JP2016014597A - ガス濃度測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】構成を簡素にでき、かつ製造コストを低減できるガス濃度測定システムを提供する。
【解決手段】ＮＯｘセンサ２と、温度制御部３と、算出部４とを備える。ＮＯｘセンサ２は、被測定ガス室２０と、センサセル２４ｓと、ガス導入部２６と、ヒータ２５とを備える。センサセル２４ｓは、ガス導入部２６における被測定ガスｇの温度が、還元反応よりも酸化反応の方が進行する第１温度域Ｔ１に属するように制御されたときと、酸化反応よりも還元反応の方が進行する第２温度域Ｔ２に属するように制御されたときとにおいて、それぞれ上記室内ＮＯｘ濃度ｃを測定する。算出部４は、被測定ガスｇの温度が第１温度域Ｔ１に属するときに測定された室内ＮＯｘ濃度ｃと、第２温度域Ｔ２に属するときに測定された室内ＮＯｘ濃度ｃとを用いて、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＯｘとＮＨ_３とを含有する被測定ガス中の、ＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度とをそれぞれ測定するガス濃度測定システムに関する。

近年、ＮＯｘとＮＨ_３とを含有する被測定ガス中の、ＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度とをそれぞれ測定するガス濃度測定システムが開発されている。このガス濃度測定システムは、例えば、尿素ＳＣＲシステムを搭載する車両に用いられる。尿素ＳＣＲシステムは、ＮＯｘを含む排気ガスに尿素水を噴射し、この尿素水から発生したＮＨ_３とＮＯｘとを化学反応させることにより、ＮＯｘを無害なＮ_２やＨ_２Ｏ等に変化させるシステムである。尿素ＳＣＲシステムによって処理された排気ガスには、反応しきれなかったＮＯｘとＮＨ_３とが含まれる。そのため、上記ガス濃度測定システムを用いて、排気ガス（被測定ガス）に含まれるＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度とを測定し、これらの測定結果を、尿素水の噴射量等の制御に利用することが検討されている。

上記ガス濃度測定システムとして、例えば、酸化触媒と脱硝触媒との、２種類の触媒を用いるものが知られている（下記特許文献１参照）。このガス濃度測定システムでは、被測定ガスを上記酸化触媒に接触させることにより、ＮＨ_３を酸化してＮＯにする反応（酸化反応）を生じさせ、この酸化反応が生じた後の被測定ガスに含まれるＮＯｘの濃度を、ＮＯｘセンサによって測定する。また、被測定ガスを上記脱硝触媒に接触させることにより、ＮＨ_３とＮＯｘとを反応（還元反応）させ、この還元反応が生じた後の被測定ガスに含まれるＮＯｘの濃度を、ＮＯｘセンサによって測定する。そして、得られた２つの濃度測定値を用いて、被測定ガスに元々含まれるＮＯｘの濃度（本来ＮＯｘ濃度）と、ＮＨ_３濃度とを算出する。
つまり、上記ガス濃度測定システムでは、２種類の触媒を用いることにより、上記酸化反応と上記還元反応とを選択的に進行させ、その反応後のＮＯｘ濃度を測定することにより、上記本来ＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度とを算出している。

特許第３３３５８０２号公報

しかしながら、上記ガス濃度測定システムでは、２種類の触媒とＮＯｘセンサとが必要になるため、構成が複雑になりやすいという問題がある。また、触媒には、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ等の貴金属が用いられるため、ガス濃度測定システムの製造コストが上昇しやすい。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、構成を簡素にでき、かつ製造コストを低減できるガス濃度測定システムを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、ＮＯｘとＮＨ_３とを含有する被測定ガス中の、ＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度とを測定するガス濃度測定システムであって、
上記被測定ガスが導入される被測定ガス室と、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体の表面に電極を設けてなるセンサセルと、上記固体電解質体を加熱すると共に、上記被測定ガスをも加熱するヒータと、センサ外から上記被測定ガス室へ導入される上記被測定ガスの通路をなすガス導入部とを備え、上記センサセルによって、上記被測定ガス室内の上記ＮＯｘの濃度である室内ＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサと、
上記ガス導入部における上記被測定ガスの温度を制御する温度制御部と、
上記ガス導入部に導入される前における上記被測定ガス中の、上記ＮＯｘの濃度である本来ＮＯｘ濃度と、上記ＮＨ_３濃度とを算出する算出部とを備え、
上記センサセルは、上記温度制御部によって、上記ガス導入部における上記被測定ガスの温度が、上記ＮＨ_３とＮＯとが反応してＮ_２が発生する還元反応よりも上記ＮＨ_３が酸化して上記ＮＯになる酸化反応の方が進行する第１温度域に属するように制御されたときと、上記酸化反応よりも上記還元反応の方が進行する第２温度域に属するように制御されたときとにおいて、それぞれ上記室内ＮＯｘ濃度を測定し、
上記算出部は、被測定ガスの温度が上記第１温度域に属するときに測定された上記室内ＮＯｘ濃度と、上記第２温度域に属するときに測定された上記室内ＮＯｘ濃度とをそれぞれ用いて、上記本来ＮＯｘ濃度と上記ＮＨ_３濃度とを算出するよう構成されていることを特徴とするガス濃度測定システムにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ＮＯｘとＮＨ_３を含む被測定ガスには、上記酸化反応が主に進行する温度域（第１温度域）と、上記還元反応が主に進行する温度域（第２温度域）とがあることを見出した。

