JP2020165761A - Gas sensor and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスセンサ及びガスセンサの制御方法に関する。 The present invention relates to a gas sensor and a method for controlling a gas sensor.
通常、ガスセンサは、基準電極と被測定ガス側電極との間に電圧を印加して制御電流を流し、基準電極の周囲に酸素の汲み入れを行う基準ガス調整手段を備えている(例えば特許文献1参照)。この基準ガス調整手段が基準電極の周囲に酸素の汲み入れを行うことで、基準電極の周囲の基準ガスの酸素濃度が一時的に低下した場合に、酸素濃度の低下を補うことができ、特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制する。 Usually, the gas sensor is provided with a reference gas adjusting means for applying a voltage between the reference electrode and the electrode to be measured to pass a control current and drawing oxygen around the reference electrode (for example, Patent Document). 1). By pumping oxygen around the reference electrode by this reference gas adjusting means, when the oxygen concentration of the reference gas around the reference electrode temporarily decreases, the decrease in oxygen concentration can be compensated for, and it can be specified. Suppresses the decrease in gas concentration detection accuracy.
しかしながら、特許文献1記載の基準電極への酸素の汲み入れ制御では、基準電極の抵抗値分と流れる電流による電圧降下が発生する。この酸素汲み入れ制御による電圧降下分を少なくする方法として、制御電流を小さくする方法が挙げられるが、基準ガスの酸素濃度が低下する物質が侵入したときに、基準極周りの酸素濃度が低下しやすくなるおそれがあった。 However, in the control of drawing oxygen into the reference electrode described in Patent Document 1, a voltage drop occurs due to the resistance value of the reference electrode and the flowing current. As a method of reducing the voltage drop due to this oxygen pumping control, there is a method of reducing the control current, but when a substance that reduces the oxygen concentration of the reference gas invades, the oxygen concentration around the reference electrode decreases. There was a risk that it would be easier.
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、外部からの汚染物質による基準電極の周囲の基準ガスの酸素濃度の低下と、酸素汲み入れ制御によるガス濃度の検出精度の低下の両方を抑えることができるガスセンサ及びガスセンサの制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and both the decrease in the oxygen concentration of the reference gas around the reference electrode due to an external pollutant and the decrease in the detection accuracy of the gas concentration due to the oxygen pumping control can be achieved. It is an object of the present invention to provide a gas sensor that can be suppressed and a method for controlling the gas sensor.
本発明の一態様によるガスセンサは、酸素イオン電導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部と、被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間と、が内部に設けられた積層体と、
前記積層体の内部に形成され、前記基準ガス導入空間を介して前記基準ガスが導入される基準電極と、
前記被測定ガス流通部の内周面上に配設された測定電極と、
前記積層体のうち、前記被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部と、
前記基準電極と前記測定電極との間に生じる起電力に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段と、
前記基準電極と前記被測定ガス側電極との間に制御電流を流して、前記基準電極の周囲に酸素の汲み入れを行う基準ガス調整手段と、
を備え、
前記基準ガス調整手段は、
前記被測定ガスの温度を測定する温度測定手段と、
前記被測定ガスの温度と予め設定された閾温度との高低に応じて前記制御電流の値を調整する制御電流調整手段と、を有する。
The gas sensor according to one aspect of the present invention is formed by stacking a plurality of oxygen ion conductive solid electrolyte layers, and detects a specific gas concentration in the measured gas and a measured gas flow section that introduces and distributes the measured gas. A reference gas introduction space for introducing the reference gas that serves as the reference for the above, a laminate provided inside, and
A reference electrode formed inside the laminate and into which the reference gas is introduced through the reference gas introduction space,
The measurement electrodes arranged on the inner peripheral surface of the gas flow section to be measured,
A sensor element having a gas-measured gas-side electrode disposed in a portion of the laminated body exposed to the gas to be measured.
A heater unit that heats and retains the sensor element and a heater unit that plays a role of temperature control.
A detection means for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured based on an electromotive force generated between the reference electrode and the measurement electrode.
A reference gas adjusting means for drawing oxygen around the reference electrode by passing a control current between the reference electrode and the electrode to be measured.
With
The reference gas adjusting means is
A temperature measuring means for measuring the temperature of the gas to be measured and
It has a control current adjusting means for adjusting the value of the control current according to the height of the temperature of the gas to be measured and the preset threshold temperature.
本発明の他の態様によるガスセンサの制御方法は、酸素イオン電導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部と、被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間と、が内部に設けられた積層体と、
前記積層体の内部に形成され、前記基準ガス導入空間を介して前記基準ガスが導入される基準電極と、
前記被測定ガス流通部の内周面上に配設された測定電極と、
前記積層体のうち、前記被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部と、
前記基準電極と前記測定電極との間に生じる起電力に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段と、を有するガスセンサの制御方法において、
前記被測定ガスの温度を測定するステップと、
前記基準電極と前記被測定ガス側電極との間に制御電流を流して、前記基準電極の周囲に酸素の汲み入れを行うステップと、
前記被測定ガスの温度と予め設定された閾温度との高低に応じて前記制御電流の値を調整する制御電流調整ステップと、を有する。
The method for controlling the gas sensor according to another aspect of the present invention comprises stacking a plurality of oxygen ion conductive solid electrolyte layers to introduce and circulate the gas to be measured, and to specify the gas to be measured and the gas to be measured. A laminate with a reference gas introduction space for introducing a reference gas, which is a reference for detecting the gas concentration, and a laminate provided inside.
A reference electrode formed inside the laminate and into which the reference gas is introduced through the reference gas introduction space,
The measurement electrodes arranged on the inner peripheral surface of the gas flow section to be measured,
A sensor element having a gas-measured gas-side electrode disposed in a portion of the laminated body exposed to the gas to be measured.
A heater unit that heats and retains the sensor element and a heater unit that plays a role of temperature control.
In a method for controlling a gas sensor having a detection means for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured based on an electromotive force generated between the reference electrode and the measurement electrode.
The step of measuring the temperature of the gas to be measured and
A step of passing a control current between the reference electrode and the electrode to be measured to draw oxygen around the reference electrode.
It has a control current adjusting step that adjusts the value of the control current according to the height of the temperature of the gas to be measured and the preset threshold temperature.
