JP2006170848A - Gas sensor evaluation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor evaluation device that supplies sample gas at a gas flow velocity equivalent to a real operating environment of a gas sensor, and speedily changes the gas component contained in the sample gas. <P>SOLUTION: In the gas sensor evaluation device 1, the sectional area at a forming position of an evaluated gas sensor installation section 49 is set smaller than that at a forming position of a first gas introducing section 45 of a gas flow channel of a reaction section gas pipe 41. Therefore, the flow velocity of the sample gas at the forming position of the evaluated gas sensor installation section 49 is increased, and is made to approach the flow velocity in the real operating environment. An additional gas supply section 61 injects additional gas with an injector 67 for gas, hence can supply gas supply amount per unit time required for establishing a condition equivalent to the real operating environment, and can change the air-fuel ratio of the sample gas at an operation response speed required for establishing a condition equivalent to the operating environment. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる特定成分を検出するガスセンサを評価するガスセンサ評価装置に関する。   The present invention relates to a gas sensor evaluation apparatus that evaluates a gas sensor that detects a specific component contained in exhaust gas of an internal combustion engine.

従来より、内燃機関の排気ガスに含まれる特定成分を検出するガスセンサを評価するにあたり、少なくとも特定成分を含む試料ガスをガスセンサに接触させて、試料ガスの接触時におけるガスセンサのセンサ出力に基づいて、ガスセンサを評価するガスセンサ評価装置が提案されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4)。   Conventionally, in evaluating a gas sensor for detecting a specific component contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, a sample gas containing at least the specific component is brought into contact with the gas sensor, and based on the sensor output of the gas sensor at the time of contact with the sample gas, Gas sensor evaluation apparatuses for evaluating gas sensors have been proposed (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4).

つまり、このようなガスセンサ評価装置は、ガスセンサの測定対象ガスと略同様のガス成分を含む試料ガスをガスセンサに接触させて、実使用環境に近い条件下でガスセンサのセンサ出力を検出し、検出したセンサ出力に基づいてガスセンサを評価する。   That is, such a gas sensor evaluation apparatus detects a sensor output of a gas sensor by bringing a sample gas containing a gas component substantially similar to the measurement target gas of the gas sensor into contact with the gas sensor and detecting the sensor output of the gas sensor under conditions close to the actual use environment. The gas sensor is evaluated based on the sensor output.

例えば、内燃機関の排気ガス中における特定成分を検出するためのガスセンサについて評価を行うガスセンサ評価装置は、試料ガスとして内燃機関の排気ガスと同様の成分を含む試料ガスをガスセンサに接触させて、ガスセンサを評価するよう構成されている。
特許2624531号公報(第1図) 特開2001−141685号公報(図1) 特開昭60−95341号公報(第1図) 特開2003−185621号公報
For example, a gas sensor evaluation apparatus that evaluates a gas sensor for detecting a specific component in exhaust gas of an internal combustion engine brings a sample gas containing a component similar to the exhaust gas of the internal combustion engine into contact with the gas sensor as the sample gas, Is configured to evaluate.
Japanese Patent No. 2624531 (FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 2001-141685 (FIG. 1) JP-A-60-95341 (FIG. 1) JP 2003-185621 A

しかし、上記従来のガスセンサ評価装置は、試料ガスの流量が少なく流速が遅いため、実際の内燃機関における排気ガスの流速と同等の流速を実現することが難しく、実際の環境と同等の条件下でのガスセンサの評価が困難であるという問題がある。   However, since the conventional gas sensor evaluation apparatus described above has a low flow rate of sample gas and a low flow rate, it is difficult to achieve a flow rate equivalent to the exhaust gas flow rate in an actual internal combustion engine. There is a problem that it is difficult to evaluate the gas sensor.

これに対して、上記従来のガスセンサ評価装置において、実際の環境と同等の流速を実現するためには、試料ガスの供給量を増大して、実際の排気ガスに相当する量の試料ガスを供給する必要がある。   On the other hand, in the conventional gas sensor evaluation apparatus, in order to realize a flow rate equivalent to the actual environment, the supply amount of the sample gas is increased and the sample gas corresponding to the actual exhaust gas is supplied. There is a need to.

なお、上記従来のガスセンサ評価装置は、試料ガスの供給量を制御するために電磁弁や液体用インジェクタを用いている。
しかし、電磁弁は、単位時間あたりに供給可能な試料ガスの量が多いものの動作応答速度が遅いことから、試料ガスの迅速な空燃比切替が困難であり、空燃比が急変する用途のガスセンサについて、空燃比変化に対する応答性を評価することが難しい。また、液体用インジェクタは、動作応答速度が速いものの、単位時間あたりに供給可能な試料ガスの量が少ないことから、実際の排気ガスに相当する量の試料ガスを供給することが難しい。
The conventional gas sensor evaluation apparatus uses a solenoid valve or a liquid injector to control the supply amount of the sample gas.
However, the solenoid valve has a large amount of sample gas that can be supplied per unit time, but its operation response speed is slow, so it is difficult to quickly switch the air / fuel ratio of the sample gas, and the gas sensor for applications in which the air / fuel ratio changes suddenly is difficult. It is difficult to evaluate the responsiveness to air-fuel ratio changes. In addition, although the liquid injector has a high operation response speed, the amount of sample gas that can be supplied per unit time is small, so that it is difficult to supply an amount of sample gas corresponding to the actual exhaust gas.

つまり、電磁弁および液体用インジェクタは、実使用環境と同等の条件を実現するにあたり、単位時間あたりのガス供給量および試料ガスの迅速な空燃比切替を両立することができないという問題がある。   In other words, the electromagnetic valve and the liquid injector have a problem in that it is impossible to achieve both the gas supply amount per unit time and the rapid air-fuel ratio switching of the sample gas when realizing the same conditions as the actual use environment.

そこで、本発明はこうした問題に鑑みなされたものであり、ガスセンサの実使用環境と同等のガス流速で試料ガスを供給すると共に、試料ガスに含まれるガス成分を速やかに変更して、ガスセンサを評価するガスセンサ評価装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of these problems, and while supplying sample gas at a gas flow rate equivalent to the actual use environment of the gas sensor, the gas component contained in the sample gas is quickly changed to evaluate the gas sensor. An object of the present invention is to provide a gas sensor evaluation apparatus.

上記目的を達成するためになされた請求項1記載の発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる特定成分を検出するガスセンサについて、少なくとも特定成分を含む試料ガスに対するセンサ出力特性に基づきガスセンサを評価するガスセンサ評価装置であって、試料ガスのガス流路を有すると共に、ガスセンサの検知部がガス流路に配置される状態でガスセンサが取り付けられるセンサ取付部を有するガス流路形成部と、ベースガスを、試料ガスとしてガス流路形成部に供給するベースガス供給手段と、ガス流路形成部に流れるベースガスに対して、還元性雰囲気のリッチ添加ガスと酸化性雰囲気のリーン添加ガスとを一定の周期で交互に供給する添加ガス供給手段と、を備えており、ガス流路形成部は、ガス流路のうちベースガスの供給位置における断面積よりもセンサ取付部の形成位置における断面積が小さく形成されており、添加ガス供給手段は、ガス用インジェクタを備え、ガス用インジェクタにより0.5[L/min]以上の割合でリッチ添加ガスまたはリーン添加ガスを供給すること、を特徴とするガスセンサ評価装置である。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a gas sensor for detecting a specific component contained in exhaust gas of an internal combustion engine evaluates the gas sensor based on a sensor output characteristic for at least a sample gas containing the specific component. A gas sensor evaluation apparatus comprising a gas flow path forming section having a gas flow path for a sample gas and having a sensor mounting portion to which the gas sensor is mounted in a state where the detection section of the gas sensor is disposed in the gas flow path. Base gas supply means for supplying the sample gas to the gas flow path forming unit, and the base gas flowing in the gas flow path forming unit is supplied with a constant amount of the rich additive gas in the reducing atmosphere and the lean additive gas in the oxidizing atmosphere. Additional gas supply means for alternately supplying in a cycle, and the gas flow path forming portion is located at the base gas supply position in the gas flow path. The cross-sectional area at the position where the sensor mounting portion is formed is smaller than the cross-sectional area to be formed, and the additive gas supply means includes a gas injector, and is rich at a rate of 0.5 [L / min] or more by the gas injector. The gas sensor evaluation apparatus is characterized by supplying an additive gas or a lean additive gas.

