JP5745455B2 - Multi-gas sensor and multi-gas sensor device - Google Patents
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Description
本発明は、被測定ガスに含まれる窒素酸化物の濃度およびアンモニアの濃度の測定に用いられるマルチガスセンサおよびマルチガスセンサ装置に関する。 The present invention relates to a multi-gas sensor and a multi-gas sensor device used for measuring the concentration of nitrogen oxide and the concentration of ammonia contained in a gas to be measured.
近年、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化する技術として、尿素SCR(選択触媒還元)システムが注目されている。尿素SCRシステムは、アンモニア(NH3)と窒素酸化物(NOx)とを化学反応させて、窒素酸化物を窒素(N2)に還元することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化するシステムである。 In recent years, a urea SCR (Selective Catalytic Reduction) system has attracted attention as a technology for purifying nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine. The urea SCR system purifies nitrogen oxides contained in exhaust gas by chemically reacting ammonia (NH 3 ) and nitrogen oxides (NOx) to reduce nitrogen oxides to nitrogen (N 2 ). System.
この尿素SCRシステムでは、窒素酸化物に対して供給されるアンモニアの量が過剰になると、未反応のアンモニアが排気ガスに含まれたまま外部に放出されるおそれがあった。このようなアンモニアの放出を抑制するために、排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するセンサ素子を含む複数種類のガス濃度を測定可能なマルチガスセンサが尿素SCRシステムに用いられている(例えば、特許文献1および2参照)。この尿素SCRシステムでは、マルチガスセンサで測定されるアンモニアの濃度、つまり排気ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定範囲内になるように、窒素酸化物の還元に用いられるアンモニアの量が調節されている。
In this urea SCR system, if the amount of ammonia supplied to the nitrogen oxides becomes excessive, unreacted ammonia may be discharged to the outside while being contained in the exhaust gas. In order to suppress such release of ammonia, a multi-gas sensor capable of measuring a plurality of types of gas concentrations including a sensor element that measures the concentration of ammonia contained in exhaust gas is used in the urea SCR system (for example, (See
上述の特許文献1に記載されたマルチガスセンサは、NOxセンサにNH3検知セルを設けたものである。このマルチガスセンサでは、NOxセンサから出力される測定信号と、NH3検知セルから出力される測定信号しか得られない。そのため、測定対象のガス種が3つの場合、例えば一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2)およびアンモニア(NH3)の場合には、3つのガス種の正確な濃度の算出は困難であり、不十分な精度の濃度しか求めることができない虞があった。
The multi-gas sensor described in
上述の特許文献2に記載されたマルチガスセンサは、NH3検知セル、NO2検知セルおよびNOxセルを組合せたものであり、NH3検知セルの測定信号、NO2検知セルの測定信号、および、NOxセルの測定信号に基づいて、アンモニア、一酸化窒素、二酸化窒素のそれぞれの濃度を算出するものである。
The multi-gas sensor described in
しかしながら、特許文献2に記載されたマルチガスセンサでは、NH3検知セルの電極と、NO2検知セルの電極とが異なる材料から形成されている。そのため、NH3検知セルおよびNO2検知セルのそれぞれに対して信頼性を確保する措置を取る必要があった。つまり、電極の劣化度合いが異なるおそれがあり、マルチガスセンサの使用期間が長くなると、電極の劣化度合いの差が大きくなり、ガス種の濃度の測定精度が悪化する可能性があるという問題があった。
However, in the multi-gas sensor described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、一酸化窒素の濃度、二酸化窒素の濃度およびアンモニアの濃度の測定精度の悪化を抑制することができるマルチガスセンサおよびマルチガスセンサ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and is capable of suppressing deterioration in measurement accuracy of the concentration of nitric oxide, the concentration of nitrogen dioxide, and the concentration of ammonia, and a multigas sensor device. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のマルチガスセンサは、被測定ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を測定するNOxセンサ部と、前記被測定ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するアンモニアセンサ部と、前記NOxセンサ部および前記アンモニアセンサ部を加熱するヒータ部と、が一体に設けられたセンサ素子部を有し、軸線方向に延びるマルチガスセンサであって、前記アンモニアセンサ部は、同じ構成要素からなる第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部を有し、前記第2アンモニアセンサ部は、前記センサ素子部のうち、前記第1アンモニアセンサ部よりも温度が低い領域に配置されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The multi-gas sensor of the present invention includes a NOx sensor unit that measures the concentration of nitrogen oxides contained in the gas to be measured, an ammonia sensor unit that measures the concentration of ammonia contained in the gas to be measured, the NOx sensor unit, and the A heater unit for heating the ammonia sensor unit is a multi-gas sensor having a sensor element unit integrally provided and extending in the axial direction, wherein the ammonia sensor unit includes the first ammonia sensor unit and the same component It has a 2nd ammonia sensor part, and the 2nd ammonia sensor part is arranged in the field where temperature is lower than the 1st ammonia sensor part among the sensor element parts.
本発明のマルチガスセンサによれば、測定時において第1アンモニアセンサ部と第2アンモニアセンサ部との間に温度差があるため、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部における一酸化窒素および二酸化窒素に対する反応の程度に差が生じる。そのため、NOxセンサ部、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部のそれぞれから異なる値の出力を得ることができる。この3つの出力を用いて演算を行うことにより、一酸化窒素、二酸化窒素およびアンモニアの濃度を求めることができる。 According to the multi-gas sensor of the present invention, since there is a temperature difference between the first ammonia sensor part and the second ammonia sensor part at the time of measurement, nitrogen monoxide and dioxide dioxide in the first ammonia sensor part and the second ammonia sensor part. Differences in the degree of reaction to nitrogen occur. Therefore, different values of output can be obtained from each of the NOx sensor unit, the first ammonia sensor unit, and the second ammonia sensor unit. By calculating using these three outputs, the concentrations of nitric oxide, nitrogen dioxide and ammonia can be obtained.
なお、好ましくは第1アンモニアセンサ部と第2アンモニアセンサ部との間の温度差を50℃以上とすることで、第1アンモニアセンサ部と、第2アンモニアセンサ部との間の出力差を十分に確保できる。そのため、3つの異なる値の出力を確実に確保することができ、演算により求める一酸化窒素濃度、二酸化窒素濃度およびアンモニア濃度の精度をより確保しやすくなる。 In addition, Preferably, the temperature difference between the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit is set to 50 ° C. or more, so that the output difference between the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit is sufficient. Can be secured. Therefore, the output of three different values can be reliably ensured, and the accuracy of the nitrogen monoxide concentration, the nitrogen dioxide concentration, and the ammonia concentration obtained by calculation can be more easily ensured.
また、具体的な演算方法としては、アンモニアの影響が含まれるNOxセンサ部の出力(窒素酸化物濃度の出力値)、窒素酸化物(一酸化窒素および二酸化窒素)の影響が含まれる第1アンモニアセンサ部の出力(アンモニア濃度の出力値)、および、同じく窒素酸化物の影響が含まれる第2アンモニアセンサ部の出力(アンモニア濃度の出力値)の3つの出力から、アンモニアおよび二酸化窒素の影響を取り除いた一酸化窒素の濃度、アンモニアおよび一酸化窒素の影響を取り除いた二酸化窒素の濃度、および、一酸化窒素および二酸化窒素の影響を取り除いたアンモニアの濃度を算出することができる。 Further, as a specific calculation method, the output of the NOx sensor unit including the influence of ammonia (output value of the nitrogen oxide concentration), the first ammonia including the influence of nitrogen oxides (nitrogen monoxide and nitrogen dioxide) From the output of the sensor unit (ammonia concentration output value) and the output of the second ammonia sensor unit (ammonia concentration output value), which also includes the influence of nitrogen oxides, the effects of ammonia and nitrogen dioxide The concentration of removed nitrogen monoxide, the concentration of nitrogen dioxide from which the effects of ammonia and nitric oxide have been removed, and the concentration of ammonia from which the effects of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide have been removed can be calculated.
ここで、高温領域に配置される第1アンモニアセンサ部と、低温領域に配置される第2アンモニアセンサ部とは構成要素が同じであっても、配置される領域の温度(つまりセンサ部の温度)が異なることにより、出力における窒素酸化物の影響の度合いが変わってくる。言い換えると、出力における窒素酸化物の影響度はセンサ部の温度に依存している。そのため、第1アンモニアセンサ部の出力と、第2アンモニアセンサ部の出力とは、異なる出力として扱うことができ、これにNOxセンサ部の出力を加えた3つの異なる出力を用いて、一酸化窒素、二酸化窒素およびアンモニアの濃度を求めることができる。 Here, even if the first ammonia sensor unit disposed in the high temperature region and the second ammonia sensor unit disposed in the low temperature region have the same components, the temperature of the region disposed (that is, the temperature of the sensor unit). ) Are different, the degree of influence of nitrogen oxides on the output changes. In other words, the influence of nitrogen oxides on the output depends on the temperature of the sensor unit. Therefore, the output of the first ammonia sensor unit and the output of the second ammonia sensor unit can be treated as different outputs, and three different outputs obtained by adding the output of the NOx sensor unit to this are used for the nitric oxide. The concentration of nitrogen dioxide and ammonia can be determined.
また、第1アンモニアセンサ部と第2アンモニアセンサ部とを構成する要素を同じとすることにより、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部の経時的な劣化の程度も同程度となる。そのため、別々の構成要素を用いて第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部を構成する場合と比較して、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部の間の出力の関係を一定に保ちやすくできる。言い換えると、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部の出力を較正する必要性が低くなり、一酸化窒素濃度、二酸化窒素濃度およびアンモニア濃度の精度を保ちやすくなる。 In addition, by making the elements constituting the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit the same, the degree of deterioration with time of the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit becomes the same. Therefore, as compared with the case where the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit are configured using separate components, the output relationship between the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit is kept constant. Easy to do. In other words, the necessity of calibrating the outputs of the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit is reduced, and the accuracy of the nitric oxide concentration, the nitrogen dioxide concentration, and the ammonia concentration is easily maintained.
なお「構成要素が同じ」とは、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部が同材料からなる同構成を有していることを指し、たとえば、公知のようにアンモニアセンサ部が固体電解質体、およびその表面に設けられた一対の電極にて構成されている場合、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部が、それぞれ固体電解質体および一対の電極(構成)にて形成されており、かつこの固体電解質体、および一対の電極が同材料であることを指す。 Note that “the same constituent elements” means that the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit have the same configuration made of the same material. For example, as is well known, the ammonia sensor unit is a solid electrolyte body. , And a pair of electrodes provided on the surface thereof, the first ammonia sensor part and the second ammonia sensor part are each formed of a solid electrolyte body and a pair of electrodes (configuration), And this solid electrolyte body and a pair of electrodes point out that it is the same material.
