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JP7800766B2 - Gas concentration detector - Google Patents
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JP7800766B2 - Gas concentration detector - Google Patents

Gas concentration detector

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JP7800766B2
JP7800766B2 JP2025505126A JP2025505126A JP7800766B2 JP 7800766 B2 JP7800766 B2 JP 7800766B2 JP 2025505126 A JP2025505126 A JP 2025505126A JP 2025505126 A JP2025505126 A JP 2025505126A JP 7800766 B2 JP7800766 B2 JP 7800766B2
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Description

関連出願の相互参照CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

本出願は2023年3月9日に出願された日本出願番号2023-036838号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。 This application is based on Japanese Application No. 2023-036838, filed on March 9, 2023, the contents of which are incorporated herein by reference.

本開示は、ガス濃度検出装置に関する。 The present disclosure relates to a gas concentration detection device.

例えば、特許文献1に開示されているように、センサ電極に吸蔵された酸素を除去するため、ポンプセルに、ガス濃度検出時に印加する通常電圧よりも高い除去用電圧を印加し、被測定ガス室内の水を分解して水素を発生させるガス濃度検出装置が知られている。このガス濃度検出装置は、発生させた水素をセンサ電極に吸蔵された酸素と反応させ、センサ電極から酸素を除去することにより、早期活性化を図っている。For example, as disclosed in Patent Document 1, a gas concentration detection device is known that applies a removal voltage to a pump cell that is higher than the normal voltage applied during gas concentration detection in order to remove oxygen stored in the sensor electrode, thereby decomposing water in the measurement gas chamber to generate hydrogen. This gas concentration detection device aims for early activation by reacting the generated hydrogen with the oxygen stored in the sensor electrode and removing the oxygen from the sensor electrode.

特開2016-070922号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-070922

特許文献1に記載のガス濃度検出装置が行う早期活性化の処理は、センサ電極に吸着したVOC(すなわち、揮発性有機化合物)の除去を考慮したものではない。つまり、ガス濃度検出装置を搭載する内燃機関の運転休止時間によっては、センサ電極に酸素が吸蔵されることに加え、センサ電極にVOCが吸着するおそれがある。そのため、特許文献1に記載のガス濃度検出装置が行う処理だけでは、センサ電極からVOCを効率的に除去できないおそれがあり、ガス濃度検出装置の始動時において、センサセルの出力が安定するまでの時間が長くなるおそれがある。そのため、特許文献1に記載のガス濃度検出装置は、早期活性化の観点から、さらなる改善の余地があるといえる。The early activation process performed by the gas concentration detection device described in Patent Document 1 does not take into account the removal of VOCs (i.e., volatile organic compounds) adsorbed to the sensor electrode. In other words, depending on the length of time the internal combustion engine equipped with the gas concentration detection device is out of operation, there is a risk that VOCs may be adsorbed to the sensor electrode in addition to oxygen being stored in the sensor electrode. Therefore, the process performed by the gas concentration detection device described in Patent Document 1 alone may not be sufficient to efficiently remove VOCs from the sensor electrode, and it may take a long time for the sensor cell output to stabilize when the gas concentration detection device is started. Therefore, it can be said that the gas concentration detection device described in Patent Document 1 has room for further improvement in terms of early activation.

本開示は、効率的、かつ確実に早期活性化を図ることができるガス濃度検出装置を提供しようとするものである。 The present disclosure aims to provide a gas concentration detection device that can be activated efficiently and reliably and quickly.

本開示の一態様は、センサ素子と、電圧制御部と、を有すると共に、内燃機関に搭載されるガス濃度検出装置であって、
上記センサ素子は、
被測定ガスが導入される被測定ガス室と、
酸素イオン伝導性を有する固体電解質体、及び該固体電解質体上に設けられた一対の電極を有し、上記被測定ガス室における上記被測定ガス中のNOxの濃度を検出するセンサセルと、
上記固体電解質体、及び該固体電解質体上に設けられた一対の電極を有し、上記被測定ガス室における上記被測定ガス中の酸素の濃度を調整するポンプセルと、を備え、
上記センサセルは、上記被測定ガス室に配置されるセンサ電極を有し、
上記ポンプセルは、上記被測定ガス室に配置されるポンプ電極を有し、
上記電圧制御部は、上記ポンプセルに印加する電圧であるポンプ電圧を制御し、
上記被測定ガスのNOx濃度検出を開始する前に、NOx濃度検出時に印加する上記ポンプ電圧よりも高い上記ポンプ電圧を印加する第一処理モードと、NOx濃度検出時に印加する上記ポンプ電圧よりも低い上記ポンプ電圧を印加する第二処理モードと、の2つの処理モードを、実行することができるように構成されており、
上記内燃機関の運転休止時間に基づいて、上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を選択、或いは、上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、上記第一処理モードのみを選択して、選択した上記処理モードを実行する、ガス濃度検出装置にある。
One aspect of the present disclosure is a gas concentration detection device that includes a sensor element and a voltage control unit and is mounted on an internal combustion engine,
The sensor element is
a measurement gas chamber into which a measurement gas is introduced;
a sensor cell having a solid electrolyte body having oxygen ion conductivity and a pair of electrodes provided on the solid electrolyte body, the sensor cell detecting the concentration of NOx in the measurement gas in the measurement gas chamber;
a pump cell having the solid electrolyte body and a pair of electrodes provided on the solid electrolyte body, and configured to adjust the concentration of oxygen in the measurement gas in the measurement gas chamber,
the sensor cell has a sensor electrode disposed in the measurement gas chamber;
the pump cell has a pump electrode disposed in the measurement gas chamber;
the voltage control unit controls a pump voltage that is a voltage applied to the pump cell;
The device is configured to be able to execute two processing modes, namely, a first processing mode in which a pump voltage higher than the pump voltage applied during NOx concentration detection is applied before starting detection of the NOx concentration of the measurement gas, and a second processing mode in which a pump voltage lower than the pump voltage applied during NOx concentration detection is applied,
The gas concentration detection device selects both the first processing mode and the second processing mode based on the operation stop time of the internal combustion engine, or selects only the first processing mode from the first processing mode and the second processing mode, and executes the selected processing mode.

上記ガス濃度検出装置は、内燃機関の運転休止時間に基づいて、第一処理モードと第二処理モードとの双方を選択、或いは、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを選択して、選択した処理モードを実行する。それゆえ、センサ電極に吸蔵した酸素の除去、及びセンサ電極に吸着したVOCの除去を、効率的に実施することができる。その結果、効率的、かつ確実に早期活性化を図ることができる。 The gas concentration detection device selects both the first and second treatment modes based on the engine's downtime, or selects only the first treatment mode from the first and second treatment modes, and executes the selected treatment mode. This allows for efficient removal of oxygen occluded in the sensor electrode and VOCs adsorbed to the sensor electrode. As a result, early activation can be achieved efficiently and reliably.

以上のごとく、上記態様によれば、効率的、かつ確実に早期活性化を図ることができるガス濃度検出装置を提供することができる。
なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a gas concentration detection device that can be activated efficiently and reliably at an early stage.
Note that the symbols in parentheses in the claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described below, and do not limit the technical scope of the present disclosure.

本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、実施形態1における、ガス濃度検出装置のブロック図であり、 図2は、実施形態1における、センサ素子の先端部の断面図であり、 図3は、実施形態1における、運転休止時間と、センサ電極の吸蔵酸素量及び吸着VOC量との関係を示すグラフであり、 図4は、実施形態1における、水素の生成に必要なポンプセルの温度と、センサ電極の還元に必要なセンサセルの温度と、を示すグラフであり、 図5は、実施形態1における、選択した処理モードを実行するまでの流れを示すフローチャートであり、 図6は、実施形態1における、被測定ガスの水蒸気の濃度と活性時間との関係を示すグラフであり、 図7は、実施形態1における、被測定ガスの酸素の濃度と活性時間との関係を示すグラフであり、 図8は、実験例1における、運転休止時間と活性時間との関係を示すグラフであり、 図9は、実験例2における、実施例1及び比較例1の、運転休止時間と、NOx濃度検出の精度との関係を示すグラフであり、 図10は、実施形態3における、ガス濃度検出装置のブロック図であり、 図11は、排気管内の残存水量と、NOx濃度の検出精度との関係を示すグラフである。
The above and other objects, features and advantages of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 is a block diagram of a gas concentration detection device according to a first embodiment; FIG. 2 is a cross-sectional view of a tip portion of a sensor element according to the first embodiment; FIG. 3 is a graph showing the relationship between the operation suspension time and the amount of oxygen stored in the sensor electrode and the amount of VOC adsorbed in the sensor electrode in the first embodiment; FIG. 4 is a graph showing the pump cell temperature required for hydrogen generation and the sensor cell temperature required for reduction of the sensor electrode in the first embodiment; FIG. 5 is a flowchart showing a flow up to execution of a selected processing mode in the first embodiment. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the concentration of water vapor in the measurement gas and activation time in the first embodiment; FIG. 7 is a graph showing the relationship between the oxygen concentration in the measurement gas and activation time in the first embodiment; FIG. 8 is a graph showing the relationship between the operation suspension time and the activation time in Experimental Example 1; FIG. 9 is a graph showing the relationship between the operation suspension time and the accuracy of NOx concentration detection in Example 1 and Comparative Example 1 in Experimental Example 2; FIG. 10 is a block diagram of a gas concentration detection device according to a third embodiment; FIG. 11 is a graph showing the relationship between the amount of water remaining in the exhaust pipe and the detection accuracy of the NOx concentration.

(実施形態1)
ガス濃度検出装置に係る実施形態について、図1~図7を参照して説明する。
本形態のガス濃度検出装置1は、図1に示すごとく、センサ素子11と、電圧制御部71と、を有すると共に、内燃機関(図示略)に搭載される。センサ素子11は、図2に示すごとく、被測定ガスが導入される被測定ガス室10と、センサセル3と、ポンプセル4と、を備える。
(Embodiment 1)
An embodiment of a gas concentration detection device will be described with reference to FIGS.
1, the gas concentration detecting device 1 of this embodiment includes a sensor element 11 and a voltage control unit 71, and is mounted on an internal combustion engine (not shown). As shown in FIG. 2, the sensor element 11 includes a measurement gas chamber 10 into which a measurement gas is introduced, a sensor cell 3, and a pump cell 4.

センサセル3は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体2、及び固体電解質体2上に設けられた一対の電極21,22を有する。センサセル3は、被測定ガス室10における被測定ガス中のNOx(すなわち、窒素酸化物)の濃度を検出する。ポンプセル4は、固体電解質体2、及び固体電解質体2上に設けられた一対の電極23,22を有する。ポンプセル4は、被測定ガス室10における被測定ガス中の酸素の濃度を調整する。また、センサセル3は、被測定ガス室10に配置されるセンサ電極21を有する。ポンプセル4は、被測定ガス室10に配置されるポンプ電極23を有する。 The sensor cell 3 has a solid electrolyte body 2 with oxygen ion conductivity and a pair of electrodes 21, 22 provided on the solid electrolyte body 2. The sensor cell 3 detects the concentration of NOx (i.e., nitrogen oxides) in the measurement gas in the measurement gas chamber 10. The pump cell 4 has a solid electrolyte body 2 and a pair of electrodes 23, 22 provided on the solid electrolyte body 2. The pump cell 4 adjusts the concentration of oxygen in the measurement gas in the measurement gas chamber 10. The sensor cell 3 also has a sensor electrode 21 disposed in the measurement gas chamber 10. The pump cell 4 has a pump electrode 23 disposed in the measurement gas chamber 10.

電圧制御部71は、ポンプセル4に印加する電圧であるポンプ電圧を制御する。また、ガス濃度検出装置1は、被測定ガスのNOx濃度検出を開始する前に、第一処理モードと、第二処理モードと、の2つの処理モードを、実行することができるように構成されている。第一処理モードは、NOx濃度検出時に印加するポンプ電圧よりも高いポンプ電圧を印加する処理モードである。第二処理モードは、NOx濃度検出時に印加するポンプ電圧よりも低いポンプ電圧を印加する処理モードである。 The voltage control unit 71 controls the pump voltage, which is the voltage applied to the pump cell 4. The gas concentration detection device 1 is also configured to be able to execute two processing modes, a first processing mode and a second processing mode, before starting to detect the NOx concentration of the measured gas. The first processing mode is a processing mode in which a pump voltage higher than the pump voltage applied when detecting the NOx concentration is applied. The second processing mode is a processing mode in which a pump voltage lower than the pump voltage applied when detecting the NOx concentration is applied.

