９】
具体的には、センサ制御回路５０は、Ｉｍ検出部５３で検出したモニタセル電流Ｉｍを補正するＩｍ補正部５７と、Ｉｓ検出部５４で検出したセンサセル電流Ｉｓを補正するＩｓ補正部５８とを備えている。Ｉｍ補正部５７では、Ｉｍ補正量算出部５９で算出したＩｍ補正量を入力し、そのＩｍ補正量を用いてモニタセル電流Ｉｍを補正する。Ｉｓ補正部５８では、Ｉｓ補正量算出部６１で算出したＩｓ補正量を入力し、そのＩｓ補正量を用いてモニタセル電流Ｉｍを補正する。
【００５０】
Ｉｍ補正量算出部５９及びＩｓ補正量算出部６１では、例えば排気管温度と補正量（Ｉｍ補正量及びＩｓ補正量）との関係を示す出力補正用マップを予め記憶しており、そのマップを用いて補正量を算出する。
【００５１】
図６は、出力補正用マップの一例である。図６のうち（ａ）はＩｍ補正量を示し、（ｂ）はＩｓ補正量を示す。図６のマップでは、排気管温度が所定温度Ｔｅｘ０の場合にＩｍ補正量及びＩｓ補正量がゼロとなっている。また、排気管温度が低いほどＩｍ補正量及びＩｓ補正量が大きくなるよう排気管温度と補正量とが関連付けられている。このとき、所定温度Ｔｅｘ０を境にして、排気管温度が低温側の場合に補正量が正の値となり、高温側の場合に補正量が負の値となっている。ここで、所定温度Ｔｅｘ０は、エンジン暖機完了時の排気管温度（例えば３５０℃）とするのが望ましい。
【００５２】
図５において、Ｉｐ検出部５２、Ｉｍ検出部５３及びＩｓ検出部５４は、それぞれ各セルを流れる電流を計測する電流計測抵抗と、その電流計測抵抗による計測値を増幅して出力する増幅回路とを有する電気回路（Ｉｐ計測回路、Ｉｍ計測回路、Ｉｓ計測回路）により実現される。また、Ｉｍ補正部５７、Ｉｓ補正部５８、Ｉｍ補正量算出部５９及びＩｓ補正量算出部６１は、マイコン５１により実現される。
【００５３】
次に、マイコン５１により実行されるＮＯｘ濃度算出処理について説明する。図７は、ＮＯｘセンサ１０におけるＮＯｘ濃度算出処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、マイコン５１により所定の時間周期で繰り返し実行される。
【００５４】
図７において、ステップＳ１１ではまず、Ｉｍ計測回路にて計測されたモニタセル電流Ｉｍを入力するとともに、Ｉｓ計測回路にて計測されたセンサセル電流Ｉｓを入力する。続いて、ステップＳ１２で、センサ素子２０が活性完了状態にあるか否かを判定する。ここでは、エンジン始動を開始した時点から所定時間Ｔ０（例えば１０ｍｉｎ）が経過した場合にセンサ素子２０が活性完了したものと判断する。なお、センサ素子２０の活性完了状態は、例えばエンジン水温や、素子インピーダンス、センサ出力値に基づいて判断してもよい。そして、センサ素子２０が活性完了したものと判定されたことを条件としてステップＳ１３へ進む。
【００５５】
ステップＳ１３では、モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの補正を実行するための条件（補正実行条件）が成立しているか否かを判定する。本実施形態では、エンジン始動開始（クランキング開始）から所定時間Ｔ１（例えば１０数ｍｉｎ）以内であることを補正実行条件とする。この所定時間Ｔ１は、エンジンの冷間始動時において、排気管温度が常温からエンジンの暖機完了後の温度（例えば３５０℃）に至るまでの時間とするのが望ましい。そして、ステップＳ１３で補正実行条件が成立した場合にはステップＳ１４へ進む。
【００５６】
ステップＳ１４では、排気管壁音センサ７１で検出した排気管温度Ｔｅｘを入力する。続くステップＳ１５では、入力した排気管温度Ｔｅｘに応じたＩｍ補正量及びＩｓ補正量を、図６に示した補正用マップを用いて各々求める。そして、ステップＳ１６で、その算出したＩｍ補正量及びＩｓ補正量を用いてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓをそれぞれ補正する。本実施形態では、モニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓに、それぞれＩｍ補正量、Ｉｓ補正量を加えることにより補正を行う。その後、ステップＳ１７で、補正後のモニタセル電流Ｉｍと補正後のセンサセル電流Ｉｓとの差分によりＮＯｘ濃度を算出する。
【００５７】
