JP5746233B2 - Ｓｏ２濃度検出装置 - Google Patents
Ｓｏ２濃度検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5746233B2 JP5746233B2 JP2013004509A JP2013004509A JP5746233B2 JP 5746233 B2 JP5746233 B2 JP 5746233B2 JP 2013004509 A JP2013004509 A JP 2013004509A JP 2013004509 A JP2013004509 A JP 2013004509A JP 5746233 B2 JP5746233 B2 JP 5746233B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel ratio
- concentration
- air
- sensor
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 46
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 36
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 12
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 10
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 8
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 5
- AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N oxide(2-) Chemical compound [O-2] AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 9
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 5
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- -1 oxygen ion Chemical class 0.000 description 2
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 2
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
- G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—Specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0042—Specially adapted to detect a particular component for SO2, SO3
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Description
本発明は、ＳＯ２濃度検出装置に関し、より詳細には、内燃機関からの排気中のＳＯ２濃度を検出可能なＳＯ２濃度検出装置に関する。
従来、内燃機関から排出される特定成分の濃度をセンサによって検出することが公知である。例えば、特許文献１には、内燃機関の排気通路に設置したセンサを用い、排気中のＳＯｘ濃度を検出する手法が開示されている。このセンサは、排気空燃比がリーンのときに排気中のＳ成分を捕捉し、排気空燃比がストイキまたはリッチのときに捕捉したＳ成分を放出する触媒と、該触媒の温度を測定する温度測定装置とを備えている。このセンサを用いた排気中のＳＯｘ濃度の検出手法は、次のとおりである。即ち、排気空燃比をリーン、リッチの順に制御して上記触媒に排気中のＳ成分を捕捉、放出させ、この放出の際に発生する熱量を該温度測定装置で測定する。そして、上記触媒に捕捉されたＳ成分量と、測定した発熱量との相関に基づいて、排気中のＳＯｘ濃度を推定する。
上記特許文献１のセンサは、上記触媒のＳ吸着特性に着目したものであり、このようなＳ吸着特性を備える上記触媒は、上記特許文献１でのＳＯｘ濃度検出に必須である。故に、このセンサは、ＳＯｘ濃度検出のための専用のセンサであると言える。専用のセンサであれば、既設センサとは別に搭載する必要が生じる。従って、搭載スペースの問題やコストアップの問題が避けられない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、専用のセンサを用いることなく排気中のＳＯ２濃度を検出可能なＳＯ２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、ＳＯ２濃度検出装置であって、
酸化物イオン伝導性を有する固体電解質と、前記固体電解質の両面に設けられた一対の電極とを備え、前記一対の電極間に所定電圧を印加した際に内燃機関からの排気中の特定成分の濃度に応じて生じる限界電流に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサと、
前記内燃機関の排気空燃比がストイキよりもリッチ側にある場合、前記所定電圧を含む限界電流域の基準電圧と、前記限界電流域よりも高電圧域のＳＯ２検出用電圧とを前記一対の電極間に印加し、前記ＳＯ２検出用電圧の印加時に前記空燃比センサから出力されるＳＯ２検出用出力と、前記基準電圧の印加時に前記空燃比センサから出力される基準出力との出力差が設定値以下となるまでに生じた前記ＳＯ２検出用出力および前記基準出力の履歴を用いて、前記内燃機関からの排気中のＳＯ２濃度を検出するＳＯ２濃度検出手段と、を備えることを特徴とする。
