特許 6475117 センサ制御方法およびセンサ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6475117

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年2月27日

(54)【発明の名称】センサ制御方法およびセンサ制御装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/26 20060101AFI20190218BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20190218BHJP

   G01N 27/419 20060101ALI20190218BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/26 391Z

   G01N27/416 331

   G01N27/26 371C

   G01N27/26 371D

   G01N27/416 376

   G01N27/419 327P

   G01N27/419 327E

   G01N27/26 371A

【請求項の数】16

【全頁数】37

(21)【出願番号】特願2015-155267(P2015-155267)

(22)【出願日】2015年8月5日

(65)【公開番号】特開2016-65862(P2016-65862A)

(43)【公開日】2016年4月28日

【審査請求日】2018年2月1日

(31)【優先権主張番号】特願2014-193809(P2014-193809)

(32)【優先日】2014年9月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】中埜 吉博

(72)【発明者】

【氏名】柿元 志郎

【審査官】 大瀧 真理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０７５５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２１９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４３３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１５１３３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／２６ − ２７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、該第１ポンピングセルにて酸素濃度が調整された被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じて第２ポンピング電流が流れる第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て、前記被測定ガス中のアンモニア濃度に応じたアンモニア濃度信号を出力するアンモニアセンサ部と、
を備えるセンサを制御するセンサ制御方法であって、
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前記被測定ガス中の酸素濃度を演算する酸素濃度演算ステップと、
前記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信号とに基づき、修正アンモニア濃度を演算する修正濃度演算ステップと、
時間経過に伴う前記酸素濃度の変化率である酸素濃度変化率を演算する酸素濃度変化率演算ステップと、
予め定められた修正許可条件を満たす場合には、前記修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定し、前記修正許可条件を満たさない場合には、過去に演算した前記修正アンモニア濃度のうち、前記修正許可条件を満たした際に演算した前記修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定するアンモニア濃度設定ステップと、
を有し、
前記アンモニア濃度設定ステップでは、前記酸素濃度変化率が予め定められた基準判定値未満である場合に、前記修正許可条件を満たすと判定し、前記酸素濃度変化率が前記基準判定値以上である場合に、前記修正許可条件を満たさないと判定すること、
を特徴とするセンサ制御方法。

【請求項2】

前記アンモニア濃度設定ステップでは、前記修正許可条件を満たさない場合には、過去に演算した前記修正アンモニア濃度のうち、前記修正許可条件を満たした際に演算した最新の前記修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定すること、
を特徴とする請求項１に記載のセンサ制御方法。

【請求項3】

前記アンモニア濃度設定ステップでは、前記修正許可条件を満たさない場合には、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度を今回のアンモニア濃度の検出結果に設定すること、
を特徴とする請求項１に記載のセンサ制御方法。

【請求項4】

前記アンモニア濃度設定ステップでは、前記酸素濃度変化率が前記基準判定値未満であり、かつ、前記酸素濃度が予め定められた基準濃度を超える場合に、前記修正許可条件を満たすと判定し、前記酸素濃度変化率が前記基準判定値以上であること、および前記酸素濃度が予め定められた基準濃度以下であること、のうち少なくとも一方が成立する場合に、前記修正許可条件を満たさないと判定すること、
を特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のセンサ制御方法。

【請求項5】

前記アンモニア濃度設定ステップでは、前記修正許可条件を満たさないと判定されてから、予め定められた停止期間が経過するまでは、前記修正許可条件を満たさないと判定すること、
を特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のセンサ制御方法。

【請求項6】

前記酸素濃度変化率演算ステップでは、前回演算した前記酸素濃度を今回演算した前記酸素濃度で除算した値を前記酸素濃度変化率として演算すること、
を特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のセンサ制御方法。

【請求項7】

前記センサは、前記ＮＯｘセンサ部と前記アンモニアセンサ部とを一体に備えるマルチガスセンサであること、
を特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のセンサ制御方法。

【請求項8】

前記センサは、前記ＮＯｘセンサ部と前記アンモニアセンサ部とが個別に備えられるとともに、内燃機関の排気経路に配置されており、
前記排気経路は、排気ガスが透過可能な仕切部で仕切られた複数の空間を備えて構成されており、
前記ＮＯｘセンサ部および前記アンモニアセンサ部は、前記複数の空間のうち同一空間に配置されること、
を特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のセンサ制御方法。

【請求項9】

前記ＮＯｘセンサ部は、前記排気ガスの進行方向において、前記アンモニアセンサ部と同一位置か、前記アンモニアセンサ部よりも上流側に配置されること、
を特徴とする請求項８に記載のセンサ制御方法。

【請求項10】

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、該第１ポンピングセルにて酸素濃度が調整された被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じて第２ポンピング電流が流れる第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て、前記被測定ガス中のアンモニア濃度に応じたアンモニア濃度信号を出力するアンモニアセンサ部と、
を備えるセンサを制御するセンサ制御装置であって、
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前記被測定ガス中の酸素濃度を演算する酸素濃度演算部と、
前記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信号とに基づき、修正アンモニア濃度を演算する修正濃度演算部と、
時間経過に伴う前記酸素濃度の変化率である酸素濃度変化率を演算する酸素濃度変化率演算部と、
予め定められた修正許可条件を満たす場合には、前記修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定し、前記修正許可条件を満たさない場合には、過去に演算した前記修正アンモニア濃度のうち、前記修正許可条件を満たした際に演算した前記修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定するアンモニア濃度設定部と、
を有し、
前記アンモニア濃度設定部は、前記酸素濃度変化率が予め定められた基準判定値未満である場合に、前記修正許可条件を満たすと判定し、前記酸素濃度変化率が前記基準判定値以上である場合に、前記修正許可条件を満たさないと判定すること、
を特徴とするセンサ制御装置。

【請求項11】

前記アンモニア濃度設定部は、前記修正許可条件を満たさない場合には、過去に演算した前記修正アンモニア濃度のうち、前記酸素濃度変化率が前記修正許可条件を満たした際に演算した最新の前記修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定すること、
を特徴とする請求項１０に記載のセンサ制御装置。

【請求項12】

前記アンモニア濃度設定部は、前記修正許可条件を満たさない場合には、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度を今回のアンモニア濃度の検出結果に設定すること、
を特徴とする請求項１０に記載のセンサ制御装置。

【請求項13】

前記アンモニア濃度設定部は、前記酸素濃度変化率が前記基準判定値未満であり、かつ、前記酸素濃度が予め定められた基準濃度を超える場合に、前記修正許可条件を満たすと判定し、前記酸素濃度変化率が前記基準判定値以上であること、および前記酸素濃度が予め定められた基準濃度以下であること、のうち少なくとも一方が成立する場合に、前記修正許可条件を満たさないと判定すること、
を特徴とする請求項１０から請求項１２のうちいずれか一項に記載のセンサ制御装置。

【請求項14】

前記センサは、前記ＮＯｘセンサ部と前記アンモニアセンサ部とを一体に備えるマルチガスセンサであること、
を特徴とする請求項１０から請求項１３のうちいずれか一項に記載のセンサ制御装置。

【請求項15】

前記センサは、前記ＮＯｘセンサ部と前記アンモニアセンサ部とが個別に備えられるとともに、内燃機関の排気経路に配置されており、
前記排気経路は、排気ガスが透過可能な仕切部で仕切られた複数の空間を備えて構成されており、
前記ＮＯｘセンサ部および前記アンモニアセンサ部は、前記複数の空間のうち同一空間に配置されること、
を特徴とする請求項１０から請求項１３のうちいずれか一項に記載のセンサ制御装置。

【請求項16】

前記ＮＯｘセンサ部は、前記排気ガスの進行方向において、前記アンモニアセンサ部と同一位置か、前記アンモニアセンサ部よりも上流側に配置されること、
を特徴とする請求項１５に記載のセンサ制御装置。

【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のに適したセンサを制御するセンサ制御方法およびセンサ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する技術として、尿素ＳＣＲ（選択触媒還元）システムが注目されている。尿素ＳＣＲシステムは、アンモニア（ＮＨ_３）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを化学反応させて、窒素酸化物を窒素（Ｎ_２）に還元することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化するシステムである。

【0003】

この尿素ＳＣＲシステムでは、窒素酸化物に対して供給されるアンモニアの量が過剰になると、未反応のアンモニアが排気ガスに含まれたまま外部に放出されるおそれがあった。このようなアンモニアの放出を抑制するために、排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するセンサ素子を含む複数種類のガス濃度を測定可能なセンサが尿素ＳＣＲシステムに用いられている。

【0004】

この尿素ＳＣＲシステムでは、上記のセンサで測定されるアンモニアの濃度、つまり排気ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定範囲内になるように、窒素酸化物の還元に用いられるアンモニアの量が調節されている。

【0005】

なお、このセンサとしては、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とを備えたものが挙げられる。また、このセンサとしては、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とが個別に備えられる形態や、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とを一体に備える形態（マルチガスセンサ）が挙げられる。このようなセンサを用いることで、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）およびアンモニア（ＮＨ_３）の検出が可能である。

【0006】

また、アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度の検出においては、酸素濃度の影響によりアンモニア濃度が変動してしまいアンモニア濃度の検出精度が低下する可能性があるため、アンモニアセンサ部の出力信号および酸素濃度に基づき、修正アンモニア濃度を算出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような修正アンモニア濃度を算出する技術によれば、被測定ガス中の酸素濃度の影響を低減でき、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１−０７５５４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、アンモニアセンサ部の出力信号および酸素濃度に基づき修正アンモニア濃度を算出する構成においては、実際のアンモニア濃度が変化していない状況下であっても酸素濃度が急峻に変動した場合には、修正アンモニア濃度が変動してしまい、アンモニア濃度の検出精度が低下する虞がある。

【0009】

例えば、実際の内燃機関においては、酸素濃度は運転条件により刻々と変化するため、酸素濃度変化に対してアンモニアセンサ部の反応速度と酸素濃度を算出するセンサもしくは予測値が同調するとは限らない。

【0010】

とりわけ、リッチスパイクのような酸素濃度の瞬間的な変化が起きた場合、アンモニアセンサ部の出力変化に対する酸素濃度値の追従性が悪いと計算に大きな誤差を生じる可能性が高く、アンモニア濃度の検出精度が低下する場合がある。

【0011】

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センサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できるセンサ制御方法およびセンサ制御装置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】

【0012】

本発明の１つの局面におけるセンサ制御方法は、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とを備えるセンサを制御するセンサ制御方法であり、酸素濃度演算ステップと、修正濃度演算ステップと、酸素濃度変化率演算ステップと、アンモニア濃度設定ステップと、を有する。

【0013】

ＮＯｘセンサ部は、第１ポンピングセルと、第２ポンピングセルと、を備える。
第１ポンピングセルは、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。

【0014】

第２ポンピングセルは、第１ポンピングセルにて酸素濃度が調整された被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じて第２ポンピング電流が流れるように構成されている。
アンモニアセンサ部は、ＮＯｘセンサ部の外表面に形成されて、被測定ガス中のアンモニア濃度に応じたアンモニア濃度信号を出力する。

【0015】

酸素濃度演算ステップでは、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被測定ガス中の酸素濃度を演算する。
修正濃度演算ステップでは、酸素濃度とアンモニアセンサ部のアンモニア濃度信号とに基づき、修正アンモニア濃度を演算する。

【0016】

酸素濃度変化率演算ステップでは、時間経過に伴う酸素濃度の変化率である酸素濃度変化率を演算する。
アンモニア濃度設定ステップでは、予め定められた修正許可条件を満たす場合には、修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定する。他方、アンモニア濃度設定ステップでは、修正許可条件を満たさない場合には、過去に演算した修正アンモニア濃度のうち、修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定する。なお、アンモニア濃度設定ステップでは、酸素濃度変化率が予め定められた基準判定値未満である場合に、修正許可条件を満たすと判定し、酸素濃度変化率が基準判定値以上である場合に、修正許可条件を満たさないと判定する。

【0017】

このセンサ制御方法では、修正許可条件を満たすか否かによって、修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定するか、過去に演算した修正アンモニア濃度（詳細には、修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度のうちいずれかの値）をアンモニア濃度の検出結果に設定するかを切り替えている。

