JP4784670B2 - ガス濃度検出装置 - Google Patents

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Description

この発明は、ガス濃度検出装置に係り、特に、内燃機関から排出される排気ガス中の特定成分の濃度を検出するうえで好適なガス濃度検出装置に関する。
従来、例えば特開2007−155605号公報には、内燃機関の排気ガス中の特定検出成分の濃度を検出する排気ガスセンサシステムが開示されている。このシステムでは、2組のセンサセルを備えている。各センサセルは、排気ガス中に露出される拡散抵抗層と該拡散抵抗層に覆われた電極とをそれぞれ備え、該電極表面におけるガス成分比率に応じた出力を発する限界電流式の空燃比センサとしての機能を有している。また、特に一方のセンサセル(第1セル)の拡散抵抗層の表面には、H(水素)成分の分解・反応を促進するための触媒層が設けられている。
このようなシステムにおいて、排気ガス中にH成分が含まれている場合、第1セルではH成分が触媒層で反応して消失する。このため、第1セルのセンサ出力は、H成分の影響が排除された出力が検出される。一方、他方のセンサセル(第2セル)では、該触媒層を有していないため、H成分が直接拡散抵抗層内へ侵入する。拡散速度の速いH成分は、OやNOx等の酸化剤に比して多量に電極表面へ到達する。このため、第2セルのセンサ出力は、H成分の影響により実際の空燃比よりもリッチな値が検出される。上記従来のシステムでは、この出力差を利用して水素濃度を検出することとしている。
特開2007−155605号公報 特開2004−53579号公報 特開2003−149201号公報 特開2005−241540号公報 特開2001−124730号公報
しかしながら、上記従来のシステムでは、排気ガスがリッチである状況下、すなわち排気ガス中の酸化剤が不足している状況下では、上記触媒層でのH成分の酸化反応が制限されてしまう。このため、上記システムでは、水素濃度を精度よく検出できる排気ガス環境がリーン時に限定されてしまい、幅広い排気ガス環境に対応することが困難であった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、幅広い排気ガス環境において、排気ガス中の水素濃度を精度よく検出することが可能なガス濃度検出装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、上記の目的を達成するため、ガス濃度検出装置であって、
固体電解質体と、前記固体電解質体の表面に形成され被測定ガス中に露出される第1の電極と、前記第1の電極と対向するように前記固体電解質体の背面に形成され大気中に露出される第2の電極と、前記第1の電極を覆うように形成された拡散抵抗層と、を備え、前記第1の電極の表面に到達した還元剤と酸化剤とのガス成分比率に応じたセンサ電流出力する第1センサと、
第2固体電解質体と、前記第2固体電解質体の表面に形成され被測定ガス中に露出される第1ポンプ電極と、前記第1ポンプ電極と対向するように前記第2固体電解質体の背面に形成されガス室中に露出される第2ポンプ電極と、を有し、被測定ガスの一部を前記ガス室内に隔離して酸素の汲み込みまたは汲み出しを行うポンプセルと、第3固体電解質体と、前記第3固体電解質体の表面に形成され前記ガス室中に露出される第1センサ電極と、前記第1センサ電極と対向するように前記第3固体電解質体の背面に形成され大気中に露出される第2センサ電極と、を有し、前記ガス室内の酸素分圧と大気中の酸素分圧との比率に応じた起電力を発するセンサセルと、前記ガス室内を前記第1センサ電極が露出している側と前記第2ポンプ電極が露出している側とに隔てる第2拡散抵抗層と、を備え、前記センサセルの起電力が所定値となるように前記ポンプセルを作動させた場合の該ポンプセルの電流値をセンサ電流として出力する第2センサと、
前記第1センサのセンサ電流と前記第2センサのセンサ電流との出力差に基づいて、被測定ガス中の水素濃度を検出する水素濃度検出手段と、
を備えることを特徴とする。
第2の発明は、第1の発明において、
被測定ガスの温度を取得する温度取得手段を更に備え、
前記水素濃度検出手段は、取得した温度が高いほど前記センサ電流の出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正を行う補正手段を含むことを特徴とする。
第3の発明は、第1または第2の発明において、
被測定ガスの背圧を取得する背圧取得手段を更に備え、