上記酸化反応と上記還元反応は、特に、上記ガス導入部において進行する。そのため、ガス導入部における被測定ガスの温度を、上記第１温度域または第２温度域に属するように制御すれば、酸化反応と還元反応とを選択的に進行させることができる。
したがって、従来のように、酸化反応と還元反応とを選択的に進めるために、貴金属製の触媒を用いる必要がなくなる。そのため、ガス濃度測定システムの構成を簡素にでき、かつ製造コストを低減することができる。
なお、上記算出部を用いて、上記本来ＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度とを算出する方法については、後述する。

以上のごとく、本発明によれば、構成を簡素にでき、かつ製造コストを低減できるガス濃度測定システムを提供することができる。

実施例１における、ＮＯｘセンサの断面図。 図１のII-II断面図。 図１のIII-III断面図。 実施例１における、ガス濃度測定システムを、尿素ＳＣＲシステムと共に描いた概念図。 実施例１における、ＮＨ_３の酸化反応と還元反応との、温度特性を表したグラフ。 実施例１における、ガス濃度測定システムのフローチャート。 実験例１における、ＮＯ_３濃度とＮＯ濃度との、測定値および理論値をグラフにしたもの。 実験例２における、ＮＯ_３濃度とＮＯ濃度との、測定値および理論値をグラフにしたもの。 実施例２における、ガス濃度測定システムを、尿素ＳＣＲシステムと共に描いた概念図。 実施例３における、ガス濃度測定システムのフローチャート。 実施例４における、ガス濃度測定システムの概念図。 実施例４における、ガス濃度測定システムのフローチャート。

上記ガス濃度測定システムは、尿素ＳＣＲシステムを搭載した車両に用いることができる。そして、上記ガス濃度測定システムを用いて、尿素ＳＣＲ触媒を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度とをそれぞれ測定するよう構成することができる。

（実施例１）
上記ガス濃度測定システムに係る実施例について、図１〜図６を用いて説明する。図１〜図３に示すごとく、本例のガス濃度測定システム１は、ＮＯｘセンサ２と、温度制御部３と、算出部４とを備える。

ＮＯｘセンサ２は、被測定ガス室２０と、センサセル２４ｓと、ガス導入部２６と、ヒータ２５とを備える。被測定ガス室２０には、被測定ガスｇが導入される。センサセル２４ｓは、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体２２の表面２２１に電極２３を設けたものである。ヒータ２５は、固体電解質体２２を加熱すると共に、被測定ガスｇをも加熱する。ガス導入部２６は、センサ外から被測定ガス室２０に導入される被測定ガスｇの通路をなしている。また、上記センサセル２４ｓによって、被測定ガス室２０内のＮＯｘの濃度である室内ＮＯｘ濃度ｃを測定するよう構成されている。

算出部４は、ガス導入部２６に導入される前における被測定ガスｇ中の、ＮＯｘの濃度である本来ＮＯｘ濃度ａと、ＮＨ_３濃度ｂとを算出する。

センサセル２４ｓは、温度制御部３によって、ガス導入部２６における被測定ガスｇの温度が、ＮＨ_３とＮＯとが反応してＮ_２が発生する還元反応よりもＮＨ_３が酸化してＮＯになる酸化反応の方が進行する第１温度域Ｔ１（図５参照）に属するように制御されたときと、酸化反応よりも還元反応の方が進行する第２温度域Ｔ２に属するように制御されたときとにおいて、それぞれ上記室内ＮＯｘ濃度ｃを測定する。

