JP7075818B2 - マルチガスセンサ - Google Patents

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Description

本発明は、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出可能なマルチガスセンサに関する。
例えば、車両においては、内燃機関としてのディーゼルエンジン等から排気される排ガス中のＮＯ、ＮＯ2等のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための触媒が、排気管内に配置される。触媒の一つとしての選択式還元触媒（ＳＣＲ）においては、ＮＯｘを還元するために、尿素水等に含まれるアンモニア（ＮＨ3）が触媒担体に付着され、触媒担体においてアンモニアとＮＯｘとを化学反応させて、ＮＯｘを窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に還元することが行われている。
また、排気管内における、選択式還元触媒よりも排ガスの流れの上流側位置には、還元剤としてのアンモニアを、選択式還元触媒へ供給する還元剤供給装置が配置される。また、例えば、排気管内における、選択式還元触媒の排ガスの流れの下流側位置には、排ガスにおけるＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、排ガスにおけるアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサとが配置される。そして、ＮＯｘセンサ及びアンモニアセンサを用いることにより、選択式還元触媒からのアンモニアの流出を抑えつつ、アンモニアによるＮＯｘの浄化率を向上させる工夫がなされている。
また、例えば、特許文献１のマルチガスセンサにおいては、一つのガスセンサにおいてアンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを検出可能にし、アンモニア濃度の検出精度を向上させることが記載されている。このマルチガスセンサは、ＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘセンサ部と、アンモニア濃度を測定するためのアンモニアセンサ部とを備える。そして、このマルチガスセンサにおいては、ＮＯｘセンサ部に用いられる、被測定ガス中の酸素量を調整するポンピングセルに流れる電流に基づいて酸素濃度を算出し、この酸素濃度とアンモニアセンサ部のアンモニア濃度とに基づいて修正アンモニア濃度を算出している。
特開２０１１－７５５４６号公報
特許文献１等に示されるアンモニアセンサ部は、固体電解質体の表面に設けられた一対の電極間の電位差（起電力）を検出することによってアンモニア濃度を出力する。電位差式のアンモニアセンサ部を用いる場合において、アンモニア濃度が低濃度であるときには、電位差が適切に変化し、測定ガスにおけるアンモニア濃度の変化を適切に検出することができる。
しかし、この場合において、アンモニア濃度が高濃度になると、電位差が飽和状態に近くなり、測定ガスにおけるアンモニア濃度の変化を適切に検出することが難しくなることが見出された。従って、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを検出可能なマルチガスセンサにおいて、測定ガスにおけるアンモニア濃度を広い濃度範囲に亘って精度良く検出するためには、更なる工夫が必要であることが分かった。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、測定ガスにおけるアンモニア濃度を広い濃度範囲に亘って精度良く検出することができるマルチガスセンサを提供しようとして得られたものである。
本発明の一態様は、ＮＯｘを還元する触媒（７２）及び前記触媒へアンモニアを含む還元剤（Ｋ）を供給する還元剤供給装置（７３）が配置された、内燃機関（７）の排気管（７１）において、前記触媒から流出するアンモニア及びＮＯｘの濃度を検出するマルチガスセンサであって、
酸素イオンの伝導性を有する第１固体電解質体（２１）、及び前記第１固体電解質体を介して配置されたアンモニア電極（２２）及び第１基準電極（２３）を有し、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出し、前記電位差に基づいて測定ガス（Ｇ）におけるアンモニア濃度を算出するよう構成されたアンモニアセンサ部（１１）と、
酸素イオンの伝導性を有する第２固体電解質体（３１）、前記第２固体電解質体を介して配置されたＮＯｘ電極（３２）及び第２基準電極（３４Ａ）、及び前記ＮＯｘ電極を収容するとともに拡散抵抗部（３５１）を介して測定ガスが導入される測定ガス室（３５）を有し、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に電圧が印加された状態において、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に生じる電流を検出し、前記電流に基づいて測定ガスにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、前記補正前ＮＯｘ濃度から前記アンモニア濃度を差し引いてＮＯｘ濃度を算出するよう構成されたＮＯｘセンサ部（１２）と、
前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度が前記ＮＯｘセンサ部による前記ＮＯｘ濃度よりも高く、かつ前記アンモニア濃度と前記ＮＯｘ濃度との差が第２濃度差（Δｎ２）以上となって、前記触媒からアンモニアが所定量以上流出することを示す特定条件が満たされる場合には、前記マルチガスセンサからの出力に用いるアンモニア出力濃度を、前記ＮＯｘセンサ部による前記補正前ＮＯｘ濃度、又は前記補正前ＮＯｘ濃度によって補正した、前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度とし、前記特定条件が満たされない場合には、前記アンモニア出力濃度を、前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度、又は前記ＮＯｘセンサ部の前記ＮＯｘ濃度によって補正された、前記アンモニアセンサ部の前記アンモニア濃度とする算出制御部（１３）と、を備えるマルチガスセンサ（１）にある。
前記一態様のマルチガスセンサは、アンモニアセンサ部及びＮＯｘセンサ部の他に、特定条件が満たされた場合にアンモニア濃度をアンモニアセンサ部とは異なる手段によって算出することができる算出制御部を備える。この算出制御部においては、アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度とＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度とを比較し、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合を特定条件として認定する。
アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを比較する知見は、本願発明者らによって初めて見出されたものである。マルチガスセンサによってアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度の検出が行われる環境下においては、アンモニアはＮＯｘを還元するために用いられる。そして、本願発明者らは、この環境下においては、アンモニアセンサ部によって検出されるアンモニア濃度が、ＮＯｘセンサ部によって検出されるＮＯｘ濃度よりも、低くなる場合と高くなる場合とが異なるタイミングで生じることに着目している。そして、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合を特定条件として認定する。
この特定条件においては、アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度は、アンモニア電極と第１基準電極との間の電位差が飽和状態に近くなることにより、検出精度を高めることが難しくなる。そこで、この特定条件においては、算出制御部は、ＮＯｘセンサ部による補正前ＮＯｘ濃度を利用して、測定ガスにおけるアンモニア濃度を算出する。
そして、算出制御部により、マルチガスセンサから出力するアンモニア出力濃度は、特定条件下においては、算出制御部によるアンモニア濃度、又は算出制御部によるアンモニア濃度によって補正した、アンモニアセンサ部によるアンモニア濃度とすることができる。これにより、マルチガスセンサにおいては、アンモニア濃度が高濃度になる場合であっても、その検出精度を高めることができる。
また、前記一態様のマルチガスセンサは、単に、アンモニア濃度が所定濃度以上になった場合に特定条件を認定する場合とは異なる。この場合とは異なり、マルチガスセンサは、ＮＯｘ濃度が低いことを前提として、アンモニア濃度が高くなった場合を特定条件として認定することができる。これにより、ＮＯｘセンサ部によるＮＯｘ濃度を、マルチガスセンサから出力するアンモニア出力濃度に利用するタイミングを適切に検知することができる。そして、マルチガスセンサからアンモニア出力濃度を出力する制御を適切に行うことができる。
それ故、前記一態様のマルチガスセンサによれば、測定ガスにおけるアンモニア濃度を広い濃度範囲に亘って精度良く検出することができる。
第１固体電解質体と第２固体電解質体とは、互いに対向して配置されたものであってもよく、同じ固体電解質体の各部分として形成されていてもよい。
「アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合」とは、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも高く、かつアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との差が所定濃度差以上である場合を示す。
また、「アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高くない場合」とは、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも高くても、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との差が所定濃度差未満である場合、又はアンモニア濃度がＮＯｘ濃度未満である場合を示す。
算出制御部によるアンモニア濃度の算出に利用される補正前ＮＯｘ濃度は、純粋なアンモニア濃度を示すのではなく、ＮＯｘ濃度が加算されたアンモニア濃度を示すことになる。しかし、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合の実際のＮＯｘ濃度及び補正前ＮＯｘ濃度は、低くかつ算出制御部によるアンモニア濃度の誤差範囲内に含まれる。
なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。
実施形態１にかかる、マルチガスセンサの構成を示す説明図。 実施形態１にかかる、マルチガスセンサのセンサ素子を示す、図１のII－II断面図。 実施形態１にかかる、マルチガスセンサのセンサ素子を示す、図１のIII－III断面図。 実施形態１にかかる、マルチガスセンサのセンサ素子を示す、図１のIV－IV断面図。 実施形態１にかかる、マルチガスセンサが配置された内燃機関の排気管を示す説明図。 実施形態１にかかる、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係による濃度領域を示す説明図。 実施形態１にかかる、アンモニア電極において生じる混成電位を示す説明図。 実施形態１にかかる、アンモニア濃度が変化したときにアンモニア電極において生じる混成電位を示す説明図。 実施形態１にかかる、酸素濃度が変化したときにアンモニア電極において生じる混成電位を示す説明図。 実施形態１にかかる、アンモニア濃度と、アンモニア電極と第１基準電極との間の電位差との関係を示すグラフ。 実施形態１にかかる、酸素濃度の影響を受けて変化する、アンモニア濃度と、アンモニア電極と第１基準電極との間の電位差との関係を示すグラフ。 実施形態１にかかる、ＮＯｘ濃度の影響を受けて変化する、アンモニア濃度と、アンモニア電極と第１基準電極との間の電位差との関係を示すグラフ。 実施形態１にかかる、測定ガス中にＮＯが存在する場合の、アンモニア電極において生じる混成電位を示す説明図。 実施形態１にかかる、アンモニア濃度の影響を受けて変化する、ＮＯｘ濃度と、ＮＯｘ出力電圧との関係を示すグラフ。 実施形態１にかかる、マルチガスセンサの制御方法を示すフローチャート。 実施形態２にかかる、マルチガスセンサの構成を示す説明図。 実施形態２にかかる、測定ガス中に種々のガスが存在する場合の、アンモニア電極において生じる電位を示す説明図。 実施形態２にかかる、２つの異なる直流電圧を印加したときに得られる、直流電圧と直流電流とによる傾きを示す説明図。 実施形態２にかかる、マルチガスセンサの制御方法を示すフローチャート。 実施形態２にかかる、酸化触媒が設けられた、マルチガスセンサのセンサ素子を示す断面図。 実施形態２にかかる、酸化触媒が設けられた、マルチガスセンサの他のセンサ素子を示す断面図。 確認試験１にかかる、マルチガスセンサのアンモニアセンサ部の試作品を示す説明図。 確認試験１にかかる、アンモニア濃度が変化したときに、アンモニア電極に生じる混成電位の測定結果を示すグラフ。 確認試験２にかかる、アンモニア又は他ガスが単独で含有された試験ガスがアンモニア電極へ供給された場合の混成電位の測定結果を示すグラフ。 確認試験３にかかる、アンモニア及び他ガスの両方が含有された試験ガスがアンモニア電極へ供給された場合の混成電位の測定結果を示すグラフ。 確認試験４にかかる、ＮＯｘセンサの試作品を示す構成図。 確認試験４にかかる、酸化触媒が設けられていない第１試作品についての検出電流値の測定結果を示し、（ａ）酸素濃度が５［体積％］の場合、（ｂ）酸素濃度が１０［体積％］の場合、（ｃ）酸素濃度が２０［体積％］の場合についてのグラフ。 確認試験４にかかる、酸化触媒が設けられた第２試作品についての検出電流値の測定結果を示し、（ａ）酸素濃度が５［体積％］の場合、（ｂ）酸素濃度が１０［体積％］の場合、（ｃ）酸素濃度が２０［体積％］の場合についてのグラフ。
