JP2019203837A - Multi-gas sensor - Google Patents

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Abstract

To provide a multi-gas sensor with which it is possible to appropriately determine the presence or degree of performance degradation of an ammonia sensor unit, or correct an ammonia concentration taking into account the amount of performance degradation of the ammonia sensor unit.SOLUTION: A multi-gas sensor 1 comprises an ammonia sensor unit 11, an NOx sensor unit 12, a certification unit 61, and a degradation determination unit 62. The certification unit 61 certifies the case where an ammonia concentration according to the ammonia sensor unit 11 is higher than a corrected NOx concentration according to the NOx sensor unit 12 by a prescribed concentration or more, as certified. When it is certified as certified by the certification unit 61, the degradation determination unit 62, assuming that a pre-correction NOx concentration according to the NOx sensor unit 12 indicates an estimated ammonia concentration that is the concentration of an ammonia coming in contact with an NOx electrode 32, compares the estimated ammonia concentration with the ammonia concentration according to the ammonia sensor 11, and determines the presence or degree of performance degradation of the ammonia sensor unit 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出可能なマルチガスセンサに関する。   The present invention relates to a multi-gas sensor capable of detecting ammonia concentration and NOx concentration.

例えば、車両においては、内燃機関としてのディーゼルエンジン等から排気される排ガス中のＮＯ、ＮＯ2等のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための触媒が、排気管内に配置される。触媒の一つとしての選択式還元触媒（ＳＣＲ）においては、ＮＯｘを還元するために、尿素水等に含まれるアンモニア（ＮＨ3）が触媒担体に付着され、触媒担体においてアンモニアとＮＯｘとを化学反応させて、ＮＯｘを窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に還元することが行われている。 For example, in a vehicle, a catalyst for purifying NOx (nitrogen oxides) such as NO and NO 2 in exhaust gas exhausted from a diesel engine or the like as an internal combustion engine is disposed in the exhaust pipe. In the selective reduction catalyst (SCR) as one of the catalysts, ammonia (NH 3 ) contained in urea water or the like is attached to the catalyst carrier in order to reduce NOx, and the ammonia and NOx are chemically treated in the catalyst carrier. The reaction is performed to reduce NOx to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O).

また、排気管内における、選択式還元触媒よりも排ガスの流れの上流側位置には、還元剤としてのアンモニアを、選択式還元触媒へ供給する還元剤供給装置が配置される。また、例えば、排気管内における、選択式還元触媒の排ガスの流れの下流側位置には、排ガスにおけるＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、排ガスにおけるアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサとが配置される。そして、ＮＯｘセンサ及びアンモニアセンサを用いることにより、選択式還元触媒からのアンモニアの流出を抑えつつ、アンモニアによるＮＯｘの浄化率を向上させる工夫がなされている。   In addition, a reducing agent supply device that supplies ammonia as a reducing agent to the selective reduction catalyst is disposed upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust pipe in the flow of the exhaust gas. Further, for example, a NOx sensor that detects the NOx concentration in the exhaust gas and an ammonia sensor that detects the ammonia concentration in the exhaust gas are disposed in the exhaust pipe at the downstream side of the exhaust gas flow of the selective reduction catalyst. And the device which improves the purification rate of NOx by ammonia is made, suppressing the outflow of ammonia from a selective reduction catalyst by using a NOx sensor and an ammonia sensor.

また、アンモニアを検出するためのアンモニアセンサ部とＮＯｘを検出するためのＮＯｘセンサ部とを一つのガスセンサにおいて複合的に形成して、マルチガスセンサとすることもある。   In addition, an ammonia sensor unit for detecting ammonia and a NOx sensor unit for detecting NOx may be combined in one gas sensor to form a multi-gas sensor.

また、アンモニアセンサに経年劣化が生じるとアンモニア濃度を精度良く検出することができなくなる。そのため、例えば、特許文献１の診断装置においては、アンモニアセンサの経年劣化を、排気浄化装置における窒素酸化物センサ（ＮＯｘセンサ）を利用して診断することが行われている。具体的には、エンジンが燃料無噴射状態にある場合に、窒素酸化物センサの検出値とアンモニアセンサの検出値とを比較することによって、アンモニアセンサの検出値の妥当性を診断している。   Further, if the ammonia sensor deteriorates over time, the ammonia concentration cannot be accurately detected. Therefore, for example, in the diagnostic device of Patent Document 1, aged deterioration of the ammonia sensor is diagnosed using a nitrogen oxide sensor (NOx sensor) in the exhaust purification device. Specifically, when the engine is in a fuel-free injection state, the validity of the detected value of the ammonia sensor is diagnosed by comparing the detected value of the nitrogen oxide sensor and the detected value of the ammonia sensor.

特開２０１４−２２４５０４号公報JP 2014-224504 A

特許文献１の診断装置においては、窒素酸化物センサの検出値が第１規定値よりも大きく、かつアンモニアセンサの検出値が第２規定値よりも大きい場合であって、かつこれらの検出値の差分が第３規定値よりも大きい場合に、アンモニアセンサの検出値が妥当でないと判定している。しかし、燃料無噴射状態においては、エンジンの排気管に排気される排ガスの組成が大気に近い状態になり、窒素酸化物センサ及びアンモニアセンサへＮＯｘ及びアンモニアがほとんど供給されなくなると考えられる。   In the diagnostic device of Patent Document 1, the detected value of the nitrogen oxide sensor is larger than the first specified value, and the detected value of the ammonia sensor is larger than the second specified value, and these detected values are When the difference is larger than the third specified value, it is determined that the detection value of the ammonia sensor is not valid. However, in the no fuel injection state, it is considered that the composition of the exhaust gas exhausted to the exhaust pipe of the engine is close to the atmosphere, and almost no NOx and ammonia are supplied to the nitrogen oxide sensor and the ammonia sensor.

また、窒素酸化物センサにおいては、ＮＯｘ及びアンモニアの両方が反応し、ＮＯｘ及びアンモニアの両方による検出値が検出されると考えられる。そのため、ＮＯｘ及びアンモニアがある程度検出される状態においては、窒素酸化物センサの検出値がアンモニアの検出量を示しているとは限らない。従って、マルチガスセンサ等におけるアンモニアセンサ部の性能劣化の有無もしくは度合いを適切に判定するため、又はアンモニアセンサ部の性能劣化量を加味してアンモニア濃度を補正するためには、更なる工夫が必要とされる。   Further, in the nitrogen oxide sensor, it is considered that both NOx and ammonia react and a detection value by both NOx and ammonia is detected. Therefore, in a state where NOx and ammonia are detected to some extent, the detection value of the nitrogen oxide sensor does not always indicate the detected amount of ammonia. Therefore, in order to appropriately determine the presence or absence or degree of performance deterioration of the ammonia sensor unit in a multi-gas sensor or the like, or to correct the ammonia concentration in consideration of the performance deterioration amount of the ammonia sensor unit, further contrivance is required. Is done.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、アンモニアセンサ部の性能劣化の有無もしくは度合いを適切に判定することができる、又はアンモニアセンサ部の性能劣化量を加味してアンモニア濃度を補正することができるマルチガスセンサを提供しようとして得られたものである。   The present invention has been made in view of such a problem, and can appropriately determine the presence or absence or degree of performance degradation of the ammonia sensor unit, or correct the ammonia concentration in consideration of the performance degradation amount of the ammonia sensor unit. It was obtained in an attempt to provide a multi-gas sensor that can be used.

本発明の一態様は、酸素イオンの伝導性を有する第１固体電解質体（２１）、及び前記第１固体電解質体を介して配置されたアンモニア電極（２２）及び第１基準電極（２３）を有し、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出し、前記電位差に基づいて測定ガス（Ｇ）におけるアンモニア濃度を算出するよう構成されたアンモニアセンサ部（１１）と、
酸素イオンの伝導性を有する第２固体電解質体（３１）、前記第２固体電解質体を介して配置されたＮＯｘ電極（３２）及び第２基準電極（３４Ａ）、及び前記ＮＯｘ電極を収容するとともに拡散抵抗部（３５１）を介して測定ガスが導入される測定ガス室（３５）を有し、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に電圧が印加された状態において、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に生じる電流を検出し、前記電流に基づいて測定ガスにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、前記補正前ＮＯｘ濃度から前記アンモニア濃度を差し引いてＮＯｘ濃度を算出するよう構成されたＮＯｘセンサ部（１２）と、
前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度が前記ＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度よりも所定濃度（Δｎ２）以上高い場合を、認定時として認定する認定部（６１）と、
前記認定部が前記認定時を認定した場合において、前記ＮＯｘセンサ部による補正前ＮＯｘ濃度が、前記ＮＯｘ電極に接触するアンモニアの濃度である推定アンモニア濃度を示すとして、前記推定アンモニア濃度と前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度とを比較して、前記アンモニアセンサ部の性能劣化の有無又は度合いを判定する劣化判定部（６２）と、を備えるマルチガスセンサ（１）にある。 One aspect of the present invention includes a first solid electrolyte body (21) having oxygen ion conductivity, and an ammonia electrode (22) and a first reference electrode (23) disposed via the first solid electrolyte body. And an ammonia sensor unit (11) configured to detect a potential difference (ΔV) generated between the ammonia electrode and the first reference electrode and calculate an ammonia concentration in the measurement gas (G) based on the potential difference. )When,
The second solid electrolyte body (31) having conductivity of oxygen ions, the NOx electrode (32) and the second reference electrode (34A) disposed through the second solid electrolyte body, and the NOx electrode are accommodated. A measurement gas chamber (35) into which a measurement gas is introduced via a diffusion resistance portion (351), and in a state where a voltage is applied between the NOx electrode and the second reference electrode, A current generated between the second reference electrode and the second reference electrode is detected, a pre-correction NOx concentration in the measurement gas is calculated based on the current, and a NOx concentration is calculated by subtracting the ammonia concentration from the pre-correction NOx concentration. The NOx sensor section (12),
An accreditation unit (61) for authorizing a case where the ammonia concentration by the ammonia sensor unit is higher than the NOx concentration by the NOx sensor unit by a predetermined concentration (Δn2) or more;
When the recognition unit recognizes the time of recognition, the presumed NOx concentration by the NOx sensor unit indicates an estimated ammonia concentration that is the concentration of ammonia in contact with the NOx electrode, and the estimated ammonia concentration and the ammonia sensor A multi-gas sensor (1) comprising a deterioration determination unit (62) for comparing the ammonia concentration by the unit and determining the presence or absence or degree of performance deterioration of the ammonia sensor unit.

本発明の他の態様は、酸素イオンの伝導性を有する第１固体電解質体（２１）、及び前記第１固体電解質体を介して配置されたアンモニア電極（２２）及び第１基準電極（２３）を有し、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出し、前記電位差に基づいて測定ガス（Ｇ）におけるアンモニア濃度を算出するよう構成されたアンモニアセンサ部（１１）と、
酸素イオンの伝導性を有する第２固体電解質体（３１）、前記第２固体電解質体を介して配置されたＮＯｘ電極（３２）及び第２基準電極（３４Ａ）、及び前記ＮＯｘ電極を収容するとともに拡散抵抗部（３５１）を介して測定ガスが導入される測定ガス室（３５）を有し、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に電圧が印加された状態において、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に生じる電流を検出し、前記電流に基づいて測定ガスにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、前記補正前ＮＯｘ濃度から前記アンモニア濃度を差し引いてＮＯｘ濃度を算出するよう構成されたＮＯｘセンサ部（１２）と、
前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度が前記ＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度よりも所定濃度（Δｎ２）以上高い場合を、認定時として認定する認定部（６１）と、
前記認定部が前記認定時を認定した場合において、前記ＮＯｘセンサ部による補正前ＮＯｘ濃度が、前記ＮＯｘ電極に接触するアンモニアの濃度である推定アンモニア濃度を示すとし、前記推定アンモニア濃度と前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度との差に基づいて、前記アンモニアセンサ部の性能劣化量（Ｒ）を算出する劣化量算出部（６３）と、
前記性能劣化量に基づいて、前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度を補正するアンモニア濃度補正部（６４）と、を備えるマルチガスセンサ（１）にある。 Another aspect of the present invention includes a first solid electrolyte body (21) having oxygen ion conductivity, and an ammonia electrode (22) and a first reference electrode (23) disposed via the first solid electrolyte body. An ammonia sensor unit configured to detect a potential difference (ΔV) generated between the ammonia electrode and the first reference electrode and calculate an ammonia concentration in the measurement gas (G) based on the potential difference ( 11) and
The second solid electrolyte body (31) having conductivity of oxygen ions, the NOx electrode (32) and the second reference electrode (34A) disposed through the second solid electrolyte body, and the NOx electrode are accommodated. A measurement gas chamber (35) into which a measurement gas is introduced via a diffusion resistance portion (351), and in a state where a voltage is applied between the NOx electrode and the second reference electrode, A current generated between the second reference electrode and the second reference electrode is detected, a pre-correction NOx concentration in the measurement gas is calculated based on the current, and a NOx concentration is calculated by subtracting the ammonia concentration from the pre-correction NOx concentration. The NOx sensor section (12),
An accreditation unit (61) for authorizing a case where the ammonia concentration by the ammonia sensor unit is higher than the NOx concentration by the NOx sensor unit by a predetermined concentration (Δn2) or more;
When the recognition unit recognizes the time of recognition, the NOx concentration before correction by the NOx sensor unit indicates an estimated ammonia concentration that is the concentration of ammonia in contact with the NOx electrode, and the estimated ammonia concentration and the ammonia sensor A deterioration amount calculation unit (63) for calculating a performance deterioration amount (R) of the ammonia sensor unit based on a difference from the ammonia concentration by the unit;
The multi-gas sensor (1) includes an ammonia concentration correction unit (64) that corrects the ammonia concentration by the ammonia sensor unit based on the performance deterioration amount.

（一態様のマルチガスセンサ）
前記一態様のマルチガスセンサは、アンモニア濃度を検出可能なアンモニアセンサ部と、ＮＯｘ濃度を検出可能なＮＯｘセンサ部とを備え、ＮＯｘセンサ部による補正前ＮＯｘ濃度を利用して、アンモニアセンサ部の性能劣化の有無又は度合いを判定するものである。また、マルチガスセンサは、性能劣化の有無又は度合いを判定するために、認定部及び劣化判定部を備える。認定部においては、アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度とＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度とを比較し、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合を特定条件として認定する。 (One aspect of multi-gas sensor)
The multi-gas sensor according to the one aspect includes an ammonia sensor unit capable of detecting an ammonia concentration and a NOx sensor unit capable of detecting a NOx concentration, and the performance of the ammonia sensor unit using the NOx concentration before correction by the NOx sensor unit. The presence or degree of deterioration is determined. In addition, the multigas sensor includes an authorization unit and a degradation determination unit in order to determine the presence or absence or degree of performance degradation. In the certification unit, the ammonia concentration by the ammonia sensor unit and the NOx concentration by the NOx sensor unit are compared, and the case where the ammonia concentration is higher than the NOx concentration by a predetermined concentration or more is certified as the specific condition.

アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを比較する知見は、本願発明者らによって初めて見出されたものである。マルチガスセンサによってアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度の検出が行われる環境下においては、アンモニアは、選択式還元触媒等におけるＮＯｘを還元するために用いられる。そして、本願発明者らは、この環境下においては、アンモニアセンサ部によって検出されるアンモニア濃度が、ＮＯｘセンサ部によって検出されるＮＯｘ濃度（補正後ＮＯｘ濃度）よりも、低くなる場合と高くなる場合とが異なるタイミングで生じることに着目している。そして、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合を特定条件として認定する。   The knowledge for comparing the ammonia concentration and the NOx concentration was first discovered by the present inventors. In an environment where ammonia concentration and NOx concentration are detected by a multi-gas sensor, ammonia is used to reduce NOx in a selective reduction catalyst or the like. In this environment, the inventors of the present application have a case where the ammonia concentration detected by the ammonia sensor unit is lower or higher than the NOx concentration (corrected NOx concentration) detected by the NOx sensor unit. Note that this occurs at different timings. Then, the specific condition is recognized when the ammonia concentration is higher than the NOx concentration by a predetermined concentration or more.

この特定条件において、ＮＯｘセンサ部のＮＯｘ電極においては、測定ガス中のＮＯｘはほとんど検出されず、測定ガス中のアンモニアがＮＯｘに酸化されてＮＯｘ濃度として検出される。アンモニアは、アンモニアセンサ部に比べて高い温度に加熱されるＮＯｘセンサ部の付近に存在するとき、ＮＯｘに酸化されやすくなる。そのため、特定条件においては、ＮＯｘセンサ部による補正前ＮＯｘ濃度を推定アンモニア濃度とする。この推定アンモニア濃度は、測定ガス中のアンモニア濃度に近い値を示すと考えられる。   Under this specific condition, almost no NOx in the measurement gas is detected at the NOx electrode of the NOx sensor unit, and ammonia in the measurement gas is oxidized to NOx and detected as the NOx concentration. Ammonia tends to be oxidized to NOx when present in the vicinity of the NOx sensor unit heated to a higher temperature than the ammonia sensor unit. Therefore, under specific conditions, the NOx concentration before correction by the NOx sensor unit is set as the estimated ammonia concentration. This estimated ammonia concentration is considered to show a value close to the ammonia concentration in the measurement gas.

そして、アンモニアセンサ部のアンモニア電極に性能劣化がない場合には、アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度と、ＮＯｘセンサ部による推定アンモニア濃度とに大きな違いは生じない。換言すれば、これらのアンモニア濃度の差が所定の誤差範囲内になる。一方、アンモニアセンサ部のアンモニア電極に性能劣化が生じた場合には、アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度が、ＮＯｘセンサ部による推定アンモニア濃度よりも所定の誤差範囲を超えて低くなる。従って、この場合には、アンモニアセンサ部に性能劣化が生じたと判定することができる。   When there is no performance deterioration in the ammonia electrode of the ammonia sensor unit, there is no significant difference between the ammonia concentration by the ammonia sensor unit and the estimated ammonia concentration by the NOx sensor unit. In other words, the difference between these ammonia concentrations falls within a predetermined error range. On the other hand, when performance degradation occurs in the ammonia electrode of the ammonia sensor unit, the ammonia concentration by the ammonia sensor unit becomes lower than the estimated ammonia concentration by the NOx sensor unit beyond a predetermined error range. Therefore, in this case, it can be determined that performance degradation has occurred in the ammonia sensor unit.