一般に、ガス流路形成部を流れる試料ガスのガス流速は、ガス流路の断面積が大きい箇所よりもガス流路の断面積が小さい箇所の方が速くなる。
そして、ガス流路形成部は、ガス流路のうちベースガスの供給位置における断面積よりもセンサ取付部の形成位置における断面積が小さく形成されている。このことから、ガス流路のうちセンサ取付部の形成位置における試料ガスの流速は、ベースガスの供給位置における試料ガスの流速に比べて速くなる。
In general, the gas flow rate of the sample gas flowing through the gas flow path forming portion is faster at the location where the cross-sectional area of the gas flow path is smaller than at the location where the cross-sectional area of the gas flow path is large.
And the gas flow path formation part is formed so that the cross-sectional area in the formation position of the sensor attachment part is smaller than the cross-sectional area in the supply position of the base gas in the gas flow path. For this reason, the flow rate of the sample gas at the position where the sensor mounting portion is formed in the gas flow path is faster than the flow rate of the sample gas at the base gas supply position.

これにより、ガスセンサに接触する試料ガスの流速を実使用環境での流速に近づけることができ、実使用環境に近い条件下でガスセンサのセンサ出力を検出することができる。
また、添加ガス供給手段は、ガス用インジェクタによりリッチ添加ガスまたはリーン添加ガスを供給する。なお、ガス用インジェクタは、液体用インジェクタと同様に、動作応答速度が速いことから、実使用環境と同等の条件を実現するために必要となる迅速な空燃比切替が可能である。また、ガス用インジェクタは、電磁弁と同様に、単位時間あたりのガス供給量が多いことから、実使用環境と同等の条件を実現するために必要となる単位時間あたりのガス供給量を供給することができ、少なくとも0.5[L/min]以上(より好ましくは、1.0[L/min]以上)の割合で添加ガス(リッチ添加ガスまたはリーン添加ガス)を供給する。
Thereby, the flow rate of the sample gas contacting the gas sensor can be made close to the flow rate in the actual use environment, and the sensor output of the gas sensor can be detected under conditions close to the actual use environment.
The additive gas supply means supplies the rich additive gas or the lean additive gas by the gas injector. The gas injector, like the liquid injector, has a fast operation response speed, so that it is possible to quickly switch the air-fuel ratio necessary for realizing the same conditions as the actual use environment. In addition, the gas injector, like the solenoid valve, has a large amount of gas supply per unit time, so it supplies the gas supply amount per unit time necessary to achieve the same conditions as the actual usage environment. The additive gas (rich additive gas or lean additive gas) is supplied at a rate of at least 0.5 [L / min] or more (more preferably, 1.0 [L / min] or more).

つまり、添加ガス供給手段は、単位時間あたりのガス供給量および空燃比切替速度について、実使用環境と同等の条件を実現するために必要となる単位時間あたりのガス供給量を供給できると共に、使用環境と同等の条件を実現するために必要となる動作応答速度での試料ガスの空燃比切替が可能となる。   That is, the additive gas supply means can supply the gas supply amount per unit time and the gas supply amount per unit time required to realize the same conditions as the actual use environment with respect to the gas supply amount and the air-fuel ratio switching speed. It is possible to switch the air-fuel ratio of the sample gas at the operation response speed required to realize the same conditions as the environment.

よって、本発明によれば、実際のセンサの使用環境と同等の条件のガス流速で試料ガスをガスセンサに接触させることができ、実使用環境と同等の条件下でガスセンサの評価を実施することができる。   Therefore, according to the present invention, the sample gas can be brought into contact with the gas sensor at a gas flow rate under conditions equivalent to the actual sensor usage environment, and the gas sensor can be evaluated under conditions equivalent to the actual usage environment. it can.

そして、上述のガスセンサ評価装置においては、例えば、請求項2に記載のように、ガス流路形成部は、ガス流路のうちセンサ取付部の断面が内径寸法3.0[cm]以下の円形に形成されているとよい。   In the gas sensor evaluation apparatus described above, for example, as described in claim 2, the gas flow path forming portion has a circular shape in which the cross section of the sensor mounting portion of the gas flow path has an inner diameter of 3.0 [cm] or less. It is good to be formed.

このように、センサ取付部の形成位置におけるガス流路の断面形状を規定することで、ガスセンサに接触する試料ガスの流速を確実に実使用環境での流速に近づけることができる。   Thus, by defining the cross-sectional shape of the gas flow path at the position where the sensor mounting portion is formed, the flow rate of the sample gas that contacts the gas sensor can be reliably brought close to the flow rate in the actual use environment.

よって、本発明によれば、実際のセンサの使用環境と同等の条件のガス流速を実現でき、実使用環境と同等の条件下でガスセンサの評価を実施することができる。
なお、ガス流路のうちセンサ取付部の断面を内径寸法2.5[cm]以下の円形に形成することで、ガスセンサに接触する試料ガスの流速をさらに高速化できる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a gas flow velocity under the same conditions as the actual sensor usage environment, and it is possible to evaluate the gas sensor under the same conditions as the actual usage environment.
In addition, the flow rate of the sample gas contacting the gas sensor can be further increased by forming the cross section of the sensor mounting portion in the gas flow path in a circular shape having an inner diameter of 2.5 [cm] or less.

ところで、ガスセンサに接触する試料ガスの温度が低くなると、試料ガスの影響によりガスセンサの温度が低下してしまい、ガスセンサの活性化状態が不良となる可能性がある。このように活性化状態が不良となると、ガスセンサは特定成分が存在する場合であってもセンサ出力を発生しないないしセンサ出力が低下するため、ガスセンサの評価が適切に行われない虞がある。   By the way, when the temperature of the sample gas in contact with the gas sensor is lowered, the temperature of the gas sensor is lowered due to the influence of the sample gas, and the activated state of the gas sensor may be defective. If the activation state becomes defective as described above, the gas sensor does not generate a sensor output even when a specific component is present, or the sensor output is lowered, so that the gas sensor may not be properly evaluated.

そこで、上述のガスセンサ評価装置においては、請求項3に記載のように、リッチ添加ガスまたはリーン添加ガスを加熱する添加ガス加熱手段を備えるとよい。
このように、添加ガス加熱手段を備えることで、添加ガスの影響による試料ガスの温度低下を防止できる。この結果、ガスセンサに接触する試料ガスの温度が低いことに起因して、ガスセンサの温度が大幅に低下するのを防止できる。
Therefore, as described in claim 3, the gas sensor evaluation apparatus described above may include an additive gas heating means for heating the rich additive gas or the lean additive gas.
Thus, by providing the additive gas heating means, it is possible to prevent the temperature of the sample gas from decreasing due to the influence of the additive gas. As a result, it is possible to prevent the temperature of the gas sensor from greatly decreasing due to the low temperature of the sample gas contacting the gas sensor.

よって、本発明によれば、添加ガスの影響による試料ガスの温度低下に伴いガスセンサの活性化状態が不良となるのを防止でき、ガスセンサを適切に評価することができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent the activation state of the gas sensor from being deteriorated due to the temperature decrease of the sample gas due to the influence of the additive gas, and it is possible to appropriately evaluate the gas sensor.

以下に、本発明の好適な実施形態を説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
The preferred embodiments of the present invention will be described below.
In addition, this invention is not limited to the following embodiment at all, and it cannot be overemphasized that various forms may be taken as long as it belongs to the technical scope of this invention.

図1は、本発明のガスセンサ評価装置1の概略構成を示す構成図である。
ガスセンサ評価装置1は、試料ガス供給部11と、センサ反応部13と、装置制御部15と、試料ガス分析部17と、添加ガス供給部61と、を備えて構成されている。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a gas sensor evaluation apparatus 1 of the present invention.
The gas sensor evaluation apparatus 1 includes a sample gas supply unit 11, a sensor reaction unit 13, an apparatus control unit 15, a sample gas analysis unit 17, and an additive gas supply unit 61.

