特許 6548906 ガスセンサーおよび濃度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6548906

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】ガスセンサーおよび濃度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/16 20060101AFI20190711BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20190711BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/16 Z

   F01N3/00 F

   B01D53/94 280

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-30706(P2015-30706)

(22)【出願日】2015年2月19日

(65)【公開番号】特開2016-151556(P2016-151556A)

(43)【公開日】2016年8月22日

【審査請求日】2018年1月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】平林 浩

(72)【発明者】

【氏名】細谷 満

(72)【発明者】

【氏名】中川 俊

【審査官】 田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０１５１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１１５５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０５−５０７９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１９７４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９３３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２３５７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１９０７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０７８１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０２５８３１０４（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４−２７／２４

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

Ｆ０１Ｎ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板と、前記第１の基板に対して積層された第２の基板と、前記第１の基板に対して前記第２の基板の反対側に積層された第３の基板とを有するセンサー素子を備え、
前記第１の基板には、排気ガスが流入する流入口と、前記第２の基板が積層される積層面および前記第３の基板が積層される積層面の各々に開口を有して前記第１の基板に貫通形成された拡散室であって前記流入口に流入した排気ガスを拡散する前記拡散室とが形成され、
前記第２の基板は、前記第１の基板に積層された状態において前記開口の一方を塞いで前記拡散室を画定する第１の画定領域を有し、前記第１の画定領域に、前記拡散室内の排気ガスに含まれる炭化水素を酸化する酸化触媒と、前記酸化触媒の温度である触媒温度を検出する第１の検出部とが形成され、
前記第３の基板は、前記第１の基板に積層された状態において前記開口の他方を塞いで前記拡散室を画定する第２の画定領域を有し、前記第２の画定領域に、前記拡散室内の排気ガスの温度である基準温度を検出する第２の検出部が形成されているガスセンサー。

【請求項2】

前記センサー素子がヒーターを備える
請求項１に記載のガスセンサー。

【請求項3】

前記ヒーターが前記第１の基板に設けられている
請求項２に記載のガスセンサー。

【請求項4】

前記第１の基板、前記第２の基板、および、前記第３の基板が多孔質材である
請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサー。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサーと、
前記第１の検出部が検出した前記触媒温度と前記第２の検出部が検出した前記基準温度との温度差に基づいて炭化水素の濃度を演算する濃度演算部とを備える濃度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気ガスに含まれる炭化水素の濃度を検出するガスセンサー、および、該ガスセンサーを備えた濃度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１のように、ディーゼルエンジンの排気浄化装置として、燃料の主成分である炭化水素を還元剤に用いて窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を選択的に還元するＨＣ−ＳＣＲ触媒（Ｈｙｄｒｏ Ｃａｒｂｏｎ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を用いたものがある。この排気浄化装置は、ＨＣ−ＳＣＲ触媒と、ＨＣ−ＳＣＲ触媒に流入する排気ガスに燃料を添加する添加部とを備える。そして、添加部の添加した燃料でＮＯｘを還元することでＮＯｘの排出量を低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−７５６１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述した排気浄化装置においては、ＨＣ−ＳＣＲ触媒を通過した排気ガスに炭化水素が含まれていると、その炭化水素の分の燃料が無駄になってしまうおそれがある。こうした無駄な燃料の消費を抑えつつ、より多くのＮＯｘを低減するうえでは、例えば、ＨＣ−ＳＣＲ触媒を通過した排気ガスに炭化水素が残存しない程度に燃料添加量を調整することが求められる。これには、排気ガス中の炭化水素の濃度が変化してもその濃度を即時に測定可能な高い応答性を有するガスセンサーが必要である。

【0005】

本発明は、排気ガス中の炭化水素の濃度変化に対する応答性が高いガスセンサー、および、該ガスセンサーを備えた濃度測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するガスセンサーは、第１の基板と、前記第１の基板に対して積層された第２の基板と、前記第１の基板に対して前記第２の基板の反対側に積層された第３の基板とを有するセンサー素子を備え、前記第１の基板には、排気ガスが流入する流入口と、前記第２の基板と前記第３の基板とによって画定されて前記流入口に流入した排気ガスを拡散する拡散室とが形成され、前記第２の基板には、前記拡散室内の排気ガスに含まれる炭化水素を酸化する酸化触媒と、前記酸化触媒の温度である触媒温度を検出する第１の検出部とが形成され、前記第３の基板には、前記拡散室内の排気ガスの温度である基準温度を検出する第２の検出部が形成されている。

