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(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】
(24)【登録日】2023-04-11
(45)【発行日】2023-04-19
(54)【発明の名称】ガスセンサ
(51)【国際特許分類】
G01N 27/416 20060101AFI20230412BHJP
G01N 27/26 20060101ALI20230412BHJP
【ＦＩ】
G01N27/416 376
G01N27/416 331
G01N27/26 371A
G01N27/26 371C
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020003110
(22)【出願日】2020-01-10
(65)【公開番号】P2021110653
(43)【公開日】2021-08-02
【審査請求日】2022-04-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(73)【特許権者】
【識別番号】000004695
【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ
(74)【代理人】
【識別番号】100140486
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100170058
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 拓真
(72)【発明者】
【氏名】村山 勇樹
(72)【発明者】
【氏名】市川 大樹
(72)【発明者】
【氏名】原田 敏彦
【審査官】黒田 浩一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１７７３９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７１４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７２３１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２０３８３８（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】
被測定ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度検出部（４１）と、前記被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分及び酸素を検知してそれらの濃度に応じた電位である混成電位が発生する検知電極（６５）と、大気に接触可能に設けられる基準電極（６６）とを有し、前記被測定ガス中の前記検知対象ガス成分の濃度及び酸素の濃度に応じた起電力が前記検知電極と前記基準電極との間に発生する混成電位セル（４４）と、
前記酸素濃度検出部により検出される酸素濃度、及び前記混成電位セルの起電力に基づいて前記被測定ガス中の前記検知対象ガス成分の濃度を演算するガス濃度演算部（２２６，３００）と、を備え、
前記ガス濃度演算部は、
前記被測定ガスの流速の情報を取得する流速情報取得部（３０２，３０３，３０６）と、
前記被測定ガスの流速に基づいて前記混成電位セルの起電力の検出値、又は前記検知対象ガス成分の濃度の演算値を補正する補正部（３０３，３０６）と、を有する
ガスセンサ。
【請求項2】
前記流速情報取得部（３０３，３０６）は、前記被測定ガスの流速の情報として、前記被測定ガスの流速と相関を有する流速相関パラメータの情報を取得する
請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項3】
前記検知電極と前記基準電極との間に設けられる固体電解質体を加熱するヒータ（５９）を更に備え、前記流速情報取得部（３０３）は、前記流速相関パラメータの情報として、前記ヒータの通電エネルギの情報を取得する
請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項4】
前記被測定ガスは、車両のエンジンから排出される排気であり、前記流速情報取得部（３０６）は、前記流速相関パラメータの情報として、前記車両の状態量及び前記エンジンの状態量の少なくとも一方の情報を取得する
請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項5】
前記ガス濃度演算部は、前記流速相関パラメータの単位時間当たりの変化量が所定値以上であると判断したとき、前記混成電位セルの起電力の検出値、又は前記検知対象ガス成分の濃度の演算値にフィルタリング処理又はマスキング処理を施す処理部（３０７）を更に有する
請求項２～４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項6】
前記補正部を第１補正部とするとき、
前記ガス濃度演算部は、
前記混成電位セルの温度の情報を取得する温度情報取得部（３０４）と、
前記混成電位セルの温度に基づいて前記混成電位セルの起電力の検出値、又は前記検知対象ガス成分の濃度の演算値を更に補正する第２補正部（３０４）と、を更に有する
請求項１～５のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項7】
前記温度情報取得部は、前記混成電位セルの温度の情報として、前記混成電位セルの温度と相関を有する温度相関パラメータの情報を取得する
請求項６に記載のガスセンサ。
【請求項8】
前記温度情報取得部は、前記温度相関パラメータの情報として、前記検知電極及び前記基準電極の間のインピーダンス又はアドミタンスの情報を取得する
請求項７に記載のガスセンサ。
【請求項9】
前記被測定ガスは、車両のエンジンから排出される排気であり、前記温度情報取得部は、前記温度相関パラメータの情報として、前記混成電位セルの温度と相関を有する前記車両の状態量及び前記エンジンの状態量の少なくとも一方の情報を取得する
請求項７に記載のガスセンサ。
【請求項10】
前記補正部を第１補正部とするとき、
前記ガス濃度演算部は、
前記被測定ガスの圧力の情報を取得する圧力情報取得部（３０１）と、
前記被測定ガスの圧力に基づいて前記混成電位セルの起電力の検出値、又は前記検知対象ガス成分の濃度の演算値を更に補正する第２補正部（３０４）と、を更に有する
請求項１～５のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項11】
前記検知電極は貴金属を主成分に形成されている請求項１～１０のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、排気中のアンモニア濃度を検出することが可能なガスセンサとしては、下記の特許文献１に記載のガスセンサがある。特許文献１に記載のガスセンサは、センサ素子と、制御装置とを備えている。
センサ素子は混成電位セルを有している。混成電位セルは、固体電解質体と、固体電解質体の一方の表面に配置される検知電極と、固体電解質体の他方の表面に配置される参照電極とにより構成されている。検知電極は、センサ素子の外面に設けられている。検知電極には、センサ素子の外部に存在する排気が接触する。混成電位セルでは、検知電極、固体電解質体、及び排気との三相界面において排気中のアンモニアの酸化及び酸素のイオン化などの電気化学反応が生じることにより、検知電極に混成電位が生じる。そのため、検知電極と参照電極との間には、排気中のアンモニア濃度及び酸素濃度に応じた起電力が発生する。
センサ素子は混成電位セルを有している。混成電位セルは、固体電解質体と、固体電解質体の一方の表面に配置される検知電極と、固体電解質体の他方の表面に配置される参照電極とにより構成されている。検知電極は、センサ素子の外面に設けられている。検知電極には、センサ素子の外部に存在する排気が接触する。混成電位セルでは、検知電極、固体電解質体、及び排気との三相界面において排気中のアンモニアの酸化及び酸素のイオン化などの電気化学反応が生じることにより、検知電極に混成電位が生じる。そのため、検知電極と参照電極との間には、排気中のアンモニア濃度及び酸素濃度に応じた起電力が発生する。
【0003】
制御装置は、起電力取得部と、酸素濃度取得部と、アンモニア濃度導出部とを備えている。起電力取得部は、混成電位セルに発生する起電力を取得する。酸素濃度取得部は、排気中の酸素濃度を取得する。アンモニア濃度導出部は、起電力取得部により取得された起電力と、酸素濃度取得部により取得された排気中の酸素濃度とから排気中のアンモニア濃度を導出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－１７３３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、特許文献１に記載のガスセンサのように、センサ素子の外面に検知電極が配置されている構造の場合、検知電極における単位時間当たりの排気の接触量が排気の流速により変化する。検知電極における単位時間当たりの排気の接触量が変化すると、混成電位セルの起電力に変化が生じるため、結果的にガスセンサにより検出されるアンモニア濃度が変化する。これがアンモニア濃度の検出精度を悪化させる要因となっている。
【0006】
なお、このような課題は、排気中のアンモニアを検出するガスセンサに限らず、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分の濃度を検出するガスセンサに共通する課題である。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分の濃度を、より高い精度で検出することが可能なガスセンサを提供することにある。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分の濃度を、より高い精度で検出することが可能なガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するガスセンサは、酸素濃度検出部（４１）と、混成電位セル（４４）と、ガス濃度演算部（２２６，３００）と、を備える。酸素濃度検出部は、被測定ガスに含まれる酸素の濃度を検出する。混成電位セルは、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分及び酸素を検知してそれらの濃度に応じた電位である混成電位が発生する検知電極（６５）と、大気に接触可能に設けられる基準電極（６６）とを有し、被測定ガス中の検知対象ガス成分の濃度及び酸素の濃度に応じた起電力が検知電極と基準電極との間に発生する。ガス濃度演算部は、酸素濃度検出部により検出される酸素濃度、及び混成電位セルの起電力に基づいて被測定ガス中の検知対象ガス成分の濃度を演算する。ガス濃度演算部は、前記被測定ガスの流速の情報を取得する流速情報取得部（３０２，３０３，３０６）と、被測定ガスの流速に基づいて混成電位セルの起電力の検出値、又は検知対象ガス成分の濃度の演算値を補正する補正部（３０３，３０６）と、を有する。
【0008】