前記水素濃度検出手段は、取得した背圧が高いほど、前記センサ電流の出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正を行う第2の補正手段を含むことを特徴とする。
の発明は、第1乃至第の何れか1つの発明において、
前記拡散抵抗層および前記第2拡散抵抗層は、前記第1センサ電極の表面に到達するガスの温度および背圧前記第1の電極の表面に到達するガスのそれと同等となるように、ガス拡散特性がそれぞれ調整されていることを特徴とする。
の発明は、第1乃至第の何れか1つの発明において、
前記第1センサと前記第2センサとは一体に形成されていることを特徴とする。
被測定ガス中に含まれる水素(H)成分は、他の成分に比して、特に、OやNOxなどの酸化剤に比して拡散速度が速いという特性を有している。このため、第1センサの拡散層表面にHとOとがバランスの取れた割合で存在している場合であっても、該拡散層で覆われた電極の表面には、HがOに比して多量に到達する。この結果、第1センサに生ずるセンサ電流は、このH成分の影響により、被測定ガスの実際の空燃比に対してリッチ側にシフトした値となる。一方、第2センサでは、ポンプセルが酸素の汲み込みまたは汲み出しを行うことによって、ガス室内へ取り込まれた被測定ガスが所定の酸素過剰率となるように調整される。このため、O成分が少ないリッチガスが該ガス室内に取り込まれた場合であっても、H成分を平衡化する能力を高く保つことができる。したがって、第2センサに生ずるセンサ電流は、H成分の影響を受けることなく、常に被測定ガスの実際の空燃比に対応した値となる。
つまり、第1の発明によれば、被測定ガス中にH成分が含まれている影響が、第1センサのセンサ電流値のみに反映される。このため、第1センサのセンサ電流値と第2センサのセンサ電流値との出力差は、被測定ガス中のH成分の濃度と相関を有するものとなる。このため、本発明によれば、両センサの出力差に基づいて、被測定ガス中の水素濃度を精度よく検出することができる。これにより、被測定ガスの空燃比状態に影響されることなく、幅広い排気ガス環境において水素濃度を常に精度よく検出することができる。
被測定ガス中の水素濃度が同じであっても、該被測定ガスの温度、背圧等の条件が異なれば、第1センサのセンサ電流と第2センサのセンサ電流との出力差も変化する。第2の発明によれば、被測定ガスの状態量に基づいて、かかる出力差と水素濃度との関係が補正される。このため、本発明によれば、被測定ガスの状態によらず、水素濃度を精度よく検出することができる。
また、本発明によれば、被測定ガスの温度が高いほど、該出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正される。このため、本発明によれば、被測定ガスの温度によらず、水素濃度を精度よく検出することができる。
被測定ガス中の水素濃度が同じであっても、該被測定ガスの温度、背圧等の条件が異なれば、第1センサのセンサ電流と第2センサのセンサ電流との出力差も変化する。第3の発明によれば、被測定ガスの状態量に基づいて、かかる出力差と水素濃度との関係が補正される。このため、本発明によれば、被測定ガスの状態によらず、水素濃度を精度よく検出することができる。
また、本発明によれば、被測定ガスの背圧が高いほど、該出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正される。このため、本発明によれば、被測定ガスの背圧によらず、水素濃度を精度よく検出することができる。
の発明によれば、第1センサの第1の電極表面に到達する被測定ガスの温度および背圧と、第2センサのセンサセルの第1センサ電極表面に到達する被測定ガスの温度および背圧とが同等になるように、拡散抵抗層および第2拡散抵抗層の拡散特性が調整される。このため、本発明によれば、被測定ガスの温度および背圧に対する依存性を、第1センサと第2センサとで同等にすることができるので、各センサ毎に特別な補正を行うことなく、水素濃度を検出することができる。
の発明によれば、第1センサと第2センサとが一体化されているので、部品点数の削減に伴う製造コストの低減を図ることができる。
本実施の形態に係るガス濃度検出装置10の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態において実行されるルーチンのフローチャートである。 センサ電流差iH2とH濃度との関係を示すマップである。 センサ電流i2と空燃比A/Fとの関係を示すマップである。 ガス濃度検出装置10の構造の変形例を示す図である。
実施の形態.