酸化物イオン伝導性を有する固体電解質と、前記固体電解質の両面に設けられた一対の電極とを備え、前記一対の電極間に所定電圧を印加した際に内燃機関からの排気中の特定成分の濃度に応じて生じる限界電流に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサと、
前記内燃機関の排気空燃比がストイキよりもリッチ側にある場合、前記所定電圧を含む限界電流域の基準電圧と、前記限界電流域よりも高電圧域のＳＯ２検出用電圧とを前記一対の電極間に印加し、前記ＳＯ２検出用電圧の印加時に前記空燃比センサから出力されるＳＯ２検出用出力と、前記基準電圧の印加時に前記空燃比センサから出力される基準出力との出力差が設定値以下となるまでに生じた前記ＳＯ２検出用出力および前記基準出力の履歴を用いて、前記内燃機関からの排気中のＳＯ２濃度を検出するＳＯ２濃度検出手段と、を備えることを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記一対の電極は、前記固体電解質の排気接触面に設けられた検知電極を備え、
前記検知電極が、アルカリ土類金属および希土類金属の少なくとも１つを０．１〜５．０ｗｔ％含むことを特徴とする。
前記一対の電極は、前記固体電解質の排気接触面に設けられた検知電極を備え、
前記検知電極が、アルカリ土類金属および希土類金属の少なくとも１つを０．１〜５．０ｗｔ％含むことを特徴とする。
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＳＯ２濃度検出手段は、前記出力差が前記設定値以下となった場合、前記排気空燃比をストイキよりもリッチ側に制御すると共に、前記一対の電極に吸着したＳ成分が脱離可能な所定温度まで前記空燃比センサを加熱することを特徴とする。
前記ＳＯ２濃度検出手段は、前記出力差が前記設定値以下となった場合、前記排気空燃比をストイキよりもリッチ側に制御すると共に、前記一対の電極に吸着したＳ成分が脱離可能な所定温度まで前記空燃比センサを加熱することを特徴とする。
本発明者らは、内燃機関の排気空燃比がストイキよりもリッチ側にある場合において、上記限界電流域の基準電圧と上記ＳＯ２検出用電圧とを上記一対の電極間に印加した際のセンサ出力（上記ＳＯ２検出用出力および上記基準出力）の履歴と、上記一対の電極の表面に吸着したＳＯ２の量との相関を見出した。第１の発明はこの知見に基づくものであり、第１の発明によれば、既設の空燃比センサを用いて排気中のＳＯ２濃度を検出できる。即ち、専用のセンサを用いることなく排気中のＳＯ２濃度を検出できる。
また、本発明者らは、上記空燃比センサの検知電極に、アルカリ土類金属および希土類金属の少なくとも１つを０．１〜５．０ｗｔ％含有させることで、該検知電極へのＳＯ２の吸着促進と、吸着ＳＯ２によるセンサ被毒からの回復容易性との両立を図ることができることを見出した。第２の発明はこの知見に基づくものであり、第２の発明によれば、上記第１の発明によるＳＯ２濃度の検出に好適な空燃比センサを提供できる。
上記第１の発明において、上記ＳＯ２検出用電圧を上記一対の電極間に印加すると、上記一対の電極の表面に吸着したＳＯ２がＳへと還元され、このＳは上記一対の電極上に吸着し続ける。この点、第３の発明によれば、上記出力差が上記設定値以下となった場合、上記排気空燃比をストイキよりもリッチ側に制御すると共に、上記一対の電極に吸着したＳ成分が脱離可能な所定温度まで上記空燃比センサを加熱するので、ＳＯ２濃度の検出に必要な電流データの取得を終了した直後から、上記一対の電極上のＳを脱離させることができる。即ち、上記一対の電極上のＳを最適なタイミングで脱離させて、次回以降に行うＳＯ２濃度の検出精度を向上できる。
［装置構成の説明］
以下、図１乃至図９を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態のＳＯ２濃度検出装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のＳＯ２濃度検出装置は、車両動力源としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の気筒数および気筒配置は特に限定されない。エンジン１０の排気通路１２には、Ａ／Ｆセンサ１４が配置されている。Ａ／Ｆセンサ１４は、電圧の印加に伴い排気中の酸素濃度等に応じた電流信号を出力する限界電流式のセンサである（詳細は後述）。
以下、図１乃至図９を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態のＳＯ２濃度検出装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のＳＯ２濃度検出装置は、車両動力源としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の気筒数および気筒配置は特に限定されない。エンジン１０の排気通路１２には、Ａ／Ｆセンサ１４が配置されている。Ａ／Ｆセンサ１４は、電圧の印加に伴い排気中の酸素濃度等に応じた電流信号を出力する限界電流式のセンサである（詳細は後述）。
また、本実施の形態のＳＯ２濃度検出装置は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１６を備えている。ＥＣＵ１６の入力側には、上述したＡ／Ｆセンサ１４や、エンジン１０の制御に必要な各種センサ（例えば、エンジン回転数を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフロメータなど）が電気的に接続されている。一方、ＥＣＵ１６の出力側にはエンジン１０の各気筒に燃料を噴射するインジェクタ（図示しない）などの各種アクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ１６は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータ等を作動させることにより、エンジン１０の運転に関する種々の制御を実行する。