【0007】

上記構成によれば、流入口から流入した排気ガスは拡散室にて拡散されたのち、排気ガス中の炭化水素が酸化触媒によって酸化される。これにより、酸化触媒の温度が排気ガス中の炭化水素の濃度に応じて変化する。そして、第１の検出部は酸化触媒の温度である触媒温度を検出し、第２の検出部は拡散室内の排気ガスの温度である基準温度を検出する。そのため、第１の検出部の検出した触媒温度と第２の検出部の検出した基準温度との温度差に基づき、排気ガス中の炭化水素の濃度を測定することができる。酸化触媒による炭化水素の酸化は反応速度が速いため、触媒温度も炭化水素の濃度に応じてすばやく変化する。その結果、炭化水素の濃度変化に対するガスセンサーの応答性を高めることができる。

【0008】

上記ガスセンサーにおいて、前記センサー素子がヒーターを備えることが好ましい。
上記構成によれば、ヒーターによってセンサー素子が加熱されることで酸化触媒の昇温が促進される。これにより、酸化触媒の活性状態が早期に実現される。

【0009】

上記ガスセンサーにおいて、前記ヒーターが前記第１の基板に設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、第２の基板と第３の基板とによって挟まれている第１の基板にヒーターが設けられている。これにより、酸化触媒と拡散室内の排気ガスとの温度差を抑えつつ１つのヒーターで酸化触媒を昇温することができる。

【0010】

上記ガスセンサーにおいて、前記第１の基板、前記第２の基板、および、前記第３の基板が多孔質材であることが好ましい。
上記構成によれば、拡散室に流入した排気ガスは、多孔質材である各基板が有する孔を通じて拡散室から流出する。これにより、拡散室には、流入口を通じて新たな排気ガスが順次流入する。その結果、ガスセンサーの応答性を高めることができる。

【0011】

上記課題を解決する濃度測定装置は、上述したガスセンサーと、前記第１の検出部が検出した前記触媒温度と前記第２の検出部が検出した前記基準温度との温度差に基づいて炭化水素の濃度を演算する濃度演算部とを備える。

【0012】

上記構成の濃度測定装置は、炭化水素の濃度変化に対して高い応答性を有するガスセンサーを備えるとともに、第１の検出部の検出した触媒温度と第２の検出部の検出した基準温度との温度差に基づいて炭化水素の濃度を演算する。その結果、排気ガス中の炭化水素の濃度変化に対して高い応答性のもとで炭化水素の濃度を演算することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態のガスセンサーにおけるセンサー素子の先端部分の斜視構造を示す斜視図である。

【図2】センサー素子の分解斜視図である。

【図3】図１における３−３線の断面構造を模式的に示す断面図である。

【図4】図１における４−４線の断面構造を模式的に示す断面図である。

【図5】濃度測定装置の概略構成を示すブロック図である。

【図6】温度差とＨＣ濃度との関係を示すグラフである。

【図7】濃度測定処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。

【図8】変形例におけるヒーターの形状の一例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１〜図７を参照して、ガスセンサー、および、該ガスセンサーを備えた濃度測定装置の一実施形態について説明する。以下に説明するガスセンサー、および、濃度測定装置は、例えばディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる炭化水素の濃度（以下、ＨＣ濃度という。）を測定するために用いられる。

【0015】

（ガスセンサー）
図１〜図４を参照してガスセンサーについて説明する。このガスセンサーは、例えば、炭化水素を還元剤に用いてＮＯｘを還元するＨＣ−ＳＣＲ触媒の直後や排気ガスを昇温するバーナーの直後に設けられる。

【0016】

図１に示すように、ガスセンサー１０のセンサー素子１１は、第１の基板１５と、第１の基板１５に対して積層された第２の基板２０と、第１の基板１５に対して第２の基板２０の反対側に積層された第３の基板３０とを備える。センサー素子１１は、第１の基板１５、第２の基板２０、および、第３の基板３０によって構成される積層構造体である。