前述したマルチガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のマルチガスセンサ１は、図１～図４に示すように、アンモニアセンサ部１１、ＮＯｘセンサ部１２及び算出制御部１３を備える。アンモニアセンサ部１１は、酸素イオンの伝導性を有する第１固体電解質体２１と、第１固体電解質体２１を介して配置されたアンモニア電極２２及び第１基準電極２３とを有する。アンモニアセンサ部１１は、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶを検出し、電位差ΔＶに基づいて測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出するよう構成されている。
ＮＯｘセンサ部１２は、酸素イオンの伝導性を有する第２固体電解質体３１と、第２固体電解質体３１を介して配置されたＮＯｘ電極３２及び第２基準電極３４Ａと、ＮＯｘ電極３２を収容するとともに拡散抵抗部３５１を介して測定ガスＧが導入される測定ガス室３５とを有する。ＮＯｘセンサ部１２は、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に電圧が印加された状態において、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に生じる電流を検出し、この電流に基づいて測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度を差し引いてＮＯｘ濃度（補正後ＮＯｘ濃度）を算出するよう構成されている。
算出制御部１３は、図６に示すように、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度がＮＯｘセンサ部１２による補正後ＮＯｘ濃度よりも所定濃度（第２濃度差Δｎ２）以上高い第３濃度領域Ｎ３にある場合において、ＮＯｘセンサ部１２による補正前ＮＯｘ濃度を利用して、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出するよう構成されている。
ＮＯｘセンサ部１２によるＮＯｘ濃度は、２種類あるものとする。ＮＯｘセンサ部１２に生じる電流に基づくＮＯｘ濃度を補正前ＮＯｘ濃度とする。補正前ＮＯｘ濃度においては、ＮＯｘ電極３２において反応するアンモニアによるアンモニア濃度が含まれる。一方、ＮＯｘセンサ部１２による補正前ＮＯｘ濃度からアンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度を差し引いた濃度を、補正後ＮＯｘ濃度とする。補正後ＮＯｘ濃度は、アンモニアによる影響が除外されたＮＯｘ濃度を示す。アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とが比較される場合には、補正後ＮＯｘ濃度が用いられる。
以下に、本形態のマルチガスセンサ１について詳説する。
（マルチガスセンサ１）
図１に示すように、本形態のマルチガスセンサ１は、電位差式としての混成電位式のものである。このマルチガスセンサ１においては、酸素及びアンモニアが含まれる状態の測定ガスＧにおけるアンモニアの濃度を検出する。本形態のアンモニアセンサ部１１は、アンモニア電極２２における、酸素の電気化学的還元反応（以下、単に還元反応という。）による還元電流とアンモニアの電気化学的酸化反応（以下、単に酸化反応という。）による酸化電流とが等しくなるときに生じる、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間の電位差ΔＶを検出するよう構成されている。
図５に示すように、マルチガスセンサ１は、車両の内燃機関（エンジン）７の排気管７１において、ＮＯｘを還元する触媒７２から流出するアンモニアの濃度を検出するものである。測定ガスＧは、内燃機関７から排気管７１へ排気された排ガスである。排ガスの組成は、内燃機関７における燃焼状態によって変化する。内燃機関７における、空気と燃料との質量比である空燃比が、理論空燃比に比べて燃料リッチな状態にあるときには、排ガスの組成においては、未燃ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ2（水素）等の割合が多くなる一方、ＮＯｘの割合が少なくなる。内燃機関７における空燃比が、理論空燃比に比べて燃料リーンな状態にあるときには、排ガスの組成においては、ＨＣ、ＣＯ等の割合が少なくなる一方、ＮＯｘの割合が多くなる。また、燃料リッチな状態においては、測定ガスＧに酸素（空気）がほとんど含まれず、燃料リーンな状態においては、測定ガスＧに酸素（空気）がより多く含まれる。
（触媒７２）
同図に示すように、排気管７１には、ＮＯｘを還元するための触媒７２と、触媒７２へアンモニアを含む還元剤Ｋを供給する還元剤供給装置７３とが配置されている。触媒７２は、触媒担体に、ＮＯｘの還元剤Ｋとしてのアンモニアが付着されるものである。触媒７２の触媒担体におけるアンモニアの付着量は、ＮＯｘの還元反応に伴って減少する。そして、触媒担体におけるアンモニアの付着量が少なくなったときには、還元剤供給装置７３から触媒担体へ新たにアンモニアが補充される。還元剤供給装置７３は、排気管７１における、触媒７２よりも排ガスの流れの上流側位置に配置されており、尿素水を噴射して発生するアンモニアガスを排気管７１へ供給するものである。アンモニアガスは、尿素水が加水分解されて生成される。還元剤供給装置７３には、尿素水のタンク７３１が接続されている。
本形態の内燃機関７は、軽油の自己着火を利用して燃焼運転を行うディーゼルエンジンである。また、触媒７２は、ＮＯｘ（窒素酸化物）をアンモニア（ＮＨ3）と化学反応させて窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に還元する選択式還元触媒（ＳＣＲ）である。
なお、図示は省略するが、排気管７１における、触媒７２の上流側位置には、ＮＯのＮＯ2への変換（酸化）、ＣＯ、ＨＣ（炭化水素）等の低減を行う酸化触媒（ＤＯＣ）、微粒子を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）等が配置されていてもよい。
（マルチガスセンサ１）
図５に示すように、本形態のマルチガスセンサ１は、排気管７１における、触媒７２よりも下流側位置に配置される。なお、排気管７１に配置されるのは、厳密には、マルチガスセンサ１のセンサ素子１０及びセンサ素子１０を保持するセンサ本体である。便宜上、本形態においては、センサ本体のことをマルチガスセンサ１ということがある。
本形態のマルチガスセンサ１は、アンモニア濃度の検出だけでなく、酸素濃度及びＮＯｘ濃度の検出も可能なマルチガスセンサ（複合センサ）として形成されている。そして、酸素濃度は、アンモニア濃度を補正するために使用される。また、マルチガスセンサ１によるアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度は、内燃機関７の制御装置としてのエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって、還元剤供給装置７３から排気管７１へ還元剤Ｋとしてのアンモニアを供給する時期を決定するために使用される。
なお、制御装置には、エンジンを制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０、マルチガスセンサ１を制御するセンサ制御ユニット（ＳＣＵ）５の他、種々の電子制御ユニットがある。制御装置とは、種々のコンピュータ（処理装置）のことをいう。
エンジン制御ユニット５０は、マルチガスセンサ１によって、測定ガスＧ中にＮＯｘが存在することが検出されるときには、触媒７２においてアンモニアが不足していると検知し、還元剤供給装置７３から尿素水を噴射し、触媒７２へアンモニアを供給するよう構成されている。一方、エンジン制御ユニット５０は、マルチガスセンサ１によって、測定ガスＧ中にアンモニアが存在することが検出されるときには、触媒７２においてアンモニアが過剰に存在していると検知し、還元剤供給装置７３からの尿素水の噴射を停止し、触媒７２へのアンモニアの供給を停止するよう構成されている。触媒７２においては、ＮＯｘを還元するためのアンモニアが過不足なく供給されることが好ましい。
（触媒出口７２１のアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係）
エンジン制御ユニット５０によるアンモニアの供給制御が行われることにより、触媒７２の下流側位置（触媒出口７２１）及びアンモニアセンサ１の配置位置に存在する測定ガスＧのＮＯｘ及びアンモニアの濃度領域においては、ＮＯｘがアンモニアによって適切に還元される状態と、ＮＯｘの流出量が多くなる状態と、アンモニアの流出量が多くなる状態とが、時間を変えて生じることになる。
より具体的には、図６に示すように、エンジン制御ユニット５０においては、アンモニア（ＮＨ3）濃度とＮＯｘ濃度との関係を示す濃度領域は、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも所定濃度（第１濃度差Δｎ１）以上高い第１濃度領域Ｎ１と、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度（第２濃度差Δｎ２）以上高い第３濃度領域Ｎ３と、第１濃度領域Ｎ１と第３濃度領域Ｎ３との間の第２濃度領域Ｎ２とに区分される。この濃度領域は、アンモニアセンサ１によって検出されるＮＯｘ濃度（補正後ＮＯｘ濃度）とアンモニア濃度とを比較し、測定ガスＧにおいていずれの濃度が高いかを示すものである。
ここで、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも所定濃度以上高い場合とは、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも高く、かつＮＯｘ濃度とアンモニア濃度との差が第１濃度差Δｎ１以上である場合を示す。また、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合とは、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも高く、かつアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との差が第２濃度差Δｎ２以上である場合を示す。
同図において、ＮＯｘ濃度が高い第１濃度領域Ｎ１においては、測定ガスＧ中にアンモニアが少量存在し、アンモニア濃度が高い第３濃度領域Ｎ３においては、測定ガスＧ中にＮＯｘが少量存在すると仮定している。触媒７２におけるＮＯｘの還元反応がより適切に行われる場合には、第１濃度領域Ｎ１においては、アンモニアがほとんど存在せず、第３濃度領域Ｎ３においては、ＮＯｘがほとんど存在しなくなる状態が形成されると考えられる。
濃度領域の区分において、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度は、いずれも体積％（ｐｐｍ）で表されることとする。濃度領域を区分する際のアンモニア濃度は、酸素濃度に応じて補正したアンモニア濃度とすることができる。エンジン制御ユニット５０は、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が、第２濃度領域Ｎ２内になるよう、還元剤供給装置７３から触媒７２へ供給する還元剤Ｋの量を調整するよう構成することができる。
第１濃度領域Ｎ１と第２濃度領域Ｎ２とを区分する所定濃度としての、ＮＯｘ濃度とアンモニア濃度との第１濃度差Δｎ１は、１０～５０ｐｐｍとすることができる。そして、算出制御部１３は、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも１０～５０ｐｐｍ以上高い場合に、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第１濃度領域Ｎ１にあると判定することができる。第１濃度差Δｎ１は、アンモニアセンサ１の仕様、搭載環境等に応じて、適宜変更することができる。
また、第２濃度領域Ｎ２と第３濃度領域Ｎ３とを区分する所定濃度としての、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との第２濃度差Δｎ２は、５０～１００ｐｐｍとすることができる。そして、算出制御部１３は、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも５０～１００ｐｐｍ以上高い場合に、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第３濃度領域Ｎ３にあると判定することができる。第２濃度差Δｎ２は、アンモニアセンサ１の仕様、搭載環境等に応じて、適宜変更することができる。
マルチガスセンサ１は、還元剤供給装置７３が、後述するアンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度と後述するＮＯｘ濃度算出部５７によるＮＯｘ濃度（補正後ＮＯｘ濃度）とが第２濃度領域Ｎ２内になるよう、触媒７２への還元剤Ｋの供給量を調整するために用いられる。エンジン制御ユニット５０は、マルチガスセンサ１によるアンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が、第２濃度領域Ｎ２内になるよう、還元剤供給装置７３から触媒７２への還元剤Ｋの供給量を調整するよう構成する。マルチガスセンサ１を用いることにより、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを監視して触媒７２への還元剤Ｋの供給量を決定することができ、触媒７２におけるＮＯｘの還元反応を、アンモニアの流出を抑えつつ、より最適に行うことができる。
