CN109991299B - NOx浓度测定系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种NOx浓度测定系统，其具备NOx传感器(2)、检测机构(3)、NH₃浓度估计机构(5)和计算机构(7)。NOx传感器(2)对含在排气g中的NOx的浓度(本来NOx浓度c₁)和NH₃氧化而产生的NO的浓度(源于NH₃的NO浓度c₃)的合计浓度c₄进行测定。计算机构(7)根据空燃比A/F、O₂浓度及H₂O浓度中的至少1个和传感器外NH₃浓度c₂计算源于NH₃的NO浓度c₃。然后，根据合计浓度c₄及源于NH₃的NO浓度c₃计算出本来NOx浓度c₁。

Description

NOx浓度测定系统

本申请是2016年10月18日递交的中国专利申请No.201580020364.9(国际申请号为PCT/JP2015/060359，发明名称：NOx浓度测定系统)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种NOx浓度测定系统，更详细地说，涉及对含有NOx和NH₃的排气中的NOx浓度进行测定的NOx浓度测定系统。

背景技术

车辆等中搭载有用于测定含在排气中的NOx的浓度的NOx传感器。作为该NOx传感器，已知有具备导入排气的气室、调整该气室内的氧浓度的氧泵单元、测定气室内的NOx浓度的传感器单元的NOx传感器(参照下述专利文献1)。传感器单元由具有氧离子传导性的固体电解质体、和形成于该固体电解质体的表面上的贵金属制的电极构成。NOx传感器的构成是，在该电极表面上NOx分解而产生氧离子，通过测定该氧离子沿着固体电解质体流动时产生的电流来测定上述NOx浓度。

近年来，正在开发对除NOx以外还含有NH₃的排气中的NOx浓度进行测定的方法。在此背景下，有被称为尿素SCR系统的系统。尿素SCR系统是对含有NOx的排气喷射尿素水，使从该尿素水中产生的NH₃与NOx发生化学反应，使其变成无害的N₂及H₂O等的系统。在被尿素SCR系统处理过的排气中含有未反应尽的NOx和NH₃。因此，正在研究准确地测定含在该排气中的NOx浓度，并反馈到尿素水的喷射量及发动机的控制等。

可是，在排气中含有NOx和NH₃双方时，存在难以准确地测定NOx浓度的问题。也就是说，NH₃在NOx传感器的内部等中氧化成为NO。因此，NOx传感器对排气中原本含有的NOx和通过NH₃氧化而生成的NO的双方都进行检测。所以，NOx传感器不能只测定NOx的浓度，只能测定排气中原本含有的NOx的浓度(本来NOx浓度)和通过NH₃的氧化而生成的NO的浓度(源于NH₃的NO浓度)的合计浓度。

为了解决此问题，研究了以下的方法。也就是说，由于推测上述源于NH₃的NO浓度与NOx传感器的外侧的排气中的NH₃浓度(传感器外NH₃浓度)大致相等，所以另外设置推断该传感器外NH₃浓度的机构，从由NOx传感器测定的上述合计浓度中减去上述传感器外NH₃浓度，来算出本来NOx浓度。由此，认为能够准确地测定本来NOx浓度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-75546号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，即使采用上述方法，也不能十分准确地测定本来NOx浓度。也就是说，NH₃的一部分在导入上述气室时因受热而变化成NOx传感器不能检测的N₂。也就是说，NH₃在NOx传感器内，并不是全部变化成可由NOx传感器检测的NO。因此，上述源于NH₃的NO浓度大多低于上述传感器外NH₃浓度。

如以上说明的那样，NOx传感器对排气中的上述本来NOx浓度和上述源于NH₃的NO浓度的合计浓度进行测定，该源于NH₃的NO浓度与上述传感器外NH₃浓度不同。因此，仅从由NOx传感器测定的上述合计浓度中简单地减去传感器外NH₃浓度，不能准确地测定本来NOx浓度。

本发明是鉴于这样的背景而完成的，其目的是提供一种能够更准确地测定含有NOx和NH₃的排气中的NOx浓度的NOx浓度测定系统。

用于解决课题的手段

本发明的一个方案是提供一种NOx浓度测定系统，其特征在于，是用于测定含有NOx和NH₃的排气中的NOx浓度的NOx浓度测定系统，具备：导入上述排气的气室、在具有氧离子传导性的板状的固体电解质体的表面设置电极而成的传感器单元、形成为从传感器外导入上述气室中的上述排气的通路的气体导入部；并且具备：通过上述传感器单元对含在上述排气中的上述NOx的浓度即本来NOx浓度和上述NH₃氧化而产生的NO的浓度即源于NH₃的NO浓度的合计浓度进行测定的NOx传感器；对上述排气的空燃比、上述排气中的O₂浓度和上述排气中的H₂O浓度中的至少一项进行检测的检测机构；对导入上述气体导入部之前的上述排气中的NH₃浓度即传感器外NH₃浓度进行估计的NH₃浓度估计机构；根据上述空燃比、上述O₂浓度及上述H₂O浓度中的至少一项和上述传感器外NH₃浓度计算出上述源于NH₃的NO浓度、并根据上述合计浓度及上述源于NH₃的NO浓度计算出上述本来NOx浓度的计算机构。