ガス濃度検出装置1は、図3に示すごとく、内燃機関の運転休止時間T1に基づいて、第一処理モードと第二処理モードとの双方を選択、或いは、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを選択して、選択した処理モードを実行する。また、第一処理モードは、ポンプセル4に、被測定ガスに含まれる水を分解させ、水素を発生させる処理モードである。第二処理モードは、被測定ガスに含まれる酸素をセンサ電極21側に流入させる処理モードである。As shown in Figure 3, the gas concentration detection device 1 selects both the first and second treatment modes, or selects only the first treatment mode from the first and second treatment modes, based on the engine's operation downtime T1, and executes the selected treatment mode. The first treatment mode is a treatment mode in which the pump cell 4 decomposes water contained in the measured gas to generate hydrogen. The second treatment mode is a treatment mode in which oxygen contained in the measured gas flows into the sensor electrode 21.

また、本明細書において、活性状態とは、固体電解質体2およびセンサ電極21がNOx検出に適した温度となっている状態に加え、センサ電極21に吸蔵した酸素の量、及びセンサ電極21に吸着したVOCの量が充分に少なく、センサ電極21がNOx検出に適した状態であることを含む。また、本明細書において、活性時間T2は、ガス濃度検出装置1の駆動開始から、センサ電極21の吸蔵酸素及び吸着VOCが充分に除去されて活性状態となり、ガス濃度検出装置1のNOx濃度の検出精度が安定するまでの時間を意味する。In this specification, the term "active state" refers to a state in which the solid electrolyte body 2 and the sensor electrode 21 are at temperatures suitable for detecting NOx, as well as a state in which the amount of oxygen occluded in the sensor electrode 21 and the amount of VOCs adsorbed to the sensor electrode 21 are sufficiently small, making the sensor electrode 21 suitable for detecting NOx. In this specification, the term "active time T2" refers to the time from when the gas concentration detection device 1 starts operating until the sensor electrode 21 enters an active state after the occluded oxygen and adsorbed VOCs have been sufficiently removed, and the NOx concentration detection accuracy of the gas concentration detection device 1 stabilizes.

本形態のガス濃度検出装置1は、例えば、車両に搭載され、排ガスに含まれるNOxの濃度を測定する手段として用いることができる。ガス濃度検出装置1は、例えば、車両の内燃機関の排気管(図示略)に取り付けられることにより、排ガスに含まれるNOxの濃度を測定することができる。 The gas concentration detection device 1 of this embodiment can be mounted on a vehicle, for example, and used as a means for measuring the concentration of NOx contained in exhaust gas. The gas concentration detection device 1 can be attached, for example, to the exhaust pipe (not shown) of the vehicle's internal combustion engine, to measure the concentration of NOx contained in exhaust gas.

ガス濃度検出装置1において、センサ素子11は、長尺形状に形成されている。図2に示すごとく、センサ素子11の長手方向における一方の端部に、センサセル3、ポンプセル4、被測定ガス室10等が設けられている。センサ素子11におけるセンサセル3等が設けられた側の端部は、素子カバー(図示略)に覆われた状態にて、排気管内に配置され、被測定ガスである排ガスに晒される。また、センサ素子11における排気管内に配置された側とは反対側の端部(図示略)は、後述する基準ガスとなる大気に晒される。本形態において、センサ素子11は、限界電流式センサ素子として構成されている。また、本明細書において、センサ素子11の長手方向Zを、適宜、Z方向という。また、Z方向において、センサ素子11における排気管内に位置する側を先端側とし、その反対側を基端側という。また、センサセル3における一対の電極21,22及び固体電解質体2の積層方向Yを、適宜、Y方向という。また、Y方向において、固体電解質体2に対し、被測定ガス室10がある側を上側とし、その反対側を下側という。In the gas concentration detection device 1, the sensor element 11 is formed in an elongated shape. As shown in FIG. 2 , the sensor cell 3, pump cell 4, measurement gas chamber 10, etc. are provided at one longitudinal end of the sensor element 11. The end of the sensor element 11 where the sensor cell 3, etc. are provided is covered with an element cover (not shown) and placed in the exhaust pipe, where it is exposed to the exhaust gas being measured. The end of the sensor element 11 opposite the end placed in the exhaust pipe (not shown) is exposed to the atmosphere, which serves as the reference gas described below. In this embodiment, the sensor element 11 is configured as a limiting current sensor element. In this specification, the longitudinal direction Z of the sensor element 11 is referred to as the Z direction, as appropriate. In the Z direction, the side of the sensor element 11 located in the exhaust pipe is referred to as the tip side, and the opposite side is referred to as the base side. In addition, the stacking direction Y of the pair of electrodes 21, 22 and the solid electrolyte body 2 in the sensor cell 3 is referred to as the Y direction, as appropriate. In addition, in the Y direction, the side of the solid electrolyte body 2 on which the measurement gas chamber 10 is located is referred to as the upper side, and the opposite side is referred to as the lower side.

センサセル3は、センサ電極21と基準電極22とを有する。センサ電極21と基準電極22とは、固体電解質体2のY方向における両側に、互いに対向配置されるように、設けられている。センサ電極21は、固体電解質体2における被測定ガス室10側の面に設置されている。基準電極22は、固体電解質体2における、後述する基準ガス室100側の面に設置されている。また、センサ電極21は、ポンプ電極23よりもZ方向の基端側に位置しており、ポンプ電極23よりも、被測定ガス室10に導入される被測定ガスの気流の下流側に位置する。本形態において、センサ電極21は、Pt(すなわち、白金)及びRh(すなわち、ロジウム)を含有する多孔質サーメット電極からなり、NOxに対して強い還元性を有している。また、本形態において、基準電極22は、Pt等の貴金属を含む多孔質サーメット電極からなる。The sensor cell 3 includes a sensor electrode 21 and a reference electrode 22. The sensor electrode 21 and the reference electrode 22 are disposed opposite each other on both sides of the solid electrolyte body 2 in the Y direction. The sensor electrode 21 is disposed on the surface of the solid electrolyte body 2 facing the measurement gas chamber 10. The reference electrode 22 is disposed on the surface of the solid electrolyte body 2 facing the reference gas chamber 100 (described later). The sensor electrode 21 is located closer to the base end in the Z direction than the pump electrode 23 and downstream of the pump electrode 23 in the flow of the measurement gas introduced into the measurement gas chamber 10. In this embodiment, the sensor electrode 21 is a porous cermet electrode containing Pt (i.e., platinum) and Rh (i.e., rhodium) and has strong NOx reduction properties. In this embodiment, the reference electrode 22 is a porous cermet electrode containing a precious metal such as Pt.

ポンプセル4は、ポンプ電極23と基準電極22とを有する。ポンプ電極23は、固体電解質体2における被測定ガス室10側の面に設置されている。本形態において、ポンプ電極23は、Au(すなわち、金)及びPtを含有する多孔質サーメット電極からなる。また、本形態においては、ポンプセル4の基準電極22と、センサセル3の基準電極22とが一体化して、一つの共通電極となっている。 The pump cell 4 has a pump electrode 23 and a reference electrode 22. The pump electrode 23 is installed on the surface of the solid electrolyte body 2 facing the measurement gas chamber 10. In this embodiment, the pump electrode 23 is made of a porous cermet electrode containing Au (i.e., gold) and Pt. In this embodiment, the reference electrode 22 of the pump cell 4 and the reference electrode 22 of the sensor cell 3 are integrated into a single common electrode.

固体電解質体2は、酸素イオン伝導性を備えた固体電解質材料からなる板状の部材である。固体電解質体2は、後述するヒータ6によって加熱されることにより、活性化される。つまり、固体電解質体2は、所定の活性温度において、酸素イオンの伝導性を有するよう構成されている。本形態において、固体電解質体2は、イットリア安定化ジルコニアからなる。本形態において、固体電解質体2は、センサセル3、ポンプセル4のそれぞれのセルにおいて、共通となっている。 The solid electrolyte body 2 is a plate-shaped member made of a solid electrolyte material with oxygen ion conductivity. The solid electrolyte body 2 is activated by heating using the heater 6, which will be described later. In other words, the solid electrolyte body 2 is configured to have oxygen ion conductivity at a predetermined activation temperature. In this embodiment, the solid electrolyte body 2 is made of yttria-stabilized zirconia. In this embodiment, the solid electrolyte body 2 is common to both the sensor cell 3 and the pump cell 4.

固体電解質体2のY方向における上側の面には、アルミナ等の絶縁性セラミックスからなる第一スペーサ51を介して、絶縁体52が積層されている。そして、固体電解質体2、第一スペーサ51、絶縁体52によって囲まれることにより、被測定ガス室10が形成されている。第一スペーサ51の先端部には、被測定ガスの導入口530が形成されている。導入口530には、多孔質体からなる拡散抵抗体53が埋設されている。そして、被測定ガス室10には、拡散抵抗体53を通過した被測定ガスが導入される。本形態において、拡散抵抗体53は、ガス透過性を有する多孔質セラミックスによって構成されている。また、絶縁体52は、アルミナ等の絶縁性セラミックスによって構成されている。 An insulator 52 is laminated on the upper surface of the solid electrolyte body 2 in the Y direction, via a first spacer 51 made of insulating ceramics such as alumina. The solid electrolyte body 2, first spacer 51, and insulator 52 surround the measurement gas chamber 10. An inlet 530 for the measurement gas is formed at the tip of the first spacer 51. A diffusion resistor 53 made of a porous material is embedded in the inlet 530. The measurement gas that has passed through the diffusion resistor 53 is introduced into the measurement gas chamber 10. In this embodiment, the diffusion resistor 53 is made of gas-permeable porous ceramics. The insulator 52 is made of insulating ceramics such as alumina.

固体電解質体2のY方向における下側の面には、絶縁性セラミックスからなる第二スペーサ54を介して、ヒータ基材層61が積層されている。ヒータ基材層61は、後述するヒータ6の一部を構成している。そして、固体電解質体2、第二スペーサ54、ヒータ基材層61によって囲まれることにより、基準ガス室100が形成されている。基準ガス室100には、基準ガスが導入される。基準ガスは、酸素濃度の基準になるガスである。本形態において、基準ガスは大気である。基準ガス室100は、開口部(図示略)を介して、大気が導入されるように構成されている。 A heater substrate layer 61 is laminated on the lower surface of the solid electrolyte body 2 in the Y direction, with a second spacer 54 made of insulating ceramics interposed between them. The heater substrate layer 61 forms part of the heater 6, which will be described later. The reference gas chamber 100 is formed by being surrounded by the solid electrolyte body 2, the second spacer 54, and the heater substrate layer 61. A reference gas is introduced into the reference gas chamber 100. The reference gas is a gas that serves as a reference for oxygen concentration. In this embodiment, the reference gas is atmospheric air. The reference gas chamber 100 is configured to allow atmospheric air to be introduced through an opening (not shown).

ヒータ6は、絶縁性セラミックスからなるヒータ基材層61と、ヒータ基材層61の内部に埋設されるヒータ電極62とを有する。ヒータ6は、基準ガス室100を介して固体電解質体2とY方向に対向するように配置されている。 The heater 6 has a heater substrate layer 61 made of insulating ceramics and a heater electrode 62 embedded inside the heater substrate layer 61. The heater 6 is positioned opposite the solid electrolyte body 2 in the Y direction across the reference gas chamber 100.

ヒータ電極62は、通電により発熱するよう構成されている。ヒータ6は、センサセル3及びポンプセル4が、NOx濃度の検出に適した温度になるよう、それぞれのセルを加熱する。本形態において、ヒータ6は、ポンプセル4の温度が、500℃以上になるように加熱する。また、ヒータ6は、センサセル3の温度が、400℃以上になるように加熱する。本形態において、ヒータ6は、NOx濃度検出時において、ポンプセル4の温度が700℃~800℃の範囲となるように加熱し、センサセル3の温度が500℃~700℃の範囲となるように加熱する。 The heater electrode 62 is configured to generate heat when current is applied. The heater 6 heats the sensor cell 3 and pump cell 4 so that they reach temperatures suitable for detecting NOx concentrations. In this embodiment, the heater 6 heats the pump cell 4 to a temperature of 500°C or higher. The heater 6 also heats the sensor cell 3 to a temperature of 400°C or higher. In this embodiment, when detecting NOx concentrations, the heater 6 heats the pump cell 4 to a temperature in the range of 700°C to 800°C, and heats the sensor cell 3 to a temperature in the range of 500°C to 700°C.