試料ガス供給部11は、第1ガス(N2 、CO2 、O2 )と第2ガス(CO、H2 、C38、NO、NO2 、HC)とを貯蔵するガス貯蔵部21と、各ガスの供給量を調整する流量調整部23(マスフローコントローラ(MFC))と、試料ガスに水分を添加する水分添加部19と、を備えている。そして、試料ガス供給部11は、装置制御部15からの指令に応じて、第1ガスを第1ガス供給経路31を介してセンサ反応部13に供給し、第2ガスを第2ガス供給経路33を介してセンサ反応部13に供給する。なお、各ガスの供給量は、装置制御部15からの指令に基づき設定される。 The sample gas supply unit 11 stores a first gas (N 2 , CO 2 , O 2 ) and a second gas (CO, H 2 , C 3 H 8 , NO, NO 2 , HC). And a flow rate adjusting unit 23 (mass flow controller (MFC)) for adjusting the supply amount of each gas, and a water adding unit 19 for adding water to the sample gas. The sample gas supply unit 11 supplies the first gas to the sensor reaction unit 13 via the first gas supply path 31 and the second gas to the second gas supply path in response to a command from the apparatus control unit 15. It is supplied to the sensor reaction unit 13 via 33. The supply amount of each gas is set based on a command from the apparatus control unit 15.

水分添加部19は、水(H2 )を貯蔵する水貯蔵部35と、水分の供給量を調整する水流量調整部37とを備えており、第1ガス供給経路31を流れる第1ガスに対して、装置制御部15からの指令に応じた量の水分を供給することにより、試料ガスの水分含有量を調整する。 The water addition unit 19 is water (H 2 O ) And a water flow rate adjusting unit 37 that adjusts the supply amount of moisture, and commands from the device control unit 15 to the first gas flowing through the first gas supply path 31. The moisture content of the sample gas is adjusted by supplying an amount of moisture corresponding to.

添加ガス供給部61は、リーン空燃比の排気ガスに含まれるリーン排気ガス成分、即ち酸化性雰囲気のガス(N2 、O2 、NO、NO2 )およびリッチ空燃比の排気ガスに含まれるリッチ排気ガス成分、即ち還元性雰囲気のガス(CO、H2 、HC、N2 )を貯蔵する添加ガス貯蔵部63と、各ガスの供給量を調整する添加量調整部65(マスフローコントローラ(MFC))と、各ガスを噴射する複数のガス用インジェクタ67と、を備えている。なお、ガス用インジェクタ67は、例えば、天然ガスを噴射する公知のインジェクタを用いることができ、詳細な説明は省略する。 The additive gas supply unit 61 includes a lean exhaust gas component contained in the lean air-fuel ratio exhaust gas, that is, an oxidizing atmosphere gas (N 2 , O 2 , NO, NO 2 ) and a rich air-fuel ratio exhaust gas. An additive gas storage unit 63 for storing exhaust gas components, that is, reducing atmosphere gases (CO, H 2 , HC, N 2 ), and an additive amount adjusting unit 65 (mass flow controller (MFC)) for adjusting the supply amount of each gas ) And a plurality of gas injectors 67 for injecting each gas. As the gas injector 67, for example, a known injector for injecting natural gas can be used, and detailed description thereof is omitted.

そして、添加ガス供給部61は、装置制御部15からの指令に応じて、酸化性雰囲気のリーン添加ガスをリーン添加ガス供給経路69を介してセンサ反応部13に供給し、または、還元性雰囲気のリッチ添加ガスをリッチ添加ガス供給経路71を介してセンサ反応部13に供給する。なお、各ガスの供給量は、装置制御部15からの指令に基づき設定される。   Then, the additive gas supply unit 61 supplies the lean additive gas in the oxidizing atmosphere to the sensor reaction unit 13 via the lean additive gas supply path 69 in accordance with a command from the apparatus control unit 15, or the reducing atmosphere. The rich additive gas is supplied to the sensor reaction unit 13 via the rich additive gas supply path 71. The supply amount of each gas is set based on a command from the apparatus control unit 15.

センサ反応部13は、試料ガスの流路になるとともに評価対象ガスセンサ51が設置される反応部ガス配管41と、反応部ガス配管41における試料ガスを加熱するガス加熱部43と、を備えている。   The sensor reaction unit 13 includes a reaction unit gas pipe 41 in which the gas sensor 51 to be evaluated is installed, and a gas heating unit 43 that heats the sample gas in the reaction unit gas pipe 41. .

反応部ガス配管41は、上流から下流にかけて、第1ガス導入部45、第2ガス導入部47、添加ガス導入部48、評価対象ガスセンサ設置部49を備えている。
また、反応部ガス配管41のガス流路は、第1ガス導入部45の形成位置における断面積に比べて、評価対象ガスセンサ設置部49の形成位置における断面積が小さく形成されている。具体的には、第1ガス導入部45の形成位置におけるガス流路の断面形状は直径6.0[cm]の円形状であり、評価対象ガスセンサ設置部49におけるガス流路の断面形状は直径2.0[cm]の円形状である。
The reaction section gas pipe 41 includes a first gas introduction section 45, a second gas introduction section 47, an additive gas introduction section 48, and an evaluation target gas sensor installation section 49 from upstream to downstream.
Further, the gas flow path of the reaction part gas pipe 41 has a smaller cross-sectional area at the formation position of the evaluation target gas sensor installation part 49 than the cross-sectional area at the formation position of the first gas introduction part 45. Specifically, the cross-sectional shape of the gas flow path at the position where the first gas introduction part 45 is formed is a circular shape having a diameter of 6.0 [cm], and the cross-sectional shape of the gas flow path in the evaluation target gas sensor installation part 49 is the diameter. It has a circular shape of 2.0 [cm].

そして、反応部ガス配管41は、添加ガス導入部48として、リーン添加成分導入部73およびリッチ添加成分導入部75を備えており、ベースガスに対して添加ガス(リッチ添加ガスまたはリーン添加ガス)を添加するよう構成されている。   And the reaction part gas piping 41 is provided with the lean addition component introduction part 73 and the rich addition component introduction part 75 as the addition gas introduction part 48, and is added gas (rich addition gas or lean addition gas) with respect to base gas. Is configured to be added.

また、反応部ガス配管41の評価対象ガスセンサ設置部49におけるガス流路の直径寸法L1は、2.0[cm]である。
ガス加熱部43は、反応部ガス配管41のうち第1ガス導入部45と第2ガス導入部47との間の部位を取り囲むように配置されて、反応部ガス配管41を加熱することで、第1ガス温度を調整している。なお、ガス加熱部43は、反応部ガス配管41の内部温度を図示しない温度センサを用いて検知してフィードバック制御を行うことで、ガス温度を目標温度に制御する。このとき、ガス加熱部43は、評価対象ガスセンサ設置部49における試料ガスの温度がセンサ活性化温度(本実施形態では、450[℃])となるように、試料ガス(ベースガス)を加熱する。
Moreover, the diameter dimension L1 of the gas flow path in the evaluation object gas sensor installation part 49 of the reaction part gas piping 41 is 2.0 [cm].
The gas heating unit 43 is disposed so as to surround a portion between the first gas introduction unit 45 and the second gas introduction unit 47 in the reaction unit gas pipe 41, and by heating the reaction unit gas pipe 41, The first gas temperature is adjusted. The gas heating unit 43 controls the gas temperature to the target temperature by detecting the internal temperature of the reaction unit gas pipe 41 using a temperature sensor (not shown) and performing feedback control. At this time, the gas heating unit 43 heats the sample gas (base gas) so that the temperature of the sample gas in the evaluation target gas sensor installation unit 49 becomes the sensor activation temperature (in this embodiment, 450 [° C.]). .