これにより、マルチガスセンサにおいては、測定ガスにおけるアンモニアが占める割合が、測定ガスにおけるＮＯｘが占める割合よりも多く、ＮＯｘがアンモニアの検出にあまり影響を与えない条件下において、アンモニアセンサ部の性能劣化の有無又は度合いを判定することができる。   As a result, in the multi-gas sensor, the ratio of ammonia in the measurement gas is larger than the ratio of NOx in the measurement gas, and the performance of the ammonia sensor unit is deteriorated under the condition that NOx does not significantly affect the detection of ammonia. The presence or absence or degree can be determined.

それ故、前記一態様のマルチガスセンサによれば、アンモニアセンサ部の性能劣化の有無又は度合いを適切に判定することができる。   Therefore, according to the multi-gas sensor of the above aspect, it is possible to appropriately determine the presence or absence or degree of performance deterioration of the ammonia sensor unit.

なお、認定時における推定アンモニア濃度を示す補正前ＮＯｘ濃度は、純粋なアンモニア濃度を示すのではなく、ＮＯｘ濃度が加算されたアンモニア濃度を示すことになる。しかし、認定時における補正前ＮＯｘ濃度は、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合のものであり、認定時における実際のＮＯｘ濃度は、低くかつ推定アンモニア濃度の誤差範囲内に含まれる。   Note that the pre-correction NOx concentration indicating the estimated ammonia concentration at the time of certification does not indicate a pure ammonia concentration, but indicates an ammonia concentration obtained by adding the NOx concentration. However, the NOx concentration before correction at the time of certification is that when the ammonia concentration is higher than the NOx concentration by a predetermined concentration or more, and the actual NOx concentration at the time of certification is low and included in the error range of the estimated ammonia concentration.

（他の態様のマルチガスセンサ）
前記他の態様のマルチガスセンサにおいては、アンモニアセンサ部の性能劣化の有無又は度合いを判定する代わりに、アンモニアセンサ部に生じた性能劣化量に応じて、アンモニアセンサ部によって算出されるアンモニア濃度を補正する。 (Multi-gas sensor of other embodiment)
In the multi-gas sensor according to the other aspect, instead of determining the presence or absence or degree of performance degradation of the ammonia sensor unit, the ammonia concentration calculated by the ammonia sensor unit is corrected according to the performance degradation amount generated in the ammonia sensor unit. To do.

前記他の態様のマルチガスセンサによれば、前記一態様のマルチガスセンサの場合と同様にして、ＮＯｘがアンモニアの検出にあまり影響を与えない条件下において、アンモニアセンサ部の性能劣化量を加味してアンモニア濃度を補正することができる。   According to the multi-gas sensor of the other aspect, in the same manner as the multi-gas sensor of the one aspect, the performance degradation amount of the ammonia sensor part is taken into account under the condition that NOx does not greatly affect the detection of ammonia. The ammonia concentration can be corrected.

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。   Note that the reference numerals in parentheses of the constituent elements shown in one embodiment of the present invention indicate the correspondence with the reference numerals in the drawings in the embodiment, but the constituent elements are not limited only to the contents of the embodiments.

実施形態１にかかる、マルチガスセンサの構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the structure of the multi gas sensor concerning Embodiment 1. FIG. 実施形態１にかかる、マルチガスセンサのセンサ素子を示す、図１のII−II断面図。The II-II sectional view of Drawing 1 showing the sensor element of the multi gas sensor concerning Embodiment 1. 実施形態１にかかる、マルチガスセンサのセンサ素子を示す、図１のIII−III断面図。1. III-III sectional drawing of FIG. 1 which shows the sensor element of the multi gas sensor concerning Embodiment 1. FIG. 実施形態１にかかる、マルチガスセンサのセンサ素子を示す、図１のIV−IV断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 1, showing the sensor element of the multi-gas sensor according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、マルチガスセンサのセンサ制御ユニットにおける電気的構成の一部を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a part of an electrical configuration in the sensor control unit of the multi-gas sensor according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、マルチガスセンサが配置された内燃機関の排気管を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the exhaust pipe of the internal combustion engine by which the multi-gas sensor concerning Embodiment 1 is arrange | positioned. 実施形態１にかかる、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係による濃度領域を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a concentration region according to the relationship between the ammonia concentration and the NOx concentration according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、アンモニア電極において生じる混成電位を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a mixed potential generated in an ammonia electrode according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、アンモニア濃度が変化したときにアンモニア電極において生じる混成電位を示す説明図。Explanatory drawing which shows the hybrid electric potential which arises in an ammonia electrode when the ammonia density | concentration concerning Embodiment 1 changes. 実施形態１にかかる、酸素濃度が変化したときにアンモニア電極において生じる混成電位を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a hybrid potential generated at an ammonia electrode when the oxygen concentration changes according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、酸素濃度が変化したときの、アンモニア濃度と電位差との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between ammonia concentration and potential difference when oxygen concentration concerning Embodiment 1 changes. 実施形態１にかかる、酸素濃度が変化したときの、電位差と酸素補正後のアンモニア濃度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the electric potential difference and the ammonia concentration after oxygen correction according to the first embodiment when the oxygen concentration is changed. 実施形態１にかかる、劣化判定を行う際に生じ得る誤差範囲について示すグラフ。6 is a graph showing an error range that may occur when performing deterioration determination according to the first embodiment. 実施形態１にかかる、酸化触媒が設けられた、マルチガスセンサのセンサ素子を示す断面図。Sectional drawing which shows the sensor element of the multi gas sensor provided with the oxidation catalyst concerning Embodiment 1. FIG. 実施形態１にかかる、酸化触媒が設けられた、マルチガスセンサの他のセンサ素子を示す断面図。Sectional drawing which shows the other sensor element in which the oxidation catalyst concerning Embodiment 1 was provided. 実施形態１にかかる、マルチガスセンサの劣化判定方法を示すフローチャート。2 is a flowchart illustrating a method for determining deterioration of a multi-gas sensor according to the first embodiment. 実施形態２にかかる、マルチガスセンサのセンサ制御ユニットにおける電気的構成の一部を示す説明図。Explanatory drawing which shows a part of electrical structure in the sensor control unit of the multi gas sensor concerning Embodiment 2. FIG. 実施形態２にかかる、マルチガスセンサの制御方法を示すフローチャート。9 is a flowchart illustrating a control method for a multi-gas sensor according to a second embodiment.

前述したマルチガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のマルチガスセンサ１は、図１〜図４に示すように、アンモニアセンサ部１１、ＮＯｘセンサ部１２、認定部６１及び劣化判定部６２を備える。アンモニアセンサ部１１は、酸素イオンの伝導性を有する第１固体電解質体２１と、第１固体電解質体２１を介して配置されたアンモニア電極（検出電極）２２及び第１基準電極２３とを有する。アンモニアセンサ部１１は、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶを検出し、電位差ΔＶに基づいて測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出するよう構成されている。 A preferred embodiment of the multi-gas sensor described above will be described with reference to the drawings.
<Embodiment 1>
As shown in FIGS. 1 to 4, the multi-gas sensor 1 of the present embodiment includes an ammonia sensor unit 11, a NOx sensor unit 12, a certification unit 61, and a deterioration determination unit 62. The ammonia sensor unit 11 includes a first solid electrolyte body 21 having oxygen ion conductivity, and an ammonia electrode (detection electrode) 22 and a first reference electrode 23 disposed via the first solid electrolyte body 21. The ammonia sensor unit 11 is configured to detect a potential difference ΔV generated between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23 and calculate an ammonia concentration in the measurement gas G based on the potential difference ΔV.

ＮＯｘセンサ部１２は、酸素イオンの伝導性を有する第２固体電解質体３１と、第２固体電解質体３１を介して配置されたＮＯｘ電極３２及び第２基準電極３４Ａと、ＮＯｘ電極３２を収容するとともに拡散抵抗部３５１を介して測定ガスＧが導入される測定ガス室３５とを有する。ＮＯｘセンサ部１２は、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に電圧が印加された状態において、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に生じる電流を検出し、この電流に基づいて測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度を差し引いてＮＯｘ濃度（補正後ＮＯｘ濃度）を算出するよう構成されている。   The NOx sensor unit 12 accommodates a second solid electrolyte body 31 having oxygen ion conductivity, a NOx electrode 32 and a second reference electrode 34A disposed via the second solid electrolyte body 31, and a NOx electrode 32. And a measurement gas chamber 35 into which the measurement gas G is introduced via the diffusion resistance portion 351. The NOx sensor unit 12 detects a current generated between the NOx electrode 32 and the second reference electrode 34A in a state where a voltage is applied between the NOx electrode 32 and the second reference electrode 34A, and based on this current Thus, the NOx concentration before correction in the measurement gas G is calculated, and the NOx concentration (NOx concentration after correction) is calculated by subtracting the ammonia concentration from the NOx concentration before correction.

図５に示すように、認定部６１は、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度がＮＯｘセンサ部１２による補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高い場合を、認定時として認定するよう構成されている。劣化判定部６２は、認定部６１が認定時を認定した場合において、ＮＯｘセンサ部１２による補正前ＮＯｘ濃度が、ＮＯｘ電極３２に接触するアンモニアの濃度である推定アンモニア濃度を示すとして、推定アンモニア濃度とアンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度とを比較して、アンモニアセンサ部１１の性能劣化の有無又は度合いを判定するよう構成されている。   As shown in FIG. 5, the authorization unit 61 is configured to authorize when the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 is higher than the corrected NOx concentration by the NOx sensor unit 12 by a predetermined concentration Δn2 or more. The degradation determination unit 62 assumes that the pre-correction NOx concentration by the NOx sensor unit 12 indicates the estimated ammonia concentration that is the concentration of ammonia in contact with the NOx electrode 32 when the certification unit 61 authorizes the certification time. And the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 are compared, and the presence or absence or degree of performance deterioration of the ammonia sensor unit 11 is determined.

ＮＯｘセンサ部１２によるＮＯｘ濃度は、２種類あるものとする。ＮＯｘセンサ部１２に生じる電流に基づくＮＯｘ濃度を補正前ＮＯｘ濃度とする。補正前ＮＯｘ濃度においては、ＮＯｘ電極３２において反応するアンモニアによるアンモニア濃度が含まれる。一方、ＮＯｘセンサ部１２による補正前ＮＯｘ濃度からアンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度を差し引いた濃度を、補正後ＮＯｘ濃度とする。補正後ＮＯｘ濃度は、アンモニアによる影響が除外されたＮＯｘ濃度を示す。アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とが比較される場合には、補正後ＮＯｘ濃度が用いられる。   There are two types of NOx concentration by the NOx sensor unit 12. The NOx concentration based on the current generated in the NOx sensor unit 12 is set as the NOx concentration before correction. The pre-correction NOx concentration includes the ammonia concentration due to ammonia that reacts at the NOx electrode 32. On the other hand, the concentration obtained by subtracting the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 from the NOx concentration before correction by the NOx sensor unit 12 is defined as the corrected NOx concentration. The corrected NOx concentration indicates the NOx concentration excluding the influence of ammonia. When the ammonia concentration and the NOx concentration are compared, the corrected NOx concentration is used.

以下に、本形態のマルチガスセンサ１について詳説する。
（マルチガスセンサ１）
図１に示すように、本形態のマルチガスセンサ１は、電位差式としての混成電位式のものである。このマルチガスセンサ１においては、酸素及びアンモニアが含まれる状態の測定ガスＧにおけるアンモニアの濃度を検出する。本形態のアンモニアセンサ部１１は、アンモニア電極２２における、酸素の電気化学的還元反応（以下、単に還元反応という。）による還元電流とアンモニアの電気化学的酸化反応（以下、単に酸化反応という。）による酸化電流とが等しくなるときに生じる、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間の電位差ΔＶを検出するよう構成されている。 Hereinafter, the multi-gas sensor 1 of the present embodiment will be described in detail.
(Multi gas sensor 1)
As shown in FIG. 1, the multi-gas sensor 1 of this embodiment is of a mixed potential type as a potential difference type. In this multi-gas sensor 1, the concentration of ammonia in the measurement gas G containing oxygen and ammonia is detected. The ammonia sensor unit 11 of the present embodiment has a reduction current due to an electrochemical reduction reaction of oxygen (hereinafter simply referred to as a reduction reaction) and an electrochemical oxidation reaction of ammonia (hereinafter simply referred to as an oxidation reaction) at the ammonia electrode 22. It is configured to detect a potential difference ΔV between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23, which is generated when the oxidation current due to becomes equal.

図６に示すように、マルチガスセンサ１は、車両の内燃機関（エンジン）７の排気管７１において、ＮＯｘを還元する触媒７２から流出するアンモニアの濃度を検出するものである。測定ガスＧは、内燃機関７から排気管７１へ排気された排ガスである。排ガスの組成は、内燃機関７における燃焼状態によって変化する。内燃機関７における、空気と燃料との質量比である空燃比が、理論空燃比に比べて燃料リッチな状態にあるときには、排ガスの組成においては、未燃ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ2（水素）等の割合が多くなる一方、ＮＯｘの割合が少なくなる。内燃機関７における空燃比が、理論空燃比に比べて燃料リーンな状態にあるときには、排ガスの組成においては、ＨＣ、ＣＯ等の割合が少なくなる一方、ＮＯｘの割合が多くなる。また、燃料リッチな状態においては、測定ガスＧに酸素（空気）がほとんど含まれず、燃料リーンな状態においては、測定ガスＧに酸素（空気）がより多く含まれる。 As shown in FIG. 6, the multi-gas sensor 1 detects the concentration of ammonia flowing out from a catalyst 72 that reduces NOx in an exhaust pipe 71 of an internal combustion engine (engine) 7 of a vehicle. The measurement gas G is exhaust gas exhausted from the internal combustion engine 7 to the exhaust pipe 71. The composition of the exhaust gas varies depending on the combustion state in the internal combustion engine 7. When the air-fuel ratio, which is the mass ratio of air to fuel, in the internal combustion engine 7 is in a fuel-rich state compared to the stoichiometric air-fuel ratio, in the composition of exhaust gas, HC (hydrocarbon) contained in unburned gas, While the ratio of CO (carbon monoxide), H 2 (hydrogen), etc. increases, the ratio of NOx decreases. When the air-fuel ratio in the internal combustion engine 7 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the ratio of HC, CO, etc., in the exhaust gas composition decreases, while the ratio of NOx increases. Further, in the fuel rich state, the measurement gas G contains almost no oxygen (air), and in the fuel lean state, the measurement gas G contains more oxygen (air).

（触媒７２）
同図に示すように、排気管７１には、ＮＯｘを還元するための触媒７２と、触媒７２へアンモニアを含む還元剤Ｋを供給する還元剤供給装置７３とが配置されている。触媒７２は、触媒担体に、ＮＯｘの還元剤Ｋとしてのアンモニアが付着されるものである。触媒７２の触媒担体におけるアンモニアの付着量は、ＮＯｘの還元反応に伴って減少する。そして、触媒担体におけるアンモニアの付着量が少なくなったときには、還元剤供給装置７３から触媒担体へ新たにアンモニアが補充される。還元剤供給装置７３は、排気管７１における、触媒７２よりも排ガスの流れの上流側位置に配置されており、尿素水を噴射して発生するアンモニアガスを排気管７１へ供給するものである。アンモニアガスは、尿素水が加水分解されて生成される。還元剤供給装置７３には、尿素水のタンク７３１が接続されている。 (Catalyst 72)
As shown in the figure, the exhaust pipe 71 is provided with a catalyst 72 for reducing NOx and a reducing agent supply device 73 for supplying a reducing agent K containing ammonia to the catalyst 72. The catalyst 72 is one in which ammonia as a reducing agent K for NOx is attached to a catalyst carrier. The amount of ammonia deposited on the catalyst carrier of the catalyst 72 decreases with the NOx reduction reaction. When the amount of attached ammonia on the catalyst carrier decreases, ammonia is newly replenished from the reducing agent supply device 73 to the catalyst carrier. The reducing agent supply device 73 is disposed in the exhaust pipe 71 at a position upstream of the catalyst 72 in the flow of exhaust gas, and supplies ammonia gas generated by injecting urea water to the exhaust pipe 71. Ammonia gas is produced by hydrolysis of urea water. A urea water tank 731 is connected to the reducing agent supply device 73.

本形態の内燃機関７は、軽油の自己着火を利用して燃焼運転を行うディーゼルエンジンである。また、触媒７２は、ＮＯｘ（窒素酸化物）をアンモニア（ＮＨ3）と化学反応させて窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に還元する選択式還元触媒（ＳＣＲ）である。 The internal combustion engine 7 of this embodiment is a diesel engine that performs a combustion operation using self-ignition of light oil. The catalyst 72 is a selective reduction catalyst (SCR) that chemically reduces NOx (nitrogen oxide) with ammonia (NH 3 ) to reduce it to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O).

なお、図示は省略するが、排気管７１における、触媒７２の上流側位置には、ＮＯのＮＯ2への変換（酸化）、ＣＯ、ＨＣ（炭化水素）等の低減を行う酸化触媒（ＤＯＣ）、微粒子を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）等が配置されていてもよい。 Although not shown, an oxidation catalyst (DOC) that converts NO into NO 2 (oxidation), reduces CO, HC (hydrocarbon), etc., is located upstream of the catalyst 72 in the exhaust pipe 71. In addition, a filter (DPF) or the like for collecting fine particles may be disposed.

（マルチガスセンサ１）
図６に示すように、本形態のマルチガスセンサ１は、排気管７１における、触媒７２よりも下流側位置に配置される。なお、排気管７１に配置されるのは、厳密には、マルチガスセンサ１のセンサ素子１０及びセンサ素子１０を保持するセンサ本体である。便宜上、本形態においては、センサ本体のことをマルチガスセンサ１ということがある。 (Multi gas sensor 1)
As shown in FIG. 6, the multi-gas sensor 1 of the present embodiment is disposed at a position downstream of the catalyst 72 in the exhaust pipe 71. Strictly speaking, the sensor element 10 of the multi-gas sensor 1 and the sensor body that holds the sensor element 10 are arranged in the exhaust pipe 71. For convenience, in this embodiment, the sensor body may be referred to as a multi-gas sensor 1.

本形態のマルチガスセンサ１は、アンモニア濃度の検出だけでなく、酸素濃度及びＮＯｘ濃度の検出も可能なマルチガスセンサ１（複合センサ）として形成されている。そして、酸素濃度は、アンモニア濃度を補正するために使用される。また、マルチガスセンサ１によるアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度は、内燃機関７の制御装置としてのエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって、還元剤供給装置７３から排気管７１へ還元剤Ｋとしてのアンモニアを供給する時期を決定するために使用される。   The multi-gas sensor 1 of this embodiment is formed as a multi-gas sensor 1 (composite sensor) that can detect not only the ammonia concentration but also the oxygen concentration and NOx concentration. The oxygen concentration is then used to correct the ammonia concentration. The ammonia concentration and the NOx concentration by the multi-gas sensor 1 are determined when the ammonia as the reducing agent K is supplied from the reducing agent supply device 73 to the exhaust pipe 71 by the engine control unit (ECU) 50 as the control device of the internal combustion engine 7. Used to determine.