この構成によれば、被測定ガスの流速に応じて混成電位セルの起電力が変化した場合であっても、その流速に応じて混成電位セルの起電力の検出値又は検知対象ガス成分の濃度の演算値が補正される。これにより、被測定ガスの流速の影響を排除しつつ検知対象ガス成分の濃度を演算することができるため、検知対象ガス成分の濃度の演算精度を向上させることができる。
【0009】
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【0010】
本開示のガスセンサによれば、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分の濃度を、より高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、ガスセンサの一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
はじめに、第１実施形態のガスセンサが搭載される車両のエンジンシステムの概要について説明する。
＜第１実施形態＞
はじめに、第１実施形態のガスセンサが搭載される車両のエンジンシステムの概要について説明する。
【0013】
図１に示されるように、本実施形態のエンジンシステム１では、ディーゼルエンジンであるエンジン１０に排気管１１が接続されており、その排気管１１には、エンジン１０側から順に酸化触媒コンバータ１２と選択還元触媒コンバータ（以下、「ＳＣＲ触媒コンバータ」と称する）１３とが設けられている。酸化触媒コンバータ１２は、ディーゼル酸化触媒１４と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１５とを有している。ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、選択還元型の触媒としてＳＣＲ触媒１６を有している。また、排気管１１における酸化触媒コンバータ１２とＳＣＲ触媒コンバータ１３との間には、還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１７が設けられている。
【0014】
ディーゼル酸化触媒１４は、主としてセラミック製の担体と、酸化アルミニウム、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムを成分とする酸化物混合物と、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属触媒とで構成されている。ディーゼル酸化触媒１４は、排気に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等を酸化させて浄化する。
【0015】
ＤＰＦ１５は、ハニカム構造体により形成され、多孔質セラミックに白金やパラジウムなどの白金族触媒が担持されることで構成されている。ＤＰＦ１５は、排気中に含まれる粒子状物質をハニカム構造体の隔壁に堆積させることで捕集する。堆積した粒子状物質は、燃焼によって酸化され浄化される。この燃焼には、ディーゼル酸化触媒１４における温度上昇や、添加剤による粒子状物質の燃焼温度低下が利用される。
【0016】
ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、酸化触媒コンバータ１２の後処理装置としてＮＯｘを窒素と水に還元する装置である。ＳＣＲ触媒１６としては、例えばゼオライト又はアルミナなどの基材表面に白金などの貴金属を担持した触媒が用いられる。ＳＣＲ触媒１６は、触媒温度が活性温度域にある場合に、還元剤としての尿素が添加されることによりＮＯｘを還元して浄化する。
【0017】
エンジンシステム１は、排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア（ＮＨ３）濃度を検出するためのガスセンサ２０を備えている。ガスセンサ２０は、センサ素子２１とＳＣＵ（Sensor Control Unit）２２とを有している。センサ素子２１は、排気管１１におけるＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流側に配置されている。センサ素子２１は、その検出位置における排気中のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度を検出する。センサ素子２１にはＳＣＵ２２が接続されている。センサ素子２１の検出信号はＳＣＵ２２に入力される。ＳＣＵ２２は、ＣＰＵや各種メモリを有するマイクロコンピュータとその周辺回路とを有する電子制御装置であり、センサ素子２１の検出信号に基づいて排気中の酸素濃度やＮＯｘ濃度等を演算する。本実施形態では、排気が被測定ガスに相当する。
【0018】
ＳＣＵ２２は、ＣＡＮバス等の通信線３１を介してエンジンＥＣＵ３０等の各種ＥＣＵに接続されている。ＳＣＵ２２及びエンジンＥＣＵ３０は通信線３１を用いて相互に情報の授受が可能となっている。ＳＣＵ２２からエンジンＥＣＵ３０に対しては、例えば排気中の酸素濃度やＮＯｘ濃度等の情報が送信される。
【0019】
エンジンシステム１は、流量センサ３２と、排気温センサ３３とを更に備えている。流量センサ３２は、吸気管１８を通じてエンジン１０に吸入される空気の流量を検出するとともに、検出された吸気量Ｇａに応じた信号をエンジンＥＣＵ３０に通信線３１を介して送信する。排気温センサ３３は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３を通過した排気の温度を検出するとともに、検出された排気温Ｔｅｘに応じた信号をエンジンＥＣＵ３０に通信線３１を介して送信する。
【0020】
また、車両にはエンジン回転センサ３４、アクセル開度センサ３５、及び大気圧センサ３６が設けられている。エンジン回転センサ３４は、エンジン１０の出力軸の回転速度を検出するとともに、検出されたエンジン回転速度Ｎｅに応じた信号をエンジンＥＣＵ３０に通信線３１を介して送信する。アクセル開度センサ３５は、アクセルペダルの踏み込み量であるアクセル開度を検出するとともに、検出されたアクセル開度Ｐａに応じた信号をエンジンＥＣＵ３０に通信線３１を介して送信する。大気圧センサ３６は、大気圧を検出するとともに、検出された大気圧Ｐａｉｒに応じた信号をエンジンＥＣＵ３０に通信線３１を介して送信する。
【0021】
エンジンＥＣＵ３０は、ＣＰＵや各種メモリを有するマイクロコンピュータとその周辺回路とを有する電子制御装置である。エンジンＥＣＵ３０には、ＳＣＵ２２から排気中の酸素濃度やＮＯｘ濃度等の情報が送信される。また、エンジンＥＣＵ３０には、流量センサ３２、排気温センサ３３、エンジン回転センサ３４、アクセル開度センサ３５、及び大気圧センサ３６のそれぞれの出力信号が取り込まれている。エンジンＥＣＵ３０は、それらのセンサ３２～３６の出力信号に基づいて、吸入空気量Ｑｉｎ、排気温Ｔｅｘ、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度Ｐａ、及び大気圧Ｐａｉｒの情報を取得する。エンジンＥＣＵ３０は、それらの情報に基づいてエンジン１０や排気系の各種装置を制御する。エンジンＥＣＵ３０は、例えば吸入空気量Ｑｉｎ、アクセル開度Ｐａ、及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて燃料噴射制御等を実施する。また、エンジンＥＣＵ３０は、ＮＯｘ濃度等に基づいて、尿素水添加弁１７による尿素水添加の制御を実施する。
【0022】
次に、ガスセンサ２０の構成について説明する。図２及び図３はガスセンサ２０のセンサ素子２１の内部構造を示す図である。なお、図の左右方向がセンサ素子２１の長手方向であり、図の左側が素子先端側である。
センサ素子２１は、ポンプセル４１と、センサセル４２と、モニタセル４３と、混成電位セル４４と、第１固体電解質体５１と、第２固体電解質体５２と、基板部５３と、拡散抵抗体５４と、ヒータ５９と、保護層７０とを備えている。
センサ素子２１は、ポンプセル４１と、センサセル４２と、モニタセル４３と、混成電位セル４４と、第１固体電解質体５１と、第２固体電解質体５２と、基板部５３と、拡散抵抗体５４と、ヒータ５９と、保護層７０とを備えている。
【0023】
第１固体電解質体５１、第２固体電解質体５２、及び基板部５３は、板状に形成されるとともに、この順で厚さ方向に所定の隙間を有して並べて配置されている。基板部５３と第２固体電解質体５２との間に形成される隙間は第１基準ガス室６４を形成している。第１固体電解質体５１と第２固体電解質体５２との間に形成される隙間は測定ガス室６１及び第２基準ガス室６２を形成している。測定ガス室６１及び第２基準ガス室６２は、隔壁６３により、それぞれ独立した空間として区画されている。第１基準ガス室６４及び第２基準ガス室６２には、基準酸素濃度ガスとしての大気が導入されている。
【0024】
第１固体電解質体５１の一側面は開放されており、その開放された一側面に拡散抵抗体５４が配置されている。測定ガス室６１には、排気管１１を流れる排気が保護層７０及び拡散抵抗体５４を通じて導入される。拡散抵抗体５４は、アルミナ等の多孔質部材や、細孔を有する部材からなる。拡散抵抗体５４は、測定ガス室６１内に導入される排気量を制限するために設けられている。
【0025】
ポンプセル４１は、センサセル４２及びモニタセル４３よりも拡散抵抗体５４に近い位置に配置されている。ポンプセル４１は、拡散抵抗体５４から導入される排気中の酸素を除去する。
ポンプセル４１は、第２固体電解質体５２と、第２固体電解質体５２における測定ガス室６１側の表面に配置されるポンプ電極５５と、第２固体電解質体５２における第１基準ガス室６４側の表面に配置される共通電極５８とにより構成されている。ポンプ電極５５は、ＮＯｘを分解し難いＮＯｘ不活性電極、例えばＰｔ－Ａｕ（白金－金）合金により形成される電極からなる。共通電極５８は、センサセル４２及びポンプセル４１に対応する領域まで延びるように配置されている。ポンプ電極５５と共通電極５８との間には、ＳＣＵ２２によりポンプ電圧Ｖｐが印加されている。
ポンプセル４１は、第２固体電解質体５２と、第２固体電解質体５２における測定ガス室６１側の表面に配置されるポンプ電極５５と、第２固体電解質体５２における第１基準ガス室６４側の表面に配置される共通電極５８とにより構成されている。ポンプ電極５５は、ＮＯｘを分解し難いＮＯｘ不活性電極、例えばＰｔ－Ａｕ（白金－金）合金により形成される電極からなる。共通電極５８は、センサセル４２及びポンプセル４１に対応する領域まで延びるように配置されている。ポンプ電極５５と共通電極５８との間には、ＳＣＵ２２によりポンプ電圧Ｖｐが印加されている。
【0026】
ポンプ電極５５には、拡散抵抗体５４を通じて測定ガス室６１に導入される排気が接触する。ポンプ電極５５に排気中の酸素が接触すると、ポンプ電極５５において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、第２固体電解質体５２内を共通電極５８に向かって流れ、共通電極５８において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、第１基準ガス室６４から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてポンプ電極５５と共通電極５８との間にポンプ電流Ｉｐが流れる。したがって、ポンプ電流Ｉｐは、ポンプセル４１における酸素の除去量、換言すれば排気中の酸素濃度に応じた値を示す。本実施形態では、ポンプセル４１が、被測定ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度検出部に相当する。
