JP7261184B2 - gas sensor - Google Patents
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Description
本開示は、ガスセンサに関する。 The present disclosure relates to gas sensors.
従来、排気中のアンモニア濃度を検出することが可能なガスセンサとしては、下記の特許文献1に記載のガスセンサがある。特許文献1に記載のガスセンサは、センサ素子と、制御装置とを備えている。
センサ素子は混成電位セルを有している。混成電位セルは、固体電解質体と、固体電解質体の一方の表面に配置される検知電極と、固体電解質体の他方の表面に配置される参照電極とにより構成されている。混成電位セルでは、検知電極、固体電解質体、及び排気との三相界面において排気中のアンモニアの酸化及び酸素のイオン化などの電気化学反応が生じることにより、検知電極に混成電位が生じる。そのため、検知電極と参照電極との間には、排気中のアンモニア濃度及び酸素濃度に応じた起電力が発生する。
Conventionally, as a gas sensor capable of detecting the concentration of ammonia in exhaust gas, there is a gas sensor described in
The sensor element has a mixed potential cell. A mixed potential cell is composed of a solid electrolyte body, a sensing electrode arranged on one surface of the solid electrolyte body, and a reference electrode arranged on the other surface of the solid electrolyte body. In a mixed potential cell, electrochemical reactions such as oxidation of ammonia and ionization of oxygen in the exhaust occur at the three-phase interface between the sensing electrode, the solid electrolyte, and the exhaust, resulting in a mixed potential at the sensing electrode. Therefore, an electromotive force corresponding to the concentrations of ammonia and oxygen in the exhaust gas is generated between the detection electrode and the reference electrode.
制御装置は、起電力取得部と、酸素濃度取得部と、アンモニア濃度導出部とを備えている。起電力取得部は、混成電位セルに発生する起電力を取得する。酸素濃度取得部は、排気中の酸素濃度を取得する。アンモニア濃度導出部は、起電力取得部により取得された起電力と、酸素濃度取得部により取得された排気中の酸素濃度とから以下の式f1に基づいて排気中のアンモニア濃度を導出する。なお、式f1において、「EMF」は混成電位セルの起電力であり、「α」、「β」、及び「B」は定数であり、「a」及び「b」は任意の底であり、「pNH3」は排気中のアンモニア濃度であり、「p02」は排気中の酸素濃度である。 The control device includes an electromotive force acquisition section, an oxygen concentration acquisition section, and an ammonia concentration derivation section. The electromotive force acquisition unit acquires an electromotive force generated in the mixed potential cell. The oxygen concentration acquisition unit acquires the oxygen concentration in exhaust gas. The ammonia concentration derivation unit derives the concentration of ammonia in the exhaust based on the following equation f1 from the electromotive force obtained by the electromotive force obtaining unit and the oxygen concentration in the exhaust obtained by the oxygen concentration obtaining unit. Note that in formula f1, “EMF” is the electromotive force of the mixed potential cell, “α”, “β”, and “B” are constants, “a” and “b” are arbitrary bases, “p NH3 ” is the concentration of ammonia in the exhaust, and “p 02 ” is the concentration of oxygen in the exhaust.
EMF=αloga(pNH3)-βlogb(pO2)+B (f1) EMF=αlog a (p NH3 )−βlog b (p O2 )+B (f1)
ところで、発明者らが行った実験やシミュレーション等によると、排気中のアンモニア濃度が低い場合、上記の式f1に基づいてアンモニア濃度を演算すると、その演算精度が悪化することが確認されている。これは、検知電極の表面でアンモニアが熱分解及び酸化されることによりアンモニアの一部が消失することが理由であると考えられる。より詳しくは、一部のアンモニアが検知電極の表面で消失すると、混成電位セルにより検出されるアンモニア濃度と、実際の排気中のアンモニア濃度とに誤差が生じる。この誤差がガスセンサのアンモニアの検出精度に影響を与えることとなるが、その影響は排気中のアンモニア濃度が低濃度であるほど大きくなる。そのため、上記の式(1)を用いた場合、特に排気中のアンモニア濃度が低濃度である場合に、アンモニア濃度の演算精度を確保することができないおそれがある。 By the way, according to the experiments and simulations conducted by the inventors, it has been confirmed that when the concentration of ammonia in the exhaust gas is low, the accuracy of calculation of the concentration of ammonia deteriorates when the concentration of ammonia is calculated based on the above equation f1. The reason for this is thought to be that part of the ammonia disappears due to thermal decomposition and oxidation of the ammonia on the surface of the sensing electrode. More specifically, if some of the ammonia disappears on the surface of the sensing electrode, there will be an error between the ammonia concentration detected by the mixed potential cell and the actual ammonia concentration in the exhaust gas. This error affects the ammonia detection accuracy of the gas sensor, and the lower the concentration of ammonia in the exhaust gas, the greater the effect. Therefore, when the above equation (1) is used, especially when the concentration of ammonia in the exhaust gas is low, there is a possibility that the accuracy of calculation of the concentration of ammonia cannot be ensured.
なお、このような課題は、排気中のアンモニアを検出するガスセンサに限らず、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分の濃度を検出するガスセンサに共通する課題である。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分の濃度を、より高い精度で検出することが可能なガスセンサを提供することにある。
This problem is not limited to gas sensors that detect ammonia in exhaust gas, but is common to gas sensors that detect the concentration of a target gas component contained in a gas to be measured.
The present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a gas sensor capable of detecting with higher accuracy the concentration of a detection target gas component contained in a gas to be measured. .