次に、ガス濃度検出装置1による被測定ガスのNOx濃度の測定について説明する。
内燃機関の排気管を流れる被測定ガスは、拡散抵抗体53を通過して被測定ガス室10に導入される。そして、ポンプセル4は、被測定ガス室10から基準ガス室100に酸素を排出し、被測定ガスの酸素濃度を調整する。具体的には、ポンプ電極23と基準電極22との間に所定のポンプ電圧が印加されると、被測定ガス室10内の被測定ガスに含まれる酸素は、ポンプ電極23によって還元分解されて酸素イオンとなる。この酸素イオンは、基準電極22に向かって固体電解質体2内を流れ、基準電極22において酸素が生成され、基準ガス室100から大気中に排出される。また、このとき、被測定ガス室10への被測定ガスの流入は、拡散抵抗体53によって制限されるため、ポンプセル4を流れる電流は、被測定ガス中の酸素の濃度に依存した限界電流特性を示す。そこで、酸素の限界電流域となるようにポンプ電圧を設定することにより、基準ガス室100に導入される大気を基準として、ポンプセル4を流れる電流から、被測定ガスの酸素濃度及び空燃比A/Fを知ることができる。
Next, the measurement of the NOx concentration of the measurement gas by the gas concentration detection device 1 will be described.
The measurement gas flowing through the exhaust pipe of an internal combustion engine passes through the diffusion resistor 53 and enters the measurement gas chamber 10. The pump cell 4 then discharges oxygen from the measurement gas chamber 10 to the reference gas chamber 100, adjusting the oxygen concentration of the measurement gas. Specifically, when a predetermined pump voltage is applied between the pump electrode 23 and the reference electrode 22, the oxygen contained in the measurement gas in the measurement gas chamber 10 is reduced and decomposed by the pump electrode 23 to form oxygen ions. The oxygen ions flow through the solid electrolyte body 2 toward the reference electrode 22, where oxygen is generated and discharged from the reference gas chamber 100 to the atmosphere. Since the inflow of the measurement gas into the measurement gas chamber 10 is limited by the diffusion resistor 53, the current flowing through the pump cell 4 exhibits a limiting current characteristic that depends on the oxygen concentration in the measurement gas. Therefore, by setting the pump voltage so that it is in the limiting current region of oxygen, the oxygen concentration and air-fuel ratio A/F of the measured gas can be determined from the current flowing through the pump cell 4, using the air introduced into the reference gas chamber 100 as a reference.

次に、ポンプセル4によって酸素を排出した後の被測定ガスは、ポンプ電極23よりも被測定ガスの気流の下流側に配置されているセンサ電極21に到達する。そして、センサ電極21と基準電極22との間に電圧が印加されると、被測定ガス中のNOxは、センサ電極21においてイオン化し、固体電解質体2を通って基準ガス室100に排出される。本形態においては、このとき流れた電流を検出し、その検出値を用いて、NOxの濃度を算出する。Next, the measurement gas after oxygen has been discharged by the pump cell 4 reaches the sensor electrode 21, which is located downstream of the pump electrode 23 in the measurement gas flow. When a voltage is applied between the sensor electrode 21 and the reference electrode 22, the NOx in the measurement gas is ionized at the sensor electrode 21 and discharged through the solid electrolyte body 2 into the reference gas chamber 100. In this embodiment, the current that flows at this time is detected, and the detected value is used to calculate the NOx concentration.

また、NOx濃度検出時のポンプセル4においては、NOx濃度検出時のポンプ電圧によって、被測定ガス中の酸素が分解される一方、被測定ガス中の水は分解されない。これに対し、第一処理モード実行時のポンプセル4においては、NOx濃度検出時のポンプ電圧よりも高いポンプ電圧によって、被測定ガス中の酸素が分解されるだけでなく、被測定ガス中の水も分解される。そして、この水の分解によって生じる水素が、センサ電極21に吸蔵された酸素を除去するために使用される。NOx濃度検出時に印加するポンプ電圧は、例えば、0.4Vとすることができる。 In addition, when detecting NOx concentration, the pump cell 4 decomposes the oxygen in the measured gas due to the pump voltage applied during NOx concentration detection, but does not decompose the water in the measured gas. In contrast, when the first processing mode is being executed, the pump cell 4 applies a pump voltage higher than the pump voltage applied during NOx concentration detection, which not only decomposes the oxygen in the measured gas, but also decomposes the water in the measured gas. The hydrogen produced by this decomposition of water is then used to remove the oxygen stored in the sensor electrode 21. The pump voltage applied during NOx concentration detection can be, for example, 0.4 V.

また、第二処理モードにおいては、敢えてNOx濃度検出時のポンプ電圧よりもポンプ電圧を小さくすることにより、ポンプセル4による被測定ガスに含まれる酸素の除去量を、NOx濃度検出時よりも少なくさせる。これにより、センサ電極21側へ酸素を流入させることができる。In addition, in the second processing mode, the pump voltage is intentionally set lower than the pump voltage used when detecting NOx concentration, thereby reducing the amount of oxygen removed from the measured gas by the pump cell 4 compared to when detecting NOx concentration. This allows oxygen to flow toward the sensor electrode 21.

次に、センサ素子11の作動を制御するセンサ制御部7について説明する。
ガス濃度検出装置1は、図1に示すごとく、センサ制御部7を有する。センサ制御部7は、センサ素子11と電気的に接続しており、センサ素子11の作動を制御する。また、センサ制御部7は、プロセッサとメモリとを備えており、被測定ガスにおけるNOx濃度及び酸素濃度を算出する。
Next, the sensor control unit 7 that controls the operation of the sensor element 11 will be described.
1, the gas concentration detection device 1 has a sensor control unit 7. The sensor control unit 7 is electrically connected to the sensor element 11 and controls the operation of the sensor element 11. The sensor control unit 7 also has a processor and a memory, and calculates the NOx concentration and oxygen concentration in the measurement gas.

また、センサ制御部7は、電圧制御部71と、電流検出部74と、素子温度制御部73と、を有する。電圧制御部71は、第一処理モードにおいて印加するポンプ電圧を0.5V以上に制御すると共に、第二処理モードにおいて印加するポンプ電圧を0.32V以下に制御する。本形態において、電圧制御部71は、第一処理モードにおいて印加するポンプ電圧を0.5~1.2Vに制御すると共に、第二処理モードにおいて印加する上記ポンプ電圧を0.20~0.32Vに制御する。また、電圧制御部71は、例えば、センサ電極21の吸蔵酸素量、及びセンサ電極21の吸着VOC量に応じて、上記ポンプ電圧の範囲内にて、第一処理モードのポンプ電圧の大きさ及び第二処理モードのポンプ電圧の大きさを変化させることもできる。 The sensor control unit 7 also has a voltage control unit 71, a current detection unit 74, and an element temperature control unit 73. The voltage control unit 71 controls the pump voltage applied in the first treatment mode to 0.5 V or higher, and controls the pump voltage applied in the second treatment mode to 0.32 V or lower. In this embodiment, the voltage control unit 71 controls the pump voltage applied in the first treatment mode to 0.5 to 1.2 V, and controls the pump voltage applied in the second treatment mode to 0.20 to 0.32 V. The voltage control unit 71 can also change the magnitude of the pump voltage in the first treatment mode and the pump voltage in the second treatment mode within the above pump voltage range, for example, depending on the amount of oxygen stored in the sensor electrode 21 and the amount of VOC adsorbed by the sensor electrode 21.

電流検出部74は、センサセル3に流れる電流及びポンプセル4に流れる電流を検出するよう構成されている。センサ制御部7は、電流検出部74が検出したセンサセル3に流れる電流に基いて、被測定ガスのNOx濃度を算出する。また、センサ制御部7は、電流検出部74が検出したポンプセル4を流れる電流に基づいて、被測定ガスの酸素濃度を算出する。 The current detection unit 74 is configured to detect the current flowing through the sensor cell 3 and the current flowing through the pump cell 4. The sensor control unit 7 calculates the NOx concentration of the measured gas based on the current flowing through the sensor cell 3 detected by the current detection unit 74. The sensor control unit 7 also calculates the oxygen concentration of the measured gas based on the current flowing through the pump cell 4 detected by the current detection unit 74.

素子温度制御部73は、ヒータ6の作動を制御することにより、センサ素子11の温度を制御する。具体的には、素子温度制御部73は、ヒータ6に投入する電力の制御を行うことにより、ヒータ6の発熱量を制御している。素子温度制御部73は、例えば、センサ素子11の温度情報に基づいて、センサ素子11がNOx濃度の検出に適した状態となるように、ヒータ6の作動を制御することができる。本形態において、素子温度制御部73は、センサセル3及びポンプセル4の温度を検出するセル温度検出部(図示略)によって検出されたセル温度情報に基づいて、ヒータ6の作動を制御する。ここで、セル温度検出部は、例えば、センサセル3及びポンプセル4のうち、いずれか一方のみの温度を検出し、その検出された温度情報に基づいて他方のセルの温度を推定する構成とすることができる。The element temperature control unit 73 controls the temperature of the sensor element 11 by controlling the operation of the heater 6. Specifically, the element temperature control unit 73 controls the amount of heat generated by the heater 6 by controlling the power supplied to the heater 6. The element temperature control unit 73 can control the operation of the heater 6, for example, based on temperature information about the sensor element 11, so that the sensor element 11 is in a state suitable for detecting NOx concentrations. In this embodiment, the element temperature control unit 73 controls the operation of the heater 6 based on cell temperature information detected by a cell temperature detection unit (not shown) that detects the temperatures of the sensor cell 3 and the pump cell 4. Here, the cell temperature detection unit can be configured to detect the temperature of only one of the sensor cell 3 or the pump cell 4, and estimate the temperature of the other cell based on the detected temperature information.

また、センサ制御部7は、内燃機関を制御するECU(Engine Control Unit)との間でデータ通信可能に構成されている。ガス濃度検出装置1によるNOx濃度等の検出結果は、センサ制御部7からECU(図示略)へ出力され、排ガス浄化システムの制御等に用いられる。また、内燃機関の運転休止時間T1の情報は、ECUからセンサ制御部7へと出力され、処理モードの選択に用いられる。本明細書において、運転休止時間T1は、内燃機関の運転を停止させてから、内燃機関の運転を再び開始するまでの時間を意味する。 The sensor control unit 7 is also configured to be able to communicate data with the ECU (Engine Control Unit) that controls the internal combustion engine. The detection results of the NOx concentration, etc., by the gas concentration detection device 1 are output from the sensor control unit 7 to the ECU (not shown) and used for controlling the exhaust gas purification system, etc. Information on the operation downtime T1 of the internal combustion engine is output from the ECU to the sensor control unit 7 and used to select a processing mode. In this specification, operation downtime T1 means the time from when the operation of the internal combustion engine is stopped to when the operation of the internal combustion engine is started again.

また、ガス濃度検出装置1の始動時において、素子温度制御部73は、図4のグラフの矢印に示すごとく、ECUからセンサ制御部7に駆動許可信号が送られた後、センサ素子11を昇温させるよう、ヒータ6に指令する。また、ポンプ電極23が水を分解し水素を発生させるために必要なポンプセル4の温度と、水素によってセンサ電極21の吸蔵酸素を除去できるセンサセル3の温度とは異なる。本形態において、ポンプセル4は、温度が500℃以上に昇温したとき、水の分解によって充分な量の水素を生成することができる。また、センサセル3は、温度が400℃以上に昇温したとき、水素によってセンサ電極21の吸蔵酸素を充分に除去できる。本形態においては、ポンプセル4の温度が500℃以上、かつ、センサセル3の温度が400℃以上になった状態にて、第一処理モード及び第二処理モードを実行するように構成されている。 Furthermore, when the gas concentration detection device 1 starts up, the element temperature control unit 73 commands the heater 6 to heat the sensor element 11 after the ECU sends a drive permission signal to the sensor control unit 7, as indicated by the arrow in the graph in Figure 4. The temperature of the pump cell 4 required for the pump electrode 23 to decompose water and generate hydrogen is different from the temperature of the sensor cell 3 at which the oxygen stored in the sensor electrode 21 can be removed by hydrogen. In this embodiment, the pump cell 4 can generate a sufficient amount of hydrogen by decomposing water when its temperature is raised to 500°C or higher. Furthermore, the sensor cell 3 can sufficiently remove the oxygen stored in the sensor electrode 21 by hydrogen when its temperature is raised to 400°C or higher. In this embodiment, the first and second processing modes are executed when the pump cell 4 temperature is 500°C or higher and the sensor cell 3 temperature is 400°C or higher.