［Ａ／Ｆセンサ１４］
図２は、図１のＡ／Ｆセンサ１４のセンサ素子の断面模式図である。図２に示すように、センサ素子２０は、安定化ジルコニアからなる固体電解質２２を備えている。安定化ジルコニアは例えばジルコニウム系の固体電解質（ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３固溶体またはＺｒＯ２−ＭＯ固溶体（Ｍ：Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄ、ＣａまたはＭｇ））であり、高温で酸素イオン導電性を示す。
図２は、図１のＡ／Ｆセンサ１４のセンサ素子の断面模式図である。図２に示すように、センサ素子２０は、安定化ジルコニアからなる固体電解質２２を備えている。安定化ジルコニアは例えばジルコニウム系の固体電解質（ＺｒＯ２−Ｍ２Ｏ３固溶体またはＺｒＯ２−ＭＯ固溶体（Ｍ：Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄ、ＣａまたはＭｇ））であり、高温で酸素イオン導電性を示す。
また、センサ素子２０は、固体電解質２２の両面に形成された電極２４，２６を備えている。電極２４，２６はＰｔを主成分とし、リード線（図示しない）で電気的に接続されている。なお、電極２６の好ましい副成分およびその添加量については、後述する。電極２４は、大気導入用のエアダクト２８側に配置され、ヒータ基材３０と対向している。ヒータ基材３０はセラミック（例えばアルミナなど）からなり、車載のバッテリ電源（図示しない）からの通電により発熱する発熱体３２を内蔵している。電極２６の上方には、電極２６を覆うように拡散層３４が配置されている。拡散層３４は例えば耐熱性の多孔質セラミック（例えば多孔質アルミナなど）からなる。
排気通路１２を流れる排気は、拡散層３４を流れて電極２６に接触する。この際、電極２４，２６の間に電圧を印加すると、排気空燃比に応じて電流が流れる。具体的に、リーン側の領域（Ａ／Ｆ＞１４．７）では、排気中の余剰Ｏ２が電極２６で反応し、電子を受け取ってイオン化する。この酸素イオン（Ｏ２−）が固体電解質２２の内部を移動し、電極２４に到達する。このＯ２−の移動により、電極２４から電極２６に向かって電流が流れる。なお、電極２４に到達したＯ２−は、電子の脱離に伴いＯ２に戻り、エアダクト２８に排出される。一方、リッチ側の領域（Ａ／Ｆ＜１４．７）では、エアダクト２８内のＯ２が電極２４で反応し、電子を受け取ってＯ２−に変わる。このＯ２−が固体電解質２２の内部を移動し、電極２６に到達すると、排気中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ２など）と反応してＣＯ２やＨ２Ｏに変換される。このＯ２−の移動により、電極２６から電極２４に向かって電流が流れる。
［Ａ／Ｆセンサ１４を用いた排気空燃比の検出手法］
次に、図３を参照しながら、Ａ／Ｆセンサ１４を用いた排気空燃比の検出手法を簡単に説明する。図３は、Ａ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性図である。図３に示すように、電極２４，２６の間に印加する電圧を変化させても電流が殆ど変化せず一定となる領域が存在する。この電流値は限界電流値と呼ばれ、この限界電流値に対応する電圧領域は限界電流域と呼ばれる。また、図３に示すように、この限界電流値は、排気空燃比がリーン側になるほど増大し、排気空燃比がリッチ側になるほど減少する。Ａ／Ｆセンサ１４による排気空燃比検出は、このような相関に基づいて行われる。具体的に、限界電流域の所定電圧（例えば０．３Ｖ）を電極２４，２６の間に印加し、その際にＡ／Ｆセンサ１４から出力される電流信号を取得する。そして、この電流信号を限界電流値と照合することで排気空燃比が検出される。
次に、図３を参照しながら、Ａ／Ｆセンサ１４を用いた排気空燃比の検出手法を簡単に説明する。図３は、Ａ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性図である。図３に示すように、電極２４，２６の間に印加する電圧を変化させても電流が殆ど変化せず一定となる領域が存在する。この電流値は限界電流値と呼ばれ、この限界電流値に対応する電圧領域は限界電流域と呼ばれる。また、図３に示すように、この限界電流値は、排気空燃比がリーン側になるほど増大し、排気空燃比がリッチ側になるほど減少する。Ａ／Ｆセンサ１４による排気空燃比検出は、このような相関に基づいて行われる。具体的に、限界電流域の所定電圧（例えば０．３Ｖ）を電極２４，２６の間に印加し、その際にＡ／Ｆセンサ１４から出力される電流信号を取得する。そして、この電流信号を限界電流値と照合することで排気空燃比が検出される。
［本実施の形態の特徴］
ところで、図３に示すように、限界電流域よりも高電圧側では、電流値が増大する領域が存在する。この領域は過電流域と呼ばれ、電流値が増加するのは、センサ素子２０（具体的には電極２６の表面）に吸着した電解質の還元により生じる電子伝導が寄与しているとされている。この電流値の増加現象に着目して、本発明者らは研究を重ねた結果、電極２６の表面に吸着したＳＯ２の量（以下、「電極表面ＳＯ２吸着量」ともいう。）と、該電流値の経時変化との間に相関を見出した。この知見について、図４乃至図６を参照しながら説明する。
ところで、図３に示すように、限界電流域よりも高電圧側では、電流値が増大する領域が存在する。この領域は過電流域と呼ばれ、電流値が増加するのは、センサ素子２０（具体的には電極２６の表面）に吸着した電解質の還元により生じる電子伝導が寄与しているとされている。この電流値の増加現象に着目して、本発明者らは研究を重ねた結果、電極２６の表面に吸着したＳＯ２の量（以下、「電極表面ＳＯ２吸着量」ともいう。）と、該電流値の経時変化との間に相関を見出した。この知見について、図４乃至図６を参照しながら説明する。
