JP5209401B2 - Multi-gas sensor and gas sensor control device - Google Patents
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Description
本発明は、被測定ガス中の窒素酸化物濃度及びアンモニア濃度を検出するに適したガスセンサ及びガスセンサ制御装置に関する。 The present invention relates to a gas sensor and a gas sensor control device suitable for detecting a nitrogen oxide concentration and an ammonia concentration in a gas to be measured.
自動車の排気ガス中の特定ガスの濃度を測定するガスセンサとして、固体電解質体を用いつつ被測定ガス中のNOx濃度を検出するNOxセンサや、一対の電極間のインピーダンス変化又は起電力変化を利用して被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサが知られている。
又、被測定ガス中のNOx濃度とアンモニア濃度を同時に測定する技術として、被測定ガスをNH3強酸化触媒に接触させてアンモニアをNOxに変換して全NOx濃度を測定する工程と、被測定ガスをNH3弱酸化触媒に接触させてアンモニアの一部をNOxに変換してNOx濃度を測定する工程とを有し、これらの工程の2つの検出値からNOx濃度とアンモニア濃度を演算する技術が提案されている(特許文献1参照)。
さらに、1つのセンサ内にNOx極、参照極、選択極、アンモニア極を設けて複数セル(multicell)を構成し、ガス導入により生じたNOx極と参照極の間の起電力に応じて(NOxの存在状態に応じて)、アンモニア濃度算出方法を変更することで、正確なアンモニア濃度を計測するアンモニアセンサが提案されている(特許文献2参照)。具体的には、NOxの存在状態に応じ、アンモニア極-参照極間の起電力と、NOx極-アンモニア極間の起電力とのいずれかを検出に用いる。
As a gas sensor that measures the concentration of a specific gas in the exhaust gas of an automobile, a NO x sensor that detects the NO x concentration in the gas to be measured while using a solid electrolyte body, or a change in impedance or electromotive force between a pair of electrodes An ammonia sensor that detects the concentration of ammonia in a gas to be measured by using it is known.
Further, as a technique for simultaneously measuring the NO x concentration and the ammonia concentration in the gas to be measured, a step of contacting the gas to be measured with an NH 3 strong oxidation catalyst to convert ammonia into NO x and measuring the total NO x concentration; And measuring the NO x concentration by contacting part of the gas to be measured with the NH 3 weak oxidation catalyst to convert a part of ammonia into NO x , and determining the NO x concentration from the two detected values in these steps. A technique for calculating the ammonia concentration has been proposed (see Patent Document 1).
Furthermore, NO x electrode in one sensor, reference electrode, selection electrode, provided the ammonia electrode constitute a plurality of cells (MultiCell), depending on the electromotive force between of the NO x electrode and the reference electrode caused by the gas introduction There has been proposed an ammonia sensor for measuring an accurate ammonia concentration by changing the ammonia concentration calculation method (according to the presence state of NO x ) (see Patent Document 2). More specifically, depending on the presence state of the NO x, ammonia electrode - and the electromotive force between the reference electrode, NO x poles - used to detect either the ammonia interpolar electromotive force.
しかしながら、特許文献1記載の技術の場合、触媒能の違いにより測定を行うため、測定環境(温度、流速、圧力等)の変化によって触媒能が変化し、正確な測定ができないことがある。また、自動車の排ガス中のような苛酷な環境にこの装置を設置した場合、触媒能を長期にわたって安定的に維持することは困難である。
また、特許文献2記載の技術は、アンモニアを検知する電極を切り替えて測定を行うものであるが、測定環境が変動すると、当初設定した検知電極の切り替え条件(切り替えタイミングや、基準出力ポイントの設定等)を変更する必要があり、アンモニアの正確な測定がかえって困難になる可能性がある。さらに、検知電極の切り替えという複雑な制御が必要である。
However, in the case of the technique described in
The technique described in
さらに、複数種のガス濃度を別個のセンサで測定すると、各センサ毎にガス濃度や温度分布等が異なることが測定に影響を与えることがある。
従って本発明は、1つのガスセンサでNOx濃度とアンモニア濃度を測定可能なマルチガスセンサ及びガスセンサ制御装置の提供を目的とする。
In addition, when multiple types of gas concentrations are measured by separate sensors, measurement may be affected by differences in gas concentration, temperature distribution, etc. for each sensor.
Accordingly, the present invention has an object to provide a concentration of NO x and measurable multi-gas sensor and the gas sensor control device of ammonia concentration in a single gas sensor.
上記課題を解決するため、本発明のマルチガスセンサは、第1測定室の内部と外部に位置すると共に、第1固体電解質層上に設けられた一対の第1電極を有し、前記第1測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第1ポンピングセルと、前記第1測定室に連通するNOx測定室の内部と外部に位置すると共に、第2固体電解質層上に設けられた一対の第2電極を有し、前記第1測定室から前記NOx測定室に流入した酸素濃度が調整された被測定ガス中のNOx濃度に応じた第2ポンピング電流が前記一対の第2電極間に流れる第2ポンピングセルとを備えたNOxセンサ部と、少なくとも一対の電極を有し前記NOxセンサ部の外表面に形成されたアンモニアセンサ部とを共に設け、前記アンモニアセンサ部には、前記一対の電極を覆う拡散層が形成され、前記NO x センサ部の検出開始時と、前記アンモニアセンサ部の検出開始時との何れか早い検出開始時を起点としたとき、前記NO x センサ部の90%応答時間と、前記アンモニアセンサ部の90%応答時間との時間差が、いずれのセンサ部の90%応答時間に対しても20%以下である。
このような構成とすると、NOxセンサ部とアンモニアセンサ部とが1つのセンサ内に設けられ、各センサ部がほぼ同一の測定環境(被測定ガスの組成、濃度、温度、流速、圧力等)下にあるため、測定環境が異なることによるガス検出精度の低下が抑制される。
つまり、NOxセンサ部とアンモニアセンサ部とを1つのセンサに設けることにより、測定環境の影響を受けずにNOx濃度とアンモニア濃度を同時に測定することができ、NOx濃度とアンモニア濃度の検出精度が向上する。又、1つのセンサに被測定ガスが接触するため、NOxとアンモニアをほぼ同時に検出でき、両者の検出のタイムラグによる検出精度の低下が抑制される。
さらに、NOxセンサ部とアンモニアセンサ部を別個のセンサとした場合に比べ、センサのコストダウンやコンパクト化が図られる。
In order to solve the above problems, a multi-gas sensor of the present invention is located inside and outside a first measurement chamber and has a pair of first electrodes provided on a first solid electrolyte layer, and the first measurement A first pumping cell for pumping or pumping oxygen in the gas to be measured introduced into the chamber; and a second solid electrolyte layer located inside and outside the NO x measurement chamber communicating with the first measurement chamber A second pumping current corresponding to the NO x concentration in the gas to be measured having a pair of second electrodes provided thereon, the oxygen concentration flowing into the NO x measurement chamber from the first measurement chamber being adjusted; provided a NO x sensor unit and a second pumping cell flowing between the pair of second electrodes, the ammonia sensor section formed in the NO x outer surface of the sensor unit has at least a pair of electrodes together, The ammonia sensor The, the diffusion layer covering the pair of electrodes are formed, said a NO x sensor of the detection start time, when the starting point either early detection starting detection start time of the ammonia sensor unit, the NO x 90% response time of the sensor unit, the time difference between the 90% response time of the ammonia sensor unit, Ru der than 20% against 90% response time of any of the sensor unit.
With such a configuration, the NO x sensor unit and the ammonia sensor unit are provided in one sensor, and each sensor unit has almost the same measurement environment (the composition, concentration, temperature, flow rate, pressure, etc. of the gas to be measured). Since it is under, the fall of the gas detection precision by a different measurement environment is suppressed.
That, NO by providing a x sensor unit and the ammonia sensor unit to one sensor, concentration of NO x and ammonia concentration without being affected by the measurement environment can be measured simultaneously, the detection of the NO x concentration and the ammonia concentration Accuracy is improved. Further, since the measurement gas is brought into contact with one sensor, can be almost simultaneously detect NO x and ammonia, reduction in detection accuracy due to a time lag of both detection is suppressed.
Furthermore, compared with the case where the NO x sensor unit and the ammonia sensor unit are separate sensors, the cost and the size of the sensor can be reduced.