なお、制御装置には、エンジンを制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０、マルチガスセンサ１を制御するセンサ制御ユニット（ＳＣＵ）５の他、種々の電子制御ユニットがある。制御装置とは、種々のコンピュータ（処理装置）のことをいう。   The control device includes an engine control unit (ECU) 50 that controls the engine, a sensor control unit (SCU) 5 that controls the multi-gas sensor 1, and various electronic control units. The control device refers to various computers (processing devices).

エンジン制御ユニット５０は、マルチガスセンサ１によって、測定ガスＧ中にＮＯｘが存在することが検出されるときには、触媒７２においてアンモニアが不足していると検知し、還元剤供給装置７３から尿素水を噴射し、触媒７２へアンモニアを供給するよう構成されている。一方、エンジン制御ユニット５０は、マルチガスセンサ１によって、測定ガスＧ中にアンモニアが存在することが検出されるときには、触媒７２においてアンモニアが過剰に存在していると検知し、還元剤供給装置７３からの尿素水の噴射を停止し、触媒７２へのアンモニアの供給を停止するよう構成されている。触媒７２においては、ＮＯｘを還元するためのアンモニアが過不足なく供給されることが好ましい。   When the multi-gas sensor 1 detects that NOx is present in the measurement gas G, the engine control unit 50 detects that ammonia is insufficient in the catalyst 72 and injects urea water from the reducing agent supply device 73. In addition, ammonia is supplied to the catalyst 72. On the other hand, when the multi-gas sensor 1 detects that ammonia is present in the measurement gas G, the engine control unit 50 detects that the ammonia is excessively present in the catalyst 72, and from the reducing agent supply device 73. The urea water injection is stopped, and the supply of ammonia to the catalyst 72 is stopped. In the catalyst 72, it is preferable to supply ammonia for reducing NOx without excess or deficiency.

（触媒出口７２１のアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係）
エンジン制御ユニット５０によるアンモニアの供給制御が行われることにより、触媒７２の下流側位置（触媒出口７２１）及びマルチガスセンサ１の配置位置に存在する測定ガスＧのＮＯｘ及びアンモニアの濃度領域においては、ＮＯｘがアンモニアによって適切に還元される状態と、ＮＯｘの流出量が多くなる状態と、アンモニアの流出量が多くなる状態とが、時間を変えて生じることになる。 (Relationship between ammonia concentration at catalyst outlet 721 and NOx concentration)
When the supply of ammonia by the engine control unit 50 is performed, NOx in the NOx and ammonia concentration regions of the measurement gas G present at the downstream position of the catalyst 72 (catalyst outlet 721) and the position where the multi-gas sensor 1 is disposed are NOx. The state in which NO is appropriately reduced by ammonia, the state in which the outflow amount of NOx increases, and the state in which the outflow amount of ammonia increases are generated at different times.

より具体的には、図７に示すように、エンジン制御ユニット５０においては、アンモニア（ＮＨ3）濃度とＮＯｘ濃度との関係を示す濃度領域は、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも所定濃度（第１濃度差Δｎ１）以上高い第１濃度領域Ｎ１と、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度（第２濃度差Δｎ２）以上高い第３濃度領域Ｎ３と、第１濃度領域Ｎ１と第３濃度領域Ｎ３との間の第２濃度領域Ｎ２とに区分される。この濃度領域は、マルチガスセンサ１によって検出されるＮＯｘ濃度（補正後ＮＯｘ濃度）とアンモニア濃度とを比較し、測定ガスＧにおいていずれの濃度が高いかを示すものである。 More specifically, as shown in FIG. 7, in the engine control unit 50, the concentration region indicating the relationship between the ammonia (NH 3 ) concentration and the NOx concentration is such that the NOx concentration is higher than the ammonia concentration by a predetermined concentration (first value). A first concentration region N1 higher than the concentration difference Δn1), a third concentration region N3 whose ammonia concentration is higher than the NOx concentration by a predetermined concentration (second concentration difference Δn2), a first concentration region N1 and a third concentration region N3; And a second concentration region N2 between the two. This concentration region indicates which concentration is higher in the measurement gas G by comparing the NOx concentration (corrected NOx concentration) detected by the multi-gas sensor 1 with the ammonia concentration.

ここで、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも所定濃度以上高い場合とは、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも高く、かつＮＯｘ濃度とアンモニア濃度との差が第１濃度差Δｎ１以上である場合を示す。また、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合とは、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも高く、かつアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との差が第２濃度差Δｎ２以上である場合を示す。   Here, the case where the NOx concentration is higher than the ammonia concentration by a predetermined concentration or more indicates a case where the NOx concentration is higher than the ammonia concentration and the difference between the NOx concentration and the ammonia concentration is the first concentration difference Δn1 or more. The case where the ammonia concentration is higher than the NOx concentration by a predetermined concentration or more indicates a case where the ammonia concentration is higher than the NOx concentration and the difference between the ammonia concentration and the NOx concentration is the second concentration difference Δn2 or more.

同図において、ＮＯｘ濃度が高い第１濃度領域Ｎ１においては、測定ガスＧ中にアンモニアが少量存在し、アンモニア濃度が高い第３濃度領域Ｎ３においては、測定ガスＧ中にＮＯｘが少量存在すると仮定している。触媒７２におけるＮＯｘの還元反応がより適切に行われる場合には、第１濃度領域Ｎ１においては、アンモニアがほとんど存在せず、第３濃度領域Ｎ３においては、ＮＯｘがほとんど存在しなくなる状態が形成されると考えられる。   In the figure, it is assumed that a small amount of ammonia exists in the measurement gas G in the first concentration region N1 where the NOx concentration is high, and a small amount of NOx exists in the measurement gas G in the third concentration region N3 where the ammonia concentration is high. doing. When the reduction reaction of NOx in the catalyst 72 is performed more appropriately, a state is formed in which almost no ammonia exists in the first concentration region N1, and almost no NOx exists in the third concentration region N3. It is thought.

濃度領域の区分において、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度は、いずれも体積％（ｐｐｍ）で表されることとする。濃度領域を区分する際のアンモニア濃度は、酸素濃度に応じて補正したアンモニア濃度とすることができる。エンジン制御ユニット５０は、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が、第２濃度領域Ｎ２内になるよう、還元剤供給装置７３から触媒７２へ供給する還元剤Ｋの量を調整するよう構成することができる。   In the concentration region section, the ammonia concentration and the NOx concentration are both expressed by volume% (ppm). The ammonia concentration at the time of classifying the concentration region can be an ammonia concentration corrected according to the oxygen concentration. The engine control unit 50 may be configured to adjust the amount of the reducing agent K supplied from the reducing agent supply device 73 to the catalyst 72 so that the relationship between the ammonia concentration and the NOx concentration is within the second concentration region N2. it can.

第１濃度領域Ｎ１と第２濃度領域Ｎ２とを区分する所定濃度としての、ＮＯｘ濃度とアンモニア濃度との第１濃度差Δｎ１は、１０〜５０ｐｐｍとすることができる。そして、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも１０〜５０ｐｐｍ以上高い場合に、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第１濃度領域Ｎ１にあると判定することができる。第１濃度差Δｎ１は、マルチガスセンサ１の仕様、搭載環境等に応じて、適宜変更することができる。   The first concentration difference Δn1 between the NOx concentration and the ammonia concentration as a predetermined concentration for distinguishing the first concentration region N1 and the second concentration region N2 can be 10 to 50 ppm. When the NOx concentration is higher than the ammonia concentration by 10 to 50 ppm or more, it can be determined that the relationship between the ammonia concentration and the NOx concentration is in the first concentration region N1. The first concentration difference Δn1 can be changed as appropriate according to the specifications of the multi-gas sensor 1, the mounting environment, and the like.

また、第２濃度領域Ｎ２と第３濃度領域Ｎ３とを区分する所定濃度としての、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との第２濃度差Δｎ２は、５０〜１００ｐｐｍとすることができる。そして、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも５０〜１００ｐｐｍ以上高い場合に、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第３濃度領域Ｎ３にあると判定することができる。第２濃度差Δｎ２は、マルチガスセンサ１の仕様、搭載環境等に応じて、適宜変更することができる。   Further, the second concentration difference Δn2 between the ammonia concentration and the NOx concentration as a predetermined concentration for distinguishing the second concentration region N2 and the third concentration region N3 can be set to 50 to 100 ppm. When the ammonia concentration is 50 to 100 ppm or more higher than the NOx concentration, it can be determined that the relationship between the ammonia concentration and the NOx concentration is in the third concentration region N3. The second concentration difference Δn2 can be appropriately changed according to the specifications of the multi-gas sensor 1, the mounting environment, and the like.

マルチガスセンサ１は、還元剤供給装置７３が、後述するアンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度と後述するＮＯｘ濃度算出部５７によるＮＯｘ濃度（補正後ＮＯｘ濃度）とが第２濃度領域Ｎ２内になるよう、触媒７２への還元剤Ｋの供給量を調整するために用いられる。エンジン制御ユニット５０は、マルチガスセンサ１によるアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が、第２濃度領域Ｎ２内になるよう、還元剤供給装置７３から触媒７２への還元剤Ｋの供給量を調整するよう構成されている。マルチガスセンサ１を用いることにより、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを監視して触媒７２への還元剤Ｋの供給量を決定することができ、触媒７２におけるＮＯｘの還元反応を、アンモニアの流出を抑えつつ、より最適に行うことができる。   In the multi-gas sensor 1, the reducing agent supply device 73 causes the ammonia concentration by the ammonia concentration calculation unit 52 described later and the NOx concentration (corrected NOx concentration) by the NOx concentration calculation unit 57 described later to be within the second concentration region N2. , And used to adjust the supply amount of the reducing agent K to the catalyst 72. The engine control unit 50 adjusts the supply amount of the reducing agent K from the reducing agent supply device 73 to the catalyst 72 so that the relationship between the ammonia concentration and the NOx concentration by the multi-gas sensor 1 is within the second concentration region N2. It is configured. By using the multi-gas sensor 1, it is possible to determine the supply amount of the reducing agent K to the catalyst 72 by monitoring the ammonia concentration and the NOx concentration, and to suppress the NOx reduction reaction in the catalyst 72 while suppressing the outflow of ammonia. Can be done more optimally.

図示は省略するが、マルチガスセンサ１は、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出するためのセンサ素子１０と、センサ素子１０を保持して排気管７１に取り付けるためのハウジングと、ハウジングの先端側に取り付けられてセンサ素子１０を保護する先端側カバーと、ハウジングの基端側に取り付けられてセンサ素子１０の電気配線部分を保護する基端側カバーとを備える。図１及び図２に示すように、センサ素子１０は、後述するアンモニア素子部２及び後述するＮＯｘ素子部３に対して、後述するヒータ部４を積層して形成されている。   Although not shown, the multi-gas sensor 1 is attached to a sensor element 10 for detecting ammonia concentration and NOx concentration, a housing for holding the sensor element 10 and attaching it to the exhaust pipe 71, and a tip end side of the housing. A front end side cover that protects the sensor element 10 and a proximal end cover that is attached to the base end side of the housing and protects the electrical wiring portion of the sensor element 10. As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor element 10 is formed by laminating a heater section 4 described later on an ammonia element section 2 described later and a NOx element section 3 described later.

（アンモニアセンサ部１１）
アンモニアセンサ部１１は、機械的構成部位であるアンモニア素子部２と、電気的構成部位である電位差検出部５１及びアンモニア濃度算出部５２とによって構成されている。アンモニア素子部２は、第１固体電解質体２１、アンモニア電極２２及び第１基準電極２３を有する。 (Ammonia sensor unit 11)
The ammonia sensor unit 11 includes an ammonia element unit 2 that is a mechanical component, and a potential difference detection unit 51 and an ammonia concentration calculation unit 52 that are electrical components. The ammonia element unit 2 includes a first solid electrolyte body 21, an ammonia electrode 22, and a first reference electrode 23.

（アンモニア素子部２）
第１固体電解質体２１は、板状に形成されており、所定の温度において酸素イオンを伝導させる性質を有するジルコニア材料を用いて構成されている。ジルコニア材料は、ジルコニアを主成分とする種々の材料によって構成することができる。ジルコニア材料には、イットリア（酸化イットリウム）等の希土類金属元素もしくはアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアを用いることができる。 (Ammonia element part 2)
The first solid electrolyte body 21 is formed in a plate shape, and is configured using a zirconia material having a property of conducting oxygen ions at a predetermined temperature. A zirconia material can be comprised with the various material which has a zirconia as a main component. As the zirconia material, stabilized zirconia or partially stabilized zirconia in which a part of zirconia is substituted with a rare earth metal element such as yttria (yttrium oxide) or an alkaline earth metal element can be used.

アンモニア電極２２は、第１固体電解質体２１における、酸素及びアンモニアが含まれる測定ガスＧに晒される第１表面２１１に設けられている。第１基準電極２３は、第１固体電解質体２１における、第１表面２１１とは反対側の第２表面２１２に設けられている。第２表面２１２及び第２表面２１２に設けられた第１基準電極２３は、基準ガスＡとしての大気に晒されている。第１固体電解質体２１の第２表面２１２には、大気が導入される基準ガスダクト２４が隣接して形成されている。   The ammonia electrode 22 is provided on the first surface 211 of the first solid electrolyte body 21 that is exposed to the measurement gas G containing oxygen and ammonia. The first reference electrode 23 is provided on the second surface 212 opposite to the first surface 211 in the first solid electrolyte body 21. The second surface 212 and the first reference electrode 23 provided on the second surface 212 are exposed to the atmosphere as the reference gas A. A reference gas duct 24 into which air is introduced is formed adjacent to the second surface 212 of the first solid electrolyte body 21.

アンモニア電極２２は、アンモニア及び酸素に対する触媒活性を有する金（Ａｕ）、白金−金合金、白金−パラジウム合金、パラジウム−金合金等の貴金属材料を用いて構成されている。第１基準電極２３は、酸素に対する触媒活性を有する白金（Ｐｔ）等の貴金属材料を用いて構成されている。また、アンモニア電極２２及び第１基準電極２３は、第１固体電解質体２１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有していてもよい。   The ammonia electrode 22 is composed of a noble metal material such as gold (Au), platinum-gold alloy, platinum-palladium alloy, palladium-gold alloy having catalytic activity against ammonia and oxygen. The first reference electrode 23 is configured using a noble metal material such as platinum (Pt) having catalytic activity for oxygen. Further, the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23 may contain a zirconia material that is a co-material when the first solid electrolyte body 21 and the first electrode 21 are sintered.

図１及び図２に示すように、第１固体電解質体２１の、測定ガスＧに晒される第１表面２１１は、マルチガスセンサ１のセンサ素子１０における最も外側の表面を形成する。そして、第１表面２１１に設けられたアンモニア電極２２には、測定ガスＧが接触しやすい状態が形成されている。本形態のアンモニア電極２２の表面には、セラミックスの多孔質体等による保護層が設けられていない。そして、アンモニア電極２２には、測定ガスＧが拡散律速されずに接触する。なお、アンモニア電極２２の表面には、測定ガスＧの流速を極力低下させない保護層を設けることも可能である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first surface 211 of the first solid electrolyte body 21 exposed to the measurement gas G forms the outermost surface of the sensor element 10 of the multi-gas sensor 1. The ammonia electrode 22 provided on the first surface 211 is in a state in which the measurement gas G is easily in contact. A protective layer made of a ceramic porous body or the like is not provided on the surface of the ammonia electrode 22 of this embodiment. The measurement gas G contacts the ammonia electrode 22 without being diffusion controlled. It is possible to provide a protective layer on the surface of the ammonia electrode 22 so as not to decrease the flow rate of the measurement gas G as much as possible.

第１固体電解質体２１の第２表面２１２及び第２表面２１２に設けられた第１基準電極２３は、基準ガスＡとしての大気に晒されている。第１固体電解質体２１の第２表面２１２には、大気が導入される基準ガスダクト（大気ダクト）２４が隣接して形成されている。   The first surface 23 of the first solid electrolyte body 21 and the first reference electrode 23 provided on the second surface 212 are exposed to the atmosphere as the reference gas A. On the second surface 212 of the first solid electrolyte body 21, a reference gas duct (atmospheric duct) 24 into which air is introduced is formed adjacently.

（電位差検出部５１）
図１に示すように、本形態の電位差検出部５１は、アンモニア電極２２に混成電位が生じたときのアンモニア電極２２と第１基準電極２３との間の電位差ΔＶを検出する。アンモニア電極２２においては、アンモニア電極２２に接触する測定ガスＧ中にアンモニアと酸素とが存在する場合に、アンモニアの酸化反応と、酸素の還元反応とが同時に進行する。アンモニアの酸化反応は、代表的には、２ＮＨ3＋３Ｏ2-→Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ＋６ｅ-によって表される。酸素の還元反応は、代表的には、Ｏ2＋４ｅ-→２Ｏ2-によって表される。そして、アンモニア電極２２における、アンモニアと酸素とによる混成電位は、アンモニア電極２２における、アンモニアの酸化反応（速度）と酸素の還元反応（速度）とが等しくなるときの電位として生じる。 (Potential difference detector 51)
As shown in FIG. 1, the potential difference detection unit 51 of this embodiment detects a potential difference ΔV between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23 when a mixed potential is generated in the ammonia electrode 22. In the ammonia electrode 22, when ammonia and oxygen are present in the measurement gas G in contact with the ammonia electrode 22, the ammonia oxidation reaction and the oxygen reduction reaction proceed simultaneously. The oxidation reaction of ammonia is typically represented by 2NH 3 + 3O 2− → N 2 + 3H 2 O + 6e − . The oxygen reduction reaction is typically represented by O 2 + 4e − → 2O 2− . The mixed potential of ammonia and oxygen at the ammonia electrode 22 is generated as a potential when the ammonia oxidation reaction (rate) and the oxygen reduction reaction (rate) at the ammonia electrode 22 are equal.