算出部４は、被測定ガスｇの温度が第１温度域Ｔ１に属するときに測定された室内ＮＯｘ濃度ｃと、第２温度域Ｔ２に属するときに測定された室内ＮＯｘ濃度ｃとを用いて、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとを算出する。

本例のガス濃度測定システム１は、尿素ＳＣＲシステム１０（図４参照）を備える車両に搭載される。上記ガス濃度測定システム１は、尿素ＳＣＲ触媒１１を通過した排気ガス（被測定ガスｇ）中の本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとをそれぞれ測定するために用いられる。

センサセル２４ｓは、被測定ガスｇの温度が第１温度域Ｔ１に属するときには、後述するように、上記室内ＮＯｘ濃度ｃを、上記本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとの合計濃度ｃ１として測定することになる。また、被測定ガスｇの温度が第１温度域Ｔ２に属するときには、上記室内ＮＯｘ濃度ｃを、上記本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとの差分の濃度である差分濃度ｃ２として測定することになる。上記算出部４は、上記合計濃度ｃ１と差分濃度ｃ２を用いて、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとを算出している。

図５に示すごとく、ＮＨ_３とＮＯｘを含有する被測定ガスｇ中のＮＨ_３は、第１温度域Ｔ１において、その殆どがＮＯに変化する。これは、第１温度域Ｔ１において下記の酸化反応が主に進行するためである。
４ＮＨ_３＋５Ｏ_２→４ＮＯ＋６Ｈ_２Ｏ ・・・（化１）
また、被測定ガスｇ中のＮＨ_３は、第２温度域Ｔ２において、その殆どがＮ_２に変化する。これは、第２温度域Ｔ２において、下記の還元反応が主に進行するためである。
４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ ・・・（化２）
なお、上記酸化反応と還元反応は、上記ガス導入部２６において進行する。

酸化反応が主に進行する場合は、ＮＨ_３がＮＯになるため、被測定ガス室２０内のＮＯｘ濃度（室内ＮＯｘ濃度ｃ）は、被測定ガスｇに元々含まれるＮＯｘの濃度である本来ＮＯｘ濃度ａと、ＮＨ_３が酸化して発生したＮＯの濃度（ＮＨ_３由来ＮＯ濃度）との合計濃度ｃ１になる。そのため、下記式が成立する。
室内ＮＯｘ濃度ｃ＝合計濃度ｃ１＝本来ＮＯｘ濃度ａ＋ＮＨ_３由来ＮＯ濃度

ここで、ＮＨ_３由来ＮＯ濃度はＮＨ_３濃度ｂと等しいため、上記式は、以下のように書き換えることができる。
室内ＮＯｘ濃度ｃ＝合計濃度ｃ１＝本来ＮＯｘ濃度ａ＋ＮＨ_３濃度ｂ
すなわち、
ｃ＝ｃ１＝ａ＋ｂ ・・・（数１）
が成立する。

また、還元反応が主に進行する場合は、ＮＨ_３とＮＯが反応してＮ_２になる。Ｎ_２はセンサセル２４ｓによって測定されない。そのためセンサセル２４ｓは、上記室内ＮＯｘ濃度ｃを、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとの差分濃度ｃ２として測定することになる。ここで、本来ＮＯｘ濃度ａ＞ＮＨ_３濃度ｂの場合は、ＮＯｘの一部がＮＨ_３によって消費されるため、下記式が成立する。
室内ＮＯｘ濃度ｃ＝差分濃度ｃ２＝本来ＮＯｘ濃度ａ−ＮＨ_３濃度ｂ
すなわち、
ｃ＝ｃ２＝ａ−ｂ ・・・（数２）
が成立する。

また、本来ＮＯｘ濃度ａ＜ＮＨ_３濃度ｂの場合は、ＮＨ_３の一部がＮＯｘによって消費される。そして、残余のＮＨ_３が酸化されてＮＯになる。したがって、下記式が成立する。
室内ＮＯｘ濃度ｃ＝差分濃度ｃ２＝−本来ＮＯｘ濃度ａ＋ＮＨ_３濃度ｂ
すなわち、
ｃ＝ｃ２＝−ａ＋ｂ ・・・（数３）
が成立する。

