JP2010210521A - ガス濃度検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被測定ガス中に露出される拡散抵抗層82と、拡散抵抗層82に覆われたセンサ電極92と、を備え、センサ電極92の表面におけるガス成分比率に応じた出力を発するセンサ1と、被測定ガスの一部を内部空間41,42内に隔離して酸素の汲み込みまたは汲み出しを行うポンプセル3と、該内部空間41,42内の被測定ガス中のガス成分比率に応じた出力を発するセンサセル5と、を備え、センサセル5の出力が所定値となるようにポンプセル3を作動させた場合のポンプセル3の電流値を被測定ガスのガス成分比率に応じた出力として取得するセンサ2と、を備え、センサ1のセンサ電流i1とセンサ2のセンサ電流i2との出力差iH2に基づいて、被測定ガス中の水素濃度を検出する。
【選択図】図1
Description
被測定ガス中に露出される抵抗層と、前記抵抗層に覆われた電極と、を備え、前記電極の表面におけるガス成分比率に応じた出力を発する第1センサと、
被測定ガスの一部をガス室内に隔離して酸素の汲み込みまたは汲み出しを行うポンプセルと、前記ガス室内の被測定ガス中のガス成分比率に応じた出力を発するセンサセルと、を備え、前記センサセルの出力が所定値となるように前記ポンプセルを作動させた場合の該ポンプセルの電流値を被測定ガスのガス成分比率に応じた出力として取得する第2センサと、
前記第1センサと前記第2センサの出力差に基づいて、被測定ガス中の水素濃度を検出する水素濃度検出手段と、
を備えることを特徴とする。
前記水素濃度検出手段は、被測定ガスの状態量に基づいて、前記出力差と前記水素濃度との関係を補正する補正手段を含むことを特徴とする。
前記補正手段は、被測定ガスの温度を取得する温度取得手段を更に備え、取得した温度が高いほど前記出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正を行うことを特徴とする。
前記補正手段は、被測定ガスの背圧を取得する背圧取得手段を更に備え、取得した背圧が多量であるほど、前記出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正を行うことを特徴とする。
前記第2センサは、前記ガス室内を前記センサセルの電極が露出している側と前記ポンプセルの電極が露出している側とに隔てる第2拡散層を含み、
前記センサセルの電極の表面に到達するガスの状態量が前記第1センサの電極の表面に到達するガスのそれと同等となるように、前記拡散層および前記第2拡散層のガス拡散特性がそれぞれ調整されていることを特徴とする。
前記第1センサと前記第2センサとは一体に形成されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載のガス濃度検出装置。
[実施の形態の構成]
先ず、図1を参照して、本実施の形態に係るガス濃度検出装置の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係るガス濃度検出装置10の構成を説明するための図である。より具体的には、図1(A)は、ガス濃度検出装置10の断面図である。また、図1(B)は、ガス濃度検出装置10を図1(A)中のBの方向から見た図である。図1に示すガス濃度検出装置10は、例えば、内燃機関(エンジン)から排出された排ガス中の水素成分(H2)の濃度を検出する水素濃度検出装置である。
(センサ1の動作原理)
先ず、センサ1の動作原理について説明する。センサ1は、所謂1セル方式の限界電流式の空燃比センサとして機能する。すなわち、拡散抵抗層82は、排気通路の内部で排気ガスに晒された状態で用いられる。そして、排気ガス中の各種成分は、拡散抵抗層82の表面に達した後、拡散によりそれらの内部を進行する。
次に、センサ2の動作原理について説明する。センサ2は、所謂2セル方式の限界電流式の空燃比センサとして機能する。すなわち、多孔質保護層81は、排気通路の内部で排気ガスに晒された状態で用いられる。上述したとおり、排気ガス中には、還元剤と酸化剤とが含まれている。そして、排気ガス中の各種成分は、多孔質保護層81の表面に達した後、拡散によりそれらの内部を進行し、ピンホール34を介して、第1内部空間41に導入される。この第1内部空間41に導入される排気ガス量は、多孔質保護層81およびピンホール34の拡散抵抗により決定される。
次に、本実施の形態のガス濃度検出装置10を用いた水素濃度検出原理について説明する。排気ガス中に含まれるH2成分は、他の成分に比して、特に、O2やNOxなどの酸化剤に比して、拡散速度が早いという特性を有している。このため、例えば、拡散抵抗層82の表面に、H2とO2とがバランスの取れた割合で存在していたとすれば、第1センサ電極92の表面には、H2がO2に比して多量に到達することとなる。
次に、図2乃至図4を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図2は、本実施の形態のガス濃度検出装置が排気ガスの空燃比およびH2濃度を検出するルーチンのフローチャートである。
2 センサ
3 ポンプセル
4 スペーサ
5 センサセル
6 スペーサ
7 ヒータ
9 センサセル
10 ガス濃度検出装置
31 固体電解質体
32 第1ポンプ電極
33 第2ポンプ電極
34 ピンホール
41 第1内部空間
42 第2内部空間
43 拡散抵抗層
51 固体電解質体
52 第1センサ電極
53 第2センサ電極
61 大気ダクト
71 ヒータ電極
72,73 絶縁層
81 多孔質保護層
82 拡散抵抗層
92 第1センサ電極
93 第2センサ電極
Claims (6)
- 被測定ガス中に露出される抵抗層と、前記抵抗層に覆われた電極と、を備え、前記電極の表面におけるガス成分比率に応じた出力を発する第1センサと、
被測定ガスの一部をガス室内に隔離して酸素の汲み込みまたは汲み出しを行うポンプセルと、前記ガス室内の被測定ガス中のガス成分比率に応じた出力を発するセンサセルと、を備え、前記センサセルの出力が所定値となるように前記ポンプセルを作動させた場合の該ポンプセルの電流値を被測定ガスのガス成分比率に応じた出力として取得する第2センサと、
前記第1センサと前記第2センサの出力差に基づいて、被測定ガス中の水素濃度を検出する水素濃度検出手段と、
を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。 - 前記水素濃度検出手段は、被測定ガスの状態量に基づいて、前記出力差と前記水素濃度との関係を補正する補正手段を含むことを特徴とする請求項1記載のガス濃度検出装置。
- 前記補正手段は、被測定ガスの温度を取得する温度取得手段を更に備え、取得した温度が高いほど前記出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正を行うことを特徴とする請求項2記載のガス濃度検出装置。
- 前記補正手段は、被測定ガスの背圧を取得する背圧取得手段を更に備え、取得した背圧が多量であるほど、前記出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正を行うことを特徴とする請求項2または3記載のガス濃度検出装置。
- 前記第2センサは、前記ガス室内を前記センサセルの電極が露出している側と前記ポンプセルの電極が露出している側とに隔てる第2拡散層を含み、
前記センサセルの電極の表面に到達するガスの状態量が前記第1センサの電極の表面に到達するガスのそれと同等となるように、前記拡散層および前記第2拡散層のガス拡散特性がそれぞれ調整されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載のガス濃度検出装置。 - 前記第1センサと前記第2センサとは一体に形成されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載のガス濃度検出装置。
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