JPH11160272A - ガス濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】湿度の影響を受けずに正確な酸素濃度を検出す
ることで、その他の汚染物質の濃度を的確に検出する。 【解決手段】酸素センサ２の限界電流（以下、酸素電
流）と、水分濃度センサ２の限界電流（以下、水分電
流）とは演算装置４に取り込まれる。そして、演算装置
４では、上記水分電流の電流値（検出値）から上記酸素
電流の電流値（検出値）が減算されて、車室内の水分濃
度が分かる。上記酸素電流は、この水分濃度に応じて補
正される。具体的には、本例では水分濃度が高いほど、
酸素電流（濃度）は大きくなるため、上記酸素電流は小
さく補正される。このように水分濃度に応じて酸素濃度
が補正されるため、湿度の影響を受けずに正確な酸素濃
度を検出でき、この結果、ＣＯ₂ の濃度を的確に検出で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス濃度検出装置
であって、空気中の酸素の濃度を検出することで、空気
中に含まれる汚染物質の濃度を検出するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開昭６１−３６０１６号公報に
は、車室内の酸素濃度を検出する酸素センサ、具体的に
は拡散制限電流方式の酸素センサを配置し、この検出結
果に応じて、車室内の換気を自動的に行うものが記載さ
れている。例えば、酸素センサにて酸素濃度が小さいと
測定されると、二酸化炭素の濃度が高いとして、車室内
の換気を行うようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記酸
素センサは、湿度によって検出値が変動し、正確な酸素
濃度が検出できないという問題がある。本発明は、湿度
の影響を受けずに正確な酸素濃度を検出することで、そ
の他の汚染物質の濃度を的確に検出することを目的とし
ている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１ないし４記載の発明では、ガス測定雰囲気
中の水分濃度に応じて、前記酸素センサ（２）の検出値
を補正する補正手段（４）を有することを特徴としてい
る。これにより、補正手段により水分濃度に応じて酸素
濃度が補正されるため、湿度の影響を受けずに正確な酸
素濃度を検出でき、この結果、汚染物質の濃度を的確に
検出できる。

【０００５】また、請求項４記載の発明では、限界電流
式酸素センサ（２）と、限界電流式水分濃度検出センサ
とは、共に積層型で一体成形されていることを特徴とし
ている。これにより、限界電流式酸素センサと限界電流
式水分濃度センサとを別個に配置する必要が無く、取付
作業性を向上できる。

【０００６】また、請求項５記載の発明では、車室内へ
送風される空気を冷却する冷却用熱交換器（３６）と、
冷却用熱交換器（３６）の空気下流側近傍に設置された
温度センサ（３７）と、車室内空気の酸素濃度を検出す
る酸素センサ（２）とを有し、酸素センサ（２）は、冷
却用熱交換器（３６）の空気下流側近傍に設置されて、
冷却用熱交換器（３６）を通過した直後の車室内空気の
酸素濃度を検出するようになっており、温度センサ（３
７）が検出する温度に基づいて、車室内空気の水分濃度
を演算し、この水分濃度に応じて、酸素センサの検出値
を補正する補正手段（５）を有することを特徴としてい
る。

【０００７】これにより、空調ケース内に車室内空気が
導入されているときには、酸素センサは、車室内空気の
酸素濃度を検出する。そして、冷却用熱交換器を通過し
て十分冷却された空気の相対湿度は、１００％であり、
さらに上記温度センサにて冷却用熱交換器を通過した空
気温度が分かる。そこで、請求項５記載の発明によれ
ば、補正手段により、上記空気温度から車室内空気の水
分濃度が演算され、水分濃度が演算されると、酸素セン
サの酸素濃度が補正される。この結果、正確な酸素濃度
が検出でき、汚染物質の濃度を的確に検出できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明の
第１実施形態について説明する。図１に本実施形態にお
けるガス濃度検出装置の概要を表すブロック図を示す。
図１に示すように本例では、ガス濃度検出装置１は、酸
素濃度を検出する酸素センサ２と、水分濃度を検出する
水分濃度センサ３と、これらセンサ２、３からの検出信
号を演算処理して、実際の酸素濃度を算出する演算装置
４を有する。