次に、ガス濃度検出装置1が、処理モードを選択して実行するまでの流れについて、図5のフローチャートに基づいて説明する。
まず、センサ制御部7は、内燃機関の運転休止時間T1の情報をECUから受け取る。そして、センサ制御部7は、ステップS1にて、運転休止時間T1が予め定めた閾値T1th以上か否かを判断する。そして、運転休止時間T1が閾値T1th以上である場合、ステップS2へと進み、実行する処理モードとして、第一処理モード及び第二処理モードを選択する。一方、運転休止時間T1が閾値T1th未満である場合、ステップS5へと進み、実行する処理モードとして、第一処理モードのみを選択する。つまり、本形態のガス濃度検出装置1は、運転休止時間T1が予め定めた閾値T1th未満のとき、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを実行する。また、ガス濃度検出装置1は、運転休止時間T1が閾値T1th以上のとき、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する。本形態においては、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、第二処理モードを実行した後に、第一処理モードを実行する。
Next, a flow of operations performed by the gas concentration detection device 1 from selecting a processing mode to executing the processing mode will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the sensor control unit 7 receives information on the operation downtime T1 of the internal combustion engine from the ECU. Then, in step S1, the sensor control unit 7 determines whether the operation downtime T1 is equal to or greater than a predetermined threshold T1th. If the operation downtime T1 is equal to or greater than the threshold T1th, the process proceeds to step S2, where the first processing mode and the second processing mode are selected as the processing modes to be executed. On the other hand, if the operation downtime T1 is less than the threshold T1th, the process proceeds to step S5, where only the first processing mode is selected as the processing mode to be executed. In other words, the gas concentration detection device 1 of this embodiment executes only the first processing mode out of the first processing mode and the second processing mode when the operation downtime T1 is less than the predetermined threshold T1th. Furthermore, the gas concentration detection device 1 executes both the first processing mode and the second processing mode when the operation downtime T1 is equal to or greater than the threshold T1th. In this embodiment, when both the first processing mode and the second processing mode are executed, the first processing mode is executed after the second processing mode is executed.

また、閾値T1thは、例えば、吸着VOC量が、センサ電極21の早期活性化に影響を及ぼしやすい量となる運転休止時間T1のうち、最も短い運転休止時間T1に、設けることができる。本形態において、閾値T1thは、センサ電極21の吸着VOC量が吸蔵酸素量を上回る直前に設けている。閾値T1thは、例えば、2~3か月の範囲内に収まる運転休止時間T1とすることができる。 Furthermore, threshold value T1th can be set, for example, at the shortest outage period T1 during which the amount of adsorbed VOCs is likely to affect the early activation of sensor electrode 21. In this embodiment, threshold value T1th is set just before the amount of adsorbed VOCs in sensor electrode 21 exceeds the amount of stored oxygen. Threshold value T1th can be set, for example, to an outage period T1 that falls within the range of 2 to 3 months.

次に、ステップS2にて処理モードを選択した後は、ステップS3へと進み、第一処理モード及び第二処理モードのうち、少なくとも一方の実行時間を決定する。また、ステップS5にて第一処理モードを選択した後は、ステップS6へと進み、第一処理モードの実行時間を決定する。より具体的には、ガス濃度検出装置1は、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、運転休止時間T1に応じて、第一処理モード及び第二処理モードのうち、少なくとも一方の処理モードを実行する時間を変化させる。また、ガス濃度検出装置1は、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを実行する場合、運転休止時間T1に応じて、第一処理モードを実行する時間を変化させる。本形態においては、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、運転休止時間T1に応じて、第一処理モード及び第二処理モードの双方の処理モードを実行する時間を変化させる。 Next, after selecting a processing mode in step S2, the process proceeds to step S3, where the execution time for at least one of the first processing mode and the second processing mode is determined. Furthermore, after selecting the first processing mode in step S5, the process proceeds to step S6, where the execution time for the first processing mode is determined. More specifically, when executing both the first processing mode and the second processing mode, the gas concentration detection device 1 varies the execution time for at least one of the first processing mode and the second processing mode in accordance with the operation downtime T1. Furthermore, when executing only the first processing mode out of the first and second processing modes, the gas concentration detection device 1 varies the execution time for the first processing mode in accordance with the operation downtime T1. In this embodiment, when executing both the first processing mode and the second processing mode, the execution time for both the first processing mode and the second processing mode is varied in accordance with the operation downtime T1.

ここで、センサ電極21の吸蔵酸素量、及びセンサ電極21の吸着VOC量は、図3のグラフに示すごとく、運転休止時間T1が長くなるほど、多くなりやすい。そのため、本形態においては、運転休止時間T1が長くなるほど、第一処理モード及び第二処理モードの実行時間を長くするように構成されている。 Here, as shown in the graph in Figure 3, the amount of oxygen stored in the sensor electrode 21 and the amount of VOCs adsorbed by the sensor electrode 21 tend to increase as the operation downtime T1 increases. Therefore, in this embodiment, the operation time of the first treatment mode and the second treatment mode is configured to increase as the operation downtime T1 increases.

また、図3のグラフに示すごとく、運転休止時間T1が比較的短いとき、センサ電極21の吸蔵酸素量及び吸着VOC量は、比較的増加しやすいものの、運転休止時間T1がある程度以上になると頭打ちとなり、ほとんど増加しない。そのため、本形態においては、吸蔵酸素量及び吸着VOC量が頭打ちになることを考慮し、第一処理モード及び第二処理モードの実行時間は、それぞれ、120秒以下としている。 Furthermore, as shown in the graph in Figure 3, when the operation downtime T1 is relatively short, the amount of oxygen stored in the sensor electrode 21 and the amount of adsorbed VOCs tend to increase relatively easily, but once the operation downtime T1 exceeds a certain level, they plateau and barely increase. Therefore, in this embodiment, taking into account the fact that the amount of stored oxygen and the amount of adsorbed VOCs plateau, the execution times for the first processing mode and the second processing mode are each set to 120 seconds or less.

また、本形態において、それぞれの処理モードの実行時間は、運転休止時間T1よりも短い。また、第一処理モード及び第二処理モードの実行時間は、それぞれ1~120秒である。また、ポンプ電圧の1回の印加時間が、電圧制御部71によって一定の時間に規定されている場合、第一処理モード及び第二処理モードにおいて印加するポンプ電圧の印加回数を変更することにより、それぞれの処理モードの実行時間を変更することができる。つまり、ポンプ電圧の印加回数を増やすことにより、選択した処理モードの実行時間を長くすることができる。 In addition, in this embodiment, the execution time of each processing mode is shorter than the operation pause time T1. Furthermore, the execution times of the first processing mode and the second processing mode are each 1 to 120 seconds. Furthermore, if the application time of one pump voltage is set to a fixed time by the voltage control unit 71, the execution time of each processing mode can be changed by changing the number of times the pump voltage is applied in the first processing mode and the second processing mode. In other words, the execution time of the selected processing mode can be extended by increasing the number of times the pump voltage is applied.

次に、図5のフローチャートに示すように、ステップS3にて、処理モードの実行時間を決定した後は、ステップS4へと進み、第一処理モード及び第二処理モードを実行する。また、ステップS6にて、第一処理モードの実行時間を決定した後は、ステップS7へと進み、第一処理モードを実行する。 Next, as shown in the flowchart of Figure 5, after determining the execution time of the processing mode in step S3, the process proceeds to step S4, where the first processing mode and the second processing mode are executed. Also, after determining the execution time of the first processing mode in step S6, the process proceeds to step S7, where the first processing mode is executed.

また、本形態において、ガス濃度検出装置1は、内燃機関における燃料を含む混合気の燃焼時に、第一処理モードを開始する。また、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、第二処理モードは、内燃機関が燃料を含む混合気を燃焼させていないときに開始する。 In this embodiment, the gas concentration detection device 1 starts the first processing mode when an air-fuel mixture containing fuel is being combusted in the internal combustion engine. Furthermore, when both the first processing mode and the second processing mode are executed, the second processing mode starts when the internal combustion engine is not combusting an air-fuel mixture containing fuel.

次に、ガス濃度検出装置1は、ステップS4又はステップS7において、選択した処理モードを実行した後、被測定ガスのNOx濃度の検出を開始する。 Next, the gas concentration detection device 1 executes the selected processing mode in step S4 or step S7, and then begins detecting the NOx concentration of the measured gas.

次に、本形態の作用効果を説明する。
上記ガス濃度検出装置1は、内燃機関の運転休止時間T1に基づいて、第一処理モードと第二処理モードとの双方を選択、或いは、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを選択して、選択した処理モードを実行する。それゆえ、センサ電極21に吸蔵した酸素の除去、及びセンサ電極21に吸着したVOCの除去を、効率的に実施することができる。その結果、効率的、かつ確実に早期活性化を図ることができる。
Next, the effects of this embodiment will be described.
The gas concentration detection device 1 selects both the first treatment mode and the second treatment mode, or selects only the first treatment mode from the first treatment mode and the second treatment mode, based on the operation downtime T1 of the internal combustion engine, and executes the selected treatment mode. Therefore, oxygen occluded in the sensor electrode 21 and VOCs adsorbed to the sensor electrode 21 can be efficiently removed. As a result, early activation can be achieved efficiently and reliably.

図3に示すごとく、運転休止時間T1が比較的短いとき、センサ電極21における吸着VOCの増加スピードよりも吸蔵酸素の増加スピードの方が速くなっている。また、ガス濃度検出装置は、一般に、ガス濃度検出装置の始動から、可能な限り早期に活性状態になることが望まれる。そこで、本形態のガス濃度検出装置1は、運転休止時間T1に基づいて、第一処理モードと第二処理モードとの双方を選択、或いは、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを選択して、選択した処理モードを実行する。これにより、センサ電極21を効率的かつ早期に活性化させることができる。つまり、運転休止時間T1が比較的短い場合、吸着VOC量が少なく、主に吸蔵酸素がセンサ電極21の活性化に影響しやすい。一方、運転休止時間T1が比較的長い場合、吸蔵酸素と吸着VOCとの双方が、センサ電極21の活性化に影響しやすい。そこで、本形態のガス濃度検出装置1は、運転休止時間T1が閾値T1th未満のとき、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを実行する。また、運転休止時間T1が閾値T1th以上のとき、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する。これにより、センサ電極21の状態に応じた活性処理を実施することができ、センサ電極21の早期活性化を効率的に実施することができる。それゆえ、ガス濃度検出装置1の始動から、比較的早期に、NOx検出精度の向上を図ることができる。As shown in Figure 3, when the operation downtime T1 is relatively short, the increase rate of stored oxygen is faster than the increase rate of adsorbed VOCs at the sensor electrode 21. Furthermore, it is generally desirable for a gas concentration detection device to be activated as soon as possible after startup. Therefore, the gas concentration detection device 1 of this embodiment selects both the first and second treatment modes, or selects only the first treatment mode from the first and second treatment modes, based on the operation downtime T1, and executes the selected treatment mode. This allows for efficient and early activation of the sensor electrode 21. In other words, when the operation downtime T1 is relatively short, the amount of adsorbed VOCs is small, and the activation of the sensor electrode 21 is likely to be mainly influenced by the stored oxygen. On the other hand, when the operation downtime T1 is relatively long, both the stored oxygen and adsorbed VOCs are likely to affect the activation of the sensor electrode 21. Therefore, when the operation downtime T1 is less than the threshold value T1th, the gas concentration detection device 1 of this embodiment executes only the first treatment mode from the first and second treatment modes. Furthermore, when the operation suspension time T1 is equal to or greater than the threshold value T1th, both the first treatment mode and the second treatment mode are executed. This allows the activation process to be performed according to the state of the sensor electrode 21, and efficiently activates the sensor electrode 21 early. Therefore, the NOx detection accuracy can be improved relatively early after the gas concentration detection device 1 is started.

第一処理モードは、ポンプセル4に、被測定ガスに含まれる水を分解させ、水素を発生させる処理モードである。そして、第一処理モードの実行によって発生した水素は、被測定ガス室10内に広がり、センサ電極21へと流れる。これにより、発生した水素と、センサ電極21に吸蔵された酸素とが反応し、センサ電極21から酸素を迅速に除去することができる。また、第二処理モードは、被測定ガスに含まれる酸素をセンサ電極21側に流入させる処理モードである。第二処理モードを実行することにより、流入した酸素によって、センサ電極21に吸着したVOCを迅速に除去することができる。その結果、早期活性化を図ることができる。 The first treatment mode is a treatment mode in which the pump cell 4 decomposes water contained in the measured gas to generate hydrogen. The hydrogen generated by the first treatment mode spreads within the measured gas chamber 10 and flows to the sensor electrode 21. This causes the generated hydrogen to react with the oxygen stored in the sensor electrode 21, allowing the oxygen to be quickly removed from the sensor electrode 21. The second treatment mode is a treatment mode in which oxygen contained in the measured gas flows toward the sensor electrode 21. By executing the second treatment mode, the inflowing oxygen can quickly remove VOCs adsorbed to the sensor electrode 21. As a result, early activation can be achieved.