図示は省略するが、マルチガスセンサ１は、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出するためのセンサ素子１０と、センサ素子１０を保持して排気管７１に取り付けるためのハウジングと、ハウジングの先端側に取り付けられてセンサ素子１０を保護する先端側カバーと、ハウジングの基端側に取り付けられてセンサ素子１０の電気配線部分を保護する基端側カバーとを備える。図１及び図２に示すように、センサ素子１０は、後述するアンモニア素子部２及び後述するＮＯｘ素子部３に対して、後述するヒータ部４を積層して形成されている。
（アンモニアセンサ部１１）
アンモニアセンサ部１１は、機械的構成部位であるアンモニア素子部２と、電気的構成部位である電位差検出部５１及びアンモニア濃度算出部５２とによって構成されている。アンモニア素子部２は、第１固体電解質体２１、アンモニア電極２２及び第１基準電極２３を有する。
（アンモニア素子部２）
第１固体電解質体２１は、板状に形成されており、所定の温度において酸素イオンを伝導させる性質を有するジルコニア材料を用いて構成されている。ジルコニア材料は、ジルコニアを主成分とする種々の材料によって構成することができる。ジルコニア材料には、イットリア（酸化イットリウム）等の希土類金属元素もしくはアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアを用いることができる。
アンモニア電極２２は、第１固体電解質体２１における、酸素及びアンモニアが含まれる測定ガスＧに晒される第１表面２１１に設けられている。第１基準電極２３は、第１固体電解質体２１における、第１表面２１１とは反対側の第２表面２１２に設けられている。第２表面２１２及び第２表面２１２に設けられた第１基準電極２３は、基準ガスＡとしての大気に晒されている。第１固体電解質体２１の第２表面２１２には、大気が導入される基準ガスダクト２４が隣接して形成されている。
アンモニア電極２２は、アンモニア及び酸素に対する触媒活性を有する金（Ａｕ）、白金－金合金、白金－パラジウム合金、パラジウム－金合金等の貴金属材料を用いて構成されている。第１基準電極２３は、酸素に対する触媒活性を有する白金（Ｐｔ）等の貴金属材料を用いて構成されている。また、アンモニア電極２２及び第１基準電極２３は、第１固体電解質体２１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有していてもよい。
図１及び図２に示すように、第１固体電解質体２１の、測定ガスＧに晒される第１表面２１１は、マルチガスセンサ１のセンサ素子１０における最も外側の表面を形成する。そして、第１表面２１１に設けられたアンモニア電極２２には、測定ガスＧが接触しやすい状態が形成されている。本形態のアンモニア電極２２の表面には、セラミックスの多孔質体等による保護層が設けられていない。そして、アンモニア電極２２には、測定ガスＧが拡散律速されずに接触する。なお、アンモニア電極２２の表面には、測定ガスＧの流速を極力低下させない保護層を設けることも可能である。
第１固体電解質体２１の第２表面２１２及び第２表面２１２に設けられた第１基準電極２３は、基準ガスＡとしての大気に晒されている。第１固体電解質体２１の第２表面２１２には、大気が導入される基準ガスダクト（大気ダクト）２４が隣接して形成されている。
（電位差検出部５１）
図１に示すように、本形態の電位差検出部５１は、アンモニア電極２２に混成電位が生じたときのアンモニア電極２２と基準電極２３との間の電位差ΔＶを検出する。アンモニア電極２２においては、アンモニア電極２２に接触する測定ガスＧ中にアンモニアと酸素とが存在する場合に、アンモニアの酸化反応と、酸素の還元反応とが同時に進行する。アンモニアの酸化反応は、代表的には、２ＮＨ3＋３Ｏ2-→Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ＋６ｅ-によって表される。酸素の還元反応は、代表的には、Ｏ2＋４ｅ-→２Ｏ2-によって表される。そして、アンモニア電極２２における、アンモニアと酸素とによる混成電位は、アンモニア電極２２における、アンモニアの酸化反応（速度）と酸素の還元反応（速度）とが等しくなるときの電位として生じる。
図７は、アンモニア電極２２において生じる混成電位を説明するための図である。同図においては、横軸に、第１基準電極２３に対するアンモニア電極２２の電位（電位差ΔＶ）をとり、縦軸に、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に流れる電流をとって、混成電位の変化の仕方を示す。また、同図においては、アンモニア電極２２においてアンモニアの酸化反応が行われる際の電位と電流の関係を示す第１ラインＬ１と、アンモニア電極２２において酸素の還元反応が行われる際の電位と電流の関係を示す第２ラインＬ２とを示す。第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２は、いずれも右肩上がりのラインによって示す。
電位（電位差ΔＶ）が０（ゼロ）の場合は、アンモニア電極２２の電位が第１基準電極２３の電位と同じであることを示す。混成電位は、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合ったときの電位となる。そして、アンモニア電極２２における混成電位は、第１基準電極２３に対してマイナス側の電位として検出される。
また、図８に示すように、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度が高くなるときには、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１の傾きθａが急になる。このとき、第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合う電位が、よりマイナス側へシフトする。これにより、アンモニア濃度が高くなるほど、第１基準電極２３に対するアンモニア電極２２の電位がマイナス側に大きくなる。言い換えれば、アンモニア濃度が高くなるほど、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との電位差（混成電位）ΔＶが大きくなる。そのため、アンモニア濃度が高くなるほど電位差ΔＶが大きくなり、電位差ΔＶを検出することにより、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を検出することが可能になる。
また、図９に示すように、測定ガスＧにおける酸素濃度が高くなるときには、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２の傾きθｓが急になる。このとき、第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合う電位が、よりマイナス側におけるゼロに近い位置へシフトする。これにより、酸素濃度が高くなるほど、第１基準電極２３に対するアンモニア電極２２のマイナス側の電位が小さくなる。言い換えれば、酸素濃度が高くなるほど、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との電位差（混成電位）ΔＶが小さくなる。そのため、酸素濃度が高くなるほど、電位差ΔＶ又はアンモニア濃度を高くする補正を行うことにより、アンモニア濃度の検出精度を高めることができる。
（アンモニア濃度算出部５２）
図１に示すように、アンモニア濃度算出部５２は、電位差検出部５１による電位差ΔＶに基づいて、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出するよう構成されている。アンモニア濃度算出部５２は、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出するに当たり、後述する酸素濃度算出部５５によって酸素濃度を算出し、算出した酸素濃度における電位差ΔＶを、電位差ΔＶとアンモニア濃度との関係マップに照合して、アンモニア濃度を算出するように構成されている。
なお、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度及びＮＯｘ濃度に基づいてアンモニア濃度を算出するよう構成することもできる。後述するＮＯｘ素子部３におけるＮＯｘ電極３２は、ＮＯｘに対する触媒活性を有するだけでなく、アンモニアに対する触媒活性も有する。そのため、アンモニア濃度は、ＮＯｘ電極３２において、ＮＯｘ濃度として検出することが可能である。これにより、アンモニア濃度算出部５２においては、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを比較して、アンモニア濃度がより正しい値を示すよう補正することができる。
電位差検出部５１及びアンモニア濃度算出部５２は、マルチガスセンサ１に電気接続されたセンサ制御ユニット５（ＳＣＵ）内に形成されている。電位差検出部５１は、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との電位差ΔＶを測定するアンプ等を用いて形成されている。アンモニア濃度算出部５２は、コンピュータ等を用いて形成されている。また、センサ制御ユニット５は、内燃機関７のエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０に接続されており、エンジン制御ユニット５０による、内燃機関７、還元剤供給装置７３等の動作の制御に利用される。
（ＮＯｘセンサ部１２）
図１に示すように、ＮＯｘセンサ部１２は、機械的構成部位であるＮＯｘ素子部３と、電気的構成部位であるポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４、酸素濃度算出部５５、ＮＯｘ検出部５６及びＮＯｘ濃度算出部５７とによって構成されている。ＮＯｘ素子部３は、第２固体電解質体３１、ＮＯｘ電極３２、第２基準電極３４Ａ、ポンプ電極３３及び第３基準電極３４Ｂを有する。ＮＯｘ素子部３は、第２固体電解質体３１、ＮＯｘ電極３２及び第２基準電極３４Ａ、測定ガス室３５の他に、第２固体電解質体３１を介して配置されたポンプ電極３３及び第３基準電極３４Ｂを更に有する。
ＮＯｘ素子部３には、ＮＯｘ素子部３及びアンモニア素子部２を加熱するヒータ部４が積層されている。ＮＯｘセンサ部１２は、ＮＯｘ濃度を検出する機能の他に、酸素濃度を検出する機能も備える。具体的には、ＮＯｘセンサ部１２は、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に電圧を印加して、ポンプ電極３３が収容された測定ガス室３５における酸素を汲み出すとともに、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に流れる電流に基づいて測定ガスＧにおける酸素濃度を算出するようにも構成されている。
（ＮＯｘ素子部３）
ＮＯｘ素子部３は、第２固体電解質体３１、測定ガス室３５、拡散抵抗部３５１、ポンプ電極３３、ＮＯｘ電極３２、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂを有する。第２固体電解質体３１は、第１固体電解質体２１に対向して配置されている。第２固体電解質体３１は、板状に形成されており、所定の温度において酸素イオンを伝導させる性質を有するジルコニア材料を用いて構成されている。このジルコニア材料は、第１固体電解質体２１の場合と同様である。
図１、図２及び図４に示すように、測定ガス室３５は、第２固体電解質体３１の第３表面３１１に接して形成されている。測定ガス室３５は、ガス室用絶縁体３６によって形成されている。ガス室用絶縁体３６は、アルミナ等のセラミックス材料からなる。拡散抵抗部３５１は、多孔質のセラミックス層として形成されており、測定ガス室３５へ拡散速度を制限して測定ガスＧを導入するための部分である。
ポンプ電極３３は、第３表面３１１における測定ガス室３５内に収容されており、測定ガス室３５内の測定ガスＧに晒される。ＮＯｘ電極３２は、第３表面３１１における測定ガス室３５内に収容されており、ポンプ電極３３によって酸素濃度が調整された後の測定ガスＧに晒される。第３基準電極３４Ｂは、第２固体電解質体３１における、第３表面３１１とは反対側の第４表面３１２に設けられている。
ポンプ電極３３は、酸素に対する触媒活性を有する白金－金合金等の貴金属材料を用いて構成されている。ＮＯｘ電極３２は、ＮＯｘ及び酸素に対する触媒活性を有する白金－ロジウム合金等の貴金属材料を用いて構成されている。第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、酸素に対する触媒活性を有する白金等の貴金属材料を用いて構成されている。また、ポンプ電極３３、ＮＯｘ電極３２、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、第２固体電解質体３１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有していてもよい。
本形態の第２基準電極３４Ａは、第２固体電解質体３１を介してＮＯｘ電極３２と対向する位置に設けられており、本形態の第３基準電極３４Ｂは、第２固体電解質体３１を介してポンプ電極３３と対向する位置に設けられている。なお、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、ポンプ電極３３及びＮＯｘ電極３２と対向する位置の全体に１つ設けられていてもよい。