図８は、アンモニア電極２２において生じる混成電位を説明するための図である。同図においては、横軸に、第１基準電極２３に対するアンモニア電極２２の電位（電位差ΔＶ）をとり、縦軸に、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に流れる電流をとって、混成電位の変化の仕方を示す。また、同図においては、アンモニア電極２２においてアンモニアの酸化反応が行われる際の電位と電流の関係を示す第１ラインＬ１と、アンモニア電極２２において酸素の還元反応が行われる際の電位と電流の関係を示す第２ラインＬ２とを示す。第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２は、いずれも右肩上がりのラインによって示す。   FIG. 8 is a diagram for explaining the mixed potential generated in the ammonia electrode 22. In the figure, the horizontal axis represents the potential (potential difference ΔV) of the ammonia electrode 22 with respect to the first reference electrode 23, and the vertical axis represents the current flowing between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23. Shows how the hybrid potential changes. In the same figure, the first line L1 showing the relationship between the potential and current when the ammonia oxidation reaction is performed at the ammonia electrode 22 and the potential and current when the oxygen reduction reaction is performed at the ammonia electrode 22 are shown. A second line L2 indicating the relationship is shown. Each of the first line L1 and the second line L2 is indicated by a line that rises to the right.

電位（電位差ΔＶ）が０（ゼロ）の場合は、アンモニア電極２２の電位が第１基準電極２３の電位と同じであることを示す。混成電位は、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合ったときの電位となる。そして、アンモニア電極２２における混成電位は、第１基準電極２３に対してマイナス側の電位として検出される。   When the potential (potential difference ΔV) is 0 (zero), it indicates that the potential of the ammonia electrode 22 is the same as the potential of the first reference electrode 23. The hybrid potential is a potential when a positive current on the first line L1 indicating the oxidation reaction of ammonia is balanced with a negative current on the second line L2 indicating the oxygen reduction reaction. The hybrid potential at the ammonia electrode 22 is detected as a negative potential with respect to the first reference electrode 23.

また、図９に示すように、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度が高くなるときには、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１の傾きθａが急になる。このとき、第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合う電位が、よりマイナス側へシフトする。これにより、アンモニア濃度が高くなるほど、第１基準電極２３に対するアンモニア電極２２の電位がマイナス側に大きくなる。言い換えれば、アンモニア濃度が高くなるほど、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との電位差（混成電位）ΔＶが大きくなる。そのため、アンモニア濃度が高くなるほど電位差ΔＶが大きくなり、電位差ΔＶを検出することにより、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を検出することが可能になる。   As shown in FIG. 9, when the ammonia concentration in the measurement gas G increases, the slope θa of the first line L1 indicating the oxidation reaction of ammonia becomes steep. At this time, the potential at which the plus current on the first line L1 and the minus current on the second line L2 are balanced shifts further to the minus side. Thereby, as the ammonia concentration increases, the potential of the ammonia electrode 22 with respect to the first reference electrode 23 increases toward the minus side. In other words, as the ammonia concentration increases, the potential difference (mixed potential) ΔV between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23 increases. Therefore, the potential difference ΔV increases as the ammonia concentration increases, and the ammonia concentration in the measurement gas G can be detected by detecting the potential difference ΔV.

また、図１０に示すように、測定ガスＧにおける酸素濃度が高くなるときには、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２の傾きθｓが急になる。このとき、第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合う電位が、よりマイナス側におけるゼロに近い位置へシフトする。これにより、酸素濃度が高くなるほど、第１基準電極２３に対するアンモニア電極２２のマイナス側の電位が小さくなる。言い換えれば、酸素濃度が高くなるほど、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との電位差（混成電位）ΔＶが小さくなる。そのため、酸素濃度が高くなるほど、電位差ΔＶ又はアンモニア濃度を高くする補正を行うことにより、アンモニア濃度の検出精度を高めることができる。   As shown in FIG. 10, when the oxygen concentration in the measurement gas G increases, the slope θs of the second line L2 indicating the oxygen reduction reaction becomes steep. At this time, the potential at which the plus current on the first line L1 and the minus current on the second line L2 are balanced shifts to a position closer to zero on the minus side. Thereby, the higher the oxygen concentration, the smaller the negative potential of the ammonia electrode 22 with respect to the first reference electrode 23. In other words, the higher the oxygen concentration, the smaller the potential difference (mixed potential) ΔV between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23. Therefore, the accuracy of detection of the ammonia concentration can be increased by performing correction to increase the potential difference ΔV or the ammonia concentration as the oxygen concentration increases.

（アンモニア濃度算出部５２）
図１に示すように、アンモニア濃度算出部５２は、電位差検出部５１による電位差ΔＶに基づいて、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出するよう構成されている。アンモニア濃度算出部５２は、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出するに当たり、後述する酸素濃度算出部５５によって酸素濃度を算出し、算出した酸素濃度における電位差ΔＶを、電位差ΔＶと酸素補正後のアンモニア濃度との関係マップＭ１に照合して、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を算出するように構成されている。 (Ammonia concentration calculator 52)
As shown in FIG. 1, the ammonia concentration calculation unit 52 is configured to calculate the ammonia concentration in the measurement gas G based on the potential difference ΔV by the potential difference detection unit 51. In calculating the ammonia concentration in the measurement gas G, the ammonia concentration calculation unit 52 calculates an oxygen concentration by an oxygen concentration calculation unit 55 described later, and calculates the potential difference ΔV in the calculated oxygen concentration as the potential difference ΔV and the ammonia concentration after oxygen correction. The ammonia concentration C1 after oxygen correction is calculated by referring to the relationship map M1.

図１１は、混成電位式のアンモニア素子部２において、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度の変化に応じて検出される、電位差検出部５１によるアンモニア電極２２と第１基準電極２３との間の電位差（混成電位）ΔＶが、酸素濃度の影響を受けて変化することを示す。同図に示すように、電位差検出部５１によって検出される電位差（混成電位）ΔＶは、酸素濃度が高くなるほど小さく検出される（マイナス側のゼロに近い位置で検出される）。この理由は、図１０における傾きθｓによって説明したとおりである。   FIG. 11 shows a potential difference (hybridization) between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23 by the potential difference detection unit 51 detected in the mixed potential type ammonia element unit 2 according to a change in the ammonia concentration in the measurement gas G. It shows that (potential) ΔV changes under the influence of oxygen concentration. As shown in the figure, the potential difference (mixed potential) ΔV detected by the potential difference detection unit 51 is detected to be smaller as the oxygen concentration is higher (detected at a position near zero on the minus side). The reason for this is as explained by the inclination θs in FIG.

図１２に示すように、本形態のアンモニア濃度算出部５２においては、測定ガスＧにおける酸素濃度をパラメータとして、電位差検出部５１による電位差ΔＶと、酸素濃度に応じた補正が行われた酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１との関係を示す関係マップＭ１が設定されている。この関係マップＭ１は、酸素濃度が所定の値にあるときの電位差ΔＶと酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１との関係として作成されている。アンモニア濃度算出部５２は、測定ガスＧにおける酸素濃度及び電位差検出部５１による電位差ΔＶを関係マップＭ１に照合して、測定ガスＧにおける酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を算出するよう構成されている。   As shown in FIG. 12, in the ammonia concentration calculation unit 52 of this embodiment, the oxygen difference in the measurement gas G is used as a parameter, and after the oxygen correction in which the potential difference ΔV is corrected by the potential difference detection unit 51 and the oxygen concentration is corrected. A relationship map M1 showing the relationship with the ammonia concentration C1 is set. The relationship map M1 is created as a relationship between the potential difference ΔV when the oxygen concentration is at a predetermined value and the ammonia concentration C1 after oxygen correction. The ammonia concentration calculation unit 52 is configured to calculate the ammonia concentration C1 after the oxygen correction in the measurement gas G by comparing the oxygen concentration in the measurement gas G and the potential difference ΔV by the potential difference detection unit 51 with the relationship map M1.

より具体的には、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度算出部５５による酸素濃度と、電位差検出部５１による電位差ΔＶとを、関係マップＭ１の酸素濃度及び電位差ΔＶにそれぞれ照合する。そして、関係マップＭ１から、電位差ΔＶのときの酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を読み取る。そして、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度が高いほど、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１が高くなるように補正する。こうして、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１は、酸素濃度に応じて補正された、マルチガスセンサ１から出力されるアンモニア出力濃度となる。なお、関係マップＭ１においては、電位差ΔＶを、酸素補正前のアンモニア濃度Ｃ０としてもよい。   More specifically, the ammonia concentration calculation unit 52 collates the oxygen concentration by the oxygen concentration calculation unit 55 and the potential difference ΔV by the potential difference detection unit 51 with the oxygen concentration and the potential difference ΔV in the relationship map M1. Then, the ammonia concentration C1 after oxygen correction when the potential difference is ΔV is read from the relationship map M1. Then, the ammonia concentration calculation unit 52 corrects the ammonia concentration C1 after oxygen correction to be higher as the oxygen concentration is higher. Thus, the ammonia concentration C1 after oxygen correction is the ammonia output concentration output from the multi-gas sensor 1 corrected according to the oxygen concentration. In the relationship map M1, the potential difference ΔV may be the ammonia concentration C0 before oxygen correction.

同図においては、測定ガスＧ中の酸素濃度が、例えば、５［体積％］、１０［体積％］、２０［体積％］である場合の関係マップＭ１を示す。この関係マップＭ１を用いることにより、酸素濃度に応じたアンモニア濃度Ｃ１又は電位差ΔＶの補正を容易にすることができる。電位差ΔＶと酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１との関係マップＭ１は、マルチガスセンサ１の試作・実験時等において求めておくことができる。   In the same figure, the relationship map M1 when the oxygen concentration in the measurement gas G is, for example, 5 [volume%], 10 [volume%], and 20 [volume%] is shown. By using this relationship map M1, it is possible to easily correct the ammonia concentration C1 or the potential difference ΔV according to the oxygen concentration. The relationship map M1 between the potential difference ΔV and the ammonia concentration C1 after oxygen correction can be obtained in the trial production / experiment of the multigas sensor 1 or the like.

また、図１２の関係マップＭ１は、アンモニア電極２２の温度ごとに設定することができる。そして、アンモニア電極２２の温度の違いを反映して、酸素濃度に応じた酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を算出することができる。また、関係マップＭ１から算出された酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を、アンモニア電極２２の温度に応じて定められた温度補正係数を用いて補正することもできる。   12 can be set for each temperature of the ammonia electrode 22. Then, the ammonia concentration C1 after oxygen correction according to the oxygen concentration can be calculated reflecting the difference in temperature of the ammonia electrode 22. Further, the oxygen concentration C1 after oxygen correction calculated from the relationship map M1 can be corrected using a temperature correction coefficient determined according to the temperature of the ammonia electrode 22.

なお、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度及びＮＯｘ濃度に基づいてアンモニア濃度を算出するよう構成することもできる。後述するＮＯｘ素子部３におけるＮＯｘ電極３２は、ＮＯｘに対する触媒活性を有するだけでなく、アンモニアに対する触媒活性も有する。そのため、アンモニア濃度は、ＮＯｘ電極３２において、ＮＯｘ濃度として検出することが可能である。これにより、アンモニア濃度算出部５２においては、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを比較して、アンモニア濃度がより正しい値を示すよう補正することができる。   The ammonia concentration calculation unit 52 can be configured to calculate the ammonia concentration based on the oxygen concentration and the NOx concentration. The NOx electrode 32 in the NOx element unit 3 described later has not only catalytic activity for NOx but also catalytic activity for ammonia. Therefore, the ammonia concentration can be detected as the NOx concentration at the NOx electrode 32. Thereby, in the ammonia concentration calculation part 52, it can correct | amend so that ammonia concentration may show a more correct value by comparing ammonia concentration and NOx concentration.

電位差検出部５１及びアンモニア濃度算出部５２は、マルチガスセンサ１に電気接続されたセンサ制御ユニット５（ＳＣＵ）内に形成されている。電位差検出部５１は、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との電位差ΔＶを測定するアンプ等を用いて形成されている。アンモニア濃度算出部５２は、コンピュータ等を用いて形成されている。また、センサ制御ユニット５は、内燃機関７のエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０に接続されており、エンジン制御ユニット５０による、内燃機関７、還元剤供給装置７３等の動作の制御に利用される。   The potential difference detector 51 and the ammonia concentration calculator 52 are formed in a sensor control unit 5 (SCU) that is electrically connected to the multi-gas sensor 1. The potential difference detector 51 is formed using an amplifier or the like that measures the potential difference ΔV between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23. The ammonia concentration calculation unit 52 is formed using a computer or the like. The sensor control unit 5 is connected to an engine control unit (ECU) 50 of the internal combustion engine 7 and is used by the engine control unit 50 to control operations of the internal combustion engine 7, the reducing agent supply device 73 and the like.

（ＮＯｘセンサ部１２）
図１に示すように、ＮＯｘセンサ部１２は、機械的構成部位であるＮＯｘ素子部３と、電気的構成部位であるポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４、酸素濃度算出部５５、ＮＯｘ検出部５６及びＮＯｘ濃度算出部５７とによって構成されている。ＮＯｘ素子部３は、第２固体電解質体３１、ＮＯｘ電極３２、第２基準電極３４Ａ、ポンプ電極３３及び第３基準電極３４Ｂを有する。ＮＯｘ素子部３は、第２固体電解質体３１、ＮＯｘ電極３２及び第２基準電極３４Ａ、測定ガス室３５の他に、第２固体電解質体３１を介して配置されたポンプ電極３３及び第３基準電極３４Ｂを更に有する。 (NOx sensor unit 12)
As shown in FIG. 1, the NOx sensor unit 12 includes a NOx element unit 3 that is a mechanical component, a pumping unit 53 that is an electrical component, a pump current detector 54, an oxygen concentration calculator 55, and a NOx detector. 56 and a NOx concentration calculation unit 57. The NOx element unit 3 includes a second solid electrolyte body 31, a NOx electrode 32, a second reference electrode 34A, a pump electrode 33, and a third reference electrode 34B. The NOx element section 3 includes a pump electrode 33 and a third reference disposed via the second solid electrolyte body 31 in addition to the second solid electrolyte body 31, the NOx electrode 32, the second reference electrode 34A, and the measurement gas chamber 35. It further has an electrode 34B.

ＮＯｘ素子部３には、ＮＯｘ素子部３及びアンモニア素子部２を加熱するヒータ部４が積層されている。ＮＯｘセンサ部１２は、ＮＯｘ濃度を検出する機能の他に、酸素濃度を検出する機能も備える。具体的には、ＮＯｘセンサ部１２は、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に電圧を印加して、ポンプ電極３３が収容された測定ガス室３５における酸素を汲み出すとともに、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に流れる電流に基づいて測定ガスＧにおける酸素濃度を算出するようにも構成されている。   In the NOx element part 3, a heater part 4 for heating the NOx element part 3 and the ammonia element part 2 is laminated. The NOx sensor unit 12 has a function of detecting the oxygen concentration in addition to the function of detecting the NOx concentration. Specifically, the NOx sensor unit 12 applies a voltage between the pump electrode 33 and the third reference electrode 34B to pump out oxygen in the measurement gas chamber 35 in which the pump electrode 33 is accommodated, The oxygen concentration in the measurement gas G is also calculated based on the current flowing between the second reference electrode 33 and the third reference electrode 34B.

（ＮＯｘ素子部３）
ＮＯｘ素子部３は、第２固体電解質体３１、測定ガス室３５、拡散抵抗部３５１、ポンプ電極３３、ＮＯｘ電極３２、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂを有する。第２固体電解質体３１は、第１固体電解質体２１に対向して配置されている。第２固体電解質体３１は、板状に形成されており、所定の温度において酸素イオンを伝導させる性質を有するジルコニア材料を用いて構成されている。このジルコニア材料は、第１固体電解質体２１の場合と同様である。 (NOx element part 3)
The NOx element unit 3 includes a second solid electrolyte body 31, a measurement gas chamber 35, a diffusion resistance unit 351, a pump electrode 33, a NOx electrode 32, a second reference electrode 34A, and a third reference electrode 34B. The second solid electrolyte body 31 is disposed so as to face the first solid electrolyte body 21. The second solid electrolyte body 31 is formed in a plate shape, and is configured using a zirconia material having a property of conducting oxygen ions at a predetermined temperature. This zirconia material is the same as that of the first solid electrolyte body 21.

図１、図２及び図４に示すように、測定ガス室３５は、第２固体電解質体３１の第３表面３１１に接して形成されている。測定ガス室３５は、ガス室用絶縁体３６によって形成されている。ガス室用絶縁体３６は、アルミナ等のセラミックス材料からなる。拡散抵抗部３５１は、多孔質のセラミックス層として形成されており、測定ガス室３５へ拡散速度を制限して測定ガスＧを導入するための部分である。   As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the measurement gas chamber 35 is formed in contact with the third surface 311 of the second solid electrolyte body 31. The measurement gas chamber 35 is formed by a gas chamber insulator 36. The gas chamber insulator 36 is made of a ceramic material such as alumina. The diffusion resistance part 351 is formed as a porous ceramic layer, and is a part for introducing the measurement gas G into the measurement gas chamber 35 while limiting the diffusion rate.

ポンプ電極３３は、第３表面３１１における測定ガス室３５内に収容されており、測定ガス室３５内の測定ガスＧに晒される。ＮＯｘ電極３２は、第３表面３１１における測定ガス室３５内に収容されており、ポンプ電極３３によって酸素濃度が調整された後の測定ガスＧに晒される。第３基準電極３４Ｂは、第２固体電解質体３１における、第３表面３１１とは反対側の第４表面３１２に設けられている。   The pump electrode 33 is accommodated in the measurement gas chamber 35 on the third surface 311 and is exposed to the measurement gas G in the measurement gas chamber 35. The NOx electrode 32 is accommodated in the measurement gas chamber 35 on the third surface 311 and is exposed to the measurement gas G after the oxygen concentration is adjusted by the pump electrode 33. The third reference electrode 34B is provided on the fourth surface 312 of the second solid electrolyte body 31 opposite to the third surface 311.

ポンプ電極３３は、酸素に対する触媒活性を有する白金−金合金等の貴金属材料を用いて構成されている。ＮＯｘ電極３２は、ＮＯｘ及び酸素に対する触媒活性を有する白金−ロジウム合金等の貴金属材料を用いて構成されている。第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、酸素に対する触媒活性を有する白金等の貴金属材料を用いて構成されている。また、ポンプ電極３３、ＮＯｘ電極３２、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、第２固体電解質体３１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有していてもよい。   The pump electrode 33 is configured using a noble metal material such as a platinum-gold alloy having catalytic activity for oxygen. The NOx electrode 32 is configured using a noble metal material such as a platinum-rhodium alloy having catalytic activity for NOx and oxygen. The second reference electrode 34A and the third reference electrode 34B are configured using a noble metal material such as platinum having catalytic activity for oxygen. The pump electrode 33, the NOx electrode 32, the second reference electrode 34A, and the third reference electrode 34B may contain a zirconia material that is a co-material when the second solid electrolyte body 31 is sintered.