【０００９】図２に本例の酸素センサ２および水分濃度
センサ３の構造を示す。図３に図２中下方から上方に向
けて見た下面図を示す。先ず、本例の酸素センサ２は、
限界電流式酸素センサであって、車室内に配される。酸
素センサ２は、図２に示すように酸素イオン伝導性固体
物質で形成された酸素イオン伝導体であるジルコニア
（ＺｒＯ₂ ）６を有する。ジルコニア６の一端面（図２
中上方）には、白金層７が形成されている。さらに白金
層７には、陽極である白金（Ｐｔ）電極７ａが形成され
ている。また、ジルコニア６の他端面（図２中下方）に
は、白金層８が形成されている。白金層８には、陰極で
ある白金（Ｐｔ）電極８ａが形成されている。電極８ａ
は、図２に示すようにジルコニア６内に埋め込まれた電
極配線部８ｂを通じて、白金層７側に形成されている。
なお、これら白金層７、８は、ペースト状のものをジル
コニア６に塗布し焼き付けて形成されている。

【００１０】酸素センサ２は、図２に示すようにセラミ
ック酸化物であるアルミナが焼結されて形成されたアル
ミナ基板９を有する。なお、このアルミナ基板９は、板
厚０．２ｍｍのシート状の部材が積層されて構成されて
いる。アルミナ基板９の外端部には、同様にアルミナに
て形成された基板部１０（上述のシート状の部材が積層
されて構成されている）が焼き付け形成されて、中央部
分は空間１１が形成されるようになっている。

【００１１】アルミナ基板９の下側には、酸素センサ２
を加熱するために、例えばアルミナ基板上に白金電線が
プリントされたヒータ１３が設けられている。このヒー
タ１３には、図３に示すように２つの電極１４ａ、１４
ｂが設けられており、この２つの電極１４ａ、１４ｂか
ら電圧が印加されて、発熱するようになっている。上記
白金層７、８には、円形状のピンホール１２が形成され
ており、このピンホール１２から拡散により侵入した車
室内空気中の酸素が、直流電圧が印加される電極７ａ、
８ａ上で電気分解される。これにより、電極７ａ、８ａ
間に、酸素濃度に比例した限界電流が流れる。なお、上
記電極７ａ、８ｂには、酸素のみが電気分解できるだけ
の電圧が印加されている。

【００１２】次に、水分濃度センサ３について説明す
る。水分濃度センサ３は、上記酸素センサ２とほぼ同様
な構造であって、本例では、限界電流式水分濃度センサ
であり、車室内に配される。水分濃度センサ３は、図２
に示すように酸素イオン伝導性固体物質で形成された酸
素イオン伝導体であるジルコニア（ＺｒＯ₂ ）１５を有
する。ジルコニア１５の一端面（図２中下方）には、白
金層１６が形成されており、この白金層１６には陽極で
ある白金（Ｐｔ）電極１６ａが形成されている。

【００１３】ジルコニア１５の他端面（図２中上方）に
は、白金層１７が形成されており、この白金層１７に
は、陰極である白金（Ｐｔ）電極１７ａが形成されてい
る。電極１７ａは、図２に示すようにジルコニア１５内
に埋め込まれた電極配線部１７ｂを通じて、白金層１７
側に形成されている。なお、これら白金層１６、１７
は、ペースト状のものをジルコニア１５に塗布し焼き付
けて形成されている。

【００１４】水分濃度センサ３は、図２に示すようにセ
ラミック酸化物であるアルミナが焼結されて形成された
アルミナ基板１９を有する。なお、このアルミナ基板１
９も、上記アルミナ基板９と同様に積層されて構成され
ている。アルミナ基板１９の外端部には、同様にアルミ
ナにて形成された基板部２０が焼き付け形成されて、中
央部分は空間２１が形成されるようになっている。

【００１５】また、アルミナ基板１９は、上記ヒータ１
３のうちアルミナ基板９が付着される面と反対側の面に
付着されている。つまり、本例では、上記酸素センサ２
と水分濃度センサ３とは、共に積層型のものであり、同
一のヒータ１３を挟み込むように一体成形されている。
このようにすることで、車室内に酸素センサ２と水分濃
度センサ３とを別個に配置する必要が無く、取付作業性
を向上できる。

【００１６】そして、上記電極１６ａ、１７ａには、円
形状のピンホール１８が形成されており、このピンホー
ル１８から拡散により侵入した車室内空気中の酸素、お
よび車室内空気中の水分が、直流電圧が印加される電極
１６ａ、１７ａ上で電気分解される。これにより、酸素
濃度および水分濃度に比例し、電極１６ａ、１７ａ間に
は、ほぼ水分濃度に依存した限界電流が流れる。なお、
上記電極７、８には、酸素および水分が電気分解できる
だけの電圧が印加されており、上記電極７ａ、８ａに印
加される電圧よりも高い電圧が印加されている。

