(57)【要約】【課題】アンモニア濃度の検出精度を高めることができる電位差式のアンモニア濃度検出装置を提供する。【解決手段】アンモニア濃度検出装置１は、アンモニア素子部２、電位差検出部５１、アンモニア濃度算出部５２、ヒータ部４及び通電制御部５８を備える。アンモニア濃度算出部５２は、電位差検出部５１によって検出される、検出電極２２と基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶに基づいて、酸素濃度に応じた補正が行われた、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出し、かつ通電制御部５８による目標制御温度が高いほど、酸素濃度が所定量変化したときのアンモニア濃度の補正量を小さくする。通電制御部５８は、検出電極２２の温度が４００〜６００℃の範囲内の目標制御温度になるよう、ヒータ部４の発熱体４１への通電量を制御するよう構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（２１）、前記固体電解質体における、酸素及びアンモニアが含まれる測定ガス（Ｇ）に晒される第１表面（２１１）に設けられた検出電極（２２）、及び前記固体電解質体における、前記第１表面とは反対側の第２表面（２１２）に設けられた基準電極（２３）を有するアンモニア素子部（２）と、
前記検出電極と前記基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出する電位差検出部（５１）と、
前記測定ガスにおける酸素濃度を受信して、前記電位差検出部による電位差に基づいて、前記酸素濃度に応じた補正が行われた、前記測定ガスにおけるアンモニア濃度を算出するアンモニア濃度算出部（５２）と、
通電によって発熱する発熱体を有するヒータ部（４）と、
前記検出電極の温度が４００〜６００℃の範囲内の目標制御温度になるよう、前記発熱体への通電量を制御する通電制御部（５８）と、を備え、
前記アンモニア濃度算出部は、前記通電制御部による前記目標制御温度が高いほど、前記酸素濃度が所定量変化したときの前記アンモニア濃度の補正量を小さくするよう構成されている、アンモニア濃度検出装置。
【請求項２】
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（２１）、前記固体電解質体における、酸素及びアンモニアが含まれる測定ガス（Ｇ）に晒される第１表面（２１１）に設けられた検出電極（２２）、及び前記固体電解質体における、前記第１表面とは反対側の第２表面（２１２）に設けられた基準電極（２３）を有するアンモニア素子部（２）と、
前記検出電極と前記基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出する電位差検出部（５１）と、
前記測定ガスにおける酸素濃度を受信して、前記電位差検出部による電位差に基づいて、前記酸素濃度に応じた補正が行われた、前記測定ガスにおけるアンモニア濃度を算出するアンモニア濃度算出部（５２）と、
通電によって発熱する発熱体を有するヒータ部（４）と、
前記検出電極の温度が４００〜６００℃の範囲内の目標制御温度になるよう、前記発熱体への通電量を制御する通電制御部（５８）と、
前記通電制御部によって前記発熱体への通電量が制御されるときに、前記検出電極の温度を測定又は推測する温度検知部（６Ａ）と、を備え、
前記アンモニア濃度算出部は、前記温度検知部による前記検出電極の温度が高いほど、前記酸素濃度が所定量変化したときの前記アンモニア濃度の補正量を小さくするよう構成されている、アンモニア濃度検出装置。
【請求項３】
前記アンモニア濃度算出部においては、前記測定ガスにおける酸素濃度をパラメータとして、前記電位差検出部による電位差と、前記測定ガスにおける酸素補正後のアンモニア濃度（Ｃ１）との関係が関係マップ（Ｍ１）として設定されており、
前記アンモニア濃度算出部は、前記測定ガスにおける酸素濃度及び前記電位差検出部による電位差を前記関係マップに照合して、前記測定ガスにおける酸素補正後のアンモニア濃度を算出するよう構成されている、請求項１又は２に記載のアンモニア濃度検出装置。
【請求項４】
前記アンモニア濃度検出装置は、
前記固体電解質体に対向して配置された、酸素イオンの伝導性を有する他の固体電解質体（３１）、前記他の固体電解質体における、前記測定ガスに晒される第３表面（３１１）に設けられたポンプ電極（３２）、及び前記他の固体電解質体における、前記第３表面とは反対側の第４表面（３１２）に設けられた他の基準電極（３４）を有する酸素素子部（３）と、
前記他の基準電極をプラス側として前記ポンプ電極と前記他の基準電極との間に直流電圧を印加して、前記測定ガスにおける酸素を汲み出すポンピング部（５３）と、
前記ポンプ電極と前記他の基準電極との間に流れる直流電流を検出するポンプ電流検出部（５４）と、
前記ポンプ電流検出部によって検出された直流電流に基づいて、前記測定ガスにおける酸素濃度を算出する酸素濃度算出部（５５）と、を更に備え、
前記アンモニア濃度算出部は、前記酸素濃度算出部による酸素濃度を受信するよう構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンモニア濃度検出装置。
【請求項５】
前記他の固体電解質体の前記第３表面には、前記ポンプ電極によって酸素が汲み出された後の前記測定ガスに晒されるＮＯｘ電極（３３）が設けられており、
前記アンモニア濃度検出装置は、
前記他の基準電極をプラス側として前記ＮＯｘ電極と前記他の基準電極との間に直流電圧を印加して、前記ＮＯｘ電極と前記他の基準電極との間に流れる直流電流を検出するＮＯｘ検出部（５６）と、
前記ＮＯｘ検出部によって検出される直流電流に基づいて、前記測定ガスにおけるＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ濃度算出部（５７）と、を更に備える、請求項４に記載のアンモニア濃度検出装置。
【請求項６】
前記アンモニア素子部と前記酸素素子部とは、基準ガス（Ａ）が導入される基準ガスダクト（２４）を介して積層されており、
前記基準電極及び前記他の基準電極は、前記基準ガスダクト内に収容されており、
前記ヒータ部は、前記酸素素子部に対して前記アンモニア素子部が積層された側とは反対側に積層されており、
前記通電制御部は、前記検出電極の温度を前記目標制御温度に制御するときには、前記ＮＯｘ電極を、６００℃以上の温度に加熱するよう構成されている、請求項５に記載のアンモニア濃度検出装置。
【請求項７】
前記アンモニア濃度検出装置は、前記検出電極と前記基準電極との間に交流電圧を印加したときに検出されるインピーダンス（Ｚ）の値に基づいて、前記検出電極の温度を推測する温度推測部（６）を更に備えており、
前記通電制御部は、前記温度推測部による前記検出電極の温度が前記目標制御温度になるよう、前記発熱体への通電量を制御するよう構成されている、請求項１に記載のアンモニア濃度検出装置。
【請求項８】
前記温度検知部は、前記検出電極と前記基準電極との間に交流電圧を印加したときに検出されるインピーダンスの値に基づいて、前記検出電極の温度を推測するよう構成されており、
前記通電制御部は、前記温度検知部による前記検出電極の温度が前記目標制御温度になるよう、前記発熱体への通電量を制御するよう構成されている、請求項２に記載のアンモニア濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定ガスにおけるアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両においては、内燃機関としてのディーゼルエンジン等から排気される排ガス中のＮＯ、ＮＯ2等のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための触媒が、排気管内に配置される。触媒の一つとしての選択式還元触媒（ＳＣＲ）においては、ＮＯｘを還元するために、尿素水等に含まれるアンモニア（ＮＨ3）が触媒担体に付着され、触媒担体においてアンモニアとＮＯｘとを化学反応させて、ＮＯｘを窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に還元することが行われている。
【０００３】
また、排気管内における、選択式還元触媒よりも排ガスの流れの上流側位置には、還元剤としてのアンモニアを、選択式還元触媒へ供給する還元剤供給装置が配置される。また、例えば、排気管内における、選択式還元触媒の排ガスの流れの下流側位置には、排ガスにおけるＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサと、排ガスにおけるアンモニア濃度を検出するアンモニアセンサとが配置される。そして、ＮＯｘセンサ及びアンモニアセンサを用いることにより、選択式還元触媒からのアンモニアの流出を抑えつつ、アンモニアによるＮＯｘの浄化率を向上させる工夫がなされている。
【０００４】
また、例えば、特許文献１のマルチガスセンサにおいては、一つのガスセンサにおいてアンモニア濃度とＮＯｘ濃度とを検出可能にし、アンモニア濃度の検出精度を向上させることが記載されている。このマルチガスセンサは、ＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘセンサ部と、アンモニア濃度を測定するためのアンモニアセンサ部とを備える。そして、このマルチガスセンサにおいては、ＮＯｘセンサ部に用いられる、被測定ガス中の酸素量を調整するポンピングセルに流れる電流に基づいて酸素濃度を算出し、この酸素濃度とアンモニアセンサ部のアンモニア濃度とに基づいて修正アンモニア濃度を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−７５５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１等に示されるアンモニアセンサ部は、固体電解質体の表面に設けられた一対の電極間の電位差（起電力）を検出することによってアンモニア濃度を出力する。電位差式のアンモニアセンサ部を用いる場合において、アンモニア濃度が低濃度であるときには、電位差が適切に変化し、測定ガスにおけるアンモニア濃度の変化を適切に検出することができる。
【０００７】
しかし、この場合において、発明者らの研究により、アンモニアセンサ部の一対の電極間に生じる電位差は、電極の温度に応じて変化することが判明した。そのため、アンモニア濃度の検出精度を向上させるためには、電極を加熱する際の目標制御温度（目標加熱温度）を適切に設定する必要があることが分かった。