また、前記アンモニアセンサ部には、前記一対の電極を覆う拡散層が形成され、前記NOxセンサ部の検出開始時と、前記アンモニアセンサ部の検出開始時との何れか早い検出開始時を起点としたとき、前記NOxセンサ部の90%応答時間と、前記アンモニアセンサ部の90%応答時間との時間差が、いずれのセンサ部の90%応答時間に対しても20%以下である。
このような構成とすると、被測定ガスのアンモニアセンサ部への拡散を遅らせることができ、NOxセンサ部の外表面に位置するアンモニアセンサ部への被測定ガスの拡散速度と、センサ内部にNOx測定室を有するNOxセンサ部への被測定ガスの拡散速度とが同等となり、各センサ部で検出の応答性の差が少なくなるので、測定精度が向上する。
特に、被測定ガス中のNOx濃度やアンモニア濃度が急変するような環境(過渡的環境)においても、各センサ部の応答性が異なることに起因する検出タイミングのズレを少なくし、測定精度が低下することを抑制することができる。
Further, the ammonia sensor unit, the diffusion layer covering the pair of electrodes are formed, origin and time of the NO x sensor portion of the detection start, either early detection starting detection start time of the ammonia sensor unit In this case, the time difference between the 90% response time of the NO x sensor unit and the 90% response time of the ammonia sensor unit is 20% or less with respect to the 90% response time of any sensor unit .
With such a configuration, it is possible to delay the diffusion of the gas to be measured to the ammonia sensor unit, the diffusion rate of the gas to be measured to the ammonia sensor unit located on the outer surface of the NO x sensor unit, and the NO inside the sensor. Since the measurement gas diffusion rate into the NO x sensor unit having the x measurement chamber becomes equal and the difference in detection responsiveness is reduced in each sensor unit, the measurement accuracy is improved.
In particular, even in an environment (transitional environment), such as concentration of NO x and ammonia concentration in the measurement gas suddenly changes, to reduce the deviation of detection timing the response of the respective sensor portions due to the different, the measurement accuracy It can suppress that it falls.
さらに、前記アンモニアセンサ部には、前記一対の電極を覆う拡散層が形成され、前記NOxセンサ部の検出開始時と、前記アンモニアセンサ部の検出開始時との何れか早い検出開始時を起点としたとき、前記NOxセンサ部の前記検出開始時と、前記アンモニアセンサ部の前記検出開始時との時間差が、いずれのセンサ部の90%応答時間に対しても10%以下であることが好ましい。
このような構成とすると、被測定ガスのアンモニアセンサ部への拡散を遅らせることができ、NOxセンサ部の外表面に位置するアンモニアセンサ部への被測定ガスの拡散速度と、センサ内部にNOx測定室を有するNOxセンサ部への被測定ガスの拡散速度とが同等となり、各センサ部で検出の応答性の差が少なくなるので、測定精度が向上する。
特に、被測定ガス中のNOx濃度やアンモニア濃度が急変するような環境(過渡的環境)においても、各センサ部の応答性が異なることに起因する検出タイミングのズレを少なくし、測定精度が低下することを抑制することができる。
Further, the ammonia sensor unit is formed with a diffusion layer covering the pair of electrodes, and starts from the detection start time which is the earlier of the detection start time of the NO x sensor portion or the detection start time of the ammonia sensor portion. The time difference between the detection start time of the NO x sensor unit and the detection start time of the ammonia sensor unit is 10% or less with respect to the 90% response time of any sensor unit. preferable.
With such a configuration, it is possible to delay the diffusion of the gas to be measured to the ammonia sensor unit, the diffusion rate of the gas to be measured to the ammonia sensor unit located on the outer surface of the NO x sensor unit, and the NO inside the sensor. Since the measurement gas diffusion rate into the NO x sensor unit having the x measurement chamber becomes equal and the difference in detection responsiveness is reduced in each sensor unit, the measurement accuracy is improved.
In particular, even in an environment (transitional environment), such as concentration of NO x and ammonia concentration in the measurement gas suddenly changes, to reduce the deviation of detection timing the response of the respective sensor portions due to the different, the measurement accuracy It can suppress that it falls.
また、前記拡散層は、アルミナ、スピネル、シリカアルミナ、及びムライトの群から選ばれる少なくとも1種からなってもよい。 The diffusion layer may be made of at least one selected from the group consisting of alumina, spinel, silica alumina, and mullite.
さらに、前記アンモニアセンサ部は、前記一対の電極と、該一対の電極に接して設けられた感応部とを含み、前記一対の電極間のインピーダンス変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出してもよい。
また、前記アンモニアセンサ部は、固体電解質層と、該固体電解質層の両面又は片面に積層された前記一対の電極とを含み、前記一対の電極間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出してもよい。
Further, the ammonia sensor unit includes the pair of electrodes and a sensitive unit provided in contact with the pair of electrodes, and detects the ammonia concentration in the gas to be measured by changing the impedance between the pair of electrodes. Also good.
The ammonia sensor unit includes a solid electrolyte layer and the pair of electrodes laminated on both sides or one side of the solid electrolyte layer, and the ammonia concentration in the gas to be measured by the electromotive force change between the pair of electrodes. May be detected.
さらに、本発明のガスセンサ制御装置は、前記マルチガスセンサに接続され、前記アンモニアセンサ部から出力されたアンモニア濃度に基づき、前記NOxセンサ部から出力されたNOx濃度を補正する補正手段を有する。
このような構成とすると、アンモニアとNOxが共に存在する被測定ガスから、アンモニア濃度とNOx濃度とを精度よく測定することができる。
Furthermore, the gas sensor control device of the present invention includes a correction unit that is connected to the multi-gas sensor and corrects the NO x concentration output from the NO x sensor unit based on the ammonia concentration output from the ammonia sensor unit.
With such a configuration, it is possible to accurately measure the ammonia concentration and the NO x concentration from the gas to be measured in which both ammonia and NO x exist.
この発明によれば、1つのガスセンサでNOx濃度とアンモニア濃度を測定することができる。 According to the present invention, the NO x concentration and the ammonia concentration can be measured with one gas sensor.
以下、本発明の実施形態について説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るマルチガスセンサ200Aの長手方向に沿う断面図を示す。マルチガスセンサ200Aは、アンモニア濃度及びNOx濃度を検出するマルチガスセンサ素子部100Aを組み付けたアッセンブリである。アンモニアセンサ200Aは、軸線方向に延びる板状のマルチガスセンサ素子部100Aと、排気管に固定されるためのねじ部139が外表面に形成された筒状の主体金具138と、マルチガスセンサ素子部100Aの径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ106と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168の内壁面がマルチガスセンサ素子部100Aの後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材166と、マルチガスセンサ素子部100Aと絶縁コンタクト部166との間に配置される複数個(図1では2つのみ図示)の接続端子110とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a cross-sectional view along the longitudinal direction of a
主体金具138は、軸線方向に貫通する貫通孔154を有し、貫通孔154の径方向内側に突出する棚部152を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具138は、マルチガスセンサ素子部100Aの先端側を貫通孔154の先端側外部に配置し、電極端子部80A、82Aを貫通孔154の後端側外部に配置する状態で、マルチガスセンサ素子部100Aを貫通孔154に保持している。さらに、棚部152は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