図４は、センサ周囲のＳＯ２濃度を１００ｐｐｍ、空燃比をリッチ（固定値）とした測定条件でのＡ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性図である。図４に示す複数の特性線は、電圧印加開始後の経過時間（０秒後、１０秒後、２０秒後および３０秒後）にそれぞれ対応している。図４に示すように、限界電流域の電圧（０．３Ｖ）を印加した場合に流れる電流値は、経過時間に関係なく一定の値（限界電流値）を示す。一方、過電流域の電圧（０．６ｖ）を印加した場合に流れる電流値は、経過時間と共に低下して電圧印加開始から３０秒後には限界電流値に近づく。
上述したように、過電流域での電流値の増加現象には、電極２６の表面に吸着した電解質の還元による電子伝導が寄与している。そのため、図４で観察された電流低下現象にも当然この電子伝導が寄与していると考えられる。しかし、電極２６の表面に吸着したＳＯ２は、後述するＳ被毒回復制御を実行するといった特別な場合でなければ簡単に反応しないことが分かっている。そこで、本発明者らは、図４で観察された電流低下現象と、電極２６の表面に吸着したＳＯ２との関係を明らかにすべく、図４の測定条件のうちのＳＯ２濃度を変えて、Ａ／Ｆセンサ１４の電流−電圧特性を調査した。
図５は、上述の調査の結果を説明するための図である。なお、図５の縦軸は、過電流域の電圧（０．６ｖ）を印加した場合に流れる電流値Ｉ０．６と、限界電流域の電圧（０．３Ｖ）を印加した場合に流れる電流値Ｉ０．３との差分｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜を示している。また、図５の横軸は、電圧印加開始後の経過時間を示している。図５に示すように、ＳＯ２濃度の違いにかかわらず、２つの電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜は同様の挙動を示した。但し、ＳＯ２濃度を２００ｐｐｍとした場合は、ＳＯ２濃度を１００ｐｐｍとした場合に比べ、経過時間の何れにおいても電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜が大きく、また、その値がゼロとなるまでに長時間を要した。
図５の結果から、空燃比リッチ条件で過電流域の電圧を印加すると、還元され難いはずのＳＯ２が還元されて電流が流れることが分かった。図６は、空燃比リッチ条件でのＳＯ２の還元イメージを示した図である。図６に示すＳＯ２は、排気由来のものであり、拡散層３４側から流入して電極２６の表面に吸着したものである。空燃比リッチ条件では、ＳＯ２同様、排気中のＨＣ、ＣＯやＨ２（図５においてはＨＣ）が拡散層３４側から流入して電極２６の表面に到達する。この際、過電流域の電圧が電極間に印加されることで、電極２６上のＳＯ２がＨＣと反応してＳに還元されると考えられる。
また、センサ周囲のＳＯ２濃度は拡散層３４内のＳＯ２拡散量と相関があり、このＳＯ２拡散量は電極表面ＳＯ２吸着量と相関がある。そのため、図５において電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜が時間の経過に伴い小さくなったのは、上述したＳＯ２の還元が進んで電極表面ＳＯ２吸着量が減少したためであると考えられる。同様に、電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜が最終的にゼロとなったのは、電極表面ＳＯ２吸着量がゼロ（またはゼロに近い値）まで減少したためであると考えられる。
このような知見に基づき、本実施の形態では、電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜を「ＳＯ２還元電流」と定義し、このＳＯ２還元電流の積算値から、センサ周囲のＳＯ２濃度を検出することとしている。ＳＯ２還元電流の積算値は、具体的に、図５に示した特性線よりも下方の面積に相当する。図７は、ＳＯ２還元電流の積算値とセンサ周囲のＳＯ２濃度との関係を示した図である。図７に示すように、ＳＯ２還元電流の積算値とセンサ周囲のＳＯ２濃度とは概ね比例の関係を示す。従って、ＳＯ２還元電流の積算値を求め、図７の関係に適用すれば、センサ周囲のＳＯ２濃度を検出できる。よって、本実施の形態によれば、Ａ／Ｆセンサ１４を用いてセンサ周囲のＳＯ２濃度を検出できる。なお、本実施の形態においては、図７の関係をマップ化して予めＥＣＵ１６内部に記憶しているものとする。
なお、本実施の形態では、ＳＯ２還元電流の積算値を求める際、電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜がゼロとなった場合、所定期間に亘ってＳ被毒回復制御を実行する。Ｓ被毒回復制御は、具体的に、発熱体３２を通常時よりも高温化させると共に、空燃比を強制的にリッチ状態とするものである。これにより、ＳＯ２の還元により生成したＳや、還元されずに残留しているＳＯ２などを電極２６から脱離させることができる。従って、次回以降に行うＳＯ２濃度の検出精度を向上できる。
また、ＳＯ２還元電流の積算に際しては、排気空燃比の変動分を考慮することが好ましい。図３の説明の際に述べたように、限界電流値は、排気空燃比がリーン側になるほど増大し、排気空燃比がリッチ側になるほど減少する。そのため、ＳＯ２還元電流の積算中に排気空燃比が変動すれば、限界電流値の変動分だけ電流値Ｉ０．６，Ｉ０．３が変動する。よって、排気空燃比が変動した場合には、限界電流値の変動分に応じて電流値Ｉ０．６，Ｉ０．３を補正することが好ましい。これにより、ＳＯ２濃度の検出精度を向上できる。なお、限界電流値の変動分は、例えば、電流値Ｉ０．３の前回値と今回値の差として求めることができる。