发明效果

本发明者们为解决上述课题而进行了研究，结果发现，作为排气中的NH₃变化成N₂的主要原因，排气中的O₂和H₂O进行了参与。也就是说，排气在导入NOx传感器的气室中时在上述气体导入部接受热，发生下式(1)的反应，同时发生下式(2)或(3)的反应。

4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O (1)

4NH₃+6NO→5N₂+6H₂O (2)

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O (3)

从上述式(1)得知，在排气中的H₂O浓度低时，反应向右侧发展，NH₃变化成NO。然后，反应再向式(2)、(3)的右侧发展，NO变化成N₂。也就是说，在排气中的H₂O浓度低时，NH₃变化成N₂的比例增高，而变化成可由NOx传感器检测出的NO的比例减小。因此，上述源于NH₃的NO浓度低于传感器外NH₃浓度。

这样，在传感器外NH₃浓度、H₂O浓度和源于NH₃的NO浓度之间具有一定的关系。因此，只要测定传感器外NH₃浓度和H₂O浓度，就能够计算出源于NH₃的NO浓度。

此外，从上述式(1)得知，如果排气中的O₂浓度高，则反应向右侧发展，NH₃变化成NO。然后，反应再向式(3)的右侧发展，NO变化成N₂。也就是说，在排气中的O₂浓度高时，NH₃变化成N₂的比例增高，而变化成可由NOx传感器检测出的NO的比例减小。因此，上述源于NH₃的NO浓度低于传感器外NH₃浓度。

这样，在传感器外NH₃浓度、O₂浓度和源于NH₃的NO浓度之间具有一定的关系。因此，只要测定排气中的传感器外NH₃浓度和O₂浓度，就能够利用上述关系计算出源于NH₃的NO浓度。

此外，在排气的空燃比与O₂浓度之间、以及空燃比与H₂O浓度之间具有一定的关系。因此，只要测定传感器外NH₃浓度和空燃比，就能够计算出源于NH₃的NO浓度。

这样，只要准确地计算出源于NH₃的NO浓度，就能够采用由NOx传感器测定的上述合计浓度(本来NOx浓度和源于NH₃的NO浓度的合计的浓度)和上述源于NH₃的NO浓度准确地计算出上述本来NOx浓度。例如，通过从合计浓度中减去源于NH₃的NO浓度，可准确地计算出本来NOx浓度。此外，通过预先对合计浓度、源于NH₃的NO浓度和本来NOx浓度的关系进行数据库化，采用该数据库和所得到的合计浓度及源于NH₃的NO浓度，也可准确地求出本来NOx浓度。

如以上所述，根据本发明，能够提供可更准确地测定含有NOx和NH₃的排气中的NOx浓度的NOx浓度测定系统。

附图说明

图1是本申请发明的实施例1涉及的NOx浓度测定系统的整体图，特别是该NOx浓度测定系统中采用的NOx传感器的剖视图。

图2是图1所示的NOx传感器的II-II剖视图。

图3是图1所示的NOx传感器的III-III剖视图。

图4是图1所示的实施例1涉及的NOx浓度测定系统中采用的NOx传感器的分解立体图。

图5是图1所示的NOx传感器的局部放大剖视图。

图6是图1所示的实施例1涉及的NOx浓度测定系统的概念图。

图7是图1所示的实施例1涉及的NOx浓度测定系统中的、排气中的本来NOx浓度及传感器外NH₃浓度、通过NOx传感器测定的本来NOx浓度及源于NH₃的NO浓度、和通过计算求出的本来NOx浓度的概念图。

