CN105388195A - 气体浓度检测设备 - Google Patents

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Abstract

一种气体浓度检测设备，包括气体浓度检测元件(10；20；30)和电子控制单元(81)。气体浓度检测元件(10；20；30)包括第一电化学电池(11c)和第二电化学电池(12c)。电子控制单元(81)配置为基于当给第二电化学电池(12c)施加第一去除电压和给第一电化学电池(11c)施加测量电压时获取的与流经第一电化学电池(11c)的电流相关的第一检测值，检测包含在测试气体内的氧化硫的浓度。

Description

气体浓度检测设备
技术领域
本发明涉及能够获取包含在内燃机废气中的氧化硫(SOx)的准确浓度的气体浓度检测设备。
背景技术
空气-燃料比传感器(A/F传感器)被广泛地使用，其基于包含在废气中的氧(O2)的浓度获取燃烧室内的空气-燃料混合物的空气燃料比(A/F)，以便控制内燃机。限流(limitingcurrent)型气体传感器是此类空气-燃料比传感器的示例。
用作上面所述的空气-燃料比传感器的限流型的气体传感器被设置有泵电池，其是电化学电池，包括具有氧化物离子传导性的固态电解质体和固定在该固态电解质体的表面上的一对电极。该对电极中的一个暴露于通过抗扩散单元引入的作为测试气体的内燃机废气，并且该对电极中的另一个暴露于大气中。当等于或者高于开始氧分解的电压(分解起始电压)被施加在该对电极(该对电极中的一个为阴极，并且该对电极中的另一个为阳极)之间时，包含在测试气体中的氧通过还原分解变为氧化物离子(O2-)。这种氧化物离子被通过固态电解质体传导到阳极，变为氧，并且被排放到大气中。这种基于氧化物离子通过固态电解质体从阴极侧到阳极侧的传导的氧移动被称为“氧泵送动作”。
通过氧泵送动作产生的氧化物离子的传导引起该对电极之间的电流流动。在该对电极之间流动的这种电流被称为“电极电流”。随着该对电极之间施加的电压(在下文中，在某些情况下简称为“施加的电压”)增加时，这种电极电流趋于变得更强。然而，到达电极(阴极)的测试气体的流速受到抗扩散单元的限制，并且因此通过氧泵送动作产生的氧的消耗的速率不久就会超过向阴极提供氧的速率。换言之，氧在阴极的还原分解反应达到扩散速率受控状态。
在扩散速率受控状态下，尽管施加的电压上升，电极电流不增加，而是基本上保持恒定。该特性被称为“限流特性”，并且表现出(观察到)限流特性的施加的电压的范围被称为“限流区域”。在限流区域内的电极电流被称为“限流”，并且限流的大小(限流值)与向阴极提供氧的速率有关。因为到达阴极的测试气体的流速被上述的抗扩散单元保持为恒定，向阴极提供氧的速率与包含在测试气体内的氧的浓度有关。
因此，在用作空气-燃料比传感器的限流型的气体传感器中，施加的电压被设置为"限流区域内的预定电压"的情况下的电极电流(限流)与包含在测试气体中的氧的浓度有关。通过使用上面所述的氧的限流特性，空气-燃料比传感器可以检测包含在测试气体中的氧的浓度，并且以此为基础获取燃烧室中的空气-燃料混合物的空气-燃料比。
上面所述的限流特性不是局限于氧气的特性。特别地，可以基于对施加的电压和以分子形式包含氧原子的某些气体(在下文中，在某些情况下被称为“含氧气体”)中的阴极配置的适当选择，表现限流特性。含氧气体的示例包括氧化硫(SOx)，水(H2O)，二氧化碳(CO2)。
用于内燃机的燃料(诸如轻油和汽油)包含少量硫(S)成分。特别地，也被称为劣质燃料的燃料可能具有相对高的硫成分含量。当燃料的硫成分含量(在下文中，在某些情况下简称为“硫含量”)高时，出现诸如构成内燃机的部件的退化和/或出现故障、废气净化催化剂被有毒化、和废气中产生白色烟雾的问题的可能性增加。因此，希望获取燃料的硫成分含量，从而例如在控制内燃机时反映获取的硫含量，用于发出关于内燃机故障的警示，或者用于改善废气净化催化剂的车载诊断(OBD)。
当用于内燃机的燃料包含硫成分时，从燃烧室排出的废气中包含氧化硫。另外，当燃料中的硫成分的含量(硫含量)增加时，包含在废气中的氧化硫的浓度(在下文中，在某些情况下简称为“SOx浓度”)增加。因此，认为当可以获取准确的废气中的SOx浓度时，可以基于获取的SOx浓度获取准确的硫含量。
在本技术领域，已经进行了通过使用利用上面所述的氧泵送动作的限流型气体传感器获取包含在内燃机废气中的氧化硫的浓度的尝试。特别地，使用限流型气体传感器(双电池限流型气体传感器)，其设置有与在内部空间中彼此面对的阴极串联布置的两个泵电池(pumpingcell)，在该内部空间中，通过抗扩散单元引入来自内燃机的废气作为测试气体。
在这种传感器中，当在上游侧泵电池的电极之间施加相对低的电压时，通过上游侧泵电池的氧泵送动作去除包含在测试气体中的氧。另外，当在下游侧泵电池的电极之间施加相对高的电压时，包含在测试气体中的氧化硫通过下游侧的泵电池在阴极经受还原分解，并且作为结果产生的氧化物离子被传导到阳极。基于归因于氧泵送动作的电极电流值的改变，获取包含在测试气体中的氧化硫的浓度(例如，参考日本专利申请公开No.11-190721)。
发明内容
如上所述，在本技术领域中已经进行了通过使用利用氧泵送动作的限流型气体传感器获取包含在内燃机废气中的氧化硫的浓度的尝试。然而，包含在废气中的氧化硫具有极低的浓度级别，并且归因于氧化硫分解的电流(分解电流)极微弱。另外，归因于氧化硫之外的含氧气体(诸如水和二氧化碳)的分解电流也可以在电极之间流动。因此，难以准确地区分和仅仅检测归因于氧化硫的分解电流。
本发明提供了一种气体浓度检测设备，通过使用限流型气体传感器，能够以可能的最高级别的准确性获取包含在作为测试气体的废气中的氧化硫的浓度。
发明人进行了深入细致的研究，以便实现上面所述的目标。结果，发现与水和氧化硫在能够实现氧泵送动作的电化学电池(泵电池)中的预定的施加的电压下分解的情况有关的电极电流根据作为测试气体的来自内燃机的废气中的氧化硫的浓度而改变。
更具体地中，在双电池型限流型气体传感器中，当在上游侧泵电池的电极之间施加相对低的电压时，通过上游侧泵电池的氧泵送动作去除包含在测试气体中的氧。另外，当在下游侧泵电池的电极之间施加相对高的电压时，包含在测试气体中的水和氧化硫被下游侧泵电池分解。在这种情况下，下游侧泵电池的电极电流包括归因于水的分解电流和归因于氧化硫的分解电流。
一般地，来自内燃机的废气中的水具有比来自内燃机的废气中的氧化硫高的浓度，并且因此电极电流比仅仅归因于包含在测试气体中的氧化硫的分解电流更强，并且可被容易并且准确地检测。发明人发现这种电极电流的大小根据包含在测试气体中的氧化硫的浓度改变。另外，因为包含在测试气体中的氧被上游侧泵电池去除，根据这种配置，下游侧泵电池的电极电流不包括归因于氧的分解电流。因此，发明人得出结论可以基于与该电极电流相关的检测值的获取，准确地获取包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
在某些情况下，来自内燃机的废气中包含氧化氮(NOx)，并且氧化氮的浓度(在下文中，在某些情况下简称为“NOx浓度”)根据空气-燃料比和在内燃机的燃烧室内燃烧的空气-燃料混合物的燃烧状态而改变。该氧化氮也被下游侧泵电池分解，并且产生归因于氧化氮的分解电流。因此，希望通过上游侧泵电池去除包含在测试气体中的氧化氮，以便获取包含在测试气体中的氧化硫的准确的浓度。
根据本发明的一个方面，提供了一种气体浓度检测设备，包括气体浓度检测元件，第一电流检测器，第一电源，第二电源和电子控制单元(ECU)。
气体浓度检测元件包括第一电化学电池，第二电化学电池，致密体和抗扩散单元。第一电化学电池包括第一固态电解质体，第一电极和第二电极。第一固态电解质体具有氧化物离子传导性。第一电极和第二电极布置在第一固态电解质体的相应表面上。第二电化学电池包括第二固态电解质体，第三电极和第四电极。第二固态电解质体具有氧化物离子传导性。第三电极和第四电极布置在第二固态电解质体的相应表面上。第一固态电解质体和第二固态电解质体可以是分离的固态电解质体(诸如片材体)。可替换地，第一电化学电池和第二电化学电池可以共享单个固态电解质体(诸如片材体)。
所述第一固态电解质体，第二固态电解质体，致密体和抗扩散单元配置为限定内部空间。所述抗扩散单元配置为将作为测试气体的来自内燃机的废气通过抗扩散单元引入该内部空间。第一电极暴露于该内部空间。第二电极暴露于作为该内部空间之外的空间的第一分离空间。第三电极布置在该内部空间中相比第一电极更靠近抗扩散单元的位置。第四电极暴露于作为该内部空间之外的空间的第二分离空间。第一电极配置为当给第一电极和第二电极组成的第一电极对施加等于或者高于第一预定电压的电压时，分解包含在测试气体中的水和氧化硫。第三电极配置为当给第三电极和第四电极组成的第二电极对施加等于或者高于第二预定电压的电压时，分解包含在测试气体中的氧和氧化氮。
