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JP2017020825A - Gas concentration detector - Google Patents

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JP2017020825A
JP2017020825A JP2015136657A JP2015136657A JP2017020825A JP 2017020825 A JP2017020825 A JP 2017020825A JP 2015136657 A JP2015136657 A JP 2015136657A JP 2015136657 A JP2015136657 A JP 2015136657A JP 2017020825 A JP2017020825 A JP 2017020825A
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JP
Japan
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electrode
voltage
electrochemical cell
value
detection
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Pending
Application number
JP2015136657A
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Japanese (ja)
Inventor
圭一郎 青木
Keiichiro Aoki
圭一郎 青木
和弘 若尾
Kazuhiro Wakao
和弘 若尾
達弘 橋田
Tatsuhiro Hashida
達弘 橋田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas concentration detector capable of acquiring (detecting) a concentration of sulfur oxides contained in exhaust gas as gas to be detected with accuracy as much as possible by using a limit current type gas sensor.SOLUTION: In a limit current type gas sensor comprising a first electrochemical cell 11c and a second electrochemical cell 12c, one (a negative electrode) 11a of a pair of electrodes provided to the first electrochemical cell 11C is constituted of a material capable of decomposing sulfur oxides (SOx). A decomposition rate of SOx by one (a negative electrode) of a pair of electrodes of the second electrochemical cell 12C is made slower than that of the negative electrode of the first electrochemical cell. Further, a SOx concentration in gas to be detected is obtained by using output of the first electrochemical cell and the second electrochemical cell at the time of detection of SOx and correction coefficients Km and Ks for correcting inherent detection errors of the first electrochemical cell and the second electrochemical cell.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の排気中に含まれる硫黄酸化物(SOx)の濃度をより正確に取得することができるガス濃度検出装置に関する。   The present invention relates to a gas concentration detection device that can more accurately acquire the concentration of sulfur oxide (SOx) contained in exhaust gas of an internal combustion engine.

従来から、空燃比センサの1つとして限界電流式ガスセンサが知られている。限界電流式ガスセンサは、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の表面に固着された一対の電極と、を含む電気化学セルであるポンピングセルを備える。一対の電極の一方は、拡散抵抗部を介して導入される被検ガスとしての内燃機関の排気に曝され、他方は大気に曝されている。上記一方の電極を陰極とし、上記他方の電極を陽極として、これらの一対の電極の間に酸素の分解が始まる電圧(分解開始電圧)以上の電圧を印加すると、被検ガス中に含まれる酸素が還元分解されて酸化物イオン(O2−)となる。この酸化物イオンは上記固体電解質体を介して陽極へと伝導されて酸素となり、大気中へと排出される。このような陰極側から陽極側への酸化物イオンの伝導による酸素の移動は「酸素ポンピング作用」と称される。 Conventionally, a limiting current type gas sensor is known as one of air-fuel ratio sensors. The limiting current type gas sensor includes a pumping cell which is an electrochemical cell including a solid electrolyte body having oxide ion conductivity and a pair of electrodes fixed to the surface of the solid electrolyte body. One of the pair of electrodes is exposed to the exhaust gas of the internal combustion engine as the test gas introduced through the diffusion resistance portion, and the other is exposed to the atmosphere. When one of the electrodes is used as a cathode and the other electrode is used as an anode, when a voltage equal to or higher than the voltage at which oxygen begins to decompose (decomposition start voltage) is applied between the pair of electrodes, oxygen contained in the test gas Is reduced and decomposed into oxide ions (O 2− ). The oxide ions are conducted to the anode through the solid electrolyte body, become oxygen, and are discharged into the atmosphere. Such movement of oxygen due to conduction of oxide ions from the cathode side to the anode side is referred to as “oxygen pumping action”.

酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、上記一対の電極の間に電流が流れる。このように一対の電極間に流れる電流は「電極電流」と称される。この電極電流は一対の電極間に印加される電圧(以降、単に「印加電圧」と称される場合がある。)が上昇するほど大きくなる傾向を有する。しかしながら上記一方の電極(陰極)に到達する被検ガスの流量が拡散抵抗部によって制限されるので、やがて酸素ポンピング作用に伴う酸素の消費速度が陰極への酸素の供給速度を超えるようになる。即ち、陰極における酸素の還元分解反応が拡散律速状態となる。   A current flows between the pair of electrodes by conduction of oxide ions accompanying the oxygen pumping action. The current flowing between the pair of electrodes in this way is referred to as “electrode current”. This electrode current has a tendency to increase as the voltage applied between the pair of electrodes (hereinafter, sometimes simply referred to as “applied voltage”) increases. However, since the flow rate of the test gas that reaches the one electrode (cathode) is limited by the diffusion resistance portion, the oxygen consumption rate accompanying the oxygen pumping action eventually exceeds the oxygen supply rate to the cathode. That is, the oxygen reductive decomposition reaction at the cathode is in a diffusion-controlled state.

上記拡散律速状態においては、印加電圧を上昇させても電極電流が増大せず、略一定となる。このような特性は「限界電流特性」と称され、限界電流特性が発現する(観測される)印加電圧の範囲は「限界電流域」と称される。更に、限界電流域における電極電流は「限界電流」と称され、限界電流の大きさ(限界電流値)は陰極への酸素の供給速度に対応する。上記のように陰極に到達する被検ガスの流量が拡散抵抗部によって一定に維持されているので、陰極への酸素の供給速度は被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。   In the diffusion-controlled state, the electrode current does not increase even when the applied voltage is increased, and becomes substantially constant. Such a characteristic is referred to as a “limit current characteristic”, and a range of an applied voltage in which the limit current characteristic is manifested (observed) is referred to as a “limit current region”. Furthermore, the electrode current in the limit current region is referred to as “limit current”, and the magnitude of the limit current (limit current value) corresponds to the supply rate of oxygen to the cathode. Since the flow rate of the test gas reaching the cathode is maintained constant by the diffusion resistance portion as described above, the oxygen supply rate to the cathode corresponds to the concentration of oxygen contained in the test gas.

従って、空燃比センサとして使用される限界電流式ガスセンサにおいて「限界電流域内の所定の電圧」に印加電圧を設定したときの電極電流(限界電流)は被検ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用して、空燃比センサは被検ガス中に含まれる酸素の濃度を検出し、それに基づいて燃焼室内の混合気の空燃比を取得することができる。   Therefore, in the limit current type gas sensor used as an air-fuel ratio sensor, the electrode current (limit current) when the applied voltage is set to “predetermined voltage in the limit current region” corresponds to the concentration of oxygen contained in the test gas. To do. Thus, the air-fuel ratio sensor can detect the concentration of oxygen contained in the test gas by using the limiting current characteristic of oxygen, and can acquire the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber based on the oxygen concentration.

なお、上記のような限界電流特性は酸素ガスのみに限定される特性ではない。具体的には、分子中に酸素原子を含むガス(以降、「含酸素ガス」と称される場合がある。)の中には、印加電圧及び陰極の構成を適切に選択することにより限界電流特性を発現させることができるものがある。このような含酸素ガスの例としては、例えば、硫黄酸化物(以下、「SOx」と称することがある)、水(以下、「HO」と称することがある)及び二酸化炭素(以下、「CO」と称することがある)等を挙げることができる。 The limiting current characteristics as described above are not limited to oxygen gas alone. Specifically, in the gas containing oxygen atoms in the molecule (hereinafter, sometimes referred to as “oxygen-containing gas”), the limit current is determined by appropriately selecting the applied voltage and the configuration of the cathode. There is something that can express the characteristics. Examples of such oxygen-containing gas include, for example, sulfur oxide (hereinafter sometimes referred to as “SOx”), water (hereinafter sometimes referred to as “H 2 O”) and carbon dioxide (hereinafter referred to as “SOx”). May be referred to as “CO 2 ”).

ところで、内燃機関の燃料(例えば、軽油及びガソリン等)には微量の硫黄(S)成分が含まれる。特に、粗悪燃料とも称される燃料は、比較的高い含有率にて硫黄成分を含有している場合がある。燃料中の硫黄成分の含有率(以降、単に「硫黄含有率」と称される場合がある。)が高いと、内燃機関の構成部材の劣化及び/又は故障、排気浄化触媒の被毒、排気における白煙の発生等の問題が生じる虞が高まる。そのため、燃料中の硫黄成分の含有率を取得し、取得された硫黄含有率を車両の制御に反映することが望まれている。その一例としては、内燃機関の制御への反映、内燃機関の故障に関する警告制御への反映及び排気浄化触媒の自己故障診断(OBD)への反映などが想定されている。   Incidentally, a small amount of sulfur (S) component is contained in the fuel (for example, light oil and gasoline) of the internal combustion engine. In particular, a fuel also called a poor fuel may contain a sulfur component at a relatively high content. When the content rate of sulfur components in the fuel (hereinafter, sometimes simply referred to as “sulfur content rate”) is high, deterioration and / or failure of components of the internal combustion engine, poisoning of the exhaust purification catalyst, exhaust gas There is an increased risk of problems such as generation of white smoke. Therefore, it is desired to acquire the content rate of the sulfur component in the fuel and reflect the acquired sulfur content rate in the control of the vehicle. As an example thereof, reflection in internal combustion engine control, reflection in internal combustion engine failure warning control, and exhaust purification catalyst self-failure diagnosis (OBD) are assumed.

内燃機関の燃料が硫黄成分を含有していると、燃焼室から排出される排気中に硫黄酸化物が含まれる。更に、燃料中の硫黄含有率が高くなるほど、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度(以降、単に「SOx濃度」と称される場合がある。)も高くなる。従って、排気中のSOx濃度を正確に取得することができれば、取得されたSOx濃度に基づいて燃料中の硫黄含有率を正確に取得することができると考えられる。   When the fuel of the internal combustion engine contains a sulfur component, sulfur oxide is contained in the exhaust discharged from the combustion chamber. Furthermore, the higher the sulfur content in the fuel, the higher the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust (hereinafter sometimes referred to simply as “SOx concentration”). Therefore, if the SOx concentration in the exhaust gas can be accurately acquired, it is considered that the sulfur content in the fuel can be accurately acquired based on the acquired SOx concentration.

そこで、当該技術分野においては、上述した酸素ポンピング作用を利用する限界電流式ガスセンサによって内燃機関の排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得する試みがなされている。具体的には、被検ガスとしての内燃機関の排気が拡散抵抗部を介して導かれる内部空間に陰極が面するように直列に配置された2つのポンピングセルを備える限界電流式ガスセンサ(2セル式の限界電流式ガスセンサ)が使用される。   Therefore, in this technical field, an attempt has been made to acquire the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust gas of the internal combustion engine by the limiting current type gas sensor using the oxygen pumping action described above. Specifically, a limiting current type gas sensor (2 cells) having two pumping cells arranged in series so that the cathode faces an internal space through which the exhaust gas of the internal combustion engine as the test gas is guided through the diffusion resistance unit. The limiting current type gas sensor) is used.

このセンサにおいては、上流側のポンピングセルの電極間に相対的に低い電圧を印加することにより、上流側のポンピングセルの酸素ポンピング作用によって被検ガス中に含まれる酸素を除去する。   In this sensor, by applying a relatively low voltage between the electrodes of the upstream pumping cell, oxygen contained in the test gas is removed by the oxygen pumping action of the upstream pumping cell.

更に、下流側のポンピングセルの電極間に相対的に高い電圧を印加することにより、下流側のポンピングセルによって被検ガス中に含まれる硫黄酸化物を陰極において還元分解させ、その結果として生ずる酸化物イオンを陽極へと伝導する。そして下流側のポンピングセルの電極電流に基づいて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度が取得される(例えば、特許文献1を参照。)。   Further, by applying a relatively high voltage between the electrodes of the downstream pumping cell, the downstream pumping cell causes the sulfur oxide contained in the test gas to be reduced and decomposed at the cathode, and the resulting oxidation. Conducts physical ions to the anode. Based on the electrode current of the downstream pumping cell, the concentration of sulfur oxide contained in the test gas is acquired (see, for example, Patent Document 1).

特開平11−190721号公報JP-A-11-190721

上述したように、酸素ポンピング作用を利用する限界電流式ガスセンサによって、内燃機関の排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を取得する試みがなされている。しかしながら、排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度は極めて低く、硫黄酸化物の分解に起因する電流(分解電流)も極めて小さい。更に、硫黄酸化物以外の含酸素ガス(例えば、水及び二酸化炭素等)に起因する分解電流も電極間に流れ得る。そのため、例えば、排気中の水の濃度が変化すると、硫黄酸化物の濃度を精度よく検出できない。   As described above, an attempt has been made to acquire the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust gas of an internal combustion engine using a limiting current gas sensor that utilizes an oxygen pumping action. However, the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust gas is extremely low, and the current (decomposition current) resulting from the decomposition of sulfur oxide is also extremely small. Furthermore, a decomposition current caused by oxygen-containing gas other than sulfur oxide (for example, water and carbon dioxide) can also flow between the electrodes. Therefore, for example, when the concentration of water in the exhaust gas changes, the concentration of sulfur oxide cannot be detected with high accuracy.

更に、限界電流式ガスセンサは、製造上の個体差を有し、更には、その出力特性が経時変化する。よって、硫黄酸化物の濃度を精度よく検出するためには、これら個体差及び経時変化に起因する出力値の変化を補償する必要がある。   Furthermore, the limiting current type gas sensor has individual differences in manufacturing, and furthermore, its output characteristics change with time. Therefore, in order to accurately detect the concentration of sulfur oxide, it is necessary to compensate for these individual differences and changes in the output value due to changes over time.

本発明は上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、限界電流式ガスセンサを使用して被検ガスとしての排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度をできるだけ精度良く取得(検出)することができるガス濃度検出装置を提供することにある。   The present invention has been made to address the above-described problems. That is, one of the objects of the present invention is to provide a gas concentration detection device capable of acquiring (detecting) the concentration of sulfur oxide contained in the exhaust gas as the test gas as accurately as possible using the limiting current type gas sensor. Is to provide.

概して言えば、本発明によるガス濃度検出装置(以下、「本発明装置」と称する。)は、拡散抵抗層を通って内部空間に流入した被検ガス(内燃機関の排気)が接触する「第1電気化学セル(センサセル)及び第2電気化学セル(モニタセル)」を有する。   Generally speaking, the gas concentration detection apparatus according to the present invention (hereinafter referred to as “the present invention apparatus”) is in contact with the test gas (exhaust gas of the internal combustion engine) that has flowed into the internal space through the diffusion resistance layer. 1 electrochemical cell (sensor cell) and second electrochemical cell (monitor cell) ”.

第1電気化学セル及び第2電気化学セルは、水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに、被検ガス中に含まれる水を分解させることができる。一方、第2電気化学セルに水の分解開始電圧以上の特定電圧を印加したときの硫黄酸化物の分解速度は、第1電気化学セルに前記特定電圧を印加したときの硫黄酸化物の分解速度よりも低くなるように構成されている。   The first electrochemical cell and the second electrochemical cell can decompose water contained in the test gas when a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied. On the other hand, the sulfur oxide decomposition rate when a specific voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied to the second electrochemical cell is the sulfur oxide decomposition rate when the specific voltage is applied to the first electrochemical cell. It is comprised so that it may become lower.

そして、本発明装置は、第1電気化学セル及び第2電気化学セルに水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに、第1電気化学セルの電極間に流れる電流値(SOx検出用第1検出値)と第2電気化学セルの電極間に流れる電流値(SOx検出用第2検出値)とを取得する。そして、第2電気化学セルの電極電流に対応する検出値であるSOx検出用第2検出値は、水の分解に起因する電流の値を主として含むが、SOxの分解生成物による影響を実質的に受けない。従って、第1電気化学セルのSOx検出用第1検出値と第2電気化学セルのSOx検出用第2検出値との差Δを取得することにより、被検ガス中に含まれる水の濃度変動の影響を低減することができる。換言すると、差ΔはSOx濃度に対して高い感度を有する。 The device according to the present invention provides a current value (SOx detection first current) flowing between the electrodes of the first electrochemical cell when a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied to the first electrochemical cell and the second electrochemical cell. 1 detection value) and a current value flowing between the electrodes of the second electrochemical cell (second detection value for SOx detection) are acquired. The second detection value for SOx detection, which is a detection value corresponding to the electrode current of the second electrochemical cell, mainly includes the value of the current due to the decomposition of water, but substantially affects the influence of the decomposition product of SOx. I don't accept it. Therefore, by obtaining the difference Δ between the first detection value for SOx detection of the first electrochemical cell and the second detection value for SOx detection of the second electrochemical cell, the concentration fluctuation of the water contained in the test gas is obtained. Can be reduced. In other words, the difference Δ is highly sensitive to the SOx concentration.

更に、上述したように、第1及び第2電気化学セルの検出値(電流値)は、個体差及び経時変化に起因した出力誤差を含む。そこで、本発明装置は、先ず内部空間の被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度である場合(例えば、内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態である場合)において、酸素の限界電流域の電圧を第2電気化学セルに印加し、そのときの第2電気化学セルの検出値(検出モニタセル値)に対する予め定められた所定の基準出力値の比をモニタセル補正値(Km)として求める。基準出力値は、「設計上基準となる第2電気化学セル」が、内部空間の被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度である場合においてその電気化学セルに酸素の限界電流域の電圧を印加した際に示す検出値である。従って、以降において、SOx検出用第2検出値にモニタセル補正値(Km)を乗じた値は、第2電気化学セルがあたかも基準となる第2電気化学セルと同じ特性を有する場合に示すSOx検出用第2検出値と等しくなる。   Furthermore, as described above, the detection values (current values) of the first and second electrochemical cells include output errors due to individual differences and changes over time. In view of this, the apparatus according to the present invention, first, in the case where the oxygen concentration of the test gas in the internal space is a specific constant concentration (for example, when the operation state of the internal combustion engine is the fuel cut operation state), A voltage is applied to the second electrochemical cell, and a ratio of a predetermined reference output value determined in advance to a detection value (detection monitor cell value) of the second electrochemical cell at that time is obtained as a monitor cell correction value (Km). The reference output value is that when the oxygen concentration of the test gas in the internal space is a specific constant concentration, the voltage in the limiting current region of oxygen is applied to the electrochemical cell. This is the detection value shown when applied. Therefore, hereinafter, the value obtained by multiplying the second detection value for SOx detection by the monitor cell correction value (Km) is the SOx detection shown when the second electrochemical cell has the same characteristics as the reference second electrochemical cell. It becomes equal to the second detection value.

更に、本発明装置は、内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態である場合に第1及び第2電気化学セルに酸素の限界電流域の下限電圧以上の電圧を印加するか、又は、内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に第1及び第2電気化学セルに酸素の限界電流域の電圧を印加する。そして、「そのときの第1電気化学セルの検出値」に対する「そのときの第2電気化学セルの検出値と前記モニタセル補正値(Km)との積」の比をセンサセル補正値(Ks)として求める。発明者の実験によれば、この比(即ち、センサセル補正値(Ks))は、内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合(即ち、燃料噴射中である場合)において第1及び第2電気化学セルに「酸素の限界電流域よりも高い電圧よりも高い電圧(例えば、水の分解開始電圧以上の電圧)」を印加したときの、「第1電気化学セルの検出値」に対する「そのときの第2電気化学セルの検出値と前記モニタセル補正値(Km)との積」の比にほぼ等しい。従って、以降において、SOx検出用第1検出値にセンサセル補正値(Ks)を乗じた値は、第2電気化学セルがあたかも基準となる第2電気化学セルと同じ特性を有し、且つ、第1電気化学セルがあたかも基準となる第1電気化学セルと同じ特性を有する場合において得られるSOx検出用第1検出値と等しくなる。   Furthermore, the device according to the present invention applies a voltage equal to or higher than the lower limit voltage of the oxygen limit current region to the first and second electrochemical cells when the operation state of the internal combustion engine is a fuel cut operation state, or the internal combustion engine. When the operation state is not the fuel cut operation state, a voltage in the limiting current region of oxygen is applied to the first and second electrochemical cells. Then, the ratio of the “product of the detection value of the second electrochemical cell at that time and the monitor cell correction value (Km)” to the “detection value of the first electrochemical cell at that time” is used as the sensor cell correction value (Ks). Ask. According to the inventor's experiment, this ratio (that is, the sensor cell correction value (Ks)) is the first and second values when the operation state of the internal combustion engine is not the fuel cut operation state (that is, when fuel is being injected). When “a voltage higher than a voltage higher than the limiting current region of oxygen (for example, a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage)” is applied to the electrochemical cell, “the detected value of the first electrochemical cell” Is substantially equal to the ratio of the product of the detected value of the second electrochemical cell and the monitor cell correction value (Km) ". Therefore, hereinafter, the value obtained by multiplying the first detection value for SOx detection by the sensor cell correction value (Ks) has the same characteristics as the second electrochemical cell as a reference, and the second This is equal to the first detection value for SOx detection obtained when one electrochemical cell has the same characteristics as the first reference electrochemical cell.

そして、本発明装置は、前記SOx検出用第2検出値と前記モニタセル補正値との積と、前記SOx検出用第1検出値と前記センサセル補正値との積と、の差に応じた値に基づいて前記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求める。以上により、本発明装置は、精度良くSOx濃度を検出することができる。   The device according to the present invention has a value corresponding to a difference between a product of the second detection value for SOx detection and the monitor cell correction value and a product of the first detection value for SOx detection and the sensor cell correction value. Based on this, the concentration of sulfur oxide in the test gas is determined. As described above, the device of the present invention can detect the SOx concentration with high accuracy.

より具体的に述べると、本発明装置は、第1電気化学セル(11c)と、第2電気化学セル(12c)と、緻密体(21a〜21f)と、拡散抵抗部(32)と、を備える素子部(10)を有する。   More specifically, the device of the present invention includes a first electrochemical cell (11c), a second electrochemical cell (12c), a dense body (21a to 21f), and a diffusion resistance portion (32). It has an element part (10) provided.