【0018】

なお、酸素濃度変化率が予め定められた基準判定値未満である場合に、修正許可条件を満たすと判定している。つまり、酸素濃度の変化が急峻になるに従い、酸素濃度変化率は大きくなるため、酸素濃度変化率が基準判定値以上である場合には、酸素濃度が急峻に変化したと判断でき、修正許可条件を満たさないと判定できる。なお、酸素濃度変化率の修正許可条件は、例えば、修正アンモニア濃度を演算する際にアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲（±５％、好ましくは±３％）となる酸素濃度変化率と、アンモニア濃度の検出誤差が許容範囲を逸脱する酸素濃度変化率と、の境界値が予め設定されている。

【0019】

つまり、酸素濃度変化率が予め定められた基準判定値未満となり、修正許可条件を満たす場合には、修正アンモニア濃度におけるアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲となるため、修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定した場合に、アンモニア濃度の検出精度が低下することはない。

【0020】

他方、酸素濃度変化率が前記基準判定値以上となり、修正許可条件を満たさない場合には、修正アンモニア濃度におけるアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲を越えるため、その修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定した場合に、アンモニア濃度の検出精度が低下する。このような修正アンモニア濃度に代えて、修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

【0021】

つまり、実際のアンモニア濃度は大きく変化しておらず、かつ酸素濃度が変化した場合においては、修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度は、実際のアンモニア濃度に近い値であると考えられる。このため、修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

【0022】

よって、このセンサ制御方法によれば、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センサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0023】

上述のセンサ制御方法においては、アンモニア濃度設定ステップでは、修正許可条件を満たさない場合には、過去に演算した修正アンモニア濃度のうち、修正許可条件を満たした際に演算した最新の修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定してもよい。

【0024】

このように、修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度であって、最新の修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0025】

つまり、実際のアンモニア濃度は大きく変化しておらず、かつ酸素濃度が変化した場合においては、修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度のうち、最新の修正アンモニア濃度は、実際のアンモニア濃度に近い値であると考えられる。

【0026】

このため、上述のように、最新の修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制することができる。
上述のセンサ制御方法においては、アンモニア濃度設定ステップでは、修正許可条件を満たさない場合には、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度を今回のアンモニア濃度の検出結果に設定してもよい。

【0027】

つまり、アンモニア濃度の検出結果に設定された数値は、修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度であるため、前回の検出結果に設定されたアンモニア濃度についても、修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度である。そして、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度は、修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度のうち、最新の修正アンモニア濃度であるため、実際のアンモニア濃度に近い値であると考えられる。

【0028】

このため、上述のように、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度を今回のアンモニア濃度の検出結果に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

【0029】

上述のセンサ制御方法においては、アンモニア濃度設定ステップでは、酸素濃度変化率が基準判定値未満であり、かつ、酸素濃度が予め定められた基準濃度を超える場合に、修正許可条件を満たすと判定し、酸素濃度変化率が基準判定値以上であること、および酸素濃度が基準濃度以下であること、のうち少なくとも一方が成立する場合に、修正許可条件を満たさないと判定してもよい。

【0030】

このセンサ制御方法では、酸素濃度変化率だけでなく酸素濃度をも含めて修正許可条件を満たすか否かを判定し、修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定するか、過去に演算した修正アンモニア濃度(詳細には、修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度)をアンモニア濃度の検出結果に設定するかを切り替えている。

【0031】

なお、修正許可条件のうち酸素濃度については、酸素濃度が予め定められた基準濃度を超えるか否かで判定している。つまり、酸素濃度が極めて低くなると、修正アンモニア濃度の誤差が大きくなる傾向があるため、酸素濃度が基準濃度以下である場合には、修正アンモニア濃度の誤差が大きいと判断できる。なお、酸素濃度の基準濃度は、例えば、修正アンモニア濃度を演算する際に、アンモニア濃度の検出誤差が許容範囲となる酸素濃度と、アンモニア濃度の検出誤差が許容範囲を逸脱する酸素濃度と、の境界値が予め設定されている。例えば、基準濃度が４％に設定されている場合には、酸素濃度が４％以下である場合に、少なくとも修正許可条件を満たさないと判定する。

【0032】

そして、このアンモニア濃度設定ステップでは、「酸素濃度変化率が基準判定値未満であること」および「酸素濃度が基準濃度を超えること」という２つの条件がいずれも成立する場合に、修正許可条件を満たすと判定する。また、このアンモニア濃度設定ステップでは、「酸素濃度変化率が基準判定値以上であること」および「酸素濃度が基準濃度以下であること」という２つの条件のうち少なくとも一方が成立する場合に、修正許可条件を満たさないと判定する。

【0033】

つまり、酸素濃度および酸素濃度変化率に基づき定められる修正許可条件を満たす場合には、修正アンモニア濃度におけるアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲となるため、修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定した場合に、アンモニア濃度の検出精度が低下することを抑制できる。

【0034】

他方、酸素濃度および酸素濃度変化率に基づき定められる修正許可条件を満たさない場合には、修正アンモニア濃度におけるアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲を越えるため、その修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定した場合に、アンモニア濃度の検出精度が低下する。このような修正アンモニア濃度に代えて、修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下をより抑制することができる。

【0035】

つまり、実際のアンモニア濃度は大きく変化しておらず、かつ酸素濃度が変化した場合においては、修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度は、実際のアンモニア濃度に近い値であると考えられる。このため、上述の修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下をより抑制することができる。

【0036】

よって、このセンサ制御方法によれば、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センサを用いるにあたり、酸素濃度変化率だけでなく酸素濃度をも含めて修正許可条件を満たすか否かを判定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下をより抑制できる。

【0037】

上述のセンサ制御方法においては、アンモニア濃度設定ステップでは、修正許可条件を満たさないと判定されてから、予め定められた停止期間が経過するまでは、修正許可条件を満たさないと判定してもよい。

【0038】

つまり、修正許可条件を満たさないと判定された場合、その後の一定期間は酸素濃度の影響が残り、修正アンモニア濃度に誤差が生じる可能性が高い。
そこで、修正許可条件を満たさないと判定されてから停止期間が経過するまでは、修正許可条件を満たさないと判定することで、過去に演算した修正アンモニア濃度のうち、修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定する。

【0039】

これにより、誤差が生じている可能性の高い修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定することを回避できる。よって、このセンサ制御方法によれば、より一層、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0040】

上述のセンサ制御方法においては、酸素濃度変化率演算ステップでは、前回演算した酸素濃度を今回演算した酸素濃度で除算した値を酸素濃度変化率として演算してもよい。
つまり、酸素濃度変化率を演算するにあたり、前回演算した酸素濃度を今回演算した酸素濃度で除算した値を酸素濃度変化率として演算することで、酸素濃度が低下したときに、酸素濃度変化率が大きな値となる。このため、酸素濃度のわずかな変化に対して酸素濃度変化率が大きく変化するため、酸素濃度変化率が変動したか否かの判定が容易となる。

【0041】

よって、このセンサ制御方法によれば、酸素濃度変化率に基づく判定精度を向上でき、より一層、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。
上述のセンサ制御方法においては、センサは、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とを一体に備えるマルチガスセンサであってもよい。

【0042】

このようなマルチガスセンサは、ＮＯｘセンサ部およびアンモニアセンサ部を一体に備えるため、同一の被測定ガス中に含まれる窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を検出する用途に利用される。

【0043】

よって、このセンサ制御方法によれば、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マルチガスセンサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0044】

上述のセンサ制御方法においては、センサは、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とが個別に備えられるとともに、内燃機関の排気経路に配置される構成であってもよい。そして、排気経路は、排気ガスが透過可能な仕切部で仕切られた複数の空間を備えて構成されてもよい。ＮＯｘセンサ部およびアンモニアセンサ部は、複数の空間のうち同一空間に配置されてもよい。

【0045】

このようなセンサは、ＮＯｘセンサ部およびアンモニアセンサ部が排気経路のうち同一空間に配置されるため、同一の空間における被測定ガス中に含まれる窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を検出することができる。

【0046】

よって、このセンサ制御方法によれば、同一の空間における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センサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0047】

ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とが個別に備えられる上述のセンサ制御方法においては、ＮＯｘセンサ部は、排気ガスの進行方向において、アンモニアセンサ部と同一位置か、アンモニアセンサ部よりも上流側に配置されてもよい。

【0048】

ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部との相対的な位置関係がこのように定められることで、酸素濃度の検出位置は、アンモニア濃度の検出位置に比べて、排気ガスの進行方向における同一位置または上流側となる。この場合、修正アンモニア濃度を演算するにあたり、アンモニア濃度の検出位置と同一位置または上流側で検出した酸素濃度を用いることができる。これにより、酸素濃度の検出時期がアンモニア濃度の検出時期よりも遅れることがなくなり、修正アンモニア濃度を精度良く演算できる。

【0049】

よって、このセンサ制御方法によれば、修正アンモニア濃度を精度良く演算できるため、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。
本発明の他の局面におけるセンサ制御装置は、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とを備えるセンサを制御するセンサ制御装置であり、酸素濃度演算部と、修正濃度演算部と、酸素濃度変化率演算部と、アンモニア濃度設定部と、を有する。

【0050】

ＮＯｘセンサ部は、第１ポンピングセルと、第２ポンピングセルと、を備える。
第１ポンピングセルは、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。

【0051】

第２ポンピングセルは、第１ポンピングセルにて酸素濃度が調整された被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じて第２ポンピング電流が流れるように構成されている。
アンモニアセンサ部は、ＮＯｘセンサ部の外表面に形成されて、被測定ガス中のアンモニア濃度に応じたアンモニア濃度信号を出力する。

【0052】

酸素濃度演算部は、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被測定ガス中の酸素濃度を演算する。
修正濃度演算部は、酸素濃度とアンモニアセンサ部のアンモニア濃度信号とに基づき、修正アンモニア濃度を演算する。

【0053】

酸素濃度変化率演算部は、時間経過に伴う酸素濃度の変化率である酸素濃度変化率を演算する。
アンモニア濃度設定部は、予め定められた修正許可条件を満たす場合には、修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定する。他方、アンモニア濃度設定部は、修正許可条件を満たさない場合には、過去に演算した修正アンモニア濃度のうち、修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定する。なお、アンモニア濃度設定部は、酸素濃度変化率が予め定められた基準判定値未満である場合に、修正許可条件を満たすと判定し、酸素濃度変化率が基準判定値以上である場合に、修正許可条件を満たさないと判定する。

【0054】

このセンサ制御装置は、上述のセンサ制御方法と同様に、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マルチガスセンサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0055】

上述のセンサ制御装置においては、アンモニア濃度設定部は、修正許可条件を満たさない場合には、過去に演算した修正アンモニア濃度のうち、修正許可条件を満たした際に演算した最新の修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定してもよい。

【0056】

このセンサ制御装置は、上述のセンサ制御方法と同様に、最新の修正アンモニア濃度をアンモニア濃度の検出結果に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

【0057】

上述のセンサ制御装置においては、アンモニア濃度設定部は、修正許可条件を満たさない場合には、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度を今回のアンモニア濃度の検出結果に設定してもよい。

【0058】

このセンサ制御装置は、上述のセンサ制御方法と同様に、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度を今回のアンモニア濃度の検出結果に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

【0059】

上述のセンサ制御装置においては、アンモニア濃度設定部は、酸素濃度変化率が基準判定値未満であり、かつ、酸素濃度が予め定められた基準濃度を超える場合に、修正許可条件を満たすと判定し、酸素濃度変化率が基準判定値以上であること、および酸素濃度が基準濃度以下であること、のうち少なくとも一方が成立する場合に、修正許可条件を満たさないと判定してもよい。

【0060】

このセンサ制御装置は、上述のセンサ制御方法と同様に、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センサを用いるにあたり、酸素濃度変化率だけでなく酸素濃度をも含めて修正許可条件を満たすか否かを判定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下をより抑制できる。

【0061】

上述のセンサ制御装置においては、センサは、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とを一体に備えるマルチガスセンサであってもよい。
このようなマルチガスセンサは、ＮＯｘセンサ部およびアンモニアセンサ部を一体に備えるため、同一の被測定ガス中に含まれる窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を検出する用途に利用される。

【0062】

よって、このセンサ制御装置によれば、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マルチガスセンサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0063】

上述のセンサ制御装置においては、センサは、ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とが個別に備えられるとともに、内燃機関の排気経路に配置される構成であってもよい。そして、排気経路は、排気ガスが透過可能な仕切部で仕切られた複数の空間を備えて構成されてもよい。ＮＯｘセンサ部およびアンモニアセンサ部は、複数の空間のうち同一空間に配置されてもよい。