图8是表示实施例1涉及的NOx浓度测定系统中的H₂O浓度与NH₃灵敏度的关系的曲线图。

图9是表示实施例1涉及的NOx浓度测定系统中的O₂浓度与NH₃灵敏度的关系的曲线图。

图10是表示实施例1涉及的NOx浓度测定系统中的A/F与Ip的关系的曲线图。

图11是表示实施例1涉及的NOx浓度测定系统中的A/F与O₂浓度的关系的曲线图。

图12是表示实施例1涉及的NOx浓度测定系统中的A/F与H₂O浓度的关系的曲线图。

图13是表示实施例1涉及的NOx浓度测定系统的NOx传感器中的捕获层的膜厚与NH₃灵敏度的关系的曲线图。

图14是表示实施例1涉及的NOx浓度测定系统的NOx传感器中的气体导入部的膜厚与NH₃灵敏度的关系的曲线图。

图15是实施例1涉及的NOx浓度测定系统的NOx传感器中的作为气体导入部、形成了节流的气体传感器的剖视图。

图16是表示实验例1涉及的NOx浓度测定系统中的没有采用空燃比进行修正时的试验气体中的NH₃浓度与NOx传感器的输出的关系的曲线图。

图17是表示本申请发明的实验例1涉及的NOx浓度测定系统中的采用了空燃比进行修正时的试验气体中的NH₃浓度与NOx传感器的输出的关系的曲线图。

图18是本申请发明的实验例2涉及的NOx浓度测定系统中的实验装置的概念图。

图19是将本申请发明的实验例2涉及的NOx浓度测定系统中的气体导入口的温度与传感器单元的检测信号的强度之间的关系按每个试验气体的流速而形成为曲线的图示。

图20是本申请发明的实施例2涉及的NOx浓度测定系统中的、将表示H₂O浓度与NH₃灵敏度的关系的曲线的横轴划分为A/F40以上的区域和A/F40以下的区域的曲线图。

图21是实施例2涉及的NOx浓度测定系统中的、将表示O₂浓度与NH₃灵敏度的关系的曲线的横轴划分为A/F20以上的区域和A/F20以下的区域的曲线图。

图22是实施例2涉及的NOx浓度测定系统中的计算机构7的流程图。

图23是比较例1中的、排气中的本来NOx浓度及传感器外NH₃浓度、通过NOx传感器测定的本来NOx浓度及源于NH₃的NO浓度、和通过计算求出的本来NOx浓度的概念图。

具体实施方式

本申请发明涉及的NOx浓度测定系统能够高精度、高效率地测定内燃机的排气中所含的NOx浓度，可用于各式各样的内燃机系统。例如，适合用于搭载有尿素SCR系统的车辆。

实施例

(实施例1)采用图1～图15对上述NOx浓度测定系统涉及的实施例进行说明。如图1所示的那样，本例子的NOx浓度测定系统1具备NOx传感器2、检测机构3、NH₃浓度估计机构5和计算机构7。

NOx传感器2具备导入排气g的气室20、传感器单元26s和气体导入部29。传感器单元26s为在具有氧离子传导性的板状的固体电解质体22的表面上设有电极23(23s、23b)的传感器单元。此外，气体导入部29为将排气g从传感器外导入气室20的通路。形成为通过上述传感器单元26s对含在排气g中的NOx的浓度(本来NOx浓度c₁:参照图7)和由NH₃氧化而产生的NO的浓度(源于NH₃的NO浓度c₃)的合计浓度c₄进行测定的构成。

检测机构3对排气g的空燃比A/F、排气g中的O₂浓度和排气g中的H₂O浓度中的至少一项进行检测。NH₃浓度估计机构5对导入气体导入部29之前的排气g中的NH₃浓度即传感器外NH₃浓度c₂(参照图7)进行估计。

计算机构7根据上述空燃比A/F、O₂浓度及H₂O浓度中的至少一项和上述传感器外NH₃浓度c₂计算出上述源于NH₃的NO浓度c₃。然后，根据合计浓度c₄和源于NH₃的NO浓度c₃计算出本来NOx浓度c₁。

如图6所示的那样，本例子的NOx浓度测定系统1是为了计算出被尿素SCR系统82处理过的排气中的NOx浓度(本来NOx浓度c₁)而设定的。尿素SCR系统82是用于将含在内燃机的排气g中的NOx变换成N₂或H₂O等的系统。在尿素SCR系统82中，采用尿素水喷射阀8对排气g喷射尿素水80，在SCR催化剂81中，使从尿素水80产生的NH₃和NOx发生化学反应。由此，将NOx变换成N₂或H₂O等。在通过了SCR催化剂81的排气g中，含有未反应尽的NOx及NH₃。形成为采用上述NOx浓度测定系统1计算出含在该排气g中的NOx浓度(本来NOx浓度c₁)、并进行尿素水80的喷射量的控制等的构成。

如图5所示的那样，排气g通过气体导入部29被导入给上述气室20。气体导入部29由用于捕获含在排气g中的催化剂中毒物质的捕获层291、和限制排气g的流入速度的扩散层292构成。捕获层291及扩散层292例如由氧化铝构成。

在气体导入部29之前的空间S中，有时排气g中的NH₃的一部分变换成NO。此外，如果排气g通过气体导入部29，则含在排气g中的NH₃受到来自气体导入部29的热，其一部分变换成NO和N₂。因此，向气室20中导入原本含在排气g中的NOx、NH₃和源于NH₃的NO及N₂。NH₃在后述的泵电极23p中被氧化成为NO。通过传感器单元26s对该源于NH₃的NO的浓度(源于NH₃的NO浓度c₃)和原本含在排气中的NOx的浓度(本来NOx浓度c₁)的合计浓度c₄进行测定。传感器单元26s不能分别地测定源于NH₃的NO浓度c₃和本来NOx浓度c₁。

