JP2011145085A

JP2011145085A - Gas adsorption amount sensor

Info

Publication number: JP2011145085A
Application number: JP2010003877A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Matsui; 良彦松井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2011-07-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas adsorption amount sensor for precisely detecting the adsorption amount of the adsorption target gas adsorbed by a gas-adsorbing member. <P>SOLUTION: The sensor section 21 of the gas adsorption amount sensor 14 has a sensor adsorption section that includes zeolite which is a material identical to that of the adsorption layer of a catalyst 12. Accordingly, the sensor adsorption section adsorbs ammonia being the adsorption target gas in the same way as the adsorption layer of the catalyst 12. That is, the adsorption characteristics of ammonia in the sensor adsorption section are substantially identical to the adsorption characteristics of ammonia in the adsorption layer of the catalyst 12. As a result, the adsorption amount of ammonia on the sensor adsorption section becomes substantially identical to that of the adsorption amount of ammonia of the catalyst 12 itself. According to this constitution, the adsorption amount of ammonia in the sensor adsorption layer can be regarded in the same light as with the adsorption amount of ammonia on the adsorption layer of the catalyst 12. hence, the adsorption amount of ammonia adsorbed by the adsorption layer of the catalyst 12 can be accurately detected using the gas adsorption amount sensor 14. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス吸着部材のガス吸着量を検出するガス吸着量センサに関する。 The present invention relates to a gas adsorption amount sensor that detects a gas adsorption amount of a gas adsorption member.

例えば、内燃機関の排気浄化装置は、窒素酸化物を還元するためのＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒、吸蔵還元触媒、炭化水素や一酸化炭素を酸化する酸化触媒、さらにＰＭを補足・酸化するＤＰＦフィルタなど、複数の触媒を備えている。この各触媒では、対象ガスの酸化や還元を行うため、燃料や尿素などの還元剤を添加する。これら還元剤の噴射量などを高い精度で算出するために、Ａ／Ｆセンサ、酸素センサ、ＮＯｘセンサや温度センサを用いて、排ガス中のガス濃度、および各種触媒への対象となるガスの吸着量を検出している。従来、ガスの流れ方向において触媒の上流側または下流側など、触媒の近傍に上記したガス濃度センサを配置し、これらのガス濃度センサで検出した吸着対象のガスの濃度から各触媒へのガス吸着量を推定している。 For example, exhaust gas purification systems for internal combustion engines include SCR (Selective Catalytic Reduction) catalysts for reducing nitrogen oxides, occlusion reduction catalysts, oxidation catalysts for oxidizing hydrocarbons and carbon monoxide, and DPFs that capture and oxidize PM. A plurality of catalysts such as filters are provided. In each catalyst, a reducing agent such as fuel or urea is added to oxidize or reduce the target gas. In order to calculate the injection amount of these reducing agents with high accuracy, the A / F sensor, oxygen sensor, NOx sensor and temperature sensor are used to absorb the gas concentration in the exhaust gas and the target gas to various catalysts. The amount is detected. Conventionally, the gas concentration sensor described above is arranged in the vicinity of the catalyst, such as the upstream side or downstream side of the catalyst in the gas flow direction, and the gas adsorption to each catalyst from the concentration of the gas to be adsorbed detected by these gas concentration sensors. The amount is estimated.

例えば尿素ＳＣＲの場合、尿素ＳＣＲ触媒へのアンモニア吸着量が最大に維持した状態、すなわち飽和した状態で窒素酸化物の還元性能が最大となる。そのため、尿素ＳＣＲシステムは、触媒入口側の窒素酸化物濃度および還元剤である尿素の濃度、ならびに触媒出口側における窒素酸化物濃度およびアンモニア濃度から尿素ＳＣＲ触媒へのアンモニア吸着量を推定している。排気浄化装置は、推定した吸着量が最大となるように尿素の添加量を制御している。 For example, in the case of urea SCR, the reduction performance of nitrogen oxide is maximized in a state where the ammonia adsorption amount to the urea SCR catalyst is maintained at the maximum, that is, in a saturated state. Therefore, the urea SCR system estimates the amount of adsorption of ammonia on the urea SCR catalyst from the concentration of nitrogen oxide on the catalyst inlet side and the concentration of urea as a reducing agent, and the concentration of nitrogen oxide and ammonia on the catalyst outlet side. . The exhaust emission control device controls the amount of urea added so that the estimated amount of adsorption is maximized.

しかしながら、尿素ＳＣＲ触媒に吸着されたアンモニアの吸着量を上記手法にて正確に推定することは困難である。そこで、従来の排気浄化装置は、アンモニアの吸着量を少なめに推定し、アンモニアが尿素ＳＣＲ触媒を通過し、排出されることを防止している。その結果、従来の場合、窒素酸化物の還元性能のさらなる向上は難しいという問題がある。
一方、特許文献１に開示されているように、アンモニアを直接検出するアンモニアセンサも提案されている。しかし、排気に含まれるアンモニアの濃度を検出しても、尿素ＳＣＲ触媒に吸着されているアンモニアの吸着量を正確に把握することは難しい。さらに、アンモニアに限らず、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、二酸化炭素、水あるいは酸素などの他のガスについても、各種の触媒への吸着量を推定することは難しい。 However, it is difficult to accurately estimate the amount of ammonia adsorbed on the urea SCR catalyst by the above method. Therefore, the conventional exhaust purification device estimates a small amount of ammonia adsorption, and prevents ammonia from passing through the urea SCR catalyst and being discharged. As a result, in the conventional case, there is a problem that it is difficult to further improve the reduction performance of nitrogen oxides.
On the other hand, as disclosed in Patent Document 1, an ammonia sensor that directly detects ammonia has also been proposed. However, it is difficult to accurately grasp the amount of ammonia adsorbed on the urea SCR catalyst even if the concentration of ammonia contained in the exhaust gas is detected. Furthermore, it is difficult to estimate the amount of adsorption on various catalysts not only for ammonia but also for other gases such as hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, carbon dioxide, water or oxygen.

