JP4471755B2 - アンモニアガス検出方法 - Google Patents

Description

本発明はインピーダンス変化式検出素子を用いたアンモニアガス検出方法に関するものである。

従来、この種のアンモニアガス検出装置の一例としては、例えば、下記特許文献１に記載のディーゼルエンジンに採用されるアンモニアセンサがある。このアンモニアセンサは、ディーゼルエンジンの排気管内に設けた脱硝触媒の下流側において、当該排気管に配設されている。

しかして、ディーゼルエンジンの作動に伴い発生する排気ガスが脱硝触媒を通り排気管から排出される過程で、尿素成分が脱硝触媒の上流側にて排気ガスに添加されると、当該尿素成分が排気ガス内で気化しアンモニアガス成分となる。これに伴い、当該排気ガス中の窒素酸化物ガス成分が、脱硝触媒内で上記アンモニアガス成分と反応して還元され、排気ガスとともに排出される。

ここで、アンモニアガス成分が有害であることから、当該アンモニアガス成分が脱硝触媒内で窒素酸化物ガス成分の還元に寄与することなく排出されると大気汚染につながる。このため、尿素成分の排気ガスへの添加量を制御するように、アンモニアガス成分が、硝触媒の下流側において、アンモニアセンサにより検出される。
特開２００２−２６６６２７号公報

ところで、上述のアンモニアセンサとして、インピーダンス変化式検出素子を採用する場合、このインピーダンス変化式検出素子は、固体酸物質を感応材として用い、この感応材に吸着するプロトンのホッピング伝導作用を利用して、アンモニアガス成分を検出するように構成されている。

従って、当該インピーダンス変化式検出素子が、脱硝触媒の下流側において排気管に配設されると、このインピーダンス変化式検出素子は、上述したプロトンのホッピング伝導作用のもとに、脱硝触媒の下流側においてアンモニアガス成分を検出することとなる。

しかし、インピーダンス変化式検出素子は、上述のように、感応材の表面に吸着するプロトンのホッピング伝導を利用してアンモニアガス成分を検出するため、インピーダンス変化式検出素子の特性は、感応材の表面の状態によって変化する。

換言すれば、排気ガスに含まれる煤成分、オイル成分や金属成分等の不純物成分がインピーダンス変化式検出素子の感応材の表面に付着すると、プロトンが感応材の表面に吸着しにくくなって、ホッピング伝導作用に影響し、インピーダンス変化式検出素子の特性を変動させてしまう。

その結果、当該インピーダンス変化式検出素子によりアンモニアガス成分を検出しても、このアンモニアガス成分の検出精度の低下を招くという不具合が生ずる。

そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、インピーダンス変化式検出素子の加熱により感応膜の付着成分を除去した後、被検出ガス中のアンモニアガス成分に対する当該検出素子の検出出力を設定し、この設定出力に基づき検出素子の検出出力を補正することで、アンモニアガス成分を精度よく検出するようにしたアンモニアガス検出方法を提供することを目的とする。

本発明に用いられるアンモニアガス検出装置は、
基板（７１）の表面に設けた両電極部（７４）と、この両電極部を介し基板の表面に設けられて被検出ガス中のアンモニアガス成分に感応しプロトンのホッピング伝導を生じさせる感応膜（７３）とを備えて、上記アンモニアガス成分と両電極部間のインピーダンスとの間の関係を表す特性に基づき、上記アンモニアガス成分を、上記インピーダンスに応じて検出し検出出力を発生するインピーダンス変化式検出素子（７０）と、
当該検出素子を加熱する加熱手段（７７、１００、１０１〜１０４）と、
この加熱手段による加熱後検出素子により発生される検出出力を零点出力として設定する設定手段（１１０）と、
検出素子により任意に発生される検出出力を上記零点出力に基づき補正する補正手段（１２０、１３０）とを備えて、
この補正手段による補正検出出力を上記アンモニアガス成分に対応する出力として検出する。

このように、加熱により感応膜の付着不純物成分を除去した後において、被検出ガス中のアンモニアガス成分に対する検出素子の検出出力を零点出力として設定し、その後の検出素子の任意の検出出力を上記設定零点出力で補正することで、アンモニアガス成分を長期に亘り精度よく検出し得るアンモニアガス検出装置の提供が可能となる。

上記課題の解決にあたり、本発明に係るアンモニアガス検出方法では、請求項１の記載によれば、被検出ガス中のアンモニアガス成分に感応しプロトンのホッピング伝導を利用して、上記アンモニアガス成分をインピーダンスに応じて検出し検出出力として発生するインピーダンス変化式検出素子（７０）を加熱し、
この加熱後、検出素子により発生される検出出力を零点出力として設定し、
検出素子により任意に発生される検出出力を上記零点出力に基づき補正し、
この補正検出出力を上記アンモニアガス成分に対応する出力として検出し、
上記被検出ガスは、ディーゼルエンジンの作動に伴い当該ディーゼルエンジンの排気管（１３）内に流出する排気ガスであって、その窒素酸化物ガス成分にて、上記排気ガス中に生成されるアンモニアガス成分でもって、排気管内に設けた選択還元触媒（１４）内で還元されながら排気管から排出する排気ガスであり、
インピーダンス変化式検出素子は、選択還元触媒の下流側にて上記排気ガスに含まれるアンモニアガス成分に感応しプロトンのホッピング伝導を利用して、上記アンモニアガス成分をインピーダンスに応じて検出し検出出力として発生する検出素子であって、
ディーゼルエンジンの停止後検出素子により発生される検出出力に基づき、検出素子の再度の加熱の要否を判定し、
検出素子の再度の加熱が必要と判定したとき、検出素子の加熱を再度行うようにしたことを特徴とする。

