JP7459830B2 - ガス濃度検出システム - Google Patents
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Description
内燃機関の排気管(7)に配置されて使用されるものであり、ポンプ用固体電解質体(3B)に設けられたポンプ電極(311B)及びポンプ基準電極(312B)によって構成されたポンプセル(21B)を有するガスセンサ(10)と、
前記ガスセンサの動作を制御するセンサ制御装置(5)と、を備え、
前記センサ制御装置は、
前記排気管を流れる排ガス(G)に基づく前記内燃機関の空燃比を算出するために用いられ、前記ポンプ電極と前記ポンプ基準電極との間に流れる電流(Ip)を検出するポンプ電流検出部(53)と、
前記ポンプ電流検出部による前記電流が、所定のマイナス側のポンプ電流閾値(P1)以下である場合に、前記空燃比がリッチ側の特定値以下に小さいことを示す特定リッチ状態(R)にあることを検知する特定リッチ検知部(55)と、
前記ポンプセルの温度を検知する温度検知部(56)と、
前記温度検知部による前記温度が、前記ポンプセルの活性温度以上である場合にセル活性状態(X)を検知するセル活性検知部(57)と、
前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されていない場合、及び前記特定リッチ検知部によって前記特定リッチ状態が検知されている場合には、前記空燃比の算出又は利用を禁止する一方、前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されているとともに、前記特定リッチ検知部によって前記特定リッチ状態が検知されていない場合には、前記空燃比の算出又は利用を許可する空燃比活性判定部(58)と、を有するガス濃度検出システム(1)にある。
内燃機関の排気管(7)に配置されて使用されるものであり、ポンプ用固体電解質体(3B)に設けられたポンプ電極(311B)及びポンプ基準電極(312B)によって構成されたポンプセル(21B)と、前記ポンプ用固体電解質体に積層されたセンサ用固体電解質体(3A)に設けられたセンサ電極(311A)及びセンサ基準電極(312A)によって構成された、又は前記ポンプ用固体電解質体に設けられたセンサ電極(311A)及びセンサ基準電極(312A)によって構成されたセンサセル(21A)とを有するガスセンサ(10)と、
前記ガスセンサの動作を制御するセンサ制御装置(5)と、を備え、
前記センサ制御装置は、
前記排気管を流れる排ガス(G)に基づく前記内燃機関の空燃比を算出するために用いられ、前記ポンプ電極と前記ポンプ基準電極との間に流れる電流(Ip)を検出するポンプ電流検出部(53)と、
前記ポンプ電流検出部による前記電流が、所定のマイナス側のポンプ電流閾値(P1)以下である場合に、前記空燃比がリッチ側の特定値以下に小さい特定リッチ状態(R)にあることを検知する特定リッチ検知部(55)と、
前記排気管を流れる排ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するために用いられ、前記センサ電極と前記センサ基準電極との間に流れる電流(Is)を検出するセンサ電流検出部(51)と、
前記ポンプセルの温度を検知する温度検知部(56)と、
前記温度検知部による前記温度が、前記ポンプセルの活性温度以上である場合にセル活性状態(X)を検知するセル活性検知部(57)と、
前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されていない場合、及び前記特定リッチ検知部によって前記特定リッチ状態が検知されている場合には、前記特定ガスの濃度の算出又は利用を禁止する一方、前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されているとともに、前記特定リッチ検知部によって前記特定リッチ状態が検知されていない場合には、前記特定ガスの濃度の算出又は利用を許可するガス濃度活性判定部(59)と、を有するガス濃度検出システム(1)にある。