［電極２６の副成分およびその添加量］
ここで、電極２６の副成分およびその添加量について、図８を参照しながら説明する。上述したように、本実施の形態においては、電極表面ＳＯ２吸着量が重要である。そのため、電極２６には、ガス感度を向上させるべくＳＯ２の吸着を促進する物質（アルカリ土類金属、希土類金属）が添加されていることが好ましい。しかし、電極表面ＳＯ２吸着量が多くなれば、それだけセンサが再生し難くなり、上記Ｓ被毒回復制御の長期間実行する必要が生じてしまう。このような問題に鑑み、本発明者らは研究を重ねた結果、図８に示す関係を得た。
ここで、電極２６の副成分およびその添加量について、図８を参照しながら説明する。上述したように、本実施の形態においては、電極表面ＳＯ２吸着量が重要である。そのため、電極２６には、ガス感度を向上させるべくＳＯ２の吸着を促進する物質（アルカリ土類金属、希土類金属）が添加されていることが好ましい。しかし、電極表面ＳＯ２吸着量が多くなれば、それだけセンサが再生し難くなり、上記Ｓ被毒回復制御の長期間実行する必要が生じてしまう。このような問題に鑑み、本発明者らは研究を重ねた結果、図８に示す関係を得た。
図８は、ガス感度およびセンサ再生し易さと、アルカリ土類金属の添加量との関係を示した図である。図８に示すように、電極２６全体に対するアルカリ土類金属の添加量を０．１〜５．０ｗｔ％ですることで、ガス感度とセンサ再生し易さとを両立できる。従って、アルカリ土類金属や希土類金属の添加量を０．１〜５．０ｗｔ％とすることで、本実施の形態でのＳＯ２濃度の検出に好適な電極２６を構成できる。
［本実施の形態における具体的処理］
次に、図９を参照しながら、上述した機能を実現する具体的な処理について説明する。図９は、本実施の形態において、ＥＣＵ１６により実行されるＳＯ２濃度検出ルーチンを示すフローチャートである。なお、図９に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。
次に、図９を参照しながら、上述した機能を実現する具体的な処理について説明する。図９は、本実施の形態において、ＥＣＵ１６により実行されるＳＯ２濃度検出ルーチンを示すフローチャートである。なお、図９に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。
図９に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ１６は、前提条件の成否を判定する（ステップ１１０）。この前提条件は、(i)Ａ／Ｆセンサ１４が活性化していること（センサの暖機が完了していること）、(ii)排気空燃比がリッチであること、をもって成立とする。前提条件が不成立であると判定された場合、ＥＣＵ１６は、ステップ１１０に戻り、前提条件の成否を再度判定する。一方、前提条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ１６は、ステップ１２０に進む。
ステップ１２０において、ＥＣＵ１６は、ＳＯ２還元電流を積算する。具体的に、ＥＣＵ１６は先ず、電極２４，２６の間に過電流域の電圧（０．６ｖ）と限界電流域の電圧（０．３Ｖ）とを交互に印加し、Ａ／Ｆセンサ１４から出力された電流信号を取得する。続いて、ＥＣＵ１６は、取得した電流信号から電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜を求め、この電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜に、電圧印加周期（例えば、０．６Ｖを印加してから再度０．６Ｖを印加するまでの期間）を乗算して求めた値を、前回までの積算値に加算する。
ステップ１２０に続いて、ＥＣＵ１６は、ステップ１２０で求めた電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜について、電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜≦閾値が成立するか否かを判定する（ステップ１３０）。なお、本実施形態においては、閾値をゼロに設定する。電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜≦閾値が成立した場合は、電極表面ＳＯ２吸着量がゼロ（またはゼロに近い値）まで減少したと判断できる。そのため、ＥＣＵ１６は、ステップ１４０に進む。電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜＞閾値の場合、ＥＣＵ１６は、ステップ１２０に戻り、ＳＯ２還元電流を再び積算する。
ステップ１４０において、ＥＣＵ１６は、ＳＯ２濃度を算出する。具体的に、ＥＣＵ１６は、ステップ１２０で求めたＳＯ２還元電流の積算値と、図７のマップとからセンサ周囲のＳＯ２濃度を算出する。
ステップ１４０に続いて、ＥＣＵ１６は、所定期間に亘ってＳ被毒回復制御を実行する。具体的に、ＥＣＵ１６は、上記バッテリ電源を制御して発熱体３２を通常時よりも高温化させる。同時に、ＥＣＵ１６は、上記インジェクタを制御して燃料噴射量を増やして空燃比をリッチにする。
以上、図９に示したルーチンによれば、ＳＯ２還元電流の積算値を求めてセンサ周囲のＳＯ２濃度を算出できる。また、電流値差｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜＝０が成立した場合に所定期間に亘ってＳ被毒回復制御を実行するので、ＳＯ２濃度の検出に必要な電流値データの取得を終了した直後から、ＳＯ２還元反応により生成したＳや、還元されずに残留しているＳＯ２などを電極２６から脱離させることができる。即ち、電極２６上のＳを最適なタイミングで脱離させて、次回以降に行うＳＯ２濃度の検出精度を向上できる。