【０００８】
また、酸素濃度の変化を考慮してアンモニア濃度を算出する際には、電極の温度を考慮する必要があることが判明した。そのため、アンモニア濃度の検出精度を向上させるためには、電極の温度を反映した、酸素濃度によるアンモニア濃度の補正を行う必要があることが分かった。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、アンモニア濃度の検出精度を高めることができる電位差式のアンモニア濃度検出装置を提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（２１）、前記固体電解質体における、酸素及びアンモニアが含まれる測定ガス（Ｇ）に晒される第１表面（２１１）に設けられた検出電極（２２）、及び前記固体電解質体における、前記第１表面とは反対側の第２表面（２１２）に設けられた基準電極（２３）を有するアンモニア素子部（２）と、
前記検出電極と前記基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出する電位差検出部（５１）と、
前記測定ガスにおける酸素濃度を受信して、前記電位差検出部による電位差に基づいて、前記酸素濃度に応じた補正が行われた、前記測定ガスにおけるアンモニア濃度を算出するアンモニア濃度算出部（５２）と、
通電によって発熱する発熱体を有するヒータ部（４）と、
前記検出電極の温度が４００〜６００℃の範囲内の目標制御温度になるよう、前記発熱体への通電量を制御する通電制御部（５８）と、を備え、
前記アンモニア濃度算出部は、前記通電制御部による前記目標制御温度が高いほど、前記酸素濃度が所定量変化したときの前記アンモニア濃度の補正量を小さくするよう構成されている、アンモニア濃度検出装置にある。
【００１１】
本発明の他の態様は、酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（２１）、前記固体電解質体における、酸素及びアンモニアが含まれる測定ガス（Ｇ）に晒される第１表面（２１１）に設けられた検出電極（２２）、及び前記固体電解質体における、前記第１表面とは反対側の第２表面（２１２）に設けられた基準電極（２３）を有するアンモニア素子部（２）と、
前記検出電極と前記基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）を検出する電位差検出部（５１）と、
前記測定ガスにおける酸素濃度を受信して、前記電位差検出部による電位差に基づいて、前記酸素濃度に応じた補正が行われた、前記測定ガスにおけるアンモニア濃度を算出するアンモニア濃度算出部（５２）と、
通電によって発熱する発熱体を有するヒータ部（４）と、
前記検出電極の温度が４００〜６００℃の範囲内の目標制御温度になるよう、前記発熱体への通電量を制御する通電制御部（５８）と、
前記通電制御部によって前記発熱体への通電量が制御されるときに、前記検出電極の温度を測定又は推測する温度検知部（６Ａ）と、を備え、
前記アンモニア濃度算出部は、前記温度検知部による前記検出電極の温度が高いほど、前記酸素濃度が所定量変化したときの前記アンモニア濃度の補正量を小さくするよう構成されている、アンモニア濃度検出装置にある。
【発明の効果】
【００１２】
（一態様のアンモニア濃度検出装置）
前記一態様のアンモニア濃度検出装置においては、検出電極の温度が４００〜６００℃の範囲内の目標制御温度になるようにする。目標制御温度は、４００〜６００℃の範囲内におけるいずれかの温度として設定することができる。目標制御温度は、アンモニア濃度検出装置が使用される環境、アンモニア濃度検出装置の使用経過時間等を考慮して、適宜変更することが可能である。
【００１３】
発明者らの研究の結果、目標制御温度とする検出電極の温度は、４００〜６００℃の範囲内において設定することが重要であることが分かった。この温度の範囲内においては、電位差検出部によって、検出電極と基準電極との間に生じる電位差を適切に検出することができ、かつ、アンモニア濃度の変化が電位差検出部における電位差として検出されるまでの時間としての応答性を適切に維持することができる。
【００１４】
目標制御温度とする検出電極の温度が４００℃未満である場合には、電位差が検出されるまでの時間が長くなり、電位差を検出する応答性が悪化する。また、この場合には、電位差検出部による電位差が、アンモニア及び酸素以外の他ガスの影響を受けやすくなる。
【００１５】
一方、目標制御温度とする検出電極の温度が６００℃超過である場合には、電位差検出部によって検出する電位差が小さくなり、電位差の検出精度が悪化する。
【００１６】
また、発明者らの研究の結果、アンモニア濃度算出部によって、酸素濃度の絶対量に応じた補正が行われたアンモニア濃度を算出する際には、検出電極の温度を考慮することが重要であることが分かった。具体的には、アンモニア濃度算出部は、通電制御部による目標制御温度が高いほど、酸素濃度が所定量変化したときのアンモニア濃度の補正量を小さくするよう構成されている。
【００１７】
検出電極の温度が高くなるほど、電位差検出部による電位差は低く検出される傾向にある。そして、検出電極の温度が高くなるほど、酸素濃度が所定量変化したときに、電位差検出部によって検出される電位差の変化は小さくなる。そのため、目標制御温度とする検出電極の温度が高くなるほど、酸素濃度の変化量に対するアンモニア濃度の補正量を小さくする。
【００１８】
なお、酸素濃度が高くなるほど、電位差検出部による電位差は低く検出される傾向にある。そのため、アンモニア濃度算出部は、酸素濃度が高くなるほどアンモニア濃度を高くする補正を行うことが可能である。
【００１９】
このような検出電極の温度を考慮した、酸素濃度によるアンモニア濃度の補正を行うことにより、アンモニア濃度検出装置によるアンモニア濃度の検出精度を向上させることができる。
【００２０】
それ故、前記一態様のアンモニア濃度検出装置によれば、電位差式（起電力式）のアンモニア濃度検出装置によるアンモニア濃度の検出精度を高めることができる。
【００２１】
（他の態様のアンモニア濃度検出装置）
前記他の態様のアンモニア濃度検出装置においても、通電制御部により、検出電極の温度が４００〜６００℃の範囲内の目標制御温度になるようにする。この構成による作用効果は、前記一態様のアンモニア濃度検出装置の場合と同様である。
【００２２】
また、前記他の態様のアンモニア濃度検出装置は、検出電極の温度を測定又は推測する温度検知部を備える。また、アンモニア濃度算出部は、温度検知部による検出電極の温度が高いほど、酸素濃度が変化したときのアンモニア濃度の補正量を小さくするよう構成されている。この構成による作用効果は、前記一態様のアンモニア濃度検出装置の場合と同様である。
【００２３】
それ故、前記他の態様のアンモニア濃度検出装置によっても、電位差式（起電力式）のアンモニア濃度検出装置によるアンモニア濃度の検出精度を高めることができる。
【００２４】
なお、本発明の一態様及び他の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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１にかかる、アンモニア濃度検出装置の構成を示す説明図。
【図２】実施形態１にかかる、アンモニア濃度検出装置のセンサ素子を示す、図１のII−II断面図。
【図３】実施形態１にかかる、アンモニア濃度検出装置のセンサ素子を示す、図１のIII−III断面図。
【図４】実施形態１にかかる、アンモニア濃度検出装置のセンサ素子を示す、図１のIV−IV断面図。
【図５】実施形態１にかかる、アンモニア濃度検出装置のセンサ制御ユニットにおけるアンモニア濃度の検出に関する構成を示す説明図。
【図６】実施形態１にかかる、アンモニア濃度検出装置が内燃機関に配置された状態を示す説明図。
【図７】実施形態１にかかる、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係による濃度領域を示す説明図。
【図８】実施形態１にかかる、検出電極において生じる混成電位を示す説明図。
【図９】実施形態１にかかる、アンモニア濃度が変化したときに検出電極において生じる混成電位を示す説明図。
【図１０】実施形態１にかかる、酸素濃度が変化したときに検出電極において生じる混成電位を示す説明図。
【図１１】実施形態１にかかる、検出電極の温度が変化したときに検出電極において生じる混成電位を示す説明図。
【図１２】実施形態１にかかる、検出電極の温度と電位差の補正量との関係を示すグラフ。
【図１３】実施形態１にかかる、測定ガスにＣＯ及びＣ3Ｈ8の他ガスが含まれる場合に、検出電極において生じる混成電位を示す説明図。
【図１４】実施形態１にかかる、ＣＯ未混入時酸素補正ありの場合、ＣＯ混入時酸素補正ありの場合、及びＣＯ混入時酸素補正なしの場合についてのセンサ出力の違いを示すグラフ。
【図１５】実施形態１にかかる、検出電極の温度と混成電位の変化時間との関係を示すグラフ。
【図１６】実施形態１にかかる、検出電極の温度と混成電位との関係を示すグラフ。
【図１７】実施形態１にかかる、酸素濃度が変化したときの、アンモニア濃度と電位差との関係を示すグラフ。
【図１８】実施形態１にかかる、酸素濃度が変化したときの、電位差と酸素補正後のアンモニア濃度との関係を示すグラフ。
【図１９】実施形態２，３にかかる、アンモニア濃度検出装置の構成を示す説明図。
【図２０】実施形態２，３にかかる、アンモニア濃度検出装置のセンサ制御ユニットにおけるアンモニア濃度の検出に関する構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
前述したアンモニア濃度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＞
本形態のアンモニア濃度検出装置１は、図１に示すように、アンモニア素子部２、電位差検出部５１、アンモニア濃度算出部５２、ヒータ部４及び通電制御部５８を備える。アンモニア素子部２は、酸素イオンの伝導性を有する第１固体電解質体２１と、第１固体電解質体２１における、酸素及びアンモニアが含まれる測定ガスＧに晒される第１表面２１１に設けられた検出電極（アンモニア電極）２２と、第１固体電解質体２１における、第１表面２１１とは反対側の第２表面２１２に設けられた基準電極２３とを有する。電位差検出部５１は、検出電極２２と基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶを検出するよう構成されている。