本来ＮＯｘ濃度ａ＞ＮＨ_３濃度ｂの場合は、上記数式１と数式２から、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂは、下記式によって算出できることが分かる。
ａ＝（ｃ１＋ｃ２）／２
ｂ＝（ｃ１−ｃ２）／２
・・・（数４）

また、本来ＮＯｘ濃度ａ＜ＮＨ_３濃度ｂの場合は、上記数式１と数式３から、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂは、下記式によって算出できることが分かる。
ａ＝（ｃ１−ｃ２）／２
ｂ＝（ｃ１＋ｃ２）／２
・・・（数５）

後述する尿素ＳＣＲシステム１０（図４参照）において、尿素水１２を噴射している場合は、ＮＨ_３の量が増加する。そのため本例では、この場合は、本来ＮＯｘ濃度ａ＜ＮＨ_３濃度ｂと判断し、上記数式５を用いて、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂを算出する。また、尿素ＳＣＲシステム１０において、尿素水１２を噴射していない場合は、ＮＨ_３の量が少ないため、本来ＮＯｘ濃度ａ＞ＮＨ_３濃度ｂと判断し、上記数式４を用いて、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂを算出する。

次に、ＮＯｘセンサ２の構造について説明する。図１に示すごとく、ＮＯｘセンサ２は、上記被測定ガス室２０の他に、大気等の基準ガスが導入される基準ガス室２１を備える。基準ガス室２１と被測定ガス室２０との間に、上記固体電解質体２２が介在している。固体電解質体２２は、例えばジルコニアからなる。

図１〜図３に示すごとく、固体電解質体２２の表面２２１，２２２には、複数の電極２３が形成されている。電極２３には、固体電解質体２２の、被測定ガス室２０側の表面２２１に形成されたポンプ電極２３ｐ、センサ電極２３ｓ、モニタ電極２３ｍと、固体電解質体２２の、基準ガス室２１側の主面２２２に形成された基準電極２３ｂとがある。ポンプ電極２３ｐとモニタ電極２３ｍは、例えばＰｔ−Ａｕ合金からなる。また、センサ電極２３ｓは、例えばＰｔ−Ｒｈ合金からなる。基準電極２３ｂは、例えばＰｔからなる。

基準電極２３ｂと固体電解質体２２とポンプ電極２３ｐとにより、被測定ガス室２０内の酸素濃度を低減するためのポンプセル２４ｐが形成されている。また、基準電極２３ｂと固体電解質体２２とセンサ電極２３ｓとによって、上記センサセル２４ｓが形成されている。基準電極２３ｂと固体電解質体２２とモニタ電極２３ｍとによって、モニタセル２４ｍが形成されている。

また、本例のＮＯｘセンサ２は、ガス導入部２６を備える。ガス導入部２６は、例えば多孔質のアルミナ等からなる。被測定ガスｇは、センサ外から、ガス導入部２６を通って、被測定ガス室２０へ導入される。ガス導入部２６は、被測定ガスｇの流速を制限するために設けられている。

次に、ＮＯｘセンサ２によってＮＯｘ濃度を測定する原理について説明する。被測定ガス室２０に導入された被測定ガスｇには、Ｏ_２が含まれる。そのため、ＮＯｘ濃度を測定するにあたって、まず、ポンプセル２４ｓを用いて、このＯ_２を除去する。すなわち、ポンプ電極２３ｐにおいてＯ_２を分解して酸素イオンにし、この酸素イオンを、固体電解質体２２を介して基準ガス室２１側に排出する。これにより、被測定ガス室２０内の酸素濃度を低減させる。

次いで、ポンプセル２４ｐによって除去しきれなかったＯ_２の濃度を、モニタセル２４ｍを用いて測定する。すなわち、モニタ電極２３ｍにおいてＯ_２を分解して酸素イオンにし、この酸素イオンを、固体電解質体２２を介して基準ガス室２１側に排出する。このときに流れる電流を測定することにより、残留Ｏ_２濃度を測定する。