これにより、アンモニアガス成分を長期に亘り精度よく検出し得るアンモニアガス検出方法の提供が可能となる。
その上、ディーゼルエンジンの作動中において、各種の排気ガス成分に加え、オイル成分、煤成分、各種金属成分を含む過酷な排気ガス環境にあっては、ディーゼルエンジンの停止後において検出素子から発生される検出出力に基づき再度の加熱が必要と判定したとき、再び検出素子を加熱する。
このため、ディーゼルエンジンの作動中において検出素子の加熱後に再度付着した不純物成分を除去することができ、その結果、次回のディーゼルエンジン始動時に検出素子の安定した特性が維持され得る。また、このような作用効果は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のアンモニアガス成分の検出を長期に亘り精度よく行えるアンモニアガス検出装置の提供にあわせ達成され得る。

また、本発明では、請求項２の記載によれば、請求項１に記載のアンモニアガス検出方法において、
検出素子が、被検出ガス中のアンモニアガス成分に感応しプロトンのホッピング伝導を生じさせる感応膜（７３）を備えており、
検出素子の加熱を複数回に分割して行い、
この複数回の加熱後、前記検出素子により発生される検出出力を零点出力として設定するようにしたことを特徴とする。

このように、検出素子を複数回に分割して加熱することにより、検出素子を連続して加熱するよりも、感応膜に付着した水分や煤、オイル等の不純物成分をより一層良好に除去することができ、上記零点出力の設定がより一層精度よくなされ得る。その結果、請求項１に記載の発明の作用効果がより一層向上し得る。

また、本発明では、請求項３の記載によれば、請求項１或いは２に記載のアンモニアガス検出方法において、
検出素子の加熱に先立ち、当該検出素子の温度或いは被検出ガスの温度を検出し、
検出素子の加熱を、上記検出温度に応じて行うことを特徴とする。

これにより、例えば、検出素子が被水しても、この被水のもと検出素子が加熱されても破損を招くことなく、検出素子の加熱を良好に行うことができる。その結果、請求項１或いは２に記載の発明の作用効果がより一層向上され得る。

ここで、上述した検出温度に応じた検出素子の加熱は、例えば、検出素子の加熱時における被水による破損を防止するように行う。

また、本発明では、請求項４の記載によれば、請求項１〜３のいずれか１つに記載のアンモニアガス検出方法において、上記零点出力に基づき検出素子の異常の有無を判定することを特徴とする。

これにより、上記零点出力が、検出素子の短絡状態や断線状態における値に固定されていれば、検出素子が異常と判定される。このことは、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明の作用効果を達成しつつ、検出素子の劣化を自動的に自己診断できることを意味する。

また、本発明では、請求項５の記載によれば、請求項１〜４のいずれか１つに記載のアンモニアガス検出方法において、
ディーゼルエンジンの停止後、前記検出素子により発生される検出出力に基づき検出素子の異常の有無を判定するようにしたことを特徴とする。

これにより、ディーゼルエンジンの停止後において、上記検出出力が、検出素子の短絡状態や断線状態における値に固定されていれば、検出素子が異常と判定される。このことは、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明の作用効果を達成しつつ、検出素子の劣化を、ディーゼルエンジンの停止後においても、自動的に自己診断できることを意味する。

なお、請求項１に記載の発明において、上記補正は、例えば、上記任意の検出出力の上記零点出力に対する変化率或いは上記任意の検出出力の上記零点出力との変化量に基づいて上記任意の検出出力を補正することであってもよい。

また、上記各手段の括弧内の符号は、後述する参考形態及び実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の各参考形態及び実施形態を図面により説明する。
（第１参考形態）
図１は、本発明が、ディーゼルエンジンに搭載の電子的燃料噴射制御ユニット２０（以下、ＥＣＵ２０ともいう）に適用されてなる第１参考形態を示している。当該ディーゼルエンジンは、機関本体１０を備えており、この機関本体１０は、その作動に伴い、吸気管１１から空気流を吸入し、この空気流を燃料噴射器１２から噴射される燃料と混合して適正な空燃比の混合気を形成して燃焼し、排気ガスとして排気管１３内に流入させる。このように流入された排気ガスは、排気管１３の中間部位内に設けた選択還元触媒１４を通り排気管１３から大気中に排出される。

本第１参考形態において、当該選択還元触媒１４は、還元剤としてアンモニア（ＮＨ_３）を採用する触媒でもって構成されている。従って、後述のように、尿素成分が選択還元触媒１４の上流側にて排気管１３内の排気ガスに添加されると、添加尿素成分が排気ガス中にて気化されてアンモニア（ＮＨ_３）ガス成分となる。そして、排気ガス中に含まれる窒素酸化物ガス成分（ＮＯｘガス成分）が、アンモニアガス成分でもって、選択還元触媒１４内にて還元されて、窒素成分（Ｎ_２）となり、排気管１３から排気ガスとともに大気中に排出される。

ＥＣＵ２０は、当該ディーゼルエンジンの始動用キースイッチ３０の閉成に伴い、直流電源４０から給電されて作動し、空燃比センサ、回転数センサや排気温センサその他のセンサの検出出力に基づき燃料噴射器１２による燃料噴射量を制御する。また、当該ＥＣＵ２０は、アンモニアガス検出装置５０の検出出力に基づき尿素供給源６０から排気管１３内への尿素成分の供給量を制御する。

なお、始動用キースイッチ３０は、当該ディーゼルエンジンを始動する際に閉成され、当該ディーゼルエンジンを停止する際に開成される。上記空燃比センサは、排気管１３内への流入排気ガスに基づき上記混合気の空燃比を検出する。上記回転数センサは、当該ディーゼルエンジンの回転数を検出する。上記排気温センサは、機関本体１０から排気管１３内への流入排気ガスの温度を検出する。

尿素供給源６０は、ＥＣＵ２０による制御のもと、機関本体１０から排気管１３内への流入排気ガス中の窒素酸化物ガス成分の量に対応する量の尿素成分を排気管１３内に選択還元触媒１４の上流側にて供給する。

アンモニアガス検出装置５０は、インピーダンス変化式検出素子７０及び制御回路８０を備えている。検出素子７０は、図１にて示すごとく、排気管１３のうち選択還元触媒１４の下流側部位に配設されている。この検出素子７０は、図２及び図３にて示すごとく、アルミナ製基板７１と、両電極７２と、感応膜７３とを備えている。