第一电流检测器配置为输出与流经第一电极对的电流相关的第一检测值。第一电源配置为给第一电极对施加电压。第二电源配置为给第二电极对施加电压。ECU配置为控制第二电源，从而使得给第二电极对施加第一去除电压。第一去除电压是这样的电压：等于或者高于第二预定电压，等于或者高于在第三电极中表现出氧化氮的限流特性的电压范围的下限，且低于开始氧化硫的分解的电压。ECU配置为控制第一电源，从而使得给第一电极对施加测量电压。测量电压是等于或者高于第一预定电压的电压且等于或者高于在第一电极中开始水的分解的电压的电压。ECU配置为当给第二电极对施加第一去除电压并且给第一电极对施加测量电压时，从第一电流检测器获取第一检测值。ECU配置为基于获取的第一检测值，检测包含在测试气体内的氧化硫的浓度。
根据上面所述方面的气体浓度检测设备，第一电极配置为当在第一电极和第二电极之间施加等于或者高于第一预定电压的电压时，能够分解包含在测试气体内的水和氧化硫。可以通过适当地选择，例如，构成电极材料的物质的类型和关于该电极的生产的热处理状态，生产能够在如上所述的预定的施加的电压分解水和氧化硫的第一电极。
第三电极配置为当在第三电极和第四电极之间施加等于或高于第二预定电压的电压时，能够分解包含在测试气体中的氧和氧化氮。可以通过适当地选择，例如，构成电极材料的物质的类型和关于该电极的生产的热处理状态，生产能够在如上所述的预定的施加的电压下分解氧和氧化氮的第三电极。
ECU控制第二电源，从而预定的第一去除电压被施加到第二电极对，第一去除电压是这样的电压：等于或高于第二预定电压，等于或高于在第三电极表现出氧化氮的限流特性的电压范围的下限，且低于开始氧化硫的分解的电压。因此，当第一去除电压被施加到第二电极对时，表现出包含在测试气体中的氧和氧化氮的限流特性，并且包含在测试气体中的氧化氮被从内部空间排出。包含在测试气体中的水和氧化硫不在施加了第一去除电压的第三电极中分解。
ECU控制第一电源，从而预定测量电压被施加到第一电极对，预定测量电压是等于或高于第一预定电压的电压以及等于或高于在第一电极开始水的分解的电压的电压。“开始水的分解的电压”高于“开始氧化硫的分解的电压”。因此当测量电压被施加到第一电极对时，归因于包含在测试气体中的水和氧化硫的分解的电极电流在电极之间流动。如上所述，电极电流的大小根据包含在测试气体中的氧化硫的浓度而改变。
ECU配置为基于在给第二电极对施加第一去除电压并且给第一电极对施加测量电压的情况下获得的第一检测值检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。如上所述，第一去除电压是这样的电压：等于或高于第二预定电压，等于或高于在第三电极表现出氧化氮的限流特性的电压范围的下限，且低于开始氧化硫的分解的电压。因此，在第一去除电压被施加到第二电极对的情况下，表现出氧和氧化氮的限流特性，并且包含在测试气体中的氧和氧化氮被通过第二电化学电池的氧泵送动作去除。
测量电压是一个预定电压，其是等于或高于第一预定电压的电压，和等于或高于在第一电极处开始水的分解的电压的电压。因此，在给第一电极对施加测量电压的情况下，包含在测试气体中的水和氧化硫被第一电化学电池分解，并且归因于这些成分的分解电流作为电极电流流动。另外，不仅包含在测试气体中的氧而且包含在测试气体中的氧化氮被内部空间中的第一电化学电池的上游侧的第二电化学电池从测试气体中去除。因此，在引入内部空间的过程中，这种电极电流的大小根据包含在测试气体中的氧化硫的浓度改变，而不受包含在测试气体中的氧和氧化氮的影响。
换言之，ECU可以基于第一检测值准确地获得包含在测试气体中的氧化硫的浓度。更具体地，ECU可以基于例如事先获得的包含在测试气体中的氧化硫的浓度(SOx浓度)和第一检测值之间的对应关系关系，指定与获得的第一检测值相关的SOx浓度。以这种方式，可以用非常高的精度级别检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
在这种情况下，通过以前的实验等事先获得在例如给第二电极对施加第一去除电压并且给第一电极对施加测量电压的情况下获得的第一检测值(诸如电极电流的大小)和包含在测试气体中的氧化硫的浓度之间的对应关系。示出了所述对应关系的数据表(诸如数据图)可被存储在，例如，ECU的数据存储设备(诸如，ROM)中，从而CPU可以在检测过程中参考该数据表。以这种方式，可以根据第一检测值指定包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
包含在从内燃机排出的废气中的水的浓度根据例如在内燃机的燃烧室中燃烧的空气-燃料混合物的空气-燃料比改变。当包含在作为测试气体的来自内燃机的废气中的水的浓度改变时，基于第一检测值检测的氧化硫的浓度的准确性可能降低。因此，希望当在内燃机的燃烧室中燃烧的空气-燃料混合物的空气-燃料比被保持在预定值时检测第一检测值，其例子包括在内燃机的稳定运行过程中，以便基于第一检测值准确地检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
在如上所述在第一电极和第二电极之间施加测量电压的情况下获得的第一检测值根据测试气体中的氧化硫的浓度而改变的机制的细节是未知的。然而，如上所述，当给第一电极对施加测量电压时，不仅包含在测试气体中的水，而且包含在测试气体中的氧化硫分解。结果，认为氧化硫的分解产物(其例子包括硫(S)和硫化合物)吸附到第一电极(第一电极是阴极)，并且减小了能够有助于水的分解的第一电极的面积。因此，认为与关于给第一电极对施加第一预定电压的电极电流有关的第一检测值根据包含在测试气体中的氧化硫的浓度改变。
根据上面所述的机制，随着给第一电极对施加测量电压的时间段延长，较大数量的氧化硫的分解产物吸附在第一电极上，并且与第一检测值相关的电极电流的减小速率增加。换言之，与第一检测值相关的电极电流的减小速率根据给第一电极对施加测量电压的时间段的长度改变。因此，希望在事先确定的预定时间段上给第一电极对施加测量电压时的时间点检测第一检测值，以便基于第一检测值准确地检测测试气体中包含的氧化硫的浓度。另外，希望通过使用在事先确定的预定时间段上给第一电极对施加测量电压时的时间点的第一检测值获得上面所述的SOx浓度和第一检测值之间的对应关系。
另外，在用于检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度之后，在要再次检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度的情况下，吸附到第一电极的分解产物必须被去除。用于去除吸附到第一电极上的分解产物的方法不受特别地限制，并且其例子可以包括再氧化该分解产物，从而该分解产物变回氧化硫。可以通过，例如，给第一电极对施加允许将分解产物再氧化的预定电压，执行这种再氧化，第一电极对具有作为阳极的第一电极和作为阴极的第二电极(与氧化硫的还原分解的情况相反)。
只要第一检测值是与电极电流相关的任意信号的值，第一检测值不受特别地限制(其例子包括电压值，电流值和电阻值)。通常，第一检测值可以是流经第一电极对的电流的大小。换言之，ECU可以配置为获取流经第一电极对的电流的大小作为第一检测值。
如上所述，当在第一电极和第二电极之间施加测量电压的情况下，在第一电极和第二电极之间流动的电极电流的大小根据包含在测试气体中的氧化硫的浓度改变。特别地，如后面描述的，当包含在测试气体中的氧化硫的浓度增加时，该电极电流减弱。因此，在流经第一电极对的电流的大小是如上所述的第一检测值的情况下，随着在给第二电极对施加第一去除电压并且给第一电极对施加测量电压的情况下获取的第一检测值减小，ECU可以配置为检测包含在测试气体中的氧化硫(SOx)的浓度的较高值。
如上所述，在给第二电化学电池的第二电极对施加第一去除电压的情况下表现出氧的限流特性。如本说明书开始时描述的，限流的大小根据包含在测试气体中的氧的浓度改变，并且因此可以根据氧的限流特性检测包含在测试气体中的氧的浓度。
ECU可以配置为获取与流经第二电极对的电流相关的第二检测值。在这种情况下，ECU可以配置为基于在给第二电极对施加第一去除电压的情况下获取的第二检测值，检测包含在测试气体中的氧的浓度。
根据上面所述的方面，可以检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度和包含在测试气体中的氧的浓度两者。另外，可以基于以这种方式获取的氧浓度获取在内燃机的燃烧室内燃烧的空气-燃料混合物的空气-燃料比。因此，这允许，例如，减少用于内燃机的控制系统的成本和/或尺寸。
基于与给第二电极对施加第一去除电压时流经第二电极对的电流相关的第二检测值检测包含在测试气体中的氧的浓度。第一去除电压是这样的电压：等于或高于第二预定电压，等于或高于在第三电极表现出氧化氮的限流特性的电压范围的下限，且低于开始氧化硫的分解的电压。当给第二电极对施加第一去除电压时，第三电极配置为能够分解包含在测试气体中的氧和氧化氮。因此，在与第二检测值相关的电极电流中不仅包括氧的限流而且包括氧化氮的限流。
换言之，严格来说，如上所述检测的氧的浓度中不仅包括氧的浓度，而且包括氧化氮的浓度。然而，包含在测试气体中的氧化氮的浓度与氧的浓度相比非常低。因此，即使当如上所述检测的氧的浓度被认为只是氧的浓度时，对于一般的应用(诸如空气-燃料混合物的空气-燃料比的计算)也不会产生重大的问题。
只要第二检测值是与电极电流相关的任意信号的值，如上所述的第二检测值不受特别地限制(其例子包括电压值，电流值和电阻值)。通常，第二检测值可以是流经第二电极对的电流的大小。换言之，ECU可以配置为获取流经第二电极对的电流的大小作为第二检测值。