また、運転休止時間T1が長くなるほど、センサ電極21の吸蔵酸素量及び吸着VOC量は、多くなりやすい。そこで、ガス濃度検出装置1は、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、運転休止時間T1に応じて、第一処理モード及び第二処理モードのうち、少なくとも一方の処理モードを実行する時間を変化させる。また、ガス濃度検出装置1は、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを実行する場合、運転休止時間T1に応じて、第一処理モードを実行する時間を変化させる。つまり、運転休止時間T1が長くなるほど、選択した処理モードの実行時間を長くする。これにより、センサ電極21の吸蔵酸素及び吸着VOCを効率的に除去することができる。その結果、一層効率的、かつ一層確実に早期活性化を図ることができる。 Furthermore, the longer the operation suspension time T1, the greater the amount of oxygen stored and adsorbed VOCs in the sensor electrode 21. Therefore, when the gas concentration detection device 1 executes both the first and second treatment modes, it varies the time for which at least one of the first and second treatment modes is executed, depending on the operation suspension time T1. Furthermore, when the gas concentration detection device 1 executes only the first treatment mode, it varies the time for which the first treatment mode is executed, depending on the operation suspension time T1. In other words, the longer the operation suspension time T1, the longer the execution time of the selected treatment mode. This allows the stored oxygen and adsorbed VOCs in the sensor electrode 21 to be efficiently removed. As a result, earlier activation can be achieved more efficiently and reliably.

排ガスである被測定ガスに含まれる水蒸気の濃度は、内燃機関において炭化水素である燃料が燃焼しているときに、比較的高くなりやすい。そして、図6のグラフに示すごとく、被測定ガスに含まれる水蒸気の濃度が一定以上である場合、第一処理モードを実行した際の活性時間T2は短くなりやすい。そこで、本形態のガス濃度検出装置1は、内燃機関における燃料を含む混合気の燃焼時に、第一処理モードを開始する。これにより、第一処理モードの実行によって、充分な量の水素を発生させやすい。その結果、センサ電極21の早期活性化を確実に図ることができる。The concentration of water vapor contained in the measurement gas (exhaust gas) tends to be relatively high when hydrocarbon fuel is being burned in an internal combustion engine. As shown in the graph in Figure 6, when the concentration of water vapor contained in the measurement gas is above a certain level, the activation time T2 when the first processing mode is executed tends to be short. Therefore, the gas concentration detection device 1 of this embodiment starts the first processing mode when a fuel-containing mixture is being burned in an internal combustion engine. This makes it easier to generate a sufficient amount of hydrogen by executing the first processing mode. As a result, early activation of the sensor electrode 21 can be ensured.

第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、第二処理モードは、内燃機関が燃料を含む混合気を燃焼させていないときに開始する。それゆえ、第二処理モードを実行する際、充分な量の酸素をセンサ電極21側へ流入させやすい。その結果、センサ電極21からVOCが効率的に除去されることにより、センサ電極21が早期に活性化しやすい。つまり、内燃機関は、混合気の燃焼時に酸素を消費するため、内燃機関における混合気燃焼時の被測定ガスに含まれる酸素の量は少なくなりやすい。一方、内燃機関への燃料供給を停止させるフューエルカット中の被測定ガスなど、内燃機関が混合気を燃焼させていないときの被測定ガスは、酸素の濃度が高くなりやすい。また、図7に示すごとく、被測定ガスに含まれる酸素の濃度が一定以上である場合、第二処理モードを実行した際の活性時間T2は短くなりやすい。そこで、本形態のガス濃度検出装置1は、内燃機関が混合気を燃焼させていないときに第二処理モードを開始する。これにより、センサ電極21に吸着したVOCを効率的に除去することができる。その結果、センサ電極21の早期活性化を確実に図ることができる。When both the first and second processing modes are implemented, the second processing mode is initiated when the internal combustion engine is not combusting a fuel-containing mixture. Therefore, when the second processing mode is implemented, a sufficient amount of oxygen is likely to flow toward the sensor electrode 21. As a result, VOCs are efficiently removed from the sensor electrode 21, facilitating early activation of the sensor electrode 21. In other words, because an internal combustion engine consumes oxygen during combustion of an air-fuel mixture, the amount of oxygen contained in the measured gas during combustion of the air-fuel mixture in the internal combustion engine tends to be low. On the other hand, the measured gas when the internal combustion engine is not combusting the air-fuel mixture, such as during a fuel cut that stops fuel supply to the internal combustion engine, tends to have a high oxygen concentration. Furthermore, as shown in Figure 7, when the oxygen concentration in the measured gas is above a certain level, the activation time T2 when the second processing mode is implemented tends to be short. Therefore, the gas concentration detection device 1 of this embodiment initiates the second processing mode when the internal combustion engine is not combusting the air-fuel mixture. This allows for efficient removal of VOCs adsorbed to the sensor electrode 21. As a result, the sensor electrode 21 can be reliably activated early.

電圧制御部71は、第一処理モードにおいて印加するポンプ電圧を0.5V以上に制御すると共に、第二処理モードにおいて印加する上記ポンプ電圧を0.32V以下に制御する。それゆえ、第一処理モードを実行することにより、充分な量の水素を確実に発生させやすいと共に、第二処理モードを実行することにより、充分な量の酸素をセンサ電極21側へ確実に流入させることができる。そのため、センサ電極21の吸蔵酸素及び吸着VOCを確実に除去することができる。その結果、一層確実に早期活性化を図ることができる。 The voltage control unit 71 controls the pump voltage applied in the first treatment mode to 0.5 V or higher, and controls the pump voltage applied in the second treatment mode to 0.32 V or lower. Therefore, by executing the first treatment mode, it is easy to reliably generate a sufficient amount of hydrogen, and by executing the second treatment mode, it is possible to reliably flow a sufficient amount of oxygen into the sensor electrode 21. This ensures that the occluded oxygen and adsorbed VOCs in the sensor electrode 21 are reliably removed. As a result, early activation can be achieved more reliably.

本形態においては、第一処理モードにおいて印加するポンプ電圧を0.5~1.2Vに制御すると共に、第二処理モードにおいて印加する上記ポンプ電圧を0.20~0.32Vに制御する。それゆえ、第一処理モードを実行する際、充分な量の水素を確実に発生させることができると共に、電圧が高過ぎることによる固体電解質体2の劣化を確実に抑制することができる。その結果、一層確実に早期活性化を図ることができると共に、センサ素子11の長寿命化を図ることができる。また、第二処理モードを実行する際、センサ電極21側に流入する酸素量が多すぎることによるセンサ電極21の酸化を確実に抑制しつつ、充分な量の酸素をセンサ電極21側に流入させることができる。その結果、一層確実に早期活性化を図ることができる。 In this embodiment, the pump voltage applied in the first processing mode is controlled to 0.5 to 1.2 V, and the pump voltage applied in the second processing mode is controlled to 0.20 to 0.32 V. Therefore, when the first processing mode is executed, a sufficient amount of hydrogen can be reliably generated, and deterioration of the solid electrolyte body 2 due to excessively high voltage can be reliably suppressed. As a result, early activation can be more reliably achieved, and the life of the sensor element 11 can be extended. Furthermore, when the second processing mode is executed, a sufficient amount of oxygen can be allowed to flow into the sensor electrode 21 while reliably suppressing oxidation of the sensor electrode 21 due to an excessive amount of oxygen flowing into the sensor electrode 21. As a result, early activation can be more reliably achieved.

また、本形態においては、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、第二処理モードを実行した後、第一処理モードを実行する。それゆえ、センサ電極21に吸蔵した酸素を一層確実に除去することができ、一層確実に早期活性化を図ることができる。 In addition, in this embodiment, when both the first and second treatment modes are executed, the second treatment mode is executed first, followed by the first treatment mode. This makes it possible to more reliably remove oxygen stored in the sensor electrode 21, thereby enabling more reliably early activation.

活性時間T2は、運転休止時間T1よりも短い。それゆえ、センサ電極21の早期活性化を確実に図ることができる。 The activation time T2 is shorter than the operation pause time T1. Therefore, early activation of the sensor electrode 21 can be ensured.

第一処理モード及び第二処理モードの実行時間は、それぞれ1~120秒である。それゆえ、センサ電極21の吸蔵酸素量及び吸着VOC量に応じた活性処理を確実に実施することができると共に、早期活性化を確実に図ることができる。The execution time for the first and second processing modes is 1 to 120 seconds, respectively. This ensures that activation processing is carried out in accordance with the amount of oxygen stored in the sensor electrode 21 and the amount of VOCs adsorbed, and ensures early activation.

以上のごとく、本形態によれば、効率的、かつ確実に早期活性化を図ることができるガス濃度検出装置1を提供することができる。 As described above, this embodiment provides a gas concentration detection device 1 that can be activated efficiently and reliably and quickly.

上記実施形態1においては、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、第二処理モードを実行した後に、第一処理モードを実行する。ただし、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、第一処理モードを実行した後に、第二処理モードを実行する構成とすることもできる。 In the above-mentioned embodiment 1, when both the first processing mode and the second processing mode are executed, the first processing mode is executed after the second processing mode is executed. However, when both the first processing mode and the second processing mode are executed, the configuration may also be such that the first processing mode is executed after the second processing mode is executed.

(実験例1)
本例では、実施形態1に示すガス濃度検出装置を用いて、図8のグラフに示すごとく、運転休止時間T1と、ガス濃度検出装置の活性時間T2との関係を調べた。また、本例において、活性時間T2は、第二処理モードを実行したときの活性時間T2である。つまり、本例においては、センサ電極に吸蔵した酸素の除去ではなく、センサ電極に吸着したVOCの除去を実施したときの活性時間T2を調べた。
(Experimental Example 1)
In this example, the gas concentration detection device shown in the first embodiment was used to examine the relationship between the operation suspension time T1 and the activation time T2 of the gas concentration detection device, as shown in the graph of Fig. 8. In this example, the activation time T2 is the activation time T2 when the second treatment mode is executed. That is, in this example, the activation time T2 when VOCs adsorbed on the sensor electrode were removed was examined, rather than the removal of oxygen occluded on the sensor electrode.

センサ電極の吸着VOC量は、運転休止時間T1が長くなるほど多くなる。そのため、図8のグラフに示すごとく、運転休止時間T1が長くなるほど、活性時間T2が長くなる。具体的には、運転休止時間T1が5分のとき、活性時間T2は1秒であり、運転休止時間T1が1日のとき、活性時間T2は60秒となっており、運転休止時間T1が6か月のとき、活性時間T2は120秒となっている。また、活性時間T2は、運転休止時間T1が一定以上長くなっても、120秒を超えることなく、120秒のところで頭打ちとなっている。これらの結果から、運転休止時間T1に基づいて、第二処理モードの実行時間を1~120秒の間で調整することにより、ガス濃度検出装置の早期活性化を確実に図ることができると考えられる。The amount of VOC adsorbed to the sensor electrode increases as the downtime T1 increases. Therefore, as shown in the graph in Figure 8, the longer the downtime T1, the longer the activation time T2. Specifically, when the downtime T1 is 5 minutes, the activation time T2 is 1 second; when the downtime T1 is 1 day, the activation time T2 is 60 seconds; and when the downtime T1 is 6 months, the activation time T2 is 120 seconds. Furthermore, even when the downtime T1 is longer than a certain level, the activation time T2 never exceeds 120 seconds, peaking out at 120 seconds. Based on these results, it is believed that adjusting the execution time of the second processing mode between 1 and 120 seconds based on the downtime T1 can ensure early activation of the gas concentration detection device.

(実験例2)
本例では、図9のグラフに示すごとく、基本構造を実施形態1と同様とする実施例1のガス濃度検出装置と、基本構造を実施形態1と同様としつつ、センサ電極に対する活性処理の内容が一定である比較例1のガス濃度検出装置と、を用いて、運転休止時間T1と、ガス濃度検出装置の測定精度との関係を調べた。本例において、比較例1は、第一処理モードのみを実行するよう構成されている。
(Experimental Example 2)
In this example, as shown in the graph of Fig. 9, the relationship between the operation suspension time T1 and the measurement accuracy of the gas concentration detection device was investigated using a gas concentration detection device of Example 1 having the same basic structure as that of Embodiment 1, and a gas concentration detection device of Comparative Example 1 having the same basic structure as that of Embodiment 1 but in which the content of the activation treatment for the sensor electrode was constant. In this example, Comparative Example 1 is configured to execute only the first treatment mode.

比較例1が実行する第一処理モードの条件は、すべての運転休止時間T1において、ポンプ電圧を1.2Vとし、実行時間を50秒とした。一方、実施例1の活性処理条件は、運転休止時間T1に応じて、ポンプ電圧及び実行時間を変化させた。具体的には、実施例1は、運転休止時間T1が時間Tnのとき、比較例1と同様に、ポンプ電圧を1.2Vとし、第一処理モードの実行時間を50秒とした。また、実施例1は、運転休止時間T1が時間Tnよりも短い時間Tn-1のとき、ポンプ電圧を1.2Vとし、第一処理モードの実行時間を30秒とした。また、実施例1は、運転休止時間が時間Tnよりも長い時間Tn+1及び時間Tn+2のときに、運転休止時間T1が時間Tnのときに実施した処理モードと同様の第一処理モードに加え、ポンプ電圧を0.3V、実行時間を60秒とする第二処理モードも実行した。The conditions for the first treatment mode implemented in Comparative Example 1 were a pump voltage of 1.2 V and an execution time of 50 seconds for all operation downtimes T1. On the other hand, the activation treatment conditions for Example 1 varied the pump voltage and execution time depending on the operation downtime T1. Specifically, when operation downtime T1 was time Tn, Example 1, like Comparative Example 1, implemented a pump voltage of 1.2 V and an execution time of the first treatment mode of 50 seconds. Furthermore, when operation downtime T1 was time Tn-1, which was shorter than time Tn, Example 1 implemented a pump voltage of 1.2 V and an execution time of the first treatment mode of 30 seconds. Furthermore, when operation downtimes Tn+1 and Tn+2 were longer than time Tn, Example 1 implemented a second treatment mode with a pump voltage of 0.3 V and an execution time of 60 seconds, in addition to the first treatment mode, which was the same as the treatment mode implemented when operation downtime T1 was time Tn.