ところで、上述した実施の形態においては、電極２４，２６間に０．６Ｖを印加した場合に流れる電流値Ｉ０．６と、０．３Ｖを印加した場合に流れる電流値Ｉ０．３との差分｜Ｉ０．６−Ｉ０．３｜をＳＯ２還元電流とした。しかし、０．６Ｖや０．３Ｖは例示的な値であることは言うまでもない。即ち、過電流域の電圧を印加した場合に流れる電流値と、限界電流域の電圧を印加した場合に流れる電流値の差であれば、本実施の形態と同様の手法によりＳＯ２濃度が検出できる。
なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ１６が図９の一連の処理を実行することにより上記第１の発明の「ＳＯ２濃度検出手段」が実現されている。
また、電極２６が上記第２の発明における「検知電極」に相当する。
また、電極２６が上記第２の発明における「検知電極」に相当する。
１０ エンジン
１２ 排気通路
１４ Ａ／Ｆセンサ
１６ ＥＣＵ
２０ センサ素子
２２ 固体電解質
２４，２６ 電極
２８ エアダクト
３０ ヒータ基材
３２ 発熱体
３４ 拡散層
１２ 排気通路
１４ Ａ／Ｆセンサ
１６ ＥＣＵ
２０ センサ素子
２２ 固体電解質
２４，２６ 電極
２８ エアダクト
３０ ヒータ基材
３２ 発熱体
３４ 拡散層
Claims (3)
- 酸化物イオン伝導性を有する固体電解質と、前記固体電解質の両面に設けられた一対の電極とを備え、前記一対の電極間に所定電圧を印加した際に内燃機関からの排気中の特定成分の濃度に応じて生じる限界電流に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサと、
前記内燃機関の排気空燃比がストイキよりもリッチ側にある場合、前記所定電圧を含む限界電流域の基準電圧と、前記限界電流域よりも高電圧域のＳＯ２検出用電圧とを前記一対の電極間に印加し、前記ＳＯ２検出用電圧の印加時に前記空燃比センサから出力されるＳＯ２検出用出力と、前記基準電圧の印加時に前記空燃比センサから出力される基準出力との出力差が設定値以下となるまでに生じた前記ＳＯ２検出用出力および前記基準出力の履歴を用いて、前記内燃機関からの排気中のＳＯ２濃度を検出するＳＯ２濃度検出手段と、
を備えることを特徴とするＳＯ２濃度検出装置。 - 前記一対の電極は、前記固体電解質の排気接触面に設けられた検知電極を備え、
前記検知電極が、アルカリ土類金属および希土類金属の少なくとも１つを０．１〜５．０ｗｔ％含むことを特徴とする請求項１に記載のＳＯ２濃度検出装置。 - 前記ＳＯ２濃度検出手段は、前記出力差が前記設定値以下となった場合、前記排気空燃比をストイキよりもリッチ側に制御すると共に、前記一対の電極に吸着したＳ成分が脱離可能な所定温度まで前記空燃比センサを加熱することを特徴とする請求項１または２に記載のＳＯ２濃度検出装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013004509A JP5746233B2 (ja) | 2013-01-15 | 2013-01-15 | Ｓｏ２濃度検出装置 |
| US14/760,528 US9753005B2 (en) | 2013-01-15 | 2013-12-26 | SOx concentration detection device |
| PCT/JP2013/084844 WO2014112315A1 (ja) | 2013-01-15 | 2013-12-26 | ＳＯｘ濃度検出装置 |
| CN201380070226.2A CN104919313B (zh) | 2013-01-15 | 2013-12-26 | SOx浓度检测装置 |
| BR112015016784-5A BR112015016784B1 (pt) | 2013-01-15 | 2013-12-26 | dispositivo de detecção de concentração de sox |
| DE112013006425.1T DE112013006425T5 (de) | 2013-01-15 | 2013-12-26 | SOx-Konzentrations-Erfassungsvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013004509A JP5746233B2 (ja) | 2013-01-15 | 2013-01-15 | Ｓｏ２濃度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014137228A JP2014137228A (ja) | 2014-07-28 |
| JP5746233B2 true JP5746233B2 (ja) | 2015-07-08 |
Family
ID=51209417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013004509A Expired - Fee Related JP5746233B2 (ja) | 2013-01-15 | 2013-01-15 | Ｓｏ２濃度検出装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9753005B2 (ja) |
| JP (1) | JP5746233B2 (ja) |
| CN (1) | CN104919313B (ja) |
| BR (1) | BR112015016784B1 (ja) |
| DE (1) | DE112013006425T5 (ja) |