在给第二电极对施加第一去除电压的情况下在这些电极之间流动的电极电流是包含在测试气体中的氧(以及氧化氮)的限流，并且如本说明书开始时描述的，该限流的大小根据包含在测试气体中的氧的浓度改变。特别地，随着包含在测试气体中的氧的浓度增加，限流变得更强。因此，在流经第二电极对的电流的大小是如上所述的第二检测值的情况下，随着给第二电极对施加第一去除电压的情况下获取的第二检测值增加，ECU可以配置为检测包含在测试气体中的氧的浓度的较高值。
在上面所述的方面中，通过上游侧的泵电池(第二电化学电池)去除包含在测试气体中的氧和氧化氮两者。然而，根据本发明的设备还可以配置为以分离的泵电池去除包含在测试气体中的氧和氧化氮。
在这种情况下，气体浓度检测元件还可以设置有第三电化学电池，其包括具有氧化物离子传导性的第三固态电解质体，以及在第三固态电解质体的相应表面上形成的第五电极和第六电极。第三固态电解质体可以是与第一固态电解质体和第二固态电解质体分离的固态电解质体(诸如，片材体)。可替换地，第三电化学电池可以与第一电化学电池和第二电化学电池中的任意一个或者两者共享固态电解质体(诸如，片材体)。
气体浓度检测元件可以配置为使第五电极暴露于内部空间，该内部空间布置在相比第三电极更靠近抗扩散单元的位置，并且使第六电极暴露于作为该内部空间之外的空间的第三分离空间。换言之，可以在该内部空间中的相比第三电极更上游侧(靠近抗扩散单元的一侧)的位置形成第五电极。换言之，可以在相比第二电化学电池更上游侧形成第三电化学电池。
在上面所述的方面中，ECU可以控制第三电源，从而给第五电极和第六电极组成的第三电极对施加电压。ECU可以是用于内燃机的ECU，其通过控制从电池等等提供的电能，给第三电极对的每一个电极施加预定电压。
当给第三电极对施加等于或高于第三预定电压的电压时，第五电极可以配置为能够分解氧，而不分解包含在测试气体中的氧化氮。通过适当地选择，例如，构成电极材料的物质的类型和关于该电极的制造的热处理状态，可以制造能够在如上所述的预定的施加的电压下分解氧而不分解氧化氮的第五电极。
ECU可以控制第三电源，从而给第三电极对施加预定的第二去除电压，第二去除电压是这样的电压：等于或高于第三预定电压，等于或高于在第五电极表现出氧的限流特性的电压范围的下限，且低于开始氧化硫的分解的电压。
ECU可以配置为基于在给第三电极对施加第二去除电压、给第二电极对施加第一去除电压且给第一电极对施加测量电压的情况下获取的第一检测值，检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
当给第三电极对施加第二去除电压时，通过第三电化学电池的氧泵送动作，表现出包含在测试气体中的氧的限流特性，并且包含在测试气体中的氧被从内部空间中排出。当给第二电极对施加第一去除电压时，通过第二电化学电池的氧泵送动作，表现出包含在测试气体中的氧化氮的限流特性，并且包含在测试气体中的氧化氮被从内部空间中排出。结果，到达布置在最下游侧的第一电化学电池的第一电极的测试气体中基本上不包含氧或者氧化氮。因此，在引入该内部空间的过程中，通过ECU获取的第一检测值根据包含在测试气体中的氧化硫的浓度改变，而不受包含在测试气体中的氧和氧化氮的影响。
换言之，ECU可以基于第一检测值准确地获取包含在测试气体中的氧化硫的浓度。更具体地，基于例如事先获取的包含在测试气体中的氧化硫的浓度(SOx浓度)和第一检测值之间的对应关系，ECU可以指定与获取的第一检测值相关的SOx浓度。以这种方式，可以用非常高的精度级别检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
通过第三电化学电池的氧泵送动作，包含在测试气体中的氧被从内部空间排出，并且通过第二电化学电池的氧泵送动作，包含在测试气体中的氧化氮被从内部空间排出。因此，可以基于与归因于第三电化学电池中的氧的分解的电极电流相关的检测值，检测包含在测试气体中的氧的浓度。同样，可以基于与归因于第二电化学电池中的氧化氮的分解的电极电流相关的检测值，检测包含在测试气体中的氧化氮的浓度。
在这种情况下，可以提供输出与流经第二电极对的电流相关的第二检测值的第二电流检测器和输出与流经第三电极对的电流相关的第三检测值的第三电流检测器。
当给第二电极对施加第二预定电压时，ECU可以配置为基于获取的第二检测值来检测包含在测试气体中的氧化氮的浓度。更具体地，基于例如事先获取的包含在测试气体中的氧化氮的浓度(NOx浓度)和第二检测值之间的对应关系，ECU可以指定与获取的第二检测值相关的NOx浓度。
另外，当给第三电极对施加第三预定电压时，ECU可以配置为基于第三检测值检测包含在测试气体中的氧的浓度。可以基于以这种方式获取的氧浓度获取在内燃机的燃烧室内燃烧的空气-燃料混合物的空气-燃料比。
第二电流检测器可以是，例如，用于输出与流经第二电极对的电流相关的第二检测值(其例子包括电流值，电压值和电阻值))的检测装置(诸如，传感器)。第三电流检测器可以是，例如，用于输出与流经第三电极对的电流相关的第三检测值(其例子包括电流值，电压值和电阻值)的检测装置(诸如，传感器)。ECU可以配置为从第二电流检测器和第三电流检测器接收第二检测值和第三检测值的输出信号。
以这种方式，可以检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度，并且可以分别检测包含在测试气体中的氧的浓度和包含在测试气体中的氧化氮的浓度。因此，这允许，例如，减少用于内燃机的控制系统的成本和/或尺寸。
只要第三检测值是与流经第三电极对的电流相关的任意信号的值，上面所述的第三检测值不受特别地限制(其例子包括电压值，电流值和电阻值)。通常，第三检测值可以是流经第三电极对的电流的大小。换言之，ECU可以配置为获取流经第三电极对的电流的大小作为第三检测值。
在给第三电极对施加第二去除电压的情况下在这些电极之间流动的电极电流是包含在测试气体中的氧的限流，并且如本说明书开始时描述的，该限流的大小根据包含在测试气体中的氧的浓度改变。特别地，随着包含在测试气体中的氧的浓度增加，限流变得更强。因此，在流经第三电极对的电流的大小是如上所述的第三检测值的情况下，随着给第三电极对施加第二去除电压时获取的第三检测值增加，ECU可以配置为检测包含在测试气体中的氧的浓度的较高值。
只要第二检测值是与流经第二电极对的电流相关的任意信号的值，上面所述的第二检测值不受特别地限制(其例子包括电压值，电流值和电阻值)。通常，第二检测值可以是流经第二电极对的电流的大小。换言之，ECU可以配置为获取流经第二电极对的电流的大小作为第二检测值。
在给第二电极对施加第一去除电压的情况下在这些电极之间流动的电极电流是包含在测试气体中的氧化氮的限流，并且该限流的大小根据包含在测试气体中的氧化氮的浓度改变。特别地，随着包含在测试气体中的氧化氮的浓度增加，限流变得更强。因此，在流经第二电极对的电流的大小是如上所述的第二检测值的情况下，随着给第二电极对施加第一去除电压时获取的第二检测值增加，ECU可以配置为检测包含在测试气体中的氧化氮的浓度的较高值。
在上面所述的方面中，第三电化学电池布置在第二电化学电池的更上游侧。换言之，第二电化学电池和第三电化学电池被串行布置。然而，第二电化学电池和第三电化学电池可被并行布置。
此处，“并行”不限于第二电化学电池和第三电化学电池按照几何意义并行布置。特别地，上面所述的“并行”可以是一个广泛的概念，包括第二电化学电池和第三电化学电池被布置为包含在到达第二电化学电池的测试气体中的氧的浓度基本等于包含在到达第三电化学电池的测试气体中的氧的浓度的情况。
在这种情况下，气体浓度检测元件还可以设置有第三电化学电池，其包括具有氧化物离子传导性的第三固态电解质体，以及在第三固态电解质体的相应表面上形成的第五电极和第六电极。第三固态电解质体可以是与第一固态电解质体和第二固态电解质体分离的固态电解质体(诸如，片材体)。可替换地，第三电化学电池可以与第一电化学电池和第二电化学电池中的任意一个或者两者共享固态电解质体(诸如，片材体)。
气体浓度检测元件可以配置为使第五电极暴露于内部空间，该内部空间布置在包含浓度等于包含在到达第三电极的测试气体中的氧的浓度的氧的测试气体到达的区域中，并且使第六电极暴露于作为该内部空间之外的空间的第三分离空间。
由第三电源给第三电极对施加电压，当给第三电极对施加第三预定电压时，允许包含在测试气体中的氧被分解而不分解包含在测试气体中的氧化氮的第五电极的配置，和允许控制第三电源以便给第三电极对施加预定的第二去除电压的ECU的配置是上述方面所共有的，其中第二电化学电池和第三电化学电池被串行布置，预定的第二去除电压是这样的电压：等于或高于第三预定电压，等于或高于在第五电极表现出氧的限流特性的电压范围的下限，且低于开始氧化硫的分解的电压。
另外，允许基于给第三电极对施加第二去除电压、给第二电极对施加第一去除电压、且给第一电极对施加测量电压时获取的第一检测值来检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度的ECU的配置是上述方面所共有的，其中第二电化学电池和第三电化学电池被串行布置。