【0027】
図３に示されるように、センサセル４２は、ポンプセル４１よりも拡散抵抗体５４から離間した位置に配置されている。センサセル４２は、ポンプセル４１を通過した排気中のＮＯｘ濃度及び残留酸素の濃度を検出する。
図２に示されるように、センサセル４２は、第２固体電解質体５２と、第２固体電解質体５２における測定ガス室６１側の表面に配置されるセンサ電極５６と、共通電極５８とにより構成されている。センサ電極５６は、ＮＯｘを分解し易いＮＯｘ活性電極、例えばＰｔ－Ｒｈ（白金－ロジウム）合金により形成される電極からなる。センサ電極５６と共通電極５８との間には、ＳＣＵ２２によりセンサ電圧Ｖｓが印加されている。
図２に示されるように、センサセル４２は、第２固体電解質体５２と、第２固体電解質体５２における測定ガス室６１側の表面に配置されるセンサ電極５６と、共通電極５８とにより構成されている。センサ電極５６は、ＮＯｘを分解し易いＮＯｘ活性電極、例えばＰｔ－Ｒｈ（白金－ロジウム）合金により形成される電極からなる。センサ電極５６と共通電極５８との間には、ＳＣＵ２２によりセンサ電圧Ｖｓが印加されている。
【0028】
センサ電極５６には、ポンプ電極５５を通過した排気、すなわち酸素が除去された排気が接触する。センサ電極５６に排気中のＮＯｘが接触することにより、センサ電極５６においてＮＯｘが窒素及び酸素に分解される。また、ポンプ電極５５により除去することができなかった残留酸素が排気中に存在する場合、この残留酸素もセンサ電極５６に接触する。センサ電極において分解された酸素、及び排気中の残留酸素がセンサ電極５６に接触することにより、センサ電極５６において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、第２固体電解質体５２内を共通電極５８に向かって流れ、共通電極５８において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、第１基準ガス室６４から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてセンサ電極５６と共通電極５８との間にセンサ電流Ｉｓが流れる。したがって、センサ電流Ｉｓは排気中のＮＯｘ濃度及び残留酸素の濃度に応じた値を示す。
【0029】
図３に示されるように、モニタセル４３は、センサセル４２と並ぶように配置されている。モニタセル４３は、ポンプセル４１を通過した排気中の残留酸素の濃度を検出する。
図２に示されるように、モニタセル４３は、第２固体電解質体５２と、第２固体電解質体５２における測定ガス室６１側の表面に配置されるモニタ電極５７と、共通電極５８とにより構成されている。モニタ電極５７は、ＮＯｘを分解し難いＮＯｘ不活性電極、例えばＰｔ－Ａｕ（白金－金）合金により形成される電極からなる。モニタ電極５７と共通電極５８との間には、ＳＣＵ２２によりモニタ電圧Ｖｍが印加されている。
図２に示されるように、モニタセル４３は、第２固体電解質体５２と、第２固体電解質体５２における測定ガス室６１側の表面に配置されるモニタ電極５７と、共通電極５８とにより構成されている。モニタ電極５７は、ＮＯｘを分解し難いＮＯｘ不活性電極、例えばＰｔ－Ａｕ（白金－金）合金により形成される電極からなる。モニタ電極５７と共通電極５８との間には、ＳＣＵ２２によりモニタ電圧Ｖｍが印加されている。
【0030】
モニタ電極５７には、ポンプ電極５５により酸素が除去された排気が接触する。排気中に残留酸素が存在する場合、残留酸素がモニタ電極５７に接触することにより、モニタ電極５７において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、第２固体電解質体５２内を共通電極５８に向かって流れ、共通電極５８において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、第１基準ガス室６４から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてモニタ電極５７と共通電極５８との間にモニタ電流Ｉｍが流れる。したがって、モニタ電流Ｉｍは排気中の残留酸素の濃度に応じた値を示す。
【0031】
ヒータ５９は基板部５３の内部に設けられている。ヒータ５９は、通電に基づき発熱することにより固体電解質体５１，５２を加熱して、固体電解質体５１，５２の温度を活性化温度に保持する。
混成電位セル４４は、センサ素子２１において第２基準ガス室６２が設けられる部分に配置されている。混成電位セル４４は、センサ素子２１の外部に存在する排気中の酸素及びアンモニアを検出する。
混成電位セル４４は、センサ素子２１において第２基準ガス室６２が設けられる部分に配置されている。混成電位セル４４は、センサ素子２１の外部に存在する排気中の酸素及びアンモニアを検出する。
【0032】
混成電位セル４４は、第１固体電解質体５１と、第１固体電解質体５１の外面５１０に配置される検知電極６５と、第１固体電解質体５１における第２基準ガス室６２側の内面に配置される基準電極６６とにより構成されている。検知電極６５は、貴金属である白金や金、パラジウム等を主成分とする電極からなる。
【0033】
検知電極６５には、第１固体電解質体５１の外面５１０付近に存在する排気が接触する。検知電極６５では、センサ素子２１の外部に存在する排気中のアンモニア及び酸素が接触することにより、以下の（ｆ１）に示されるアノード反応と、以下の式（ｆ２）に示されるカソード反応とが生じる。
【0034】
２ＮＨ３＋３Ｏ２－→Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ＋６ｅ－ （ｆ１）
Ｏ２＋４ｅ－→２Ｏ２－ （ｆ２）
式ｆ１に示されるアノード反応及び式ｆ２に示されるカソード反応が一つの検知電極６５の三相界面で同時に発生することにより、排気に含まれるアンモニア濃度及び酸素濃度に応じた電位である混成電位が検知電極６５に発生する。これにより、検知電極６５と、大気に接触可能に設けられる基準電極６６との間に、排気中のアンモニア濃度及び酸素濃度に応じた起電力ＶＮＨ３が発生する。起電力ＶＮＨ３は、検知電極６５と基準電極６６との間の電位差である。本実施形態では、アンモニアが、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分に相当する。
Ｏ２＋４ｅ－→２Ｏ２－ （ｆ２）
式ｆ１に示されるアノード反応及び式ｆ２に示されるカソード反応が一つの検知電極６５の三相界面で同時に発生することにより、排気に含まれるアンモニア濃度及び酸素濃度に応じた電位である混成電位が検知電極６５に発生する。これにより、検知電極６５と、大気に接触可能に設けられる基準電極６６との間に、排気中のアンモニア濃度及び酸素濃度に応じた起電力ＶＮＨ３が発生する。起電力ＶＮＨ３は、検知電極６５と基準電極６６との間の電位差である。本実施形態では、アンモニアが、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分に相当する。
【0035】
保護層７０は、センサ素子２１の外面を覆うように設けられている。保護層７０により混成電位セル４４の検知電極６５も覆われている。保護層７０は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、気孔率が「２０［％］～６０［％］」の範囲で成形された多孔質体からなる。保護層７０の厚さは約５０［μｍ］である。保護層７０は、センサ素子２１の外部の排気を測定ガス室６１及び検知電極６５に導入することが可能でありながら、センサ素子２１を外部環境から保護する。
【0036】
図４に示されるように、ガスセンサ２０は、センサ素子２１を保持するための保持部２３を更に備えている。センサ素子２１は、保持部２３の先端部略中央から突出するように配置されている。保持部２３の先端部には、センサ素子２１を外部環境から保護するためのカバー２４が装着されている。カバー２４は、内側カバー２４０と、外側カバー２４１とにより構成されている。内側カバー２４０は、センサ素子２１の外側を覆うように配置された有底筒状の部材からなる。外側カバー２４１は、内側カバー２４０の外側を覆うように配置された有底筒状の部材からなる。外側カバー２４１の外側には、排気管１１を流れる排気が存在している。内側カバー２４０には、その外面から内面に貫通するように貫通孔２４０ａ，２４０ｂが形成されている。外側カバー２４１にも、同様に、その外面から内面に貫通するように貫通孔２４１ａ，２４１ｂが形成されている。
【0037】
このガスセンサ２０では、排気管１１を流れる排気が外側カバー２４１の貫通孔２４１ａ及び内側カバー２４０の貫通孔２４０ａを通じて内側カバー２４０の内部に流入する。また、内側カバー２４０の内部に流入した排気は、内側カバー２４０の貫通孔２４０ｂ及び外側カバー２４１の貫通孔２４１ｂを通じて外部に排出される。したがって、ガスセンサ２０には、図４に矢印Ｆで示されるような排気の流れが形成される。センサ素子２１は、内側カバー２４０の内部に流入する排気中の酸素濃度及びアンモニア濃度を検出する。
【0038】
図５に示されるように、ＳＣＵ２２は、ヒータ制御部２２０と、ポンプ電流検出部２２１と、センサ電流検出部２２２と、モニタ電流検出部２２３と、電圧調整部２２４と、通信部２２５と、ガス濃度演算部２２６と、混成電位検出部２２７とを備えている。
ヒータ制御部２２０は、ヒータ５９に印加される電圧を制御することにより、ヒータ５９の発熱量を制御する。例えば、ヒータ制御部２２０は、センサセル４２のセンサ電極５６と共通電極５８との間に印加されているセンサ電圧Ｖｓを交流的に変化させることによりセンサセル４２のインピーダンスを検出し、検出されたセンサセル４２のインピーダンスと、予め定められた目標インピーダンスとの偏差に基づいて通電デューティ比ＤＨＴを設定する。通電デューティ比ＤＨＴは、所定の周期時間に対するヒータ５９の通電時間の割合を示すものであって、「０［％］」から「１００［％］」までの範囲の値に設定される。通電デューティ比ＤＨＴの値が大きいほど、所定の周期時間におけるヒータ５９の通電時間の割合が大きくなるため、ヒータ５９の発熱量が大きくなる。ヒータ制御部２２０は、設定された通電デューティ比ＤＨＴに基づいてヒータ５９の印加電圧を制御することによりヒータ５９の発熱量を制御して、固体電解質体５１，５２の温度を活性化温度に保持する。
ヒータ制御部２２０は、ヒータ５９に印加される電圧を制御することにより、ヒータ５９の発熱量を制御する。例えば、ヒータ制御部２２０は、センサセル４２のセンサ電極５６と共通電極５８との間に印加されているセンサ電圧Ｖｓを交流的に変化させることによりセンサセル４２のインピーダンスを検出し、検出されたセンサセル４２のインピーダンスと、予め定められた目標インピーダンスとの偏差に基づいて通電デューティ比ＤＨＴを設定する。通電デューティ比ＤＨＴは、所定の周期時間に対するヒータ５９の通電時間の割合を示すものであって、「０［％］」から「１００［％］」までの範囲の値に設定される。通電デューティ比ＤＨＴの値が大きいほど、所定の周期時間におけるヒータ５９の通電時間の割合が大きくなるため、ヒータ５９の発熱量が大きくなる。ヒータ制御部２２０は、設定された通電デューティ比ＤＨＴに基づいてヒータ５９の印加電圧を制御することによりヒータ５９の発熱量を制御して、固体電解質体５１，５２の温度を活性化温度に保持する。
