JP7499736B2

JP7499736B2 - ガス検出装置

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Publication number: JP7499736B2
Application number: JP2021104803A
Authority: JP
Inventors: 敏彦原田; 弘宣下川; 翔太河野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2024-06-14
Anticipated expiration: 2041-06-24
Also published as: JP2023003623A

Description

本発明は、ガス検出装置に関する。

ガス検出装置は、内燃機関の排気管を流れる排ガスを検出対象ガスとし、検出対象ガスに含まれる酸素、特定ガス等の濃度、検出対象ガスの成分に基づく空燃比の検出などを行うために用いられる。ガス検出装置には、例えば、空燃比を検出する用途、ＮＯｘ（窒素酸化物）を検出する用途、アンモニアを検出する用途等のうちの複数の用途を有するものがある。

例えば、特許文献１に記載されたガスセンサにおいては、限界電流式のセンサ素子によって、特定ガス濃度としてのＮＯｘ濃度又はアンモニア濃度を検出することが記載されている。このセンサ素子は、固体電解質層を有する積層体に、酸素濃度を調整するための調整用ポンプ電極と、ＮＯｘ濃度又はアンモニア濃度を検出するための測定電極及び基準電極とを設けることによって構成されている。

特開２０２０－１０１４９３号公報

特許文献１のガスセンサにおいては、ＮＯｘだけでなく、アンモニアも検出できるようにするために、調整用ポンプ電極の貴金属成分であるＰｔ及びＡｕの含有比率を調整している。しかし、特許文献１のガスセンサにおいては、測定電極及び基準電極によって、ＮＯｘを検出しているのか、又はアンモニアの分解によって生じたＮＯｘを検出しているのかを判別することが難しい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、排ガスに、複数種類のガスのいずれが含まれるかを検知することができるガス検出装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
拡散抵抗部（２５１）を介して排ガス（Ｇ）が導入されるガス室（２５）と、
大気（Ａ）が導入される１つ又は複数の大気ダクト（２６，２６０）と、
固体電解質体（２１）に設けられて前記ガス室に収容されたポンプ電極（２２）、及び前記固体電解質体に設けられて前記大気ダクトに収容された第１基準電極（２４Ａ）を有するポンプセル（１２）と、
前記ポンプ電極と前記第１基準電極との間に、前記第１基準電極の側が高電位側となるよう直流電圧を印加する第１電圧印加部（５１）と、
前記第１基準電極から前記ポンプ電極に流れる電流をプラス電流とし、前記ポンプ電極から前記第１基準電極に流れる電流をマイナス電流として検出する第１電流検出部（５２）と、
前記固体電解質体と同一又は別の固体電解質体（２１０）に設けられて、前記ガス室における、前記ポンプ電極よりも前記排ガスの流れの下流側の位置に収容されたセンサ電極（２３）、及び前記固体電解質体に設けられて前記大気ダクトに収容された第２基準電極（２４Ｂ）を有するセンサセル（１３）と、
前記センサ電極と前記第２基準電極との間に、前記第２基準電極の側が高電位側となるよう直流電圧を印加する第２電圧印加部（５３）と、
前記第２基準電極から前記センサ電極に流れる電流をプラス電流として検出する第２電流検出部（５４）と、
前記第１電流検出部による電流及び前記第２電流検出部による電流に基づいて、前記排ガスにＮＯｘ又はアンモニアのいずれが含まれているかを判定する判定部（５５）と、を備え、
前記判定部は、
前記第１電流検出部が電流を検出しない場合又はプラス電流を検出する場合であって、前記第２電流検出部がプラス電流を検出する場合には、前記排ガスにＮＯｘが含まれると判定し、
前記第１電流検出部がマイナス電流を検出する場合であって、前記第２電流検出部がプラス電流を検出する場合には、前記排ガスにアンモニアが含まれると判定するよう構成されている、ガス検出装置（１）にある。

本発明の他の態様は、
拡散抵抗部（２５１）を介して排ガス（Ｇ）が導入されるガス室（２５）と、
大気（Ａ）が導入される１つ又は複数の大気ダクト（２６，２６０）と、
固体電解質体（２１）に設けられて前記ガス室に収容されたポンプ電極（２２）、及び前記固体電解質体に設けられて前記大気ダクトに収容された第１基準電極（２４Ａ）を有するポンプセル（１２）と、
前記ポンプ電極と前記第１基準電極との間に、前記第１基準電極の側が高電位側となるよう直流電圧を印加する第１電圧印加部（５１）と、
前記第１基準電極から前記ポンプ電極に流れる電流をプラス電流とし、前記ポンプ電極から前記第１基準電極に流れる電流をマイナス電流として検出する第１電流検出部（５２）と、
前記固体電解質体と同一又は別の固体電解質体（２１０）に設けられて、前記ガス室における、前記ポンプ電極よりも前記排ガスの流れの下流側の位置に収容されたセンサ電極（２３）、及び前記固体電解質体に設けられて前記大気ダクトに収容された第２基準電極（２４Ｂ）を有するセンサセル（１３）と、
前記センサ電極と前記第２基準電極との間に、前記第２基準電極の側が高電位側となるよう直流電圧を印加する第２電圧印加部（５３）と、
前記第２基準電極から前記センサ電極に流れる電流をプラス電流として検出する第２電流検出部（５４）と、
前記第１電流検出部がマイナス電流を検出していることを条件として、前記第１電圧印加部による直流電圧を変化させたときの前記第１電流検出部のマイナス電流の変化量を検出する変化量検出部（５８）と、
前記変化量が規定変化量以上である場合には、前記排ガスにアンモニアが含まれると判定し、一方、前記変化量が規定変化量未満である場合には、前記排ガスにアンモニア以外の未燃ガスが含まれると判定する判定部（５５）と、を備えるガス検出装置（１）にある。

（一態様のガス検出装置）
前記一態様のガス検出装置においては、ポンプセル及びセンサセルのそれぞれに流れる電流の向きを検出して、排ガスにＮＯｘ（窒素酸化物）又はアンモニアのいずれが含まれているかを判定する。より具体的には、判定部は、第１電流検出部が電流を検出しない場合又はプラス電流を検出する場合であって、第２電流検出部がプラス電流を検出する場合には、排ガスにＮＯｘが含まれると判定する。そして、第２電流検出部におけるプラス電流が大きくなるほど、ＮＯｘの濃度が高いと検知することが可能になる。

一方、判定部は、第１電流検出部がマイナス電流を検出する場合であって、第２電流検出部がプラス電流を検出する場合には、排ガスにアンモニアが含まれると判定する。そして、第２電流検出部におけるプラス電流が大きくなるほど、アンモニアの濃度が高いと検知することが可能になる。

それ故、前記一態様のガス検出装置によれば、排ガスに、ＮＯｘ又はアンモニアとしての、複数種類のガスのいずれが含まれるかを検知することができる。

（他の態様のガス検出装置）
前記他の態様のガス検出装置においては、排ガスにアンモニアが含まれるか、アンモニア以外の未燃ガスが含まれるかを判定する。発明者らの研究により、排ガスにアンモニアが含まれる場合には、排ガスにアンモニア以外の未燃ガスが含まれる場合に比べて、第１電流検出部がマイナス電流を検出していることを条件として、第１電圧印加部による直流電圧を変化させたときの第１電流検出部のマイナス電流の変化量が大きくなることが分かった。