换言之，即使在这种情况下，到达布置在最下游侧的第一电化学电池的第一电极的测试气体中基本上不包含氧或者氧化氮。因此，在引入内部空间的过程中，通过ECU获取的第一检测值根据包含在测试气体中的氧化硫的浓度改变，而不受包含在测试气体中的氧和氧化氮的影响。因此，ECU可以基于第一检测值准确地获取包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
在上面所述的方面中，通过第三电化学电池的氧泵送动作，包含在测试气体中的氧被从内部空间排出，并且通过第二电化学电池的氧泵送动作，包含在测试气体中的氧和氧化氮被从内部空间排出。因此，第三电化学电池中的电极电流可归因于氧的分解电流，并且第二电化学电池中的电极电流可归因于氧和氧化氮的分解电流。
如上所述，包含在到达第二电化学电池的测试气体中的氧的浓度和包含在到达第三电化学电池的测试气体中的氧的浓度基本上彼此相等。因此，与第二电化学电池中的电极电流相关的第二检测值和与第三电化学电池中的电极电流相关的第三检测值之间的差异反映包含在到达第二电化学电池的测试气体中的氧化氮的浓度。换言之，可以基于第三检测值检测包含在测试气体中的氧的浓度，并且可以基于第二检测值和第三检测值之间的差异检测包含在测试气体中的氧化氮的浓度。
在这种情况下，还可以提供输出与流经第二电极对的电流相关的第二检测值的第二电流检测器和输出与流经第三电极对的电流相关的第三检测值的第三电流检测器。
ECU可以配置为基于在给第三电极对施加第二去除电压的情况下获取的第三检测值，检测包含在测试气体中的氧的浓度。可以基于以这种方式获取的氧浓度获取在内燃机的燃烧室内燃烧的空气-燃料混合物的空气-燃料比。
ECU可以配置为基于第二检测值和第三检测值之间的差异，检测包含在气体内的氧化氮的浓度。第三检测值是给第三电极对施加第二去除电压时获取的第三检测值，并且第二检测值是在给第二电极对施加第一去除电压的情况下获取的第二检测值。ECU可以基于，例如，事先获取的包含在测试气体中的氧化氮的浓度(NOx浓度)和“第二检测值和第三检测值之间的差异”之间的对应关系，指定与第二检测值和第三检测值之间的获取的差异相关的NOx浓度。
如上所述，根据本发明的设备允许检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度，并且允许分别检测包含在测试气体中的氧的浓度和包含在测试气体中的氧化氮的浓度。因此，这允许，例如，减少用于内燃机的控制系统的成本和/或尺寸。
上面所述的第三电流检测器可以配置为获取流经第三电极对的电流的大小作为第三检测值。在流经第三电极对的电流的大小是如上所述的第三检测值的情况下，随着在给第三电极对施加第三预定电压的情况下获取的第三检测值增加，ECU可以配置为检测包含在测试气体中的氧的浓度的较高值。
第二电流检测器可以配置为获取流经第二电极对的电流的大小作为第二检测值。在流经第二电极对的电流的大小是如上所述的第二检测值的情况下，在给第二电极对施加第一去除电压的情况下获取的第二检测值增加时，ECU可以配置为检测包含在测试气体中的氧化氮的浓度的较高值。
如上所述，当给第三电极对施加等于或高于第三预定电压的电压时，第五电极可以配置为能够分解氧，而不分解包含在测试气体中的氧化氮。通过适当地选择，例如，构成电极材料的物质的类型和关于该电极的制造的热处理状态，还可以制造能够在如上所述的预定的施加的电压下分解氧而不分解氧化氮的第五电极。通常，希望第五电极包含从由铂(Pt)，金(Au)，铅(Pb)和银(Ag)组成的组中选择的至少一种。
如上所述，当给第二电极对施加等于或高于第二预定电压的电压时，第三电极可以配置为能够分解包含在测试气体中的氧和氧化氮。可以通过适当地选择，例如，构成电极材料的物质的类型和关于该电极的生产的热处理状态，产生能够在如上所述的预定的施加的电压下分解氧和氧化氮的第三电极。构成第三电极的材料的例子包括具有活性的物质(诸如，贵金属)，从而当给第二电极对施加等于或高于第二预定电压的电压时，包含在测试气体中的氧和氧化氮可以被分解。通常，希望第一电极包含从由铂(Pt)，铑(Rh)和钯(Pd)组成的组中选择的至少一种。
如上所述，当给第一电极对施加等于或高于第一预定电压的电压时，第一电极可以配置为能够分解包含在测试气体中的水和氧化硫。可以通过适当地选择，例如，构成电极材料的物质的类型和关于该电极的生产的热处理状态，产生能够在如上所述的预定的施加的电压分解水和氧化硫的第一电极。构成第一电极的材料的例子包括具有活性的物质(诸如，贵金属)，从而当在第一电极和第二电极之间施加等于或高于第一预定电压的电压时，可以分解包含在测试气体中的水和氧化硫。通常，希望第一电极包含从由铂(Pt)，铑(Rh)和钯(Pd)组成的组中选择的至少一种。
从基于附图对本发明的每一个实施例的下列描述中，将明了本发明的其它目的，特征和附加的优点。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术以及工业意义，其中类似的标号表示类似的元件，并且其中：
图1是示出了根据本发明的第一实施例的气体浓度检测设备(第一设备)的元件部分的配置的例子的示意截面图；
图2是示出了在构成第一设备的第一电化学电池的第一电极和第二电极之间施加的电压(施加的电压)Vm1和在电极之间流动的电极电流Im1之间的关系的示意图；
图3是示出了关于第一设备中的施加的电压Vm1是1.0V的情况的电极电流Im1的大小和包含在测试气体中的二氧化硫(SO2)的浓度之间的关系的示意图；
图4是示出了由第一设备的获取单元执行的“SOx浓度获取处理例程”的流程图；
图5是示出了根据本发明的第二实施例的气体浓度检测设备(第二设备)的元件部分的配置的例子的示意截面图；
图6A是示出了根据本发明的第三实施例的气体浓度检测设备(第三设备)的元件部分的配置的例子的示意截面图；以及
图6B是沿着图6A中的线VIB-VIB取得的示意截面图，示出了根据本发明的第三实施例的气体浓度检测设备(第三设备)的元件部分的配置的例子。
具体实施方式
在下文中，将描述根据本发明的第一实施例的气体浓度检测设备(在下文中，在某些情况下被称为“第一设备”)。
如图1所示，第一设备的气体浓度检测元件10设置有第一固态电解质体11s，第二固态电解质体12s，第一氧化铝层21a，第二氧化铝层21b，第三氧化铝层21c，第四氧化铝层21d，第五氧化铝层21e，第六氧化铝层21f，抗扩散单元(扩散速率控制层)32和加热器41。第一固态电解质体11s是包含氧化锆等等的片材体，并且具有氧化物离子传导性。如同第二固态电解质体12s的情况，形成第一固态电解质体11s的氧化锆可以包含诸如钪(Sc)和钇(Y)的元素。第一到第六氧化铝层21a到21f是包含氧化铝的致密(不透气)层(致密体)。抗扩散单元32，其是多孔扩散速率控制层，是透气层(片材体)。加热器41是由例如铂(Pt)和陶瓷(诸如，氧化铝)的金属陶瓷形成的片材体。加热器41是当通电时产生热量的加热元件。
气体浓度检测元件10的各层自下以第五氧化铝层21e，第四氧化铝层21d，第三氧化铝层21c，第一固态电解质体11s，抗扩散单元32和第二氧化铝层21b，第二固态电解质体12s，第六氧化铝层21f、和第一氧化铝层21a的顺序堆叠。
内部空间31是由第一固态电解质体11s，第二固态电解质体12s，抗扩散单元32和第二氧化铝层21b限定的空间。来自内燃机的废气被作为测试气体通过抗扩散单元32引入内部空间31。换言之，内部空间31通过气体浓度检测元件10中的抗扩散单元32与内燃机的排气管(它们未被在此处示出)的内部部分连通。因此，排气管中的废气被作为测试气体引入内部空间31。
由第一固态电解质体11s，第三氧化铝层21c和第四氧化铝层21d限定第一大气引入路径51，并且其向着排气管外部的大气敞开。第一大气引入路径51对应于第一分离空间。由第二固态电解质体12s，第一氧化铝层21a和第六氧化铝层21f限定第二大气引入路径52，并且其向着排气管外部的大气敞开。第二大气引入路径52对应于第二分离空间。
第一电极11a是阴极并且第二电极11b是阳极。第一电极11a固定在第一固态电解质体11s的一侧的表面上(特别地，限定内部空间31的第一固态电解质体11s的表面)。第二电极11b固定在第一固态电解质体11s的另一侧的表面上(特别地，限定第一大气引入路径51的第一固态电解质体11s的表面)。第一电极11a，第二电极11b和第一固态电解质体11s构成能够实现基于氧泵送动作的氧排放的第一电化学电池11c。
第三电极12a是阴极，并且第四电极12b是阳极。第三电极12a固定在第二固态电解质体12s的一侧的表面上(特别地，限定内部空间31的第二固态电解质体12s的表面)。第四电极12b固定在第二固态电解质体12s的另一侧的表面上(特别地，限定第二大气引入路径52的第二固态电解质体12s的表面)。第三电极12a，第四电极12b和第二固态电解质体12s构成能够实现基于氧泵送动作的氧排放的第二电化学电池12c。第一电化学电池11c和第二电化学电池12c被加热器41加热到活化温度。
第一固态电解质体11s，第二固态电解质体12s和第一到第六氧化铝层21a到21f中的每一个可被刮刀法，压挤成型法等等模制为片状。第一电极11a，第二电极11b，第三电极12a，第四电极12b和用于给电极通电的导线等等可被丝网印刷法等等形成。当如上所述堆叠这些片并且烧制时，可以整体地制造具有上述结构的气体浓度检测元件10。