本発明によれば、外部からの汚染物質による基準電極の周囲の基準ガスの酸素濃度の低下と、酸素汲み入れ制御によるガス濃度の検出精度の低下の両方を抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress both a decrease in the oxygen concentration of the reference gas around the reference electrode due to an external pollutant and a decrease in the detection accuracy of the gas concentration due to the oxygen pumping control.
本発明によるガスセンサ及びガスセンサの制御方法について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。 The gas sensor and the control method of the gas sensor according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, citing suitable embodiments.
本実施形態に係るガスセンサ10は、図1に示すように、センサ素子12を備える。センサ素子12は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子12の長手方向(図2の左右方向)を前後方向とし、センサ素子12の厚み方向(図2の上下方向)を上下方向とする。また、センサ素子12の幅方向(前後方向及び上下方向に垂直な方向)を左右方向とする。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、ガスセンサ10は、センサ素子12と、センサ素子12の前端側を保護する保護カバー14と、センサ素子12と導通するコネクタ16を含むセンサ組立体18とを備えている。このガスセンサ10は、図示するように、例えば車両の排ガス管等の配管20に取り付けられて、被測定ガスとしての排気ガスに含まれるNOxやO2等の特定ガスの濃度を測定するために用いられる。本実施形態のガスセンサ10は、特定ガス濃度としてNOx濃度を測定するものとした。
As shown in FIG. 1, the
保護カバー14は、センサ素子12の前端を覆う有底筒状の内側保護カバー14aと、この内側保護カバー14aを覆う有底筒状の外側保護カバー14bとを備えている。内側保護カバー14a及び外側保護カバー14bには、被測定ガスを保護カバー14内に流通させるための複数の孔が形成されている。内側保護カバー14aで囲まれた空間としてセンサ素子室22が形成されており、センサ素子12の前端はこのセンサ素子室22内に配置されている。
The
センサ組立体18は、センサ素子12を封入固定する素子封止体30と、素子封止体30に取り付けられたナット32と、外筒34と、センサ素子12の後端の表面(上下面)に形成された図示しない電極に接触してこれらと電気的に接続されたコネクタ16と、を備えている。
The
素子封止体30は、筒状の主体金具40と、主体金具40と同軸に溶接固定された筒状の内筒42と、主体金具40及び内筒42の内側の貫通孔内に封入されたセラミックスサポータ44a〜44c、圧粉体46a、46b、メタルリング48と、を備えている。センサ素子12は素子封止体30の中心軸上に位置しており、素子封止体30を前後方向に貫通している。内筒42には、圧粉体46bを内筒42の中心軸方向に押圧するための縮径部42aと、メタルリング48を介してセラミックスサポータ44a〜44c、圧粉体46a、46bを前方に押圧するための縮径部42bとが形成されている。縮径部42a、42bからの押圧力により、圧粉体46a、46bが主体金具40及び内筒42とセンサ素子12との間で圧縮されることで、圧粉体46a、46bが保護カバー14内のセンサ素子室22と外筒34内の空間50との間を封止すると共に、センサ素子12を固定している。
The
ナット32は、主体金具40と同軸に固定されており、外周面に雄ネジ部が形成されている。ナット32の雄ネジ部は、配管20に溶接され内周面に雌ネジ部が設けられた固定用部材52内に挿入されている。これにより、ガスセンサ10のうちセンサ素子12の前端や保護カバー14の部分が配管20内に突出した状態で、ガスセンサ10が配管20に固定されている。
The
外筒34は、内筒42、センサ素子12、コネクタ16の周囲を覆っており、コネクタ16に接続された複数のリード線54が後端から外部に引き出されている。このリード線54は、コネクタ16を介してセンサ素子12の各電極(後述)と導通している。外筒34とリード線54との隙間はゴム栓56によって封止されている。外筒34内の空間50は基準ガス(本実施形態では大気)で満たされている。センサ素子12の後端はこの空間50内に配置されている。
The
センサ素子12は、図2に示すように、それぞれがジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第1基板層60と、第2基板層62と、第3基板層64と、第1固体電解質層66と、スペーサ層68と、第2固体電解質層70の6つの層が、図面視で下側からこの順に積層された積層体を有する素子である。また、これら6つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。センサ素子12は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工及び回路パターンの印刷等を行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
As shown in FIG. 2, the
センサ素子12の一端(図2の左側)であって、第2固体電解質層70の下面と第1固体電解質層66の上面との間には、ガス導入口80と、第1拡散律速部82と、緩衝空間84と、第2拡散律速部86と、第1内部空所88と、第3拡散律速部90と、第2内部空所92と、第4拡散律速部94と、第3内部空所96とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
A
ガス導入口80と、緩衝空間84と、第1内部空所88と、第2内部空所92と、第3内部空所96とは、スペーサ層68をくり抜いた態様にて設けられた上部を第2固体電解質層70の下面で、下部を第1固体電解質層66の上面で、側部をスペーサ層68の側面で区画されたセンサ素子12内部の空間である。
The
第1拡散律速部82と、第2拡散律速部86と、第3拡散律速部90とはいずれも、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。また、第4拡散律速部94は、第2固体電解質層70の下面との隙間として形成された1本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。なお、ガス導入口80から第3内部空所96に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。
The first diffusion-controlled
また、被測定ガス流通部よりも一端側から遠い位置には、第3基板層64の上面と、スペーサ層68の下面との間であって、側部を第1固体電解質層66の側面で区画される位置に基準ガス導入空間98が設けられている。基準ガス導入空間98には、NOx濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気(図1の空間50内の雰囲気)が導入される。
Further, at a position far from one end side of the gas flow portion to be measured, between the upper surface of the
大気導入層100は、多孔質アルミナ等のセラミックスからなり、基準ガス導入空間98に露出している層である。この大気導入層100には基準ガス導入空間98を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層100は、基準電極102を被覆するように形成されている。この大気導入層100は、基準ガス導入空間98内の基準ガスに対して所定の拡散抵抗を付与しつつ、これを基準電極102に導入する。なお、大気導入層100は、基準電極102よりもセンサ素子12の後端側(図2の右側)でのみ基準ガス導入空間98に露出するように形成されている。換言すると、基準ガス導入空間98は、基準電極102の直上までは形成されていない。但し、基準電極102が基準ガス導入空間98の図2における真下に形成されていてもよい。
The
なお、図5の第1変形例に係るガスセンサ10Aのように、基準ガス導入空間98をなくして、大気導入層100をセンサ素子12の後端まで延ばしてもよい。この場合、基準ガスが、直接、大気導入層100を介して基準電極102に導入される。
As in the
基準電極102は、第3基板層64の上面と第1固体電解質層66とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間98につながる大気導入層100が設けられている。なお、基準電極102は、第3基板層64の上面に直に形成されており、第3基板層64の上面に接する部分以外が大気導入層100に覆われている。また、後述するように、基準電極102を用いて第1内部空所88内、第2内部空所92内、第3内部空所96内の酸素濃度(酸素分圧)を測定することが可能となっている。基準電極102は、多孔質サーメット電極(例えば、PtとZrO2とのサーメット電極)として形成される。
The