特開２００７−３２２１８４号公報JP 2007-322184 A

そこで、本発明の目的は、ガス吸着部材に吸着した吸着対象ガスの吸着量を精度よく検出するガス吸着量センサを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a gas adsorption amount sensor that accurately detects the adsorption amount of the adsorption target gas adsorbed on the gas adsorption member.

請求項１記載の発明では、センサ吸着部は、ガス吸着部材の吸着層と同一の材料からなる。そのため、センサ吸着部は、ガス吸着部材の吸着層と同様に吸着対象ガスが吸着される。センサ吸着部は、吸着対象ガスの吸着量に応じて電気的な特性が変化する。これにより、センサ吸着部における電気的な特性を検出することにより、センサ吸着部に吸着した吸着対象ガスの吸着量が直接検出される。そして、ガス吸着部材の吸着層とセンサ吸着部とは同一の材料からなるため、吸着対象ガスの吸着特性も近似する。したがって、ガス吸着部材に吸着する吸着対象ガスの吸着量を精度よく検出することができる。 In the first aspect of the present invention, the sensor adsorption portion is made of the same material as the adsorption layer of the gas adsorption member. Therefore, the sensor adsorption unit adsorbs the adsorption target gas in the same manner as the adsorption layer of the gas adsorption member. The sensor adsorption unit changes in electrical characteristics according to the adsorption amount of the adsorption target gas. Thereby, the amount of adsorption of the adsorption target gas adsorbed by the sensor adsorption unit is directly detected by detecting the electrical characteristics of the sensor adsorption unit. And since the adsorption layer and sensor adsorption part of a gas adsorption member consist of the same material, the adsorption characteristic of adsorption object gas is also approximated. Therefore, it is possible to accurately detect the amount of adsorption of the adsorption target gas adsorbed on the gas adsorption member.

請求項２または３記載の発明では、ガス吸着部材と別体に形成されている。このようにガス吸着部材と別体に形成する場合でも、センサ吸着部とガス吸着部材の吸着層とは同一の材料からなるため、吸着対象ガスは双方に同一の条件で吸着される。したがって、ガス吸着部材に吸着する吸着対象ガスの吸着量を精度よく検出することができる。さらに、別体に形成することにより、ガス吸着部材と一体に形成する場合と比較して、個別の設計が可能となる。したがって、設計が容易になり、ガス吸着部材の製造工程を簡略化することができる。 In invention of Claim 2 or 3, it forms separately from a gas adsorption member. Even when the gas adsorption member and the gas adsorption member are formed separately, the sensor adsorption unit and the adsorption layer of the gas adsorption member are made of the same material. Therefore, the adsorption target gas is adsorbed on the same conditions. Therefore, it is possible to accurately detect the amount of adsorption of the adsorption target gas adsorbed on the gas adsorption member. Furthermore, by forming separately, compared with the case where it forms integrally with a gas adsorption member, an individual design becomes possible. Therefore, design becomes easy and the manufacturing process of the gas adsorbing member can be simplified.

請求項４記載の発明では、ガス吸着材と一体に形成されている。そのため、センサ吸着部は、ガス吸着部材の吸着層と同一の吸着面を形成する。これにより、センサ吸着部に吸着する吸着対象ガスは、同一の条件でガス吸着部材の吸着層に吸着される。したがって、一体に形成することによりガス吸着部材の加工工数は増加するものの、ガス吸着部材に吸着する吸着対象ガスの吸着量をより精度よく検出することができる。 In the invention according to claim 4, it is formed integrally with the gas adsorbent. Therefore, the sensor adsorption unit forms the same adsorption surface as the adsorption layer of the gas adsorption member. Thereby, the adsorption target gas adsorbed to the sensor adsorption unit is adsorbed to the adsorption layer of the gas adsorption member under the same conditions. Therefore, although the number of processing steps of the gas adsorbing member is increased by forming them integrally, the amount of adsorption of the adsorption target gas adsorbed on the gas adsorbing member can be detected with higher accuracy.

第１実施形態によるガス吸着量センサを適用したＳＣＲ排気浄化システムを示す模式図The schematic diagram which shows the SCR exhaust gas purification system to which the gas adsorption amount sensor by 1st Embodiment is applied. 第１実施形態によるＳＣＲ排気浄化システムの触媒を示す模式図The schematic diagram which shows the catalyst of the SCR exhaust gas purification system by 1st Embodiment. 図２の要部を示す模式図Schematic diagram showing the main part of FIG. 第１実施形態によるガス吸着量センサのセンサ部を示す模式的な斜視図The typical perspective view which shows the sensor part of the gas adsorption amount sensor by 1st Embodiment. 図４のＶ−Ｖ線を含む平面で切断した模式的な断面図Typical sectional drawing cut | disconnected by the plane containing the VV line | wire of FIG. 第２実施形態によるガス吸着量センサを適用したＳＣＲ排気浄化システムを示す模式図The schematic diagram which shows the SCR exhaust gas purification system to which the gas adsorption amount sensor by 2nd Embodiment is applied 第２実施形態によるガス吸着量センサを適用したＳＣＲ排気浄化システムを示す模式的な斜視図Schematic perspective view showing an SCR exhaust purification system to which a gas adsorption amount sensor according to a second embodiment is applied. 第３実施形態によるガス吸着量センサを構成する触媒のセルを示す模式図The schematic diagram which shows the cell of the catalyst which comprises the gas adsorption amount sensor by 3rd Embodiment. 第３実施形態の変形例による触媒のセルを示す模式図The schematic diagram which shows the cell of the catalyst by the modification of 3rd Embodiment. 第３実施形態の変形例による触媒のセルを示す模式図The schematic diagram which shows the cell of the catalyst by the modification of 3rd Embodiment.