上記課題を解決するガスセンサは、酸素濃度検出部(41)と、混成電位セル(44)と、ガス濃度演算部(226)と、を備える。酸素濃度検出部は、被測定ガスに含まれる酸素の濃度を検出する。混成電位セルは、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分及び酸素を検知してそれらの濃度に応じた電位である混成電位が発生する検知電極(65)と、大気に接触可能に設けられる基準電極(66)とを有し、被測定ガス中の検知対象ガス成分の濃度及び酸素の濃度に応じた起電力が検知電極と基準電極との間に発生する。ガス濃度演算部は、検知対象ガス成分の濃度が所定濃度以上であるときに対応した検知対象ガス成分の濃度と混成電位セルの起電力との関係を示し、且つ酸素濃度に応じた複数の第1演算式と、検知対象ガス成分の濃度が所定濃度未満であるときに対応した検知対象ガス成分の濃度と混成電位セルの起電力との関係を示すとともに、第1演算式とは異なる相関を有し、且つ酸素濃度に応じた複数の第2演算式とを有し、複数の第1演算式及び複数の第2演算式から、酸素濃度検出部により検出される酸素濃度に対応した第1演算式及び第2演算式を選定し、選定された第1演算式及び第2演算式から混成電位セルの起電力に基づいて被測定ガス中の検知対象ガス成分の濃度を演算する。
上記課題を解決する他のガスセンサは、酸素濃度検出部(41)と、混成電位セル(44)と、ガス濃度演算部(226)と、を備える。酸素濃度検出部は、被測定ガスに含まれる酸素の濃度を検出する。混成電位セルは、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分及び酸素を検知してそれらの濃度に応じた電位である混成電位が発生する検知電極(65)と、大気に接触可能に設けられる基準電極(66)とを有し、被測定ガス中の検知対象ガス成分の濃度及び酸素の濃度に応じた起電力が検知電極と基準電極との間に発生する。ガス濃度演算部は、検知対象ガス成分の濃度が所定濃度以上であるときに対応した検知対象ガス成分の濃度と混成電位セルの起電力との関係を示し、且つ酸素濃度に応じた複数の第1マップと、検知対象ガス成分の濃度が所定濃度未満であるときに対応した検知対象ガス成分の濃度と混成電位セルの起電力との関係を示すとともに、第1マップとは異なる相関を有し、且つ酸素濃度に応じた複数の第2マップとを有し、複数の第1マップ及び複数の第2マップから、酸素濃度検出部により検出される酸素濃度に対応した第1マップ及び第2マップを選定し、選定された第1マップ及び第2マップから混成電位セルの起電力に基づいて被測定ガス中の検知対象ガス成分の濃度を演算する。
A gas sensor that solves the above problems comprises an oxygen concentration detector (41), a mixed potential cell (44), and a gas concentration calculator (226). The oxygen concentration detector detects the concentration of oxygen contained in the gas to be measured. The mixed potential cell includes a detection electrode (65) that detects a gas component to be detected and oxygen contained in the gas to be measured and generates a mixed potential that is a potential corresponding to their concentrations, and a reference that is provided so as to be in contact with the atmosphere. An electromotive force is generated between the detection electrode and the reference electrode according to the concentration of the gas component to be detected and the concentration of oxygen in the gas to be measured. The gas concentration calculator indicates the relationship between the concentration of the gas component to be detected and the electromotive force of the mixed potential cell corresponding to when the concentration of the gas component to be detected is equal to or higher than a predetermined concentration, and calculates a plurality of second values corresponding to the oxygen concentration. 1 calculation formula and the relationship between the concentration of the detection target gas component and the electromotive force of the mixed potential cell corresponding to when the concentration of the detection target gas component is less than the predetermined concentration, and a correlation different from the first calculation formula is shown. and a plurality of second arithmetic expressions corresponding to the oxygen concentration, and from the plurality of first arithmetic expressions and the plurality of second arithmetic expressions, a first first arithmetic expression corresponding to the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection unit An arithmetic expression and a second arithmetic expression are selected, and the concentration of the gas component to be detected in the gas to be measured is calculated based on the electromotive force of the mixed potential cell from the selected first arithmetic expression and second arithmetic expression .
Another gas sensor that solves the above problem comprises an oxygen concentration detector (41), a mixed potential cell (44), and a gas concentration calculator (226). The oxygen concentration detector detects the concentration of oxygen contained in the gas to be measured. The mixed potential cell includes a detection electrode (65) that detects a gas component to be detected and oxygen contained in the gas to be measured and generates a mixed potential that is a potential corresponding to their concentrations, and a reference that is provided so as to be in contact with the atmosphere. An electromotive force is generated between the detection electrode and the reference electrode according to the concentration of the gas component to be detected and the concentration of oxygen in the gas to be measured. The gas concentration calculator indicates the relationship between the concentration of the gas component to be detected and the electromotive force of the mixed potential cell corresponding to when the concentration of the gas component to be detected is equal to or higher than a predetermined concentration, and calculates a plurality of second values corresponding to the oxygen concentration. 1 map and the relationship between the concentration of the detection target gas component and the electromotive force of the mixed potential cell corresponding to when the concentration of the detection target gas component is less than the predetermined concentration, and has a different correlation from the first map. and a plurality of second maps corresponding to the oxygen concentration, the first map and the second map corresponding to the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection unit from the plurality of first maps and the plurality of second maps is selected, and the concentration of the gas component to be detected in the gas to be measured is calculated based on the electromotive force of the mixed potential cell from the selected first map and second map.
この構成によれば、検知対象ガス成分の濃度が高い場合に用いられる第1演算式又は第1マップのみを用いて検知対象ガス成分の濃度を演算する場合と比較すると、検知対象ガス成分の濃度が低い場合に、その濃度をより高い精度で演算することが可能となる。
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
According to this configuration, compared to the case of calculating the concentration of the detection target gas component using only the first arithmetic expression or the first map used when the concentration of the detection target gas component is high, the concentration of the detection target gas component is low, the concentration can be calculated with higher accuracy.
It should be noted that the means described above and the reference numerals in parentheses described in the claims are examples showing the corresponding relationship with specific means described in the embodiments described later.
本開示のガスセンサによれば、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分の濃度を、より高い精度で検出することができる。 According to the gas sensor of the present disclosure, the concentration of the detection target gas component contained in the gas under measurement can be detected with higher accuracy.
以下、ガスセンサの一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
はじめに、実施形態のガスセンサが搭載される車両の排気浄化システムの概要について説明する。
An embodiment of the gas sensor will be described below with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same constituent elements in each drawing are denoted by the same reference numerals as much as possible, and overlapping descriptions are omitted.
First, an outline of an exhaust purification system for a vehicle in which the gas sensor of the embodiment is mounted will be described.