如图7所示的那样，因NH₃氧化而产生的NO的浓度(源于NH₃的NO浓度c₃)低于传感器外NH₃浓度c₂。这是因为如上所述，NH₃的一部分在气体导入部29中变化成N₂。因此，假设如图23所示的那样，从通过NOx传感器2测定的合计浓度c₄中减去传感器外NH₃浓度c₂，则计算出的本来NOx浓度c₁’低于实际的本来NOx浓度c₁。因而在本例子中，如上所述，采用上述计算机构7计算出源于NH₃的NO浓度c₃，如图7所示的那样，从合计浓度c₄中减去源于NH₃的NO浓度c₃。由此，计算出准确的本来NOx浓度c₁。

对计算出源于NH₃的NO浓度c₃的方法进行更详细的说明。如图8所示的那样，排气g中的H₂O浓度与NOx传感器的NH₃灵敏度之间具有一定的关系。NH₃灵敏度为用下式表示的值。

NH₃灵敏度＝源于NH₃的NO浓度c₃/传感器外NH₃浓度c₂

从图8的曲线图得知，如果排气g中的H₂O浓度低，则源于NH₃的NO浓度c₃降低，NH₃灵敏度下降。这是因为，如果H₂O浓度低则NH₃变换为N₂的比例增高。

此外，如图9所示的那样，排气g中的O₂浓度与NOx传感器的NH₃灵敏度之间也具有一定的关系。如果排气g中的O₂浓度上升，则源于NH₃的NO浓度c₃降低，NH₃灵敏度下降。这是因为，如果O₂浓度高，则NH₃变化为N₂的比例增高。

源于NH₃的NO浓度c₃例如可按以下方法计算出。也就是说，在算出部70(参照图1)内的存储部6中预先存储图8的曲线图的函数。然后，采用该函数，从检测出的H₂O浓度求出NH₃灵敏度α_H2O，将该NH₃灵敏度α_H2O和传感器外NH₃浓度c₂代入下式(4)。由此，可计算出源于NH₃的NO浓度c₃。

c₃＝α_H2O×c₂(4)

此外，也可用以下所示的方法计算出源于NH₃的NO浓度c₃。也就是说，在上述存储部6中预先存储图9的曲线图的函数。然后，采用该函数，从检测出的O₂浓度求出NH₃灵敏度α_O2，将该NH₃灵敏度α_O2和传感器外NH₃浓度c₂代入下式(5)。由此，可计算出源于NH₃的NO浓度c₃。

c₃＝α_O2×c₂(5)

此外，也可以采用以下的方法。也就是说，沿着后述的泵单元26p(参照图1)流动的泵单元电流Ip与排气g的空燃比A/F具有图10所示的关系。所以，采用泵单元电流Ip的测定值和图10的曲线图，能够计算出排气g的空燃比A/F。此外，空燃比A/F与O₂浓度具有图11的关系。因此，采用所得到的空燃比A/F的值和图11的曲线图，能够计算出排气g中的O₂浓度。此外，采用所得到的O₂浓度和图9的曲线图，能够计算出上述NH₃灵敏度α_O2。所以，采用上述式(5)，能够计算出源于NH₃的NO浓度c₃。

同样，也可以采用以下的方法。首先，如上所述，采用泵单元电流Ip的测定值和图10的曲线图，计算出排气g的空燃比A/F。在排气g的空燃比A/F和H₂O浓度中具有图12的关系。因此，采用得到的空燃比A/F的值和图12的曲线图，能够计算出排气g中的H₂O浓度。此外，采用得到的H₂O浓度和图8的曲线图，能够计算出上述NH₃灵敏度α_H2O。所以，采用上述式(4)，能够计算出源于NH₃的NO浓度c₃。再者，在H₂O浓度与空燃比A/F之间具有图12的关系，但尿素水80(参照图6)中的水蒸气也含在排气g中。因此，优选采用尿素水80的喷射量对H₂O浓度进行修正。

再者，在采用空燃比A/F时，不一定需要从空燃比A/F求出O₂浓度或H₂O浓度。也就是说，也能以采用空燃比A/F和传感器外NH₃浓度c₂直接算出源于NH₃的NO浓度c₃的方式，设定计算机构7(参照图1)的程序。

只要采用以上说明的方法准确地计算出源于NH₃的NO浓度c₃，就可通过从上述合计浓度c₄中减去源于NH₃的NO浓度c₃，准确地计算出本来NOx浓度c₁(参照图7)。

接着，对NOx传感器2的更详细的结构进行说明。如图1～图4所示的那样，NOx传感器2具备绝缘板14、第1衬垫15、固体电解质体22、第2衬垫16和加热器10。在固体电解质体22与绝缘板14之间形成气室20。此外，在固体电解质体与加热器10之间形成基准气室21。该基准气室21形成为可导入作为基准气体的大气的构成。

如图1、图2所示的那样，在固体电解质体22的气室20侧的表面，形成有泵电极23p、传感器电极23s和监测电极23m。此外，在固体电解质体22的基准气室21侧的表面，形成有基准电极23b。泵电极23p和监测电极23m由在NOx的分解中为惰性的Pt-Au合金形成。此外，传感器电极23s由在NOx的分解中为活性的Pt-Rh合金形成。