さらに、NOxセンサ部、第1アンモニアセンサ部の温度および第2アンモニアセンサ部の温度のうち、低温側の温度の下限は500℃であることが好ましく、高温側の温度の上限は800℃であることが好ましい。このように、低温側の温度の下限を500℃とすることでNOxセンサ部、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部のセンサを活性化させることができ、高温側の温度の上限を800℃とすることで、NOxセンサ部、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部のアンモニア検出性能の低下を抑制することができる。 Furthermore, it is preferable that the lower limit of the temperature on the low temperature side among the temperatures of the NOx sensor unit, the first ammonia sensor unit, and the second ammonia sensor unit is 500 ° C., and the upper limit of the temperature on the high temperature side is 800 ° C. It is preferable. Thus, by setting the lower limit of the temperature on the low temperature side to 500 ° C., the sensors of the NOx sensor unit, the first ammonia sensor unit, and the second ammonia sensor unit can be activated, and the upper limit of the temperature on the high temperature side is set to 800. By setting it to ° C., it is possible to suppress a decrease in ammonia detection performance of the NOx sensor unit, the first ammonia sensor unit, and the second ammonia sensor unit.
上記発明において前記センサ素子部には、前記NOxセンサ部の加熱を制御するために用いられる温度を測定する温度検出部が設けられ、前記第1アンモニアセンサ部は、前記センサ素子部のうち、前記第2アンモニアセンサ部と比較して前記温度検出部に近い位置に配置されていることが好ましい。 In the above invention, the sensor element unit is provided with a temperature detection unit that measures a temperature used to control heating of the NOx sensor unit, and the first ammonia sensor unit includes the sensor element unit of the sensor element unit. It is preferable that the second ammonia sensor unit is disposed at a position closer to the temperature detection unit than the second ammonia sensor unit.
このように高温領域に配置される第1アンモニアセンサ部を、温度検出部に近い位置に配置することにより、第1アンモニアセンサ部の温度を正確に制御することができる。特に、第1アンモニアセンサ部の温度を、上述の上限温度である800℃に近い温度に制御する場合には、上限温度を超えることによる第1アンモニアセンサ部の検出性能の低下を抑制しやすくなる。 Thus, the temperature of the first ammonia sensor unit can be accurately controlled by arranging the first ammonia sensor unit arranged in the high temperature region at a position close to the temperature detection unit. In particular, when the temperature of the first ammonia sensor unit is controlled to a temperature close to the above-described upper limit temperature of 800 ° C., it is easy to suppress a decrease in detection performance of the first ammonia sensor unit due to exceeding the upper limit temperature. .
上記発明において前記NOxセンサ部は、第1固体電解質体、および該第1固体電解質体上に設けられ、第1測定室の内部と外部に位置する一対の第1電極を有し、前記第1測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第1ポンピングセルと、第2固体電解質体、および該第2固体電解質体上に設けられ、第2測定室の内部と外部に位置する一対の第2電極とを有し、前記第1測定室にて酸素濃度が調整されて前記第2測定室に流入したガス中のNOx濃度に応じた第2ポンピング電流が前記一対の第2電極間に流れる第2ポンピングセルと、を備え、前記温度検出部が、前記第1ポンピングセルの下流側で、かつ前記第2ポンピングセルの上流側に設けられてなり、前記第1アンモニアセンサ部は、前記センサ素子部の外表面であり、前記軸線方向における前記温度検出部と同じ位置に設けられることが好ましい。 In the above invention, the NOx sensor unit includes a first solid electrolyte body and a pair of first electrodes provided on the first solid electrolyte body and positioned inside and outside the first measurement chamber, A first pumping cell for pumping or pumping oxygen in the gas to be measured introduced into the measurement chamber, a second solid electrolyte body, and the second solid electrolyte body; A pair of second electrodes located outside, and a second pumping current corresponding to the NOx concentration in the gas flowing into the second measurement chamber after the oxygen concentration is adjusted in the first measurement chamber. A second pumping cell that flows between the second electrodes of the first pumping cell, and the temperature detector is provided downstream of the first pumping cell and upstream of the second pumping cell, The ammonia sensor unit is the sensor An outer surface of the terminal portion, it is preferably provided at the same position as the temperature detection portion in the axial direction.
このように、NOxセンサ部が上述の構成で形成されている場合には、温度検出部を、第1ポンピングセルの下流側で、かつ第2ポンピングセルの上流側に設けることで、NOxセンサ部の略中央の温度を測定することができ、NOxセンサ部の加熱を良好に制御することができる。その上、第1アンモニアセンサ部を、センサ素子部の外表面であり、軸線方向における温度検出部と同じ位置に設けることで、第1アンモニアセンサ部の温度をより正確に制御することができる。 Thus, when the NOx sensor unit is formed with the above-described configuration, the NOx sensor unit is provided by providing the temperature detection unit on the downstream side of the first pumping cell and on the upstream side of the second pumping cell. Can be measured, and the heating of the NOx sensor unit can be well controlled. Moreover, the temperature of the first ammonia sensor unit can be more accurately controlled by providing the first ammonia sensor unit on the outer surface of the sensor element unit and at the same position as the temperature detection unit in the axial direction.
上記発明においては、前記第1アンモニアセンサ部および前記第2アンモニアセンサ部は、共通の基準電極を用いて構成されていることが好ましい。 In the said invention, it is preferable that the said 1st ammonia sensor part and the said 2nd ammonia sensor part are comprised using the common reference electrode.
このように第1アンモニアセンサ部の基準電極および第2アンモニアセンサ部の基準電極を共通の電極とすることにより、マルチガスセンサにおける測定精度の悪化を抑制できる。具体的には、第1アンモニアセンサ部の基準電極の劣化度合いと、第2アンモニアセンサ部の基準電極の劣化度合いが一致するため、基準電極を別々に設けた場合と比較して、劣化度合いの違いによる測定精度の悪化が抑制される。 Thus, by making the reference electrode of the 1st ammonia sensor part and the reference electrode of the 2nd ammonia sensor part into a common electrode, the deterioration of the measurement accuracy in a multi gas sensor can be controlled. Specifically, since the degree of deterioration of the reference electrode of the first ammonia sensor unit matches the degree of deterioration of the reference electrode of the second ammonia sensor unit, the degree of deterioration is lower than when the reference electrode is provided separately. The deterioration of measurement accuracy due to the difference is suppressed.
本発明のマルチガスセンサ装置は、上記本発明のマルチガスセンサと、前記NOxセンサ部の出力、前記第1アンモニアセンサ部の出力、および、前記第2アンモニアセンサ部の出力に基づいて、前記被測定ガスに含まれる一酸化窒素、二酸化窒素およびアンモニアの濃度を算出する演算部と、が設けられていることを特徴とする。 The multi-gas sensor device of the present invention is based on the multi-gas sensor of the present invention, the output of the NOx sensor unit, the output of the first ammonia sensor unit, and the output of the second ammonia sensor unit. And an arithmetic unit for calculating concentrations of nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, and ammonia contained in the battery.
本発明のマルチガスセンサ装置によれば、上記本発明のマルチガスセンサが設けられているため、NOxセンサ部、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部のそれぞれから異なる値の出力に基づいて演算を行い、一酸化窒素、二酸化窒素およびアンモニアの濃度を出力することができる。 According to the multi-gas sensor device of the present invention, since the multi-gas sensor of the present invention is provided, calculation is performed based on outputs of different values from the NOx sensor unit, the first ammonia sensor unit, and the second ammonia sensor unit. And output concentrations of nitric oxide, nitrogen dioxide and ammonia.
本発明のマルチガスセンサおよびマルチガスセンサ装置によれば、測定時において第1アンモニアセンサ部と第2アンモニアセンサ部との間に温度差を設けることにより、NOxセンサ部、第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部のそれぞれから異なる値の出力を得ることができる。この異なる値の3つの出力に基づく演算によって、NO濃度、NO2濃度およびNH3濃度を求めることにより、一酸化窒素の濃度、二酸化窒素の濃度およびアンモニアの濃度の測定精度の悪化を抑制できるという効果を奏する。 According to the multi-gas sensor and the multi-gas sensor device of the present invention, by providing a temperature difference between the first ammonia sensor unit and the second ammonia sensor unit at the time of measurement, the NOx sensor unit, the first ammonia sensor unit, and the second Different values of output can be obtained from each of the ammonia sensor units. By calculating the NO concentration, the NO 2 concentration, and the NH 3 concentration by calculation based on these three outputs having different values, it is possible to suppress deterioration in measurement accuracy of the concentration of nitrogen monoxide, the concentration of nitrogen dioxide, and the concentration of ammonia. There is an effect.
