(57)【要約】【課題】起動判定時間を確実に短縮することができるガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１００は、電圧を印加される検出素子９と、検出素子９の周囲の雰囲気温度を検出する温度センサ１０と、検出素子９の出力に基づいてガス濃度を判定する濃度判定部２１と、検出素子９に電源を投入した起動時の検出素子９の周囲の雰囲気温度が所定温度よりも低い場合には、前記所定温度以上の場合よりも検出素子に印加する電圧を起動開始から一定時間高くする電圧制御部２２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を印加されるガス検出素子と、
前記ガス検出素子の出力に基づいてガス濃度を判定する濃度判定部と、
前記ガス検出素子に電源を投入した起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が所定温度よりも低い場合には前記所定温度以上の場合よりも前記ガス検出素子に印加する電圧を高くする電圧制御部と、
を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記電圧制御部が電圧を高くする時間は、電源投入から一定時間であることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば燃料電池車両に搭載される水素センサ等のガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスセンサには、電源を投入してからガス検出可能となる起動完了までに若干時間を要するものがある。例えば、特許文献１に開示された接触燃焼式ガスセンサでは、検出素子の触媒上で被検出ガスが反応し燃焼したときの燃焼熱によって生じる検出素子の電気抵抗の変化に基づいて、被検出ガスのガス濃度を検出しているが、触媒が活性温度に達していなければ触媒上で被検出ガスが反応しないので、検出素子に電源を投入してから検出素子が活性温度に昇温するまでの時間（以下、起動完了時間）を待ってから、ガス濃度の検出を行っている。
【特許文献１】特開平１０−９０２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、起動完了時間を短縮するために、電源投入時に検出素子に印加する電圧を通常時よりも一定時間だけ高くするという考え方がある。
しかしながら、検出素子の温度変化は周囲の雰囲気温度に影響を受けるため、電源投入時に毎回、印加電圧を高めると、却って起動判定時間が遅くなる場合もあるという課題がある。
【０００４】
そこで、この発明は、起動判定時間を確実に短縮することができるガスセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係るガスセンサでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、電圧を印加されるガス検出素子（例えば、後述する実施例におけるガス検出素子９）と、前記ガス検出素子の出力に基づいてガス濃度を判定する濃度判定部（例えば、後述する実施例における濃度判定部２１）と、前記ガス検出素子に電源を投入した起動時の該ガス検出素子の周囲の雰囲気温度が所定温度よりも低い場合には前記所定温度以上の場合よりも前記ガス検出素子に印加する電圧を高くする電圧制御部（例えば、後述する実施例における電圧制御部２２）と、を備えることを特徴とするガスセンサ（例えば、後述する実施例における水素センサ１００）である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記電圧制御部が電圧を高くする時間は、電源投入から一定時間であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、ガスセンサの起動判定時間を確実に短縮することができる。
請求項２に係る発明によれば、電圧を高くする時間を電源投入から一定時間に制限することにより、過剰なエネルギー投入に起因するオーバーシュートの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明に係るガスセンサの実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。なお、この実施例におけるガスセンサは、燃料電池車両に搭載されて、例えば燃料電池のカソード極側から排出される酸化剤排ガス中に水素が漏洩していないことを確認するために使用される水素センサとしての態様である。
【０００９】
この実施例における水素センサ１００は接触燃焼式ガスセンサであり、図１のブロック図に示すように、水素センサ１００は検出部１と制御部２０とを備えて構成されている。
初めに、図２を参照して検出部１の構成を説明する。
検出部１は、例えばポリフェニレンサルファイド製のケース２を備え、ケース２内には樹脂で封止された回路基板３が設けられている。ケース２の下面からは、筒状部４が突出形成されており、筒状部４の下端にはガス導入口６が開口形成されていて、筒状部４の内部に形成されたガス検出室７に連なっている。ガス導入口６には通気性を有する例えばセラミックからなるフィルタ８が設けられている。
【００１０】
筒状部４の内部にはガス検出素子（以下、検出素子と略す）９と温度センサ１０が互いに隣接して並んで設けられており、検出素子９および温度センサ１０は、それぞれ通電用のリード線１１、ステー１２を介して回路基板３に接続されている。
検出素子９は、電気抵抗に対する温度係数が高い白金等を含む金属線のコイルの表面が、被検出ガスとされる水素に対して活性な貴金属等からなる触媒を坦持するアルミナ等の坦体で被覆されて形成されている。
【００１１】
検出素子９には、電圧発生回路３０（図１参照）から所定の電圧が印加可能になっており、所定の電圧を印加することにより検出素子９の触媒を活性温度に保持することができる。そして、活性温度に保持された検出素子９の触媒に被検出ガスである水素が接触すると反応して燃焼し、その燃焼熱によって検出素子９が温度上昇して検出素子９の電気抵抗が増大する。このとき、検出素子９の電気抵抗は水素濃度に応じて変化するので、電気抵抗の変化に基づいて水素濃度を検出することができる。
【００１２】
温度センサ１０は、検出素子９の周囲の雰囲気温度を検出する。
検出部１は、検出素子９の電気抵抗の変化に応じた出力信号を制御部２０へ出力するとともに、温度センサ１０によって検出された温度に応じた出力信号を制御部２０へ出力する。
【００１３】
次に、図１のブロック図を参照して、水素センサ１００の制御部２０について説明する。
制御部２０は、濃度判定部２１と、電圧制御部２２とを備えて構成されている。
濃度判定部２１は、検出素子９の出力信号に応じて、水素濃度マップ等を参照して水素濃度を算出し、該水素濃度に応じた水素濃度信号を例えば図示しない燃料電池制御装置等へ出力する。
電圧制御部２２は、燃料電池（図示略）を運転開始するときにＯＮ操作される始動スイッチ３１のＯＮ信号と、温度センサ１０の出力信号とに基づいて、検出素子９に印加する電圧の大きさを決定し、該電圧値に応じた指令信号を電圧発生回路３０へ出力する。
そして、電圧発生回路３０は、電圧制御部２２から入力した指令信号に応じた大きさの電圧を検出素子９に印加する。
【００１４】
次に、図３を参照して起動時の水素センサ１００の出力特性を説明する。
前述したように、この水素センサ１００では、検出素子９に所定の電圧を印加することにより検出素子９の触媒の温度（以下、検出素子９の温度と略す）を活性温度に保持するのであるが、起動時の出力特性は、起動時の検出素子９の温度特性と関連があり、印加電圧の大きさと検出素子９の周囲の雰囲気温度によってパターンが異なる。
【００１５】
一般に、検出素子９に通電を開始してから検出素子９の温度が安定するまでの時間は、初期の投入エネルギーが大きいほど早く、したがって初期の印加電圧が大きいほど検出素子９を早く昇温することができる。しかしながら、常用する素子温度を保持するのに必要な駆動電圧（以下、常用駆動電圧という）Ｖ２よりも大きい電圧を起動時に印加すると、検出素子９の検出出力が正常出力範囲を越える、いわゆるオーバーシュートが発生する可能性がある。
起動時にオーバーシュートが発生する要因は印加電圧だけではない。検出素子９の周囲の雰囲気温度も一要因であり、検出素子９の印加電圧が常用駆動電圧Ｖ２であっても、検出素子９の周囲の雰囲気温度が高い場合には起動時にオーバーシュートが発生する。
【００１６】
図３は、一定濃度（例えば１０００ｐｐｍ）の被検出ガスを含む標準ガスの流れの中に実施例の水素センサ１００を配置したときの出力特性を実験的に求めたグラフである。この場合の正常出力範囲は９００〜１０００ｐｐｍとする。
図３において実線Ａ，Ｂは、起動時に検出素子９に常用駆動電圧Ｖ２を印加した場合の出力特性であり、そのうち実線Ａは、検出素子９の周囲の雰囲気温度が低温時（例えば０゜Ｃ以下）のときの出力特性であり、実線Ｂは、検出素子９の周囲の雰囲気温度が通常温度時（比較的に高めの温度）のときの出力特性である。
【００１７】
低温起動時に常用駆動電圧Ｖ２を印加した場合には実線Ａに示すように、オーバーシュートは発生せず、正常出力範囲の下限値（９００ｐｐｍ）を越えるまでに起動開始からτＬ１の時間を要する。このような場合に、起動開始から所定の一定時間だけ常用駆動電圧Ｖ２よりも大きい駆動電圧Ｖ１を検出素子９に印加し、前記一定時間後に常用駆動電圧Ｖ２に戻した場合には、破線Ｃで示すような出力特性となり、正常出力範囲に収まるまでの時間が、τＬ１よりも早いτＬ２に短縮することができる。
ここで、検出素子９に駆動電圧Ｖ１を印加する期間を、起動開始から一定時間に制限することにより、過剰なエネルギー投入に起因するオーバーシュートの発生を抑制することができる。
【００１８】
一方、通常温度時に常用駆動電圧Ｖ２を印加した場合には、実線Ｂで示すようにオーバーシュートが発生する場合があり、正常出力範囲に収まるまでに起動開始からτＨ１の時間を要する。
このように常用駆動電圧Ｖ２だけを印加してもオーバーシュートが発生する場合に、前述と同様に起動開始から所定の一定時間だけ常用駆動電圧Ｖ２よりも大きい駆動電圧Ｖ１を検出素子９に印加し、前記一定時間後に常用駆動電圧Ｖ２に戻すと、オーバーシュートが拡大して二点鎖線Ｄで示すような出力特性となり、正常出力範囲に収まるまでの時間が、τＨ１よりも遅いτＨ２になってしまう。
【００１９】
そこで、この実施例の水素センサ１００では、起動時の検出素子９の周囲の雰囲気温度が所定温度以下のときに起動する場合だけ、検出素子９への駆動電圧を起動開始から一定時間だけ常用駆動電圧Ｖ２よりも大きい駆動電圧Ｖ１とし、その後は常用駆動電圧Ｖ２に戻すように制御することとした。
そして、起動時の検出素子９の周囲の雰囲気温度が所定温度を越えるときに起動する場合には、起動開始から検出素子９に常用駆動電圧Ｖ２を印加するように制御することとした。
これにより、水素センサ１００に電源を投入してから水素の検出が可能となるまでの時間、すなわち起動完了時間を短縮することができる。
【００２０】
次に、この実施例における検出素子９の印加電圧の制御について、図４のフローチャートに従って説明する。図４のフローチャートに示す印加電圧制御ルーチンは、電子制御装置によって実行される。
【００２１】
まず、ステップＳ１０１において、始動スイッチ３１がＯＮか否かを判定する。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」（始動スイッチ：ＯＦＦ）である場合には、本ルーチンの実行を終了する。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」（始動スイッチ：ＯＮ）である場合には、ステップＳ１０２に進み、温度センサ１０により検出された温度（すなわち、起動時の検出素子９の周囲の雰囲気温度）を読み込む。
次に、ステップＳ１０３に進み、検出温度が所定温度以下か否かを判定する。このときの所定温度は例えば０゜Ｃに設定することができる。
【００２２】
ステップＳ１０３における判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ１０６に進み、検出素子９に常用駆動電圧Ｖ２を印加する。
次に、ステップＳ１０７に進み、始動スイッチ２１がＯＦＦか否かを判定する。
ステップＳ１０７における判定結果が「ＮＯ」（始動スイッチ：ＯＮ）である場合には、ステップＳ１０６に戻り、検出素子９に印加する電圧を常用駆動電圧Ｖ２に維持する。
ステップＳ１０７における判定結果が「ＹＥＳ」（始動スイッチ：ＯＦＦ）である場合には、ステップＳ１０８に進み、検出素子９への電圧印加を停止する。
【００２３】
一方、ステップＳ１０３における判定結果が「ＹＥＳ」（所定温度以下）である場合には、ステップＳ１０４に進み、検出素子９に、常用駆動電圧Ｖ２よりも高い駆動電圧Ｖ１を印加する（Ｖ１＞Ｖ２）。
次に、ステップＳ１０５に進み、始動スイッチ３１がＯＮされてから所定時間が経過したが否かを判定する。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＮＯ」（未経過）である場合には、ステップＳ１０４に戻り、検出素子９に印加する駆動電圧をＶ１に維持する。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＹＥＳ」（所定時間経過）である場合には、ステップＳ１０６に進み、検出素子９に常用駆動電圧Ｖ２を印加する。
【００２４】
つまり、始動スイッチ２１をＯＮしたときの検出素子９の周囲の雰囲気温度が所定温度以下である場合には、始動スイッチ２１がＯＮされてから所定時間の間は、常用駆動電圧Ｖ２よりも高い駆動電圧Ｖ１を検出素子９に印加し、所定時間が経過した後は常用駆動電圧Ｖ２に戻す。
【００２５】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では温度保障素子を備えないガスセンサで説明したが、この発明は温度保障素子を備えたガスセンサにも適用可能である。
また、ガスセンサは水素センサに限るものではなく、水素以外の被検出ガスを検出するガスセンサであってもよい。また、実施例では検出素子を接触燃焼式としたが、素子を大気温度よりも高温に熱する方式であれば、半導体式、熱伝導式、プロトン導電体式、ＦＥＴ式などのガスセンサにも、この発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明に係るガスセンサの実施例におけるブロック図である。
【図２】前記実施例におけるガスセンサの検出部の断面図である。
【図３】前記実施例のガスセンサにおける検出素子の昇温特性を示す図である。
【図４】前記実施例における検出素子の印加電圧制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
９  ガス検出素子
２１  濃度判定部
２２  電圧制御部
１００  水素センサ（ガスセンサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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