図1に示されるように、本実施形態の車両の排気浄化システム1は、ディーゼルエンジンであるエンジン10の排気を浄化するシステムである。エンジン10には排気通路を形成する排気管11が接続されており、その排気管11には、エンジン10側から順に酸化触媒コンバータ12と選択還元触媒コンバータ(以下、「SCR触媒コンバータ」と称する)13とが設けられている。酸化触媒コンバータ12は、ディーゼル酸化触媒14と、DPF(Diesel Particulate Filter)15とを有している。SCR触媒コンバータ13は、選択還元型の触媒としてSCR触媒16を有している。また、排気管11における酸化触媒コンバータ12とSCR触媒コンバータ13との間には、還元剤としての尿素水(尿素水溶液)を排気管11内に添加供給するための尿素水添加弁17が設けられている。
As shown in FIG. 1, a vehicle
ディーゼル酸化触媒14は、主としてセラミック製の担体と、酸化アルミニウム、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムを成分とする酸化物混合物と、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属触媒とで構成されている。ディーゼル酸化触媒14は、排気に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等を酸化させて浄化する。
The
DPF15は、ハニカム構造体により形成され、多孔質セラミックに白金やパラジウムなどの白金族触媒が担持されることで構成されている。DPF15は、排気中に含まれる粒子状物質をハニカム構造体の隔壁に堆積させることで捕集する。堆積した粒子状物質は、燃焼によって酸化され浄化される。この燃焼には、ディーゼル酸化触媒14における温度上昇や、添加剤による粒子状物質の燃焼温度低下が利用される。
The DPF 15 is formed of a honeycomb structure, and is configured by supporting a platinum group catalyst such as platinum or palladium on a porous ceramic. The
SCR触媒コンバータ13は、酸化触媒コンバータ12の後処理装置としてNOxを窒素と水に還元する装置である。SCR触媒16としては、例えばゼオライト又はアルミナなどの基材表面に白金などの貴金属を担持した触媒が用いられる。SCR触媒16は、触媒温度が活性温度域にある場合に、還元剤としての尿素が添加されることによりNOxを還元して浄化する。
The SCR
排気浄化システム1は、排気中のNOx濃度及びアンモニア(NH3)濃度を検出するためのガスセンサ20を備えている。ガスセンサ20は、センサ素子21とSCU(Sensor Control Unit)22とを有している。センサ素子21は、排気管11におけるSCR触媒コンバータ13の下流側に配置されている。センサ素子21は、その検出位置における排気中のNOx濃度及びアンモニア濃度を検出する。センサ素子21にはSCU22が接続されている。センサ素子21の検出信号はSCU22に入力される。SCU22は、CPUや各種メモリを有するマイクロコンピュータとその周辺回路とを有する電子制御装置であり、センサ素子21の検出信号に基づいて排気中の酸素濃度やNOx濃度、アンモニア濃度等を演算する。本実施形態では、排気が被測定ガスに相当する。
The
SCU22は、CANバス等の通信線31を介してエンジンECU30等の各種ECUに接続されている。SCU22及びエンジンECU30は通信線31を用いて相互に情報の授受が可能となっている。SCU22からエンジンECU30に対しては、例えば排気中の酸素濃度やNOx濃度、アンモニア濃度の情報が送信される。エンジンECU30は、CPUや各種メモリを有するマイクロコンピュータとその周辺回路とを有する電子制御装置であり、エンジン10や排気系の各種装置を制御する。エンジンECU30は、例えばアクセル開度やエンジン回転速度に基づいて燃料噴射制御等を実施する。また、エンジンECU30は、ガスセンサ20により検出されるNOx濃度及びアンモニア濃度に基づいて、尿素水添加弁17による尿素水添加の制御を実施する。
The
次に、ガスセンサ20の構成について説明する。図2及び図3はガスセンサ20のセンサ素子21の内部構造を示す図である。なお、図の左右方向がセンサ素子21の長手方向であり、図の左側が素子先端側である。
センサ素子21は、ポンプセル41と、センサセル42と、モニタセル43と、混成電位セル44と、第1固体電解質体51と、第2固体電解質体52と、基板部53と、拡散抵抗体54と、ヒータ59と、保護層70とを備えている。
Next, the configuration of the
The
第1固体電解質体51、第2固体電解質体52、及び基板部53は、板状に形成されるとともに、この順で厚さ方向に所定の隙間を有して並べて配置されている。基板部53と第2固体電解質体52との間に形成される隙間は第1基準ガス室64を形成している。第1固体電解質体51と第2固体電解質体52との間に形成される隙間は測定ガス室61及び第2基準ガス室62を形成している。測定ガス室61及び第2基準ガス室62は、隔壁63により、それぞれ独立した空間として区画されている。第1基準ガス室64及び第2基準ガス室62には、基準酸素濃度ガスとしての大気が導入されている。
The first
第1固体電解質体51の一側面は開放されており、その開放された一側面に拡散抵抗体54が配置されている。測定ガス室61には、排気管11を流れる排気が保護層70及び拡散抵抗体54を通じて導入される。拡散抵抗体54は、アルミナ等の多孔質部材や、細孔を有する部材からなる。拡散抵抗体54は、測定ガス室61内に導入される排気量を制限するために設けられている。
One side of the first
ポンプセル41は、センサセル42及びモニタセル43よりも拡散抵抗体54に近い位置に配置されている。ポンプセル41は、拡散抵抗体54から導入される排気中の酸素を除去する。
ポンプセル41は、第2固体電解質体52と、第2固体電解質体52における測定ガス室61側の表面に配置されるポンプ電極55と、第2固体電解質体52における第1基準ガス室64側の表面に配置される共通電極58とにより構成されている。ポンプ電極55は、NOxを分解し難いNOx不活性電極、例えばPt-Au(白金-金)合金により形成される電極からなる。共通電極58は、センサセル42及びポンプセル41に対応する領域まで延びるように配置されている。ポンプ電極55と共通電極58との間には、SCU22によりポンプ電圧Vpが印加されている。
The
The
ポンプ電極55には、拡散抵抗体54を通じて測定ガス室61に導入される排気が接触する。ポンプ電極55に排気中の酸素が接触すると、ポンプ電極55において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、第2固体電解質体52内を共通電極58に向かって流れ、共通電極58において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、第1基準ガス室64から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてポンプ電極55と共通電極58との間にポンプ電流Ipが流れる。したがって、ポンプ電流Ipは、ポンプセル41における酸素の除去量、換言すれば排気中の酸素濃度に応じた値を示す。本実施形態では、ポンプセル41が、被測定ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度検出部に相当する。
The exhaust gas introduced into the measuring
図3に示されるように、センサセル42は、ポンプセル41よりも拡散抵抗体54から離間した位置に配置されている。センサセル42は、ポンプセル41を通過した排気中のNOx濃度及び残留酸素の濃度を検出する。
図2に示されるように、センサセル42は、第2固体電解質体52と、第2固体電解質体52における測定ガス室61側の表面に配置されるセンサ電極56と、共通電極58とにより構成されている。センサ電極56は、NOxを分解し易いNOx活性電極、例えばPt-Rh(白金-ロジウム)合金により形成される電極からなる。センサ電極56と共通電極58との間には、SCU22によりセンサ電圧Vsが印加されている。
As shown in FIG. 3 , the
As shown in FIG. 2, the
センサ電極56には、ポンプ電極55を通過した排気、すなわち酸素が除去された排気が接触する。センサ電極56に排気中のNOxが接触することにより、センサ電極56においてNOxが窒素及び酸素に分解される。また、ポンプ電極55により除去することができなかった残留酸素が排気中に存在する場合、この残留酸素もセンサ電極56に接触する。センサ電極において分解された酸素、及び排気中の残留酸素がセンサ電極56に接触することにより、センサ電極56において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、第2固体電解質体52内を共通電極58に向かって流れ、共通電極58において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、第1基準ガス室64から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてセンサ電極56と共通電極58との間にセンサ電流Isが流れる。したがって、センサ電流Isは排気中のNOx濃度及び残留酸素の濃度に応じた値を示す。
The
図3に示されるように、モニタセル43は、センサセル42と並ぶように配置されている。モニタセル43は、ポンプセル41を通過した排気中の残留酸素の濃度を検出する。
図2に示されるように、モニタセル43は、第2固体電解質体52と、第2固体電解質体52における測定ガス室61側の表面に配置されるモニタ電極57と、共通電極58とにより構成されている。モニタ電極57は、NOxを分解し難いNOx不活性電極、例えばPt-Au(白金-金)合金により形成される電極からなる。モニタ電極57と共通電極58との間には、SCU22によりモニタ電圧Vmが印加されている。
As shown in FIG. 3 , the