なお、補正の方法としては、これに限定せず、例えば図６の補正用マップの代わりに、排気管温度に応じて設定される補正係数を予めマップ又はテーブルとして記憶しておき、排気管温度に対応する補正係数をモニタセル電流Ｉｍ、センサセル電流Ｉｓに乗算することにより補正を行ってもよい。このとき、補正係数は、排気管温度が所定温度Ｔｅｘ０の場合に値１とし、排気管温度が低いほど補正係数が大きくなるように設定するのが望ましい。
【００５８】
図８は、エンジン始動後におけるポンプセル４１等の温度推移と、センサセル出力の推移とを示すタイムチャートである。図８のうち（ａ）はポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度を示し、（ｂ）は補正の実行時期を示し、（ｃ）はセンサセル出力（＝Ｉｓ）を示す。また、図８（ｃ）において、実線は排気管温度Ｔｅｘに基づいて補正した場合におけるセンサセル出力の推移を示し、一点鎖線は排気管温度Ｔｅｘに基づいて補正しない場合におけるセンサセル出力の推移を示す。
【００５９】
図８において、エンジン始動開始後には、センサ出力は、チャンバ内の過剰酸素の排出（電極の吸着酸素の排出を含む）により出力値が大きくなり、その後、過剰酸素が排出されることで出力値が小さくなる。そして、排気中のＮＯｘ濃度に対応する出力値となることで活性完了とされる。このとき、エンジン始動開始から所定時間Ｔ０が経過した時刻ｔ１１でＮＯｘセンサ１０が活性完了状態になると、図８（ｃ）に示すように、本実施形態では、時刻ｔ１１以降でモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの補正が実施される。そして、排気管温度Ｔｅｘが安定化するまで（すなわちエンジン始動開始から所定時間Ｔ１が経過するまで）この補正が継続して実施される。こうしてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの補正が実施されることにより、センサセル出力が、従来よりも早期にかつ排気管温度に依存することなく出力Ｎｏｐで安定化する。
【００６０】
以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００６１】
ＮＯｘセンサ１０が取り付けられた排気管の温度（壁温）を検出し、その壁温に応じてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを補正する構成としたため、排気管温度の変動に起因してモニタセル４４及びセンサセル４５の温度ずれが生じた場合に、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができる。すなわち、排気管温度の変動を考慮していない従来技術では、排気管温度の変動に伴ってモニタセル４４及びセンサセル４５の温度ずれが生じ、これによりセンサ出力誤差が発生するところ、本実施形態では、排気管温度に応じてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを補正し、各セルの温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消する。その結果、ＮＯｘ濃度の検出精度を向上できる。
【００６２】
モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを補正するため、モニタセル４４及びセンサセル４５がヒータ３３の通電制御の対象とされていないことに伴いそれらのセルで温度ずれが生じた場合であっても、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を好適に解消することができる。
【００６３】
排気管温度に応じたモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの補正は、クランキング開始から所定時間Ｔ１の間のエンジン始動期間に行われるため、エンジン始動に伴う排気管温度の上昇変化に対処することができ、ＮＯｘセンサ出力の補正を好適に実現することができる。
【００６４】
モニタセル電流Ｉｍとセンサセル電流Ｉｓとを共に補正対象としているため、いずれか一方のみを補正する場合に比べて検出精度を向上させることができる。また、モニタセル電流Ｉｍの補正量とセンサセル電流Ｉｓの補正量とを排気管温度に応じて別個に設定しているため、セル温度の変動に対するセル出力の変化の傾向が両セル間で相違する場合（例えば、モニタセル４４とセンサセル４５との材質の相違により、セル温度の変動に対するセル出力の変化の傾向が相違する場合）に、その違いを補正後の値に反映させることができ、補正の精度を向上できる。