図１～図３に示すように、第２固体電解質体３１の第４表面３１２及び第４表面３１２に設けられた第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、基準ガスＡとしての大気に晒されている。第１固体電解質体２１と第２固体電解質体３１とは、基準ガスダクト２４を形成するダクト用絶縁体２５を介して積層されている。ダクト用絶縁体２５は、アルミナ等のセラミックス材料からなる。
基準ガスダクト２４は、第１固体電解質体２１の第２表面２１２及び第１基準電極２３と、第２固体電解質体３１の第４表面３１２、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂとに大気を接触させる状態で形成されている。第１基準電極２３、第２基準電極３４Ａ及び第３基準電極３４Ｂは、基準ガスダクト２４内に収容されている。基準ガスダクト２４は、センサ素子１０の基端から測定ガス室３５に対向する位置まで形成されている。
マルチガスセンサ１の基端側カバー内に導入された基準ガスＡは、基準ガスダクト２４の基端側の開口部から基準ガスダクト２４内に導入される。本形態のセンサ素子１０は、第１固体電解質体２１と第２固体電解質体３１との間に基準ガスダクト２４を有することにより、第１～第３基準電極２３，３４Ａ，３４Ｂの全体をまとめて大気に接触させることができる。
（ヒータ部４）
図１及び図２に示すように、第２固体電解質体３１の、第１固体電解質体２１が積層された側とは反対側には、ＮＯｘ素子部３及びアンモニア素子部２を加熱するヒータ部４が積層されている。ヒータ部４は、通電によって発熱する発熱体４１と、発熱体４１を埋設するヒータ用絶縁体４２とによって形成されている。ヒータ用絶縁体４２は、アルミナ等のセラミックス材料からなる。
発熱体４１は、発熱部と、発熱部に繋がるリード部とによって形成されており、発熱部が各電極２２，２３，３２，３３，３４Ａ，３４Ｂに対向する位置に形成されている。発熱体４１には、発熱体４１に通電を行うための通電制御部５８が接続されている。通電制御部５８は、発熱体４１に、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御等を行った電圧を印加するドライブ回路等を用いて形成されている。通電制御部５８は、センサ制御ユニット５内に形成されている。
アンモニア素子部２とヒータ部４との距離は、ＮＯｘ素子部３とヒータ部４との距離よりも大きい。そして、ヒータ部４によってＮＯｘ素子部３を加熱する温度に比べて、ヒータ部４によってアンモニア素子部２を加熱する温度は低い。ＮＯｘ素子部３のポンプ電極３３及びＮＯｘ電極３２は、６００～９００℃の温度において使用され、アンモニア素子部２のアンモニア電極２２は、４００～６００℃の温度において使用される。アンモニア電極２２の温度は、ヒータ４の加熱によって、４００～６００℃の温度範囲内のいずれかの温度を目標として制御される。
また、ＮＯｘ素子部３とアンモニア素子部２との間に基準ガスダクト２４が形成されていることにより、ヒータ部４によってＮＯｘ素子部３及びアンモニア素子部２を加熱する際に、基準ガスダクト２４を断熱層として作用させることができる。これにより、ＮＯｘ素子部３のポンプ電極３３及びＮＯｘ電極３２の温度に比べて、アンモニア素子部２のアンモニア電極２２の温度を容易に低くすることができる。また、通電制御部５８による通電制御を行うことにより、ＮＯｘ素子部３及びアンモニア素子部２の温度を目標とする温度に制御する。
（ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４及び酸素濃度算出部５５）
図１に示すように、ポンピング部５３は、第３基準電極３４Ｂをプラス側として、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に直流電圧を印加して、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおける酸素を汲み出すよう構成されている。ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に直流電圧が印加されるときには、ポンプ電極３３に接触する、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおける酸素が、酸素イオンとなって第２固体電解質体３１を第３基準電極３４Ｂに向けて通過し、第３基準電極３４Ｂから基準ガスダクト２４へと排出される。これにより、測定ガス室３５内の酸素濃度が、ＮＯｘの検出に適した濃度に調整される。
ポンプ電流検出部５４は、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に流れる直流電流を検出するよう構成されている。酸素濃度算出部５５は、ポンプ電流検出部５４によって検出された直流電流に基づいて、測定ガスＧにおける酸素濃度を算出するよう構成されている。ポンプ電流検出部５４においては、ポンピング部５３によって測定ガス室３５内から基準ガスダクト２４へ排出される酸素の量に比例した直流電流が検出される。
また、ポンピング部５３は、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおける酸素濃度が所定の濃度になるまで、測定ガス室３５内から基準ガスダクト２４へ酸素を排出する。そのため、酸素濃度算出部５５は、ポンプ電流検出部５４によって検出される直流電流を監視することにより、アンモニア素子部２及びＮＯｘ素子部３に到達する測定ガスＧにおける酸素濃度を算出することができる。
酸素濃度算出部５５によって算出される酸素濃度は、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を補正するための酸素濃度として利用される。
（ＮＯｘ検出部５６及びＮＯｘ濃度算出部５７）
図１に示すように、ＮＯｘ検出部５６は、第２基準電極３４Ａをプラス側としてＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に直流電圧を印加して、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に流れる直流電流を検出するよう構成されている。ＮＯｘ濃度算出部５７は、ＮＯｘ検出部５６によって検出される直流電流に基づいて、測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度を差し引いて補正後ＮＯｘ濃度を算出するよう構成されている。ＮＯｘ検出部５６においては、ＮＯｘだけでなくアンモニアも検出される。そのため、ＮＯｘ濃度算出部５７においては、アンモニアの検出量を差し引くことにより実際のＮＯｘの検出量が得られる。
ＮＯｘ電極３２には、ポンプ電極３３によって酸素濃度が調整された後の測定ガスＧが接触する。そして、ＮＯｘ検出部５６においては、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に直流電圧が印加されるときには、ＮＯｘ電極３２に接触する、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおけるＮＯｘが窒素と酸素に分解され、酸素が酸素イオンとなって第２固体電解質体３１を第２基準電極３４Ａに向けて通過し、第２基準電極３４Ａから基準ガスダクト２４へと排出される。また、ＮＯｘ検出部５６にアンモニアが到達するときには、アンモニアが酸化されて生成されたＮＯｘも同様に窒素と酸素に分解される。そして、ＮＯｘ濃度算出部５７は、ＮＯｘ検出部５６によって検出される直流電流を監視することにより、ＮＯｘ素子部３に到達する測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度を差し引いて補正後ＮＯｘ濃度を算出する。
ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４及びＮＯｘ検出部５６は、アンプ等を用いてセンサ制御ユニット５内に形成されている。酸素濃度算出部５５及びＮＯｘ濃度算出部５７は、コンピュータ等を用いてセンサ制御ユニット５内に形成されている。
なお、図１においては、便宜的に、電位差検出部５１、ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４及びＮＯｘ検出部５６を、センサ制御ユニット５と区別して記載する。実際には、これらは、センサ制御ユニット５内に構築されている。
図６において、触媒出口７２１のアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係を示す濃度領域におけるＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ濃度算出部５７によって算出される補正後ＮＯｘ濃度とすることができる。また、この濃度領域におけるアンモニア濃度は、アンモニア濃度算出部５２によって算出されるアンモニア濃度とすることができる。
マルチガスセンサ１によれば、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出するためのガスセンサの使用数を減らすことができる。また、ＮＯｘ濃度を検出するために使用されるポンプ電極３３及びポンピング部５３を利用して、ポンプ電流検出部５４及び酸素濃度算出部５５によって酸素濃度を検出することができる。
（算出制御部１３）
本形態の算出制御部１３は、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度の算出の仕方を、アンモニア濃度とＮＯｚ濃度との関係を考慮して、適宜変更するよう構成されている。算出制御部１３は、前述したアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係を示す第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ごとに、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度の算出の仕方を切り替えるよう構成されている。
（アンモニア出力濃度）
本形態においては、図６に示すように、算出制御部１３は、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度がＮＯｘセンサ部１２による補正後ＮＯｘ濃度よりも第２濃度差Δｎ２以上高い場合は、アンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が第３濃度領域Ｎ３にあると判断する。この場合には、算出制御部１３は、マルチガスセンサ１からの出力に用いるアンモニア出力濃度を、ＮＯｘセンサ部１２の補正前ＮＯｘ濃度を利用して算出されたアンモニア濃度とする。なお、この補正前アンモニア濃度は、酸素濃度に応じた補正が行われて、マルチガスセンサ１から出力される。
また、算出制御部１３は、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度がＮＯｘセンサ部１２による補正後ＮＯｘ濃度よりも第２濃度差Δｎ２以上高くない場合は、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第１濃度領域Ｎ１又は第２濃度領域Ｎ２にあると判断する。この場合には、算出制御部１３は、マルチガスセンサ１からの出力に用いるアンモニア出力濃度を、ＮＯｘセンサ部１２の補正後ＮＯｘ濃度によって補正された、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度とする。なお、このアンモニア濃度は、酸素濃度による補正が行われて、マルチガスセンサ１から出力される。
アンモニア濃度が補正後ＮＯｘ濃度よりも第２濃度差Δｎ２以上高くない場合とは、アンモニア濃度が補正後ＮＯｘ濃度よりも高くても、アンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との差が第２濃度差Δｎ２未満である場合、又はアンモニア濃度がＮＯｘ濃度未満である場合を示す。
より具体的には、算出制御部１３は、第１濃度領域Ｎ１における、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度を、ＮＯｘセンサ部１２の補正後ＮＯｘ濃度に基づく第１補正量と、酸素濃度算出部５５の酸素濃度とを用いて補正された、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度とする。また、算出制御部１３は、第２濃度領域Ｎ２における、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度を、ＮＯｘセンサ部１２の補正後ＮＯｘ濃度に基づく、第１補正量よりも補正の度合いが小さい第２補正量と、酸素濃度算出部５５の酸素濃度とを用いて補正された、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度とする。
第１補正量及び第２補正量は、補正後ＮＯｘ濃度によってアンモニア濃度を補正するときの第１補正係数及び第２補正係数とすることができる。また、第１補正量及び第２補正量は、算出制御部１３において、アンモニア濃度をパラメータとして、補正後ＮＯｘ濃度と第１補正量（又は第２補正量）との関係が求められた（記憶された）関係マップを利用して決定することができる。
この関係マップは、アンモニア濃度が異なると、補正後ＮＯｘ濃度に対する第１補正量（又は第２補正量）が変化する関係に作成される。そして、マルチガスセンサ１が使用される特定時点におけるアンモニア濃度及び補正後ＮＯｘ濃度を関係マップに照合すると、この特定時点における第１補正量（又は第２補正量）を読み取ることが可能である。