そこで、前記他の態様のガス検出装置においては、判定部によって、第１電流検出部のマイナス電流の変化量が規定変化量以上であるか否かを判定して、排ガスにアンモニア又はアンモニア以外の未燃ガスのいずれが含まれているかを判定する。

それ故、前記他の態様のガス検出装置によれば、排ガスに、アンモニア又はアンモニア以外の未燃ガスとしての、複数種類のガスのいずれが含まれるかを検知することができる。

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。

図１は、実施形態１にかかる、ガス検出装置を、ガスセンサのセンサ素子の断面を用いて示す説明図である。図２は、実施形態１にかかる、図１のII－II断面図である。図３は、実施形態１にかかる、図１のIII－III断面図である。図４は、実施形態１にかかる、第１電流検出部及び第２電流検出部における電流と、判定部による判定との関係を示す説明図である。図５は、実施形態１にかかる、内燃機関に適用されたガス検出装置を示す説明図である。図６は、実施形態１にかかる、第１電圧印加部によるポンプセルへの印加電圧と、第１電流検出部によるポンプセルの電流との関係を、種々の未燃ガスについて示すグラフである。図７は、実施形態１にかかる、第２電圧印加部によるセンサセルへの印加電圧と、第２電流検出部によるセンサセルの電流との関係を、ＮＯｘの濃度が変化した場合について示すグラフである。図８は、実施形態１にかかる、第１電圧印加部によるポンプセルへの印加電圧と、第１電流検出部によるポンプセルの電流との関係を、アンモニアの濃度が変化した場合について示すグラフである。図９は、実施形態１にかかる、アンモニアの濃度と第１電流検出部によるポンプセルの電流との関係を示すグラフである。図１０は、実施形態１にかかる、第２電圧印加部によるセンサセルへの印加電圧と、第２電流検出部によるセンサセルの電流との関係を、アンモニアの濃度が変化した場合について示すグラフである。図１１は、実施形態１にかかる、アンモニアの濃度と第２電流検出部によるセンサセルの電流との関係を示すグラフである。図１２は、実施形態１にかかる、ガス検出装置によるＮＯｘ及びアンモニアの濃度の検出方法の一例を示すフローチャートである。図１３は、実施形態２にかかる、アンモニア、プロパン、水素又はＮＯｘである供給ガスの濃度と、ポンプセルにおける、電圧に対する電流の変化量との関係を示すグラフである。図１４は、実施形態３にかかる、ガス検出装置を、ガスセンサのセンサ素子の断面を用いて示す説明図である。図１５は、実施形態３にかかる、図１４のXV－XV断面図である。

前述したガス検出装置にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のガス検出装置１は、図１～図３に示すように、ガス室２５、大気ダクト２６、ポンプセル１２、第１電圧印加部（ポンプ電圧印加部）５１、第１電流検出部（ポンプ電流検出部）５２、センサセル１３、第２電圧印加部（センサ電圧印加部）５３、第２電流検出部（センサ電流検出部）５４及び判定部５５を備える。ガス室２５は、拡散抵抗部２５１を介して排ガスＧが導入される部位である。大気ダクト２６は、大気Ａが導入される部位である。

図１に示すように、ポンプセル１２は、固体電解質体２１に設けられてガス室２５に収容されたポンプ電極２２と、固体電解質体２１に設けられて大気ダクト２６に収容された第１基準電極２４Ａとを有する。第１電圧印加部５１は、ポンプ電極２２と第１基準電極２４Ａとの間に、第１基準電極２４Ａの側が高電位側となるよう直流電圧を印加するよう構成されている。第１電流検出部５２は、第１基準電極２４Ａからポンプ電極２２に流れる電流をプラス電流とし、ポンプ電極２２から第１基準電極２４Ａに流れる電流をマイナス電流として検出するよう構成されている。

図１に示すように、センサセル１３は、固体電解質体２１に設けられて、ガス室２５における、ポンプ電極２２よりも排ガスＧの流れの下流側の位置に収容されたセンサ電極２３と、固体電解質体２１に設けられて大気ダクト２６に収容された第２基準電極２４Ｂとを有する。第２電圧印加部５３は、センサ電極２３と第２基準電極２４Ｂとの間に、第２基準電極２４Ｂの側が高電位側となるよう直流電圧を印加するよう構成されている。第２電流検出部５４は、第２基準電極２４Ｂからセンサ電極２３に流れる電流をプラス電流として検出するよう構成されている。

判定部５５は、第１電流検出部５２による電流及び第２電流検出部５４による電流に基づいて、排ガスＧにＮＯｘ（窒素酸化物）又はアンモニアのいずれが含まれているかを判定するよう構成されている。図４に示すように、判定部５５は、第１電流検出部５２が電流を検出しない場合又はプラス電流を検出する場合であって、第２電流検出部５４がプラス電流を検出する場合には、排ガスＧにＮＯｘが含まれると判定するよう構成されている。また、判定部５５は、第１電流検出部５２がマイナス電流を検出する場合であって、第２電流検出部５４がプラス電流を検出する場合には、排ガスＧにアンモニアが含まれると判定するよう構成されている。

以下に、本形態のガス検出装置１について詳説する。
（ガス検出装置１）
図１に示すように、本形態のガス検出装置１は、ＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ₂、Ｎ₂Ｏ等の窒素酸化物）の検出に用いられる限界電流式のものである。本形態のガス検出装置１によって検出するガスは、ＮＯｘガス（単にＮＯｘという。）及びアンモニアガス（ＮＨ₃）（単にアンモニアという。）である。換言すれば、本形態のガス検出装置１は、限界電流式のＮＯｘセンサによって、排ガスＧに含まれるＮＯｘ及びアンモニアの濃度を検出する。

（内燃機関７）
図５に示すように、ガス検出装置１は、センサ素子２を有するガスセンサ１０を備えており、ガスセンサ１０は、車両の内燃機関（エンジン）７の排気管７１に配置されて使用される。ガスセンサ１０は、ＮＯｘセンサとして機能するものである。ガス検出装置１に供給される排ガスＧは、内燃機関７から排気管７１へ排気されるものである。そして、ガスセンサ１０は、排気管７１内に配置された三元触媒７２Ａ，７２Ｂの排ガスＧの流れの下流側の位置に配置されている。本形態の内燃機関７は、車両に搭載されたものである。

本形態の排気管７１においては、上流側の空燃比センサ１１Ａ及び上流側の三元触媒７２Ａと、下流側の空燃比センサ１１Ｂ及び下流側の三元触媒７２Ｂとが、上流側と下流側とに並んで２段階に配置されている。ＮＯｘセンサとしてのガスセンサ１０は、下流側の三元触媒７２Ｂの下流側に配置されている。三元触媒７２Ａ，７２Ｂは、排ガスＧに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、ＮＯｘ等を浄化するためのものである。

本形態の内燃機関７は、ガソリンエンジンを構成するものである。内燃機関７は、ディーゼルエンジンを構成するものとしてもよい。この場合には、排気管７１には、ＮＯｘを還元するための触媒と、触媒へアンモニアを含む還元剤を供給する還元剤供給装置とが配置されていてもよい。この場合には、ガスセンサ１０は、ＮＯｘを還元するための触媒の下流側に配置される。