本形態の第２基準電極３４Ａは、第２固体電解質体３１を介してＮＯｘ電極３２と対向する位置に設けられており、本形態の第３基準電極３４Ｂは、第２固体電解質体３１を介してポンプ電極３３と対向する位置に設けられている。なお、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、ポンプ電極３３及びＮＯｘ電極３２と対向する位置の全体に１つ設けられていてもよい。   The second reference electrode 34A of the present embodiment is provided at a position facing the NOx electrode 32 with the second solid electrolyte body 31 interposed therebetween, and the third reference electrode 34B of the present embodiment is disposed with the second solid electrolyte body 31 interposed therebetween. And provided at a position facing the pump electrode 33. Note that one second reference electrode 34 </ b> A and third reference electrode 34 </ b> B may be provided at the entire position facing the pump electrode 33 and the NOx electrode 32.

図１〜図３に示すように、第２固体電解質体３１の第４表面３１２及び第４表面３１２に設けられた第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、基準ガスＡとしての大気に晒されている。第１固体電解質体２１と第２固体電解質体３１とは、基準ガスダクト２４を形成するダクト用絶縁体２５を介して積層されている。ダクト用絶縁体２５は、アルミナ等のセラミックス材料からなる。   As shown in FIGS. 1 to 3, the second reference electrode 34 </ b> A and the third reference electrode 34 </ b> B provided on the fourth surface 312 and the fourth surface 312 of the second solid electrolyte body 31 are in the atmosphere as the reference gas A. It is exposed. The first solid electrolyte body 21 and the second solid electrolyte body 31 are laminated via a duct insulator 25 that forms a reference gas duct 24. The duct insulator 25 is made of a ceramic material such as alumina.

基準ガスダクト２４は、第１固体電解質体２１の第２表面２１２及び第１基準電極２３と、第２固体電解質体３１の第４表面３１２、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂとに大気を接触させる状態で形成されている。第１基準電極２３、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、基準ガスダクト２４内に収容されている。基準ガスダクト２４は、センサ素子１０の基端から測定ガス室３５に対向する位置まで形成されている。   The reference gas duct 24 is connected to the second surface 212 and the first reference electrode 23 of the first solid electrolyte body 21, and the fourth surface 312 of the second solid electrolyte body 31, the second reference electrode 34A and the third reference electrode 34B. It is formed in the state which contacts. The first reference electrode 23, the second reference electrode 34 </ b> A, and the third reference electrode 34 </ b> B are accommodated in the reference gas duct 24. The reference gas duct 24 is formed from the base end of the sensor element 10 to a position facing the measurement gas chamber 35.

マルチガスセンサ１の基端側カバー内に導入された基準ガスＡは、基準ガスダクト２４の基端側の開口部から基準ガスダクト２４内に導入される。本形態のセンサ素子１０は、第１固体電解質体２１と第２固体電解質体３１との間に基準ガスダクト２４を有することにより、第１〜第３基準電極２３，３４Ａ，３４Ｂの全体をまとめて大気に接触させることができる。   The reference gas A introduced into the base end side cover of the multi-gas sensor 1 is introduced into the reference gas duct 24 from the opening on the base end side of the reference gas duct 24. The sensor element 10 of the present embodiment includes the reference gas duct 24 between the first solid electrolyte body 21 and the second solid electrolyte body 31, so that the entire first to third reference electrodes 23, 34 </ b> A, 34 </ b> B are collected together. Can be exposed to the atmosphere.

（ヒータ部４）
図１及び図２に示すように、第２固体電解質体３１の、第１固体電解質体２１が積層された側とは反対側には、ＮＯｘ素子部３及びアンモニア素子部２を加熱するヒータ部４が積層されている。ヒータ部４は、通電によって発熱する発熱体４１と、発熱体４１を埋設するヒータ用絶縁体４２とによって形成されている。ヒータ用絶縁体４２は、アルミナ等のセラミックス材料からなる。 (Heater part 4)
As shown in FIGS. 1 and 2, on the side of the second solid electrolyte body 31 opposite to the side on which the first solid electrolyte body 21 is laminated, a heater section that heats the NOx element section 3 and the ammonia element section 2. 4 are stacked. The heater unit 4 is formed by a heating element 41 that generates heat when energized, and a heater insulator 42 in which the heating element 41 is embedded. The heater insulator 42 is made of a ceramic material such as alumina.

発熱体４１は、発熱部と、発熱部に繋がるリード部とによって形成されており、発熱部が各電極２２，２３，３２，３３，３４Ａ，３４Ｂに対向する位置に形成されている。発熱体４１には、発熱体４１に通電を行うための通電制御部５８が接続されている。通電制御部５８は、発熱体４１に、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御等を行った電圧を印加するドライブ回路等を用いて形成されている。通電制御部５８は、センサ制御ユニット５内に形成されている。   The heat generating element 41 is formed by a heat generating portion and a lead portion connected to the heat generating portion, and the heat generating portion is formed at a position facing each of the electrodes 22, 23, 32, 33, 34A, 34B. An energization control unit 58 for energizing the heating element 41 is connected to the heating element 41. The energization control unit 58 is formed using a drive circuit or the like that applies a voltage subjected to PWM (pulse width modulation) control or the like to the heating element 41. The energization control unit 58 is formed in the sensor control unit 5.

通電制御部５８による発熱体４１の通電量を制御する際には、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に交流電圧を印加したときのインピーダンスを測定し、このインピーダンスが目標とする値になるように通電量を調整することができる。これにより、アンモニア素子部２及びＮＯｘ素子部３の温度が目標とする温度になるようにする。なお、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間のインピーダンスと、アンモニア電極２２等の温度との関係は、関係マップとして求めておく。また、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間のインピーダンスを測定する代わりに、発熱体４１のインピーダンス又はアンモニア電極２２と基準電極との間のインピーダンスを測定することもできる。   When controlling the energization amount of the heating element 41 by the energization control unit 58, the impedance when an AC voltage is applied between the pump electrode 33 and the third reference electrode 34B is measured, and this impedance is a target value. The energization amount can be adjusted so that Thereby, the temperature of the ammonia element part 2 and the NOx element part 3 is set to the target temperature. The relationship between the impedance between the pump electrode 33 and the third reference electrode 34B and the temperature of the ammonia electrode 22 or the like is obtained as a relationship map. Further, instead of measuring the impedance between the pump electrode 33 and the third reference electrode 34B, the impedance of the heating element 41 or the impedance between the ammonia electrode 22 and the reference electrode can also be measured.

アンモニア素子部２及びＮＯｘ素子部３は、通電制御部５８によるインピーダンス制御が行われる、同じ発熱体４１によって加熱される。そのため、仮に、アンモニア電極２２の温度及びＮＯｘ電極３２の温度に、通電制御部５８によるインピーダンス制御を行う際の変動が生じた場合であっても、アンモニア電極２２の温度及びＮＯｘ電極３２の温度が同様の変動を受ける。そのため、ＮＯｘ濃度算出部５７による推定アンモニア濃度と、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度との間に、温度の変動に伴う濃度誤差が生じにくくすることができる。   The ammonia element unit 2 and the NOx element unit 3 are heated by the same heating element 41 in which impedance control is performed by the energization control unit 58. Therefore, even if the temperature of the ammonia electrode 22 and the temperature of the NOx electrode 32 fluctuate when impedance control is performed by the energization control unit 58, the temperature of the ammonia electrode 22 and the temperature of the NOx electrode 32 are the same. Receive similar fluctuations. Therefore, it is possible to make it difficult for a concentration error due to a temperature change to occur between the estimated ammonia concentration by the NOx concentration calculation unit 57 and the ammonia concentration by the ammonia concentration calculation unit 52.

アンモニア素子部２とヒータ部４との距離は、ＮＯｘ素子部３とヒータ部４との距離よりも大きい。そして、ヒータ部４によってＮＯｘ素子部３を加熱する温度に比べて、ヒータ部４によってアンモニア素子部２を加熱する温度は低い。ＮＯｘ素子部３のポンプ電極３３及びＮＯｘ電極３２は、６００〜９００℃の温度において使用され、アンモニア素子部２のアンモニア電極２２は、４００〜６００℃の温度において使用される。アンモニア電極２２の温度は、ヒータ部４の加熱によって、４００〜６００℃の温度範囲内のいずれかの温度を目標として制御される。   The distance between the ammonia element part 2 and the heater part 4 is larger than the distance between the NOx element part 3 and the heater part 4. And compared with the temperature which heats the NOx element part 3 with the heater part 4, the temperature which heats the ammonia element part 2 with the heater part 4 is low. The pump electrode 33 and the NOx electrode 32 of the NOx element unit 3 are used at a temperature of 600 to 900 ° C., and the ammonia electrode 22 of the ammonia element unit 2 is used at a temperature of 400 to 600 ° C. The temperature of the ammonia electrode 22 is controlled by heating the heater unit 4 so as to target any temperature within a temperature range of 400 to 600 ° C.

また、ＮＯｘ素子部３とアンモニア素子部２との間に基準ガスダクト２４が形成されていることにより、ヒータ部４によってＮＯｘ素子部３及びアンモニア素子部２を加熱する際に、基準ガスダクト２４を断熱層として作用させることができる。これにより、ＮＯｘ素子部３のポンプ電極３３及びＮＯｘ電極３２の温度に比べて、アンモニア素子部２のアンモニア電極２２の温度を容易に低くすることができる。また、通電制御部５８による通電制御を行うことにより、ＮＯｘ素子部３及びアンモニア素子部２の温度を目標とする温度に制御する。   In addition, since the reference gas duct 24 is formed between the NOx element unit 3 and the ammonia element unit 2, the reference gas duct 24 is insulated when the heater unit 4 heats the NOx element unit 3 and the ammonia element unit 2. Can act as a layer. Thereby, compared with the temperature of the pump electrode 33 of the NOx element part 3, and the temperature of the NOx electrode 32, the temperature of the ammonia electrode 22 of the ammonia element part 2 can be made low easily. Further, the energization control by the energization control unit 58 controls the temperatures of the NOx element unit 3 and the ammonia element unit 2 to target temperatures.

（ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４及び酸素濃度算出部５５）
図１に示すように、ポンピング部５３は、第３基準電極３４Ｂをプラス側として、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に直流電圧を印加して、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおける酸素を汲み出すよう構成されている。ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に直流電圧が印加されるときには、ポンプ電極３３に接触する、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおける酸素が、酸素イオンとなって第２固体電解質体３１を第３基準電極３４Ｂに向けて通過し、第３基準電極３４Ｂから基準ガスダクト２４へと排出される。これにより、測定ガス室３５内の酸素濃度が、ＮＯｘの検出に適した濃度に調整される。 (Pumping unit 53, pump current detection unit 54, and oxygen concentration calculation unit 55)
As shown in FIG. 1, the pumping unit 53 applies the DC voltage between the pump electrode 33 and the third reference electrode 34B with the third reference electrode 34B as the positive side, and the measurement gas in the measurement gas chamber 35 It is configured to pump oxygen in G. When a DC voltage is applied between the pump electrode 33 and the third reference electrode 34B, oxygen in the measurement gas G in the measurement gas chamber 35 that is in contact with the pump electrode 33 becomes oxygen ions and becomes a second solid electrolyte. The body 31 passes toward the third reference electrode 34B and is discharged from the third reference electrode 34B to the reference gas duct 24. Thereby, the oxygen concentration in the measurement gas chamber 35 is adjusted to a concentration suitable for detection of NOx.

ポンプ電流検出部５４は、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に流れる直流電流を検出するよう構成されている。酸素濃度算出部５５は、ポンプ電流検出部５４によって検出された直流電流に基づいて、測定ガスＧにおける酸素濃度を算出するよう構成されている。ポンプ電流検出部５４においては、ポンピング部５３によって測定ガス室３５内から基準ガスダクト２４へ排出される酸素の量に比例した直流電流が検出される。   The pump current detection unit 54 is configured to detect a direct current flowing between the pump electrode 33 and the third reference electrode 34B. The oxygen concentration calculation unit 55 is configured to calculate the oxygen concentration in the measurement gas G based on the direct current detected by the pump current detection unit 54. In the pump current detection unit 54, a direct current proportional to the amount of oxygen discharged from the measurement gas chamber 35 to the reference gas duct 24 is detected by the pumping unit 53.

また、ポンピング部５３は、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおける酸素濃度が所定の濃度になるまで、測定ガス室３５内から基準ガスダクト２４へ酸素を排出する。そのため、酸素濃度算出部５５は、ポンプ電流検出部５４によって検出される直流電流を監視することにより、アンモニア素子部２及びＮＯｘ素子部３に到達する測定ガスＧにおける酸素濃度を算出することができる。   Further, the pumping unit 53 discharges oxygen from the measurement gas chamber 35 to the reference gas duct 24 until the oxygen concentration in the measurement gas G in the measurement gas chamber 35 reaches a predetermined concentration. Therefore, the oxygen concentration calculation unit 55 can calculate the oxygen concentration in the measurement gas G that reaches the ammonia element unit 2 and the NOx element unit 3 by monitoring the direct current detected by the pump current detection unit 54. .

酸素濃度算出部５５によって算出される酸素濃度は、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を補正するための酸素濃度として利用される。   The oxygen concentration calculated by the oxygen concentration calculation unit 55 is used as an oxygen concentration for correcting the ammonia concentration by the ammonia concentration calculation unit 52.

（ＮＯｘ検出部５６及びＮＯｘ濃度算出部５７）
図１に示すように、ＮＯｘ検出部５６は、第２基準電極３４Ａをプラス側としてＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に直流電圧を印加して、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に流れる直流電流を検出するよう構成されている。ＮＯｘ濃度算出部５７は、ＮＯｘ検出部５６によって検出される直流電流に基づいて、測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度を差し引いて補正後ＮＯｘ濃度を算出するよう構成されている。ＮＯｘ検出部５６においては、ＮＯｘだけでなくアンモニアも検出される。そのため、ＮＯｘ濃度算出部５７においては、アンモニアの検出量を差し引くことにより実際のＮＯｘの検出量が得られる。 (NOx detector 56 and NOx concentration calculator 57)
As shown in FIG. 1, the NOx detector 56 applies a DC voltage between the NOx electrode 32 and the second reference electrode 34A with the second reference electrode 34A as the positive side, and the NOx electrode 32 and the second reference electrode. 34A is configured to detect a direct current flowing between it and 34A. The NOx concentration calculation unit 57 calculates the pre-correction NOx concentration in the measurement gas G based on the direct current detected by the NOx detection unit 56, and calculates the post-correction NOx concentration by subtracting the ammonia concentration from the pre-correction NOx concentration. It is configured as follows. In the NOx detector 56, not only NOx but also ammonia is detected. Therefore, the NOx concentration calculation unit 57 obtains the actual detected amount of NOx by subtracting the detected amount of ammonia.

ＮＯｘ電極３２には、ポンプ電極３３によって酸素濃度が調整された後の測定ガスＧが接触する。そして、ＮＯｘ検出部５６においては、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に直流電圧が印加されるときには、ＮＯｘ電極３２に接触する、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおけるＮＯｘが窒素と酸素に分解され、酸素が酸素イオンとなって第２固体電解質体３１を第２基準電極３４Ａに向けて通過し、第２基準電極３４Ａから基準ガスダクト２４へと排出される。また、ＮＯｘ検出部５６にアンモニアが到達するときには、アンモニアが酸化されて生成されたＮＯｘも同様に窒素と酸素に分解される。そして、ＮＯｘ濃度算出部５７は、ＮＯｘ検出部５６によって検出される直流電流を監視することにより、ＮＯｘ素子部３に到達する測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度を差し引いて補正後ＮＯｘ濃度を算出する。   The measurement gas G after the oxygen concentration is adjusted by the pump electrode 33 is in contact with the NOx electrode 32. In the NOx detector 56, when a DC voltage is applied between the NOx electrode 32 and the second reference electrode 34A, NOx in the measurement gas G in the measurement gas chamber 35 that contacts the NOx electrode 32 is nitrogen. The oxygen is converted into oxygen ions, passes through the second solid electrolyte body 31 toward the second reference electrode 34A, and is discharged from the second reference electrode 34A to the reference gas duct 24. Further, when ammonia reaches the NOx detection unit 56, NOx generated by oxidation of ammonia is similarly decomposed into nitrogen and oxygen. Then, the NOx concentration calculation unit 57 calculates the pre-correction NOx concentration in the measurement gas G that reaches the NOx element unit 3 by monitoring the direct current detected by the NOx detection unit 56, and the ammonia from the NOx concentration before correction. The corrected NOx concentration is calculated by subtracting the concentration.

また、マルチガスセンサ１におけるＮＯｘセンサ部１２は、いわゆる限界電流式のセンサとして機能する。すなわち、ＮＯｘセンサ部１２は、拡散抵抗部３５１によって測定ガス室３５への測定ガスＧの流れが制限される際に、限界電流特性を示すための直流電圧を印加したときに、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に生じる直流電流を検出するものである。   The NOx sensor unit 12 in the multi-gas sensor 1 functions as a so-called limit current type sensor. In other words, when the flow of the measurement gas G to the measurement gas chamber 35 is restricted by the diffusion resistance part 351, the NOx sensor unit 12 is connected to the NOx electrode 32 when a DC voltage for indicating the limit current characteristic is applied. A direct current generated between the second reference electrode 34A and the second reference electrode 34A is detected.

ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４及びＮＯｘ検出部５６は、アンプ等を用いてセンサ制御ユニット５内に形成されている。酸素濃度算出部５５及びＮＯｘ濃度算出部５７は、コンピュータ等を用いてセンサ制御ユニット５内に形成されている。   The pumping unit 53, the pump current detection unit 54, and the NOx detection unit 56 are formed in the sensor control unit 5 using an amplifier or the like. The oxygen concentration calculation unit 55 and the NOx concentration calculation unit 57 are formed in the sensor control unit 5 using a computer or the like.

なお、図１においては、便宜的に、電位差検出部５１、ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４及びＮＯｘ検出部５６を、センサ制御ユニット５と区別して記載する。実際には、これらは、センサ制御ユニット５内に構築されている。   In FIG. 1, for the sake of convenience, the potential difference detection unit 51, the pumping unit 53, the pump current detection unit 54, and the NOx detection unit 56 are described separately from the sensor control unit 5. In practice, these are built in the sensor control unit 5.

図７において、触媒出口７２１のアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係を示す濃度領域におけるＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ濃度算出部５７によって算出される補正後ＮＯｘ濃度とすることができる。また、この濃度領域におけるアンモニア濃度は、アンモニア濃度算出部５２によって算出されるアンモニア濃度とすることができる。   In FIG. 7, the NOx concentration in the concentration region indicating the relationship between the ammonia concentration at the catalyst outlet 721 and the NOx concentration can be the corrected NOx concentration calculated by the NOx concentration calculating unit 57. Further, the ammonia concentration in this concentration region can be the ammonia concentration calculated by the ammonia concentration calculation unit 52.