前記一態様のガス濃度検出システムは、算出する空燃比の精度を確保するために、ポンプ電流検出部を利用した特定リッチ検知部の検知結果と、温度検知部を利用したセル活性検知部との検知結果とに基づいて、空燃比の算出又は利用の活性判定を行う。具体的には、空燃比活性判定部は、セル活性検知部によってセル活性状態が検知されるとともに、特定リッチ検知部によって特定リッチ状態が検知されていない場合には、空燃比の精度が確保されると判断して、ポンプ電流検知部による電流に基づく空燃比の算出、又はポンプ電流検知部による電流に基づいて算出された空燃比の利用を許可する。空燃比活性判定部は、これ以外の場合には、空燃比の精度が確保されないと判断して、ポンプ電流検知部による電流に基づく空燃比の算出、又はポンプ電流検知部による電流に基づいて算出された空燃比の利用を禁止する。
前記他の態様のガス濃度検出システムは、算出する特定ガスの濃度の精度を確保するために、ポンプ電流検出部を利用した特定リッチ検知部の検知結果と、温度検知部を利用したセル活性検知部との検知結果とに基づいて、特定ガスの濃度の算出又は利用の活性判定を行う。具体的には、ガス濃度活性判定部は、セル活性検知部によってセル活性状態が検知されるとともに、特定リッチ検知部によって特定リッチ状態が検知されていない場合には、特定ガスの濃度の精度が確保されると判断して、センサ電流検知部による電流に基づく特定ガスの濃度の算出、又はセンサ電流検知部による電流に基づいて算出された特定ガスの濃度の利用を許可する。ガス濃度活性判定部は、これ以外の場合には、特定ガスの濃度の精度が確保されないと判断して、センサ電流検知部による電流に基づく特定ガスの濃度の算出、又はセンサ電流検知部による電流に基づいて算出された特定ガスの濃度の利用を禁止する。
<実施形態1>
本形態のガス濃度検出システム1は、図1~図5に示すように、ガスセンサ10と、ポンプ電流検出部53、特定リッチ検知部55、温度検知部56、セル活性検知部57及び空燃比活性判定部58を有するセンサ制御装置5とを備える。ガスセンサ10は、内燃機関としてのエンジンの排気管7に配置されて使用されるものであり、ポンプ用固体電解質体3Bに設けられたポンプ電極311B及びポンプ基準電極312Bによって構成されたポンプセル21Bを有する。センサ制御装置5は、ガスセンサ10の動作を制御するものである。
(ガスセンサ10)
図1に示すように、ガスセンサ10は、車両の内燃機関(エンジン)の排気管7の取付口71に配置され、排気管7を流れる排ガスGを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける特定ガスの濃度を検出するために用いられる。本形態のガスセンサ10のセンサセル21Aは、排ガスGに含まれる特定ガスとしてのNOx(窒素酸化物)の濃度を求めるためのものである。エンジンは、ディーゼルエンジンでもよく、ガソリンエンジンでもよい。
図1~図4に示すように、本形態のガスセンサ10は、センサ用固体電解質体3Aに積層されたポンプ用固体電解質体3Bに設けられたポンプ電極311B及びポンプ基準電極312Bを用いて構成されたポンプセル21Bをさらに有する。ポンプセル21Bは、ポンプ電極311B及びポンプ基準電極312B間に流れる電流Ipに基づいて、排ガスGに基づくエンジンの空燃比を求めるために使用される。センサ素子2の長手方向Lの先端側L1の部分には、センサセル21A及びポンプセル21Bによる素子検知部21が形成されている。
本形態において、センサ素子2の長手方向Lとは、センサ素子2が長尺形状に延びる方向のことをいう。また、長手方向Lに直交し、センサ用固体電解質体3A、ポンプ用固体電解質体3B及び各絶縁体33A,33B,33Cが積層された方向を、積層方向Dという。また、長手方向Lと積層方向Dとに直交する方向を、幅方向Wという。また、センサ素子2の長手方向Lにおいて、排ガスGに晒される側を先端側L1といい、先端側L1の反対側を基端側L2という。ガスセンサ10においても、センサ素子2の長手方向Lと同じ方向のことを長手方向Lという。
図2及び図3に示すように、センサ用固体電解質体3A及びポンプ用固体電解質体3Bは、所定の活性温度において、酸化物イオン(O2-)の伝導性を有するものである。センサ用固体電解質体3Aの内側表面301Aには、排ガスGに晒されるセンサ電極311Aが設けられており、センサ用固体電解質体3Aの外側表面302Aには、大気Aに晒されるセンサ基準電極312Aが設けられている。