The
なお、主体金具138の貫通孔154の内部には、マルチガスセンサ素子部100Aの径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ151、粉末充填層153、156(以下、滑石リング153、156ともいう)、および上述のセラミックスリーブ106がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部140との間には、加締めパッキン157が配置されており、セラミックホルダ151と主体金具138の棚部152との間には、滑石リング153やセラミックホルダ151を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ158が配置されている。なお、主体金具138の後端部140は、加締めパッキン157を介してセラミックスリーブ106を先端側に押し付けるように、加締められている。
In addition, inside the
一方、図1に示すように、主体金具138の先端側(図1における下方)外周には、マルチガスセンサ素子部100Aの突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製(例えば、ステンレスなど)二重の外部プロテクタ142および内部プロテクタ143が、溶接等によって取り付けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, a metal (for example, stainless steel or the like) having a plurality of hole portions on the outer periphery of the front end side (lower side in FIG. 1) of the
そして、主体金具138の後端側外周には、外筒144が固定されている。また、外筒144の後端側(図1における上方)の開口部には、マルチガスセンサ素子部100Aの電極端子部80A,82Aとそれぞれ電気的に接続される複数本のリード線146(図1では3本のみ)が挿通されるリード線挿通孔161が形成されたグロメット150が配置されている。なお、図では簡単のため、マルチガスセンサ素子部100Aの表面と裏面の電極端子部をそれぞれ符号80A,82Aで代表させたが、実際には、後述するNOxセンサ部30Aやアンモニア検知部40Aが有する電極等の数に応じて、複数の電極端子部が形成されている。
An
また、主体金具138の後端部140より突出されたマルチガスセンサ素子部100Aの後端側(図1における上方)には、絶縁コンタクト部材166が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材166は、マルチガスセンサ素子部100Aの後端側の表裏面に形成される電極端子部80A,82Aの周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材166は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部167が備えられている。絶縁コンタクト部材166は、鍔部167が保持部材169を介して外筒144に当接することで、外筒144の内部に配置される。そして、絶縁コンタクト部材166側の接続端子110と、マルチガスセンサ素子部100Aの電極端子部80A,82Aとが電気的に接続され、リード線146により外部と導通するようになっている。
Further, an
図2は、本発明の第1の実施形態に係るマルチガスセンサ素子部100A、及びこれに接続されるガスセンサ制御装置(コントロ−ラ)300の構成を示すブロック図である。なお、図2では説明の便宜のため、マルチガスセンサ素子部100Aの長手方向に沿う断面のみを表示している。
マルチガスセンサ200A、及びガスセンサ制御装置300は図示しない内燃機関(以下、エンジンともいう)を備える車両に搭載され、ガスセンサ制御装置300は車両側制御装置(以下、適宜「ECU」という)400に電気的に接続されている。なお、マルチガスセンサ200Aから伸びるリード線146の端はコネクタに接続され、このコネクタをガスセンサ制御装置300側のコネクタに電気的に接続するようになっている。
ECU400は、ガスセンサ制御装置300で算出された排気ガス中のアンモニア濃度及びNOx濃度のデータを受信し、それに基づいてエンジンの運転状態の制御や触媒に蓄積されたNOxの浄化などの処理を実行する。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the multi-gas
The
ECU400 the processing such as purification of receiving data ammonia concentration and NO x concentration in the exhaust gas calculated by the gas
次に、マルチガスセンサ素子部100Aの構成について説明する。マルチガスセンサ素子部100Aは、公知のNOxセンサと同様な構成を有するNOxセンサ部30Aと、公知のアンモニアセンサと同様な構成を有するアンモニアセンサ部40とを備え、詳しくは後述するようにアンモニアセンサ部40はNOxセンサ部30Aの外表面に形成されている。
Next, the configuration of the multi-gas
まず、NOxセンサ部30Aは、絶縁層23e、第1固体電解質層2a、絶縁層23d、第3固体電解質層6a、絶縁層23c、第2固体電解質層4a、及び絶縁層23b、23aをこの順に積層した構造を有する。第1固体電解質層2aと第3固体電解質層6aとの層間に第1測定室S1が画成され、第1測定室S1の左端(入口)に配置された第1拡散抵抗体8aを介して外部から被測定ガスが導入される。なお、第1拡散抵抗体8aの外側には多孔質からなる保護層9が配置されている。
第1測定室S1のうち入口と反対端には第2拡散抵抗体8bが配置され、第2拡散抵抗体8bを介して第1測定室S1の右側には、第1測定室S1と連通する第2測定室(本発明の「NOx測定室」に相当)S2が画成されている。第2測定室S2は、第3固体電解質層6aを貫通して第1固体電解質層2aと第2固体電解質層4aとの層間に形成されている。
First, the NO x sensor unit 30A includes the insulating
A
絶縁層23b、23aの間にはマルチガスセンサ素子部100の長手方向に沿って延びる長尺板状のヒータ21が埋設されている。ヒータ21はガスセンサを活性温度に昇温し、固体電解質層の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。
各絶縁層23a、23b、23c、23d、23eはアルミナを主体とし、第1拡散抵抗体8a及び第2拡散抵抗体8bはアルミナ等の多孔質物質からなる。又、ヒータ21は白金等からなる。
A long plate-
The insulating
第1ポンピングセル2は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第1固体電解質層2aと、これを挟持するように配置された内側第1ポンピング電極2b及び対極となる外側第1ポンピング電極2c(各電極が特許請求の範囲の「第1電極」に相当)とを備え、内側第1ポンピング電極2bは第1測定室S1に面している。内側第1ポンピング電極2b及び外側第1ポンピング電極2cはいずれも白金を主体とし、内側第1ポンピング電極2bの表面は多孔質体からなる保護層11で覆われている。
又、外側第1ポンピング電極2cの上面に相当する絶縁層23eはくり抜かれて多孔質体13が充填され、外側第1ポンピング電極2cと外部とを連通させてガス(酸素)の出入を可能としている。
The
Further, the insulating
酸素濃度検出セル6は、ジルコニアを主体とする第3固体電解質層6aと、これを挟持するように配置された検知電極6b及び基準電極6cとを備え、検知電極6bは内側第1ポンピング電極2bより下流側で第1測定室S1に面している。検知電極6b及び基準電極6cはいずれも白金を主体としている。
なお、絶縁層23cは、第3固体電解質層6aに接する基準電極6cが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室15を形成している。そして、酸素濃度検出セル6にIcp供給回路54を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第1測定室S1から基準酸素室15内に送り込み、酸素基準とする。
The oxygen concentration detection cell 6 includes a third
The insulating
第2ポンピングセル4は、ジルコニアを主体とする第2固体電解質層4aと、第2固体電解質層4aのうち第2測定室S2に面した表面に配置された内側第2ポンピング電極4b及び対極となる第2ポンピング対電極4c(各電極が特許請求の範囲の「第2電極」に相当)とを備えている。内側第2ポンピング電極4b及び第2ポンピング対電極4cはいずれも白金を主体としている。
なお、第2ポンピング対電極4cは、第2固体電解質層4a上における絶縁層23cの切り抜き部に配置され、基準電極6cに対向して基準酸素室15に面している。
The
The second
そして、内側第1ポンピング電極2b、検知電極6b、内側第2ポンピング電極4bはそれぞれ基準電位に接続され、ガスセンサ制御装置300が有する後述する制御回路59に接続されている。
The inner
次にアンモニアセンサ部40は、NOxセンサ部30Aの外表面をなす絶縁層23e上に形成されている。より詳しくは、アンモニアセンサ部40は、絶縁層23e上に形成された櫛歯状の一対の電極40aと、一対の電極40aを覆う感応部40bとを含み、一対の電極40a間のインピーダンス変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。
又、多孔質からなる拡散層44Aが感応部40bを完全に覆うように形成され、詳しくは後述するように、外部から感応部40bに流入する被測定ガスの拡散速度を調整可能になっている。
Next, the
Further, a
図3は、アンモニアセンサ部40の構成を示す展開図である。絶縁層23e上に一対の櫛歯電極(一対の電極)40aが配置され、櫛歯電極40aから絶縁層23eの長手方向に沿ってそれぞれリード40ax、40ayが延び、リード40ax、40ay上に図示しない絶縁層が被覆されている。但し、リード40ax、40ayの右端はこの絶縁層で被覆されずに露出し、それぞれ所定の電極端子部を形成している。
櫛歯電極40aは、例えば金を主成分とし、それぞれ櫛状の2つの電極が離間して配置されている。また、リード40ax、40ayは、例えば白金を主成分とする材料で構成している。
FIG. 3 is a development view showing a configuration of the
The comb-
感応部40bはアンモニア濃度に応じてインピーダンス(Z)が変化する感ガス材料であり、固体酸物質を用いることができる。
櫛歯電極40a間に交流を印加することにより、櫛歯電極40a間に埋設された感応部40bのインピーダンス(Z)が変化するので、インピーダンス変化に基づいて排ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。
固体酸物質としては、特開2005−114355号公報(例えば段落0066)に記載された固体超強酸物質を用いるのが好ましい。固体酸物質として、例えばWO3/ZrO2、WO3/YSZ、SO4/ZrO2、WO3/TiO2、及びWO3/Al2O3の群から選ばれる1種以上を用いることができる。具体的には、10wt%-WO3/90wt%-YSZの組成であって、YSZがイットリウムを4wt%含むものが例示される。
感応部40bを覆う拡散層44Aとしては、例えばアルミナ、スピネル(MgAl2O4)、シリカアルミナ、及びムライトの群から選ばれる少なくとも1種が例示される。そして、拡散層44Aの厚み、粒径、粒度分布、気孔率、配合比等を適宜調整することで、感応部40b、及び櫛歯電極40aに到達するガス拡散時間が任意に調整可能である。
The
By applying an alternating current between the comb-
As the solid acid substance, a solid superacid substance described in JP 2005-114355 A (for example, paragraph 0066) is preferably used. As the solid acid substance, for example, one or more selected from the group of WO 3 / ZrO 2 , WO 3 / YSZ, SO 4 / ZrO 2 , WO 3 / TiO 2 , and WO 3 / Al 2 O 3 can be used. . Specifically, a composition of 10wt% -WO 3 / 90wt% -YSZ , which YSZ contains 4 wt% yttrium is exemplified.