（ガスセンサ１０）
図示は省略するが、ガスセンサ１０は、センサ素子２を、ハウジングによって保持するとともに、ハウジングにセンサ素子２を保護する先端側カバー、及びセンサ素子２に繋がる配線部を保護する基端側カバー等を設けて構成されている。ガス検出装置１におけるガス室２５、大気ダクト２６、ポンプセル１２及びセンサセル１３は、センサ素子２に形成されている。ポンプセル１２及びセンサセル１３は、センサ素子２の長手方向Ｘの先端側Ｘ１の部位に形成されており、センサ素子２の先端側Ｘ１の部位は、ハウジングから突出した状態で、先端側カバーによって覆われている。

（センサ素子２）
図１～図３に示すように、センサ素子２は、ポンプ電極２２、センサ電極２３、第１基準電極２４Ａ及び第２基準電極２４Ｂが設けられた固体電解質体２１と、固体電解質体２１の第１表面２０１に積層され、ガス室２５及び拡散抵抗部２５１が設けられた第１絶縁体３１と、固体電解質体２１の第２表面２０２に積層され、大気ダクト２６及び発熱体４１が設けられた第２絶縁体３２とを有する。センサ素子２は、長尺形状に形成されている。センサ素子２の先端側Ｘ１の部位は、多孔質の保護層２７によって覆われている。センサ素子２の先端側Ｘ１の部位は、先端側カバー内に収容された状態で、排気管７１内に配置される。

ガスセンサ１０及びセンサ素子２において、センサ素子２が長尺形状に延びる方向を長手方向Ｘという。また、センサ素子２において、長手方向Ｘに直交して固体電解質体２１と各絶縁体３１，３２とが積層された方向を積層方向Ｄといい、長手方向Ｘ及び積層方向Ｄの両方に直交する方向を幅方向Ｗという。

（固体電解質体２１）
図１～図３に示すように、固体電解質体２１は、板状に形成されており、所定の温度において酸素イオン（酸化物イオン、Ｏ^2-）を伝導させる性質を有するジルコニア材料を用いて構成されている。ジルコニア材料は、ジルコニア（二酸化ジルコニウム）を主成分とする種々の材料によって構成される。ジルコニア材料には、イットリア（酸化イットリウム）等の希土類金属元素もしくはアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアが用いられる。

ポンプ電極２２は、ガス室２５内に収容される状態で、固体電解質体２１の第１表面２０１に設けられている。ポンプ電極２２は、酸素に対する触媒活性を有する貴金属、及び固体電解質体２１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有している。ポンプ電極２２を構成する貴金属には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）等が用いられる。

本形態のポンプ電極２２の貴金属は、白金を０．１～５質量％含有するとともに残部が金からなる白金－金合金によって構成される。白金への金の添加によって、白金によって酸素及びアンモニアを分解する触媒活性が抑制され、ポンプ電極２２にアンモニアを含む排ガスＧが供給されるときに、ポンプセル１２に流れる電流が一定値になりにくくすることができる。

センサ電極２３は、ガス室２５内に収容される状態で、固体電解質体２１の第１表面２０１における、ポンプ電極２２の長手方向Ｘの基端側Ｘ２に隣接して設けられている。センサ電極２３は、ガス室２５内のポンプ電極２２に対する、排ガスＧの流れの下流側に配置されている。センサ電極２３は、ＮＯｘ及び酸素に対する触媒活性を有する貴金属、及び固体電解質体２１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有している。センサ電極２３を構成する貴金属には、白金－ロジウム（Ｒｈ）合金等が用いられる。

本形態の第１基準電極２４Ａ及び第２基準電極２４Ｂは、固体電解質体２１の第２表面２０２に１つの基準電極として、ポンプ電極２２及びセンサ電極２３に対して共通して設けられている。基準電極２４Ａ，２４Ｂは、大気ダクト２６内に収容される状態で、固体電解質体２１の第２表面２０２における、ポンプ電極２２及びセンサ電極２３に固体電解質体２１を介して対向する位置に設けられている。基準電極２４Ａ，２４Ｂは、ポンプ電極２２及びセンサ電極２３に対して個別に設けてもよい。基準電極２４Ａ，２４Ｂは、酸素に対する触媒活性を有する貴金属、及び固体電解質体２１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有している。基準電極２４Ａ，２４Ｂを構成する貴金属には、白金、パラジウム、金等が用いられる。

本形態のセンサセル１３は、ポンプセル１２が形成された固体電解質体２１の、長手方向Ｘの基端側Ｘ２に形成されている。これ以外にも、センサセル１３は、ポンプセル１２が形成された固体電解質体２１とは別の固体電解質体に形成されていてもよい。

（各絶縁体３１，３２）
図１～図３に示すように、第１絶縁体３１は、アルミナ等の絶縁性の緻密なセラミックス材料によって構成されている。ガス室２５は、第１絶縁体３１に形成された切欠き部の一部が、拡散抵抗部２５１を構成する多孔質体によって閉塞された状態で形成されている。ガス室２５は、固体電解質体２１、第１絶縁体３１及び拡散抵抗部２５１によって囲まれている。拡散抵抗部２５１は、アルミナ等の多孔質のセラミックス材料によって構成されている。拡散抵抗部２５１は、センサ素子２の長手方向Ｘの先端側Ｘ１の部分に設けられており、ガス室２５内に導入される排ガスＧの流速を制限するものである。拡散抵抗部２５１は、ポンプ電極２２の幅方向Ｗの両側に位置する側部に形成してもよい。また、拡散抵抗部２５１は、第１絶縁体３１に設けられたピンホールによって形成してもよい。

第２絶縁体３２は、アルミナ等の絶縁性の緻密なセラミックス材料によって構成されている。第２絶縁体３２には、切欠き部によって、大気Ａが導入される大気ダクト２６が形成されている。本形態のセンサ素子２においては、１つの大気ダクト２６が形成されており、第１基準電極２４Ａ及び第２基準電極２４Ｂは、同じ大気ダクト２６内に配置されている。大気ダクト２６は、基準電極２４Ａ，２４Ｂが配置された位置から、センサ素子２の長手方向Ｘの基端側Ｘ２の位置まで形成されている。第２絶縁体３２には、通電によって発熱する発熱体４１が埋設されている。

（発熱体４１）
図１～図３に示すように、センサ素子２においては、ポンプセル１２及びセンサセル１３を加熱するための発熱体４１が設けられている。発熱体４１は、発熱部４１１と、発熱部４１１に繋がる発熱体リード部４１２とによって形成されている。発熱部４１１は、ポンプ電極２２、センサ電極２３及び基準電極２４Ａ，２４Ｂに積層方向Ｄにおいて対向する位置に配置されている。

発熱部４１１は、直線部分及び曲線部分によって蛇行する導体によって形成されている。本形態の発熱部４１１の直線部分及び発熱体リード部４１２は、長手方向Ｘに平行な導体によって形成されている。発熱部４１１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部４１２の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きい。発熱体４１は、導電性を有する金属材料を含有している。一対の発熱体リード部４１２に電圧が印加されると、発熱部４１１がジュール熱によって発熱する。

（センサ制御ユニット５）
図１及び図５に示すように、本形態の第１電圧印加部５１、第１電流検出部５２、第２電圧印加部５３、第２電流検出部５４及び判定部５５は、ガスセンサ１０に電気接続されたセンサ制御ユニット５に形成されている。センサ制御ユニット５は、コンピュータ、制御回路等によって構成されている。センサ制御ユニット５は、車両の内燃機関７のエンジン制御ユニット５０に電気接続されており、エンジン制御ユニット５０の指令を受けて動作可能である。

（第１電圧印加部５１及び第１電流検出部５２）
図１に示すように、第１電圧印加部５１は、ポンプ電極２２と第１基準電極２４Ａとの間に、第１基準電極２４Ａの側が高電位側（プラス側）となるよう直流電圧を印加するよう構成されている。第１電圧印加部５１による直流電圧は、ポンプセル１２が限界電流特性を示す電圧値として印加される。限界電流特性は、次のようにして得られる。すなわち、ポンプ電極２２と第１基準電極２４Ａとの間に直流電圧が印加されるとともに、ガス室２５内のポンプ電極２２に酸素が供給されるときには、拡散抵抗部２５１によってガス室２５への酸素又は未燃ガスの流入量が制限される。そのため、印加電圧が高くなっても、ポンプ電極２２と第１基準電極２４Ａとの間に流れる電流が一定値に制限される特性が、限界電流特性として得られる。

第１電圧印加部５１によるポンプセル１２への直流電圧は、例えば、０．２５～０．６［Ｖ］の範囲内の電圧値とすればよい。第１電圧印加部５１による直流電圧を０．２５～０．６［Ｖ］の範囲外にすると、排ガスＧに含まれる酸素以外の共存ガスが分解されることによるイオン電流がポンプセル１２に流れるおそれがある。ポンプセル１２の動作によって、酸素又は未燃ガスがセンサ電極２３に到達しないようにされる。

内燃機関７における燃焼状態が理論空燃比よりも燃料リーン側のリーン状態にあるときには、ガス室２５内に導入される排ガスＧに酸素が含まれる。リーン状態においては、ポンプセル１２による酸素ポンピングが行われ、第１電圧印加部５１による直流電圧の印加によって、ガス室２５内における酸素は、ポンプ電極２２においてイオン化して、固体電解質体２１を通過して第１基準電極２４Ａへ排出される。また、リーン状態においては、排ガスＧに内燃機関７の未燃ガスがほとんど含まれていない。そして、第１電流検出部５２によって、第１基準電極２４Ａからポンプ電極２２へ流れる電流がプラス電流として検出される。

内燃機関７における燃焼状態が理論空燃比よりも燃料リッチ側のリッチ状態にあるときには、ガス室２５内に導入される排ガスＧに未燃ガスが含まれる。リッチ状態においては、ポンプセル１２において電流の逆流が生じ、第１電圧印加部５１による直流電圧の印加に拘わらず、ガス室２５内における未燃ガスを燃焼させるために、大気ダクト２６内の大気Ａに含まれる酸素は、第１基準電極２４Ａにおいてイオン化して、固体電解質体２１を通過してポンプ電極２２へ供給される。また、リッチ状態においては、排ガスＧに酸素がほとんど含まれていない。そして、第１電流検出部５２によって、ポンプ電極２２から第１基準電極２４Ａへ流れる電流がマイナス電流として検出される。

内燃機関７における燃焼状態が理論空燃比としてのストイキ状態にあるときには、ガス室２５内に導入される排ガスＧに含まれる酸素及び未燃ガスは少ない。そのため、第１電流検出部５２によるポンプセル１２の電流は、ほとんど検出されない。

（第２電圧印加部５３及び第２電流検出部５４）
図１に示すように、第２電圧印加部５３は、センサ電極２３と第２基準電極２４Ｂとの間に、第２基準電極２４Ｂの側が高電位側（プラス側）となるよう直流電圧を印加するよう構成されている。第２電圧印加部５３による直流電圧は、センサセル１３が限界電流特性を示す電圧値として印加される。

第２電圧印加部５３によるセンサセル１３への直流電圧は、例えば、０．２５～０．６［Ｖ］の範囲内の電圧値とすればよい。第２電圧印加部５３による直流電圧を０．２５～０．６［Ｖ］の範囲外にすると、排ガスＧに含まれるＮＯｘ以外の共存ガスが分解されることによるイオン電流がセンサセル１３に流れるおそれがある。

内燃機関７における燃焼状態がリーン状態にあるときには、ガス室２５内に導入される排ガスＧにＮＯｘが含まれる。また、リーン状態においては、第１電圧印加部５１の動作によってガス室２５内の酸素が排出されている。そして、ガス室２５内のＮＯｘがポンプ電極２２においては分解されずに、センサ電極２３に到達するときには、第２電圧印加部５３による直流電圧の印加によって、ガス室２５内におけるＮＯｘは、センサ電極２３において窒素と酸素に分解される。この酸素は、イオン化して固体電解質体２１を通過して第２基準電極２４Ｂへ排出される。こうして、リーン状態においては、第２電流検出部５４によって、第２基準電極２４Ｂからセンサ電極２３へ流れる電流がプラス電流として検出される。

内燃機関７における燃焼状態がリッチ状態にあるときに、ガス室２５内に導入される排ガスＧに、未燃ガスとしてのアンモニアが含まれるときには、アンモニアの少なくとも一部が、センサ電極２３に到達するまでに、酸化されてＮＯｘに変換される。このとき、第２電圧印加部５３による直流電圧の印加によって、ガス室２５内におけるＮＯｘは、センサ電極２３において窒素と酸素に分解される。この酸素は、イオン化して固体電解質体２１を通過して第２基準電極２４Ｂへ排出される。こうして、リッチ状態においても、第２電流検出部５４によって、第２基準電極２４Ｂからセンサ電極２３へ流れる電流がプラス電流として検出される。

内燃機関７における燃焼状態がリッチ状態にあるときに、ガス室２５内に導入される排ガスＧに、未燃ガスとしての水素、炭化水素（プロパン等）が含まれるときには、ポンプセル１２においてこれらの未燃ガスが燃焼されることにより、第２電流検出部５４によるセンサセル１３の電流は、ほとんど検出されない。また、内燃機関７における燃焼状態が理論空燃比としてのストイキ状態にあるときにも、第２電流検出部５４による電流は、ほとんど検出されない。

ガス室２５内に流入するアンモニアは、種々の要因によって酸化され、ＮＯｘに変換される。例えば、アンモニアは、ガス室２５内のポンプ電極２２等において電気化学的に酸化され、ＮＯｘに変換される。また、アンモニアが保護層２７及び拡散抵抗部２５１を介してガス室２５内に導入されるときには、排ガスＧに含まれる酸素、並びに保護層２７及び拡散抵抗部２５１の熱等が利用されて、アンモニアがＮＯｘに酸化される。この酸化反応は、４ＮＨ₃＋５Ｏ₂→４ＮＯ＋６Ｈ₂Ｏ、又は４ＮＨ₃＋７Ｏ₂→４ＮＯ₂＋６Ｈ₂Ｏの反応式によって表される。

拡散抵抗部２５１、又はガス室２５内のいずれかの部位には、アンモニアを分解して酸化するためのアンモニア酸化触媒が配置されていてもよい。このアンモニア酸化触媒には、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）等が用いられる。

（判定部５５）
図４に示すように、判定部５５は、排ガスＧにＮＯｘが含まれるか、排ガスＧにアンモニアが含まれるか、排ガスＧにアンモニア以外の未燃ガスが含まれるか、又は排ガスＧにＮＯｘ及び未燃ガスが含まれないかの４つの状態を判定することが可能である。判定部５５は、第１電流検出部５２による電流の正負の向き、及び第２電流検出部５４による電流の正負の向きを監視することによって、排ガスＧにＮＯｘ、アンモニア、又はアンモニア以外の未燃ガスのいずれが含まれるかを判定する。

センサセル１３の第２電流検出部５４においては、プラス電流が検出される一方、マイナス電流が検出されることはほとんどない。排ガスＧに、アンモニア以外の未燃ガスが含まれる場合には、ポンプセル１２及び第１電圧印加部５１の動作によって、アンモニア以外の未燃ガスが分解されるためである。また、排ガスＧに、アンモニアが含まれる場合には、ＮＯｘに変換されるためである。

一方、ポンプセル１２の第１電流検出部５２においては、プラス電流が検出される場合と、マイナス電流が検出される場合がある。また、第１電流検出部５２及び第２電流検出部５４においては、ほとんど電流を検出しない場合（図４においては、電流がゼロの場合で示す。）もある。

判定部５５は、第１電流検出部５２が電流をほとんど検出しない場合又はプラス電流を検出する場合に、第２電流検出部５４がプラス電流を検出する場合には、排ガスＧにＮＯｘが含まれると判定する。なお、排ガスＧにＮＯｘが含まれる場合のほとんどは、排ガスＧに酸素も含まれる場合であると考えられ、第１電流検出部５２がプラス電流を検出すると考えられる。

また、判定部５５は、第１電流検出部５２がマイナス電流を検出する場合であって、第２電流検出部５４がプラス電流を検出する場合には、排ガスＧにアンモニアが含まれると判定する。また、判定部５５は、第１電流検出部５２がマイナス電流を検出する場合であって、第２電流検出部５４がプラス電流を検出しない場合（第２電流検出部５４が電流を検出しない場合）には、排ガスＧにアンモニア以外の未燃ガスが含まれると判定する。さらに、判定部５５は、第１電流検出部５２がプラス電流を検出する場合であって、第２電流検出部５４が電流を検出しない場合には、排ガスＧにＮＯｘも未燃ガスも含まれないと判定する。

図６には、ガス室２５に未燃ガスを含む排ガスＧが導入される場合において、第１電圧印加部５１によるポンプセル１２への直流電圧を変化させたときに、第１電流検出部５２によって検出されるポンプセル１２のマイナス電流の変化について示す。図６においては、ガスセンサ１０によって、アンモニア（ＮＨ₃）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）又は水素（Ｈ₂）を５００ｐｐｍ含む試験ガスの検出を行った場合について示す。試験ガスの残部は窒素とした。

図６に示すように、ガスセンサ１０にアンモニアを含む試験ガスが供給される場合には、第１電圧印加部５１による直流電圧が高くなるほど、第１電流検出部５２によるマイナス電流がゼロ側に近づく（マイナス電流のマイナス量が小さくなる）関係が得られる。換言すれば、第１電流検出部５２によってアンモニアのマイナス電流が検出される場合には、完全な限界電流特性が得られず、直流電圧とマイナス電流とが比例的に変化する関係が得られる。この理由は、例えば、ポンプ電極２２上において、アンモニアの電気化学的な酸化が円滑に進行しないためであると考える。また、例えば、ポンプ電極２２が白金及び金を含有する場合には、金によって、白金によるポンプ電極２２の触媒活性が抑制されるとともに、アンモニアの電気化学的な酸化も抑制されるためであると考える。

一方、ガスセンサ１０にプロパン又は水素を含む試験ガスが供給される場合には、第１電圧印加部５１によるポンプセル１２への直流電圧の変化に拘わらず、第１電流検出部５２によるマイナス電流が変化しない限界電流特性に近い関係が得られる。アンモニアの場合の関係、及びプロパン又は水素の場合の関係に基づき、第１電圧印加部５１によって所定の直流電圧がポンプセル１２に印加される範囲において、第１電流検出部５２によって検出されるマイナス電流が比例的に変化する関係が得られる場合には、排ガスＧにアンモニアが含まれると判定することができる。

そして、判定部５５は、第１電流検出部５２がマイナス電流を検出する場合であって、第１電圧印加部５１によって値が異なる複数の直流電圧を印加したときに、第１電流検出部５２によるマイナス電流が変化する場合には、排ガスＧにアンモニアが含まれると判定してもよい。また、判定部５５は、第１電流検出部５２がマイナス電流を検出する場合であって、第１電圧印加部５１によって値が異なる複数の直流電圧を印加したときに、第１電流検出部５２によるマイナス電流がほとんど変化しない場合には、排ガスＧにアンモニア以外の未燃ガスが含まれると判定してもよい。

なお、図６においては、ガスセンサ１０によって、酸素（Ｏ₂）を含む試験ガスの検出を行った場合についても示す。この場合には、第１電圧印加部５１によるポンプセル１２への直流電圧の変化に拘わらず、第１電流検出部５２によるマイナス電流が変化しない限界電流特性の関係が得られる。

（ＮＯｘ検出部５６及びアンモニア検出部５７）
図１に示すように、本形態のガス検出装置１は、ＮＯｘ検出部５６及びアンモニア検出部５７を備える。ＮＯｘ検出部５６及びアンモニア検出部５７は、センサ制御ユニット５に形成されている。ＮＯｘ検出部５６は、判定部５５が排ガスＧにＮＯｘが含まれると判定したときに、第２電流検出部５４によるプラス電流の大きさに基づいて、排ガスＧに含まれるＮＯｘの濃度を定量的に検出するよう構成されている。アンモニア検出部５７は、判定部５５が排ガスＧにアンモニアが含まれると判定したときに、第１電流検出部５２によるマイナス電流及び第２電流検出部５４によるプラス電流の少なくとも一方に基づいて、排ガスＧに含まれるアンモニアの濃度を定量的に検出するよう構成されている。

図７には、排ガスＧにＮＯｘが含まれると判定されるときに、排ガスＧに含まれるＮＯｘの濃度が高くなるほど、センサセル１３に流れる電流としての第２電流検出部５４によるプラス電流がプラス側に大きくなる関係を示す。この関係は、比例関係又は比例関係に近い関係にあると考える。また、この第２電流検出部５４によるプラス電流とＮＯｘの濃度との関係は、試作時等に実験を行い、センサ制御ユニット５において、関係マップとして記憶しておけばよい。ＮＯｘ検出部５６は、この関係マップを用いて、排ガスＧにおけるＮＯｘの濃度を求めるよう構成すればよい。

アンモニア検出部５７は、第１電流検出部５２のマイナス電流の大きさに基づく第１算出処理、第１電流検出部５２のマイナス電流の変化に基づく第２算出処理、第２電流検出部５４のプラス電流の大きさに基づく第３算出処理、及び第２電流検出部５４のプラス電流の変化に基づく第４算出処理のうちの少なくとも１つに基づいて、アンモニアの濃度を定量的に検出するよう構成されている。

第１算出処理は、第１電圧印加部５１によってポンプセル１２に直流電圧が印加されるときに、第１電流検出部５２のマイナス電流がマイナス側に大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出する処理である。第２算出処理は、第１電圧印加部５１による直流電圧を変化させたときの第１電流検出部５２のマイナス電流の第１変化量を検出し、第１変化量が大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出する処理である。マイナス電流の第１変化量は、第１電圧印加部５１による直流電圧を、限界電流特性を有する電圧の範囲内において複数の電圧値に変化させたときの電流値の差として求められる。

第３算出処理は、第２電流検出部５４のプラス電流がプラス側に大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出する処理である。第４算出処理は、第２電圧印加部５３による直流電圧を変化させたときの第２電流検出部５４のプラス電流の第２変化量を検出し、第２変化量が大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出する処理である。プラス電流の第２変化量は、第２電圧印加部５３による直流電圧を、限界電流特性を有する電圧の範囲内において複数の電圧値に変化させたときの電流値の差として求められる。

図８には、ガス室２５にアンモニアを含む試験ガスが導入される場合において、第１電圧印加部５１によるポンプセル１２への直流電圧を変化させたときに、第１電流検出部５２によって検出されるポンプセル１２のマイナス電流の変化について示す。図８においては、アンモニアの濃度を０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ及び５００ｐｐｍに変化させたときのマイナス電流の変化を検出している。試験ガスの残部は窒素とした。

図８に示すように、排ガスＧにアンモニアが含まれると判定されるときにおいて、排ガスＧにおけるアンモニアの濃度が高くなるほど、第１電流検出部５２によるマイナス電流がマイナス側に大きくなる。この性質を利用して、第１算出処理によるアンモニアの濃度が算出される。また、排ガスＧにおけるアンモニアの濃度が高くなるほど、第１電圧印加部５１による直流電圧が変化したときの、第１電流検出部５２によるマイナス電流の変化量ΔＩも大きくなる。この性質を利用して、第２算出処理によるアンモニアの濃度が算出される。マイナス電流の変化量ΔＩは、傾斜角の大きさによって示される。

図９には、排ガスＧに酸素が含まれない場合において、排ガスＧに含まれるアンモニアの濃度が高くなるほど、ポンプセル１２に流れる電流としての第１電流検出部５２によるマイナス電流がマイナス側に大きくなる関係を示す。この関係は、比例関係又は比例関係に近い関係にあると考える。図９においては、第１電圧印加部５１によってポンプセル１２に０．４Ｖを印加する場合について示す。また、この第１算出処理としての第１電流検出部５２によるマイナス電流とアンモニアの濃度との関係は、試作時等に実験を行い、センサ制御ユニット５において、関係マップとして記憶しておけばよい。

また、第２算出処理としての、第１電圧印加部５１による直流電圧に対する第１電流検出部５２によるマイナス電流の変化量ΔＩの関係は、第１電流検出部５２によるマイナス電流の変化量ΔＩとアンモニアの濃度との関係として、試作時等に実験を行い、センサ制御ユニット５において、関係マップとして記憶しておけばよい。この第１電流検出部５２によるマイナス電流の変化量ΔＩとアンモニアの濃度との関係も、比例関係又は比例関係に近い関係にあると考える。

図１０には、ガス室２５にアンモニアを含む排ガスＧが導入される場合において、第２電圧印加部５３による直流電圧を変化させたときに、センサセル１３の第２電流検出部５４によって検出されるプラス電流の変化について示す。この場合には、第１電圧印加部５１によるポンプセル１２への直流電圧の印加により、拡散抵抗部２５１及びガス室２５を通過するアンモニアがＮＯｘに変換され、センサセル１３において、ＮＯｘによるプラス電流が検出される。図１０においては、アンモニアの濃度を０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ及び５００ｐｐｍに変化させたときのマイナス電流の変化を検出している。排ガスＧの残部は窒素とした。

図１０に示すように、排ガスＧにアンモニアが含まれると判定されるときにおいて、排ガスＧにおけるアンモニアの濃度が高くなるほど、第２電流検出部５４によるプラス電流がプラス側に大きくなる。この性質を利用して、第３算出処理によるアンモニアの濃度が算出される。また、排ガスＧにおけるアンモニアの濃度が高くなるほど、第２電圧印加部５３による直流電圧が変化したときの、第２電流検出部５４によるプラス電流の変化量ΔＩも大きくなる。この性質を利用して、第４算出処理によるアンモニアの濃度が算出される。

図１１には、排ガスＧに酸素が含まれない場合において、排ガスＧに含まれるアンモニアの濃度が高くなるほど、センサセル１３に流れる電流としての第２電流検出部５４によるプラス電流がプラス側に大きくなる関係を示す。この関係は、比例関係又は比例関係に近い関係にあると考える。図１１においては、第２電圧印加部５３によってセンサセル１３に０．４Ｖを印加する場合について示す。また、この第３算出処理としての第２電流検出部５４によるプラス電流とアンモニアの濃度との関係は、試作時等に実験を行い、センサ制御ユニット５において、関係マップとして記憶しておけばよい。

また、第４算出処理としての、第２電圧印加部５３による直流電圧に対する第２電流検出部５４によるプラス電流の変化量ΔＩの関係は、第２電流検出部５４によるプラス電流の変化量ΔＩとアンモニアの濃度との関係として、試作時等に実験を行い、センサ制御ユニット５において、関係マップとして記憶しておけばよい。この第２電流検出部５４によるプラス電流の変化量ΔＩとアンモニアの濃度との関係も、比例関係又は比例関係に近い関係にあると考える。

（ガス検出装置１によるガス濃度の検出方法）
次に、ガス検出装置１によってＮＯｘ及びアンモニアの濃度を検出する方法の一例について、図１２のフローチャートを参照して説明する。
車両の内燃機関７が起動されるとともにガス検出装置１が起動された後には、ポンプセル１２及び第１電圧印加部５１によってガス室２５内の酸素が大気ダクト２６に除去され、第２電圧印加部５３によってセンサセル１３に直流電圧が印加される（ステップＳ１０１）。次いで、第１電流検出部５２によってポンプセル１２を流れる電流が検出されるとともに、第２電流検出部５４によってセンサセル１３を流れる電流が検出される（ステップＳ１０２）。

次いで、判定部５５によって、第１電流検出部５２によって検出された電流が、ゼロ又はプラス側にあるか否かが判定される（ステップＳ１０３）。第１電流検出部５２による電流がゼロ又はプラス電流である場合には、判定部５５によって、第２電流検出部５４によって検出された電流が、ゼロ又はプラス側にあるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。

第２電流検出部５４による電流がゼロ又はプラス電流である場合には、判定部５５によって、排ガスＧにＮＯｘが含まれると判定される（ステップＳ１０５）。そして、ＮＯｘ検出部５６によって、第２電流検出部５４によるプラス電流に基づいてＮＯｘの濃度が算出される（ステップＳ１０６）。具体的には、第２電流検出部５４によるプラス電流の値が関係マップに照合され、関係マップによってＮＯｘの濃度が求められる。

ステップＳ１０４において、第２電流検出部５４による電流がゼロ又はプラス電流でない場合（ほとんどゼロである場合）には、判定部５５によって、排ガスＧにＮＯｘが含まれないと判定される（ステップＳ１０７）。また、この場合には、排ガスＧに未燃ガスも含まれないと判定される。

ステップＳ１０３において、第１電流検出部５２による電流がゼロ又はプラス電流でない場合（マイナス電流である場合）には、判定部５５によって、第２電流検出部５４によって検出された電流がプラス側にあるか否かが判定される（ステップＳ１０８）。第２電流検出部５４による電流がプラス電流である場合には、判定部５５によって、排ガスＧにアンモニアが含まれると判定される（ステップＳ１０９）。そして、アンモニア検出部５７によって、第２電流検出部５４によるプラス電流に基づいてアンモニアの濃度が算出される（ステップＳ１１０）。具体的には、第２電流検出部５４によるプラス電流の値が関係マップに照合され、関係マップによってアンモニアの濃度が求められる。

ステップＳ１０８において、第２電流検出部５４による電流がプラス電流でない場合（ほとんどゼロである場合）には、判定部５５によって、排ガスＧにアンモニア以外の未燃成分が含まれると判定される（ステップＳ１１１）。

ステップＳ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１１０、Ｓ１１１が行われた後には、ガス濃度の検出制御を終了する信号があるまでは（ステップＳ１１２）、ステップＳ１０２～Ｓ１１２が繰り返し行われる。

なお、ステップＳ１１０におけるアンモニアの濃度の算出は、前述した第１～第４算出処理のうちのいずれか、又は２つ以上の組み合わせに基づいて行ってもよい。

（作用効果）
本形態のガス検出装置１においては、ポンプセル１２及びセンサセル１３のそれぞれに流れる電流の向きを検出して、排ガスＧにＮＯｘ（窒素酸化物）又はアンモニアのいずれが含まれているかを判定する。より具体的には、判定部５５は、第１電流検出部５２が電流を検出しない場合又はプラス電流を検出する場合であって、第２電流検出部５４がプラス電流を検出する場合には、排ガスＧにＮＯｘが含まれると判定する。そして、ＮＯｘ検出部５６は、第２電流検出部５４におけるプラス電流に基づいて、ＮＯｘの濃度を定量的に求めることができる。

一方、判定部５５は、第１電流検出部５２がマイナス電流を検出する場合であって、第２電流検出部５４がプラス電流を検出する場合には、排ガスＧにアンモニアが含まれると判定する。そして、第１電流検出部５２におけるマイナス電流又は第２電流検出部５４におけるプラス電流による第１～第４算出処理のうちの少なくともいずれかに基づいて、アンモニアの濃度を定量的に求めることができる。

それ故、本形態のガス検出装置１によれば、ポンプセル１２及びセンサセル１３を用いることによって、ＮＯｘ及びアンモニアの両方の検出を行うことができる。

＜実施形態２＞
本形態は、図１に示すように、ガス検出装置１が変化量検出部５８を備え、判定部５５の構成が実施形態１の場合と異なる場合について示す。本形態のガス検出装置１は、排ガスＧにアンモニアが含まれるか、アンモニア以外の未燃ガスが含まれるかの判定を行うよう構成されている。変化量検出部５８は、センサ制御ユニット５に形成されている。変化量検出部５８は、第１電流検出部５２がマイナス電流を検出していることを条件として、第１電圧印加部５１による直流電圧を変化させたときの第１電流検出部５２のマイナス電流の変化量を検出するよう構成されている。第１電流検出部５２がマイナス電流を検出している条件は、第１電流検出部５２が、ゼロよりも僅かにマイナス側の規定電流を検出している場合とすればよい。

変化量検出部５８は、マイナス電流の変化量を、第１電圧印加部５１によって値が異なる複数の直流電圧をポンプセル１２に印加したときの、第１電流検出部５２によるマイナス電流の値の差として検出すればよい。本形態の判定部５５は、マイナス電流の変化量が規定変化量以上である場合には、排ガスＧにアンモニアが含まれると判定し、一方、マイナス電流の変化量が規定変化量未満である場合には、排ガスＧにアンモニア以外の未燃ガスが含まれると判定するよう構成されている。

図１３に示すように、第１電圧印加部５１による直流電圧Ｖを変化させたときの第１電流検出部５２のマイナス電流Ｉの変化量（電圧に対する電流の変化量）ΔＩは、ΔＩ＝Ｉ／Ｖによって示される。図１３には、アンモニア（ＮＨ₃）、水素（Ｈ₂）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）及びＮＯｘのガスセンサ１０への供給ガスの濃度が変化したときのマイナス電流Ｉの変化量ΔＩについて示す。供給ガスにおける残部は窒素とする。

図６に示すように、第１電圧印加部５１による直流電圧Ｖを所定の第１電圧Ｖ₁にしたときの第１電流検出部５２によるマイナス電流をＩ₁、第１電圧印加部５１による直流電圧Ｖを所定の第２電圧Ｖ₂にしたときの第２電流検出部５４によるマイナス電流をＩ₂としたとき、マイナス電流Ｉの変化量ΔＩは、ΔＩ＝｜Ｉ₁－Ｉ₂｜／｜Ｖ₁－Ｖ₂｜によって示される。マイナス電流の差Ｉ₁－Ｉ₂及び直流電圧の差Ｖ₁－Ｖ₂は絶対値とすればよい。

図１３に示すように、排ガスＧにアンモニア（ＮＨ₃）が含まれる場合には、第１電圧印加部５１による直流電圧Ｖに対する第１電流検出部５２によるマイナス電流Ｉの変化量ΔＩが相対的に大きくなる。一方、排ガスＧにアンモニア以外の水素（Ｈ₂）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）等の未燃ガスが含まれる場合には、マイナス電流Ｉの変化量ΔＩが相対的に小さくなる。そのため、アンモニアについての変化量ΔＩとアンモニア以外の未燃ガスの変化量ΔＩとの間に、判定のための閾値としての規定変化量ΔＩｒを設定することにより、排ガスＧにアンモニアが含まれるか、アンモニア以外の未燃ガスが含まれるかの判定を行うことができる。

マイナス電流Ｉの変化量ΔＩは、ポンプセル１２における限界電流特性の電流のフラット性がどれだけ得られるかを示すものと言ってもよい。排ガスＧにＮＯｘが含まれる場合にも、限界電流特性を示す電圧の範囲において、電流には僅かな傾斜による変化が生じる。

本形態のガス検出装置１は、アンモニア検出部５７をさらに備える。アンモニア検出部５７は、センサ制御ユニット５に形成されている。アンモニア検出部５７は、第２電流検出部５４がプラス電流を検出していることを条件として、第１電流検出部５２によるマイナス電流の変化量ΔＩが大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出して、アンモニアの濃度を定量的に検出するよう構成されている。

発明者らの研究により、排ガスＧにアンモニアが含まれる場合には、排ガスＧにアンモニア以外の未燃ガスが含まれる場合に比べて、第１電流検出部５２がマイナス電流を検出していることを条件として、第１電圧印加部５１による直流電圧を変化させたときの第１電流検出部５２のマイナス電流の変化量ΔＩが大きくなることが分かった。そこで、本形態のガス検出装置１においては、判定部５５によって、第１電流検出部５２のマイナス電流の変化量ΔＩが規定変化量ΔＩｒ以上であるか否かを判定して、排ガスＧにアンモニア又はアンモニア以外の未燃ガスのいずれが含まれているかを判定する。

それ故、本形態のガス検出装置１によれば、排ガスＧに、アンモニア又はアンモニア以外の未燃ガスとしての、複数種類のガスのいずれが含まれるかを検知することができる。

本形態のガス検出装置１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の構成要素と同様である。

＜実施形態３＞
本形態は、固体電解質体２１，２１０及び大気ダクト２６，２６０のそれぞれが２つずつ設けられたセンサ素子２について示す。本形態のセンサセル１３は、ポンプセル１２が形成された第１の固体電解質体２１とは別の第２の固体電解質体２１０に形成されている。ポンプ電極２２及び第１基準電極２４Ａは第１の固体電解質体２１に形成されている一方、センサ電極２３及び第２基準電極２４Ｂは、第２の固体電解質体２１０に対してガス室２５を介して対向する第２の固体電解質体２１０に形成されている。

また、本形態のセンサ素子２においては、第２絶縁体３２に形成された第１の大気ダクト２６の他に、第１絶縁体３１に形成された第２の大気ダクト２６０もある。そして、第１基準電極２４Ａは、第１の大気ダクト２６内に配置されており、第２基準電極２４Ｂは、第２の大気ダクト２６０内に配置されている。

本形態においては、ポンプセル１２及びセンサセル１３に対して別々に大気ダクト２６，２６０が形成されていることにより、ＮＯｘ及びアンモニアの検出に、より柔軟に対応することができる。

本形態のガス検出装置１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１，２の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１，２に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１，２の構成要素と同様である。

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。

１ガス検出装置
１２ポンプセル
１３センサセル
２１固体電解質体
５１第１電圧印加部
５２第１電流検出部
５３第２電圧印加部
５４第２電流検出部
５５判定部

Claims

拡散抵抗部（２５１）を介して排ガス（Ｇ）が導入されるガス室（２５）と、
大気（Ａ）が導入される１つ又は複数の大気ダクト（２６，２６０）と、
固体電解質体（２１）に設けられて前記ガス室に収容されたポンプ電極（２２）、及び前記固体電解質体に設けられて前記大気ダクトに収容された第１基準電極（２４Ａ）を有するポンプセル（１２）と、
前記ポンプ電極と前記第１基準電極との間に、前記第１基準電極の側が高電位側となるよう直流電圧を印加する第１電圧印加部（５１）と、
前記第１基準電極から前記ポンプ電極に流れる電流をプラス電流とし、前記ポンプ電極から前記第１基準電極に流れる電流をマイナス電流として検出する第１電流検出部（５２）と、
前記固体電解質体と同一又は別の固体電解質体（２１０）に設けられて、前記ガス室における、前記ポンプ電極よりも前記排ガスの流れの下流側の位置に収容されたセンサ電極（２３）、及び前記固体電解質体に設けられて前記大気ダクトに収容された第２基準電極（２４Ｂ）を有するセンサセル（１３）と、
前記センサ電極と前記第２基準電極との間に、前記第２基準電極の側が高電位側となるよう直流電圧を印加する第２電圧印加部（５３）と、
前記第２基準電極から前記センサ電極に流れる電流をプラス電流として検出する第２電流検出部（５４）と、
前記第１電流検出部による電流及び前記第２電流検出部による電流に基づいて、前記排ガスにＮＯｘ又はアンモニアのいずれが含まれているかを判定する判定部（５５）と、を備え、
前記判定部は、
前記第１電流検出部が電流を検出しない場合又はプラス電流を検出する場合であって、前記第２電流検出部がプラス電流を検出する場合には、前記排ガスにＮＯｘが含まれると判定し、
前記第１電流検出部がマイナス電流を検出する場合であって、前記第２電流検出部がプラス電流を検出する場合には、前記排ガスにアンモニアが含まれると判定するよう構成されている、ガス検出装置（１）。
前記判定部は、前記第１電流検出部がマイナス電流を検出する場合であって、前記第２電流検出部がプラス電流を検出しない場合には、前記排ガスにアンモニア以外の未燃ガスが含まれると判定するよう構成されている、請求項１に記載のガス検出装置。
前記判定部が前記排ガスにＮＯｘが含まれると判定したときには、前記第２電流検出部によるプラス電流に基づいて、前記排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を定量的に検出するＮＯｘ検出部（５６）と、
前記判定部が前記排ガスにアンモニアが含まれると判定したときには、前記第１電流検出部によるマイナス電流及び前記第２電流検出部によるプラス電流の少なくとも一方に基づいて、前記排ガスに含まれるアンモニアの濃度を定量的に検出するアンモニア検出部（５７）と、をさらに備える請求項１又は２に記載のガス検出装置。
前記アンモニア検出部は、
前記第１電流検出部のマイナス電流がマイナス側に大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出する第１算出処理と、
前記第１電圧印加部による直流電圧を変化させたときの前記第１電流検出部のマイナス電流の第１変化量を検出し、前記第１変化量が大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出する第２算出処理と、
前記第２電流検出部のプラス電流がプラス側に大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出する第３算出処理と、
前記第２電圧印加部による直流電圧を変化させたときの前記第２電流検出部のプラス電流の第２変化量を検出し、前記第２変化量が大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出する第４算出処理と、
のうちの少なくとも１つに基づいて、アンモニアの濃度を定量的に検出するよう構成されている、請求項３に記載のガス検出装置。
拡散抵抗部（２５１）を介して排ガス（Ｇ）が導入されるガス室（２５）と、
大気（Ａ）が導入される１つ又は複数の大気ダクト（２６，２６０）と、
固体電解質体（２１）に設けられて前記ガス室に収容されたポンプ電極（２２）、及び前記固体電解質体に設けられて前記大気ダクトに収容された第１基準電極（２４Ａ）を有するポンプセル（１２）と、
前記ポンプ電極と前記第１基準電極との間に、前記第１基準電極の側が高電位側となるよう直流電圧を印加する第１電圧印加部（５１）と、
前記第１基準電極から前記ポンプ電極に流れる電流をプラス電流とし、前記ポンプ電極から前記第１基準電極に流れる電流をマイナス電流として検出する第１電流検出部（５２）と、
前記固体電解質体と同一又は別の固体電解質体（２１０）に設けられて、前記ガス室における、前記ポンプ電極よりも前記排ガスの流れの下流側の位置に収容されたセンサ電極（２３）、及び前記固体電解質体に設けられて前記大気ダクトに収容された第２基準電極（２４Ｂ）を有するセンサセル（１３）と、
前記センサ電極と前記第２基準電極との間に、前記第２基準電極の側が高電位側となるよう直流電圧を印加する第２電圧印加部（５３）と、
前記第２基準電極から前記センサ電極に流れる電流をプラス電流として検出する第２電流検出部（５４）と、
前記第１電流検出部がマイナス電流を検出していることを条件として、前記第１電圧印加部による直流電圧を変化させたときの前記第１電流検出部のマイナス電流の変化量を検出する変化量検出部（５８）と、
前記変化量が規定変化量以上である場合には、前記排ガスにアンモニアが含まれると判定し、一方、前記変化量が規定変化量未満である場合には、前記排ガスにアンモニア以外の未燃ガスが含まれると判定する判定部（５５）と、を備えるガス検出装置（１）。
前記第２電流検出部がプラス電流を検出していることを条件として、前記変化量が大きいほどアンモニアの濃度が高いと算出して、アンモニアの濃度を定量的に検出するアンモニア検出部をさらに備える、請求項５に記載のガス検出装置。