図2~図4に示すように、ガス室35は、センサ用固体電解質体3Aの内側表面301Aとポンプ用固体電解質体3Bの内側表面301Bとの間において、中間絶縁体33Cとセンサ用固体電解質体3Aとポンプ用固体電解質体3Bとに囲まれて形成されている。ガス室35は、中間絶縁体33Cの長手方向Lの先端側L1の部位において、センサ電極311Aを収容する位置に形成されている。ガス室35は、中間絶縁体33Cと拡散抵抗部32とセンサ用固体電解質体3Aとポンプ用固体電解質体3Bとによって閉じられた空間部として形成されている。排気管7内を流れる排ガスGは、拡散抵抗部32を通過してガス室35内に導入される。
図2及び図4に示すように、本形態の拡散抵抗部(ガス導入部)32は、ガス室35の長手方向Lの先端側L1の部位に設けられている。拡散抵抗部32は、中間絶縁体33Cに形成された導入口内に、酸化アルミニウム(アルミナ)等の金属酸化物の多孔質体を配置することによって形成されている。ガス室35に導入される排ガスGの拡散速度(流量)は、排ガスGが拡散抵抗部32における多孔質体の気孔を通過する速度が制限されることによって決定される。なお、拡散抵抗部32は、ガス室35の幅方向Wの両側の部位に設けてもよい。
図2及び図3に示すように、ポンプ用固体電解質体3Bの外側表面302Bには、ポンプ側絶縁体33Bとポンプ用固体電解質体3Bとに囲まれ、大気Aが導入される大気ダクト36が隣接して形成されている。大気ダクト36は、ポンプ側絶縁体33Bにおける、ポンプ基準電極312Bを収容する長手方向Lの部位から、センサ素子2の長手方向Lにおける基端位置まで形成されている。
図2及び図3に示すように、センサ用固体電解質体3Aの外側表面302Aには、センサ側絶縁体33Aとセンサ用固体電解質体3Aとに囲まれ、大気Aが導入される補助大気ダクト37が隣接して形成されている。補助大気ダクト37は、センサ側絶縁体33Aにおける、センサ基準電極312Aを収容する長手方向Lの部位から、センサ素子2の長手方向Lにおける基端位置まで形成されている。なお、補助大気ダクト37内には、酸化アルミニウム等の金属酸化物の多孔質体による保護層を設けてもよい。
図2及び図3に示すように、センサ側絶縁体33Aは、補助大気ダクト37を形成するものであり、中間絶縁体33Cは、ガス室35を形成するものであり、ポンプ側絶縁体33Bは、大気ダクト36を形成するとともに発熱体34を埋設するものである。各絶縁体33A,33B,33Cは、酸化アルミニウム等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体33A,33B,33Cは、排ガスG又は大気Aである気体が透過することができない緻密体として形成されている。
図2~図4に示すように、発熱体34は、大気ダクト36を形成するポンプ側絶縁体33B内に埋設されている。発熱体34は、通電によって発熱する発熱部341と、発熱部341の、長手方向Lの基端側L2に繋がる発熱体リード部342とを有する。発熱部341は、積層方向Dにおいて、少なくとも一部がセンサ電極311A、センサ基準電極312A、ポンプ電極311B及びポンプ基準電極312Bに重なる位置に配置されている。発熱体34は、導電性を有する金属材料によって構成されている。発熱体リード部342の長手方向Lの基端側L2の端部には、端子接続部22が形成されている。
図1に示すように、センサ素子2の長手方向Lの先端側L1には、素子検知部21を覆う表面保護層38が形成されている。表面保護層38は、排ガスGが通過可能な気孔を有するセラミックス材料としての、互いに結合された複数のセラミックス粒子によって構成されている。
図1に示すように、ガスセンサ10は、センサ素子2を排気管7に配置して、センサ制御装置5に電気配線するために、ハウジング41、素子保持材42、端子保持材43、接触部材431、接点端子44、先端側カバー45、基端側カバー46、ブッシュ47、リード線48等を有する。
図1に示すように、ガスセンサ10におけるリード線48は、ガスセンサ10におけるガス検出の制御を行うセンサ制御装置5に電気接続されている。センサ制御装置5は、エンジンにおける燃焼運転を制御するエンジン制御装置6と連携してガスセンサ10における電気制御を行うものである。センサ制御装置5は、各種制御回路、コンピュータ等を用いて構成されている。なお、センサ制御装置5は、エンジン制御装置6内に構築してもよい。