由泵电极23p、固体电解质体22和基准电极23b形成泵单元26p。此外，由传感器电极23s、固体电解质体22和基准电极23b形成传感器单元26s。另外，由监测电极23m、固体电解质体22和基准电极23b形成监测单元26m。

泵单元26p是用于调整排气g中的O₂浓度的单元。在泵单元26p中，采用泵电极23p使O₂分解，产生氧离子。该氧离子通过固体电解质体22而被排出到基准气室21中。此外，在泵电极23p上，NH₃被氧化成NO。

如图1所示的那样，排气g从气体导入部29进入气室20，通过泵电极23p上而到达传感器电极23s及监测电极23m上。从气体导入部29开始越接近传感器电极23s，排气g中的O₂浓度越低。此外，从气体导入部29开始越接近传感器电极23s，NH₃的浓度越低，源于NH₃的NO浓度c₃越高。

在传感器电极23s中，NOx分解而产生氧离子，同时由NH₃的氧化而产生的NO也分解而产生氧离子。然后，通过测定该氧离子沿着固体电解质体22流动时产生的传感器电流Is，从而测定本来NOx浓度c₁和源于NH₃的NO浓度c₃的合计浓度c₄。

再者，在传感器电极23s表面的排气g中，微量残留没有被泵单元26p除去的O₂。因此，通过监测单元26m测定该O₂的浓度并进行修正。也就是说，对O₂通过监测电极23m(参照图3)被分解而沿着固体电解质体22流动时产生的监测电流Im进行测定。然后，从传感器电流Is中减去监测电流Im。由此，能够在不受残留的O₂的影响的情况下，准确地测定上述合计浓度c₄。

接着，对NH₃浓度估计机构5进行说明。例如如图6所示的那样，在尿素水喷射阀8的上游侧设置对排气g中的NOx浓度(上游侧NOx浓度)进行测定的上游侧NOx传感器200。此外，还设置用于测定SCR催化剂81的温度T的温度传感器210。在上游侧NOx浓度、SCR催化剂81的温度T、喷射的尿素水80的量、和含在SCR催化剂81的下游的排气g中的NH₃浓度之间具有一定的关系。也就是说，SCR催化剂81的温度T越高，NH₃和NOx越容易反应，因此难以在下游的排气g中残留NH₃。此外，如果尿素水80的喷射量大，则在下游的排气g中NH₃容易残留。此外，如果上游侧NOx浓度高，则残留在下游的排气g中的NH₃浓度容易降低。采用这样的关系，能够估计下游侧的排气g中的NH₃浓度。再者，作为估计NH₃浓度的方法，除此以外还可采用多种方法。此外，虽未图示，但在SCR催化剂81的下游侧设有NH₃传感器，也可以采用该NH₃传感器测定NH₃浓度。

另一方面，本例子的捕获层291的膜厚为1200μm以下。此外，扩散层292的膜厚为5mm以下。捕获层291和扩散层292的气孔率分别为10～90％。另外，使用NOx传感器2时的气体导入部29的温度为600～850℃。

对本例子的作用效果进行说明。如上所述，在排气g的空燃比A/F、传感器外NH₃浓度c_2、和源于NH₃的NO浓度c₃之间具有一定的关系。因此，只要检测空燃比A/F和传感器外NH₃浓度c₂，就能够采用这些检测值计算出源于NH₃的NO浓度c₃。然后，通过从由NOx传感器2测定的上述合计浓度c₄(本来NOx浓度c₁和源于NH₃的NO浓度c₃的合计浓度)中减去源于NH₃的NO浓度c₃，可准确地测定本来NOx浓度c₁。

同样，由于在排气g中的O₂浓度、传感器外NH₃浓度c_2、和源于NH₃的NO浓度c₃之间具有一定的关系，所以只要检测O₂浓度和传感器外NH₃浓度c₂，就能够计算出源于NH₃的NO浓度c₃。此外，由于在排气g中的H₂O浓度、传感器外NH₃浓度c_2、和源于NH₃的NO浓度c₃之间具有一定的关系，所以只要检测H₂O浓度和传感器外NH₃浓度c₂，就能够计算出源于NH₃的NO浓度c₃。然后，通过从上述合计浓度c₄中减去所得到的源于NH₃的NO浓度c₃，可准确地测定本来NOx浓度c₁。

如以上说明的那样，在本例子中，由于采用排气g的空燃比A/F、O₂浓度和H₂O浓度中的任一项和传感器外NH₃浓度c₂来算出源于NH₃的NO浓度c₃，并从上述合计浓度c₄中减去该源于NH₃的NO浓度c₃，所以能够准确地测定本来NOx浓度c₁。再者，在计算出源于NH₃的NO浓度c₃时，还可组合地采用空燃比A/F、O₂浓度和H₂O浓度。