マルチガスセンサ１によれば、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出するためのガスセンサの使用数を減らすことができる。また、ＮＯｘ濃度を検出するために使用されるポンプ電極３３及びポンピング部５３を利用して、ポンプ電流検出部５４及び酸素濃度算出部５５によって酸素濃度を検出することができる。   According to the multi-gas sensor 1, the number of gas sensors used for detecting the ammonia concentration and the NOx concentration can be reduced. Further, the oxygen concentration can be detected by the pump current detecting unit 54 and the oxygen concentration calculating unit 55 by using the pump electrode 33 and the pumping unit 53 used for detecting the NOx concentration.

（認定部６１）
図５及び図７に示すように、認定部６１は、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度と、ＮＯｘセンサ部１２による補正後ＮＯｘ濃度とを比較して、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度がＮＯｘセンサ部１２による補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高い場合を、認定時として認定する。この場合において、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度は、酸素濃度算出部５５による酸素濃度に応じて補正を行った、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１とすることができる。 (Authorization Department 61)
5 and 7, the certification unit 61 compares the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 with the corrected NOx concentration by the NOx sensor unit 12, and the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 is determined to be NOx sensor unit. The case where the concentration is higher than the NOx concentration after correction by 12 by a predetermined concentration Δn2 or more is recognized as the time of recognition. In this case, the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 can be the ammonia concentration C1 after oxygen correction corrected according to the oxygen concentration by the oxygen concentration calculation unit 55.

認定時における推定アンモニア濃度を示す補正前ＮＯｘ濃度は、純粋なアンモニア濃度を示すのではなく、ＮＯｘ濃度が加算されたアンモニア濃度を示すことになる。しかし、認定時における補正前ＮＯｘ濃度は、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高い場合のものであり、認定時における実際のＮＯｘ濃度は、低くかつ推定アンモニア濃度の誤差範囲内に含まれる。   The pre-correction NOx concentration indicating the estimated ammonia concentration at the time of certification does not indicate a pure ammonia concentration, but indicates an ammonia concentration obtained by adding the NOx concentration. However, the NOx concentration before correction at the time of certification is that when the ammonia concentration is higher than the NOx concentration by a predetermined concentration Δn2 or more, and the actual NOx concentration at the time of certification is low and included in the error range of the estimated ammonia concentration. .

（劣化判定部６２）
劣化判定部６２は、認定部６１が認定時を認定した場合を条件として、アンモニアセンサ部１１の性能劣化の有無又は度合いを判定する判定時期を決定することができる。判定時期は、例えば、車両の走行距離が所定の設定距離以上になり、かつ認定時が認定された場合とすることができる。そして、車両の走行距離が設定距離になるごとに、判定時期が決定される。 (Deterioration determination unit 62)
The deterioration determination unit 62 can determine a determination time for determining the presence or absence or degree of performance deterioration of the ammonia sensor unit 11 on the condition that the approval unit 61 recognizes the time of approval. The determination time can be, for example, a case where the travel distance of the vehicle is equal to or greater than a predetermined set distance and the time of recognition is certified. The determination time is determined every time the travel distance of the vehicle becomes the set distance.

劣化判定部６２は、ＮＯｘセンサ部１２による推定アンモニア濃度からアンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度を差し引いた差分値が、所定値を超えたときに、アンモニアセンサ部１１に性能劣化が生じたと判定することができる。この所定値は、アンモニアセンサ部１１及びＮＯｘセンサ部１２における検出精度を考慮して、決定することができる。   The deterioration determination unit 62 determines that performance deterioration has occurred in the ammonia sensor unit 11 when the difference value obtained by subtracting the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 from the estimated ammonia concentration by the NOx sensor unit 12 exceeds a predetermined value. Can do. This predetermined value can be determined in consideration of detection accuracy in the ammonia sensor unit 11 and the NOx sensor unit 12.

劣化判定部６２は、アンモニアセンサ部１１の性能劣化の度合いである性能劣化量を算出するよう構成することもできる。ＮＯｘセンサ部１２による推定アンモニア濃度からアンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度を差し引いた差分値に基づいて性能劣化量を求めることができる。性能劣化量Ｒは、推定アンモニア濃度をＤ、酸素補正後のアンモニア濃度をＣ１としたとき、Ｒ＝（Ｄ−Ｃ１）／Ｄ×１００［％］として求めることができる。   The deterioration determination unit 62 can also be configured to calculate a performance deterioration amount that is a degree of performance deterioration of the ammonia sensor unit 11. The performance deterioration amount can be obtained based on a difference value obtained by subtracting the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 from the estimated ammonia concentration by the NOx sensor unit 12. The performance deterioration amount R can be obtained as R = (D−C1) / D × 100 [%], where D is the estimated ammonia concentration and C1 is the ammonia concentration after oxygen correction.

混成電位式のマルチガスセンサ１のアンモニア素子部２においては、アンモニア電極２２が測定ガスＧに直接晒されており、アンモニア電極２２が被毒物質によって被毒しやすい環境にある。そして、アンモニア電極２２が被毒すると、特に、アンモニア電極２２におけるアンモニアの酸化反応を示す触媒性能が劣化する。また、アンモニア電極２２の被毒によって、アンモニア電極２２における酸素の還元反応を示す触媒性能も劣化する。アンモニアセンサ部１１の性能劣化の多くはアンモニア電極２２の性能劣化であると考えられる。   In the ammonia element section 2 of the mixed potential type multi-gas sensor 1, the ammonia electrode 22 is directly exposed to the measurement gas G, and the ammonia electrode 22 is easily poisoned by poisonous substances. When the ammonia electrode 22 is poisoned, in particular, the catalyst performance indicating the oxidation reaction of ammonia at the ammonia electrode 22 is deteriorated. Further, the poisoning of the ammonia electrode 22 deteriorates the catalytic performance indicating the oxygen reduction reaction at the ammonia electrode 22. Most of the performance degradation of the ammonia sensor unit 11 is considered to be performance degradation of the ammonia electrode 22.

（アンモニア出力濃度及びＮＯｘ出力濃度）
マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度は、酸素濃度算出部５５の酸素濃度を用いて補正された、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度とする。また、アンモニア出力濃度は、酸素濃度を用いて補正するだけでなく、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度を用いて補正することもできる。 (Ammonia output concentration and NOx output concentration)
The ammonia output concentration output from the multi-gas sensor 1 is the ammonia concentration by the ammonia concentration calculation unit 52 corrected using the oxygen concentration of the oxygen concentration calculation unit 55. Further, the ammonia output concentration can be corrected not only using the oxygen concentration but also using the NOx concentration corrected by the NOx concentration calculation unit 57.

マルチガスセンサ１から出力するＮＯｘ出力濃度は、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度とする。また、ＮＯｘ出力濃度は、アンモニア濃度算出部５２のアンモニア濃度を用いて補正された、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度とすることもできる。   The NOx output concentration output from the multi-gas sensor 1 is the NOx concentration after correction by the NOx concentration calculation unit 57. Further, the NOx output concentration may be the corrected NOx concentration by the NOx concentration calculating unit 57 corrected using the ammonia concentration of the ammonia concentration calculating unit 52.

（認定時）
劣化判定部６２は、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度に比べて所定濃度Δｎ２以上高い場合に、劣化の判定を行う。そして、マルチガスセンサ１においてアンモニアがある程度検出される場合に、アンモニア素子部２の劣化の有無又は度合いを判定する。また、認定時を普遍的に決定するためには、認定部６１は、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度がＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高い場合であって、かつ内燃機関がフューエルカット運転を行うとともに還元剤供給装置が触媒へ還元剤Ｋを供給している場合を、認定時として認定することができる。 (At the time of certification)
The deterioration determination unit 62 determines deterioration when the ammonia concentration is higher than the NOx concentration by a predetermined concentration Δn2. Then, when ammonia is detected to some extent by the multi-gas sensor 1, the presence or absence or degree of deterioration of the ammonia element portion 2 is determined. In order to universally determine the time of authorization, the authorization unit 61 is a case where the ammonia concentration by the ammonia concentration calculation unit 52 is higher than the corrected NOx concentration by the NOx concentration calculation unit 57 by a predetermined concentration Δn2 or more. And the case where the internal combustion engine performs the fuel cut operation and the reducing agent supply device supplies the reducing agent K to the catalyst can be recognized as the time of authorization.

フューエルカット運転時には、内燃機関７における燃料の燃焼が停止され、内燃機関７か排気管７１へのＮＯｘの排出がほとんどなくなる。そして、触媒７２には大気中の酸素が充満する。この状況において、還元剤供給装置７３から触媒７２へ還元剤Ｋとしてのアンモニアが供給されると、触媒７２からマルチガスセンサ１へアンモニアが到達しやすくなる。この場合には、マルチガスセンサ１にＮＯｘがほとんど到達せず、ＮＯｘセンサ部１２による推定アンモニア濃度の検出精度を高めることができる。これに伴い、マルチガスセンサ１の劣化判定の精度を高めることができる。   During the fuel cut operation, combustion of the fuel in the internal combustion engine 7 is stopped, and NOx emission to the internal combustion engine 7 or the exhaust pipe 71 is almost eliminated. The catalyst 72 is filled with oxygen in the atmosphere. In this situation, when ammonia as the reducing agent K is supplied from the reducing agent supply device 73 to the catalyst 72, the ammonia easily reaches the multi-gas sensor 1 from the catalyst 72. In this case, almost no NOx reaches the multi-gas sensor 1, and the detection accuracy of the estimated ammonia concentration by the NOx sensor unit 12 can be increased. Along with this, the accuracy of the deterioration determination of the multi-gas sensor 1 can be increased.

また、認定時は、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度［ｐｐｍ］が、ＮＯｘセンサ部１２によるＮＯｘの検出精度［ｐｐｍ］の少なくとも２倍以上検出されていることを条件として決定することもできる。また、認定時を決定する際のアンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度［ｐｐｍ］は、より高い方が判定精度の観点から好ましい。   At the time of authorization, it can also be determined on the condition that the ammonia concentration [ppm] by the ammonia concentration calculation unit 52 is detected at least twice as high as the NOx detection accuracy [ppm] by the NOx sensor unit 12. Further, the ammonia concentration [ppm] by the ammonia concentration calculation unit 52 when determining the time of authorization is preferably higher from the viewpoint of determination accuracy.

図１３においては、ＮＯｘセンサ部１２による推定アンモニア濃度［ｐｐｍ］が算出される際に、推定アンモニア濃度とアンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度とを比較して劣化判定を行う際に生じ得る誤差範囲について示す。アンモニアセンサ部１１及びＮＯｘセンサ部１２の検出精度は、±１０ｐｐｍであるとする。   In FIG. 13, when the estimated ammonia concentration [ppm] by the NOx sensor unit 12 is calculated, an error range that can occur when the estimated ammonia concentration and the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 are compared to perform deterioration determination. Show. The detection accuracy of the ammonia sensor unit 11 and the NOx sensor unit 12 is assumed to be ± 10 ppm.

この場合において、例えば、推定アンモニア濃度が１０ｐｐｍであるときには、誤差範囲は、アンモニアセンサ部１１及びＮＯｘセンサ部１２の検出精度が影響して、最大で０〜３０ｐｐｍの範囲内で変動するおそれがある。また、例えば、推定アンモニア濃度が１００ｐｐｍであるときには、誤差範囲は、アンモニアセンサ部１１及びＮＯｘセンサ部１２の検出精度が影響して、最大で８０〜１２０ｐｐｍの範囲内で変動するおそれがある。   In this case, for example, when the estimated ammonia concentration is 10 ppm, the error range may vary within a range of 0 to 30 ppm at the maximum due to the detection accuracy of the ammonia sensor unit 11 and the NOx sensor unit 12. . Further, for example, when the estimated ammonia concentration is 100 ppm, the error range may vary within a range of 80 to 120 ppm at the maximum due to the detection accuracy of the ammonia sensor unit 11 and the NOx sensor unit 12.

つまり、推定アンモニア濃度が１０ｐｐｍであるときには、最大で３００％の誤差が生じる可能性がある。一方、推定アンモニア濃度が１００ｐｐｍであるときには、最大で２０％の誤差が生じる可能性がある。そのため、アンモニア濃度がより高い場合には、劣化判定を行う際に生じ得る誤差範囲が狭くなり、劣化判定を行う精度が向上することが分かる。   That is, when the estimated ammonia concentration is 10 ppm, a maximum error of 300% may occur. On the other hand, when the estimated ammonia concentration is 100 ppm, an error of up to 20% may occur. Therefore, it can be seen that when the ammonia concentration is higher, an error range that can occur when performing the deterioration determination is narrowed, and the accuracy of performing the deterioration determination is improved.

（他ガスの影響）
測定ガスＧとしての排ガスには、酸素、アンモニア、ＮＯｘの他に、未燃ガス成分としてのＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等が混在する場合もある。アンモニア電極２２において検出される混成電位は、アンモニア濃度及び酸素濃度によって変化するだけでなく、他ガスとしてのＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等の濃度によっても変化することが確認された。ただし、この他ガスによる混成電位の変化は、測定ガスＧ中にアンモニアが含まれている場合には、あまり生じないことが確認された。 (Influence of other gases)
In addition to oxygen, ammonia, and NOx, CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), and the like as unburned gas components may be mixed in the exhaust gas as the measurement gas G. It has been confirmed that the hybrid potential detected at the ammonia electrode 22 not only changes depending on the ammonia concentration and oxygen concentration, but also changes depending on the concentration of NOx, CO, HC, etc. as other gases. However, it was confirmed that the change in the hybrid potential due to the other gas does not occur so much when the measurement gas G contains ammonia.

本形態の劣化判定部６２は、測定ガスＧにアンモニアが含まれる場合に、アンモニア素子部２における性能劣化の判定を行う。これにより、他ガスが性能劣化量の算出に与える影響を少なくすることができる。   The deterioration determination unit 62 of the present embodiment determines performance deterioration in the ammonia element unit 2 when the measurement gas G contains ammonia. Thereby, the influence which other gas has on the calculation of the amount of performance degradation can be reduced.

（センサ素子１０の酸化触媒）
センサ素子１０には、図１４及び図１５に示すように、ＮＯｘ検出部５６によるアンモニアの検出を容易にするために、アンモニアを酸化させてＮＯｘに変換させる酸化触媒３７を設けることができる。酸化触媒３７は、アンモニア電極２２の近くに配置すると、アンモニア電極２２及び電位差検出部５１によって検出されるべきアンモニアの濃度が低下してしまう。そのため、酸化触媒３７は、アンモニア電極２２からできるだけ離れた位置に配置することが望ましい。 (Oxidation catalyst of sensor element 10)
As shown in FIGS. 14 and 15, the sensor element 10 may be provided with an oxidation catalyst 37 that oxidizes ammonia to convert it to NOx in order to facilitate detection of ammonia by the NOx detection unit 56. If the oxidation catalyst 37 is disposed near the ammonia electrode 22, the concentration of ammonia to be detected by the ammonia electrode 22 and the potential difference detection unit 51 is lowered. Therefore, it is desirable to arrange the oxidation catalyst 37 at a position as far as possible from the ammonia electrode 22.

また、酸化触媒３７は、アンモニアから変換されたＮＯｘを、ＮＯｘ電極３２に接触させるために、センサ素子１０の周囲から、ＮＯｘ電極３２が配置された測定ガス室３５までの測定ガスＧの流れの経路に配置する。酸化触媒３７は、図１４に示すように、測定ガス室３５における測定ガスＧの入口に配置された拡散抵抗部３５１に設けることができる。酸化触媒３７は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）等とすることができる。酸化触媒３７は、拡散抵抗部３５１を形成するアルミナ等の多孔質の金属酸化物に担持させることができる。   In addition, the oxidation catalyst 37 causes the measurement gas G to flow from the periphery of the sensor element 10 to the measurement gas chamber 35 in which the NOx electrode 32 is disposed in order to bring NOx converted from ammonia into contact with the NOx electrode 32. Place in the path. As shown in FIG. 14, the oxidation catalyst 37 can be provided in the diffusion resistance portion 351 disposed at the inlet of the measurement gas G in the measurement gas chamber 35. The oxidation catalyst 37 can be, for example, NiO (nickel oxide). The oxidation catalyst 37 can be supported on a porous metal oxide such as alumina that forms the diffusion resistance portion 351.

また、酸化触媒３７は、図１５に示すように、センサ素子１０における、各電極２２，２３、３２，３３，３４Ａ，３４Ｂ及び発熱体４１が設けられた先端部の外側面に設けることもできる。この場合には、酸化触媒３７は、センサ素子１０の先端部に設ける、アルミナ等の金属酸化物による多孔質の保護層３８に担持させることができる。この場合には、酸化触媒３７は、第２固体電解質体３１に積層された各絶縁体２５，３６，４２の表面に配置されることになる。   Further, as shown in FIG. 15, the oxidation catalyst 37 can be provided on the outer surface of the tip portion of the sensor element 10 where the electrodes 22, 23, 32, 33, 34 </ b> A, 34 </ b> B and the heating element 41 are provided. . In this case, the oxidation catalyst 37 can be supported on a porous protective layer 38 made of a metal oxide such as alumina provided at the tip of the sensor element 10. In this case, the oxidation catalyst 37 is disposed on the surface of each insulator 25, 36, 42 laminated on the second solid electrolyte body 31.

また、酸化触媒３７は、保護層３８における、拡散抵抗部３５１の周囲に位置する部分にのみ担持させることもできる。また、酸化触媒３７は、測定ガス室３５内における、第２固体電解質体３１の表面又は各絶縁体３６，４２の表面に配置することもできる。   Further, the oxidation catalyst 37 can be supported only on a portion of the protective layer 38 located around the diffusion resistance portion 351. Further, the oxidation catalyst 37 can be disposed on the surface of the second solid electrolyte body 31 or the surfaces of the insulators 36 and 42 in the measurement gas chamber 35.

本形態のマルチガスセンサ１においては、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第３濃度領域Ｎ３にある場合において、ＮＯｘ電極３２に接触するアンモニアをＮＯｘに積極的に変換することができる。そのため、劣化判定部６２が、第３濃度領域Ｎ３において、ＮＯｘセンサ部１２による補正前ＮＯｘ濃度によって、測定ガスＧにおける推定アンモニア濃度が算出される場合に、この推定アンモニア濃度の算出精度を高めることができる。   In the multi-gas sensor 1 of the present embodiment, when the relationship between the ammonia concentration and the NOx concentration in the measurement gas G is in the third concentration region N3, the ammonia contacting the NOx electrode 32 can be positively converted to NOx. . Therefore, when the estimated ammonia concentration in the measurement gas G is calculated based on the NOx concentration before correction by the NOx sensor unit 12 in the third concentration region N3, the deterioration determination unit 62 increases the calculation accuracy of the estimated ammonia concentration. Can do.