被測定ガス流通部において、ガス導入口80は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口を通じて外部空間からセンサ素子12内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第1拡散律速部82は、ガス導入口80から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間84は、第1拡散律速部82より導入された被測定ガスを第2拡散律速部86へと導くために設けられた空間である。第2拡散律速部86は、緩衝空間84から第1内部空所88に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子12の外部から第1内部空所88内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動(被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動)によってガス導入口80からセンサ素子12内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第1内部空所88へ導入されるのではなく、第1拡散律速部82、緩衝空間84、第2拡散律速部86を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第1内部空所88へ導入されるようになっている。これによって、第1内部空所88へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第1内部空所88は、第2拡散律速部86を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、後述する主ポンプセル110が作動することによって調整される。
In the gas flow section to be measured, the
主ポンプセル110は、第1内部空所88の内面に設けられた内側ポンプ電極112と、第2固体電解質層70の上面のうち、内側ポンプ電極112と対応する領域に外部空間(図1のセンサ素子室22)に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極114と、これらの電極に挟まれた第2固体電解質層70とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。
The
内側ポンプ電極112は、第1内部空所88を区画する上下の固体電解質層(第2固体電解質層70及び第1固体電解質層66)、及び、側壁を与えるスペーサ層68にまたがって形成されている。具体的には、第1内部空所88の天井面を与える第2固体電解質層70の下面には内側ポンプ電極112の天井電極部112aが形成され、また、第1内部空所88の底面を与える第1固体電解質層66の上面には底部電極部112bが直に形成され、そして、これら天井電極部112aと底部電極部112bとを接続するように、側部電極部(図示省略)が第1内部空所88の両側壁部を構成するスペーサ層68の側壁面(内面)に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造として配設されている。
The
内側ポンプ電極112と外側ポンプ電極114とは、多孔質サーメット電極(例えば、Auを1%含むPtとZrO2とのサーメット電極)として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極112は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
The
主ポンプセル110においては、内側ポンプ電極112と外側ポンプ電極114との間に所望のポンプ電圧Vp0を印加して、内側ポンプ電極112と外側ポンプ電極114との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ip0を流すことにより、第1内部空所88内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第1内部空所88に汲み入れることが可能となっている。
In the
また、第1内部空所88における雰囲気中の酸素濃度(酸素分圧)を検出するために、内側ポンプ電極112と、第2固体電解質層70と、スペーサ層68と、第1固体電解質層66と、基準電極102によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル120が構成されている。
Further, in order to detect the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the atmosphere in the first
主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル120における起電力V0を測定することで、第1内部空所88内の酸素濃度(酸素分圧)がわかるようになっている。さらに、起電力V0が一定となるように可変電源122のポンプ電圧Vp0をフィードバック制御することでポンプ電流Ip0が制御されている。これによって、第1内部空所内88内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。
By measuring the electromotive force V0 in the oxygen partial pressure
第3拡散律速部90は、第1内部空所88で主ポンプセル110の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所92に導く部位である。
The third diffusion-controlled
第2内部空所92は、予め第1内部空所88において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第3拡散律速部90を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル124による酸素分圧の調整を行うための空間として設けられている。これにより、第2内部空所92内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、このガスセンサ10においては精度の高いNOx濃度測定が可能となる。
In the second
上記補助ポンプセル124は、第2内部空所92の内面に設けられた補助ポンプ電極126と、外側ポンプ電極114(外側ポンプ電極114に限られるものではなく、センサ素子12の外側の適当な電極であれば足りる)と、第2固体電解質層70とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。
The
この補助ポンプ電極126は、上記第1内部空所88内に設けられた内側ポンプ電極112と同様なトンネル形態とされた構造において、第2内部空所92内に配設されている。つまり、第2内部空所92の天井面を与える第2固体電解質層70に対して天井電極部126aが形成され、また、第2内部空所92の底面を与える第1固体電解質層66の上面には、底部電極部126bが直に形成され、そして、それらの天井電極部126aと底部電極部126bとを連結する側部電極部(図示省略)が、第2内部空所92の側壁を与えるスペーサ層68の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極126についても、内側ポンプ電極112と同様に、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
The
補助ポンプセル124においては、補助ポンプ電極126と外側ポンプ電極114との間に所望の電圧Vp1を印加することにより、第2内部空所92内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第2内部空所92内に汲み入れることが可能となっている。
In the
また、第2内部空所92内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極126と、基準電極102と、第2固体電解質層70と、スペーサ層68と、第1固体電解質層66とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル130が構成されている。
Further, in order to control the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second
なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル130にて検出される起電力V1に基づいて電圧制御される可変電源132にて、補助ポンプセル124がポンピングを行う。これにより第2内部空所92内の雰囲気中の酸素分圧は、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
The
また、これと共に、そのポンプ電流Ip1が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル120の起電力V0の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ip1は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル120に入力され、その起電力V0が制御されることにより、第3拡散律速部90から第2内部空所92内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。NOxセンサとして使用する際は、主ポンプセル110と補助ポンプセル124との働きによって、第2内部空所92内での酸素濃度は約0.001ppm程度の一定の値に保たれる。