这里，假设如图23所示的那样，不算出源于NH₃的NO浓度c₃，而只从合计浓度c₄中减去传感器外NH₃浓度c₂，则算出的本来NOx浓度c₁’大多会小于实际的本来NOx浓度c₁。其理由是，因NH₃的一部分成为N₂而使源于NH₃的NO浓度c₃小于传感器外NH₃浓度c₂。可是，如本例子这样，只要准确地计算出源于NH₃的NO浓度c₃，将其从合计浓度c₄减去，就能够准确地测定本来NOx浓度c₁。

再者，在本例子中，从上述合计浓度c₄中减去源于NH₃的NO浓度c₃，但本发明并不局限于此。也就是说，例如，通过预先对合计浓度c₄、源于NH₃的NO浓度c₃和本来NOx浓度c₁的关系进行数据库化，采用该数据库和得到的合计浓度c₄及源于NH₃的NO浓度c₃，也能够准确地求出本来NOx浓度c₁。但是，如果如本例子那样减去，则不需要在存储部6(参照图1)中存储数据库，所以优选减去。

此外，在本例子中，在采用O₂浓度或H₂O浓度时，检测上述空燃比A/F，采用该空燃比A/F计算出O₂浓度或H₂O浓度。这样一来，不需要另外设置O₂传感器及H₂O传感器。因此，可廉价地构筑NOx浓度测定系统1。

此外，上述计算机构7可形成为采用O₂浓度和传感器外NH₃浓度来计算出源于NH₃的NO浓度的构成。同样，计算机构7可形成为采用H₂O浓度和传感器外NH₃浓度来计算出源于NH₃的NO浓度的构成。在此种情况下，由于没有采用H₂O浓度和O₂浓度双方，所以能够通过简单的计算求出源于NH₃的NO浓度。因此，能够提高源于NH₃的NO浓度的算出速度。

此外，在本例子中，在采用空燃比A/F时，测定沿着NOx传感器2的泵单元26p流动的泵单元电流Ip，采用该泵单元电流Ip计算出空燃比A/F。这样一来，就不需要另外设置A/F传感器。因此，可廉价地构筑NOx浓度测定系统1。

此外，在本例子中，将捕获层291(参照图1)的膜厚设定在1200μm以下。如图13所示的那样，只要捕获层291的膜厚为1200μm以下，则NOx传感器2的上述NH₃灵敏度就不会因膜厚而较大地变动。如果捕获层291的膜厚超过1200μm，则在排气g通过捕获层291时容易接受热，所以NH₃容易变化为N₂，使NH₃灵敏度下降。可是，只要捕获层291的膜厚为1200μm以下，NH₃灵敏度就不太受捕获层291的膜厚的影响。因此，例如采用上述式(4)，能够准确地测定源于NH₃的NO浓度c₃。

此外，在本例子中，将扩散层292(参照图1)的膜厚设定在5mm以下。只要使扩散层292的膜厚充分薄，使其在5mm以下，就容易降低NH₃灵敏度的偏差。此外，能够增加导入气室20中的排气g的单位时间的量，因此容易在传感器单元26s中流通大的上述传感器电流Is。

此外，在本例子中，捕获层291和扩散层292的气孔率分别为10～90％。只要使气孔率在10～90％，就能够容易制造捕获层291及扩散层292。

此外，在本例子中，使用NOx传感器2时的气体导入部29(参照图1)的温度为600～850℃。如图14所示的那样，只要气体导入部29的温度为600～850℃，则NH₃灵敏度就不会大变化。如果气体导入部29的温度超过850℃，则在排气g通过气体导入部29时容易接受热，因而NH₃容易变化成N₂。因此，NH₃灵敏度容易下降。可是，只要气体导入部29的温度为600～850℃，则NH₃灵敏度就难以较大地受温度的影响。因此，能够准确地计算出源于NH₃的NO浓度c₃。再者，也能够在存储部6中存储图14中的超过850℃时的曲线的斜率。然后，在气体导入部29的温度超过850℃时，采用该曲线计算出NH₃灵敏度，也可以采用该算出值对源于NH₃的NO浓度c₃进行修正。

此外，如在后述的实验例2中说明的那样，排气g的流速与NH₃变成NO的比例具有一定的关系。因此，也可以设置测定排气g的流速的机构，采用测定的流速来修正源于NH₃的NO浓度c₃。由此，可更准确地计算出本来NOx浓度。

如以上所述，根据本例子，可提供能够更准确地测定含有NOx和NH₃的排气中的NOx浓度的NOx浓度测定系统。

再者，在本例子中如图1所示的那样，作为气体导入部29，设置了捕获层291及扩散层292，但本发明并不局限于此。例如如图15所示的那样，作为气体导入部29，也可以形成贯通NOx传感器2的外部空间与气室20之间的、限制排气g的流入速度的节流部293。在形成节流部293时，排气g在节流部293中对流，从周围接受热，有时NH₃的一部分变化成N₂，但只要采用本发明，即使在此种情况下也能够准确地测定本来NOx浓度c₁。此外，也可以不设捕获层291。