この発明の一実施形態に係るマルチガスセンサ装置1について、図1から図9までを参照しながら説明する。本実施形態のマルチガスセンサ装置1は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス(被測定ガス)に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化する尿素SCRシステムに用いられるものである。より具体的には、排気ガスに含まれるNOxと、アンモニア(尿素)とを反応させた後の排気ガスに含まれる一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO2)およびアンモニアの濃度を測定するものである。
A
なお、本実施形態のマルチガスセンサ装置1が適用されるエンジンは、上述のディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンにも適用することができ、特にエンジンの形式を限定するものではない。
Note that the engine to which the
マルチガスセンサ装置1には、図1および図2に示すように、センサ本体であるマルチガスセンサ2と、マルチガスセンサ2を制御すると共にセンサ出力を演算処理することにより、NO、NO2およびアンモニアの濃度を算出する制御部(演算部)3と、が主に設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
マルチガスセンサ2には、図1に示すように、センサ素子部10と、主体金具110と、セパレータ134と、接続端子138と、が主に設けられている。なお、以下の説明では、マルチガスセンサ2のセンサ素子部10が配置されている側(図1の下側)を先端側、接続端子138が配置されている側(図1の上側)を後端側と表記する。
As shown in FIG. 1, the
センサ素子部10は、軸線O方向に延びる板形状を有する。センサ素子部10の後端には電極端子部10A、10Bが配置されている。図1においては、図示を容易にするために、センサ素子部10に形成された電極端子部を、電極端子部10Aおよび電極端子部10Bのみとしているが、実際には、後述するNOxセンサ部11や第1アンモニアセンサ部21や第2アンモニアセンサ部22が有する電極等の数に応じて、複数の電極端子部が形成されている。なお、センサ素子部10のより詳細な説明は後述する。
The
主体金具110は、マルチガスセンサ2をディーゼルエンジンの排気管に固定するネジ部111が外表面に形成された筒状の部材である。主体金具110には、軸線方向に貫通する貫通孔112と、貫通孔112の径方向内側に突出する棚部113と、が主に設けられている。棚部113は、貫通孔112の径方向外側から中心に向かって先端側へ近づく傾きを有する内向きのテ―パ面として形成されている。
The
また、主体金具110は、センサ素子部10の先端側を、貫通孔112から先端側に突出させ、センサ素子部10の後端側を貫通孔112の後端側に突出させた状態で保持するものである。
The
主体金具110の貫通孔112の内部には、先端側から後端側に向かって順に、センサ素子部10の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ114、粉末充填層である滑石リング115,116、セラミックスリーブ117が積層されている。
Inside the through-
セラミックスリーブ117と主体金具110の後端側の端部との間には、加締めパッキン118が配置されている。セラミックホルダ114と主体金具110の棚部113との間には、金属ホルダ119が配置されている。金属ホルダ119は、滑石リング115やセラミックホルダ114を保持するものである。主体金具110の後端側の端部は、加締めパッキン118を介してセラミックスリーブ117を先端側に向かって押し付けるように加締められる部分である。
A caulking packing 118 is disposed between the
主体金具110の先端側の端部には、外部プロテクタ121および内部プロテクタ122が設けられている。外部プロテクタ121および内部プロテクタ122は、先端側の端部が閉塞されたステンレス鋼などの金属材料から形成された筒状の部材である。内部プロテクタ122は、センサ素子部10の先端側の端部を覆った状態で主体金具110に溶接され、外部プロテクタ121は、内部プロテクタ122を覆った状態で主体金具110に溶接されている。
An
主体金具110の後端側の端部には、筒状に形成された外筒131の先端側の端部が固定されている。さらに、外筒131の後端側の端部である開口には、当該開口を閉塞するグロメット132が配置されている。
At the end on the rear end side of the
グロメット132には、リード線141が挿通されるリード線挿通孔133が形成されている。リード線141は、センサ素子部10の電極端子部10Aや、電極端子部10Bに電気的に接続されるものである。
The
セパレータ134は、センサ素子部10の後端側に配置された筒状に形成された部材である。セパレータ134の内部に形成された空間は、軸線方向に貫通する挿通孔135である。セパレータ134の外表面には、径方向外側に突出する鍔部136が形成されている。
The
セパレータ134の挿通孔135には、センサ素子部10の後端部が挿入され、電極端子部10A、10Bがセパレータ134の内部に配置される。
The rear end portion of the
セパレータ134と外筒131との間には、筒状に形成された保持部材137が配置されている。保持部材137は、セパレータ134の鍔部136と当接すると共に、外筒131の内面とも当接することにより、セパレータ134を外筒131に対して固定保持するものである。
Between the
接続端子138は、セパレータ134の挿通孔135内に配置される部材であり、センサ素子部10の電極端子部10Aや電極端子部10Bと、リード線141と、をそれぞれ独立に電気的に接続する導電部材である。なお、図1では、図示を容易にするために、2つの接続端子138のみが図示されている。
The
マルチガスセンサ装置1の制御部3は、図2に示すように、マルチガスセンサ装置1が搭載された車両の車両側制御装置であるECU200と電気的に接続されている。ECU200は、制御部3で算出された排気ガス中のNO濃度、NO2濃度およびアンモニア濃度を示すデータを受信し、受信データに基づいてディーゼルエンジンの運転状態の制御処理を実行したり、触媒に蓄積されたNOxの浄化処理を実行したりするものである。
As shown in FIG. 2, the
ここで、センサ素子部10の構成の詳細について、図2を参照しながら説明する。なお、図2では説明の便宜のために、センサ素子部10の長手方向に沿う断面図のみを表示している。
Here, the detail of a structure of the
センサ素子部10には、NOxセンサ部11と、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22と、が主に設けられている。本実施形態におけるNOxセンサ部11、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22は、それぞれ公知のNOxセンサと同様な構成、公知のアンモニアセンサと同様な構成を有している。
The
NOxセンサ部11は、主に、絶縁層10e、第1固体電解質体12a、絶縁層10d、第3固体電解質体16a、絶縁層10c、第2固体電解質体18a、及び絶縁層10b、10aが、この順に積層された構造となっている。上述の各絶縁層10a、10b、10c、10d、10eはアルミナを主体として形成されている。
The
さらにNOxセンサ部11には、第1測定室S1が第1固体電解質体12aと第3固体電解質体16aとの層間に設けられ、NOx測定室に相当する第2測定室S2が、第1固体電解質体12aと第2固体電解質体18aとの層間に、第3固体電解質体16aを貫通して設けられている。
Further, in the
被測定ガスが導入される第1測定室S1の入口端(図2の左側の端)には、第1拡散抵抗体14が配置されている。第1測定室S1における入口端と反対側の端(図2の右側の端)には、第1測定室S1と第2測定室S2とを区画する第2拡散抵抗体15が配置されている。上述の第1拡散抵抗体14および第2拡散抵抗体15はアルミナ等の多孔質物質から形成され、被測定ガスの透過性を有している。
A
NOxセンサ部11には、さらに、NOxセンサ部11や、第1アンモニアセンサ部21や、第2アンモニアセンサ部22を活性温度にまで昇温し、それぞれのセンサを構成する固体電解質体における酸素イオンの導電性を高めるヒータ(ヒータ部)19が設けられている。ヒータ19は、白金または白金を含む合金を、センサ素子部10の長手方向に沿って延びる長尺板状に形成したものであり、絶縁層10bおよび絶縁層10aの間に埋設されるものである。
Further, the
その他にNOxセンサ部11には、第1ポンピングセル12と、酸素濃度検出セル16と、第2ポンピングセル18と、が設けられている。
In addition, the
第1ポンピングセル12は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体とする第1固体電解質体12aと、白金を主体とする内側第1ポンピング電極(第1電極)12bおよび外側第1ポンピング電極(第1電極)12cと、から主に構成されている。
The
内側第1ポンピング電極12bは、第1固体電解質体12aにおける第1測定室S1に露出する面に設けられている。さらに内側第1ポンピング電極12bは、多孔質体からなる保護層12dによって第1測定室S1側の表面が覆われている。
The inner
外側第1ポンピング電極12cは、内側第1ポンピング電極12bの対極となる電極であり、内側第1ポンピング電極12bとの間に第1固体電解質体12aを挟んで配置されるものである。絶縁層10eにおける外側第1ポンピング電極12cが配置された領域に相当する部分は、くり抜かれて多孔質体12eが充填されている。多孔質体12eは、外側第1ポンピング電極12cと外部との間でガス(酸素)の出入りを可能とするものである。
The outer
酸素濃度検出セル16は、第1ポンピングセル12と下流側で、かつ第2ポンピングセル18の上流側に配置されている。この酸素濃度検知セル16は、ジルコニアを主体とする第3固体電解質体16aと、白金を主体とし、第3固体電解質体16aを間に挟んで配置された検知電極16bおよび基準電極16cと、から主に構成されている。
The oxygen
検知電極16bは、第3固体電解質体16aにおける第1測定室S1に露出する面であって、内側第1ポンピング電極12bよりも下流側、言い換えると、第2拡散抵抗体15側の領域に設けられている。
The
検知電極16bの対極である基準電極16cは、絶縁層10cを切り抜いて形成した基準酸素室17の内部に配置されている。この基準酸素室17の内部には、多孔質体が充填されている。基準酸素室17には、第1測定室S1から送りこまれた酸素が存在し、基準酸素室17内の酸素が酸素基準とされている。
A
第2ポンピングセル18は、ジルコニアを主体とする第2固体電解質体18aと、白金を主体とする内側第2ポンピング電極(第2電極)18bおよび第2ポンピング対電極(第2電極)18cと、から主に構成されている。
The
内側第2ポンピング電極18bは、第2固体電解質体18aにおける第2測定室S2に露出する領域に設けられている。第2ポンピング対電極18cは、第2固体電解質体18aにおける基準酸素室17に露出する領域であって、基準電極16cと対向する部分に設けられている。
The inner
さらに、上述の内側第1ポンピング電極12b、検知電極16b、および、内側第2ポンピング電極18bは、それぞれ基準電位に接続されている。
Further, the inner
その一方で、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22は、NOxセンサ部11の外表面、より具体的には、絶縁層10eの上に形成されている。第1アンモニアセンサ部21は、NOxセンサ部11における基準電極16cと軸線O方向に略同位置(例えば図2の上側)に配置され、第2アンモニアセンサ部22は、第1アンモニアセンサ部21に対して後端側に隣接して配置されている。
On the other hand, the first
本発明においては、酸素濃度検知セル16の温度が測定されており(本発明の温度検知部に相当)、この測定された温度をもとに、ヒータ19が加熱されている。また、第1アンモニアセンサ部21の温度が650℃となる位置に、第1アンモニアセンサ部21が配置されている。なお、本実施形態では、第2アンモニアセンサ部22は、第1アンモニアセンサ部21よりも温度が100℃低くなる位置に配置されている。
In the present invention, the temperature of the oxygen
第1アンモニアセンサ部21は、図2および図3に示すように、白金を主体とする第1基準電極(基準電極)21aと、ジルコニアを主体とするアンモニア用固体電解質体23と、酸化コバルトおよびジルコニアを主体とする第1中間層21bと、金を主体とする第1アンモニア電極21cと、から主に構成されている。第2アンモニアセンサ部22は、白金を主体とする第2基準電極(基準電極)22aと、アンモニア用固体電解質体23と、酸化コバルトおよびジルコニアを主体とする第2中間層22bと、金を主体とする第2アンモニア電極22cと、から主に構成されている。さらに、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22は、多孔質からなる保護層24によって一体に覆われている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the first
第1基準電極21aおよび第2基準電極22aは、絶縁層10eの外側面(図3の上側の面)に配置された矩形状の電極であり、絶縁層10eの長手方向(図3の左右方向)に延びる、白金を主体とする基準電極リード25により一体的に形成されている。基準電極リード25の後端側(図3の右側)の端部は、電極端子部を形成している。
The
アンモニア用固体電解質体23は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等の酸素イオン伝導性材料で構成されたものであり、絶縁層10eとの間に第1基準電極21aおよび第2基準電極22aを挟んで配置されるものである。言い換えると、アンモニア用固体電解質体23は、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22に共通のものである。
The ammonia
第1中間層21bおよび第2中間層22bは、酸化コバルト(Co3O4)を含む材料から形成された層であり、第1中間層21bおよび第2中間層22bは、アンモニア用固体電解質体23の外側面であって、それぞれ第1基準電極21aおよび第2基準電極22aと対向する位置に配置されたものである。