[実施の形態の構成]
先ず、図1を参照して、本実施の形態に係るガス濃度検出装置の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係るガス濃度検出装置10の構成を説明するための図である。より具体的には、図1(A)は、ガス濃度検出装置10の断面図である。また、図1(B)は、ガス濃度検出装置10を図1(A)中のBの方向から見た図である。図1に示すガス濃度検出装置10は、例えば、内燃機関(エンジン)から排出された排ガス中の水素成分(H2)の濃度を検出する水素濃度検出装置である。
図1(B)に示すとおり、ガス濃度検出装置10は、センサ1とセンサ2とで構成されている。センサ1およびセンサ2は、何れも排気ガスの空燃比に応じた電流値をリニアに検出する空燃比センサとして機能する。以下、各センサの構成について詳細に説明する。
先ず、図1を参照して、センサ2の詳細な構成について詳細に説明する。センサ2は、ポンプセル3、スペーサ4、センサセル5、スペーサ6、およびヒータ7を順次積層することにより形成されている。ポンプセル3は、該ポンプセル3を介して酸素の汲み出しあるいは汲み込みを行う機能を有し、固体電解質体31と、該固体電解質体31を挟むように配置された第1ポンプ電極32および第2ポンプ電極33を有している。素子である固体電解質体31は、酸素イオン導電性を有しており、例えば、シート状に成形されたZrO,HfO,ThO,BiO等が使用される。この固体電解質体31を挟むように配置された第1ポンプ電極32および第2ポンプ電極33は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。
固体電解質体31の表面に形成された第1ポンプ電極32は、被測定ガスである排ガスが存在する空間、すなわち、エンジンの排気通路内に露出している。第1ポンプ電極32としては、例えば、Pt等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
一方、第1ポンプ電極32と対向するように固体電解質体31の背面に形成された第2ポンプ電極33は、後述する第1内部空間41に露出している。第2ポンプ電極33としては、例えば、Pt等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
ポンプセル3には、固体電解質体31、第1ポンプ電極32、および第2ポンプ電極33を貫通する導入孔としてのピンホール34が形成されている。ピンホール34の孔径は、ピンホール34を介して、後述する第1内部空間41に導入される排ガスの拡散速度が所定速度となるように設計されている。第1内部空間41は、ピンホール34と後述する多孔質保護層81とを介して、被測定ガスが存在する空間に連通している。
また、固体電解質体31の第1ポンプ電極32側には、ピンホール34を含む第1ポンプ電極32の表面とその周辺を覆うように、多孔質保護層81が形成されている。多孔質保護層81は、例えば、多孔質アルミナ等により形成することができる。この多孔質保護層81により、第1ポンプ電極32の被毒を防止することができるとともに、排ガスに含まれるスス等によるピンホール34の目詰まりを防止することができる。
スペーサ4には、上述した第1内部空間41と、第2内部空間42とが形成されている。2つの内部空間41,42は拡散抵抗層43を介して連通している。拡散抵抗層43は、例えば、多孔質アルミナ等により形成することができる。
センサセル5は、固体電解質体51と、該固体電解質体51を挟むように配置された第1センサ電極52および第2センサ電極53を有している。第1センサ電極52および第2センサ電極53は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。
固体電解質体51の表面に形成された第1センサ電極52は、第2内部空間42に露出している。この第1センサ電極52としては、例えば、Pt等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
一方、第1センサ電極52と対向するように、固体電解質体51の背面に形成された第2センサ電極53は、スペーサ6に形成された大気ダクト61に露出している。大気ダクト61には、大気が導入される。この第2センサ電極53としては、例えば、Pt等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。大気ダクト61は、スペーサ6に切り欠きを設けることにより形成することができる。