Along with this, the pump current Ip1 is used to control the electromotive force V0 of the oxygen partial pressure
第4拡散律速部94は、第2内部空所92で補助ポンプセル124の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第3内部空所96に導く部位である。第4拡散律速部94は、第3内部空所96に流入するNOxの量を制限する役割を担う。
The fourth diffusion-controlled
第3内部空所96は、予め第2内部空所92において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第4拡散律速部94を通じて導入された被測定ガスに対して、被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。NOx濃度の測定は、主として、第3内部空所96において、測定用ポンプセル140の動作により行われる。
The third
測定用ポンプセル140は、第3内部空所96内において、被測定ガス中のNOx濃度の測定を行う。測定用ポンプセル140は、第3内部空所96に面する第1固体電解質層66の上面に直に設けられた測定電極134と、外側ポンプ電極114と、第2固体電解質層70と、スペーサ層68と、第1固体電解質層66とによって構成された電気化学的ポンプセルである。測定電極134は、多孔質サーメット電極である。測定電極134は、第3内部空所96内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。
The
測定用ポンプセル140においては、測定電極134の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ip2として検出することができる。
In the
また、測定電極134の周囲の酸素分圧を検出するために、第1固体電解質層66と、測定電極134と、基準電極102とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル142が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル142にて検出された起電力V2に基づいて可変電源144が制御される。
Further, in order to detect the oxygen partial pressure around the
第2内部空所92内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第4拡散律速部94を通じて第3内部空所96の測定電極134に到達することとなる。測定電極134の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて(2NO→N2+O2)酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル140によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル142にて検出された起電力V2が一定となるように可変電源144の電圧Vp2が制御される。測定電極134の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル140におけるポンプ電流Ip2を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。
The gas to be measured guided into the second
また、第2固体電解質層70と、スペーサ層68と、第1固体電解質層66と、第3基板層64と、外側ポンプ電極114と、基準電極102とから電気化学的なセンサセル146が構成されており、このセンサセル146によって得られる起電力Vrefによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
Further, the
さらに、第2固体電解質層70と、スペーサ層68と、第1固体電解質層66と、第3基板層64と、外側ポンプ電極114と、基準電極102とから電気化学的な基準ガス調整ポンプセル150が構成されている。この基準ガス調整ポンプセル150は、外側ポンプ電極114と基準電極102との間に接続された可変電源152が印加する電圧Vp3により制御電流Ip3が流れることで、ポンピングを行う。これにより、基準ガス調整ポンプセル150は、外側ポンプ電極114の周囲の空間(図1のセンサ素子室22)から基準電極102の周囲の空間(大気導入層100)に酸素の汲み入れを行う。可変電源152の電圧Vp3は、制御電流Ip3が所定の値(一定値の直流電流)となるような直流電圧として、予め定められている。
Further, from the second
また、基準ガス調整ポンプセル150では、制御電流Ip3が流れた際の基準電極102の平均電流密度が0μA/mm2超過400μA/mm2未満となるように、基準電極102の面積、制御電流Ip3、可変電源152の電圧Vp3等が予め定められている。ここで、平均電流密度は、制御電流Ip3の平均値を、基準電極102の面積Sで除して得られる電流密度を意味する。基準電極102の面積Sは、基準電極102のうち大気導入層100に面する部分の面積であり、本実施形態では基準電極102の上面の面積(前後方向長さ×左右方向幅)である。なお、基準電極102の前後方向長さや左右方向幅に対して、基準電極102の上下方向厚さは非常に小さいため、基準電極102の側面(前後左右の面)の面積は無視できる。制御電流Ip3の平均値は、制御電流Ip3の瞬間的な変化を無視できるような十分長い所定期間について時間平均した値とする。平均電流密度は、200μA/mm2以下とすることが好ましく、170μA/mm2以下とすることがより好ましく、160μA/mm2以下とすることがさらに好ましい。基準電極102の面積Sは、5mm2以下とすることが好ましい。特に限定するものではないが、基準電極102の前後方向長さは例えば0.2〜2mmであり、左右方向幅は例えば0.2〜2.5mmである。制御電流Ip3の平均値は、例えば1〜100μAである。制御電流Ip3の平均値は1μA超過であることが好ましく、4μA以上であることがより好ましく、5μA以上であることがさらに好ましく、8μA以上であることがさらに好ましい。
Further, in the reference gas adjusting
このような構成を有するガスセンサ10においては、主ポンプセル110と補助ポンプセル124とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル140に与えられる。従って、被測定ガス中のNOxの濃度に略比例して、NOxの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル140より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ip2に基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を知ることができるようになっている。
In the
さらに、センサ素子12は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子12を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部160を備えている。ヒータ部160は、ヒータコネクタ電極162と、ヒータ164と、スルーホール166と、ヒータ絶縁層168と、圧力放散孔170と、リード線172とを備えている。
Further, the
ヒータコネクタ電極162は、第1基板層60の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極162を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部160へ給電することができるようになっている。
The
ヒータ164は、第2基板層62と第3基板層64とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ164は、リード線172及びスルーホール166を介してヒータコネクタ電極162と接続されており、該ヒータコネクタ電極162を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子12を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。
The
また、ヒータ164は、第1内部空所88から第3内部空所96の全域に渡って埋設されており、センサ素子12全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。
Further, the
ヒータ絶縁層168は、ヒータ164の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成された多孔質アルミナからなる絶縁層である。ヒータ絶縁層168は、第2基板層62とヒータ164との間の電気的絶縁性、及び、第3基板層64とヒータ164との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
The
圧力放散孔170は、第3基板層64を貫通し、基準ガス導入空間98に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層168内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。
The
なお、図2に示した可変電源122、144、132、152等は、実際にはセンサ素子12内に形成された図示しないリード線や図1のコネクタ16及びリード線54を介して、各電極と接続されている。
The