前記第1電気化学セル(11c)は、酸化物イオン伝導性を有する第1固体電解質体(11s)と、前記第1固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第1電極(11a)及び第2電極(11b)と、を含む。
前記第2電気化学セル(12c)は、酸化物イオン伝導性を有する第2固体電解質体(11s)の表面にそれぞれ形成された第3電極(12a)及び第4電極(12b)と、を含む。
The first electrochemical cell (11c) includes a first solid electrolyte body (11s) having oxide ion conductivity, and a first electrode (11a) and a second electrode formed on the surface of the first solid electrolyte body, respectively. An electrode (11b).
The second electrochemical cell (12c) includes a third electrode (12a) and a fourth electrode (12b) respectively formed on the surface of the second solid electrolyte body (11s) having oxide ion conductivity. .

更に、前記素子部(10)は、前記第1固体電解質体及び前記第2固体電解質体と前記緻密体と前記拡散抵抗部とにより画定される第1内部空間(31)に前記拡散抵抗部を介して内燃機関の排気が被検ガスとして導入され、前記第1電極及び前記第3電極が前記第1内部空間に露出し且つ前記第2電極及び前記第4電極が前記第1内部空間とは異なる第1別空間(51)に露出するように構成されている。
第2電極が位置する第1別空間と第4電極が位置する第1別空間は、第1内部空間と異なる空間であれば、互いに同一の空間であっても互いに別の空間であってもよい。
Furthermore, the element portion (10) includes the diffusion resistance portion in a first internal space (31) defined by the first solid electrolyte body, the second solid electrolyte body, the dense body, and the diffusion resistance portion. The exhaust gas of the internal combustion engine is introduced as a test gas via the first electrode, the third electrode is exposed to the first internal space, and the second electrode and the fourth electrode are the first internal space. It is configured to be exposed to a different first separate space (51).
The first separate space in which the second electrode is located and the first separate space in which the fourth electrode is located may be the same space or different spaces as long as they are different from the first internal space. Good.

加えて、本発明装置は、
前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に電圧を印加する電圧印加部(61、62)と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加したときに前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流値に対応する第1検出値及び前記第3電極と前記第4電極との間に電圧を印加したときに前記第3電極と前記第4電極との間に流れる電流値に対応する第2検出値を取得する取得部(71、72、81)と、
を有する。
In addition, the device of the present invention
A voltage application unit (61, 62) for applying a voltage between the first electrode and the second electrode and between the third electrode and the fourth electrode;
A first detection value corresponding to a current value flowing between the first electrode and the second electrode when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode; An acquisition unit (71, 72, 81) for acquiring a second detection value corresponding to a current value flowing between the third electrode and the fourth electrode when a voltage is applied between the four electrodes;
Have

前記第1電極は前記第1電極と前記第2電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに前記被検ガス中に含まれる水(HO)を分解させることが可能となるように構成されている。
前記第3電極は前記第3電極と前記第4電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに、前記被検ガス中に含まれる水(HO)を分解させることが可能となるように構成されている。
The first electrode decomposes water (H 2 O) contained in the test gas when a voltage equal to or higher than a water decomposition start voltage is applied between the first electrode and the second electrode. It is configured to be possible.
The third electrode decomposes water (H 2 O) contained in the test gas when a voltage equal to or higher than a water decomposition start voltage is applied between the third electrode and the fourth electrode. Is configured to be possible.

更に、前記第1電極及び前記第3電極は、前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加したとき、前記第3電極による硫黄酸化物(SOx)の分解速度(モニタセル分解速度)が前記第1電極による硫黄酸化物の分解速度(センサセル分解速度)よりも低くなるように構成されている。具体的には、センサセル分解速度に対してモニタセル分解速度は実質的にゼロと見做せる程度の速度であることが望ましい。   Further, the first electrode and the third electrode apply the same voltage that is equal to or higher than the water decomposition start voltage between the first electrode and the second electrode and between the third electrode and the fourth electrode. In this case, the sulfur oxide (SOx) decomposition rate (monitor cell decomposition rate) by the third electrode is configured to be lower than the sulfur oxide decomposition rate (sensor cell decomposition rate) by the first electrode. Specifically, it is desirable that the monitor cell decomposition rate is a rate that can be regarded as substantially zero with respect to the sensor cell decomposition rate.

加えて、前記取得部は、
前記第1内部空間の前記被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度であると判定した場合に、前記第3電極と前記第4電極との間に酸素の限界電流域の電圧を印加し、そのときの前記第2検出値である検出モニタセル値に対する予め定められた所定の基準出力値の比をモニタセル補正値(Km)として求め(ステップ530乃至ステップ560)、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態である場合に酸素の限界電流域の下限電圧以上の電圧を前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に前記電圧印加部を用いて印加する第1電圧印加制御(ステップ640乃至670)、及び、前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に酸素の限界電流域の電圧を前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に前記電圧印加部を用いて印加する第2電圧印加制御(図10のステップ730乃至1020)、のうちの少なくとも一方を実行するとともに、
前記第1電圧印加制御及び前記第2電圧印加制御のうちの少なくとも一方が実行されているときの、前記第1検出値に対する、前記第2検出値と前記モニタセル補正値との積の、比をセンサセル補正値(Ks)として求め(ステップ680及びステップ1030)、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に、前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加するとともに、そのときの前記第1検出値及び前記第2検出値をそれぞれSOx検出用第1検出値及びSOx検出用第2検出値として取得し(図7のステップ730乃至ステップ750)、
前記SOx検出用第2検出値と前記モニタセル補正値との積と、前記SOx検出用第1検出値と前記センサセル補正値との積と、の差に応じた値に基づいて前記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求める(ステップ760乃至ステップ780)。
In addition, the acquisition unit
When it is determined that the oxygen concentration of the test gas in the first internal space is a specific constant concentration, a voltage in a limiting current region of oxygen is applied between the third electrode and the fourth electrode, A ratio of a predetermined reference output value determined in advance to the detected monitor cell value that is the second detected value at that time is obtained as a monitor cell correction value (Km) (steps 530 to 560),
When the operation state of the internal combustion engine is a fuel cut operation state, a voltage equal to or higher than the lower limit voltage of the limit current region of oxygen is applied between the first electrode and the second electrode and between the third electrode and the fourth electrode. First voltage application control (steps 640 to 670) to be applied using the voltage application unit during the period of time, and when the operation state of the internal combustion engine is not a fuel cut operation state, the voltage in the limiting current region of oxygen is Of the second voltage application control (steps 730 to 1020 in FIG. 10) to be applied using the voltage application unit between one electrode and the second electrode and between the third electrode and the fourth electrode And at least one of
A ratio of a product of the second detection value and the monitor cell correction value with respect to the first detection value when at least one of the first voltage application control and the second voltage application control is being executed. Obtained as a sensor cell correction value (Ks) (steps 680 and 1030),
When the operation state of the internal combustion engine is not a fuel cut operation state, a voltage equal to or higher than a water decomposition start voltage is applied between the first electrode and the second electrode and between the third electrode and the fourth electrode. And applying the first detection value and the second detection value at that time as a first detection value for SOx detection and a second detection value for SOx detection, respectively (steps 730 to 750 in FIG. 7);
Based on a value corresponding to a difference between a product of the second detection value for SOx detection and the monitor cell correction value and a product of the first detection value for SOx detection and the sensor cell correction value, The concentration of sulfur oxide is obtained (steps 760 to 780).

このように、本発明装置は、モニタセル補正値(Km)を酸素濃度が特定の一定濃度の間(例えばフューエルカット運転中)に第2電気化学セルに酸素の限界電流域の電圧を印加して求める。よって、検出モニタセル値は、被検ガスの水及びSOxの濃度の影響を受けず、第2電気化学セルの固有のポンピング機能に応じた値となる。従って、検出モニタセル値に対する基準出力値の比(=検出モニタセル値/基準出力値)であるモニタセル補正値(Km)は、第2電気化学セルの固有の誤差を精度良く反映した値となる。   As described above, the apparatus of the present invention applies the voltage in the limiting current region of oxygen to the second electrochemical cell while the oxygen concentration is a specific constant concentration (for example, during fuel cut operation). Ask. Therefore, the detection monitor cell value is not affected by the concentration of the water and SOx of the test gas, and is a value corresponding to the inherent pumping function of the second electrochemical cell. Therefore, the monitor cell correction value (Km), which is the ratio of the reference output value to the detected monitor cell value (= detected monitor cell value / reference output value), is a value that accurately reflects the inherent error of the second electrochemical cell.

更に、本発明装置は、前記第1電圧印加制御及び前記第2電圧印加制御のうちの少なくとも一方が実行されているときの、前記第1検出値に対する、前記第2検出値と前記モニタセル補正値との積の、比(=Km・第1検出値/第2検出値)をセンサセル補正値(Ks)として求める。   Furthermore, the device according to the present invention provides the second detection value and the monitor cell correction value with respect to the first detection value when at least one of the first voltage application control and the second voltage application control is executed. The ratio (= Km · first detection value / second detection value) of the product of is calculated as a sensor cell correction value (Ks).

更に、前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に、第1電気化学セルと第2電気化学セルに水の分解開始電圧以上の電圧を印加して、SOx検出用第1検出値及びSOx検出用第2検出値を取得する。   Further, when the operating state of the internal combustion engine is not a fuel cut operating state, a voltage equal to or higher than a water decomposition start voltage is applied to the first electrochemical cell and the second electrochemical cell, and a first detection value for SOx detection and The second detection value for SOx detection is acquired.

加えて、本発明装置は、SOx検出用第2検出値とモニタセル補正値との積と、SOx検出用第1検出値とセンサセル補正値との積と、の差(SOx濃度検出用パラメータP)に応じた値に基づいて被検ガスの硫黄酸化物の濃度を検出している。この差(P)は、第1及び第2電気化学セルの固有の誤差を補償した値となる。   In addition, the device according to the present invention provides a difference (SOx concentration detection parameter P) between the product of the second detection value for SOx detection and the monitor cell correction value and the product of the first detection value for SOx detection and the sensor cell correction value. The concentration of sulfur oxide in the test gas is detected based on the value corresponding to the above. This difference (P) is a value that compensates for the inherent error of the first and second electrochemical cells.

従って、本発明装置によれば、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を精度良く検出することができる。更に、本発明装置は、第1電気化学セルと第2電気化学セルの固有の検出誤差を考慮しない場合と比べて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を高い精度で検出することができる。   Therefore, according to this invention apparatus, the density | concentration of the sulfur oxide contained in test gas can be detected accurately. Furthermore, the apparatus of the present invention can detect the concentration of sulfur oxide contained in the test gas with higher accuracy than when the detection error inherent to the first electrochemical cell and the second electrochemical cell is not taken into consideration. Can do.

本発明装置は、
前記第1固体電解質体と前記第2固体電解質体とは同一の共通固体電解質体(11s)であり、
前記素子部は、酸化物イオン伝導性を有する第3固体電解質体(12s)と、前記第3固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第5電極(13a)及び第6電極(13b)と、を含む第3電気化学セル(13c)を備え、
前記第1内部空間(31)は、前記共通固体電解質体、前記緻密体(21b)、前記拡散抵抗部(32)及び前記第3固体電解質により画定され、
前記第5電極が前記第1内部空間に露出し且つ前記第6電極が前記第1内部空間とは異なる第2別空間(52)に露出するように構成され、
前記電圧印加部(61〜63)は、前記第5電極と前記第6電極との間にも電圧を印加するように構成され、
前記第5電極及び前記第6電極は、前記第5電極と前記第6電極との間に酸素の限界電流域の電圧を印加したときに前記第1内部空間から酸素(O)を排出する酸素ポンピング機能を発揮するように構成され、
前記取得部は、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態であるとき前記第1内部空間の前記被検ガスの酸素濃度が前記特定の一定濃度であると判定し(ステップ530)、
前記モニタセル補正値を求める場合には前記第5電極と前記第6電極との間への前記電圧印加部を用いた電圧の印加を停止して前記酸素ポンピング機能を停止させ、
前記SOx検出用第1検出値及び前記SOx検出用第2検出値を取得する場合には前記電圧印加部より前記第5電極と前記第6電極との間に酸素の限界電流域の電圧を前記電圧印加部を用いて印加させて前記酸素ポンピング機能を発揮させる、ように構成されてもよい。
The device of the present invention
The first solid electrolyte body and the second solid electrolyte body are the same common solid electrolyte body (11s),
The element portion includes a third solid electrolyte body (12s) having oxide ion conductivity, a fifth electrode (13a) and a sixth electrode (13b) formed on the surface of the third solid electrolyte body, A third electrochemical cell (13c) comprising
The first internal space (31) is defined by the common solid electrolyte body, the dense body (21b), the diffusion resistance portion (32), and the third solid electrolyte,
The fifth electrode is exposed to the first internal space and the sixth electrode is exposed to a second separate space (52) different from the first internal space,
The voltage application unit (61 to 63) is configured to apply a voltage between the fifth electrode and the sixth electrode,
The fifth electrode and the sixth electrode discharge oxygen (O 2 ) from the first internal space when a voltage in a limiting current region of oxygen is applied between the fifth electrode and the sixth electrode. Constructed to demonstrate oxygen pumping function,
The acquisition unit
When the operation state of the internal combustion engine is a fuel cut operation state, it is determined that the oxygen concentration of the test gas in the first internal space is the specific constant concentration (step 530),
When obtaining the monitor cell correction value, the application of the voltage using the voltage application unit between the fifth electrode and the sixth electrode is stopped to stop the oxygen pumping function,
When acquiring the first detection value for SOx detection and the second detection value for SOx detection, the voltage application unit applies a voltage in the limiting current region of oxygen between the fifth electrode and the sixth electrode. The oxygen pumping function may be exhibited by applying the voltage using a voltage application unit.

このように構成すれば、SOx検出用第1検出値及びSOx検出用第2検出値を取得する際に、仮に被検ガス中に含まれる酸素の濃度が変化しても、第3電気化学セルの酸素ポンピング機能により第1内部空間内の酸素の濃度を一定に保持できる。従って、SOx検出用第1検出値及びSOx検出用第2検出値への酸素濃度の変化が及ぼす影響を有効に低減することができる。
そのため、第3電気化学セルによる酸素ポンピングを実行しない場合と比べて、第1電気化学セル及び第2電気化学セルにより被検ガス中の硫黄酸化物濃度をより精度良く検出することができる。
その一方、モニタセル補正値を求める場合には第3電気化学セルによる酸素ポンピング機能が停止される。従って、第1内部空間には十分な量の酸素が存在している状態において検出モニタセル値が求められるので、モニタセル補正値をより精度よく求めることができる。
If comprised in this way, even if the density | concentration of the oxygen contained in test gas changes, when acquiring the 1st detection value for SOx detection, and the 2nd detection value for SOx detection, the 3rd electrochemical cell With the oxygen pumping function, the oxygen concentration in the first internal space can be kept constant. Therefore, it is possible to effectively reduce the influence of the change in the oxygen concentration on the first detection value for SOx detection and the second detection value for SOx detection.
Therefore, compared with the case where oxygen pumping by the third electrochemical cell is not performed, the concentration of sulfur oxide in the test gas can be detected more accurately by the first electrochemical cell and the second electrochemical cell.
On the other hand, when the monitor cell correction value is obtained, the oxygen pumping function by the third electrochemical cell is stopped. Accordingly, since the detected monitor cell value is obtained in a state where a sufficient amount of oxygen is present in the first internal space, the monitor cell correction value can be obtained more accurately.

前記取得部は、
前記第1電圧印加制御を実行して前記センサセル補正値を求めるとともに、前記第1電圧印加制御の実行中に前記第5電極と前記第6電極との間への前記電圧印加部を用いた電圧の印加を停止して前記酸素ポンピング機能を停止させるように構成されてもよい。
The acquisition unit
A voltage using the voltage application unit between the fifth electrode and the sixth electrode during execution of the first voltage application control while obtaining the sensor cell correction value by executing the first voltage application control May be configured to stop the oxygen pumping function.

前記取得部は、
前記第1内部空間の前記被検ガスの酸素濃度の所定時間における変化量の最大値と最小値との差の大きさが所定変化量閾値以下であるときに前記第2電圧印加制御を実行して前記センサセル補正値を求める、ように構成されてもよい。
The acquisition unit
The second voltage application control is executed when the difference between the maximum value and the minimum value of the change amount of the oxygen concentration of the test gas in the first internal space in a predetermined time is equal to or less than a predetermined change amount threshold value. The sensor cell correction value may be obtained.

このようにすれば、第2電圧印加制御を実行しながら第1検出値及び第2検出値に基づいてセンサセル補正値(Ks)を求めるとき、その第1及び第2検出値への酸素濃度の変化が及ぼす影響を低減できる。よって、センサセル補正値(Ks)をより精度よく求めることが可能になる。   In this way, when the sensor cell correction value (Ks) is obtained based on the first detection value and the second detection value while executing the second voltage application control, the oxygen concentration of the first and second detection values is determined. The effect of change can be reduced. Therefore, the sensor cell correction value (Ks) can be obtained with higher accuracy.

前記取得部は、
前記SOx検出用第2検出値と前記モニタセル補正値との積(Imc)と、前記SOx検出用第1検出値と前記センサセル補正値との積(Isc)と、の差(P)及び前記SOx検出用第2検出値と前記モニタセル補正値との積(Imc)を引数とするルックアップテーブル(2次元マップ)に基づいて記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求めるように構成されてもよい(ステップ760乃至ステップ780)。
The acquisition unit
The difference (P) between the product (Imc) of the second detection value for SOx detection and the monitor cell correction value and the product (Isc) of the first detection value for SOx detection and the sensor cell correction value, and the SOx Even if it is configured to obtain the concentration of sulfur oxide of the test gas based on a look-up table (two-dimensional map) using as an argument the product (Imc) of the second detection value for detection and the monitor cell correction value. Good (steps 760 to 780).

このようにすれば、排気ガス中の水の濃度の影響を受けることなく、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を精度良く検出することができる。   In this way, the concentration of sulfur oxide contained in the test gas can be accurately detected without being affected by the concentration of water in the exhaust gas.

前記第1電極及び前記第3電極は白金(Pt)を含み、
前記第1電極が前記第3電極よりもロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)のうちの少なくとも1つをより多く含むように構成されてもよい。
The first electrode and the third electrode include platinum (Pt),
The first electrode may be configured to include at least one of rhodium (Rh) and palladium (Pd) more than the third electrode.

ロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)はSOxを分解でき、白金(Pt)はSOxを分解できない。従って、第1電極のSOx分解速度を第3電極のSOx分解速度より簡単に大きくできる。   Rhodium (Rh) and palladium (Pd) can decompose SOx, and platinum (Pt) cannot decompose SOx. Therefore, the SOx decomposition rate of the first electrode can be easily increased from the SOx decomposition rate of the third electrode.

なお、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。   In the above description, in order to help the understanding of the invention, the reference numerals used in the embodiments are attached to the configuration of the invention corresponding to the embodiments in parentheses, but each constituent element of the invention is the reference numeral. It is not limited to the embodiment defined by. Other objects, other features and attendant advantages of the present invention will be readily understood from the description of the embodiments of the present invention described with reference to the following drawings.

(a)は本発明の第1実施形態に係るガス濃度検出装置が備える素子部の構成の一例を示す模式的な断面図であり、(b)は(a)のA−A矢線に沿う断面図である。(A) is typical sectional drawing which shows an example of a structure of the element part with which the gas concentration detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention is equipped, (b) follows the AA arrow line of (a). It is sectional drawing. 第1電気化学セルを構成する第1電極と第2電極との間に印加される電圧(印加電圧)Vm1と、これらの電極間に流れる電極電流Im1との関係を示す模式的なグラフである。It is a typical graph which shows the relationship between the voltage (applied voltage) Vm1 applied between the 1st electrode which comprises a 1st electrochemical cell, and a 2nd electrode, and the electrode electric current Im1 which flows between these electrodes. . 第1電気化学セルに対する印加電圧Vm1が1.0Vであるときの電極電流Im1の大きさと被検ガス中に含まれる二酸化硫黄(SO)の濃度との関係を示す模式的なグラフである。Applied voltage Vm1 to the first electrochemical cell is a schematic graph showing the relationship between the concentration of sulfur dioxide (SO 2) contained in the size and the test gas in the electrode current Im1 of time is 1.0 V. 被検ガスにSOxが含まれていない場合に第1電気化学セル及び第2電気化学セルに水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加したときの、水の濃度と電極電流の関係を示す模式的なグラフである。Schematic showing the relationship between the water concentration and the electrode current when the same voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied to the first electrochemical cell and the second electrochemical cell when the test gas does not contain SOx. It is a typical graph. 補正係数(モニタセル補正値)Kmの取得処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the acquisition process routine of the correction coefficient (monitor cell correction value) Km. 補正係数Ks(センサセル補正値)の取得処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the acquisition process routine of correction coefficient Ks (sensor cell correction value). 補正係数Km、Ksを利用した硫黄酸化物の濃度算出処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the density | concentration calculation processing routine of the sulfur oxide using the correction coefficients Km and Ks. SOx濃度算出用2次元マップを示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional map for SOx density | concentration calculation. 水の濃度とSOx濃度検出用パラメータ及び補正第2検出値との関係を示す模式的なグラフである。It is a typical graph which shows the relationship between the density | concentration of water, the parameter for SOx density | concentration detection, and a correction | amendment 2nd detection value. 本発明の第2実施形態に係る補正係数Ksの取得処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the acquisition process routine of the correction coefficient Ks which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

1.第1実施形態
(構成)
以下、図1乃至図9を参照しながら本発明の第1実施形態に係るガス濃度検出装置(以下、「第1検出装置」と称される場合がある。)について説明する。第1検出装置は、図示を省略した「車両に搭載された内燃機関の排気管」を通るガス中の硫黄酸化物濃度を検出する装置である。
1. First embodiment (configuration)
Hereinafter, a gas concentration detection apparatus (hereinafter, may be referred to as “first detection apparatus”) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9. The first detection device is a device that detects the sulfur oxide concentration in the gas passing through the “exhaust pipe of the internal combustion engine mounted on the vehicle” (not shown).