Examples of the
なお、この実施形態において、NOxセンサ部30Aの制御温度を600℃としたとき、アンモニアセンサ部40の温度が約400℃となるよう、NOxセンサ部30A上でアンモニアセンサ部40の位置が決められている。すなわち、この実施形態では、NOxセンサ部30Aより低温となるよう、センサ100Aの長手方向に沿って、内側第2ポンピング電極4bよりセンサの後端側にアンモニアセンサ部40が配置されている。アンモニアセンサ部40の温度が約400℃であれば、感応部40bを構成する固体酸物質のアンモニア検出能が高くなるからである。
より具体的には、NOxセンサ部30Aの内側第2ポンピング電極4bの中心部の温度を600℃とし、アンモニアセンサ部40の櫛歯電極40aの中心部の温度を400℃とする。
In this embodiment, when the control temperature of the NO x sensor unit 30A is 600 ° C., the position of the
More specifically, the temperature of the central portion of the inner
次に、図2に戻り、ガスセンサ制御装置300の構成について説明する。ガスセンサ制御装置300は、回路基板上に(アナログ)制御回路59とマイクロコンピュータ60とを備えている。マイクロコンピュータ60はガスセンサ制御装置300全体を制御し、CPU(中央演算処理装置)61、RAM62、ROM63、信号入出力部64、A/Dコンバータ65、及び図示しないクロックを備え、ROM等に予め格納されたプログラムがCPUにより実行される。
制御回路59は、詳しくは後述する基準電圧比較回路51、Ip1ドライブ回路52、Vs検出回路53、Icp供給回路54、Ip2検出回路55、Vp2印加回路56、ヒータ駆動回路57、アンモニアセンサ部インピーダンス検出回路58を備える。
制御回路59は、NOxセンサ部30Aを制御し、NOxセンサ部30Aに流れる第1ポンピング電流Ip1、第2ポンピング電流Ip2を検出してマイクロコンピュータ60に出力する。
又、制御回路59は、アンモニアセンサ部40を制御し、アンモニアセンサ部40の電極40a間に所定の交流電圧を印加(たとえば2V、400Hz)し、その際に流れる電流値からインピーダンスを検出し、インピーダンスを電圧に変換後、マイクロコンピュータ60に出力する。
Next, returning to FIG. 2, the configuration of the gas
The
The
The
詳細には、NOxセンサ部30Aの外側第1ポンピング電極2cはIp1ドライブ回路52に接続され、基準電極6cはVs検出回路53及びIcp供給回路54に並列に接続されている。又、第2ポンピング対電極4cはIp2検出回路55及びVp2印加回路56に並列に接続されている。ヒータ回路57はヒータ21に接続されている。
又、アンモニアセンサ部40の一対の電極40aがそれぞれアンモニアセンサ部インピーダンス検出回路58に接続されている。
Specifically, the outer
A pair of
各回路51〜57は、以下のような機能を有する。
Ip1ドライブ回路52は、内側第1ポンピング電極2b及び外側第1ポンピング電極2cの間に第1ポンピング電流Ip1を供給しつつ、その際の第1ポンピング電流Ip1を検出する。
Vs検出回路53は、検知電極6b及び基準電極6cの間の電圧Vsを検出し、検出結果を基準電圧比較回路51に出力する。
基準電圧比較回路51は、基準電圧(例えば、425mV)とVs検出回路53の出力(電圧Vs)とを比較し、比較結果をIp1ドライブ回路52に出力する。そして、Ip1ドライブ回路52は、電圧Vsが上記基準電圧に等しくなるようにIp1電流の流れる向き及び大きさを制御し、第1測定室S1内の酸素濃度をNOxが分解しない程度の所定値に調整する。
Icp供給回路54は、検知電極6b及び基準電極6cの間に微弱な電流Icpを流し、酸素を第1測定室S1から基準酸素室15内に送り込み、基準電極6cを基準となる所定の酸素濃度に晒させる。
Vp2印加回路56は、内側第2ポンピング電極4b及び第2ポンピング対電極4cの間に、被測定ガス中のNOxガスが酸素とN2ガスに分解する程度の一定電圧Vp2(例えば、450mV)を印加し、NOxを窒素と酸素に分解する。
Ip2検出回路55は、NOxの分解により生じた酸素が第2測定室S2から第2固体電解質体4aを介して第2ポンピング対電極4c側に汲み出される際に、第2ポンピングセル4に流れる第2ポンピング電流Ip2を検出する。
Each circuit 51-57 has the following functions.
The
The Vs detection circuit 53 detects the voltage Vs between the
The reference
The
Ip1ドライブ回路52は、検出した第1ポンピング電流Ip1の値をA/Dコンバータ65に出力する。又、Ip2検出回路55は、検出した第2ポンピング電流Ip2の値をA/Dコンバータ65に出力する。
A/Dコンバータ65はこれらの値をデジタル変換し、信号入出力部64を介してCPU61に出力する。
The
The A /
次に、制御回路59を用いた制御の一例について説明する。まず、エンジンが始動されて外部電源から電力の供給を受けると、ヒータ回路57を介してヒータ21が作動し、第1ポンピングセル2、酸素濃度検出セル6、第2ポンピングセル4を活性化温度まで加熱する。又、Icp供給回路54は、検知電極6b及び基準電極6cの間に微弱な電流Icpを流し、酸素を第1測定室S1から基準酸素室15内に送り込み、酸素基準とする。
又、ヒータ21によってNOxセンサ部30Aが適温まで加熱されると、それに伴ってNOxセンサ部30A上のアンモニアセンサ部40も所望の温度に昇温される。
Next, an example of control using the
Further, when the NO x sensor section 30A is heated to a suitable temperature by the
そして、各セルが活性化温度まで加熱されると、第1ポンピングセル2は、第1測定室S1に流入した被測定ガス(排ガス)中の酸素を内側第1ポンピング電極2bから外側第1ポンピング電極2cへ向かって汲み出す。
このとき、第1測定室S1内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル6の電極間電圧(端子間電圧)Vsに対応したものとなるため、この電極間電圧Vsが上記基準電圧になるように、Ip1ドライブ回路52が第1ポンピングセル2に流れる第1ポンピング電流Ip1を制御し、第1測定室S1内の酸素濃度をNOxが分解しない程度に調整する。
When each cell is heated to the activation temperature, the
At this time, the oxygen concentration in the first measurement chamber S1 corresponds to the interelectrode voltage (terminal voltage) Vs of the oxygen concentration detection cell 6, so that the interelectrode voltage Vs becomes the reference voltage. controls the first pumping current Ip1 to
酸素濃度が調整された被測定ガスは第2測定室S2に向かってさらに流れる。そして、Vp2印加回路56は、第2ポンピングセル4の電極間電圧(端子間電圧)として、被測定ガス中のNOxガスが酸素とN2ガスに分解する程度の一定電圧Vp2(酸素濃度検出セル6の制御電圧の値より高い電圧、例えば450mV)を印加し、NOxを窒素と酸素に分解する。そして、NOxの分解により生じた酸素が第2測定室S2から汲み出されるよう、第2ポンピングセル4に第2ポンピング電流Ip2が流れる。この際、第2ポンピング電流Ip2とNOx濃度の間には直線関係があるため、Ip2検出回路55が第2ポンピング電流Ip2を検出することにより、被測定ガス中のNOx濃度を検出することができる。
The gas to be measured whose oxygen concentration is adjusted further flows toward the second measurement chamber S2. Then, the
又、アンモニアセンサ部インピーダンス検出回路58が一対の電極40aのインピーダンスを検出することにより、被測定ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。なお、電極40a間のインピーダンス(ベースインピーダンス値と、アンモニア存在時のインピーダンス値との変化率(感度)を用いることも可能)に基づくアンモニア濃度換算値をマイコン60に記憶させておくことで、NH3濃度を算出する。
The ammonia sensor impedance detection circuit 58 detects the impedance of the pair of
図4は、ガスセンサ制御装置300のマイクロコンピュータ60(CPU61)によるNOx濃度及びアンモニア濃度を検出する処理フローである。
まず、マイクロコンピュータ60は、ヒータ回路57を動作させ、ヒータ21によりセンサが活性化温度になったか否かを判定する(ステップS1)。通常、第2ポンピングセル4の第2固体電解質層4aの電気抵抗をモニタすることで、この判定を行う。次に、マイクロコンピュータ60は、上記した一対の電極40a間の電圧に基づき、アンモニア濃度を検出する(ステップS3)。次に、マイクロコンピュータ60は、上記した第2ポンピング電流Ip2に基づき、NOx濃度を検出する(ステップS5)。