The first
第1アンモニア電極21cおよび第2アンモニア電極22cは、金を主成分とする材料から形成された電極であり、検知電極として働くものである。第1アンモニア電極21cおよび第2アンモニア電極22cは、それぞれ第1中間層21bおよび第2中間層22bの外側面に配置されたものである。言い換えると、第1アンモニア電極21cは、第1基準電極21aとの間にアンモニア用固体電解質体23および第1中間層21bを挟んで配置されたものであり、第2アンモニア電極22cは、第2基準電極22aとの間にアンモニア用固体電解質体23および第2中間層22bを挟んで配置されたものである。
The
第1アンモニア電極21cには、第1アンモニア電極リード21dが第1アンモニア電極21cから後端側に向かって延びて形成され、第2アンモニア電極22cには、第2アンモニア電極リード22dが第2アンモニア電極22cから後端側に向かって延びて形成されている。第1アンモニア電極リード21dおよび第2アンモニア電極リード22dは、白金を主成分とする材料で形成されている。また、第1アンモニア電極リード21dおよび第2アンモニア電極リード22dの後端側の端部は、電極端子部を形成している。
A first
第1アンモニア電極21cおよび第2アンモニア電極22cは、アンモニアとの反応性が高い。そのため、第1アンモニア電極21cと第1基準電極21aとの間、および、第2アンモニア電極22cと第2基準電極22aとの間には起電力(電位差)が生じる。
The
なお、本実施形態では、第1アンモニア電極21cおよび第2アンモニア電極22cと第1中間層21bおよび第2中間層22bとを分けて設けているが、第1アンモニア電極21cおよび第2アンモニア電極22cに、第1中間層21bおよび第2中間層22bに含まれる酸化コバルトを含有させて、第1中間層21bおよび第2中間層22bを省略してもよい。
In the present embodiment, the
保護層24は、第1アンモニア電極21c及び第2アンモニア電極22cへの被毒物質の付着を防止すると共に、外部から第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22に流入する被測定ガスの拡散速度を調整するものである。保護層24を形成する材料としては、アルミナ(酸化アルミニウム)、スピネル(MgAl2O4)、シリカアルミナ、および、ムライトの群から選ばれる少なくとも1種の材料を例示できる。保護層24による被測定ガスの拡散速度は、保護層24の厚さや、粒径や、粒度分布や、気孔率や、配合比率などを調整することにより調整される。
The
なお、上述の実施形態のように保護層24を設けてもよいし、保護層24を設けることなく第1アンモニア電極21cや、第2アンモニア電極22cなどを露出させてもよく、特に限定するものではない。
The
上述の第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22は、以下の説明のようにして製造することができる。
The first
まず、絶縁層10eの上に第1基準電極21aおよび第2基準電極22aを形成する材料を印刷と同様な手法(以下、「印刷手法」と表記する。)を用いて配置し、その上に、アンモニア用固体電解質体23を形成する材料を印刷手法で配置する。その後、1500℃で焼成することにより、第1基準電極21a、第2基準電極22a、および、アンモニア用固体電解質体23が形成される。
First, a material for forming the
次いで、アンモニア用固体電解質体23の上に、第1中間層21bおよび第2中間層22bを形成する材料を印刷手法で配置する。その後、1000℃で焼成することにより、第1中間層21bおよび第2中間層22bが形成される。
Next, the material for forming the first
さらに、第1中間層21bおよび第2中間層22bの上に、それぞれ第1アンモニア電極21c及び第2アンモニア電極22cを形成する材料を印刷により配置し、所定温度(例えば、1000℃)で焼成することにより、第1アンモニア電極21cおよび第2アンモニア電極22cが配置される。最後に、第1基準電極21a、第2基準電極22a、アンモニア用固体電解質体23、第1中間層21b、第2中間層22b、第1アンモニア電極21cおよび第2アンモニア電極22cを覆うように、アルミナ等を含むペーストをスクリーン印刷により配置し、所定温度(例えば、1000℃)で焼成することにより、保護層24が形成される。以上により第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22が完成する。
Further, materials for forming the
制御部3には、図2に示すように、回路基板上に配置されたアナログ回路である制御回路50と、マイクロコンピュータ60と、が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
マイクロコンピュータ60は、制御部3の全体を制御するものである。マイクロコンピュータ60には、中央演算処理装置であるCPU61と、記憶手段であるRAM62およびROM63と、信号入出力部64と、A/Dコンバータ65と、クロック(図示せず。)と、が主に設けられている。マイクロコンピュータ60は、ROM63などに予め格納されたプログラムをCPU61が実行することにより、各種の処理を行うものである。
The
制御回路50は、基準電圧比較回路51と、Ip1ドライブ回路52と、Vs検出回路53と、Icp供給回路54と、Ip2検出回路55と、Vp2印加回路56と、ヒータ駆動回路57と、第1起電力検出回路58と、第2起電力検出回路59と、から主に構成されている。
The
Ip1ドライブ回路52は、NOxセンサ部11の外側第1ポンピング電極12cに電気的に接続され、Vs検出回路53およびIcp供給回路54は、基準電極16cに並列に電気的に接続されている。Ip2検出回路55およびVp2印加回路56は、第2ポンピング対電極18cに並列に電気的に接続され、ヒータ駆動回路57は、ヒータ19に電気的に接続されている。
The
第1起電力検出回路58は、第1アンモニアセンサ部21における第1基準電極21aおよび第1アンモニア電極21cに電気的に接続され、第2起電力検出回路59は、第2アンモニアセンサ部22における第2基準電極22aおよび第2アンモニア電極22cに電気的に接続されている。さらに、第1起電力検出回路58は、第1基準電極21aおよび第1アンモニア電極21cの間の起電力である、第1アンモニア起電力EMFを検出してマイクロコンピュータ60に出力している。第2起電力検出回路59は、同様に、第2基準電極22aおよび第2アンモニア電極22cの間の起電力である、第2アンモニア起電力EMFを検出してマイクロコンピュータ60に出力している。
The first electromotive
Ip1ドライブ回路52は、内側第1ポンピング電極12bと外側第1ポンピング電極12cとの間に第1ポンピング電流Ip1を供給するとともに、供給した第1ポンピング電流Ip1を検出するものである。
The
Vs検出回路53は、検知電極16bと基準電極16cとの間の電圧Vsを検出し、検出した結果を基準電圧比較回路51に出力するものである。基準電圧比較回路51は、基準電圧(例えば、425mV)とVs検出回路53の出力(電圧Vs)とを比較し、比較した結果をIp1ドライブ回路52に出力するものである。
The
Ip1ドライブ回路52は、電圧Vsが上述の基準電圧と等しくなるようにIp1電流の流れる向きと、大きさとを制御するとともに、第1測定室S1内の酸素濃度をNOxが分解しない程度の所定値に調整するものである。
The
Icp供給回路54は、検知電極16bと基準電極16cとの間に微弱な電流Icpを流すものであり、電流Icpを供給することで、酸素を第1測定室S1から基準酸素室17内に送り込み、基準電極16cを基準となる所定の酸素濃度に晒させるものである。
The
Vp2印加回路56は、内側第2ポンピング電極18bと第2ポンピング対電極18cとの間に、一定電圧Vp2(例えば、450mV)を印加し、NOxを窒素と酸素に分解させるものである。一定電圧Vp2は、被測定ガス中のNOxガスが酸素とN2ガスに分解する程度の電圧である。
The
Ip2検出回路55は、第2ポンピングセル18に流れる第2ポンピング電流Ip2を検出するものである。第2ポンピング電流Ip2は、NOxの分解により生じた酸素が第2測定室S2から第2固体電解質体18aを介して第2ポンピング対電極18c側に汲み出される際に流れる電流である。
The
Ip1ドライブ回路52は、検出した第1ポンピング電流Ip1の値をA/Dコンバータ65に出力するものであり、Ip2検出回路55は、検出した第2ポンピング電流Ip2の値をA/Dコンバータ65に出力するものである。A/Dコンバータ65は、第1ポンピング電流Ip1および第2ポンピング電流Ip2の値をデジタル変換し、信号入出力部64を介してCPU61に出力するものである。
The
次に、制御回路50による制御について以下に説明する。
まず、エンジンが始動されて外部から制御回路50に電力が供給されると、ヒータ駆動回路57からヒータ19に電力が供給される。電力が供給されたヒータ19は熱を発生して、第1ポンピングセル12、酸素濃度検出セル16、および、第2ポンピングセル18を活性化温度まで加熱させる。
Next, control by the
First, when the engine is started and electric power is supplied to the
ヒータ19によってNOxセンサ部11が目標とする温度まで加熱されると、それに伴ってNOxセンサ部11の上に配置された第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22もそれぞれの所望温度に昇温される。
When the
さらに、Icp供給回路54から、検知電極16bと基準電極16cとの間に電流Icpが供給される。すると酸素が酸素を第1測定室S1から基準酸素室17内に送り込まれ、送りこまれた酸素は酸素基準となる。
Further, the current Icp is supplied from the
第1ポンピングセル12や、酸素濃度検出セル16や、および、第2ポンピングセル18が活性化温度に加熱されると、第1ポンピングセル12により、第1測定室S1内の酸素の汲み出しが行われる。つまり、第1測定室S1に流入した被測定ガス(排ガス)中の酸素が、第1ポンピングセル12の内側第1ポンピング電極12bから外側第1ポンピング電極12cに向かって汲み出される。
When the
第1測定室S1内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル16の電極間電圧Vsに対応した濃度になる。Ip1ドライブ回路52は、電極間電圧Vsが上述の基準電圧となるように、第1ポンピングセル12に流れる第1ポンピング電流Ip1を制御する。このようにすることで、第1測定室S1内の酸素濃度は、NOxが分解しない程度に調整される。
The oxygen concentration in the first measurement chamber S1 is a concentration corresponding to the interelectrode voltage Vs of the oxygen
第1測定室S1において酸素濃度が調整された被測定ガスは、次に、第2測定室S2に流入する。第2測定室S2において被測定ガスに含まれるNOxは、窒素と酸素に分解される。つまり、第2ポンピングセル18の電極間電圧として、Vp2印加回路56から一定電圧Vp2(例えば450mV)が印加されると、NOxは窒素と酸素に分解される。一定電圧Vp2は、被測定ガス中のNOxガスが酸素とN2ガスに分解する程度の電圧であり、酸素濃度検出セル16の制御電圧の値より高い電圧である。
The gas to be measured whose oxygen concentration is adjusted in the first measurement chamber S1 then flows into the second measurement chamber S2. In the second measurement chamber S2, NOx contained in the gas to be measured is decomposed into nitrogen and oxygen. That is, when a constant voltage Vp2 (for example, 450 mV) is applied from the
NOxの分解により生じた酸素は、第2ポンピングセル18により第2測定室S2から汲み出される。このとき第2ポンピングセル18には、酸素を汲み出すために第2ポンピング電流Ip2が供給される。第2ポンピング電流Ip2とNOx濃度との間には直線比例関係があるため、Ip2検出回路55によって検知される第2ポンピング電流Ip2は、NOx濃度と直線比例する値となる。
Oxygen generated by the decomposition of NOx is pumped out of the second measurement chamber S2 by the
その一方で、第1アンモニアセンサ部21の第1基準電極21aと第1アンモニア電極21cとの間には、被測定ガスに含まれるアンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第1起電力検出回路58は、第1基準電極21aと第1アンモニア電極21cとの間の起電力を第1アンモニア起電力として検出する。同様に、第2アンモニアセンサ部22の第2基準電極22aと第2アンモニア電極22cとの間にも、アンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第2起電力検出回路59は、第2基準電極22aと第2アンモニア電極22cとの間の起電力を第2アンモニア濃起電力として検出する。
On the other hand, an electromotive force is generated between the
なお、第2ポンピング電流Ip2の値には、第2測定室S2における被測定ガスの酸素濃度、NO2濃度およびアンモニア濃度の影響も含まれている。また、第1アンモニアセンサ部21から出力される第1アンモニア起電力EMFおよび第2アンモニアセンサ部22から出力される第2アンモニア起電力EMFには、被測定ガスの酸素濃度、NO濃度、NO2濃度および各センサ部11、21、22の温度の影響も含まれている。本実施形態では、第2ポンピング電流Ip2、第1アンモニア起電力および第2アンモニア起電力から酸素濃度の影響を取り除いた後に、NO濃度、NO2濃度およびアンモニア濃度を演算処理により求めている。なお、当該演算処理の詳細については後述する。また、酸素濃度は、第1ポンピング電流Ip1から関係式を用いて求められるものを用いている。