【0064】

このようなセンサは、ＮＯｘセンサ部およびアンモニアセンサ部が排気経路のうち同一空間に配置されるため、同一の空間における被測定ガス中に含まれる窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を検出することができる。

【0065】

よって、このセンサ制御装置によれば、同一の空間における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センサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0066】

ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部とが個別に備えられる上述のセンサ制御装置においては、ＮＯｘセンサ部は、排気ガスの進行方向において、アンモニアセンサ部と同一位置か、アンモニアセンサ部よりも上流側に配置されてもよい。

【0067】

ＮＯｘセンサ部とアンモニアセンサ部との相対的な位置関係がこのように定められることで、酸素濃度の検出位置は、アンモニア濃度の検出位置に比べて、排気ガスの進行方向における同一位置または上流側となる。この場合、修正アンモニア濃度を演算するにあたり、アンモニア濃度の検出位置と同一位置または上流側で検出した酸素濃度を用いることができる。これにより、酸素濃度の検出時期がアンモニア濃度の検出時期よりも遅れることがなくなり、修正アンモニア濃度を精度良く演算できる。

【0068】

よって、このセンサ制御装置によれば、修正アンモニア濃度を精度良く演算できるため、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【発明の効果】

【0069】

本発明のセンサ制御方法およびセンサ制御装置によれば、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センサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0070】

【図1】マルチガスセンサ制御装置に備えられるマルチガスセンサの内部構造を示す断面図である。

【図2】マルチガスセンサ制御装置の構成を説明するブロック図である。

【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】マルチ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説明図である。

【図6】ガス濃度演算処理の処理内容を示すフローチャートである。

【図7】マルチガスセンサ制御装置を用いてアンモニア濃度を測定した測定試験の測定結果を示す説明図である。

【図8】変形形態１のマルチガスセンサ制御装置の構成を説明するブロック図である。

【図9】センサ素子部における第１アンモニアセンサ部および第２アンモニアセンサ部の構成を表す断面図である。

【図10】変形形態２におけるガス濃度演算処理の処理内容を示すフローチャートである。

【図11】変形形態３のセンサ制御装置の構成を説明するブロック図である。

【図12】変形形態４のセンサ制御装置の構成を説明するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0071】

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

【0072】

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
第１実施形態として、自動車などの内燃機関に備えられるマルチガスセンサ制御装置１について説明する。

【0073】

マルチガスセンサ制御装置１は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス（被測定ガス）に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する尿素ＳＣＲシステムに用いられるものである。より具体的には、排気ガスに含まれるＮＯｘと、アンモニア（尿素）とを反応させた後の排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ_２）およびアンモニアの濃度を測定するものである。

【0074】

マルチガスセンサ制御装置１は、図１および図２に示すように、センサ本体であるマルチガスセンサ２と、マルチガスセンサ２を制御すると共にセンサ出力を演算処理することにより、ＮＯ、ＮＯ_２およびアンモニアの濃度を演算する制御部３（演算部３）と、を備えている。

【0075】

［１−２．マルチガスセンサ］
マルチガスセンサ２は、図１に示すように、センサ素子部１０と、主体金具１１０と、セパレータ１３４と、接続端子１３８と、を主に備えている。なお、以下の説明では、マルチガスセンサ２のセンサ素子部１０が配置されている側（図１の下側）を先端側、接続端子１３８が配置されている側（図１の上側）を後端側と表記する。

【0076】

センサ素子部１０は、軸線Ｏ方向に延びる板形状を有する。センサ素子部１０の後端には電極端子部１０Ａ、１０Ｂが配置されている。図１においては、図示を容易にするために、センサ素子部１０に形成された電極端子部を、電極端子部１０Ａおよび電極端子部１０Ｂのみとしているが、実際には、後述するＮＯｘセンサ部１１やアンモニアセンサ部２１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。なお、センサ素子部１０のより詳細な説明は後述する。

【0077】

主体金具１１０は、マルチガスセンサ２をディーゼルエンジンの排気管に固定するネジ部１１１が外表面に形成された筒状の部材である。主体金具１１０には、軸線方向に貫通する貫通孔１１２と、貫通孔１１２の径方向内側に突出する棚部１１３と、が主に設けられている。棚部１１３は、貫通孔１１２の径方向外側から中心に向かって先端側へ近づく傾きを有する内向きのテ―パ面として形成されている。

【0078】

また、主体金具１１０は、センサ素子部１０の先端側を、貫通孔１１２から先端側に突出させ、センサ素子部１０の後端側を貫通孔１１２の後端側に突出させた状態で保持するものである。

【0079】

主体金具１１０の貫通孔１１２の内部には、先端側から後端側に向かって順に、センサ素子部１０の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ１１４、粉末充填層である滑石リング１１５，１１６、セラミックスリーブ１１７が積層されている。

【0080】

セラミックスリーブ１１７と主体金具１１０の後端側の端部との間には、加締めパッキン１１８が配置されている。セラミックホルダ１１４と主体金具１１０の棚部１１３との間には、金属ホルダ１１９が配置されている。金属ホルダ１１９は、滑石リング１１５やセラミックホルダ１１４を保持するものである。主体金具１１０の後端側の端部は、加締めパッキン１１８を介してセラミックスリーブ１１７を先端側に向かって押し付けるように加締められる部分である。

【0081】

主体金具１１０の先端側の端部には、外部プロテクタ１２１および内部プロテクタ１２２が設けられている。外部プロテクタ１２１および内部プロテクタ１２２は、先端側の端部が閉塞されたステンレス鋼などの金属材料から形成された筒状の部材である。内部プロテクタ１２２は、センサ素子部１０の先端側の端部を覆った状態で主体金具１１０に溶接され、外部プロテクタ１２１は、内部プロテクタ１２２を覆った状態で主体金具１１０に溶接されている。

【0082】

主体金具１１０の後端側の端部には、筒状に形成された外筒１３１の先端側の端部が固定されている。さらに、外筒１３１の後端側の端部である開口には、当該開口を閉塞するグロメット１３２が配置されている。

【0083】

グロメット１３２には、リード線１４１が挿通されるリード線挿通孔１３３が形成されている。リード線１４１は、センサ素子部１０の電極端子部１０Ａや、電極端子部１０Ｂに電気的に接続されるものである。

【0084】

セパレータ１３４は、センサ素子部１０の後端側に配置された筒状に形成された部材である。セパレータ１３４の内部に形成された空間は、軸線方向に貫通する挿通孔１３５である。セパレータ１３４の外表面には、径方向外側に突出する鍔部１３６が形成されている。

【0085】

セパレータ１３４の挿通孔１３５には、センサ素子部１０の後端部が挿入され、電極端子部１０Ａ、１０Ｂがセパレータ１３４の内部に配置される。
セパレータ１３４と外筒１３１との間には、筒状に形成された保持部材１３７が配置されている。保持部材１３７は、セパレータ１３４の鍔部１３６と当接すると共に、外筒１３１の内面とも当接することにより、セパレータ１３４を外筒１３１に対して固定保持するものである。

【0086】

接続端子１３８は、セパレータ１３４の挿通孔１３５内に配置される部材であり、センサ素子部１０の電極端子部１０Ａや電極端子部１０Ｂと、リード線１４１と、をそれぞれ独立に電気的に接続する導電部材である。なお、図１では、図示を容易にするために、２つの接続端子１３８のみが図示されている。

【0087】

［１−３．センサ素子部］
ここで、センサ素子部１０の構成の詳細について、図２を参照しながら説明する。なお、図２では説明の便宜のために、センサ素子部１０の長手方向に沿う模式的な断面図のみを表示している。

【0088】

センサ素子部１０には、ＮＯｘセンサ部１１と、アンモニアセンサ部２１と、が主に設けられている。本実施形態におけるＮＯｘセンサ部１１、アンモニアセンサ部２１は、それぞれ公知のＮＯｘセンサと同様な構成、公知のアンモニアセンサと同様な構成を有している。

【0089】

ＮＯｘセンサ部１１は、主に、絶縁層１０ｅ、第１固体電解質体１２ａ、絶縁層１０ｄ、第３固体電解質体１６ａ、絶縁層１０ｃ、第２固体電解質体１８ａ、及び絶縁層１０ｂ、絶縁層１０ａが、この順に積層された構造となっている。上述の各絶縁層１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅはアルミナを主体として形成されている。

【0090】

さらにＮＯｘセンサ部１１には、第１測定室Ｓ１が第１固体電解質体１２ａと第３固体電解質体１６ａとの層間に設けられ、ＮＯｘ測定室に相当する第２測定室Ｓ２が、第１固体電解質体１２ａと第２固体電解質体１８ａとの層間に、第３固体電解質体１６ａを貫通して設けられている。

【0091】

被測定ガスが導入される第１測定室Ｓ１の入口端（図２の左側の端）には、第１拡散抵抗体１４が配置されている。第１測定室Ｓ１における入口端と反対側の端（図２の右側の端）には、第１測定室Ｓ１と第２測定室Ｓ２とを区画する第２拡散抵抗体１５が配置されている。上述の第１拡散抵抗体１４および第２拡散抵抗体１５はアルミナ等の多孔質物質から形成され、被測定ガスの透過性を有している。

【0092】

ＮＯｘセンサ部１１には、さらに、ＮＯｘセンサ部１１や、アンモニアセンサ部２１を活性温度にまで昇温し、それぞれのセンサを構成する固体電解質体における酸素イオンの導電性を高めるヒータ（ヒータ部）１９が設けられている。ヒータ１９は、白金または白金を含む合金を、センサ素子部１０の長手方向に沿って延びる長尺板状に形成したものであり、絶縁層１０ｂおよび絶縁層１０ａの間に埋設されるものである。

【0093】

その他にＮＯｘセンサ部１１には、第１ポンピングセル１２と、酸素濃度検出セル１６と、第２ポンピングセル１８と、が設けられている。
第１ポンピングセル１２は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体とする第１固体電解質体１２ａと、白金を主体とする内側第１ポンピング電極（第１電極）１２ｂおよび外側第１ポンピング電極（第１電極）１２ｃと、から主に構成されている。

【0094】

内側第１ポンピング電極１２ｂは、第１固体電解質体１２ａにおける第１測定室Ｓ１に露出する面に設けられている。さらに内側第１ポンピング電極１２ｂは、多孔質体からなる保護層１２ｄによって第１測定室Ｓ１側の表面が覆われている。

【0095】

外側第１ポンピング電極１２ｃは、内側第１ポンピング電極１２ｂの対極となる電極であり、内側第１ポンピング電極１２ｂとの間に第１固体電解質体１２ａを挟んで配置されるものである。絶縁層１０ｅにおける外側第１ポンピング電極１２ｃが配置された領域に相当する部分は、くり抜かれて多孔質体１２ｅが充填されている。多孔質体１２ｅは、外側第１ポンピング電極１２ｃと外部との間でガス（酸素）の出入りを可能とするものである。

【0096】

酸素濃度検出セル１６は、第１ポンピングセル１２の下流側で、かつ第２ポンピングセル１８の上流側に配置されている。この酸素濃度検出セル１６は、ジルコニアを主体とする第３固体電解質体１６ａと、白金を主体とし、第３固体電解質体１６ａを間に挟んで配置された検知電極１６ｂおよび基準電極１６ｃと、から主に構成されている。

【0097】

検知電極１６ｂは、第３固体電解質体１６ａにおける第１測定室Ｓ１に露出する面であって、内側第１ポンピング電極１２ｂよりも下流側、言い換えると、第２拡散抵抗体１５側の領域に設けられている。

【0098】

検知電極１６ｂの対極である基準電極１６ｃは、絶縁層１０ｃを切り抜いて形成した基準酸素室１７の内部に配置されている。この基準酸素室１７の内部には、多孔質体が充填されている。基準酸素室１７には、第１測定室Ｓ１から送りこまれた酸素が存在し、基準酸素室１７内の酸素が酸素基準とされている。

【0099】

第２ポンピングセル１８は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質体１８ａと、白金を主体とする内側第２ポンピング電極（第２電極）１８ｂおよび第２ポンピング対電極（第２電極）１８ｃと、から主に構成されている。

【0100】

内側第２ポンピング電極１８ｂは、第２固体電解質体１８ａにおける第２測定室Ｓ２に露出する領域に設けられている。第２ポンピング対電極１８ｃは、第２固体電解質体１８ａにおける基準酸素室１７に露出する領域であって、基準電極１６ｃと対向する部分に設けられている。