【００６５】
ポンプセル４１を制御対象としてヒータ通電制御を行う構成としたため、モニタセル４４又はセンサセル４５を制御対象とする場合に比して、ＮＯｘセンサ１０の検出精度が高く好適である。すなわち、ポンプセル４１を温度制御の対象とする場合には、第２チャンバ２６内の残留酸素濃度を所望の酸素濃度レベルに保持できるのに対し、モニタセル４４及びセンサセル４５を温度制御の対象とする場合には、第２チャンバ２６内の残留酸素濃度を所望の酸素濃度レベルに保持できない。このとき、第２チャンバ２６内の残留酸素濃度を所望の酸素濃度レベルに保持できれば、センサセル４５の出力誤差（Ｉｓ誤差）は、排気管壁の温度変動に起因するセンサセル４５の温度ずれ分となる。ここで、図３に示すように、ポンプセル４１とセンサセル４５とでは、セル出力のスケールが大きく異なる。このため、センサセル４５の温度ずれ分は、第２チャンバ２６内の残留酸素濃度ずれに起因する出力誤差よりも小さいものと考えられる。したがって、ポンプセル４１とモニタセル４４及びセンサセル４５とのうちポンプセル４１を温度制御することにより、センサセル４１の出力誤差レベルを小さくし、それにより検出精度の向上を図ることができる。
【００６６】
ポンプセル４１がセンサ素子２０の先端側に配置され、モニタセル４４及びセンサセル４５が排気管取り付け側に配置されているため、ポンプセル４１とモニタセル４４及びセンサセル４５とで排気管への熱放出の程度が異なる。かかる構成ではセンサ素子２０で温度勾配が生じやすくなることから、上記効果が顕著となる。
【００６７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１の実施形態では、エンジン始動開始（クランキング開始）から所定時間Ｔ１以内であることを補正実行条件としてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの補正を実施したが、本実施形態では、排気管温度が所定の補正温度域にあることを補正実行条件としてそれらの補正を実施する。
【００６８】
具体的には、図７のステップＳ１３で、排気管温度Ｔｅｘを入力し、その排気管温度Ｔｅｘが補正温度域にあるか否かを判定する。この補正温度域は、排気管内の排ガス温度が低温域（例えば２５℃以下）及び過高温域（例えばガソリン車で６００℃以上、ディーゼル車で４００℃以上）にある場合における排気管温度の範囲であり、エンジン暖機後の排気管温度Ｔｒｅｆ（例えば３５０℃）±α℃（例えば１０℃）から外れた温度域とするのが望ましい。そして、排気管温度Ｔｅｘが補正温度域にある場合には、ステップＳ１５以降で排気管温度Ｔｅｘに応じてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを補正してＮＯｘ濃度を算出する。
【００６９】
図９は、エンジン始動後におけるポンプセル４１等の温度推移、センサセル出力の推移等を示すタイムチャートである。図９のうち（ａ）はポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度を示し、（ｂ）は補正の実行時期を示し、（ｃ）はセンサセル出力（＝Ｉｓ）を示す。また、図９（ｃ）において、実線は排気管温度Ｔｅｘに基づいて補正した場合におけるセンサセル出力の推移を示し、一点鎖線は排気管温度Ｔｅｘに基づいて補正しない場合におけるセンサセル出力の推移を示す。
【００７０】
図９（ａ）において、エンジン始動から長期間経過後（例えば１０数ｍｉｎ経過後）に排気管温度が低下し、時刻ｔ２１で補正温度域に至ると、モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの補正が開始される（図９（ｂ）参照）。これにより、センサセル出力は、図９（ｃ）に実線で示すように、排気管温度に依存することなく出力Ｎｏｐで安定化される。
【００７１】
以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００７２】