Note that the value of the second pumping current Ip2 includes the influence of the oxygen concentration, NO 2 concentration, and ammonia concentration of the gas to be measured in the second measurement chamber S2. The first ammonia electromotive force EMF output from the first
ここで、マイクロコンピュータ60のROM63には、以下に説明する各種のデータが格納されている。CPU61は、ROM63から当該各種データを読み込み、第2ポンピング電流Ip2の値、第1アンモニア起電力および第2アンモニア起電力から酸素濃度の影響を取り除くなどの種々の演算処理を行う。
Here, the
ROM63には、「アンモニア起電力−アンモニア濃度出力関係式」と、「アンモニア濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」と、「第2ポンピング電流Ip2−NOx濃度出力関係式」が格納されている。
The
なお、各種データは、上述のように所定の関係式として設定されていてもよいし、センサの出力から各種ガス濃度を算出するものであればよく、例えばテーブルとして設定されていてもよい。その他にも、予めガス濃度が既知のガスモデルを用いて得られた値(関係式やテーブルなど)とされていてもよい。 The various data may be set as a predetermined relational expression as described above, or may be set as a table, for example, as long as various gas concentrations are calculated from the output of the sensor. In addition, values (relational expressions, tables, etc.) obtained using a gas model whose gas concentration is known in advance may be used.
「アンモニア起電力−アンモニア濃度出力関係式」は、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22から出力されたアンモニア起電力と、被測定ガスのアンモニア濃度に係るアンモニア濃度出力との関係を表す式である。
The “ammonia electromotive force-ammonia concentration output relational expression” is a relationship between the ammonia electromotive force output from the first
「アンモニア濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」は、酸素濃度別に設定されたものであり、酸素濃度の影響を受けた第1アンモニア濃度出力と、酸素濃度の影響を除去した補正アンモニア濃度出力との関係を表す式、および、酸素濃度の影響を受けた第2アンモニア濃度出力と、酸素濃度の影響を除去した補正アンモニア濃度出力との関係を表す式である。 The “ammonia concentration output-corrected ammonia concentration output relational expression” is set for each oxygen concentration, and the first ammonia concentration output affected by the oxygen concentration, the corrected ammonia concentration output from which the influence of the oxygen concentration is removed, and And an expression representing the relationship between the second ammonia concentration output affected by the oxygen concentration and the corrected ammonia concentration output from which the influence of the oxygen concentration has been removed.
なお、「アンモニア濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」に設定されていない所定の酸素濃度におけるアンモニア濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式は、以下のように求めることができる。つまり、所定の酸素濃度よりも低濃度の設定された酸素濃度における「アンモニア濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」と、高濃度の設定された酸素濃度における「アンモニア濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」と、から外挿法を用いて所定の酸素濃度におけるアンモニア濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式を求めることができる。 Note that an ammonia concentration output-corrected ammonia concentration output relational expression at a predetermined oxygen concentration that is not set in the "ammonia concentration output-corrected ammonia concentration output relational expression" can be obtained as follows. That is, "ammonia concentration output-corrected ammonia concentration output relational expression" at a set oxygen concentration lower than a predetermined oxygen concentration and "ammonia concentration output-corrected ammonia concentration output relationship" at a high oxygen concentration set From the equation, an ammonia concentration output-corrected ammonia concentration output relational expression at a predetermined oxygen concentration can be obtained using an extrapolation method.
「第2ポンピング電流Ip2−NOx濃度出力関係式」は、第2ポンピング電流Ip2と、被測定ガスのNOx濃度との関係を表す式である。 The “second pumping current Ip2-NOx concentration output relational expression” is an expression representing the relationship between the second pumping current Ip2 and the NOx concentration of the gas to be measured.
次に、マイクロコンピュータ60のCPU61において実行される、第2ポンピング電流Ip2、第1アンモニア起電力EMFおよび第2アンモニア起電力EMFから、NO濃度、NO2濃度およびアンモニア濃度を求める演算処理について説明する。
Next, calculation processing executed by the
CPU61は、第2ポンピング電流Ip2、第1アンモニア起電力および第2アンモニア起電力が入力されると、第1アンモニア濃度出力および第2アンモニア濃度出力を求める演算処理を行う。具体的には、ROM63から「アンモニア起電力−アンモニア濃度出力関係式」を呼び出し、当該関係式を用いて第1アンモニア濃度出力および第2アンモニア濃度出力を算出する処理を行う。
When the second pumping current Ip2, the first ammonia electromotive force, and the second ammonia electromotive force are input, the
次いで、第1アンモニア濃度出力および第2アンモニア濃度出力から酸素濃度の影響を取り除いた補正第1アンモニア濃度出力および補正第2アンモニア濃度出力を求める演算処理を行う。具体的には、ROM63から「アンモニア濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」を呼び出し、当該関係式を用いて補正第1アンモニア濃度出力および補正第2アンモニア濃度出力を算出する処理を行う。
Next, a calculation process for obtaining a corrected first ammonia concentration output and a corrected second ammonia concentration output by removing the influence of the oxygen concentration from the first ammonia concentration output and the second ammonia concentration output is performed. Specifically, the “ammonia concentration output−corrected ammonia concentration output relational expression” is called from the
さらに、第2ポンピング電流Ip2からNOx濃度出力を求める演算処理を行う。具体的には、ROM63から「第2ポンピング電流Ip2−NOx濃度出力関係式」を呼び出し、当該関係式を用いてNOx濃度出力を算出する処理を行う。
Further, a calculation process for obtaining a NOx concentration output from the second pumping current Ip2 is performed. Specifically, the “second pumping current Ip2-NOx concentration output relational expression” is called from the
NOx濃度出力、補正第1アンモニア濃度出力および補正第2アンモニア濃度出力が求められると、CPU61は、以下に説明する補正式(1)から補正式(3)を用いた演算を行うことで、被測定ガスのNO濃度、NO2濃度およびNH3濃度を求める。
When the NOx concentration output, the corrected first ammonia concentration output, and the corrected second ammonia concentration output are obtained, the
x=(1+ay)(1+bz)A+cz ・・・(1)
x=(1+dy+ez)B+fz ・・・(2)
C=y+0.8z+1.2x ・・・(3)
ここで、xはNH3濃度であり、yはNO濃度であり、zはNO2濃度である。また、Aは第1アンモニア濃度出力であり、Bは第2アンモニア濃度出力であり、CはNOx濃度出力である。さらに、a,b,c,e,fは補正係数である。
x = (1 + ay) (1 + bz) A + cz (1)
x = (1 + dy + ez) B + fz (2)
C = y + 0.8z + 1.2x (3)
Here, x is the NH 3 concentration, y is the NO concentration, and z is the NO 2 concentration. A is the first ammonia concentration output, B is the second ammonia concentration output, and C is the NOx concentration output. Further, a, b, c, e, and f are correction coefficients.
なお、補正式(1)は第1アンモニアセンサ部21の特性に基づいて定まり、補正式(2)は第2アンモニアセンサ部22の特性に基づいて定まり、補正式(3)はNOxセンサ部11の特性に基づいて定まる式である。なお、(1)から(3)は、補正式の一例を示したものであり、ガス検知特性に応じて、他の補正式や、係数等を適宜変更しても良い。
The correction formula (1) is determined based on the characteristics of the first
上述の補正式(1)から(3)に基づくNO濃度y、NO2濃度zおよびNH3濃度xの計算手順は以下の通りである。
1.補正式(2)および(3)より、式をx=・・・z、y=・・・zの形式に変形する。
2.上述の式を補正式(1)に代入してzについての2次方程式を求める。
3.求められたNO2濃度zの2次方程式についての、解の公式を用いてNO2濃度zの値を求める。なお、zの2次項の係数が0の場合には、NH3濃度xを0とする。
4.補正式(1)と(3)、zの値から、NO濃度yを算出する。
5.補正式(3)にNO濃度yおよびNO2濃度zを入力してNH3濃度xを算出する。
The calculation procedure of the NO concentration y, the NO 2 concentration z and the NH 3 concentration x based on the above correction equations (1) to (3) is as follows.