FIG. 4 is a processing flow for detecting the NO x concentration and the ammonia concentration by the microcomputer 60 (CPU 61) of the gas
First, the
ここで、NOxセンサ部30Aにおいては、アンモニアも反応(NO:NH3=1:1)するため、NOx濃度とアンモニア濃度の合計濃度を検出することになる。アンモニアセンサ部40Aにおいてはアンモニアのみが選択的に検出される。このため、マイクロコンピュータ60は、NOxセンサ部30Aで検出されたNOx濃度(アンモニア濃度が重畳されている)から、アンモニアセンサ部40Aで検出されたアンモニア濃度を差引くことでNOxとアンモニアそれぞれのガス濃度を計算する(ステップS7)。
なお、マイクロコンピュータ60はステップS7の補正処理(計算処理)を行う点で、請求項の「補正手段」に相当する。
次に、マイクロコンピュータ60は、ステップS7で計算したガス濃度をECU400に出力し(ステップS9)、処理の終了を指示される(ステップS11)まで、ステップS3〜S9を繰り返す。
図7、図8は実施例におけるNOxセンサ部30Aとアンモニアセンサ部40Aの出力を示す。NOxガスのみを導入した600-800秒での出力では、アンモニアセンサ部40Aの出力は0であるが、200-400秒ではアンモニアガスのみを導入したにも関わらず、NOxセンサ部30Aから出力が生じていることがわかる。
Here, in the NO x sensor unit 30A, ammonia also reacts (NO: NH 3 = 1: 1), so the total concentration of the NO x concentration and the ammonia concentration is detected. In the ammonia sensor unit 40A, only ammonia is selectively detected. Therefore, the
The
Next, the
7 and 8 show the outputs of the NO x sensor unit 30A and the ammonia sensor unit 40A in the embodiment. The output of the ammonia sensor unit 40A is 0 at the output in 600-800 seconds when only the NO x gas is introduced, but from the NO x sensor unit 30A, only ammonia gas is introduced at 200-400 seconds. It can be seen that output is occurring.
以上のように、本発明においては、NOxセンサ部30Aとアンモニアセンサ部40Aとが1つのマルチガスセンサ200A内に設けられ、各センサ部がほぼ同一の測定環境(被測定ガスの組成、濃度、温度、流速、圧力等)下にあるため、測定環境が異なることによるガス検出精度の低下が抑制される。
つまり、NOxセンサ部30Aとアンモニアセンサ部40Aとを1つのマルチガスセンサ200Aに設けることにより、測定環境の影響を受けずにNOx濃度とアンモニア濃度を同時に測定することができ、NOx濃度とアンモニア濃度の検出精度が向上する。又、1つのマルチガスセンサ200Aに被測定ガスが接触するため、NOxとアンモニアをほぼ同時に検出でき、両者の検出のタイムラグによる検出精度の低下が抑制される。
さらに、NOxセンサ部30Aとアンモニアセンサ部40Aを別個のセンサとした場合に比べ、本発明においてはセンサのコストダウンやコンパクト化が図られる。
As described above, in the present invention, the NO x sensor unit 30A and the ammonia sensor unit 40A are provided in one
That is, by providing a NO x sensor portion 30A and the ammonia sensor unit 40A in a single
Furthermore, compared with the case where the NO x sensor unit 30A and the ammonia sensor unit 40A are separate sensors, the present invention can reduce the cost and the size of the sensor.
本発明のマルチガスセンサ200Aは、例えば、エンジン装置本体の付帯装置として設けられている触媒の劣化検知、尿素SCRシステムでの尿素噴射量の最適化、触媒後流から排出されたガス成分(NOx、アンモニア)の正確な測定、に応用することができる。例えば、NOxセンサのみを装置のセンシングに用いた場合、触媒後流からアンモニアが排出された際に、(i)尿素過剰添加によるアンモニア排出、(ii)尿素過少添加によるNOx排出、(iii)SCR触媒劣化に伴うアンモニア排出のいずれかであるかを明確に区別することができなかったが、本発明のマルチガスセンサを用いれば、これらの判別が可能である。
The
次に、アンモニアセンサ部40Aに拡散層44Aを設けることによる作用について説明する。本発明において、NOxセンサ部30Aは内部の測定室(第1測定室S1及びNOx測定室S2)に被測定ガスを導入して検出を行うのに対し、アンモニアセンサ部40Aは外部に露出している。このため、被測定ガスがNOxセンサ部30Aとアンモニアセンサ部40Aとに拡散する速度が異なり、各センサ部で検出の応答性が異なるという問題がある。
特に、被測定ガス中のNOx濃度やアンモニア濃度が急変するような環境(過渡的環境)では、各センサ部の応答性が異なるために検出タイミングにズレが生じ(アンモニアセンサ部が速く応答し)、測定精度が低下する傾向にある。例えば、各センサ部への被測定ガスの拡散速度が異なると、NOxセンサ部30Aで被測定ガスを検出している間に、アンモニアセンサ部40Aでは新たな被測定ガス(NOxセンサ部で検出中の被測定ガスより時間的に後のガス)を次々に検出してしまい、各センサ部が同一状態の被測定ガスを測定することができなくなる。
そこで、アンモニアセンサ部40Aに拡散層44Aを設け、被測定ガスのアンモニアセンサ部40Aへの拡散を遅らせ、NOxセンサ部30Aへの拡散速度に近くすることで、各センサ部の応答性の差を少なくし、測定精度を向上させることができる。
Next, the effect | action by providing 44 A of diffusion layers in the ammonia sensor part 40A is demonstrated. In the present invention, the NO x sensor unit 30A introduces the gas to be measured into the internal measurement chambers (the first measurement chamber S1 and the NO x measurement chamber S2), while the ammonia sensor unit 40A is exposed to the outside. doing. For this reason, there is a problem that the gas to be measured diffuses in the NO x sensor unit 30A and the ammonia sensor unit 40A, and the detection responsiveness is different in each sensor unit.
In particular, the environment (transitional environment), such as concentration of NO x and ammonia concentration in the measurement gas suddenly changes, shift the detection timing for the response of the respective sensor portions are different occurs (ammonia sensor unit responds faster ), The measurement accuracy tends to decrease. For example, if the measurement gas diffusion rate to each sensor unit is different, the ammonia sensor unit 40A detects a new measurement gas (in the NO x sensor unit) while the NO x sensor unit 30A detects the measurement gas. Gas that is later in time than the measured gas being detected) are detected one after another, making it impossible for each sensor unit to measure the measured gas in the same state.