また、算出制御部１３は、第３濃度領域Ｎ３における、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度を、ＮＯｘセンサ部１２の補正前ＮＯｘ濃度を用いて算出されたアンモニア濃度とする。この第３濃度領域Ｎ３におけるアンモニア出力濃度は、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正前ＮＯｘ濃度とすることができる。
なお、算出制御部１３は、第２濃度領域Ｎ２における、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度は、酸素濃度算出部５５の酸素濃度を用いて補正された、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度とすることもできる。
（ＮＯｘ出力濃度）
算出制御部１３は、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度を、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度によって補正するよう構成することができる。そして、マルチガスセンサ１から出力するＮＯｘ出力濃度は、算出制御部１３によって補正されたＮＯｘ濃度とすることができる。この場合に、アンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が第３濃度領域Ｎ３にある場合には、ＮＯｘセンサ部１２においては、内燃機関７から排気されたＮＯｘではなく、アンモニアが酸化して生成されたＮＯｘが検出されている可能性が高くなる。そのため、第３濃度領域Ｎ３にある場合のＮＯｘ出力濃度は、第１濃度領域Ｎ１又は第２濃度領域Ｎ２にある場合のＮＯｘ出力濃度に比べて、アンモニア濃度による補正量を大きくすることができる。
図１０は、混成電位式のアンモニアセンサ部１１において、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度の変化に応じて検出される、電位差検出部５１によるアンモニア電極２２と第１基準電極２３との間の電位差（混成電位）ΔＶを示す。同図においては、アンモニア濃度の領域を、第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３に区分して示す。なお、第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係によって決定されるが、同図においては、ＮＯｘ濃度を省略して示す。
同図に示すように、電位差検出部５１によって検出される電位差（混成電位）ΔＶは、アンモニア濃度が低い第１濃度領域Ｎ１においては、アンモニア濃度の変化に応じて感度良く変化して検出される。第２濃度領域Ｎ２における電位差ΔＶの変化率は、第１濃度領域Ｎ１における電位差ΔＶの変化率に比べて小さくなる。変化率とは、アンモニア濃度の変化量に対する電位差ΔＶの変化量の割合のことをいう。そして、第３濃度領域Ｎ３における電位差ΔＶの変化率は、第２濃度領域Ｎ２における電位差ΔＶの変化率に比べて更に小さくなる。また、第３濃度領域Ｎ３においては、電位差ΔＶが飽和状態に近くなっている。
この電位差（混成電位）ΔＶの飽和は、図８のアンモニア電極２２において生じる混成電位の説明図を用いて説明することができる。同図において、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度が高くなるときには、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１の傾きθａが急になる。そして、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合うときの混成電位が、よりマイナス側へシフトする。このとき、傾きθａが大きくなるほど、混成電位がマイナス側へシフトしにくくなる。このことは、アンモニア濃度が高くなると、混成電位が飽和状態に近づくことを意味する。
図１１は、混成電位式のアンモニアセンサ部１１において、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度の変化に応じて検出される、電位差検出部５１によるアンモニア電極２２と第１基準電極２３との間の電位差（混成電位）ΔＶが、酸素濃度の影響を受けて変化することを示す。同図においては、アンモニア濃度の領域を、第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３に区分して示す。なお、第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係によって決定されるが、同図においては、ＮＯｘ濃度を省略して示す。
同図に示すように、電位差検出部５１によって検出される電位差（混成電位）ΔＶは、酸素濃度が高くなるほど小さく検出される（マイナス側のゼロに近い位置で検出される）。この理由は、図９における傾きθｓによって説明したとおりである。
図１２は、混成電位式のアンモニアセンサ部１１において、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度の変化に応じて検出される、電位差検出部５１によるアンモニア電極２２と第１基準電極２３との間の電位差（混成電位）ΔＶが、ＮＯｘ濃度の影響を受けて変化することを示す。同図においては、アンモニア濃度の領域を、第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３に区分して示す。なお、第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係によって決定される。
同図に示すように、第１濃度領域Ｎ１においては、アンモニア濃度が低いために、ＮＯｘ濃度の変化を受けて電位差検出部５１によって検出される電位差（混成電位）ΔＶが大きく変化している。また、第１濃度領域Ｎ１においては、混成電位は、ＮＯｘ濃度が高くなるほど小さく検出される。この理由は、アンモニア濃度が低いときには、混成電位がＮＯｘ等の他ガスによる影響を受けやすいことに起因する。なお、第２濃度領域Ｎ２及び第３濃度領域Ｎ３においても、混成電位は、ＮＯｘ濃度の影響を受け、ＮＯｘ濃度が高くなるほど若干小さく検出される。ただし、アンモニア濃度がある程度以上高い第２、第３濃度領域Ｎ２，Ｎ３においては、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度による影響を受けにくい。
この電位差（混成電位）ΔＶに対するＮＯｘ濃度の影響は、図１３のアンモニア電極２２において生じる混成電位の説明図を用いて説明することができる。同図においては、ＮＯｘがＮＯ（一酸化窒素）である場合を示す。同図において、測定ガスＧ中に酸素及びＮＯが存在するときには、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２上のマイナス側の電流は、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１上のプラス側の電流と釣り合おうとするとともに、ＮＯの還元反応を示す第３ラインＬ３上のマイナス側の電流とも釣り合おうとする。
第３ラインＬ３の傾きθｎは、第１ラインＬ１の傾きθａよりも緩やかであり、かつＮＯによる電位がアンモニアによる電位よりも小さいことにより、酸素の還元反応とＮＯの酸化反応とが釣り合う混成電位ΔＶ２は、酸素の還元反応とアンモニアの酸化反応とが釣り合う混成電位ΔＶ１よりも低くなる（マイナス側のゼロに近い位置になる）。そして、アンモニア濃度が低い場合には、酸素の還元反応とアンモニアの酸化反応とが釣り合う混成電位ΔＶ１が小さくなり、この混成電位が、酸素の還元反応とＮＯの酸化反応とが釣り合う混成電位ΔＶ２に近くなる。そのため、アンモニア濃度が低い場合には、電位差検出部５１によって検出される電位差（混成電位）ΔＶ１がＮＯｘ等の他ガスによる影響を受けやすくなると考える。その結果、特に第１濃度領域Ｎ１においては、ＮＯｘ濃度に応じたアンモニア濃度の補正が必要になる。
アンモニアは、アンモニア素子部２に比べて高い温度に加熱されるＮＯｘ素子部３の付近に存在するとき、ＮＯｘに酸化されやすい性質を有する。このアンモニアがＮＯｘに酸化される反応式は、代表的には、４ＮＨ3＋５Ｏ2→４ＮＯ＋６Ｈ2Ｏによって表される。
図１４は、混成電位式のアンモニアセンサ部１１において、測定ガスＧにおけるＮＯｘ濃度の変化に応じて検出される、ＮＯｘ検出部５６によるＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に生じる直流電流が、アンモニア濃度の影響を受けて変化することを示す。ＮＯｘ検出部５６による直流電流は、ＮＯｘ検出部５６から出力されるＮＯｘ出力電圧に変換して示す。同図においては、ＮＯｘ濃度の領域を、第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３に区分して示す。なお、第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係によって決定される。
同図に示すように、測定ガスＧにおけるＮＯｘ濃度が低い第３濃度領域Ｎ３においては、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度が高くなる。第３濃度領域Ｎ３においては、アンモニア濃度が上昇したときに、第１、第２濃度領域Ｎ１，Ｎ２に比べて、ＮＯｘ検出部５６の直流電流が上昇しやすい傾向にある。
そして、第３濃度領域Ｎ３にあるときに、ＮＯｘ検出部５６においては、内燃機関７から排気されるＮＯｘ以外に、アンモニアが酸化して生成されたＮＯｘ（特にＮＯ等）も多く検出される。そのため、第３濃度領域Ｎ３においては、ＮＯｘ濃度算出部５７によって算出される補正前ＮＯｘ濃度を利用して、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出することができる。
（制御方法）
次に、マルチガスセンサ１の制御方法の一例を、図１５のフローチャートを参照して説明する。
内燃機関７の燃焼運転が開始されたときには、マルチガスセンサ１、還元剤供給装置７３等が動作する。マルチガスセンサ１においては、電位差検出部５１によって、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶが検出されるとともに、ポンプ電流検出部５４によって、ポンプ電極３３と第３基準電極３４Ｂとの間に流れる直流電流が検出される。また、ＮＯｘ検出部５６によってＮＯｘ電極３２と第２基準電極３４Ａとの間に生じる直流電流が検出される。
また、アンモニア濃度算出部５２によって、電位差検出部５１による電位差ΔＶに基づいて、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度が算出される（ステップＳ１０１）。また、酸素濃度算出部５５によって、ポンプ電流検出部５４による直流電流に基づいて、測定ガスＧにおける酸素濃度が算出される（ステップＳ１０１）。さらに、ＮＯｘ濃度算出部５７によって、ＮＯｘ検出部５６による直流電流に基づいて、測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度が算出され、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度が差し引かれて補正後ＮＯｘ濃度が算出される（ステップＳ１０１）。
次いで、算出制御部１３は、アンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度とを比較し、補正後ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも第１濃度差Δｎ１以上高いか否かを判定する（ステップＳ１０２）。このアンモニア濃度は、酸素濃度に応じて補正したアンモニア濃度とすることができる。補正後ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも第１濃度差Δｎ１以上高い場合には、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第１濃度領域Ｎ１にあることが認定される（ステップＳ１０３）。この場合には、算出制御部１３は、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度に基づく第１補正量と、酸素濃度算出部５５による酸素濃度とを用いて補正する。そして、マルチガスセンサ１から出力されるアンモニア出力濃度は、補正後ＮＯｘ濃度及び酸素濃度によって補正されたアンモニア濃度として算出される（ステップＳ１０４）。
第１濃度領域Ｎ１においては、図１２に示すように、電位差検出部５１による電位差ΔＶがＮＯｘ濃度の影響を大きく受け、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度がＮＯｘ濃度の影響を大きく受けた値に算出されている。そのため、算出制御部１３によるアンモニア出力濃度においては、第１補正量を用いてＮＯｘ濃度の影響をより大きく補正する。
また、ステップＳ１０２の判定において、補正後ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも第１濃度差Δｎ１以上高くない場合には、アンモニア濃度が補正後ＮＯｘ濃度よりも第２濃度差Δｎ２以上高いか否かを判定する（ステップＳ１０５）。アンモニア濃度が補正後ＮＯｘ濃度よりも第２濃度差Δｎ２以上高い場合には、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第３濃度領域Ｎ３にあることが認定される（ステップＳ１０６）。この場合には、算出制御部１３は、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度を、ＮＯｘ濃度算出部５７によって算出された補正前ＮＯｘ濃度とする（ステップＳ１０７）。