第1検出装置は、図1(a)及び(b)に示すように、素子部10を備える。素子部10は、ポンピングセルである第1電気化学セル11cと、第1電気化学セル11cの近傍に併設されたポンピングセルである第2電気化学セル12cと、を備えている。   The 1st detection apparatus is provided with the element part 10, as shown to Fig.1 (a) and (b). The element unit 10 includes a first electrochemical cell 11c that is a pumping cell, and a second electrochemical cell 12c that is a pumping cell provided near the first electrochemical cell 11c.

素子部10は、固体電解質体11s、固体電解質体12s、第1アルミナ層21a、第2アルミナ層21b、第3アルミナ層21c、第4アルミナ層21d、第5アルミナ層21e及び第6アルミナ層21f、拡散抵抗部(拡散律速層)32並びにヒータ41を備える。固体電解質体11sは、場合により、第1固体電解質体又は第2固体電解質体と称され、固体電解質体12sは第3固体電解質体と称される。   The element unit 10 includes a solid electrolyte body 11s, a solid electrolyte body 12s, a first alumina layer 21a, a second alumina layer 21b, a third alumina layer 21c, a fourth alumina layer 21d, a fifth alumina layer 21e, and a sixth alumina layer 21f. , A diffusion resistance portion (diffusion rate limiting layer) 32 and a heater 41 are provided. The solid electrolyte body 11s is sometimes referred to as a first solid electrolyte body or a second solid electrolyte body, and the solid electrolyte body 12s is referred to as a third solid electrolyte body.

固体電解質体11sは、ジルコニア等を含む酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。固体電解質体11sを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム(Sc)及びイットリウム(Y)等の元素を含んでいてもよい。
固体電解質体12sもまた、ジルコニア等を含む酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。固体電解質体12sを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム(Sc)及びイットリウム(Y)等の元素を含んでいてもよい。
The solid electrolyte body 11s is a thin plate body having oxide ion conductivity containing zirconia or the like. The zirconia forming the solid electrolyte body 11s may contain elements such as scandium (Sc) and yttrium (Y).
The solid electrolyte body 12s is also a thin plate body having oxide ion conductivity containing zirconia or the like. The zirconia forming the solid electrolyte body 12s may contain elements such as scandium (Sc) and yttrium (Y), for example.

第1乃至第6アルミナ層21a乃至21fのそれぞれは、アルミナを含みかつガスを透過させない程度に緻密な層(緻密体)である。
拡散抵抗部32は多孔質の拡散律速層である。即ち、拡散抵抗部32はガス透過性の層(薄板体)である。
ヒータ41は、例えば、白金(Pt)とセラミックス(例えば、アルミナ等)とを有する薄板状のサーメットであり、後述するECU81による制御によって図示しない電源の電力が通電されることにより発熱する。
Each of the first to sixth alumina layers 21a to 21f is a dense layer (dense body) that contains alumina and does not allow gas to pass therethrough.
The diffusion resistance portion 32 is a porous diffusion rate limiting layer. That is, the diffusion resistance portion 32 is a gas permeable layer (thin plate).
The heater 41 is a thin plate-like cermet having, for example, platinum (Pt) and ceramics (for example, alumina or the like), and generates heat when electric power of a power source (not shown) is energized under the control of the ECU 81 described later.

素子部10の各層は、下方から、第5アルミナ層21e、第4アルミナ層21d、第3アルミナ層21c、固体電解質体11s、拡散抵抗部32及び第2アルミナ層21b、固体電解質体12s、第6アルミナ層21f並びに第1アルミナ層21aの順に積層されている。   Each layer of the element unit 10 includes, from below, the fifth alumina layer 21e, the fourth alumina layer 21d, the third alumina layer 21c, the solid electrolyte body 11s, the diffusion resistance unit 32 and the second alumina layer 21b, the solid electrolyte body 12s, The 6 alumina layers 21f and the first alumina layer 21a are laminated in this order.

第1内部空間31は、固体電解質体11s、拡散抵抗部32、第2アルミナ層21b及び固体電解質体12sによって形成される空間である。第1内部空間31の中には、拡散抵抗部32を介して内燃機関の排気が被検ガスとして導入されるようになっている。即ち、第1内部空間31は拡散抵抗部32を介して内燃機関の排気管の内部と連通している。   The first internal space 31 is a space formed by the solid electrolyte body 11s, the diffusion resistance portion 32, the second alumina layer 21b, and the solid electrolyte body 12s. The exhaust gas of the internal combustion engine is introduced into the first internal space 31 as a test gas via the diffusion resistance portion 32. That is, the first internal space 31 communicates with the inside of the exhaust pipe of the internal combustion engine via the diffusion resistance portion 32.

固体電解質体11s、第3アルミナ層21c及び第4アルミナ層21dによって第1大気導入路51が形成されている。第1大気導入路51は、排気管の外部の大気と連通している。なお、第1大気導入路51は、第1別空間に該当する。   A first air introduction path 51 is formed by the solid electrolyte body 11s, the third alumina layer 21c, and the fourth alumina layer 21d. The first atmosphere introduction path 51 communicates with the atmosphere outside the exhaust pipe. Note that the first air introduction path 51 corresponds to a first separate space.

固体電解質体12s、第6アルミナ層21f及び第1アルミナ層21aによって第2大気導入路52が画定されている。第2大気導入路52は、排気管の外部の大気と連通している。なお、第2大気導入路52は、第2別空間に該当する。   A second air introduction path 52 is defined by the solid electrolyte body 12s, the sixth alumina layer 21f, and the first alumina layer 21a. The second atmosphere introduction path 52 communicates with the atmosphere outside the exhaust pipe. The second atmosphere introduction path 52 corresponds to a second separate space.

第1電気化学セル11cは、固体電解質体11sと、第1電極11aと、第2電極11bと、を備えている。第1電気化学セル11cは、ヒータ41により活性化温度まで加熱される。
陰極である第1電極11aは、固体電解質体11sの一方の側の表面(具体的には、第1内部空間31を画定する固体電解質体11sの表面)に固着されている。第1電極11aは、白金(Pt)とロジウム(Rh)との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。第1電極11aはパラジウム(Pd)を含んでいてもよい。
陽極である第2電極11bは、固体電解質体11sを挟んで第1電極11aに対向するように、固体電解質体11sの他方の側の表面(具体的には、第1大気導入路51を画定する固体電解質体11sの表面)に固着されている。第2電極11bは、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。第2電極11bは、ロジウム(Rh)とパラジウム(Pd)のいずれも含んでいない。
The first electrochemical cell 11c includes a solid electrolyte body 11s, a first electrode 11a, and a second electrode 11b. The first electrochemical cell 11 c is heated to the activation temperature by the heater 41.
The first electrode 11a that is a cathode is fixed to the surface on one side of the solid electrolyte body 11s (specifically, the surface of the solid electrolyte body 11s that defines the first internal space 31). The first electrode 11a is a porous cermet electrode containing an alloy of platinum (Pt) and rhodium (Rh) as a main component. The first electrode 11a may contain palladium (Pd).
The second electrode 11b, which is an anode, defines the surface (specifically, the first air introduction path 51) on the other side of the solid electrolyte body 11s so as to face the first electrode 11a across the solid electrolyte body 11s. To the surface of the solid electrolyte body 11s. The second electrode 11b is a porous cermet electrode containing platinum (Pt) as a main component. The second electrode 11b contains neither rhodium (Rh) nor palladium (Pd).

固体電解質体11s、固体電解質体12s及び第1乃至第6アルミナ層21a〜21fの各層は、例えばドクターブレード法、押し出し成形法等により、シート状に成形することができる。第1電極11a及び第2電極11b並びにこれらの電極に通電するための配線等は、例えばスクリーン印刷法等によって形成することができる。これらのシートを上述したように積層して焼成することにより、上記構造を有する素子部10を一体的に製造することができる。   Each of the solid electrolyte body 11s, the solid electrolyte body 12s, and the first to sixth alumina layers 21a to 21f can be formed into a sheet shape by, for example, a doctor blade method, an extrusion method, or the like. The first electrode 11a, the second electrode 11b, and wiring for energizing these electrodes can be formed by, for example, a screen printing method. By laminating and firing these sheets as described above, the element portion 10 having the above structure can be integrally manufactured.

第1検出装置は、更に、電源61、電流計71及びECU81(電子制御ユニット、コントローラ)を備える。電源61及び電流計71はECU81に接続されている。
電源61は、第1電極11aと第2電極11bとの間に第2電極11bの電位が第1電極11aの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。電源61の作動はECU81により制御される。
電流計71は、第1電極11aと第2電極11bとの間に流れる電流(従って、第1電気化学セル11cの固体電解質体11sを流れる電流)である電極電流の大きさを計測する。
The first detection device further includes a power supply 61, an ammeter 71, and an ECU 81 (electronic control unit, controller). The power supply 61 and the ammeter 71 are connected to the ECU 81.
The power supply 61 can apply a predetermined voltage between the first electrode 11a and the second electrode 11b so that the potential of the second electrode 11b is higher than the potential of the first electrode 11a. The operation of the power supply 61 is controlled by the ECU 81.
The ammeter 71 measures the magnitude of the electrode current that is the current flowing between the first electrode 11a and the second electrode 11b (and hence the current flowing through the solid electrolyte body 11s of the first electrochemical cell 11c).

ECU81は、CPU、CPUが実行するプログラム及びマップ等を記憶するROM、データを一時的に記憶するRAM並びにバックアップRAM等を含むマイクロコンピュータである(何れも図示せず)。周知のようにバックアップRAMは、車両が運転を停止している間も記憶したデータを保存し続ける。ECU81は、第1電極11aと第2電極11bとの間に印加される印加電圧Vm1を電源61を用いて制御することができる。更に、電流計71は第1電気化学セル11cを流れる電極電流Im1を取得し、取得した情報をECU81へ出力する。即ち、電流計71及びECU81は取得部を構成している。   The ECU 81 is a microcomputer including a CPU, a ROM that stores programs executed by the CPU, a map, and the like, a RAM that temporarily stores data, a backup RAM, and the like (all not shown). As is well known, the backup RAM continues to store the stored data while the vehicle is not driving. The ECU 81 can control the applied voltage Vm1 applied between the first electrode 11a and the second electrode 11b using the power supply 61. Further, the ammeter 71 acquires the electrode current Im1 flowing through the first electrochemical cell 11c and outputs the acquired information to the ECU 81. That is, the ammeter 71 and the ECU 81 constitute an acquisition unit.

更に、ECU81は、内燃機関の図示しないアクチュエータ(燃料噴射弁、スロットル弁及びEGR弁等)に接続されている。ECU81は、これらのアクチュエータに駆動(指示)信号を送出し、内燃機関を制御するようになっている。   Further, the ECU 81 is connected to an actuator (not shown) (fuel injection valve, throttle valve, EGR valve, etc.) of the internal combustion engine. The ECU 81 sends drive (instruction) signals to these actuators to control the internal combustion engine.

第2電気化学セル12cは、第1電気化学セル11cと共有の固体電解質体11sと、固体電解質体11sの表面に設けられた一対の電極である第3電極12a及び第4電極12bと、を有する。第2電気化学セル12cも、ヒータ41により活性化温度まで加熱される。   The second electrochemical cell 12c includes a solid electrolyte body 11s shared with the first electrochemical cell 11c, and a third electrode 12a and a fourth electrode 12b which are a pair of electrodes provided on the surface of the solid electrolyte body 11s. Have. The second electrochemical cell 12c is also heated to the activation temperature by the heater 41.

陰極である第3電極12aは第1内部空間31に面するように配設されている。第3電極12aは第1電極11aの近傍に設けられている。即ち、第1内部空間31に被検ガスが到達するとき、第1電極11aに接触する被検ガス及び第3電極12aに接触する被検ガスのそれぞれに含まれる酸素、水及び硫黄酸化物(SOx)の濃度は互いに等しい。第3電極12aは、白金(Pt)と金(Au)との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。第3電極12aは、ロジウム(Rh)とパラジウム(Pd)のいずれも含んでいない。
なお、第3電極12aを、ロジウム(Rh)とパラジウム(Pd)のいずれか一つを含有するように構成してもよいが、その場合は第1電極11aよりも含有量を少なくする。但し、第3電極12aは、ロジウム(Rh)とパラジウム(Pd)のいずれも含まない方が好ましい。
The third electrode 12 a serving as a cathode is disposed so as to face the first internal space 31. The third electrode 12a is provided in the vicinity of the first electrode 11a. In other words, when the test gas reaches the first internal space 31, oxygen, water, and sulfur oxides contained in each of the test gas that contacts the first electrode 11a and the test gas that contacts the third electrode 12a ( The concentrations of SOx) are equal to each other. The third electrode 12a is a porous cermet electrode containing an alloy of platinum (Pt) and gold (Au) as a main component. The third electrode 12a contains neither rhodium (Rh) nor palladium (Pd).
In addition, although you may comprise the 3rd electrode 12a so that any one of rhodium (Rh) and palladium (Pd) may be comprised, in that case, content is decreased rather than the 1st electrode 11a. However, the third electrode 12a preferably does not contain either rhodium (Rh) or palladium (Pd).

陽極である第4電極12bは、固体電解質体11sを挟んで第3電極12aに対向するように、第1大気導入路51に面するように配設されている。第4電極12bは、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。第4電極12bは、ロジウム(Rh)とパラジウム(Pd)のいずれも含んでいない。   The 4th electrode 12b which is an anode is arrange | positioned so that the 1st air introduction path 51 may be faced so that 11 s of solid electrolytes may be pinched | interposed. The fourth electrode 12b is a porous cermet electrode containing platinum (Pt) as a main component. The fourth electrode 12b contains neither rhodium (Rh) nor palladium (Pd).

第3電極12aは、「第3電極12aと第4電極12bとの間に印加される電圧であって水の分解開始電圧以上の電圧」が「第1電極11aと第2電極11bとの間に印加される電圧」と等しい場合であっても、第1電極11aと比較して、SOxの分解速度が極めて低くなるように作製されている。具体的には、第3電極12aにおいてSOxが分解される速度は実質的に0(ゼロ)である。   The third electrode 12a is “a voltage applied between the third electrode 12a and the fourth electrode 12b and equal to or higher than the water decomposition start voltage” is “between the first electrode 11a and the second electrode 11b. Even when the voltage is equal to the voltage applied to the first electrode 11a, the SOx decomposition rate is extremely low as compared with the first electrode 11a. Specifically, the rate at which SOx is decomposed in the third electrode 12a is substantially 0 (zero).

第1検出装置は、更に、何れもがECU81に接続されている「電源62及び電流計72」を備える。
電源62は、第3電極12aと第4電極12bとの間に、第4電極12bの電位が第3電極12aの電位よりも高くなるように所定の電圧を印加できるようになっている。電源62の作動はECU81により制御される。
電流計72は、第3電極12aと第4電極12bとの間に流れる電流(従って、第2電気化学セル12cの固体電解質体11sを流れる電流)である電極電流を計測する。
ECU81は、第3電極12aと第4電極12bとの間に印加される印加電圧Vm2を電源62を用いて制御することができる。更に、電流計72は第2電気化学セル12cを流れる電極電流Im2を取得し、取得した情報をECU81へ出力する。
即ち、電流計72及びECU81は取得部を構成している。
The first detection device further includes a “power supply 62 and an ammeter 72”, all of which are connected to the ECU 81.
The power source 62 can apply a predetermined voltage between the third electrode 12a and the fourth electrode 12b so that the potential of the fourth electrode 12b is higher than the potential of the third electrode 12a. The operation of the power source 62 is controlled by the ECU 81.
The ammeter 72 measures an electrode current that is a current that flows between the third electrode 12a and the fourth electrode 12b (thus, a current that flows through the solid electrolyte body 11s of the second electrochemical cell 12c).
The ECU 81 can control the applied voltage Vm2 applied between the third electrode 12a and the fourth electrode 12b using the power source 62. Further, the ammeter 72 acquires the electrode current Im2 flowing through the second electrochemical cell 12c, and outputs the acquired information to the ECU 81.
That is, the ammeter 72 and the ECU 81 constitute an acquisition unit.

図1(a)に示すように、素子部10は、「第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12c」の上流側(拡散抵抗部32側)に配設されたポンピングセルである第3電気化学セル13cを更に備える。換言すると、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cは、第3電気化学セル13cから同じ距離だけ下流側に離れた位置に配設されている。後述するように、第3電気化学セル13cは酸素ポンピング機能(作用)を発揮することにより第1空間31内の酸素を大気中に排出する。   As shown in FIG. 1A, the element unit 10 is a pumping cell disposed on the upstream side (the diffused resistor unit 32 side) of the “first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c”. A three-electrochemical cell 13c is further provided. In other words, the 1st electrochemical cell 11c and the 2nd electrochemical cell 12c are arrange | positioned in the position away from the 3rd electrochemical cell 13c in the downstream by the same distance. As will be described later, the third electrochemical cell 13c discharges oxygen in the first space 31 to the atmosphere by exerting an oxygen pumping function (action).

第3電気化学セル13cは、固体電解質体12sと、第5電極13aと、第6電極13bと、を備えている。第3電気化学セル13cも、ヒータ41により活性化温度まで加熱される。
第5電極13aは、固体電解質体12sの一方の側の表面(具体的には、第1内部空間31を画定する固体電解質体12sの表面)に固着されている。第5電極13aは、第1電極11a及び第3電極12aよりも拡散抵抗部32により近い位置に配設されている。第5電極13aは、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。第5電極13aは、ロジウム(Rh)とパラジウム(Pd)のいずれも含んでいない。
第6電極13bは、固体電解質体12sを挟んで第5電極13aに対向するように、固体電解質体12sの他方の側の表面(具体的には、第2大気導入路52を画定する固体電解質体12sの表面)に固着されている。第6電極13bもまた、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。第6電極13bは、ロジウム(Rh)とパラジウム(Pd)のいずれも含んでいない。
The third electrochemical cell 13c includes a solid electrolyte body 12s, a fifth electrode 13a, and a sixth electrode 13b. The third electrochemical cell 13c is also heated to the activation temperature by the heater 41.
The fifth electrode 13a is fixed to the surface on one side of the solid electrolyte body 12s (specifically, the surface of the solid electrolyte body 12s that defines the first internal space 31). The fifth electrode 13a is disposed at a position closer to the diffused resistor portion 32 than the first electrode 11a and the third electrode 12a. The fifth electrode 13a is a porous cermet electrode containing platinum (Pt) as a main component. The fifth electrode 13a contains neither rhodium (Rh) nor palladium (Pd).
The sixth electrode 13b has a surface on the other side of the solid electrolyte body 12s (specifically, a solid electrolyte that defines the second air introduction path 52 so as to face the fifth electrode 13a across the solid electrolyte body 12s). The surface of the body 12s). The sixth electrode 13b is also a porous cermet electrode containing platinum (Pt) as a main component. The sixth electrode 13b contains neither rhodium (Rh) nor palladium (Pd).

第1検出装置は、更に、何れもがECU81に接続されている「電源63及び電流計73」を備える。
電源63は、第5電極13aと第6電極13bとの間に、第5電極13a及び第6電極13bのうちの何れか一方が他方に対して高い電位を有するように電圧を印加できるようになっている。電源63の作動はECU81により制御される。即ち、ECU81は、第5電極13a及び第6電極13bに印加される印加電圧Vm3を制御することができる。
電流計73は、第5電極13aと第6電極13bとの間に流れる電流(従って、第3電気化学セル12cの固体電解質体12sを流れる電流)である電極電流Im3を計測して、その計測値をECU81に出力するようになっている。
即ち、電流計73及びECU81は取得部を構成している。
The first detection device further includes a “power source 63 and an ammeter 73”, all of which are connected to the ECU 81.
The power source 63 can apply a voltage between the fifth electrode 13a and the sixth electrode 13b so that one of the fifth electrode 13a and the sixth electrode 13b has a higher potential with respect to the other. It has become. The operation of the power supply 63 is controlled by the ECU 81. That is, the ECU 81 can control the applied voltage Vm3 applied to the fifth electrode 13a and the sixth electrode 13b.
The ammeter 73 measures an electrode current Im3, which is a current flowing between the fifth electrode 13a and the sixth electrode 13b (and hence a current flowing through the solid electrolyte body 12s of the third electrochemical cell 12c), and measures the measurement. The value is output to the ECU 81.
That is, the ammeter 73 and the ECU 81 constitute an acquisition unit.

<第1電気化学セル11cの作用>
続いて第1電気化学セル11cの作用について説明する。
第1電気化学セル11cにおいて、第1電極11aと第2電極11bとの間に、第2電極11bの電位が第1電極11aの電位よりも高くなるように水の分解開始電圧以上の電圧(例えば1.0V)が印加される。これにより、被検ガス中に含まれる水のみならず、被検ガス中に含まれるSOxも第1電極11aにおいて分解され、第1電極11aと第2電極11bとの間に電極電流が流れる。SOxの分解生成物(例えば、硫黄又は硫黄化合物)は第1電極11aに吸着し、このSOxの分解生成物が水の分解に寄与することができる第1電極11aの面積を減少させると考えられる。そして、この第1電極11aに吸着するSOxの分解生成物はある割合で第1電極11aから離脱する。その結果、第1電極11aに吸着しているSOxの分解生成物の量は、被検ガスに含まれるSOxの濃度が高いほど多くなる。そのため、酸素及び水の濃度が一定である場合、第1電極11aと第2電極11bとの間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときの第1電気化学セル11cの電極電流Im1は、被検ガス中に含まれるSOxの濃度に応じて変化する(SOxの濃度が高いほど電極電流Im1は小さくなる。)。なお、第1電気化学セル11に電圧が印加されたときの電極電流Im1の値を、以下「第1検出値」と称する場合がある。
<Operation of the first electrochemical cell 11c>
Next, the operation of the first electrochemical cell 11c will be described.
In the first electrochemical cell 11c, a voltage equal to or higher than the water decomposition starting voltage (between the first electrode 11a and the second electrode 11b) so that the potential of the second electrode 11b is higher than the potential of the first electrode 11a ( For example, 1.0V) is applied. Thus, not only water contained in the test gas but also SOx contained in the test gas is decomposed in the first electrode 11a, and an electrode current flows between the first electrode 11a and the second electrode 11b. The decomposition product of SOx (for example, sulfur or sulfur compound) is adsorbed on the first electrode 11a, and it is considered that the decomposition product of SOx reduces the area of the first electrode 11a that can contribute to the decomposition of water. . The SOx decomposition products adsorbed on the first electrode 11a are separated from the first electrode 11a at a certain rate. As a result, the amount of the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 11a increases as the concentration of SOx contained in the test gas increases. Therefore, when the oxygen and water concentrations are constant, the electrode current Im1 of the first electrochemical cell 11c when a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied between the first electrode 11a and the second electrode 11b. , And changes depending on the concentration of SOx contained in the test gas (the higher the SOx concentration, the smaller the electrode current Im1). The value of the electrode current Im1 when a voltage is applied to the first electrochemical cell 11 may be hereinafter referred to as “first detection value”.