図2に示すように、センサ電流検出部51は、排気管7を流れる排ガスGに含まれる特定ガスとしてのNOxの濃度を算出するために用いられ、センサ電極311Aとセンサ基準電極312Aとの間に流れる電流Isを検出する。センサ電流検出部51は、センサ電極311Aとセンサ基準電極312Aとの間に直流電圧を印加する電圧印加回路511と、センサ電極311Aとセンサ基準電極312Aとの間に流れる電流Isを検出する電流検出回路512とを有する。電圧印加回路511は、センサセル21Aに限界電流特性が生じる大きさの直流電圧を各電極311A,312A間に印加する。直流電圧は、センサ基準電極312Aをプラス側として印加される。
図2及び図5に示すように、NOx濃度算出部52は、センサ電流検出部51によって検出されるプラス側の電流Isに基づいて、排ガスGにおけるNOxの濃度を算出する。NOx濃度算出部52においては、プラス側の電流Isが大きいほど、NOxの濃度が高く算出される。NOx濃度算出部52は、エンジン制御装置6内に構築されていてもよい。
図2及び図5に示すように、ポンプ電流検出部53は、ポンプ電極311Bとポンプ基準電極312Bとの間に直流電圧を印加する電圧印加回路531と、ポンプ電極311Bとポンプ基準電極312Bとの間に流れる電流Ipを検出する電流検出回路532とを有する。電圧印加回路531は、排ガスGがガス室35内に流入するときの拡散抵抗部32による拡散抵抗によってポンプセル21Bに限界電流特性が生じる大きさの直流電圧を各電極311B,312B間に印加する。直流電圧は、ポンプ基準電極312Bをプラス側として印加され、直流電圧の印加によって、ガス室35内の酸素が大気ダクト36へ排出される。
図2及び図5に示すように、空燃比算出部54は、ポンプ電流検出部53によって検出される電流Ipに基づいて、排ガスGの組成に基づくエンジンの空燃比を算出する。ポンプ電流検出部53がプラス側の電流Ipを検出するときには、空燃比算出部54によってリーン側の空燃比が算出される。ポンプ電流検出部53がマイナス側の電流Ipを検出するときには、空燃比算出部54によってリッチ側の空燃比が算出される。空燃比算出部54は、エンジン制御装置6内に構築されていてもよい。
図5及び図6(a),(b)に示すように、特定リッチ検知部55は、ポンプ電流検出部53による電流Ipが、所定のマイナス側のポンプ電流閾値P1以下である場合に、特定リッチ状態Rにあることを検知し、特定リッチ状態Rを検知しない場合には、通常状態Nを検知する。ポンプ電流閾値P1は、大気ダクト36によるガス室35への酸素の供給限界量に基づいて定めればよい。
図2及び図5に示すように、温度検知部56は、ポンプセル21Bの抵抗値又はインピーダンスを検出する温度検出回路561を有する。温度検知部56は、温度検出回路561によって検出されたポンプセル21Bの抵抗値又はインピーダンスを用いて、ポンプセル21Bの温度を検知するよう構成されている。排ガスGの組成がストイキ(理論空燃比)の近傍にあるときには、ポンプ電流検出部53によって検出されるポンプ電流はほぼゼロになる。このストイキ状態等の排ガスGの組成に変動が少ない状態において、ポンプセル21Bの電極311B,312B間に電圧を印加したときの電流値を検出することにより、抵抗値又はインピーダンスを検出することができる。そして、温度検知部56は、抵抗値又はインピーダンスとポンプセル21Bの温度との相関関係に基づいて、抵抗値又はインピーダンスに基づいて、ポンプセル21Bの温度を検知する。
図2及び図5に示すように、セル活性検知部57は、ポンプセル21Bの温度、換言すればセンサ素子2の温度が活性温度になっているかを検知する。ポンプセル21Bの活性温度は、ポンプ用固体電解質体3Bが酸化物イオンの伝導性を有する温度として、例えば、600℃以上とすればよい。セル活性検知部57は、ポンプセル21Bの温度が活性温度以上である場合にセル活性状態Xを検知する一方、ポンプセル21Bの温度が活性温度未満である場合にセル非活性状態X0を検知する。
