JP6943575B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
このように構成された第1発明のガスセンサでは、参照電極を挟んで固体電解質体とは反対側に絶縁多孔質層が配置されている。絶縁多孔質層は、その内部と表面に多数の細孔を有している。このため、絶縁多孔質層において被検出雰囲気に晒されている部分から絶縁多孔質層の内部へ検出対象ガスが流入することが可能であり、さらに、絶縁多孔質層の内部に流入した検出対象ガスが参照電極へ向けて流出することが可能である。
上記目的を達成するためになされた第2発明は、電気絶縁性を有する絶縁部材の上に設置され、絶縁部材から近い順に参照電極、固体電解質体および検知電極が積層された構造を有し、参照電極と固体電解質体との界面、および検知電極と固体電解質体との界面において三相界面が形成されていることで、被検出雰囲気内における検出対象ガスの濃度を検出するガスセンサである。
このように構成された第2発明のガスセンサでは、多孔質の固体電解質体が、多孔質ではない固体電解質体と参照電極との間に配置される。このため、多孔質の固体電解質体において被検出雰囲気に晒されている部分から多孔質の固体電解質体の内部へ検出対象ガスが流入することが可能であり、さらに、多孔質の固体電解質体の内部に流入した検出対象ガスが参照電極へ向けて流出することが可能である。
以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
本発明が適用された実施形態のマルチガス検出装置1は、車両に搭載され、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化する尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムに用いられるものである。より具体的には、マルチガス検出装置1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。以下、マルチガス検出装置1を搭載する車両を自車両という。
マルチガスセンサ2は、図1に示すように、センサ素子部5と、主体金具10と、セパレータ34と、接続端子38とを備える。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5が配置されている側(図1の下側)を先端側、接続端子38が配置されている側(図1の上側)を後端側という。
主体金具10の貫通孔12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5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14と、粉末充填層である滑石リング15,16と、セラミックスリーブ17とが積層されている。
セパレータ34と外筒31との間には、筒状に形成された保持部材37が配置されている。保持部材37は、セパレータ34の鍔部36と接触するとともに、外筒31の内面と接触することにより、セパレータ34を外筒31に対して固定した状態で保持する。
NOx検出部101は、絶縁層113、セラミック層114、絶縁層115、セラミック層116、絶縁層117、セラミック層118、絶縁層119および絶縁層120が順次積層されて構成されている。絶縁層113,115,117,119,120は、アルミナを主体として形成されている。
固体電解質層131は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。第1測定室121と接触する領域における一部分のセラミック層114が除去され、セラミック層114の代わりに固体電解質層131が充填されている。
固体電解質層141は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。固体電解質層131よりも後端側の領域における一部分のセラミック層116が除去され、セラミック層116の代わりに固体電解質層141が充填されている。
固体電解質層151は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。基準酸素室146および第2測定室148と接触する領域とその周辺の領域のセラミック層118が除去され、セラミック層118の代わりに固体電解質層151が充填されている。
多孔質層211は、多孔質体134と同じ材料で構成されており、絶縁層120の表面に接触した状態で配置される。
制御回路180は、回路基板上に配置されたアナログ回路である。制御回路180は、Ip1ドライブ回路181、Vs検出回路182、基準電圧比較回路183、Icp供給回路184、Vp2印加回路185、Ip2検出回路186、ヒータ駆動回路187および起電力検出回路188を備える。
基準電圧比較回路183は、基準電圧(例えば、425mV)とVs検出回路182の出力(電圧Vs)とを比較し、比較結果をIp1ドライブ回路181へ出力する。そしてIp1ドライブ回路181は、電圧Vsが基準電圧と等しくなるように、第1ポンピング電流Ip1の流れる向きと第1ポンピング電流Ip1の大きさとを制御するとともに、第1測定室121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。