ここで、第1電気化学セル11cの第1電極11aと第2電極11bとの間に印加される電圧(印加電圧Vm1)と第1電極11aと第2電極11bとの間を流れる電流(電極電流Im1)との関係について更に具体的に説明する。   Here, a voltage (applied voltage Vm1) applied between the first electrode 11a and the second electrode 11b of the first electrochemical cell 11c and a current (electrode) flowing between the first electrode 11a and the second electrode 11b. The relationship with the current Im1) will be described more specifically.

図2は、第1電気化学セル11cに対する印加電圧Vm1を徐々に上昇させた(昇圧スイープした)ときの印加電圧Vm1と電極電流Im1との関係を示す模式的なグラフである。なお、この例においては、被検ガス中に含まれるSOxとしての二酸化硫黄(SO)の濃度がそれぞれ0、100、300及び500ppmである異なる4種の被検ガスを使用した。但し、被検ガス中に含まれる酸素及び水の濃度は何れの被検ガスにおいても一定に維持されている。更に、この例においては、酸素の限界電流値を0(ゼロ)μAとして表示した。 FIG. 2 is a schematic graph showing the relationship between the applied voltage Vm1 and the electrode current Im1 when the applied voltage Vm1 for the first electrochemical cell 11c is gradually increased (step-up sweep). In this example, four different test gases having concentrations of 0, 100, 300, and 500 ppm of sulfur dioxide (SO 2 ) as SOx contained in the test gas were used. However, the concentrations of oxygen and water contained in the test gas are kept constant in any test gas. Furthermore, in this example, the limiting current value of oxygen is displayed as 0 (zero) μA.

先ず、実線の曲線L1は、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が0(ゼロ)ppmである場合における印加電圧Vm1と電極電流Im1との関係を示している。印加電圧Vmが約0.2V未満である領域においては、印加電圧Vm1の増大に伴い、電極電流Im1もまた増大している。この領域においては、印加電圧Vm1の増大に伴って第1電極11a(陰極)における酸素の分解速度もまた増大している。しかしながら、印加電圧Vm1が約0.2V以上である領域においては、印加電圧Vm1が増大しても電極電流Im1は殆ど増大せず、略一定となっている。即ち、前述した酸素の限界電流特性が発現している。その後、印加電圧Vm1が約0.6V以上となると、電極電流Im1が再び増大し始める。この電極電流Im1の増大は、第1電極11aにおける水の分解が始まったことに起因する。その後、電極電流Im1は印加電圧Vm1が0.6V以上の範囲において大きくなる程大きくなる。   First, a solid curve L1 indicates the relationship between the applied voltage Vm1 and the electrode current Im1 when the concentration of sulfur dioxide contained in the test gas is 0 (zero) ppm. In the region where the applied voltage Vm is less than about 0.2 V, the electrode current Im1 also increases as the applied voltage Vm1 increases. In this region, as the applied voltage Vm1 increases, the oxygen decomposition rate at the first electrode 11a (cathode) also increases. However, in the region where the applied voltage Vm1 is about 0.2 V or more, the electrode current Im1 hardly increases even when the applied voltage Vm1 increases, and is substantially constant. That is, the limit current characteristic of oxygen described above is manifested. Thereafter, when the applied voltage Vm1 becomes about 0.6 V or more, the electrode current Im1 starts increasing again. This increase in the electrode current Im1 is caused by the start of the decomposition of water in the first electrode 11a. Thereafter, the electrode current Im1 increases as the applied voltage Vm1 increases in the range of 0.6 V or more.

次に、点線の曲線L2は、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が100ppmである場合における印加電圧Vm1と電極電流Im1との関係を示している。この場合も、印加電圧Vm1が第1電極11aにおける水の分解が始まる電圧(分解開始電圧)(約0.6V)未満であるときには、印加電圧Vm1と電極電流Im1との関係は曲線L1と同様である。しかしながら、印加電圧Vm1が水の分解開始電圧(約0.6V)以上であるときには、曲線L2により示される電極電流Im1は曲線L1により示される電極電流Im1よりも小さい。即ち、水の分解開始電圧以上の電圧が印加されたとき、曲線L2により示される電極電流Im1の印加電圧Vm1に対する増加率は、曲線L1により示される電極電流Im1の印加電圧Vm1に対する増加率よりも小さい(傾きが小さい)。   Next, a dotted curve L2 shows the relationship between the applied voltage Vm1 and the electrode current Im1 when the concentration of sulfur dioxide contained in the test gas is 100 ppm. Also in this case, when the applied voltage Vm1 is less than the voltage at which the water decomposition at the first electrode 11a begins (decomposition start voltage) (about 0.6 V), the relationship between the applied voltage Vm1 and the electrode current Im1 is the same as that of the curve L1. It is. However, when the applied voltage Vm1 is equal to or higher than the water decomposition start voltage (about 0.6 V), the electrode current Im1 indicated by the curve L2 is smaller than the electrode current Im1 indicated by the curve L1. That is, when a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied, the increase rate of the electrode current Im1 indicated by the curve L2 with respect to the applied voltage Vm1 is higher than the increase rate of the electrode current Im1 indicated by the curve L1 with respect to the applied voltage Vm1. Small (small tilt).

更に、一点鎖線及び破線によって表される曲線L3及びL4は、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度がそれぞれ300ppm及び500ppmである場合における印加電圧Vm1と電極電流Im1との関係を示している。これらの場合もまた、印加電圧Vm1が第1電極11aにおける水の分解開始電圧(約0.6V)未満であるときには、印加電圧Vm1と電極電流Im1との関係は曲線L1により示されたそれらの関係と同様である。しかしながら、印加電圧Vm1が第1電極11aにおける水の分解開始電圧(約0.6V)以上であるときには、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度が高いほど電極電流Im1が小さくなる。即ち、水の分解開始電圧以上の電圧が印加されたとき、曲線L4により示される電極電流Im1の印加電圧Vm1に対する増加率は、曲線L3により示される電極電流Im1の印加電圧Vm1に対する増加率よりも小さい(傾きが小さい)。更に、曲線L3により示される電極電流Im1の印加電圧Vm1に対する増加率は、曲線L2により示される電極電流Im1の印加電圧Vm1に対する増加率よりも小さい(傾きが小さい)。   Furthermore, curves L3 and L4 represented by a dashed line and a broken line show the relationship between the applied voltage Vm1 and the electrode current Im1 when the concentrations of sulfur dioxide contained in the test gas are 300 ppm and 500 ppm, respectively. . Also in these cases, when the applied voltage Vm1 is less than the water decomposition start voltage (about 0.6V) at the first electrode 11a, the relationship between the applied voltage Vm1 and the electrode current Im1 is those indicated by the curve L1. Same as relationship. However, when the applied voltage Vm1 is equal to or higher than the water decomposition start voltage (about 0.6 V) in the first electrode 11a, the electrode current Im1 decreases as the concentration of sulfur dioxide contained in the test gas increases. That is, when a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied, the increase rate of the electrode current Im1 indicated by the curve L4 with respect to the applied voltage Vm1 is higher than the increase rate of the electrode current Im1 indicated by the curve L3 with respect to the applied voltage Vm1. Small (small tilt). Furthermore, the increasing rate of the electrode current Im1 indicated by the curve L3 with respect to the applied voltage Vm1 is smaller than the increasing rate of the electrode current Im1 indicated by the curve L2 with respect to the applied voltage Vm1 (the slope is small).

以上のように、印加電圧Vm1が第1電極11aにおける水の分解開始電圧以上であるときの電極電流Im1の大きさは、被検ガス中に含まれるSOxとしての二酸化硫黄の濃度に応じて変化する。例えば、図2に示したグラフにおける印加電圧Vm1が1.0Vであるときの曲線L1乃至L4により示された電極電流Im1の大きさを被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度に対してプロットすると、図3に示したグラフが得られる。図3において点線の曲線によって表されているように、水の分解開始電圧以上の特定の電圧である印加電圧Vm1(この場合は1.0V)に対する電極電流Im1の大きさは、被検ガス中に含まれる二酸化硫黄の濃度に応じて変化する(二酸化硫黄の濃度が高いほど小さくなる。)。従って、印加電圧Vm1を水の分解開始電圧以上の電圧に設定したときの電極電流Im1を取得すれば、被検ガス中に含まれる酸素及び水の濃度が既知である場合、その電極電流Im1(即ち、第1検出値)に基づいてSOxの濃度を取得することができる。
従って、第1検出装置は、酸素濃度及び水の濃度が一定であれば、第1電気化学セル11cの第1検出値のみに基づいて被検ガス中に含まれるSOxの濃度を検出可能である。このように第1電気化学セル11cは、被検ガス中に含まれるSOxの濃度を取得するセンサとして使用されるので、「センサセル」と称される場合がある。
As described above, the magnitude of the electrode current Im1 when the applied voltage Vm1 is equal to or higher than the water decomposition start voltage in the first electrode 11a varies depending on the concentration of sulfur dioxide as SOx contained in the test gas. To do. For example, the magnitude of the electrode current Im1 indicated by the curves L1 to L4 when the applied voltage Vm1 in the graph shown in FIG. 2 is 1.0 V is plotted against the concentration of sulfur dioxide contained in the test gas. Then, the graph shown in FIG. 3 is obtained. As shown by the dotted curve in FIG. 3, the magnitude of the electrode current Im1 with respect to the applied voltage Vm1 (1.0 V in this case), which is a specific voltage higher than the water decomposition start voltage, is It changes according to the concentration of sulfur dioxide contained in (it becomes smaller as the concentration of sulfur dioxide is higher). Therefore, if the electrode current Im1 when the applied voltage Vm1 is set to a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is obtained, if the concentrations of oxygen and water contained in the test gas are known, the electrode current Im1 ( That is, the SOx concentration can be acquired based on the first detection value.
Therefore, if the oxygen concentration and the water concentration are constant, the first detection device can detect the concentration of SOx contained in the test gas based only on the first detection value of the first electrochemical cell 11c. . Thus, since the 1st electrochemical cell 11c is used as a sensor which acquires the density | concentration of SOx contained in test gas, it may be called a "sensor cell."

なお、図2に示されているグラフの横軸に示されている印加電圧Vm1、縦軸に示されている電極電流Im1及び上記説明において述べられている印加電圧Vm1等の個々の具体的な値は、実験の条件(例えば、被検ガス中に含まれる各種成分の濃度、電極組成、電極面積等)によって変動することがある。   It should be noted that individual specifics such as the applied voltage Vm1 shown on the horizontal axis of the graph shown in FIG. 2, the electrode current Im1 shown on the vertical axis, and the applied voltage Vm1 described in the above description. The value may vary depending on experimental conditions (for example, concentrations of various components contained in the test gas, electrode composition, electrode area, etc.).

<第2電気化学セル12cの作用>
続いて第2電気化学セル12cの作用について説明する。
上述のように第1電気化学セル11cのみによっても、被検ガス中に含まれるSOxの濃度を検出できる。しかし第1電気化学セル11cの検出結果に加えて第2電気化学セル12cの検出結果を利用すれば、以下に述べるように、被検ガス中のSOxの濃度をより精度良く検出することができる。
<Operation of Second Electrochemical Cell 12c>
Next, the operation of the second electrochemical cell 12c will be described.
As described above, the concentration of SOx contained in the test gas can be detected only by the first electrochemical cell 11c. However, if the detection result of the second electrochemical cell 12c is used in addition to the detection result of the first electrochemical cell 11c, the concentration of SOx in the test gas can be detected with higher accuracy as described below. .

上述しように第2電気化学セル12cは、第1電気化学セル11cに対する印加電圧と同値である水の分解開始電圧以上の印加電圧(例えば1.0V)が印加されたとき、被検ガス中に含まれるSOxを第1電気化学セル11cよりも極めて低い速度で分解する。具体的には、第3電極12aにおいてSOxが分解される速度(第2分解速度、モニタセル分解速度)は、第1電極11aにおいてSOxが分解される速度(第1分解速度、センサセル分解速度)よりも極めて低く、実質的に0(ゼロ)である。即ち、第2電気化学セル12cの電極電流に対応する検出値である第2検出値は、水の分解に起因する電流の値を主として含むが、SOxの分解生成物による影響を受けない。従って、第1電気化学セル11cの電極電流に対応する第1検出値と第2電気化学セル12cの電極電流に対応する第2検出値との差Δを取得することにより、被検ガス中に含まれる水の濃度変動の影響を低減することができる。換言すると、差ΔはSOx濃度に対して高い感度を有する。従って、第2電気化学セル12cは水の濃度を監視する機能を有するので、「モニタセル12c」と称される場合がある。   As described above, when an applied voltage (for example, 1.0 V) equal to or higher than the applied voltage to the first electrochemical cell 11c is applied to the second electrochemical cell 12c, The contained SOx is decomposed at a rate much lower than that of the first electrochemical cell 11c. Specifically, the rate at which SOx is decomposed at the third electrode 12a (second decomposition rate, monitor cell decomposition rate) is higher than the rate at which SOx is decomposed at the first electrode 11a (first decomposition rate, sensor cell decomposition rate). Is extremely low and substantially 0 (zero). That is, the second detection value, which is a detection value corresponding to the electrode current of the second electrochemical cell 12c, mainly includes a current value resulting from water decomposition, but is not affected by the decomposition product of SOx. Therefore, by obtaining the difference Δ between the first detection value corresponding to the electrode current of the first electrochemical cell 11c and the second detection value corresponding to the electrode current of the second electrochemical cell 12c, The influence of the concentration variation of the contained water can be reduced. In other words, the difference Δ is highly sensitive to the SOx concentration. Therefore, since the second electrochemical cell 12c has a function of monitoring the concentration of water, it may be referred to as “monitor cell 12c”.

以上から理解されるように、第1検出装置は、原理的には以下に述べるステップを実施することにより、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cを利用して被検ガス中に含まれるSOxの濃度を検出する。
(1)第1検出装置は、印加電圧Vm1(第1電極11aと第2電極11bとの間の電圧)及び第2印加電圧Vm2(第3電極12aと第4電極12bとの間の電圧)を水の分解開始電圧以上の電圧に設定する。なお、印加電圧Vm1と印加電圧Vm2とは互いに等しいことが望ましい。
(2)第1検出装置は、このときの第1電気化学セル11cの電極電流Im1(第1検出値)と、第2電気化学セル12cの電極電流Im2(第2検出値)と、の差Δ(Δ=Im2−Im1)をECU81によって取得する。この差Δは、SOx濃度検出用パラメータとも称される場合がある。なお、実際には、後述するように電極電流Im1及びIm2はそれぞれ補正された後、差Δが求められる。
(3)第1検出装置は、この差Δと予め記憶しておいた「差ΔとSOx濃度の相関関係を示すデータ」との関係に基づいて被検ガス中に含まれるSOxの濃度を検出する。なお、実際には、第1検出装置は差Δ及び電極電流Im2を用いてSOx濃度を検出する。
As understood from the above, in principle, the first detection device performs the steps described below, and uses the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c in the test gas. The concentration of SOx contained is detected.
(1) The first detection device includes an applied voltage Vm1 (voltage between the first electrode 11a and the second electrode 11b) and a second applied voltage Vm2 (voltage between the third electrode 12a and the fourth electrode 12b). Is set to a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage. It is desirable that the applied voltage Vm1 and the applied voltage Vm2 are equal to each other.
(2) The first detection device is configured such that the difference between the electrode current Im1 (first detection value) of the first electrochemical cell 11c and the electrode current Im2 (second detection value) of the second electrochemical cell 12c at this time Δ (Δ = Im2−Im1) is acquired by the ECU 81. This difference Δ may also be referred to as a SOx concentration detection parameter. In practice, as will be described later, the electrode currents Im1 and Im2 are corrected and then the difference Δ is obtained.
(3) The first detection device detects the concentration of SOx contained in the test gas based on the relationship between this difference Δ and “data indicating the correlation between the difference Δ and the SOx concentration” stored in advance. To do. In practice, the first detection device detects the SOx concentration using the difference Δ and the electrode current Im2.

この検出方法によれば、被検ガス中に含まれる水の濃度変動の影響を低減することができるので、第1電気化学セル11cのみを利用する場合に比べ、被検ガス中のSOxの濃度をより精度良く検出することができる。但し、後述するように、第1検出値及び第2検出値は個体差による影響を低減するように補正され、それらの補正された値(補正第1検出値及び補正第2検出値)に基づいてSOx濃度が検出されるのが好ましい。   According to this detection method, the influence of fluctuations in the concentration of water contained in the test gas can be reduced, so that the concentration of SOx in the test gas is higher than when only the first electrochemical cell 11c is used. Can be detected with higher accuracy. However, as will be described later, the first detection value and the second detection value are corrected so as to reduce the influence of individual differences, and based on the corrected values (corrected first detection value and corrected second detection value). Preferably, the SOx concentration is detected.

<第3電気化学セル13cの作用>
続いて第3電気化学セル13cの作用について説明する。
内燃機関から排出される排気中に含まれる酸素の濃度は、例えば、当該内燃機関の燃焼室において燃焼される混合気の空燃比(A/F)に応じて様々に変化する。被検ガス中に含まれる酸素の濃度が変化すると、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cが備える電極間に流れる電流の大きさも変化する。被検ガスは内燃機関の排気であるので酸素濃度の変動はSOx濃度の変動に比べて極めて大きい。従って、酸素濃度の変動は、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cを用いたSOx濃度の検出精度を大きく低下させる虞がある。そこで、第1検出装置は、SOx濃度を検出する際、第3電気化学セル13cの酸素ポンピング作用を用いて、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに到達する酸素の濃度を極めて小さい濃度(実質的にゼロ)にする。第3電気化学セル13cは「酸素ポンピングセル」と称される場合がある。
<Operation of Third Electrochemical Cell 13c>
Next, the operation of the third electrochemical cell 13c will be described.
The concentration of oxygen contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine varies depending on, for example, the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber of the internal combustion engine. When the concentration of oxygen contained in the test gas changes, the magnitude of the current flowing between the electrodes of the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c also changes. Since the test gas is exhaust gas from an internal combustion engine, the fluctuation in oxygen concentration is extremely large compared to the fluctuation in SOx concentration. Therefore, the fluctuation of the oxygen concentration may greatly reduce the detection accuracy of the SOx concentration using the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c. Therefore, when the first detection device detects the SOx concentration, the oxygen concentration reaching the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c is extremely reduced by using the oxygen pumping action of the third electrochemical cell 13c. Use a low concentration (substantially zero). The third electrochemical cell 13c may be referred to as an “oxygen pumping cell”.

より具体的には、第1検出装置においては、第3電気化学セル13cの第5電極13aと第6電極13bとの間に、第5電極13a及び第6電極13bがそれぞれ陰極及び陽極となるように、酸素の限界電流流域の電圧を印加する。これにより第1内部空間31から第2大気導入路52へと酸素が排出される。その結果、被検ガス中に含まれる酸素の濃度が変化しても、第3電気化学セル13cにより第1内部空間31から酸素を排出することによって、第1内部空間31内の酸素の濃度を低くしかつ一定に保持できる。本実施形態では、第3電気化学セル13cによって第1内部空間31内の酸素の濃度を概ね0(ゼロ)ppmに調整する。   More specifically, in the first detection device, the fifth electrode 13a and the sixth electrode 13b become a cathode and an anode, respectively, between the fifth electrode 13a and the sixth electrode 13b of the third electrochemical cell 13c. Thus, the voltage of the limiting current flow region of oxygen is applied. As a result, oxygen is discharged from the first internal space 31 to the second air introduction path 52. As a result, even if the concentration of oxygen contained in the test gas changes, the oxygen concentration in the first internal space 31 is reduced by discharging oxygen from the first internal space 31 by the third electrochemical cell 13c. Can be kept low and constant. In the present embodiment, the concentration of oxygen in the first internal space 31 is adjusted to approximately 0 (zero) ppm by the third electrochemical cell 13c.

従って、第1検出装置は、「被検ガス中に含まれる酸素の濃度が、第1検出値及び第2検出値へ及ぼす影響」を低減することができる。その結果、第3電気化学セル13cによる酸素ポンピングを実行しない場合と比べて、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cを用いて、被検ガス中のSOx濃度をより精度良く検出することができる。   Accordingly, the first detection device can reduce “the influence of the concentration of oxygen contained in the test gas on the first detection value and the second detection value”. As a result, compared with the case where oxygen pumping by the third electrochemical cell 13c is not executed, the SOx concentration in the test gas is detected with higher accuracy using the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c. be able to.

なお、第1電気化学セル11c、第2電気化学セル12c及び第3電気化学セル13cは空燃比センサとしても利用することができる。即ち、何れか1つの電気化学セルの電極間に酸素の限界電流域に該当する電圧を印加し、そのときの電極電流に対応する検出値に基づいて内燃機関の排気中に含まれる酸素の濃度を検出できる。そして検出された排気中の酸素濃度に基づいて、内燃機関の燃焼室における混合気の空燃比を検出することができる。第1検出装置は、第3電気化学セル13cを空燃比センサとして利用する。   In addition, the 1st electrochemical cell 11c, the 2nd electrochemical cell 12c, and the 3rd electrochemical cell 13c can be utilized also as an air fuel ratio sensor. That is, a voltage corresponding to the limiting current region of oxygen is applied between the electrodes of any one of the electrochemical cells, and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas of the internal combustion engine based on the detected value corresponding to the electrode current at that time Can be detected. Based on the detected oxygen concentration in the exhaust gas, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine can be detected. The first detection device uses the third electrochemical cell 13c as an air-fuel ratio sensor.