【００２７】
図５に示すように、アンモニア濃度算出部５２は、測定ガスＧにおける酸素濃度を受信して、電位差検出部５１による電位差ΔＶに基づいて、酸素濃度に応じた補正が行われた、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出するよう構成されている。また、アンモニア濃度算出部５２は、通電制御部５８による目標制御温度が高いほど、酸素濃度が所定量変化したときのアンモニア濃度の補正量を小さくするよう構成されている。ヒータ部４は、通電によって発熱する発熱体４１を有する。通電制御部５８は、検出電極２２の温度が４００〜６００℃の範囲内の目標制御温度になるよう、発熱体４１への通電量を制御するよう構成されている。
【００２８】
以下に、本形態のアンモニア濃度検出装置１について詳説する。
（アンモニア濃度検出装置１）
図１に示すように、本形態のアンモニア濃度検出装置１は、電位差式としての混成電位式のものである。このアンモニア濃度検出装置１においては、酸素及びアンモニアが含まれる状態の測定ガスＧにおけるアンモニアの濃度を検出する。本形態の電位差検出部５１は、検出電極２２における、酸素の電気化学的還元反応（以下、単に還元反応という。）による還元電流とアンモニアの電気化学的酸化反応（以下、単に酸化反応という。）による酸化電流とが等しくなるときに生じる、検出電極２２と基準電極２３との間の電位差ΔＶを検出するよう構成されている。
【００２９】
図６に示すように、アンモニア濃度検出装置１は、車両の内燃機関（エンジン）７の排気管７１において、ＮＯｘを還元する触媒７２から流出するアンモニアの濃度を検出するものである。測定ガスＧは、内燃機関７から排気管７１へ排気された排ガスである。排ガスの組成は、内燃機関７における燃焼状態によって変化する。内燃機関７における、空気と燃料との質量比である空燃比が、理論空燃比に比べて燃料リッチな状態にあるときには、排ガスの組成においては、未燃ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ2（水素）等の割合が多くなる一方、ＮＯｘ（窒素酸化物）の割合が少なくなる。内燃機関７における空燃比が、理論空燃比に比べて燃料リーンな状態にあるときには、排ガスの組成においては、ＨＣ、ＣＯ等の割合が少なくなる一方、ＮＯｘの割合が多くなる。また、燃料リッチな状態においては、測定ガスＧに酸素（空気）がほとんど含まれず、燃料リーンな状態においては、測定ガスＧに酸素（空気）がより多く含まれる。
【００３０】
（触媒７２）
同図に示すように、排気管７１には、ＮＯｘを還元するための触媒７２と、触媒７２へアンモニアを含む還元剤Ｋを供給する還元剤供給装置７３とが配置されている。触媒７２は、触媒担体に、ＮＯｘの還元剤Ｋとしてのアンモニアが付着されるものである。触媒７２の触媒担体におけるアンモニアの付着量は、ＮＯｘの還元反応に伴って減少する。そして、触媒担体におけるアンモニアの付着量が少なくなったときには、還元剤供給装置７３から触媒担体へ新たにアンモニアが補充される。還元剤供給装置７３は、排気管７１における、触媒７２よりも排ガスの流れの上流側位置に配置されており、尿素水を噴射して発生するアンモニアガスを排気管７１へ供給するものである。アンモニアガスは、尿素水が加水分解されて生成される。還元剤供給装置７３には、尿素水のタンク７３１が接続されている。
【００３１】
本形態の内燃機関７は、軽油の自己着火を利用して燃焼運転を行うディーゼルエンジンである。また、触媒７２は、ＮＯｘ（窒素酸化物）をアンモニア（ＮＨ3）と化学反応させて窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に還元する選択式還元触媒（ＳＣＲ）である。
【００３２】
なお、図示は省略するが、排気管７１における、触媒７２の上流側位置には、ＮＯのＮＯ2への変換（酸化）、ＣＯ、ＨＣ（炭化水素）等の低減を行う酸化触媒（ＤＯＣ）、微粒子を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）等が配置されていてもよい。
【００３３】
（マルチガスセンサ）
図６に示すように、本形態のアンモニア濃度検出装置１は、排気管７１における、触媒７２よりも下流側位置に配置される。なお、排気管７１に配置されるのは、厳密には、アンモニア濃度検出装置１のセンサ素子１０及びセンサ素子１０を保持するセンサ本体である。便宜上、本形態においては、センサ本体のことをアンモニア濃度検出装置１ということがある。
【００３４】
本形態のアンモニア濃度検出装置１は、アンモニア濃度の検出だけでなく、酸素濃度及びＮＯｘ濃度の検出も可能なマルチガスセンサ（複合センサ）として形成されている。そして、酸素濃度は、アンモニア濃度を補正するために使用される。また、アンモニア濃度検出装置１によるアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度は、内燃機関７の制御装置としてのエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって、還元剤供給装置７３から排気管７１へ還元剤Ｋとしてのアンモニアを供給する時期を決定するために使用される。
【００３５】
なお、制御装置には、エンジンを制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０、アンモニア濃度検出装置１を制御するセンサ制御ユニット（ＳＣＵ）５の他、種々の電子制御ユニットがある。制御装置とは、種々のコンピュータ（処理装置）のことをいう。
【００３６】
エンジン制御ユニット５０は、アンモニア濃度検出装置１によって、測定ガスＧ中にＮＯｘが存在することが検出されるときには、触媒７２においてアンモニアが不足していると検知し、還元剤供給装置７３から尿素水を噴射し、触媒７２へアンモニアを供給するよう構成されている。一方、エンジン制御ユニット５０は、アンモニア濃度検出装置１によって、測定ガスＧ中にアンモニアが存在することが検出されるときには、触媒７２においてアンモニアが過剰に存在していると検知し、還元剤供給装置７３からの尿素水の噴射を停止し、触媒７２へのアンモニアの供給を停止するよう構成されている。触媒７２においては、ＮＯｘを還元するためのアンモニアが過不足なく供給されることが好ましい。
【００３７】
（触媒出口７２１のアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係）
エンジン制御ユニット５０によるアンモニアの供給制御が行われることにより、触媒７２の下流側位置（触媒出口７２１）及びアンモニア濃度検出装置１の配置位置に存在する測定ガスＧのＮＯｘ及びアンモニアの濃度領域においては、ＮＯｘがアンモニアによって適切に還元される状態と、ＮＯｘの流出量が多くなる状態と、アンモニアの流出量が多くなる状態とが、時間を変えて生じることになる。
【００３８】
より具体的には、図７に示すように、エンジン制御ユニット５０においては、アンモニア（ＮＨ3）濃度とＮＯｘ濃度との関係を示す濃度領域は、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも所定濃度（第１濃度差Δｎ１）以上高い第１濃度領域Ｎ１と、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度（第２濃度差Δｎ２）以上高い第３濃度領域Ｎ３と、第１濃度領域Ｎ１と第３濃度領域Ｎ３との間の第２濃度領域Ｎ２とに区分される。この濃度領域は、アンモニア濃度検出装置１によって検出されるＮＯｘ濃度とアンモニア濃度とを比較し、測定ガスＧにおいていずれの濃度が高いかを示すものである。
【００３９】
ここで、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも所定濃度以上高い場合とは、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも高く、かつＮＯｘ濃度とアンモニア濃度との差が第１濃度差Δｎ１以上である場合を示す。また、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも所定濃度以上高い場合とは、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも高く、かつアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との差が第２濃度差Δｎ２以上である場合を示す。
【００４０】
アンモニア濃度検出装置１によって検出されるＮＯｘ濃度は、後述するＮＯｘ電極３３がＮＯｘだけでなくアンモニアも検出するために、アンモニア濃度を含むと考えられる。そのため、ＮＯｘ濃度とアンモニア濃度とを比較する際におけるＮＯｘ濃度は、電流に基づいて検出された補正前ＮＯｘ濃度から、電圧に基づいて検出されたアンモニア濃度を差し引いた補正後ＮＯｘ濃度とすることができる。
【００４１】
同図において、ＮＯｘ濃度が高い第１濃度領域Ｎ１においては、測定ガスＧ中にアンモニアが少量存在し、アンモニア濃度が高い第３濃度領域Ｎ３においては、測定ガスＧ中にＮＯｘが少量存在すると仮定している。触媒７２におけるＮＯｘの還元反応がより適切に行われる場合には、第１濃度領域Ｎ１においては、アンモニアがほとんど存在せず、第３濃度領域Ｎ３においては、ＮＯｘがほとんど存在しなくなる状態が形成されると考えられる。
【００４２】
濃度領域の区分において、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度は、いずれも体積％（ｐｐｍ）で表されることとする。エンジン制御ユニット５０は、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が、第２濃度領域Ｎ２内になるよう、還元剤供給装置７３から触媒７２へ供給する還元剤Ｋの量を調整するよう構成することができる。
【００４３】
第１濃度領域Ｎ１と第２濃度領域Ｎ２とを区分する所定濃度としての、ＮＯｘ濃度とアンモニア濃度との第１濃度差Δｎ１は、１０〜５０ｐｐｍとすることができる。そして、エンジン制御ユニット５０は、ＮＯｘ濃度がアンモニア濃度よりも１０〜５０ｐｐｍ以上高い場合に、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第１濃度領域Ｎ１にあると判定することができる。第１濃度差Δｎ１は、アンモニア濃度検出装置１の仕様、搭載環境等に応じて、適宜変更することができる。