1. From the correction equations (2) and (3), the equation is transformed into the form of x = ... z, y = ... z.
2. The above equation is substituted into the correction equation (1) to obtain a quadratic equation for z.
3. For quadratic equation of the obtained NO 2 concentration z, determining the value of the NO 2 concentration z using the formula of the solution. In addition, when the coefficient of the quadratic term of z is 0, the NH 3 concentration x is set to 0.
4). The NO concentration y is calculated from the correction equations (1) and (3) and the value of z.
5. The NH 3 concentration x is calculated by inputting the NO concentration y and the NO 2 concentration z into the correction formula (3).
次に、図4から図9を参照しながら、第1アンモニアセンサ部21、第2アンモニアセンサ部22およびNOxセンサ部11の検出特性を説明するとともに、本実施形態の補正処理を行う前後のNO濃度、NO2濃度およびNH3濃度の違いについて説明する。
Next, while referring to FIGS. 4 to 9, the detection characteristics of the first
まず、図4を用いて第1アンモニアセンサ部21、第2アンモニアセンサ部22およびNOxセンサ部11の単体のNO、NO2およびNH3に対する検出特性について説明する。なお、図4(a)が第1アンモニアセンサ部21の検出特性を説明するグラフであり、図4(b)が第2アンモニアセンサ部22の検出特性を説明するグラフであり、図4(c)がNOxセンサ部11検出特性を説明するグラフである。また、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)で表示されたグラフがNH3のみが投入された際のセンサからの出力濃度を表すグラフであり、白抜き三角(△)がNOのみが投入された際の出力濃度を表すグラフであり、白抜き丸(○)がNO2のみが投入された際のセンサからの出力濃度を表すグラフである。
First, detection characteristics of the first
高温側に配置された第1アンモニアセンサ部21について見ると、NH3についてのみ、投入濃度に比例した正確な出力濃度が出力されていることが判る。NOに対しては出力がなく、NO2に対しては投入濃度が高くなるに伴い、出力濃度が低下している。また、低温側に配置された第2アンモニアセンサ部22についても、第1アンモニアセンサ部21と略同様な出力濃度となっている。
Looking at the first
NOxセンサ部11について見ると、NO、NO2およびNH3に対して投入濃度が高くなるに伴い、出力濃度が増加している。特に注目する点としては、NOxセンサ部11が、NOやNO2と同様に、NH3に対しても感度を有していることである。
Looking at the
次に、図5を用いて、NOを含む被測定ガスに対して投入されるNH3の濃度を変化させた場合(NO2は含まれていない)の第1アンモニアセンサ部21、第2アンモニアセンサ部22およびNOxセンサ部11の検出特性について説明する。なお、被測定ガスに含まれるNO濃度は所定の一定値に固定されており、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)で表示されたグラフは、NO濃度が0ppmの場合を表し、白抜き三角(△)は20ppmの場合を表し、白抜き丸(○)は50ppmである場合を表している。
Next, referring to FIG. 5, the first
図5(a)に示している、第1アンモニアセンサ部21について見ると、NO濃度の高低に関わらず、投入されたNH3濃度に比例した正確な出力濃度が出力されていることが判る。言い換えると、第1アンモニアセンサ部21は、NO濃度の影響をほとんど受けていないことが判る。
Looking at the first
また、図5(b)に示している、第2アンモニアセンサ部22について見ると、NO濃度が高くなるに伴い、投入されたNH3濃度よりも低い出力濃度が出力され、グラフの傾きが変化することが判る。言い換えると、NO濃度が高くなるに伴い、第2アンモニアセンサ部22の検出感度が低下することが判る。
Further, when looking at the second
さらに、図5(c)に示している、NOxセンサ部11について見ると、投入されたNH3濃度に比例した値の出力濃度が出力され、かつ、NO濃度が高くなるに伴い出力濃度を示すグラフが高濃度側へ平行移動する(オフセットする)ことが判る。
Further, when viewing the
次に、図6を用いて、NO2を含む被測定ガスに対して投入されるNH3の濃度を変化させた場合(NOは含まれていない)の第1アンモニアセンサ部21、第2アンモニアセンサ部22およびNOxセンサ部11の検出特性について説明する。なお、被測定ガスに含まれるNO2濃度は所定の一定値に固定されており、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)で表示されたグラフは、NO2濃度が0ppmの場合を表し、白抜き三角(△)は20ppmの場合を表し、白抜き丸(○)は50ppmである場合を表している。
Next, referring to FIG. 6, the first
図6(a)に示している、第1アンモニアセンサ部21について見ると、投入されるNH3濃度の変化に対する出力濃度の値の変化に与えるNO2濃度の影響は小さいが、投入されるNH3濃度の変化に対する出力濃度の値そのものは小さくなることが判る。つまり、出力濃度のグラフの傾きの変化は小さいが、グラフが低濃度側に平行移動することが判る。言い換えると、NO2濃度が高くなると、第1アンモニアセンサ部21は、主に出力濃度が低濃度側にオフセットすることが判る。
Looking at the first
図6(b)に示している、第2アンモニアセンサ部22について見ると、投入されるNH3濃度の変化に対する出力濃度の値の変化に与えるNO2濃度の影響が大きいことが判る。つまり、出力濃度のグラフの傾きの変化が大きいことが判る。その一方で、当該グラフの平行移動は、第1アンモニアセンサ部21と比較すると小さい。言い換えると、NO2濃度が高くなると、第2アンモニアセンサ部22は、主に検出感度が低下することが判る。
Looking at the second
図6(c)に示している、NOxセンサ部11について見ると、投入されたNH3濃度に比例した値の出力濃度が出力され、かつ、NO2濃度が高くなるに伴い出力濃度を示すグラフが高濃度側へ平行移動する(オフセットする)ことが判る。
Looking at the
次に、図7を用いて、NOを含む被測定ガスに対して投入されるNO2の濃度を変化させた場合(NH3は含まれていない)の第1アンモニアセンサ部21、第2アンモニアセンサ部22およびNOxセンサ部11の検出特性について説明する。なお、被測定ガスに含まれるNO濃度は所定の一定値に固定されており、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)で表示されたグラフは、NO濃度が0ppmの場合を表し、白抜き三角(△)は20ppmの場合を表し、白抜き丸(○)は50ppmである場合を表している。
Next, referring to FIG. 7, the first
図7(a)に示している、第1アンモニアセンサ部21について見ると、投入されるNO2濃度が高くなるに伴い出力濃度の値は低下し、かつ、出力濃度はNO濃度の高低の影響をほとんど受けていないことが判る。
Looking at the first
図7(b)に示している、第2アンモニアセンサ部22について見ると、第1アンモニアセンサ部21と同様に、投入されるNO2濃度が高くなるに伴い出力濃度の値は低下し、かつ、出力濃度はNO濃度の高低の影響をほとんど受けていないことが判る。
Looking at the second
図7(c)に示している、NOxセンサ部11について見ると、投入されるNO2濃度に比例した値の出力濃度が出力され、かつ、NO濃度が高くなるに伴い出力濃度を示すグラフが高濃度側へ平行移動する(オフセットする)ことが判る。
Looking at the
次に図8および図9を用いて、本実施形態の補正処理を行う前後のNO濃度、NO2濃度およびNH3濃度の違いについて説明する。図8(a)は、妨害ガスであるNOを含む被測定ガスに対して投入されるNH3の濃度を変化させた場合(NO2は含まれていない)の求められた補正前のNH3濃度と、補正後のNH3濃度とを示すグラフである。 Next, the difference in the NO concentration, the NO 2 concentration, and the NH 3 concentration before and after performing the correction processing of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8A shows the calculated NH 3 before correction when the concentration of NH 3 introduced into the measurement gas containing NO as an interfering gas is changed (NO 2 is not included). is a graph showing the concentration, the NH 3 concentration after correction.
なお、被測定ガスに含まれるNO濃度は所定の一定値に固定されており、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)および黒塗りの菱形(◆)で表示されたグラフは、NO濃度が0ppmの場合を表し、白抜き三角(△)および黒塗り三角(▲)は20ppmの場合を表し、白抜き丸(○)および黒塗り丸(●)は50ppmである場合を表している。さらに、白抜きマーク(◇,△,○)で表されたグラフは補正前のNH3濃度を表し、黒塗りマーク(◆,▲,●)で表されたグラフは補正後のNH3濃度を表している。 Note that the NO concentration contained in the gas to be measured is fixed at a predetermined constant value, and the graphs indicated by white diamonds (◇) and black diamonds (◆) in each graph have a NO concentration of 0 ppm. The white triangle (Δ) and the black triangle (▲) represent the case of 20 ppm, and the white circle (◯) and the black circle (●) represent the case of 50 ppm. Furthermore, the graphs indicated by white marks (◇, △, ○) indicate the NH 3 concentration before correction, and the graphs indicated by black marks (◆, ▲, ●) indicate the NH 3 concentration after correction. Represents.
図8(a)に示される補正前のNH3濃度を見ると、NO濃度が高くなるに伴い、求められたNH3濃度が低下し、感度が低下していることが判る。言い換えると、求められたNH3濃度にNO濃度の影響が含まれていることが判る。これに対して、補正後のNH3濃度を見ると、NO濃度に関わらず、投入されたNH3濃度を正しく表すNH3濃度が求められていることが判る。言い換えると、NO濃度の影響が排除されたNH3濃度が求められていることが判る。 Looking at the NH 3 concentration before correction shown in FIG. 8A, it can be seen that as the NO concentration increases, the obtained NH 3 concentration decreases and the sensitivity decreases. In other words, it can be seen that the obtained NH 3 concentration includes the influence of the NO concentration. On the other hand, when the NH 3 concentration after correction is viewed, it can be seen that an NH 3 concentration that correctly represents the input NH 3 concentration is obtained regardless of the NO concentration. In other words, it can be seen that an NH 3 concentration in which the influence of the NO concentration is eliminated is required.
図8(b)は、妨害ガスであるNH3を含む被測定ガスに対して投入されるNOの濃度を変化させた場合(NO2は含まれていない)の求められた補正前のNO濃度と、補正後のNO濃度とを示すグラフである。 FIG. 8B shows the obtained NO concentration before correction when the concentration of NO introduced into the measurement gas containing NH 3 that is an interfering gas is changed (NO 2 is not included). And a corrected NO concentration.