【0017】

図２に示すように、第１の基板１５は、矩形板状に形成されており、互いに対向する一対の積層面１５ａ，１５ｂと、これら一対の積層面１５ａ，１５ｂを繋ぐ側面の１つである先端面１５ｃとを有する。第１の基板１５は、例えばコージェライトやアルミナといった絶縁性および耐熱性に優れたセラミック製の多孔質材である。第１の基板１５には、先端面１５ｃに形成された流入口１６に連続する拡散室１８が形成されている。拡散室１８は、一対の積層面１５ａ，１５ｂの双方に開口を有するとともに、流入口１６と断面積が略同じ部分と流入口１６よりも断面積が大きい部分とを有し、該流入口１６から流入した排気ガスを拡散する。また、第１の基板１５には、拡散室１８を取り囲むようにヒーター１９が内蔵されている。ヒーター１９は、厚み方向における中央に位置しており、電力が供給されることによって発熱し、後述する好適温度Ｔ１以上の温度までセンサー素子１１を昇温可能に構成されている。

【0018】

第２の基板２０は、矩形板状に形成されている。第２の基板２０は、例えばコージェライトやアルミナといった絶縁性および耐熱性に優れたセラミック製の多孔質材である。第２の基板２０は、第１の基板１５側に配線形成面２０ａを有する。この配線形成面２０ａには、例えば白金といった導体で構成されたプリント配線が形成されている。プリント配線は、図示されない一対の端子から長手方向に沿って延びる一対のリード部２２，２３と、一対のリード部２２，２３の先端部を接続する第１の感温部２４とを備える。第１の感温部２４は、第１の基板１５に第２の基板２０が積層された状態において第１の基板１５の拡散室１８を画定する第１の画定領域２５内に形成される。第１の感温部２４は、一対のリード部２２，２３よりも配線幅が細い測温抵抗体であって、後述する酸化触媒２６の温度を検出する第１の検出部として機能する。

【0019】

第２の基板２０には、第１の画定領域２５を含む先端部に、排気ガス中の酸素を酸化剤として炭化水素を酸化する酸化触媒２６がコーティングされている。酸化触媒２６は、第１の感温部２４に積層されている。酸化触媒２６は、炭化水素の酸化にともなう発熱によって触媒温度Ｔが変化する。そのため、酸化触媒２６の触媒温度Ｔは、拡散室１８内のＨＣ濃度Ｃｈｃが高いほど温度が高くなり、ＨＣ濃度Ｃｈｃが低いほど拡散室１８内の排気ガスの温度に近くなる。

【0020】

酸化触媒２６は、粒子状の触媒担体と、触媒担体に担持された触媒金属とを有する。触媒担体の形成材料は、例えばゼオライトやアルミナ等である。触媒金属は、例えば白金、パラジウム、および、ロジウム等の白金系元素のうちの少なくとも１種である。触媒担体がゼオライトである場合、酸化触媒２６は、触媒金属イオンがゼオライトの陽イオンと置換したゼオライトの粒子で構成される。触媒担体がアルミナである場合、酸化触媒２６は、触媒金属を担持させたγ−アルミナの粒子、あるいは、触媒金属を担持させたθ−アルミナの粒子で構成される。この酸化触媒２６の活性温度域は、触媒温度Ｔが下限温度ＴＬ（例えば２００℃）以上であって上限温度ＴＨ（例えば６５０℃）以下の範囲である。

【0021】

なお、活性状態にある酸化触媒２６は、触媒温度Ｔが高いほど単位時間あたりに酸化可能な炭化水素量が多くなる。そのため、酸化触媒２６は、ＨＣ濃度Ｃｈｃの測定範囲を確保するうえで下限温度ＴＬよりも高い好適温度Ｔ１（例えば３００℃）以上に維持されることが好ましい。

【0022】

第３の基板３０は、矩形板状に形成されている。第３の基板３０は、例えばコージェライトやアルミナといった絶縁性および耐熱性に優れたセラミック製の多孔質材である。第３の基板３０は、第１の基板１５側に配線形成面３０ａを有する。この配線形成面３０ａには、例えば白金といった導体で構成されたプリント配線が形成されている。プリント配線は、図示されない一対の端子から長手方向に沿って延びる一対のリード部３２，３３と、一対のリード部３２，３３の先端部分を接続する第２の感温部３４とを備える。第２の感温部３４は、第１の基板１５に第３の基板３０が積層された状態において第１の基板１５の拡散室１８を画定する第２の画定領域３５内に形成される。第２の感温部３４は、一対のリード部３２，３３よりも配線幅が細い測温抵抗体であって、拡散室１８内の排気ガスの温度を検出する第２の検出部として機能する。