図2及び図5に示すように、空燃比活性判定部58は、セル活性検知部57によってセル非活性状態X0が検知されている場合には、空燃比算出部54による空燃比の算出又は利用を禁止するための空燃比非活性状態Y0を検知する。また、空燃比活性判定部58は、セル活性検知部57によってセル活性状態Xが検知されていたとしても、特定リッチ検知部55によって特定リッチ状態Rが検知されている場合には、空燃比算出部54による空燃比の算出又は利用を禁止するための空燃比非活性状態Y0を検知する。一方、空燃比活性判定部58は、セル活性検知部57によってセル活性状態Xが検知されるとともに、特定リッチ検知部55によって通常状態Nが検知されている場合には、空燃比算出部54による空燃比の算出又は利用を許可するための空燃比活性状態Yを検知する。
図6(a),(b)には、エンジンにおいてリッチの状態で燃焼した後の排ガスGがガス室35内に導入されるときの、ポンプセル21Bにおける電流Ipの変化、及び空燃比活性判定部58による空燃比の活性判定の変化をそれぞれ示す。図6(a)に示すように、ガス室35内に未燃ガスを含む排ガスGが導入されるときには、ポンプ電流検出部53によってマイナス側の電流Ipが検出される。このとき、大気ダクト36内の酸素が、ポンプ基準電極312Bにおいてイオン化してポンプ用固体電解質体3Bを介してポンプ電極311Bへ移動できるイオン伝導能力に応じて、ポンプ電流検出部53によって検出される電流が所定の第1マイナス値Ip1に維持される。
以下に、ガス濃度検出システム1の制御方法の一例について、図7のフローチャートを参照して説明する。
車両のエンジン、エンジン制御装置6及びセンサ制御装置5の起動後、発熱体34によってセンサ素子2が加熱され(ステップS101)、温度検知部56によって、ポンプセル21Bの温度が活性温度以上であるか否かが判定される(ステップS102)。ポンプセル21Bの温度が活性温度未満である場合には、セル活性検知部57によってセル非活性状態X0が検知されるとともに、空燃比活性判定部58によって空燃比非活性状態Y0が検知され、空燃比算出部54による空燃比の利用が禁止される。
図8に示すように、空燃比活性判定部58は、特定リッチ検知部55及びセル活性検知部57の他に、ポンプセル21Bへの供給電圧が正常であるか否かの検知、及びガスセンサ10に故障があるか否かの検知も加味して、空燃比算出部54による空燃比の算出又は利用の活性判定を行ってもよい。空燃比活性判定部58は、ポンプセル21Bへの供給電圧が正常であり、かつガスセンサ10に故障がないことを条件として、セル活性検知部57によってセル活性状態Xが検知されるとともに、特定リッチ検知部55によって特定リッチ状態Rが検知されていない場合に、空燃比算出部54による空燃比の算出又は利用を許可してもよい。
本形態のガス濃度検出システム1は、空燃比の算出精度を確保するために、ポンプ電流検出部53を利用した特定リッチ検知部55の検知結果と、温度検知部56を利用したセル活性検知部57との検知結果とに基づいて、空燃比算出部54による空燃比の算出又は利用の活性判定を行う。具体的には、空燃比活性判定部58は、セル活性検知部57によってセル活性状態Xが検知されるとともに、特定リッチ検知部55によって特定リッチ状態Rが検知されていない場合には、空燃比の算出精度が確保されると判断して、空燃比算出部54による空燃比の算出、又は空燃比算出部54によって算出された空燃比の利用を許可する。空燃比活性判定部58は、これ以外の場合には、空燃比の算出精度が確保されないと判断して、空燃比算出部54による空燃比の算出、又は空燃比算出部54によって算出された空燃比の利用を禁止する。
本形態は、空燃比活性判定部58において利用される特定リッチ状態Rの検知の仕方が、実施形態1と異なる場合について示す。本形態のガスセンサ10の構成は、実施形態1に示したものと同様である。図9(a)~(c)に示すように、本形態の特定リッチ検知部55による特定リッチ状態Rは、ポンプ電流検出部53による電流Ipが、ポンプ電流閾値P1以下であるとともに、センサ電流検出部51による電流Isが、所定のマイナス側のセンサ電流閾値S1以下である場合に検知される。本形態においては、センサ電流検出部51及びNOx濃度算出部52によって、特定ガスとしてのNOxの濃度が算出される。
図9(a)~(c)には、エンジンにおいてリッチの状態で燃焼した後の排ガスGがガス室35内に導入されるときの、ポンプセル21Bにおける電流Ipの変化、センサセル21Aにおける電流の変化、及び空燃比活性判定部58による空燃比の活性判定の変化をそれぞれ示す。