次に、こうしたガスセンサ10の製造方法の一例を以下に説明する。先ず、ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む6枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。このグリーンシートには、印刷時や積層時の位置決めに用いるシート穴や必要なスルーホール等を予め複数形成しておく。また、スペーサ層68となるグリーンシートには被測定ガス流通部となる空間を予め打ち抜き処理等によって設けておく。そして、第1基板層60と、第2基板層62と、第3基板層64と、第1固体電解質層66と、スペーサ層68と、第2固体電解質層70のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに種々のパターンを形成するパターン印刷処理・乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した各電極や各電極に接続されるリード線172、大気導入層100,ヒータ部160等のパターンである。パターン印刷は、それぞれの形成対象に要求される特性に応じて用意したパターン形成用ペーストを、公知のスクリーン印刷技術を利用してグリーンシート上に塗布することにより行う。乾燥処理についても、公知の乾燥手段を用いて行う。パターン印刷・乾燥が終わると、各層に対応するグリーンシート同士を積層・接着するための接着用ペーストの印刷・乾燥処理を行う。そして、接着用ペーストを形成したグリーンシートをシート穴により位置決めしつつ所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させ、一つの積層体とする圧着処理を行う。こうして得られた積層体は、複数個のセンサ素子12を包含したものである。その積層体を切断してセンサ素子12の大きさに切り分ける。そして、切り分けた積層体を所定の焼成温度で焼成し、センサ素子12を得る。
Next, an example of such a manufacturing method of the
このようにしてセンサ素子12を得ると、センサ素子12を組み込んだセンサ組立体18(図1参照)を製造し、保護カバー14やゴム栓56等を取り付けることで、ガスセンサ10が得られる。なお、このようなガスセンサの製造方法は公知であり、例えば国際公開第2013/005491号に記載されている。
When the
ここで、基準ガス調整ポンプセル150の果たす役割について、詳細に説明する。センサ素子12のうちガス導入口80等の被測定ガス流通部には、図1に示したセンサ素子室22から被測定ガスが導入される。一方、センサ素子12のうち基準ガス導入空間98には、図1に示した空間50内の基準ガス(大気)が導入される。そして、このセンサ素子室22と空間50とは、センサ組立体18(特に、圧粉体46a、46b)によって区画され、互いにガスが流通しないように封止されている。しかし、被測定ガス側の圧力が一時的に増大したときなどには、例えば圧粉体46a,46bとセンサ素子12や主体金具40との隙間等から、被測定ガスがわずかに空間50内に侵入してしまう場合がある。これにより、基準電極102の周囲の酸素濃度が一時的に低下してしまうと、基準電極102の電位である基準電位が変化してしまう。これにより、例えば測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル142の起電力V2等、基準電極102を基準とした起電力が変化してしまい、被測定ガス中のNOx濃度の検出精度が低下してしまう。基準ガス調整ポンプセル150は、このような検出精度の低下を抑制する役割を果たしている。基準ガス調整ポンプセル150は、制御電流Ip3が流れることで、センサ素子室22から空間50へ、一定量の酸素の汲み入れを行っている。これにより、上述したように被測定ガスが基準電極102の周囲の酸素濃度を一時的に低下させた場合に、減少した酸素を補うことができ、NOx濃度の検出精度の低下を抑制しているのである。制御電流Ip3の値(例えば平均値)は、被測定ガスの圧力が想定される最大値の時に基準電極102の周囲の酸素濃度がどの程度低下するか(どの程度の酸素を基準電極102の周囲に汲み入れる必要があるか)に基づいて、予め実験等により定めておくことができる。
Here, the role played by the reference gas adjusting
なお、本実施形態では、被測定ガスがわずかに空間50内に侵入したか否かにかかわらず、ガスセンサ10がNOx濃度の検出を行う際には常に制御電流Ip3を流すものとした。この場合、被測定ガスの圧力が比較的低く空間50内に侵入していないとき等、基準電極102の周囲の基準ガスの酸素濃度が低下していないときであっても、基準ガス調整ポンプセル150は基準電極102の周囲に酸素を汲み入れることになる。但し、そのような余剰の酸素は大気導入層100を通じて基準ガス導入空間98や空間50内にすみやかに拡散する。そのため、基準電極102の周囲の酸素濃度が増大しすぎてNOx濃度の検出精度が低下するようなことはないようになっている。
In the present embodiment, the control current Ip3 is always applied when the
また、上述したセンサセル146によって起電力Vrefを得て(測定して)センサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出する際には可変電源152が制御電流Ip3を流さないように、センサセル146と基準ガス調整ポンプセル150との動作タイミングは予め調整されている。これにより、基準ガス調整ポンプセル150による酸素の汲み入れ動作がセンサセル146の動作を妨げないようになっている。
Further, when the electromotive force Vref is obtained (measured) by the
そして、本実施形態に係るガスセンサ10は、図3に示すように、基準ガス調整部190を有する。
Then, as shown in FIG. 3, the
基準ガス調整部190は、基準電極102と被測定ガス側電極(例えば外側ポンプ電極114)との間に制御電流Ipを流して、基準電極102の周囲に酸素の汲み入れを行う。
The reference
基準ガス調整部190は、さらに、被測定ガスの温度Taを測定する温度測定部192と、被測定ガスの温度Taと予め設定された閾温度Tthとの高低に応じて制御電流Ipの値を調整する制御電流調整部194とを有する。
The reference
温度測定部192は、例えば被測定ガス中に設置された温度計であってもよい。もちろん、温度計に代えて熱電対でもよい。また、温度測定部192は、エンジン回転数から被測定ガスの温度Taを推測してもよい。
The
温度測定部192は、ヒータ部160を構成するヒータ164の抵抗値に基づいて、被測定ガスの温度を測定してもよい。また、温度測定部192は、ヒータ部160を構成するヒータ164に投入される電力に基づいて、被測定ガスの温度Taを測定してもよい。
The
一方、制御電流調整部194は、例えば被測定ガスの温度Taが閾温度Tth以下の場合に、予め設定された電流値の制御電流Ipを流し、被測定ガスの温度Taが閾温度Tthを超えた場合に、制御電流Ipの電流値を調整する。例えば制御電流Ipの電流値を大きくする。
On the other hand, the control
なお、制御電流調整部194は、例えば1つ又は複数のCPU(中央処理ユニット)と記憶装置等を有する1以上の電子回路にて構成される。電子回路は、例えば記憶装置に記憶されているプログラムをCPUが実行することにより、所定の機能が実現されるソフトウェア機能部でもある。もちろん、複数の電子回路を機能に合わせて接続したFPGA(Field−Programmable Gate Array)等の集積回路で構成してもよい。
The control
ここで、本実施形態に係るガスセンサ10の制御方法を図4のフローチャートを参照しながら説明する。
Here, the control method of the
先ず、図4のステップS1において、制御電流調整部194は、基準電極102と被測定ガス側電極(外側ポンプ電極114)との間に制御電流Ipを流して、基準電極102の周囲に酸素の汲み入れを行う。
First, in step S1 of FIG. 4, the control
ステップS2において、温度測定部192は、被測定ガスの温度Taを測定する。例えば保護カバー14内のセンサ素子室22と外筒34内の空間50における被測定ガスの温度Taを測定する。
In step S2, the
ステップS3において、制御電流調整部194は、被測定ガスの温度Taが予め設定された閾温度Tthを超えているか否かを判別する。被測定ガスの温度Taが閾温度Tthを超えていれば(ステップS3:YES)、ステップS4に進み、制御電流調整部194は、制御電流Ipの電流値を調整する。例えば制御電流Ipの電流値を大きくする。閾温度Tthは、ゴム栓56から不活性ガスが発生する温度より1〜5℃程度低い温度等が挙げられる。
In step S3, the control
上記ステップS4での処理が終了した場合、あるいはステップS3において被測定ガスの温度Taが閾温度Tth以下であると判別された場合(ステップS3:NO)は、所定時間経過後にステップS1以降の処理を繰り返す。 When the process in step S4 is completed, or when it is determined in step S3 that the temperature Ta of the gas to be measured is equal to or lower than the threshold temperature Tth (step S3: NO), the process after step S1 after a predetermined time has elapsed. repeat.