Therefore, by providing a
各センサ部の応答性の差を少なくする観点から、NOxセンサ部30Aの検出開始時と、アンモニアセンサ部40Aの検出開始時との何れか早い検出開始時を起点としたとき、NOxセンサ部30Aの90%応答時間と、アンモニアセンサ部40Aの90%応答時間との時間差が、いずれのセンサ部の90%応答時間に対しても20%以下であることが好ましい。
各センサ部の応答性の差をさらに少なくする点で、NOxセンサ部30Aの検出開始時と、アンモニアセンサ部40Aの検出開始時との何れか早い検出開始時を起点としたとき、NOxセンサ部30Aの検出開始時と、アンモニアセンサ部40Aの検出開始時との時間差が、いずれのセンサ部の90%応答時間に対しても10%以下であると、各センサ部で概ね同等の開始タイミングで検出が可能となり、測定精度がより一層向上する。
From the viewpoint of reducing the difference in the response of each sensor unit, when a starting point and the detection start time of the NO x sensor unit 30A, either early detection starting with the starting time of detection of the ammonia sensor portion 40A, NO x sensor The time difference between the 90% response time of the
From the viewpoint of further reducing the difference in responsiveness of each sensor unit, when starting from the detection start time of the NO x sensor unit 30A and the detection start time of the ammonia sensor unit 40A, which is the earlier detection point, NO x If the time difference between the start of detection of the
一方、アンモニアセンサ部40Aに拡散層44Aを設けない場合、アンモニアセンサ部40Aへの被測定ガスの拡散速度が高くなり過ぎ、特に過渡的環境(被測定ガスの組成、濃度、温度、流速、圧力等が急減する環境)で測定精度が低下するおそれがある。
なお、アンモニアセンサ部40Aへの被測定ガスの拡散速度を低くして各センサ部の応答性の差を少なくする方法としては、拡散層44Aの空隙を減じたり、拡散層44Aの厚みを厚くして、透気抵抗を高めることが挙げられる。
On the other hand, when the
As a method of reducing the difference in response of each sensor unit by lowering the diffusion rate of the gas to be measured to the ammonia sensor unit 40A, the gap of the
図10、図12は、それぞれ実施例(拡散層あり)、比較例(拡散層なし)の場合のNOxセンサ部30Aとアンモニアセンサ部40Aの出力を示す。図12に示すようにアンモニアセンサ部40Aに拡散層44Aを設けないと、NOxセンサ部30Aとアンモニアセンサ部40Aとで90%応答時間が大幅に異なるが、拡散層44Aを設けることで、図10に示すように各センサ部の90%応答時間を同等にすることができる。
10 and 12 show the outputs of the NO x sensor unit 30A and the ammonia sensor unit 40A in the case of the example (with a diffusion layer) and the comparative example (without the diffusion layer), respectively. If not provided
本発明のマルチガスセンサ200Aは、公知のNOxセンサやアンモニアセンサと同様にして製造することができる。例えば、公知のNOxセンサと同様にして、NOxセンサ部の固体電解質層をグリーンシートから形成し、各電極、リードや絶縁層をペースト印刷することにより、NOxセンサ部の未焼結体を形成する。次に、NOxセンサ部の未焼結体表面の所定位置に、アンモニアセンサ部の未焼結体を形成する。アンモニアセンサ部の未焼結体は、このセンサ部を構成する電極、リード、感応部、固体電解質層、拡散層等をペースト印刷することにより形成することができる。
そして、アンモニアセンサ部の未焼結体が表面に形成されたNOxセンサ部の未焼結体を、全体として所定温度で焼成することにより、マルチガスセンサのセンサ素子部を製造し、これをハウジングに組み付けてマルチガスセンサが得られる。
The
Then, the green body of the NO x sensor section green body of the ammonia sensor portion is formed on the surface and baked at a predetermined temperature as a whole, to produce a sensor element of the multi-gas sensor, a housing so A multi-gas sensor can be obtained by assembling to.
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態に係るマルチガスセンサ200Bについて、図5を参照して説明する。なお、第2の実施形態において、マルチガスセンサ200Bに接続されるガスセンサ制御装置(コントロ−ラ)の構成、及びガスセンサの制御処理については第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。又、第2の実施形態のマルチガスセンサ200Bにおいて、第1の実施形態に係るマルチガスセンサ200Aと同一部分については同一の符号を付して説明を省略する。
図5は、第2の実施形態のマルチガスセンサ200Bのうち、マルチガスセンサ素子部100Bの長手方向に沿う断面を表示している。
<Second Embodiment>
Next, a multi-gas sensor 200B according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the configuration of the gas sensor control device (controller) connected to the multi-gas sensor 200B and the control process of the gas sensor are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. Further, in the multi-gas sensor 200B of the second embodiment, the same parts as those of the
FIG. 5 shows a cross section along the longitudinal direction of the multi-gas
図5において、アンモニアセンサ部42は絶縁層23e上には形成されず、絶縁層23e上には固体電解質層25が形成され、固体電解質層25上には絶縁層23fが形成され、絶縁層23fがNOxセンサ部30Bの表面をなしている。但し、絶縁層23fの一部は矩形状に切り抜かれて固体電解質層25が表出し、この表出部分の上にアンモニアセンサ部42が形成されている。より詳しくは、アンモニアセンサ部42は、固体電解質層25上に形成された一対の電極42aと、一対の電極42aを覆う選択反応層42bとを含み、一対の電極42a間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。
又、多孔質からなる拡散層44Bが選択反応層42bを完全に覆うように形成され、外部からアンモニアセンサ部42に流入する被測定ガスの拡散速度を調整可能になっている。
In FIG. 5, the
A
図6は、アンモニアセンサ部42の構成を示す展開図である。固体電解質層25上に一対の電極42a1、42a2(これらをまとめて一対の電極42aとする)が配置され、各電極42a1、42a2から固体電解質層25の長手方向に沿ってそれぞれリード42ax、42ayが延び、リード42ax、42ay上下に絶縁層23f(図示せず)が被覆されている。但し、リード42ax、42ayの右端はこの絶縁層で被覆されずに露出し、それぞれ所定の電極端子部を形成している。
電極42a1、42a2は固体電解質層25の短手方向に沿って離間して並び、電極42a1は金を主成分とする材料で構成されて検知電極として作用し、電極42a2は白金を主成分とする材料で構成されて基準電極として作用する。基準電極42a2に比べ、検知電極42a1の方がアンモニアとの反応性が高いため、検知電極42a1と基準電極42a2との間で起電力が生じる。
また、固体電解質層25は例えばZrO2等の酸素イオン伝導性材料で構成され、リード42ax、42ayは、例えば白金を主成分とする材料で構成されている。
FIG. 6 is a development view showing the configuration of the
The electrodes 42a1 and 42a2 are spaced apart from each other along the short direction of the
The
選択反応層42bは、被測定ガス中のアンモニア以外の可燃性ガス成分を燃焼させる役割を持ち、選択反応層42bが存在すると、可燃性ガス成分の影響を受けずに被測定ガス中のアンモニアを検出することができる。選択反応層42bは通常、金属酸化物を主成分とするが、特に酸化バナジウム(V2O5)及び酸化ビスマス(Bi2O3)を所定比で含む材料(例えば、酸化ビスマスバナジウム:BiVO4)から形成することが好ましい。
なお、選択反応層42bが検知電極42a1のみを覆っていても、上記した効果を発揮することができる。
拡散層44Bとしては、例えばアルミナ、スピネル(MgAl2O4)、シリカアルミナ、及びムライトの群から選ばれる少なくとも1種が例示される。
The
Even if the
Examples of the
なお、この実施形態において、NOxセンサ部30Aの制御温度を600℃としたとき、アンモニアセンサ部40の温度も同等となるよう、NOxセンサ部30A上でアンモニアセンサ部40の位置が決められている。すなわち、この実施形態では、センサ100Aの長手方向に沿って、ヒータ21の中点近傍(発熱中心)にアンモニアセンサ部40が配置されている。ヒータ21の中点近傍(発熱中心)が制御温度に近く最も温度が高い領域であり、アンモニアセンサ部40の温度も上記制御温度(600℃)に近くなるからである。
In this embodiment, when the control temperature of the NO x sensor unit 30A is 600 ° C., the position of the
第2の実施形態においても、アンモニアセンサ部に拡散層を設けることによって上記第1の実施形態と同様な作用を奏する。 Also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained by providing a diffusion layer in the ammonia sensor section.
さらに、第2の実施形態におけるガスセンサ制御装置は、図2記載のガスセンサ制御装置300中のアンモニアセンサ部インピーダンス検出回路58の代わりに、電極42a間に生じる起電力検出回路に置き換えられ、また、マイクロコンピュータ60に記憶されたインピーダンスに基づくアンモニア濃度換算値の代わりに、起電力に基づくアンモニア濃度換算値に置き換えられ、それぞれ制御される。それ以外の制御機能については、第1の実施形態と同様である。
Further, the gas sensor control device in the second embodiment is replaced with an electromotive force detection circuit generated between the
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、NOxセンサ部30Aを構成する固体電解質層を3層としたが、固体電解質層を2層としてもよい。固体電解質層が2層であるNOxセンサ部の素子構造は、例えば特開2004−354400号公報(図3)に記載されている。
この場合、第2測定室S2は、図2における固体電解質層2a、6aの間に画成され、第1測定室S1及び第2測定室S2は拡散律速部8bで区画される。そして、内側第2ポンプ電極4bは固体電解質層6の上面に配置される。又、固体電解質層6の下面は外部に露出し、この露出面に第2ポンプ対電極4cが配置される。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the solid electrolyte layer constituting the NO x sensor unit 30A is three layers, but the solid electrolyte layer may be two layers. The element structure of the NO x sensor unit having two solid electrolyte layers is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-354400 (FIG. 3).