As shown in FIG. 2, the
モニタ電極57には、ポンプ電極55により酸素が除去された排気が接触する。排気中に残留酸素が存在する場合、残留酸素がモニタ電極57に接触することにより、モニタ電極57において酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、第2固体電解質体52内を共通電極58に向かって流れ、共通電極58において電荷を放出して酸素となる。この酸素は、第1基準ガス室64から大気に放出される。この際の電荷の流れに応じてモニタ電極57と共通電極58との間にモニタ電流Imが流れる。したがって、モニタ電流Imは排気中の残留酸素の濃度に応じた値を示す。
Exhaust gas from which oxygen has been removed by the
ヒータ59は基板部53の内部に設けられている。ヒータ59は、通電に基づき発熱することにより固体電解質体51,52を加熱し、固体電解質体51,52の温度を活性化温度に保持する。
混成電位セル44は、センサ素子21において第2基準ガス室62が設けられる部分に配置されている。混成電位セル44は、センサ素子21の外部に存在する排気中の酸素及びアンモニアを検出する。
The
The mixed
混成電位セル44は、第1固体電解質体51と、第1固体電解質体51の外面510に配置される検知電極65と、第1固体電解質体51における第2基準ガス室62側の内面に配置される基準電極66とにより構成されている。検知電極65は、貴金属である白金や金、パラジウム等を主成分とする電極からなる。
The mixed
検知電極65には、第1固体電解質体51の外面510付近に存在する排気が接触する。検知電極65では、センサ素子21の外部に存在する排気中のアンモニア及び酸素が接触することにより、以下の(f2)に示されるアノード反応と、以下の式(f3)に示されるカソード反応とが生じる。
The exhaust gas present near the
2NH3+3O2-→N2+3H2O+6e- (f2)
O2+4e-→2O2- (f3)
式f2に示されるアノード反応及び式f3に示されるカソード反応が一つの検知電極65の三相界面で同時に発生することにより、排気に含まれるアンモニア濃度及び酸素濃度に応じた電位である混成電位が検知電極65に発生する。これにより、検知電極65と、大気に接触可能に設けられる基準電極66との間に、排気中のアンモニア濃度及び酸素濃度に応じた起電力VNH3が発生する。起電力VNH3は、検知電極65と基準電極66との間の電位差である。本実施形態では、アンモニアが、被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分に相当する。
2NH 3 +3O 2− →N 2 +3H 2 O+6e − (f2)
O 2 +4e − →2O 2− (f3)
The anodic reaction represented by the formula f2 and the cathodic reaction represented by the formula f3 occur simultaneously at the three-phase interface of one
保護層70は、センサ素子21の外面を覆うように設けられている。保護層70により混成電位セル44の検知電極65も覆われている。保護層70は、Al2O3を主成分とし、気孔率が「20[%]~60[%]」の範囲で成形された多孔質体からなる。保護層70の厚さは約50[μm]である。保護層70は、センサ素子21の外部の排気を測定ガス室61及び検知電極65に導入することが可能でありながら、センサ素子21を外部環境から保護する。
The
図4に示されるように、SCU22は、ヒータ制御部220と、ポンプ電流検出部221と、センサ電流検出部222と、モニタ電流検出部223と、混成電位検出部224と、電圧調整部225と、ガス濃度演算部226と、通信部227とを備えている。
ヒータ制御部220は、ヒータ59に印加される電圧を制御することにより、ヒータ59の発熱量を制御する。
As shown in FIG. 4, the
The
ポンプ電流検出部221は、ポンプ電極55と共通電極58との間に流れるポンプ電流Ipを検出する。
センサ電流検出部222は、センサ電極56と共通電極58との間に流れるセンサ電流Isを検出する。
Pump
The sensor
モニタ電流検出部223は、モニタ電極57と共通電極58との間に流れるモニタ電流Imを検出する。
混成電位検出部224は、混成電位セル44の検知電極65と基準電極66との間に発生する混成電位セル44の起電力VNH3を検出する。
A
The mixed
電圧調整部225は、ポンプ電極55と共通電極58との間にポンプ電圧Vpを印加するとともに、センサ電極56と共通電極58との間にセンサ電圧Vsを印加し、さらにモニタ電極57と共通電極58との間にモニタ電圧Vmを印加する。なお、電圧調整部225は、混成電位セル44の検知電極65と基準電極66との間には電圧を印加していない。
The
通信部227は、通信線31を介してSCU22とエンジンECU30との間で各種通信を行う部分である。
ガス濃度演算部226は、ポンプ電流検出部221により検出されるポンプ電流Ip、センサ電流検出部222により検出されるセンサ電流Is、及びモニタ電流検出部223により検出されるモニタ電流Imに基づいて排気中の酸素濃度検出値及びNOx濃度検出値を演算する。具体的には、ポンプ電流Ipは排気中の酸素濃度と相関関係がある。また、センサ電流Isは排気中のNOx濃度及び残留酸素と相関関係がある。さらに、モニタ電流Imは排気中の残留酸素と相関関係がある。これらの関係を利用し、ガス濃度演算部226は、ポンプ電流Ipに基づいて排気中の酸素濃度検出値を演算式やマップ等を用いて演算する。また、ガス濃度演算部226は、センサ電流Isからモニタ電流Imを減算することにより、NOx濃度に相関する電流値「Is-Im」を求めるとともに、求めた電流値「Is-Im」から演算式やマップ等を用いて排気中のNOx濃度検出値を演算する。
The
The gas
また、ガス濃度演算部226は、混成電位検出部224により検出される混成電位セル44の起電力VNH3に基づいて排気中のアンモニア濃度検出値を演算する。具体的には、混成電位セル44の起電力VNH3は排気中の酸素濃度及びアンモニア濃度と相関関係がある。これを利用し、ガス濃度演算部226は、ポンプ電流Ipに基づいて演算される酸素濃度検出値と混成電位セル44の起電力VNH3とから演算式やマップ等を用いて排気中のアンモニア濃度検出値pNH3を演算する。本実施形態では、アンモニア濃度pNH3が検知対象ガス成分の濃度pGasに相当する。また、起電力VNH3が、検知対象ガス成分の濃度に応じて混成電位セル44に発生する起電力VGasに相当する。
Further, the gas
ガス濃度演算部226は、演算された酸素濃度検出値、NOx濃度検出値、及びアンモニア濃度検出値の情報を、通信部227を介してエンジンECU30に送信する。
次に、ガス濃度演算部226によるアンモニア濃度の演算手順について具体的に説明する。
The gas
Next, a procedure for calculating the concentration of ammonia by the gas
発明者らは混成電位セル44の起電力VNH3と排気中のアンモニア濃度との関係を実験的に求めた。図5は、センサ素子21に保護層70が設けられていない場合における混成電位セル44の起電力VNH3とアンモニア濃度pNH3との関係を実験的に求めたデータを、対数グラフを用いてグラフ化したものである。
The inventors experimentally determined the relationship between the electromotive force VNH3 of the mixed
図5に示されるように、保護層70が設けられていない場合には、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10以上である高濃度領域A11と、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10未満である低濃度領域A10とで、アンモニア濃度pNH3の単位変化量に対する混成電位セル44の起電力VNH3の変化傾向が異なる。具体的には、高濃度領域A11よりも低濃度領域A10の方がアンモニア濃度pNH3の単位変化量に対する混成電位セル44の起電力VNH3の変化量が小さい。
As shown in FIG. 5, when the
図5に示されるグラフに基づけば、混成電位セル44の起電力VNH3とアンモニア濃度pNH3との関係は、低濃度領域A10では以下の式f4に示される近似式で表すことができ、高濃度領域A11では以下の式f5に示される近似式で表すことができる。なお、式f4,f5において、「A1」,「B1」,「C1」,及び「D1」は所定の定数である。定数A1,C1との間には「A1<C1」なる関係が成立し、定数B1,D1との間には「B1>D1」なる関係が成立する。
Based on the graph shown in FIG. 5, the relationship between the electromotive force V NH3 of the mixed
VNH3=A1×ln(pNH3)+B1 (f4)
VNH3=C1×ln(pNH3)+D1 (f5)
このように、アンモニア濃度pNH3が低濃度の領域A10と高濃度の領域A11とでアンモニア濃度pNH3の変化に対する混成電位セル44の起電力VNH3の変化傾向が異なる理由は以下の通りであると考えられる。
VNH3 = A1 *ln( pNH3 )+ B1 (f4)
V NH3 =C 1 ×ln(p NH3 )+D 1 (f5)
The reason why the change tendency of the electromotive force V NH3 of the mixed
混成電位セル44の検知電極65では、上述したf2及びf3に示される反応が発生するだけでなく、実際には検知電極65の表面においてアンモニアの熱分解による消失現象が発生する。具体的には、混成電位セル44の検知電極65では、以下の式f6に示されるようにアンモニアが熱分解される。
At the
2NH3→N2+3H2 (f6)