<第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cの個体差の補正>
ところで、上述したように、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cの検出結果(第1検出値及び第2検出値)を利用すれば、理論上は、被検ガス中のSOxの濃度を高精度に検出できるはずである。しかし、第1電気化学セル11c及び/又は第2電気化学セル12cは、製造上の個体差を有し、更には、出力特性が経時変化する。従って、第1電気化学セル11c及び/又は第2電気化学セル12cの固有の検出誤差が大きい場合、当然ながら被検ガス中のSOxの濃度を高精度に検出することはできない。そこで、第1検出装置は、以下の方法によって、第1電気化学セル11c固有の検出誤差及び第2電気化学セル12c固有の検出誤差をそれぞれ補正する。
<Correction of individual difference between first electrochemical cell 11c and second electrochemical cell 12c>
By the way, as described above, theoretically, if the detection results (first detection value and second detection value) of the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c are used, the SOx in the gas to be detected is detected. It should be possible to detect the concentration with high accuracy. However, the first electrochemical cell 11c and / or the second electrochemical cell 12c have individual differences in manufacturing, and the output characteristics change with time. Therefore, if the inherent detection error of the first electrochemical cell 11c and / or the second electrochemical cell 12c is large, it is obvious that the SOx concentration in the test gas cannot be detected with high accuracy. Therefore, the first detection device corrects the detection error specific to the first electrochemical cell 11c and the detection error specific to the second electrochemical cell 12c by the following methods.

<<第2電気化学セル固有の検出誤差の補正係数Kmの算出>>
まず、第2電気化学セル(モニタセル)12cの固有の検出誤差の補正方法について説明する。以下において、「第2電気化学セル12cの固有の検出誤差」とは、第2電気化学セル12cの検出値と基準電気化学セルの検出値との差を意味する。基準電気化学セルは、例えば、第2電気化学セル12cと同一仕様でありかつこの仕様の電気化学セルとしての標準性能を発揮可能な電気化学セルである。即ち、例えば、「設計値通りに製造され且つ設計上期待される設計中央出力特性を有する第2電気化学セル12c」と同一仕様の電気化学セルが基準電気化学セルとして利用される。
<< Calculation of Correction Factor Km for Detection Error Specific to Second Electrochemical Cell >>
First, a method for correcting the inherent detection error of the second electrochemical cell (monitor cell) 12c will be described. In the following, the “specific detection error of the second electrochemical cell 12c” means the difference between the detection value of the second electrochemical cell 12c and the detection value of the reference electrochemical cell. The reference electrochemical cell is, for example, an electrochemical cell that has the same specifications as the second electrochemical cell 12c and can exhibit standard performance as an electrochemical cell of this specification. That is, for example, an electrochemical cell having the same specifications as the “second electrochemical cell 12c manufactured according to the design value and having a design central output characteristic expected in design” is used as the reference electrochemical cell.

そして、同じ被検ガス中に配置された「基準電気化学セル及び第2電気化学セル12c」に同一電圧を印加したときの、両者の電極電流(検出値)の差が「第2電気化学セル12c固有の検出誤差」である。第1検出装置は、この検出誤差がなくなるように、第2電気化学セル12cの第2検出値を補正するための補正係数(モニタセル補正値)Kmを以下のようにして求める。なお、以降、基準電気化学セルの検出値と比較されるときの第2電気化学セル12cの検出値(第2検出値)を「検出モニタセル値」と称し、基準電気化学セルの電極電流に対応する検出値を「基準セル値」と称する。   Then, when the same voltage is applied to the “reference electrochemical cell and second electrochemical cell 12 c” arranged in the same test gas, the difference between the two electrode currents (detected values) is “second electrochemical cell”. 12c inherent detection error ". The first detection device obtains a correction coefficient (monitor cell correction value) Km for correcting the second detection value of the second electrochemical cell 12c as follows so that this detection error is eliminated. Hereinafter, the detection value (second detection value) of the second electrochemical cell 12c when compared with the detection value of the reference electrochemical cell is referred to as “detection monitor cell value” and corresponds to the electrode current of the reference electrochemical cell. The detected value is referred to as a “reference cell value”.

第1検出装置は、内燃機関の運転状態がフューエルカット(以下、「F/C」と称する)運転状態にあるとき、第2電気化学セル12cに対する印加電圧Vm2を「酸素の限界電流域内の特定電圧Vms(例えば、0.4V)」に設定した上で検出モニタセル値Im2を取得する。大気の酸素濃度は約20パーセントであるから、内燃機関の運転状態がF/C状態にある場合、第1内部空間31内の被検ガスの酸素濃度も約20パーセントに(即ち、特定の一定濃度)保持される。一方、印加電圧Vmsは「酸素の限界電流域内の電圧」であるから、水の分解開始電圧よりも小さい。よって、検出モニタセル値Im2は、大気の水の濃度に影響を受けず、大気の酸素濃度に対する限界電流値となる。なお、第2電気化学セル12cの温度は所定の特定活性温度に維持しておく。   When the internal combustion engine is in a fuel cut (hereinafter referred to as “F / C”) operation state, the first detection device detects the voltage Vm2 applied to the second electrochemical cell 12c by “specifying within the limiting current range of oxygen”. The detected monitor cell value Im2 is acquired after setting the voltage to Vms (for example, 0.4 V). Since the atmospheric oxygen concentration is about 20 percent, when the operating state of the internal combustion engine is in the F / C state, the oxygen concentration of the test gas in the first internal space 31 is also about 20 percent (that is, a certain constant value). Concentration) is retained. On the other hand, the applied voltage Vms is “the voltage within the limiting current region of oxygen” and is therefore smaller than the water decomposition start voltage. Therefore, the detection monitor cell value Im2 is not affected by the concentration of atmospheric water and becomes a limit current value with respect to the oxygen concentration in the atmosphere. The temperature of the second electrochemical cell 12c is maintained at a predetermined specific activation temperature.

一方、基準セル値Istを以下の方法によって予め所得し、第1検出装置のECU81内のROMに記憶させておく。即ち、内燃機関の排気管に「基準電気化学セルを有する素子部10」を配設する。更に、基準電気化学セルの温度を上記特定活性温度に維持した状態において、内燃機関の運転状態をF/C運転状態に設定する。そして、その基準電気化学セルに対する印加電圧を上記「酸素の限界電流域内の特定電圧Vms」に設定した上で基準セル値Istを取得する。基準セル値Istは、検出モニタセル値Im2と同様、大気の水の濃度に影響を受けず、大気の酸素濃度に対する限界電流値となる。   On the other hand, the reference cell value Ist is obtained in advance by the following method and stored in the ROM in the ECU 81 of the first detection device. That is, the “element portion 10 having the reference electrochemical cell” is disposed in the exhaust pipe of the internal combustion engine. Further, the operation state of the internal combustion engine is set to the F / C operation state in a state where the temperature of the reference electrochemical cell is maintained at the specific activation temperature. And the reference cell value Ist is acquired after setting the applied voltage with respect to the reference | standard electrochemical cell to the said "specific voltage Vms in the limiting current region of oxygen". Like the detection monitor cell value Im2, the reference cell value Ist is not affected by the concentration of atmospheric water and becomes a limit current value for the oxygen concentration in the atmosphere.

よって、検出モニタセル値Im2と基準セル値Istとの差D1は、「第2電気化学セル12c固有の検出誤差」に応じた値となる。そこで、第1検出装置は、下記の(1)式を満足する補正係数Kmを求める。補正係数Kmは「モニタセル補正値」とも称される。

(検出モニタセル値Im2)・Km=基準セル値Ist ・・・(1)
Therefore, the difference D1 between the detection monitor cell value Im2 and the reference cell value Ist is a value corresponding to the “detection error unique to the second electrochemical cell 12c”. Therefore, the first detection device obtains a correction coefficient Km that satisfies the following expression (1). The correction coefficient Km is also referred to as “monitor cell correction value”.

(Detection monitor cell value Im2) · Km = reference cell value Ist (1)

第1検出装置は、SOx濃度検出時において、第2検出値に補正係数Kmを乗じた値を補正第2検出値として取得する。第1検出装置は、この補正第2検出値を用いてSOx濃度を検出する。補正第2検出値は、第2電気化学セル12cが基準電気化学セルと同じ特性を有する場合に得られる第2検出値と実質的に等しくなる。   The first detection device acquires, as the corrected second detection value, a value obtained by multiplying the second detection value by the correction coefficient Km when detecting the SOx concentration. The first detection device detects the SOx concentration using the corrected second detection value. The corrected second detection value is substantially equal to the second detection value obtained when the second electrochemical cell 12c has the same characteristics as the reference electrochemical cell.

<<第1電気化学セル固有の検出誤差の補正係数Ksの算出>>
次に、第1電気化学セル(センサセル)11c固有の検出誤差の補正方法について説明する。
<< Calculation of Correction Factor Ks for Detection Error Specific to First Electrochemical Cell >>
Next, a method for correcting a detection error unique to the first electrochemical cell (sensor cell) 11c will be described.

第1検出装置は、補正係数Kmを取得した後、内燃機関の運転状態がF/C運転状態にあるとき、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに「水の分解開始電圧以上の同一電圧(例えば1.0V)」を印加する。この電圧制御は、便宜上「第1電圧印加制御」と称される。   After the correction coefficient Km is acquired, the first detection device sets the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c to “the water decomposition start voltage or higher” when the operation state of the internal combustion engine is in the F / C operation state. The same voltage (for example, 1.0 V) ”is applied. This voltage control is referred to as “first voltage application control” for convenience.

第1検出装置は、この状態において、第1電気化学セル11cの電極電流に対応する第1検出値Im1と、第2電気化学セル12cの電極電流に対応する第2検出値Im2と、を取得する。なお、以降において、このときの第1電気化学セル11cの第1検出値Im1を「Ks算出用センサセル値Isks」と称し、第2電気化学セル12cの第2検出値Im2を「Ks算出用モニタセル値Imks」と称する場合がある。そして、第1検出装置は、下記の(2)式を満足する補正係数(センサセル補正値)Ksを求める。

Imks・Km=Isks・Ks ・・・(2)
In this state, the first detection device acquires a first detection value Im1 corresponding to the electrode current of the first electrochemical cell 11c and a second detection value Im2 corresponding to the electrode current of the second electrochemical cell 12c. To do. Hereinafter, the first detection value Im1 of the first electrochemical cell 11c at this time will be referred to as “Ks calculation sensor cell value Isks”, and the second detection value Im2 of the second electrochemical cell 12c will be referred to as “Ks calculation monitor cell”. May be referred to as “value Imks”. Then, the first detection device obtains a correction coefficient (sensor cell correction value) Ks that satisfies the following expression (2).

Imks · Km = Isks · Ks (2)

第1検出装置は、SOx濃度検出時において、第1検出値に補正係数Ksを乗じることにより補正第1検出値を取得する。この補正第1検出値は、第2電気化学セル12c(モニタセル)が基準電気化学セルであり、且つ、第1電気化学セル(センサセル)11cがセンサセルとして理想的な特性(設計上の中央特定)を有する場合に得られる第1検出値と実質的に等しくなる。よって、第1検出装置は、前述の補正第2検出値及びこの補正第1検出値を用いてSOx濃度の検出を行う。   The first detection device acquires the corrected first detection value by multiplying the first detection value by the correction coefficient Ks when detecting the SOx concentration. The corrected first detection value is an ideal characteristic in which the second electrochemical cell 12c (monitor cell) is a reference electrochemical cell, and the first electrochemical cell (sensor cell) 11c is a sensor cell (center specification in design). Is substantially equal to the first detection value obtained when Therefore, the first detection device detects the SOx concentration using the above-described corrected second detection value and the corrected first detection value.

ところで、第1検出装置において、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cを用いてSOx濃度が検出されるとき、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cには水の分解開始電圧以上の電圧が印加され、その結果、それらは水を分解する。そのため、補正係数Ksを求める場合に、水の分解開始電圧以上の同一電圧を第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに印加することにより、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cをSOx濃度検出時と似た状況におくことが可能になる。換言すると、水の分解が発生しない印加電圧(例えば酸素の限界電流域の電圧)を第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに印加する場合は、SOx濃度検出時と乖離した環境下で「第1電気化学セル(センサセル)11c固有の検出誤差を補正するための補正係数Ks」を求めることになってしまう。従って、上述したように、第1検出装置は、補正係数Ksを求める際、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに「水の分解開始電圧以上の同一電圧」を印加する。   By the way, in the first detection device, when the SOx concentration is detected using the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c, the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c decompose water. A voltage above the starting voltage is applied so that they break down the water. Therefore, when the correction coefficient Ks is obtained, the same voltage higher than the water decomposition start voltage is applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c, thereby the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell. The cell 12c can be placed in a situation similar to that at the time of detecting the SOx concentration. In other words, when an applied voltage (for example, a voltage in the limiting current region of oxygen) that does not decompose water is applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c, the environment is different from that at the time of detecting the SOx concentration. Thus, “the correction coefficient Ks for correcting the detection error unique to the first electrochemical cell (sensor cell) 11c” is obtained. Therefore, as described above, the first detection device applies “the same voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage” to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c when determining the correction coefficient Ks.

更に、水の分解開始電圧以上の電圧を第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに印加したときの、SOxの分解に起因する両セル11c、12cの電極電流は、水の分解に起因する電極電流と比べて極めて小さい。従って、内燃機関の運転状態がF/C運転状態にあるとき(つまり、SOxが第1内部空間31内に流入しないとき)であっても、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに対して水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加して第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cの電極電流を取得し、その電極電流に基づいて上述したように補正係数Ksを算出すれば、その補正係数Ksは第1検出装置が実際にSOx濃度を検出するときにも有効な(補正精度の高い)補正係数となる。
但し、補正係数Ksを求める際に、酸素の限界電流域の下限電圧(例えば0.2V)以上の電圧(例えば、酸素の限界電流域の電圧である0.4V)を印加してもよく、この場合も相応の精度で補正係数Ksを求めることが可能である。
Furthermore, when a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c, the electrode currents of both the cells 11c and 12c resulting from the decomposition of SOx Very small compared to the resulting electrode current. Therefore, even when the operating state of the internal combustion engine is in the F / C operating state (that is, when SOx does not flow into the first internal space 31), the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c The electrode voltage of the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c is obtained by applying the same voltage that is equal to or higher than the water decomposition start voltage, and the correction coefficient Ks is set based on the electrode current as described above. If calculated, the correction coefficient Ks becomes a correction coefficient that is effective (high correction accuracy) even when the first detection device actually detects the SOx concentration.
However, when obtaining the correction coefficient Ks, a voltage (for example, 0.4 V which is the voltage in the limit current region of oxygen) higher than the lower limit voltage (for example, 0.2 V) in the limit current region of oxygen may be applied. In this case as well, the correction coefficient Ks can be obtained with appropriate accuracy.

なお、上述したように、補正係数Kmは第2電気化学セル12cに水の分解開始電圧より小さい電圧(例えば0.4V)を印加したときの、第2電気化学セル12cの電極電流を利用して求めた係数である。よって、補正係数Kmを求めるときの第2電気化学セル12cに対する印加電圧と、補正係数Ksを求めるときの第2電気化学セル12cに対する印加電圧の大きさは異なる。   As described above, the correction coefficient Km uses the electrode current of the second electrochemical cell 12c when a voltage (for example, 0.4 V) smaller than the water decomposition start voltage is applied to the second electrochemical cell 12c. This is the coefficient obtained. Therefore, the magnitude of the applied voltage to the second electrochemical cell 12c when obtaining the correction coefficient Km is different from the magnitude of the applied voltage to the second electrochemical cell 12c when obtaining the correction coefficient Ks.

しかし、発明者の検討によれば、例えば印加電圧が0.4Vのときの比=(第1電気化学セル11cの検出値/第2電気化学セル12cの検出値)の大きさと、印加電圧が1.0Vのときの比=(第1電気化学セル11cの検出値/第2電気化学セル12cの検出値)の大きさはほぼ同一である。即ち、印加電圧が酸素の限界電流域の下限電圧以上の場合は、印加電圧の大きさに拘わらず比=(第1電気化学セル11cの検出値/第2電気化学セル12cの検出値)の大きさは略一定の値になる。   However, according to the inventors' investigation, for example, the ratio when the applied voltage is 0.4 V = (the detected value of the first electrochemical cell 11c / the detected value of the second electrochemical cell 12c) and the applied voltage are The magnitude of the ratio when 1.0 V = (detected value of the first electrochemical cell 11c / detected value of the second electrochemical cell 12c) is substantially the same. That is, when the applied voltage is equal to or higher than the lower limit voltage of the limit current region of oxygen, the ratio = (detected value of the first electrochemical cell 11c / detected value of the second electrochemical cell 12c) regardless of the magnitude of the applied voltage. The size is a substantially constant value.

そのため補正係数Kmを利用して求めた補正係数Ksは、第2電気化学セル12cの検出誤差を精度良く補償する係数であると言える。   Therefore, it can be said that the correction coefficient Ks obtained using the correction coefficient Km is a coefficient that accurately compensates for the detection error of the second electrochemical cell 12c.

なお、F/C運転中であること、及び、第3電気化学セル13cによる酸素ポンピングを実行すること、によっても第1内部空間31に位置する被検ガス中の水の濃度を一定にすることは出来ない。即ち、補正係数Ksを求めるときの第1内部空間31に位置する被検ガス中の水の濃度は変化する可能性がある。   It should be noted that the concentration of water in the test gas located in the first internal space 31 is also made constant by performing the F / C operation and executing oxygen pumping by the third electrochemical cell 13c. I can't. That is, the concentration of water in the test gas located in the first internal space 31 when the correction coefficient Ks is obtained may change.

しかし、発明者の実験によれば、図4に示したように、水の濃度が変わった場合であっても、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加したときの比=(第1電気化学セル11cの検出値/第2電気化学セル12cの検出値)の値は略一定であることが判明した。従って、補正係数Ksを求める場合とSOx濃度を検出場合とにおいて第1内部空間31に位置する被検ガス中の水の濃度が相違しても、補正係数KsはSOx濃度検出時の第1電気化学セル11cの検出値を精度よく補正することが可能である。   However, according to the inventor's experiment, as shown in FIG. 4, even when the concentration of water is changed, the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c have a water decomposition start voltage or higher. It was found that the ratio when the same voltage was applied = (detected value of the first electrochemical cell 11c / detected value of the second electrochemical cell 12c) was substantially constant. Therefore, even when the correction coefficient Ks is obtained and the SOx concentration is detected, even if the concentration of water in the test gas located in the first internal space 31 is different, the correction coefficient Ks is the first electric current when the SOx concentration is detected. It is possible to accurately correct the detection value of the chemical cell 11c.

そして、第1検出装置は、SOx検出時の第1電気化学セル11cの第1検出値(SOx検出用第1検出値)を補正係数Ksにより補正した値と、SOx検出時の第2電気化学セル12cの第2検出値(SOx検出用第2検出値)を補正係数Kmにより補正した値と、に基づいてSOx濃度を求める。   Then, the first detection device corrects the first detection value (first detection value for SOx detection) of the first electrochemical cell 11c at the time of SOx detection by the correction coefficient Ks and the second electrochemical at the time of SOx detection. The SOx concentration is obtained based on the value obtained by correcting the second detection value (second detection value for SOx detection) of the cell 12c with the correction coefficient Km.

(実際の作動)
続いて、第1検出装置のECU81(実際には、CPU)が実行する「SOx濃度取得処理ルーチン」について図5乃至図7のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。
(Actual operation)
Next, the “SOx concentration acquisition processing routine” executed by the ECU 81 (actually the CPU) of the first detection device will be specifically described with reference to the flowcharts of FIGS.

前述した内燃機関が搭載された車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチが操作されることにより内燃機関が運転を開始すると、ECU81は所定時間が経過する毎に図5のフローチャートにより示したルーチンを繰り返し実行するようになっている。   When the internal combustion engine starts operating by operating an ignition key switch (not shown) of the vehicle on which the internal combustion engine is mounted, the ECU 81 repeats the routine shown in the flowchart of FIG. 5 every time a predetermined time elapses. It is supposed to run.

なお、空燃比センサとしても機能する第3電気化学セル13cは、内燃機関が運転されている期間において、所定時間の経過毎に第1内部空間31中の酸素濃度を検出し、その検出された酸素濃度をECU81に送信するようになっている。ECU81は、その信号に基づいて排ガスの空燃比を検出するようになっている。   The third electrochemical cell 13c that also functions as an air-fuel ratio sensor detects the oxygen concentration in the first internal space 31 every time a predetermined time elapses while the internal combustion engine is operating. The oxygen concentration is transmitted to the ECU 81. The ECU 81 detects the air-fuel ratio of the exhaust gas based on the signal.

ECU81はステップ500にて処理を開始すると、ステップ510にて「今回の内燃機関の始動後において補正係数Kmを新たに算出したか否か」を判定する。今回の内燃機関の始動後において補正係数Kmが新たに算出されていなければ、ECU81はステップ510にて「No」と判定してステップ520に進む。   When the ECU 81 starts the process in step 500, it determines in step 510 whether or not the correction coefficient Km has been newly calculated after the current internal combustion engine is started. If the correction coefficient Km is not newly calculated after the start of the internal combustion engine this time, the ECU 81 makes a “No” determination at step 510 and proceeds to step 520.

ECU81はステップ520にて、内燃機関の図示しない水温センサにより検出される冷却水温に基づいて「内燃機関の暖機が終了しているか否か」を判定するとともに、素子部10のヒータ41近傍に設けた図示しない温度センサからの情報に基づいて「第1〜第3電気化学セル11c、12c、13cの全てが活性しているか否か」を判定する。なお、温度センサからの情報に代え、ECU81は固体電解質体11s及び固体電解質体12sのインピーダンスを検出し、それらのインピーダンスに基づいて「第1〜第3電気化学セルが活性しているか否か」を判定してもよい。   In step 520, the ECU 81 determines “whether the internal combustion engine has been warmed up” based on a cooling water temperature detected by a water temperature sensor (not shown) of the internal combustion engine, and closes to the heater 41 of the element unit 10. Based on information from the provided temperature sensor (not shown), it is determined whether or not all of the first to third electrochemical cells 11c, 12c, and 13c are activated. Instead of the information from the temperature sensor, the ECU 81 detects the impedances of the solid electrolyte body 11s and the solid electrolyte body 12s, and “whether or not the first to third electrochemical cells are activated” based on the impedances. May be determined.