なお、被測定ガスに含まれるNH3濃度は所定の一定値に固定されており、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)および黒塗りの菱形(◆)で表示されたグラフは、NH3濃度が0ppmの場合を表し、白抜き三角(△)および黒塗り三角(▲)は20ppmの場合を表し、白抜き丸(○)および黒塗り丸(●)は50ppmである場合を表している。さらに、白抜きマーク(◇,△,○)で表されたグラフは補正前のNO濃度を表し、黒塗りマーク(◆,▲,●)で表されたグラフは補正後のNO濃度を表している。 The NH 3 concentration contained in the gas to be measured is fixed to a predetermined constant value. The graphs indicated by white diamonds (◇) and black diamonds (◆) in each graph are NH 3 concentrations. Represents a case of 0 ppm, a white triangle (Δ) and a black triangle (▲) represent a case of 20 ppm, and a white circle (◯) and a black circle (●) represent a case of 50 ppm. Furthermore, the graphs represented by white marks (◇, △, ○) represent the NO concentration before correction, and the graphs represented by black marks (◆, ▲, ●) represent the NO concentration after correction. Yes.
図8(b)に示される補正前のNO濃度を見ると、NH3濃度が高くなるに伴い、求められたNO濃度が増加し、NO濃度の値がオフセットしていることが判る。言い換えると、求められたNO濃度にNH3濃度の影響が含まれていることが判る。これに対して、補正後のNO濃度を見ると、求められたNO濃度の値がオフセットしているものの、補正前と比較するとオフセット幅が減少していることが判る。言い換えると求められたNO濃度に対するNH3濃度の影響が抑制されていることが判る。 Looking at the NO concentration before correction shown in FIG. 8B, it can be seen that as the NH 3 concentration increases, the obtained NO concentration increases and the value of the NO concentration is offset. In other words, it can be seen that the obtained NO concentration includes the influence of the NH 3 concentration. On the other hand, when the corrected NO concentration is viewed, it can be seen that although the obtained NO concentration value is offset, the offset width is reduced as compared with that before the correction. In other words, it can be seen that the influence of the NH 3 concentration on the determined NO concentration is suppressed.
図8(c)は、妨害ガスであるNH3を含む被測定ガスに対して投入されるNO2の濃度を変化させた場合(NOは含まれていない)の求められた補正前のNO2濃度と、補正後のNO2濃度とを示すグラフである。 FIG. 8 (c) shows the calculated NO 2 before correction when the concentration of NO 2 input to the gas to be measured containing NH 3 that is an interference gas is changed (NO is not included). is a graph showing the concentration, the NO 2 concentration after correction.
なお、被測定ガスに含まれるNH3濃度は所定の一定値に固定されており、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)および黒塗りの菱形(◆)で表示されたグラフは、NH3濃度が0ppmの場合を表し、白抜き三角(△)および黒塗り三角(▲)は20ppmの場合を表し、白抜き丸(○)および黒塗り丸(●)は50ppmである場合を表している。さらに、白抜きマーク(◇,△,○)で表されたグラフは補正前のNO2濃度を表し、黒塗りマーク(◆,▲,●)で表されたグラフは補正後のNO2濃度を表している。 The NH 3 concentration contained in the gas to be measured is fixed to a predetermined constant value. The graphs indicated by white diamonds (◇) and black diamonds (◆) in each graph are NH 3 concentrations. Represents a case of 0 ppm, a white triangle (Δ) and a black triangle (▲) represent a case of 20 ppm, and a white circle (◯) and a black circle (●) represent a case of 50 ppm. Furthermore, the graphs represented by white marks (◇, △, ○) represent the NO 2 concentration before correction, and the graphs represented by black marks (◆, ▲, ●) represent the NO 2 concentration after correction. Represents.
図8(c)に示される補正前のNO2濃度を見ると、NH3濃度が高くなるに伴い、求められたNO2濃度が増加し、NO2濃度の値がオフセットしていることが判る。言い換えると、求められたNO2濃度にNH3濃度の影響が含まれていることが判る。これに対して、補正後のNO2濃度を見ると、求められたNO2濃度の値がオフセットしているものの、補正前と比較するとオフセット幅が減少していることが判る。言い換えると求められたNO2濃度に対するNH3濃度の影響が抑制されていることが判る。 Looking at the uncorrected NO 2 concentration shown in FIG. 8C, it can be seen that as the NH 3 concentration increases, the obtained NO 2 concentration increases and the value of the NO 2 concentration is offset. . In other words, it can be seen that the obtained NO 2 concentration includes the influence of the NH 3 concentration. On the other hand, when the corrected NO 2 concentration is seen, it can be seen that the offset width is reduced as compared with that before the correction, although the obtained NO 2 concentration value is offset. In other words, it can be seen that the influence of the NH 3 concentration on the determined NO 2 concentration is suppressed.
図9(a)は、妨害ガスであるNO2を含む被測定ガスに対して投入されるNH3の濃度を変化させた場合(NOは含まれていない)の求められた補正前のNH3濃度と、補正後のNH3濃度とを示すグラフである。 FIG. 9A shows the calculated NH 3 before correction when the concentration of NH 3 introduced into the measurement gas containing NO 2 that is an interfering gas is changed (NO is not included). is a graph showing the concentration, the NH 3 concentration after correction.
なお、被測定ガスに含まれるNO2濃度は所定の一定値に固定されており、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)および黒塗りの菱形(◆)で表示されたグラフは、NO2濃度が0ppmの場合を表し、白抜き三角(△)および黒塗り三角(▲)は20ppmの場合を表し、白抜き丸(○)および黒塗り丸(●)は50ppmである場合を表している。さらに、白抜きマーク(◇,△,○)で表されたグラフは補正前のNH3濃度を表し、黒塗りマーク(◆,▲,●)で表されたグラフは補正後のNH3濃度を表している。 Note that the NO 2 concentration contained in the gas to be measured is fixed at a predetermined constant value, and the graphs indicated by white diamonds (◇) and black diamonds (◆) in each graph are NO 2 concentrations. Represents a case of 0 ppm, a white triangle (Δ) and a black triangle (▲) represent a case of 20 ppm, and a white circle (◯) and a black circle (●) represent a case of 50 ppm. Furthermore, the graphs indicated by white marks (◇, △, ○) indicate the NH 3 concentration before correction, and the graphs indicated by black marks (◆, ▲, ●) indicate the NH 3 concentration after correction. Represents.
図9(a)に示される補正前のNH3濃度を見ると、NO2濃度が高くなるに伴い、投入されるNH3濃度の変化に対する求められたNH3濃度の値の変化が減少するとともに、求められたNH3濃度の値も低下することが判る。言い換えるとグラフの傾きが小さくなると共に、グラフが低濃度側にオフセットすることが判る。これに対して、補正後のNH3濃度を見ると、求められたNH3濃度におけるNO2濃度の影響が大幅に抑制されていることが判る。 Looking at the NH 3 concentration before correction shown in FIG. 9A, as the NO 2 concentration increases, the change in the calculated NH 3 concentration value with respect to the change in the NH 3 concentration to be input decreases. It can be seen that the obtained NH 3 concentration value also decreases. In other words, it can be seen that the slope of the graph becomes smaller and the graph is offset to the low density side. On the other hand, when the corrected NH 3 concentration is seen, it can be seen that the influence of the NO 2 concentration on the obtained NH 3 concentration is greatly suppressed.
図9(b)は、妨害ガスであるNO2を含む被測定ガスに対して投入されるNOの濃度を変化させた場合(NH3は含まれていない)の求められた補正前のNO濃度と、補正後のNO濃度とを示すグラフである。 FIG. 9B shows the obtained NO concentration before correction when the concentration of NO input to the measurement gas containing NO 2 that is an interfering gas is changed (NH 3 is not included). And a corrected NO concentration.
なお、被測定ガスに含まれるNO2濃度は所定の一定値に固定されており、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)および黒塗りの菱形(◆)で表示されたグラフは、NO2濃度が0ppmの場合を表し、白抜き三角(△)および黒塗り三角(▲)は20ppmの場合を表し、白抜き丸(○)および黒塗り丸(●)は50ppmである場合を表している。さらに、白抜きマーク(◇,△,○)で表されたグラフは補正前のNO濃度を表し、黒塗りマーク(◆,▲,●)で表されたグラフは補正後のNO濃度を表している。 Note that the NO 2 concentration contained in the gas to be measured is fixed at a predetermined constant value, and the graphs indicated by white diamonds (◇) and black diamonds (◆) in each graph are NO 2 concentrations. Represents a case of 0 ppm, a white triangle (Δ) and a black triangle (▲) represent a case of 20 ppm, and a white circle (◯) and a black circle (●) represent a case of 50 ppm. Furthermore, the graphs represented by white marks (◇, △, ○) represent the NO concentration before correction, and the graphs represented by black marks (◆, ▲, ●) represent the NO concentration after correction. Yes.
図9(b)に示される補正前のNO濃度を見ると、NO2濃度が高くなるに伴い、求められたNO濃度が増加し、NO濃度の値がオフセットしていることが判る。言い換えると、求められたNO濃度にNO2濃度の影響が含まれていることが判る。これに対して、補正後のNO濃度を見ると、求められたNO濃度におけるNO2濃度の影響が大幅に抑制されていることが判る。 Looking at the NO concentration before correction shown in FIG. 9B, it can be seen that as the NO 2 concentration increases, the obtained NO concentration increases and the value of the NO concentration is offset. In other words, it can be seen that the obtained NO concentration includes the influence of the NO 2 concentration. On the other hand, looking at the corrected NO concentration, it can be seen that the influence of the NO 2 concentration on the obtained NO concentration is greatly suppressed.
図9(c)は、妨害ガスであるNOを含む被測定ガスに対して投入されるNO2の濃度を変化させた場合(NH3は含まれていない)の求められた補正前のNO2濃度と、補正後のNO2濃度とを示すグラフである。 FIG. 9 (c) shows the calculated NO 2 before correction when the concentration of NO 2 input to the gas to be measured containing NO as an interfering gas is changed (NH 3 is not included). is a graph showing the concentration, the NO 2 concentration after correction.