第３濃度領域Ｎ３においては、図１２に示すように、電位差検出部５１による電位差ΔＶがＮＯｘ濃度の影響を受けにくいものの、この電位差ΔＶが飽和状態に近くなる。そして、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度の変化が、電位差ΔＶとして検出されにくい状態にある。そのため、算出制御部１３によるアンモニア出力濃度においては、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度を、電位差ΔＶを用いずに、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正前ＮＯｘ濃度とする。
この場合には、ＮＯｘ電極３２に接触する測定ガスＧには、内燃機関７から排気されたＮＯｘに比べて、アンモニアが酸化して生成されたＮＯｘ（特にＮＯ等）が多く含まれる。そのため、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正前ＮＯｘ濃度をアンモニア出力濃度とすることにより、飽和状態にある電位差ΔＶに基づいて算出されたアンモニア濃度をアンモニア出力濃度とする場合よりも、アンモニア出力濃度の精度を向上させることができる。
また、ステップＳ１０５の判定において、アンモニア濃度が補正後ＮＯｘ濃度よりも第２濃度差Δｎ２以上高くない場合には、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第２濃度領域Ｎ２にあることが認定される（ステップＳ１０８）。この場合には、算出制御部１３は、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度に基づく、第１補正量よりも補正の度合いが小さい第２補正量と、酸素濃度算出部５５による酸素濃度とを用いて補正する。そして、マルチガスセンサ１から出力されるアンモニア出力濃度は、補正後ＮＯｘ濃度及び酸素濃度によって補正されたアンモニア濃度として算出される（ステップＳ１０９）。
第２濃度領域Ｎ２においては、図１２に示すように、電位差検出部５１による電位差ΔＶがＮＯｘ濃度の影響を小さく受け、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度がＮＯｘ濃度の影響を小さく受けた値に算出されている。そのため、算出制御部１３によるアンモニア出力濃度においては、第２補正量を用いてＮＯｘ濃度の影響を小さく補正する。
ステップＳ１０４、Ｓ１０７又はＳ１０９の実行後には、マルチガスセンサ１の制御を終了する信号があるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。制御を終了する信号がある場合には、マルチガスセンサ１の制御を終了する。一方、制御を終了する信号がない場合には、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１～Ｓ１１０が繰り返し実行される。
（作用効果）
本形態のマルチガスセンサ１は、アンモニアセンサ部１１及びＮＯｘセンサ部１２の他に、特定条件が満たされた場合にアンモニア濃度をアンモニアセンサ部１１のアンモニア濃度算出部５２とは異なる手段によって算出することができる算出制御部１３を備える。この算出制御部１３においては、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度とＮＯｘセンサ部１２のＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度とを比較し、アンモニア濃度が補正後ＮＯｘ濃度よりも第２濃度差Δｎ２以上高い場合を、特定条件としての第３濃度領域Ｎ３にある場合として認定する。
アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを比較する知見は、本願発明者らによって初めて見出されたものである。マルチガスセンサ１によってアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度の検出が行われる環境下においては、アンモニアはＮＯｘを還元するために用いられる。そして、本願発明者らは、この環境下においては、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度が、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度よりも、低くなる場合と高くなる場合とが異なるタイミングで生じることに着目している。
また、本形態の算出制御部１３は、アンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３のいずれにあるかを判定し、各濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３において、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度の算出の仕方を変更している。特に、第３濃度領域Ｎ３においては、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度は、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間の電位差ΔＶが飽和状態に近くなることにより、検出精度を高めることが難しくなる。そこで、この第３濃度領域Ｎ３においては、算出制御部１３は、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正前ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度を疑似的に示すものであるとして、このＮＯｘ濃度をマルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度として使用する。これにより、マルチガスセンサ１においては、アンモニア濃度が高濃度になる場合であっても、その検出精度を高めることができる。
また、本形態のマルチガスセンサ１は、アンモニア濃度が単に所定濃度以上になった場合に特定条件を認定する場合とは異なる。この場合とは異なり、マルチガスセンサ１は、触媒７２におけるＮＯｘの還元反応の状態も加味し、ＮＯｘ濃度が低いことを前提としてアンモニア濃度が高くなった場合を第３濃度領域Ｎ３として認定することができる。これにより、ＮＯｘセンサ部１２による補正前ＮＯｘ濃度及び補正後ＮＯｘ濃度を、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度に利用するタイミングを適切に検知することができる。そして、マルチガスセンサ１からアンモニア出力濃度を出力する制御を、第１～第３濃度領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３に応じて適切に切り替えることができる。
それ故、本形態のマルチガスセンサ１によれば、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を広い濃度範囲に亘って精度良く検出することができる。
アンモニアは、特異的に吸着性の強いガスであるため、排気管７１、触媒７２等への吸着によって、排気管７１の各部において均一な濃度分布になりにくいといった性質を有する。また、アンモニアは、還元剤供給装置７３からの尿素水の噴射によって生成され、排気管７１内において十分に混合されていない状態で触媒７２及びマルチガスセンサ１に到達することがある。
そのため、排気管７１におけるマルチガスセンサ１の検知部の配置位置によっては、検出されるアンモニアの濃度が異なるといったことが生じ得る。従って、ＮＯｘ濃度によってアンモニア濃度を検知する場合、あるいはＮＯｘ濃度によってアンモニア濃度を補正する場合等においては、アンモニアセンサとＮＯｘセンサとが、排気管７１における別々の位置に配置されているよりも、マルチガスセンサ１として一つのガスセンサに集約されていた方が、アンモニア濃度を精度良く検出するために有利である。
なお、アンモニア濃度によってＮＯｘ濃度を補正する場合にも、同様の理由により、マルチガスセンサ１によれば、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することが可能になる。
また、ＮＯｘセンサ部１２は、アンモニアセンサ部１１が設けられたアンモニアセンサとは別のＮＯｘセンサに設けることも可能である。この場合には、アンモニアセンサにアンモニアセンサ部１１及び算出制御部１３が設けられ、算出制御部１３は、ＮＯｘセンサのＮＯｘセンサ部１２からＮＯｘ濃度の信号を利用して、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出することができる。
この場合には、アンモニアセンサの検知部とＮＯｘセンサの検知部とを、排気管７１におけるできるだけ近い位置に配置することが好ましい。なお、「検知部」とは、センサ素子１０における、測定ガスＧが接触する先端部のことをいう。
＜実施形態２＞
本形態の算出制御部１３は、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が第１濃度領域Ｎ１にある場合に、実施形態１に示す制御とは異なる制御を行う。本形態においては、アンモニア濃度が低い第１濃度領域Ｎ１において、アンモニアセンサ部１１の電位差検出部５１において検出される電位差ΔＶが、アンモニアの検出によるものか、酸素を除く他ガスの検出によるものかを判定する。前述したように、他ガスが混成電位に与える影響は、特に第１濃度領域Ｎ１において顕著になるためである。
図１６に示すように、本形態のマルチガスセンサ１は、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に直流電圧Ｅを印加するための電圧印加部６１を備える。本形態の電圧印加部６１は、第１基準電極２３がマイナス側になるようにして、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に直流電圧Ｅを印加する。また、マルチガスセンサ１は、電圧印加部６１による直流電圧Ｅが印加されたときに、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に生じる直流電流Ｉを検出する電流検出部６２を備える。
マルチガスセンサ１は、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に、電圧印加部６１及び電流検出部６２を接続するための切り替え部６０を有する。切り替え部６０は、直流電圧Ｅを印加するときに、アンモニア電極２２と基準電極２３との間に電圧印加部６１及び電流検出部６２を接続し、直流電圧Ｅを印加しないときには、アンモニア電極２２と基準電極２３との間から電圧印加部６１及び電流検出部６２を切り離すスイッチング回路によって構成されている。電圧印加部６１、電流検出部６２及び切り替え部６０は、センサ制御ユニット５内に構築されている。なお、図１６においては、便宜的に、電圧印加部６１、電流検出部６２及び切り替え部６０をセンサ制御ユニット５と区別して記載する。
電圧印加部６１によって、第１基準電極２３がマイナス側になるようにして、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に直流電圧Ｅが印加されるときには、第１基準電極２３から第１固体電解質体２１を通ってアンモニア電極２２へ酸素イオンが強制的に供給され、アンモニア電極２２における化学反応が促進される。
図１７は、アンモニア電極２２に種々のガスが接触するときに、アンモニア電極２２に生じる電位を示す図である。同図においては、横軸に、第１基準電極２３に対するアンモニア電極２２の電位（電位差）をとり、縦軸に、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に流れる電流をとって、種々のガスによる電位の変化の仕方を示す。種々のガスには、アンモニアの他に、代表的に、一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ2）があるとする。
同図においては、アンモニアによる電位と電流との関係を示す第１ラインＬ１の他に、一酸化窒素による電位と電流との関係を示す第３ラインＬ３、一酸化炭素による電位と電流との関係を示す第４ラインＬ４、及び水素による電位と電流との関係を示す第５ラインＬ５を示す。各ラインＬ１，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、右肩上がりのラインであり、電流を電位によって除算して得られる傾きθａ，θｘを有する。アンモニアの第１ラインＬ１の傾きθａは、一酸化窒素、一酸化炭素及び水素の第３～第５ラインＬ３，Ｌ４，Ｌ５の傾きθｘに比べて大きい。
電圧印加部６１によって印加する直流電圧Ｅと、電流検出部６２によって検出される直流電流Ｉとの間にも、各ラインＬ１，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の傾きθａ，θｘが反映されると考える。直流電流Ｉを直流電圧Ｅによって除算した傾きθを得るために、電圧印加部６１によって、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に２つの異なる直流電圧Ｅ１，Ｅ２を印加する。そして、それぞれの直流電圧Ｅ１，Ｅ２が印加されたときの直流電流Ｉ１，Ｉ２を電流検出部６２によって検出する。
図１８に示すように、本形態の算出制御部１３は、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に第１電圧Ｅ１を印加したときに、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に生じる第１電流Ｉ１と、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に第１電圧Ｅ１よりも大きな第２電圧Ｅ２を印加したときに、アンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に生じる第２電流Ｉ２とを検出する。第２電流Ｉ２は第１電流Ｉ１よりも大きな値として検出される。