また、ポンプセル２４ｐによってＯ_２を除去した後の被測定ガスｇに含まれるＮＯｘの濃度を、センサセル２４ｓを用いて測定する。すなわち、センサ電極２３ｓにおいてＮＯｘを分解して酸素イオンを発生させ、この酸素イオンを、固体電解質体２２を通して、基準ガス室２１側に排出する。この際、被測定ガスｇに残留するＯ_２が分解して酸素イオンになり、固体電解質体２２を流れる。そのため、ポンプセル２４ｓに流れる電流を測定すると、室内ＮＯｘ濃度ｃと残留Ｏ_２濃度との合計の濃度が求まる。この濃度から、モニタセル２４ｍによって測定した残留Ｏ_２濃度を減算することにより、室内ＮＯｘ濃度ｃを算出する。

次に、ＮＯｘセンサ２を取り付ける位置について説明する。図４に示すごとく、本例のＮＯｘセンサ２は、車両の排ガス管１３に取り付けられる。排ガス管１３には、尿素ＳＣＲシステム１０が設けられている。尿素ＳＣＲシステム１０は、尿素ＳＣＲ触媒１１と、尿素水噴射弁１４とから構成されている。尿素ＳＣＲ触媒１１の下流に、ＮＯｘセンサ２が取り付けられている。

尿素ＳＣＲシステム１０では、尿素水噴射弁１４から被測定ガスｇ（排気ガス）に尿素水１２を噴射する。尿素水１２に含まれる尿素が分解し、ＮＨ_３が発生する。被測定ガスｇに含まれるＮＯｘは、尿素ＳＣＲ触媒１１においてＮＨ_３と反応し、無害なＮ_２やＨ_２Ｏ等に変化する。尿素ＳＣＲ触媒１１を通過した被測定ガスｇには、未反応のＮＯｘとＮＨ_３が含まれる。このＮＯｘとＮＨ_３の濃度（本来ＮＯｘ濃度ａ及びＮＨ_３濃度ｂ）を、ガス濃度測定システム１によって測定している。そして、測定した本来ＮＯｘ濃度ａ及びＮＨ_３濃度ｂの値を、尿素水１２の噴射量等の制御に利用している。

次に、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂを測定する際のフローチャートについて説明する。図６に示すごとく、まず、被測定ガスｇの温度が第１温度域Ｔ１に属するように、温度制御をする（ステップＳ１）。すなわち、上記温度が第１温度域Ｔ１に属するように、ヒータ２５（図１参照）の発熱量を制御する。その後、センサセル２４ｓを用いて、室内ＮＯｘ濃度ｃ、すなわち合計濃度ｃ１（＝ａ＋ｂ）を測定する（ステップＳ２）。

次いで、被測定ガスｇの温度が第２温度域Ｔ２に属するように、温度制御をする（ステップＳ３）。その後、ステップＳ４に移り、センサセル２４ｓを用いて、室内ＮＯｘ濃度ｃ、すなわち差分濃度ｃ２を測定する。

その後、ステップＳ５に移り、尿素水噴射弁１４から尿素水１２を噴射しているか否かを判断する。ここでＮｏ、すなわち尿素水１２を噴射していないと判断したときは、ステップＳ６に進み、上記数式４を用いて、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとを算出する。つまり、尿素水１２を噴射していないときは、ＮＨ_３の量が少ないため、本来ＮＯｘ濃度ａ＞ＮＨ_３濃度ｂとなる。そのため、差分濃度ｃ２は、ｃ２＝ａ−ｂとなる。したがって、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂは、上記数式４によって算出される。

また、ステップＳ５においてＹｅｓ、すなわち尿素水１２を噴射していると判断したときは、ステップＳ７に進み、上記数式５を用いて、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂを算出する。つまり、尿素水１２を噴射しているときは、ＮＨ_３の濃度が多いため、本来ＮＯｘ濃度ａ＜ＮＨ_３濃度ｂとなる。そのため、差分濃度ｃ２は、ｃ２＝−ａ＋ｂとなる。したがって、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂは、上記数式５によって算出される。

本例の作用効果について説明する。本例では、温度制御部３によって、ガス導入部２６における被測定ガスｇの温度を、上記第１温度域Ｔ１と第２温度域Ｔ２とのいずれかに属するように制御することにより、上記酸化反応と上記還元反応とを選択的に進めるようにしてある。そのため、従来のように、酸化反応と還元反応とを選択的に進めるために、貴金属製の触媒を用いる必要がなくなる。したがって、ガス濃度測定システム１の構成を簡素にでき、かつ製造コストを低減することができる。