CPU191は、ROM192に記憶されたプログラムに基づいて、センサ素子部5を制御するための処理を実行する。信号入出力部194は、Ip1ドライブ回路181、Vs検出回路182、Ip2検出回路186、ヒータ駆動回路187および起電力検出回路188に接続される。CPU191は、信号入出力部194を介してヒータ駆動回路187へ駆動信号を出力することによりヒータ160を制御する。
このように構成されたアンモニア検出部102では、参照電極212を挟んでアンモニア用固体電解質体213とは反対側に多孔質層211が配置されている。多孔質層211は、その内部と表面に多数の細孔を有している。このため、多孔質層211において排気ガスに晒されている部分から多孔質層211の内部へアンモニアが流入することが可能であり、さらに、多孔質層211の内部に流入したアンモニアが参照電極212へ向けて流出することが可能である。
図3は、図4(A)に示すように基板の上に多孔質層、参照電極および固体電解質体を積層した構造と、図4(B)に示すように基板の上に参照電極および固体電解質体を積層した構造で測定された複素インピーダンスプロットである。図3の曲線L1は、図4(A)に示す構造での複素インピーダンスプロットであり、図4の曲線L2は、図4(B)に示す構造での複素インピーダンスプロットである。
以上説明した実施形態において、アンモニア検出部102は本発明におけるガスセンサ、絶縁層120は本発明における絶縁部材、アンモニア用固体電解質体213は本発明における固体電解質体、多孔質層211は本発明における絶縁多孔質層である。
[第2実施形態]
以下に本発明の第2実施形態を図面とともに説明する。なお第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。また、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
アンモニア検出部302は、図5に示すように、絶縁層120の上に形成されており、参照電極212、アンモニア用固体電解質体313および検知電極214が、この順に積層された構造となっている。
多孔質層313aは、アンモニア用固体電解質体213と同じ材料(すなわち、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)で構成された多孔質の層であり、参照電極212の上に形成されている。
このように構成されたアンモニア検出部302は、電気絶縁性を有する絶縁層120の上に設置され、絶縁層120から近い順に参照電極212、アンモニア用固体電解質体313および検知電極214が積層された構造を有する。またアンモニア検出部302は、参照電極212とアンモニア用固体電解質体313との界面、および検知電極214とアンモニア用固体電解質体313との界面において三相界面が形成されていることで、排気ガス内におけるアンモニアの濃度を検出する。
このようにアンモニア検出部302では、多孔質層313aが、非多孔質層313bと参照電極212との間に配置される。このため、多孔質層313aにおいて排気ガスに晒されている部分から多孔質層313aの内部へアンモニアが流入することが可能であり、さらに、多孔質層313aの内部に流入したアンモニアが参照電極212へ向けて流出することが可能である。
以上説明した実施形態において、アンモニア検出部302は本発明におけるガスセンサ、アンモニア用固体電解質体313は本発明における固体電解質体である。
例えば上記実施形態では、参照電極212、アンモニア用固体電解質体213および検知電極214が積層された構造を有するアンモニア検出部102がアンモニアの濃度を検出するものを示した。しかし、本発明は、アンモニアの濃度を検出するガスセンサに限定されるものではない。すなわち、本発明は、参照電極、固体電解質体および検知電極が積層された構造を有するガスセンサであれば、アンモニア以外のガスの濃度を検出するガスセンサにも適用可能である。
Claims (2)
- 電気絶縁性を有する絶縁部材の上に設置され、前記絶縁部材から近い順に参照電極、固体電解質体および検知電極が積層された構造を有し、前記参照電極と前記固体電解質体との界面、および前記検知電極と前記固体電解質体との界面において、検出対象ガスとの三相界面が形成されていることで、被検出雰囲気内における前記検出対象ガスの濃度を検出するガスセンサであって、
電気絶縁性を有する多孔質の材料で形成され、前記絶縁部材と前記参照電極との間に配置される絶縁多孔質層を備え、
前記絶縁多孔質層は、前記絶縁部材上に突出するように設置される
ことを特徴とするガスセンサ。 - 電気絶縁性を有する絶縁部材の上に設置され、前記絶縁部材から近い順に参照電極、固体電解質体および検知電極が積層された構造を有し、前記参照電極と前記固体電解質体との界面、および前記検知電極と前記固体電解質体との界面において三相界面が形成されていることで、前記参照電極と前記検知電極との間に生じる起電力に基づいて被検出雰囲気内における検出対象ガスの濃度を検出するガスセンサであって、
前記固体電解質体における少なくとも前記参照電極と接する部分は、多孔質であり、
前記絶縁部材の上に前記参照電極が接するようにして積層構造が形成されている
ことを特徴とするガスセンサ。
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