【００１７】そして、このように酸素センサ２の限界電
流（以下、酸素電流）と、水分濃度センサ２の限界電流
（以下、水分電流）とは上記演算装置４に取り込まれ
る。そして、演算装置４では、上記水分電流の電流値
（検出値）から上記酸素電流の電流値（検出値）が減算
されて、車室内の水分濃度（湿度）が分かる。そして、
上記酸素電流は、この水分濃度に応じて補正される。具
体的には、本例では水分濃度が高いほど、酸素電流（濃
度）は小さくなるため、上記酸素電流は大きく補正され
る。

【００１８】そして、演算装置４（本発明の補正手段）
では、図４に示すようなマップが予め記憶されており、
上述ように補正された酸素濃度（０₂ 濃度）に応じて、
車室内の酸素濃度以外の汚染物質濃度、つまりＣＯ₂ 濃
度が決定される。このように本例では、水分濃度に応じ
て酸素濃度が補正されるため、湿度の影響を受けずに正
確な酸素濃度を検出でき、この結果、ＣＯ₂ の濃度を的
確に検出できる。なお、図４のマップは、発明者が実際
に実験した結果に基づき、作成したものである。

【００１９】（第２実施形態）上記実施形態では、水分
濃度センサ３を使用したが、本例では水分濃度センサ３
を使用せずに、酸素センサ２のみで湿度の影響を受けず
に正確にＣＯ₂ 濃度を検出できるようにした。以下、こ
れについて説明する。本例の酸素センサ２は、図５に示
すような構成であって、丁度図２に示す酸素センサ２お
よび水分濃度センサ３から、水分濃度センサ３を取り除
いたような構成である。

【００２０】そして、酸素センサ２は、図６に示すよう
に車両用空調装置３０の内部に設置される。車両用空調
装置３０には、車室内への空気通路をなす空調ケース３
１を有する。空調ケース３１の空気上流側には、内部に
車室内空気（以下、内気）を導入するための内気導入口
３２と、内部に車室外空気（以下、外気）を導入するた
めの外気導入口３３が形成されている。内気導入口３２
および外気導入口３３の空気下流側には、内外気切換ド
ア３４が設置されている。

【００２１】内外気切換ドア３４は、内気導入口３２と
外気導入口３３を選択的に開閉して、内外気モードを切
り換えるためのものである。例えば、内外気切換ドア３
４が内気導入口３２を閉塞して、外気導入口３３を開口
すると、空調ケース３１内に外気が導入されて外気モー
ドとなる。一方、内外気切換ドア３４が内気導入口３２
を開口して、外気導入口３３を閉塞すると、空調ケース
３１内に内気が導入されて内気モードとなる。なお、内
外気切換ドア３４は、駆動手段としてサーボモータ３５
に駆動され、このサーボモータ３５は、空調用制御装置
５にて制御されるようになっている。

【００２２】内外気切換ドア３４の空気下流側には、空
調用送風ファン３５が設置されており、これにより、空
調ケース３１内に車室内に向かう空気流が発生する。さ
らに空調ケース３１内で、空調用送風ファン３５の空気
下流側には、車室内を冷却するためのエバポレータ３６
（冷却用熱交換器）が配置されている。このエバポレー
タ３６は、車両に搭載された周知の冷凍サイクルの一構
成部をなすものである。エバポレータ３６の空気下流直
後には、エバポレータ３６を通過した空気温度（エバポ
レータ３６の表面温度）を検出する温度センサ３７が設
置されている。この温度センサ３７は、サーミスタ等の
温度によって抵抗が変化する素子にて構成されており、
この検出値は、上記空調用制御装置５に入力されるよう
になっている。

【００２３】そして、空調用制御装置５は、温度センサ
３７の検出値が例えば３度以下となると、エバポレータ
３６に霜が付きフロストするため、エバポレータ３６へ
の冷媒供給を停止し、上記検出値が４度以上になると、
エバポレータ３６への冷媒供給を再開する。また、エバ
ポレータ３６の空気下流側には、エバポレータ３６を通
過した空気を温度調整するための周知のヒータコアや、
エアミックスドア等が配置されている。なお、エバポレ
ータ３６より空気下流側の構成の説明は、省略する。

【００２４】ところで、本例における酸素センサ２は、
図６に示すように上記エバポレータ３６の空気下流側近
傍に設置されて、エバポレータ３６を通過した直後の空
気の酸素濃度を検出するようになっている。つまり、上
記内外気モードが内気モードであるならば、空調ケース
３１内には内気が導入されるため、酸素センサ２は、内
気の酸素濃度を検出する。そして、エバポレータ３６を
通過して十分冷却された空気の相対湿度は、１００％で
あり、さらに上記温度センサ３７にてエバポレータ３６
を通過した空気温度が分かるため、空調用制御装置５
（本発明の補正手段）では、内気の水分濃度が演算され
る。このように水分濃度が演算されると、上記第１実施
形態と同様に酸素センサ２の検出値を補正することで、
正確な酸素濃度が検出できる。