【0101】

さらに、上述の内側第１ポンピング電極１２ｂ、検知電極１６ｂ、および、内側第２ポンピング電極１８ｂは、それぞれ基準電位に接続されている。
その一方で、アンモニアセンサ部２１は、ＮＯｘセンサ部１１の外表面、より具体的には、絶縁層１０ｅの上に形成されている。アンモニアセンサ部２１は、ＮＯｘセンサ部１１の長手方向（図２の左右方向）における基準電極１６ｃと略同位置に配置されている。

【0102】

アンモニアセンサ部２１は、アンモニアセンサ部用固体電解質体２３の上に形成された一対の電極２１ａと、一対の電極２１ａを覆う選択反応層２１ｂとを含み、一対の電極２１ａ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構成されている。

【0103】

また、多孔質からなる拡散層２４（保護層２４）が選択反応層２１ｂ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２１に流入する被測定ガスの拡散速度を調整可能に構成されている。

【0104】

図３は、アンモニアセンサ部２１の構成を示す展開図である。
一対の電極２１ａは、アンモニアセンサ部用固体電解質体２３の上に配置された一対の電極２１ａ１、２１ａ２で構成されている。

【0105】

各電極２１ａ１、２１ａ２からアンモニアセンサ部用固体電解質体２３の長手方向に沿ってそれぞれリード２１ａｘ、２１ａｙが延設されている。リード２１ａｘ、２１ａｙは、絶縁層２２で被覆されている。但し、リード２１ａｘ、２１ａｙの右端（図示省略）は、絶縁層２２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。

【0106】

電極２１ａ１、２１ａ２は、アンモニアセンサ部用固体電解質体２３の短手方向に沿って離間して並んでいる。電極２１ａ１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２１ａ２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２１ａ２に比べ、検知電極２１ａ１の方がアンモニアとの反応性が高いため、検知電極２１ａ１と基準電極２１ａ２との間で起電力が生じる。

【0107】

また、アンモニアセンサ部用固体電解質体２３は、例えばＺｒＯ_２等の酸素イオン伝導性材料で構成され、リード２１ａｘ、２１ａｙは、例えば白金を主成分とする材料で構成されている。

【0108】

選択反応層２１ｂ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っている。選択反応層２１ｂ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２１ｂ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（Ｖ_２Ｏ_５）及び酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）を所定比で含む材料（例えば、酸化ビスマスバナジウム：ＢｉＶＯ_４）で形成してもよい。

【0109】

なお、選択反応層２１ｂが検知電極２１ａ１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２１ａ１と選択反応層２１ｂとを分けて設けているが、選択反応層２１ｂを設けず、検知電極２１ａ１に選択反応層２１ｂを形成する材料（例えば、金属酸化物）を含有させてもよい。

【0110】

拡散層２４としては、例えばアルミナ、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、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２４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２１ｂ、及び電極２１ａ１、２１ａ２に到達するガス拡散時間が任意に調整可能である。

【0111】

本実施形態においては、酸素濃度検出セル１６の温度が測定されており、この測定された温度をもとに、ヒータ１９による加熱が行われる。なお、この実施形態において、ＮＯｘセンサ部１１の第２固体電解質体１８ａの制御温度を７００℃としたとき、アンモニアセンサ部２１の温度が６５０℃となっている。

【0112】

［１−４．制御部］
マルチガスセンサ制御装置１の制御部３は、図２に示すように、マルチガスセンサ制御装置１が搭載された車両の車両側制御装置であるＥＣＵ２００と電気的に接続されている。ＥＣＵ２００は、制御部３で演算された排気ガス中のＮＯ濃度、ＮＯ_２濃度およびアンモニア濃度を示すデータを受信し、受信データに基づいてディーゼルエンジンの運転状態の制御処理を実行したり、触媒に蓄積されたＮＯｘの浄化処理を実行したりするものである。

【0113】

制御部３には、図２に示すように、回路基板上に配置されたアナログ回路である制御回路５０と、マイクロコンピュータ６０と、が設けられている。
マイクロコンピュータ６０は、制御部３の全体を制御するものである。マイクロコンピュータ６０には、中央演算処理装置であるＣＰＵ６１と、記憶手段であるＲＡＭ６２およびＲＯＭ６３と、信号入出力部６４と、Ａ／Ｄコンバータ６５と、クロック（図示せず。）と、が主に設けられている。マイクロコンピュータ６０は、ＲＯＭ６３などに予め格納されたプログラムをＣＰＵ６１が実行することにより、各種の処理を行うものである。

【0114】

制御回路５０は、基準電圧比較回路５１と、Ｉｐ１ドライブ回路５２と、Ｖｓ検出回路５３と、Ｉｃｐ供給回路５４と、Ｉｐ２検出回路５５と、Ｖｐ２印加回路５６と、ヒータ駆動回路５７と、起電力検出回路５８と、を主に備えて構成されている。

【0115】

Ｉｐ１ドライブ回路５２は、ＮＯｘセンサ部１１の外側第１ポンピング電極１２ｃに電気的に接続され、Ｖｓ検出回路５３およびＩｃｐ供給回路５４は、基準電極１６ｃに電気的に接続されている。Ｉｐ２検出回路５５およびＶｐ２印加回路５６は、第２ポンピング対電極１８ｃに電気的に接続され、ヒータ駆動回路５７は、ヒータ１９に電気的に接続されている。

【0116】

起電力検出回路５８は、アンモニアセンサ部２１における一対の電極２１ａ（検知電極２１ａ１、基準電極２１ａ２）に電気的に接続されている。起電力検出回路５８は、検知電極２１ａ１および基準電極２１ａ２の間の起電力である、アンモニア起電力ＥＭＦを検出してマイクロコンピュータ６０に出力している。

【0117】

Ｉｐ１ドライブ回路５２は、内側第１ポンピング電極１２ｂと外側第１ポンピング電極１２ｃとの間に第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給するとともに、供給した第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出するものである。

【0118】

Ｖｓ検出回路５３は、検知電極１６ｂと基準電極１６ｃとの間の電圧Ｖｓを検出し、検出した結果を基準電圧比較回路５１に出力するものである。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、比較した結果をＩｐ１ドライブ回路５２に出力するものである。

【0119】

Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電圧Ｖｓが上述の基準電圧と等しくなるようにＩｐ１電流の流れる向きと、大きさとを制御するとともに、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ものである。

【0120】

Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極１６ｂと基準電極１６ｃとの間に微弱な電流Ｉｃｐを流すものであり、電流Ｉｃｐを供給することで、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１７内に送り込み、基準電極１６ｃを基準となる所定の酸素濃度に晒させるものである。

【0121】

Ｖｐ２印加回路５６は、内側第２ポンピング電極１８ｂと第２ポンピング対電極１８ｃとの間に、一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解させるものである。一定電圧Ｖｐ２は、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ_２ガスに分解する程度の電圧である。

【0122】

Ｉｐ２検出回路５５は、第２ポンピングセル１８に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出するものである。第２ポンピング電流Ｉｐ２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１８ａを介して第２ポンピング対電極１８ｃ側に汲み出される際に流れる電流である。

【0123】

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に出力するものであり、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に出力するものである。Ａ／Ｄコンバータ６５は、第１ポンピング電流Ｉｐ１および第２ポンピング電流Ｉｐ２の値をデジタル変換し、信号入出力部６４を介してＣＰＵ６１に出力するものである。

【0124】

［１−５．制御回路］
次に、制御回路５０による制御について以下に説明する。
まず、エンジンが始動されて外部から制御回路５０に電力が供給されると、ヒータ駆動回路５７からヒータ１９に電力が供給される。電力が供給されたヒータ１９は熱を発生して、第１ポンピングセル１２、酸素濃度検出セル１６、および、第２ポンピングセル１８を活性化温度まで加熱させる。

【0125】

ヒータ１９によってＮＯｘセンサ部１１が目標とする温度まで加熱されると、それに伴ってＮＯｘセンサ部１１の上に配置されたアンモニアセンサ部２１も所望温度に昇温され、活性化される。

【0126】

さらに、Ｉｃｐ供給回路５４から、検知電極１６ｂと基準電極１６ｃとの間に電流Ｉｃｐが供給される。すると酸素が酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１７内に送り込まれ、送りこまれた酸素は酸素基準となる。

【0127】

第１ポンピングセル１２や、酸素濃度検出セル１６や、第２ポンピングセル１８が活性化温度に加熱されると、第１ポンピングセル１２により、第１測定室Ｓ１内の酸素の汲み出しが行われる。つまり、第１測定室Ｓ１に流入した被測定ガス（排ガス）中の酸素が、第１ポンピングセル１２の内側第１ポンピング電極１２ｂから外側第１ポンピング電極１２ｃに向かって汲み出される。

【0128】

第１測定室Ｓ１内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル１６の電極間電圧Ｖｓに対応した濃度になる。Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電極間電圧Ｖｓが上述の基準電圧となるように、第１ポンピングセル１２に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御する。このようにすることで、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度は、ＮＯｘが分解しない程度に調整される。

【0129】

第１測定室Ｓ１において酸素濃度が調整された被測定ガスは、次に、第２測定室Ｓ２に流入する。第２測定室Ｓ２において被測定ガスに含まれるＮＯｘは、窒素と酸素に分解される。つまり、第２ポンピングセル１８の電極間電圧として、Ｖｐ２印加回路５６から一定電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）が印加されると、ＮＯｘは窒素と酸素に分解される。一定電圧Ｖｐ２は、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電圧であり、酸素濃度検出セル１６の制御電圧の値より高い電圧である。

【0130】

ＮＯｘの分解により生じた酸素は、第２ポンピングセル１８により第２測定室Ｓ２から汲み出される。このとき第２ポンピングセル１８には、酸素を汲み出すために第２ポンピング電流Ｉｐ２が供給される。第２ポンピング電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度との間には直線比例関係があるため、Ｉｐ２検出回路５５によって検知される第２ポンピング電流Ｉｐ２は、ＮＯｘ濃度と直線比例する値となる。

【0131】

その一方で、アンモニアセンサ部２１の検知電極２１ａ１と基準電極２１ａ２との間には、被測定ガスに含まれるアンモニア濃度に応じて起電力が発生する。起電力検出回路５８は、検知電極２１ａ１と基準電極２１ａ２との間の起電力をアンモニア起電力として検出する。

【0132】

なお、第２ポンピング電流Ｉｐ２の値には、第２測定室Ｓ２における被測定ガスの酸素濃度、ＮＯ_２濃度およびアンモニア濃度の影響も含まれている。また、アンモニアセンサ部２１から出力されるアンモニア起電力ＥＭＦには、被測定ガスの酸素濃度、ＮＯ濃度、ＮＯ_２濃度および各センサ部１１、２１の温度の影響も含まれている。本実施形態では、第２ポンピング電流Ｉｐ２およびアンモニア起電力から酸素濃度の影響を取り除いた後に、ＮＯ濃度、ＮＯ_２濃度およびアンモニア濃度を演算処理により求めている。なお、当該演算処理の詳細については後述する。また、酸素濃度は、第１ポンピング電流Ｉｐ１から関係式を用いて求められるものを用いている。

【0133】

［１−６．マイクロコンピュータ］
ここで、マイクロコンピュータ６０のＲＯＭ６３には、以下に説明する各種のデータが格納されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３から当該各種データを読み込み、第２ポンピング電流Ｉｐ２の値およびアンモニア起電力から酸素濃度の影響を取り除くなどの種々の演算処理を行う。

【0134】

図４に模式的に示すように、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−ＮＯ_２濃度関係式」６３ｄ、「寄与第２ポンピング電流−ＮＯ濃度，ＮＯ_２濃度関係式」６３ｅ、並びに、酸素濃度及びＮＯ_２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。

【0135】

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。

【0136】

「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１２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。

【0137】

「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。

【0138】

図５に、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」）を演算することができる。

【0139】

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。

【0140】

また、マイクロコンピュータ６０は、「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−ＮＯ_２濃度関係式」６３ｄ、「寄与第２ポンピング電流−ＮＯ濃度，ＮＯ_２濃度関係式」６３ｅ、並びに、「アンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式」６３ｆを用いて、ＮＯ濃度、ＮＯ_２濃度を演算する。

【0141】

なお、ＮＯ濃度、ＮＯ_２濃度を演算するための公知の手法は、例えば、特開２０１１−０７５５４６号公報に記載されているため、ここでの詳細説明は省略する。
次に、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１において実行されるガス濃度演算処理について説明する。ガス濃度演算処理は、第２ポンピング電流Ｉｐ２およびアンモニア起電力ＥＭＦを用いて、被測定ガス中の各種ガス成分の濃度（ＮＯ濃度、ＮＯ_２濃度およびアンモニア濃度）を演算する処理である。