| WO (1) | WO2014112315A1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6090203B2 (ja) * | 2014-02-20 | 2017-03-08 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| JP5910648B2 (ja) * | 2014-02-20 | 2016-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| JP6117752B2 (ja) * | 2014-09-01 | 2017-04-19 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガス濃度検出装置 |
| JP6048463B2 (ja) * | 2014-09-01 | 2016-12-21 | トヨタ自動車株式会社 | ガス濃度検出装置 |
| JP6061103B2 (ja) * | 2014-11-26 | 2017-01-18 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| JP6627396B2 (ja) * | 2015-10-09 | 2020-01-08 | トヨタ自動車株式会社 | 硫黄成分検出方法 |
| JP6323434B2 (ja) * | 2015-11-24 | 2018-05-16 | トヨタ自動車株式会社 | 硫黄酸化物検出装置 |
| JP6477514B2 (ja) * | 2016-01-19 | 2019-03-06 | トヨタ自動車株式会社 | 硫黄酸化物検出装置 |
| JP6421771B2 (ja) * | 2016-02-29 | 2018-11-14 | トヨタ自動車株式会社 | 硫黄酸化物検出装置 |
| JP6769848B2 (ja) * | 2016-11-30 | 2020-10-14 | トヨタ自動車株式会社 | ガス検出装置 |
| JP6673168B2 (ja) * | 2016-11-30 | 2020-03-25 | トヨタ自動車株式会社 | ガス検出装置 |
| JP6819562B2 (ja) * | 2017-12-14 | 2021-01-27 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関のＳＯｘ濃度取得装置 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4029563A (en) * | 1974-12-02 | 1977-06-14 | Dragerwerk Aktiengesellschaft | Electrochemical measuring cell |
| JPH03100454A (ja) * | 1989-09-14 | 1991-04-25 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサの劣化回復方法 |
| EP0766330B1 (en) * | 1989-12-27 | 2002-06-05 | The Standard Oil Company | Components for use in electrochemical cells and their use in oxygen separation |
| US6084418A (en) | 1996-02-28 | 2000-07-04 | Denso Corporation | Method for accurately detecting sensor element resistance |
| JP3669788B2 (ja) | 1996-08-30 | 2005-07-13 | 大阪瓦斯株式会社 | 酸素濃度測定装置 |
| DE19652968C2 (de) * | 1996-09-02 | 2003-11-13 | Bosch Gmbh Robert | Meßanordnung zur Bestimmung von Gasbestandteilen in Gasgemischen |
| DE19733107C2 (de) * | 1997-07-31 | 2003-02-13 | Siemens Ag | Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Lambdasonde |
| JP3874947B2 (ja) * | 1997-12-01 | 2007-01-31 | 日本碍子株式会社 | 二酸化硫黄ガスセンサ |
| JPH11352096A (ja) * | 1998-06-12 | 1999-12-24 | Denso Corp | ガスセンサ素子 |
| DE10121771C2 (de) * | 2001-05-04 | 2003-06-26 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements |
| US20080140301A1 (en) * | 2006-11-20 | 2008-06-12 | Yi Ding | System and Method for Improving Accuracy of a Gas Sensor |
| WO2008134066A1 (en) * | 2007-04-30 | 2008-11-06 | Ut-Battelee, Llc | Device and method for detecting sulfur dioxide at high temperatures |
| JP4710871B2 (ja) * | 2007-05-15 | 2011-06-29 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP4840274B2 (ja) * | 2007-07-11 | 2011-12-21 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料やオイル中の硫黄濃度検出方法 |