ECU81は、ステップ520にて「Yes」と判定した場合、ステップ530においてF/C運転が行われているか否かを判定する。より具体的には、ECU81は、「F/C運転が開始されてから所定時間(例えば3秒)が経過し且つ現在もF/C運転中か否か」を判定する。このステップ530により、ECU81は第1内部空間31内の被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度であるか否かを判定している。なお、ECU81は図示しないエンジン制御ルーチンを実行することにより、車両が減速状態にある場合に燃料噴射弁からの燃料噴射を停止するF/C運転を行うようになっている。このステップ530の条件(以下、「F/C運転実行中条件」と称する。)が満たされていると判定される場合、素子部10には排気管を通して大気が到達しているので、第1内部空間31に流入する被検ガス中にはSOxは含まれていないと推測できる。   When the ECU 81 determines “Yes” in step 520, the ECU 81 determines whether or not the F / C operation is performed in step 530. More specifically, the ECU 81 determines “whether a predetermined time (for example, 3 seconds) has elapsed since the start of the F / C operation and whether the F / C operation is still in progress”. By this step 530, the ECU 81 determines whether or not the oxygen concentration of the test gas in the first internal space 31 is a specific constant concentration. The ECU 81 executes an engine control routine (not shown) to perform an F / C operation for stopping fuel injection from the fuel injection valve when the vehicle is in a deceleration state. When it is determined that the condition of Step 530 (hereinafter referred to as “F / C operation execution condition”) is satisfied, the atmosphere has reached the element unit 10 through the exhaust pipe. It can be presumed that SOx is not contained in the test gas flowing into the internal space 31.

ECU81は、FC実行中条件が成立していると判定した場合、ステップ530において更に「第1電気化学セル11c、第2電気化学セル12c及び第3電気化学セル13cのそれぞれの温度が所定の適正温度範囲内にあるか否か」を、前記温度センサの情報(又は、前記インピーダンス)に基づいて判定する。適正温度範囲とは、例えば、基準電気化学セルを用いて前述した「基準セル値」を取得する際の基準電気化学セルの固体電解質の温度を含む範囲である。   When the ECU 81 determines that the FC execution condition is satisfied, in step 530, the ECU 81 further indicates that “the respective temperatures of the first electrochemical cell 11c, the second electrochemical cell 12c, and the third electrochemical cell 13c are predetermined appropriate. Whether or not the temperature is within the temperature range is determined based on the information (or the impedance) of the temperature sensor. The appropriate temperature range is, for example, a range including the temperature of the solid electrolyte of the reference electrochemical cell when the above-described “reference cell value” is acquired using the reference electrochemical cell.

「第1電気化学セル11c、第2電気化学セル12c及び第3電気化学セル13cのそれぞれの温度が所定の適正温度範囲内にある」と判定される場合、ECU81はステップ530にて「Yes」と判定し、ステップ540に進んで第3電気化学セル(酸素ポンピングセル)13cに対する電圧の印加を停止し、それにより、第3電気化学セル13cによる酸素ポンピング機能を停止させる。その結果、第1内部空間31に流れる被検ガスの酸素濃度は大気と同じ約20パーセント(特定の一定濃度)に保持される。なお、この場合、第3電気化学セル13cによる空燃比センサとしての動作も一時的に停止される。   When it is determined that “the temperature of each of the first electrochemical cell 11c, the second electrochemical cell 12c, and the third electrochemical cell 13c is within a predetermined appropriate temperature range”, the ECU 81 determines “Yes” in step 530. In step 540, the application of voltage to the third electrochemical cell (oxygen pumping cell) 13c is stopped, thereby stopping the oxygen pumping function of the third electrochemical cell 13c. As a result, the oxygen concentration of the test gas flowing in the first internal space 31 is maintained at about 20 percent (specific constant concentration), which is the same as the atmosphere. In this case, the operation of the third electrochemical cell 13c as an air-fuel ratio sensor is also temporarily stopped.

続いてECU81はステップ550にて、第2電気化学セル(モニタセル)12cに対して酸素の限界電流域の電圧である0.4Vを印加する。   Subsequently, in step 550, the ECU 81 applies 0.4 V, which is a voltage in the limiting current region of oxygen, to the second electrochemical cell (monitor cell) 12c.

続いてECU81はステップ560にて、第2電気化学セル12cの検出値(第2検出値)を検出モニタセル値Im2として取得する。更に、ECU81はステップ560にて、予めROMに記憶させてある「酸素濃度が20%の環境下で取得した基準電気化学セルの検出値(基準セル値Ist)」と、検出モニタセル値Im2と、を上記(1)式に適用することにより、補正係数Km(=Im2/Ist)を算出する。そしてECU81は、取得した補正係数KmをバックアップRAMに記憶させる。なお、既にバックアップRAMに補正係数Kmが記憶されている場合には、その補正係数Kmは今回取得した補正係数Kmへと上書きされる。また、このとき、既にバックアップRAMに記憶されている補正係数Kmと今回取得した補正係数Kmとの平均値が、新たな補正係数KmとしてバックアップRAMに記憶されてもよい。加えて、このステップにおいて補正係数Kmを算出する際に用いられる検出モニタセル値Im2は、今回の機関始動後において今回を含む複数回にわたって取得された検出モニタセル値Im2の平均値であってもよい。   Subsequently, in step 560, the ECU 81 obtains the detection value (second detection value) of the second electrochemical cell 12c as the detection monitor cell value Im2. Further, in step 560, the ECU 81 stores in advance a “detection value of the reference electrochemical cell (reference cell value Ist) acquired in an environment where the oxygen concentration is 20%” stored in the ROM, a detection monitor cell value Im2, and Is applied to the above equation (1) to calculate the correction coefficient Km (= Im2 / Ist). Then, the ECU 81 stores the acquired correction coefficient Km in the backup RAM. When the correction coefficient Km is already stored in the backup RAM, the correction coefficient Km is overwritten on the correction coefficient Km acquired this time. At this time, an average value of the correction coefficient Km already stored in the backup RAM and the correction coefficient Km acquired this time may be stored in the backup RAM as a new correction coefficient Km. In addition, the detected monitor cell value Im2 used when calculating the correction coefficient Km in this step may be an average value of the detected monitor cell values Im2 acquired multiple times including the current time after the current engine start.

続いてECU81はステップ570に進み、「第3電気化学セル(酸素ポンピングセル)13cに対して電圧を印加し、それにより、第3電気化学セル13cに酸素ポンピング機能を発揮させる。その後、ECU81はステップ595にて本ルーチンを一旦終了する。   Subsequently, the ECU 81 proceeds to step 570, and “a voltage is applied to the third electrochemical cell (oxygen pumping cell) 13c, thereby causing the third electrochemical cell 13c to exhibit an oxygen pumping function. In step 595, this routine is temporarily terminated.

一方、ECU81はステップ510にて「YES」と判定した場合、或いはステップ520及びステップ530の何れかのステップにおいて「No」と判定した場合、それぞれのステップからステップ570に直接進み、その後、ステップ595に進んで本ルーチンを一旦終了する。   On the other hand, if the ECU 81 determines “YES” in step 510 or determines “No” in any of the steps 520 and 530, the ECU 81 proceeds directly to step 570 from each step, and then proceeds to step 595. Proceed to to end the present routine.

更に、ECU81は所定時間が経過する毎に図6のフローチャートにより示したルーチンを繰り返し実行するようになっている。   Further, the ECU 81 repeatedly executes the routine shown in the flowchart of FIG. 6 every time a predetermined time elapses.

ECU81はステップ600にて処理を開始すると、ステップ610にて「今回の内燃機関の始動後において補正係数Kmを新たに算出したか否か」を判定する。今回の内燃機関の始動後において補正係数Kmが新たに算出されていれば、ECU81はステップ610にて「Yes」と判定してステップ620に進む。   When the ECU 81 starts the process in step 600, it determines in step 610 whether or not the correction coefficient Km has been newly calculated after the current internal combustion engine is started. If the correction coefficient Km has been newly calculated after the start of the internal combustion engine this time, the ECU 81 makes a “Yes” determination at step 610 and proceeds to step 620.

ECU81はステップ620にて「今回の内燃機関の始動後において補正係数Ksを新たに算出したか否か」を判定する。今回の内燃機関の始動後において補正係数Ksが新たに算出されていなければ、ECU81はステップ620にて「No」と判定してステップ630に進む。   In step 620, the ECU 81 determines whether or not the correction coefficient Ks has been newly calculated after the current internal combustion engine is started. If the correction coefficient Ks is not newly calculated after the start of the internal combustion engine this time, the ECU 81 makes a “No” determination at step 620 to proceed to step 630.

ステップ630及びステップ640は、先に説明したステップ520及びステップ530のそれぞれと同じ処理を行うステップである。ECU81はステップ630にて「Yes」と判定した場合にはステップ640に進み、ステップ640にて「Yes」と判定した場合にはステップ650に進む。   Steps 630 and 640 are steps for performing the same processes as those in steps 520 and 530 described above. The ECU 81 proceeds to step 640 when it determines “Yes” at step 630, and proceeds to step 650 when it determines “Yes” at step 640.

ECU81はステップ650にて、第3電気化学セル(ポンピングセル)13cが酸素ポンピングを実行しているか否か(酸素ポンピング機能を発揮しているか否か)を判定する。ECU81がステップ650にて「Yes」と判定したとき、ECU81はステップ660に進んで「第3電気化学セル(酸素ポンピングセル)13cに対する電圧の印加を停止し、それにより、第3電気化学セル13cによる酸素ポンピング動作を停止させる。その後、ECU81はステップ670に進む。これに対し、ECU81はステップ650にて「No」と判定したとき、ECU81はステップ670へ直接進む。   In step 650, the ECU 81 determines whether or not the third electrochemical cell (pumping cell) 13c is performing oxygen pumping (whether or not it exhibits an oxygen pumping function). When the ECU 81 makes a “Yes” determination at step 650, the ECU 81 proceeds to step 660 to “stop the application of voltage to the third electrochemical cell (oxygen pumping cell) 13c, whereby the third electrochemical cell 13c. Then, the ECU 81 proceeds to step 670. On the other hand, when the ECU 81 makes a “No” determination at step 650, the ECU 81 proceeds directly to step 670.

ECU81はステップ670にて、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cへ水の分解開始電圧以上の電圧である1.0Vを印加する。なお、ECU81はステップ670において、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cへ「酸素の限界電流域の電圧(例えば0.4V)」を印加してもよい。   In step 670, the ECU 81 applies 1.0 V, which is a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage, to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c. In step 670, the ECU 81 may apply a “voltage in the limiting current region of oxygen (eg, 0.4 V)” to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c.

その後、ECU81はステップ680にて、第1電気化学セル11cの検出値(第1検出値)をKs算出用センサセル値Isksとして取得するとともに、第2電気化学セル12cの検出値(第2検出値)をKs算出用モニタセル値Imksとして取得する。更に、ECU81は、ステップ680にて、バックアップRAMに記憶されている補正係数Km、Ks算出用センサセル値Isks及びKs算出用モニタセル値Imksを上記(2)式に適用することにより、補正係数Ks(=Imks・Km/Isks)を算出する。そしてECU81は、取得した補正係数KsをバックアップRAMに記憶させる。   Thereafter, in step 680, the ECU 81 acquires the detection value (first detection value) of the first electrochemical cell 11c as the sensor cell value Isks for Ks calculation, and the detection value (second detection value) of the second electrochemical cell 12c. ) As the monitor cell value Imks for Ks calculation. Further, in step 680, the ECU 81 applies the correction coefficient Km, the sensor cell value Isks for Ks calculation, and the monitor cell value Imks for Ks calculation stored in the backup RAM to the above equation (2), thereby correcting the correction coefficient Ks ( = Imks · Km / Isks). Then, the ECU 81 stores the acquired correction coefficient Ks in the backup RAM.

なお、既にバックアップRAMに補正係数Ksが記憶されている場合には、その補正係数Ksは今回取得した補正係数Ksへと上書きされる。また、このとき、既にバックアップRAMに記憶されている補正係数Ksと今回取得した補正係数Ksとの平均値が、新たな補正係数KsとしてバックアップRAMに記憶されてもよい。加えて、このステップにおいて補正係数Ksを算出する際に用いられる「Ks算出用センサセル値Isks及びKs算出用モニタセル値Imks」は、今回の機関始動後において今回を含む複数回にわたって取得された「Ks算出用センサセル値Isks及びKs算出用モニタセル値Imks」のそれぞれの平均値であってもよい。   When the correction coefficient Ks is already stored in the backup RAM, the correction coefficient Ks is overwritten on the correction coefficient Ks acquired this time. At this time, an average value of the correction coefficient Ks already stored in the backup RAM and the correction coefficient Ks acquired this time may be stored in the backup RAM as a new correction coefficient Ks. In addition, the “Ks calculation sensor cell value Isks and the Ks calculation monitor cell value Imks” used when calculating the correction coefficient Ks in this step are acquired “Ks” several times including the current time after the current engine start. It may be an average value of each of the calculation sensor cell value Isks and the Ks calculation monitor cell value Imks.

続いてECU81はステップ690に進み、「第3電気化学セル(酸素ポンピングセル)13cに対して電圧を印加し、それにより、第3電気化学セル13cに酸素ポンピング機能を発揮させる。その後、ECU81はステップ695にて本ルーチンを一旦終了する。   Subsequently, the ECU 81 proceeds to step 690, and “a voltage is applied to the third electrochemical cell (oxygen pumping cell) 13c, thereby causing the third electrochemical cell 13c to exhibit an oxygen pumping function. In step 695, this routine is once ended.

一方、ECU81はステップ610、ステップ630及びステップ640の何れかのステップにおいて「No」と判定した場合、及び、ステップ620にて「Yes」と判定した場合、それぞれのステップからステップ690に直接進み、その後、ステップ695に進んで本ルーチンを一旦終了する。   On the other hand, if the ECU 81 determines “No” in any of the steps 610, 630, and 640 and “Yes” in step 620, the ECU 81 proceeds directly to step 690 from each step. Thereafter, the routine proceeds to step 695, where the present routine is temporarily terminated.

更に、ECU81は所定時間が経過する毎に図7のフローチャートにより示したルーチンを繰り返し実行するようになっている。   Further, the ECU 81 repeatedly executes the routine shown in the flowchart of FIG. 7 every time a predetermined time elapses.

ECU81はステップ700に続くステップ710にて、補正係数Ks及び補正係数Kmの双方がバックアップRAMに記憶されているか否かを判定する。補正係数Ks及び補正係数Kmの双方がバックアップRAMに記憶されている場合、ECU81はステップ710にて「Yes」と判定してステップ720に進む。ステップ720はステップ520と同じ処理を行うステップである。ECU81はステップ720にて「Yes」と判定した場合にはステップ730に進む。   In step 710 following step 700, the ECU 81 determines whether both the correction coefficient Ks and the correction coefficient Km are stored in the backup RAM. When both the correction coefficient Ks and the correction coefficient Km are stored in the backup RAM, the ECU 81 determines “Yes” in step 710 and proceeds to step 720. Step 720 is a step for performing the same processing as step 520. If the ECU 81 determines “Yes” in step 720, the ECU 81 proceeds to step 730.

ECU81はステップ730にて、「F/C運転が停止されてから(即ち、燃料噴射が再開されてから)所定時間(例えば3秒)が経過し、且つ、現在もF/C運転停止中(燃料噴射中)か否か」を判定する。なお、ECU81は図示しないエンジン制御ルーチンを実行することにより、車両が減速状態から加速状態又は定常状態に戻った場合、F/C運転を停止し燃料噴射を再開するようになっている。このステップ730の判定条件(以下、「燃料噴射実行中条件」と称する。)が満たされていると判定される場合、素子部10には排気管を通して排ガスが到達しているので、第1内部空間31に流入する被検ガス中にはSOxが含まれている可能性があると推測できる。   In step 730, the ECU 81 determines that “a predetermined time (for example, 3 seconds) has elapsed since the F / C operation was stopped (that is, the fuel injection was resumed), and the F / C operation is still stopped ( It is determined whether or not fuel is being injected. The ECU 81 executes an engine control routine (not shown) to stop the F / C operation and restart the fuel injection when the vehicle returns from the deceleration state to the acceleration state or the steady state. When it is determined that the determination condition of the step 730 (hereinafter referred to as “fuel injection execution condition”) is satisfied, the exhaust gas has reached the element portion 10 through the exhaust pipe. It can be estimated that the sample gas flowing into the space 31 may contain SOx.

ECU81は、燃料噴射実行中条件が成立していると判定した場合、ステップ730において更に「第1電気化学セル11c、第2電気化学セル12c及び第3電気化学セル13cのそれぞれの温度が上述した所定の適正温度範囲内にあるか否か」を、前記温度センサの情報(又は、前記インピーダンス)に基づいて判定する。   When the ECU 81 determines that the condition during execution of fuel injection is satisfied, the ECU 81 further determines that the temperature of each of the first electrochemical cell 11c, the second electrochemical cell 12c, and the third electrochemical cell 13c has been described above in step 730. Whether or not it is within a predetermined appropriate temperature range is determined based on the information (or the impedance) of the temperature sensor.

「第1電気化学セル11c、第2電気化学セル12c及び第3電気化学セル13cのそれぞれの温度が所定の適正温度範囲内にある」と判定される場合、ECU81はステップ730にて「Yes」と判定してステップ740に進み、第1電気化学セル(センサセル)11c及び第2電気化学セル(モニタセル)12cへ水の分解開始電圧以上の電圧である1.0Vを印加する。   When it is determined that “the temperatures of the first electrochemical cell 11c, the second electrochemical cell 12c, and the third electrochemical cell 13c are within a predetermined appropriate temperature range”, the ECU 81 determines “Yes” in step 730. In step 740, 1.0V, which is a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage, is applied to the first electrochemical cell (sensor cell) 11c and the second electrochemical cell (monitor cell) 12c.

次にECU81はステップ750に進み、第1電気化学セル(センサセル)11cの第1検出値(この場合の第1検出値を「SOx検出用第1検出値Im1sd」とも称する。)及び第2電気化学セル(モニタセル)12cの第2検出値(この場合の第2検出値を「SOx検出用第2検出値Im2md」とも称する。)を取得する。   Next, the ECU 81 proceeds to step 750, where the first detection value of the first electrochemical cell (sensor cell) 11c (the first detection value in this case is also referred to as “the first detection value Im1sd for SOx detection)” and the second electricity. A second detection value of the chemical cell (monitor cell) 12c (the second detection value in this case is also referred to as “second detection value Im2md for SOx detection”) is acquired.

次にECU81はステップ760に進み、第1検出値Im1sdを補正係数Ksにより補正し、第2検出値Im2mdを補正係数Kmにより補正する。より具体的に述べると、ECU81は、第1検出値Im1sdに補正係数Ksを乗じることにより補正第1検出値Iscを取得するとともに、第2検出値Im2mdに補正係数Kmを乗じることにより補正第2検出値Imcを取得する。   Next, the ECU 81 proceeds to step 760, corrects the first detection value Im1sd with the correction coefficient Ks, and corrects the second detection value Im2md with the correction coefficient Km. More specifically, the ECU 81 obtains the corrected first detection value Isc by multiplying the first detection value Im1sd by the correction coefficient Ks, and corrects the second correction value by multiplying the second detection value Im2md by the correction coefficient Km. The detection value Imc is acquired.

次にECU81はステップ770に進み、補正第2検出値Imcから補正第1検出値Iscを減じることによりSOx濃度検出用パラメータP(=Imc−Isc)を取得する。   Next, the ECU 81 proceeds to step 770 and obtains the SOx concentration detection parameter P (= Imc−Isc) by subtracting the corrected first detected value Isc from the corrected second detected value Imc.

続いてECU81はステップ780に進み、ステップ770にて取得したSOx濃度検出用パラメータPと、補正第2検出値(SOx濃度検出用パラメータQ)Imcと、を図8に示した(ROMに記憶させてある)ルックアップテーブルに適用する(必要に応じて補間を行う)ことにより、被検ガス中のSOx濃度を取得(検出)する。そして、ECU81は、このSOx濃度をRAM及びバックアップRAMに記憶させ、その記憶したSOx濃度を内燃機関の制御及び自己診断に利用する。その後、ECU81は、ステップ795に進み、本ルーチンを一旦終了する。   Subsequently, the ECU 81 proceeds to step 780, and the SOx concentration detection parameter P and the corrected second detection value (SOx concentration detection parameter Q) Imc acquired in step 770 are shown in FIG. The SOx concentration in the test gas is acquired (detected) by applying it to a lookup table (interpolating as necessary). The ECU 81 stores the SOx concentration in the RAM and the backup RAM, and uses the stored SOx concentration for control of the internal combustion engine and self-diagnosis. Thereafter, the ECU 81 proceeds to step 795 to end the present routine tentatively.

図8のルップアップテーブルは、SOx濃度検出用パラメータP(Imc−Isc)と、補正第2検出値Imcと、を引数とする二次元マップである。
例えば、この二次元マップの代わりにSOx濃度検出用パラメータPのみを引数とした一次元マップの場合を用いる場合は、図9のグラフに示すように、SOx濃度検出用パラメータPの検出値(mA)が例えば値IAのとき、「HO濃度がaかつSOx濃度が200ppm」と「HO濃度がbかつSOx濃度が100ppm」の両方の可能性があり、いずれであるかを正しく判断することができない。一方、図9のグラフから理解されるように、補正第2検出値Imc(mA)はH2O濃度と一対一で対応している。そのため補正後第2検出値Imcが例えばIBであるならば、SOx濃度検出用パラメータPが値IAであるとき、HO濃度がaかつSOx濃度が200ppmであると一意に特定できる。よって、図8に示したような2次元マップが使用される。
The loop-up table in FIG. 8 is a two-dimensional map that uses the SOx concentration detection parameter P (Imc−Isc) and the corrected second detection value Imc as arguments.
For example, when using a one-dimensional map in which only the SOx concentration detection parameter P is used as an argument instead of the two-dimensional map, as shown in the graph of FIG. 9, the detected value (mA) of the SOx concentration detection parameter P is used. ) Is, for example, the value IA, there is a possibility that both the “H 2 O concentration is a and the SOx concentration is 200 ppm” and “H 2 O concentration is b and the SOx concentration is 100 ppm”. Can not do it. On the other hand, as can be understood from the graph of FIG. 9, the corrected second detection value Imc (mA) has a one-to-one correspondence with the H 2 O concentration. Therefore, if the corrected second detection value Imc is, for example, IB, when the SOx concentration detection parameter P is the value IA, it can be uniquely specified that the H 2 O concentration is a and the SOx concentration is 200 ppm. Therefore, a two-dimensional map as shown in FIG. 8 is used.