【0142】

なお、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２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」とみなしている。

【0143】

図６は、ガス濃度演算処理の処理内容を表すフローチャートである。
ガス濃度演算処理が起動されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、ヒータ駆動回路５７を動作させて、ヒータ１９を発熱させる。

【0144】

次のＳ１２０では、初期化処理が行われ、本処理で利用される内部変数の値や内部フラグの状態などがリセットされる。
次のＳ１３０では、ヒータ１９によりマルチガスセンサ２（第１ポンピングセル１２、酸素濃度検出セル１６、第２ポンピングセル１８、およびアンモニアセンサ部２１）が活性化温度になったか否かを判定しており、肯定判定するとＳ１４０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。

【0145】

Ｓ１３０で肯定判定されてＳ１４０に移行すると、第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２およびアンモニア起電力ＥＭＦの測定を行う。
次のＳ１５０では、酸素濃度の演算を行う。具体的には、酸素濃度の演算は、Ｓ１４０で測定した第１ポンピング電流Ｉｐ１およびＲＯＭ６３に記憶された関係式（第１ポンピング電流Ｉｐ１と酸素濃度との関係式（詳細には、「第１ポンピング電流（Ｉｐ１）−酸素濃度関係式」６３ａ））を用いて実行される。このとき得られた酸素濃度を、「Ｏ_２濃度（今回）」として記憶する。

【0146】

次のＳ１６０では、ＣＰＵ６１での演算に用いられる内部変数の１つである「Ｏ_２濃度（前回）」に値が記憶されているか否かを判定しており、肯定判定するとＳ１９０に移行し、否定判定するとＳ１７０に移行する。

【0147】

なお、「Ｏ_２濃度（前回）」は、後述するＳ１８０またはＳ２５０で値が記憶される内部変数である。つまり、Ｓ１６０では、Ｓ１８０での「Ｏ_２濃度（前回）」への値の記憶処理が実行されたか否かを判定している。このため、ガス濃度演算処理の起動後、Ｓ１６０の初回実行時は、否定判定され、Ｓ１６０の２回目以降の実行時は、肯定判定される。

【0148】

Ｓ１６０で否定判定されてＳ１７０に移行すると、Ｓ１７０では、「ＮＨ_３濃度（今回）」、「ＮＯ_２濃度（今回）」、「ＮＯ濃度（今回）」の演算を行う。
詳細には、上述した「アンモニア濃度出力（起電力ＥＭＦ）−アンモニア濃度関係式」６３ｂを用いて、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」）を演算し、この修正アンモニア濃度を「ＮＨ_３濃度（今回）」の値として記憶する。このとき演算される修正アンモニア濃度は、酸素濃度の影響が除去されたアンモニア濃度を表している。

【0149】

また、Ｓ１７０では、上述した「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、「アンモニア濃度出力−アンモニア濃度関係式」６３ｆ、Ｓ１４０で測定した第２ポンピング電流Ｉｐ２など、を用いて、ＮＯ_２濃度およびＮＯ濃度の演算を行い、それぞれを「ＮＯ_２濃度（今回）」、「ＮＯ濃度（今回）」の値として記憶する。なお、ＮＯ濃度、ＮＯ２濃度を演算するための公知の手法は、例えば、特開２０１１−０７５５４６号公報に記載されているため、ここでの詳細説明は省略する。

【0150】

次のＳ１８０では、「ＮＨ_３濃度（今回）」の値を「ＮＨ_３濃度（基準）」の値として記憶し、「ＮＯ_２濃度（今回）」の値を「ＮＯ_２濃度（基準）」の値として記憶し、「ＮＯ濃度（今回）」の値を「ＮＯ濃度（基準）」の値として記憶し、「Ｏ_２濃度（今回）」の値を「Ｏ_２濃度（前回）」の値として記憶する処理を実行する。

【0151】

なお、「ＮＨ_３濃度（基準）」は、過去に演算した修正アンモニア濃度であって、酸素濃度および酸素濃度変化率に基づき定められる修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度のうち最新の値を記憶するための内部変数である。また、「ＮＯ_２濃度（基準）」は、過去に演算したＮＯ_２濃度であって、修正許可条件を満たした際に演算したＮＯ_２濃度のうち最新の値を記憶するための内部変数である。さらに、「ＮＯ濃度（基準）」は、過去に演算したＮＯ濃度であって、修正許可条件を満たした際に演算したＮＯ濃度のうち最新の値を記憶するための内部変数である。

【0152】

他方、Ｓ１６０で肯定判定されてＳ１９０に移行すると、Ｓ１９０では、「Ｏ_２濃度（今回）」および「Ｏ_２濃度（前回）」を用いて、酸素濃度変化率ＲＡの演算を行う。具体的には、［数１］を用いて、「Ｏ_２濃度（前回）」を「Ｏ_２濃度（今回）」で除算した値を酸素濃度変化率ＲＡとして演算する。

【0153】

【数1】

次のＳ２００では、酸素濃度によりアンモニア濃度を修正する際の修正許可条件が満たされたか否かを判定しており、肯定判定するとＳ１７０に移行し、否定判定するとＳ２１０に移行する。

【0154】

具体的には、「Ｏ_２濃度（今回）」が予め定められた基準濃度（本実施形態では、４％）を超え、かつ、酸素濃度変化率が予め定められた基準判定値（本実施形態では、１．５）未満の場合に、修正許可条件が満たされたと判定する（肯定判定）。なお、「Ｏ_２濃度（今回）」が基準濃度（本実施形態では、４％）以下である場合、あるいは、酸素濃度変化率が基準判定値（本実施形態では、１．５）以上である場合に、修正許可条件が満たされていない判定する（否定判定）。

【0155】

なお、酸素濃度の修正許可条件である基準濃度は、例えば、修正アンモニア濃度を演算する際にアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲となる酸素濃度の数値範囲が予め設定されている。また、酸素濃度変化率の修正許可条件である基準判定値は、例えば、修正アンモニア濃度を演算する際にアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲となる酸素濃度変化率の数値範囲が予め設定されている。

【0156】

Ｓ２００で否定判定されてＳ２１０に移行すると、Ｓ２１０では、「ＮＨ_３濃度（今回）」の値として「ＮＨ_３濃度（基準）」の値を演算（代入）し、「ＮＯ_２濃度（今回）」の値として「ＮＯ_２濃度（基準）」の値を演算（代入）し、「ＮＯ濃度（今回）」の値として「ＮＯ濃度（基準）」の値を演算（代入）する処理を実行する。

【0157】

次のＳ２２０では、タイマー処理を起動して、タイマーカウントをスタートする。
次のＳ２３０では、Ｓ２２０でのタイマーカウントのスタートを基点として、予め定められた停止期間が経過したか否かを判定しており、肯定判定するとＳ２４０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。なお、本実施形態では、停止期間として５．０［ｓｅｃ］が設定されている。

【0158】

Ｓ２３０で肯定判定されてＳ２４０に移行すると、Ｓ２４０では、タイマー処理を停止して、タイマーカウントをリセットする。
次のＳ２５０では、「Ｏ_２濃度（今回）」の値を「Ｏ_２濃度（前回）」の値として記憶する処理を実行する。

【0159】

Ｓ１８０またはＳ２５０の処理が完了すると、再びＳ１４０に移行する。
このようにしてガス濃度演算処理を実行するＣＰＵ６１は、「ＮＨ_３濃度（今回）」、「ＮＨ_３濃度（基準）」、「ＮＯ_２濃度（今回）」、「ＮＯ_２濃度（基準）」、「ＮＯ濃度（今回）」、「ＮＯ濃度（基準）」、「Ｏ_２濃度（今回）」、「Ｏ_２濃度（前回）」の各値を更新する。なお、ガス濃度演算処理は、内燃機関が停止されることで処理を終了する。

【0160】

また、ＣＰＵ６１において別途実行される濃度出力処理では、「ＮＨ_３濃度（今回）」の値をアンモニア濃度として、「ＮＯ_２濃度（今回）」の値をＮＯ_２濃度として、「ＮＯ濃度（今回）」の値をＮＯ濃度として、それぞれＥＣＵ２００に出力する処理を実行する。なお、濃度出力処理は、所定周期毎に繰り返し実行される。

【0161】

［１−７．測定試験］
次に、マルチガスセンサ制御装置１を用いて、アンモニア濃度を測定した測定試験の測定結果について説明する。

【0162】

本測定試験では、被測定ガスとして、アンモニア濃度を一定濃度に制御しつつ、酸素濃度を変化させた試料ガスを用いた。また、比較例として、修正許可条件を用いた修正を行わない場合に演算されるアンモニア濃度についても測定した。

【0163】

図７に、試験結果を示す。なお、図７では、５つの波形を示しており、上側から順に、試料ガスにおける酸素濃度を示す波形（Ｏ２濃度［％］）、酸素濃度変化率を示す波形（Ｏ２濃度変化率）、ＮＨ３センサ出力（アンモニア起電力ＥＭＦ）を示す波形（ＮＨ３センサ出力ＥＭＦ［ｍＶ］）、修正許可条件を用いた修正を行わない場合に演算されるアンモニア濃度（ＮＨ３濃度（修正なし））を示す波形（ＮＨ３濃度［ｐｐｍ］）、本実施形態のマルチガスセンサ制御装置１を用いて演算されるアンモニア濃度（ＮＨ３濃度（修正あり））を示す波形（修正ありＮＨ３濃度［ｐｐｍ］）、を示している。

【0164】

また、ＮＨ３濃度（修正なし）およびＮＨ３濃度（修正あり）を示す波形では、アンモニア分析計により測定したアンモニア濃度も併記している。
この測定結果によれば、本実施形態のアンモニア濃度（ＮＨ３濃度（修正あり））は、比較例のアンモニア濃度（ＮＨ３濃度（修正なし））に比べて、アンモニア分析計により測定したアンモニア濃度に近い波形を示している。

【0165】

とりわけ、経過時間が３５０ｓｅｃから５５０ｓｅｃの期間においては、酸素濃度が急峻に変化している回数が多く、酸素濃度変化率が大きく変動している回数も多いため、比較例のアンモニア濃度（ＮＨ３濃度（修正なし））では、この酸素濃度の急峻な変化の影響を受けて、瞬時的に値が変化している箇所が多く見られる。これに対して、本実施形態のアンモニア濃度（ＮＨ３濃度（修正あり））は、経過時間が３５０ｓｅｃから５５０ｓｅｃの期間において、瞬時的に値が変化している箇所は、比較例のアンモニア濃度（ＮＨ３濃度（修正なし））に比べて、少なくなっている。

【0166】

つまり、本実施形態のマルチガスセンサ制御装置１を用いることで、酸素濃度の急峻な変化の影響を抑制しつつ、アンモニア濃度の測定が可能となり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0167】

［１−８．効果］
以上説明したように、本実施形態のマルチガスセンサ制御装置１は、ＮＯｘセンサ部１１とアンモニアセンサ部２１とを備えるマルチガスセンサ２を制御する制御装置であり、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１がガス濃度演算処理を実行することで、被測定ガスにおけるアンモニア濃度、ＮＯ_２濃度、ＮＯ濃度の演算を行う。

【0168】

このうち、アンモニア濃度に関しては、「アンモニア濃度出力（起電力ＥＭＦ）−アンモニア濃度関係式」６３ｂを用いて、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（修正アンモニア濃度）を演算している。

【0169】

また、ガス濃度演算処理では、修正許可条件を満たすか否か（Ｓ２００）によって、最新の修正アンモニア濃度を「ＮＨ_３濃度（今回）」の値として演算するか（Ｓ１７０）、「ＮＨ_３濃度（基準）」の値を「ＮＨ_３濃度（今回）」の値として演算（代入）するか（Ｓ２１０）、を切り替えている。

【0170】

なお、酸素濃度の修正許可条件は、例えば、修正アンモニア濃度を演算する際にアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲となる酸素濃度の数値範囲が予め設定されている。また、酸素濃度変化率の修正許可条件は、例えば、修正アンモニア濃度を演算する際にアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲となる酸素濃度変化率の数値範囲が予め設定されている。

【0171】

つまり、酸素濃度および酸素濃度変化率に基づき定められる修正許可条件を満たす場合には、修正アンモニア濃度におけるアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲となるため、修正アンモニア濃度を「ＮＨ_３濃度（今回）」（アンモニア濃度の検出結果）に設定した場合に、アンモニア濃度の検出精度が低下することはない。