また、図9のグラフの縦軸の精度は、処理モードを実行した直後におけるガス濃度検出装置のNOx濃度の検出精度を意味している。また、図9のグラフの縦軸の精度は、実施例1における、時間Tnのときの精度を1.0としたときの、比率によって示している。つまり、精度の値が1.0よりも小さいとき、実施例1における時間Tnのときの精度よりも検出精度が低いことを意味する。 The accuracy on the vertical axis of the graph in Figure 9 represents the detection accuracy of the NOx concentration of the gas concentration detection device immediately after the processing mode is executed. The accuracy on the vertical axis of the graph in Figure 9 is expressed as a ratio, with the accuracy at time Tn in Example 1 being set to 1.0. In other words, when the accuracy value is less than 1.0, it means that the detection accuracy is lower than the accuracy at time Tn in Example 1.

図9のグラフに示すごとく、運転休止時間T1が時間Tn及びTn-1のとき、実施例1と比較例1とは、互いに同等の精度となっている。ここで、運転休止時間T1が時間Tn-1のとき、比較例1は、第一処理モードを実行する時間が50秒であるのに対し、実施例1は、第一処理モードの実行時間が30秒である。また、運転休止時間T1が短い分、時間Tnよりも、時間Tn-1のときの方が、センサ電極の吸蔵酸素量が少ないと考えられる。これらのことから、比較例1よりも、実施例1の方が、効率的にセンサ電極の活性化を図ることができたと考えられる。 As shown in the graph in Figure 9, when the operation downtime T1 is time Tn and Tn-1, Example 1 and Comparative Example 1 have equivalent accuracy. Here, when the operation downtime T1 is time Tn-1, Comparative Example 1 executes the first treatment mode for 50 seconds, while Example 1 executes the first treatment mode for 30 seconds. Furthermore, because the operation downtime T1 is shorter, it is thought that the amount of oxygen stored in the sensor electrode is less at time Tn-1 than at time Tn. From these facts, it is thought that Example 1 was able to activate the sensor electrode more efficiently than Comparative Example 1.

また、運転休止時間T1が時間Tn+1と時間Tn+2のとき、実施例1は、時間Tnのときと同等の精度であるのに対し、比較例1は、時間Tnのときと比較し、精度が低くなっている。さらに、比較例1においては、時間Tn+1のときよりも、時間Tn+2のときの方が、精度が低くなっている。ここで、運転休止時間T1が長くなるほど、センサ電極の吸蔵酸素が増加することに加え、吸着VOCが増加しやすい。また、比較例1は、どの運転休止時間T1においても、処理モードの内容が同じである。そのため、比較例1は、運転休止時間T1が時間Tn+1と時間Tn+2のとき、センサ電極の吸着VOCを充分に除去できず、時間Tnのときと比較し、精度が低下したと考えられる。一方、実施例1は、運転休止時間が時間Tn+1と時間Tn+2のとき、第一処理モードに加え、第二処理モードも実行する。これにより、実施例1は、センサ電極に吸着したVOCを効率的に除去できたと考えられる。そのため、実施例1は、運転休止時間T1が時間Tn+1と時間Tn+2のときであっても、時間Tnのときと同等の精度になったと考えられる。つまり、実施例1のガス濃度検出装置は、効率的、かつ確実に早期活性化を図ることができる。 Furthermore, when the downtime T1 is time Tn+1 and time Tn+2, Example 1 has the same accuracy as when it is time Tn, while Comparative Example 1 has lower accuracy compared to when it is time Tn. Furthermore, in Comparative Example 1, accuracy is lower at time Tn+2 than at time Tn+1. Here, the longer the downtime T1, the more oxygen is absorbed by the sensor electrode and the more likely adsorbed VOCs are to increase. Furthermore, in Comparative Example 1, the treatment mode is the same regardless of the downtime T1. Therefore, when the downtime T1 is time Tn+1 and time Tn+2, Comparative Example 1 is unable to sufficiently remove adsorbed VOCs from the sensor electrode, resulting in lower accuracy compared to when it is time Tn. On the other hand, Example 1 executes the second treatment mode in addition to the first treatment mode when the downtime is time Tn+1 and time Tn+2. As a result, Example 1 is believed to have been able to efficiently remove VOCs adsorbed to the sensor electrode. Therefore, it is considered that in Example 1, even when the operation downtime T1 is time Tn+1 or time Tn+2, the accuracy is equivalent to that when it is time Tn. In other words, the gas concentration detection device of Example 1 can be efficiently and reliably activated early.

(実施形態2)
本形態のガス濃度検出装置1は、センサ素子11の温度に関連する温度関連情報に基づいて、選択した処理モードの実行時間を変化させる形態である。
(Embodiment 2)
The gas concentration detection device 1 of this embodiment is configured to change the execution time of the selected processing mode based on temperature-related information related to the temperature of the sensor element 11.

本形態のガス濃度検出装置1は、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、センサ素子11の温度に関連する温度関連情報に基づいて、第一処理モード及び第二処理モードのうち、少なくとも一方の処理モードを実行する時間を変化させる。ガス濃度検出装置1は、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを実行する場合、温度関連情報に基づいて、第一処理モードを実行する時間を変化させる。本形態においては、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、温度関連情報に基づいて、第一処理モード及び第二処理モードの双方の実行時間を変化させる。 When the gas concentration detection device 1 of this embodiment executes both the first processing mode and the second processing mode, it changes the execution time of at least one of the first processing mode and the second processing mode based on temperature-related information related to the temperature of the sensor element 11. When the gas concentration detection device 1 executes only the first processing mode of the first and second processing modes, it changes the execution time of the first processing mode based on the temperature-related information. In this embodiment, when the gas concentration detection device 1 executes both the first processing mode and the second processing mode, it changes the execution time of both the first processing mode and the second processing mode based on the temperature-related information.

温度関連情報は、例えば、センサ素子11の温度、ポンプセル4の温度、センサセル3の温度、内燃機関に掛かる負荷や内燃機関の回転数等の内燃機関の運転状態とすることができる。本形態において、温度関連情報は、内燃機関の運転状態である。 Temperature-related information can be, for example, the temperature of the sensor element 11, the temperature of the pump cell 4, the temperature of the sensor cell 3, and the operating state of the internal combustion engine, such as the load on the internal combustion engine and the rotation speed of the internal combustion engine. In this embodiment, the temperature-related information is the operating state of the internal combustion engine.

また、本形態においては、運転休止時間T1に応じて、選択した処理モードの実行時間を変化させつつ、温度関連情報に基づいて、選択した処理モードの実行時間を変化させる構成となっている。選択した処理モードの実行時間を決定する際、運転休止時間T1及び温度関連情報のそれぞれの重み付けは、各種の目的に応じて、任意に決定することができる。
その他は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
In this embodiment, the execution time of the selected processing mode is changed in accordance with the operation downtime T1, and the execution time of the selected processing mode is changed based on the temperature-related information. When determining the execution time of the selected processing mode, the weighting of the operation downtime T1 and the temperature-related information can be determined arbitrarily according to various purposes.
Others are the same as in embodiment 1. Note that, among the symbols used in embodiment 2 and onwards, the same symbols as those used in the previous embodiments represent the same components, etc. as in the previous embodiments, unless otherwise specified.

センサ素子11の昇温速度は、内燃機関に掛かる負荷や内燃機関の回転数など、内燃機関の運転状態によって変動しやすい。また、センサ電極21の活性化の効率は、センサ素子11の温度によって変動しやすい。つまり、センサ素子11の温度が比較的低い場合、センサ素子11の温度が充分に高い場合と比較し、センサ電極21を活性化させるまでに必要な処理モードの実行時間が長くなりやすい。そこで、本形態のガス濃度検出装置1は、第一処理モードと第二処理モードとの双方を実行する場合、温度関連情報に基づいて、第一処理モード及び第二処理モードのうち、少なくとも一方の処理モードを実行する時間を変化させる。また、ガス濃度検出装置1は、第一処理モード及び第二処理モードのうち、第一処理モードのみを実行する場合、温度関連情報に基づいて、第一処理モードを実行する時間を変化させる。つまり、センサ制御部7は、ECUから受信した温度関連情報である内燃機関の運転状態の情報に基づいて、選択した処理モードの実行時間の長さを調整することができる。それゆえ、センサ素子11の温度状況に応じて、活性処理を行う時間を制御することができる。その結果、一層確実に早期活性化を図ることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
The temperature rise rate of the sensor element 11 tends to vary depending on the operating conditions of the internal combustion engine, such as the load on the internal combustion engine and the engine speed. Furthermore, the activation efficiency of the sensor electrode 21 tends to vary depending on the temperature of the sensor element 11. That is, when the temperature of the sensor element 11 is relatively low, the execution time of the processing mode required to activate the sensor electrode 21 tends to be longer than when the temperature of the sensor element 11 is sufficiently high. Therefore, when the gas concentration detection device 1 executes both the first processing mode and the second processing mode, it changes the execution time of at least one of the first processing mode and the second processing mode based on the temperature-related information. Furthermore, when the gas concentration detection device 1 executes only the first processing mode of the first processing mode and the second processing mode, it changes the execution time of the first processing mode based on the temperature-related information. In other words, the sensor control unit 7 can adjust the execution time of the selected processing mode based on information on the operating conditions of the internal combustion engine, which is the temperature-related information received from the ECU. Therefore, the activation process time can be controlled depending on the temperature condition of the sensor element 11. As a result, early activation can be more reliably achieved.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

(実施形態3)
本形態のガス濃度検出装置1は、内燃機関の排気管の乾燥状態に基づいて、選択した処理モードを実行するタイミングを調整する形態である。
(Embodiment 3)
The gas concentration detection device 1 of this embodiment is configured to adjust the timing for executing the selected processing mode based on the dryness state of the exhaust pipe of the internal combustion engine.

ガス濃度検出装置1は、図10に示すごとく、内燃機関の排気管の乾燥状態を判定する乾燥判定部81と、センサ素子11の温度を制御する素子温度制御部73と、を有する。乾燥判定部81は、内燃機関の排気管の状態が乾燥状態であると判定する乾燥判定、及び内燃機関の排気管の状態が乾燥状態でないと判定する非乾燥判定を行うよう構成されている。素子温度制御部73は、乾燥判定部81が非乾燥判定を行う非乾燥期間中において、センサ素子11の温度がNOx濃度検出時の温度よりも低い温度になるよう制御する。また、素子温度制御部73は、乾燥判定部81が乾燥判定を行った後、センサ素子11の温度がNOx濃度検出時の温度になるよう制御する。ガス濃度検出装置1は、乾燥判定後、処理モードを実行すると共に、内燃機関の運転開始から乾燥判定部81が乾燥判定を行うまでの時間に応じて、第一処理モードを実行する時間を変化させる。つまり、本形態においては、内燃機関の運転開始から乾燥判定部81が乾燥判定を行うまでの時間が長くなるほど、第一処理モードを実行する時間を長くする。As shown in FIG. 10 , the gas concentration detection device 1 includes a dryness determination unit 81 that determines the dryness state of the exhaust pipe of the internal combustion engine, and an element temperature control unit 73 that controls the temperature of the sensor element 11. The dryness determination unit 81 is configured to perform a dryness determination to determine that the exhaust pipe of the internal combustion engine is in a dry state, and a non-dryness determination to determine that the exhaust pipe of the internal combustion engine is not in a dry state. The element temperature control unit 73 controls the temperature of the sensor element 11 to be lower than the temperature at which the NOx concentration is detected during the non-dry period when the dryness determination unit 81 performs the non-dryness determination. Furthermore, after the dryness determination unit 81 performs the dryness determination, the element temperature control unit 73 controls the temperature of the sensor element 11 to be the temperature at which the NOx concentration is detected. After the dryness determination, the gas concentration detection device 1 executes the processing mode and varies the time for executing the first processing mode depending on the time from the start of operation of the internal combustion engine to the time when the dryness determination unit 81 performs the dryness determination. That is, in this embodiment, the longer the time from when the internal combustion engine starts to when the dryness determination unit 81 makes the dryness determination, the longer the time for which the first processing mode is executed.