In this case, the second measurement chamber S2 is defined between the
(1)センサの作製
実施例1:上記第1の実施形態に係るマルチガスセンサ200Aを作製した。このマルチガスセンサ200Aは、アンモニアセンサ部40がインピーダンス式(固体酸式)である。アンモニアセンサ部40の感応部40bに含まれる固体酸を10wt%-WO3/90wt%-YSZとし、YSZがイットリウムを4wt%含むものとした。又、感応部40bを覆う拡散層44Aとしてスピネル(MgAl2O4)の多孔質層を形成した。
実施例2:上記第2の実施形態に係るマルチガスセンサ200Bを作製した。このマルチガスセンサ200Bは、アンモニアセンサ部42が起電力式である。アンモニアセンサ部42の一対の電極42aは、それぞれ金を含む検知電極42a1、白金を主成分とする基準電極42a2を用い、選択反応層42bは、BiVO4とした。又、一対の電極42a及び選択反応層42bを覆う拡散層44Bとしてスピネル(MgAl2O4)の多孔質層を形成した。
比較例1:上記第1の実施形態に係るマルチガスセンサ200Aにおいて、アンモニアセンサ部40に拡散層44Aを設けなかった。
比較例2:上記第2の実施形態に係るマルチガスセンサ200Bにおいて、アンモニアセンサ部42に拡散層44Bを設けなかった。
(1) Production of Sensor Example 1 A
Example 2: A multi-gas sensor 200B according to the second embodiment was manufactured. In this multi-gas sensor 200B, the
Comparative Example 1: In the
Comparative Example 2: In the multi-gas sensor 200B according to the second embodiment, the
(2)センサの特性評価A(実施例1、実施例2のセンサによる、アンモニア濃度及びNOx濃度の検出と、各濃度の計算)
モデルガス発生装置を使用し、センサ特性の評価を行った。モデルガス発生装置のベースガス組成は、O2=10% CO2=5% H2O=5% N2=balとした。そして、モデルガス発生装置のガス流中にセンサを配置した。ガス温度を280℃とした。
NOXセンサ部のヒータ制御温度を600℃とした。この時、アンモニアセンサ部の一対の電極の中心部を測温したところ、実施例1、比較例1は約400℃、実施例2、比較例2は約650℃であった。
上記モデルガス発生装置のガス流中に、実施例1、実施例2のマルチガスセンサを配置し、ガス流中の成分を順に、(i)上記ベースガス、(ii)上記ベースガスに100ppmのNH3を加えたもの、(iii)上記ベースガス、(iv)上記ベースガスに100ppmのNOを加えたもの、 (v)上記ベースガス、(vi)上記ベースガスに100ppmのNH3と100ppmのNOを加えたもの、に切り替えたパターンとし、その時の被測定ガス中のNOx、NH3濃度を測定した。
(2) Sensor characteristic evaluation A (detection of ammonia concentration and NO x concentration by the sensors of Examples 1 and 2 and calculation of each concentration)
Sensor characteristics were evaluated using a model gas generator. The base gas composition of the model gas generator was O 2 = 10% CO 2 = 5% H 2 O = 5% N 2 = bal. And the sensor was arrange | positioned in the gas flow of a model gas generator. The gas temperature was 280 ° C.
The heater control temperature of the NO X sensor unit was set to 600 ° C. At this time, when the temperature of the center part of the pair of electrodes of the ammonia sensor part was measured, Example 1 and Comparative Example 1 were about 400 ° C., and Example 2 and Comparative Example 2 were about 650 ° C.
The multi-gas sensor of Example 1 and Example 2 is arranged in the gas flow of the model gas generator, and the components in the gas flow are arranged in order (i) the base gas and (ii) 100 ppm NH in the base gas. 3 plus, (iii) the base gas plus NO of 100ppm in (iv) above base gas, The pattern was switched to (v) the base gas, and (vi) the base gas added with 100 ppm NH 3 and 100 ppm NO, and the NO x and NH 3 concentrations in the measured gas were measured.
図7、図8は実施例1、実施例2の各センサにおけるNOxセンサ部30A、30Bとアンモニアセンサ部40A、42の出力を示す。図7、図8において、200-400秒では100ppm のNH3を含むガスが検知され、600-800秒では100ppm のNOxを含むガスが検知され、1000-1200秒では100ppm のNH3と100ppm のNOxとを含むガスが検知されたことになる。
検知原理上、NOxセンサ部30A、30Bの場合、測定室内に流入したNH3がNOに変化するため、NOx、NH3が共に(両成分の合計濃度として)検出される。一方、アンモニアセンサ部40A、42は、NH3を選択的に検知する。従って、NOxのみを含む600-800秒での出力では、アンモニアセンサ部40A、42の出力は0であるが、200-400秒ではガスがNH3のみを含むにも関わらず、NOxセンサ部30A、30Bから出力が生じていることがわかる。
7 and 8 show the outputs of the NO x sensor units 30A and 30B and the
In the detection principle, in the case of the NO x sensor units 30A and 30B, NH 3 flowing into the measurement chamber changes to NO, and therefore both NO x and NH 3 are detected (as the total concentration of both components). On the other hand, the
図7の出力に基づき、図4のフローのステップS7によって被検ガス中のNOx、NH3それぞれの濃度を算出した結果を表1に示す。
表1において、アンモニアセンサ部の出力をそのまま採用してアンモニア濃度を計算した。一方、NOxセンサ部30A、30Bにおいては、アンモニアが反応(NO:NH3=1:1)するため、NOx濃度とアンモニア濃度の合計濃度を検出することになる。従って、NOxセンサ部30A、30Bで検出されたNOx濃度(アンモニア濃度が重畳されている)から、アンモニアセンサ部40A、42で検出されたアンモニア濃度を差引くことでNOx濃度を計算した。
In Table 1, the ammonia concentration was calculated by directly adopting the output of the ammonia sensor section. On the other hand, in the NO x sensor units 30A and 30B, ammonia reacts (NO: NH 3 = 1: 1), so the total concentration of the NO x concentration and the ammonia concentration is detected. Therefore, NO x
(3)センサの特性評価B(拡散層の有無による各センサ部の応答性の評価)
上記モデルガス発生装置を使用し、上記ベースガスに50ppm のNH3を加えたガス流中に、実施例1及び比較例1のセンサを配置し、各センサ部の応答性(測定時間に対する出力)を評価した。ガス温度を280℃とし、センサの制御温度は特性評価Aと同様とした。
図9、図10は実施例1のセンサの応答性(測定時間に対する出力)を示すグラフであり、図9は全測定時間を表し、図10はアンモニアセンサ部40Aの検知開始時を基点(0秒)とした部分拡大図である。
同様に、図11、図12は比較例1のセンサの応答性(測定時間に対する出力)を示すグラフであり、図11は全測定時間を表し、図12はアンモニアセンサ部40Aの検知開始時を基点とした部分拡大図である。 表2は、それぞれ図10、図12から算出された各センサ部の90%応答時間を示す。
(3) Sensor characteristic evaluation B (Evaluation of responsiveness of each sensor unit with or without diffusion layer)
Using the model gas generator, the sensors of Example 1 and Comparative Example 1 are arranged in a gas flow in which 50 ppm of NH 3 is added to the base gas, and the responsiveness of each sensor unit (output with respect to measurement time) Evaluated. The gas temperature was 280 ° C., and the control temperature of the sensor was the same as in the characteristic evaluation A.
9 and 10 are graphs showing the responsiveness (output with respect to the measurement time) of the sensor of Example 1, FIG. 9 shows the total measurement time, and FIG. 10 is the reference point (0) when the ammonia sensor unit 40A starts detection. FIG.
Similarly, FIGS. 11 and 12 are graphs showing the responsiveness (output with respect to the measurement time) of the sensor of Comparative Example 1, FIG. 11 shows the total measurement time, and FIG. 12 shows the detection start time of the ammonia sensor unit 40A. It is the elements on larger scale made into the base point. Table 2 shows the 90% response time of each sensor unit calculated from FIGS. 10 and 12, respectively.