【0039】
ポンプ電流検出部２２１は、ポンプ電極５５と共通電極５８との間に流れるポンプ電流Ｉｐを検出する。
センサ電流検出部２２２は、センサ電極５６と共通電極５８との間に流れるセンサ電流Ｉｓを検出する。
センサ電流検出部２２２は、センサ電極５６と共通電極５８との間に流れるセンサ電流Ｉｓを検出する。
【0040】
モニタ電流検出部２２３は、モニタ電極５７と共通電極５８との間に流れるモニタ電流Ｉｍを検出する。
電圧調整部２２４は、ポンプ電極５５と共通電極５８との間にポンプ電圧Ｖｐを印加するとともに、センサ電極５６と共通電極５８との間にセンサ電圧Ｖｓを印加し、さらにモニタ電極５７と共通電極５８との間にモニタ電圧Ｖｍを印加する。なお、電圧調整部２２４は、混成電位セル４４の検知電極６５と基準電極６６との間には電圧を印加していない。
電圧調整部２２４は、ポンプ電極５５と共通電極５８との間にポンプ電圧Ｖｐを印加するとともに、センサ電極５６と共通電極５８との間にセンサ電圧Ｖｓを印加し、さらにモニタ電極５７と共通電極５８との間にモニタ電圧Ｖｍを印加する。なお、電圧調整部２２４は、混成電位セル４４の検知電極６５と基準電極６６との間には電圧を印加していない。
【0041】
通信部２２５は、通信線３１を介してＳＣＵ２２とエンジンＥＣＵ３０との間で各種通信を行う部分である。
ガス濃度演算部２２６は、ポンプ電流検出部２２１により検出されるポンプ電流Ｉｐ、センサ電流検出部２２２により検出されるセンサ電流Ｉｓ、及びモニタ電流検出部２２３により検出されるモニタ電流Ｉｍに基づいて排気中の酸素濃度及びＮＯｘ濃度を演算する。具体的には、ポンプ電流Ｉｐは排気中の酸素濃度と相関関係がある。また、センサ電流Ｉｓは排気中のＮＯｘ濃度及び残留酸素と相関関係がある。さらに、モニタ電流Ｉｍは排気中の残留酸素と相関関係がある。これらの関係を利用し、ガス濃度演算部２２６は、ポンプ電流Ｉｐに基づいて排気中の酸素濃度を演算式やマップ等を用いて演算する。また、ガス濃度演算部２２６は、センサ電流Ｉｓからモニタ電流Ｉｍを減算することにより、ＮＯｘ濃度に相関する電流値「Ｉｓ－Ｉｍ」を求めるとともに、求めた電流値「Ｉｓ－Ｉｍ」から演算式やマップ等を用いて排気中のＮＯｘ濃度を演算する。ガス濃度演算部２２６は、演算された酸素濃度演算値及びＮＯｘ濃度演算値の情報を、通信部２２５を介してエンジンＥＣＵ３０に送信する。
ガス濃度演算部２２６は、ポンプ電流検出部２２１により検出されるポンプ電流Ｉｐ、センサ電流検出部２２２により検出されるセンサ電流Ｉｓ、及びモニタ電流検出部２２３により検出されるモニタ電流Ｉｍに基づいて排気中の酸素濃度及びＮＯｘ濃度を演算する。具体的には、ポンプ電流Ｉｐは排気中の酸素濃度と相関関係がある。また、センサ電流Ｉｓは排気中のＮＯｘ濃度及び残留酸素と相関関係がある。さらに、モニタ電流Ｉｍは排気中の残留酸素と相関関係がある。これらの関係を利用し、ガス濃度演算部２２６は、ポンプ電流Ｉｐに基づいて排気中の酸素濃度を演算式やマップ等を用いて演算する。また、ガス濃度演算部２２６は、センサ電流Ｉｓからモニタ電流Ｉｍを減算することにより、ＮＯｘ濃度に相関する電流値「Ｉｓ－Ｉｍ」を求めるとともに、求めた電流値「Ｉｓ－Ｉｍ」から演算式やマップ等を用いて排気中のＮＯｘ濃度を演算する。ガス濃度演算部２２６は、演算された酸素濃度演算値及びＮＯｘ濃度演算値の情報を、通信部２２５を介してエンジンＥＣＵ３０に送信する。
【0042】
混成電位検出部２２７は、混成電位セル４４の検知電極６５と基準電極６６との間に発生する混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を検出する。混成電位検出部２２７は、検出された混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３の情報を、通信部２２５を介してエンジンＥＣＵ３０に送信する。
【0043】
エンジンＥＣＵ３０はＳＣＵ２２から酸素濃度演算値及びＮＯｘ濃度演算値の情報を取得する。また、エンジンＥＣＵ３０は、ＳＣＵ２２から送信される混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３の情報に基づいて排気中のアンモニア濃度を演算する。
具体的には、エンジンＥＣＵ３０はガス濃度演算部３００を有している。混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３は排気中の酸素濃度及びアンモニア濃度と相関関係がある。これを利用し、ガス濃度演算部２２６は、ＳＣＵ２２から取得した酸素濃度演算値と混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３とから演算式やマップ等を用いて排気中のアンモニア濃度ｐＮＨ３を演算する。なお、エンジンＥＣＵ３０は、演算されたアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を尿素水添加弁１７の尿素水添加制御等に用いる。
具体的には、エンジンＥＣＵ３０はガス濃度演算部３００を有している。混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３は排気中の酸素濃度及びアンモニア濃度と相関関係がある。これを利用し、ガス濃度演算部２２６は、ＳＣＵ２２から取得した酸素濃度演算値と混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３とから演算式やマップ等を用いて排気中のアンモニア濃度ｐＮＨ３を演算する。なお、エンジンＥＣＵ３０は、演算されたアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を尿素水添加弁１７の尿素水添加制御等に用いる。
【0044】
このように、本実施形態のエンジンシステム１では、エンジンＥＣＵ３０によりアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３が演算されるため、エンジンＥＣＵ３０がガスセンサ２０の構成要素の一つとなっている。
本実施形態では、アンモニア濃度ｐＮＨ３が検知対象ガス成分の濃度に相当する。また、起電力ＶＮＨ３が、検知対象ガス成分の濃度に応じて混成電位セル４４に発生する起電力に相当する。
本実施形態では、アンモニア濃度ｐＮＨ３が検知対象ガス成分の濃度に相当する。また、起電力ＶＮＨ３が、検知対象ガス成分の濃度に応じて混成電位セル４４に発生する起電力に相当する。
【0045】
ところで、図２に示されるようなガスセンサ２０では、混成電位セル４４の検知電極６５が外部に晒されているため、排気管１１を流れる排気の流速が変化すると、検知電極６５を流れる排気の流速も変化する。この検知電極６５における排気の流速の変化が、ガスセンサ２０により検出されるアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３に誤差を生じさせる要因となる。
【0046】
具体的には、排気の流速とアンモニア濃度演算値との関係を発明者らが実験的に測定したところ、図６に示されるような測定結果が得られた。図６は、排気中の実際のアンモニア濃度が「１００［ｐｐｍ］」である状況において混成電位セル４４の検知電極６５を流れる排気の流速を変化させた場合に検知電極６５により検出されるアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の推移を示したものである。
【0047】
図６に示されるように、排気の流速Ｖｅｘ及びアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３は基本的には相関関係がある。すなわち、排気の流速Ｖｅｘが速くなるほどアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３が増加する。これは、排気の流速Ｖｅｘが速くなるほど、単位時間当たりに検知電極６５に接触する排気の流量が増加するため、混成電位セル４４の検知電極６５により検出されるアンモニア濃度が増加するためであると考えられる。
【0048】
また、混成電位セル４４の検知電極６５により検出されるアンモニア濃度は、排気の流速Ｖｅｘだけでなく、混成電位セル４４の周辺の環境温度の影響を受けて変化する。具体的には、混成電位セル４４の検知電極６５の温度が上昇すると、以下の式ｆ３，ｆ４に示されるようなアンモニアの燃焼反応が発生する。
【0049】
４ＮＨ３＋３Ｏ２→２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （ｆ３）
４ＮＨ３＋５Ｏ２→４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ （ｆ４）
式ｆ３及びｆ４に示されるようなアンモニアの燃焼反応が生じると、検知電極６５により検出されるアンモニア濃度が減少する。よって、混成電位セル４４の周辺の環境温度とガスセンサ２０のアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３との間には、混成電位セル４４の周辺の環境温度が上昇するほどアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３が減少するという関係が成立する。なお、本実施形態の混成電位セル４４の周辺の環境温度は、センサ素子２１の周辺を流れる排気温Ｔｅｘと相関を有している。よって、本実施形態のガスセンサ２０では、排気温Ｔｅｘが上昇するほどガスセンサ２０のアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３が減少することとなる。
４ＮＨ３＋５Ｏ２→４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ （ｆ４）
式ｆ３及びｆ４に示されるようなアンモニアの燃焼反応が生じると、検知電極６５により検出されるアンモニア濃度が減少する。よって、混成電位セル４４の周辺の環境温度とガスセンサ２０のアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３との間には、混成電位セル４４の周辺の環境温度が上昇するほどアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３が減少するという関係が成立する。なお、本実施形態の混成電位セル４４の周辺の環境温度は、センサ素子２１の周辺を流れる排気温Ｔｅｘと相関を有している。よって、本実施形態のガスセンサ２０では、排気温Ｔｅｘが上昇するほどガスセンサ２０のアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３が減少することとなる。
【0050】