式f6に示されるような現象が生じてアンモニアが熱分解されると、その分だけ混成電位セル44の検知電極65により検出されるアンモニア濃度が減少する。これが、実際の排気中のアンモニア濃度に対して混成電位セル44に発生すべき起電力の理論値から実際の混成電位セル44の起電力VNH3が乖離する要因となる。このようなアンモニアの熱分解に起因する混成電位セル44の起電力VNH3の理論値と実値との乖離は排気中のアンモニア濃度が低いほど顕著に表れることとなる。そのため、上記の特許文献1に記載のガスセンサのように、混成電位セル44の起電力VNH3とアンモニア濃度pNH3との関係を一つの上記の式f1で近似すると、排気中のアンモニア濃度が低い状況において、式f1により演算されるアンモニア濃度pNH3と実際のアンモニア濃度との乖離が大きくなり、精度良くアンモニア濃度pNH3を検出できない。
2NH3 → N2 + 3H2 (f6)
When the phenomenon shown in formula f6 occurs and ammonia is thermally decomposed, the concentration of ammonia detected by the
図6は、保護層70を有していないガスセンサ20によるアンモニア濃度pNH3の演算値と実際のアンモニア濃度との相関について、上記の式f4,f5の二つの演算式を用いてアンモニア濃度pNH3を演算した場合と、上記の式f5のみを用いてアンモニア濃度pNH3を演算した場合とを比較して示したものである。図6では、二つの演算式を用いてアンモニア濃度pNH3を演算した場合の相関関係が実線で示され、上記の式f5のみを用いてアンモニア濃度pNH3を演算した場合の相関関係が二点鎖線で示されている。
FIG. 6 shows the correlation between the calculated value of the ammonia concentration p NH3 by the
図6に示されるように、上記の式f5のみを用いてアンモニア濃度pNH3を演算した場合、高濃度領域A11ではアンモニア濃度pNH3の演算値が実際のアンモニア濃度と略一致する。しかしながら、低濃度領域A10ではアンモニア濃度pNH3の演算値と実際のアンモニア濃度との乖離が大きくなる。すなわち、アンモニア濃度pNH3の演算精度が低下する。 As shown in FIG. 6, when the ammonia concentration pNH3 is calculated using only the above equation f5, the calculated value of the ammonia concentration pNH3 approximately matches the actual ammonia concentration in the high concentration region A11. However, in the low concentration region A10, the difference between the calculated value of the ammonia concentration pNH3 and the actual ammonia concentration becomes large. That is, the calculation accuracy of the ammonia concentration pNH3 is lowered.
これに対して、上記の式f4,f5の二つの式を用いてアンモニア濃度pNH3を演算すると、高濃度領域A11だけでなく低濃度領域A10でもアンモニア濃度pNH3の演算値が実際のアンモニア濃度に略一致する。したがって、アンモニア濃度pNH3の演算精度を確保することができる。 On the other hand, when the ammonia concentration p NH3 is calculated using the above two equations f4 and f5, the calculated value of the ammonia concentration p NH3 is the actual ammonia concentration not only in the high concentration region A11 but also in the low concentration region A10. approximately match. Therefore, it is possible to ensure the calculation accuracy of the ammonia concentration pNH3 .
一方、図7は、センサ素子21に保護層70が設けられている場合における混成電位セル44の起電力VNH3とアンモニア濃度pNH3との関係を実験的に求めたデータを、対数グラフを用いてグラフ化したものである。図7に示されるように、保護層70が設けられている場合でも、同様に、低濃度領域A10と高濃度領域A11とで、アンモニア濃度pNH3の単位変化量に対する混成電位セル44の起電力VNH3の変化傾向が異なる。図7に示されるグラフに基づけば、混成電位セル44の起電力VNH3とアンモニア濃度pNH3との関係は、低濃度領域A10では以下の式f7に示される近似式で表すことができ、高濃度領域A11では以下の式f8に示される近似式で表すことができる。なお、式f7,f8において、「A2」,「B2」,「C2」,「D2」は所定の定数である。定数A2,C2との間には「A2<C2」なる関係が成立し、定数B2,D2との間には「B2>D2」なる関係が成立する。
On the other hand, FIG. 7 shows, using a logarithmic graph, experimentally determined data of the relationship between the electromotive force V NH3 and the ammonia concentration p NH3 of the mixed
VNH3=A2×ln(pNH3)+B2 (f7)
VNH3=C2×ln(pNH3)+D2 (f8)
図5及び図7を比較して明らかなように、保護層70が設けられている場合には、保護層70が設けられていない場合よりも、低濃度領域A10において、アンモニア濃度pNH3の単位変化量に対する混成電位セル44の起電力VNH3の変化量が小さくなる。このように保護層70の有無で混成電位セル44の起電力VNH3の変化傾向が異なる理由は以下の通りであると考えられる。
V NH3 = A 2 × ln(p NH3 ) + B 2 (f7)
VNH3 = C2 *ln( pNH3 )+ D2 (f8)
5 and 7, when the
保護層70が設けられている場合、上記の式f6に示されるアンモニアの熱分解の現象に加え、保護層70に吸着されるアンモニアが酸素と反応して酸化されることにより、更に多くのアンモニアが消失する。具体的には、保護層70では、以下の式f9~f11に示されるようなアンモニアの酸化反応が生じる。
When the
4NH3+5O2→4NO+6H2O (f9)
4NH3+6NO→5N2+6H2O (f10)
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (f11)
式f9~f11に示されるようなアンモニアの酸化反応が保護層70で発生することにより、保護層70が設けられていない場合と比較すると、より多くのアンモニアが消失する。これが、混成電位セル44の起電力VNH3の理論値と実値とを更に乖離させる要因となる。
4NH3 + 5O2 →4NO+ 6H2O (f9)
4NH3 +6NO→ 5N2 + 6H2O (f10)
4NH3 +4NO+ O2 → 4N2 + 6H2O (f11)
Due to the oxidation reactions of ammonia occurring in the
図8は、保護層70を有しているガスセンサ20によるアンモニア濃度pNH3の演算値と実際のアンモニア濃度との相関について、上記の式f7,f8の二つの演算式を用いてアンモニア濃度pNH3を演算した場合と、上記の式f8のみを用いてアンモニア濃度pNH3を演算した場合とを比較して示したものである。図8では、上記の式f7,f8の二つの演算式を用いてアンモニア濃度pNH3を演算した場合の相関関係が実線で示され、上記の式f8のみを用いてアンモニア濃度pNH3を演算した場合の相関関係が二点鎖線で示されている。
FIG. 8 shows the correlation between the ammonia concentration p NH3 calculated by the
図8に示されるように、ガスセンサ20に保護層70が設けられている場合、上記の式f8のみを用いてアンモニア濃度pNH3を演算すると、低濃度領域A10においてアンモニア濃度pNH3の演算値と実際のアンモニア濃度との乖離が非常に大きくなる。すなわち、アンモニア濃度pNH3の演算精度が大きく低下する。
As shown in FIG. 8, when the
これに対し、上記の式f7,f8の二つの演算式を用いてアンモニア濃度pNH3を演算すると、高濃度領域A11だけでなく低濃度領域A10でもアンモニア濃度pNH3の演算値が実際のアンモニア濃度に略一致する。したがって、アンモニア濃度pNH3の演算精度を確保することができる。 On the other hand, when the ammonia concentration p NH3 is calculated using the two equations f7 and f8 above, the calculated value of the ammonia concentration p NH3 is the actual ammonia concentration not only in the high concentration region A11 but also in the low concentration region A10. approximately match. Therefore, it is possible to ensure the calculation accuracy of the ammonia concentration pNH3 .