本形態は、図10に示すように、ガス濃度検出システム1が、空燃比の算出又は利用の許可及び禁止を行うとともに、特定ガスとしてのNOxの濃度の算出又は利用の許可及び禁止を行う場合について示す。本形態のガスセンサ10の構成は、実施形態1に示したものと同様である。本形態のガス濃度検出システム1は、ポンプ電流検出部53による電流Ipが、ポンプ電流閾値P1よりも大きな所定のマイナス側の事前ポンプ電流閾値P0以下である場合に、特定リッチ状態Rとは異なる事前特定リッチ状態R0にあることを検知する事前特定リッチ検知部550を有する。
事前ポンプ電流閾値P0は、エンジンの空燃比が理論空燃比(ストイキ)よりも若干リッチ側になったときに、ポンプ電流検出部53によって検出される電流値として設定されている。事前ポンプ電流閾値P0は、排ガスGに含まれるNOxと未燃ガスとの反応が出始めるリッチ側の空燃比に基づいて決定すればよい。事前特定リッチ検知部550は、ポンプ電流検出部53による電流Ipが、所定のマイナス側の事前ポンプ電流閾値P0以下である場合に、事前特定リッチ状態R0にあることを検知し、特定リッチ状態Rを検知しない場合には、通常状態Nを検知する。
エンジンの空燃比が理論空燃比(ストイキ)よりもリッチ側になるときには、エンジンから排気される排ガスGに含まれるNOxの濃度は、かなり低くなる。また、エンジンの空燃比がリーン側からリッチ側に移行するときには、排ガスGに含まれるNOxと未燃ガスとが反応して、NOx濃度算出部52によるNOxの濃度の算出精度に影響を与える。そのため、本形態においては、エンジンの空燃比が、リーン又は理論空燃比から特定リッチ状態Rに移行する前において、僅かにリッチ側になったときに、NOx濃度算出部52によって算出されるNOxの濃度の利用が禁止される。
図12(d)には、エンジンにおいてリッチの状態で燃焼した後の排ガスGがガス室35内に導入されるときの、ガス濃度活性判定部59によるNOxの濃度の活性判定の変化を示す。図12(a)~(c)は、実施形態2の図9(a)~(c)と同様の変化を示す。
エンジンの空燃比がリーン側に変化したときには、排ガスGに含まれる未燃ガス又は酸素が、ポンプ電極311Bに到達する時点から、センサ電極311Aに到達する時点までには時間遅れが生じる。そのため、ポンプ電流検出部53によって検出される電流Ipが変化する時点から、センサ電流検出部51によって検出される電流Isが変化する時点までには時間遅れが生じる。
以下に、ガス濃度検出システム1の制御方法の一例について、図13のフローチャートを参照して説明する。
車両のエンジン、エンジン制御装置6及びセンサ制御装置5の起動後、発熱体34によってセンサ素子2が加熱され(ステップS201)、温度検知部56によって、ポンプセル21Bの温度が活性温度以上であるか否かが判定される(ステップS202)。ポンプセル21Bの温度が活性温度未満である場合には、セル活性検知部57によってセル非活性状態X0が検知されるとともに、ガス濃度活性判定部59によってガス濃度非活性状態Z0が検知され、NOx濃度算出部52によるNOxの濃度の利用が禁止される。
本形態のガス濃度検出システム1は、NOxの濃度の算出精度を確保するために、ポンプ電流検出部53を利用した事前特定リッチ検知部550の検知結果と、温度検知部56を利用したセル活性検知部57との検知結果とに基づいて、NOxの濃度の算出又は利用の活性判定を行う。具体的には、ガス濃度活性判定部59は、セル活性検知部57によってセル活性状態Xが検知されるとともに、事前特定リッチ検知部550によって事前特定リッチ状態R0が検知されていない場合には、NOxの濃度の精度が確保されると判断して、NOx濃度算出部52によるNOxの濃度の算出、又はNOx濃度算出部52によって算出されたNOxの濃度の利用を許可する。ガス濃度活性判定部59は、これ以外の場合には、NOxの濃度の算出精度が確保されないと判断して、NOx濃度算出部52によるNOxの濃度の算出、又はNOx濃度算出部52によって算出されたNOxの濃度の利用を禁止する。
本形態は、図14及び図15に示すように、ポンプセル21Bをセンサ用固体電解質体3Aに設けることにより、センサ素子2が1枚の固体電解質体を有する場合について示す。本形態のガスセンサ10は、センサ用固体電解質体3Aに設けられたポンプ電極311B及びポンプ基準電極312Bを用いて構成されたポンプセル21Bを有する。ポンプセル21Bは、ポンプ電極311B及びポンプ基準電極312B間に流れる電流Ipに基づいて、排ガスGに基づくエンジンの空燃比を求めるために用いられる。本形態のポンプ基準電極312Bは、センサ基準電極312Aと一体化されている。