このように排気の流速Ｖｅｘや排気温Ｔｅｘに応じてガスセンサ２０のアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３にばらつきが生じると、排気中のアンモニア濃度を適切に検出することができない。そこで、本実施形態のガスセンサ２０は、排気の流速Ｖｅｘ及び排気温Ｔｅｘに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正した上で、補正された起電力ＶＮＨ３に基づいて排気中のアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算する。
【0051】
次に、エンジンＥＣＵ３０のガス濃度演算部３００によるアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の演算手順について具体的に説明する。
図７に示されるように、ガス濃度演算部３００は、密度演算部３０１と、流速演算部３０２と、流速補正部３０３と、温度補正部３０４と、濃度演算部３０５とを備えている。
図７に示されるように、ガス濃度演算部３００は、密度演算部３０１と、流速演算部３０２と、流速補正部３０３と、温度補正部３０４と、濃度演算部３０５とを備えている。
【0052】
密度演算部３０１は、排気圧Ｐｅｘ及び排気温Ｔｅｘに基づいて排気の密度ρｅｘを演算する。具体的には、密度演算部３０１は、大気圧センサ３６により検出される大気圧Ｐａｉｒに、予め定められた所定圧力ΔＰを加算することにより排気圧Ｐｅｘを求める。
【0053】
なお、大気圧Ｐａｉｒと排気圧Ｐｅｘとの差圧に相当する所定圧力ΔＰと、排気の流量Ｑｅｘと、排気の密度ρｅｘとの間には以下の式ｆ５に示される関係が成立する。
ΔＰ∝Ｑｅｘ＾（２／ρ） （ｆ５）
所定圧力ΔＰは上記の式ｆ５の関係を用いて実車環境に合わせ込むように予め設定されている。
ΔＰ∝Ｑｅｘ＾（２／ρ） （ｆ５）
所定圧力ΔＰは上記の式ｆ５の関係を用いて実車環境に合わせ込むように予め設定されている。
【0054】
密度演算部３０１は、排気圧Ｐｅｘ及び排気温Ｔｅｘから演算式やマップ等を用いて排気の密度ρｅｘを演算する。
流速演算部３０２は、排気量Ｑｅｘ及び排気の密度ρｅｘから以下の式ｆ６に基づいて排気の流速Ｖｅｘを演算する。なお、式ｆ６において、「Ａ」は排気管１１の断面積を示す。
流速演算部３０２は、排気量Ｑｅｘ及び排気の密度ρｅｘから以下の式ｆ６に基づいて排気の流速Ｖｅｘを演算する。なお、式ｆ６において、「Ａ」は排気管１１の断面積を示す。
【0055】
Ｖｅｘ＝Ｑｅｘ／（ρ×Ａ） （ｆ６）
なお、排気量Ｑｅｘが吸気管１８を流れる空気量と略同一であることを利用して、流速演算部３０２は、排気量Ｑｅｘとして、流量センサ３２により検出される吸気量Ｇａを用いる。
なお、排気量Ｑｅｘが吸気管１８を流れる空気量と略同一であることを利用して、流速演算部３０２は、排気量Ｑｅｘとして、流量センサ３２により検出される吸気量Ｇａを用いる。
【0056】
流速補正部３０３は、流速演算部３０２により演算される排気の流速Ｖｅｘに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正する。具体的には、流速補正部３０３は、図８に示されるような排気の流速Ｖｅｘと混成電位セル４４の出力感度Ｋａとの関係を示すマップを有しており、図８に示されるマップを用いることにより排気の流速Ｖｅｘから出力感度Ｋａを演算する。なお、図８に示されるマップは、発明者らが予めモデル等を用いて排気の流速Ｖｅｘと出力感度Ｋａとの関係を求めることにより作成されており、エンジンＥＣＵ３０のメモリに記憶されている。流速補正部３０３は混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３と出力感度Ｋａとから以下の式ｆ７に基づいて起電力補正値ＶＮＨ３’を演算する。
【0057】
ＶＮＨ３’＝ＶＮＨ３／Ｋａ （ｆ７）
図７に示されるように、温度補正部３０４は、流速補正部３０３により演算される起電力ＶＮＨ３’を、排気温センサ３３により検出される排気温Ｔｅｘを用いて更に補正する。具体的には、温度補正部３０４は、図９に示されるような排気温Ｔｅｘと混成電位セル４４の出力感度Ｋｂとの関係を示すマップを有しており、図９に示されるマップを用いることにより排気温Ｔｅｘから出力感度Ｋｂを演算する。なお、図９に示されるマップは、発明者らが予めモデル等を用いて排気温Ｔｅｘと出力感度Ｋｂとの関係を求めることにより作成されるとともに、エンジンＥＣＵ３０のメモリに記憶されている。温度補正部３０４は、混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３と出力感度Ｋｂとから以下の式ｆ８に基づいて起電力補正値ＶＮＨ３’’を演算する。
図７に示されるように、温度補正部３０４は、流速補正部３０３により演算される起電力ＶＮＨ３’を、排気温センサ３３により検出される排気温Ｔｅｘを用いて更に補正する。具体的には、温度補正部３０４は、図９に示されるような排気温Ｔｅｘと混成電位セル４４の出力感度Ｋｂとの関係を示すマップを有しており、図９に示されるマップを用いることにより排気温Ｔｅｘから出力感度Ｋｂを演算する。なお、図９に示されるマップは、発明者らが予めモデル等を用いて排気温Ｔｅｘと出力感度Ｋｂとの関係を求めることにより作成されるとともに、エンジンＥＣＵ３０のメモリに記憶されている。温度補正部３０４は、混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３と出力感度Ｋｂとから以下の式ｆ８に基づいて起電力補正値ＶＮＨ３’’を演算する。
【0058】
ＶＮＨ３’’＝ＶＮＨ３’／Ｋｂ （ｆ８）
濃度演算部３０５は、温度補正部３０４により演算される混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３’’と、ＳＣＵ２２から取得した酸素濃度演算値ｐＯ２とから演算式やマップ等を用いてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算する。なお、混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３’’及び酸素濃度演算値ｐＯ２からアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算する方法としては、上記の特許文献１に記載される方法等の種々の方法を採用することができる。
濃度演算部３０５は、温度補正部３０４により演算される混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３’’と、ＳＣＵ２２から取得した酸素濃度演算値ｐＯ２とから演算式やマップ等を用いてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算する。なお、混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３’’及び酸素濃度演算値ｐＯ２からアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算する方法としては、上記の特許文献１に記載される方法等の種々の方法を採用することができる。
【0059】
以上説明した本実施形態のガスセンサ２０によれば、以下の（１）及び（２）に示される作用及び効果を得ることができる。
（１）ガス濃度演算部３００は、排気の流速Ｖｅｘに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正する。このような構成によれば、排気の流速Ｖｅｘに応じて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３が変化した場合であっても、その排気の流速Ｖｅｘに応じて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３が補正される。これにより、排気の流速Ｖｅｘの影響を排除しつつアンモニア濃度ｐＮＨ３を演算することができるため、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の演算精度を向上させることができる。
（１）ガス濃度演算部３００は、排気の流速Ｖｅｘに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正する。このような構成によれば、排気の流速Ｖｅｘに応じて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３が変化した場合であっても、その排気の流速Ｖｅｘに応じて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３が補正される。これにより、排気の流速Ｖｅｘの影響を排除しつつアンモニア濃度ｐＮＨ３を演算することができるため、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の演算精度を向上させることができる。
【0060】
（２）ガス濃度演算部３００は、混成電位セル４４の温度として排気温Ｔｅｘを用いた上で、排気温Ｔｅｘに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を更に補正する。このような構成によれば、排気温Ｔｅｘの影響を排除しつつアンモニア濃度ｐＮＨ３を演算することができるため、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の演算精度を更に向上させることができる。
【0061】
＜第２実施形態＞
次に、ガスセンサ２０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ２０との相違点を中心に説明する。
第１実施形態のガスセンサ２０は、排気の流速Ｖｅｘ及び排気温Ｔｅｘに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正するものであった。これに対し、本実施形態のガスセンサ２０は、排気の流速Ｖｅｘと相関を有するヒータ５９の通電エネルギＥＨＴと、混成電位セル４４の温度と相関を有する混成電位セル４４の交流アドミタンスＹＮＨ３とに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正する。
次に、ガスセンサ２０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ２０との相違点を中心に説明する。
第１実施形態のガスセンサ２０は、排気の流速Ｖｅｘ及び排気温Ｔｅｘに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正するものであった。これに対し、本実施形態のガスセンサ２０は、排気の流速Ｖｅｘと相関を有するヒータ５９の通電エネルギＥＨＴと、混成電位セル４４の温度と相関を有する混成電位セル４４の交流アドミタンスＹＮＨ３とに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正する。
【0062】
具体的には、図１に示されるようなガスセンサ２０では、排気の流速Ｖｅｘが速くなるほど、ガスセンサ２０を通過する排気の流量が増加するため、センサ素子２１から排気に逃げる熱量が多くなる。すなわち、排気の流速Ｖｅｘが速くなるほど、センサ素子２１の温度が低下する。そのため、固体電解質体５１，５２の温度を活性化温度に保持するためには、排気の流速Ｖｅｘが速くなるほど、ヒータ５９の発熱量を大きくする必要があるため、ヒータ５９の通電デューティ比ＤＨＴが大きく設定される。