そして、第２電流Ｉ２から第１電流Ｉ１を差し引いた差分Ｉ２－Ｉ１を、第２電圧Ｅ２から第１電圧Ｅ１を差し引いた差分Ｅ２－Ｅ１によって除算した傾きθ（＝（Ｉ２－Ｉ１）／（Ｅ２－Ｅ１））を算出する。電圧Ｅ１，Ｅ２が印加されたときのアンモニアによる傾きθａ０は、電圧Ｅ１，Ｅ２が印加されたときの一酸化窒素、一酸化炭素、水素等の他ガスによる傾きθｘ０に対して大きい。そこで、アンモニアによる傾きθａ０の大きさと、他ガスによる傾きθｘ０の大きさとの間に、アンモニアの場合と他ガスの場合とを区別するための基準傾きθ０を設定する。
こうして、算出制御部１３は、電流検出部６２によって第１電流Ｉ１及び第２電流Ｉ２を検出して得られる傾きθが、基準傾きθ０以上である場合には、測定ガスＧにアンモニアが含まれていることを検知することができる、一方、算出制御部１３は、電流検出部６２によって第１電流Ｉ１及び第２電流Ｉ２を検出して得られる傾きθが、基準傾きθ０未満である場合には、測定ガスＧにアンモニアが含まれていないことを検知し、アンモニア電極２２には、アンモニアではなく他ガスが接触していることを検知することができる。
（制御方法）
次に、本形態のマルチガスセンサ１の制御方法の一例を、図１９のフローチャートを参照して説明する。
本形態においても、ステップＳ２０１の動作は、実施形態１のステップＳ１０１の動作と同様である。
次いで、算出制御部１３は、アンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度とを比較し、補正後ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも第１濃度差Δｎ１以上高いか否かを判定する（ステップＳ２０２）。補正後ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも第１濃度差Δｎ１以上高い場合には、アンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が第１濃度領域Ｎ１にあることが認定される（ステップＳ２０３）。
次いで、この場合には、電圧印加部６１によってアンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に第１電圧Ｅ１を印加し、このときに生じる第１電流Ｉ１を電流検出部６２によって検出する（ステップＳ２０４）。また、電圧検出部によってアンモニア電極２２と第１基準電極２３との間に第２電圧Ｅ２を印加し、このときに生じる第２電流Ｉ２を電流検出部６２によって検出する（ステップＳ２０５）。次いで、算出制御部１３は、第２電流Ｉ２から第１電流Ｉ１を差し引いた差分を、第２電圧Ｅ２から第１電圧Ｅ１を差し引いた差分によって除算して、傾きθを算出する（ステップＳ２０６）。
次いで、算出制御部１３は、傾きθが基準傾きθ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。傾き値が基準傾きθ０以上である場合には、算出制御部１３は、アンモニア電極２２にアンモニアが接触していることを検知する。この場合には、算出制御部１３は、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正後ＮＯｘ濃度に基づく第１補正量と、酸素濃度算出部５５による酸素濃度とを用いて補正する。そして、マルチガスセンサ１から出力されるアンモニア出力濃度は、補正後ＮＯｘ濃度及び酸素濃度によって補正されたアンモニア濃度として算出される（ステップＳ２０８）。
一方、傾き値が基準傾きθ０未満である場合には、算出制御部１３は、アンモニア電極２２にアンモニアがほとんど接触せず、アンモニア電極２２には他ガスが接触していることを検知する。この場合には、算出制御部１３は、測定ガスＧにアンモニアが存在しないと検知して、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度を０（ゼロ）にすることができる（ステップＳ２０９）。また、算出制御部１３は、アンモニアセンサ部１１によるアンモニア濃度をマルチガスセンサ１から出力しないようにすることもできる。
また、ステップＳ１０２の判定において、補正後ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも第１濃度差Δｎ１以上高くない場合には、ステップＳ２１０以降が実行される。ステップＳ２１０～Ｓ２１５は、実施形態１のステップＳ１０５～Ｓ１１０と同様である。
（作用効果）
本形態のマルチガスセンサ１においては、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が第１濃度領域Ｎ１にある場合に、測定ガスＧ中にアンモニアが存在するのかしないのかを検知することができる。そして、測定ガスＧ中にアンモニアが存在しないと検知される場合には、マルチガスセンサ１から出力するアンモニア出力濃度をゼロにすることができる。これにより、アンモニア濃度が低い場合において、測定ガスＧ中にアンモニアが存在しないにも拘らず、誤ってアンモニアが存在すると検知することを回避することができる。
本形態のマルチガスセンサ１におけるその他の構成、制御方法、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。
＜実施形態３＞
本形態は、ＮＯｘ検出部５６によるアンモニアの検出を容易にするために、センサ素子１０に、アンモニアを酸化させてＮＯｘに変換させる酸化触媒３７を設けたマルチガスセンサ１について示す。
酸化触媒３７は、アンモニア電極２２の近くに配置すると、アンモニア電極２２及び電位差検出部５１によって検出されるべきアンモニアの濃度が低下してしまう。そのため、酸化触媒３７は、アンモニア電極２２からできるだけ離れた位置に配置することが望ましい。
また、酸化触媒３７は、アンモニアから変換されたＮＯｘを、ＮＯｘ電極３２に接触させるために、センサ素子１０の周囲からＮＯｘ電極３２が配置された測定ガス室３５までの測定ガスＧの流れの経路に配置する。酸化触媒３７は、図２０に示すように、測定ガス室３５における測定ガスＧの入口に配置された拡散抵抗部３５１に設けることができる。酸化触媒３７は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）等とすることができる。酸化触媒３７は、拡散抵抗部３５１を形成するアルミナ等の多孔質の金属酸化物に担持させることができる。
また、酸化触媒３７は、図２１に示すように、センサ素子１０における、各電極２２，２３、３２，３３，３４Ａ，３４Ｂ及び発熱体４１が設けられた先端部の外側面に設けることもできる。この場合には、酸化触媒３７は、センサ素子１０の先端部に設ける、アルミナ等の金属酸化物による多孔質の保護層３８に担持させることができる。この場合には、酸化触媒３７は、第２固体電解質体３１に積層された各絶縁体２５，３６，４２の表面に配置されることになる。
また、酸化触媒３７は、保護層３８における、拡散抵抗部３５１の周囲に位置する部分にのみ担持させることもできる。また、酸化触媒３７は、測定ガス室３５内における、第２固体電解質体３１の表面又は各絶縁体３６，４２の表面に配置することもできる。
本形態のマルチガスセンサ１においては、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が第３濃度領域Ｎ３にある場合において、ＮＯｘ電極３２に接触するアンモニアをＮＯｘに積極的に変換することができる。そのため、算出制御部１３が、第３濃度領域Ｎ３において、ＮＯｘセンサ部１２による補正前ＮＯｘ濃度を利用して、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出する場合に、このアンモニア濃度の算出精度を高めることができる。
本形態のマルチガスセンサ１におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。
＜確認試験１＞
本確認試験においては、マルチガスセンサ１におけるアンモニアセンサ部１１をモデル化した試作品１１Ｘを用い、アンモニア濃度を変化させたときの混成電位を検出した。図２２に示すように、この試作品１１Ｘは、１ｍｍの厚みの固体電解質体２１Ｘの第１表面２０１にアンモニア電極２２を形成するとともに、第１表面２０１と反対側の第２表面２０２に基準電極２３を形成したものである。
固体電解質体２１Ｘは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）によって構成し、アンモニア電極２２は、Ａｕ及びＹＳＺによって構成し、基準電極２３は、Ｐｔ及びＹＳＺによって構成した。また、アンモニア電極２２は、Ａｕを８０体積％、ＹＳＺを２０体積％含有し、基準電極２３は、Ｐｔを８０体積％、ＹＳＺを２０体積％含有するものとした。
アンモニア電極２２のペースト材料を、φ８ｍｍの大きさで固体電解質体２１Ｘのシートの第１表面２０１に印刷するとともに、基準電極２３のペースト材料を、φ８ｍｍの大きさで固体電解質体２１Ｘのシートの第２表面２０２に印刷した。アンモニア電極２２は、８５０℃の大気雰囲気下においてペースト材料を２時間焼成することによって形成した。また、基準電極２３、１２００℃の大気雰囲気下においてペースト材料を２時間焼成することによって形成した。
また、固体電解質体２１Ｘの第１表面２０１には、アンモニア電極２２を囲う絶縁材による筒体３９を形成し、固体電解質体２１Ｘの第２表面２０２には、基準電極２３を囲う絶縁材による筒体３９を形成した。
また、確認試験においては、酸素（Ｏ2）を５体積％含有し、残部が窒素（Ｎ2）からなるベース気体に、アンモニア（ＮＨ3）を適宜含ませた試験ガスを、５００ｍｌ／ｍｉｎの流量でアンモニア電極２２へ供給した。そして、試験ガスにおけるアンモニア濃度を０～５００ｐｐｍに変化させて、アンモニア電極２２に生じる混成電位を、アンモニア電極２２と基準電極２３との電位差ΔＶとして電圧計５１Ｘによって測定した。また、基準電極２３は大気に開放した。また、試作品１１Ｘは、電気炉４Ｘ内に配置し、電気炉４Ｘによって固体電解質体２１Ｘの温度が４５０℃になるように加熱した。
図２３には、アンモニア電極２２に生じる混成電位（電位差）ΔＶの測定結果を示す。同図において、アンモニア濃度が５００ｐｐｍに近づくように高くなるに連れ、混成電位は所定の電位に飽和していくことが確認された。このことより、アンモニア濃度が高くなると、混成電位が飽和状態に近くなり、アンモニア濃度の変化を検出することが難しくなることが確認された。
＜確認試験２＞
本確認試験においては、電位差検出部５１による電位差ΔＶの検出に、アンモニア及び酸素以外の他ガスが与える影響について確認した。本確認試験においては、確認試験１に示した試作品１１Ｘを用いた。
本確認試験においては、試作品１１Ｘのアンモニア電極２２へ供給する試験ガスに、アンモニア、他ガスとしてのＣＯ、Ｈ2、ＮＯ、Ｃ3Ｈ8のそれぞれを１００ｐｐｍ（０．０１体積％）単独で含有させたときの混成電位を電圧計５１Ｘによって測定した。試験ガスは、酸素（Ｏ2）を５体積％含有し、残部が窒素（Ｎ2）からなるものである。
図２４には、アンモニア又は他ガスが単独で含有された試験ガスがアンモニア電極２２へ供給された場合の混成電位（電位差）ΔＶの測定結果を示す。同図において、アンモニア電極２２においては、アンモニアが１００ｐｐｍ含まれる場合だけでなく、ＣＯ、Ｈ2、ＮＯ、又はＣ3Ｈ8の他ガスが１００ｐｐｍ含まれる場合にも、混成電位が検出されることが確認された。このことは、アンモニア電極２２に、アンモニアではなく他ガスが接触する場合でも、アンモニア電極２２において混成電位が検出されることを示す。
そして、アンモニア電極２２に他ガスが単独で接触する場合には、他ガスが、アンモニア電極２２によって検出されてしまうことが確認された。従って、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が第１濃度領域Ｎ１にある場合には、アンモニア濃度が低く、他ガスがアンモニア濃度に影響を与えてしまうことが確認された。
＜確認試験３＞
本確認試験においても、電位差検出部５１による電位差ΔＶの検出に、アンモニア及び酸素以外の他ガスが与える影響について確認した。本確認試験においても、確認試験１に示した試作品１１Ｘを用いた。
本確認試験においては、試作品１１Ｘのアンモニア電極２２へ供給する試験ガスに、アンモニアを１００ｐｐｍ含有させるとともに、他ガスとしてのＣＯ、Ｈ2、ＮＯ、Ｃ3Ｈ8のそれぞれを１００ｐｐｍ含有させたときの混成電位を電圧計５１Ｘによって測定した。試験ガスは、酸素（Ｏ2）を５体積％含有し、残部が窒素（Ｎ2）からなるものである。
図２５には、アンモニア及び他ガスの両方が含有された試験ガスがアンモニア電極２２へ供給された場合の混成電位の測定結果を示す。同図においては、アンモニアが単独で１００ｐｐｍ含まれる場合の混成電位も示す。そして、アンモニア及びＣＯ、Ｈ2、ＮＯ、又はＣ3Ｈ8の他ガスが１００ｐｐｍずつ含まれる場合の混成電位は、アンモニアが単独で１００ｐｐｍ含まれる場合の混成電位と比べて、大きな差はないことが確認された。このことは、アンモニア電極２２に、アンモニアとともに他ガスが接触する場合には、アンモニア電極２２において検出される混成電位は、アンモニアに支配されることを示す。
そして、アンモニア電極２２に他ガスがアンモニアとともに接触する場合には、他ガスが、アンモニア電極２２によるアンモニアの検出に、ほとんど影響を与えないことが確認された。従って、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度と補正後ＮＯｘ濃度との関係が第２、第３濃度領域Ｎ２，Ｎ３にある場合には、アンモニア濃度がある程度高く、他ガスがアンモニア濃度にほとんど影響を与えないことが確認された。