ヒータ7は、シート状の絶縁層72,73と、これらの絶縁層72,73の間に埋設されたヒータ電極71とを有している。絶縁層72,73は、例えば、アルミナ等のセラミックスにより形成される。ヒータ電極71は、例えば、Ptとアルミナ等のセラミックスとのサーメットにより形成される。
次に、センサ1の構成について詳細に説明する。センサ1は、センサセル9、スペーサ6、およびヒータ7を順次積層することにより、センサ2と一体に形成されている。センサセル9は、上述した固体電解質体31と、該固体電解質体31を挟むように配置された第1センサ電極92および第2センサ電極93を有している。第1センサ電極92および第2センサ電極93は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。
固体電解質体31の表面に形成された第1センサ電極92は、被測定ガスである排ガスが存在する空間、すなわち、エンジンの排気通路内に露出している。第1センサ電極92としては、例えば、Pt等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
一方、第1センサ電極92と対向するように固体電解質体31の背面に形成された第2センサ電極93は、上述した大気ダクト61に露出している。この第2センサ電極93としては、例えば、Pt等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。
また、固体電解質体31の第1センサ電極92側には、該第1センサ電極92の表面とその周辺を覆うように、多孔質からなる拡散抵抗層82が形成されている。拡散抵抗層82は、例えば、多孔質アルミナ等により形成することができる。この拡散抵抗層82により、第1センサ電極92の被毒を防止することができる。尚、該拡散抵抗層82の気孔率、気孔径分布、電極に対する比表面積等は、拡散抵抗層43との関係で決定される。より具体的には、第1センサ電極92の表面に到達する排気ガスの状態(温度、背圧等)が、第1センサ電極52の表面に到達する排気ガスのそれと同等になるように、換言すれば、各電極に対する拡散抵抗層の拡散距離、比表面積が同比率になるように、これらの拡散抵抗層の厚さ、堆積等が調整されている。
[実施の形態の動作]
(センサ1の動作原理)
先ず、センサ1の動作原理について説明する。センサ1は、所謂1セル方式の限界電流式の空燃比センサとして機能する。すなわち、拡散抵抗層82は、排気通路の内部で排気ガスに晒された状態で用いられる。そして、排気ガス中の各種成分は、拡散抵抗層82の表面に達した後、拡散によりそれらの内部を進行する。
排気ガス中には、CO、H、HC等の還元剤と、O、NOx等の酸化剤が含まれている。それらの成分は、第1センサ電極92や第2センサ電極93の表面に到達する過程、および到達後の燃焼により完全に反応し合う。理論空燃比が実現されている場合は、酸化剤と還元剤とが共に消滅する。これに対して、空燃比がリッチである場合は還元剤が残存し、空燃比がリーンである場合は酸化剤が残存する事態が生ずる。
センサセル9は、第2センサ電極93から第1センサ電極92に向かう電圧が印加されている場合、第1センサ電極92側に残存する酸素を第2センサ電極93側へポンピングする。他方、第1センサ電極92側に還元剤が残存している場合は、その還元剤を消失させるために必要な酸素を第2センサ電極93側から第1センサ電極92側へポンピングする。このため、センサセル9には、第1センサ電極92の表面に到達した還元剤と酸化剤との比率、すなわちその表面における空燃比に応じたセンサ電流i1が生じる。センサ1は、かかるセンサ電流i1に基づいて、排気ガスの空燃比を検出する。
(センサ2の動作原理)
次に、センサ2の動作原理について説明する。センサ2は、所謂2セル方式の限界電流式の空燃比センサとして機能する。すなわち、多孔質保護層81は、排気通路の内部で排気ガスに晒された状態で用いられる。上述したとおり、排気ガス中には、還元剤と酸化剤とが含まれている。そして、排気ガス中の各種成分は、多孔質保護層81の表面に達した後、拡散によりそれらの内部を進行し、ピンホール34を介して、第1内部空間41に導入される。この第1内部空間41に導入される排気ガス量は、多孔質保護層81およびピンホール34の拡散抵抗により決定される。