（劣化判定方法）
次に、マルチガスセンサ１を用いた劣化判定方法の一例について、図１６のフローチャートを参照して説明する。
内燃機関７の燃焼運転が開始されたときには、マルチガスセンサ１、還元剤供給装置７３、センサ制御ユニット５、エンジン制御ユニット５０等が動作する。マルチガスセンサ１においては、電位差検出部５１によって、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶが検出される（図１６のステップＳ１０１）。また、ポンプ電流検出部５４によって、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に流れる直流電流（ポンプ電流）が検出される（ステップＳ１０１）。また、ＮＯｘ検出部５６によって、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に流れる直流電流（センサ電流）が検出される（ステップＳ１０１）。 (Degradation judgment method)
Next, an example of the deterioration determination method using the multi-gas sensor 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
When the combustion operation of the internal combustion engine 7 is started, the multi-gas sensor 1, the reducing agent supply device 73, the sensor control unit 5, the engine control unit 50, etc. operate. In the multigas sensor 1, the potential difference detector 51 detects the potential difference ΔV generated between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23 (step S101 in FIG. 16). Further, the direct current (pump current) flowing between the pump electrode 33 and the third reference electrode 34B is detected by the pump current detection unit 54 (step S101). Further, the direct current (sensor current) flowing between the NOx electrode 32 and the second reference electrode 34A is detected by the NOx detection unit 56 (step S101).

そして、酸素濃度算出部５５によって、ポンプ電流検出部５４による直流電流に基づいて測定ガスＧにおける酸素濃度が算出される（ステップＳ１０２）。また、アンモニア濃度算出部５２によって、電位差検出部５１による電位差ΔＶと酸素濃度とが関係マップＭ１に照合され、測定ガスＧにおける、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１が算出される（ステップＳ１０２）。また、ＮＯｘ濃度算出部５７によって、ＮＯｘ検出部５６による直流電流に基づいて測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度が算出され、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度Ｃ１が差し引かれて補正後ＮＯｘ濃度が算出される（ステップＳ１０２）。   Then, the oxygen concentration calculation unit 55 calculates the oxygen concentration in the measurement gas G based on the direct current from the pump current detection unit 54 (step S102). Further, the ammonia concentration calculation unit 52 collates the potential difference ΔV and the oxygen concentration by the potential difference detection unit 51 with the relationship map M1, and calculates the ammonia concentration C1 after oxygen correction in the measurement gas G (step S102). Further, the NOx concentration calculation unit 57 calculates the pre-correction NOx concentration in the measurement gas G based on the direct current from the NOx detection unit 56, and subtracts the ammonia concentration C1 from the pre-correction NOx concentration to calculate the post-correction NOx concentration. (Step S102).

また、マルチガスセンサ１からは、酸素濃度に応じて補正されたアンモニア濃度がアンモニア出力濃度として出力され（ステップＳ１０３）、補正後ＮＯｘ濃度がＮＯｘ出力濃度として出力される（ステップＳ１０３）。次いで、マルチガスセンサ１の使用が開始されてからの経過期間が、劣化の判定を行うための所定の設定期間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。この所定の設定期間の経過の有無は、車両の走行距離が所定の距離に達したか否かによって判定することができる。所定の設定期間が経過するまでは、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４が繰り返し実行される。   Further, the multi-gas sensor 1 outputs the ammonia concentration corrected according to the oxygen concentration as the ammonia output concentration (step S103), and the corrected NOx concentration is output as the NOx output concentration (step S103). Next, it is determined whether or not the elapsed period from the start of use of the multi-gas sensor 1 has passed a predetermined set period for determining deterioration (step S104). Whether or not the predetermined set period has elapsed can be determined based on whether or not the travel distance of the vehicle has reached a predetermined distance. Steps S101 to S104 are repeatedly executed until a predetermined setting period elapses.

一方、ステップＳ１０４において所定の設定期間が経過したときには、認定部６１は、アンモニアセンサ部１１においてアンモニアがある程度検出される場合を選定するために、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１がＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高いか否かを判定する（ステップＳ１０５）。アンモニア濃度Ｃ１が補正後ＮＯｘ濃度よりも低い場合、又はアンモニア濃度Ｃ１と補正後ＮＯｘ濃度との差が所定濃度Δｎ２未満である場合には、ステップＳ１０１に戻る。   On the other hand, when the predetermined setting period has elapsed in step S104, the certifying unit 61 selects the case where ammonia is detected to some extent by the ammonia sensor unit 11 so that the ammonia concentration C1 after oxygen correction is the NOx concentration calculating unit 57. It is determined whether it is higher than the corrected NOx concentration by a predetermined concentration Δn2 or more (step S105). If the ammonia concentration C1 is lower than the corrected NOx concentration, or if the difference between the ammonia concentration C1 and the corrected NOx concentration is less than the predetermined concentration Δn2, the process returns to step S101.

アンモニア濃度Ｃ１が補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高い場合には、認定部６１は、劣化判定を行うための認定時を認定する（ステップＳ１０６）。この場合には、劣化判定部６２は、ＮＯｘ濃度算出部５７によって算出された補正前ＮＯｘ濃度が推定アンモニア濃度を示すこととし、推定アンモニア濃度からアンモニア濃度Ｃ１を差し引いた差分値を求める（ステップＳ１０７）。そして、劣化判定部６２は、差分値が、所定の故障検出値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。   If the ammonia concentration C1 is higher than the corrected NOx concentration by a predetermined concentration Δn2 or more, the certification unit 61 authorizes the certification time for performing the deterioration determination (step S106). In this case, the deterioration determination unit 62 determines that the pre-correction NOx concentration calculated by the NOx concentration calculation unit 57 indicates the estimated ammonia concentration, and obtains a difference value obtained by subtracting the ammonia concentration C1 from the estimated ammonia concentration (step S107). ). And the degradation determination part 62 determines whether a difference value is more than a predetermined failure detection value (step S108).

差分値が故障検出値未満である場合には、劣化判定部６２は、アンモニアセンサ部１１が故障を検知するまでは性能劣化していないと特定し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０１に戻る。また、このときには、ステップＳ１０４における経過期間をゼロにリセットし（ステップＳ１１０）、再び、経過期間が所定の設定期間を経過するまでステップＳ１０１〜Ｓ１０４が繰り返し実行される。また、差分値が故障検出値以上となるまで、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９が繰り返し実行される。   When the difference value is less than the failure detection value, the deterioration determination unit 62 specifies that the performance has not deteriorated until the ammonia sensor unit 11 detects a failure (step S109), and returns to step S101. At this time, the elapsed period in step S104 is reset to zero (step S110), and steps S101 to S104 are repeated until the elapsed period passes a predetermined set period again. Further, steps S101 to S109 are repeatedly executed until the difference value becomes equal to or greater than the failure detection value.

一方、ステップＳ１０９において差分値が故障検出値以上となった場合には、劣化判定部６２は、アンモニアセンサ部１１が故障していると検知されるまで性能劣化したと特定し、マルチガスセンサ１の故障が認定される（ステップＳ１１０）。こうして、アンモニアセンサ部１１の劣化によって、マルチガスセンサ１の故障が認定されたときには、センサ制御ユニット５においては、マルチガスセンサ１の交換を促すための信号を発することができる。   On the other hand, when the difference value is equal to or greater than the failure detection value in step S109, the deterioration determination unit 62 specifies that the performance has deteriorated until it is detected that the ammonia sensor unit 11 has failed. A failure is certified (step S110). Thus, when the failure of the multi-gas sensor 1 is recognized due to the deterioration of the ammonia sensor unit 11, the sensor control unit 5 can issue a signal for prompting the replacement of the multi-gas sensor 1.

（作用効果）
本形態のマルチガスセンサ１においては、認定部６１は、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度Ｃ１とＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度とを比較し、アンモニア濃度Ｃ１が補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高い場合を特定条件として認定する。マルチガスセンサ１によってアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度の検出が行われる環境下においては、アンモニアはＮＯｘを還元するために用いられる。そして、本願発明者らは、この環境下においては、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度Ｃ１が、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度よりも、低くなる場合と高くなる場合とが異なるタイミングで生じることに着目している。そして、アンモニア濃度Ｃ１が補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高い場合を特定条件として認定する。 (Function and effect)
In the multi-gas sensor 1 of the present embodiment, the certification unit 61 compares the ammonia concentration C1 by the ammonia concentration calculation unit 52 with the corrected NOx concentration by the NOx concentration calculation unit 57, and the ammonia concentration C1 is more predetermined than the corrected NOx concentration. A case where the concentration is higher than Δn2 is recognized as a specific condition. In an environment where the ammonia concentration and NOx concentration are detected by the multigas sensor 1, ammonia is used to reduce NOx. In this environment, the inventors of the present application have different timings when the ammonia concentration C1 by the ammonia concentration calculation unit 52 becomes lower and higher than the corrected NOx concentration by the NOx concentration calculation unit 57. Focus on what happens. A case where the ammonia concentration C1 is higher than the corrected NOx concentration by a predetermined concentration Δn2 or more is recognized as the specific condition.

この特定条件において、ＮＯｘ濃度算出部５７のＮＯｘ電極３２においては、測定ガスＧ中のＮＯｘはほとんど検出されず、測定ガスＧ中のアンモニアがＮＯｘに酸化されてＮＯｘ濃度として検出される。アンモニアは、アンモニア素子部２に比べて高い温度に加熱されるＮＯｘ素子部３の付近に存在するとき、ＮＯｘに酸化されやすくなる。このアンモニアがＮＯｘに酸化される反応式は、代表的には、４ＮＨ3＋５Ｏ2→４ＮＯ＋６Ｈ2Ｏによって表される。そのため、特定条件においては、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正前ＮＯｘ濃度を推定アンモニア濃度とする。この推定アンモニア濃度は、測定ガスＧ中のアンモニア濃度に近い値を示すと考える。 Under this specific condition, the NOx electrode 32 of the NOx concentration calculation unit 57 hardly detects NOx in the measurement gas G, and ammonia in the measurement gas G is oxidized to NOx and detected as the NOx concentration. Ammonia tends to be oxidized to NOx when it is present in the vicinity of the NOx element unit 3 heated to a higher temperature than the ammonia element unit 2. The reaction formula in which ammonia is oxidized to NOx is typically represented by 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O. Therefore, under specific conditions, the NOx concentration before correction by the NOx concentration calculation unit 57 is set as the estimated ammonia concentration. This estimated ammonia concentration is considered to indicate a value close to the ammonia concentration in the measurement gas G.

そして、アンモニア素子部２のアンモニア電極２２に性能劣化がない場合には、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度Ｃ１と、ＮＯｘ濃度算出部５７による推定アンモニア濃度とに大きな違いは生じない。換言すれば、これらのアンモニア濃度の差が所定の誤差範囲内になる。一方、アンモニア素子部２のアンモニア電極２２に性能劣化が生じた場合には、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度Ｃ１が、ＮＯｘ濃度算出部５７による推定アンモニア濃度よりも所定の誤差範囲を超えて低くなる。従って、この場合には、アンモニア素子部２に性能劣化が生じたと判定することができる。   When there is no performance degradation in the ammonia electrode 22 of the ammonia element unit 2, there is no significant difference between the ammonia concentration C1 by the ammonia concentration calculation unit 52 and the estimated ammonia concentration by the NOx concentration calculation unit 57. In other words, the difference between these ammonia concentrations falls within a predetermined error range. On the other hand, when performance deterioration occurs in the ammonia electrode 22 of the ammonia element unit 2, the ammonia concentration C1 by the ammonia concentration calculation unit 52 is lower than the estimated ammonia concentration by the NOx concentration calculation unit 57 by exceeding a predetermined error range. Become. Therefore, in this case, it can be determined that performance degradation has occurred in the ammonia element section 2.

これにより、マルチガスセンサ１においては、測定ガスＧにおけるアンモニアが占める割合が、測定ガスＧにおけるＮＯｘが占める割合よりも多く、ＮＯｘがアンモニアの検出にあまり影響を与えない条件下において、アンモニア素子部２の性能劣化の有無又は度合いを判定することができる。   Thus, in the multi-gas sensor 1, the ammonia element portion 2 is in a condition in which the proportion of ammonia in the measurement gas G is larger than the proportion of NOx in the measurement gas G and NOx does not significantly affect the detection of ammonia. The presence or absence or degree of performance degradation can be determined.

それ故、本形態のマルチガスセンサ１によれば、アンモニア素子部２の性能劣化の有無又は度合いを適切に判定することができる。   Therefore, according to the multi-gas sensor 1 of the present embodiment, it is possible to appropriately determine the presence / absence or degree of performance deterioration of the ammonia element portion 2.

＜実施形態２＞
本形態のマルチガスセンサ１は、アンモニア素子部２に生じた性能劣化量に応じてアンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を補正するよう構成されている。
具体的には、図１７に示すように、本形態のマルチガスセンサ１は、実施形態１の劣化判定部６２の代わりに、劣化量算出部６３及びアンモニア濃度補正部６４を備える。劣化量算出部６３は、認定部６１が認定時を認定した場合において、ＮＯｘセンサ部１２（ＮＯｘ濃度算出部５７）による補正前ＮＯｘ濃度が、ＮＯｘ電極３２に接触するアンモニアの濃度である推定アンモニア濃度を示すとし、推定アンモニア濃度とアンモニアセンサ部１１（アンモニア濃度算出部５２）によるアンモニア濃度との差に基づいて、アンモニア素子部２の性能劣化量を算出するよう構成されている。アンモニア濃度補正部６４は、性能劣化量に基づいて、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を補正するよう構成されている。 <Embodiment 2>
The multi-gas sensor 1 of this embodiment is configured to correct the ammonia concentration by the ammonia concentration calculation unit 52 in accordance with the performance deterioration amount generated in the ammonia element unit 2.
Specifically, as shown in FIG. 17, the multi-gas sensor 1 of the present embodiment includes a deterioration amount calculation unit 63 and an ammonia concentration correction unit 64 instead of the deterioration determination unit 62 of the first embodiment. The deterioration amount calculation unit 63 estimates the estimated ammonia in which the NOx concentration before correction by the NOx sensor unit 12 (NOx concentration calculation unit 57) is the concentration of ammonia in contact with the NOx electrode 32 when the certification unit 61 authorizes the certification time. The concentration is indicated, and the performance deterioration amount of the ammonia element unit 2 is calculated based on the difference between the estimated ammonia concentration and the ammonia concentration by the ammonia sensor unit 11 (ammonia concentration calculation unit 52). The ammonia concentration correction unit 64 is configured to correct the ammonia concentration by the ammonia concentration calculation unit 52 based on the performance deterioration amount.

劣化量算出部６３による性能劣化量は、実施形態１に示した性能劣化量Ｒと同様にして求めることができる。また、アンモニア濃度補正部６４は、例えば、性能劣化量Ｒ［％］が算出され、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１［ｐｐｍ］が算出されたとき、酸素・劣化補正後のアンモニア濃度Ｃ２［ｐｐｍ］を、Ｃ２＝Ｃ１×１００／（１００−Ｒ）として求めることができる。   The performance deterioration amount by the deterioration amount calculation unit 63 can be obtained in the same manner as the performance deterioration amount R shown in the first embodiment. For example, when the performance deterioration amount R [%] is calculated and the ammonia concentration C1 [ppm] after oxygen correction is calculated, the ammonia concentration correction unit 64 calculates the ammonia concentration C2 [ppm] after oxygen and deterioration correction. Can be calculated as C2 = C1 × 100 / (100−R).

（制御方法）
本形態のマルチガスセンサ１の制御方法の一例を、図１８のフローチャートを参照して説明する。
内燃機関７の燃焼運転が開始されたときには、マルチガスセンサ１、還元剤供給装置７３、センサ制御ユニット５、エンジン制御ユニット５０等が動作する。また、本形態においては、マルチガスセンサ１の使用初期において、アンモニア素子部２の性能劣化量Ｒを０（ゼロ）にする（ステップＳ２０１）。次いで、実施形態１のステップＳ１０１と同様にして、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶ、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に流れるポンプ電流、及びＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に流れるセンサ電流が検出される（ステップＳ２０２）。 (Control method)
An example of the control method of the multi-gas sensor 1 of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
When the combustion operation of the internal combustion engine 7 is started, the multi-gas sensor 1, the reducing agent supply device 73, the sensor control unit 5, the engine control unit 50, etc. operate. In this embodiment, the performance deterioration amount R of the ammonia element unit 2 is set to 0 (zero) in the initial use of the multi-gas sensor 1 (step S201). Next, as in step S101 of the first embodiment, the potential difference ΔV generated between the ammonia electrode 22 and the first reference electrode 23, the pump current flowing between the pump electrode 33 and the third reference electrode 34B, and the NOx electrode A sensor current flowing between the second reference electrode 34A and the second reference electrode 34A is detected (step S202).

また、実施形態１のステップＳ１０２と同様にして、測定ガスＧにおける酸素濃度、測定ガスＧにおける、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１、及び測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度が算出され、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度Ｃ１が差し引かれて補正後ＮＯｘ濃度が算出される（ステップＳ２０３）。また、アンモニア素子部２の性能劣化量Ｒがゼロである状態においては、酸素・劣化補正後のアンモニア濃度Ｃ２は、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１となる（ステップＳ２０４）。   Similarly to step S102 of the first embodiment, the oxygen concentration in the measurement gas G, the ammonia concentration C1 after oxygen correction in the measurement gas G, and the NOx concentration before correction in the measurement gas G are calculated, and the NOx concentration before correction is calculated. The ammonia concentration C1 is subtracted from the calculated NOx concentration after correction (step S203). Further, in a state where the performance deterioration amount R of the ammonia element unit 2 is zero, the ammonia concentration C2 after oxygen / degradation correction becomes the ammonia concentration C1 after oxygen correction (step S204).