【００４４】
また、第２濃度領域Ｎ２と第３濃度領域Ｎ３とを区分する所定濃度としての、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との第２濃度差Δｎ２は、５０〜１００ｐｐｍとすることができる。そして、エンジン制御ユニット５０は、アンモニア濃度がＮＯｘ濃度よりも５０〜１００ｐｐｍ以上高い場合に、アンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係が第３濃度領域Ｎ３にあると判定することができる。第２濃度差Δｎ２は、アンモニア濃度検出装置１の仕様、搭載環境等に応じて、適宜変更することができる。
【００４５】
図示は省略するが、アンモニア濃度検出装置１は、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出するためのセンサ素子１０と、センサ素子１０を保持して排気管７１に取り付けるためのハウジングと、ハウジングの先端側に取り付けられてセンサ素子１０を保護する先端側カバーと、ハウジングの基端側に取り付けられてセンサ素子１０の電気配線部分を保護する基端側カバーとを備える。図１及び図２に示すように、センサ素子１０は、アンモニア素子部２及び後述する酸素素子部３に対して、後述するヒータ部４を積層して形成されている。
【００４６】
（アンモニア素子部２）
第１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、ジルコニアを主成分とする種々の材料によって構成することができる。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を用いることができる。
【００４７】
検出電極２２は、アンモニア及び酸素に対する触媒活性を有する金（Ａｕ）、白金−金合金、白金−パラジウム合金、パラジウム−金合金等の貴金属材料を用いて構成されている。基準電極２３は、酸素に対する触媒活性を有する白金（Ｐｔ）等の貴金属材料を用いて構成されている。また、検出電極２２及び基準電極２３は、第１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てもよい。
【００４８】
図１及び図２に示すように、第１固体電解質体２１の、測定ガスＧに晒される第１表面２１１は、アンモニア濃度検出装置１のセンサ素子１０における最も外側の表面を形成する。そして、第１表面２１１に設けられた検出電極２２には、測定ガスＧが接触しやすい状態が形成されている。本形態の検出電極２２の表面には、セラミックスの多孔質体等による保護層が設けられていない。そして、検出電極２２には、測定ガスＧが拡散律速されずに接触する。なお、検出電極２２の表面には、測定ガスＧの流速を極力低下させない保護層を設けることも可能である。
【００４９】
第１固体電解質体２１の第２表面２１２及び第２表面２１２に設けられた基準電極２３は、基準ガスＡとしての大気に晒されている。第１固体電解質体２１の第２表面２１２には、大気が導入される基準ガスダクト（大気ダクト）２４が隣接して形成されている。
【００５０】
（電位差検出部５１及び電位差ΔＶ）
図１に示すように、本形態の電位差検出部５１は、検出電極２２に混成電位が生じたときの検出電極２２と基準電極２３との間の電位差ΔＶを検出する。検出電極２２においては、検出電極２２に接触する測定ガスＧ中にアンモニアと酸素とが存在する場合に、アンモニアの酸化反応と、酸素の還元反応とが同時に進行する。アンモニアの酸化反応は、代表的には、２ＮＨ3＋３Ｏ2-→Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ＋６ｅ-によって表される。酸素の還元反応は、代表的には、Ｏ2＋４ｅ-→２Ｏ2-によって表される。そして、検出電極２２における、アンモニアと酸素とによる混成電位は、検出電極２２における、アンモニアの酸化反応（速度）と酸素の還元反応（速度）とが等しくなるときの電位として生じる。
【００５１】
図８は、検出電極２２において生じる混成電位を説明するための図である。同図においては、横軸に、基準電極２３に対する検出電極２２の電位（電位差ΔＶ）をとり、縦軸に、検出電極２２と基準電極２３との間に流れる電流をとって、混成電位の変化の仕方を示す。また、同図においては、検出電極２２においてアンモニアの酸化反応が行われる際の電位と電流の関係を示す第１ラインＬ１と、検出電極２２において酸素の還元反応が行われる際の電位と電流の関係を示す第２ラインＬ２とを示す。第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２は、いずれも右肩上がりのラインによって示す。
【００５２】
電位差ΔＶが０（ゼロ）の場合は、検出電極２２の電位が基準電極２３の電位と同じであることを示す。混成電位は、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合ったときの電位となる。そして、検出電極２２における混成電位は、基準電極２３に対してマイナス側の電位として検出される。
【００５３】
また、図９に示すように、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度が高くなるときには、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１の傾きθａが急になる。この場合には、第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合う電位が、よりマイナス側へシフトする。これにより、アンモニア濃度が高くなるほど、基準電極２３に対する検出電極２２の電位がマイナス側に大きくなる。言い換えれば、アンモニア濃度が高くなるほど、検出電極２２と基準電極２３との電位差（混成電位）ΔＶが大きくなる。そのため、アンモニア濃度が高くなるほど電位差ΔＶが大きくなり、電位差ΔＶを検出することにより、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を検出することが可能になる。
【００５４】
また、図１０に示すように、測定ガスＧにおける酸素濃度が高くなるときには、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２の傾きθｓが急になる。この場合には、第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合う電位が、マイナス側におけるゼロに近い位置へシフトする。これにより、酸素濃度が高くなるほど、基準電極２３に対する検出電極２２のマイナス側の電位が小さくなる。言い換えれば、酸素濃度が高くなるほど、検出電極２２と基準電極２３との電位差（混成電位）ΔＶが小さくなる。そのため、酸素濃度が高くなるほど、電位差ΔＶ又はアンモニア濃度を高くする補正を行うことにより、アンモニア濃度の検出精度を高めることができる。
【００５５】
（検出電極２２の温度と電位差ΔＶ）
図１１に示すように、検出電極２２（及びアンモニア素子部２）の温度が高くなるときには、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１の傾きθａが急になるとともに、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２の傾きθｓも急になる。同図においては、検出電極２２の温度が４５０℃から５００℃に変化した場合を示す。そして、検出電極２２の温度が高くなると、アンモニアの酸化反応による酸化電流と酸素の還元反応による還元電流とが大きくなるとともに、電位差（混成電位）ΔＶは小さくなる。なお、検出電極２２の温度が低くなると、これとは逆の変化が生じる。
【００５６】
また、同図においては、検出電極２２の温度が４５０℃及び５００℃のそれぞれの場合について、酸素濃度が５％（体積％）から１０％に変化したときの電位差（混成電位）ΔＶの変化も示す。酸素濃度が増加したときには、前述したように電位差（混成電位）ΔＶが小さくなる。そして、検出電極２２の温度が４５０℃の場合において、酸素濃度が５％から１０％に変化するときに電位差（混成電位）ΔＶが小さくなる変化量は、検出電極２２の温度が５００℃の場合において、酸素濃度が５％から１０％に変化するときに電位差（混成電位）ΔＶが小さくなる変化量に比べて大きい。
【００５７】
言い換えれば、検出電極２２の温度が高い状態にあるほど、酸素濃度が変化したときの電位差（混成電位）ΔＶの変化量は小さくなる。これに基づき、検出電極２２の温度が高くなるほど、すなわち通電制御部５８による目標制御温度が高くなるほど、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度の変化量に応じたアンモニア濃度の補正量を小さくする。
【００５８】
図１２には、検出電極２２の温度が４００〜５５０℃の間の所定の温度にある場合に、測定ガスＧの酸素濃度が５％から１０％に変化したときに、酸素濃度の変化に応じて、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度がどれだけ補正されたかを示す。アンモニア濃度の補正量は、電位差ΔＶの補正量［ｍＶ］として示す。また、この場合の電位差ΔＶの補正量は、酸素濃度が高くなった場合の補正量であり、電位差ΔＶを高くする補正量である。
【００５９】
同図においては、検出電極２２へ供給する測定ガスＧは、窒素中に、酸素が５％（体積％）及びアンモニアが１００ｐｐｍ含まれる状態から、窒素中に、酸素が１０％及びアンモニアが１００ｐｐｍ含まれる状態に変化させた。測定ガスＧは、５００ｍｌ／ｍｉｎの流量で検出電極２２へ供給した。基準電極２３は大気に接触させた。
【００６０】
検出電極２２の温度が４００℃程度に低い場合には、酸素濃度が所定量変化したときの（酸素濃度の変化量に応じた）電位差ΔＶ（アンモニア濃度）の補正量が相対的に大きくなる。一方、検出電極２２の温度が５５０℃程度に高い場合には、酸素濃度が所定量変化したときの（酸素濃度の変化量に応じた）電位差ΔＶ（アンモニア濃度）の補正量が相対的に小さくなる。なお、電位差ΔＶはアンモニア濃度を示すため、電位差ΔＶを補正することと、アンモニア濃度を補正することとは同じである。
【００６１】
本形態のアンモニア濃度検出装置１においては、通電制御部５８によって、検出電極２２の温度が４００〜６００℃の温度範囲内のいずれかの温度になるよう制御される。そして、検出電極２２が４００〜６００℃の温度範囲内にあることにより、酸素濃度に応じた補正を行ってアンモニア濃度を算出する精度を高めることができる。言い換えれば、検出電極２２の温度が４００〜６００℃の温度範囲内にあるといった条件は、酸素濃度に応じた補正を行ってアンモニア濃度を求める混成電位式のアンモニア濃度検出装置１にとって不可欠であることが発明者らによって見出された。
【００６２】
図１３には、測定ガスＧ中に、アンモニア及び酸素以外の他ガス、例えば、ＣＯ、ＮＯ、炭化水素（Ｃ3Ｈ8等）が存在する場合に、他ガスが電位差（混成電位）ΔＶに与える影響を示す。同図においては、他ガスがＣＯ及びＣ3Ｈ8である場合について示す。同図において、測定ガスＧ中に酸素、ＣＯ及びＣ3Ｈ8が存在するときには、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２上のマイナス側の電流は、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１上のプラス側の電流と釣り合おうとするとともに、ＣＯ及びＣ3Ｈ8の他ガスの還元反応を示す第３ラインＬ３上のマイナス側の電流とも釣り合おうとする。
【００６３】
ＣＯ及びＣ3Ｈ8によるマイナス側の電位がアンモニアによるマイナス側の電位よりも小さいことにより、酸素の還元反応とＣＯ及びＣ3Ｈ8の酸化反応とが釣り合う混成電位ΔＶ２は、酸素の還元反応とアンモニアの酸化反応とが釣り合う混成電位ΔＶ１よりも低くなる（マイナス側のゼロに近い位置になる）。これにより、アンモニア濃度を示す混成電位ΔＶ１が、他ガスの濃度を示す混成電位ΔＶ２による影響を受け、混成電位ΔＶ１の検出精度が悪化するおそれがある。言い換えれば、混成電位ΔＶ１は、混成電位ΔＶ２と複合されたような電位となるおそれがある。また、混成電位ΔＶ１と混成電位ΔＶ２との温度依存性は異なる。
【００６４】
同図において、検出電極２２の温度が低くなると、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１の傾きθａ、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２の傾きθｓ、及び他ガスの酸化反応を示す第３ラインＬ３の傾きθｘが小さくなり、アンモニア濃度を示す電位差（混成電位）ΔＶ１が、他ガスによる影響をより受けやすくなる。
【００６５】
検出電極２２の温度が４００℃以上である場合には、アンモニアに対する検出電極２２の酸化触媒性能が、他ガスに対する検出電極２２の酸化触媒性能よりも大幅に高い。そのため、アンモニアの酸化反応と酸素の還元反応とによる混成電位ΔＶ１が、他ガスの酸化反応と酸素の還元反応とによる混成電位ΔＶ２の影響をほとんど受けない。
【００６６】
一方、検出電極２２の温度が３５０℃である場合には、アンモニアに対する検出電極２２の酸化触媒性能と、他ガスに対する検出電極２２の酸化触媒性能との差が小さくなる。そのため、アンモニアの酸化反応と酸素の還元反応とによる混成電位ΔＶ１が、他ガスの酸化反応と酸素の還元反応とによる混成電位ΔＶ２の影響を受けやすくなる。そして、この状態において、酸素濃度の絶対値に応じたアンモニア濃度の補正が行われると、他ガスの影響によって、酸素補正後のアンモニア濃度に生じる誤差が大きくなる。つまり、検出電極の温度が４００℃未満である場合には、酸素濃度に応じた電位差ΔＶ又はアンモニア濃度の補正を行わない方が、算出するアンモニア濃度に生じる誤差が小さくなる。
【００６７】
また、検出電極２２の温度が６００℃超過である場合には、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１の傾きθａ、及び酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２の傾きθｓがかなり急になる。そして、アンモニアの酸化反応を示すプラス側の電流と、酸素の還元反応を示すマイナス側の電流とが、電位差ΔＶがゼロの原点付近で釣り合いやすくなる。そのため、絶対値が小さい混成電位ΔＶ１又はアンモニア濃度に対して、酸素濃度に応じた補正が入ると、この補正が影響して酸素補正後のアンモニア濃度に生じる誤差が大きくなる。つまり、検出電極の温度が６００℃超過である場合には、酸素濃度に応じた電位差ΔＶ又はアンモニア濃度の補正を行わない方が、算出するアンモニア濃度に生じる誤差が小さくなる。
【００６８】
従って、通電制御部５８によって、検出電極２２の温度が４００〜６００℃の温度範囲内のいずれかの温度になるよう制御することによって、酸素補正後のアンモニア濃度の検出精度を高く維持することができる。なお、測定ガスＧとしての排ガスに含まれる可能性がある、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ（炭化水素）等の他ガスは、検出電極２２の温度が４００〜６００℃の範囲内にあり、測定ガスＧ中に例えば１０ｐｐｍ以上のアンモニアが含まれる場合には、アンモニア濃度の検出精度にあまり影響を与えないことが確認された。
【００６９】
図１４には、測定ガスＧ中にアンモニア及び酸素が含まれる場合（ＣＯ未混入時）と、測定ガスＧ中にアンモニア、酸素及びＣＯが含まれる場合（ＣＯ混入時）とについて、検出電極２２の温度が３５０〜６００℃の間のいずれかの温度にあるときに、酸素濃度に応じて補正を行った場合（ＣＯ未混入時酸素補正あり、ＣＯ混入時酸素補正あり）のアンモニア濃度（電位差ΔＶ）としてのセンサ出力［ｍＶ］を示す。また、比較のために、測定ガスＧ中にアンモニア、酸素及びＣＯが含まれる場合（ＣＯ混入時）については、酸素濃度に応じた補正を行わなかった場合（ＣＯ混入時酸素補正なし）のアンモニア濃度（電位差ΔＶ）としてのセンサ出力も示す。同図は、横軸に、検出電極２２の温度をとり、縦軸に、酸素補正後のアンモニア濃度としてのセンサ出力をとって示す。
【００７０】
同図においては、測定ガスＧ中にアンモニア及び酸素が含まれる場合（ＣＯ未混入時）には、窒素中に、酸素が５％（体積％）及びアンモニアが１００ｐｐｍ含まれる測定ガスＧを、５００ｍｌ／ｍｉｎの流量で検出電極２２へ供給した。また、測定ガスＧ中にアンモニア、酸素及びＣＯが含まれる場合（ＣＯ混入時）には、窒素中に、酸素が５％（体積％）、アンモニアが１００ｐｐｍ及びＣＯが１００ｐｐｍ含まれる測定ガスＧを、５００ｍｌ／ｍｉｎの流量で検出電極２２へ供給した。基準電極２３は大気に接触させた。
【００７１】
同図において、検出電極２２の温度が４００〜５５０℃の範囲内にあるときには、ＣＯ未混入時の酸素補正後のセンサ出力（基準センサ出力という。）と、ＣＯ混入時の酸素補正後のセンサ出力とに大きな差がないことが確認された。また、この４００〜５５０℃の範囲内においては、ＣＯ混入時の酸素濃度補正がないセンサ出力は、基準センサ出力からずれる結果となった。
【００７２】
一方、検出電極２２の温度が３５０℃にあるときには、ＣＯ混入時の酸素補正後のセンサ出力は、基準センサ出力から大きくずれる結果となった。この検出電極２２の温度が３５０℃にあるときには、ＣＯ混入時の酸素濃度補正がないセンサ出力の方が、基準センサ出力に近くなることが確認された。つまり、検出電極２２の温度が４００℃未満にあるときであって、測定ガスＧ中にＣＯが含まれる場合には、酸素濃度に応じたアンモニア濃度の補正を行わない方が、アンモニア濃度としてのセンサ出力の精度が良くなることが確認された。
【００７３】
この３５０℃における結果は、前述したように、アンモニアの酸化反応と酸素の還元反応とによる混成電位ΔＶ１が、他ガスの酸化反応と酸素の還元反応とによる混成電位ΔＶ２の影響を受けやすくなるために生じたと考えられる。
【００７４】
また、検出電極２２の温度が６００℃にあるときには、ＣＯ混入時の酸素補正後のセンサ出力は、基準センサ出力（ＣＯ未混入時の酸素補正後のセンサ出力）から若干ずれる結果となった。この検出電極２２の温度が６００℃にあるときには、ＣＯ混入時の酸素濃度補正がないセンサ出力の方が、基準センサ出力に近くなることが確認された。つまり、検出電極２２の温度が６００℃超過にあるときであって、測定ガスＧ中にＣＯが含まれる場合には、酸素濃度に応じたアンモニア濃度の補正を行わない方が、アンモニア濃度としてのセンサ出力の精度が良くなることが確認された。
【００７５】
なお、検出電極２２の温度が６００℃にあるときに、ＣＯ混入時の酸素補正後のセンサ出力が、基準センサ出力からずれる量は小さいため、検出電極２２の温度は６００℃以下でもよいこととしている。ただし、検出電極２２の温度は４００〜５５０℃とすることがより好ましく、４５０〜５５０℃とすることがさらに好ましい。
【００７６】
（混成電位の確認試験）
また、検出電極２２の温度は、次の理由からも４００〜６００℃の範囲内にすることが好ましいと言える。
本形態においては、アンモニア素子部２に相当するテストピースを用いてアンモニアの検出を行い、検出される混成電位（電位差ΔＶ）の温度依存性を確認した。テストピースは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺという。）によって形成した第１固体電解質体２１に、Ａｕ及びＹＳＺを含有する検出電極２２と、Ｐｔ及びＹＳＺを含有する基準電極２３とを形成して作製した。また、検出電極２２におけるＡｕとＹＳＺとの体積混合比は、Ａｕ：ＹＳＺ＝８０：２０とし、基準電極２３におけるＰｔとＹＳＺとの体積混合比は、Ｐｔ：ＹＳＺ＝８０：２０とした。
【００７７】
また、テストピースを電気炉によって加熱して、検出電極２２の温度が３００〜８００℃の範囲内の目標とする温度になるようにした。また、混成電位の温度依存性は、混成電位の大きさと、混成電位が安定するまでの変化時間とについて確認した。
【００７８】
検出電極２２へ供給する試験ガスは、酸素濃度が５％（体積％）で残部が窒素からなる酸素含有ガスによる初期状態から、アンモニアを１００ｐｐｍ含ませた酸素含有ガスによる変化状態に変化させた。また、試験ガスは、５００ｍｌ／ｍｉｎの流量で検出電極２２へ供給した。一方、基準電極２３は大気に開放した。
【００７９】
そして、検出電極２２と基準電極２３との間に生じる電圧を混成電位として検出した。混成電位の大きさは、試験ガスを初期状態から変化状態に変化させた後、混成電位の値が安定したときの最終検出値として検出した。混成電位が安定するまでの変化時間（混成電位の変化時間）は、試験ガスを初期状態から変化状態に変化させた後、混成電位が最終検出値の１０％変化したときから、最終検出値の９０％に変化するまでの時間として検出した。
【００８０】
図１５には、検出電極２２の温度［℃］と、検出された混成電位の変化時間［ｓ］との関係を示す。検出電極２２の温度が３００℃である場合には、混成電位は検出されなかった。検出電極２２の温度が３５０℃である場合には、混成電位が検出されたものの、混成電位が安定して検出されるまでに長い時間を要した。つまり、検出電極２２の温度が３５０℃の場合には、混成電位を検出する応答性が悪いことが確認された。
【００８１】
そして、検出電極２２の温度が４００℃から６５０℃へと高くなるほど、混成電位の変化時間が短くなる、つまり応答性が良くなることが確認された。この結果より、実用上、検出電極２２の温度は４００℃以上とすることにより、アンモニア濃度検出装置１のアンモニア濃度を検出する際の応答性を確保できることが分かった。
【００８２】
図１６には、検出電極２２の温度［℃］と、検出された混成電位［ｍＶ］の最終検出値との関係を示す。検出電極２２の温度が３００℃である場合には、混成電位は検出されなかった。検出電極２２の温度が３５０℃以上である場合には、検出電極２２の温度が高くなるほど、混成電位の最終検出値が小さくなることが確認された。同図において、マイナス側の数値が大きいほど混成電位が大きいことを示す。特に、検出電極２２の温度が６００℃を超えると、混成電位が小さく、混成電位の検出精度が悪くなる。この結果より、実用上、検出電極２２の温度は６００℃以下とすることにより、アンモニア濃度検出装置１のアンモニア濃度の検出精度を確保できることが分かった。
【００８３】
（酸素素子部３）
図１に示すように、本形態のアンモニア濃度検出装置１は、マルチガスセンサを形成するために、アンモニア素子部２、電位差検出部５１、アンモニア濃度算出部５２、ヒータ部４及び通電制御部５８の他に、酸素素子部３、ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４、酸素濃度算出部５５、ＮＯｘ検出部５６及びＮＯｘ濃度算出部５７を備える。また、酸素素子部３には、酸素素子部３及びアンモニア素子部２を加熱するヒータ部４が積層されている。
【００８４】
酸素素子部３は、第２固体電解質体（他の固体電解質体）３１、測定ガス室３５、拡散抵抗部３５１、ポンプ電極３２、ＮＯｘ電極３３及び他の基準電極３４を有する。第２固体電解質体３１は、第１固体電解質体２１に対向して配置されている。第２固体電解質体３１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。このジルコニア材料は、第１固体電解質体２１の場合と同様である。
【００８５】
なお、アンモニア濃度検出装置１がＮＯｘを検出する機能を持たない場合には、酸素素子部３は、ＮＯｘ電極３３を有さず、アンモニア濃度検出装置１はＮＯｘ検出部５６及びＮＯｘ濃度算出部５７を備えていなくてもよい。
【００８６】
図１、図２及び図４に示すように、測定ガス室３５は、第２固体電解質体３１の第３表面３１１に接して形成されている。測定ガス室３５は、ガス室用絶縁体３６によって形成されている。ガス室用絶縁体３６は、アルミナ等のセラミックス材料からなる。拡散抵抗部３５１は、多孔質のセラミックス層として形成されており、測定ガス室３５へ拡散速度を制限して測定ガスＧを導入するための部分である。
【００８７】
ポンプ電極３２は、第３表面３１１における測定ガス室３５内に収容されており、測定ガス室３５内の測定ガスＧに晒される。ＮＯｘ電極３３は、第３表面３１１における測定ガス室３５内に収容されており、ポンプ電極３２によって酸素濃度が調整された後の測定ガスＧに晒される。他の基準電極３４は、第２固体電解質体３１における、第３表面３１１とは反対側の第４表面３１２に設けられている。
【００８８】
ポンプ電極３２は、酸素に対する触媒活性を有する白金−金合金等の貴金属材料を用いて構成されている。ＮＯｘ電極３３は、ＮＯｘ及び酸素に対する触媒活性を有する白金−ロジウム合金等の貴金属材料を用いて構成されている。他の基準電極３４は、酸素に対する触媒活性を有する白金等の貴金属材料を用いて構成されている。また、ポンプ電極３２、ＮＯｘ電極３３及び他の基準電極３４は、第２固体電解質体３１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てもよい。
【００８９】
本形態の他の基準電極３４は、第２固体電解質体３１を介して、ポンプ電極３２と対向する位置及びＮＯｘ電極３３と対向する位置のそれぞれに設けられている。なお、他の基準電極３４は、ポンプ電極３２及びＮＯｘ電極３３と対向する位置の全体に１つ設けられていてもよい。
【００９０】
図１〜図３に示すように、第２固体電解質体３１の第４表面３１２及び第４表面３１２に設けられた他の基準電極３４は、基準ガスＡとしての大気に晒されている。第１固体電解質体２１と第２固体電解質体３１とは、基準ガスダクト２４を形成するダクト用絶縁体２５を介して積層されている。ダクト用絶縁体２５は、アルミナ等のセラミックス材料からなる。
【００９１】
基準ガスダクト２４は、第１固体電解質体２１の第２表面２１２及び基準電極２３と、第２固体電解質体３１の第４表面３１２及び他の基準電極３４とに大気を接触させる状態で形成されている。基準電極２３及び他の基準電極３４は、基準ガスダクト２４内に収容されている。基準ガスダクト２４は、センサ素子１０の基端から測定ガス室３５に対向する位置まで形成されている。
【００９２】
アンモニア濃度検出装置１の基端側カバー内に導入された基準ガスＡは、基準ガスダクト２４の基端側の開口部から基準ガスダクト２４内に導入される。本形態のセンサ素子１０は、第１固体電解質体２１と第２固体電解質体３１との間に基準ガスダクト２４を有することにより、基準電極２３及び他の基準電極３４の全体をまとめて大気に接触させることができる。
【００９３】
（ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４及び酸素濃度算出部５５）
図１に示すように、ポンピング部５３は、他の基準電極３４をプラス側として、ポンプ電極３２と他の基準電極３４との間に直流電圧を印加して、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおける酸素を汲み出すよう構成されている。ポンプ電極３２と他の基準電極３４との間に直流電圧が印加されるときには、ポンプ電極３２に接触する、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおける酸素が、酸素イオンとなって第２固体電解質体３１を他の基準電極３４に向けて通過し、基準電極２３から基準ガスダクト２４へと排出される。これにより、測定ガス室３５内の酸素濃度が、ＮＯｘの検出に適した濃度に調整される。
【００９４】
ポンプ電流検出部５４は、ポンプ電極３２と他の基準電極３４との間に流れる直流電流を検出するよう構成されている。酸素濃度算出部５５は、ポンプ電流検出部５４によって検出された直流電流に基づいて、測定ガスＧにおける酸素濃度を算出するよう構成されている。ポンプ電流検出部５４においては、ポンピング部５３によって測定ガス室３５内から基準ガスダクト２４へ排出される酸素の量に比例した直流電流が検出される。
【００９５】
また、ポンピング部５３は、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおける酸素濃度が所定の濃度になるまで、測定ガス室３５内から基準ガスダクト２４へ酸素を排出する。そのため、酸素濃度算出部５５は、ポンプ電流検出部５４によって検出される直流電流を監視することにより、アンモニア素子部２及び酸素素子部３に到達する測定ガスＧにおける酸素濃度を算出することができる。
【００９６】
酸素濃度算出部５５によって算出される酸素濃度は、アンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を補正するための酸素濃度として利用される。
【００９７】
（ＮＯｘ検出部５６及びＮＯｘ濃度算出部５７）
図１に示すように、ＮＯｘ検出部５６は、他の基準電極３４をプラス側としてＮＯｘ電極３３と他の基準電極３４との間に直流電圧を印加して、ＮＯｘ電極３３と他の基準電極３４との間に流れる直流電流を検出するよう構成されている。ＮＯｘ濃度算出部５７は、ＮＯｘ検出部５６によって検出される直流電流に基づいて、測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を差し引いて補正後ＮＯｘ濃度を算出するよう構成されている。ＮＯｘ検出部５６においては、ＮＯｘだけでなくアンモニアも検出される。そのため、ＮＯｘ濃度算出部５７においては、アンモニアの検出量を差し引くことにより実際のＮＯｘの検出量が得られる。
【００９８】
ＮＯｘ濃度算出部５７によるＮＯｘ濃度は、２種類あるものとする。ＮＯｘ検出部５６に生じる電流に基づくＮＯｘ濃度を補正前ＮＯｘ濃度とする。補正前ＮＯｘ濃度においては、ＮＯｘ電極３２において反応するアンモニアによるアンモニア濃度が含まれる。一方、ＮＯｘ濃度算出部５７による補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度算出部５２によるアンモニア濃度を差し引いた濃度を、補正後ＮＯｘ濃度とする。補正後ＮＯｘ濃度は、アンモニアによる影響が除外されたＮＯｘ濃度を示す。アンモニア濃度とＮＯｘ濃度とが比較される場合には、補正後ＮＯｘ濃度が用いられる。
【００９９】
ＮＯｘ電極３３には、ポンプ電極３２によって酸素濃度が調整された後の測定ガスＧが接触する。そして、ＮＯｘ検出部５６においては、ＮＯｘ電極３３と他の基準電極３４との間に直流電圧が印加されるときには、ＮＯｘ電極３３に接触する、測定ガス室３５内の測定ガスＧにおけるＮＯｘが窒素と酸素に分解され、酸素が酸素イオンとなって第２固体電解質体３１を他の基準電極３４に向けて通過し、基準電極２３から基準ガスダクト２４へと排出される。また、ＮＯｘ検出部５６にアンモニアが到達するときには、アンモニアが酸化されて生成されたＮＯｘも同様に窒素と酸素に分解される。そして、ＮＯｘ濃度算出部５７は、ＮＯｘ検出部５６によって検出される直流電流を監視することにより、酸素素子部３に到達する測定ガスＧにおける補正前ＮＯｘ濃度を算出し、補正前ＮＯｘ濃度からアンモニア濃度を差し引いて、ＮＯｘ濃度を補正後ＮＯｘ濃度として算出する。
【０１００】
図７において、触媒出口７２１のアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との関係を示す濃度領域におけるＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ濃度算出部５７によって算出される補正後ＮＯｘ濃度とすることができる。また、この濃度領域におけるアンモニア濃度は、アンモニア濃度算出部５２によって算出されるアンモニア濃度とすることができる。
【０１０１】
アンモニア濃度検出装置１を、アンモニア濃度だけでなく酸素濃度及びＮＯｘ濃度も検出するマルチガスセンサとしたことにより、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出する際に、排気管７１に配置するガスセンサの使用数を減らすことができる。また、ＮＯｘ濃度を検出するために使用されるポンプ電極３２及びポンピング部５３を利用して、ポンプ電流検出部５４及び酸素濃度算出部５５によって酸素濃度を検出することができる。
【０１０２】
ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４及びＮＯｘ検出部５６は、アンプ等を用いてセンサ制御ユニット５内に形成されている。酸素濃度算出部５５及びＮＯｘ濃度算出部５７は、コンピュータ等を用いてセンサ制御ユニット５内に形成されている。
【０１０３】
なお、図１においては、便宜的に、電位差検出部５１、ポンピング部５３、ポンプ電流検出部５４及びＮＯｘ検出部５６を、センサ制御ユニット５と区別して記載する。実際には、これらは、センサ制御ユニット５内に構築されている。
【０１０４】
（アンモニア濃度算出部５２）
図１及び図５に示すように、本形態のアンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度算出部５５による酸素濃度を受信するよう構成されている。そして、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度算出部５５による酸素濃度と電位差検出部５１による電位差ΔＶとに基づいて、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度を算出する。
【０１０５】
図１７は、混成電位式のアンモニア素子部２において、測定ガスＧにおけるアンモニア濃度の変化に応じて検出される、電位差検出部５１による検出電極２２と基準電極２３との間の電位差（混成電位）ΔＶが、酸素濃度の影響を受けて変化することを示す。同図に示すように、電位差検出部５１によって検出される電位差（混成電位）ΔＶは、酸素濃度が高くなるほど小さく検出される（マイナス側のゼロに近い位置で検出される）。この理由は、図１０における傾きθｓによって説明したとおりである。
【０１０６】
図１８に示すように、本形態のアンモニア濃度算出部５２においては、測定ガスＧにおける酸素濃度をパラメータとして、電位差検出部５１による電位差ΔＶと、酸素濃度に応じた補正が行われた酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１との関係を示す関係マップＭ１が設定されている。この関係マップＭ１は、酸素濃度が所定の値にあるときの電位差ΔＶと酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１との関係として作成されている。アンモニア濃度算出部５２は、測定ガスＧにおける酸素濃度及び電位差検出部５１による電位差ΔＶを関係マップＭ１に照合して、測定ガスＧにおける酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を算出するよう構成されている。
【０１０７】
より具体的には、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度算出部５５による酸素濃度と、電位差検出部５１による電位差ΔＶとを、関係マップＭ１の酸素濃度及び電位差ΔＶにそれぞれ照合する。そして、関係マップＭ１から、電位差ΔＶのときの酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を読み取る。そして、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度が高いほど、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１が高くなるように補正する。こうして、酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１は、酸素濃度に応じて補正された、アンモニア濃度検出装置１から出力されるアンモニア出力濃度となる。なお、関係マップＭ１においては、電位差ΔＶを、酸素補正前のアンモニア濃度Ｃ０としてもよい。
【０１０８】
同図においては、測定ガスＧ中の酸素濃度が、例えば、５［体積％］、１０［体積％］、２０［体積％］である場合の関係マップＭ１を示す。この関係マップＭ１を用いることにより、酸素濃度に応じたアンモニア濃度Ｃ１又は電位差ΔＶの補正を容易にすることができる。電位差ΔＶと酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１との関係マップＭ１は、アンモニア濃度検出装置１の試作・実験時等において求めておくことができる。
【０１０９】
また、図１８の関係マップＭ１は、検出電極２２の温度ごとに設定することができる。そして、検出電極２２の温度の違いを反映して、酸素濃度に応じた酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を算出することができる。また、関係マップＭ１から算出された酸素補正後のアンモニア濃度Ｃ１を、検出電極２２の温度に応じて定められた温度補正係数を用いて補正することもできる。
【０１１０】
電位差検出部５１及びアンモニア濃度算出部５２は、アンモニア濃度検出装置１に電気接続されたセンサ制御ユニット（ＳＣＵ）５内に形成されている。電位差検出部５１は、検出電極２２と基準電極２３との電位差ΔＶを測定するアンプ等を用いて形成されている。アンモニア濃度算出部５２は、コンピュータ等を用いて形成されている。また、センサ制御ユニット５は、内燃機関７のエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０に接続されており、エンジン制御ユニット５０による、内燃機関７、還元剤供給装置７３等の動作の制御に利用される。
【０１１１】
なお、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度に応じたアンモニア濃度の補正を行う際には、ＮＯｘ検出部５６による補正前ＮＯｘ濃度又は補正後ＮＯｘ濃度も加味してアンモニア濃度を補正することもできる。酸素素子部３におけるＮＯｘ電極３３は、ＮＯｘに対する触媒活性を有するだけでなく、アンモニアに対する触媒活性も有する。そのため、アンモニア濃度は、ＮＯｘ電極３３において、補正前ＮＯｘ濃度として検出することが可能である。これにより、アンモニア濃度算出部５２においては、酸素濃度、検出電極２２の温度及びＮＯｘ濃度に基づいて、電位差ΔＶによるアンモニア濃度を補正することもできる。
【０１１２】
（ヒータ部４及び通電制御部５８）
図１及び図２に示すように、第２固体電解質体３１の、第１固体電解質体２１が積層された側とは反対側には、酸素素子部３及びアンモニア素子部２を加熱するヒータ部４が積層されている。言い換えれば、ヒータ部４は、酸素素子部３に対してアンモニア素子部２が積層された側とは反対側に積層されている。
【０１１３】
ヒータ部４は、通電によって発熱する発熱体４１と、発熱体４１を埋設するヒータ用絶縁体４２とによって形成されている。ヒータ用絶縁体４２は、アルミナ等のセラミックス材料からなる。アンモニア素子部２と酸素素子部３とは、基準ガスＡが導入される基準ガスダクト２４を介して積層されている。基準電極２３及び他の基準電極３４は、基準ガスダクト２４内に収容されている。
【０１１４】
発熱体４１は、発熱部と、発熱部に繋がるリード部とによって形成されており、発熱部は、各電極２２，２３，３２，３３，３４に対向する位置に形成されている。発熱体４１には、発熱体４１に通電を行うための通電制御部５８が接続されている。通電制御部５８による発熱体４１への通電量は、発熱体４１へ印加する電圧を変化させることによって調整することができる。通電制御部５８は、発熱体４１に、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御等を行った電圧を印加するドライブ回路等を用いて形成されている。通電制御部５８は、センサ制御ユニット５内に形成されている。
【０１１５】
アンモニア素子部２とヒータ部４との距離は、酸素素子部３とヒータ部４との距離よりも大きい。そして、ヒータ部４によって酸素素子部３を加熱する温度に比べて、ヒータ部４によってアンモニア素子部２を加熱する温度は低い。酸素素子部３のポンプ電極３２及びＮＯｘ電極３３は、６００〜９００℃の温度において使用され、アンモニア素子部２の検出電極２２は、４００〜６００℃の温度において使用される。
【０１１６】
検出電極２２の温度は、ヒータ部４の加熱によって、４００〜６００℃の温度範囲内のいずれかの温度を目標として制御される。通電制御部５８は、検出電極２２の温度を目標制御温度に制御するときには、ＮＯｘ電極３３を、６００〜９００℃の温度に加熱するよう構成されている。この構成により、通電制御部５８によるヒータ部４の加熱制御によって、アンモニア素子部２の検出電極２２及び酸素素子部３のＮＯｘ電極３３のそれぞれを、アンモニアの検出及びＮＯｘの検出に適切な温度に加熱することができる。
【０１１７】
また、酸素素子部３とアンモニア素子部２との間に基準ガスダクト２４が形成されていることにより、ヒータ部４によって酸素素子部３及びアンモニア素子部２を加熱する際に、基準ガスダクト２４を断熱層として作用させることができる。これにより、酸素素子部３のポンプ電極３２及びＮＯｘ電極３３の温度に比べて、アンモニア素子部２の検出電極２２の温度を容易に低くすることができる。また、通電制御部５８による通電制御を行うことにより、酸素素子部３及びアンモニア素子部２の温度を目標とする温度に制御する。
【０１１８】
（温度設定部５０１）
アンモニア濃度検出装置１は、通電制御部５８による検出電極２２の目標制御温度を設定するための温度設定部５０１を備える。温度設定部５０１においては、検出電極２２の目標制御温度が、４００〜６００℃の温度範囲内のうちの特定の温度として設定されている。検出電極２２の目標制御温度は、４００〜６００℃の間で適宜変更することができる。
【０１１９】
（作用効果）