添加ガス加熱部77は、リーン添加ガス供給経路69の一部およびリッチ添加ガス供給経路71の一部を取り囲むように配置されており、リーン添加ガス供給経路69およびリッチ添加ガス供給経路71を加熱することで、リーン添加ガスおよびリッチ添加ガスの温度を添加ガス目標温度(本実施形態では、120[℃])に調整している。なお、添加ガス加熱部77は、反応部ガス配管41の内部温度を図示しない温度センサを用いて検知してフィードバック制御を行うことで、添加ガス温度を目標温度に制御する。   The additive gas heating unit 77 is disposed so as to surround a part of the lean additive gas supply path 69 and a part of the rich additive gas supply path 71, and heats the lean additive gas supply path 69 and the rich additive gas supply path 71. Thus, the temperatures of the lean additive gas and the rich additive gas are adjusted to the additive gas target temperature (120 [° C.] in the present embodiment). The additive gas heating unit 77 controls the additive gas temperature to the target temperature by detecting the internal temperature of the reaction part gas pipe 41 using a temperature sensor (not shown) and performing feedback control.

装置制御部15(CPU15)は、試料ガスの供給時に評価対象ガスセンサ51が出力するセンサ出力に基づいて、評価対象ガスセンサ51が内燃機関の排気系統に設置されて、排気ガスに含まれる特定成分を検出するガスセンサ(排気ガスセンサ)に適しているか否かを判定するためのセンサ評価処理を行う。   The apparatus control unit 15 (CPU 15) installs the evaluation target gas sensor 51 in the exhaust system of the internal combustion engine based on the sensor output output from the evaluation target gas sensor 51 when the sample gas is supplied, and extracts a specific component contained in the exhaust gas. Sensor evaluation processing is performed to determine whether or not the gas sensor (exhaust gas sensor) is suitable for detection.

センサ評価処理では、試料ガス供給部11および添加ガス供給部61に対して指令信号を出力し、試料ガスに含まれる各ガス成分の供給量を制御することで、任意の空燃比λに相当する試料ガスを評価対象ガスセンサ51に対して供給する処理や、試料ガス供給時における評価対象ガスセンサのセンサ出力を検出する処理を行う。なお、装置制御部15で実行される評価判定処理の詳細な処理内容は、後述する。   In the sensor evaluation process, a command signal is output to the sample gas supply unit 11 and the additive gas supply unit 61, and the supply amount of each gas component contained in the sample gas is controlled to correspond to an arbitrary air-fuel ratio λ. A process of supplying the sample gas to the evaluation target gas sensor 51 and a process of detecting the sensor output of the evaluation target gas sensor when the sample gas is supplied are performed. Details of the evaluation determination process executed by the device control unit 15 will be described later.

試料ガス分析部17は、センサ反応部13のうち評価対象ガスセンサ設置部49の近傍における試料ガスに含まれる成分を分析し、評価対象ガスセンサ51に対して実際に供給される試料ガス成分の分析結果を装置制御部15に対して出力するよう構成されている。なお、装置制御部15は、試料ガス分析部17からの分析結果に基づき、評価対象ガスセンサ51に供給されている試料ガスの空燃比λの値がいくつに相当するのかを判定する。   The sample gas analysis unit 17 analyzes the components contained in the sample gas in the vicinity of the evaluation target gas sensor installation unit 49 in the sensor reaction unit 13 and analyzes the sample gas components actually supplied to the evaluation target gas sensor 51. Is output to the apparatus control unit 15. The apparatus control unit 15 determines how many values of the air-fuel ratio λ of the sample gas supplied to the evaluation target gas sensor 51 correspond to the analysis result from the sample gas analysis unit 17.

次に、評価対象ガスセンサ51の一例として、内燃機関の排気管等に装着されて排気ガス中の酸素を検出するガスセンサ101(酸素センサ101)について、図2を用いて説明する。なお、図2は、ガスセンサ101の全体構成を示す断面図である。また、図2に示すガスセンサ101のうち、図中の下側を「ガスセンサの先端側」として、図中の上側を「ガスセンサの後端側」として説明する。   Next, as an example of the evaluation target gas sensor 51, a gas sensor 101 (oxygen sensor 101) that is mounted on an exhaust pipe of an internal combustion engine and detects oxygen in the exhaust gas will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the gas sensor 101. Further, in the gas sensor 101 shown in FIG. 2, the lower side in the drawing is described as “the front end side of the gas sensor”, and the upper side in the drawing is described as “the rear end side of the gas sensor”.

図2に示すように、ガスセンサ101は、ジルコニア(ZrO2 )を主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質体により先端部が閉じた中空軸状に形成された検出素子102、検出素子102の内部に配置された軸状のセラミックヒータ103、検出素子102を収容するケーシング104などから構成されている。 As shown in FIG. 2, the gas sensor 101 includes a detection element 102 formed in a hollow shaft shape having a closed end with an oxygen ion conductive solid electrolyte mainly composed of zirconia (ZrO 2 ), and the inside of the detection element 102. A shaft-shaped ceramic heater 103 disposed in the casing, a casing 104 for housing the detection element 102, and the like.

検出素子102は、測定対象ガスを検出するための検出部125を先端部(図における下側端部)に備えると共に、検出部125にて検出される測定対象ガスに応じたガス検出信号を出力するための一対の信号出力電極(外側信号出力電極126および内側信号出力電極127)を備えて構成されている。なお、外側信号出力電極126および内側信号出力電極127は、例えば、PtあるいはPt合金により形成された多孔質電極として構成される。   The detection element 102 includes a detection unit 125 for detecting the measurement target gas at the distal end (lower end in the drawing) and outputs a gas detection signal corresponding to the measurement target gas detected by the detection unit 125. A pair of signal output electrodes (outer signal output electrode 126 and inner signal output electrode 127). The outer signal output electrode 126 and the inner signal output electrode 127 are configured as porous electrodes made of, for example, Pt or a Pt alloy.

セラミックヒータ103は、棒状形状に形成されると共に、内部に抵抗発熱線(図示せず)を有する発熱部142を備えており、ヒータ用リード線119,122を経て通電されることにより発熱部142が発熱して、検出素子102の先端部(検出部125)を加熱する。   The ceramic heater 103 is formed in a rod-like shape and includes a heat generating portion 142 having a resistance heat generating wire (not shown) inside. The heat generating portion 142 is energized through the heater lead wires 119 and 122. Generates heat and heats the tip (detection part 125) of the detection element 102.

ケーシング104は、検出素子102を保持すると共にその検出部125を排気管等の内部に突出させる主体金具105と、主体金具105の後端側開口部に接続される筒状形状の内筒部材114と、内筒部材114の後端側開口部に接続される筒状形状の外筒部材116と、を備えて構成されている。主体金具105、内筒部材114および外筒部材116が接続されてケーシング104が形成されると、ケーシング104の内部に、ガス検知(本実施形態では、酸素検知)に用いる基準ガス(大気)を蓄積するための基準ガス空間158(内部空間)が形成される。   The casing 104 holds the detection element 102 and causes the detection part 125 to protrude into the exhaust pipe or the like, and a cylindrical inner cylinder member 114 connected to the opening on the rear end side of the metal shell 105. And a cylindrical outer cylinder member 116 connected to the opening on the rear end side of the inner cylinder member 114. When the metal shell 105, the inner cylinder member 114, and the outer cylinder member 116 are connected to form the casing 104, a reference gas (atmosphere) used for gas detection (in this embodiment, oxygen detection) is introduced into the casing 104. A reference gas space 158 (internal space) for accumulation is formed.

素子用リード線120,121およびヒータ用リード線119,122は、シール部材111のシール部材リード線挿通孔117、セパレータ107のセパレータリード線挿通孔171を通じて、外部からケーシング104の内部に設けられる基準ガス空間158に向けて配設される。素子用リード線120は、素子外面固定金具143を経て、検出素子102の外側信号出力電極126と電気的に接続されている。他方の素子用リード線121は、素子内面固定金具144を経て検出素子102の内側信号出力電極127と電気的に接続されている。   The element lead wires 120 and 121 and the heater lead wires 119 and 122 are provided in the casing 104 from the outside through the seal member lead wire insertion hole 117 of the seal member 111 and the separator lead wire insertion hole 171 of the separator 107. It is arranged toward the gas space 158. The element lead wire 120 is electrically connected to the outer signal output electrode 126 of the detection element 102 via the element outer surface fixing bracket 143. The other element lead 121 is electrically connected to the inner signal output electrode 127 of the detection element 102 via the element inner surface fixing bracket 144.