[本実施形態から得られる発明]
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。
[Invention obtained from the present embodiment]
The inventions that can be grasped from the above embodiments are described below.
[1] 本実施形態は、酸素イオン電導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部と、被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間98と、が内部に設けられた積層体と、前記積層体の内部に形成され、基準ガス導入空間98を介して基準ガスが導入される基準電極102と、被測定ガス流通部の内周面上に配設された測定電極134と、積層体のうち、被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極(外側ポンプ電極114)と、を有するセンサ素子12と、センサ素子12を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部160と、基準電極102と測定電極134との間に生じる起電力V2に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段(測定用ポンプセル140)と、基準電極102と被測定ガス側電極との間に制御電流Ipを流して、基準電極102の周囲に酸素の汲み入れを行う基準ガス調整部190と、を備え、基準ガス調整部190は、被測定ガスの温度Taを測定する温度測定部192と、被測定ガスの温度Taと予め設定された閾温度Tthとの高低に応じて制御電流Ipの値を調整する制御電流調整部194とを有する。
[1] In the present embodiment, a plurality of oxygen ion conductive solid electrolyte layers are laminated, and a measurement gas flow section for introducing and circulating the measurement gas and detection of a specific gas concentration in the measurement gas are detected. A reference
従来は、基準電極への酸素汲み入れ制御により、電圧降下分がセンサセル間の電位差に含まれてしまい、結果として、センサセル間の酸素差が減少することにより、ガス濃度の検出精度の低下を招くおそれがあった。 Conventionally, due to the control of oxygen pumping into the reference electrode, the voltage drop is included in the potential difference between the sensor cells, and as a result, the oxygen difference between the sensor cells is reduced, resulting in a decrease in the detection accuracy of the gas concentration. There was a risk.
しかし、本実施形態では、被測定ガスの温度Taを測定し、被測定ガスの温度Taと予め設定された閾温度Tthとの高低に応じて制御電流Ipを調整したので、被測定ガスの高温によって例えばゴム栓56から発生する不活性ガスによる基準電極102への酸素濃度低下を抑えることができ、被測定ガス中の所定成分(例えばNO)の検出精度を向上させることができる。
However, in the present embodiment, the temperature Ta of the gas to be measured is measured, and the control current Ip is adjusted according to the height of the temperature Ta of the gas to be measured and the preset threshold temperature Tth. For example, it is possible to suppress a decrease in oxygen concentration to the
[2] 本実施形態において、制御電流調整部194は、被測定ガスの温度Taが閾温度Tth以下の場合に、予め設定された電流値の制御電流Ipを流し、被測定ガスの温度Taが閾温度Tthを超えた場合に、制御電流Ipの電流値を調整する。被測定ガスの温度Taが高温となって、例えばゴム栓56から不活性ガスが発生した場合は、基準ガスが不活性ガスに変化することから、被測定ガス中の所定成分(例えばNO)の検出精度が低下する。そこで、被測定ガスの温度Taが閾温度Tthを超えた場合に、制御電流Ipの電流値を調整することで、被測定ガス中の所定成分(例えばNO)の検出精度の低下を抑制することができる。
[2] In the present embodiment, when the temperature Ta of the measured gas is equal to or lower than the threshold temperature Tth, the control
[3] 本実施形態において、制御電流調整部194は、被測定ガスの温度Taが閾温度Tthを超えた場合に、制御電流Ipの電流値を大きくすることが好ましい。これにより、基準ガスの酸素濃度を高めることができ、被測定ガス中の所定成分(例えばNO)の検出精度の低下を抑制することができる。
[3] In the present embodiment, it is preferable that the control
[4] 本実施形態において、温度測定部192は、被測定ガス中に設置された温度計であってもよい。ガスセンサ10に温度計を設置できるスペースがあれば、温度計を使って、被測定ガスの温度Taを容易に測定することができる。温度計として熱電対を使用してもよい。
[4] In the present embodiment, the
[5] 本実施形態において、温度測定部192は、ヒータ部160を構成するヒータ164の抵抗値に基づいて、被測定ガスの温度Taを測定する。ヒータ164が例えば白金等で構成されていれば、被測定ガスの温度Taの上昇に従って、ヒータ164の電気抵抗が高くなる。そこで、ヒータ164の抵抗値に基づいて、被測定ガスの温度Taを測定することができる。
[5] In the present embodiment, the
[6] 本実施形態において、温度測定部192は、ヒータ部160を構成するヒータ164に投入される電力に基づいて、被測定ガスの温度Taを測定する。例えばガスセンサ10が温度の高い被測定ガスに晒されると、ヒータ164に投入するパワー(電力)が減る。そこで、ヒータ164への電力に基づいて、被測定ガスの温度Taを測定することができる。
[6] In the present embodiment, the
[7] 本実施形態に係るガスセンサ10の制御方法は、酸素イオン電導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部と、被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間98と、が内部に設けられた積層体と、前記積層体の内部に形成され、基準ガス導入空間98を介して基準ガスが導入される基準電極102と、被測定ガス流通部の内周面上に配設された測定電極134と、積層体のうち、被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極(外側ポンプ電極114)と、を有するセンサ素子12と、センサ素子12を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部160と、基準電極102と測定電極134との間に生じる起電力V2に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段(測定用ポンプセル140)と、を有するガスセンサ10の制御方法において、被測定ガスの温度Taを測定するステップと、基準電極102と被測定ガス側電極との間に制御電流Ipを流して、基準電極102の周囲に酸素の汲み入れを行うステップと、被測定ガスの温度Taと予め設定された閾温度Tthとの高低に応じて制御電流Ipの値を調整する制御電流調整ステップと、を有する。
[7] The control method of the
従来は、基準電極102への酸素汲み入れ制御により、電圧降下分がセンサセル間の電位差に含まれてしまい、結果として、センサセル間の酸素差が減少することにより、ガス濃度の検出精度の低下を招くおそれがあった。
Conventionally, due to the control of oxygen pumping into the
しかし、本実施形態では、被測定ガスの温度Taを測定し、被測定ガスの温度Taと予め設定された閾温度Tthとの高低に応じて制御電流Ipを調整したので、被測定ガスの高温によって例えばゴム栓56から発生する不活性ガスによる基準電極102への酸素濃度低下を抑えることができ、被測定ガス中の所定成分(例えばNO)の検出精度を向上させることができる。