排気管温度が温度域Ｔｒｅｆ±αから外れた場合に排気管温度に応じてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを補正する構成としたため、排気管温度の変化に好適に対処することができ、センサセル４５による濃度検出精度を高めることができる。また、エンジン始動期間だけでなく、エンジン始動期間が経過した後（例えばアイドル制御時）であっても、排気管温度に応じてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを補正することができる。その結果、センサ検出精度の向上を好適に実現できる。
【００７３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、上記実施形態との相違点を中心に説明する。上記実施形態では、ポンプセル温度のフィードバック制御によりヒータ３３の通電制御を実行したが、本実施形態では、モニタセル温度のフィードバック制御によりヒータ３３の通電制御を実行する。なお、モニタセル４４とセンサセル４５とは近接配置されていることから、素子インピーダンスが概ね同一である。したがって、本実施形態において、モニタセル温度の代わりに、センサセル温度に基づいて通電制御を実行してもよい。
【００７４】
図１０は、本実施形態におけるセンサ制御回路５０の全体構成を示す機能ブロック図である。図１０のセンサ制御回路５０は、図５におけるポンプセルインピーダンス検出部５６の代わりに、モニタセルインピーダンス検出部６２を備える点で図５と相違する。すなわち、ヒータ制御部５５は、モニタセル４４（及びセンサセル４５）の温度が一定に保持されるようヒータ３３の通電を制御し、具体的には、モニタセルインピーダンス検出部６２で検出された素子インピーダンスの検出値が目標値に一致するようインピーダンスフィードバック制御を実行する。
【００７５】
このように、モニタセル４４の素子インピーダンスのフィードバック制御によりモニタセル４４（及びセンサセル４５）のセル温度が一定に制御されるシステムにおいて、センサ素子２０の取り付け部位で排気管への熱放出が行われると、モニタセル４４及びセンサセル４５では、排気管に近接しているため、その排気管への熱放出に起因してセル温度が低下する。その温度変化を打ち消すようヒータ通電制御が実施されることになるが、その場合、ヒータ３３によるセンサ素子２０の加温により、ポンプセル４１の温度が目標温度よりも高くなる。
【００７６】
図１１に、エンジン始動開始からの経過時間に伴うポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度の推移を示す。図１１において、エンジン始動後、ヒータ３３の通電制御が実行されると、ポンプセル温度、モニタセル温度がそれぞれ上昇する。また、排気熱により排気管が加熱されることで、排気管温度も常温付近から次第に上昇する。このとき、排気管への熱放出によるモニタセル４４及びセンサセル４５の温度低下を抑制するためにセンサ素子２０が加温されるため、モニタセル温度（及びセンサセル温度）は排気管温度の変化に依存することなく目標温度に保持される。これに対し、ポンプセル４１では、センサ素子２０の加温によりセル温度が目標温度よりも高くなってしまう。そのため、ポンプセル４１において排気中の酸素が過剰排出され、これにより、センサセル４５のオフセット電流Ｉｓ０（図３（ｂ）参照）が、第２チャンバ２６内の酸素過剰排出分（酸素濃度低下分）だけ小さくなる。その影響で、モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓに出力誤差が生じ、その結果、ＮＯｘ濃度の検出精度低下を招くおそれがある。
【００７７】
そこで、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、センサ制御回路５０において、モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの値をそれぞれ検出し、それらの検出値に対して排気管温度に応じた補正を行う。そして、その補正後のセンサセル電流Ｉｓとモニタセル電流Ｉｍとの差分からＮＯｘ濃度を算出する。
【００７８】
図１２は、エンジン始動後におけるポンプセル４１等の温度推移、センサセル出力の推移等を示すタイムチャートである。図１２のうち（ａ）はポンプセル温度、モニタセル温度及び排気管温度を示し、（ｂ）は補正の実行時期を示し、（ｃ）はセンサセル出力（＝Ｉｓ）を示す。また、図１２（ｃ）において、実線は排気管温度Ｔｅｘに基づいて補正した場合におけるセンサセル出力の推移を示し、一点鎖線は排気管温度Ｔｅｘに基づいて補正しない場合におけるセンサセル出力の推移を示す。