第一电极11a是多孔金属陶瓷电极，其包含铂(Pt)和铑(Rh)的合金作为主要成分。第二电极11b是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。同样，第三电极12a是多孔金属陶瓷电极，其包含铂(Pt)和铑(Rh)的合金作为主要成分。第四电极12b是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。
在图1所示的例子中，第二电化学电池12c包括第二固态电解质体12s，其与构成第一电化学电池11c的第一固态电解质体11s相分离。然而，第二电化学电池12c可以与第一电化学电池11c共享第一固态电解质体11s。在这种情况下，第一大气引入路径51作为第一分离空间和第二分离空间。
第一设备还设置有电源61，电流表71和ECU81(电子控制单元)。电源61和电流表71连接到ECU81。电源61可以在第一电极11a和第二电极11b之间施加预定电压，从而第二电极11b的电势超过第一电极11a的电势。由ECU81控制电源61的操作。电流表71测量电极电流的大小，该电极电流是在第一电极11a和第二电极11b之间流动的电流(即，流经第一固态电解质体11s的电流)。电流表71向ECU81输出测量值。
第一设备还设置有电源62和电流表72。电源62和电流表72连接到ECU81。电源62可以在第三电极12a和第四电极12b之间施加预定电压，从而第四电极12b的电势超过第三电极12a的电势。由ECU81控制电源62的操作。电流表72测量电极电流的大小，该电极电流是在第三电极12a和第四电极12b之间流动的电流(即，流经第三固态电解质体12s的电流)。电流表72向ECU81输出测量值。
ECU81配置为微型计算机，包括CPU，存储由CPU执行的程序、映射等等的ROM，暂时存储数据的RAM等等。ECU81可以连接到内燃机的致动器(未示出，其例子包括燃料喷射阀，节流阀和EGR阀)。在这种情况下，ECU81向致动器发送驱动(指令)信号，并且还控制内燃机。
ECU81可以通过控制电源61控制施加的电压Vm1，其被施加到第一电极11a和第二电极11b。另外，ECU81可以接收与从电流表71输出并且流经第一电化学电池11c的电极电流Im1相关的信号。另外，ECU81可以通过控制电源62控制施加的电压Vm2，其被施加到第三电极12a和第四电极12b。另外，ECU81可以接收与从电流表72输出并且流经第二电化学电池12c的电极电流Im2相关的信号。
在图1所示的例子中，作为分离的电源包括电源61和电源62。然而，只要可以分别在预期的电极之间施加预期的施加的电压，这些电源可以配置为单个电源。另外，多个电压控制装置可以配置为并联到单个电源(诸如，电池)。
取决于，例如，在内燃机的燃烧室中燃烧的空气-燃料混合物的空气-燃料比和燃烧状态，包含在从内燃机排出的废气中的氧和氧化氮的浓度可以各种方式改变。结果，包含在测试气体中的氧和氧化氮的浓度在某些情况下改变。当包含在测试气体中的氧和氧化氮的浓度改变时，在能够实现氧泵送动作的电化学电池的电极之间流动的电流的大小也改变，并且因此其浓度要被检测的成分(其例子包括水和氧化硫)的浓度的检测精度可能被降低。
然而，根据第一设备的气体浓度检测元件10，当在第三电极12a和第四电极12b之间施加第一去除电压时，基于氧泵送动作，氧和氧化氮可被从内部空间31中排出。更具体地，当在电极之间施加第一去除电压(从而第三电极12a成为阴极，并且第四电极12b成为阳极)时，氧和氧化氮被从内部空间31排出到第二大气引入路径52。以这种方式，根据第一设备的气体浓度检测元件10，可以通过第二电化学电池12c基本去除包含在内部空间31内的测试气体中的氧和氧化氮。
换言之，根据第一设备的气体浓度检测元件10，如上所述，可以基于第二电化学电池12c的氧泵送动作，从内部空间31中排出氧和氧化氮，并且因此即使当包含在测试气体中的氧和氧化氮的浓度改变时，内部空间31中的氧和氧化氮的浓度也可被调整为常量(通常，近似为0(零)ppm)。
当在第一电极11a和第二电极11b之间施加测量电压，从而第二电极11b的电势超过第一电极11a的电势时，在第一电极11a中不仅分解包含在测试气体中的水，而且分解包含在测试气体中的氧化硫。认为氧化硫的分解产物(其例子包括硫和硫的化合物)吸附在第一电极11a上，并且减小第一电极11a的能够帮助进行水的分解的面积。结果，与关于在第一电极11a和第二电极11b之间施加测量电压的电极电流有关的第一检测值根据包含在测试气体中的氧化硫的浓度改变。
在这种情况下，当到达第一电极11a的测试气体中包含氧和/或氧化氮时，这些成分也在第一电极11a内分解。换言之，第一检测值受包含在测试气体中的氧和/或氧化氮的影响。然而，根据气体浓度检测元件10，如上所述，包含在内部空间31内的测试气体中的氧和氧化氮被通过布置在第一电化学电池11c的上游侧的第二电化学电池12c基本去除。因此，在第一设备中，即使当包含在测试气体中的氧和氧化氮的浓度改变时，也可以有效地降低对在第一电化学电池11c中检测到的电极电流Im1的影响。结果，可以用第一设备准确地检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
将更详细地描述关于第一电化学电池11c的施加的电压Vm1和电极电流Im1之间的关系。图2是示出了关于施加的电压Vm1在第一电化学电池11c中逐渐升高(升压扫描)的情况，施加的电压Vm1和电极电流Im1之间的关系的示意图。在这个例子中，使用四种不同类型的测试气体，其中作为包含在测试气体中的氧化硫的二氧化硫(SO2)的浓度是0ppm，100ppm，300ppm和500ppm。另外，对于每一种测试气体，包含在到达第一电化学电池11c的第一电极11a(阴极)的测试气体中的氧和氧化氮的浓度被布置在第一电化学电池11c的上游侧的第二电化学电池12c保持为常量(基本为0(零)ppm)。
实线曲线L1示出了关于包含在测试气体中的二氧化硫具有浓度0(零)ppm的情况，施加的电压Vm1和电极电流Im1之间的关系。在气体浓度检测元件10中，如上所述，包含在内部空间31中的测试气体中的氧和氧化氮被第二电化学电池12c基本去除，并且因此在施加的电压Vm1低于近似0.6V的区域内，没有电极电流流动(Im1＝0μA)。当施加的电压Vm1变为等于或高于近似0.6V时，电极电流Im1开始增加。电极电流Im1的这种增加是因为水开始在第一电极11a中分解。
虚线曲线L2示出了关于包含在测试气体中的二氧化硫具有浓度100ppm的情况，施加的电压Vm1和电极电流Im1之间的关系。当施加的电压Vm1低于水开始在第一电极11a中分解的电压(分解起始电压)(近似0.6V)时，关于该情况的施加的电压Vm1和电极电流Im1之间的关系类似于以曲线L1示出的关系(包含在测试气体中的二氧化硫具有浓度0(零)ppm的情况)。换言之，在施加的电压Vm1低于近似0.6V的区域内，电极电流Im1不流动。当施加的电压Vm1等于或者高于第一电极11a中的水的分解起始电压(近似0.6V)时，水的分解使得电极电流Im1流动。然而，电极电流Im1低于曲线L1的电极电流，并且电极电流Im1相对于施加的电压Vm1的增长率也低于曲线L1的增长率(平缓的斜率)。
以单点虚线示出的曲线L3示出了关于包含在测试气体中的二氧化硫具有浓度300ppm的情况，施加的电压Vm1和电极电流Im1之间的关系。虚线曲线L4示出了关于包含在测试气体中的二氧化硫具有浓度500ppm的情况，施加的电压Vm1和电极电流Im1之间的关系。在这两个情况下，当施加的电压Vm1低于第一电极11a中的水的分解起始电压(近似0.6V)时，电极电流Im1不流动。当施加的电压Vm1等于或者高于第一电极11a中的水的分解起始电压(近似0.6V)时，由于水的分解，电极电流Im1流动。然而，随着包含在测试气体中的二氧化硫的浓度增加，电极电流Im1减小，并且随着包含在测试气体中的二氧化硫的浓度增加，电极电流Im1相对于施加的电压Vm1的增长率也减小(平缓的斜率)。
如上所述，关于施加的电压Vm1等于或者高于第一电极11a中的水的分解起始电压(近似0.6V)的情况的电极电流Im1的大小根据作为包含在测试气体中的氧化硫的二氧化硫的浓度改变。当例如相对于包含在测试气体中的二氧化硫的浓度，绘制关于图2所示的图中的施加的电压Vm1是1.0V的情况根据曲线L1到L4的电极电流Im1的大小时，获得图3所示的图。如图3中的虚线曲线所示，特定的施加的电压Vm1(在这个例子中，1.0V)下的电极电流Im1的大小根据包含在测试气体中的二氧化硫的浓度改变。因此，当获得特定的施加的电压Vm1(其是等于或高于水的分解起始电压的预定电压，并且还被称为“第一预定电压”)下的电极电流Im1(与电极电流Im1相关的第一检测值)时，可以获得与电极电流Im1相关的氧化硫的浓度(与第一检测值相关)。
图2所示的图的水平轴上所示的施加的电压Vm1的相应特定值，图2所示的图的垂直轴上所示的电极电流Im1、和上面所述的施加的电压Vm1可以根据为了获得图2所示的图而执行的实验的条件(其例子包括包含在测试气体中的各种成分的浓度)而改变，并且施加的电压Vm1和电极电流Im1的值并不总是局限于上面所述的值。