以下、本発明の複数の実施形態によるガス吸着量センサを図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態によるガス吸着量センサを適用したＳＣＲ排気浄化システムを図１に示す。まず、排気浄化システム１０について説明する。排気浄化システム１０は、排気管部材１１、触媒１２、尿素添加弁１３およびガス吸着量センサ１４を備えている。排気管部材１１は、筒状に形成され、内側に排気通路１５を形成している。排気通路１５は、一方の端部が図示しない内燃機関に接続し、他方の端部が大気に開放されている。内燃機関は、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジンあるいはガスタービンエンジンなどが適用される。本明細書中において、排気通路における排気の流れは、内燃機関側を上流側とし、大気側を下流側とする。 Hereinafter, gas adsorption amount sensors according to a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(First embodiment)
An SCR exhaust purification system to which the gas adsorption amount sensor according to the first embodiment is applied is shown in FIG. First, the exhaust purification system 10 will be described. The exhaust purification system 10 includes an exhaust pipe member 11, a catalyst 12, a urea addition valve 13, and a gas adsorption amount sensor 14. The exhaust pipe member 11 is formed in a cylindrical shape, and an exhaust passage 15 is formed inside. The exhaust passage 15 has one end connected to an internal combustion engine (not shown) and the other end open to the atmosphere. For example, a diesel engine, a gasoline engine, or a gas turbine engine is applied as the internal combustion engine. In the present specification, the flow of exhaust gas in the exhaust passage is the internal combustion engine side upstream and the atmospheric side downstream.

触媒１２は、排気管部材１１が形成する排気通路１５に設けられている。図１に示す排気浄化システム１０の場合、触媒１２は排気に含まれる窒素酸化物を還元するＳＣＲ触媒である。尿素添加弁１３は、触媒１２の上流側すなわち内燃機関側に設けられている。尿素添加弁１３は、図示しない尿素水タンクに貯えられている還元剤としての尿素水を噴射する。尿素添加弁１３は、先端が排気通路１５に露出している。これにより、尿素添加弁１３は、排気通路１５を流れる排気へ尿素水タンクに貯えられている尿素水を噴射する。排気に含まれる窒素酸化物は、触媒１２において尿素添加弁１３から排気へ噴射された尿素と反応する。これにより、窒素酸化物は、窒素と水とに還元される。 The catalyst 12 is provided in the exhaust passage 15 formed by the exhaust pipe member 11. In the case of the exhaust purification system 10 shown in FIG. 1, the catalyst 12 is an SCR catalyst that reduces nitrogen oxides contained in the exhaust. The urea addition valve 13 is provided on the upstream side of the catalyst 12, that is, on the internal combustion engine side. The urea addition valve 13 injects urea water as a reducing agent stored in a urea water tank (not shown). The tip of the urea addition valve 13 is exposed to the exhaust passage 15. Thereby, the urea addition valve 13 injects the urea water stored in the urea water tank to the exhaust gas flowing through the exhaust passage 15. Nitrogen oxides contained in the exhaust gas react with urea injected from the urea addition valve 13 into the exhaust gas in the catalyst 12. Thereby, the nitrogen oxides are reduced to nitrogen and water.

触媒１２は、図２に示すようにハニカム状の断面を有する筒状に形成されている。触媒１２は、例えば図３に示すようにコージェライトなどの基材層１７と、この基材層１７の表面に形成されたゼオライトなど多孔質からなる吸着層１８とを有している。すなわち、触媒１２は、その表面が吸着層１８を構成している。なお、図３は、複数のセルから構成される触媒１２の一つのセルを示す模式図である。 As shown in FIG. 2, the catalyst 12 is formed in a cylindrical shape having a honeycomb-shaped cross section. For example, as shown in FIG. 3, the catalyst 12 includes a base material layer 17 such as cordierite, and a porous adsorption layer 18 such as zeolite formed on the surface of the base material layer 17. That is, the surface of the catalyst 12 constitutes the adsorption layer 18. FIG. 3 is a schematic view showing one cell of the catalyst 12 composed of a plurality of cells.