【0023】

図３に示すように、第２の基板２０は、第１の基板１５側の面における第１の画定領域２５以外の領域に絶縁性の接着剤が塗布されたのち、第１の基板１５の積層面１５ａに接着される。同様に、第３の基板３０は、配線形成面３０ａにおける第２の画定領域３５以外の領域に絶縁性の接着剤が塗布されたのち、第１の基板１５の積層面１５ｂに接着される。これにより、第１の基板１５の拡散室１８が第２の基板２０と第３の基板３０とによって画定され、拡散室１８には、酸化触媒２６が露出するとともに第１の感温部２４が酸化触媒２６を介して対向する。また、拡散室１８には、第２の感温部３４が露出する。

【0024】

図４に示すように、上述したセンサー素子１１を備えるガスセンサー１０では、センサー素子１１の外側を流れる排気ガスの一部が流入口１６を通じて拡散室１８に流入する。拡散室１８に流入した排気ガスは、拡散室１８にて拡散されることで炭化水素の濃度分布が均一化され、活性状態にある酸化触媒２６によって炭化水素がすばやく酸化される。そのため、酸化触媒２６の触媒温度Ｔは、排気ガス中の炭化水素を酸化した分だけ、すなわちＨＣ濃度Ｃｈｃに応じた分だけ排気ガスの温度よりも高くなる。これにより、第１の感温部２４は、触媒温度Ｔに応じて抵抗値が変化する。一方、第２の感温部３４は、拡散室１８内の排気ガスの温度に応じて抵抗値が変化する。すなわち、第１の感温部２４と第２の感温部３４との間には、排気ガス中のＨＣ濃度Ｃｈｃに応じた温度差が生じる。そして、この温度差に基づいてＨＣ濃度Ｃｈｃを測定することができる。拡散室１８内の排気ガスは、多孔質材である各基板１５，２０，３０を通じてセンサー素子１１の外部に流出し、これにともなって拡散室１８には新たな排気ガスが順次流入する。

【0025】

上述したガスセンサー１０によれば、以下に示す作用効果が得られる。
（１）酸化触媒２６による炭化水素の酸化は反応速度が速いため、酸化触媒２６の触媒温度ＴもＨＣ濃度Ｃｈｃに応じてすばやく変化する。その結果、ＨＣ濃度Ｃｈｃの変化に対する応答性を高めることができる。

【0026】

（２）ここで、炭化水素の濃度を測定する方法としては例えば水素炎イオン化法がある。水素炎イオン化法を用いた測定装置は、装置自体が大型化してしまうばかりか、別途水素ガスを用意する必要があり、ディーゼル自動車に搭載することは現実的ではない。この点、上述したガスセンサー１０は、排気ガスが流れる排気通路内にセンサー素子１１を配置し、第１の感温部２４および第２の感温部３４の抵抗値を測定することでＨＣ濃度Ｃｈｃを測定可能である。その結果、ディーゼル自動車に搭載することも容易である。

【0027】

（３）センサー素子１１は、第１の基板１５、第２の基板２０、および、第３の基板３０を積層した積層構造体である。そのため、センサー素子１１の組立作業が容易であり、製造コストが抑えられる。また、第２および第３の基板２０，３０における配線がプリント配線であることで、第２および第３の基板２０，３０を容易に作製することもできる。

【0028】

（４）ヒーター１９に電力が供給されることにより、酸化触媒２６の昇温が促進される。その結果、酸化触媒２６の活性状態が早期に実現される。
（５）各基板１５，２０，３０のうちで中央に位置する第１の基板１５にヒーター１９が設けられている。そのため、１つのヒーター１９によって、酸化触媒２６および第１の感温部２４が形成された第２の基板２０と、第２の感温部３４が形成された第３の基板３０とを均等に加熱することができる。これにより、酸化触媒２６と拡散室１８内の排気ガスとの温度差を抑えつつ、酸化触媒２６の昇温が図られる。その結果、酸化触媒２６の活性直後にＨＣ濃度Ｃｈｃを測定したとしても、上記温度差に起因した測定誤差が抑えられる。特に、ヒーター１９は、各基板１５，２０，３０の積層方向における第１の感温部２４と第２の感温部３４の中間位置に位置している。そのため、上述した第１および第２の感温部２４，３４間における温度差が効果的に抑えられる。