将更详细地描述在第一设备中执行的SOx浓度获取处理例程。图4是示出了ECU81通过使用气体浓度检测元件10执行的“SOx浓度获取处理例程”的流程图。例如，上面所述的ECU81的CPU(在下文中，在某些情况下被简称为“CPU”)在预定的时刻启动该处理，并且允许该处理从步骤400进入步骤410。
首先，在步骤410，CPU确定是否存在获取包含在测试气体中的氧化硫的浓度的请求(SOx浓度获取请求)。当例如安装了应用第一设备的内燃机的车辆的燃料箱被装满燃料时，产生SOx浓度获取请求。在燃料箱被装满燃料之后执行SOx浓度获取处理例程，并且存在包含在测试气体中的氧化硫的浓度的获取历史的情况下，可以免除SOx浓度获取请求。
在步骤410确定存在SOx浓度获取请求的情况下(步骤410:是)，CPU允许处理进入步骤420，并且确定应用第一设备的内燃机(E/G)是否处于稳定状态。当例如预定时间段内的负载的最大值和最小值之间的差异低于阈值时，或者当预定时间段内的加速器操作量的最大值和最小值之间的差异低于阈值时，CPU确定内燃机处于稳定状态。
在步骤420确定内燃机处于稳定状态的情况下(步骤420:是)，CPU允许处理进入步骤430，并且在第三电极12a和第四电极12b之间施加第一去除电压(在第一设备中，0.4V)作为施加的电压Vm2，同时在第一电极11a和第二电极11b之间施加测量电压(在第一设备中，1.0V)作为施加的电压Vm1。
然后，CPU允许处理进入步骤440，并且确定施加作为施加的电压Vm1的测量电压和作为施加的电压Vm2的第一去除电压的时间段的持续时间是否对应于预定阈值(Tth)。这个阈值Tth对应于在由第一电极11a和第二电极11b之间的成为第一预定电压的施加的电压Vm1分解测试气体中包含的氧化硫的情况下，分解产物足以吸附到作为阴极的第一电极11a上、且减小电极电流的时间段的长度。可以基于例如使用第一设备的气体浓度检测元件10的以前的实验，确定阈值Tth的具体值(时间段长度)。
在步骤440中确定该时间段的持续时间对应于该预定阈值的情况下(步骤440:是)，CPU允许处理进入步骤450，并且获得电极电流Im1作为第一检测值。然后，CPU允许处理进入步骤460，并且通过例如参考图3所示的数据图，获得与第一检测值相关的氧化硫的浓度。然后，CPU允许处理进入步骤470，并且终止例程。以这种方式，第一设备可以准确地检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
在步骤410确定不存在的SOx浓度获取请求的情况下(步骤410:否)，在步骤420确定内燃机不处于稳定状态的情况下(步骤420:否)或者在步骤440确定该持续时间不对应于该预定阈值(Tth)的情况下(步骤440:否)，CPU允许处理进入步骤470，并且终止该例程。
允许CPU执行上面所述的例程的程序可被存储在ECU81的数据存储设备(诸如，ROM)中。另外，可以在例如使用具有已知的氧化硫浓度的测试气体的以前的实验中事先获得关于施加的电压Vm1是测量电压(在第一设备中，1.0V)的情况的作为第一检测值的电极电流Im1和包含在测试气体中的氧化硫的浓度之间的对应关系。示出该对应关系的数据表(诸如，数据映射)可被存储在ECU81的数据存储设备(诸如，ROM)内，从而CPU可以在步骤460参考该数据表。
在第一设备中，如上所述，第一去除电压是0.4V。然而，只要第一去除电压等于或者高于表现出氧化氮的限流特性的电压范围的下限，并且在施加在第三电极12a和第四电极12b之间的情况下低于开始氧化硫的分解的电压的预定电压，第一去除电压不受特别地限制，如上所述，第三电极12a是阴极，并且第四电极12b是阳极。氧化氮的限流区域近似为0.1V到至少0.2V，并且开始氧化硫的分解的电压近似为0.5V到0.6V。在这个电压范围内，还表现出氧的限流特性。
随着包含在测试气体中的氧的浓度增加，上面所述的氧化氮的限流区域倾向于向高电压偏移。因此，随着包含在测试气体中的氧的浓度增加，希望配置第二电压施加单元以便提高第一去除电压。
第一设备中的测量电压是1.0V。然而，只要测量电压是当被施加在第一电极11a和第二电极11b之间时允许包含在测试气体中的水和氧化硫的分解的预定电压，该测量电压不受特别地限制，如上所述，第一电极11a是阴极，并且第二电极11b是阳极。如上所述，开始水的分解的电压近似为0.6V。因此，希望测量电压是至少0.6V的预定电压。
当施加的电压Vm1是等于或高于水的限流区域的下限电压的电压时，通过抗扩散单元到达第一电极(阴极)的水的提供速率低于第一电极中的水的分解速率。换言之，表现出水的限流特性。在这种情况下，可能难以基于第一检测值准确地检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。另外，施加的电压Vm1的过度提高可能导致包含在测试气体中的另一种成分(诸如二氧化碳(CO2))和/或第一固态电解质体11s的分解。因此，希望测量电压是低于水的限流区域的下限电压的预定电压。换言之，希望测量电压等于或者高于开始水的分解的电压，并且是低于表现出(观察到)水的限流特性的电压范围的下限的预定电压。水的限流区域的下限电压近似为2.0V，虽然取决于，例如，包含在测试气体中的水的浓度和测量条件，可能出现轻微的波动。
在第一设备中，当在第一电极11a和第二电极11b之间施加测量电压时，在第一电极11a和第二电极11b之间流动的电极电流的大小是第一检测值。然而，如上所述，只要第一检测值是与电极电流相关的任意信号的值，第一检测值不受特别地限制(其例子包括电压值，电流值和电阻值)。在采用与电极电流具有正相关的信号的值(诸如，电压值和电流值)作为第一检测值的情况下，第一设备配置为随着第一检测值减小而检测较高的SOx浓度值。在采用与电极电流具有负相关的信号的值作为第一检测值的情况下，随着第一检测值提高，第一设备配置为检测较高的SOx浓度值。
在第一设备中，第三电极12a是多孔金属陶瓷电极，其包含铂(Pt)和铑(Rh)的合金作为主要成分，并且第四电极12b是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。然而，只要当在第三电极12a和第四电极12b之间施加第二预定电压时，可以对包含在通过抗扩散单元32引入内部空间31的测试气体中的氧和氧化氮执行还原分解，构成第三电极12a的材料不受特别地限制。优选地，构成第三电极12a的材料包含铂族元素，诸如铂(Pt)，铑(Rh)和钯(Pd)或者其合金作为主要成分。更优选地，第三电极12a是多孔金属陶瓷电极，其包含从由铂(Pt)，铑(Rh)和钯(Pd)组成的组中选择的至少一个作为主要成分。
同样，在第一设备中，第一电极11a是包含铂(Pt)和铑(Rh)的合金作为主要成分的多孔金属陶瓷电极，并且第二电极11b是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。然而，只要当在第一电极11a和第二电极11b之间施加第一预定电压时，可以对包含在通过抗扩散单元32引入内部空间31的测试气体中的水和氧化硫执行还原分解，构成第一电极11a的材料不受特别地限制。优选地，构成第一电极11a的材料包含铂族元素，诸如铂(Pt)，铑(Rh)和钯(Pd)或者其合金作为主要成分。更优选地，第一电极11a是多孔金属陶瓷电极，其包含从由铂(Pt)，铑(Rh)和钯(Pd)组成的组中选择的至少一个作为主要成分。
在下文中，将描述根据本发明的第二实施例的气体浓度检测设备(在下文中，在某些情况下被称为“第二设备”)。
第二设备的气体浓度检测元件20的配置类似于第一设备的气体浓度检测元件10，唯一的例外是还提供布置在第二电化学电池12c的上游侧(抗扩散单元32侧)的第三电化学电池13c。对第二设备的配置的下列描述将集中在第二设备如何与第一设备不同。
如图5所示，第五电极13a，第六电极13b和第二固态电解质体12s构成第三电化学电池13c，并且第三电化学电池13c布置在气体浓度检测元件20中的第二电化学电池12c的上游侧(抗扩散单元32侧)。第五电极13a是阴极，并且第六电极13b是阳极。第五电极13a固定在第二固态电解质体12s的一侧的表面上(特别地，限定内部空间31的第二固态电解质体12s的表面)。第六电极13b固定在第二固态电解质体12s的另一侧的表面上(特别地，限定第二大气引入路径52的第二固态电解质体12s的表面)。第五电极13a布置为在相比第三电极12a更靠近抗扩散单元32的位置面对内部空间31。
电源63可以在第五电极13a和第六电极13b之间施加预定电压，从而第六电极13b的电势超过第五电极13a的电势。通过ECU81控制电源63的操作。ECU81可以控制被施加到第五电极13a和第六电极13b的施加的电压Vm3。在第二设备中，第二去除电压和第一去除电压两者都是0.4V。
电流表73测量电极电流Im3的大小，电极电流Im3是在第五电极13a和第六电极13b之间流动的电流(即，流经第二固态电解质体12s的电流)。电流表73向ECU81输出测量值。ECU81可以接收与从电流表73输出并且流经第三电化学电池13c的电极电流Im3相关的信号。