本形態においては、図10に示すごとく、内燃機関を制御するECU8が乾燥判定部81を有する。乾燥判定部81は、内燃機関の燃焼、排気管内の排ガスの温度、排気管内の排ガスの流速等の情報に基づいて乾燥判定及び非乾燥判定を行う。そして、乾燥判定部81は、センサ制御部7に対して、判定結果を信号として出力するよう構成されている。センサ制御部7は、乾燥判定部81から受信した乾燥状態の判定結果に基づいて、センサの駆動状態を制御する。 In this embodiment, as shown in Figure 10, the ECU 8 that controls the internal combustion engine has a dryness determination unit 81. The dryness determination unit 81 makes dryness determination and non-dryness determination based on information such as the combustion of the internal combustion engine, the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe, and the flow rate of the exhaust gas in the exhaust pipe. The dryness determination unit 81 is configured to output the determination result as a signal to the sensor control unit 7. The sensor control unit 7 controls the driving state of the sensor based on the dryness state determination result received from the dryness determination unit 81.

また、素子温度制御部73は、非乾燥期間中において、センサ素子11の温度を、センサ素子11が被水しても割れない温度になるよう制御する。具体的には、素子温度制御部73は、例えば、非乾燥期間中において、センサ素子11の上限温度が150~450℃になるよう制御することができる。 Furthermore, the element temperature control unit 73 controls the temperature of the sensor element 11 during the non-drying period so that the temperature will not crack even if the sensor element 11 is exposed to water. Specifically, the element temperature control unit 73 can control the upper limit temperature of the sensor element 11 to be between 150 and 450°C during the non-drying period, for example.

また、本形態においては、運転休止時間T1に応じて、第一処理モードの実行時間を変化させつつ、内燃機関の運転開始から乾燥判定部81が乾燥判定を行うまでの時間に応じて、第一処理モードの実行時間を変化させる構成となっている。第一処理モードの実行時間を決定する際、運転休止時間T1、及び内燃機関の運転開始から乾燥判定部81が乾燥判定を行うまでの時間のそれぞれの重み付けは、各種の目的に応じて、任意に決定することができる。
その他は、実施形態1と同様である。
In this embodiment, the execution time of the first treatment mode is changed in accordance with the operation pause time T1, and is also changed in accordance with the time from the start of operation of the internal combustion engine until the dryness determination unit 81 makes a dryness determination. When determining the execution time of the first treatment mode, the weighting of the operation pause time T1 and the time from the start of operation of the internal combustion engine until the dryness determination unit 81 makes a dryness determination can be determined arbitrarily in accordance with various purposes.
The rest is the same as in the first embodiment.

一般に、内燃機関においては、運転休止時間に、結露等によって排気管内に凝縮水が発生する場合がある。また、ガス濃度検出装置のセンサ素子は、排気管内の残存水量が多くなるほど、ガス濃度検出装置を駆動した際に、排気管内の凝縮水が被水する可能性が高くなることが想定される。そこで、本形態のガス濃度検出装置1は、乾燥判定後、選択した処理モードを実行する。それゆえ、排気管が充分に乾燥した状態にて、選択した処理モードを実行することができる。それゆえ、被水によるセンサ素子11の損傷発生を確実に抑制することができる。 In general, in internal combustion engines, condensed water may form in the exhaust pipe due to condensation or other factors during periods when the engine is not in operation. Furthermore, it is expected that the greater the amount of water remaining in the exhaust pipe, the greater the likelihood that the sensor element of the gas concentration detection device will be exposed to condensed water in the exhaust pipe when the gas concentration detection device is operated. Therefore, the gas concentration detection device 1 of this embodiment executes the selected processing mode after determining that the exhaust pipe is dry. Therefore, the selected processing mode can be executed when the exhaust pipe is sufficiently dry. This reliably prevents damage to the sensor element 11 due to exposure to water.

また、素子温度制御部73は、非乾燥期間中において、センサ素子11の温度がNOx濃度検出時の温度よりも低い温度になるよう制御する。また、素子温度制御部73は、乾燥判定部81が乾燥判定を行った後、センサ素子11の温度がNOx濃度検出時の温度になるよう制御する。それゆえ、万が一、非乾燥期間中において、センサ素子11が被水したとしても、センサ素子11の損傷発生を一層確実に抑制することができる。 In addition, the element temperature control unit 73 controls the temperature of the sensor element 11 during the non-drying period so that it is lower than the temperature at which the NOx concentration is detected. Furthermore, after the dryness determination unit 81 makes a dryness determination, the element temperature control unit 73 controls the temperature of the sensor element 11 so that it is the temperature at which the NOx concentration is detected. Therefore, even if the sensor element 11 is exposed to water during the non-drying period, damage to the sensor element 11 can be more reliably suppressed.

また、本形態においては、内燃機関の運転開始から乾燥判定部81が乾燥判定を行うまでの時間に応じて、第一処理モードを実行する時間を変化させる。これにより、センサ電極21が高湿度の被測定ガスに晒された時間に応じて、第一処理モードの実行時間を調整することができる。これにより、効率的にセンサ電極21を活性化させることができる。つまり、一般に、排気管内の残存水量が多いほど、センサ電極が高湿度の被測定ガスに晒されていた時間が長くなっていると考えられ、さらに排気管が乾燥するまでの時間も長くなりやすい。そして、高湿度の被測定ガスに晒される時間が長くなるほど、センサ電極にOH基が付着しやすく、図11に示すごとく、NOx濃度の検出精度が低下するおそれがある。そこで、本形態においては、排気管が乾燥するまでの時間が長くなるほど、第一処理モードの実行時間を長くしている。それゆえ、第一処理モードによって発生させた水素によって、センサ電極21に付着したOH基を確実に除去することができる。その結果、センサ電極21の早期活性化を確実に図ることができる。In addition, in this embodiment, the execution time of the first processing mode is changed depending on the time from the start of operation of the internal combustion engine until the dryness determination unit 81 makes a dryness determination. This allows the execution time of the first processing mode to be adjusted depending on the time the sensor electrode 21 is exposed to high-humidity measurement gas. This allows for efficient activation of the sensor electrode 21. In other words, generally, the greater the amount of water remaining in the exhaust pipe, the longer the sensor electrode is likely to have been exposed to high-humidity measurement gas, and the longer it will take for the exhaust pipe to dry. Furthermore, the longer the exposure time to high-humidity measurement gas, the more likely OH groups will adhere to the sensor electrode, which may result in a decrease in the accuracy of NOx concentration detection, as shown in Figure 11. Therefore, in this embodiment, the execution time of the first processing mode is extended as the time until the exhaust pipe dries increases. Therefore, the OH groups adhered to the sensor electrode 21 can be reliably removed by the hydrogen generated in the first processing mode. As a result, early activation of the sensor electrode 21 can be reliably achieved.

素子温度制御部73は、非乾燥期間中において、センサ素子11の上限温度が150~450℃になるよう制御する。つまり、素子温度制御部73は、非乾燥期間中において、センサ素子11の温度を、センサ素子11が被水しても割れない温度にしつつ、所定の温度よりも高い温度にすることができる。それゆえ、乾燥判定後、センサ素子11の温度を、比較的短時間の間にNOx濃度検出時の温度にすることができる。その結果、早期活性化を一層確実に図ることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
During the non-drying period, the element temperature control unit 73 controls the upper limit temperature of the sensor element 11 to be between 150 and 450°C. In other words, during the non-drying period, the element temperature control unit 73 can maintain the temperature of the sensor element 11 at a temperature that will not crack the sensor element 11 even if it is exposed to water, while still maintaining a temperature higher than a predetermined temperature. Therefore, after determining that the sensor element 11 is dry, the temperature of the sensor element 11 can be raised to the temperature at which the NOx concentration is detected in a relatively short time. As a result, early activation can be more reliably achieved.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

上記実施形態1~3において、ガス濃度検出装置1は、ポンプセル4とセンサセル3とを有する。ただし、ガス濃度検出装置は、ポンプセル及びセンサセルに加え、ポンプセルによって酸素濃度を調整された被測定ガスの残留酸素の濃度を測定するモニタセルを備えることができる。この場合、ポンプセルによって酸素を完全に排出できない場合でも、NOxの濃度を一層正確に算出することができる。 In the above embodiments 1 to 3, the gas concentration detection device 1 has a pump cell 4 and a sensor cell 3. However, in addition to the pump cell and sensor cell, the gas concentration detection device can also be equipped with a monitor cell that measures the concentration of residual oxygen in the measurement gas after the oxygen concentration has been adjusted by the pump cell. In this case, even if the pump cell cannot completely discharge oxygen, the NOx concentration can be calculated more accurately.

また、運転休止時間が短く、センサ電極の吸蔵酸素量及び吸着VOC量がNOxの検出精度に影響がない場合、第一処理モード及び第二処理モードのいずれも実行しない構成とすることもできる。 In addition, if the operation downtime is short and the amount of oxygen stored in the sensor electrode and the amount of VOC adsorbed do not affect the accuracy of NOx detection, the system can be configured to not execute either the first treatment mode or the second treatment mode.

本開示は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 This disclosure is not limited to the above embodiments and can be applied to various embodiments without departing from the spirit of the present disclosure.

本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形形態や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。While the present disclosure has been described with reference to certain embodiments, it is understood that the present disclosure is not limited to those embodiments or structures. The present disclosure also encompasses various modifications and equivalent variations. In addition, various combinations and forms, including only one element, more, or less than one element, are also within the scope and spirit of the present disclosure.