However, in the present embodiment, the temperature Ta of the gas to be measured is measured, and the control current Ip is adjusted according to the height of the temperature Ta of the gas to be measured and the preset threshold temperature Tth. For example, it is possible to suppress a decrease in oxygen concentration to the
[8] 本実施形態において、制御電流調整ステップは、被測定ガスの温度Taが閾温度Tth以下の場合に、予め設定された電流値の制御電流Ipを流し、被測定ガスの温度Taが閾温度Tthを超えた場合に、制御電流Ipの電流値を調整する。被測定ガスの温度Taが高温となって、例えばゴム栓56から不活性ガスが発生した場合は、基準ガスが不活性ガスに変化することから、被測定ガス中の所定成分(例えばNO)の検出精度が低下する。そこで、被測定ガスの温度Taが閾温度Tthを超えた場合に、制御電流Ipの電流値を調整することで、被測定ガス中の所定成分(例えばNO)の検出精度の低下を抑制することができる。
[8] In the present embodiment, in the control current adjustment step, when the temperature Ta of the measured gas is equal to or less than the threshold temperature Tth, a control current Ip having a preset current value is passed, and the temperature Ta of the measured gas is the threshold. When the temperature Tth is exceeded, the current value of the control current Ip is adjusted. When the temperature Ta of the gas to be measured becomes high and, for example, an inert gas is generated from the
[9] 本実施形態において、制御電流調整ステップは、被測定ガスの温度Taが閾温度Tthを超えた場合に、制御電流Ipの電流値を大きくすることが好ましい。これにより、基準ガスの酸素濃度を高めることができ、被測定ガス中の所定成分(例えばNO)の検出精度の低下を抑制することができる。 [9] In the present embodiment, it is preferable that the control current adjusting step increases the current value of the control current Ip when the temperature Ta of the gas to be measured exceeds the threshold temperature Tth. As a result, the oxygen concentration of the reference gas can be increased, and a decrease in the detection accuracy of a predetermined component (for example, NO) in the gas to be measured can be suppressed.
なお、本発明に係るガスセンサ及びガスセンサの制御方法は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 It should be noted that the gas sensor and the control method of the gas sensor according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
例えば上述した実施形態では、基準電極102を第3基板層64の上面に直に形成されているものとしたが、これに限られない。例えば、第1固体電解質層66の下面に直に形成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、ガスセンサ10のセンサ素子12は、第1内部空所88、第2内部空所92、第3内部空所96を備えるものとしたが、これに限られない。例えば、第3内部空所96を備えないものとしてもよい。この場合の第2変形例に係るガスセンサ10Bのセンサ素子12の断面模式図を図6に示す。
In the above-described embodiment, the
図6に示すように、ガスセンサ10Bでは、第2固体電解質層70の下面と第1固体電解質層66の上面との間には、ガス導入口80と、第1拡散律速部82と、緩衝空間84と、第2拡散律速部86と、第1内部空所88と、第3拡散律速部90と、第2内部空所92とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
As shown in FIG. 6, in the
なお、ガスセンサ10Bの第3拡散律速部90は、図2の第4拡散律速部94と同様に、第2固体電解質層70の下面との隙間として形成された1本の横長のスリットとして設けられている。また、測定電極134は、第2内部空所92内の第1固体電解質層66の上面に配設されている。測定電極134は、第5拡散律速部202によって被覆されてなる。第5拡散律速部202は、アルミナ(Al2O3)等のセラミックス多孔体にて構成される膜である。第5拡散律速部202は、上述したガスセンサ10の第4拡散律速部94と同様に、測定電極134に流入するNOxの量を制限する役割を担う。また、第5拡散律速部202は、測定電極134の保護膜としても機能する。補助ポンプ電極126の天井電極部126aは、測定電極134の直上まで形成されている。
The third diffusion-controlled
この第2変形例に係るガスセンサ10Bにおいても、図3に明示した基準ガス調整部190、温度測定部192及び制御電流調整部194を有する。
The
従って、被測定ガスの高温によって例えばゴム栓56から発生する不活性ガスによる基準電極102への酸素濃度低下を抑えることができ、被測定ガス中の所定成分(例えばNO)の検出精度を向上させることができる。
Therefore, it is possible to suppress a decrease in oxygen concentration to the
上述した実施形態及び変形例では、基準ガスを大気としたが、被測定ガス中の特定ガスの濃度の検出の基準となるガスであれば、これに限られない。例えば、予め所定の酸素濃度(>被測定ガスの酸素濃度)に調整したガスが基準ガスとして空間50(図1参照)に満たされていてもよい。 In the above-described embodiments and modifications, the reference gas is the atmosphere, but the gas is not limited to this as long as it is a reference gas for detecting the concentration of the specific gas in the gas to be measured. For example, a gas adjusted to a predetermined oxygen concentration (> oxygen concentration of the gas to be measured) may be filled in the space 50 (see FIG. 1) as a reference gas.
上述した実施形態では、センサ素子12は被測定ガス中のNOx濃度を検出するものとしたが、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するものであれば、これに限られない。例えば、被測定ガス中の酸素濃度を検出するものとしてもよい。
In the above-described embodiment, the
なお、本発明の実施に当たっては、本発明の思想を損なわない範囲で自動車用部品としての信頼性向上のための諸手段が付加されてもよい。 In carrying out the present invention, various means for improving reliability as automobile parts may be added as long as the idea of the present invention is not impaired.
10、10A、10B…ガスセンサ 12…センサ素子
14…保護カバー 14a…内側保護カバー
14b…外側保護カバー 16…コネクタ
18…センサ組立体 20…配管
22…センサ素子室 50…空間
56…ゴム栓 80…ガス導入口
98…基準ガス導入空間 100…大気導入層
102…基準電極 110…主ポンプセル
112…内側ポンプ電極 114…外側ポンプ電極
124…補助ポンプセル 140…測定用ポンプセル
150…基準ガス調整ポンプセル 160…ヒータ部
162…ヒータコネクタ電極 164…ヒータ
168…ヒータ絶縁層 190…基準ガス調整部
192…温度測定部 194…制御電流調整部
10, 10A, 10B ...