第三电极12a是多孔金属陶瓷电极，其包含铂(Pt)和铑(Rh)的合金作为主要成分。第四电极12b是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。第五电极13a是多孔金属陶瓷电极，其包含铂(Pt)和金(Au)的合金作为主要成分。第六电极13b是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。换言之，第五电极13a本身被制造为，即使在预定的施加的电压下尽管分解氧但基本不分解氧化氮。
如上所述，尽管施加等于第二电化学电池12c的施加的电压Vm2的施加的电压Vm3(0.4V)，第三电化学电池13c仅仅允许氧分解，而不允许包含在测试气体中的氧化氮的任何实质分解。换言之，第三电化学电池的电极电流仅仅包括归因于氧分解的电流，而基本不包括归因于氧化氮的分解的任何电流。第二电化学电池12c布置在第三电化学电池13c的下游侧。通过第三电化学电池去除包含在测试气体中的氧，并且第二电化学电池12c仅仅分解氧化氮。换言之，第二电化学电池的电极电流Im2仅仅包括归因于氧化氮的分解的电流，而基本不包括归因于氧分解的任何电流。
因此，采用第二设备，可以基于与第三电化学电池13c的电极电流Im3相关的第三检测值检测包含在测试气体中的氧的浓度。另外，可以基于与第二电化学电池12c的电极电流Im2相关的第二检测值检测包含在测试气体中的氧化氮的浓度。特别地，分别基于关于在第三电化学电池13c的第五电极13a和第六电极13b之间施加第二去除电压(施加的电压Vm3＝0.4V)的情况的电极电流Im3(第三检测值)和关于在第二电化学电池12c的第三电极12a和第四电极12b之间施加第一去除电压(施加的电压Vm2＝0.4V)的情况的电极电流Im2(第二检测值)，第二设备可以分别检测包含在测试气体中的氧和氧化氮的浓度。
根据气体浓度检测元件20，当在第五电极13a和第六电极13b之间施加第二去除电压时，基于氧泵送动作从内部空间31排出氧，第五电极13a是阴极，并且第六电极13b是阳极。另外，当在第三电极12a和第四电极12b之间施加第一去除电压时，基于氧泵送动作从内部空间31排出氧化氮，第三电极12a是阴极，并且第四电极12b是阳极。以这种方式，通过气体浓度检测元件20中的第三电化学电池13c和第二电化学电池12c去除内部空间31中的氧和氧化氮。因此，根据气体浓度检测元件20，到达第一电化学电池11c的第一电极11a(阴极)的测试气体基本不包含氧或者氧化氮。
换言之，根据气体浓度检测元件20，即使当包含在测试气体中的氧和氧化氮的浓度改变时，也可以有效地降低对在第一电化学电池11c中检测到的电极电流Im1的影响。结果，可以用第二设备准确地检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
在图5所示的例子中，第三电化学电池13c和第二电化学电池12c配置为共享第二固态电解质体12s。在这种情况下，第二大气引入路径52作为第二分离空间和第三分离空间。然而，第三电化学电池13c和第二电化学电池12c可以配置为包括分离的固态电解质。在图5所示的例子中，第三电化学电池13c和第二电化学电池12c包括和构成第一电化学电池11c的第一固态电解质体11s分离的第二固态电解质体12s。然而，第三电化学电池13c和第二电化学电池12c中的任意一个或者两者可以与第一电化学电池11c共享第一固态电解质体11s。在这种情况下，第一大气引入路径51不仅作为第一分离空间，而且作为第三分离空间和第二分离空间中的任意一个或者两者。
在下文中，将描述根据本发明的第三实施例的气体浓度检测设备(在下文中，在某些情况下被称为“第三设备”)。
如图6A和6B所示，第三设备的气体浓度检测元件30的配置类似于第二设备的气体浓度检测元件20，唯一的例外是第三电化学电池13c和第二电化学电池12c被彼此并行布置，并且被布置在彼此附近，而不是分别布置在内部空间31内的上游侧和下游侧(串行)。此处，“附近”指包含由浓度等于包含在到达这些电化学电池的阴极的测试气体中的氧的浓度的氧的测试气体到达的区域。对第三设备的配置的下列描述将集中在第三设备如何与第二设备不同。
图6B是沿着图6A中的直线VIB-VIB取得的气体浓度检测元件30的截面图。在图6B所示的第三设备的例子中，第三电化学电池13c和第二电化学电池12c并排设置在彼此的附近。特别地，第三设备的第三电化学电池13c和第二电化学电池12c布置在内部空间31内的下游侧距离抗扩散单元32相同的位置处。
第三电化学电池13c与第二电化学电池12c共享第二固态电解质体12s，并且具有第五电极13a和第六电极13b，第五电极13a和第六电极13b是布置在第三电化学电池13c的表面上的一对电极。在第三设备中，第五电极13a布置为面对内部空间31，并且第六电极13b布置为面对第二大气引入路径52。
电源63在第五电极13a和第六电极13b之间施加预定电压，从而第六电极13b的电势超过第五电极13a的电势。电流表73向ECU81输出与流经第三电化学电池13c的电极电流Im3相关的信号。ECU81可以控制施加到第五电极13a和第六电极13b的施加的电压。在第三设备中，第二去除电压和第一去除电压两者都是0.4V。ECU81可以接收与从电流表73输出并且流经第三电化学电池13c的电极电流Im3相关的信号。ECU81可以接收与从电流表72输出并且流经第二电化学电池12c的电极电流Im2相关的信号。因此，ECU81可以检测流经第二电化学电池12c的电极电流Im2和流经第三电化学电池13c的电极电流Im3之间的差异。
如在第二设备中，第三电极12a是多孔金属陶瓷电极，其包含铂(Pt)和铑(Rh)的合金作为主要成分，并且第四电极12b是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。第五电极13a是多孔金属陶瓷电极，其包含铂(Pt)和金(Au)的合金作为主要成分。第六电极13b是包含铂(Pt)作为主要成分的多孔金属陶瓷电极。换言之，第五电极13a本身被制造为，即使在预定的施加的电压下尽管分解氧但基本不分解氧化氮。
如上所述，尽管施加等于第二电化学电池12c的施加的电压Vm2的施加的电压Vm3(0.4V)，第三电化学电池13c仅仅允许氧分解，而不允许包含在测试气体中的氧化氮的任何实质分解。换言之，第三电化学电池的电极电流Im3仅仅包括归因于氧分解的电流，而基本不包括归因于氧化氮的分解的任何电流。尽管施加等于第三电化学电池13c的施加的电压，第二电化学电池12c分解包含在测试气体中的氧和氧化氮两者。换言之，第二电化学电池的电极电流Im2包括归因于氧分解的电流和归因于氧化氮的分解的电流两者。因此，可以基于与第三电化学电池13c的电极电流Im3相关的第三检测值和与第二电化学电池12c的电极电流Im2相关的第二检测值之间的差异，检测包含在测试气体中的氧化氮的浓度。
特别地，第三设备可以基于关于在第三电化学电池13c的第五电极13a和第六电极13b之间施加第二去除电压(施加的电压Vm3＝0.4V)的情况的电极电流Im3(第三检测值)，准确地检测包含在测试气体中的氧的浓度。另外，ECU81可以检测关于在第二电化学电池12c的第三电极12a和第四电极12b之间施加第一去除电压(施加的电压Vm2＝0.4V)的情况的电极电流Im2(第二检测值)和电极电流Im3(第三检测值)之间的差异，并且基于检测的差异准确地检测包含在测试气体中的氧化氮的浓度。以这种方式，第三设备可以分别检测包含在测试气体中的氧和氧化氮的浓度。
在气体浓度检测元件30中，如上所述，通过第三电化学电池13c和第二电化学电池12c去除内部空间31中的氧和氧化氮。因此，根据气体浓度检测元件30，到达第一电化学电池11c的第一电极11a(阴极)的测试气体基本不包含氧或者氧化氮。
换言之，根据气体浓度检测元件30，即使当包含在测试气体中的氧和氧化氮的浓度改变时，也可以有效地降低对在第一电化学电池11c中检测到的电极电流Im1的影响。结果，可以用第三设备准确地检测包含在测试气体中的氧化硫的浓度。
在图6所示的例子中，第三电化学电池13c与第二电化学电池12c共享第二固态电解质体12s。然而，第三电化学电池13c和第二电化学电池12c可以包括分离的固态电解质体。
在图6所示的例子中，第三电化学电池13c和第二电化学电池12c布置在彼此的附近。然而，只要满足包含在到达作为第三电化学电池13c的阴极的第五电极13a的测试气体中的氧的浓度等于到达作为第二电化学电池12c的阴极的第三电极12a的测试气体中的氧的浓度的条件，这些电化学电池的位置关系不受特别地限制。
已经参考说明书的附图描述了具有特定配置的几个实施例和修改例。然而，本发明的范围不限于示例性实施例和修改例，并且可以给其添加适当的改变，而不脱离权利要求和说明书的范围。

Claims (12)

1.一种气体浓度检测设备，其特征在于包括:
气体浓度检测元件(10；20；30)，所述气体浓度检测元件包括第一电化学电池(11c)、第二电化学电池(12c)、致密体(21b)、和抗扩散单元(32)，所述第一电化学电池(11c)包括第一固态电解质体(11s)、第一电极(11a)、和第二电极(11b)，所述第一固态电解质体(11s)具有氧化物离子传导性，所述第一电极(11a)和所述第二电极(11b)布置在所述第一固态电解质体(11s)的相应表面上，所述第二电化学电池(12c)包括第二固态电解质体(12s)、第三电极(12a)和第四电极(12b)，所述第二固态电解质体(12s)具有氧化物离子传导性，所述第三电极(12a)和所述第四电极(12b)布置在所述第二固态电解质体(12s)的相应表面上，所述第一固态电解质体(11s)、所述第二固态电解质体(12s)、所述致密体(21b)和所述抗扩散单元(32)配置为限定内部空间，所述抗扩散单元(32)配置为将作为测试气体的来自内燃机的废气通过所述抗扩散单元(32)引入所述内部空间，所述第一电极(11a)暴露于所述内部空间，所述第二电极(11b)暴露于作为所述内部空间之外的空间的第一分离空间，所述第三电极(12a)布置在所述内部空间内相比所述第一电极(11a)更靠近所述抗扩散单元(32)的位置，所述第四电极(12b)暴露于作为所述内部空间之外的空间的第二分离空间，所述第一电极(11a)配置为当给由所述第一电极(11a)和所述第二电极(11b)组成的第一电极对施加了等于或高于第一预定电压的电压时，分解包含在所述测试气体内的水和氧化硫，所述第三电极(12a)配置为当给由所述第三电极(12a)和所述第四电极(12b)组成的第二电极对施加了等于或高于第二预定电压的电压时，分解包含在所述测试气体内的氧和氧化氮；
第一电流检测器(71)，配置为输出与流经所述第一电极对的电流相关的第一检测值；
第一电源(61)，配置为给所述第一电极对施加电压；
第二电源(62)，配置为给所述第二电极对施加电压；和
电子控制单元(81)，配置为:
(i)控制所述第二电源(62)，从而使得给所述第二电极对施加第一去除电压，所述第一去除电压是这样的电压：等于或高于所述第二预定电压，等于或高于在所述第三电极(12a)中表现出氧化氮的限流特性的电压范围的下限，且低于开始氧化硫的分解的电压；
(ii)控制所述第一电源(61)，从而使得给所述第一电极对施加测量电压，所述测量电压是这样的电压：等于或高于所述第一预定电压，且等于或高于在所述第一电极内开始水的分解的电压；
(iii)当给所述第二电极对施加所述第一去除电压并且给所述第一电极对施加所述测量电压时，从所述第一电流检测器(71)获取所述第一检测值；和
(iv)基于所述第一检测值检测包含在所述测试气体内的氧化硫的浓度。
2.根据权利要求1所述的气体浓度检测设备，其特征在于所述电子控制单元(81)配置为获取流经所述第一电极对的电流的大小作为所述第一检测值。
3.根据权利要求2所述的气体浓度检测设备，其特征在于所述电子控制单元(81)配置为随着所述第一检测值减小而检测到包含在所述测试气体内的氧化硫的浓度的更高值。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的气体浓度检测设备，其特征在于还包括:
第二电流检测器(72)，配置为输出与流经所述第二电极对的电流相关的第二检测值，
其中所述电子控制单元(81)配置为当给所述第二电极对施加所述第一去除电压时，从所述第二电流检测器获取所述第二检测值，并且
其中所述电子控制单元(81)配置为基于所述第二检测值，检测包含在所述测试气体内的氧的浓度。
5.根据权利要求1到3中任意一项所述的气体浓度检测设备，其特征在于还包括:
第三电源(63)，
其中所述气体浓度检测元件(20)包括第三电化学电池(13c)，所述第三电化学电池(13c)包括第三固态电解质体(12s)、第五电极(13a)和第六电极(13b)，所述第三固态电解质体(12s)具有氧化物离子传导性，所述第五电极(13a)和所述第六电极(13b)布置在所述第三固态电解质体(12s)的相应表面上，所述第五电极(13a)暴露于所述内部空间，所述第五电极(13a)布置在所述内部空间内相比所述第三电极(12a)更靠近所述抗扩散单元(32)的位置，所述第六电极(13b)暴露于作为所述内部空间之外的空间的第三分离空间，所述第五电极(13a)配置为当给所述第五电极(13a)和所述第六电极(13b)组成的第三电极对施加了等于或高于第三预定电压的电压时，分解氧而不分解包含在所述测试气体中的氧化氮，
其中所述第三电源(63)配置为给所述第三电极对施加电压，
其中所述电子控制单元(81)配置为控制所述第三电源(63)，从而使得给所述第三电极对施加第二去除电压，所述第二去除电压是这样的电压：等于或高于第三预定电压，等于或高于在所述第五电极(13a)内表现出氧的限流特性的电压范围的下限，且低于开始氧化硫的分解的电压，
其中所述电子控制单元(81)配置为当给所述第三电极对施加所述第二去除电压、给所述第二电极对施加所述第一去除电压、并给所述第一电极对施加所述测量电压时，从所述第一电流检测器(71)获取所述第一检测值，并且
其中所述电子控制单元(81)配置为基于所述第一检测值，检测包含在所述测试气体内的氧化硫的浓度。
6.根据权利要求5所述的气体浓度检测设备，其特征在于还包括:
第二电流检测器(72)，配置为输出与流经所述第二电极对的电流相关的第二检测值；和
第三电流检测器(73)，配置为输出与流经所述第三电极对的电流相关的第三检测值，
其中所述电子控制单元(81)配置为当给所述第二电极对施加所述第一去除电压时，从所述第二电流检测器(72)获取所述第二检测值，所述电子控制单元(81)配置为基于所述第二检测值检测包含在所述测试气体内的氧化氮的浓度，并且
其中所述电子控制单元(81)配置为当给所述第三电极对施加所述第二去除电压时，从所述第三电流检测器(73)获取第三检测值，所述电子控制单元(81)配置为基于所述第三检测值检测包含在所述测试气体内的氧的浓度。
7.根据权利要求1到3中任意一项所述的气体浓度检测设备，其特征在于还包括:
第三电源(63)，
其中所述气体浓度检测元件(30)包括第三电化学电池(13c)，所述第三电化学电池(13c)包括第三固态电解质体(12s)、第五电极(13a)和第六电极(13b)，所述第三固态电解质体(12s)具有氧化物离子传导性，所述第五电极(13a)和所述第六电极(13b)布置在所述第三固态电解质体(12s)的相应表面上，所述第五电极(13a)暴露于所述内部空间，所述第五电极(13a)布置在这样的区域内：该区域是所包含的氧的浓度等于到达所述内部空间内的所述第三电极(12a)的测试气体中包含的氧的浓度的测试气体所到达的区域，所述第六电极(13b)暴露于作为所述内部空间之外的空间的第三分离空间，所述第五电极(13a)配置为当给所述第五电极(13a)和所述第六电极(13b)组成的第三电极对施加了等于或高于第三预定电压的电压时，分解氧而不分解包含在所述测试气体中的氧化氮，
其中所述第三电源(63)配置为给所述第三电极对施加电压，
其中所述电子控制单元(81)配置为控制所述第三电源(63)，从而使得给所述第三电极对施加第二去除电压，所述第二去除电压是这样的电压：等于或高于所述第三预定电压，等于或高于在所述第五电极(13a)内表现出氧的限流特性的电压范围的下限，且低于开始氧化硫的分解的电压，
其中所述电子控制单元(81)配置为当给所述第三电极对施加所述第二去除电压、给所述第二电极对施加所述第一去除电压、并给所述第一电极对施加所述测量电压时，从所述第一电流检测器(71)获取所述第一检测值，并且
其中所述电子控制单元(81)配置为基于所述第一检测值，检测包含在所述测试气体内的氧化硫的浓度。
8.根据权利要求7所述的气体浓度检测设备，其特征在于还包括:
第二电流检测器(72)，配置为输出与流经所述第二电极对的电流相关的第二检测值；和
第三电流检测器(73)，配置为输出与流经所述第三电极对的电流相关的第三检测值，
其中所述电子控制单元(81)配置为当给所述第三电极对施加所述第二去除电压时，从所述第三电流检测器(73)获取所述第三检测值，所述电子控制单元(81)配置为基于所述第三检测值检测包含在所述测试气体内的氧的浓度，并且
其中所述电子控制单元(81)配置为当给所述第二电极对施加所述第一去除电压时，从所述第二电流检测器(72)获取所述第二检测值，所述电子控制单元(81)配置为基于所述第三检测值和所述第二检测值之间的差，检测包含在所述测试气体内的氧化氮的浓度。
9.根据权利要求8所述的气体浓度检测设备，其特征在于:
所述电子控制单元(81)配置为随着所述第三检测值增加，检测到包含在所述测试气体中的氧的浓度的更高值，并且
所述电子控制单元(81)配置为随着所述第二检测值和所述第三检测值之间的差增加，检测到包含在所述测试气体内的氧化氮的浓度的更高值。
10.根据权利要求5到9中任意一项所述的气体浓度检测设备，其特征在于所述第五电极(13a)包含从由铂、金、铅和银组成的组中选择的至少一个。
11.根据权利要求1到10中任意一项所述的气体浓度检测设备，其特征在于所述第三电极(12a)包含从由铂、铑和钯组成的组中选择的至少一个。
12.根据权利要求1到11中任意一项所述的气体浓度检测设备，其特征在于所述第一电极(11a)包含从由铂、铑和钯组成的组中选择的至少一个。
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