後述するポンプセル3によって、酸素の汲み出しまたは汲み込みが行われた排気ガスは、拡散抵抗層43内を拡散して第2内部空間42へ導入される。センサセル5では、第2内部空間42内の酸素分圧と大気ダクト61の酸素分圧との比率に応じた起電力Vsが生じる。センサ2では、この起電力Vsが所定の基準電圧Vcとなるように、すなわち第1内部空間41および第2内部空間42内の空燃比が一定となるように、ポンプセル3にセンサ電流i2を流すように構成されている。より具体的には、第1内部空間41へ導入された排気ガスの空燃比が理論空燃比である場合のセンサ電流i2がゼロとなり、空燃比がリーンである場合には、該第1内部空間41内から酸素を汲み出すようにセンサ電流i2(i2>0)が流れ、反対に排気ガスの空燃比がリッチである場合には、該第1内部空間41内へ酸素を汲み込むようにセンサ電流i2(i2<0)が流れるように調整されている。したがって、センサ2は、かかるセンサ電流i2に基づいて、排気ガスの空燃比を検出する。
(水素濃度の検出原理)
次に、本実施の形態のガス濃度検出装置10を用いた水素濃度検出原理について説明する。排気ガス中に含まれるH成分は、他の成分に比して、特に、OやNOxなどの酸化剤に比して、拡散速度が早いという特性を有している。このため、例えば、拡散抵抗層82の表面に、HとOとがバランスの取れた割合で存在していたとすれば、第1センサ電極92の表面には、HがOに比して多量に到達することとなる。
第1センサ電極92の表面に、還元剤であるHが、酸化剤であるOより多量に到達すれば、その表面付近において還元剤が過多となり、その付近の空燃比はリッチとなる。したがって、この場合、排気ガスの空燃比が理論空燃比であるにも関わらず、センサセル9のセンサ電流i1は、H成分の影響によって、空燃比がリッチであることを表す電流値になってしまう。
これに対し、センサ2では、O成分が少ないリッチガスが第1内部空間へ導入された場合であっても、ポンプセル3のポンピング作用により、該空間内のO成分が所定比率(理論空燃比)となるまで補われる。つまり、該空間内は、導入される排気ガスの空燃比によらず常に一定のO比率に維持されるので、該空間内のH成分を平衡化する能力を常に高く維持することができる。
このようなセンサ2によれば、第1内部空間41へ導入された排気ガス中のH成分は、拡散抵抗層43内を拡散して第2内部空間42へ導入される過程で消失する。このため、第1センサ電極52の表面には、H成分とO成分との平衡反応後の排気ガスが到達し、センサセル5の出力は、排気ガス中のH成分の影響が排除された値となる。上述したとおり、ポンプセル3のセンサ電流i2は、センサセル5の出力のフィードバックに基づいて設定される。したがって、センサ電流i2は、排気ガス中のH成分の影響を受けず、正確な空燃比を表す電流値となる。
このように、排気ガスにH成分が含まれている影響が、センサ1のセンサ電流値i1のみに反映される。そして、その影響は、排気ガス中のH濃度が高いほど大きなものとなる。この場合、センサ1のセンサ電流i1とセンサ2のセンサ電流i2との差は、排気ガス中のH成分の濃度と相関を有するものとなる。したがって、本実施の形態のガス濃度検出装置10では、これらのセンサ電流の差iH2=|i1−i2|に基づいて、H濃度を精度よく検出することができる。
尚、センサ電流の差iH2とH濃度との関係は排気ガスの状態量によって変化する。このため、センサ電流の差iH2をこれらの状態量で補正することで、H濃度の検出精度を更に向上させることができる。より具体的には、第1センサ電極52の表面および第1センサ電極92の表面に到達した排気ガスの温度が高いほど、或いはこれらの排気ガスの背圧が高いほど、センサ電流の差iH2が大きくなるように補正することとする。これにより、排気ガスの状態によらず、H濃度を精度よく検出することができる。
[実施の形態における具体的処理]
次に、図2乃至図4を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図2は、本実施の形態のガス濃度検出装置が排気ガスの空燃比およびH濃度を検出するルーチンのフローチャートである。