【0172】

他方、酸素濃度および酸素濃度変化率のうち少なくとも一方が、修正許可条件を満たさない場合には、修正アンモニア濃度におけるアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲を越えるため、その修正アンモニア濃度を「ＮＨ_３濃度（今回）」に設定した場合に、アンモニア濃度の検出精度が低下する。このような修正アンモニア濃度に代えて、「ＮＨ_３濃度（基準）」（酸素濃度および酸素濃度変化率の両者が修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度のうち最新の値）を「ＮＨ_３濃度（今回）」に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

【0173】

つまり、実際のアンモニア濃度は大きく変化しておらず、かつ酸素濃度が変化した場合には、「ＮＨ_３濃度（基準）」は、実際のアンモニア濃度に近い値であると考えられる。このため、「ＮＨ_３濃度（基準）」を「ＮＨ_３濃度（今回）」に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

【0174】

よって、このマルチガスセンサ制御装置１によれば、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マルチガスセンサ２を用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0175】

次に、マルチガスセンサ制御装置１においては、ガス濃度演算処理のＳ２００において、酸素濃度（「Ｏ_２濃度（今回）」）が基準濃度を超え、かつ、酸素濃度変化率が基準判定値（本実施形態では、１．５）未満の場合に、修正許可条件が満たされたと判定（Ｓ２００で肯定判定）する。他方、ガス濃度演算処理のＳ２００において、酸素濃度変化率が基準判定値以上である場合、または、酸素濃度が予め定められた基準濃度以下である場合に、修正許可条件を満たさないと判定（Ｓ２００で否定判定）している。

【0176】

つまり、酸素濃度の変化が急峻になるに従い、酸素濃度変化率は大きくなるため、酸素濃度変化率が基準判定値以上である場合には、酸素濃度が急峻に変化したと判断でき、修正許可条件を満たさないと判定できる。なお、酸素濃度変化率の基準判定値は、例えば、修正アンモニア濃度を演算する際に、アンモニア濃度の検出誤差が許容範囲（±５％、好ましくは±３％）となる酸素濃度変化率と、アンモニア濃度の検出誤差が許容範囲を逸脱する酸素濃度変化率と、の境界値が予め設定されている。

【0177】

また、酸素濃度が極めて低くなると、修正アンモニア濃度の誤差が大きくなる傾向があるため、酸素濃度が基準濃度以下である場合には、修正アンモニア濃度の誤差が大きいと判断でき、修正許可条件を満たさないと判定できる。なお、酸素濃度の基準濃度は、例えば、修正アンモニア濃度を演算する際に、アンモニア濃度の検出誤差が許容範囲となる酸素濃度と、アンモニア濃度の検出誤差が許容範囲を逸脱する酸素濃度と、の境界値が予め設定されている。

【0178】

つまり、このマルチガスセンサ制御装置１では、酸素濃度変化率が基準判定値以上である場合、または、酸素濃度が基準濃度以下である場合に、修正許可条件を満たさないと判定して、「ＮＨ_３濃度（基準）」を「ＮＨ_３濃度（今回）」に設定する。

【0179】

よって、マルチガスセンサ制御装置１によれば、酸素濃度変化率が基準判定値以上である場合、または、酸素濃度が基準濃度以下である場合に、修正許可条件を満たさないと判定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0180】

次に、マルチガスセンサ制御装置１においては、ガス濃度演算処理のＳ２００において、修正許可条件を満たさないと判定されてから（Ｓ２００で否定判定）、予め定められた停止期間が経過するまでは、修正許可条件を満たさないと判定している。詳細には、Ｓ２００で否定判定されてから、停止期間が経過するまでは、「ＮＨ_３濃度（今回）」の更新を停止することで、「ＮＨ_３濃度（基準）」が「ＮＨ_３濃度（今回）」に設定された状態を維持する。

【0181】

つまり、酸素濃度および酸素濃度変化率のうち少なくとも一方が修正許可条件を満たさないと判定された場合、その後の一定期間は酸素濃度の影響が残り、修正アンモニア濃度に誤差が生じる可能性が高い。

【0182】

そこで、酸素濃度および酸素濃度変化率のうち少なくとも一方が修正許可条件を満たさないと判定されてから停止期間が経過するまでは、修正許可条件を満たさないと判定して、「ＮＨ_３濃度（基準）」が「ＮＨ_３濃度（今回）」に設定された状態を維持する。

【0183】

これにより、誤差が生じている可能性の高い修正アンモニア濃度を「ＮＨ_３濃度（今回）」に設定することを回避できる。よって、このマルチガスセンサ制御装置１によれば、より一層、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0184】

次に、マルチガスセンサ制御装置１においては、ガス濃度演算処理のＳ１９０において、前回演算した酸素濃度を今回演算した酸素濃度で除算した値を酸素濃度変化率として演算している。

【0185】

つまり、酸素濃度変化率を演算するにあたり、「Ｏ_２濃度（前回）」（前回演算した酸素濃度）を「Ｏ_２濃度（今回）」（今回演算した酸素濃度）で除算した値を酸素濃度変化率として演算することで、酸素濃度が低下したときに、酸素濃度変化率が大きな値となる。このため、酸素濃度のわずかな変化に対して酸素濃度変化率が大きく変化するため、酸素濃度変化率が変動したか否かの判定が容易となる。

【0186】

よって、マルチガスセンサ制御装置１によれば、酸素濃度変化率に基づく判定精度を向上でき、より一層、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。
［１−９．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。

【0187】

第１ポンピングセル１２が第１ポンピングセルの一例に相当し、第２ポンピングセル１８が第２ポンピングセルの一例に相当し、ＮＯｘセンサ部１１がＮＯｘセンサ部の一例に相当し、アンモニアセンサ部２１がアンモニアセンサ部の一例に相当し、マルチガスセンサ２がマルチガスセンサの一例に相当し、マルチガスセンサ制御装置１がセンサ制御装置の一例に相当する。

【0188】

ガス濃度演算処理のＳ１５０が酸素濃度演算ステップの一例に相当し、ガス濃度演算処理のＳ１７０が修正濃度演算ステップの一例に相当し、ガス濃度演算処理のＳ１９０が酸素濃度変化率演算ステップの一例に相当し、ガス濃度演算処理のＳ２００、Ｓ１８０，Ｓ２１０，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０がアンモニア濃度設定ステップの一例に相当する。

【0189】

ガス濃度演算処理のＳ１５０を実行するマイクロコンピュータ６０が酸素濃度演算部の一例に相当し、ガス濃度演算処理のＳ１７０を実行するマイクロコンピュータ６０が修正濃度演算部の一例に相当し、ガス濃度演算処理のＳ１９０を実行するマイクロコンピュータ６０が酸素濃度変化率演算部の一例に相当する。ガス濃度演算処理のＳ２００、Ｓ１８０，Ｓ２１０，Ｓ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０を実行するマイクロコンピュータ６０がアンモニア濃度設定部の一例に相当する。

【0190】

［２．変形形態１］
次に、本発明の変形形態１について説明する。なお、変形形態１のマルチガスセンサ制御装置２０１は、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１のうち、センサ素子部１０の構成（特に、アンモニアセンサ部２１の構成）が異なり、さらに、アンモニアセンサ部２１の構成の違いに起因する制御部３、及びマイクロコンピュータ６０のＲＯＭ６３に格納されるデータが異なるものである。

【0191】

以下の、変形形態１のマルチガスセンサ制御装置２０１の説明では、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１と異なる点について説明し、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１と同じ点については、第１実施形態と同符号を用いて説明するか、説明を省略する。

【0192】

［２−１．センサ素子部］
図８は、変形形態１のマルチガスセンサ制御装置２０１のセンサ素子部１０の長手方向に沿う模式的な断面図のみを表示している。

【0193】

センサ素子部１０には、ＮＯｘセンサ部１１と、第１アンモニアセンサ部２２１、第２アンモニアセンサ部２２２と、が主に設けられている。変形形態１のＮＯｘセンサ部１１は、第１実施形態と同様の構成であるため、説明を省略する。

【0194】

第１アンモニアセンサ部２２１および第２アンモニアセンサ部２２２は、ＮＯｘセンサ部１１の長手方向（図８の左右方向）における基準電極１６ｃと略同位置において、ＮＯｘセンサ部１１の幅方向（図８の奥行き方向）の位置が互いに異なるように並列に配置されている。

【0195】

図９は、第１アンモニアセンサ部２２１および第２アンモニアセンサ部２２２の構成を表す断面図である。なお、図９における左右方向が、ＮＯｘセンサ部１１の幅方向に相当する。

【0196】

第１アンモニアセンサ部２２１および第２アンモニアセンサ部２２２は、図８、図９に示すように、ＮＯｘセンサ部１１の外表面、より具体的には、絶縁層１０ｅの上に形成されている。第１アンモニアセンサ部２２１は、絶縁層１０ｅの上に第１基準電極２２１ａが形成され、第１基準電極２２１ａの上面及び側面を覆って第１固体電解質体２２１ｂが形成されている。さらに、第１固体電解質体２２１ｂの表面に第１検知電極２２１ｃが形成されている。そして、第１基準電極２２１ａおよび第１検知電極２２１ｃの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。

【0197】

同様に、第２アンモニアセンサ部２２２は、絶縁層１０ｅの上に第２基準電極２２２ａが形成され、第２基準電極２２２ａの上面及び側面を覆って第２固体電解質体２２２ｂが形成されている。さらに、第２固体電解質体２２２ｂの表面に第２検知電極２２２ｃが形成されている。

【0198】

第１検知電極２２１ｃおよび第２検知電極２２２ｃとしては、Ａｕを主成分（例えば７０質量％以上）含有する材料から形成することができる。第１基準電極２２１ａおよび第２基準電極２２２ａとしては、Ｐｔ単体であるか、Ｐｔを主成分（例えば７０質量％以上）含有する材料から形成することができる。第１固体電解質体２２１ｂ、第２固体電解質体２２２ｂは、例えば部分安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成されている。

【0199】

また、多孔質からなる拡散層２４（保護層２４）が第１検知電極２２１ｃ、第１固体電解質体２２１ｂ、第２検知電極２２２ｃ、及び第２固体電解質体２２２ｂを完全に覆うように形成され、外部から第１アンモニアセンサ部２２１および第２アンモニアセンサ部２２２に流入する被測定ガスの拡散速度を調整可能に構成されている。

【0200】

拡散層２４としては、第１実施形態と同様に、例えばアルミナ、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、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。
［２−２．制御部］
マルチガスセンサ制御装置２０１の制御部３の制御回路５０は、基準電圧比較回路５１と、Ｉｐ１ドライブ回路５２と、Ｖｓ検出回路５３と、Ｉｃｐ供給回路５４と、Ｉｐ２検出回路５５と、Ｖｐ２印加回路５６と、ヒータ駆動回路５７と、第１起電力検出回路５８ａと、第２起電力検出回路５８ｂを主に備えて構成されている。変形形態の制御回路５０のうち、基準電圧比較回路５１と、Ｉｐ１ドライブ回路５２と、Ｖｓ検出回路５３と、Ｉｃｐ供給回路５４と、Ｉｐ２検出回路５５と、Ｖｐ２印加回路５６と、ヒータ駆動回路５７は、第１実施形態と同様の構成であるため、説明を省略する。

【0201】

第１起電力検出回路５８ａは、第１アンモニアセンサ部２２１における第１検知電極２２１ｃ、第１基準電極２２１ａに電気的に接続されている。第２起電力検出回路５８ｂは、第２アンモニアセンサ部２２２における第２検知電極２２２ｃ、第２基準電極２２２ａに電気的に接続されている。第１起電力検出回路５８ａは、第１検知電極２２１ｃおよび第１基準電極２２１ａの間の起電力である、第１アンモニア起電力ＥＭＦを検出してマイクロコンピュータ６０に出力している。また、第２起電力検出回路５８ｂは、第２検知電極２２２ｃおよび第２基準電極２２２ａの間の起電力である、第２アンモニア起電力ＥＭＦを検出してマイクロコンピュータ６０に出力している。

【0202】

［２−３．マイクロコンピュータ］
マイクロコンピュータ６０のＲＯＭ６３には、以下に説明する各種のデータ（関係式）が格納されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３から当該各種データを読み込み、第１ポンピング電流Ｉｐ１の値、第２ポンピング電流Ｉｐ２の値、第１アンモニア起電力および第２アンモニア起電力から種々の演算処理を行う。