本形態は、センサセル21Aの構成が実施形態1~4の場合と異なる場合について示す。本形態のセンサセル21Aは、ポンプセル21Bによって、ガス室35内の排ガスGに含まれる酸素が除去された後にガス室35内に残留する酸素がセンサセル21Aに与える影響を少なくするための構成を有する。
本形態は、特定リッチ検知部55、温度検知部56、セル活性検知部57、空燃比活性判定部58、ガス濃度活性判定部59等の構成を、実施形態1~5のガスセンサ10とはさらに異なるガスセンサ10に適用する場合について示す。センサ用固体電解質体3A、ポンプ用固体電解質体3B、センサセル21A及びポンプセル21Bは、種々の構成を有していてもよい。センサ用固体電解質体3A及びポンプ用固体電解質体3Bは、それぞれ複数の固体電解質体によって構成してもよい。
また、図18に示すように、ガスセンサ10のセンサ素子2は、ポンプ用固体電解質体3B及びセンサ用固体電解質体3Aに設けられた主ポンプセル21B1と、及びポンプ用固体電解質体3B及びセンサ用固体電解質体3Aに設けられた補助ポンプセル21B2と、センサ用固体電解質体3Aに設けられたセンサセル21Aとを有する構成としてもよい。主ポンプセル21B1及び補助ポンプセル21B2のポンプ電極311Bは、ポンプ用固体電解質体3B及びセンサ用固体電解質体3Aに跨って設けられている。主ポンプセル21B1及び補助ポンプセル21B2のポンプ基準電極312Bは、表面保護層38を介して外部の排ガスGに晒されている。
10 ガスセンサ
21B ポンプセル
3B ポンプ用固体電解質体
5 センサ制御装置
55 特定リッチ検知部
56 温度検知部
57 セル活性検知部
58 空燃比活性判定部
Claims (6)
- 内燃機関の排気管(7)に配置されて使用されるものであり、ポンプ用固体電解質体(3B)に設けられたポンプ電極(311B)及びポンプ基準電極(312B)によって構成されたポンプセル(21B)を有するガスセンサ(10)と、
前記ガスセンサの動作を制御するセンサ制御装置(5)と、を備え、
前記センサ制御装置は、
前記排気管を流れる排ガス(G)に基づく前記内燃機関の空燃比を算出するために用いられ、前記ポンプ電極と前記ポンプ基準電極との間に流れる電流(Ip)を検出するポンプ電流検出部(53)と、
前記ポンプ電流検出部による前記電流が、所定のマイナス側のポンプ電流閾値(P1)以下である場合に、前記空燃比がリッチ側の特定値以下に小さいことを示す特定リッチ状態(R)にあることを検知する特定リッチ検知部(55)と、
前記ポンプセルの温度を検知する温度検知部(56)と、
前記温度検知部による前記温度が、前記ポンプセルの活性温度以上である場合にセル活性状態(X)を検知するセル活性検知部(57)と、
前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されていない場合、及び前記特定リッチ検知部によって前記特定リッチ状態が検知されている場合には、前記空燃比の算出又は利用を禁止する一方、前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されているとともに、前記特定リッチ検知部によって前記特定リッチ状態が検知されていない場合には、前記空燃比の算出又は利用を許可する空燃比活性判定部(58)と、を有するガス濃度検出システム(1)。 - 前記特定リッチ検知部による前記特定リッチ状態は、前記ポンプ電流検出部による前記電流が、前記ポンプ電流閾値以下である状態が所定時間(t1)継続した場合に検知される、請求項1に記載のガス濃度検出システム。
- 前記ガスセンサは、前記ポンプ用固体電解質体に積層されたセンサ用固体電解質体(3A)に設けられたセンサ電極(311A)及びセンサ基準電極(312A)によって構成された、又は前記ポンプ用固体電解質体に設けられたセンサ電極(311A)及びセンサ基準電極(312A)によって構成されたセンサセル(21A)をさらに有しており、
前記センサ制御装置は、前記排気管を流れる排ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するために用いられ、前記センサ電極と前記センサ基準電極との間に流れる電流(Is)を検出するセンサ電流検出部(51)をさらに有しており、