このように構成されたガスセンサ101は、先端部が測定対象ガスに晒されると、測定対象ガス中の酸素濃度に応じたガス検出信号(センサ出力信号)を出力することにより、測定対象ガス中の酸素濃度を検出するよう構成されている。   The gas sensor 101 configured in this manner outputs a gas detection signal (sensor output signal) corresponding to the oxygen concentration in the measurement target gas when the tip portion is exposed to the measurement target gas, whereby the measurement target gas in the measurement target gas is output. It is configured to detect the oxygen concentration.

そのため、ガスセンサ101をガスセンサ評価装置1で評価する際には、ガスセンサ101の先端側が評価対象ガスセンサ設置部49から反応部ガス配管41の内部に配置される状態で、ガスセンサ101を評価対象ガスセンサ51としてセンサ反応部13に取り付けて試料ガスを供給することで、ガスセンサ101の評価を行う。   Therefore, when the gas sensor 101 is evaluated by the gas sensor evaluation apparatus 1, the gas sensor 101 is used as the evaluation target gas sensor 51 in a state where the front end side of the gas sensor 101 is disposed from the evaluation target gas sensor installation unit 49 to the inside of the reaction unit gas pipe 41. The gas sensor 101 is evaluated by being attached to the sensor reaction unit 13 and supplying the sample gas.

なお、ガスセンサ101の先端側が、特許請求の範囲に記載の検知部に相当する。
次に、装置制御部15が実行する評価判定処理の処理内容を表すフローチャートを図3に示すとともに、評価判定処理の処理内容について説明する。
In addition, the front end side of the gas sensor 101 corresponds to the detection unit described in the claims.
Next, a flowchart showing the processing contents of the evaluation determination process executed by the apparatus control unit 15 is shown in FIG. 3, and the processing contents of the evaluation determination process will be described.

評価判定処理が起動されると、まず、S110(Sはステップを表す。以下同様。)では、試料ガス供給部11および添加ガス供給部61に対してガス供給開始指令信号を出力する。これにより、試料ガス供給部11は、センサ反応部13に対してベースガス(第1ガス、第2ガス、水分)の供給を開始し、添加ガス供給部61は、センサ反応部13に対して添加ガス(還元性ガス成分または酸化性ガス成分)の供給を開始する。   When the evaluation determination process is started, first, in S110 (S represents a step. The same applies hereinafter), a gas supply start command signal is output to the sample gas supply unit 11 and the additive gas supply unit 61. Thereby, the sample gas supply unit 11 starts supplying the base gas (first gas, second gas, moisture) to the sensor reaction unit 13, and the additive gas supply unit 61 supplies the sensor reaction unit 13 to the sensor reaction unit 13. Supply of additional gas (reducing gas component or oxidizing gas component) is started.

なお、本実施形態では、評価対象ガスセンサ51に対する試料ガスのガス供給量は、60[L/min]に設定されている。
次のS120では、空燃比の変更に応じた試料ガスの成分制御を行うとともに評価対象ガスセンサ51のセンサ出力を検出し、試料ガスの空燃比に対するセンサ出力結果を装置制御部15の記憶部(メモリなど)に記憶することで、空燃比変化に対する評価対象ガスセンサ51のセンサ出力特性を検出する処理を行う。
In the present embodiment, the gas supply amount of the sample gas to the evaluation target gas sensor 51 is set to 60 [L / min].
In the next S120, the component control of the sample gas is performed in accordance with the change of the air-fuel ratio, the sensor output of the evaluation target gas sensor 51 is detected, and the sensor output result for the air-fuel ratio of the sample gas is stored in the storage unit (memory) of the apparatus control unit 15 Etc.), a process for detecting the sensor output characteristics of the gas sensor 51 to be evaluated with respect to the air-fuel ratio change is performed.

なお、S120では、還元性ガス成分と酸化性ガス成分とを一定の周期で交互に供給するように添加ガス供給部61を制御することで、リーン空燃比(λ=1.05)の排気ガスに相当するリーン添加ガスとリッチ空燃比(λ=0.95)の排気ガスに相当するリッチ添加ガスとを交互にベースガスに対して供給する処理を行う。   In S120, the additive gas supply unit 61 is controlled so as to alternately supply the reducing gas component and the oxidizing gas component at a constant period, thereby the exhaust gas having a lean air-fuel ratio (λ = 1.05). The lean additive gas corresponding to the above and the rich additive gas corresponding to the exhaust gas having the rich air-fuel ratio (λ = 0.95) are alternately supplied to the base gas.

次のS130では、試料ガス供給部11および添加ガス供給部61に対して、ガス供給停止指令信号を出力する。これにより、試料ガス供給部11は、センサ反応部13に対するベースガス(第1ガス、第2ガス、水分)の供給を停止し、添加ガス供給部61は、センサ反応部13に対する添加ガス(還元性ガス成分または酸化性ガス成分)の供給を停止する。   In the next S130, a gas supply stop command signal is output to the sample gas supply unit 11 and the additive gas supply unit 61. Thereby, the sample gas supply unit 11 stops the supply of the base gas (first gas, second gas, moisture) to the sensor reaction unit 13, and the additive gas supply unit 61 adds the additive gas (reduction gas) to the sensor reaction unit 13. Supply of the reactive gas component or oxidizing gas component).

続くS140では、S120で記憶したセンサ出力結果に基づいて、試料ガスの成分変化(空燃比変化)に対する評価対象ガスセンサ51のセンサ出力の応答遅れ時間を演算する処理を行う。なお、応答遅れ時間は、試料ガスの空燃比切替時期を起点として、ガスセンサのセンサ出力が変化する時点までの時間である。   In subsequent S140, based on the sensor output result stored in S120, a process of calculating a response delay time of the sensor output of the evaluation target gas sensor 51 with respect to a change in the component of the sample gas (a change in the air-fuel ratio) is performed. Note that the response delay time is the time until the sensor output of the gas sensor changes starting from the air-fuel ratio switching timing of the sample gas.

また、S140では、応答遅れ時間として、試料ガスの成分がリーンからリッチへ変化するときのリッチ変化応答遅れ時間と、試料ガスの成分がリッチからリーンへの変化に対するリーン変化応答遅れ時間と、をそれぞれ演算する処理を行う。   In S140, as the response delay time, a rich change response delay time when the sample gas component changes from lean to rich and a lean change response delay time with respect to the change of the sample gas component from rich to lean are: Perform processing to calculate each.

次のS150では、S140での演算結果である応答遅れ時間が正常判定基準範囲に含まれるか否かを判定しており、応答遅れ時間が正常判定基準範囲に含まれる場合(肯定判定する場合)にはS160に移行し、応答遅れ時間が正常判定基準範囲に含まれない場合(否定判定する場合)にはS170に移行する。   In the next S150, it is determined whether or not the response delay time, which is the calculation result in S140, is included in the normal determination reference range, and when the response delay time is included in the normal determination reference range (when an affirmative determination is made). When the response delay time is not included in the normal determination reference range (when negative determination is made), the process proceeds to S170.

このとき、リッチ変化応答遅れ時間およびリーン変化応答遅れ時間のそれぞれについて正常判定基準範囲に含まれるか否かの判定を行い、両方の応答遅れ時間が正常判定基準範囲に含まれる場合に肯定判定し、一方でも応答遅れ時間が正常判定基準範囲に含まれない場合には否定判定する。   At this time, it is determined whether each of the rich change response delay time and the lean change response delay time is included in the normal determination reference range, and an affirmative determination is made when both response delay times are included in the normal determination reference range. On the other hand, if the response delay time is not included in the normal determination reference range, a negative determination is made.