【0203】

ＲＯＭ６３には、「第１アンモニア濃度出力（起電力ＥＭＦ）−第１アンモニア濃度関係式」、「第２アンモニア濃度出力（起電力ＥＭＦ）−第２アンモニア濃度関係式」、「第１ポンピング電流（Ｉｐ１）−酸素濃度関係式」、「第２ポンピング電流（Ｉｐ２）−ＮＯｘ濃度関係式」、「第１アンモニア濃度＆第２アンモニア濃度＆酸素濃度−修正アンモニア濃度関係式」（補正式（１）：下記参照）、「第１アンモニア濃度＆第２アンモニア濃度＆酸素濃度出カ−修正ＮＯ_２濃度関係式」（補正式（２））、「ＮＯｘ濃度＆修正アンモニア濃度＆修正ＮＯ_２濃度−修正ＮＯ濃度関係式」（補正式（３））が格納されている。

【0204】

なお、各種データは、上述のように所定の関係式として設定されていてもよいし、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よく、例えばテーブルとして設定されていてもよい。その他にも、予めガス濃度が既知のガスモデルを用いて得られた値（関係式やテーブルなど）とされていてもよい。

【0205】

「第１アンモニア濃度出カ−第１アンモニア濃度関係式」及び「第２アンモニア濃度出カ−第２アンモニア濃度関係式」は、第１アンモニアセンサ部２２１および第２アンモニアセンサ部２２２から出力された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を表す式である。

【0206】

「第１ポンピング電流−酸素濃度関係式」は、第１ポンピング電流と、被測定ガス中の酸素濃度との関係を表す式である。また、「第２ポンピング電流−ＮＯｘ濃度関係式」は、第２ポンピング電流と、被測定ガス中のＮＯｘ濃度との関係を表す式である。

【0207】

「第１アンモニア濃度＆第２アンモニア濃度＆酸素濃度−修正アンモニア濃度関係式」は、酸素濃度及びＮＯ_２濃度の影響を受けたアンモニア濃度（第１、第２）と、酸素濃度及びＮＯ_２濃度の影響を除去した修正アンモニア濃度出力の関係を表す式である。また、「第１アンモニア濃度＆第２アンモニア濃度＆酸素濃度−修正ＮＯ_２濃度関係式」は、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を受けたＮＯ_２濃度と、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を除去した修正ＮＯ_２濃度出力の関係を表す式である。さらに、「ＮＯｘ濃度＆修正アンモニア濃度＆修正ＮＯ_２濃度−修正ＮＯ濃度関係式」は、アンモニア濃度及びＮＯ_２濃度の影響を受けたＮＯｘ濃度と、アンモニア濃度及びＮＯ_２濃度の影響を除去、修正した正確な修正ＮＯ濃度の関係を表す式である。

【0208】

次に、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１において実行される、第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２、第１アンモニア濃度出力および第２アンモニア濃度出力から、修正ＮＯ濃度、修正ＮＯ_２濃度および修正アンモニア濃度を求める演算処理について説明する。

【0209】

ＣＰＵ６１は、第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２、第１アンモニア濃度出力および第２アンモニア濃度出力が入力されると、酸素濃度、ＮＯｘ濃度、第１アンモニア濃度および第２アンモニア濃度、を求める演算処理を行う。具体的には、ＲＯＭ６３から「第１アンモニア濃度出カ−第１アンモニア濃度関係式」、「第２アンモニア濃度出カ−第２アンモニア濃度関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１−酸素濃度関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度関係式」を呼び出し、当該関係式を用いて各濃度出力を算出する処理を行う。そして、酸素濃度、ＮＯｘ濃度、第１アンモニア濃度および第２アンモニア濃度が求められると、ＣＰＵ６１は、以下に説明する補正式を用いた演算を行うことで、修正アンモニア濃度、修正ＮＯ濃度、及び修正ＮＯ_２濃度を求める。

【0210】

補正式（１）：ｘ＝Ｆ（Ａ、Ｂ、Ｄ）
＝（ｅＡ−ｃ）＊（ｊＢ−ｈ−ｆＡ＋ｄ）／（ｅＡ−ｃ−ｉＢ＋ｇ）＋ｆＡ−ｄ
補正式（２）：ｙ＝Ｆ’（Ａ、Ｂ、Ｄ）
＝（ｊＢ−ｈ−ｆＡ＋ｄ）／（ｅＡ−ｃ−ｉＢ＋ｇ）
補正式（３）：ｚ＝Ｃ−ａｘ＋ｂｙ
ここで、ｘは修正アンモニア濃度であり、は修正ＮＯ_２濃度であり、ｚは修正ＮＯ濃度である。また、Ａは第１アンモニア濃度であり、Ｂは第２アンモニア濃度であり、ＣはＮＯｘ濃度であり、Ｄは酸素濃度である。そして、補正式（１）、（２）のＦ及びＦ’は、ｘが（Ａ，Ｂ、Ｄ）の関数であることを表す。さらに、ａ、ｂは補正係数、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊは酸素濃度Ｄを用いて計算される係数である（Ｄによって決まる係数）。

【0211】

上述の補正式（１）〜（３）に、第１アンモニア濃度、第２アンモニア濃度、ＮＯｘ濃度および酸素濃度を各代入して演算することによって、被測定ガスの修正アンモニア濃度、修正ＮＯ_２濃度、及び修正ＮＯ濃度を求める。

【0212】

なお、補正式（１）及び（２）は、第１アンモニアセンサ部２２１、第２アンモニアセンサ部２２２の特性に基づいて定まる式であり、補正式（３）はＮＯｘセンサ部１１の特性に基づいて定まる式である。そして、補正式（１）〜（３）は、あくまでも補正式の一例を示したものであり、ガス検知特性に応じて、他の補正式や、係数等を適宜変更しても良い。

【0213】

［２−４．効果］
変形形態１のマルチガスセンサ制御装置２０１によれば、マルチガスセンサ制御装置１と同様に、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マルチガスセンサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0214】

［３．変形形態２］
次に、本発明の変形形態２について説明する。なお、変形形態２のマルチガスセンサ制御装置は、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１のうち、ガス濃度演算処理が異なるものである。以下の、変形形態２のマルチガスセンサ制御装置の説明では、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１と異なる点について説明し、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１と同じ点については、第１実施形態と同符号を用いて説明するか、説明を省略する。

【0215】

図１０は、ガス濃度演算処理の処理内容を表すフローチャートである。なお、Ｓ１１０からＳ１７０、Ｓ１９０からＳ２００、及びＳ２２０からＳ２４０までは、第１実施形態と同様の構成であるため、説明を省略する。

【0216】

変形形態２のガス濃度演算処理は、Ｓ１８０では、「ＮＨ_３濃度（今回）」の値を「ＮＨ_３濃度（前回）」の値として記憶し、「ＮＯ_２濃度（今回）」の値を「ＮＯ_２濃度（前回）」の値として記憶し、「ＮＯ濃度（今回）」の値を「ＮＯ濃度（前回）」の値として記憶し、「０_２濃度（今回）」の値を「０_２濃度（前回）」の値として記憶する処理を実行する。

【0217】

また、変形形態２のガス濃度演算処理は、Ｓ２００で否定判定されてＳ２１０に移行すると、Ｓ２１０では、「ＮＨ_３濃度（今回）」の値として「ＮＨ_３濃度（前回）」の値を演算（代入）し、「ＮＯ_２濃度（今回）」の値として「ＮＯ_２濃度（前回）」の値を演算（代入）し、「ＮＯ濃度（今回）」の値として「ＮＯ濃度（前回）」の値を演算（代入）する処理を実行する。

【0218】

また、変形形態２のガス濃度演算処理は、Ｓ２４０では、タイマー処理を停止して、タイマーカウントをリセットしたら、Ｓ１８０に移行する。
このように構成された変形形態２のマルチガスセンサ制御装置は、修正許可条件を満たす場合（Ｓ２００で肯定判定）には、今回の修正アンモニア濃度を今回のアンモニア濃度の検出結果（ＮＨ_３濃度（今回））に設定する（Ｓ１７０）。また、マルチガスセンサ制御装置は、修正許可条件を満たさない場合（Ｓ２００で否定判定）には、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度（ＮＨ_３濃度（前回））を今回のアンモニア濃度の検出結果（ＮＨ_３濃度（今回））に設定する（Ｓ２１０）。

【0219】

つまり、アンモニア濃度の検出結果（ＮＨ_３濃度（今回））に設定された数値は、修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度であるため、前回の検出結果に設定されたアンモニア濃度（ＮＨ_３濃度（前回））についても、修正許可条件を満たした際に演算した修正アンモニア濃度である。そして、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度（ＮＨ_３濃度（前回））は、修正許可条件を満たした際に演算した過去の修正アンモニア濃度のうち、最新の修正アンモニア濃度であるため、実際のアンモニア濃度に近い値である。

【0220】

このため、上述のように、前回の検出結果に設定したアンモニア濃度（ＮＨ_３濃度（前回））を今回のアンモニア濃度の検出結果（ＮＨ_３濃度（今回））に設定することで、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制することができる。

【0221】

よって、変形形態２のマルチガスセンサ制御装置によれば、マルチガスセンサ制御装置１と同様に、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マルチガスセンサを用いるにあたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0222】

［４．変形形態３］
次に、本発明の変形形態３について説明する。なお、変形形態３のセンサ制御装置３０１は、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１と比べて、マルチガスセンサ２に代えて、分離型センサ５４０を備えている点が異なっている。分離型センサ５４０は、ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２が個別に備えられており、ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２のそれぞれを分離して個別に配置することができる。

【0223】

以下の、変形形態３のセンサ制御装置３０１の説明では、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１と異なる点について説明し、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１と同じ点については、第１実施形態と同符号を用いて説明するか、説明を省略する。

【0224】

［４−１．センサ制御装置］
図１１は、変形形態３のセンサ制御装置３０１の構成を説明するブロック図である。
センサ制御装置３０１は、分離型センサ５４０（ＮＯｘセンサ５４１、アンモニアセンサ５４２）と、センサを制御すると共にセンサ出力を演算処理することにより、ＮＯ、ＮＯ_２およびアンモニアの濃度を演算する制御部３（演算部３）と、を備えている。

【0225】

分離型センサ５４０（ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２）は、車両の内燃機関であるエンジン５００（ディーゼルエンジン５００）の排気管５０２（排気経路５０２）に設けられている。

【0226】

制御部３は、第１実施形態の制御部３と同様であるため、説明を省略する。
［４−２．排気浄化装置］
エンジン５００の排気管５０２の途中には、エンジン５００から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化装置５５０が取付けられている。排気浄化装置５５０は、上流側排気浄化装置５１０（「ＤＰＦ装置５１０」ともいう）と、下流側排気浄化装置５２０（「ＳＣＲ装置５２０」ともいう）と、尿素水添加ノズル５３１と、を有している。上流側排気浄化装置５１０は、排気管５０２において、下流側排気浄化装置５２０の上流側に配置されている。尿素水添加ノズル５３１は、上流側排気浄化装置５１０と下流側排気浄化装置５２０との間に設けられている。

【0227】

ＤＰＦ装置５１０は、上流側から順に、酸化触媒５１２（Diesel Oxidation Catalyst、以下、「ＤＯＣ５１２」）と、パティキュレートフィルタ５１４（Diesel Particulate Filter、以下、「ＤＰＦ５１４」）とを、排気管５０２の筒状のケーシング内に配置して構成されている。ＤＰＦ５１４は、粒子状物質（ＰＭ）を捕集する例えば多孔質のフィルタ（例えば、セラミックフィルタ）を備えている。ＤＯＣ５１２は、金属，セラミックス等からなるハニカム状の担体に、ＮＯをＮＯ_２に酸化する触媒物質を担持してなる。そして、ＤＯＣ５１２が排気ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化し、このＮＯ_２を利用してＤＰＦ５１４で捕集したＰＭを酸化して燃焼除去することで、ＤＰＦ５１４を連続再生することができる。なお、ＤＰＦ５１４の再生制御は、ＥＣＵ２００によって行われる。

【0228】

ＳＣＲ装置５２０は、上流側から順に、選択還元型触媒５２２（Selective Catalytic Reduction、以下、「ＳＣＲ５２２」）と、後段酸化触媒５２４（Clean Up Catalyst、以下、「ＣＵＣ５２４」と略称する）とを、排気管５０２の筒状のケーシング内に配置して構成されている。ＳＣＲ装置５２０は、上流側から供給されるアンモニアを還元剤として排気ガス中のＮＯｘをＮ_２へ還元する触媒であり、例えばゼオライト系，バナジウム系等の触媒を用いることができる。ＣＵＣ５２４は、ＳＣＲ５２２で反応しなかったアンモニアを除去する酸化触媒である。