【００２５】また、このような酸素濃度から図５に示す
マップから正確な酸素濃度およびＣ０₂ 濃度が分かるた
め、空調用制御装置５では、この検出値に基づいて自動
的に内外気モードを外気モードに切り換えることで、車
室内の換気を行うことができる。そして、このように内
外気モードを外気モードに切り換えると、車室内の酸素
濃度および水分濃度の処理が行うことができないため、
外気モードに切り換えた後、所定時間経過すると、自動
的に内気モードに切り換えるようにすれば、ほぼ連続的
に車室内の酸素濃度を検出することができる。

【００２６】（変形例）上記各実施形態では、限界電流
式の酸素センサ２を用いたが、濃淡電池式の酸素センサ
を用いても良いし、半導体式の酸素センサを用いても良
い。また、上記各実施形態では、車室内空気の汚染物質
として二酸化炭素の濃度を検出したが、本発明は車室内
空気に限られたものでは無いし、二酸化炭素以外の汚染
物質を検出するものにも適用できる。

【００２７】また、本発明は、酸素が存在する空間であ
れば、１種類の汚染物質の濃度だけでなく、複数の汚染
物質全体の濃度を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態におけるガス濃度検出装
置の構成図である。

【図２】上記第１実施形態における酸素センサ２の詳細
図である。

【図３】図２中下方から上方に向けて見た下面図であ
る。

【図４】上記第１、第２実施形態における酸素能動と二
酸化炭素濃度との関係を表す図である。

【図５】上記第２実施形態における酸素センサ２の詳細
図である。

【図６】上記第２実施形態において、車両用空調装置の
構成図である。

【符号の説明】 ２…酸素センサ、３…水分濃度センサ、４…演算装置、
５…空調制御装置、３６…エバポレータ、３６…温度セ
ンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 太輔 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 吉田 一彦 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 長谷川 昌雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス測定雰囲気中の酸素濃度を検出する
   酸素センサ（２）を有し、前記酸素センサ（２）の検出
   値に応じて前記ガス測定雰囲気中の前記酸素濃度以外の
   汚染物質濃度を測定するガス濃度検出装置であって、 前記ガス測定雰囲気中の水分濃度に応じて、前記酸素セ
   ンサ（２）の検出値を補正する補正手段（４）を有する
   ことを特徴とするガス濃度検出装置。
2. 【請求項２】 前記酸素センサ（２）は、酸素イオン伝
   導性固体物質で形成した酸素イオン伝導体（６）を有す
   る限界電流式酸素センサ（２）にて構成されていること
   を特徴とする請求項１記載のガス濃度検出装置。
3. 【請求項３】 前記補正手段（４）は、前記酸素センサ
   （２）の陰極陽極間に印加される電圧より高い電圧が陰
   極陽極間に印加されることで、酸素および水分の分解に
   よる限界電流が流れる限界電流式水分濃度センサ（３）
   を有し、 前記補正手段（４）は、前記限界電流式水分濃度センサ
   （３）の検出値と、前記限界電流式酸素センサ（２）の
   検出値に基づいて、前記ガス測定雰囲気中の水分濃度を
   演算し、この水分濃度に応じて実際の酸素濃度を決定す
   ることを特徴とする請求項２記載のガス濃度検出装置。
4. 【請求項４】 前記限界電流式酸素センサ（２）と、前
   記限界電流式水分濃度検出センサ（３）とは、共に積層
   型で一体成形されていることを特徴とする請求項３記載
   のガス濃度検出装置。
5. 【請求項５】 車室内へ送風される空気を冷却する冷却
   用熱交換器（３６）と、 前記冷却用熱交換器（３６）の空気下流側近傍に設置さ
   れた温度センサ（３７）と、 前記車室内空気の酸素濃度を検出する酸素センサ（２）
   とを有し、 前記酸素センサ（２）は、前記冷却用熱交換器（３６）
   の空気下流側近傍に設置されて、前記冷却用熱交換器
   （３６）を通過した直後の車室内空気の酸素濃度を検出
   するようになっており、 前記温度センサ（３７）が検出する温度に基づいて、車
   室内空気の水分濃度を演算し、この水分濃度に応じて、
   前記酸素センサの検出値を補正する補正手段（５）を有
   することを特徴とするガス濃度検出装置。