次いで、また、マルチガスセンサ１からは、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１がアンモニア出力濃度として出力され（ステップＳ２０５）、ＮＯｘ濃度がＮＯｘ出力濃度として出力される（ステップＳ２０５）。また、ステップＳ２０５の後には、マルチガスセンサ１の制御を終了する信号があるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。制御を終了する信号がある場合には、マルチガスセンサ１の制御を終了する。一方、制御を終了する信号がない場合には、マルチガスセンサ１の使用が開始されてからの経過期間が、劣化の判定を行うための所定の設定期間を経過したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。この所定の設定期間の経過の有無は、車両の走行距離が所定の距離に達したか否かによって判定することができる。所定の設定期間が経過するまでは、ステップＳ２０２〜Ｓ２０７が繰り返し実行される。   Next, from the multi-gas sensor 1, the ammonia concentration C1 after oxygen correction is output as the ammonia output concentration (step S205), and the NOx concentration is output as the NOx output concentration (step S205). Further, after step S205, it is determined whether or not there is a signal for ending the control of the multigas sensor 1 (step S206). If there is a signal to end the control, the control of the multi-gas sensor 1 is ended. On the other hand, when there is no signal for ending the control, it is determined whether or not the elapsed period from the start of use of the multi-gas sensor 1 has passed a predetermined set period for determining deterioration (step). S207). Whether or not the predetermined set period has elapsed can be determined based on whether or not the travel distance of the vehicle has reached a predetermined distance. Steps S202 to S207 are repeatedly executed until a predetermined setting period elapses.

一方、ステップＳ２０７において所定の設定期間が経過したときには、認定部６１は、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１がＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高いか否かを判定する（ステップＳ２０８）。アンモニア濃度Ｃ１が補正後ＮＯｘ濃度よりも低い場合、又はアンモニア濃度Ｃ１と補正後ＮＯｘ濃度との差が所定濃度Δｎ２未満である場合には、ステップＳ２０２に戻る。   On the other hand, when the predetermined set period has elapsed in step S207, the certification unit 61 determines whether or not the ammonia concentration C1 after oxygen correction is higher than the NOx concentration corrected by the NOx concentration calculation unit 57 by a predetermined concentration Δn2 or more. (Step S208). If the ammonia concentration C1 is lower than the corrected NOx concentration, or if the difference between the ammonia concentration C1 and the corrected NOx concentration is less than the predetermined concentration Δn2, the process returns to step S202.

アンモニア濃度Ｃ１が補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度Δｎ２以上高い場合には、認定部６１は、性能劣化量Ｒを算出するための認定時を認定する（ステップＳ２０９）。次いで、劣化量算出部６３は、ＮＯｘ濃度算出部５７によって算出された補正前ＮＯｘ濃度が推定アンモニア濃度Ｄを示すこととし、アンモニア素子部２の性能劣化量Ｒを、推定アンモニア濃度Ｄ及び酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を用いて、Ｒ＝（Ｄ−Ｃ１）／Ｄ×１００［％］として求める（ステップＳ２１０）。そして、性能劣化量Ｒを初期時のゼロから、算出した性能劣化量Ｒに変更する（ステップＳ２１１）。また、ステップＳ２０７における経過時間をゼロにリセットする（ステップＳ２１２）。   If the ammonia concentration C1 is higher than the corrected NOx concentration by a predetermined concentration Δn2 or more, the accreditation unit 61 authorizes the accreditation for calculating the performance deterioration amount R (step S209). Next, the deterioration amount calculation unit 63 assumes that the pre-correction NOx concentration calculated by the NOx concentration calculation unit 57 indicates the estimated ammonia concentration D, and calculates the performance deterioration amount R of the ammonia element unit 2 as the estimated ammonia concentration D and oxygen correction. Using the subsequent ammonia concentration C1, R = (D−C1) / D × 100 [%] is obtained (step S210). Then, the performance deterioration amount R is changed from the initial zero to the calculated performance deterioration amount R (step S211). Further, the elapsed time in step S207 is reset to zero (step S212).

その後、性能劣化量Ｒが変更された後に、ステップＳ２０４が実行されるときには、アンモニア濃度補正部６４は、性能劣化量Ｒ［％］及び酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１［ｐｐｍ］を用いて、酸素・劣化補正後のアンモニア濃度Ｃ２［ｐｐｍ］を、Ｃ２＝Ｃ１×１００／（１００−Ｒ）として求める（ステップＳ２０４）。そして、マルチガスセンサ１からは、酸素・劣化補正後のアンモニア濃度Ｃ２がアンモニア出力濃度として出力され（ステップＳ２０５）。   Thereafter, when step S204 is executed after the performance deterioration amount R has been changed, the ammonia concentration correction unit 64 uses the performance deterioration amount R [%] and the oxygen concentration C1 [ppm] after oxygen correction to generate oxygen. The ammonia concentration C2 [ppm] after the deterioration correction is obtained as C2 = C1 × 100 / (100−R) (step S204). Then, the ammonia concentration C2 after oxygen / degradation correction is output from the multi-gas sensor 1 as the ammonia output concentration (step S205).

こうして、ステップＳ２０２〜Ｓ２１２が繰り返し実行され、性能劣化量Ｒが所定の設定期間が経過するごとに変更（更新）されて、酸素・劣化補正後のアンモニア濃度Ｃ２がアンモニア出力濃度として出力される。   Thus, steps S202 to S212 are repeatedly executed, and the performance deterioration amount R is changed (updated) every time a predetermined set period elapses, and the oxygen concentration / degradation corrected ammonia concentration C2 is output as the ammonia output concentration.

本形態のマルチガスセンサ１においては、劣化量算出部６３によって、アンモニア素子部２における性能劣化量を算出し、アンモニア濃度補正部６４によって、性能劣化量に応じてアンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度Ｃ１を補正する。これにより、ＮＯｘがアンモニアの検出にあまり影響を与えない条件下において、アンモニア素子部２の性能劣化量を加味してアンモニア濃度を補正することができる。   In the multi-gas sensor 1 of the present embodiment, the deterioration amount calculation unit 63 calculates the performance deterioration amount in the ammonia element unit 2, and the ammonia concentration correction unit 64 calculates the ammonia concentration C1 by the ammonia concentration calculation unit 52 according to the performance deterioration amount. Correct. Thereby, the ammonia concentration can be corrected in consideration of the performance deterioration amount of the ammonia element portion 2 under the condition that NOx does not greatly affect the detection of ammonia.

本形態のマルチガスセンサ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。   Other configurations, operational effects, and the like in the multi-gas sensor 1 of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. Also in this embodiment, the components indicated by the same reference numerals as those shown in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。   The present invention is not limited only to each embodiment, and further different embodiments can be configured without departing from the scope of the invention. Further, the present invention includes various modifications, modifications within an equivalent range, and the like.

１ マルチガスセンサ
１１ アンモニアセンサ部
１２ ＮＯｘセンサ部
６１ 認定部
６２ 劣化判定部
６３ 劣化量算出部
６４ アンモニア濃度補正部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi gas sensor 11 Ammonia sensor part 12 NOx sensor part 61 Authorization part 62 Degradation determination part 63 Degradation amount calculation part 64 Ammonia concentration correction | amendment part

Claims (8)

酸素イオンの伝導性を有する第１固体電解質体（２１）、及び前記第１固体電解質体を介して配置されたアンモニア電極（２２）及び第１基準電極（２３）を有し、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出し、前記電位差に基づいて測定ガス（Ｇ）におけるアンモニア濃度を算出するよう構成されたアンモニアセンサ部（１１）と、
酸素イオンの伝導性を有する第２固体電解質体（３１）、前記第２固体電解質体を介して配置されたＮＯｘ電極（３２）及び第２基準電極（３４Ａ）、及び前記ＮＯｘ電極を収容するとともに拡散抵抗部（３５１）を介して測定ガスが導入される測定ガス室（３５）を有し、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に電圧が印加された状態において、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に生じる電流を検出し、前記電流に基づいて測定ガスにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、前記補正前ＮＯｘ濃度から前記アンモニア濃度を差し引いてＮＯｘ濃度を算出するよう構成されたＮＯｘセンサ部（１２）と、
前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度が前記ＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度よりも所定濃度（Δｎ２）以上高い場合を、認定時として認定する認定部（６１）と、
前記認定部が前記認定時を認定した場合において、前記ＮＯｘセンサ部による補正前ＮＯｘ濃度が、前記ＮＯｘ電極に接触するアンモニアの濃度である推定アンモニア濃度を示すとして、前記推定アンモニア濃度と前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度とを比較して、前記アンモニアセンサ部の性能劣化の有無又は度合いを判定する劣化判定部（６２）と、を備えるマルチガスセンサ（１）。 A first solid electrolyte body (21) having conductivity of oxygen ions, an ammonia electrode (22) and a first reference electrode (23) disposed through the first solid electrolyte body, and the ammonia electrode; An ammonia sensor section (11) configured to detect a potential difference (ΔV) generated between the first reference electrode and calculate an ammonia concentration in the measurement gas (G) based on the potential difference;
The second solid electrolyte body (31) having conductivity of oxygen ions, the NOx electrode (32) and the second reference electrode (34A) disposed through the second solid electrolyte body, and the NOx electrode are accommodated. A measurement gas chamber (35) into which a measurement gas is introduced via a diffusion resistance portion (351), and in a state where a voltage is applied between the NOx electrode and the second reference electrode, A current generated between the second reference electrode and the second reference electrode is detected, a pre-correction NOx concentration in the measurement gas is calculated based on the current, and a NOx concentration is calculated by subtracting the ammonia concentration from the pre-correction NOx concentration. The NOx sensor section (12),
An accreditation unit (61) for authorizing a case where the ammonia concentration by the ammonia sensor unit is higher than the NOx concentration by the NOx sensor unit by a predetermined concentration (Δn2) or more;
When the recognition unit recognizes the time of recognition, the presumed NOx concentration by the NOx sensor unit indicates an estimated ammonia concentration that is the concentration of ammonia in contact with the NOx electrode, and the estimated ammonia concentration and the ammonia sensor A multi-gas sensor (1) comprising: a deterioration determination unit (62) that compares the ammonia concentration by the unit and determines the presence or absence or degree of performance deterioration of the ammonia sensor unit. 酸素イオンの伝導性を有する第１固体電解質体（２１）、及び前記第１固体電解質体を介して配置されたアンモニア電極（２２）及び第１基準電極（２３）を有し、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出し、前記電位差に基づいて測定ガス（Ｇ）におけるアンモニア濃度を算出するよう構成されたアンモニアセンサ部（１１）と、
酸素イオンの伝導性を有する第２固体電解質体（３１）、前記第２固体電解質体を介して配置されたＮＯｘ電極（３２）及び第２基準電極（３４Ａ）、及び前記ＮＯｘ電極を収容するとともに拡散抵抗部（３５１）を介して測定ガスが導入される測定ガス室（３５）を有し、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に電圧が印加された状態において、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に生じる電流を検出し、前記電流に基づいて測定ガスにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、前記補正前ＮＯｘ濃度から前記アンモニア濃度を差し引いてＮＯｘ濃度を算出するよう構成されたＮＯｘセンサ部（１２）と、
前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度が前記ＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度よりも所定濃度（Δｎ２）以上高い場合を、認定時として認定する認定部（６１）と、
前記認定部が前記認定時を認定した場合において、前記ＮＯｘセンサ部による補正前ＮＯｘ濃度が、前記ＮＯｘ電極に接触するアンモニアの濃度である推定アンモニア濃度を示すとし、前記推定アンモニア濃度と前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度との差に基づいて、前記アンモニアセンサ部の性能劣化量（Ｒ）を算出する劣化量算出部（６３）と、
前記性能劣化量に基づいて、前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度を補正するアンモニア濃度補正部（６４）と、を備えるマルチガスセンサ（１）。 A first solid electrolyte body (21) having conductivity of oxygen ions, an ammonia electrode (22) and a first reference electrode (23) disposed through the first solid electrolyte body, and the ammonia electrode; An ammonia sensor section (11) configured to detect a potential difference (ΔV) generated between the first reference electrode and calculate an ammonia concentration in the measurement gas (G) based on the potential difference;
The second solid electrolyte body (31) having conductivity of oxygen ions, the NOx electrode (32) and the second reference electrode (34A) disposed through the second solid electrolyte body, and the NOx electrode are accommodated. A measurement gas chamber (35) into which a measurement gas is introduced via a diffusion resistance portion (351), and in a state where a voltage is applied between the NOx electrode and the second reference electrode, A current generated between the second reference electrode and the second reference electrode is detected, a pre-correction NOx concentration in the measurement gas is calculated based on the current, and a NOx concentration is calculated by subtracting the ammonia concentration from the pre-correction NOx concentration. The NOx sensor section (12),
An accreditation unit (61) for authorizing a case where the ammonia concentration by the ammonia sensor unit is higher than the NOx concentration by the NOx sensor unit by a predetermined concentration (Δn2) or more;
When the recognition unit recognizes the time of recognition, the NOx concentration before correction by the NOx sensor unit indicates an estimated ammonia concentration that is the concentration of ammonia in contact with the NOx electrode, and the estimated ammonia concentration and the ammonia sensor A deterioration amount calculation unit (63) for calculating a performance deterioration amount (R) of the ammonia sensor unit based on a difference from the ammonia concentration by the unit;
A multi-gas sensor (1) comprising: an ammonia concentration correction unit (64) that corrects the ammonia concentration by the ammonia sensor unit based on the performance deterioration amount. 前記ＮＯｘセンサ部は、
前記第２固体電解質体を介して配置されたポンプ電極（３３）及び第３基準電極（３４Ｂ）を更に有し、前記ポンプ電極と前記第３基準電極との間に電圧を印加して、前記ポンプ電極が収容された前記測定ガス室における酸素を汲み出すとともに、前記ポンプ電極と前記第３基準電極との間に流れる電流に基づいて測定ガスにおける酸素濃度を検出するようにも構成されており、
前記アンモニアセンサ部は、
前記アンモニア電極における、酸素の還元反応とアンモニアの酸化反応とが等しくなるときに生じる、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間の電位差を検出するよう構成されており、かつ、前記ＮＯｘセンサ部による酸素濃度に応じた補正を行ってアンモニア濃度を算出するよう構成されている、請求項１又は２に記載のマルチガスセンサ。 The NOx sensor unit is
And further comprising a pump electrode (33) and a third reference electrode (34B) disposed via the second solid electrolyte body, applying a voltage between the pump electrode and the third reference electrode, The pump is configured to pump oxygen in the measurement gas chamber in which the pump electrode is accommodated, and to detect the oxygen concentration in the measurement gas based on a current flowing between the pump electrode and the third reference electrode. ,
The ammonia sensor unit is
The NOx sensor is configured to detect a potential difference between the ammonia electrode and the first reference electrode, which is generated when an oxygen reduction reaction and an ammonia oxidation reaction at the ammonia electrode become equal. The multi-gas sensor according to claim 1, wherein the multi-gas sensor is configured to calculate the ammonia concentration by performing correction according to the oxygen concentration by the unit. 前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体とは、基準ガス（Ａ）が導入される基準ガスダクト（２４）を介して積層されており、
前記第１基準電極、前記第２基準電極及び前記第３基準電極は、前記基準ガスダクト内に収容されており、
前記第２固体電解質体に対して前記第１固体電解質体が積層された側とは反対側には、前記第２固体電解質体及び前記第１固体電解質体を加熱するヒータ部（４）が積層されている、請求項３に記載のマルチガスセンサ。 The first solid electrolyte body and the second solid electrolyte body are laminated via a reference gas duct (24) into which a reference gas (A) is introduced,
The first reference electrode, the second reference electrode, and the third reference electrode are accommodated in the reference gas duct,
A heater section (4) for heating the second solid electrolyte body and the first solid electrolyte body is laminated on the side opposite to the side on which the first solid electrolyte body is laminated with respect to the second solid electrolyte body. The multi-gas sensor according to claim 3, wherein 前記マルチガスセンサは、
ＮＯｘを還元する触媒（７２）及び前記触媒へアンモニアを含む還元剤（Ｋ）を供給する還元剤供給装置（７３）が配置された、内燃機関（７）の排気管（７１）において、前記触媒から流出するアンモニア及びＮＯｘの濃度を検出するものである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチガスセンサ。 The multi-gas sensor
In an exhaust pipe (71) of an internal combustion engine (7), a catalyst (72) for reducing NOx and a reducing agent supply device (73) for supplying a reducing agent (K) containing ammonia to the catalyst are disposed. The multi-gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the multi-gas sensor detects the concentration of ammonia and NOx flowing out of the gas. 前記認定部は、
前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度が前記ＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合であって、かつ前記内燃機関がフューエルカット運転を行うとともに前記還元剤供給装置が前記触媒へ前記還元剤を供給している場合を、前記認定時として認定するよう構成されている、請求項５に記載のマルチガスセンサ。 The certification unit
When the ammonia concentration by the ammonia sensor unit is higher than the NOx concentration by the NOx sensor unit by a predetermined concentration or more, and the internal combustion engine performs a fuel cut operation and the reducing agent supply device applies the reducing agent to the catalyst. The multi-gas sensor according to claim 5, wherein the multi-gas sensor is configured to certify a supply case as the qualification time. 前記マルチガスセンサは、
前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度と前記ＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度との関係を示す濃度領域を、前記ＮＯｘ濃度が前記アンモニア濃度よりも所定濃度（Δｎ１）以上高い第１濃度領域（Ｎ１）、前記アンモニア濃度が前記ＮＯｘ濃度よりも所定濃度（Δｎ２）以上高い第３濃度領域（Ｎ３）、及び前記第１濃度領域と前記第３濃度領域との間の第２濃度領域（Ｎ２）に区分したとき、
前記アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度と前記ＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度とが前記第２濃度領域内になるよう、前記還元剤供給装置が前記触媒への前記還元剤の供給量を調整するために用いられるものである、請求項５又は６に記載のマルチガスセンサ。 The multi-gas sensor
A concentration region indicating a relationship between ammonia concentration by the ammonia sensor unit and NOx concentration by the NOx sensor unit is a first concentration region (N1) in which the NOx concentration is higher than the ammonia concentration by a predetermined concentration (Δn1), the ammonia When the concentration is divided into a third concentration region (N3) higher than the NOx concentration by a predetermined concentration (Δn2) or more and a second concentration region (N2) between the first concentration region and the third concentration region,
The reducing agent supply device is used to adjust the supply amount of the reducing agent to the catalyst so that the ammonia concentration by the ammonia sensor unit and the NOx concentration by the NOx sensor unit are within the second concentration region. The multi-gas sensor according to claim 5 or 6, wherein the multi-gas sensor is. 前記拡散抵抗部、前記第２固体電解質体の表面又は前記第２固体電解質体に積層された絶縁体（２５，３６，４２）の表面には、アンモニアを酸化させてＮＯｘに変換させる酸化触媒が設けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマルチガスセンサ。   An oxidation catalyst that oxidizes ammonia to convert it into NOx is formed on the diffusion resistance portion, the surface of the second solid electrolyte body, or the surface of the insulator (25, 36, 42) stacked on the second solid electrolyte body. The multi gas sensor according to claim 1, wherein the multi gas sensor is provided.
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