【００７９】
図１２において、エンジン始動開始から所定時間Ｔ０が経過した時刻ｔ３１でＮＯｘセンサ１０の活性化が完了すると、図１２（ｃ）に示すように、本実施形態では、時刻ｔ３１以降でモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの補正が実施されることにより、ＮＯｘセンサ出力が、従来よりも早期にかつ排気管温度に依存することなく出力Ｎｏｐで安定化する。
【００８０】
以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００８１】
排気管温度の変動に起因するモニタセル４４での温度ずれを抑制するためにセンサ素子２０を加熱した結果、ポンプセル４１で温度ずれが生じた場合に、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができる。すなわち、排気管温度の変動を考慮していない従来技術では、排気管温度が変動すると結果的にポンプセル４１で温度ずれが生じ、これに伴い第２チャンバ２６内の残留酸素濃度ずれが生じる。さらに、その残留酸素濃度ずれが原因でセンサ出力誤差が発生する。これに対し、本実施形態では、排気管温度に応じてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを補正することで、ポンプセル４１の温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消する。その結果、ＮＯｘ濃度の検出精度を向上できる。
【００８２】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、上記第３の実施形態との相違点を中心に説明する。第３の実施形態では、モニタセル温度のフィードバック制御によりヒータ３３の通電制御を実行し、排気管温度に応じてモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを補正したが、本実施形態では、モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓを補正する代わりに、ポンプセル印加電圧Ｖｐを補正する。
【００８３】
すなわち、素子インピーダンスのフィードバック制御によりモニタセル４４（及びセンサセル４５）のセル温度が一定に制御されるシステムにおいて、センサ素子２０の取り付け部位で排気管への熱放出が行われると、上述したように、排気管への熱放出に起因してモニタセル４４及びセンサセル４５の温度が低下する。その温度変化を打ち消すためにヒータ３３の通電制御がなされてセンサ素子２０が加温されると、ポンプセル４１の温度が目標温度よりも高くなる。かかる場合、ポンプセル４１において排気中の酸素が過剰排出されるものと考えられる。そこで、本実施形態では、ポンプセル４１による過剰な酸素排出を抑制するために、ポンプセル印加電圧Ｖｐが小さくなるよう補正する。すなわち、図３（ａ）のポンプセル出力特性（Ｖ−Ｉ特性）において、限界電流域では、印加電圧が大きくなるにつれて電流値がわずかに大きくなるため（すなわち、図３（ａ）においてわずかに右上がりであるため）、ポンプセル印加電圧Ｖｐが小さくなるよう補正することにより、ポンプセル電流Ｉｐが小さくなり、その結果、ポンプセル４１による過剰な酸素排出が抑制されるのである。
【００８４】
図１３は、本実施形態におけるセンサ制御回路５０の全体構成を示す機能ブロック図である。図１３のセンサ制御回路５０は、図１０におけるＩｍ補正部５７、Ｉｓ補正部５８、Ｉｍ補正量算出部５９及びＩｓ補正量算出部６１の代わりに、Ｖｐ補正量算出部６３を備えている。Ｖｐ補正量算出部６３では、排気管壁温センサ７１から入力した排気管温度に応じて、例えば排気管温度とＶｐ補正量との関係を示す出力補正用マップを予め記憶しており、そのマップを用いてＶｐ補正量を算出する。
【００８５】
図１４は、出力補正用マップの一例である。図１４のマップでは、排気管温度が所定温度Ｔｅｘ０（例えば、エンジン暖機完了時の排気管温度）の場合にＶｐ補正量がゼロになっている。また、排気管温度が低いほどＶｐ補正量が小さくなるよう排気管温度とＶｐ補正量とが関連付けられている。このとき、所定温度Ｔｅｘ０を境にして、排気管温度が低温側の場合に補正量が負の値となり、高温側の場合に補正量が正の値となっている。