また、本例においては、第１温度域Ｔ１を４００〜６００℃に設定し、第２温度域Ｔ２を６００〜９００℃に設定してある。図５に示すごとく、被測定ガスｇの温度が４００〜６００℃のときは、殆どのＮＨ_３がＮＯに変化する。つまり、酸化反応を充分に進めることができる。また、被測定ガスｇの温度が６００〜９００℃のときは、殆どのＮＨ_３がＮ_２に変化する。つまり、還元反応を充分に進めることができる。なお、被測定ガスｇの温度が９００℃を超えると、ＮＯｘセンサ２に大きな熱ストレスが加わりやすくなる。そのため、第２温度域Ｔ２を９００℃以下にすることにより、ＮＯｘセンサ２に大きな熱ストレスが加わることを抑制しつつ、還元反応を充分に進めることが可能となる。

また、本例では図６に示すごとく、第１温度域Ｔ１と第２温度域Ｔ２の２つの温度域のうち、一方の温度域から他方の温度域へ移るように、被測定ガスｇの温度を時間的に変化させている。
このようにすると、１個のＮＯｘセンサ２を用いて、合計濃度ｃ１と差分濃度ｃ２とを測定することが可能になる。そのため、ガス濃度測定システム１の製造コストを低減することができる。

また、本例の温度制御部３は、ヒータ２５の電気抵抗を測定し、該電気抵抗を制御することにより、被測定ガスｇの温度を制御している。すなわち、被測定ガスｇの温度とヒータ２５の電気抵抗には一定の関係がある。ヒータ２５の温度が上昇すると、ヒータ２５の電気抵抗が上昇すると共に、被測定ガスｇの温度も上昇する。また、ヒータ２５の温度が低下すると、ヒータ２５の電気抵抗が低下すると共に、被測定ガスｇの温度も低下する。そのため、ヒータ２５の電気抵抗を制御すれば、被測定ガスｇの温度を制御することが可能になる。これにより、被測定ガスｇの温度を測定するための専用の温度センサを設ける必要がなくなり、ガス濃度測定システム１の製造コストを低減することが可能になる。

以上のごとく、本例によれば、構成を簡素にでき、かつ製造コストを低減できるガス濃度測定システムを提供することができる。

なお、本例では、上述したように、ヒータ２５の電気抵抗を制御することにより、被測定ガスｇの温度を制御しているが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、被測定ガスｇの温度を測定するための温度センサを設け、この温度センサの出力を用いて、被測定ガスｇの温度を制御してもよい。この場合には、被測定ガスｇの温度をより正確に測定することが可能になる。

（実験例１）
本発明の効果を確認するための実験を行った。まず、ＮＯ濃度とＮＨ_３濃度とをそれぞれ下記表１に示すように調整した、被測定ガスｇのサンプル１、２、３を用意した。各サンプル１、２、３のＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度は、ＮＯ濃度＞ＮＨ_３濃度となっている。そして、ガス濃度測定システム１を用いて、被測定ガスｇのＮＯ濃度（本来ＮＯｘ濃度ａに相当）と、ＮＨ_３濃度ｂとを測定した。測定にあたって、第１温度域Ｔ１を５００℃に設定し、第２温度域Ｔ２を７００℃に設定した。

各サンプル１、２、３について、ＮＯ濃度（本来ＮＯｘ濃度ａに相当）及びＮＨ_３濃度ｂの、測定値と理論値とをグラフにしたものを図７に示す。理論値は、ＮＯ濃度とＮＨ_３濃度の正確な値であり、この値になるように、各サンプルが作成されている。図７に示すごとく、各サンプルにおける、ＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度の測定値は、理論値と略等しいことが分かる。すなわち、各サンプル１、２、３について、ＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度を正確に測定できていることが分かる。

なお、サンプル１のＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度の測定値は、それぞれ１９１ｐｐｍと９０ｐｐｍであった。また、サンプル２のＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度の測定値は、それぞれ２８４ｐｐｍと１８８ｐｐｍであった。サンプル３のＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度の測定値は、それぞれ４１８ｐｐｐｍと２７５ｐｐｍであった。

（実験例２）
本発明の効果を確認するための実験を行った。まず、ＮＯ濃度とＮＨ_３濃度とをそれぞれ下記表２に示すように調整した、被測定ガスｇのサンプル４、５、６を用意した。各サンプル４、５、６のＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度は、ＮＯ濃度＜ＮＨ_３濃度となっている。そして、ガス濃度測定システム１を用いて、被測定ガスｇのＮＯ濃度（本来ＮＯｘ濃度ａに相当）と、ＮＨ_３濃度ｂとを測定した。測定にあたって、第１温度域Ｔ１を５００℃に設定し、第２温度域Ｔ２を７００℃に設定した。