なお、ECU81は、ステップ710、ステップ720及びステップ730の何れかのステップにて「No」と判定する場合、ステップ795に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。   If the ECU 81 makes a “No” determination at any of step 710, step 720, and step 730, the ECU 81 proceeds directly to step 795 to end the present routine tentatively.

以上、説明したように、第1検出装置は、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を精度良く検出することができる。更に、本発明装置は、第1電気化学セル11cと第2電気化学セル12cの固有の検出誤差を考慮しない場合と比べて、被検ガス中に含まれる硫黄酸化物の濃度を高い精度で検出することができる。
なおECU81は、図5のステップ530において、酸素濃度が特定の一定濃度であることを第3電気化学セル13cを空燃比センサとして利用して判定してもよい。
As described above, the first detection device can accurately detect the concentration of sulfur oxide contained in the test gas. Furthermore, the apparatus of the present invention can detect the concentration of sulfur oxide contained in the test gas with higher accuracy than when the detection error inherent to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c is not taken into consideration. can do.
Note that the ECU 81 may determine in step 530 of FIG. 5 that the oxygen concentration is a specific constant concentration by using the third electrochemical cell 13c as an air-fuel ratio sensor.

2.第2実施形態
次に、図10を参照しながら本発明の第2施形態に係る検出装置(以下、「第2検出装置」と称される場合がある。)について説明する。第2検出装置は、補正係数Ksの求め方が第1検出装置の補正係数Ksの求め方と相違する点のみにおいて、第1検出装置と相違している。
2. Second Embodiment Next, a detection apparatus according to a second embodiment of the present invention (hereinafter may be referred to as a “second detection apparatus”) will be described with reference to FIG. The second detection device is different from the first detection device only in that the method of obtaining the correction coefficient Ks is different from the method of obtaining the correction coefficient Ks of the first detection device.

第1検出装置は、F/C運転中に補正係数Km、Ksを求める。しかし、F/C運転が極めて短時間のうちの終了する場合があり、そのような場合にはF/C運転中に補正係数Km及び補正係数Ksの両方を算出できない可能性がある。更に、ECU81は、補正係数Kmを算出できたとしても、補正係数Ksを算出できず、次回のF/C運転まで補正係数Ksを求めることができない可能性もある。そのため、今回の機関の始動後から補正係数Ksを新たに算出するまでに長い時間を要し、結果的にSOx濃度を精度よく検出するまでに長い時間を要することになる可能性が高い。   The first detection device obtains correction coefficients Km and Ks during the F / C operation. However, the F / C operation may end within an extremely short time. In such a case, there is a possibility that both the correction coefficient Km and the correction coefficient Ks cannot be calculated during the F / C operation. Furthermore, even if the ECU 81 can calculate the correction coefficient Km, it may not be able to calculate the correction coefficient Ks and may not be able to obtain the correction coefficient Ks until the next F / C operation. For this reason, it takes a long time to newly calculate the correction coefficient Ks after the start of the current engine, and as a result, it is highly likely that a long time will be required to accurately detect the SOx concentration.

そこで、第2検出装置は、第1検出装置と同様に補正係数KmをF/C中に求める一方で、補正係数KsをF/C運転を実行していないとき(即ち、燃料噴射運転中)に求める。以下、第2検出装置による補正係数Ksの求め方について詳細に説明する。   Therefore, the second detection device obtains the correction coefficient Km in the F / C as in the first detection device, while not performing the F / C operation on the correction coefficient Ks (that is, during the fuel injection operation). Ask for. Hereinafter, a method for obtaining the correction coefficient Ks by the second detection device will be described in detail.

先ず、F/Cが実行されていないときに第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに対して同一電圧(水の分解開始電圧以上の電圧(例えば1.0V))を印加し、このときの両セル11c、12cの検出値に基づいて補正係数Ksを求める場合について検討する。なお、この電圧制御は便宜上「第2電圧印加制御」と称される。   First, when the F / C is not executed, the same voltage (a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage (eg, 1.0 V)) is applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c, Consider a case where the correction coefficient Ks is obtained based on the detection values of the cells 11c and 12c at this time. This voltage control is referred to as “second voltage application control” for convenience.

この第2電圧印加制御により補正係数Ksを求める場合、F/C運転中ではないので、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cが分解する被検ガスには水のみならずSOxが含まれている可能性がある。更に上述したように、第2電気化学セル12cは第1電気化学セル11cに比べてSOxの分解能力が低い。そのため、仮に第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに水の分解開始電圧以上の同一電圧(例えば1.0V)を印加して両セル11c、12cの検出値を求めると、第1電気化学セル11cの第1検出値はSOxの影響を受けるが、第2電気化学セル12cの第2検出値はSOxの影響を殆ど受けない。従って、これらの第1及び第2検出値に基づいて第1電気化学セル11の固有の検出誤差を補正するための補正係数Ksを直ちに求めることは困難である。   When the correction coefficient Ks is obtained by the second voltage application control, since the F / C operation is not being performed, the test gas decomposed by the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c includes not only water but also SOx. May be included. Further, as described above, the second electrochemical cell 12c has a lower SOx decomposition capability than the first electrochemical cell 11c. Therefore, if the same voltage (for example, 1.0 V) equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c, the detection values of both the cells 11c and 12c are obtained. The first detection value of the electrochemical cell 11c is affected by SOx, but the second detection value of the second electrochemical cell 12c is hardly affected by SOx. Therefore, it is difficult to immediately obtain the correction coefficient Ks for correcting the inherent detection error of the first electrochemical cell 11 based on these first and second detection values.

これに対し、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに対して酸素の限界電流域の電圧を印加すれば、これらのセルにおいて水及びSOxは分解されない。よって、このような電圧を印加した場合の「第1検出値及び第2検出値」は第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cの出力特性を相応の精度で示す値となる。   On the other hand, if a voltage in the limiting current region of oxygen is applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c, water and SOx are not decomposed in these cells. Therefore, the “first detection value and second detection value” when such a voltage is applied is a value indicating the output characteristics of the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c with appropriate accuracy.

そこで、第2検出装置は、F/C運転でない場合において第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに対し、互いに同一である「酸素の限界電流域の電圧(例えば0.4V)」を印加し、その状態において得られる「第1検出値及び第2検出値」に基づいて補正係数Ksを取得する。   Therefore, the second detection apparatus is identical to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c in the case where the F / C operation is not performed, and “the voltage in the limiting current region of oxygen (eg, 0.4 V)”. And the correction coefficient Ks is acquired based on the “first detection value and second detection value” obtained in that state.

但し、被検ガス中の酸素濃度が大きく変動しているときに第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに「酸素の限界電流域の電圧(例えば0.4V)」を印加すると、第1検出値及び第2検出値が酸素濃度の影響を大きく受けることから、補正係数Ksを精度良く求められない可能性が高い。   However, when “the voltage in the limiting current region of oxygen (for example, 0.4 V)” is applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c when the oxygen concentration in the test gas varies greatly, Since the first detection value and the second detection value are greatly affected by the oxygen concentration, there is a high possibility that the correction coefficient Ks cannot be obtained with high accuracy.

そこで、第2検出装置は、第1内部空間31に流入した被検ガスの酸素濃度が「実質的に一定」であると判断される場合に、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに酸素の限界電流域の同一電圧を印加し、そのときに得られる第1検出値及び第2検出値に基づいて補正係数Ksを求める。   Therefore, when it is determined that the oxygen concentration of the test gas flowing into the first internal space 31 is “substantially constant”, the second detection device 11c and the second electrochemical cell The same voltage in the limiting current region of oxygen is applied to 12c, and the correction coefficient Ks is obtained based on the first detection value and the second detection value obtained at that time.

そして、第2検出装置は、被検ガスの酸素濃度が実質的に一定であると判定した場合に、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに対して酸素の限界電流域の電圧を印加したときの第1電気化学セル11cの第1検出値と、第2電気化学セル12cの第2検出値と、を用いて補正係数Ksを算出する。これ以降、このときの第1電気化学セル11cの第1検出値を「Ks算出用センサセル値Isks」と称し、第2電気化学セル12cの第2検出値を「Ks算出用モニタセル値Imks」と称する場合がある。そして、第2検出装置は上記(2)式と同じ下記(3)式を用いて補正係数Ksを求める。

Imks・Km=Isks・Ks ・・・(3)
When the second detection device determines that the oxygen concentration of the test gas is substantially constant, the voltage in the limiting current region of oxygen with respect to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c. The correction coefficient Ks is calculated using the first detection value of the first electrochemical cell 11c and the second detection value of the second electrochemical cell 12c when. Hereinafter, the first detection value of the first electrochemical cell 11c at this time will be referred to as “Ks calculation sensor cell value Isks”, and the second detection value of the second electrochemical cell 12c will be referred to as “Ks calculation monitor cell value Imks”. Sometimes called. And the 2nd detection apparatus calculates | requires the correction coefficient Ks using the following (3) Formula which is the same as said (2) Formula.

Imks · Km = Isks · Ks (3)

上述したように補正係数Kmは第2電気化学セル12cに水の分解開始電圧より小さい電圧である0.4Vを印加したときの、第2電気化学セル12cの検出値を利用して求めた係数である。更に補正係数Ksも、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに水の分解開始電圧より小さい電圧である0.4Vを印加したときの、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cの検出値を利用して求めた係数である。そのため補正係数Kmを利用して求めた補正係数Ksは、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cの検出値の相関関係を正確に表していると言える。   As described above, the correction coefficient Km is a coefficient obtained by using the detected value of the second electrochemical cell 12c when 0.4V, which is a voltage smaller than the water decomposition start voltage, is applied to the second electrochemical cell 12c. It is. Further, the correction coefficient Ks is also applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell when 0.4V, which is a voltage smaller than the water decomposition start voltage, is applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c. This is a coefficient obtained using the detected value of the cell 12c. Therefore, it can be said that the correction coefficient Ks obtained using the correction coefficient Km accurately represents the correlation between the detection values of the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c.

(実際の作動)
続いて、第2検出装置のECU81(実際には、CPU)が実行する「補正係数Ksを求めるためのルーチン」について図10のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。なお、第2検出装置は、補正係数Kmの算出及びSOx濃度の検出を第1検出装置と同様に行う。即ち、第2検出装置は、図5及び図7に示したルーチンを実行する。
(Actual operation)
Next, the “routine for obtaining the correction coefficient Ks” executed by the ECU 81 (actually the CPU) of the second detection apparatus will be specifically described with reference to the flowchart of FIG. Note that the second detection device calculates the correction coefficient Km and detects the SOx concentration in the same manner as the first detection device. That is, the second detection apparatus executes the routines shown in FIGS.

イグニッション・キー・スイッチが操作されることにより内燃機関が運転を開始すると、第2検出装置のECU81は所定時間が経過する毎に図10のフローチャートにより示したルーチンを繰り返し実行するようになっている。なお、このルーチンにおいて既に説明済みのステップには、その既に説明したステップと同じ符号が付されている。   When the internal combustion engine starts operation by operating the ignition key switch, the ECU 81 of the second detection device repeatedly executes the routine shown in the flowchart of FIG. 10 every time a predetermined time elapses. . The steps already described in this routine are denoted by the same reference numerals as the steps already described.

ECU81は、ステップ1000に続くステップ610にて「Yes」、ステップ620にて「No」、ステップ630にて「Yes」、ステップ730にて「Yes」と判定した場合、ステップ1010に進む。即ち、ECU81は、以下の条件の総てが成立している場合にステップ1010に進む。
(1)今回の機関始動後に補正係数kmが新たに算出されている(ステップ610)。
(2)今回の機関始動後に補正係数ksが新たに算出されていない(ステップ620)。
(3)内燃機関の暖機が終了しており、且つ、各電気化学セルが活性化済みである(ステップ630)。
(4)燃料噴射実行中条件が成立しており、且つ、第1電気化学セル11c、第2電気化学セル12c及び第3電気化学セル13cの各温度が上述した所定の適正温度範囲内にある(ステップ730)。
If the ECU 81 determines “Yes” in Step 610 following Step 1000, “No” in Step 620, “Yes” in Step 630, and “Yes” in Step 730, the ECU 81 proceeds to Step 1010. That is, the ECU 81 proceeds to step 1010 when all of the following conditions are satisfied.
(1) The correction coefficient km is newly calculated after the current engine start (step 610).
(2) The correction coefficient ks is not newly calculated after the current engine start (step 620).
(3) Warm-up of the internal combustion engine has been completed, and each electrochemical cell has been activated (step 630).
(4) Conditions during execution of fuel injection are satisfied, and the temperatures of the first electrochemical cell 11c, the second electrochemical cell 12c, and the third electrochemical cell 13c are within the predetermined appropriate temperature range described above. (Step 730).

ECU81はステップ1010にて、第1内部空間31に流入した被検ガスの酸素濃度が「実質的に一定であるか否か」を第3電気化学セル13c(空燃比センサ)の検出値に基づいて判定する。より具体的には、ECU81は、「第3電気化学セル13cの電極電流に基づいて求められる酸素濃度の所定時間における最大値と最小値との差の大きさが所定変化量閾値以下である」場合、被検ガスの酸素濃度が「実質的に一定」であると判定する。   In step 1010, the ECU 81 determines whether or not the oxygen concentration of the test gas flowing into the first internal space 31 is “substantially constant” based on the detection value of the third electrochemical cell 13c (air-fuel ratio sensor). Judgment. More specifically, the ECU 81 determines that the magnitude of the difference between the maximum value and the minimum value of the oxygen concentration obtained based on the electrode current of the third electrochemical cell 13c for a predetermined time is equal to or less than a predetermined change amount threshold value. In this case, it is determined that the oxygen concentration of the test gas is “substantially constant”.

ECU81はステップ1010にて「Yes」と判定した場合、ステップ1020に進み、第1電気化学セル(センサセル)11c及び第2電気化学セル(モニタセル)12cに対して酸素の限界電流域の電圧(例えば0.4V)を印加する。   If the ECU 81 determines “Yes” in step 1010, the ECU 81 proceeds to step 1020, and the voltage in the limiting current region of oxygen (for example, with respect to the first electrochemical cell (sensor cell) 11 c and the second electrochemical cell (monitor cell) 12 c (for example, 0.4V) is applied.

次いでECU81はステップ1030に進み、第1電気化学セル11cの検出値(第1検出値)をKs算出用センサセル値Isksとして取得するとともに、第2電気化学セル12cの検出値(第2検出値)をKs算出用モニタセル値Imksとして取得する。更に、ECU81は、ステップ1030にて、バックアップRAMに記憶されている補正係数Km、Ks算出用センサセル値Isks及びKs算出用モニタセル値Imksを上記(3)式に適用することにより、補正係数Ksを算出する。そしてECU81は、取得した補正係数KsをバックアップRAMに記憶させる。その後、ECU81はステップ1095に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Next, the ECU 81 proceeds to step 1030 to acquire the detection value (first detection value) of the first electrochemical cell 11c as the sensor cell value Isks for Ks calculation and the detection value (second detection value) of the second electrochemical cell 12c. Is obtained as the monitor cell value Imks for Ks calculation. Further, in step 1030, the ECU 81 applies the correction coefficient Km, the sensor cell value Isks for Ks calculation, and the monitor cell value Imks for Ks calculation stored in the backup RAM to the above equation (3), thereby obtaining the correction coefficient Ks. calculate. Then, the ECU 81 stores the acquired correction coefficient Ks in the backup RAM. Thereafter, the ECU 81 proceeds to step 1095 to end the present routine tentatively.

なお、既にバックアップRAMに補正係数Ksが記憶されている場合には、その補正係数Ksは今回取得した補正係数Ksへと上書きされる。また、このとき、既にバックアップRAMに記憶されている補正係数Ksと今回取得した補正係数Ksとの平均値が、新たな補正係数KsとしてバックアップRAMに記憶されてもよい。加えて、このステップにおいて補正係数Ksを算出する際に用いられる「Ks算出用センサセル値及びKs算出用モニタセル値」は、今回の機関始動後において今回を含む複数回にわたって取得された「Ks算出用センサセル値及びKs算出用モニタセル値」のそれぞれの平均値であってもよい。   When the correction coefficient Ks is already stored in the backup RAM, the correction coefficient Ks is overwritten on the correction coefficient Ks acquired this time. At this time, an average value of the correction coefficient Ks already stored in the backup RAM and the correction coefficient Ks acquired this time may be stored in the backup RAM as a new correction coefficient Ks. In addition, the “sensor cell value for Ks calculation and monitor cell value for Ks calculation” used when calculating the correction coefficient Ks in this step is the “Ks calculation for Ks calculation” acquired several times after the engine start. The average value of the “sensor cell value and Ks calculation monitor cell value” may be used.

一方、ECU81はステップ610、ステップ630、ステップ730、及びステップ1010の何れかのステップにて「No」と判定した場合、並びに、ステップ620にて「Yes」と判定した場合、それぞれのステップからステップ1095に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。   On the other hand, if the ECU 81 determines “No” in any of Step 610, Step 630, Step 730, and Step 1010, and determines “Yes” in Step 620, the ECU 81 performs the steps from the respective steps. Proceed directly to 1095 to end the present routine tentatively.

このように第2検出装置は、F/C運転を行っていないとき(燃料噴射実行中)に補正係数Ksを取得することができる。従って、補正係数Km取得時のF/C運転が極めて短時間で終了する場合であっても、補正係数Ksを比較的短時間のうちに取得できるので、比較的短時間のうちにSOx濃度を精度よく検出することができる。   In this way, the second detection device can acquire the correction coefficient Ks when the F / C operation is not being performed (while fuel injection is being performed). Therefore, even when the F / C operation at the time of acquiring the correction coefficient Km is completed in a very short time, the correction coefficient Ks can be acquired in a relatively short time. It can be detected with high accuracy.

更に第1検出装置と同様、第2検出装置は補正係数Km及びKsを利用しているので、補正係数Km及びKsを利用せずにSOx濃度を検出する場合と比べて、被検ガス中のSOx濃度をより精度よく求めることが可能になる。
なお、第2検出装置は、第2電圧印加制御中に第3電気化学セル13cに酸素ポンピング機能を発揮させているが、同機能を発揮させないようにしてもよい。
Furthermore, as with the first detection device, the second detection device uses the correction coefficients Km and Ks, and therefore, compared with the case where the SOx concentration is detected without using the correction coefficients Km and Ks, It becomes possible to obtain the SOx concentration with higher accuracy.
In addition, although the 2nd detection apparatus is making the 3rd electrochemical cell 13c exhibit the oxygen pumping function during 2nd voltage application control, you may make it not exhibit the same function.

以上、本発明を上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on said each embodiment, this invention is not limited to said each embodiment, A various change is possible unless it deviates from the objective of this invention.

例えば、第1検出装置は、補正係数Ksを求めるとき(第1電圧印加制御中)に、酸素の限界電流域の電圧を第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに印加してもよい。即ち、第1検出装置は酸素の限界電流域の下限電圧以上の電圧を印加して補正係数Ksを求めてもよい。   For example, the first detection device may apply a voltage in the limiting current region of oxygen to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c when obtaining the correction coefficient Ks (during the first voltage application control). Good. That is, the first detection device may obtain the correction coefficient Ks by applying a voltage equal to or higher than the lower limit voltage of the oxygen limit current region.

水及びSOxを分解するために第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに印加する電圧(印加電圧Vm)は、水の分解開始電圧以上であり且つ水の限界電流域未満の電圧であれば1.0Vである必要はない。   The voltage (applied voltage Vm) applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c for decomposing water and SOx is higher than the decomposition start voltage of water and less than the limit current region of water. If there is, it is not necessary to be 1.0V.

即ち、印加電圧Vmが過度に高い電圧となると、被検ガス中に含まれる他の成分(例えば、二酸化炭素(CO)等)の分解が開始され、或いは、固体電解質体11s及び固体電解質体12sの分解を招く虞がある。従って、水及びSOxを分解するための印加電圧Vmは、水の限界電流域の下限電圧未満の所定の電圧であることが望ましい。 That is, when the applied voltage Vm becomes excessively high, decomposition of other components (for example, carbon dioxide (CO 2 ), etc.) contained in the test gas is started, or the solid electrolyte body 11s and the solid electrolyte body There is a possibility of causing 12s decomposition. Therefore, it is desirable that the applied voltage Vm for decomposing water and SOx is a predetermined voltage lower than the lower limit voltage in the limit current region of water.

第1電極11aと第2電極11bとの間に電圧が印加されているときに第1電極11aと第2電極11bとの間に流れる電極電流の大きさを第1検出値とした。同様に、第3電極12aと第4電極12bとの間に電圧が印加されているときに第3電極12aと第4電極12bとの間に流れる電極電流の大きさを第2検出値とした。しかしながら、前述したように、第1検出値及び第2検出値は、上記電極電流に対応する何らかの信号の値(例えば、電圧値、電流値、抵抗値等)である限り、特に限定されない。   The magnitude of the electrode current flowing between the first electrode 11a and the second electrode 11b when a voltage is applied between the first electrode 11a and the second electrode 11b was taken as the first detection value. Similarly, when the voltage is applied between the third electrode 12a and the fourth electrode 12b, the magnitude of the electrode current flowing between the third electrode 12a and the fourth electrode 12b is set as the second detection value. . However, as described above, the first detection value and the second detection value are not particularly limited as long as they are values of some signal corresponding to the electrode current (for example, a voltage value, a current value, a resistance value, etc.).