此外，在本例子中，采用NOx传感器2测定A/F，采用该A/F计算出排气g中的O₂浓度或H₂O浓度，但本发明并不局限于此。也就是说，也可以另外设置A/F传感器，通过该A/F传感器检测A/F，计算出排气g中的O₂浓度或H₂O浓度。

(实验例1)进行了确认本发明涉及的NOx浓度测定系统的效果的实验。首先，准备了不含NOx而只含NH₃的试验气体。然后，采用实施例1中说明的NOx传感器2进行试验气体的浓度测定。也就是说，如果采用NOx传感器2测定上述试验气体，则试验气体中的NH₃在气体导入部29中变化成为NO。通过NOx传感器2测定了该NO浓度。将试验气体中的NH₃浓度设定在100ppm、200ppm、350ppm。图16、图17中示出由NOx传感器2检测出的NO浓度与试验气体中的NH₃浓度的关系。

在图16所示的实验中，不修正NO浓度。也就是说，在图16所示的实验中，不将由NOx传感器2测定的NO浓度乘以上述NH₃灵敏度。此外，在图17所示的实验中，采用空燃比A/F来修正NO浓度。也就是说，在图17所示的实验中，检测空燃比A/F，采用该检测值来计算出上述NH₃灵敏度。然后，将得到的NH₃灵敏度乘以所测定的NO浓度。

再者，在图16、图17中，双方都以曲线的斜率的平均值达到1的方式将测定值乘以修正系数。

如图16所示的那样，在不修正NO浓度时，测定的NO浓度的偏差大。在图16的曲线中，测定值的偏差达到40％左右。NH₃的一部分因受试验气体中的O₂及H₂O的影响而成为N₂。因此，认为在不采用空燃比A/F等进行修正时，受到O₂浓度及H₂O浓度的偏差的影响，对NOx传感器2的测定值产生大的偏差。

与此相对照，如图17所示的那样，在采用空燃比A/F进行修正时，NO浓度的偏差减小。在图17的曲线中，测定值的偏差为20％左右。在图17中，由于采用空燃比A/F进行了修正，所以NOx传感器2的测定值难以较大地受O₂浓度或H₂O浓度的偏差的影响。因此，认为测定值的偏差减小。

从以上实验得知：通过采用空燃比A/F，能够准确地计算出NH₃变化的NO的浓度、即源于NH₃的NO浓度c₃。因此，得知：在测定含有NOx和NH₃的排气g时，能够从由NOx传感器2测定的合计浓度c₄中减去源于NH₃的NO浓度c₃的准确的值，能够准确地计算出本来NOx浓度c₁。

(实验例2)对排气g的流速与排气g中的NH₃变成NO的比例的关系进行了确认。首先，替代NOx传感器2的气体导入部29，准备了石英管299和配置在该石英管299内的氧化铝制的捕获层290。然后，将石英管299配置在加热器100内。向该石英管299中流通含有NH₃、N₂但不含NOx的试验气体。然后，通过质量分析仪109测定了在捕获层290中NH₃变化而产生的NO的浓度。

使流入石英管299前的试验气体中的NH₃浓度为4800ppm，O₂浓度和H₂O浓度为0％。将试验气体的流速分配为50、100、200ml³/min。此外，通过加热器100使捕获层290的温度从100℃变化到1000℃。结果示于图19。

得知：如该图所示的那样，试验气体的流速越快，NH₃变化为NO的比例越降低。认为这是由于如果试验气体的流速快，则NH₃在变化为NO之前就通过了捕获层290。此外，即使在O₂或H₂O存在时，流速的影响也相同。

从上述实验结果得知：只要测定排气g的流速，采用该测定值来修正源于NH₃的NO浓度c₃，就能够更准确地计算出源于NH₃的NO浓度c₃。由此，得知可进一步提高本来NOx浓度c₁的算出精度。

(实施例2)是在本实施例2涉及的NOx浓度测定系统中，根据排气g的空燃比A/F而选择采用H₂O浓度和O₂浓度中的哪一个的例子。首先，对图20进行说明。图20是将H₂O浓度与NH₃灵敏度的曲线(图8的曲线)的横轴分为空燃比A/F为40以上的区域和空燃比A/F为40以下的区域的曲线图。从该图得知，在空燃比A/F为40以上时，H₂O浓度只要稍微变化，NH₃灵敏度就较大地变化。与此相对照，在空燃比A/F为40以下的区域中，即使H₂O浓度变化，NH₃灵敏度也几乎不变化。因此，在空燃比A/F为40以上的区域中，也就是说，在H₂O浓度只要稍微变化NH₃灵敏度就较大地变化的区域中，只要采用H₂O浓度来计算出NH₃灵敏度，就可准确地计算出NH₃灵敏度。因此，能够准确地测定源于NH₃的NO浓度c₃，可更准确地测定本来NOx浓度c₁。