図2に示すルーチンでは、先ず、ガス濃度検出の実行条件が成立しているか否かが判定される(ステップ100)。ここでは、具体的には、エンジンのイグニッション(IG)がONされているか、エンジンが始動されているか、ガス濃度検出装置10のセンサが活性しているか等のガス濃度検出の前提となる条件の成立有無が判定される。その結果、実行条件が成立していないと判定された場合には、ガス濃度検出を行うことができないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
一方、上記ステップ100において、ガス濃度検出の実行条件の成立が判定された場合には、次のステップに移行し、センサセル9のセンサ電流i1およびポンプセル3のセンサ電流i2がそれぞれ検出される(ステップ102)。次に、上記ステップ102において検出されたセンサ電流i1およびi2を用いて、センサ電流の差iH2(=|i1−i2|)が算出される(ステップ104)。
次に、H濃度が取得される(ステップ106)。図3は、センサ電流差iH2とH濃度との関係を示すマップである。システムは図3に示すマップを記憶している。ここでは、具体的には、かかるマップに従って、センサ電流差iH2に対応するH濃度が特定される。
次に、空燃比A/Fが取得される(ステップ108)。図4は、センサ電流i2と空燃比A/Fとの関係を示すマップである。システムは図4に示すマップを記憶している。ここでは、具体的には、かかるマップに従って、センサ電流i2に対応する空燃比が特定される。
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、酸素成分が少ない排気ガスであっても、センサ電流i2は該排気ガス中のH成分の影響が排除された値となる。このため、排気ガスの空燃比状態によらず、常に正確なH濃度を検出することができる。
また、本実施の形態のシステムによれば、センサ1およびセンサ2は通常の空燃比センサとしても機能する。特に、センサ2はその出力からH成分の影響が排除されている。このため、センサ2のセンサ電流i2を用いることで、H等の共存ガスの影響が排除された正確な空燃比を検出することができる。
ところで、上述した実施の形態のガス濃度検出装置10の構造は、図1に示すとおり、センサ1とセンサ2とが縦列に一体化された構造となっているが、該ガス濃度検出装置10の構造はこれに限られない。すなわち、センサ1とセンサ2とが近接して配置されているのであれば、これらのセンサが並列に一体化された構造としてもよいし、また、これらのセンサが一体化されずに、単に近接して配置される構造でもよい。
図5は、ガス濃度検出装置10の構造の変形例を示す図である。尚、図5中(A)は、該ガス濃度検出装置10を積層方向から見た図を、図5(B)は、図5(A)におけるB−Bの断面図を、図5(C)は、図5(A)におけるC−Cの断面図を、それぞれ示している。また、図5において上述した図1と共通する要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。図5に示すとおり、このガス濃度検出装置10は、センサ1とセンサ2とが並列に一体化されている。このような構造にすることで、図1に示すガス濃度検出装置と同様に、センサ1とセンサ2とを一体化することができる。
また、本実施の形態のガス濃度検出装置10では、第1センサ電極92の表面に到達する排気ガスのガス拡散影響と、第1センサ電極52の表面に到達する排気ガスのそれとが同等になるように、拡散抵抗層82,43の気孔率等を調整し、センサ電流i1およびi2を検出する際の排気ガスの条件を揃えることとしている。しかしながら、センサ電流検出時の排気ガスの条件を揃える方法はこれに限られない。すなわち、各センサ電極92,52に到達する排気ガスのガス拡散影響の差分を、センサ電流i1,i2或いはこれらのセンサ電流の差iH2を補正することにより排除する構成としてもよい。