ガス吸着量センサ１４は、触媒１２の上流側の排気入口および下流側の排気出口にそれぞれ設けられている。第１実施形態の場合、上流側および下流側の各ガス吸着量センサ１４は、触媒１２と別体に形成され、触媒１２に挿入、すなわち埋め込まれている。ガス吸着量センサ１４は、センサ部２１を備えている。センサ部２１は、上記のように触媒１２の上流側および下流側にそれぞれ埋め込まれている。センサ部２１は、図４および図５に示すように基材２２、センサ吸着部２３および電極２４を有している。基材２２は、触媒１２と同様に例えばコージェライトなどで形成されている。センサ吸着部２３も、触媒１２の吸着層１８と同様にゼオライトなどの多孔質で形成されている。すなわち、本実施形態の場合、触媒１２の吸着層１８とガス吸着量センサ１４のセンサ吸着部２３とは、同一の材料で形成されている。電極２４は、図５に示すようにセンサ吸着部２３に一対設けられている。電極２４は、金属膜を貼り付けたり金属層を蒸着することにより、センサ吸着部２３の両端部にそれぞれ設けられている。なお、図５に示す電極２４は、一例であり、例えばセンサ吸着部２３の内部に金属線を埋め込んだり、センサ吸着部２３の任意の位置に電極となる導電部材を貼り付けあるいは埋め込みなど、任意に形成することができる。これら一対の電極２４は、検出部２６に接続している。検出部２６は、一対の電極間の電気伝導度、抵抗あるいは誘電率などの任意の電気的な特性からセンサ吸着部２３に吸着した吸着対象ガスの吸着量を検出する。検出部２６は、検出した吸着対象ガスの吸着量を電気信号として例えば外部のＥＣＵ（Engine Control Unit）へ出力する。 The gas adsorption amount sensor 14 is provided at each of the upstream exhaust inlet and the downstream exhaust outlet of the catalyst 12. In the case of the first embodiment, each gas adsorption amount sensor 14 on the upstream side and the downstream side is formed separately from the catalyst 12 and is inserted, that is, embedded in the catalyst 12. The gas adsorption amount sensor 14 includes a sensor unit 21. The sensor unit 21 is embedded in the upstream side and the downstream side of the catalyst 12 as described above. The sensor part 21 has the base material 22, the sensor adsorption | suction part 23, and the electrode 24 as shown in FIG. 4 and FIG. The base material 22 is formed of, for example, cordierite as with the catalyst 12. Similarly to the adsorption layer 18 of the catalyst 12, the sensor adsorption unit 23 is also formed of a porous material such as zeolite. That is, in the present embodiment, the adsorption layer 18 of the catalyst 12 and the sensor adsorption portion 23 of the gas adsorption amount sensor 14 are formed of the same material. As shown in FIG. 5, a pair of electrodes 24 are provided on the sensor suction portion 23. The electrodes 24 are respectively provided at both ends of the sensor adsorption unit 23 by attaching a metal film or depositing a metal layer. Note that the electrode 24 shown in FIG. 5 is an example. For example, an electrode such as a metal wire embedded in the sensor adsorption unit 23 or a conductive member serving as an electrode attached or embedded in an arbitrary position of the sensor adsorption unit 23 may be used. Can be formed. The pair of electrodes 24 are connected to the detection unit 26. The detection unit 26 detects the adsorption amount of the adsorption target gas adsorbed on the sensor adsorption unit 23 from arbitrary electrical characteristics such as electrical conductivity, resistance, or dielectric constant between the pair of electrodes. The detection unit 26 outputs the detected adsorption amount of the adsorption target gas as an electric signal to, for example, an external ECU (Engine Control Unit).

本実施形態の場合、ガス吸着量センサ１４は、触媒１２の吸着層１８に吸着するアンモニアの吸着量を検出する。すなわち、本実施形態の場合、吸着対象ガスはアンモニアであり、ガス吸着部材はＳＣＲ触媒である。尿素添加弁１３から排気に噴射された尿素水は、高温の排気に晒されることにより、水分が蒸発する。水分が蒸発した後の尿素は、高温の排気によってさらにアンモニアと水とに分解する。そのため、触媒１２には、尿素の分解によって生成したアンモニアが流入する。触媒１２の吸着層１８は、排気とともに流入するアンモニアを吸着する。これにより、排気に含まれる窒素酸化物は、触媒１２において吸着層１８に吸着されたアンモニアと反応し、窒素と水とに還元される。このガス吸着量センサ１４は、触媒１２に流入し、吸着層１８に吸着されるアンモニアの吸着量を検出する。 In the present embodiment, the gas adsorption amount sensor 14 detects the adsorption amount of ammonia adsorbed on the adsorption layer 18 of the catalyst 12. That is, in the present embodiment, the adsorption target gas is ammonia, and the gas adsorption member is an SCR catalyst. The urea water injected from the urea addition valve 13 to the exhaust gas is exposed to high-temperature exhaust gas, so that water is evaporated. Urea after the water has evaporated is further decomposed into ammonia and water by high-temperature exhaust. Therefore, ammonia generated by the decomposition of urea flows into the catalyst 12. The adsorption layer 18 of the catalyst 12 adsorbs ammonia that flows in along with the exhaust gas. Thereby, the nitrogen oxide contained in the exhaust gas reacts with the ammonia adsorbed on the adsorption layer 18 in the catalyst 12 and is reduced to nitrogen and water. The gas adsorption amount sensor 14 detects the adsorption amount of ammonia that flows into the catalyst 12 and is adsorbed on the adsorption layer 18.

第１実施形態では、センサ吸着部２３は、触媒１２の吸着層１８と同一の材料であるゼオライトからなる。そのため、センサ吸着部２３は、触媒１２の吸着層１８と同様に吸着対象ガスであるアンモニアを吸着する。すなわち、センサ吸着部２３におけるアンモニアの吸着特性は、触媒１２の吸着層１８におけるアンモニアの吸着特性とほぼ同一である。このセンサ吸着部２３は、吸着対象ガスであるアンモニアの吸着量に応じて電気的な特性が変化する。すなわち、センサ吸着部２３における電気的な特性を検出することにより、センサ吸着部２３に吸着したアンモニアの吸着量が検出される。そして、触媒１２の吸着層１８とガス吸着量センサ１４のセンサ吸着部２３とは、同一の材料からなり、アンモニアに対し同一の吸着特性を発現する。そのため、センサ吸着部２３へアンモニアの吸着量は、触媒１２そのもののアンモニア吸着量とほぼ同一となる。これにより、センサ吸着部２３におけるアンモニアの吸着量は、触媒１２の吸着層１８へのアンモニア吸着量と同一視可能である。したがって、ガス吸着量センサ１４を用いて触媒１２の吸着層１８に吸着するアンモニアの吸着量を精度よく検出することができる。 In the first embodiment, the sensor adsorption unit 23 is made of zeolite which is the same material as the adsorption layer 18 of the catalyst 12. Therefore, the sensor adsorption unit 23 adsorbs ammonia, which is a gas to be adsorbed, like the adsorption layer 18 of the catalyst 12. That is, the ammonia adsorption characteristic in the sensor adsorption unit 23 is substantially the same as the ammonia adsorption characteristic in the adsorption layer 18 of the catalyst 12. The sensor adsorption unit 23 changes in electrical characteristics according to the adsorption amount of ammonia that is an adsorption target gas. That is, the amount of ammonia adsorbed on the sensor adsorption unit 23 is detected by detecting electrical characteristics in the sensor adsorption unit 23. The adsorption layer 18 of the catalyst 12 and the sensor adsorption unit 23 of the gas adsorption amount sensor 14 are made of the same material and exhibit the same adsorption characteristics with respect to ammonia. Therefore, the amount of ammonia adsorbed to the sensor adsorption unit 23 is substantially the same as the amount of ammonia adsorbed by the catalyst 12 itself. Thereby, the adsorption amount of ammonia in the sensor adsorption unit 23 can be identified with the adsorption amount of ammonia on the adsorption layer 18 of the catalyst 12. Therefore, the adsorption amount of ammonia adsorbed on the adsorption layer 18 of the catalyst 12 can be accurately detected using the gas adsorption amount sensor 14.