此外，图21是将O₂浓度与NH₃灵敏度的曲线(图9的曲线)的横轴分为空燃比A/F为20以上的区域和空燃比A/F为20以下的区域的曲线图。从该图得知，在空燃比A/F为20以下时，O₂浓度只要稍微变化NH₃灵敏度就较大地变化。与此相对照，在空燃比A/F为20以上的区域中，即使O₂浓度变化，NH₃灵敏度也几乎不变化。因此，在空燃比A/F为20以下的区域中，也就是说，在O₂浓度只要稍微变化NH₃灵敏度就较大地变化的区域中，只要采用O₂浓度来计算出NH₃灵敏度，就可准确地计算出NH₃灵敏度。因此，能够准确地测定源于NH₃的NO浓度c₃，可更准确地测定本来NOx浓度c₁。

图22中示出本例子的计算机构7(参照图1)的流程图。如该图所示的那样，在本例子中，首先，在步骤S1中，判断空燃比A/F是否为40以上。在这里判断为Yes(是)时，转入步骤S2，采用H₂O浓度算出源于NH₃的NO浓度c₃。

此外，在步骤S1中判断为No(否)时，转入步骤S3，判断空燃比A/F是否为20以下。在这里判断为Yes(是)时，转入步骤S4，采用O₂浓度算出NH₃灵敏度。此外，在步骤S3中判断为No(否)时，转入步骤S5。这里，不进行将传感器外NH₃浓度c₂乘以NH₃灵敏度的修正。也就是说，设传感器外NH₃浓度c₂＝源于NH₃的NO浓度c₃，算出本来NOx浓度c₁。

这样，在本例子中，根据空燃比A/F的测定值，在O₂浓度和H₂O浓度中，选择源于NH₃的NO浓度c₃的算出精度高的一方，求出源于NH₃的NO浓度c₃。也就是说，在空燃比A/F为40以上时采用H₂O浓度，在空燃比A/F为20以下时采用O₂浓度，求出NH₃灵敏度。然后，采用所得到的NH₃灵敏度，算出源于NH₃的NO浓度c₃。因此，能够更准确地测定源于NH₃的NO浓度c₃，能够更准确地算出本来NOx浓度c₁。除此以外，具备与实施例1同样的构成及作用效果。

符号说明

1－NOx浓度测定系统，2－NOx传感器，20－气室，21－基准气室，26s－传感器单元，29－气体导入部，3－检测机构，5－NH₃浓度估计机构，7－计算机构。

Claims (3)

1.一种NOx浓度测定系统，其特征在于，是用于测定含有NOx和NH₃的排气中的NOx浓度的NOx浓度测定系统，具备：

NOx传感器，其具备：

导入所述排气的气室、

在具有氧离子传导性的板状的固体电解质体的表面设置电极而成的传感器单元、和

形成为将所述排气从传感器外导入所述气室中的通路的气体导入部，

所述NOx传感器通过所述传感器单元对含在所述排气中的所述NOx的浓度即本来NOx浓度、和通过所述NH₃氧化而产生的NO的浓度即源于NH₃的NO浓度的合计浓度进行测定；

检测机构，其对所述排气的空燃比、所述排气中的O₂浓度、和所述排气中的H₂O浓度中的至少一项进行检测；

NH₃传感器，其对导入所述气体导入部之前的所述排气中的NH₃浓度即传感器外NH₃浓度进行检测；以及

计算机构，其根据所述空燃比、所述O₂浓度、和所述H₂O浓度中的至少一项和所述传感器外NH₃浓度计算出所述源于NH₃的NO浓度，并根据所述合计浓度及所述源于NH₃的NO浓度计算出所述本来NOx浓度。

2.根据权利要求1所述的NOx浓度测定系统，其特征在于，还设置有对所述排气的流速进行测定的机构，

所述计算机构采用所测定的所述排气的流速对计算出的所述源于NH₃的NO浓度进行修正。

3.一种NOx浓度测定系统，其特征在于，是用于测定含有NOx和NH₃的排气中的NOx浓度的NOx浓度测定系统，具备：

NOx传感器，其具备：

导入所述排气的气室、

在具有氧离子传导性的板状的固体电解质体的表面设置电极而成的传感器单元、和

形成为将所述排气从传感器外导入所述气室中的通路的气体导入部，

所述NOx传感器通过所述传感器单元对含在所述排气中的所述NOx的浓度即本来NOx浓度、和通过所述NH₃氧化而产生的NO的浓度即源于NH₃的NO浓度的合计浓度进行测定；

检测机构：其对所述排气的空燃比、所述排气中的O₂浓度、和所述排气中的H₂O浓度中的至少一项进行检测；

NH₃浓度估计机构：其对导入所述气体导入部之前的所述排气中的NH₃浓度即传感器外NH₃浓度进行估计；

对所述排气的流速进行测定的机构；以及

计算机构，其根据所述空燃比、所述O₂浓度、和所述H₂O浓度中的至少一项和所述传感器外NH₃浓度计算出所述源于NH₃的NO浓度，采用所测定的所述排气的流速来对计算出的所述源于NH₃的NO浓度进行修正，并根据所述合计浓度及所述源于NH₃的NO浓度计算出所述本来NOx浓度。

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