各サンプル４、５、６について、ＮＯ濃度（本来ＮＯｘ濃度ａに相当）及びＮＨ_３濃度ｂの、測定値と理論値とをグラフにしたものを図８に示す。同図に示すごとく、各サンプルにおける、ＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度の測定値は、理論値と略等しいことが分かる。すなわち、各サンプル４、５、６について、ＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度を正確に測定できていることが分かる。

なお、サンプル４のＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度の測定値は、それぞれ９５ｐｐｍと１９５ｐｍであった。また、サンプル５のＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度の測定値は、それぞれ８９ｐｐｍと１４５ｐｐｍであった。サンプル６のＮＯ濃度及びＮＨ_３濃度の測定値は、それぞれ１０５ｐｐｐｍと１２０ｐｐｍであった。

（実施例２）
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例は、ＮＯｘセンサ２の数を変更した例である。図９に示すごとく、本例のガス濃度測定システムは、第１ＮＯｘセンサ２ａと第２ＮＯｘセンサ２ｂとの、２個のＮＯｘセンサ２を備える。第１ＮＯｘセンサ２ａは、ガス導入部２６における被測定ガスｇの温度が第１温度域Ｔ１に属するように、温度制御部３によって制御される。また、第２ＮＯｘセンサ２ｂは、ガス導入部２６における被測定ガスｇの温度が第２温度域Ｔ２に属するように、温度制御部３によって制御される。そして、第１ＮＯｘセンサ２ａを用いて合計濃度ｃ１を測定し、第２ＮＯｘセンサ２ｂを用いて差分濃度ｃ２を測定している。算出部４は、これら合計濃度ｃ１と差分濃度ｃ２とを用いて、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとを算出するよう構成されている。

本例の作用効果について説明する。上記構成にすると、合計濃度ｃ１と差分濃度ｃ２を同時に測定できるため、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂを短時間で算出できる。そのため、応答性を向上させることができる。つまり、被測定ガスｇ中の本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂが変化したとき、その変化後の値を短時間で算出することが可能になる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、１本のＮＯｘセンサ２を用いて、尿素水１２が噴射されているときのみ、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂを測定するようにした例である。図１０に示すごとく、本例では、まずステップＳ１０において、尿素水噴射弁１４（図４参照）から尿素水１２を噴射しているか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断したときのみ、ステップＳ１以降を処理する。ステップＳ１１〜Ｓ１３は、実施例１のステップＳ１〜Ｓ３と同一なので、説明を省略する。

ステップＳ１３を行った後、ステップＳ１４に移る。このステップでは、ＮＯｘセンサ２のセンサセル２４ｓを用いて、差分濃度ｃ２を測定する。上述したように、尿素水１２が噴射されているため、ＮＨ_３の量は多く、本来ＮＯｘ濃度ａ＜ＮＨ_３濃度ｂとなっている。そのため、差分濃度ｃ２は、ｃ２＝−ａ＋ｂとして測定される。

ステップＳ１４を行った後、ステップＳ１５に移る。このステップでは、合計濃度ｃ１と差分濃度ｃ２とを上記数式５に代入することにより、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとを算出する（ステップＳ５）。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、ＮＯｘセンサ２を取り付ける車両を変更した例である。図１１に示すごとく、本例では、尿素ＳＣＲシステムを搭載しない車両の排ガス管１３に、ＮＯｘセンサ２を取り付けてある。本例の車両は、ガソリンエンジン車である。排ガス管１３には、ガソリンエンジン車用の三元触媒１１０を搭載してある。この三元触媒１１０の下流に、ＮＯｘセンサ２が取り付けられている。三元触媒１１０によっては、被測定ガスｇ（排気ガス）に含まれるＮＯｘの一部がＮＨ_３に変化する場合がある。このＮＨ_３とＮＯｘの濃度を、ガス濃度測定システム１によって測定するようになっている。