第１実施形態では、触媒１２の上流側および下流側にそれぞれガス吸着量センサ１４を埋め込んでいる。触媒１２の吸着層１８へのアンモニアの吸着は、上流側から下流側へ順に進行していく。そのため、触媒１２の上流側に設けたガス吸着量センサ１４と下流側に設けたガス吸着量センサ１４で検出したアンモニアの吸着量の差に基づいて、触媒１２全体へのアンモニア吸着量やアンモニアの飽和量が検出される。したがって、触媒１２の複数箇所にガス吸着量センサ１４を設けることにより、触媒１２におけるアンモニアの吸着量を精度よく検出することができる。 In the first embodiment, the gas adsorption amount sensor 14 is embedded on the upstream side and the downstream side of the catalyst 12, respectively. The adsorption of ammonia on the adsorption layer 18 of the catalyst 12 proceeds in order from the upstream side to the downstream side. Therefore, based on the difference in the adsorption amount of ammonia detected by the gas adsorption amount sensor 14 provided on the upstream side of the catalyst 12 and the gas adsorption amount sensor 14 provided on the downstream side, the amount of ammonia adsorption to the entire catalyst 12 and the amount of ammonia A saturation amount is detected. Therefore, by providing the gas adsorption amount sensors 14 at a plurality of locations on the catalyst 12, it is possible to accurately detect the ammonia adsorption amount on the catalyst 12.

さらに、第１実施形態では、ガス吸着量センサ１４は、触媒１２と別体に形成し、触媒１２に埋め込まれている。そのため、触媒１２とガス吸着量センサ１４とを個別に設計することができる。触媒１２は、適用する内燃機関や、内燃機関を搭載する車両などに応じて形状や特性が種々変化する。そのため、ガス吸着量センサ１４を触媒１２と一体に形成すると、適用する内燃機関や車両などに応じて多数の設計を必要とする。一方、触媒１２とガス吸着量センサ１４とを別体にすることにより、触媒１２の設計が多岐にわたる場合でも、ガス吸着量センサ１４の設計の変更は不要である。したがって、設計を簡略化することができる。ところで、第１実施形態の場合、ガス吸着量センサ１４と触媒１２とを別体に形成しているものの、ガス吸着量センサ１４は触媒１２に埋め込まれている。そのため、ガス吸着量センサ１４は、見かけ上、触媒１２と一体と考えることができる。その結果、ガス吸着量センサ１４で検出したアンモニアの吸着量は、触媒１２の吸着層１８に吸着したアンモニアの吸着量にほぼ一致する。したがって、触媒１２へのアンモニアの吸着量を精度よく検出することができる。 Further, in the first embodiment, the gas adsorption amount sensor 14 is formed separately from the catalyst 12 and embedded in the catalyst 12. Therefore, the catalyst 12 and the gas adsorption amount sensor 14 can be designed individually. The shape and characteristics of the catalyst 12 change variously according to the internal combustion engine to be applied, the vehicle on which the internal combustion engine is mounted, and the like. For this reason, when the gas adsorption amount sensor 14 is formed integrally with the catalyst 12, a large number of designs are required depending on the internal combustion engine and the vehicle to be applied. On the other hand, by making the catalyst 12 and the gas adsorption amount sensor 14 separate, even if the design of the catalyst 12 is diverse, it is not necessary to change the design of the gas adsorption amount sensor 14. Therefore, the design can be simplified. Incidentally, in the case of the first embodiment, although the gas adsorption amount sensor 14 and the catalyst 12 are formed separately, the gas adsorption amount sensor 14 is embedded in the catalyst 12. Therefore, it can be considered that the gas adsorption amount sensor 14 is integrated with the catalyst 12 in appearance. As a result, the adsorption amount of ammonia detected by the gas adsorption amount sensor 14 substantially matches the adsorption amount of ammonia adsorbed on the adsorption layer 18 of the catalyst 12. Therefore, the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 12 can be accurately detected.