Claims (9)
前記積層体の内部に形成され、前記基準ガス導入空間を介して前記基準ガスが導入される基準電極と、
前記被測定ガス流通部の内周面上に配設された測定電極と、
前記積層体のうち、前記被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部と、
前記基準電極と前記測定電極との間に生じる起電力に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段と、
前記基準電極と前記被測定ガス側電極との間に制御電流を流して、前記基準電極の周囲に酸素の汲み入れを行う基準ガス調整手段と、
を備え、
前記基準ガス調整手段は、
前記被測定ガスの温度を測定する温度測定手段と、
前記被測定ガスの温度と予め設定された閾温度との高低に応じて前記制御電流の値を調整する制御電流調整手段と、を有する、ガスセンサ。 A gas flow section to be measured, which is formed by stacking a plurality of oxygen ion conductive solid electrolyte layers and introduces and distributes the gas to be measured, and a reference gas which is a standard for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured are introduced. The reference gas introduction space, the laminate provided inside, and
A reference electrode formed inside the laminate and into which the reference gas is introduced through the reference gas introduction space,
The measurement electrodes arranged on the inner peripheral surface of the gas flow section to be measured,
A sensor element having a gas-measured gas-side electrode disposed in a portion of the laminated body exposed to the gas to be measured.
A heater unit that heats and retains the sensor element and a heater unit that plays a role of temperature control.
A detection means for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured based on an electromotive force generated between the reference electrode and the measurement electrode.
A reference gas adjusting means for drawing oxygen around the reference electrode by passing a control current between the reference electrode and the electrode to be measured.
With
The reference gas adjusting means is
A temperature measuring means for measuring the temperature of the gas to be measured and
A gas sensor having a control current adjusting means for adjusting a value of the control current according to the height of the temperature of the gas to be measured and a preset threshold temperature.
前記制御電流調整手段は、
前記被測定ガスの温度が閾温度以下の場合に、予め設定された電流値の制御電流を流し、
前記被測定ガスの温度が前記閾温度を超えた場合に、前記制御電流の電流値を調整する、ガスセンサ。 In the gas sensor according to claim 1,
The control current adjusting means is
When the temperature of the gas to be measured is equal to or lower than the threshold temperature, a control current having a preset current value is applied.
A gas sensor that adjusts the current value of the control current when the temperature of the gas to be measured exceeds the threshold temperature.
前記制御電流調整手段は、
前記被測定ガスの温度が前記閾温度を超えた場合に、前記制御電流の電流値を大きくする、ガスセンサ。 In the gas sensor according to claim 2.
The control current adjusting means is
A gas sensor that increases the current value of the control current when the temperature of the gas to be measured exceeds the threshold temperature.
前記温度測定手段は、前記被測定ガス中に設置された温度計である、ガスセンサ。 In the gas sensor according to any one of claims 1 to 3.
The temperature measuring means is a gas sensor, which is a thermometer installed in the gas to be measured.
前記温度測定手段は、前記ヒータ部を構成するヒータの抵抗値に基づいて、前記被測定ガスの温度を測定する、ガスセンサ。 In the gas sensor according to any one of claims 1 to 3.
The temperature measuring means is a gas sensor that measures the temperature of the gas to be measured based on the resistance value of the heater constituting the heater unit.
前記温度測定手段は、前記ヒータ部を構成するヒータに投入される電力に基づいて、前記被測定ガスの温度を測定する、ガスセンサ。 In the gas sensor according to any one of claims 1 to 3.
The temperature measuring means is a gas sensor that measures the temperature of the gas to be measured based on the electric power applied to the heater constituting the heater unit.
前記積層体の内部に形成され、前記基準ガス導入空間を介して前記基準ガスが導入される基準電極と、
前記被測定ガス流通部の内周面上に配設された測定電極と、
前記積層体のうち、前記被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部と、
前記基準電極と前記測定電極との間に生じる起電力に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段と、を有するガスセンサの制御方法において、
前記被測定ガスの温度を測定するステップと、
前記基準電極と前記被測定ガス側電極との間に制御電流を流して、前記基準電極の周囲に酸素の汲み入れを行うステップと、
前記被測定ガスの温度と予め設定された閾温度との高低に応じて前記制御電流の値を調整する制御電流調整ステップと、を有する、ガスセンサの制御方法。 A gas flow section to be measured, which is formed by stacking a plurality of oxygen ion conductive solid electrolyte layers and introduces and distributes the gas to be measured, and a reference gas which is a standard for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured are introduced. The reference gas introduction space, the laminate provided inside, and
A reference electrode formed inside the laminate and into which the reference gas is introduced through the reference gas introduction space,
The measurement electrodes arranged on the inner peripheral surface of the gas flow section to be measured,
A sensor element having a gas-measured gas-side electrode disposed in a portion of the laminated body exposed to the gas to be measured.
A heater unit that heats and retains the sensor element and a heater unit that plays a role of temperature control.
In a method for controlling a gas sensor having a detection means for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured based on an electromotive force generated between the reference electrode and the measurement electrode.
The step of measuring the temperature of the gas to be measured and
A step of passing a control current between the reference electrode and the electrode to be measured to draw oxygen around the reference electrode.
A method for controlling a gas sensor, which comprises a control current adjusting step for adjusting a value of the control current according to a height of the temperature of the gas to be measured and a preset threshold temperature.
前記制御電流調整ステップは、
前記被測定ガスの温度が閾温度以下の場合に、予め設定された電流値の制御電流を流し、
前記被測定ガスの温度が前記閾温度を超えた場合に、前記制御電流の電流値を調整する、ガスセンサの制御方法。 In the gas sensor control method according to claim 7,
The control current adjustment step
When the temperature of the gas to be measured is equal to or lower than the threshold temperature, a control current having a preset current value is applied.
A method for controlling a gas sensor, which adjusts the current value of the control current when the temperature of the gas to be measured exceeds the threshold temperature.
前記制御電流調整ステップは、
前記被測定ガスの温度が前記閾温度を超えた場合に、前記制御電流の電流値を大きくする、ガスセンサの制御方法。
In the gas sensor control method according to claim 8,
The control current adjustment step
A method for controlling a gas sensor, which increases the current value of the control current when the temperature of the gas to be measured exceeds the threshold temperature.
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