図１２を用いて、本例のフローチャートの説明をする。このフローチャートでは、ステップＳ２１〜Ｓ２５を順次行う。ステップＳ２１〜Ｓ２３は、実施例１のステップＳ１〜Ｓ３と同一なので、説明を省略する。ステップＳ２４では、差分濃度ｃ２を測定する。本例では、尿素を噴射しないため、ＮＨ_３の発生量は少ない。そのため、本来ＮＯｘ濃度ａ＞ＮＨ_３濃度ｂである。したがって、差分濃度ｃ２は、ｃ２＝ａ−ｂとして測定される。

ステップＳ２４の後、ステップＳ２５に移る。ここでは、合計濃度ｃ１と差分濃度ｃ２を上記数式４に代入することにより、本来ＮＯｘ濃度ａとＮＨ_３濃度ｂとを算出する。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

１ ガス濃度測定システム
２ ＮＯｘセンサ
２０ 被測定ガス室
２２ 固体電解質体
２３ 電極
２４ｓ センサセル
２５ ヒータ
２６ ガス導入部
３ 温度制御部
４ 算出部
ａ 本来ＮＯｘ濃度
ｂ ＮＨ_３濃度
ｃ 室内ＮＯｘ濃度

Claims (5)

1. ＮＯｘとＮＨ_３とを含有する被測定ガス中の、ＮＯｘ濃度とＮＨ_３濃度とを測定するガス濃度測定システムであって、
   上記被測定ガスが導入される被測定ガス室（２０）と、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体（２２）の表面に電極（２３）を設けてなるセンサセル（２４ｓ）と、上記固体電解質体（２２）を加熱すると共に、上記被測定ガスをも加熱するヒータ（２５）と、センサ外から上記被測定ガス室（２０）へ導入される上記被測定ガスの通路をなすガス導入部（２６）とを備え、上記センサセル（２４ｓ）によって、上記被測定ガス室（２０）内の上記ＮＯｘの濃度である室内ＮＯｘ濃度（ｃ）を測定するＮＯｘセンサ（２）と、
   上記ガス導入部（２６）における上記被測定ガスの温度を制御する温度制御部（３）と、
   上記ガス導入部（２６）に導入される前における上記被測定ガス中の、上記ＮＯｘの濃度である本来ＮＯｘ濃度（ａ）と、上記ＮＨ_３濃度（ｂ）とを算出する算出部（４）とを備え、
   上記センサセル（２４ｓ）は、上記温度制御部（３）によって、上記ガス導入部（２６）における上記被測定ガスの温度が、上記ＮＨ_３とＮＯとが反応してＮ_２が発生する還元反応よりも上記ＮＨ_３が酸化して上記ＮＯになる酸化反応の方が進行する第１温度域（Ｔ１）に属するように制御されたときと、上記酸化反応よりも上記還元反応の方が進行する第２温度域（Ｔ２）に属するように制御されたときとにおいて、それぞれ上記室内ＮＯｘ濃度（ｃ）を測定し、
   上記算出部（４）は、上記被測定ガスの温度が上記第１温度域（Ｔ１）に属するときに測定された上記室内ＮＯｘ濃度（ｃ）と、上記第２温度域（Ｔ２）に属するときに測定された上記室内ＮＯｘ濃度（ｃ）とをそれぞれ用いて、上記本来ＮＯｘ濃度（ａ）と上記ＮＨ_３濃度（ｂ）とを算出するよう構成されていることを特徴とするガス濃度測定システム（１）。
2. 上記第１温度域（Ｔ１）は４００〜６００℃であり、上記第２温度域（Ｔ２）は６００〜９００℃であることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度算出システム（１）。
3. 上記温度制御部（３）によって、上記ガス導入部（２６）における上記被測定ガスの温度を、上記第１温度域（Ｔ１）と上記第２温度域（Ｔ２）との２つの温度域のうち一方の上記温度域から他方の上記温度域へ移るように時間的に変化させるよう構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス濃度算出システム（１）。
4. 上記温度制御部（３）によって、上記ガス導入部（２６）における上記被測定ガスの温度が上記第１温度域（Ｔ１）に属するように制御される第１ＮＯｘセンサ（２ａ）と、上記ガス導入部（２６）における上記被測定ガスの温度が上記第２温度域（Ｔ２）に属するように制御される第２ＮＯｘセンサ（２ｂ）とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス濃度算出システム（１）。
5. 上記温度制御部（３）は、上記ヒータ（２５）の電気抵抗を測定し、該電気抵抗を制御することにより、上記ガス導入部（２６）における上記被測定ガスの温度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のガス濃度算出システム（１）。

Images