（変形例）
第１実施形態の変形例について説明する。第１実施形態では、図１に示すように触媒１２の上流側および下流側にそれぞれガス吸着量センサ１４を配置した。これに対し、ガス吸着量センサ１４は、排気の流れの軸に対し径方向に複数配置してもよい。具体的には、ガス吸着量センサ１４は、触媒１２の中心軸に近い部分と、径方向の周縁部に近い部分にそれぞれ配置してもよい。このようにガス吸着量センサ１４を触媒１２の径方向へ複数配置することにより、径方向におけるアンモニアの吸着量の分布を検出することができる。排気は、排気通路１５の中心部ほど流量が大きくなる。そのため、触媒１２では中心部ほどアンモニアの吸着が促進され、外縁側ほど吸着量が減少する。その結果、アンモニアの吸着量は、触媒１２の径方向に分布を生じる。そこで、触媒１２の径方向にガス吸着量センサ１４を複数配置することにより、触媒１２の径方向におけるアンモニアの吸着量の分布が検出可能となる。したがって、触媒１２へのアンモニアの吸着量をより高精度に検出することができる。 (Modification)
A modification of the first embodiment will be described. In the first embodiment, as shown in FIG. 1, gas adsorption amount sensors 14 are arranged on the upstream side and the downstream side of the catalyst 12, respectively. On the other hand, a plurality of gas adsorption amount sensors 14 may be arranged in the radial direction with respect to the exhaust flow axis. Specifically, the gas adsorption amount sensor 14 may be disposed in a portion near the central axis of the catalyst 12 and a portion near the peripheral edge in the radial direction. Thus, by arranging a plurality of gas adsorption amount sensors 14 in the radial direction of the catalyst 12, it is possible to detect the distribution of the ammonia adsorption amount in the radial direction. The flow rate of exhaust gas increases toward the center of the exhaust passage 15. Therefore, in the catalyst 12, the adsorption of ammonia is promoted toward the center, and the amount of adsorption decreases toward the outer edge. As a result, the ammonia adsorption amount is distributed in the radial direction of the catalyst 12. Therefore, by disposing a plurality of gas adsorption amount sensors 14 in the radial direction of the catalyst 12, the distribution of the ammonia adsorption amount in the radial direction of the catalyst 12 can be detected. Therefore, the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 12 can be detected with higher accuracy.

また、図１に示すように排気浄化システム１０は、排気の温度を検出する排気温度センサ３０を設けてもよい。排気温度センサ３０は、排気の温度すなわち触媒１２へ流入する排気の温度を検出する。排気温度センサ３０は、検出した排気の温度を電気信号として外部のＥＣＵへ出力する。触媒１２へのアンモニアの飽和吸着量、およびアンモニアの吸着によるセンサ部２１の電極２４間の電気的な特性は、温度によって変化する。そこで、排気通路１５に排気温度センサ３０を設け、排気温度センサ３０で検出した排気の温度に基づいてアンモニアの飽和吸着量や電気的特性を補償してもよい。これにより、触媒１２へのアンモニアの吸着量をより高精度に検出することができる。 Further, as shown in FIG. 1, the exhaust purification system 10 may include an exhaust temperature sensor 30 that detects the temperature of the exhaust. The exhaust temperature sensor 30 detects the temperature of the exhaust, that is, the temperature of the exhaust flowing into the catalyst 12. The exhaust temperature sensor 30 outputs the detected exhaust temperature as an electrical signal to an external ECU. The saturated adsorption amount of ammonia on the catalyst 12 and the electrical characteristics between the electrodes 24 of the sensor unit 21 due to the adsorption of ammonia vary depending on the temperature. Therefore, an exhaust temperature sensor 30 may be provided in the exhaust passage 15 to compensate for the saturated adsorption amount of ammonia and the electrical characteristics based on the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor 30. Thereby, the adsorption amount of ammonia on the catalyst 12 can be detected with higher accuracy.

（第２実施形態）
第２実施形態による排気浄化システムを図６に示す。
第２実施形態では、ガス吸着量センサ１４は、図６に示すように触媒１２と別体に形成され、触媒１２と離れた位置に設けられている。すなわち、第１実施形態では、ガス吸着量センサ１４は触媒１２に埋め込まれていたのに対し、第２実施形態では、ガス吸着量センサ１４は触媒１２から離れた位置に設けられている。 (Second Embodiment)
An exhaust purification system according to the second embodiment is shown in FIG.
In the second embodiment, the gas adsorption amount sensor 14 is formed separately from the catalyst 12 as shown in FIG. That is, in the first embodiment, the gas adsorption amount sensor 14 is embedded in the catalyst 12, whereas in the second embodiment, the gas adsorption amount sensor 14 is provided at a position away from the catalyst 12.

第２実施形態の場合、触媒１２の上流側および下流側にそれぞれガス吸着量センサ１４が設けられている。上流側のガス吸着量センサ１４は、触媒１２へ流入する排気に含まれるアンモニアを検出する。同様に、下流側のガス吸着量センサ１４は、触媒１２を通過した排気に含まれるアンモニアを検出する。第２実施形態のようにガス吸着量センサ１４を触媒１２と別体に形成する場合でも、センサ部２１のセンサ吸着部２３は触媒１２の吸着層１８と同一の材料で形成されている。すなわち、第２実施形態の場合、触媒１２の上流側および下流側にそれぞれ触媒１２と同一構成のセンサ部２１を有するガス吸着量センサ１４が設けられている。言い換えると、ガス吸着量センサ１４は、図７に示すように触媒１２を小型にしたセンサ部２１を有している。センサ部２１は、例えば触媒１２と同様にハニカム構造を有し、形状だけが小型化されている。そして、このセンサ部２１は、両端面に例えば金属を蒸着したり、金属膜を貼り付けることにより、電極２４が形成されている。 In the case of the second embodiment, gas adsorption amount sensors 14 are provided on the upstream side and the downstream side of the catalyst 12, respectively. The upstream gas adsorption amount sensor 14 detects ammonia contained in the exhaust gas flowing into the catalyst 12. Similarly, the downstream gas adsorption amount sensor 14 detects ammonia contained in the exhaust gas that has passed through the catalyst 12. Even when the gas adsorption amount sensor 14 is formed separately from the catalyst 12 as in the second embodiment, the sensor adsorption unit 23 of the sensor unit 21 is formed of the same material as the adsorption layer 18 of the catalyst 12. That is, in the case of the second embodiment, the gas adsorption amount sensor 14 having the sensor unit 21 having the same configuration as that of the catalyst 12 is provided on the upstream side and the downstream side of the catalyst 12, respectively. In other words, the gas adsorption amount sensor 14 has a sensor unit 21 in which the catalyst 12 is downsized as shown in FIG. The sensor unit 21 has, for example, a honeycomb structure like the catalyst 12, and only the shape is miniaturized. And this sensor part 21 has the electrode 24 formed, for example by vapor-depositing a metal on both end surfaces, or sticking a metal film.