【0229】

尿素水添加ノズル５３１は、尿素水タンク５３５内の尿素水を添加装置５３３により、ＳＣＲ５２２の上流側で排気ガス中に噴射する。ＳＣＲ５２２の上流で排気ガス中に噴射された尿素水は、加水分解されてアンモニアとなり、ＳＣＲ５２２で還元剤として作用する。尿素水の添加の制御は、ＥＣＵ２００によって行われる。

【0230】

ＥＣＵ２００は、ＳＣＲ５２２を通過した後の排気ガス中のＮＯ、ＮＯ_２およびアンモニアの濃度を制御部３から受信すると共に、エンジンの各種制御や、ＤＯＣ５１２の劣化判定や、ＤＰＦ５１４の再生制御や、尿素水の添加制御などを行う。なお、ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ（中央制御装置）、ＲＡＭ，ＲＯＭ等を備えたマイクロコンピュータと、所定のアナログ回路とから構成された電子制御ユニット（ＥＣＵ）とを備えており、ＲＯＭに格納されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することで、各種処理を行う。

【0231】

排気経路５０２は、ＤＯＣ５１２、ＤＰＦ５１４、ＳＣＲ５２２、ＣＵＣ５２４で仕切られた複数の空間を備えて構成されている。ＤＯＣ５１２、ＤＰＦ５１４、ＳＣＲ５２２、ＣＵＣ５２４は、それぞれ排気ガスを透過可能に構成されている。

【0232】

［４−３．ＮＯｘセンサおよびアンモニアセンサ］
排気経路５０２に備えられる複数の空間のうち、ＳＣＲ５２２とＣＵＣ５２４との間の空間に、ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２が配置されている。ＮＯｘセンサ５４１は、排気ガスの進行方向において、アンモニアセンサ５４２よりも上流側に配置されている。

【0233】

分離型センサ５４０は、ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２が排気経路５０２のうち同一空間に配置される構成であるため、同一の空間における被測定ガス中に含まれる窒素酸化物濃度（ＮＯ濃度、ＮＯ_２濃度）及びアンモニア濃度を検出することができる。

【0234】

ＮＯｘセンサ５４１は、図示は省略するが、センサ素子部と、主体金具と、セパレータと、接続端子と、を主に備えている。ＮＯｘセンサ５４１のセンサ素子部は、第１実施形態におけるＮＯｘセンサ部１１と同等のセンサ部を有する板型状のセンサ素子部として形成されている。ＮＯｘセンサ５４１は、公知のＮＯｘセンサを用いて構成することができ、公知のＮＯｘセンサは、例えば、特開２０１１−１６４０８６号公報に記載されているため、ここでの詳細説明は省略する。

【0235】

アンモニアセンサ５４２は、図示は省略するが、センサ素子部と、主体金具と、セパレータと、接続端子と、を主に備えている。アンモニアセンサ５４２のセンサ素子部は、第１実施形態におけるアンモニアセンサ部２１と同等のセンサ部を有する板型状のセンサ素子部として形成されている。例えば、図３に示す各構成要素を用いることでアンモニアセンサ部を形成できる。アンモニアセンサ５４２は、公知のアンモニアセンサを用いて構成することができ、公知のアンモニアセンサは、例えば、特開２０１３−０６８６０７号公報に記載されているため、ここでの詳細説明は省略する。

【0236】

ＮＯｘセンサ５４１のセンサ素子部およびアンモニアセンサ５４２のセンサ素子部は、第１実施形態のＮＯｘセンサ部１１およびアンモニアセンサ部２１と同様に、それぞれ制御部３に接続されている。

【0237】

センサ制御装置３０１の制御部３は、第１実施形態の制御部３と同様に、制御回路５０と、マイクロコンピュータ６０と、が設けられている。そして、制御部３は、ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２を制御するとともに各センサの出力を演算処理することで、ＮＯ、ＮＯ_２およびアンモニアの各濃度を演算する。

【0238】

［４−４．効果］
以上説明したように、センサ制御装置３０１は、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１と比べて、マルチガスセンサ２に代えて、分離型センサ５４０を備えている点で相違しているが、ガス濃度演算処理を実行することで、被測定ガスにおけるアンモニア濃度、ＮＯ_２濃度、ＮＯ濃度の演算を行う点で共通している。

【0239】

分離型センサ５４０のうちＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２は、排気経路５０２における複数の空間のうち同一空間に配置されており、ＮＯｘセンサ５４１は、排気ガスの進行方向において、アンモニアセンサ５４２よりも上流側に配置されている。このような分離型センサ５４０は、ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２が排気経路５０２のうち同一空間に配置されるため、同一の空間における被測定ガス中（排気ガス中）に含まれる窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を検出することができる。

【0240】

よって、センサ制御装置３０１は、ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２を有する分離型センサ５４０を用いることで、第１実施形態のマルチガスセンサ制御装置１と同様に、同一の空間における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あたり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0241】

また、ＮＯｘセンサ５４１は、排気ガスの進行方向において、アンモニアセンサ５４２よりも上流側に配置されている。ＮＯｘセンサ５４１とアンモニアセンサ５４２との相対的な位置関係がこのように定められることで、酸素濃度の検出位置は、アンモニア濃度の検出位置に比べて、排気ガスの進行方向における上流側となる。この場合、修正アンモニア濃度を演算するにあたり、アンモニア濃度の検出位置よりも上流側で検出した酸素濃度を用いることができる。これにより、酸素濃度の検出時期がアンモニア濃度の検出時期よりも遅れることがなくなり、修正アンモニア濃度を精度良く演算できる。

【0242】

よって、センサ制御装置３０１によれば、修正アンモニア濃度を精度良く演算できるため、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。
また、ＥＣＵ２００は、ＳＣＲ５２２を通過した後の排気ガス中のＮＯ、ＮＯ_２およびアンモニアの濃度を制御部３から受信すると共に、エンジンの各種制御や、ＤＯＣ５１２の劣化判定や、ＤＰＦ５１４の再生制御や、尿素水の添加制御などを行う。これにより、ＥＣＵ２００は、制御部３での検出結果（ＮＯ、ＮＯ_２およびアンモニアの濃度）に基づいて排気ガスの状態を適切に判断できるとともに、エンジンの各種制御、ＤＯＣ５１２の劣化判定、ＤＰＦ５１４の再生制御、尿素水の添加制御などを適切に実行できる。

【0243】

［４−５．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
分離型センサ５４０がセンサの一例に相当し、ＮＯｘセンサ５４１がＮＯｘセンサ部の一例に相当し、アンモニアセンサ５４２がアンモニアセンサ部の一例に相当し、センサ制御装置３０１がセンサ制御装置の一例に相当する。排気管５０２（排気経路５０２）が排気経路の一例に相当し、酸化触媒５１２，パティキュレートフィルタ５１４，選択還元型触媒５２２，後段酸化触媒５２４が仕切部の一例に相当する。

【0244】

［５．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

【0245】

例えば、上記第１実施形態および変形形態２では、ガス濃度演算処理においてＳ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０を実行することで、予め定められた停止期間が経過したか否かを判定する構成であるが、ガス濃度演算処理でのステップとしてＳ２２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０を省略した構成であっても良い。

【0246】

つまり、Ｓ２００で否定判定されてから停止期間が経過するまで、修正アンモニア濃度の演算および「ＮＨ_３濃度（今回）」の更新を停止するのではなく、修正アンモニア濃度の演算および「ＮＨ_３濃度（今回）」の更新を継続して実行しても良い。これにより、修正アンモニア濃度の演算が繰り返し実行されるとともに、Ｓ２００での判定結果に応じて「ＮＨ_３濃度（今回）」の更新が継続されることになり、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0247】

また、上記第１実施形態及び変形形態２では、ガス濃度演算処理においてＳ１６０を実行し、Ｓ１６０で否定判定された場合にＳ１７０を実行していたが、ガス濃度演算処理でのステップとしてＳ１５０を実行した後、Ｓ１７０を実行し、その後Ｓ１６０を実行する構成であっても良い。

【0248】

つまり、Ｓ１５０にて酸素濃度の演算を行った後、Ｓ１７０に移行し、まず「ＮＨ_３濃度（今回）」、「ＮＯ_２濃度（今回）」、「ＮＯ濃度（今回）」の演算を行う。その後、Ｓ１６０に移行し、ＣＰＵ６１での演算に用いられる内部変数の１つである「０_２濃度（前回）」に値が記憶されているか否かを判定してもよい。なお、このガス濃度演算処理では、Ｓ１６０で否定判定された場合、又はＳ２００で肯定判定された場合には、Ｓ１８０に移行する。

【0249】

また、上記第１実施形態及び変形形態２では、ガス濃度演算処理のＳ２００における修正許可条件が、酸素濃度および酸素濃度変化率に基づき定められる構成であったが、このような構成に限られることはない。例えば、修正許可条件が酸素濃度変化率のみに基づいて定められていてもよい。具体的には、Ｓ２００において、酸素濃度変化率が予め定められた基準判定値未満の場合に、修正許可条件が満たされたと判定し（肯定判定）、酸素濃度変化率が基準判定値以上である場合に、修正許可条件を満たさないと判定（否定判定）してもよい。

【0250】

つまり、酸素濃度の変化が急峻になるに従い、酸素濃度変化率は大きくなるため、酸素濃度変化率が基準判定値以上である場合には、酸素濃度が急峻に変化したと判断でき、修正許可条件を満たさないと判定できる。よって、酸素濃度変化率のみに基づいて修正許可条件を定めても、修正アンモニア濃度を演算する際にアンモニア濃度の検出誤差が許容範囲であるか否かを判定することができる。

【0251】

また、本発明のマルチガスセンサ制御装置が適用されるエンジンは、上述のディーゼルエンジンに限られることはなく、ガソリンエンジンにも適用することができ、特にエンジンの形式を限定するものではない。

【0252】

次に、上記の変形形態３では、ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２が個別に備えられる分離型センサ５４０を備える構成として、ＮＯｘセンサ５４１が、排気ガスの進行方向において、アンモニアセンサ５４２よりも上流側に配置されている構成について説明したが、このような構成に限られることはない。

【0253】

例えば、図１２に示す変形形態４のように、ＮＯｘセンサ５４１が、排気ガスの進行方向において、アンモニアセンサ５４２と同一位置に配置される構成であってもよい。なお、この場合でも、ＮＯｘセンサ５４１およびアンモニアセンサ５４２は、排気経路５０２のうち同一空間に配置されている。

【0254】

ＮＯｘセンサ５４１とアンモニアセンサ５４２との相対的な位置関係がこのように定められることで、酸素濃度の検出位置は、アンモニア濃度の検出位置に比べて、排気ガスの進行方向における同一位置となる。この場合、修正アンモニア濃度を演算するにあたり、アンモニア濃度の検出位置と同一位置で検出した酸素濃度を用いることができる。これにより、酸素濃度の検出時期がアンモニア濃度の検出時期よりも遅れることがなくなり、修正アンモニア濃度を精度良く演算できる。

【0255】

よって、このセンサ制御装置によれば、修正アンモニア濃度を精度良く演算できるため、アンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【符号の説明】

【0256】

１…マルチガスセンサ制御装置、２…マルチガスセンサ、３…制御部（演算部）、１０…センサ素子部、１１…ＮＯｘセンサ部、１２…第１ポンピングセル、１２ａ…第１固体電解質体、１２ｂ…内側第１ポンピング電極、１２ｃ…外側第１ポンピング電極、１６…酸素濃度検出セル、１６ａ…第３固体電解質体、１６ｂ…検知電極、１６ｃ…基準電極、１８…第２ポンピングセル、１８ａ…第２固体電解質体、１８ｂ…内側第２ポンピング電極、１８ｃ…第２ポンピング対電極、１９…ヒータ、２１…アンモニアセンサ部、２１ａ…電極、２１ａ１…検知電極、２１ａ２…基準電極、６０…マイクロコンピュータ、６１…ＣＰＵ、６２…ＲＡＭ、６３…ＲＯＭ、６４…信号入出力部、３０１…センサ制御装置、５４０…分離型センサ、５４１…ＮＯｘセンサ、５４２…アンモニアセンサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】