| JP4974304B2 (ja) * | 2007-10-29 | 2012-07-11 | 日本特殊陶業株式会社 | センサ制御装置 |
| JP5028453B2 (ja) | 2009-07-27 | 2012-09-19 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | ガスセンサ及びガス検知方法 |
-
2013
- 2013-01-15 JP JP2013004509A patent/JP5746233B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2013-12-26 BR BR112015016784-5A patent/BR112015016784B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2013-12-26 DE DE112013006425.1T patent/DE112013006425T5/de not_active Ceased
- 2013-12-26 US US14/760,528 patent/US9753005B2/en active Active
- 2013-12-26 CN CN201380070226.2A patent/CN104919313B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2013-12-26 WO PCT/JP2013/084844 patent/WO2014112315A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20150355136A1 (en) | 2015-12-10 |
| BR112015016784A2 (pt) | 2017-07-11 |
| BR112015016784B1 (pt) | 2020-10-20 |
| JP2014137228A (ja) | 2014-07-28 |
| CN104919313A (zh) | 2015-09-16 |
| CN104919313B (zh) | 2017-03-08 |
| US9753005B2 (en) | 2017-09-05 |
| WO2014112315A1 (ja) | 2014-07-24 |
| DE112013006425T5 (de) | 2015-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5746233B2 (ja) | Ｓｏ２濃度検出装置 | |
| US10605763B2 (en) | Method of reducing output degradation of gas sensor | |
| JP5021697B2 (ja) | ガス濃度湿度検出装置 | |
| US20130206596A1 (en) | Deterioration diagnosis device for catalyst | |
| JP6149641B2 (ja) | ガスセンサ制御装置 | |
| JP2004069547A (ja) | 空燃比センサの制御装置 | |
| KR101399192B1 (ko) | 내연 기관의 배출 제어 시스템 | |
| WO2014119026A1 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JP6421771B2 (ja) | 硫黄酸化物検出装置 | |
| JP2004108788A (ja) | ガス濃度検出装置 | |
| EP2148051B1 (en) | Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine | |
| JP5981296B2 (ja) | 内燃機関の制御システム | |
| WO2020145042A1 (ja) | ガス濃度検出装置 | |
| JP4572735B2 (ja) | ガス濃度検出装置 | |
| JP4811131B2 (ja) | 排気ガスセンサの制御装置 | |
| JP6562047B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP5477381B2 (ja) | 硫黄成分検出装置 | |
| CN112392615B (zh) | 车辆用发动机的运转控制方法及车辆系统 | |
| JP5609992B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JP2006200930A (ja) | 排気ガスセンサの制御装置 | |
| JP6769836B2 (ja) | 濃度算出装置 | |
| JP5007689B2 (ja) | ガス濃度検出装置 | |
| JP2010203787A (ja) | 酸素センサの故障診断装置 | |
| JPH11258194A (ja) | 窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出方法及び装置 | |
| JP5788834B2 (ja) | ガスセンサ制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150414 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150507 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5746233 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |