(57)【要約】【課題】軽量及び小型のガスセンサ及び該ガスセンサを利用したセンサシステムを提供する。【解決手段】エンジンの排気浄化システムに搭載されるセンサシステムにおいて、測定物質を測定するガスセンサは、測定室を有するケースと、前記測定室へ測定物質を供給する導入路と、前記測定室に収容され、前記測定物質を吸着する粒状の多孔質体と、測定室を通過したガスを排出する導出路と、非測定時に多孔質体を加熱するヒーターと、多孔質体へ特定波長域の測定光を照射する光源装置５３と、多孔質体に反射及び拡散した測定光を受けて特定波長域における吸収強度を検出して測定物質濃度を算出する検出装置５６とを備えたことを特徴とするセンサシステム。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気浄化システムに搭載されるセンサシステムにおいて、
測定物質を測定するガスセンサは、
測定室を有するケースと、
前記測定室へ測定物質を含有するガスを供給する導入路と、
前記測定室に収容され、前記測定物質を吸着する粒状の多孔質体と、
前記測定室を通過したガスを排出する導出路と、
前記多孔質体を加熱するヒーターと、
前記多孔質体へ特定波長域の測定光を照射する光源装置と、
前記多孔質体に反射し前記測定室内を拡散した拡散反射光を受けて特定波長域における吸収強度を検出して測定物質濃度を算出する検出装置とを備えたことを特徴とするセンサシステム。
【請求項２】
前記ガスセンサは、
始端及び終端が前記エンジンの排気通路に接続するバイパス路に設けられ、
ゼオライトからなる前記多孔質体が前記測定室に収容され、
前記光源装置は赤外域の測定光を前記測定室に出射し、
前記検出装置は前記測定光を受けてアンモニアの吸収波長域又は二酸化窒素の吸収波長域における光強度を検出する請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記ガスセンサは、
前記エンジンの排気通路及び該排気通路にオゾンを添加するオゾン発生器の間に設けられた連通路、又は該連通路を迂回するバイパス路に設けられ、
ゼオライトからなる前記多孔質体が前記測定室に収容され、
前記光源装置は紫外域の測定光を前記測定室に出射し、
前記検出装置は前記測定光を受けてオゾンの吸収波長域における光強度を検出する請求項１又は２に記載のセンサシステム。
【請求項４】
排気通路に接続するバイパス路、又は排気通路及びオゾン発生器の間に設けられた連通路には前記測定室へのガスの供給を停止する開閉弁が設けられた請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサシステム。
【請求項５】
前記ガスセンサは、
前記ケースに透光性を有する一対の窓材を備え、前記一方の窓材は測定光を前記多孔質体に入射し、前記他方の窓材は、前記一方の窓材と平行に設けられ、前記多孔質体の間を拡散した光を前記ケース外へ出射する請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサシステム。
【請求項６】
前記ヒーターは、少なくとも測定工程で前記多孔質体を１００℃以上に加熱する請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサシステム。
【請求項７】
測定室を有するケースと、
前記測定室へ測定物質を含有するガスを供給する導入路と、
前記測定室に収容され、前記測定物質を吸着する粒状の多孔質体と、
前記測定室を通過したガスを排出する導出路と、
非測定時に前記多孔質体を加熱するヒーターと、
前記多孔質体へ特定波長域の測定光を照射する光源装置と、
前記多孔質体に反射し前記測定室内を拡散した拡散反射光を受けて特定波長域における吸収強度を検出して測定物質濃度を算出する検出装置とを備えたガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定物質濃度を測定するガスセンサ、及び当該ガスセンサを用いたセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、測定物質の濃度を計測するために分光法を利用した検出装置が広く利用されている。該装置では、例えば試料を透過した透過光を検出器によって検出し、試料に吸収された光の波長に基づき試料に含まれる物質を特定するとともに、吸収強度（透過率、吸光度）を演算して物質の濃度を演算する。
【０００３】
実験レベルでは、ＦＴ−ＩＲ等の既存の装置を使用できるが、これらの装置は広範囲の物質を測定し且つ多様な測定方式に対応するために、干渉計等が大きく、光路長を確保するために大型及び重量が大きい。従ってこれらの装置を例えば自動車等の移動体に搭載されるセンサとして用いることは実用的ではない。
【０００４】
小型化を図ったセンサとして、例えば特許文献１には可搬型ＮＯｘ検出装置が開示されている。このＮＯｘ検出装置は、多数の反射ミラーによって光が周回し得る閉光路が形成される光学リングセルを設けることで光路長を確保し、装置の大型化を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９８１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したＮＯｘ検出装置は、光学リングセルを用いることで装置を小型化できるものの、光学リングセルを多数設ける構成であるため、重量が大きくなると予想される。従ってＮＯｘ検出装置を車両に搭載した場合には燃費に悪影響を及ぼす可能性がある。このため、車両に搭載しても燃費を著しく低下させない小型且つ軽量のガスセンサが要請されていた。尚、こうした問題は、車両に搭載されるセンサに限らず、実験室以外で用いるセンサにおいては概ね共通したものである。
【０００７】
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量及び小型のガスセンサ及び該ガスセンサを利用したセンサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するセンサシステムは、エンジンの排気浄化システムに搭載されるセンサシステムにおいて、測定物質を測定するガスセンサは、測定室を有するケースと、前記測定室へ測定物質を含有するガスを供給する導入路と、前記測定室に収容され、前記測定物質を吸着する粒状の多孔質体と、前記測定室を通過したガスを排出する導出路と、前記多孔質体を加熱するヒーターと、前記多孔質体へ特定波長域の測定光を照射する光源装置と、前記多孔質体に反射し前記測定室内を拡散した拡散反射光を受けて特定波長域における吸収強度を検出して測定物質濃度を算出する検出装置とを備えた。
【０００９】
上記課題を解決するガスセンサは、測定室を有するケースと、前記測定室へ測定物質を含有するガスを供給する導入路と、前記測定室に収容され、前記測定物質を吸着する粒状の多孔質体と、前記測定室を通過したガスを排出する導出路と、非測定時に前記多孔質体を加熱するヒーターと、前記多孔質体へ特定波長域の測定光を照射する光源装置と、前記多孔質体に反射し前記測定室内を拡散した拡散反射光を受けて特定波長域における吸収強度を検出して測定物質濃度を算出する検出装置とを備えた。
【００１０】
これらの態様によれば、測定室に入射した測定光は、測定物質を吸着した多孔質体の粒の間を繰り返し反射しながら拡散するので測定光の光路は長くなる。このため、検出濃度範囲が同じであって多孔質体が収容されていないガスセンサに比べ、測定室自体の長さを短くすることができるため、ガスセンサの占有スペースを縮小できる。さらにガスセンサは、非測定時に多孔質体を加熱して吸着した測定物質や水を脱離させるヒータを備えるので、再生を逐次行うことにより繰り返し測定することができる。また検出装置は、物質固有の吸収波長における吸収強度を検出するので、例えば排気に含まれる特定の物質の濃度や、排気通路に添加するオゾン等の濃度を検出することができる。
【００１１】
上記センサシステムについて、前記ガスセンサは、始端及び終端が前記排気通路に接続するバイパス路に設けられ、ゼオライトからなる前記多孔質体が前記測定室に収容され、前記光源装置は赤外域の測定光を前記測定室に出射し、前記検出装置は前記測定光を受けてアンモニアの吸収波長域又は二酸化窒素の吸収波長域における光強度を検出することが好ましい。
【００１２】
この態様によれば、吸着性の高いゼオライトを多孔質体として用いるので、排気に含まれるアンモニア又は二酸化窒素が低濃度であっても、ゼオライトにおける吸着量が大きくなるために測定可能となる。また、検出装置は、アンモニア分子の伸縮運動、変角運動に基づく固有の吸収波長域、二酸化窒素分子の伸縮運動等に基づく固有の吸収波長域における光強度を検出するので、排気に含まれるアンモニア又は二酸化窒素の濃度を個別に検出することができる。
【００１３】
上記センサシステムについて、前記ガスセンサは、前記排気通路及び該排気通路にオゾンを添加するオゾン発生器の間に設けられた連通路、又は該連通路を迂回するバイパス路に設けられ、ゼオライトからなる前記多孔質体が前記測定室に収容され、前記光源装置は紫外域の測定光を前記測定室に出射し、前記検出装置は前記測定光を受けてオゾンの吸収波長域における光強度を検出することが好ましい。
【００１４】
この態様によれば、吸着性の高いゼオライトを多孔質体として用いるので、オゾンが低濃度であっても、ゼオライトにおける吸着量が大きくなるために測定可能となる。また、検出装置は、オゾン固有の吸収波長域における強度を検出するので、オゾン濃度を個別に検出することができる。
【００１５】
上記センサシステムについて、排気通路に接続するバイパス路、又は排気通路及びオゾン発生器の間に設けられた連通路には前記測定室へのガスの供給を停止する開閉弁が設けられたことが好ましい。
【００１６】
この態様によれば、開閉弁を閉じてガスセンサのヒータを駆動させることにより多孔質体の再生を行うことができる。このため、測定及び多孔質体の再生を繰り返すことによって連続的にガスセンサを利用することができる。
【００１７】
上記センサシステムについて、前記ガスセンサは、前記ケースに透光性を有する一対の窓材を備え、前記一方の窓材は測定光を前記多孔質体に入射し、前記他方の窓材は、前記一方の窓材と平行に設けられ、前記多孔質体の間を拡散した光を前記ケース外へ出射することが好ましい。
【００１８】
この態様によれば、一対の窓材は平行に設けられるので、検出装置はケースを透過した光を受ける。即ち、検出装置は拡散反射光を受光するのではないため、ケースからの光を検出装置に導く反射ミラー等の光学系が不要となる。
【００１９】
上記センサシステムについて、前記ヒーターは、少なくとも測定工程で前記多孔質体を１００℃以上に加熱することが好ましい。
この態様によれば多孔質体は、測定物質の吸着開始から吸収強度を検出するまでの測定工程において１００℃以上に加熱される。このため、多孔質体の水の吸着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明におけるセンサシステムを適用した一実施形態の排気浄化システムを示す模式図。
【図２】同センサシステムを構成する第１及び第２センサユニットの模式図。
【図３】同センサユニットのセンサ本体の模式図。
【図４】同センサ本体の測定部を模式的に示す側面図。
【図５】同センサシステムを構成する第３センサユニットの模式図。
【図６】本発明におけるセンサシステムを具体化した変形例のセンサユニットの模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、ガスセンサ及びセンサシステムの一実施形態を説明する。本実施形態では、ガスセンサ及びセンサシステムを、車両の排気浄化システムの一部を構成するものとして説明する。
【００２２】
図１に示すようにエンジン１１は、吸気マニホールドに接続された吸気通路１３を備え、吸気通路１３の途中にはターボ過給機１６のコンプレッサ１７が設けられている。また排気マニホールドには排気通路１５が接続され、その途中にはターボ過給機１６のタービン１８が設けられている。
【００２３】
（排気浄化システムの構成）
排気通路１５のうちタービン１８よりも下流には、排気浄化システム２０が設けられている。排気浄化システム２０は、ＮＯを酸化する酸化触媒及び粒子状物質を捕捉するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を備えている（いずれも図示略）。また排気浄化システム２０は、ＮＯｘをＮ２に還元する選択還元型触媒２１を備えている。選択還元型触媒２１は、排気通路１５のうち酸化触媒及びＤＰＦよりも下流側に設けられている。この選択還元型触媒２１は公知の触媒であって、例えばハニカム担体にジルコニア等を担持させたものである。
【００２４】
排気浄化システム２０は、排気通路１５のうちＤＰＦ及び選択還元型触媒２１の間に設けられた第１センサユニット４１を備えている。第１センサユニット４１は、排気に含まれる二酸化窒素（ＮＯ２）の濃度を測定する。また排気浄化システム２０は、第１センサユニット４１の近傍にＮＯｘセンサ６３を備えている。ＮＯｘセンサ６３は、抵抗変化式等の公知の構成のセンサであって、ＮＯ及びＮＯ２の総濃度を測定するセンサである。
【００２５】
また排気浄化システム２０は、尿素水供給装置２２、オゾン生成装置３０及びこれらの装置を駆動するＥＣＵ１９を備えている。オゾン生成装置３０は空気からオゾンを生成し、生成したオゾンを排気通路１５の選択還元型触媒２１よりも上流側に供給する。排気にオゾンを添加することによって、ＮＯからＮＯ２への酸化反応を促すことができる。
【００２６】
尿素水供給装置２２は、尿素系流体としての尿素水を貯留するとともに、尿素水を排気通路１５の選択還元型触媒２１よりも上流側に供給する。尿素水は、排気の熱で加水分解されてアンモニアとなる。下式のように、加水分解されたアンモニアは、排気に含まれる一酸化窒素及び二酸化窒素と反応して、一酸化窒素及び二酸化窒素を窒素に還元する。
【００２７】
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
上記式で示される反応において、ＮＯ：ＮＯ２の濃度比が１：１に近づくとＮ２への還元が促進される。このためＥＣＵ１９は、第１センサユニット４１及びＮＯｘセンサ６３からそれぞれ受信した各測定信号等に基づき、ＮＯ：ＮＯ２の比を算出し、この比に応じてオゾンを添加する。
【００２８】
（尿素水供給装置）
尿素水供給装置２２は、尿素水を貯留した尿素水タンク２３、尿素水を選択還元型触媒２１の上流に添加する尿素水供給ノズル２４、及び尿素水タンク２３及び尿素水供給ノズル２４を接続する尿素水供給路２５を備えている。尿素水供給路２５の途中には、尿素水を尿素水タンク２３から尿素水供給ノズル２４に圧送するポンプ２６、及び尿素水の供給量を調整する流量調整弁２７が設けられている。ＥＣＵ１９は、ポンプ２６を駆動するとともに、流量調整弁２７の開度を制御する。またＥＣＵ１９は、駆動パルスを尿素水供給ノズル２４に印加する。駆動パルスを受信した尿素水供給ノズル２４は開弁して排気通路１５に尿素水を噴射する。
【００２９】
また排気通路１５のうち尿素水供給ノズル２４の下流には、該ノズル２４の下流におけるアンモニア濃度を測定する第２センサユニット４２が設けられている。第２センサユニット４２はＮＨ３濃度をＥＣＵ１９に送信する。ＥＣＵ１９は、受信したＮＨ３濃度等に基づき尿素水供給量を調整する。
【００３０】
（オゾン生成装置）
次にオゾン生成装置３０について説明する。オゾン生成装置３０を構成するオゾン発生器３１は、公知の構成の装置であって、無声放電式、電子線照射式、放射線照射式、光照射式、電解式等を用いることができる。オゾン発生器３１は無声放電式である場合、オゾン発生空間を介して設けられた一対の電極板、電極板の間に介在する誘電体、及び交流高圧電源等を備えている。交流高圧電源により電極間に高電圧を印加することによってオゾン発生空間の酸素からオゾンを発生する。
【００３１】
オゾン発生器３１の上流側には図示しない空気導入路が連結され、その始端は大気に開放されて外部空気を吸入する。空気導入路の途中には、図示しないコンプレッサ、ドライヤ等が設けられている。
【００３２】
オゾン発生器３１の下流には、オゾン供給路３３が設けられ、オゾン供給路３３の途中には、流量調整弁３４が設けられている。ＥＣＵ１９は、流量調整弁３４の開度やオゾン発生器３１へ供給される空気流量等を制御して、排気通路１５に供給されるオゾン量を調整する。オゾン供給路３３の先端には、オゾン供給ノズル３２が設けられている。オゾン供給ノズル３２の吐出口は、排気通路１５のうち尿素水供給ノズル２４よりも上流側に設けられている。ＥＣＵ１９は、駆動パルスをオゾン供給ノズル３２に印加し、駆動パルスを受信したオゾン供給ノズル３２は開弁して排気通路１５にオゾンを供給する。
【００３３】
オゾン供給路３３の途中には、オゾン濃度を測定する第３センサユニット４３が設けられている。オゾンは自己分解しやすく、温度変化に応じて濃度が変化しやすい。このため、第３センサユニット４３によりオゾン濃度を測定し、ＥＣＵ１９は測定値に基づきオゾン発生器３１の空気流量等を調整する。
【００３４】
またＥＣＵ１９は、排気通路１５のうち選択還元型触媒２１よりも上流側に設けられた圧力センサ６１及び温度センサ６２から、圧力測定信号及び温度測定信号を受信する。圧力センサ６１及び温度センサ６２は、排気通路１５内の圧力及び温度をそれぞれ測定する。
【００３５】
（センサユニットの構成）
次に、各センサユニット４１〜４３の構成について説明する。尚、ＮＯ２濃度を測定する第１センサユニット４１、ＮＨ３濃度を測定する第２センサユニット４２は同じ構成であるため、第１センサユニット４１の構成についてのみ説明する。
【００３６】
図２に示すように、第１センサユニット４１は、排気通路１５から分岐するバイパス路１５ａに設けられている。第１センサユニット４１は、ＮＯ２を測定するセンサ本体５０、吸引ポンプ５１及び圧力センサ５２を備えている。バイパス路１５ａは排気通路１５よりも内径が小さいため、吸引ポンプ５１を駆動することによりバイパス路１５ａ内に流入する排気量を安定させることができる。圧力センサ５２はバイパス路１５ａ内の圧力を測定し、圧力測定値をＥＣＵ１９に送信する。ＥＣＵ１９はこの圧力測定値に基づき、吸引ポンプ５１を駆動してバイパス路１５ａの圧力を目標圧力に近づける。このためバイパス路１５ａ内の圧力は目標圧力又はそれに近い圧力に保持される。
【００３７】
図３に示すようにセンサ本体５０は、シングルビーム式の装置であって、光源装置５３、分光器５４、測定部５５及び検出装置５６を備えている。第１センサユニット４１及び第２センサユニット４２が備える光源装置５３は、赤外域の波長の光を出射可能な公知の光源であって、例えばセラミックス光源、タングステンランプ等がある。分光器５４は、小型且つ軽量のものであって、例えばグレーティング、スリット等を組み合わせて構成された公知の分光器である。これらの光源装置５３及び分光器５４が出射可能な光の波長域は、ＮＯ２分子の伸縮運動や変角運動等のエネルギー準位の遷移に基づく吸収波長を少なくとも一つ含んでいればよく、それ以外の波長域には対応していなくてもよい。尚、図３に示す光源装置５３、分光器５４、測定部５５及び検出装置５６の配置は一例であって、当該配置パターンに限定されない。
【００３８】
例えば第１センサユニット４１においては、光源装置５３及び分光器５４は、４６７２ｎｍ（２１４０ｃｍ−１）、６０４２〜６１１６ｎｍ（１６５５〜１６５３ｃｍ−１）、１０６９５〜１１０４９ｎｍ（９３５〜９０５ｃｍ−１）の少なくとも一つの波長域の測定光を出射できればよい。また、第２センサユニット４２においては、光源装置５３及び分光器５４は、赤外波長域におけるＮＨ３の吸収バンドに対応する３０３０〜３３００ｎｍ（３３００〜３０３０ｃｍ−１）、４５４５〜５８８２ｎｍ（２２００〜１７００ｃｍ−１）、６９９３〜７１９４ｎｍ（１４３０〜１３９０ｃｍ−１）の少なくとも一つの波長域の測定光を出射できればよい。尚、これらの波長域（波数範囲）は、装置の仕様によって前後する。
【００３９】
図４に示すように、測定部５５は、直方体形状のケース５５ａを備えている。ケース５５ａは、上壁部５５ｂ、下壁部５５ｃ、側壁部５５ｄ，５５ｅ、前壁部５５ｆ及び背壁部（図示せず）を備え、各壁部５５ｂ〜５５ｆの内側には測定室５５ｇが区画形成されている。また、上壁部５５ｂ及び下壁部５５ｃには、バイパス路１５ａの上流側及び下流側に接続される導入路５５ｈ及び導出路５５ｉが設けられている。導入路５５ｈ及び導出路５５ｉは測定室５５ｇに連通され、バイパス路１５ａの排気を測定室５５ｇに供給及び排出する。
【００４０】
測定室５５ｇには多孔質体６０が充填されている。多孔質体６０は、ＮＯ２吸着量の大きい材料からなり、例えばゼオライトから構成されている。ゼオライトは表面及び内部に細孔を有しており、水等の分子に対して吸着性が高い。ＮＯｘに関しては、ゼオライトはＮＯよりもＮＯ２に対する吸着性が高いものが多い。多孔質体６０は、粒状に形成され、粒径は、測定室５５ｇ全体に多孔質体６０を充填した状態で測定光が測定室５５ｇを通過できる程度の大きさである。粒径はおよそ数ｍｍ〜十数ｍｍである。尚、多孔質体６０が粉体であると、光透過量が少なくなり、導出路５５ｉから排気と共に排出される可能性があり、圧力損失も大きくなる。導入路５５ｈから測定室５５ｇに導入された排気は、多孔質体６０の間隙を通りながら導出路５５ｉから排出される。このとき多孔質体６０は、排気中のＮＯ２だけでなく、水等の他の物質も吸着する。
【００４１】
ケース５５ａの前壁部５５ｆ及び背壁部は、石英ガラス等の耐熱性を有する透光性材料からなる窓材Ｗから構成される。これらの窓材Ｗは平行に設けられ、入射側の窓材Ｗは測定光を透過させ、出射側の窓材Ｗは測定室５５ｇを通過した光を透過する。測定室５５ｇに入射した測定光は、多孔質体６０の表面に反射し、多孔質体６０の隙間や他の多孔質体６０の表面に再入射する等して測定室５５ｇ内を拡散していく。このため多孔質体６０にＮＯ２が吸着していると、測定光の一部が反射を繰り返す過程でＮＯ２に吸収され、背壁部より検出装置５６側へ透過光として出射される。このように測定部５５からは特定波長の光が繰り返しＮＯ２に吸収された透過光が得られるので、光路長が短くても検出装置５６によりＮＯ２濃度を検出可能となる。
【００４２】
また側壁部５５ｄ，５５ｅは、ヒータＨを兼ねている。ヒータＨは、例えば板状の絶縁体に発熱体を埋設した構成であって、ＥＣＵ１９によって駆動される。またケース５５ａには、温度センサ５５ｔが設けられている。ＥＣＵ１９は温度センサ５５ｔの測定温度に基づき、ヒータＨを所定温度に駆動する。例えばヒータＨは、測定工程において多孔質体６０を１００℃に加熱し、多孔質体６０に吸着する水分量を極力低減する。また、多孔質体６０を１００℃以上の再生温度で加熱することによって、多孔質体６０に吸着したＮＯ２の脱離を促す。
【００４３】
測定部５５の上流及び下流には開閉弁５７，５８がそれぞれ設けられている。測定室５５ｇに光を透過させて測定を行う時には一時的に開閉弁５７，５８を閉じて、測定室５５ｇ内の測定物質の濃度変動やガスの流動に起因するノイズを抑制する。
【００４４】
検出装置５６は、透過光を電気信号に変換する光電子増倍管、半導体素子等、公知の検出器を用いることができる。検出装置５６は、特定波長域の光強度を電気信号に変換してＥＣＵ１９に出力する。ＥＣＵ１９は検出装置５６から測定信号を受信して、吸収強度として透過率又は吸光度を算出する。
【００４５】
ＥＣＵ１９は、バックグラウンドデータと、ＮＯ２濃度及びＮＨ３濃度を算出するための検量マップを格納している。バックグラウンドデータは、測定部５５に例えば乾燥空気等を流して測定したデータであり、ゼオライト自体の光吸収強度等が反映されている。該データと検出装置５６から受信した測定信号とを比較することにより、排ガスに含まれる物質の吸収強度を算出する。また、検量マップは、例えば透過率とＮＯ２濃度とを関連付けた検量線をマップにしたものであり、検量線は同じ温度条件及び圧力条件で予め実験等によって求められている。またＥＣＵ１９は、第２センサユニット４２及び第３センサユニットに対しても同様のバックグラウンドデータ及び検量マップをそれぞれ備えている。
【００４６】
次に、第３センサユニット４３の構成について説明する。図５に示すように、第３センサユニット４３は、センサ本体５０及びオリフィスプレート５９を備えている。センサ本体５０は、第１及び第２センサユニット４１，４２に備えられたセンサ本体５０と同じ構成である。測定部５５は、オゾン供給路３３から分岐したバイパス路３３ａに連通されている。バイパス路３３ａの始端及び終端はオゾン供給路３３に連結されている。また第３センサユニット４３の光源装置５３及び分光器５４は、第１センサユニット４１とほぼ同じ構成であるが、紫外域の光を出射する点で第１センサユニット４１と異なる。
【００４７】
また、オリフィスプレート５９は、オゾン供給路３３のうちバイパス路３３ａの始端及び終端の間に設けられている。オリフィスプレート５９の中央には、円形状の貫通孔５９ａが形成されている。オゾン供給路３３にはオゾン発生器３１が発生するオゾンが正圧で供給される一方、オリフィスプレート５９によってオゾン供給路３３の流路抵抗が高められるので、バイパス路３３ａにもオゾンを安定して供給することができる。これらの光源装置５３及び分光器５４が出射可能な光の波長域は、例えば２００ｎｍ〜３００ｎｍ等、Ｏ３分子の伸縮運動や変角運動等のエネルギー準位の遷移に基づく吸収波長を少なくとも一つ含んでいればよく、それ以外の波長域には対応していなくてもよい。
【００４８】
（動作）
次に、排気浄化システム２０の動作について説明する。ＥＣＵ１９は、所定のサンプリング間隔毎等に各センサユニット４１〜４３を駆動して測定を行う。各センサユニット４１〜４３の測定タイミングは同期していることが好ましい。
【００４９】
またＥＣＵ１９は、所定期間毎、又は測定が終了した直後等のタイミングで、第１〜第３センサユニット４１〜４３のヒータＨを駆動して多孔質体６０を再生させる。このときＥＣＵ１９は、吸引ポンプ５１を駆動して脱離した物質を排出する。多孔質体６０の再生は、光源装置５３及び検出装置５６の駆動を停止させた状態で行われる。このとき、上流側の開閉弁５７のみ閉じて、下流側の開閉弁５８を開き、多孔質体６０から脱離した物質を測定部５５から排出する。再生が完了すると、吸引ポンプ５１を停止するとともに開閉弁５７，５８を閉じて多孔質体６０への水分等の吸着を抑制する。このため測定室５５ｇ内は負圧状態となる。
【００５０】
測定は多孔質体６０の再生が完了した状態で行われる。この際ＥＣＵ１９は、ヒータＨを駆動するとともに、開閉弁５７，５８を開き、測定室５５ｇに排ガスを供給する。測定室５５ｇは負圧であり多孔質体６０内の水分は少ないため、ＮＯ２が多孔質体６０に吸着する。またＥＣＵ１９は、圧力センサ５２及び温度センサ５５ｔから圧力測定値及び温度測定値を受信する。そして、吸引ポンプ５１を駆動してバイパス路１５ａの圧力を目標圧力に近づけ、ヒータＨを駆動して多孔質体６０を１００℃に加熱する。
【００５１】
そしてＮＯ２の吸着に要する所定時間が経過すると、上流側の開閉弁５７及び下流側の開閉弁５８を閉じる。このため、排気の流入によるＮＯ２濃度の変化、ガス流動によるノイズを極力排除できる。またＥＣＵ１９は、光源装置５３及び検出装置５６を駆動する。分光器５４が移動ミラー等を有するものであれば分光器５４も駆動する。光源装置５３から出射された測定光は測定部５５内を拡散した後、窓材Ｗから出射され、検出装置５６に入射する。検出装置５６は光強度を測定信号に変換してＥＣＵ１９に出力する。測定が終了すると、再びヒータＨ及び吸引ポンプ５１が駆動して、多孔質体６０に吸着した物質を脱離させて再生させる。多孔質体６０の再生が完了し次の測定まで待機時間が設けられるときは、開閉弁５７，５８を閉じたままにする。尚、開閉弁５７，５８を閉じたままにするときはヒータＨは駆動させず、開閉弁５７，５８を開く場合には多孔質体６０を１００℃に加熱する。
【００５２】
一方ＥＣＵ１９は、排気温度に基づいてオゾン生成装置３０の駆動を開始する。例えば温度センサ６２から取得した排気温度が２００℃以下の低温であるとき、ＥＣＵ１９はオゾン生成装置３０を駆動し、排気温度が２００℃超の高温であるときオゾン生成装置３０を停止する。排気温度が２００℃超のとき、排気に含まれるＮＯの一部をＮＯ２に変換しなくても、ＮＯｘが選択還元型触媒２１でアンモニアと反応してＮ２に速やかに還元されるためである。従って、ＥＣＵ１９は排気温度が２００℃を超えるとき、第１センサユニット４１及び第３センサユニット４３の駆動を停止する。
【００５３】
ＥＣＵ１９は、第１センサユニット４１から受信した測定信号と、バックグラウンドデータ及び検量マップに基づき、上述したようにセンサ本体５０におけるＮＯ２濃度を算出する。さらにＥＣＵ１９は、算出したＮＯ２濃度、ＮＯｘセンサ６３から受信した測定信号に基づきＮＯ：ＮＯ２の比を算出する。また、バイパス路１５ａの圧力、排気通路１５に設けられた圧力センサ６１から受信した圧力、算出したＮＯ：ＮＯ２に基づき、排気通路１５におけるＮＯの流量を演算する。そしてＥＣＵ１９は、ＮＯ流量と同量、又はＮＯ流量よりも所定量だけ多い量を、オゾン供給量として算出する。そしてＥＣＵ１９は、オゾン供給量に基づき、オゾン発生器３１に供給する空気流量、出力パワー等の放電条件を設定する。
【００５４】
またＥＣＵ１９は、オゾン発生器３１の空気流量を取得するとともに第３センサユニット４３の検出装置５６から測定信号を受信する。そしてＥＣＵ１９は、測定信号に基づき吸収強度を求めた後、検量マップを用いてオゾン濃度を算出する。さらにＥＣＵ１９は、ＮＯ：ＮＯ２の比に基づき算出されたオゾン供給量に対し過不足を判断する。オゾン供給量に不足があれば放電条件を変更したりオゾン発生器３１の冷却を促進する等の動作を行い、オゾン供給量が過剰であればパルス周波数を低減する等、放電条件を変更する。その結果、ＮＯ：ＮＯ２の比は１：１に近づく。
【００５５】
ＥＣＵ１９は、図示しない負荷センサ等に基づき尿素水供給量を演算する。同時にＥＣＵ１９は第２センサユニット４２の検出装置５６から測定信号を受信し、ＮＨ３濃度を算出する。このとき、ＥＣＵ１９は、ＮＨ３濃度が第１センサユニット４１に基づき算出したＮＯ流量の２倍に相当する目標濃度に近づくように尿素水供給量を調整してもよい。或いは第２センサユニット４２が選択還元型触媒２１近傍に設けられている場合には、ＮＨ３濃度によってのＮＨ３の消費状態が予測できるため、ＮＨ３濃度が「０」に等しい場合には、尿素水供給量を若干量増加させながら、調整を行うようにしてもよい。尿素水供給量が決定すると、ＥＣＵ１９は、ポンプ２６を駆動するとともに流量調整弁２７の開度をその噴射量に応じて制御し、尿素水供給ノズル２４に駆動パルスを印加する。その結果、尿素水供給ノズル２４が駆動パルスに応じて開き、尿素水が排気通路１５に噴射される。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態のセンサシステムによれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）上記実施形態によれば、センサ本体５０の測定部５５に収容された多孔質体６０は粒状であるので、測定物質を吸着しつつ測定光を透過させる。即ちセンサ本体５０の測定室５５ｇに入射した測定光は、測定物質を吸着した多孔質体６０の粒の間を繰り返し反射しながら拡散するので測定光が進む光路は長くなる。このため、同じ検出濃度範囲が設定され且つ多孔質体６０が収容されていないセンサに比べ、測定室自体の長さを短くすることができる。換言すると同じ大きさの測定部５５を有し且つ多孔質体６０が収容されていないセンサに比べ、検出可能な濃度の下限値を小さくすることができる。従って、エンジン周辺の限られた空間におけるガスセンサの占有スペースを縮小できる。さらにセンサ本体５０は多孔質体６０を加熱するヒータＨを備えるので、多孔質体６０への水の吸着を抑制するとともに再生を行うことができる。また検出装置５６は、物質固有の吸収波長における光強度を検出するので、排気に含まれる特定の物質の濃度を検出することができる。
【００５７】
（２）上記実施形態によれば、排気浄化システム２０は、ＮＯ２を測定する第１センサユニット４１、及びＮＨ３を測定する第２センサユニットを備える。また、各センサ本体５０は吸着性の高いゼオライトを多孔質体６０として用いるので、排気に含まれるＮＨ３及びＮＯ２が低濃度であっても、ゼオライトにおける吸着量が大きくなるために測定可能となる。また、検出装置５６は、ＮＨ３固有の吸収波長域又はＮＯ２固有の吸収波長域における強度を検出するので、排気に含まれるＮＨ３又はＮＯ２の濃度を独立して検出することができる。
【００５８】
（３）上記実施形態によれば、排気浄化システム２０は、Ｏ３を測定する第３センサユニット４３を備える。また吸着性の高いゼオライトを多孔質体として用いるので、オゾンが低濃度であっても、ゼオライトにおける吸着量が大きくなるために測定可能となる。また、検出装置は、オゾン固有の吸収波長域における強度を検出するので、オゾン濃度を独立して検出することができる。
【００５９】
（４）上記実施形態によれば、測定室５５ｇへのガスの供給及び測定室５５ｇからのガスの排出を停止する開閉弁５７，５８を、センサ本体５０の上流側及び下流側に備えた。このため開閉弁５７，５８を閉じることにより、測定室５５ｇに一時的に排気を封入して測定条件を安定させることができる。また、上流側の開閉弁５７を閉じてヒータＨを駆動することにより多孔質体６０の再生を行うことができる。このため、測定及び多孔質体の再生を繰り返すことによって連続的にセンサを利用することができる。
【００６０】
（５）上記実施形態によれば、センサ本体５０は、ケース５５ａに透光性を有する一対の窓材を備えた。一方の窓材は測定光を多孔質体６０に入射し、他方の窓材は、一方の窓材と平行に設けられ、多孔質体６０の間を拡散した光を前記ケース外へ出射する。このため検出装置５６は、測定部５５からの反射光を測定するのではないため、反射ミラー等の光学系が不要となる。
【００６１】
尚、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。
・上記実施形態では、センサ本体５０のケース５５ａの窓材Ｗを平行に設けて、測定光が一方の窓材Ｗから入射し他方の窓材Ｗから出射するようにした。これ以外に、直方体形状のケース５５ａの一面のみに窓材を設け、この窓材から測定光を入射させるとともに、測定室５５ｇ内で拡散反射した光を出射してもよい。この場合、ケース５５ａに対して入射側又は反射側に、入射光の角度又は反射光の角度を調整する光学系が必要となる。
【００６２】
・上記実施形態では、センサ本体５０を、シングルビーム式のセンサとしたが、ダブルビーム式のセンサとしてもよい。ダブルビーム式の場合参照用のセルが必要になるため、排気等を供給するセンサ本体５０と参照用のセンサ本体５０とを設ける。ダブルビーム式の場合には、熱や振動の影響を極力省きやすくなる。
【００６３】
・上記実施形態では、多孔質体６０の再生が完了し次の測定まで待機時間が設けられるときは、開閉弁５７，５８を閉じた状態に維持したが、再生と測定の制御パターンはこれに限定されない。例えば、再生時以外には、開閉弁５７，５８を開いた状態として測定部５５に所定時間排ガスを流し、その間排ガス量を加算してもよい。
【００６４】
・上記実施形態では、第１センサユニット４１及びＮＯｘセンサ６３を用いてＮＯ：ＮＯ２の比を算出したが、ＮＯｘセンサ６３の代わりにＮＯ濃度を検出するセンサユニットを設けてもよい。このセンサユニットは、各センサユニット４１〜４２と同一の構成でもよく、異なっていても良い。
【００６５】
・上記実施形態では、センサ本体５０は一定の温度条件及び圧力条件で測定物質の濃度を測定したが、温度及び圧力が変化する状況で測定してもよい。この場合にはＥＣＵ１９は、温度及び圧力に応じて検量線を変化させた検量マップを格納する。
【００６６】
・上記実施形態では、ヒータＨは測定工程において多孔質体６０を常時１００℃に加熱するようにしたが、測定時にヒータＨの加熱を停止してもよい。この場合には熱によるノイズを極力低下させることができる。
【００６７】
・図６に示すように、センサ本体５０は、一つの開閉弁５７を設けた構成であってもよい。この構成であっても開閉弁５７を閉じることにより多孔質体６０の再生を行うことができる。
【００６８】
・光源装置５３、分光器５４、測定部５５及び検出装置５６は、上述したように図３の配置パターンに限定されない。例えば光源装置５３及び分光器５４と測定部５５とが接触していてもよく、測定部５５及び検出装置５６が接触していてもよい。この場合には、測定部５５の熱の影響を軽減するために分光器５４や検出装置５６等との間に冷却器や断熱材を設けることが好ましい。
【００６９】
・上記実施形態では、排気浄化システム２０に第１〜第３センサユニット４１〜４３を設けたが、少なくとも一つのセンサユニットが設けられていればよい。例えば第１センサユニット４１だけでもＮＯ：ＮＯ２の比を算出できるので、オゾン供給量を最適化することができる。
【００７０】
・上記実施形態では、測定対象を、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｏ３としたが、多孔質体６０に吸着可能な物質であれば他の物質でもよい。例えばホルムアルデヒド、トルエン等の揮発性有機化合物、アミン系化合物等でもよい。又はガス中の水分量を測定するセンサ及びセンサシステムとして利用してもよい。
【００７１】
・上記実施形態では、ガスセンサ及びセンサシステムをエンジンに搭載し、排気の含有物質を測定する目的で使用したが、この用途に限られず、他の装置や移動体に搭載してもよい。
・第３センサユニット４３は、オゾン供給路３３に直接設けてもよい。
【００７２】
・上記実施形態では尿素水供給装置２２は、尿素水を添加する構成としたが、尿素水を霧状にした後アンモニアに変換する尿素水改質器を備えた構成としてもよい。
・上記実施形態ではセンサシステムを、エンジン１１のうち排気浄化システム２０に適用したが、他の機構に設けてもよい。
【００７３】
・上記実施形態では、センサシステムをターボ過給機付きのエンジンに搭載したが、自然吸気型エンジンに適用してもよく、スーパーチャージャー付のエンジンに搭載してもよく、エンジンの構成は特に限定されない。また、センサシステムが適用されるエンジンを車両のエンジンとしたが、船舶、航空機のエンジンであってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１１…エンジン、１５…排気通路、１５ａ，３３ａ…バイパス路、２０…排気浄化システム、３１…オゾン発生器、３３…連通路としてのオゾン供給路、４１…センサシステムを構成する第１センサユニット、４２…センサシステムを構成する第２センサユニット、４３…センサシステムを構成する第３センサユニット、５３…光源装置、５５ａ…ケース、５５ｅ…ヒーター、５５ｇ…測定室、５５ｈ…導入路、５５ｉ…導出路、５６…検出装置、５７，５８…開閉弁、６０…多孔質体、Ｗ…窓材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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