表2から明らかなように、アンモニアセンサ部に拡散層を設けた実施例1の場合、各センサ部の90%応答時間の差が少なく、又、各センサ部の検知開始時の差が少なかった。
一方、アンモニアセンサ部に拡散層を設けなかった比較例1の場合、各センサ部の90%応答時間の差rが、いずれのセンサ部の90%応答時間(それぞれ、τの下付きで表示)に対しても20%を超えた。又、比較例1の場合、各センサ部の検出開始時の時間差dが、いずれのセンサ部の90%応答時間(それぞれ、τの下付きで表示)に対しても10%を超えた。つまり、各センサ部の検出タイミングにズレが生じ、NOxセンサ部が速く応答した。
なお、被測定ガス中のNOx、NH3がほぼ同時に検出することができれば、被測定ガス中のNOx排出抑制のための尿素噴射コントロール、SCR触媒劣化、スリップNH3等の検出精度が著しく高くなる。一方、自動車の各種運転制御やセンサ制御は一般的に数百msec程度毎であり、NOx検出とNH3検知の応答時間の誤差が20%を越えると、高精度な制御が困難となる。このようなことから、各センサ部の90%応答時間の差rが、いずれのセンサ部の90%応答時間(それぞれ、τの下付きで表示)に対しても20%を超えると好ましくないとみなした。
As is clear from Table 2, in Example 1 in which the diffusion layer was provided in the ammonia sensor part, the difference in 90% response time of each sensor part was small, and the difference at the start of detection of each sensor part was small. .
On the other hand, in the case of Comparative Example 1 in which the diffusion layer is not provided in the ammonia sensor unit, the difference r between the 90% response times of the sensor units is 90% response time of each sensor unit (represented by a subscript τ). Also exceeded 20%. In the case of Comparative Example 1, the time difference d at the start of detection of each sensor unit exceeded 10% with respect to the 90% response time of each sensor unit (represented by subscript τ, respectively). That is, the detection timing of each sensor unit was shifted, and the NO x sensor unit responded quickly.
If NO x and NH 3 in the gas to be measured can be detected almost simultaneously, urea injection control for suppressing NO x emission in the gas to be measured, SCR catalyst deterioration, detection accuracy of slip NH 3 and the like are remarkably high. Get higher. Meanwhile, various operation control and sensor control of the motor vehicle are generally each about several hundreds msec, the error of the NO x detection and NH 3 response time of detection exceeds 20%, highly accurate control becomes difficult. For this reason, it is not preferable that the difference r between the 90% response times of the sensor units exceeds 20% with respect to the 90% response time of each sensor unit (represented by the subscript τ). I saw it.
なお、各センサ部での検出精度を向上させ、測定環境(被測定ガスの組成、濃度、温度、流速、圧力等)の変動による測定精度への影響を少なくする点から、上記した90%応答時間の差r、及び検出開始時の時間差dがそれぞれ0であることが最も好ましいが、現実的には困難であり、これらの差r及びdが1秒以内であれば、検出精度への影響が小さく、使用可能であるといえる。 Note that the 90% response described above is used in order to improve the detection accuracy at each sensor unit and reduce the effect on measurement accuracy due to fluctuations in the measurement environment (gas composition, concentration, temperature, flow rate, pressure, etc.). It is most preferable that the time difference r and the time difference d at the start of detection are each 0, but it is practically difficult. If these differences r and d are within 1 second, the influence on the detection accuracy is affected. Is small and can be used.
2a 第1固体電解質層
2b、2c 第1電極(内側第1ポンピング電極、外側第1ポンピング電極)
2 第1ポンピングセル
4a 第2固体電解質層
4b、4c 第2電極(内側第2ポンピング電極、第2ポンピング対電極)
4 第2ポンピングセル
25 (アンモニアセンサ部の)固体電解質層
30A,30B NOxセンサ部
40、42 アンモニアセンサ部
40a、42a 一対の電極
40b 感応部
42b 選択反応層
44A、44B 拡散層
60 補正手段(マイクロコンピュータ)
100A、100B マルチガスセンサ素子部
200A マルチガスセンサ
300 ガスセンサ制御装置
S1 第1測定室
S2 NOx測定室
Ip2 第2ポンピング電流
2a First
2
4 Second pumping
100A, 100B Multi-gas
Claims (6)
少なくとも一対の電極を有し前記NOxセンサ部の外表面に形成されたアンモニアセンサ部と
を共に設けたマルチガスセンサであって、
前記アンモニアセンサ部には、前記一対の電極を覆う拡散層が形成され、
前記NO x センサ部の検出開始時と、前記アンモニアセンサ部の検出開始時との何れか早い検出開始時を起点としたとき、
前記NO x センサ部の90%応答時間と、前記アンモニアセンサ部の90%応答時間との時間差が、いずれのセンサ部の90%応答時間に対しても20%以下であるマルチガスセンサ。 Pumping oxygen in the gas to be measured, which is located inside and outside the first measurement chamber and has a pair of first electrodes provided on the first solid electrolyte layer, or introduced into the first measurement chamber has a first pumping cell for pumping insertion, with located inside and outside of the NO x measurement chamber communicating with the first measurement chamber, a pair of second electrodes provided on the second solid electrolyte layer, a second pumping cell in which the second pumping current oxygen concentration flowing into the NO x measurement chamber from said first measurement chamber in accordance with the concentration of NO x in the measurement gas is adjusted to flow between the pair of second electrode A NO x sensor unit comprising:
A multi-gas sensor having at least a pair of electrodes and an ammonia sensor part formed on the outer surface of the NO x sensor part ,
In the ammonia sensor part, a diffusion layer covering the pair of electrodes is formed,
When starting from the detection start earlier of the detection start of the NO x sensor unit and the detection start of the ammonia sensor unit,
And 90% response time of the NO x sensor unit, the time difference between the 90% response time of the ammonia sensor section, multi-gas sensor also below 20% 90% response time of any of the sensor unit.
前記NO x センサ部の検出開始時と、前記アンモニアセンサ部の検出開始時との何れか早い検出開始時を起点としたとき、
前記NO x センサ部の前記検出開始時と、前記アンモニアセンサ部の前記検出開始時との時間差が、いずれのセンサ部の90%応答時間に対しても10%以下である請求項1記載のマルチガスセンサ。 In the ammonia sensor part, a diffusion layer covering the pair of electrodes is formed,
When starting from the detection start earlier of the detection start of the NO x sensor unit and the detection start of the ammonia sensor unit,
The multi time according to claim 1 , wherein a time difference between the detection start time of the NO x sensor unit and the detection start time of the ammonia sensor unit is 10% or less with respect to a 90% response time of any sensor unit. Gas sensor.
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JP5416686B2 (en) * | 2010-12-13 | 2014-02-12 | 日本特殊陶業株式会社 | Multi gas sensor |
JP5745455B2 (en) * | 2012-04-19 | 2015-07-08 | 日本特殊陶業株式会社 | Multi-gas sensor and multi-gas sensor device |
JP5728426B2 (en) * | 2012-04-19 | 2015-06-03 | 日本特殊陶業株式会社 | Manufacturing method of multi-gas sensor |
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JP7078491B2 (en) * | 2018-02-22 | 2022-05-31 | 日本特殊陶業株式会社 | Manufacturing method of gas sensor element, gas sensor and gas sensor element |
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JP7075818B2 (en) * | 2018-05-25 | 2022-05-26 | 株式会社Soken | Multi gas sensor |
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JP2615138B2 (en) * | 1988-06-21 | 1997-05-28 | 株式会社リケン | Composite gas sensor |
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SE512866C2 (en) * | 1995-02-21 | 2000-05-29 | Volvo Ab | Device for analyzing exhaust gases |
JP3521170B2 (en) * | 1996-03-19 | 2004-04-19 | 日本特殊陶業株式会社 | Exhaust gas sensor and sensor system using the same |
JP2001133447A (en) * | 1999-11-02 | 2001-05-18 | Ngk Insulators Ltd | Gas analysis method and device |
JP4666845B2 (en) * | 2001-09-10 | 2011-04-06 | シスメックス株式会社 | Sample transport device |
JP3950833B2 (en) * | 2002-09-25 | 2007-08-01 | 日本特殊陶業株式会社 | Ammonia sensor |
JP2005127743A (en) * | 2003-10-21 | 2005-05-19 | Fis Inc | Ammonia gas sensor |
JP4355306B2 (en) * | 2005-07-01 | 2009-10-28 | 日本特殊陶業株式会社 | Gas sensor |
US20070080074A1 (en) * | 2005-10-07 | 2007-04-12 | Delphi Technologies, Inc. | Multicell ammonia sensor and method of use thereof |
JP2007322184A (en) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ammonia gas sensor |
JP4874764B2 (en) * | 2006-11-06 | 2012-02-15 | 日本特殊陶業株式会社 | Ammonia gas sensor and manufacturing method thereof |
-
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10788444B2 (en) | 2016-09-09 | 2020-09-29 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor |
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