なお、正常判定基準範囲としては、試料ガスの成分がリーンからリッチへ変化するときのリッチ変化正常判定基準範囲と、試料ガスの成分がリッチからリーンへ変化するときのリーン変化正常判定基準範囲と、が予め設定されている。つまり、正常判定基準範囲は、あらかじめ実使用環境下で使用可能なガスセンサを用いてセンサ出力特性の実測データを採取して、上述したリッチ変化応答遅れ時間およびリーン変化応答遅れ時間に相当する実測データを採取し、この実測データに基づいて設定されている。   The normal determination reference range includes a rich change normal determination reference range when the sample gas component changes from lean to rich, and a lean change normal determination reference range when the sample gas component changes from rich to lean. Are preset. In other words, the normal determination reference range is obtained by collecting measured data of sensor output characteristics using a gas sensor that can be used in an actual usage environment in advance, and measuring data corresponding to the rich change response delay time and the lean change response delay time described above. Is set based on the actual measurement data.

S150で肯定判定されてS160に移行すると、S160では評価対象ガスセンサ51が排気ガスセンサに適すると判定し、判定結果を外部に出力する。また、S150で否定判定されてS170に移行すると、S170では評価対象ガスセンサ51が排気ガスセンサに適さないと判定し、判定結果を外部に出力する。   When an affirmative determination is made in S150 and the process proceeds to S160, it is determined in S160 that the evaluation target gas sensor 51 is suitable for the exhaust gas sensor, and the determination result is output to the outside. If a negative determination is made in S150 and the process proceeds to S170, it is determined in S170 that the evaluation target gas sensor 51 is not suitable for the exhaust gas sensor, and the determination result is output to the outside.

なお、外部への判定結果の出力形態としては、LEDあるいは液晶表示ディスプレイなどからなる表示装置に判定結果を表示する出力形態や、プリンタなどの印刷装置により印刷媒体(記録紙など)に判定結果を印字する出力形態や、スピーカなどの音声出力装置により判定結果を音声出力する出力形態などを採ることができる。   As an output form of the determination result to the outside, an output form for displaying the determination result on a display device such as an LED or a liquid crystal display or a determination result on a print medium (recording paper or the like) by a printing device such as a printer. It is possible to adopt an output form for printing, an output form for outputting the determination result as a sound by a sound output device such as a speaker, and the like.

S160またはS170での処理が終了すると、評価判定処理が終了する。
以上説明したように、本実施形態のガスセンサ評価装置1は、反応部ガス配管41のガス流路のうち第1ガス導入部45の形成位置における断面積よりも、評価対象ガスセンサ設置部49の形成位置における断面積が小さく形成されている。このことから、ガス流路のうち評価対象ガスセンサ設置部49の形成位置における試料ガスの流速は、ベースガスの供給位置である第1ガス導入部45における試料ガスの流速に比べて速くなる。
When the process in S160 or S170 ends, the evaluation determination process ends.
As described above, the gas sensor evaluation apparatus 1 according to the present embodiment forms the evaluation target gas sensor installation unit 49 rather than the cross-sectional area at the formation position of the first gas introduction unit 45 in the gas flow path of the reaction unit gas pipe 41. The cross-sectional area at the position is small. Accordingly, the flow rate of the sample gas at the formation position of the evaluation target gas sensor installation portion 49 in the gas flow path is faster than the flow velocity of the sample gas in the first gas introduction portion 45 that is the supply position of the base gas.

これにより、評価対象ガスセンサ51に接触する試料ガスの流速を実使用環境での流速に近づけることができ、実使用環境に近い条件下でガスセンサのセンサ出力を検出することができる。   Thereby, the flow velocity of the sample gas contacting the evaluation target gas sensor 51 can be made close to the flow velocity in the actual use environment, and the sensor output of the gas sensor can be detected under conditions close to the actual use environment.

また、添加ガス供給部61は、ガス用インジェクタ67により添加ガス(リッチ添加ガスまたはリーン添加ガス)を噴射して、リーン添加ガス供給経路69またはリッチ添加ガス供給経路71を介して、反応部ガス配管41に対して添加ガスを供給する。   In addition, the additive gas supply unit 61 injects an additive gas (rich additive gas or lean additive gas) by the gas injector 67, and then reacts through the lean additive gas supply path 69 or the rich additive gas supply path 71. An additive gas is supplied to the pipe 41.

なお、ガス用インジェクタ67は、液体用インジェクタと同様に、動作応答速度が速いことから、実使用環境と同等の条件を実現するために必要となる迅速な空燃比切替が可能である。また、ガス用インジェクタ67は、電磁弁と同様に、単位時間あたりのガス供給量が多いことから、実使用環境と同等の条件を実現するために必要となる単位時間あたりのガス供給量を供給することができ、少なくとも0.5[L/min]以上の割合で添加ガス(リッチ添加ガスまたはリーン添加ガス)を供給する。   Since the gas injector 67 has a fast operation response speed like the liquid injector, it is possible to perform rapid air-fuel ratio switching necessary to realize the same conditions as the actual use environment. In addition, the gas injector 67 supplies a gas supply amount per unit time which is necessary for realizing the same conditions as the actual use environment because the gas supply amount per unit time is large like the solenoid valve. The additive gas (rich additive gas or lean additive gas) is supplied at a rate of at least 0.5 [L / min] or more.

つまり、添加ガス供給部61は、単位時間あたりのガス供給量および空燃比切替速度について、実使用環境と同等の条件を実現するために必要となる単位時間あたりのガス供給量を供給できると共に、使用環境と同等の条件を実現するために必要となる動作応答速度での試料ガスの空燃比切替が可能となる。   That is, the additive gas supply unit 61 can supply the gas supply amount per unit time necessary for realizing the same conditions as the actual use environment for the gas supply amount per unit time and the air-fuel ratio switching speed, It is possible to switch the air-fuel ratio of the sample gas at the operation response speed required to realize the same conditions as the usage environment.

よって、ガスセンサ評価装置1によれば、従来に比べてガス流速が大きいことから、実際のセンサの使用環境と同等の条件のガス流速で試料ガスを評価対象ガスセンサ51に接触させることができ、実使用環境と同等の条件下で評価対象ガスセンサ51の評価を実施することができる。   Therefore, according to the gas sensor evaluation apparatus 1, since the gas flow rate is larger than the conventional one, the sample gas can be brought into contact with the evaluation target gas sensor 51 at the gas flow rate under the same conditions as the actual sensor usage environment. The evaluation target gas sensor 51 can be evaluated under conditions equivalent to the usage environment.

ここで、ガス流速を2パターン(ガス流速:小、ガス流速:大)に設定した場合のそれぞれについて、試料ガスの空燃比切替に対するガスセンサのセンサ出力を測定した測定結果を、図4に示す。なお、図4では、試料ガスの空燃比を設定するための指令信号をインジェクタ信号として表している。   Here, FIG. 4 shows the measurement results obtained by measuring the sensor output of the gas sensor with respect to the air-fuel ratio switching of the sample gas when the gas flow rate is set to two patterns (gas flow rate: small, gas flow rate: large). In FIG. 4, a command signal for setting the air-fuel ratio of the sample gas is represented as an injector signal.

測定結果によれば、インジェクタ信号の切替タイミングからセンサ出力が応答するまでの応答遅れ時間に関して、ガス流速が小さい場合よりもガス流速が大きい場合の方が、応答遅れ時間が小さくなることが判る。また、ガス流速を大きく設定することで、空燃比切替タイミングから次の空燃比切替タイミングまでの時間間隔を短くすることができる。   According to the measurement results, it can be seen that the response delay time from the switching timing of the injector signal to the response of the sensor output is smaller when the gas flow velocity is larger than when the gas flow velocity is small. In addition, by setting the gas flow rate large, the time interval from the air-fuel ratio switching timing to the next air-fuel ratio switching timing can be shortened.

つまり、ガス流速を大きく設定することで、応答遅れ時間を短縮できるため、評価対象ガスセンサに対し空燃比切替後の試料ガスを速やかに接触させることができ、また、空燃比切替タイミング間の時間間隔を短縮することで、空燃比が急変する環境を実現することができる。   In other words, since the response delay time can be shortened by setting the gas flow rate large, the sample gas after the air-fuel ratio switching can be brought into rapid contact with the gas sensor to be evaluated, and the time interval between the air-fuel ratio switching timings By shortening, it is possible to realize an environment where the air-fuel ratio changes suddenly.