【0063】
例えば、図１０に示されるように、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、通電デューティ比ＤＨＴが「Ｄ１」に設定されているとする。この場合、ヒータ５９を流れる電流ＩＨＴ、及びヒータ５９に印加されている電圧ＶＨＴは図１０（Ａ），（Ｂ）に示されるように推移する。このとき、所定の周期時間を「Ｔ１」とすると、ヒータ５９の通電時間は「Ｔ１×Ｄ１」となる。
【0064】
一方、時刻ｔ１１以降、排気の流速Ｖｅｘが速くなった場合には、ヒータ５９の発熱量を大きくするために、通電デューティ比ＤＨＴが「Ｄ１」よりも大きい「Ｄ２」に設定される。結果的に、ヒータ５９の通電時間は「Ｔ１×Ｄ２」に変更される。このように、排気の流速Ｖｅｘが速くなるとヒータ５９の通電時間が長くなるため、ヒータ５９の発熱量が大きくなる。
【0065】
また、ヒータ５９に印加されている電圧を「ＶＨＴ」とし、ヒータ５９を流れる電流を「ＩＨＴ」とするとき、ヒータ５９の通電エネルギＥＨＴは、ヒータ電圧ＶＨＴ、ヒータ電流ＩＨＴ、及び通電デューティ比ＤＨＴから以下の式ｆ９に基づいて求めることができる。
【0066】
ＥＨＴ＝ＶＨＴ×ＩＨＴ×ＤＨＴ （ｆ９）
式９に示されるように、ヒータ５９の通電エネルギＥＨＴと通電デューティ比ＤＨＴとの間には相関関係がある。上述の通り、排気の流速Ｖｅｘと通電デューティ比ＤＨＴとの間にも相関関係がある。よって、ヒータ５９の通電エネルギＥＨＴは排気の流速Ｖｅｘと相関関係を有することとなる。
式９に示されるように、ヒータ５９の通電エネルギＥＨＴと通電デューティ比ＤＨＴとの間には相関関係がある。上述の通り、排気の流速Ｖｅｘと通電デューティ比ＤＨＴとの間にも相関関係がある。よって、ヒータ５９の通電エネルギＥＨＴは排気の流速Ｖｅｘと相関関係を有することとなる。
【0067】
また、混成電位セル４４の温度は、混成電位セル４４の検知電極６５と基準電極６６との間の交流アドミタンスと相関関係がある。
以上を踏まえ、本実施形態のガスセンサ２０は、排気の流速Ｖｅｘに代えて、それと相関を有するヒータの通電エネルギＥＨＴを用いるとともに、混成電位セル４４の温度に代えて、それと相関を有する混成電位セル４４のアドミタンスを用いた上で、それらに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正する。
以上を踏まえ、本実施形態のガスセンサ２０は、排気の流速Ｖｅｘに代えて、それと相関を有するヒータの通電エネルギＥＨＴを用いるとともに、混成電位セル４４の温度に代えて、それと相関を有する混成電位セル４４のアドミタンスを用いた上で、それらに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正する。
【0068】
次に、本実施形態のガス濃度演算部３００による混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３の補正手順について詳しく説明する。
図２に破線で示されるように、本実施形態のガスセンサ２０では、ＳＣＵ２２からヒータ５９に電力を供給するための給電線に電圧センサ３７及び電流センサ３８が設けられている。電圧センサ３７は、ヒータ５９に印加されている電圧ＶＨＴを検出するとともに、検出されたヒータ電圧ＶＨＴに応じた信号をＳＣＵ２２に送信する。電流センサ３８は、ヒータ５９を流れる電流ＩＨＴを検出するとともに、検出されたヒータ電流ＩＨＴに応じた信号をＳＣＵ２２に送信する。ＳＣＵ２２は、電圧センサ３７及び電流センサ３８のそれぞれの出力信号に基づいてヒータ電圧ＶＨＴ及びヒータ電流ＩＨＴの情報を取得するとともに、取得したそれらの情報、及び通電デューティ比ＤＨＴの情報をエンジンＥＣＵ３０に送信する。
図２に破線で示されるように、本実施形態のガスセンサ２０では、ＳＣＵ２２からヒータ５９に電力を供給するための給電線に電圧センサ３７及び電流センサ３８が設けられている。電圧センサ３７は、ヒータ５９に印加されている電圧ＶＨＴを検出するとともに、検出されたヒータ電圧ＶＨＴに応じた信号をＳＣＵ２２に送信する。電流センサ３８は、ヒータ５９を流れる電流ＩＨＴを検出するとともに、検出されたヒータ電流ＩＨＴに応じた信号をＳＣＵ２２に送信する。ＳＣＵ２２は、電圧センサ３７及び電流センサ３８のそれぞれの出力信号に基づいてヒータ電圧ＶＨＴ及びヒータ電流ＩＨＴの情報を取得するとともに、取得したそれらの情報、及び通電デューティ比ＤＨＴの情報をエンジンＥＣＵ３０に送信する。
【0069】
一方、図１１に示されるように、エンジンＥＣＵ３０のガス濃度演算部３００は、流速補正部３０３と、温度補正部３０４と、濃度演算部３０５とを備えている。
流速補正部３０３は、ヒータ５９の通電エネルギＥＨＴに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正する。具体的には、流速補正部３０３は、ＳＣＵ２２から送信されるヒータ電圧ＶＨＴ、ヒータ電流ＩＨＴ、及び通電デューティ比ＤＨＴの情報から上記のｆ９を用いてヒータ５９の通電エネルギＥＨＴを演算する。本実施形態では、ヒータ５９の通電エネルギＥＨＴが、排気の流速Ｖｅｘと相関を有する流速相関パラメータに相当する。
流速補正部３０３は、ヒータ５９の通電エネルギＥＨＴに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３を補正する。具体的には、流速補正部３０３は、ＳＣＵ２２から送信されるヒータ電圧ＶＨＴ、ヒータ電流ＩＨＴ、及び通電デューティ比ＤＨＴの情報から上記のｆ９を用いてヒータ５９の通電エネルギＥＨＴを演算する。本実施形態では、ヒータ５９の通電エネルギＥＨＴが、排気の流速Ｖｅｘと相関を有する流速相関パラメータに相当する。
【0070】
流速補正部３０３は、図１２に示されるようなヒータ５９の通電エネルギＥＨＴと混成電位セル４４の出力感度Ｋａとの関係を示すマップを有しており、図１２に示されるマップを用いることによりヒータ５９の通電エネルギＥＨＴから出力感度Ｋａを演算する。なお、図１２に示されるマップは、発明者らが予め実験等を行ってヒータ５９の通電エネルギＥＨＴと混成電位セル４４の出力感度Ｋａとの関係を求めることにより作成されており、エンジンＥＣＵ３０のメモリに記憶されている。流速補正部３０３は、混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３と出力感度Ｋａとから上記の式ｆ７に基づいて、起電力補正値ＶＮＨ３’を演算する。
【0071】
図１１に示されるように、温度補正部３０４は、流速補正部３０３により演算される起電力ＶＮＨ３’を混成電位セル４４のアドミタンスＹＮＨ３を用いて更に補正する。
具体的には、図５に破線で示されるように、ＳＣＵ２２はアドミタンス検出部２２８を更に備えている。アドミタンス検出部２２８は、図１３（Ｂ）に示されるような交流電圧ＶＮＨ３を混成電位セル４４の検知電極６５と基準電極６６との間に印加する。これにより、図１３（Ａ）に示されるような交流電流ＩＮＨ３が混成電位セル４４の検知電極６５と基準電極６６との間に流れる。このとき、アドミタンス検出部２２８は、図１３（Ｂ）に示される電圧振幅ΔＶＮＨ３と、図１３（Ａ）に示される電流振幅ΔＩＮＨ３とから以下の式ｆ１０，ｆ１１に基づいて混成電位セル４４の交流インピーダンスＺＮＨ３及び交流アドミタンスＹＮＨ３を求める。
具体的には、図５に破線で示されるように、ＳＣＵ２２はアドミタンス検出部２２８を更に備えている。アドミタンス検出部２２８は、図１３（Ｂ）に示されるような交流電圧ＶＮＨ３を混成電位セル４４の検知電極６５と基準電極６６との間に印加する。これにより、図１３（Ａ）に示されるような交流電流ＩＮＨ３が混成電位セル４４の検知電極６５と基準電極６６との間に流れる。このとき、アドミタンス検出部２２８は、図１３（Ｂ）に示される電圧振幅ΔＶＮＨ３と、図１３（Ａ）に示される電流振幅ΔＩＮＨ３とから以下の式ｆ１０，ｆ１１に基づいて混成電位セル４４の交流インピーダンスＺＮＨ３及び交流アドミタンスＹＮＨ３を求める。
【0072】
ＺＮＨ３＝ΔＶＮＨ３／ΔＩＮＨ３ （ｆ１０）
ＹＮＨ３＝１／ＺＮＨ３ （ｆ１１）
アドミタンス検出部２２８は、求めた混成電位セル４４の交流アドミタンスＹＮＨ３の情報を通信線３１を介してエンジンＥＣＵ３０に送信する。
ＹＮＨ３＝１／ＺＮＨ３ （ｆ１１）
アドミタンス検出部２２８は、求めた混成電位セル４４の交流アドミタンスＹＮＨ３の情報を通信線３１を介してエンジンＥＣＵ３０に送信する。
【0073】
エンジンＥＣＵ３０の温度補正部３０４は、図１４に示されるような混成電位セル４４の交流アドミタンスＹＮＨ３と出力感度Ｋｂとの関係を示すマップを有しており、図１４に示されるマップを用いることにより交流アドミタンスＹＮＨ３から出力感度Ｋｂを演算する。なお、図１４に示されるマップは、発明者らが予め実験等を行って混成電位セル４４の交流アドミタンスＹＮＨ３と出力感度Ｋｂとの関係を求めることにより作成されており、エンジンＥＣＵ３０のメモリに記憶されている。温度補正部３０４は、流速補正部３０３により演算される起電力ＶＮＨ３’と出力感度Ｋｂとから上記の式ｆ８に基づいて起電力補正値ＶＮＨ３’’を演算する。
【0074】
本実施形態では、混成電位セル４４の交流アドミタンスＹＮＨ３が、混成電位セル４４の温度と相関を有する温度相関パラメータに相当する。
以上説明した本実施形態のガスセンサ２０によれば、以下の（３）及び（４）に示される作用及び効果を得ることができる。
以上説明した本実施形態のガスセンサ２０によれば、以下の（３）及び（４）に示される作用及び効果を得ることができる。
【0075】
（３）ガス濃度演算部３００は、排気の流速Ｖｅｘとして、それと相関を有するヒータ５９の通電エネルギＥＨＴを用いる。このような構成によれば、センサ素子２１及びＳＣＵ２２において検出可能なパラメータを用いて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正することができるため、補正に必要なガスセンサ２０の構成を簡素化することができる。
【0076】
（４）ガス濃度演算部３００は、混成電位セル４４の温度として、それと相関を有する混成電位セル４４の交流アドミタンスＹＮＨ３を用いる。このような構成によれば、センサ素子２１及びＳＣＵ２２において検出可能なパラメータを用いて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を更に補正することができるため、補正に必要なガスセンサ２０の構成を簡素化することができる。
【0077】
＜第３実施形態＞
次に、ガスセンサ２０の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ２０との相違点を中心に説明する。
図１に示されるようなガスセンサ２０では、エンジン１０の回転速度Ｎｅが速くなるほど排気の流速Ｖｅｘが速くなる。また、エンジン１０の負荷が大きくなるほど排気温が上昇するため、混成電位セル４４の温度が高くなる。このように、エンジン回転速度Ｎｅは排気の流速Ｖｅｘと相関関係を有し、エンジン負荷は混成電位セル４４の温度と相関関係を有する。