本形態のアンモニア濃度検出装置１においては、検出電極２２の温度が４００〜６００℃の範囲内のいずれかの目標制御温度になるようにする。目標制御温度は、アンモニア濃度検出装置１が使用される環境、アンモニア濃度検出装置１の使用経過時間等を考慮して、適宜変更することが可能である。
【０１２０】
発明者らの研究の結果、目標制御温度とする検出電極２２の温度は、４００〜６００℃の範囲内において設定することが重要であることが分かった。この温度の範囲内においては、図１５及び図１６に示したように、電位差検出部５１によって、検出電極２２と基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶを適切に検出することができ、かつ、アンモニア濃度の変化が電位差検出部５１における電位差ΔＶとして検出されるまでの時間としての応答性を適切に維持することができる。
【０１２１】
また、発明者らの研究の結果、アンモニア濃度算出部５２によって、酸素濃度の絶対量に応じた補正が行われたアンモニア濃度を算出する際には、検出電極２２の温度を考慮することが重要であることが分かった。具体的には、図１２に示したように、アンモニア濃度算出部５２は、通電制御部５８による目標制御温度が高いほど、酸素濃度が所定量変化したときのアンモニア濃度の補正量を小さくするよう構成されている。
【０１２２】
検出電極２２の温度が高くなるほど、電位差検出部５１による電位差ΔＶは低く検出される傾向にある。そして、検出電極２２の温度が高くなるほど、酸素濃度が所定量変化したときに、電位差検出部５１によって検出される電位差ΔＶの変化は小さくなる。そのため、目標制御温度とする検出電極２２の温度が高くなるほど、酸素濃度の変化量に対するアンモニア濃度の補正量を小さくする。
【０１２３】
また、酸素濃度が高くなるほど、電位差検出部５１による電位差ΔＶは低く検出される傾向にある。そのため、アンモニア濃度算出部５２は、酸素濃度が高くなるほどアンモニア濃度を高くする補正を行う。
【０１２４】
このような検出電極２２の温度を考慮した、酸素濃度に応じたアンモニア濃度の補正を行うことにより、アンモニア濃度検出装置１によるアンモニア濃度の検出精度を向上させることができる。
【０１２５】
それ故、本形態のアンモニア濃度検出装置１によれば、混成電位式のアンモニア濃度検出装置１によるアンモニア濃度の検出精度を高めることができる。
【０１２６】
＜実施形態２＞
（温度推測部６）
本形態のアンモニア濃度検出装置１は、図１９及び図２０に示すように、検出電極２２と基準電極２３との間に交流電圧を印加したときに検出されるインピーダンスＺの値に基づいて、検出電極２２の温度を推測する温度推測部６を更に備える。通電制御部５８は、温度推測部６による検出電極２２の温度が目標制御温度になるよう、発熱体４１への通電量を制御するよう構成されている。検出電極２２の温度が温度分布を有する場合には、検出電極２２の温度は、検出電極２２の重心の温度とすることができる。
【０１２７】
アンモニア濃度検出装置１は、温度推測部６の他に、検出電極２２と基準電極２３との間に交流電圧を印加する交流電圧印加部６１と、検出電極２２と基準電極２３との間のインピーダンスＺを検出するインピーダンス検出部６２と、検出電極２２と基準電極２３との間に、交流電圧印加部６１及びインピーダンス検出部６２を接続するための切り替え部６０とを備える。
【０１２８】
同図に示すように、温度推測部６による検出電極２２の温度の推定と、電位差検出部５１による電位差ΔＶの検出とは、互いに異なるタイミングで行う。すなわち、切り替え部６０によって交流電圧印加部６１及びインピーダンス検出部６２が検出電極２２と基準電極２３との間に接続されるときには、アンモニア濃度検出装置１は、電位差検出部５１による電位差ΔＶの検出を停止する、又は電位差検出部５１によって検出された電位差ΔＶを無効にするよう構成されている。
【０１２９】
検出電極２２と基準電極２３との間のインピーダンスＺは、検出電極２２と基準電極２３との間に交流電圧を印加したときのアンモニア素子部２の抵抗値を示す。検出電極２２の温度が高くなるに連れて、検出電極２２のインピーダンスＺが小さくなると考えられる。検出電極２２のインピーダンスＺの変化は、検出電極２２と基準電極２３との間のインピーダンスＺであるアンモニア素子部２のインピーダンスＺの変化として生じる。
【０１３０】
インピーダンス検出部６２によって検出したインピーダンスＺを、分析によって、検出電極２２、基準電極２３及び第１固体電解質体２１の成分に分解する場合には、インピーダンス検出部６２によって検出電極２２のインピーダンスＺを検出することも可能である。
【０１３１】
また、温度推測部６は、検出電極２２又はアンモニア素子部２のインピーダンスＺの値と、検出電極２２の温度との関係が求められた関係マップを有する。そして、インピーダンス検出部６２によって検出されたインピーダンスＺを、関係マップに照合し、関係マップから検出電極２２の温度を推定することができる。
【０１３２】
本形態の通電制御部５８においては、検出電極２２の目標制御温度が、検出電極２２又はアンモニア素子部２のインピーダンスＺの値と、検出電極２２の温度との関係マップに照合され、この目標制御温度のときの目標インピーダンスＺ０の値が読み取られる。そして、通電制御部５８は、インピーダンス検出部６２によるインピーダンスＺが、目標インピーダンスＺ０になるよう、発熱体４１への通電量を制御する。言い換えれば、通電制御部５８は、目標インピーダンスＺ０と検出されたインピーダンスＺとの偏差がゼロになるよう発熱体４１への通電量を制御する。
【０１３３】
切り替え部６０は、温度推測部６によって検出電極２２の温度を推測するときに、検出電極２２と基準電極２３との間に交流電圧印加部６１及びインピーダンス検出部６２を接続する接続位置と、電位差検出部５１によって検出電極２２と基準電極２３との間の電位差ΔＶを検出するときに、検出電極２２と基準電極２３との間から交流電圧印加部６１及びインピーダンス検出部６２を切り離す切離位置とに切り替え可能なスイッチング回路によって構成されている。切り替え部６０による接続位置と切離位置との切り替えは、適宜タイミングで交互に行うことができる。
【０１３４】
温度推測部６は、ヒータ部４における発熱体４１の抵抗値又はインピーダンスを測定し、発熱体４１の抵抗値又はインピーダンスに基づいて検出電極２２の温度を推測する構成とすることもできる。また、温度推測部６は、通電制御部５８から発熱体４１への通電量を積算し、この通電量の積算値の変化に基づいて検出電極２２の温度を推測する構成とすることもできる。これらの場合には、アンモニア素子部２、酸素素子部３及びヒータ部４が積層されたセンサ素子１０における温度分布を考慮して、検出電極２２の温度を推定する。
【０１３５】
なお、検出電極２２の温度は、通電制御部５８による発熱体４１への通電量の積算値の変化に応じてほぼ決まる。通電制御部５８による発熱体４１への通電制御の仕方によって検出電極２２の温度を目標制御温度の範囲内に維持することができる。
【０１３６】
本形態のアンモニア濃度検出装置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の場合と同様である。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の場合と同様である。
【０１３７】
＜実施形態３＞
（温度検知部６Ａ）
本形態のアンモニア濃度検出装置１は、図１９に示すように、通電制御部５８によって発熱体４１への通電量が制御されるときに、検出電極２２の温度を測定又は推測する温度検知部６Ａを備える。そして、本形態のアンモニア濃度算出部５２は、温度検知部６Ａによる検出電極２２の温度が高いほど、酸素濃度が所定量変化したときのアンモニア濃度の補正量を小さくするよう構成されている。
【０１３８】
本形態のアンモニア濃度検出装置１においては、温度検知部６Ａによって、検出電極２２の温度を測定又は推測することによって、検出電極２２の温度の変化を反映して、酸素・温度補正後のアンモニア濃度を算出することができる。そのため、通電制御部５８によって発熱体４１への通電量を調整して、検出電極２２を目標制御温度に加熱する際に、検出電極２２の温度にばらつきが生じたとしても、この検出電極２２の温度及び酸素濃度に応じて、電位差ΔＶによるアンモニア濃度を補正することができる。
【０１３９】
本形態のアンモニア濃度算出部５２においては、検出電極２２の温度と測定ガスＧにおける酸素濃度とをパラメータとして、電位差検出部５１による電位差ΔＶと、酸素・温度補正後のアンモニア濃度との関係マップを設定することができる。そして、電位差検出部５１による電位差ΔＶ、酸素濃度算出部５５による酸素濃度及び温度検知部６Ａによる検出電極２２の温度を関係マップに照合し、酸素濃度及び検出電極２２の温度が反映された、酸素・温度補正後のアンモニア濃度を算出することができる。
【０１４０】
温度検知部６Ａは、実施形態２及び図１９に示した温度推測部６の構成と同様にして、検出電極２２の温度を推測することができる。また、図示は省略するが、温度検知部６Ａは、検出電極２２又は第１固体電解質体２１に設けられた温度検出体によって、検出電極２２の温度を測定する構成とすることもできる。温度検出体は、検出電極２２の温度を検出するための温度検出用の電極、素子等とすることができる。
【０１４１】
本形態のアンモニア濃度検出装置１においても、通電制御部５８により、検出電極２２の温度が４００〜６００℃の範囲内の目標制御温度になるようにする。また、本形態においては、検出電極２２の温度を監視して、酸素・温度補正後のアンモニア濃度を算出することができる。
【０１４２】
本形態のアンモニア濃度検出装置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の場合と同様である。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の場合と同様である。
【０１４３】
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。
【符号の説明】
【０１４４】
１  アンモニア濃度検出装置
２  アンモニア素子部
４  ヒータ部
５１  電位差検出部
５２  アンモニア濃度算出部
５８  通電制御部
６  温度推測部
６Ａ  温度検知部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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