【0029】

（６）多孔質材である各基板１５，２０，３０を通じて拡散室１８内の排気ガスが流出することで、拡散室１８には流入口１６を通じて新たな排気ガスが流入する。これにより、拡散室１８に新たな排気ガスが順次流入することから、排気ガスの濃度変化に対する応答性を高めることができる。

【0030】

（７）各基板１５，２０，３０が多孔質材であることから、センサー素子１１の熱容量を小さくすることができる。そのため、ヒーター１９でセンサー素子１１を加熱する際には、少ない電力量でより高い温度までセンサー素子１１を昇温できる。また、第２の基板２０が多孔質材であることにより、第２の基板２０の熱容量が小さくなる。そのため、酸化触媒２６から第２の基板２０への伝熱量も少なくなり、酸化触媒２６から第２の基板２０への伝熱に起因した測定誤差も抑えられる。

【0031】

（８）酸化触媒２６は、第２の基板２０の先端部全体にコーティングされている。そのため、第１の画定領域２５にのみ酸化触媒２６が形成される場合に比べて、第２の基板２０に対して酸化触媒２６を容易に形成することができる。

【0032】

（濃度測定装置）
図５〜図７を参照して、上述したガスセンサー１０を用いた濃度測定装置４０について説明する。図５に示すように、濃度測定装置４０は、上記ガスセンサー１０の他、第１の感温部２４の電気的特性を測定するための第１の測定器４１、第２の感温部３４の電気的特性を測定するための第２の測定器４２、濃度測定装置４０を統括制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４３、ヒーター１９に対して電力を供給可能な供給回路４４を備える。

【0033】

第１の測定器４１は、第１の感温部２４に対して定電流を供給する定電流源と第１の感温部２４に対する印加電圧を検出する電圧測定器とを備え、電圧測定器が検出した電圧を示す信号をＥＣＵ４３に出力する。

【0034】

第２の測定器４２は、第２の感温部３４に対して定電流を供給する定電流源と第２の感温部３４に対する印加電圧を検出する電圧測定器とを備え、電圧測定器が検出した印加電圧を示す信号をＥＣＵ４３に出力する。

【0035】

ＥＣＵ４３は、ＣＰＵと、各種制御プログラムやＨＣ濃度データといった各種データ等を記憶するＲＯＭと、各種演算過程において各種データが一時的に格納されるＲＡＭと、を備えたマイクロコンピューターを中心に構成される。ＥＣＵ４３は、濃度演算部として機能し、第１の測定器４１および第２の測定器４２からの信号とＲＯＭに格納された各種制御プログラムや各種データとに基づき、排気ガス中のＨＣ濃度Ｃｈｃを演算する濃度測定処理を実行する。

【0036】

ＥＣＵ４３は、第１の測定器４１における定電流源の定電流値と第１の測定器４１からの信号とに基づいて第１の感温部２４の抵抗値である第１抵抗値Ｒ１を演算し、その演算した第１抵抗値Ｒ１に基づいて酸化触媒２６の触媒温度Ｔを演算する。またＥＣＵ４３は、第２の測定器４２における定電流源の定電流値と第２の測定器４２からの信号とに基づいて第２の感温部３４の抵抗値である第２抵抗値Ｒ２を演算し、その演算した第２抵抗値Ｒ２に基づいて拡散室１８内の排気ガスの温度である基準温度Ｔｓを演算する。そしてＥＣＵ４３は、触媒温度Ｔと基準温度Ｔｓとの温度差ΔＴを演算し、その演算した温度差ΔＴに基づいて排気ガス中のＨＣ濃度Ｃｈｃを演算する。

【0037】

図６に、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づく温度差ΔＴとＨＣ濃度Ｃｈｃとの関係を示す。図６に示すように温度差ΔＴとＨＣ濃度Ｃｈｃとは比例関係にある。ＥＣＵ４３は、図６に示されるＨＣ濃度データ、すなわち温度差ΔＴの各々に対してＨＣ濃度Ｃｈｃが一義的に規定されたＨＣ濃度データをＲＯＭに格納している。ＥＣＵ４３は、温度差ΔＴに対応するＨＣ濃度ＣｈｃをＨＣ濃度データから読み出すことによりＨＣ濃度Ｃｈｃを演算する。