よって、ガスセンサ評価装置1は、従来に比べて、応答遅れ時間を短縮できるとともに、空燃比切替タイミング間の時間間隔を短縮できることから、空燃比が急変する用途のガスセンサについて、空燃比変化に対する応答性を評価することが可能となる。   Therefore, the gas sensor evaluation apparatus 1 can shorten the response delay time and shorten the time interval between the air-fuel ratio switching timings as compared with the conventional case. Therefore, the gas sensor for applications in which the air-fuel ratio changes suddenly is responsive to changes in the air-fuel ratio. Can be evaluated.

また、ガスセンサ評価装置1は、リッチ添加ガスまたはリーン添加ガスを加熱する添加ガス加熱部77を備えている。
このように、添加ガス加熱部77を備えることで、評価対象ガスセンサ51の活性化温度に比べて添加ガス(リッチ添加ガスまたはリーン添加ガス)の温度が著しく低くなるのを防止でき、添加ガスの影響による試料ガスの温度低下を防止できる。この結果、評価対象ガスセンサ51に接触する試料ガスの温度が低いことに起因して、評価対象ガスセンサ51の温度が大幅に低下するのを防止できる。
In addition, the gas sensor evaluation apparatus 1 includes an additive gas heating unit 77 that heats the rich additive gas or the lean additive gas.
Thus, by providing the additive gas heating unit 77, the temperature of the additive gas (rich additive gas or lean additive gas) can be prevented from becoming significantly lower than the activation temperature of the evaluation target gas sensor 51. The temperature drop of the sample gas due to the influence can be prevented. As a result, it is possible to prevent the temperature of the evaluation target gas sensor 51 from greatly decreasing due to the low temperature of the sample gas that contacts the evaluation target gas sensor 51.

よって、ガスセンサ評価装置1によれば、試料ガスの温度低下に伴い評価対象ガスセンサ51の活性化状態が不良となるのを防止でき、評価対象ガスセンサ51を適切に評価することができる。   Therefore, according to the gas sensor evaluation apparatus 1, it is possible to prevent the activation state of the evaluation target gas sensor 51 from becoming defective as the temperature of the sample gas decreases, and the evaluation target gas sensor 51 can be appropriately evaluated.

また、反応部ガス配管41の添加ガス導入部48は、評価対象ガスセンサ設置部49に近い位置に形成されている。このため、添加ガス(リッチ添加ガスまたはリーン添加ガス)の切替によって試料ガスの空燃比(リッチ、リーン)切替を行う際に、切り替え後の添加ガスが添加された試料ガスが評価対象ガスセンサに到達するまでの時間を短縮することができる。   Further, the additive gas introduction part 48 of the reaction part gas pipe 41 is formed at a position close to the evaluation target gas sensor installation part 49. For this reason, when the air / fuel ratio (rich, lean) of the sample gas is switched by switching the additive gas (rich additive gas or lean additive gas), the sample gas to which the additive gas after switching has been added reaches the gas sensor to be evaluated. The time until it can be shortened.

これにより、評価対象ガスセンサに接触させる試料ガスの空燃比切替(リッチ・リーンの切替)を非常に速く実行できることから、空燃比が急変する用途のガスセンサについて、空燃比変化に対する応答性を評価することが可能となる。   As a result, the air-fuel ratio switching (rich / lean switching) of the sample gas brought into contact with the gas sensor to be evaluated can be executed very quickly, so that the gas sensor for applications in which the air-fuel ratio changes suddenly is evaluated for the response to the air-fuel ratio change. Is possible.

なお、本実施形態のガスセンサ評価装置1においては、反応部ガス配管41が特許請求の範囲に記載のガス流路形成部に相当し、評価対象ガスセンサ設置部49がセンサ取付部に相当し、試料ガス供給部11がベースガス供給手段に相当し、添加ガス供給部61が添加ガス供給手段に相当し、添加ガス加熱部77が添加ガス加熱手段に相当する。   In the gas sensor evaluation apparatus 1 of the present embodiment, the reaction part gas pipe 41 corresponds to the gas flow path forming part described in the claims, the evaluation target gas sensor installation part 49 corresponds to the sensor attachment part, and the sample The gas supply unit 11 corresponds to a base gas supply unit, the additive gas supply unit 61 corresponds to an additive gas supply unit, and the additive gas heating unit 77 corresponds to an additive gas heating unit.

ここで、上記実施形態のガスセンサ評価装置1において、反応部ガス配管41を取り替えて、ガス流路のうち評価対象ガスセンサ設置部49の形成位置における断面積を変更することにより、断面積の変化に対する評価対象ガスセンサ設置部49の形成位置における試料ガスのガス流速の変化を測定した測定結果について説明する。   Here, in the gas sensor evaluation apparatus 1 of the above embodiment, the reaction part gas pipe 41 is replaced, and the cross-sectional area at the position where the evaluation target gas sensor installation part 49 is formed in the gas flow path is changed. A measurement result obtained by measuring a change in the gas flow rate of the sample gas at the formation position of the evaluation target gas sensor installation portion 49 will be described.

図5に、ガス流路のうち評価対象ガスセンサ設置部49の形成位置における内径寸法(ガス管内直径)の変化に対する試料ガスのガス流速の変化を測定した測定結果を示す。
なお、測定は、評価対象ガスセンサ51に接触する試料ガスの温度を一定(450[℃])とし、単位時間あたりの試料ガス供給量を3パターン(40[L/min]、50[L/min]、60[L/min])に設定して、それぞれのガス流速を検出することで実施した。
FIG. 5 shows a measurement result obtained by measuring the change in the gas flow rate of the sample gas with respect to the change in the inner diameter dimension (diameter in the gas pipe) at the formation position of the evaluation target gas sensor installation portion 49 in the gas flow path.
In the measurement, the temperature of the sample gas in contact with the evaluation target gas sensor 51 is constant (450 [° C.]), and the sample gas supply amount per unit time is 3 patterns (40 [L / min], 50 [L / min]. , 60 [L / min]) and detecting each gas flow rate.

測定結果によれば、ガス供給量が60[L/min]で、ガス管内直径が30[mm]以下である場合には、ガス流速が2.5[m/sec]以上となることが判る。また、上記実施形態のガスセンサ評価装置1は、ガス供給量が60[L/min]で、ガス管内直径が20[mm]であることから、ガス流速が7.5[m/sec]程度となる。   According to the measurement result, when the gas supply amount is 60 [L / min] and the gas pipe diameter is 30 [mm] or less, the gas flow rate is 2.5 [m / sec] or more. . Moreover, since the gas supply amount is 60 [L / min] and the gas pipe inner diameter is 20 [mm], the gas sensor evaluation apparatus 1 of the above embodiment has a gas flow rate of about 7.5 [m / sec]. Become.

なお、実使用環境としては、例えば、内燃機関の回転速度が1000[rpm]であるときの排気ガスのガス流速は、約8.0[m/sec]であり、上記実施形態のガスセンサ評価装置1は、回転速度が1000[rpm]であるときの内燃機関の排気ガスと同等のガス流速を実現できる。   As an actual use environment, for example, when the rotational speed of the internal combustion engine is 1000 [rpm], the gas flow rate of the exhaust gas is about 8.0 [m / sec], and the gas sensor evaluation apparatus of the above embodiment is used. 1 can realize a gas flow rate equivalent to the exhaust gas of the internal combustion engine when the rotational speed is 1000 [rpm].

また、従来のガスセンサ評価装置は、一般に、ガス管内直径が40[mm]以上に設定されると共に、ガス供給量は最大で40[L/min]であることから、ガス流速が1.2[m/sec]程度となる。   Further, in the conventional gas sensor evaluation apparatus, the gas pipe inner diameter is generally set to 40 [mm] or more and the gas supply amount is 40 [L / min] at the maximum, so that the gas flow rate is 1.2 [ m / sec].