【００８６】
図１３の説明に戻り、Ｖｐ補正量算出部６３は、算出したＶｐ補正量をポンプセル駆動部６５に出力する。ポンプセル駆動部６５では、Ｉｐ検出部５２から入力したポンプセル印加電圧ＶｐにＶｐ補正量算出部６３から入力したＶｐ補正量を加えて補正し、その補正後のポンプセル印加電圧Ｖｐがポンプセル電極４２，４３に印加されるようポンプセル４１を駆動制御する。
【００８７】
図１３では、ポンプセル４１に関する構成において、Ｖｐ補正量算出部６３及びポンプセル駆動部６５がマイコン５１により実現され、Ｉｐ検出部５２が電気回路（Ｉｐ計測回路）により実現される。
【００８８】
次に、マイコン５１により実行されるポンプセル駆動処理について説明する。図１５は、ＮＯｘセンサ１０におけるポンプセル駆動処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、マイコン５１により所定の時間周期で繰り返し実行される。
【００８９】
図１５において、ステップＳ２１ではまず、Ｉｐ計測回路にて計測されたポンプセル電流Ｉｐを入力し、ステップＳ２２でＶ−Ｉ特性（図３（ａ）参照）からポンプセル印加電圧Ｖｐを算出する。続いて、センサ素子２０が活性完了状態であること（ステップＳ２３）、及び補正実行条件が成立していること（ステップＳ２４）を条件としてステップ２５へ進む。
【００９０】
ステップＳ２５では、排気管温度Ｔｅｘを入力し、その温度に応じたＶｐ補正量を、図１４に示した補正用マップを用いて設定する。そして、ステップＳ２７で、そのＶｐ補正量によりポンプセル印加電圧Ｖｐを補正した後、ステップＳ２８で、補正後のポンプセル印加電圧Ｖｐがポンプセル電極４２，４３に印加されるようポンプセル４１を駆動制御する。
【００９１】
以上説明した実施の形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００９２】
排気管温度の変動に起因してモニタセル４４での温度ずれを抑制するためにセンサ素子２０を加熱した結果、ポンプセル４１で温度ずれが生じた場合に、その温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができる。すなわち、排気管温度の変動を考慮していない従来技術では、排気管温度が変動すると結果的にポンプセル４１で温度ずれが生じ、これに伴い第２チャンバ２６内の残留酸素濃度ずれが生じる。さらに、その残留酸素濃度ずれが原因でセンサ出力誤差が発生する。これに対し、本実施形態では、排気管温度に応じてポンプセル印加電圧Ｖｐを補正することで、第２チャンバ２６内の残留酸素濃度が適正濃度になるよう調整する。その結果、ポンプセル４１の温度ずれに伴うセンサ出力誤差を解消することができ、ひいてはＮＯｘ濃度の検出精度を向上できる。
【００９３】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００９４】
上記実施形態では、セル出力であるセンサセル電流Ｉｓ、モニタセル電流Ｉｍ、又はセル印加電圧であるポンプセル印加電圧Ｖｐを補正するのにあたり、マップを用いて連続的に行ったが、これに限定しない。例えば、１又は複数の排気管温度域に対応する補正値を予め設定しておき、排気管温度の計測値に対応する補正量を算出した後、その補正量を用いて段階的に補正を行ってもよい。
【００９５】
上記実施形態では、排気管壁温センサ７１により検出した排気管温度を壁温情報とし、そのセンサ検出値に基づいてセル出力であるセンサセル電流Ｉｓ、モニタセル電流Ｉｍ、又はセル印加電圧であるポンプセル印加電圧Ｖｐを補正したが、壁温情報はこれに限定しない。例えば、エンジン運転状態やエンジン始動開始からの経過時間等から排気管温度を推定し、その推定した排気管温度を壁温情報としてもよい。エンジン運転状態としては、例えば、エンジン水温やエンジン回転速度等が挙げられる。これらの場合、エンジン水温等から排気温が推定され、さらにその排気温から排気管壁の温度が推定される。
【００９６】