【0038】

供給回路４４は、図示されない電源装置からヒーター１９に対して電力を供給可能に構成されており、ＥＣＵ４３からの制御信号に応じてヒーター１９に対して電力を供給する。ＥＣＵ４３は、上記触媒温度Ｔに基づいて、ヒーター１９に対して電力を供給する制御信号であるＯＮ信号、あるいは、ヒーター１９に対する電力の供給を遮断する制御信号であるＯＦＦ信号を供給回路４４に出力する。

【0039】

図７を参照して、ＥＣＵ４３が実行する濃度測定処理について説明する。なお、ＥＣＵ４３は、濃度測定処理を繰り返し実行する。
図７に示すように、ＥＣＵ４３は、まず、第１抵抗値Ｒ１に基づいて触媒温度Ｔを演算するとともに第２抵抗値Ｒ２に基づいて基準温度Ｔｓを演算する（ステップＳ１１）。次にＥＣＵ４３は、ステップＳ１１において演算した触媒温度Ｔが好適温度Ｔ１未満であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。

【0040】

触媒温度Ｔが好適温度Ｔ１未満であるとき（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４３は、ヒーター１９をＯＮ状態に制御する（ステップＳ１３）。これにより、センサー素子１１が加熱され、酸化触媒２６が昇温される。そしてＥＣＵ４３は、触媒温度Ｔが好適温度Ｔ１以上になるまでステップＳ１１とステップＳ１２との処理を繰り返し実行する。

【0041】

一方、触媒温度Ｔが好適温度Ｔ１以上であるとき（ステップＳ１２：ＮＯ）、ＥＣＵ４３は、ヒーター１９をＯＦＦ状態に制御する（ステップＳ１４）。そして、ＥＣＵ４３は、ステップＳ１１において演算した触媒温度Ｔと基準温度Ｔｓとの温度差ΔＴを演算し（ステップＳ１５）、その温度差ΔＴに対応付けられたＨＣ濃度ＣｈｃをＨＣ濃度データから読み出すことによりＨＣ濃度Ｃｈｃを演算する（ステップＳ１６）。

【0042】

上記濃度測定装置４０によれば、以下に列挙する作用効果が得られる。
（１）触媒温度Ｔが好適温度Ｔ１未満のときにヒーター１９がＯＮ状態に制御され、触媒温度Ｔが好適温度Ｔ１以上のときにＨＣ濃度Ｃｈｃが演算される。これにより、触媒温度Ｔが好適温度Ｔ１以上に維持されやすくなることで、ＨＣ濃度Ｃｈｃの測定範囲を確保しつつ、ＨＣ濃度Ｃｈｃの精度を高めることができる。

【0043】

（２）例えば、燃料を還元剤としてＮＯｘを還元するＨＣ−ＳＣＲ触媒を搭載したディーゼル自動車に濃度測定装置４０を搭載することにより、ＨＣ−ＳＣＲ触媒を通過した排気ガスにおけるＨＣ濃度Ｃｈｃを高い応答性のもとで測定することができる。そのため、例えば、ＨＣ−ＳＣＲ触媒に対する燃料供給量が過剰であると判断される場合に燃料供給量を少なくすることで、ＨＣ−ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの還元量を確保しつつ燃料消費量を抑えることができる。また例えば、燃料供給量を増量可能であると判断される場合に燃料供給量を増量することで、ＨＣ−ＳＣＲ触媒において、より多くのＮＯｘを還元することができる。

【0044】

（３）例えば、排気ガスを昇温するバーナーを排気通路に備えたディーゼル自動車に濃度測定装置４０を搭載することにより、バーナーの下流における排気ガスのＨＣ濃度Ｃｈｃを高い応答性のもとで演算することができる。そのため、燃焼状態にあるバーナーが失火したときには、バーナーの下流におけるＨＣ濃度Ｃｈｃが上昇することから、こうしたバーナーの失火を高い確度の下で検出することができる。

【0045】

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・センサー素子１１の各基板１５，２０，３０の全てが多孔質材でなくともよい。こうした場合、センサー素子１１には、拡散室１８に連通する流出口が形成される。