尚、上述した実施の形態においては、拡散抵抗層82が前記第1の発明における「拡散抵抗層」に、第1センサ電極92が前記第1の発明における「第1の電極」に、固体電解質体31が前記第1の発明における「固体電解質体」に、第2センサ電極93が前記第1の発明における「第2の電極」に、センサ1が前記第1の発明における「第1センサ」に、内部空間41,42が前記第1の発明における「ガス室」に、ポンプセル3が前記第1の発明における「ポンプセル」に、第1ポンプ電極32が前記第1の発明における「第1ポンプ電極」に、固体電解質体31が前記第1の発明における「第2固体電解質体」に、第2ポンプ電極33が前記第1の発明における「第2ポンプ電極」に、センサセル5が前記第1の発明における「センサセル」に、第1センサ電極52が前記第1の発明における「第1センサ電極」に、固体電解質体51が前記第1の発明における「第3固体電解質体」に、第2センサ電極53が前記第1の発明における「第2センサ電極」に、拡散抵抗層43が前記第1の発明における「第2拡散抵抗層」に、センサ2が前記第1の発明における「第2センサ」に、それぞれ相当するとともに、システムが上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第1の発明における「水素濃度検出手段」が実行されている。
1 センサ
2 センサ
3 ポンプセル
4 スペーサ
5 センサセル
6 スペーサ
7 ヒータ
9 センサセル
10 ガス濃度検出装置
31 固体電解質体
32 第1ポンプ電極
33 第2ポンプ電極
34 ピンホール
41 第1内部空間
42 第2内部空間
43 拡散抵抗層
51 固体電解質体
52 第1センサ電極
53 第2センサ電極
61 大気ダクト
71 ヒータ電極
72,73 絶縁層
81 多孔質保護層
82 拡散抵抗層
92 第1センサ電極
93 第2センサ電極

Claims (5)

  1. 固体電解質体と、前記固体電解質体の表面に形成され被測定ガス中に露出される第1の電極と、前記第1の電極と対向するように前記固体電解質体の背面に形成され大気中に露出される第2の電極と、前記第1の電極を覆うように形成された拡散抵抗層と、を備え、前記第1の電極の表面に到達した還元剤と酸化剤とのガス成分比率に応じたセンサ電流出力する第1センサと、
    第2固体電解質体と、前記第2固体電解質体の表面に形成され被測定ガス中に露出される第1ポンプ電極と、前記第1ポンプ電極と対向するように前記第2固体電解質体の背面に形成されガス室中に露出される第2ポンプ電極と、を有し、被測定ガスの一部を前記ガス室内に隔離して酸素の汲み込みまたは汲み出しを行うポンプセルと、第3固体電解質体と、前記第3固体電解質体の表面に形成され前記ガス室中に露出される第1センサ電極と、前記第1センサ電極と対向するように前記第3固体電解質体の背面に形成され大気中に露出される第2センサ電極と、を有し、前記ガス室内の酸素分圧と大気中の酸素分圧との比率に応じた起電力を発するセンサセルと、前記ガス室内を前記第1センサ電極が露出している側と前記第2ポンプ電極が露出している側とに隔てる第2拡散抵抗層と、を備え、前記センサセルの起電力が所定値となるように前記ポンプセルを作動させた場合の該ポンプセルの電流値をセンサ電流として出力する第2センサと、
    前記第1センサのセンサ電流と前記第2センサのセンサ電流との出力差に基づいて、被測定ガス中の水素濃度を検出する水素濃度検出手段と、
    を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。
  2. 被測定ガスの温度を取得する温度取得手段を更に備え、
    前記水素濃度検出手段は、取得した温度が高いほど前記センサ電流の出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正を行う補正手段を含むことを特徴とする請求項1記載のガス濃度検出装置。
  3. 被測定ガスの背圧を取得する背圧取得手段を更に備え、
    前記水素濃度検出手段は、取得した背圧が高いほど、前記センサ電流の出力差に対応する水素濃度が高くなるように補正を行う第2の補正手段を含むことを特徴とする請求項1または2記載のガス濃度検出装置。
  4. 前記拡散抵抗層および前記第2拡散抵抗層は、前記第1センサ電極の表面に到達するガスの温度および背圧前記第1の電極の表面に到達するガスのそれと同等となるように、ガス拡散特性がそれぞれ調整されていることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項記載のガス濃度検出装置。
  5. 前記第1センサと前記第2センサとは一体に形成されていることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項記載のガス濃度検出装置。
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