上記第３及び第４実施形態では、モニタセル４４（及びセンサセル４５）を制御対象としたヒータ通電制御において、それぞれセンサセル電流Ｉｓ及びモニタセル電流Ｉｍ、又はポンプセル印加電圧Ｖｐを補正したが、ポンプセル電流Ｉｐについての補正を実行してもよい。上述したように、モニタセル４４（及びセンサセル４５）を制御対象としたヒータ通電制御においては、モニタセル４４での温度ずれを抑制するためにセンサ素子２０を加熱した結果、ポンプセル４１で温度ずれが生ずる。また、その温度ずれに伴って、ポンプセル４１においてセンサ出力誤差が生じる。したがって、ポンプセル電流Ｉｐを補正することで、ポンプセル４１の温度ずれに伴うポンプセル出力誤差を解消することができる。例えば、ポンプセル出力から排気中の酸素濃度を検出する場合に好適である。
【００９７】
上記実施形態では、センサセル電流Ｉｓとモニタセル電流Ｉｍとのそれぞれに対して個別に補正し、その補正後のセンサセル電流Ｉｓとモニタセル電流Ｉｍとの差分からＮＯｘ濃度を算出したが、センサセル電流Ｉｓとモニタセル電流Ｉｍとの差分を求めた後、その差分を補正することによりＮＯｘ濃度を算出してもよい。
【００９８】
上記第１の実施形態において、モニタセル印加電圧Ｖｍ及びセンサセル印加電圧Ｖｓを補正してもよい。すなわち、ポンプセル４１を制御対象としたヒータ通電制御においては、モニタセル４４及びセンサセル４５で温度ずれが起こり、その温度ずれに起因してモニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓに出力誤差が生じる。そこで、Ｖ−Ｉ特性に従い、モニタセル印加電圧Ｖｍ及びセンサセル印加電圧Ｖｓを補正することにより、モニタセル電流Ｉｍ及びセンサセル電流Ｉｓの出力誤差を解消することができる。
【００９９】
上記第１の実施形態では、エンジン始動開始から所定時間Ｔ１の期間にセル出力の補正を実施したが、その期間経過後にセル出力の補正を実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】センサ素子の内部構造とセンサ制御回路とを示す構成図。
【図２】ＮＯｘセンサの全体構成を示す図。
【図３】ＮＯｘセンサの出力特性を示す図。
【図４】エンジン始動開始からの時間経過に伴うポンプセル温度、モニタセル温度、排気管温度の推移を示すタイムチャート。
【図５】センサ制御回路の全体構成を示す機能ブロック図。
【図６】出力補正用マップの一例を示す図。
【図７】ＮＯｘ濃度算出処理の処理手順を示すフローチャート。
【図８】第１の実施形態におけるエンジン始動開始からの時間経過に伴うセル温度及び排気管温度の推移と、センサセル出力とを示すタイムチャート。
【図９】第２の実施形態におけるエンジン始動開始からの時間経過に伴うセル温度及び排気管温度の推移と、センサセル出力とを示すタイムチャート。
【図１０】センサ制御回路の全体構成を示す機能ブロック図。
【図１１】エンジン始動開始からの時間経過に伴うポンプセル温度、モニタセル温度、排気管温度の推移を示すタイムチャート。
【図１２】エンジン始動開始からの時間経過に伴うセル温度及び排気管温度の推移と、センサセル出力とを示すタイムチャート。
【図１３】センサ制御回路の全体構成を示す機能ブロック図。
【図１４】出力補正用マップの一例を示す図。
【図１５】ポンプセル駆動処理の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…ＮＯｘセンサ（ガスセンサ）、２０…センサ素子、２１…固体電解質体、２４…第１チャンバ（ガス室）、２６…第２チャンバ（ガス室）、３３…ヒータ、４１…ポンプセル（第１セル）、４２，４３…電極、４４…モニタセル（第３セル）、４５…センサセル（第２セル）、４６〜４８…電極、５０…センサ制御回路、５１…マイコン、ＥＰ…排気管。
【図１】
2009192289.tif 000003
【図２】
2009192289.tif 000004
【図３】
2009192289.tif 000005
【図４】
2009192289.tif 000006
【図５】
2009192289.tif 000007
【図６】
2009192289.tif 000008
【図７】
2009192289.tif 000009
【図８】
2009192289.tif 000010
【図９】
2009192289.tif 000011
【図１０】
2009192289.tif 000012
【図１１】
2009192289.tif 000013
【図１２】
2009192289.tif 000014
【図１３】
2009192289.tif 000015
【図１４】
2009192289.tif 000016
【図１５】
2009192289.tif 000017