【0046】

・上記実施形態では、センサー素子１１の各基板１５，２０，３０を多孔質材で構成した。これに限らず、各基板１５，２０，３０の少なくとも１つを多孔質材で構成することにより、多孔質材である基板を通じて拡散室１８内の排気ガスが流出する。すなわち、拡散室１８に連通する流出口を別途設けることなく、拡散室１８に対して順次排気ガスを流入させることができる。

【0047】

・ガスセンサー１０は、センサー素子１１を加熱するヒーター１９を備えていればよく、ヒーター１９の設置位置は、第１の基板１５に限られない。例えばヒーター１９は、全ての基板１５，２０，３０に対して各別のヒーター１９が設置されてもよい。こうした構成によれば、酸化触媒２６と拡散室１８内の排気ガスとの温度差を抑えつつ、センサー素子１１全体を早期に昇温させることができる。また、ヒーター１９は、第２の基板２０のみに設置されていてもよい。こうした構成によれば、少ない電力量でより高い温度まで酸化触媒２６の昇温させることができる。

【0048】

・ヒーターは、拡散室１８内に位置する部分である排気ガス加熱部を有していてもよい。これにより、ヒーターがＯＮ状態にあるときに拡散室１８内の排気ガスが直接的に加熱されることで、拡散室１８内の排気ガスに起因した酸化触媒２６の温度低下が抑えられる。また、ヒーターの一部が拡散室１８内に位置することによって、例えば拡散室１８を取り囲む矩形状にヒーターを引き回すことも可能であり、ヒーターの形状に関する自由度も向上する。例えば、図８に示すヒーター４５のように、ヒーターは、流入口１６に流入した直後の排気ガスを加熱する排気ガス加熱部４５ａを有していてもよい。こうした構成によれば、流入口１６に流入した直後の排気ガスが加熱されることで、拡散室１８内の排気ガスに起因した酸化触媒２６の温度低下が効果的に抑えられる。

【0049】

・センサー素子１１は、ヒーター１９を備えていなくてもよい。この場合、酸化触媒２６は、センサー素子１１の外部を流れる排気ガス、および、拡散室１８に流入した排気ガスに加熱され、触媒温度Ｔが下限温度ＴＬに到達すると炭化水素の酸化が開始される。

【0050】

・酸化触媒２６は、第２の基板２０における第１の画定領域２５にコーティングされていればよく、第２の基板２０の先端部全体にコーティングされていなくともよい。こうした構成によれば、酸化触媒２６による拡散室１８内の炭化水素の酸化を確保しつつ、ガスセンサー１０に使用される触媒量を抑えることができる。

【0051】

・第１の感温部２４は、触媒温度Ｔに応じて電気的特性が変化するものであればよく、測温抵抗体に限らず、サーミスタや熱電対で構成されてもよい。例えば第１の感温部２４が熱電対である場合、第１の測定器４１は、第１の感温部２４における起電力を測定する。なお、第２の感温部３４についても同様である。

【0052】

・濃度測定装置４０は、触媒温度Ｔが下限温度ＴＬ以上であるときにＨＣ濃度Ｃｈｃを演算すればよい。そのため、濃度測定装置４０は、濃度測定処理のステップＳ１２において、触媒温度Ｔが下限温度ＴＬ以上であることを条件としてＨＣ濃度Ｃｈｃを演算してもよい。このとき、ヒーター１９のＯＦＦ条件は、触媒温度Ｔが下限温度ＴＬ以上であることであってもよいし、触媒温度Ｔが好適温度Ｔ１以上であることであってもよい。

【0053】

・濃度測定装置４０は、排気ガス中の炭化水素の濃度を測定するものであり、ディーゼルエンジンを搭載した自動車に限らず、ガソリンエンジンや天然ガスエンジンを搭載した自動車に適用されてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１０…ガスセンサー、１１…センサー素子、１５…第１の基板、１５ａ，１５ｂ…積層面、１５ｃ…先端面、１６…流入口、１８…拡散室、１９…ヒーター、２０…第２の基板、２０ａ…配線形成面、２２，２３…リード部、２４…感温部、２４…第１の感温部、２５…第１の画定領域、２６…酸化触媒、３０…第３の基板、３０ａ…配線形成面、３２，３３…リード部、３４…第２の感温部、３５…第２の画定領域、４０…濃度測定装置、４１…第１の測定器、４２…第２の測定器、４３…ＥＣＵ、４４…供給回路、４５…ヒーター、４５ａ…排気ガス加熱部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】