前記特定リッチ検知部による前記特定リッチ状態は、前記ポンプ電流検出部による前記電流が、前記ポンプ電流閾値以下であるとともに、前記センサ電流検出部による前記電流が、所定のマイナス側のセンサ電流閾値(S1)以下である場合に検知される、請求項1に記載のガス濃度検出システム。 - 前記ポンプ電流検出部による前記電流が、前記ポンプ電流閾値よりも大きな所定のマイナス側の事前ポンプ電流閾値(P0)以下である場合に、前記特定リッチ状態とは異なる事前特定リッチ状態(R0)にあることを検知する事前特定リッチ検知部(550)と、
前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されていない場合、及び前記事前特定リッチ検知部によって前記事前特定リッチ状態が検知されている場合には、前記特定ガスの濃度の算出又は利用を禁止する一方、前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されているとともに、前記事前特定リッチ検知部によって前記事前特定リッチ状態が検知されていない場合には、前記特定ガスの濃度の算出又は利用を許可するガス濃度活性判定部(59)と、をさらに有する請求項3に記載のガス濃度検出システム。 - 前記ポンプ用固体電解質体には、前記ポンプ電極が収容されるとともに、拡散抵抗部(32)を介して前記排ガスが導入されるガス室(35)が隣接して形成されており、
前記ポンプ用固体電解質体の、前記ガス室が位置する側とは反対側には、前記ポンプ基準電極が収容されるとともに、大気(A)が導入される大気ダクト(36)が隣接して形成されており、
前記特定リッチ状態は、前記ガス室内に流入する前記排ガスに含まれる未燃ガスを反応させるために、前記大気ダクトから前記ガス室内へ供給可能な、前記大気ダクトに流入する大気に含まれる酸素の供給限界量に基づいて定められる、請求項1~4のいずれか1項に記載のガス濃度検出システム。 - 内燃機関の排気管(7)に配置されて使用されるものであり、ポンプ用固体電解質体(3B)に設けられたポンプ電極(311B)及びポンプ基準電極(312B)によって構成されたポンプセル(21B)と、前記ポンプ用固体電解質体に積層されたセンサ用固体電解質体(3A)に設けられたセンサ電極(311A)及びセンサ基準電極(312A)によって構成された、又は前記ポンプ用固体電解質体に設けられたセンサ電極(311A)及びセンサ基準電極(312A)によって構成されたセンサセル(21A)とを有するガスセンサ(10)と、
前記ガスセンサの動作を制御するセンサ制御装置(5)と、を備え、
前記センサ制御装置は、
前記排気管を流れる排ガス(G)に基づく前記内燃機関の空燃比を算出するために用いられ、前記ポンプ電極と前記ポンプ基準電極との間に流れる電流(Ip)を検出するポンプ電流検出部(53)と、
前記ポンプ電流検出部による前記電流が、所定のマイナス側のポンプ電流閾値(P1)以下である場合に、前記空燃比がリッチ側の特定値以下に小さい特定リッチ状態(R)にあることを検知する特定リッチ検知部(55)と、
前記排気管を流れる排ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するために用いられ、前記センサ電極と前記センサ基準電極との間に流れる電流(Is)を検出するセンサ電流検出部(51)と、
前記ポンプセルの温度を検知する温度検知部(56)と、
前記温度検知部による前記温度が、前記ポンプセルの活性温度以上である場合にセル活性状態(X)を検知するセル活性検知部(57)と、
前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されていない場合、及び前記特定リッチ検知部によって前記特定リッチ状態が検知されている場合には、前記特定ガスの濃度の算出又は利用を禁止する一方、前記セル活性検知部によって前記セル活性状態が検知されているとともに、前記特定リッチ検知部によって前記特定リッチ状態が検知されていない場合には、前記特定ガスの濃度の算出又は利用を許可するガス濃度活性判定部(59)と、を有するガス濃度検出システム(1)。
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