このように、第２実施形態では、触媒１２とガス吸着量センサ１４とを別体に形成する場合でも、ガス吸着量センサ１４のセンサ部２１は触媒の吸着層１８と同一のセンサ吸着部２３を有している。そのため、触媒１２の吸着層１８とセンサ部２１のセンサ吸着部２３におけるアンモニアの吸着量および吸着特性は同一視可能である。これにより、触媒１２の吸着層１８へのアンモニアの吸着量は、センサ部２１で検出したアンモニアの量すなわちセンサ吸着部２３へのアンモニアの吸着量に基づいて検出される。したがって、触媒１２に吸着されるアンモニアの量を精度よく検出することができる。 Thus, in the second embodiment, even when the catalyst 12 and the gas adsorption amount sensor 14 are formed separately, the sensor portion 21 of the gas adsorption amount sensor 14 is the same sensor adsorption portion 23 as the catalyst adsorption layer 18. have. Therefore, the adsorption amount and adsorption characteristics of ammonia in the adsorption layer 18 of the catalyst 12 and the sensor adsorption part 23 of the sensor part 21 can be identified. Thereby, the amount of ammonia adsorbed on the adsorption layer 18 of the catalyst 12 is detected based on the amount of ammonia detected by the sensor unit 21, that is, the amount of ammonia adsorbed on the sensor adsorption unit 23. Therefore, the amount of ammonia adsorbed on the catalyst 12 can be accurately detected.

（第３実施形態）
第３実施形態によるガス吸着量センサについて説明する。
上述の第１実施形態および第２実施形態では、ガス吸着量センサ１４を触媒１２と別体に形成する例について説明した。しかし、ガス吸着量センサ１４は、触媒１２と一体に構成してもよい。触媒１２は、複数のセルから構成されている。図８は、複数のセルから構成される触媒１２から抜き出したセル４０を模式的に示している。触媒１２は、図８に示すようなセル４０を複数集積することにより形成されている。このように複数のセルを備える触媒１２の場合、セル４０は、基材４１となるコージェライト層と吸着層４２となるゼオライト層とから構成されている。このセル４０の一つに電極４３を設けることにより、触媒１２の吸着層４２の一部をガス吸着量センサ１４のセンサ部４４として利用する。この場合、触媒１２の吸着層４２は、センサ部４４のセンサ吸着部を構成する。すなわち、吸着層４２とセンサ吸着部とは同一の吸着面を形成している。 (Third embodiment)
A gas adsorption amount sensor according to a third embodiment will be described.
In the first embodiment and the second embodiment described above, the example in which the gas adsorption amount sensor 14 is formed separately from the catalyst 12 has been described. However, the gas adsorption amount sensor 14 may be integrated with the catalyst 12. The catalyst 12 is composed of a plurality of cells. FIG. 8 schematically shows a cell 40 extracted from the catalyst 12 composed of a plurality of cells. The catalyst 12 is formed by accumulating a plurality of cells 40 as shown in FIG. Thus, in the case of the catalyst 12 having a plurality of cells, the cell 40 is composed of a cordierite layer that becomes the base material 41 and a zeolite layer that becomes the adsorption layer 42. By providing the electrode 43 in one of the cells 40, a part of the adsorption layer 42 of the catalyst 12 is used as the sensor unit 44 of the gas adsorption amount sensor 14. In this case, the adsorption layer 42 of the catalyst 12 constitutes a sensor adsorption unit of the sensor unit 44. That is, the adsorption layer 42 and the sensor adsorption part form the same adsorption surface.

センサ吸着部に相当する吸着層４２は、一対の電極４３と検出部４５によって電気伝導度、抵抗あるいは誘電率などが検出される。電極４３は、吸着層４２の両端部に板状または膜状に設けられている。電極４３は、吸着層４２に金属を蒸着して形成してもよい。上記の構成により、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様に触媒１２の吸着層４２に吸着されるアンモニアが検出される。また、第３実施形態の場合も、第１実施形態と同様に触媒１２の上流側および下流側の双方に設けたり、触媒１２の径方向へ複数設けることができる。 The adsorption layer 42 corresponding to the sensor adsorption unit is detected by the pair of electrodes 43 and the detection unit 45 for electrical conductivity, resistance, dielectric constant, or the like. The electrode 43 is provided in a plate shape or a film shape at both ends of the adsorption layer 42. The electrode 43 may be formed by depositing a metal on the adsorption layer 42. With the above configuration, the ammonia adsorbed on the adsorption layer 42 of the catalyst 12 is detected as in the first and second embodiments described above. Also in the case of the third embodiment, as in the first embodiment, it is possible to provide both on the upstream side and the downstream side of the catalyst 12 or to provide a plurality in the radial direction of the catalyst 12.

第３実施形態の場合、触媒１２の吸着層４２をそのままセンサ部４４のセンサ吸着部として利用している。そのため、ガス吸着量センサ１４は、触媒１２の吸着層４２に吸着したアンモニアを直接検出することになる。したがって、第１実施形態や第２実施形態と比較して加工工数の増加や設計自由度の低下を招くものの、より高精度にアンモニアを検出することができる。 In the case of the third embodiment, the adsorption layer 42 of the catalyst 12 is used as it is as the sensor adsorption unit of the sensor unit 44. Therefore, the gas adsorption amount sensor 14 directly detects ammonia adsorbed on the adsorption layer 42 of the catalyst 12. Therefore, ammonia can be detected with higher accuracy, although the processing man-hours and the design freedom are reduced as compared with the first and second embodiments.