これより、本実施形態のガスセンサ評価装置1は、従来のガスセンサ評価装置にくらべて、ガス流速が大幅に増大しており、実使用環境に近い条件下でガスセンサのセンサ出力を検出し、検出したセンサ出力に基づいてガスセンサを評価できることが判る。   As a result, the gas sensor evaluation apparatus 1 of the present embodiment detects the sensor output of the gas sensor under conditions close to the actual use environment, because the gas flow rate is significantly increased compared to the conventional gas sensor evaluation apparatus. It can be seen that the gas sensor can be evaluated based on the sensor output.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、種々の態様をとることができる。
例えば、反応部ガス配管41のガス流路のうち評価対象ガスセンサ設置部49の形成位置における断面形状は、円形状に限られることはなく、楕円形状や多角形形状などであってもよい。また、ガス流路の断面形状が円形状である場合には、その直径寸法は2.0[cm]の円形状に限られることはなく、直径3.0[cm]以下であればよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It can take a various aspect.
For example, the cross-sectional shape at the formation position of the evaluation target gas sensor installation unit 49 in the gas flow path of the reaction unit gas pipe 41 is not limited to a circular shape, and may be an elliptical shape or a polygonal shape. Moreover, when the cross-sectional shape of a gas flow path is circular, the diameter dimension is not restricted to the circular shape of 2.0 [cm], What is necessary is just a diameter of 3.0 [cm] or less.

また、評価対象ガスセンサへの試料ガスのガス供給量は、60[L/min]に限られることはなく、実使用環境と同等の条件を実現するために必要となる単位時間あたりのガス供給量であればよい。例えば、反応部ガス配管41のガス流路のうち評価対象ガスセンサ設置部49の形成位置における断面積を小さく設定することで、評価対象ガスセンサへの試料ガスのガス供給量を40[L/min]に設定した場合であっても、実使用環境と同等の条件を実現することは可能である。   Further, the gas supply amount of the sample gas to the gas sensor to be evaluated is not limited to 60 [L / min], and the gas supply amount per unit time required to realize the same conditions as the actual use environment If it is. For example, the gas supply amount of the sample gas to the evaluation target gas sensor is set to 40 [L / min] by setting the cross-sectional area at the formation position of the evaluation target gas sensor installation portion 49 in the gas flow path of the reaction part gas pipe 41 to be small. Even if it is set to, it is possible to realize the same conditions as the actual use environment.

なお、添加ガスの供給量は、少なくとも0.5[L/min]以上(より好ましくは、1.0[L/min]以上)に設定することで、試料ガスの空燃比切替を適切に実行することができる。   The supply amount of the additive gas is set to at least 0.5 [L / min] or more (more preferably, 1.0 [L / min] or more), so that the air-fuel ratio of the sample gas is appropriately switched. can do.

さらに、評価対象となるガスセンサは、上述したガスセンサ101に限られることはなく、例えば、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層の表裏面に検知電極と基準電極とを設けた素子部を少なくとも有する板状の検出素子を備えたガスセンサや、チタニア(TiO2 )等の半導体性の金属酸化物からなるガス検出部を有する検出素子を備えたガスセンサであっても良い。 Further, the gas sensor to be evaluated is not limited to the above-described gas sensor 101. For example, a plate having at least an element portion in which a detection electrode and a reference electrode are provided on the front and back surfaces of a solid electrolyte layer having oxygen ion conductivity. It may be a gas sensor provided with a gas-like detection element, or a gas sensor provided with a detection element having a gas detection part made of a semiconductive metal oxide such as titania (TiO 2 ).

ガスセンサ評価装置の概略構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows schematic structure of a gas sensor evaluation apparatus. ガスセンサの全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of a gas sensor. 評価判定処理の処理内容を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the processing content of an evaluation determination process. ガス流速を2パターン(ガス流速:小、ガス流速:大)に設定した場合のそれぞれについて、試料ガスの空燃比切替に対するガスセンサのセンサ出力を測定した測定結果である。It is the measurement result which measured the sensor output of the gas sensor with respect to the air-fuel ratio switching of sample gas about each when the gas flow rate is set to 2 patterns (gas flow rate: small, gas flow rate: large). ガス流路のうち評価対象ガスセンサ設置部の形成位置における内径寸法(ガス管内直径)の変化に対する試料ガスのガス流速の変化を測定した測定結果である。It is the measurement result which measured the change of the gas flow rate of sample gas with respect to the change of the internal-diameter dimension (diameter in a gas pipe) in the formation position of the evaluation object gas sensor installation part among gas flow paths.

符号の説明Explanation of symbols

1…ガスセンサ評価装置、11…試料ガス供給部、13…センサ反応部、15…装置制御部、17…試料ガス分析部、23…流量調整部、41…反応部ガス配管、48…添加ガス導入部、49…評価対象ガスセンサ設置部、51…評価対象ガスセンサ、61…添加ガス供給部、67…ガス用インジェクタ、73…リーン添加成分導入部、75…リッチ添加
成分導入部、77…添加ガス加熱部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas sensor evaluation apparatus, 11 ... Sample gas supply part, 13 ... Sensor reaction part, 15 ... Apparatus control part, 17 ... Sample gas analysis part, 23 ... Flow volume adjustment part, 41 ... Reaction part gas piping, 48 ... Addition gas introduction 49: Evaluation object gas sensor installation part, 51 ... Evaluation object gas sensor, 61 ... Additive gas supply part, 67 ... Injector for gas, 73 ... Lean additive component introduction part, 75 ... Rich additive component introduction part, 77 ... Additive gas heating Department.

Claims (3)

内燃機関の排気ガスに含まれる特定成分を検出するガスセンサについて、少なくとも前記特定成分を含む試料ガスに対するセンサ出力特性に基づき前記ガスセンサを評価するガスセンサ評価装置であって、
前記試料ガスのガス流路を有すると共に、前記ガスセンサの検知部が前記ガス流路に配置される状態で前記ガスセンサが取り付けられるセンサ取付部を有するガス流路形成部と、
ベースガスを、前記試料ガスとして前記ガス流路形成部に供給するベースガス供給手段と、
前記ガス流路形成部に流れる前記ベースガスに対して、還元性雰囲気のリッチ添加ガスと酸化性雰囲気のリーン添加ガスとを一定の周期で交互に供給する添加ガス供給手段と、
を備えており、
前記ガス流路形成部は、前記ガス流路のうち前記ベースガスの供給位置における断面積よりも前記センサ取付部の形成位置における断面積が小さく形成されており、
前記添加ガス供給手段は、ガス用インジェクタを備え、前記ガス用インジェクタにより0.5[L/min]以上の割合で前記リッチ添加ガスまたは前記リーン添加ガスを供給すること、
を特徴とするガスセンサ評価装置。
A gas sensor evaluation apparatus for evaluating a gas sensor for detecting a specific component contained in exhaust gas of an internal combustion engine based on a sensor output characteristic for a sample gas containing at least the specific component,
A gas flow path forming part having a gas flow path for the sample gas and having a sensor mounting part to which the gas sensor is mounted in a state where the detection part of the gas sensor is disposed in the gas flow path;
Base gas supply means for supplying a base gas as the sample gas to the gas flow path forming unit;
An additive gas supply means for alternately supplying a rich additive gas in a reducing atmosphere and a lean additive gas in an oxidizing atmosphere with a constant period with respect to the base gas flowing in the gas flow path forming unit;
With
The gas flow path forming portion is formed so that a cross-sectional area at a position where the sensor mounting portion is formed is smaller than a cross-sectional area at the supply position of the base gas in the gas flow path,
The additive gas supply means includes a gas injector, and the rich additive gas or the lean additive gas is supplied by the gas injector at a rate of 0.5 [L / min] or more,
A gas sensor evaluation apparatus characterized by the above.
前記ガス流路形成部は、前記ガス流路のうち前記センサ取付部の断面が内径寸法3.0[cm]以下の円形に形成されていること、
を特徴とする請求項1に記載のガスセンサ評価装置。
The gas flow path forming portion is formed such that a cross section of the sensor mounting portion in the gas flow path is formed in a circular shape having an inner diameter of 3.0 [cm] or less.
The gas sensor evaluation apparatus according to claim 1.
前記リッチ添加ガスまたは前記リーン添加ガスを加熱する添加ガス加熱手段を備えること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のガスセンサ評価装置。
Comprising an additive gas heating means for heating the rich additive gas or the lean additive gas;
The gas sensor evaluation apparatus according to claim 1 or 2, wherein
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