＜確認試験４＞
本確認試験においては、ＮＯｘ電極３２によって、アンモニアから変換されたＮＯｘを検出する場合に、ＮＯｘ電極３２の周辺に、酸化触媒３７を設けない場合と設けた場合とについて、検出される電流を比較した。
図２６に示すように、本確認試験においては、マルチガスセンサ１におけるＮＯｘセンサ部１２を形成した、ＮＯｘセンサの試作品１２Ｘを用いた。また、ＮＯｘセンサの試作品１２Ｘは、ＮＯｘ電極３２の周辺に酸化触媒３７が設けられていない第１試作品と、ＮＯｘ電極３２の周辺に酸化触媒３７としてのＮｉＯ（酸化ニッケル）が設けられた第２試作品とを準備した。
第１試作品及び第２試作品は、実施形態１に示したＮＯｘセンサ部１２と同様になるように、固体電解質体３１Ｘの第３表面３０１にポンプ電極３３及びＮＯｘ電極３２を設けるとともに固体電解質体３１Ｘの第４表面３０２に基準電極３３Ａ，３３Ｂを設け、測定ガス室３５の入口に拡散抵抗部３５１を設けて形成した。第１試作品及び第２試作品においては、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３３Ｂとの間に生じる電流を測定する電流計５６Ｘを接続した。また、ポンプ電極３３と第３基準電極３３Ｂとの間、及びＮＯｘ電極３２と第２基準電極３３Ａとの間には、電圧を印加した。
まず、第１試作品及び第２試作品に、ＮＯｘとしてのＮＯ（一酸化窒素）及び酸素が含有された試験ガスを供給した場合の、ＮＯｘ電極３２と第２基準電極３３Ａとの間に生じる電流を検出電流値［μＡ］として測定した。ＮＯｘ電極３２に接触させる試験ガスのＮＯ濃度は１００［ｐｐｍ］、５００［ｐｐｍ］、１０００［ｐｐｍ］に順次変化させ、ＮＯｘ電極３２に接触させる試験ガスの酸素濃度は５［体積％］、１０［体積％］、２０［体積％］に順次変化させた。なお、試験ガスの残部は窒素とした。
図２７及び図２８には、ＮＯ及び酸素が含有された試験ガスを用いた場合の試験結果としての検出電流値［μＡ］を、「ＮＯ」として実線によって示す。図２７は、酸化触媒３７が設けられていない第１試作品についての結果を示し、図２８は、酸化触媒３７が設けられた第２試作品についての結果を示す。
次に、酸化触媒３７が設けられていない第１試作品のＮＯｘ電極３２に、アンモニア及び酸素が含有された試験ガスを供給した場合の、ＮＯｘ電極３２と基準電極２３との間に生じる電流を検出電流値［μＡ］として測定した。ＮＯｘ電極３２に接触させる試験ガスのアンモニア濃度は１００［ｐｐｍ］、５００［ｐｐｍ］、１０００［ｐｐｍ］に順次変化させた。酸素濃度等については、「ＮＯ」の場合と同様である。
図２７には、酸化触媒３７が設けられていない第１試作品について、アンモニア及び酸素が含有された試験ガスを用いた場合の試験結果としての検出電流値［μＡ］を、「アンモニア」として破線によって示す。酸化触媒３７が設けられていない第１試作品においては、ＮＯの代わりにアンモニアがＮＯｘ電極３２に供給されたことにより、検出電流値は、ＮＯが供給された場合に比べて小さく測定された。この理由は、アンモニアの一部は、ＮＯｘに酸化されるものの、アンモニアの残部はアンモニアのままＮＯｘ電極３２に到達したためである。
次に、酸化触媒３７が設けられた第２試作品のＮＯｘ電極３２に、アンモニア及び酸素が含有された試験ガスを供給した場合の、ＮＯｘ電極３２と基準電極２３との間に生じる電流を検出電流値［μＡ］として測定した。ＮＯｘ電極３２に接触させる試験ガスのアンモニア濃度は１００［ｐｐｍ］、５００［ｐｐｍ］、１０００［ｐｐｍ］に順次変化させた。酸素濃度等については、「ＮＯ」の場合と同様である。
図２８には、酸化触媒３７が設けられた第２試作品について、アンモニア及び酸素が含有された試験ガスを用いた場合の試験結果としての検出電流値［μＡ］を、「アンモニア」として破線によって示す。酸化触媒３７が設けられた第２試作品においては、検出電流値は、ＮＯが供給された場合に比べてわずかに低く測定され、ＮＯが供給された場合から大きくは変化しなかった。この理由は、アンモニアの多くが酸化触媒３７によってＮＯｘに酸化され、酸化されたＮＯｘがＮＯｘ電極３２に到達したためである。
このように、ＮＯｘ電極３２の周辺に酸化触媒３７を設けることにより、アンモニアを効果的にＮＯｘに酸化（変換）させることができ、ＮＯｘセンサ部１２によってアンモニア濃度を精度良く検出できることが確認された。
本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。
１ マルチガスセンサ
１１ アンモニアセンサ部
１２ ＮＯｘセンサ部
１３ 算出制御部
２１ 第１固体電解質体
２２ アンモニア電極
２３ 第１基準電極
３１ 第２固体電解質体
３２ ＮＯｘ電極
３４Ａ 第２基準電極

Claims (7)

  1. ＮＯｘを還元する触媒（７２）及び前記触媒へアンモニアを含む還元剤（Ｋ）を供給する還元剤供給装置（７３）が配置された、内燃機関（７）の排気管（７１）において、前記触媒から流出するアンモニア及びＮＯｘの濃度を検出するマルチガスセンサであって、
    酸素イオンの伝導性を有する第１固体電解質体（２１）、及び前記第１固体電解質体を介して配置されたアンモニア電極（２２）及び第１基準電極（２３）を有し、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出し、前記電位差に基づいて測定ガス（Ｇ）におけるアンモニア濃度を算出するよう構成されたアンモニアセンサ部（１１）と、
    酸素イオンの伝導性を有する第２固体電解質体（３１）、前記第２固体電解質体を介して配置されたＮＯｘ電極（３２）及び第２基準電極（３４Ａ）、及び前記ＮＯｘ電極を収容するとともに拡散抵抗部（３５１）を介して測定ガスが導入される測定ガス室（３５）を有し、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に電圧が印加された状態において、前記ＮＯｘ電極と前記第２基準電極との間に生じる電流を検出し、前記電流に基づいて測定ガスにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、前記補正前ＮＯｘ濃度から前記アンモニア濃度を差し引いてＮＯｘ濃度を算出するよう構成されたＮＯｘセンサ部（１２）と、
    前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度が前記ＮＯｘセンサ部による前記ＮＯｘ濃度よりも高く、かつ前記アンモニア濃度と前記ＮＯｘ濃度との差が第２濃度差（Δｎ２）以上となって、前記触媒からアンモニアが所定量以上流出することを示す特定条件が満たされる場合には、前記マルチガスセンサからの出力に用いるアンモニア出力濃度を、前記ＮＯｘセンサ部による前記補正前ＮＯｘ濃度、又は前記補正前ＮＯｘ濃度によって補正した、前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度とし、前記特定条件が満たされない場合には、前記アンモニア出力濃度を、前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度、又は前記ＮＯｘセンサ部の前記ＮＯｘ濃度によって補正された、前記アンモニアセンサ部の前記アンモニア濃度とする算出制御部（１３）と、を備えるマルチガスセンサ（１）。
  2. 前記算出制御部は、
    前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度と前記ＮＯｘセンサ部による前記ＮＯｘ濃度との関係を示す濃度領域を、前記ＮＯｘ濃度が前記アンモニア濃度よりも高く、かつ前記ＮＯｘ濃度と前記アンモニア濃度との差が第１濃度差（Δｎ１）以上となって、前記触媒からＮＯｘが所定量以上流出することを示す第１濃度領域（Ｎ１）、前記アンモニア濃度が前記ＮＯｘ濃度よりも高く、かつ前記アンモニア濃度と前記ＮＯｘ濃度との差が第２濃度差（Δｎ２）以上となって、前記触媒からアンモニアが所定量以上流出することを示す第３濃度領域（Ｎ３）、及び前記第１濃度領域と前記第３濃度領域との間の第２濃度領域（Ｎ２）に区分したとき、
    前記アンモニア出力濃度を、
    前記第１濃度領域においては、前記ＮＯｘセンサ部の前記ＮＯｘ濃度に基づく第１補正量を用いて補正された、前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度とし、
    前記第２濃度領域においては、前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度、又は前記ＮＯｘセンサ部の前記ＮＯｘ濃度に基づく、前記第１補正量よりも補正の度合いが小さい第２補正量を用いて補正された、前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度とし、
    前記第３濃度領域においては、前記ＮＯｘセンサ部による前記補正前ＮＯｘ濃度、又は前記補正前ＮＯｘ濃度によって補正した、前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度とするよう構成されている、請求項１に記載のマルチガスセンサ。
  3. 前記算出制御部は、
    前記第１濃度領域においては、
    前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に第１電圧（Ｅ１）を印加したときに、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に生じる第１電流（Ｉ１）と、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に前記第１電圧と異なる第２電圧（Ｅ２）を印加したときに、前記アンモニア電極と前記第１基準電極との間に生じる第２電流（Ｉ２）とを検出し、
    前記第２電流と前記第１電流との差分を、前記第２電圧と前記第１電圧との差分によって除算した傾き（θ）を算出し、
    前記傾きが基準傾き（θ０）以上である場合には、測定ガスにアンモニアが含まれていることを検知する一方、前記傾きが基準傾き未満である場合には、測定ガスにアンモニアが含まれていないことを検知するよう構成されている、請求項２に記載のマルチガスセンサ。
  4. 前記アンモニアセンサ部は、
    前記アンモニア電極における、酸素の還元反応とアンモニアの酸化反応とが等しくなるときに生じる、前記アンモニア電極と前記基準電極との間の電位差を検出するよう構成されており、
    前記ＮＯｘセンサ部は、
    前記第２固体電解質体を介して配置されたポンプ電極（３３）及び第３基準電極（３４Ｂ）を更に有し、前記ポンプ電極と前記第３基準電極との間に電圧を印加して、前記ポンプ電極が収容された前記測定ガス室における酸素を汲み出すとともに、前記ポンプ電極と前記第３基準電極との間に流れる電流に基づいて測定ガスにおける酸素濃度を算出するようにも構成されており、
    前記算出制御部は、
    前記マルチガスセンサから出力するアンモニア出力濃度を、前記ＮＯｘセンサ部の酸素濃度によって補正するよう構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のマルチガスセンサ。
  5. 前記第１固体電解質体と前記第２固体電解質体とは、基準ガス（Ａ）が導入される基準ガスダクト（２４）を介して積層されており、
    前記第１基準電極、前記第２基準電極及び前記第３基準電極は、前記基準ガスダクト内に収容されており、
    前記第２固体電解質体に対して前記第１固体電解質体が積層された側とは反対側には、前記第２固体電解質体及び前記第１固体電解質体を加熱するヒータ部（４）が積層されている、請求項４に記載のマルチガスセンサ。
  6. 前記拡散抵抗部、前記第２固体電解質体の表面又は前記第２固体電解質体に積層された絶縁体（２５，３６，４２）の表面には、アンモニアを酸化させてＮＯｘに変換させる酸化触媒が設けられている、請求項１～５のいずれか１項に記載のマルチガスセンサ。
  7. 前記マルチガスセンサは、前記還元剤供給装置が、前記アンモニアセンサ部による前記アンモニア濃度と前記ＮＯｘセンサ部による前記ＮＯｘ濃度とが前記第２濃度領域内になるよう、前記触媒への前記還元剤の供給量を調整するために用いられるものである、請求項２又は３に記載のマルチガスセンサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP7304317B2 (ja) * 2020-06-08 2023-07-06 株式会社Soken アンモニア濃度検出装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001133447A (ja) 1999-11-02 2001-05-18 Ngk Insulators Ltd ガス分析方法およびそのための装置
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Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001133447A (ja) 1999-11-02 2001-05-18 Ngk Insulators Ltd ガス分析方法およびそのための装置
JP2010038806A (ja) 2008-08-07 2010-02-18 Ngk Spark Plug Co Ltd マルチガスセンサ及びガスセンサ制御装置
JP2011075546A (ja) 2009-09-03 2011-04-14 Ngk Spark Plug Co Ltd マルチガスセンサの制御方法及びマルチガスセンサの制御装置
JP2018040746A (ja) 2016-09-09 2018-03-15 日本碍子株式会社 ガスセンサ
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