両電極７２は、図１にて示すごとく、基板７１の表面上に設けられており、これら電極７２は、それぞれ、櫛歯状電極部７４からリード部７５を延出して構成されている。

ここで、両電極７２は、その各櫛歯状電極部７４にて、図２にて示すごとく、基板７１の表面上に櫛歯状に交差して設けられている。なお、両電極部７４は、それぞれ、例えば、
白金（Ｐｔ）を１（重量％）含み金（Ａｕ）を残りの成分とする電極で構成されている。

感応膜７３は、感応材ペーストを、両櫛歯状電極部７４を介し、基板７１の表面の図２にて図示上側半分部分の中央領域上にスクリーン印刷して焼成することで厚膜形成されている。なお、上記感応材ペーストは、固体酸物質（例えば、ＷＯ₃を１０（重量％）含み４ＹＳＺを残りの成分とする物質）の粉末に有機溶剤及び分散剤を混合しバインダーを添加してさらに湿式混合して作製されている。

また、検出素子７０は、図３にて示すごとく、測温抵抗体７６及びヒータ７７を備えており、これら測温抵抗体７６及びヒータ７７は、基板７１に内蔵されている。測温抵抗体７６は、白金抵抗体からなるもので、この測温抵抗体７６は、基板７１内にて感応膜７３の近傍直下に位置している。

また、ヒータ７７は、例えば、アルミナを含有する白金ペーストの焼結体でもって蛇行パターン状に形成されており、このヒータ７７は、測温抵抗体７６よりも図３にて図示下側にて基板７１に内蔵されている。しかして、このヒータ７７は、マイクロコンピュータ８１による制御のもと、直流電源４０から給電されて駆動され、基板７１を介し感応膜７３を加熱し、或いは測温抵抗体７６の抵抗値（温度に対応する）に基づき感応膜７３を一定温度に維持するようになっている。

以上のように構成した検出素子７０では、交流電圧が交流電源（図示しない）から両電極７２間に印加されることで、感応膜７３が両櫛歯状電極部７４間にてインピーダンスを形成する。そして、当該インピーダンスは、感応膜７３の外面に接触する排気ガス中のアンモニアガス成分の濃度に応じて変化する。

このことは、検出素子７０は、アンモニアガス成分の濃度と上記インピーダンスとの関係を表すアンモニアガス濃度−インピーダンス特性を有することを意味する。従って、検出素子７０は、上記アンモニアガス濃度−インピーダンス特性に基づき、排気ガス中のアンモニアガス成分の濃度を、これに伴い変化するインピーダンスに基づき、出力電圧として検出する。ここで、この出力電圧は、検出素子７０のインピーダンスに比例し、上記排気ガス中のアンモニアガス成分の濃度に対応する。

制御回路８０は、図４にて示すごとく、マイクロコンピュータ８１を備えており、このマイクロコンピュータ８１は、図５にて示すフローチャートに従いコンピュータプログラムを実行する。そして、この実行中において、検出素子７０の加熱処理を行うとともに、上述したＥＣＵ２０の回転数センサ（以下、回転数センサ８２という）の検出出力や検出素子７０の検出出力に基づき、出力電圧設定処理や出力電圧補正処理並びに当該ディーゼルエンジンの停止判定処理等を行う。

なお、マイクロコンピュータ８１は、操作スイッチ８３の閉成に伴い直流電源４０から給電されて作動する。また、上記コンピュータプログラムは、マイクロコンピュータ８１のＲＯＭに当該マイクロコンピュータにより読み出し可能に予め記憶されている。

以上のように構成した第１参考形態において、始動用キースイッチ３０が閉成されると、当該ディーゼルエンジンがＥＣＵ２０と共に作動状態になる。

すると、ＥＣＵ２０は、上記空燃比センサ、排気温センサや回転数センサ８２その他のセンサの検出出力に基づき燃料噴射器１２による燃料噴射量を制御する。このため、機関本体１０は、吸気管１１から空気流を吸入し、この空気流を燃料噴射器１２から噴射される燃料と混合して適正な空燃比の混合気を形成して燃焼し、排気ガスとして排気管１３内に流入させる。このように流入された排気ガスは、選択還元触媒１４を通り排気管１３から大気中に排出される。

また、アンモニアガス検出装置５０において、検出素子７０が上記交流電源から給電されて作動状態になれば、当該検出素子７０のインピーダンスは、上記アンモニアガス濃度−インピーダンス特性に基づき、選択還元触媒１４の下流側において排気管１３内の排気ガス中のアンモニアガスの濃度に対応する値に変化する。このため、このように変化した値のインピーダンスに比例する出力電圧が検出素子７０から発生する。

現段階において、制御回路８０の操作スイッチ８３が閉成されると、マイクロコンピュータ８１が、図５のフローチャートに従い、コンピュータプログラムの実行を開始する。すると、ステップ１００において、加熱処理がなされる。この加熱処理では、ヒータ７７が、マイクロコンピュータ８１による制御のもと、直流電源４０から給電されて駆動され、所定加熱時間の間、所定加熱温度でもって、基板７１を介し感応膜７３（換言すれば、検出素子７０）を加熱する。

ここで、上記所定加熱時間は、感応膜７３の外面に付着した不純物成分を焼失させるに十分な時間である。また、上記所定加熱温度は、例えば、６００（℃）である。また、この所定加熱温度は、検出素子７０の検出可能温度（例えば、４００（℃））に比べて、非常に高い。このため、上記加熱状態では、検出素子７０の出力電圧は、異常電圧（例えば、出力電圧の上限値或いは下限値）に固定される。従って、検出素子７０は正常には検出できない状態に維持される。

しかして、上述した所定加熱時間の加熱が終了すると、感応膜７３の外面に付着した不純物成分が焼失する。ついで、検出素子７０の温度が上記検出可能温度に低下すると、当該検出素子７０は正常に検出できる状態になる。

然る後、ステップ１１０において、零点電圧設定処理がなされる。この零点電圧設定処理では、現段階において検出素子７０により発生される出力電圧が、零点電圧Ｖｚとして設定される。上述のように検出素子７０の感応膜７３の外面から不純物成分が焼失により除去されているので、上記零点電圧は、正確な電圧となっている。

ステップ１１０における設定処理に伴い、ステップ１２０において、出力電圧入力処理がなされる。この出力電圧入力処理では、検出素子７０により現段階で発生される出力電圧が出力電圧Ｖｎとしてステップ１２０にてマイクロコンピュータ８１に入力される。

然る後、ステップ１３０において、出力電圧補正処理が次のようにしてなされる。即ち、補正電圧Ｖが、ステップ１２０における入力済み出力電圧Ｖｎ及びステップ１１０における零点電圧Ｖｚに基づき、次の式（１）を用いて算出される。このことは、出力電圧Ｖｎが式（１）でもって補正電圧Ｖに補正されることを意味する。

Ｖ＝Ｋ｛（Ｖｚ−Ｖｎ）／Ｖｚ）｝×１００（％）・・・（１）
但し、式（１）において、Ｋは正の係数である。また、式（１）において、｛（Ｖｚ−Ｖｎ）／Ｖｚ）｝×１００（％）は、出力電圧Ｖｎの零点電圧Ｖｚに対する変化率を表す。なお、式（１）は、マイクロコンピュータ８１のＲＯＭに予め記憶されている。

上述のように補正された補正電圧Ｖが、当該アンモニアガス検出装置の検出出力として、ＥＣＵ２０に入力されると、尿素供給源６０がＥＣＵ２０により制御されて排気管１３内に尿素成分を供給する。ここで、この尿素成分の供給量は、選択還元触媒１４から流出する排気ガス中のアンモニアガス成分の濃度を減少させる量或いは選択還元触媒１４からアンモニアガス成分を排出させない量に制御される。

ステップ１３０における処理が終了すると、ステップ１４０において、当該ディーゼルエンジンの停止か否かが判定される。現段階において、回転数センサ８２による検出回転数が零でなければ、当該ディーゼルエンジンは作動中であることから、ステップ１４０において、ＮＯと判定される。

以後、ステップ１４０におけるＮＯとの判定の繰り返し中において、ステップ１２０及びステップ１３０の各処理が上述と同様に繰り返される。そして、ステップ１２０における検出素子７０からの出力電圧Ｖｎ毎に、ステップ１３０において、補正電圧Ｖが式（１）に基づき上述と同様に算出される。

以上のようにして補正電圧Ｖが算出される毎に、当該補正電圧ＶはＥＣＵ２０に入力される。このため、尿素供給源６０が、当該アンモニアガス検出装置の検出出力である補正電圧毎に、当該補正電圧に基づき、ＥＣＵ２０により制御されて、排気管１３内に尿素成分を供給する。ここで、上記補正電圧毎に、当該尿素成分供給量は、選択還元触媒１４から流出する排気ガス中のアンモニアガスの濃度を減少させる量或いは選択還元触媒１４からアンモニアガス成分を排出させない量に制御される。

その結果、排気管１３から排出される排気ガス中のアンモニアガス濃度を適正に減少させつつ、当該排気ガス中の窒素酸化物成分が選択還元触媒１４により還元されて窒素成分として排出される。

次に、上述のように図５のフローチャートに従いマイクロコンピュータ８１により実行された結果を実測してみたところ、図６にて示す各グラフ１、２が得られた。ここで、グラフ１によれば、検出素子７０の補正前の出力電圧が、時間の経過と共にどのように変化するかが示されている。また、グラフ２によれば、検出素子７０の補正後の出力電圧が、時間の経過と共にどのように変化するかが示されている。

グラフ１において、符号１−１は、ステップ１００における加熱処理の際の出力電圧を示し、符号１−２は、感応膜７３に付着した不純物成分がステップ１００における加熱処理により除去されて出力電圧が正しい値になった状態を示す。また、符号１−３は、ステップ１１０において設定される零点電圧を示す。なお、符号１−１から符号１−３の範囲は、排気ガス中にアンモニアガス成分が存在していない状態の範囲を示す。

また、符号１−４は、排気ガス中のアンモニアガス成分の濃度が１０（ｐｐｍ）に増大したときの出力電圧を示し、符号１−５は、排気ガス中のアンモニアガス成分の濃度が１００（ｐｐｍ）に増大したときの出力電圧を示す。即ち、両符号１−４、１−５は、出力電圧が、アンモニアガス成分の濃度の階段状の増大に伴い階段状に低下することを示す。

また、符号１−６は、排気ガス中のアンモニアガス成分の濃度が符号１−３で示す零点電圧に対応する値に減少した場合の出力電圧を示す。即ち、符号１−６の範囲は、排気ガス中にアンモニアガス成分が存在していない状態の範囲を示す。

一方、グラフ２において、時間が零点電圧の設定時期（符号１−３参照）よりも経過した時間に注目すれば、補正後の出力電圧は、ステップ１３０で式（１）を用いて補正前の出力電圧（グラフ１で示す出力電圧に相当）に応じて算出された値として示されている。

ここで、グラフ２において、符号２−２は、グラフ１で符号１−４でもって示す補正前の出力電圧に対応する補正後の出力電圧を示し、符号２−３は、グラフ１で符号１−５でもって示す補正前の出力電圧に対応する補正後の出力電圧を示す。即ち、補正後の出力電圧は、排気ガス中のアンモニアガス成分の濃度の１０（ｐｐｍ）への増大及び１００（ｐｐｍ）への増大に伴い、階段状変化を示すことが分かる。

このことは、補正前の出力電圧の階段状変化ではなく、補正後の出力電圧の階段状変化、即ち式（１）を用いて算出した補正電圧を利用すれば、アンモニアガス成分の濃度を精度よく検出し得ることを意味する。そこで、第１参考形態では、式（１）を導入した。

従って、上述のように、ステップ１３０において、ステップ１２０における出力電圧Ｖｎを式（１）に基づき補正電圧Ｖとして補正することで、この補正電圧Ｖに依れば、アンモニアガス成分の濃度が長期に亘り精度よく得られる。

特に、ディーゼルエンジンの排気ガスのような過酷なガス環境においてアンモニア成分を検出するにあたり、上述のようにして得られる補正電圧Ｖをアンモニアガス検出装置の検出出力とすることで、当該アンモニアガス成分の検出濃度を、長期に亘り、精度よく検出し得るアンモニアガス検出装置の提供が可能となる。

ちなみに、第１参考形態の検出素子７０にモデルガス試験を行うとともに、当該検出素子７０に図５のフローチャートに従う試験を行ってみた。
１． モデルガス試験
試験条件は、ガス温度を２８０（℃）とし、検出素子７０の温度を４００（℃）とした。また、ベースガス組成を、１０（体積％）の酸素（Ｏ_２）、５（体積％）の二酸化炭素（ＣＯ_２）、５（体積％）の水（Ｈ₂Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）とした。また、ベースガスに対するアンモニア成分の添加量を０（ｐｐｍ）、２０（ｐｐｍ）及び１００（ｐｐｍ）とした。

このような試験条件のもと、検出素子７０をモデルガス発生装置に配置して、当該検出素子７０の両電極間に２（Ｖｒｍｓ）及び４００（Ｈｚ）の交流電圧を印加して、検出素子７０の検出特性を調べたところ、図７にて示すグラフ３が得られた。但し、図７において、グラフ４は、ベースガスに対するアンモニア添加量の階段状増加を時間との関係で示す。

ここで、グラフ３は、検出素子７０の出力電圧、換言すれば、インピーダンスが、グラフ４のアンモニア添加量の階段状増加に伴い、時間との関係において、階段状に減少することを示す。

また、上記試験条件のうちのベースガス組成のもとに、次の両試験（１）、（２）を行った。

即ち、試験（１）では、検出素子７０を、温度８０（℃）で相対湿度９５（％ＲＨ）の環境において２０（時間）の間放置した。試験（２）では、検出素子７０を、ディーゼル車両のディーゼルエンジンに第１参考形態と同様に配設し、当該ディーゼル車両をシャシーダイナモ上で約２００（ｋｍ）走行させた。

そして、試験（１）による検出素子７０のインピーダンス（出力電圧）及び試験（２）による検出素子７０のインピーダンス（出力電圧）を調べた。また、両試験（１）、（２）を行う前の試験（即ち、初期試験）において、検出素子７０のインピーダンス（出力電圧）も調べた。その結果、図８にて示す各棒グラフ５、５−１、５−２が得られた。

ここで、棒グラフ５は、初期のインピーダンス（出力電圧）を示す。また、棒グラフ５−１は、試験（１）の結果のインピーダンス（出力電圧）を示し、棒グラフ５−２は、試験（２）の結果のインピーダンス（出力電圧）を示す。

これら棒グラフ５、５−１及び５−２によれば、試験（１）、（２）の場合のインピーダンスは、初期のインピーダンス（出力電圧）よりも高いことが分かる。
２．図５のフローチャートに従う試験
図５のフローチャートに従う処理と同様の処理を、上記初期試験及び両試験（１）、（２）のもとで、それぞれ、実際に行うことで、検出素子７０の出力電圧（インピーダンス）を調べた。

具体的には、上記初期試験及び試験（１）のもとでは、検出素子７０への交流電圧の印加と同時に当該検出素子７０を６５０（℃）にて３０（秒）の間加熱した。この加熱後、９０（秒）経過したとき検出素子７０から発生する出力電圧を零点電圧Ｖｚに設定した。ついで、この零点電圧の設定後において検出素子７０から発生する出力電圧Ｖｎを検出し、この出力電圧Ｖｎの零点電圧Ｖｚに対する変化率を、｛（Ｖｚ−Ｖｎ）／Ｖｚ｝×１００（％）｝でもって算出した。

また、上記試験（２）のもとでは、検出素子７０への交流電圧の印加と同時に、１０（秒）間６５０（℃）にて当該検出素子７０の加熱することを、１０（秒）間隔にて、３回繰り返した。その後、７０（秒）経過したとき検出素子７０から発生する出力電圧を零点電圧Ｖｚに設定し、ついで、この零点電圧の設定後において検出素子７０から発生する出力電圧Ｖｎを検出し、この出力電圧Ｖｎの零点電圧Ｖｚに対する変化率を、｛（Ｖｚ−Ｖｎ）／Ｖｚ｝×１００（％）でもって算出した。

その結果、図９にて示す各グラフ６、６−１、６−２及び図１０にて示す各グラフ８、８−１及び８−２が得られた。但し、図９において、符号７で示す矢印範囲は、ベースガスのみの時間領域を示す。また、符号７−１で示す矢印範囲は、ベースガスに１０（ｐｐｍ）のアンモニアを添加した時間領域を示す。また、符号７−２で示す矢印範囲は、ベースガスに１００ｐｐｍ）のアンモニアを添加した時間領域を示す。

図９において、各グラフ６、６−１、６−２は、検出素子７０の出力電圧Ｖｎ（インピーダンス）の変化を、時間との関係で示すもので、これら各グラフ６、６−１、６−２は、上記初期試験、試験（１）及び試験（２）にそれぞれ対応する。

また、図１０において、各グラフ８、８−１、８−２は、出力電圧Ｖｎの変化率の変化を、時間との関係で示すもので、これらグラフ８、８−１、８−２は、上記初期試験、試験（１）及び試験（２）にそれぞれ対応する。

図９にて示す各グラフによれば、検出素子７０の出力電圧（インピーダンス）は、図８の各棒グラフで示す出力電圧（インピーダンス）と同様に、上記初期試験及び両試験（１）、（２）によって互いに異なっていることが分かる。従って、検出素子７０の出力電圧Ｖｎをそのまま用いることでは、アンモニアガス成分の濃度を一義的には精度よく検出できないことが分かる。

これに対し、図１０にて示す各グラフによれば、検出素子７０の出力電圧の変化率は、上記初期試験及び両試験（１）、（２）によって互いに異なっていることなく、ほぼ一致していることが分かる。従って、検出素子７０の出力電圧が、上記初期試験及び両試験（１）、（２）によって互いに大きく異なっていても、検出素子７０の出力電圧の変化率は、アンモニアガス成分の濃度に対し一義的に変化することが分かる。従って、検出素子７０の出力電圧の変化率を用いれば、アンモニアガス成分の濃度を精度よく検出し得ることが分かる。
（第２参考形態）
図１１及び図１２は本発明の第２参考形態の要部を示している。また、第２参考形態では、図１２にて示すフローチャートが、上記第１参考形態にて述べたフローチャート（図５参照）に代えて採用されている。これに伴い、第２参考形態では、上記第１参考形態にて述べたマイクロコンピュータ８１は、上記コンピュータプログラムを、図１２のフローチャートに従い実行するように変更されている。

また、第２参考形態では、上記第１参考形態にて述べたＥＣＵ２０の排気温センサ（以下、排気温センサ８４という）が、図１１にて示すごとく、マイクロコンピュータ８１に接続されている。その他の構成は、上記第１参考形態と同様である。

このように構成した第２参考形態において、上記第１参考形態にて述べたと同様に、当該ディーゼルエンジンの作動状態にてアンモニアガス検出装置５０において、検出素子７０が上記交流電源から給電されて作動状態になるものとする。

このような状態において、制御回路８０の操作スイッチ８３が閉成されると、マイクロコンピュータ８１は、図１２のフローチャートに従いコンピュータプログラムの実行を開始する。すると、ステップ１０１において、排気温入力処理がなされる。この排気温入力処理では、排気温センサ８４の検出排気温がマイクロコンピュータ８１にステップ１０１にて入力される。

然る後、ステップ１０２において、ステップ１０１にて入力した検出排気温が１００（℃）未満か否かが判定される。ここで、ステップ１０１における判定基準である１００（℃）は次のような根拠に基づき設定されている。

当該ディーゼルエンジンの始動直後では、排気管１３に滞留している排気凝縮水等の水分が一気に排気ガスとともに排気管１３から排出される。検出素子７０が、その加熱状態で、上記排気凝縮水等の水分を被水すると、当該検出素子７０が加熱温度によっては破損し易い。そこで、第２参考形態では、水分が１００（℃）未満では蒸発しにくいことを考慮して、ステップ１０２における判定基準として１００（℃）を設定した。

しかして、検出排気温が１００（℃）未満であれば、検出素子７０が被水した水分は排気温によっては蒸発しにくい。このため、ステップ１０２においてＹＥＳと判定され、ステップ１０３において、緩加熱処理がなされる。この緩加熱処理では、検出素子７０がその熱破損を防止し得る程度の昇温速度にて緩やかに加熱されるように、ヒータ７７による加熱量がマイクロコンピュータ８１により制御される。従って、検出素子７０が被水していても、この検出素子７０は熱破損を伴うことなく加熱されていく。

然る後、ステップ１０１における検出排気温が１００（℃）以上に上昇すると、ステップ１０２においてＮＯと判定される。これに伴い、ステップ１０４において急加熱処理がなされる。現段階において、上記検出排気温が１００（℃）以上であることから、上述した排気凝縮水等は蒸気となり、また、検出素子７０に付着していた水分も蒸発する。このため、検出素子７０が被水による水分に起因して破損することを回避できる。そこで、上記急加熱処理では、検出素子７０が、例えば、６００（℃）まで急速な昇温速度にて急激に加熱されるように、ヒータ７７による加熱量がマイクロコンピュータ８１により制御される。従って、検出素子７０は、迅速に６００（℃）まで加熱されていく。

以上説明したように、排気温センサ８４の検出排気温が１００（℃）未満にある状態から１００（℃）以上に上昇する場合には、ステップ１０１〜ステップ１０４までの処理でもって、検出素子７０の緩加熱及びその後の急加熱でもって、当該検出素子７０の被水による熱破損の発生を未然に防止しつつ、検出素子７０の加熱を効率よく行い得る。

その結果、ステップ１１０における零点電圧の設定が、精度よく確実になされ得る。その他のマイクロコンピュータ８１による処理及び作用効果は上記第１参考形態と同様である。
（第３参考形態）
図１３は、本発明の第３参考形態の要部を示している。この第３参考形態では、図１３にて示すフローチャートが、上記第１参考形態にて述べたフローチャート（図５参照）に代えて採用されている。従って、第３参考形態では、上記第１参考形態にて述べたマイクロコンピュータ８１は、上記コンピュータプログラムを図１３のフローチャートに従い実行するように変更されている。その他の構成は上記第１参考形態と同様である。

このように構成した第３参考形態において、上記第１参考形態にて述べたと同様にステップ１１０において零点設定処理が終了すると、上記第１参考形態にて述べたステップ１２０における出力電圧入力処理に先立ち、ステップ１５０（図１３参照）において、検出素子７０は異常か否かが判定される。

ここで、上記異常とは、ステップ１１０における設定零点電圧が、検出素子７０の出力電圧の上限値或いは下限値に固定されている状態をいう。これは、以下の理由による。

検出素子７０内の短絡故障が発生すると、上記設定零点電圧が、検出素子７０からの出力電圧の下限値に固定されてしまう。また、検出素子７０内で断線故障が発生すると、上記設定零点電圧が、検出素子７０からの出力電圧の上限値に固定されてしまう。また、検出素子７０の加熱により焼失した筈の不純物成分が感応膜７３の外面に付着したままであると、上記設定零点電圧が、上記出力電圧の上限値或いは下限値に固定されてしまう。そこで、第３参考形態では、以上のような設定零点電圧の固定状態は、検出素子７０の劣化によるものとし、ステップ１５０における異常の判定基準として採用されている。

しかして、検出素子７０がステップ１１０における設定零点電圧に基づき異常であれば、ステップ１５０において、ＹＥＳと判定される。これにより、マイクロコンピュータ８１は、検出素子７０に上記異常ありと自動的に自己診断し得たこととなる。その結果、検出素子７０の異常対策がタイミングよくなされ得る。

また、ステップ１５０におけるＹＥＳとの判定に伴い、マイクロコンピュータ８１は、上記第１参考形態にて述べた両ステップ１２０、１３０の処理を禁止し、上記コンピュータプログラムをエンドステップに進める。これにより、検出素子７０の異常のままで両ステップ１２０、１３０の処理がなされることが未然に防止され得る。

一方、ステップ１１０における設定零点電圧が上記出力電圧の上限値或いは下限値に固定されていなければ、検出素子７０は正常であることから、ステップ１５０において、ＮＯと判定される。これにより、マイクロコンピュータ８１は、検出素子７０が正常である旨自動的に自己診断し得たこととなる。

また、ステップ１５０におけるＮＯとの判定に伴い、上記第１参考形態にて述べたと同様にステップ１２０以後の処理がなされる。なお、第２参考形態におけるその他の作用効果は、上記第１参考形態と同様である。
（第１実施形態）
図１４は、本発明の第１実施形態の要部を示している。この第１実施形態では、図１４にて示すフローチャートが、上記第１参考形態にて述べたフローチャート（図５参照）に代えて採用されている。従って、本第１実施形態では、上記第１参考形態にて述べたマイクロコンピュータ８１は、上記コンピュータプログラムを図１４のフローチャートに従い実行するように変更されている。その他の構成は上記第１参考形態と同様である。

このように構成した本第１実施形態において、上記第１参考形態と同様に、ステップ１４０においてＹＥＳと判定されると、各ステップ１６０〜１８０（図１４参照）における処理がなされる。ここで、これら各ステップ１６０〜１８０を本第１実施形態において導入した根拠について説明する。

当該ディーゼルエンジンからその作動中に排気管１３を通して排出される排気ガスは、各種の排ガス成分に加え、オイル成分、煤成分や各種金属成分等の不純物成分を含む過酷なガス環境におかれる。従って、上記第１参考形態にて述べたようにステップ１００において加熱処理が一度なされても、その後において、検出素子７０の感応膜７３の外面に上記不純物成分が再び付着し易い。

このように不純物成分が感応膜７３に再び付着すると、上記第１参考形態にて述べたと同様に検出素子７０の特性が変化する。そこで、各ステップ１６０〜１７０が導入されている。

しかして、回転数センサ８２の検出回転数が零であるために当該ディーゼルエンジンが停止していれば、ステップ１４０において、上記第１参考形態と同様にＹＥＳと判定される。これに伴い、ステップ１６０において、出力電圧入力処理がなされる。この出力電圧入力処理では、現段階で検出素子７０により発生される出力電圧がマイクロコンピュータ８１にステップ１６０にて入力される。

ついで、ステップ１７０において、出力変動の有無が判定される。ここで、当該ディーゼルエンジンの停止直後において検出素子７０から発生される出力電圧がその上限値或いは下限値に固定されていれば、当該出力電圧は、ステップ１４０でＹＥＳと判定する前のステップ１２０における出力電圧から変動している。従って、出力変動ありということで、ステップ１７０においてＹＥＳと判定される。

然る後、ステップ１８０において加熱処理がなされる。この加熱処理は、ステップ１００とは別途行う再度の加熱処理であるが、当該ステップ１００における加熱処理と同様に、検出素子７０がヒータ７７により加熱される。これにより、ステップ１００における加熱処理後に検出素子７０の感応膜７３の外面に付着した不純物成分が焼失により除去される。その結果、検出素子の安定した特性が維持され得る。また、このような作用効果は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のアンモニアガス成分の検出を長期に亘り精度よく行えるアンモニアガス検出装置の提供にあわせ達成され得る。その他の作用効果は、上記第１参考形態と同様である。
（第２実施形態）
図１５は、本発明の第２実施形態の要部を示している。この第２実施形態では、図１５にて示すフローチャートが、上記第１実施形態にて述べたフローチャート（図１４参照）に代えて採用されている。従って、本第２実施形態では、上記第１実施形態にて述べたマイクロコンピュータ８１は、上記コンピュータプログラムを図１５のフローチャートに従い実行するように変更されている。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。

このように構成した本第２実施形態において、上記第１実施形態にて述べたと同様にステップ１１０において零点設定処理が終了すると、上記第１実施形態にて述べたステップ１２０における出力電圧入力処理に先立ち、ステップ１９０（図１５参照）において、検出素子７０は異常か否かが判定される。ここで、上記異常とは、上記第３参考形態にて述べたと同様に、ステップ１１０における設定零点電圧が、検出素子７０の出力電圧の上限値或いは下限値に固定されている状態をいう。

しかして、検出素子７０がステップ１１０における設定零点電圧に基づき異常であれば、ステップ１９０において、ＹＥＳと判定される。これにより、マイクロコンピュータ８１は、ステップ１２０以後の処理の禁止のもと、検出素子７０に上記異常ありと自動的に自己診断し得たこととなる。その結果、検出素子７０の異常対策がタイミングよくなされ得る。

一方、ステップ１１０における設定零点電圧が上記出力電圧の上限値或いは下限値に固定されていなければ、検出素子７０は正常であることから、ステップ１９０において、ＮＯと判定される。これにより、マイクロコンピュータ８１は、検出素子７０が正常である旨自動的に自己診断し得たこととなる。その他の作用効果は上記第１実施形態と同様である。

なお、本発明の実施にあたり、上記各参考形態及び実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）ステップ１３０における出力電圧補正処理において、出力電圧Ｖｎは、式（１）によることなく、ステップ１１０における設定零点電圧と出力電圧Ｖｎとの間の変化量に基づき補正するようにしてもよい。
（２）検出素子７０の加熱は、ヒータ７７によることなく、当該検出素子７０とは別途の加熱素子でもって行うようにしてもよい。
（３）ステップ１５０或いはステップ１９０においては、ステップ１１０における設定零点電圧が、予め設定した所定の閾値と比較して、検出素子７０の異常の有無を判定するようにしてもよい。また、設定零点電圧に代えて、検出素子７０の任意の出力電圧を、予め設定した所定の閾値と比較して自己診断するようにしてもよい。
（４）両電極７２は、櫛歯状電極部を有するものに限ることなく、例えば単なる短冊状電極部等の種々の形状の電極部を有するものであってもよい。
（５）上記第２参考形態においては、排気温センサ８４の検出排気温に代えて、検出素子７０の測温抵抗体７６の検出温度を素子温として採用し、この素子温が、ステップ１０２において、１００（℃）未満か否かにつき判定するようにしても、上記第２参考形態と同様の作用効果が達成され得る。
（６）ステップ１００における加熱処理において、検出素子７０の加熱を複数回に分割して行ってもよい。具体的には、上記所定加熱時間を複数の時間に分割して検出素子７０を間欠的に加熱する。これによれば、上記所定加熱時間の間、検出素子７０を連続して加熱するよりも、感応膜７３に付着した水分や煤、オイル等の不純物成分がより一層良好に除去され得る。その結果、ステップ１１０における零点電圧の設定がより一層精度よくなされ、上記各参考形態及び実施形態の作用効果がより一層向上され得る。
（７）検出素子７０は、適宜なケーシングに収納されて、当該ケーシングを介し排気管１３のうち選択還元触媒１４の下流側部位に配設されていてもよい。なお、当該ケーシングは、検出素子７０の感応膜を排気ガス内に露呈させる構造となっている。
（８）上記各参考形態及び実施形態において算出される補正電圧Ｖを用いて、選択還元触媒１４の劣化の有無を判定するようにしてもよい。また、選択還元触媒１４の未活性時に、上記補正電圧Ｖを用いて、最適な濃度の尿素水が尿素供給源６０から供給されるか否かを判定するようにしてもよい。

本発明の第１参考形態がディーゼルエンジンに適用された例を示すブロック図である。 図１の検出素子の平面図である。 図２にて３−３線に沿う断面図である。 図１の制御回路の詳細ブロック図である。 図４のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートである。 上記第１参考形態においてアンモニアガス成分の添加量をパラメータとした検出素子の補正前後の出力電圧の時間的変化を示す各グラフである。 上記第１参考形態において検出素子の出力電圧（インピーダンス）及びアンモニア添加量の時間的変化を示す各グラフである。 上記第１参考形態において初期試験及び両試験（１）、（２）における検出素子の出力電圧（インピーダンス）を示す各棒グラフである。 上記第１参考形態において、アンモニア添加量をパラメータとした初期試験及び両試験（１）、（２）における検出素子の出力電圧（インピーダンス）の時間的変化を示す各グラフである。 上記第１参考形態においてアンモニア添加量をパラメータとした初期試験及び両試験（１）、（２）における検出素子の出力電圧の変化率を時間との関係で示す各グラフである。 本発明の第２参考形態の要部を示すブロック図である。 上記第２参考形態においてマイクロコンピュータによる実行されるコンピュータプログラムを表すフローチャートである。 本発明の第３参考形態の要部を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の要部を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の要部を示すフローチャートである。

符号の説明

１３…排気管、１４…選択還元触媒、７０…インピーダンス変化式検出素子、
７１…基板、７３…感応膜、７４…電極部、７７…ヒータ、
８１…マイクロコンピュータ。

Claims (5)

1. 被検出ガス中のアンモニアガス成分に感応しプロトンのホッピング伝導を利用して、前記アンモニアガス成分をインピーダンスに応じて検出し検出出力として発生するインピーダンス変化式検出素子を加熱し、
   この加熱後、前記検出素子により発生される検出出力を零点出力として設定し、
   前記検出素子により任意に発生される検出出力を前記零点出力に基づき補正し、
   この補正検出出力を前記アンモニアガス成分に対応する出力として検出し、
   前記被検出ガスは、ディーゼルエンジンの作動に伴い当該ディーゼルエンジンの排気管内に流出する排気ガスであって、その窒素酸化物ガス成分にて、前記排気ガス中に生成されるアンモニアガス成分でもって、前記排気管内に設けた選択還元触媒内で還元されながら前記排気管から排出する排気ガスであり、
   前記インピーダンス変化式検出素子は、前記選択還元触媒の下流側にて前記排気ガスに含まれるアンモニアガス成分に感応しプロトンのホッピング伝導を利用して、前記アンモニアガス成分をインピーダンスに応じて検出し検出出力として発生する検出素子であって、
   前記ディーゼルエンジンの停止後前記検出素子により発生される検出出力に基づき、前記検出素子の再度の加熱の要否を判定し、
   前記検出素子の再度の加熱が必要と判定したとき、前記検出素子の加熱を再度行うようにしたことを特徴とするアンモニアガス検出方法。
2. 前記検出素子が、被検出ガス中のアンモニアガス成分に感応しプロトンのホッピング伝導を生じさせる感応膜を備えており、
   前記検出素子の加熱を複数回に分割して行い、
   この複数回の加熱後、前記検出素子により発生される検出出力を零点出力として設定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアンモニアガス検出方法。
3. 前記検出素子の加熱に先立ち、当該検出素子の温度或いは被検出ガスの温度を検出し、
   前記検出素子の加熱を、前記検出温度に応じて行うことを特徴とする請求項１或いは２に記載のアンモニアガス検出方法。
4. 前記零点出力に基づき前記検出素子の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアンモニアガス検出方法。
5. 前記ディーゼルエンジンの停止後、前記検出素子により発生される検出出力に基づき検出素子の異常の有無を判定するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のアンモニアガス検出方法。

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