次に、ガスセンサ２０の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ２０との相違点を中心に説明する。
図１に示されるようなガスセンサ２０では、エンジン１０の回転速度Ｎｅが速くなるほど排気の流速Ｖｅｘが速くなる。また、エンジン１０の負荷が大きくなるほど排気温が上昇するため、混成電位セル４４の温度が高くなる。このように、エンジン回転速度Ｎｅは排気の流速Ｖｅｘと相関関係を有し、エンジン負荷は混成電位セル４４の温度と相関関係を有する。
【0078】
これを利用し、本実施形態のガスセンサ２０では、排気の流速Ｖｅｘと相関を有するエンジン回転速度Ｎｅ、及び混成電位セル４４の温度と相関を有するエンジン負荷に基づいてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を補正する。本実施形態では、エンジン回転速度Ｎｅが、排気の流速Ｖｅｘと相関を有する流速相関パラメータとして用いられるエンジン１０の状態量に相当する。また、エンジン負荷が、混成電位セル４４の温度と相関を有する温度相関パラメータとして用いられるエンジン１０の状態量に相当する。
【0079】
次に、本実施形態のアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の補正手順について詳しく説明する。
図１５に示されるように、エンジンＥＣＵ３０のガス濃度演算部３００は、濃度演算部３０５と、濃度補正部３０６とを備えている。
図１５に示されるように、エンジンＥＣＵ３０のガス濃度演算部３００は、濃度演算部３０５と、濃度補正部３０６とを備えている。
【0080】
濃度演算部３０５は、混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３及び酸素濃度演算値ｐＯ２に基づいて演算式やマップ等を用いてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算する。
濃度補正部３０６は、エンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌｅに基づいてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を補正する。
濃度補正部３０６は、エンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌｅに基づいてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を補正する。
【0081】
具体的には、濃度補正部３０６は、エンジン回転速度Ｎｅや吸気量Ｇａ、アクセル開度Ｐａ等からエンジン負荷Ｌｅをマップ等を用いて演算する。濃度補正部３０６は、図１６に示されるような３次元マップを用いてエンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌｅから出力感度Ｋｃを演算する。図１６に示されるマップでは、エンジン回転速度Ｎｅが速くなるほど出力感度Ｋｃの値が大きくなり、またエンジン負荷Ｌｅが大きくなるほど出力感度Ｋｃの値が小さくなるように設定されるようになっている。図１６に示されるマップは、発明者らが予め実験等を行ってエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷Ｌｅ、及び出力感度Ｋｃの関係を求めることにより作成されており、エンジンＥＣＵ３０のメモリに記憶されている。
【0082】
濃度補正部３０６は、ＳＣＵ２２から送信されるアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３と出力感度Ｋｃとから以下の式ｆ１２に基づいてアンモニア濃度補正値ｐＮＨ３’を演算する。
ｐＮＨ３’＝ｐＮＨ３／Ｋｃ （ｆ１２）
以上説明した本実施形態のガスセンサ２０によれば、以下の（５）及び（６）に示される作用及び効果を得ることができる。
ｐＮＨ３’＝ｐＮＨ３／Ｋｃ （ｆ１２）
以上説明した本実施形態のガスセンサ２０によれば、以下の（５）及び（６）に示される作用及び効果を得ることができる。
【0083】
（５）ガス濃度演算部３００は、排気の流速Ｖｅｘとして、それと相関を有するエンジン回転速度Ｎｅを用いる。このような構成によれば、エンジンＥＣＵ３０が取得可能なパラメータを用いてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を補正することができるため、補正に必要なガスセンサ２０の構成を簡素化することができる。
【0084】
（６）ガス濃度演算部３００は、混成電位セル４４の温度として、それと相関を有するエンジン負荷Ｌｅを用いる。このような構成によれば、エンジンＥＣＵ３０が取得可能なパラメータを用いてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を更に補正することができるため、補正に必要なガスセンサ２０の構成を簡素化することができる。
【0085】
（変形例）
次に、第３実施形態のガスセンサ２０の変形例について説明する。
図１７に示されるように、ガス濃度演算部３００は、エンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌｅに代えて、アクセル開度Ｐａに基づいてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を補正してもよい。具体的には、ガス濃度演算部３００は、図１８に示されるようなアクセル開度Ｐａと出力感度Ｋｃとの関係を示すマップを有しており、図１８に示されるマップを用いることによりアクセル開度Ｐａから出力感度Ｋｃを演算する。なお、図１８に示されるマップは、発明者らが予め実験等を行ってアクセル開度Ｐａと出力感度Ｋｃとの関係を求めることにより作成されており、エンジンＥＣＵ３０のメモリに記憶されている。ガス濃度演算部３００は、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３と出力感度Ｋｃとから上記の式ｆ１２に基づいてアンモニア濃度補正値ｐＮＨ３’を演算する。本変形例では、アクセル開度Ｐａが、排気の流速Ｖｅｘと相関を有する流速相関パラメータとして用いられる車両の状態量に相当し、且つ混成電位セル４４の温度と相関を有する温度相関パラメータとして用いられる車両の状態量に相当する。
次に、第３実施形態のガスセンサ２０の変形例について説明する。
図１７に示されるように、ガス濃度演算部３００は、エンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌｅに代えて、アクセル開度Ｐａに基づいてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を補正してもよい。具体的には、ガス濃度演算部３００は、図１８に示されるようなアクセル開度Ｐａと出力感度Ｋｃとの関係を示すマップを有しており、図１８に示されるマップを用いることによりアクセル開度Ｐａから出力感度Ｋｃを演算する。なお、図１８に示されるマップは、発明者らが予め実験等を行ってアクセル開度Ｐａと出力感度Ｋｃとの関係を求めることにより作成されており、エンジンＥＣＵ３０のメモリに記憶されている。ガス濃度演算部３００は、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３と出力感度Ｋｃとから上記の式ｆ１２に基づいてアンモニア濃度補正値ｐＮＨ３’を演算する。本変形例では、アクセル開度Ｐａが、排気の流速Ｖｅｘと相関を有する流速相関パラメータとして用いられる車両の状態量に相当し、且つ混成電位セル４４の温度と相関を有する温度相関パラメータとして用いられる車両の状態量に相当する。
【0086】
このような構成によれば、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の補正に必要なパラメータが更に少なくなるため、補正に必要なガスセンサ２０の構成を簡素化することができる。
＜第４実施形態＞
次に、ガスセンサ２０の第４実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ２０との相違点を中心に説明する。
＜第４実施形態＞
次に、ガスセンサ２０の第４実施形態について説明する。以下、第１実施形態のガスセンサ２０との相違点を中心に説明する。
【0087】
図１に示されるようなエンジンシステム１では、流量センサ３２とセンサ素子２１とがずれて配置されている。そのため、流量センサ３２により検出される吸気量Ｇａを、ガスセンサ２０の近傍を流れる排気量Ｑｅｘとして用いると、実際の排気量と、演算に用いられる排気量Ｑｅｘとに乖離が生じる。これは、混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３の補正時期が適切な時期からずれる要因となる。
【0088】
具体的には、図１９（Ａ）に示されるように、例えば時刻ｔ２０で車両の速度が速くなったとすると、それに伴って吸気量Ｇａ及び排気量Ｑｅｘが図１９（Ｂ）に示されるように増加する。すなわち、図１９（Ｂ）に実線で示されるように時刻ｔ２０で吸気量Ｇａが増加した後、図１９（Ｂ）に二点鎖線で示されるように、時刻ｔ２０から所定時間が経過した時刻ｔ２２で排気量Ｑｅｘが増加し始める。このように、吸気量Ｇａが変化した時点から排気量Ｑｅｘが変化するまでにはタイムラグが存在する。
【0089】
この際、排気中のアンモニア濃度が一定であるとすると、排気量Ｑｅｘの変化に伴って混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３が図１９（Ｃ）に一点鎖線で示されるように変化する。このとき、センサ素子２１の周辺の実際の排気量に基づいて起電力検出値ＶＮＨ３が補正されれば、起電力補正値ＶＮＨ３’’は一定値Ｖａを示すはずである。ところが、第１実施形態のガスセンサ２０のように吸気量Ｇａに基づいて混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３の補正が行われると、センサ素子２１の周辺の排気量Ｑｅｘが変化していないにも関わらず、起電力検出値ＶＮＨ３の補正が行われる。結果的に、起電力補正値ＶＮＨ３’’が理想値Ｖａからずれてしまう。
【0090】
そこで、本実施形態のエンジンＥＣＵ３０は、排気量Ｑｅｘに基づく起電力検出値ＶＮＨ３の補正処理と、起電力検出値ＶＮＨ３のなまし処理とを併用することにより、起電力検出値ＶＮＨ３の誤差を抑制する。本実施形態では、なまし処理がフィルタリング処理に相当する。
【0091】
具体的には、図２０に示されるように、本実施形態のエンジンＥＣＵ３０のガス濃度演算部３００は、なまし処理部３０７を更に備えている。なまし処理部３０７は、単位時間当たりの吸気量の変化量ΔＧａが所定値以上になったと判断した場合、その時点から所定時間Ｔ２が経過するまでの期間、起電力検出値ＶＮＨ３に対してなまし処理を実行することにより起電力なまし値ＶＮＨ３’’’を演算する。
【0092】
例えば図１９（Ｂ）に示されるように吸気量Ｇａが変化した場合、なまし処理部３０７は、単位時間当たりの吸気量の変化量ΔＧａが所定値以上になったと時刻ｔ２１で判断すると、この時刻ｔ２１から所定時間Ｔ２が経過する時刻ｔ２３までの期間、起電力検出値ＶＮＨ３に対してなまし処理を施す。そのため、図１９（Ｃ）に一点鎖線で示されるように実際の起電力検出値ＶＮＨ３が変化した場合であっても、図１９（Ｃ）に実線で示されるように、起電力なまし値ＶＮＨ３’’’は理想値Ｖａに近い値で推移する。