<その他>
本開示の特徴を以下の通り示す。
[項1]
センサ素子(11)と、電圧制御部(71)と、を有すると共に、内燃機関に搭載されるガス濃度検出装置(1)であって、
上記センサ素子は、
被測定ガスが導入される被測定ガス室(10)と、
酸素イオン伝導性を有する固体電解質体(2)、及び該固体電解質体上に設けられた一対の電極(21,22)を有し、上記被測定ガス室における上記被測定ガス中のNOxの濃度を検出するセンサセル(3)と、
上記固体電解質体、及び該固体電解質体上に設けられた一対の電極(23,22)を有し、上記被測定ガス室における上記被測定ガス中の酸素の濃度を調整するポンプセル(4)と、を備え、
上記センサセルは、上記被測定ガス室に配置されるセンサ電極(21)を有し、
上記ポンプセルは、上記被測定ガス室に配置されるポンプ電極(23)を有し、
上記電圧制御部は、上記ポンプセルに印加する電圧であるポンプ電圧を制御し、
上記被測定ガスのNOx濃度検出を開始する前に、NOx濃度検出時に印加する上記ポンプ電圧よりも高い上記ポンプ電圧を印加する第一処理モードと、NOx濃度検出時に印加する上記ポンプ電圧よりも低い上記ポンプ電圧を印加する第二処理モードと、の2つの処理モードを、実行することができるように構成されており、
上記内燃機関の運転休止時間(T1)に基づいて、上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を選択、或いは、上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、上記第一処理モードのみを選択して、選択した上記処理モードを実行する、ガス濃度検出装置。
[項2]
上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を実行する場合、上記運転休止時間に応じて、上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、少なくとも一方の上記処理モードを実行する時間を変化させ、
上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、上記第一処理モードのみを実行する場合、上記運転休止時間に応じて、上記第一処理モードを実行する時間を変化させる、項1に記載のガス濃度検出装置。
[項3]
上記第一処理モードは、上記ポンプセルに、上記被測定ガスに含まれる水を分解させ、水素を発生させる処理モードであり、上記第二処理モードは、上記被測定ガスに含まれる酸素を上記センサ電極側に流入させる処理モードであり、
上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を実行する場合、上記センサ素子の温度に関連する温度関連情報に基づいて、上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、少なくとも一方の上記処理モードを実行する時間を変化させ、
上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、上記第一処理モードのみを実行する場合、上記温度関連情報に基づいて、上記第一処理モードを実行する時間を変化させる、項1又は2に記載のガス濃度検出装置。
[項4]
上記内燃機関における燃料を含む混合気の燃焼時に、上記第一処理モードを開始する、項1~3のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
[項5]
上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を実行する場合、上記第二処理モードは、上記内燃機関が燃料を含む混合気を燃焼させていないときに開始する、項1~4のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
[項6]
上記運転休止時間が予め定めた閾値(T1th)未満のとき、上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、上記第一処理モードのみを実行し、上記運転休止時間が上記閾値以上のとき、上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を実行し、上記電圧制御部は、上記第一処理モードにおいて印加する上記ポンプ電圧を0.5V以上に制御すると共に、上記第二処理モードにおいて印加する上記ポンプ電圧を0.32V以下に制御する、項1~5のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
[項7]
上記内燃機関の排気管の乾燥状態を判定する乾燥判定部(81)と、上記センサ素子の温度を制御する素子温度制御部(73)と、を有し、上記乾燥判定部は、上記排気管の状態が乾燥状態であると判定する乾燥判定、及び上記排気管の状態が乾燥状態でないと判定する非乾燥判定を行うよう構成されており、
上記素子温度制御部は、上記乾燥判定部が上記非乾燥判定を行う非乾燥期間中において、上記センサ素子の温度がNOx濃度検出時の温度よりも低い温度になるよう制御すると共に、上記乾燥判定部が上記乾燥判定を行った後、上記センサ素子の温度がNOx濃度検出時の温度になるよう制御し、
上記乾燥判定後、上記処理モードを実行すると共に、上記内燃機関の運転開始から上記乾燥判定部が上記乾燥判定を行うまでの時間に応じて、上記第一処理モードを実行する時間を変化させる、項1~6のいずれか一項に記載のガス濃度検出装置。
<Others>
The features of the present disclosure are as follows:
[Section 1]
A gas concentration detection device (1) having a sensor element (11) and a voltage control unit (71) and mounted on an internal combustion engine,
The sensor element is
a measurement gas chamber (10) into which a measurement gas is introduced;
a sensor cell (3) having a solid electrolyte body (2) having oxygen ion conductivity and a pair of electrodes (21, 22) provided on the solid electrolyte body, for detecting the concentration of NOx in the measurement gas in the measurement gas chamber;
a pump cell (4) having the solid electrolyte body and a pair of electrodes (23, 22) provided on the solid electrolyte body, and adjusting the concentration of oxygen in the measurement gas in the measurement gas chamber,
The sensor cell has a sensor electrode (21) disposed in the measurement gas chamber,
The pump cell has a pump electrode (23) disposed in the measurement gas chamber,
the voltage control unit controls a pump voltage that is a voltage applied to the pump cell;
The device is configured to be able to execute two processing modes, namely, a first processing mode in which a pump voltage higher than the pump voltage applied during NOx concentration detection is applied before starting detection of the NOx concentration of the measurement gas, and a second processing mode in which a pump voltage lower than the pump voltage applied during NOx concentration detection is applied,
A gas concentration detection device that selects both the first processing mode and the second processing mode based on the operation stop time (T1) of the internal combustion engine, or selects only the first processing mode from the first processing mode and the second processing mode, and executes the selected processing mode.
[Section 2]
When both the first treatment mode and the second treatment mode are executed, a time for executing at least one of the first treatment mode and the second treatment mode is changed according to the operation suspension time,
2. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein, when only the first processing mode is executed out of the first processing mode and the second processing mode, the time for executing the first processing mode is changed depending on the operation downtime.
[Section 3]
the first treatment mode is a treatment mode in which the pump cell decomposes water contained in the measurement target gas to generate hydrogen, and the second treatment mode is a treatment mode in which oxygen contained in the measurement target gas is caused to flow into the sensor electrode side;
When both the first processing mode and the second processing mode are executed, a time period for executing at least one of the first processing mode and the second processing mode is changed based on temperature-related information related to a temperature of the sensor element;
3. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein, when only the first processing mode is executed out of the first processing mode and the second processing mode, the time for executing the first processing mode is changed based on the temperature-related information.
[Section 4]
4. The gas concentration detection device according to any one of items 1 to 3, wherein the first processing mode is started when an air-fuel mixture containing fuel is combusted in the internal combustion engine.
[Section 5]
5. A gas concentration detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein, when both the first processing mode and the second processing mode are executed, the second processing mode is started when the internal combustion engine is not burning a mixture containing fuel.
[Section 6]
6. The gas concentration detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein when the operation suspension time is less than a predetermined threshold (T1th), only the first processing mode of the first processing mode and the second processing mode is executed, and when the operation suspension time is equal to or greater than the threshold, both the first processing mode and the second processing mode are executed, and the voltage control unit controls the pump voltage applied in the first processing mode to be 0.5 V or more, and controls the pump voltage applied in the second processing mode to be 0.32 V or less.
[Section 7]
the exhaust pipe includes a dryness determination unit (81) that determines a dryness state of the exhaust pipe of the internal combustion engine, and an element temperature control unit (73) that controls the temperature of the sensor element, the dryness determination unit being configured to perform a dryness determination that determines that the state of the exhaust pipe is dry, and a non-dryness determination that determines that the state of the exhaust pipe is not dry,
the element temperature control unit controls the temperature of the sensor element to be lower than the temperature at the time of detecting the NOx concentration during a non-dry period in which the dryness determination unit makes the non-dryness determination, and controls the temperature of the sensor element to be the temperature at the time of detecting the NOx concentration after the dryness determination unit makes the dryness determination,
7. The gas concentration detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein after the dryness determination, the processing mode is executed, and the time for executing the first processing mode is changed depending on the time from when the internal combustion engine starts operating until the dryness determination unit makes the dryness determination.

Claims (7)

センサ素子(11)と、電圧制御部(71)と、を有すると共に、内燃機関に搭載されるガス濃度検出装置(1)であって、
上記センサ素子は、
被測定ガスが導入される被測定ガス室(10)と、
酸素イオン伝導性を有する固体電解質体(2)、及び該固体電解質体上に設けられた一対の電極(21,22)を有し、上記被測定ガス室における上記被測定ガス中のNOxの濃度を検出するセンサセル(3)と、
上記固体電解質体、及び該固体電解質体上に設けられた一対の電極(23,22)を有し、上記被測定ガス室における上記被測定ガス中の酸素の濃度を調整するポンプセル(4)と、を備え、
上記センサセルは、上記被測定ガス室に配置されるセンサ電極(21)を有し、
上記ポンプセルは、上記被測定ガス室に配置されるポンプ電極(23)を有し、
上記電圧制御部は、上記ポンプセルに印加する電圧であるポンプ電圧を制御し、
上記被測定ガスのNOx濃度検出を開始する前に、NOx濃度検出時に印加する上記ポンプ電圧よりも高い上記ポンプ電圧を印加する第一処理モードと、NOx濃度検出時に印加する上記ポンプ電圧よりも低い上記ポンプ電圧を印加する第二処理モードと、の2つの処理モードを、実行することができるように構成されており、
上記内燃機関の運転休止時間(T1)に基づいて、上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を選択、或いは、上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、上記第一処理モードのみを選択して、選択した上記処理モードを実行する、ガス濃度検出装置。
A gas concentration detection device (1) having a sensor element (11) and a voltage control unit (71) and mounted on an internal combustion engine,
The sensor element is
a measurement gas chamber (10) into which a measurement gas is introduced;
a sensor cell (3) having a solid electrolyte body (2) having oxygen ion conductivity and a pair of electrodes (21, 22) provided on the solid electrolyte body, for detecting the concentration of NOx in the measurement gas in the measurement gas chamber;
a pump cell (4) having the solid electrolyte body and a pair of electrodes (23, 22) provided on the solid electrolyte body, and adjusting the concentration of oxygen in the measurement gas in the measurement gas chamber,
The sensor cell has a sensor electrode (21) disposed in the measurement gas chamber,
The pump cell has a pump electrode (23) disposed in the measurement gas chamber,
the voltage control unit controls a pump voltage that is a voltage applied to the pump cell;
The device is configured to be able to execute two processing modes, namely, a first processing mode in which a pump voltage higher than the pump voltage applied during NOx concentration detection is applied before starting detection of the NOx concentration of the measurement gas, and a second processing mode in which a pump voltage lower than the pump voltage applied during NOx concentration detection is applied,
A gas concentration detection device that selects both the first processing mode and the second processing mode based on the operation stop time (T1) of the internal combustion engine, or selects only the first processing mode from the first processing mode and the second processing mode, and executes the selected processing mode.
上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を実行する場合、上記運転休止時間に応じて、上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、少なくとも一方の上記処理モードを実行する時間を変化させ、
上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、上記第一処理モードのみを実行する場合、上記運転休止時間に応じて、上記第一処理モードを実行する時間を変化させる、請求項1に記載のガス濃度検出装置。
When both the first treatment mode and the second treatment mode are executed, a time for executing at least one of the first treatment mode and the second treatment mode is changed according to the operation suspension time,
2. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein, when only the first processing mode is executed out of the first processing mode and the second processing mode, the time for executing the first processing mode is changed depending on the operation downtime.
上記第一処理モードは、上記ポンプセルに、上記被測定ガスに含まれる水を分解させ、水素を発生させる処理モードであり、上記第二処理モードは、上記被測定ガスに含まれる酸素を上記センサ電極側に流入させる処理モードであり、
上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を実行する場合、上記センサ素子の温度に関連する温度関連情報に基づいて、上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、少なくとも一方の上記処理モードを実行する時間を変化させ、
上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、上記第一処理モードのみを実行する場合、上記温度関連情報に基づいて、上記第一処理モードを実行する時間を変化させる、請求項1又は2に記載のガス濃度検出装置。
the first treatment mode is a treatment mode in which the pump cell decomposes water contained in the measurement target gas to generate hydrogen, and the second treatment mode is a treatment mode in which oxygen contained in the measurement target gas is caused to flow into the sensor electrode side;
When both the first processing mode and the second processing mode are executed, a time period for executing at least one of the first processing mode and the second processing mode is changed based on temperature-related information related to a temperature of the sensor element;
3. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein when only the first processing mode is executed out of the first processing mode and the second processing mode, the time for executing the first processing mode is changed based on the temperature-related information.
上記内燃機関における燃料を含む混合気の燃焼時に、上記第一処理モードを開始する、請求項1又は2に記載のガス濃度検出装置。 A gas concentration detection device as described in claim 1 or 2, wherein the first processing mode is initiated when a mixture containing fuel is combusted in the internal combustion engine. 上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を実行する場合、上記第二処理モードは、上記内燃機関が燃料を含む混合気を燃焼させていないときに開始する、請求項1又は2に記載のガス濃度検出装置。 A gas concentration detection device as described in claim 1 or 2, wherein when both the first processing mode and the second processing mode are executed, the second processing mode is started when the internal combustion engine is not combusting a mixture containing fuel. 上記運転休止時間が予め定めた閾値(T1th)未満のとき、上記第一処理モード及び上記第二処理モードのうち、上記第一処理モードのみを実行し、上記運転休止時間が上記閾値以上のとき、上記第一処理モードと上記第二処理モードとの双方を実行し、上記電圧制御部は、上記第一処理モードにおいて印加する上記ポンプ電圧を0.5V以上に制御すると共に、上記第二処理モードにおいて印加する上記ポンプ電圧を0.32V以下に制御する、請求項1又は2に記載のガス濃度検出装置。 A gas concentration detection device as described in claim 1 or 2, wherein when the operation suspension time is less than a predetermined threshold (T1th), only the first processing mode of the first processing mode and the second processing mode is executed, and when the operation suspension time is equal to or greater than the threshold, both the first processing mode and the second processing mode are executed, and the voltage control unit controls the pump voltage applied in the first processing mode to 0.5 V or more and the pump voltage applied in the second processing mode to 0.32 V or less. 上記内燃機関の排気管の乾燥状態を判定する乾燥判定部(81)と、上記センサ素子の温度を制御する素子温度制御部(73)と、を有し、上記乾燥判定部は、上記排気管の状態が乾燥状態であると判定する乾燥判定、及び上記排気管の状態が乾燥状態でないと判定する非乾燥判定を行うよう構成されており、
上記素子温度制御部は、上記乾燥判定部が上記非乾燥判定を行う非乾燥期間中において、上記センサ素子の温度がNOx濃度検出時の温度よりも低い温度になるよう制御すると共に、上記乾燥判定部が上記乾燥判定を行った後、上記センサ素子の温度がNOx濃度検出時の温度になるよう制御し、
上記乾燥判定後、上記処理モードを実行すると共に、上記内燃機関の運転開始から上記乾燥判定部が上記乾燥判定を行うまでの時間に応じて、上記第一処理モードを実行する時間を変化させる、請求項1又は2に記載のガス濃度検出装置。
the exhaust pipe includes a dryness determination unit (81) that determines a dryness state of the exhaust pipe of the internal combustion engine, and an element temperature control unit (73) that controls the temperature of the sensor element, the dryness determination unit being configured to perform a dryness determination that determines that the state of the exhaust pipe is dry, and a non-dryness determination that determines that the state of the exhaust pipe is not dry,
the element temperature control unit controls the temperature of the sensor element to be lower than the temperature at the time of detecting the NOx concentration during a non-dry period in which the dryness determination unit makes the non-dryness determination, and controls the temperature of the sensor element to be the temperature at the time of detecting the NOx concentration after the dryness determination unit makes the dryness determination,
3. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the processing mode is executed after the dryness determination, and the time for executing the first processing mode is changed depending on the time from when the internal combustion engine starts operating until the dryness determination unit makes the dryness determination.
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