以上のように、保護層70の有無に関わらず、混成電位セル44の起電力VNH3とアンモニア濃度pNH3との関係を示す演算式として、2つの演算式を用いれば、アンモニア濃度pNH3の演算精度を確保することができる。2種類の演算式とは、具体的には、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10以上である場合に対応した第1演算式、及びアンモニア濃度pNH3が所定濃度p10未満である場合に対応した第2演算式である。第1演算式及び第2演算式は異なる相関を有する。
As described above, irrespective of the presence or absence of the
以上を踏まえ、本実施形態のガス濃度演算部226は、混成電位セル44の起電力VNH3とアンモニア濃度pNH3との関係を示す演算式として、図9に示されるような演算式を用いる。図9に示されるように、ガス濃度演算部226は、酸素濃度pO2が「5[%]」、「10[%]」、「15[%]」、及び「20[%]」のそれぞれの場合に対応した演算式m1~m4を有している。各演算式m1~m4は、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10未満である場合に対応する低濃度用近似式m11,m21,m31,m41と、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10以上である場合に対応する高濃度用近似式m12,m22,m32,m42とから構成されている。
Based on the above, the
なお、高濃度用近似式m12は、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10以上であるときに、アンモニア濃度pNH3に対する起電力VNH3の値が低濃度用近似式m11よりも大きく演算される演算式からなる。これに対し、低濃度用近似式m11は、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10未満であるときに、アンモニア濃度pNH3に対する起電力VNH3の値が高濃度用近似式m12よりも大きく演算される演算式からなる。他の低濃度用近似式m21,m31,m41と高濃度用近似式m22,m32,m42との関係性も同様である。 Note that the high-concentration approximation formula m12 is an arithmetic expression in which the value of the electromotive force V NH3 with respect to the ammonia concentration p NH3 is larger than the low-concentration approximation formula m11 when the ammonia concentration p NH3 is equal to or higher than the predetermined concentration p10. consists of On the other hand, in the low-concentration approximation formula m11, when the ammonia concentration p NH3 is less than the predetermined concentration p10, the value of the electromotive force V NH3 with respect to the ammonia concentration p NH3 is calculated to be larger than the high-concentration approximation formula m12. Consists of arithmetic expressions. The same applies to the relationships between other low-density approximation formulas m21, m31, m41 and high-density approximation formulas m22, m32, m42.
図2に示されるように、本実施形態のガスセンサ20は保護層70を有しているため、低濃度用近似式m11,m21,m31,m41は上記の式f7に示されるような演算式からなり、高濃度用近似式m12,m22,m32,m42は上記の式f8に示されるような演算式からなる。本実施形態では、高濃度用近似式m12,m22,m32,m42が第1演算式に相当し、低濃度用近似式m11,m21,m31,m41が第2演算式に相当する。
As shown in FIG. 2, since the
なお、発明者らは各演算式m1~m4を次のような手法で取得した。まず、酸素濃度pO2が「5[%]」、「10[%]」、「15[%]」、及び「20[%]」である場合のそれぞれについて、混成電位セル44の起電力VNH3とアンモニア濃度pNH3との関係を実験的に測定した。それらの関係を、アンモニア濃度pNH3が「1[ppm]」、「10[ppm]」、「50[ppm]」、「100[ppm]」、「200[ppm]」、「500[ppm]」である場合のそれぞれについて測定した。
The inventors obtained each of the arithmetic expressions m1 to m4 by the following method. First, the electromotive force V of the mixed
そして、酸素濃度pO2が「5[%]」である場合に測定された混成電位セル44の起電力VNH3及びアンモニア濃度pNH3との関係を示すデータのうち、「1[ppm]」、「10[ppm]」、「50[ppm]」のデータの対数近似線を求めることにより低濃度用近似式m11を取得した。また、「100[ppm]」、「200[ppm]」、「500[ppm]」のデータの対数近似線を求めることにより高濃度用近似式m12を取得した。そして、取得した低濃度用近似式m11及び高濃度用近似式m12のうち、アンモニア濃度pNH3に対する起電力VNH3の値が大きい方の近似式を用いることにより、酸素濃度pO2が「5[%]」である場合の演算式m1を作成した。例えば、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10未満である場合には、高濃度用近似式m12よりも低濃度用近似式m11の方が、アンモニア濃度pNH3に対する起電力VNH3の値が大きい。そのため、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10未満である場合には、演算式m1として低濃度用近似式m11を選択した。また、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10以上である場合には、低濃度用近似式m11よりも高濃度用近似式m12の方が、アンモニア濃度pNH3に対する起電力VNH3の値が大きい。そのため、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10以上である場合には、演算式m1として高濃度用近似式m12を選択した。以上により、酸素濃度pO2が「5[%]」である場合に対応する演算式m1の作成が完了する。同様の手法を用いて、酸素濃度pO2が「10[%]」、「15[%]」、及び「20[%]」である場合に対応する演算式m2~m4も作成した。
Then, among the data showing the relationship between the electromotive force V NH3 of the mixed
このようにして求められた各演算式m1~m4はSCU22のメモリに予め記憶されている。ガス濃度演算部226は、演算式m1~m4のうち、ポンプ電流Ipに基づいて演算される酸素濃度検出値pO2に対応する演算式を選択する。また、ガス濃度演算部226は、選択された演算式に基づいて、混成電位検出部224により検出される混成電位セル44の起電力VNH3から排気中のアンモニア濃度検出値pNH3を演算する。
The arithmetic expressions m1 to m4 obtained in this manner are stored in the memory of the