（変形例）
セル４０の電極４３は、上述の第３実施形態のように吸着層４２の両端部に設けるだけでなく、図９に示すように吸着層４２に埋め込む構成としてもよい。図９に示す場合、電極４３は、金属膜や金属線を吸着層４２に埋め込まれ、吸着層４２と一体に形成される。
また、第３実施形態では、触媒１２を構成する複数のセル４０のうち、一つのセル４０を利用してセンサ部４４を構成する例について説明した。しかし、図１０に示すように触媒１２を構成する複数のセル４０から、任意の二つ以上のセル４０を選択してそれら複数のセル４０にそれぞれ電極４３を設けて一対の電極４３を構成してもよい。この場合、複数のセル４０に設けた電極４３間の電気伝導度、抵抗あるいは誘電率などの電気的な特性に基づいて、センサ吸着部に相当する吸着層４２に吸着したアンモニアを検出することができる。 (Modification)
The electrodes 43 of the cells 40 may be configured not only to be provided at both ends of the adsorption layer 42 as in the third embodiment described above, but also to be embedded in the adsorption layer 42 as shown in FIG. In the case shown in FIG. 9, the electrode 43 is formed integrally with the adsorption layer 42 by embedding a metal film or metal wire in the adsorption layer 42.
Further, in the third embodiment, the example in which the sensor unit 44 is configured using one cell 40 among the plurality of cells 40 configuring the catalyst 12 has been described. However, as shown in FIG. 10, any two or more cells 40 are selected from the plurality of cells 40 constituting the catalyst 12, and electrodes 43 are respectively provided in the plurality of cells 40 to form a pair of electrodes 43. May be. In this case, ammonia adsorbed on the adsorption layer 42 corresponding to the sensor adsorption unit can be detected based on electrical characteristics such as electrical conductivity, resistance, or dielectric constant between the electrodes 43 provided in the plurality of cells 40. it can.

（その他の実施形態）
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
上述の複数の実施形態では、吸着対象ガスとしてアンモニアを例に説明した。しかし、アンモニアに限らず、炭化水素、窒素酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素および水など、各種のガスを吸着対象ガスとすることができる。この場合、例えば触媒などのガス吸着部材が吸着する吸着対象ガスに応じて、ガス吸着部材の吸着層が選定される。すなわち、吸着層は、吸着対象ガスとの親和性や反応性などに基づいて選定される。このガス吸着部材の吸着層として選定された材料は、ガス吸着量センサのセンサ吸着部として利用される。これにより、ガス吸着部材の吸着層とガス吸着量センサのセンサ吸着部とは、ガス吸着特性が一致する。したがって、アンモニアと同様に各種のガスについても吸着量の検出精度を高めることができる。 (Other embodiments)
The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
In the above embodiments, ammonia has been described as an example of the adsorption target gas. However, not only ammonia but various gases such as hydrocarbons, nitrogen oxides, carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, and water can be used as the adsorption target gas. In this case, for example, the adsorption layer of the gas adsorption member is selected according to the adsorption target gas adsorbed by the gas adsorption member such as a catalyst. That is, the adsorption layer is selected based on the affinity and reactivity with the adsorption target gas. The material selected as the adsorption layer of the gas adsorption member is used as a sensor adsorption unit of the gas adsorption amount sensor. Thereby, the gas adsorption characteristics of the adsorption layer of the gas adsorption member and the sensor adsorption part of the gas adsorption amount sensor coincide. Therefore, the detection accuracy of the adsorption amount can be increased for various gases as well as ammonia.

図面中、１０は排気浄化システム、１２は触媒（ガス吸着部材）、１４はガス吸着量センサ、１８は吸着層、２３はセンサ吸着部、４２は吸着層（センサ吸着部）を示す。 In the drawings, 10 is an exhaust purification system, 12 is a catalyst (gas adsorption member), 14 is a gas adsorption amount sensor, 18 is an adsorption layer, 23 is a sensor adsorption unit, and 42 is an adsorption layer (sensor adsorption unit).

Claims

ガス吸着部材に吸着した吸着対象ガスの吸着量を検出するガス吸着量センサであって、
前記ガス吸着部材の吸着層と同一の材料からなるセンサ吸着部を備えることを特徴とするガス吸着量センサ。 A gas adsorption amount sensor for detecting an adsorption amount of an adsorption target gas adsorbed on a gas adsorption member,
A gas adsorption amount sensor comprising a sensor adsorption unit made of the same material as the adsorption layer of the gas adsorption member.

前記ガス吸着部材と別体に形成され、前記ガス吸着部材を通過するガスの流れにおいて前記ガス吸着部材の上流側または下流側に配置されていることを特徴とする請求項１記載のガス吸着量センサ。 2. The gas adsorption amount according to claim 1, wherein the gas adsorption amount is formed separately from the gas adsorption member and disposed upstream or downstream of the gas adsorption member in a gas flow passing through the gas adsorption member. Sensor.

前記ガス吸着部材と別体に形成され、前記ガス吸着部材を通過するガスの流れにおいて前記ガス吸着部材の内側に挿入されていることを特徴とする請求項１記載のガス吸着量センサ。 2. The gas adsorption amount sensor according to claim 1, wherein the gas adsorption amount sensor is formed separately from the gas adsorption member, and is inserted inside the gas adsorption member in a gas flow passing through the gas adsorption member.

前記ガス吸着部材と一体に形成され、前記吸着層と前記センサ吸着部とは同一の吸着面を形成していることを特徴とする請求項１記載のガス吸着量センサ。 2. The gas adsorption amount sensor according to claim 1, wherein the gas adsorption member is formed integrally with the gas adsorption member, and the adsorption layer and the sensor adsorption part form the same adsorption surface.