加えて、第1電極11aは、白金(Pt)とロジウム(Rh)との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極であり、第2電極11bは、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。しかしながら、第1電極11aを構成する材料は、第1電極11aと第2電極11bとの間に電圧を印加したときに、拡散抵抗部32を介して第1内部空間31に導かれた被検ガス中に含まれる水及びSOxを還元分解させることができる限り特に限定されない。好ましくは、第1電極11aを構成する材料は、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)等の白金族元素又はそれらの合金等を主成分として含む。より好ましくは、第1電極11aは、白金(Pt)、ロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)からなる群より選ばれる少なくとも1種を主成分として含む多孔質サーメット電極である。   In addition, the first electrode 11a is a porous cermet electrode containing an alloy of platinum (Pt) and rhodium (Rh) as a main component, and the second electrode 11b is a porous electrode containing platinum (Pt) as a main component. It is a cermet electrode. However, the material constituting the first electrode 11a is a test sample that is guided to the first internal space 31 through the diffusion resistance portion 32 when a voltage is applied between the first electrode 11a and the second electrode 11b. It is not particularly limited as long as water and SOx contained in the gas can be reduced and decomposed. Preferably, the material constituting the first electrode 11a contains a platinum group element such as platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd) or an alloy thereof as a main component. More preferably, the first electrode 11a is a porous cermet electrode containing as a main component at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), rhodium (Rh), and palladium (Pd).

第1及び第2実施形態においては、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cは固体電解質体11sを共有している。しかし互いに別個の固体電解質体に第1電気化学セル11cと第2電気化学セル12cを形成してもよい。即ち、第1電気化学セル11cの第1電極11a及び第2電極11bは第1内部空間31を画定する固体電解質11s及び固体電解質体12sの何れか一方に配設され、第2電気化学セル12cの第3電極12a及び第4電極12bは第1内部空間31を画定する固体電解質11s及び固体電解質体12sの何れか他方に配設されてもよい。
更に、第3電気化学セル13cが、固体電解質体11sを第1電気化学セル11c及び/又は第2電気化学セル12cと共有していてもよい。
更に、第2電極11bが位置する第1別空間と第4電極12bが位置する第1別空間は、第1内部空間31と異なる空間であれば、互いに同一の空間であっても互いに別の空間であってもよい。
In the first and second embodiments, the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c share the solid electrolyte body 11s. However, the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c may be formed on separate solid electrolyte bodies. That is, the first electrode 11a and the second electrode 11b of the first electrochemical cell 11c are disposed on one of the solid electrolyte 11s and the solid electrolyte body 12s that define the first internal space 31, and the second electrochemical cell 12c. The third electrode 12 a and the fourth electrode 12 b may be disposed on either one of the solid electrolyte 11 s and the solid electrolyte body 12 s that define the first internal space 31.
Further, the third electrochemical cell 13c may share the solid electrolyte body 11s with the first electrochemical cell 11c and / or the second electrochemical cell 12c.
Furthermore, if the first separate space where the second electrode 11b is located and the first separate space where the fourth electrode 12b is located are different from the first internal space 31, they are different from each other even if they are the same space. It may be a space.

第3電気化学セル13cの酸素ポンピング作用により第1内部空間31へ酸素を供給して第1内部空間31内の酸素濃度を特定の一定濃度(但し、0パーセントより高い濃度)に保持し、この状態で補正係数Kmを算出してもよい。   Oxygen is supplied to the first internal space 31 by the oxygen pumping action of the third electrochemical cell 13c to maintain the oxygen concentration in the first internal space 31 at a specific constant concentration (however, a concentration higher than 0 percent). The correction coefficient Km may be calculated in the state.

更に、第2電気化学セル12cは第1電気化学セル11cの近傍に配設されている。しかしながら、これらのセルから取得される第1検出値と第2検出値との差異に基づいて被検ガス中に含まれるSOxの濃度を検出することができる限り、これらのセルの位置関係は特に限定されない。   Further, the second electrochemical cell 12c is disposed in the vicinity of the first electrochemical cell 11c. However, as long as the concentration of SOx contained in the sample gas can be detected based on the difference between the first detection value and the second detection value acquired from these cells, the positional relationship between these cells is particularly It is not limited.

第1及び第2検出装置においては、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cを利用してSOx検出用第1検出値とSOx検出用第2検出値とを検出するときに、第1電気化学セル11c及び第2電気化学セル12cに対して同一電圧(1.0V)を印加している。
しかしこの際に第1電気化学セル11cと第2電気化学セル12cにそれぞれ印加する電圧は、水の分解開始電圧以上の電圧であれば互いに異なる大きさであってもよい。この場合、図8に示したルックアップテーブルのデータは、各セルに印加される電圧に応じて予め取得される。
In the first and second detection devices, the first detection value for SOx detection and the second detection value for SOx detection are detected using the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c. The same voltage (1.0 V) is applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c.
However, the voltages applied to the first electrochemical cell 11c and the second electrochemical cell 12c at this time may be different from each other as long as the voltages are equal to or higher than the water decomposition start voltage. In this case, the data of the lookup table shown in FIG. 8 is acquired in advance according to the voltage applied to each cell.

また更に、第1及び第2検出装置においては、第3電極12aは、白金(Pt)と金(Au)との合金を主成分として含む多孔質サーメット電極であり、第4電極12bは、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。しかしながら、第3電極12aを構成する材料は、第3電極12aと第4電極12bとの間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに、拡散抵抗部32を介して第1内部空間31に導かれた被検ガス中に含まれる水を還元分解させることができ且つSOxを実質的に分解できない限り、特に限定されない。好ましくは、第3電極12aを構成する材料は、白金(Pt)、金(Au)、鉛(Pb)、銀(Ag)等の金属元素又はそれらの合金等を主成分として含む。より好ましくは、第3電極12aは、白金(Pt)、金(Au)、鉛(Pb)及び銀(Ag)からなる群より選ばれる少なくとも1種を主成分として含む多孔質サーメット電極である。   Furthermore, in the first and second detection devices, the third electrode 12a is a porous cermet electrode containing an alloy of platinum (Pt) and gold (Au) as a main component, and the fourth electrode 12b is platinum. It is a porous cermet electrode containing (Pt) as a main component. However, the material constituting the third electrode 12a is the first internal space via the diffusion resistance portion 32 when a voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied between the third electrode 12a and the fourth electrode 12b. There is no particular limitation as long as water contained in the test gas led to 31 can be reduced and decomposed and SOx cannot be substantially decomposed. Preferably, the material constituting the third electrode 12a includes a metal element such as platinum (Pt), gold (Au), lead (Pb), silver (Ag), or an alloy thereof as a main component. More preferably, the third electrode 12a is a porous cermet electrode containing as a main component at least one selected from the group consisting of platinum (Pt), gold (Au), lead (Pb), and silver (Ag).

第3電極12aにおいてSOxが分解される速度(第2分解速度)が実質的に0(ゼロ)である。しかしながら第2分解速度は、第1分解速度より低い速度であれば0でなくてもよい。   The speed at which SOx is decomposed in the third electrode 12a (second decomposition speed) is substantially 0 (zero). However, the second decomposition rate may not be 0 as long as it is lower than the first decomposition rate.

更に、第1及び第2検出装置は、SOx濃度検出用パラメータPと補正第2検出値Imcとを用いてSOx濃度を検出していたが、SOx濃度検出用パラメータPのみを用いてSOx濃度を検出してもよい。この場合、第1及び第2検出装置は、基準電気化学セルの検出値が特定の値(例えば、4mA、又は、4mAを含む微小電流範囲内の値)であるときのSOx濃度とSOx濃度検出用パラメータPとの関係を1次元マップ(ルックアップテーブル)の形式によりROMに記憶しておく。そして、第1及び第2検出装置は、補正係数Km及びKsが取得された段階以降において、補正第2検出値Imcが前記特定の値であるか否かを判定し、補正第2検出値Imが前記特定の値である場合に実際に得られたSOx濃度検出用パラメータPを上記1次元マップに適用することにより、SOxの濃度を検出してもよい。更に、検出装置は、排気に含まれる水の濃度を検出する水濃度センサを別途備え、その水濃度センサにより検出された水の濃度が所定の範囲内であるときに限り、SOx濃度検出用パラメータPを「水の濃度が所定の範囲内であるときの、検出用パラメータPとSOx濃度との関係を規定する1次元マップ」に適用することにより、SOxの濃度を検出してもよい。   Furthermore, although the first and second detection devices detect the SOx concentration using the SOx concentration detection parameter P and the corrected second detection value Imc, the SOx concentration is detected using only the SOx concentration detection parameter P. It may be detected. In this case, the first and second detection devices detect the SOx concentration and the SOx concentration when the detected value of the reference electrochemical cell is a specific value (for example, 4 mA or a value within a minute current range including 4 mA). The relationship with the parameter P is stored in the ROM in the form of a one-dimensional map (lookup table). The first and second detection devices determine whether the corrected second detection value Imc is the specific value after the stage where the correction coefficients Km and Ks are acquired, and the corrected second detection value Im. The SOx concentration may be detected by applying the SOx concentration detection parameter P actually obtained when is the specific value to the one-dimensional map. Furthermore, the detection device is further provided with a water concentration sensor that detects the concentration of water contained in the exhaust gas, and the SOx concentration detection parameter is only provided when the water concentration detected by the water concentration sensor is within a predetermined range. The SOx concentration may be detected by applying P to “a one-dimensional map that defines the relationship between the detection parameter P and the SOx concentration when the water concentration is within a predetermined range”.

10…素子部、11a、12a及び13a…電極、11b、12b及び13b…電極、11s及び12s…固体電解質体、11c、12c及び13c…ポンピングセル(第1乃至第3電気化学セル)、21a、21b、21c、21d、21e及び21f…第1乃至第6アルミナ層、31…内部空間、32…拡散抵抗部、41…ヒータ、51及び52…第1及び第2大気導入路、61、62及び63…電源、71、72及び73…電流計、81…ECU。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Element part, 11a, 12a and 13a ... Electrode, 11b, 12b and 13b ... Electrode, 11s and 12s ... Solid electrolyte body, 11c, 12c and 13c ... Pumping cell (1st thru | or 3rd electrochemical cell), 21a, 21b, 21c, 21d, 21e and 21f ... 1st to 6th alumina layers, 31 ... internal space, 32 ... diffusion resistance part, 41 ... heater, 51 and 52 ... 1st and 2nd atmosphere introduction path, 61, 62 and 63 ... Power supply, 71, 72 and 73 ... Ammeter, 81 ... ECU.

Claims (6)

酸化物イオン伝導性を有する第1固体電解質体と前記第1固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第1電極及び第2電極とを含む第1電気化学セルと、酸化物イオン伝導性を有する第2固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第3電極及び第4電極とを含む第2電気化学セルと、緻密体と、拡散抵抗部と、を備え、前記第1固体電解質体及び前記第2固体電解質体と前記緻密体と前記拡散抵抗部とにより画定される第1内部空間に前記拡散抵抗部を介して内燃機関の排気が被検ガスとして導入され、前記第1電極及び前記第3電極が前記第1内部空間に露出し且つ前記第2電極及び前記第4電極が前記第1内部空間とは異なる第1別空間に露出するように構成された素子部と、
前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加したときに前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流値に対応する第1検出値及び前記第3電極と前記第4電極との間に電圧を印加したときに前記第3電極と前記第4電極との間に流れる電流値に対応する第2検出値を取得する取得部と、
を有するガス濃度検出装置において、
前記第1電極は前記第1電極と前記第2電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を印加したときに前記被検ガス中に含まれる水(HO)を分解させることが可能となるように構成され、
前記第3電極は前記第3電極と前記第4電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を前記電圧印加部を用いて印加したときに、前記被検ガス中に含まれる水(HO)を分解させることが可能となるように構成され、
前記第1電極及び前記第3電極は、前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に水の分解開始電圧以上の同一電圧を印加したとき、前記第3電極による硫黄酸化物の分解速度が前記第1電極による硫黄酸化物の分解速度よりも低くなるように構成され、
前記取得部は、
前記第1内部空間の前記被検ガスの酸素濃度が特定の一定濃度であると判定した場合に、前記第3電極と前記第4電極との間に酸素の限界電流域の電圧を印加し、そのときの前記第2検出値である検出モニタセル値に対する予め定められた所定の基準出力値の比をモニタセル補正値(Km)として求め、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態である場合に酸素の限界電流域の下限電圧以上の電圧を前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に前記電圧印加部を用いて印加する第1電圧印加制御、及び、前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に酸素の限界電流域の電圧を前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に前記電圧印加部を用いて印加する第2電圧印加制御、のうちの少なくとも一方を実行するとともに、前記第1電圧印加制御及び前記第2電圧印加制御のうちの少なくとも一方が実行されているときの、前記第1検出値に対する、前記第2検出値と前記モニタセル補正値との積の、比をセンサセル補正値(Ks)として求め、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態でない場合に、前記第1電極と前記第2電極との間及び前記第3電極と前記第4電極との間に水の分解開始電圧以上の電圧を前記電圧印加部を用いて印加するとともに、そのときの前記第1検出値及び前記第2検出値をそれぞれSOx検出用第1検出値及びSOx検出用第2検出値として取得し、
前記SOx検出用第2検出値と前記モニタセル補正値との積と、前記SOx検出用第1検出値と前記センサセル補正値との積と、の差に応じた値に基づいて前記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求めるように構成された、
ガス濃度検出装置。
A first electrochemical cell including a first solid electrolyte body having oxide ion conductivity and a first electrode and a second electrode respectively formed on a surface of the first solid electrolyte body; and having oxide ion conductivity A second electrochemical cell including a third electrode and a fourth electrode respectively formed on a surface of the second solid electrolyte body; a dense body; and a diffusion resistance portion; and the first solid electrolyte body and the first electrode The exhaust gas of the internal combustion engine is introduced as a test gas into the first internal space defined by the two solid electrolyte body, the dense body, and the diffusion resistance portion via the diffusion resistance portion, and the first electrode and the third electrode An element portion configured such that an electrode is exposed to the first internal space and the second electrode and the fourth electrode are exposed to a first separate space different from the first internal space;
A voltage applying unit that applies a voltage between the first electrode and the second electrode and between the third electrode and the fourth electrode;
A first detection value corresponding to a current value flowing between the first electrode and the second electrode when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode; An acquisition unit for acquiring a second detection value corresponding to a current value flowing between the third electrode and the fourth electrode when a voltage is applied between the four electrodes;
In a gas concentration detection device having
The first electrode decomposes water (H 2 O) contained in the test gas when a voltage equal to or higher than a water decomposition start voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Configured to be possible,
When the third electrode is applied with a voltage equal to or higher than the decomposition start voltage of water between the third electrode and the fourth electrode using the voltage application unit, water (H 2 O) can be decomposed,
The first electrode and the third electrode are applied with the same voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage between the first electrode and the second electrode and between the third electrode and the fourth electrode. , The sulfur oxide decomposition rate by the third electrode is configured to be lower than the sulfur oxide decomposition rate by the first electrode,
The acquisition unit
When it is determined that the oxygen concentration of the test gas in the first internal space is a specific constant concentration, a voltage in a limiting current region of oxygen is applied between the third electrode and the fourth electrode, A ratio of a predetermined reference output value determined in advance to the detected monitor cell value that is the second detected value at that time is obtained as a monitor cell correction value (Km),
When the operation state of the internal combustion engine is a fuel cut operation state, a voltage equal to or higher than the lower limit voltage of the limit current region of oxygen is applied between the first electrode and the second electrode and between the third electrode and the fourth electrode. A first voltage application control applied using the voltage application unit between the first electrode and the second electrode when the operating state of the internal combustion engine is not a fuel cut operating state. Performing at least one of second voltage application control applied between the electrodes and between the third electrode and the fourth electrode using the voltage application unit, and the first voltage application control and A sensor cell correction value (Ks) is a ratio of the product of the second detection value and the monitor cell correction value to the first detection value when at least one of the second voltage application controls is executed. Seeking
When the operation state of the internal combustion engine is not a fuel cut operation state, a voltage equal to or higher than a water decomposition start voltage is applied between the first electrode and the second electrode and between the third electrode and the fourth electrode. Applying using the voltage application unit, and obtaining the first detection value and the second detection value at that time as a first detection value for SOx detection and a second detection value for SOx detection, respectively,
Based on a value corresponding to a difference between a product of the second detection value for SOx detection and the monitor cell correction value and a product of the first detection value for SOx detection and the sensor cell correction value, Configured to determine the concentration of sulfur oxides,
Gas concentration detector.
請求項1に記載のガス濃度検出装置において、
前記第1固体電解質体と前記第2固体電解質体とは同一の共通固体電解質体であり、
前記素子部は、酸化物イオン伝導性を有する第3固体電解質体と、前記第3固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第5電極及び第6電極と、を含む第3電気化学セルを備え、
前記第1内部空間は、前記共通固体電解質体、前記緻密体、前記拡散抵抗部及び前記第3固体電解質により画定され、
前記第5電極が前記第1内部空間に露出し且つ前記第6電極が前記第1内部空間とは異なる第2別空間に露出するように構成され、
前記電圧印加部は、前記第5電極と前記第6電極との間にも電圧を印加するように構成され、
前記第5電極及び前記第6電極は、前記第5電極と前記第6電極との間に酸素の限界電流域の電圧を印加したときに前記第1内部空間から酸素(O)を排出する酸素ポンピング機能を発揮するように構成され、
前記取得部は、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット運転状態であるとき前記第1内部空間の前記被検ガスの酸素濃度が前記特定の一定濃度であると判定し、
前記モニタセル補正値を求める場合には前記第5電極と前記第6電極との間への前記電圧印加部を用いた電圧の印加を停止して前記酸素ポンピング機能を停止させ、
前記SOx検出用第1検出値及び前記SOx検出用第2検出値を取得する場合には前記第5電極と前記第6電極との間に前記電圧印加部を用いて酸素の限界電流域の電圧を印加させて前記酸素ポンピング機能を発揮させる、ように構成された、
ガス濃度検出装置。
The gas concentration detection apparatus according to claim 1,
The first solid electrolyte body and the second solid electrolyte body are the same common solid electrolyte body,
The element portion includes a third electrochemical cell including a third solid electrolyte body having oxide ion conductivity, and a fifth electrode and a sixth electrode formed on the surface of the third solid electrolyte body, respectively. ,
The first internal space is defined by the common solid electrolyte body, the dense body, the diffusion resistance portion, and the third solid electrolyte,
The fifth electrode is exposed to the first internal space, and the sixth electrode is exposed to a second separate space different from the first internal space,
The voltage application unit is configured to apply a voltage between the fifth electrode and the sixth electrode,
The fifth electrode and the sixth electrode discharge oxygen (O 2 ) from the first internal space when a voltage in a limiting current region of oxygen is applied between the fifth electrode and the sixth electrode. Constructed to demonstrate oxygen pumping function,
The acquisition unit
When the operation state of the internal combustion engine is a fuel cut operation state, it is determined that the oxygen concentration of the test gas in the first internal space is the specific constant concentration,
When obtaining the monitor cell correction value, the application of the voltage using the voltage application unit between the fifth electrode and the sixth electrode is stopped to stop the oxygen pumping function,
When the first detection value for SOx detection and the second detection value for SOx detection are acquired, the voltage application unit is used between the fifth electrode and the sixth electrode to set the voltage in the limiting current region of oxygen. Configured to exert the oxygen pumping function by applying
Gas concentration detector.
請求項2に記載のガス濃度検出装置において、
前記取得部は、
前記第1電圧印加制御を実行して前記センサセル補正値を求めるとともに、前記第1電圧印加制御の実行中に前記第5電極と前記第6電極との間への前記電圧印加部を用いた電圧の印加を停止して前記酸素ポンピング機能を停止させるように構成された、
ガス濃度検出装置。
The gas concentration detection apparatus according to claim 2,
The acquisition unit
A voltage using the voltage application unit between the fifth electrode and the sixth electrode during execution of the first voltage application control while obtaining the sensor cell correction value by executing the first voltage application control Is configured to stop the oxygen pumping function by stopping the application of
Gas concentration detector.
請求項1に記載のガス濃度検出装置において、
前記取得部は、
前記第1内部空間の前記被検ガスの酸素濃度の所定時間における最大値と最小値との差の大きさが所定変化量閾値以下であるときに前記第2電圧印加制御を実行して前記センサセル補正値を求める、ように構成された、
ガス濃度検出装置。
The gas concentration detection apparatus according to claim 1,
The acquisition unit
The sensor cell is configured to execute the second voltage application control when the difference between the maximum value and the minimum value of the oxygen concentration of the test gas in the first internal space in a predetermined time is equal to or less than a predetermined change amount threshold value. Configured to determine the correction value,
Gas concentration detector.
請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載のガス濃度検出装置において、
前記取得部は、
前記SOx検出用第2検出値と前記モニタセル補正値との積と、前記SOx検出用第1検出値と前記センサセル補正値との積と、の差及び前記SOx検出用第2検出値と前記モニタセル補正値との積と、を引数とするルックアップテーブルに基づいて前記被検ガスの硫黄酸化物の濃度を求めるように構成された、
ガス濃度検出装置。
In the gas concentration detection apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The acquisition unit
The difference between the product of the second detection value for SOx detection and the monitor cell correction value, the product of the first detection value for SOx detection and the sensor cell correction value, and the second detection value for SOx detection and the monitor cell Based on the product of the correction value and a look-up table with the argument as an argument, the sulfur oxide concentration of the test gas is determined.
Gas concentration detector.
請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のガス濃度検出装置において、
前記第1電極及び前記第3電極は白金(Pt)を含み、
前記第1電極が前記第3電極よりもロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)のうちの少なくとも1つをより多く含む、
ガス濃度検出装置。
In the gas concentration detection apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The first electrode and the third electrode include platinum (Pt),
The first electrode includes at least one of rhodium (Rh) and palladium (Pd) more than the third electrode;
Gas concentration detector.
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