この際、酸素濃度検出値pO2が「5[%]」、「10[%]」、「15[%]」、及び「20[%]」のそれぞれの中間の値である場合には、酸素濃度検出値pO2に対応する演算式が存在しない。この場合、ガス濃度演算部226は、演算式m1~m4から、酸素濃度検出値pO2に対応する演算式を作成する。例えば酸素濃度検出値pO2が「17.5[%]」である場合、ガス濃度演算部226は、「15[%]」に対応する演算式m3と、「20[%]」に対応する演算式m4とを合成することで、酸素濃度検出値pO2が「17.5[%]」である場合に対応する演算式を求める。具体的には、ガス濃度演算部226は、低濃度用演算式m31及びm41を合成して低濃度用合成演算式を作成するとともに、高濃度用演算式m32及びm42を合成して高濃度用合成演算式を作成する。この場合、高濃度用合成演算式が第1合成演算式に相当し、低濃度用合成演算式が第2合成演算式に相当する。ガス濃度演算部226は、それらの合成演算式を利用して、混成電位セル44の起電力VNH3からアンモニア濃度検出値pNH3を演算する。
At this time, when the oxygen concentration detection value p O2 is an intermediate value among "5 [%]", "10 [%]", "15 [%]", and "20 [%]", There is no arithmetic expression corresponding to the detected oxygen concentration value pO2 . In this case, the
以上説明した本実施形態のガスセンサ20によれば、以下の(1)~(6)に示される作用及び効果を得ることができる。
(1)ガス濃度演算部226は、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10以上であるとき、高濃度用近似式m12,m22,m32,m42を用いて混成電位セル44の起電力VNH3からアンモニア濃度pNH3を演算する。ガス濃度演算部226は、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10未満であるとき、高濃度用近似式m12,m22,m32,m42とは異なる相関を有する低濃度用近似式m11,m21,m31,m41を用いて混成電位セル44の起電力VNH3からアンモニア濃度pNH3を演算する。このような構成によれば、高濃度用近似式m12,m22,m32,m42のみを用いてアンモニア濃度pNH3を演算する場合と比較すると、アンモニア濃度pNH3が低い場合に、より高い精度でアンモニア濃度pNH3を演算することができる。
According to the
(1) When the ammonia concentration p NH3 is equal to or higher than the predetermined concentration p10, the gas
(2)ガス濃度演算部226は、低濃度用近似式m11,m21,m31,m41として、上記の式f7を用いる。この構成によれば、アンモニア濃度pNH3が所定濃度p10未満であるときに、高い精度でアンモニア濃度pNH3を演算することができる。
(2) The
(3)ガス濃度演算部226は、酸素濃度pO2に応じた複数の低濃度用近似式m11,m21,m31,m41及び高濃度用近似式m12,m22,m32,m42を有する。ガス濃度演算部226は、それらの演算式のうち、ポンプセル41により検出される酸素濃度pO2に対応した低濃度用近似式及び高濃度用近似式を選定して、選定された低濃度用近似式及び高濃度用近似式を用いて混成電位セル44の起電力VNH3からアンモニア濃度pNH3を演算する。ガス濃度演算部226は、酸素濃度pO2に対応した低濃度用近似式及び高濃度用近似式が存在しない場合、低濃度用近似式m11,m21,m31,m41及び高濃度用近似式m12,m22,m32,m42を合成して合成演算式を作成するとともに、作成した合成演算式を用いて混成電位セル44の起電力VNH3からアンモニア濃度pNH3を演算する。このような構成によれば、酸素濃度pO2が「5[%]」、「10[%]」、「15[%]」、及び「20[%]」でない場合であっても、アンモニア濃度pNH3を精度良く演算することが可能となる。
(3) The
(4)本実施形態のガスセンサ20が検知対象とするガスはアンモニアである。上述の通り、アンモニアは特に熱分解及び酸化し易いガスであるため、本実施形態のような構成を採用することの意義は大きい。
(5)混成電位セル44の検知電極65は貴金属を主成分に形成されている。このような構成によれば、貴金属の触媒作用によりアンモニアの化学反応が促進されるため、アンモニアの検出精度を大きく改善することができる。
(4) The gas to be detected by the
(5) The
(6)ガスセンサ20は、混成電位セル44の検知電極65を保護する保護層70を更に備える。上述の通り、ガスセンサ20に保護層70が設けられている場合には、アンモニアが酸化して消失し易いため、本実施形態のような構成を採用することの意義は大きい。
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
(6) The
The above embodiment can also be implemented in the following forms.
・ガス濃度演算部226は、低濃度用近似式m11として複数の演算式を用いたり、高濃度用近似式m12として複数の演算式を用いるものであってもよい。他の低濃度用近似式m21,m31,m41及び高濃度用近似式m22,m32,m42に関しても同様である。
The gas
・ガス濃度演算部226は、低濃度用近似式m11,m21,m31,m41及び高濃度用近似式m12,m22,m32,m42に代えて、高濃度用近似式に対応する第1マップと、低濃度用近似式に対応する第2マップとを用いてもよい。
・ガスセンサ20には保護層70が設けられていなくてもよい。
The gas
- The
・ガスセンサ20の混成電位セル44は、アンモニアを検知対象ガス成分とするものに限らず、例えば可燃性ガスである炭化水素(HC)を検知対象ガス成分とするものであってもよい。
・ガスセンサ20の構造は適宜変更可能である。上記実施形態のガスセンサ20の構成は、混成電位セル44を有する任意のガスセンサに適用可能である。
The mixed-
- The structure of the
・本開示に記載のSCU22及びその制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のSCU22及びその制御方法は、1つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のSCU22及びその制御方法は、1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと1つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
- The
・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。 - The present disclosure is not limited to the above specific examples. Appropriate design changes made by those skilled in the art to the above specific examples are also included in the scope of the present disclosure as long as they have the features of the present disclosure. Each element included in each specific example described above, and its arrangement, conditions, shape, etc., are not limited to those illustrated and can be changed as appropriate. As long as there is no technical contradiction, the combination of the elements included in the specific examples described above can be changed as appropriate.