【0093】
一方、図２０に示される濃度演算部３０５は、なまし処理が行われている期間、すなわち図１９に示される時刻ｔ２１から時刻ｔ２３までの期間、起電力なまし値ＶＮＨ３’’’に基づいてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算する。また、濃度演算部３０５は、なまし処理が終了した後、すなわち時刻ｔ２３以降、上述した起電力補正値ＶＮＨ３’’に基づいてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算する。図１９（Ｃ）に実線で示されるように、時刻ｔ２３以降、起電力補正値ＶＮＨ３’’は理想値Ｖａに近い値で推移しているため、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を適切に演算することができる。
【0094】
以上説明した本実施形態のガスセンサ２０によれば、以下の（７）に示される作用及び効果を得ることができる。
（７）ガス濃度演算部３００は、単位時間当たりの吸気量の変化量ΔＧａが所定値以上であると判断したとき、混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３に対してなまし処理を施す。このような構成によれば、流量センサ３２による吸気量Ｇａの検出時期と、センサ素子２１における排気量Ｑｅｘの変化時期との間にずれが生じる場合であっても、理想値Ｖａに近い値を有する起電力なまし値ＶＮＨ３’’’に基づいてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算することができる。よって、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の演算精度を確保することができる。
（７）ガス濃度演算部３００は、単位時間当たりの吸気量の変化量ΔＧａが所定値以上であると判断したとき、混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３に対してなまし処理を施す。このような構成によれば、流量センサ３２による吸気量Ｇａの検出時期と、センサ素子２１における排気量Ｑｅｘの変化時期との間にずれが生じる場合であっても、理想値Ｖａに近い値を有する起電力なまし値ＶＮＨ３’’’に基づいてアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を演算することができる。よって、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の演算精度を確保することができる。
【0095】
＜他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第１実施形態の流速補正部３０３は、排気の流速Ｖｅｘに代えて排気量Ｑｅｘを用いて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正してもよい。排気量Ｑｅｘが増加する場合としては、排気の流速Ｖｅｘが速くなる場合と、排気圧Ｐｅｘが増加する場合とが存在する。排気の流速Ｖｅｘに対する混成電位セル４４の出力感度Ｋａの変化は図８に示される通りである。排気圧Ｐｅｘに対する混成電位セル４４の出力感度Ｋｄの変化を実験的に求めたところ、図２１に示されるような結果を得ることができた。図８及び図２１を比較して明らかなように、排気圧Ｐｅｘに対する出力感度Ｋｄよりも排気の流速Ｖｅｘに対する出力感度Ｋａの方が大きい傾向がある。実車環境では、排気圧Ｐｅｘよりも排気の流速Ｖｅｘの方が大きく変化するため、排気量Ｑｅｘの変化傾向と排気の流速Ｖｅｘの変化傾向とは略一致する。そのため、排気量Ｑｅｘを用いて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正することも可能である。
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第１実施形態の流速補正部３０３は、排気の流速Ｖｅｘに代えて排気量Ｑｅｘを用いて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正してもよい。排気量Ｑｅｘが増加する場合としては、排気の流速Ｖｅｘが速くなる場合と、排気圧Ｐｅｘが増加する場合とが存在する。排気の流速Ｖｅｘに対する混成電位セル４４の出力感度Ｋａの変化は図８に示される通りである。排気圧Ｐｅｘに対する混成電位セル４４の出力感度Ｋｄの変化を実験的に求めたところ、図２１に示されるような結果を得ることができた。図８及び図２１を比較して明らかなように、排気圧Ｐｅｘに対する出力感度Ｋｄよりも排気の流速Ｖｅｘに対する出力感度Ｋａの方が大きい傾向がある。実車環境では、排気圧Ｐｅｘよりも排気の流速Ｖｅｘの方が大きく変化するため、排気量Ｑｅｘの変化傾向と排気の流速Ｖｅｘの変化傾向とは略一致する。そのため、排気量Ｑｅｘを用いて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正することも可能である。
【0096】
・第１実施形態のガス濃度演算部３００は、排気温Ｔｅｘだけでなく、排気圧Ｐｅｘに基づいて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正してもよい。具体的には、ガス濃度演算部３００は、図２１に示されるマップを利用して排気圧Ｐｅｘから混成電位セル４４の出力感度Ｋｄを求めた上で、この出力感度Ｋｄに基づいて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正してもよい。すなわち、ガス濃度演算部３００は、排気温Ｔｅｘ及び排気圧Ｐｅｘの少なくとも一方に基づいて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正してもよい。
【0097】
・第１実施形態のガスセンサ２０では、混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３に対して排気の流速Ｖｅｘに基づく補正を行っているが、これに代えて、起電力ＶＮＨ３に基づいて演算されるアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３に対して排気の流速Ｖｅｘに基づく補正を行ってもよい。
【0098】
・第１実施形態の温度補正部３０４は、排気温Ｔｅｘに基づいて混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３’を補正するものであるが、これに代えて、センサ素子２１の周辺の排気管１１の内壁面の温度に基づいて起電力ＶＮＨ３’を補正してもよい。上記の式ｆ３，ｆ４に示されるアンモニアの燃焼反応は、混成電位セル４４の検知電極６５の温度の上昇に伴って発生し易くなる。混成電位セル４４の検知電極６５の温度は、それと熱的に繋がっている排気管１１の内壁面の温度の影響を最も受けやすい。そのため、排気管１１の内壁面の温度に基づいて起電力ＶＮＨ３’を補正することで、より的確に起電力ＶＮＨ３’を補正することが可能となる。
【0099】
・第１及び第２実施形態のガスセンサ２０は、混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正するものであるが、第３実施形態のガスセンサ２０のように、アンモニア濃度演算値ｐＮＨ３を補正してもよい。また、第３実施形態のガスセンサ２０は、混成電位セル４４の起電力ＶＮＨ３を補正してもよい。
【0100】
・第２実施形態のガスセンサ２０は、混成電位セル４４の温度と相関を有するパラメータとして、混成電位セル４４の交流アドミタンスＹＮＨ３に代えて、センサセル４２の交流アドミタンスやヒータ５９の抵抗等を用いてもよい。
・第４実施形態のガス濃度演算部３００の構成は、第２実施形態のガス濃度演算部３００や第３実施形態のガス濃度演算部３００にも適用可能である。例えば第２実施形態のガス濃度演算部３００は、混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３に対してなまし処理を施してもよい。また、第３実施形態のガス濃度演算部３００は、エンジン回転速度Ｎｅやエンジン負荷Ｌｅ、アクセル開度Ｐａ等になまし処理を施してもよい。
・第４実施形態のガス濃度演算部３００の構成は、第２実施形態のガス濃度演算部３００や第３実施形態のガス濃度演算部３００にも適用可能である。例えば第２実施形態のガス濃度演算部３００は、混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３に対してなまし処理を施してもよい。また、第３実施形態のガス濃度演算部３００は、エンジン回転速度Ｎｅやエンジン負荷Ｌｅ、アクセル開度Ｐａ等になまし処理を施してもよい。
【0101】
・第４実施形態のガス濃度演算部３００が混成電位セル４４の起電力検出値ＶＮＨ３に対して施す処理は、なまし処理に限らず、移動平均処理等の種々のフィルタリング処理であってもよい。また、フィルタリング処理に代えて、マスキング処理等を用いてもよい。
【0102】
・各実施形態のガスセンサ２０では、エンジンＥＣＵ３０がアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の演算を行っているが、これに代えて、ＳＣＵ２２がアンモニア濃度演算値ｐＮＨ３の演算を行ってもよい。
・本開示に記載のＳＣＵ２２、エンジンＥＣＵ３０、並びにそれらの制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のＳＣＵ２２、エンジンＥＣＵ３０、並びにそれらの制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のＳＣＵ２２、エンジンＥＣＵ３０、並びにそれらの制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
・本開示に記載のＳＣＵ２２、エンジンＥＣＵ３０、並びにそれらの制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のＳＣＵ２２、エンジンＥＣＵ３０、並びにそれらの制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のＳＣＵ２２、エンジンＥＣＵ３０、並びにそれらの制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
【0103】
・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【0104】
２０：ガスセンサ
４１：ポンプセル（酸素濃度検出部）
４４：混成電位セル
５９：ヒータ
６５：検知電極
６６：基準電極
２２６，３００：ガス濃度演算部
４１：ポンプセル（酸素濃度検出部）
４４：混成電位セル
５９：ヒータ
６５：検知電極
６６：基準電極
２２６，３００：ガス濃度演算部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】