なお、被測定ガスに含まれるNO濃度は所定の一定値に固定されており、各グラフにおける白抜きの菱形(◇)および黒塗りの菱形(◆)で表示されたグラフは、NO濃度が0ppmの場合を表し、白抜き三角(△)および黒塗り三角(▲)は20ppmの場合を表し、白抜き丸(○)および黒塗り丸(●)は50ppmである場合を表している。さらに、白抜きマーク(◇,△,○)で表されたグラフは補正前のNO2濃度を表し、黒塗りマーク(◆,▲,●)で表されたグラフは補正後のNO2濃度を表している。 Note that the NO concentration contained in the gas to be measured is fixed at a predetermined constant value, and the graphs indicated by white diamonds (◇) and black diamonds (◆) in each graph have a NO concentration of 0 ppm. The white triangle (Δ) and the black triangle (▲) represent the case of 20 ppm, and the white circle (◯) and the black circle (●) represent the case of 50 ppm. Furthermore, the graphs represented by white marks (◇, △, ○) represent the NO 2 concentration before correction, and the graphs represented by black marks (◆, ▲, ●) represent the NO 2 concentration after correction. Represents.
図9(b)に示される補正前のNO2濃度を見ると、NO濃度が高くなるに伴い、求められたNO2濃度が増加し、NO濃度の値がオフセットしていることが判る。言い換えると、求められたNO2濃度にNO濃度の影響が含まれていることが判る。これに対して、補正後のNO2濃度を見ると、求められたNO2濃度におけるNO濃度の影響が大幅に抑制されていることが判る。 When the NO 2 concentration before correction shown in FIG. 9B is seen, it can be seen that as the NO concentration increases, the obtained NO 2 concentration increases and the value of the NO concentration is offset. In other words, it can be seen that the obtained NO 2 concentration includes the influence of the NO concentration. On the other hand, when the corrected NO 2 concentration is seen, it can be seen that the influence of the NO concentration on the obtained NO 2 concentration is greatly suppressed.
上記の構成のマルチガスセンサ装置1によれば、測定時に第1アンモニアセンサ部21と第2アンモニアセンサ部22との間に温度差があるため、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22におけるNOおよびNO2に対する検出感度などに差が生じる。そのため、NOxセンサ部11、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22のそれぞれから異なる値の出力濃度を得ることができる。この3つの出力濃度を用いて演算を行うことにより、一酸化窒素、二酸化窒素およびアンモニアの濃度を求めることができる。
According to the
また、具体的な演算方法としては、NH3の影響が含まれるNOxセンサ部11の出力濃度(NO濃度の出力濃度)、NOx(NOおよびNO2)の影響が含まれる第1アンモニアセンサ部21の出力濃度(NH3濃度の出力濃度)、および、同じくNOxの影響が含まれる第2アンモニアセンサ部22の出力濃度(NH3濃度の出力濃度)の3つの出力濃度から、NH3およびNO2の影響を取り除いたNOの濃度、NH3およびNOの影響を取り除いたNO2の濃度、および、NOおよびNO2の影響を取り除いたNH3の濃度を算出することができる。
As a specific calculation method, the output concentration of the
ここで、高温領域に配置される第1アンモニアセンサ部21と、低温領域に配置される第2アンモニアセンサ部22とは構成要素が同じであっても、配置される領域の温度(つまりセンサ部の温度)が異なることにより、出力濃度におけるNOxの影響の度合いが変わってくる。言い換えると、出力濃度におけるNOxの影響度はセンサ部の温度にも依存している。そのため、第1アンモニアセンサ部21の出力濃度と、第2アンモニアセンサ部22の出力濃度とは、異なる出力濃度として扱うことができ、これにNOxセンサ部11の出力を加えた3つの異なる出力濃度を用いて、NO、NO2およびNH3の濃度を求めることができる。
Here, even if the first
また、第1アンモニアセンサ部21と第2アンモニアセンサ部22とを構成する要素を同じとすることにより、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22の経時的な劣化の程度も同程度となる。そのため、別々の構成要素を用いて第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22を構成する場合と比較して、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22の間の出力濃度の関係を一定に保ちやすくなる。言い換えると、第1アンモニアセンサ部21および第2アンモニアセンサ部22の出力濃度を較正する必要性が低くなり、NO、NO2およびNH3濃度の精度を保ちやすい。
Further, by making the elements constituting the first
なお、本実施形態においては、第1アンモニアセンサ部21は、アンモニア用固体電解質体23、第1基準電極21a、第1中間層21b、第1アンモニア電極21c、および保護層24からなり、第2アンモニアセンサ部22は、アンモニア用固体電解質体23、第2基準電極22a、第2中間層22b、第2アンモニア電極21c、および保護層24からなり、同じ構成を有している。また、第1基準電極21aと第2基準電極22a、第1中間層21bと第2中間層22b、第1アンモニア電極21cと第2アンモニア電極22cとは、同材料からなる。
In the present embodiment, the first
高温領域に配置される第1アンモニアセンサ部21を、温度検出部に相当する酸素濃度検知セル16に近い位置に配置することにより、第1アンモニアセンサ部21の温度を正確に制御することができる。特に、第1アンモニアセンサ部21の温度を、上述の上限温度である800℃に近い温度に制御する場合には、上限温度を超えることによる第1アンモニアセンサ部21の検出性能の低下を抑制しやすくなる。
By arranging the first
そして、第1アンモニアセンサ部21を、センサ素子部10の外表面であり、軸線O方向における酸素濃度検知セル16と同じ位置に設けることで、第1アンモニアセンサ部21の温度をより正確に制御することができる。なお、「同じ位置」とは、酸素濃度検知セル16と第1アンモニアセンサ部21とが軸線O方向において重なるように配置されていることを指す。
And the temperature of the 1st
さらに、第1アンモニアセンサ部21の第1基準電極21aおよび第2アンモニアセンサ部22の第2基準電極22aを共通の電極とすることにより、マルチガスセンサ2およびマルチガスセンサ装置1における測定精度の悪化を抑制できる。具体的には、第1基準電極21aの劣化度合いと、第2基準電極22aの劣化度合いが一致するため、基準電極を別々に設けた場合と比較して、劣化度合いの違いによる測定精度の悪化が抑制される。
Furthermore, by using the
1…マルチガスセンサ装置、2…マルチガスセンサ、3…制御部(演算部)、11…NOxセンサ部、12…第1ポンピングセル、12a…第1固体電解質体、12b…内側第1ポンピング電極(第1電極)、12c…外側第1ポンピング電極(第1電極)、18…第2ポンピングセル、18a…第2固体電解質体、18b…内側第2ポンピング電極(第2電極)、18c…第2ポンピング対電極(第2電極)、19…ヒータ(ヒータ部)、21…第1アンモニアセンサ部、21a…第1基準電極(基準電極)、22…第2アンモニアセンサ部、22a…第2基準電極(基準電極)、S1…第1測定室、S2…第2測定室
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記被測定ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するアンモニアセンサ部と、
前記NOxセンサ部および前記アンモニアセンサ部を加熱するヒータ部と、
が一体に設けられたセンサ素子部を有し、軸線方向に延びるマルチガスセンサであって、
前記アンモニアセンサ部は、同じ構成要素からなる第1アンモニアセンサ部および第2アンモニアセンサ部を有し、
前記第2アンモニアセンサ部は、前記センサ素子部のうち、前記第1アンモニアセンサ部よりも温度が低い領域に配置されていることを特徴とするマルチガスセンサ。 A NOx sensor unit for measuring the concentration of nitrogen oxides contained in the gas to be measured;
An ammonia sensor unit for measuring the concentration of ammonia contained in the gas to be measured;
A heater unit for heating the NOx sensor unit and the ammonia sensor unit;
Is a multi-gas sensor having a sensor element part integrally provided and extending in the axial direction,
The ammonia sensor unit has a first ammonia sensor unit and a second ammonia sensor unit made of the same components,
The second ammonia sensor section is arranged in a region of the sensor element section where the temperature is lower than that of the first ammonia sensor section.
前記第1アンモニアセンサ部は、前記センサ素子部のうち、前記第2アンモニアセンサ部と比較して前記温度検出部に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載のマルチガスセンサ。 The sensor element unit is provided with a temperature detection unit that measures a temperature used to control heating of the NOx sensor unit,
2. The multi-gas sensor according to claim 1, wherein the first ammonia sensor unit is disposed at a position closer to the temperature detection unit than the second ammonia sensor unit in the sensor element unit.
第1固体電解質体、および該第1固体電解質体上に設けられ、第1測定室の内部と外部に位置する一対の第1電極を有し、前記第1測定室に導入される被測定ガス中の酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第1ポンピングセルと、
第2固体電解質体、および該第2固体電解質体上に設けられ、第2測定室の内部と外部に位置する一対の第2電極とを有し、前記第1測定室にて酸素濃度が調整されて前記第2測定室に流入したガス中のNOx濃度に応じた第2ポンピング電流が前記一対の第2電極間に流れる第2ポンピングセルと、
を備え、
前記温度検出部が、前記第1ポンピングセルの下流側で、かつ前記第2ポンピングセルの上流側に設けられてなり、
前記第1アンモニアセンサ部は、前記センサ素子部の外表面であり、前記軸線方向における前記温度検出部と同じ位置に設けられることを特徴とする請求項2記載のマルチガスセンサ。 The NOx sensor unit is
A gas to be measured having a first solid electrolyte body and a pair of first electrodes provided on the first solid electrolyte body and located inside and outside the first measurement chamber and introduced into the first measurement chamber A first pumping cell for pumping or pumping oxygen therein;
A second solid electrolyte body and a pair of second electrodes provided on the second solid electrolyte body and located outside and inside the second measurement chamber, the oxygen concentration being adjusted in the first measurement chamber A second pumping cell in which a second pumping current corresponding to the NOx concentration in the gas flowing into the second measurement chamber flows between the pair of second electrodes;
With
The temperature detector is provided on the downstream side of the first pumping cell and on the upstream side of the second pumping cell;
The multi-gas sensor according to claim 2, wherein the first ammonia sensor unit is an outer surface of the sensor element unit, and is provided at the same position as the temperature detection unit in the axial direction.
前記NOxセンサ部の出力、前記第1アンモニアセンサ部の出力、および、前記第2アンモニアセンサ部の出力に基づいて、前記被測定ガスに含まれる一酸化窒素、二酸化窒素およびアンモニアの濃度を算出する演算部と、
が設けられていることを特徴とするマルチガスセンサ装置。 A multi-gas sensor according to any one of claims 1 to 4,
Based on the output of the NOx sensor unit, the output of the first ammonia sensor unit, and the output of the second ammonia sensor unit, the concentrations of nitrogen monoxide, nitrogen dioxide and ammonia contained in the gas to be measured are calculated. An arithmetic unit;
A multi-gas sensor device comprising:
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