20:ガスセンサ
41:ポンプセル(酸素濃度検出部)
44:混成電位セル
70:保護層
65:検知電極
66:基準電極
226:ガス濃度演算部
20: Gas sensor 41: Pump cell (oxygen concentration detector)
44: mixed potential cell 70: protective layer 65: detection electrode 66: reference electrode 226: gas concentration calculator
Claims (8)
前記被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分及び酸素を検知してそれらの濃度に応じた電位である混成電位が発生する検知電極(65)と、大気に接触可能に設けられる基準電極(66)とを有し、前記被測定ガス中の前記検知対象ガス成分の濃度及び酸素の濃度に応じた起電力が前記検知電極と前記基準電極との間に発生する混成電位セル(44)と、
前記検知対象ガス成分の濃度が所定濃度以上であるときに対応した前記検知対象ガス成分の濃度と前記混成電位セルの起電力との関係を示し、且つ前記酸素濃度に応じた複数の第1演算式と、前記検知対象ガス成分の濃度が前記所定濃度未満であるときに対応した前記検知対象ガス成分の濃度と前記混成電位セルの起電力との関係を示すとともに、前記第1演算式とは異なる相関を有し、且つ前記酸素濃度に応じた複数の第2演算式とを有し、複数の前記第1演算式及び複数の前記第2演算式から、前記酸素濃度検出部により検出される酸素濃度に対応した前記第1演算式及び前記第2演算式を選定し、選定された前記第1演算式及び前記第2演算式から前記混成電位セルの起電力に基づいて前記被測定ガス中の前記検知対象ガス成分の濃度を演算するガス濃度演算部(226)と、を備える
ガスセンサ。 an oxygen concentration detector (41) for detecting the concentration of oxygen contained in the gas to be measured;
A detection electrode (65) for detecting a detection target gas component and oxygen contained in the gas to be measured and generating a mixed potential, which is a potential corresponding to their concentrations, and a reference electrode (66) provided so as to be in contact with the atmosphere. and a mixed potential cell (44) in which an electromotive force corresponding to the concentration of the gas component to be detected and the concentration of oxygen in the gas to be measured is generated between the detection electrode and the reference electrode;
showing a relationship between the concentration of the detection target gas component and the electromotive force of the mixed potential cell corresponding to when the concentration of the detection target gas component is equal to or higher than a predetermined concentration, and a plurality of first calculations corresponding to the oxygen concentration; and the relationship between the concentration of the gas component to be detected and the electromotive force of the mixed potential cell corresponding to when the concentration of the gas component to be detected is less than the predetermined concentration. having different correlations and having a plurality of second arithmetic expressions corresponding to the oxygen concentration, and detected by the oxygen concentration detection unit from the plurality of the first arithmetic expressions and the plurality of the second arithmetic expressions The first arithmetic expression and the second arithmetic expression corresponding to the oxygen concentration are selected, and from the selected first arithmetic expression and the second arithmetic expression, based on the electromotive force of the mixed potential cell, and a gas concentration calculation unit (226) for calculating the concentration of the detection target gas component of
gas sensor.
VGas=A×ln(pGas)+B
を用いる
請求項1に記載のガスセンサ。 When the electromotive force of the mixed potential cell is "V Gas ", the concentration of the detection target gas component is "p Gas ", and predetermined constants are "A" and "B", As the second arithmetic expression, the following formula V Gas =A x ln (p Gas ) + B
The gas sensor according to claim 1.
前記第2演算式は、前記検知対象ガス成分の濃度が前記所定濃度未満であるときに、前記検知対象ガス成分の濃度に対する前記混成電位セルの起電力の値が前記第1演算式よりも大きく演算される演算式からなる
請求項1又は2に記載のガスセンサ。 According to the first arithmetic expression, when the concentration of the gas component to be detected is equal to or higher than the predetermined concentration, the value of the electromotive force of the mixed potential cell with respect to the concentration of the gas component to be detected is larger than that of the second arithmetic expression. consists of an arithmetic expression to be operated on,
The second calculation formula is such that when the concentration of the detection target gas component is less than the predetermined concentration, the value of the electromotive force of the mixed potential cell with respect to the concentration of the detection target gas component is larger than that of the first calculation formula. The gas sensor according to claim 1 or 2, comprising an arithmetic expression to be calculated.
複数の前記第1演算式及び複数の前記第2演算式の中に、前記酸素濃度検出部により検出される酸素濃度に対応した第1演算式及び第2演算式が存在しない場合、複数の前記第1演算式を合成して、前記酸素濃度検出部により検出される酸素濃度に応じた第1合成演算式を作成するとともに、複数の前記第2演算式を合成して、前記酸素濃度検出部により検出される酸素濃度に応じた第2合成演算式を作成し、前記第1合成演算式及び前記第2合成演算式を用いて前記混成電位セルの起電力から前記検知対象ガス成分の濃度を演算する
請求項1~3のいずれか一項に記載のガスセンサ。 The gas concentration calculation unit
If the first arithmetic expression and the second arithmetic expression corresponding to the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection unit do not exist among the plurality of first arithmetic expressions and the plurality of second arithmetic expressions, the plurality of the Synthesizing a first arithmetic expression to create a first synthetic arithmetic expression corresponding to the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection unit, and synthesizing a plurality of the second arithmetic expressions to form the oxygen concentration detection unit A second synthetic arithmetic expression corresponding to the oxygen concentration detected by is created, and the concentration of the detection target gas component is calculated from the electromotive force of the mixed potential cell using the first synthetic arithmetic expression and the second synthetic arithmetic expression The gas sensor according to any one of claims 1 to 3, which calculates.
請求項1~4のいずれか一項に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the detection target gas component is ammonia.
請求項1~5のいずれか一項に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the detection electrode is mainly composed of a noble metal.
請求項1~6のいずれか一項に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 6, further comprising a protective layer (70) that protects the sensing electrode.
前記被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分及び酸素を検知してそれらの濃度に応じた電位である混成電位が発生する検知電極(65)と、大気に接触可能に設けられる基準電極(66)とを有し、前記被測定ガス中の前記検知対象ガス成分の濃度及び酸素の濃度に応じた起電力が前記検知電極と前記基準電極との間に発生する混成電位セル(44)と、 A detection electrode (65) for detecting a detection target gas component and oxygen contained in the gas to be measured and generating a mixed potential, which is a potential corresponding to their concentrations, and a reference electrode (66) provided so as to be in contact with the atmosphere. and a mixed potential cell (44) in which an electromotive force corresponding to the concentration of the gas component to be detected and the concentration of oxygen in the gas to be measured is generated between the detection electrode and the reference electrode;
前記検知対象ガス成分の濃度が所定濃度以上であるときに対応した前記検知対象ガス成分の濃度と前記混成電位セルの起電力との関係を示し、且つ前記酸素濃度に応じた複数の第1マップと、前記検知対象ガス成分の濃度が前記所定濃度未満であるときに対応した前記検知対象ガス成分の濃度と前記混成電位セルの起電力との関係を示すとともに、前記第1マップとは異なる相関を有し、且つ前記酸素濃度に応じた複数の第2マップとを有し、複数の前記第1マップ及び複数の前記第2マップから、前記酸素濃度検出部により検出される酸素濃度に対応した前記第1マップ及び前記第2マップを選定し、選定された前記第1マップ及び前記第2マップから前記混成電位セルの起電力に基づいて前記被測定ガス中の前記検知対象ガス成分の濃度を演算するガス濃度演算部(226)と、を備える a plurality of first maps showing the relationship between the concentration of the detection target gas component and the electromotive force of the mixed potential cell corresponding to when the concentration of the detection target gas component is equal to or higher than a predetermined concentration, and corresponding to the oxygen concentration; and shows the relationship between the concentration of the detection target gas component and the electromotive force of the mixed potential cell corresponding to when the concentration of the detection target gas component is less than the predetermined concentration, and a correlation different from the first map and a plurality of second maps corresponding to the oxygen concentration, and corresponding to the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection unit from the plurality of first maps and the plurality of second maps selecting the first map and the second map, and determining the concentration of the detection target gas component in the gas under measurement based on the electromotive force of the mixed potential cell from the selected first map and the second map; a gas concentration calculation unit (226) that calculates
ガスセンサ。 gas sensor.
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