(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知ガスが触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式ガスセンサの起動時に、前記被検知ガスのガス濃度を予測する方法であって、
前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に前記ガスセンサを起動してから所定時間後における該ガスセンサの出力値の変化速度に基づいて、前記被検知ガスのガス濃度を予測することを特徴とするガスセンサ起動時のガス濃度予測方法。
【請求項２】
被検知ガスが触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式ガスセンサにより、前記被検知ガスが所定濃度を越えたか否かを検知するガス検知方法であって、
前記ガスセンサの起動時に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値が所定の判定値を越えたときは、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定し、前記判定値は前記検出素子の温度に応じて変更することを特徴とするガス検知方法。
【請求項３】
被検知ガスが触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式ガスセンサにより、前記被検知ガスが所定濃度を越えたか否かを検知するガス検知方法であって、
前記ガスセンサの起動時に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値が所定の判定値を越えたときは、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定し、前記所定時期は前記検出素子の温度に応じて変更することを特徴とするガス検知方法。
【請求項４】
前記出力特性値は、前記ガスセンサを起動してから所定時間後における前記ガスセンサの出力値であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガス検知方法。
【請求項５】
前記出力特性値は、前記ガスセンサを起動してから所定時間後における前記ガスセンサの出力値の変化速度であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガス検知方法。
【請求項６】
前記被検知ガスは水素ガスであり、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガス中の水素ガス濃度が所定濃度を越えたか否かを検知することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載のガス検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス接触燃焼式ガスセンサの起動時におけるガス濃度予測方法と、ガス接触燃焼式ガスセンサを利用したガス検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタックを備えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソードに酸化剤として空気が供給されて、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【０００３】
また、このような固体高分子膜型燃料電池等の燃料電池においては、カソードから排出される未反応の空気（空気オフガスという）は系外に排出するのが一般的であるが、その場合には、空気オフガス中に水素ガスが存在しないことを確認する必要がある。
そこで、従来から、特公平６−５２６６２号公報や特開平６−２２３８５０号公報等に開示されているように、燃料電池のカソード側の排出系に水素センサを設置し、この水素センサによって空気オフガス中に水素ガスが存在していないことを確認するシステムが開発されている。
これらのシステムにおいては、前記水素センサの出力に基づいて空気オフガス中のガス検知が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記水素センサにガス接触燃焼式のガスセンサを用いることが考えられている。このガス接触燃焼式ガスセンサは、触媒が付着されている検出素子と触媒が付着されていない温度補償素子とを備えて構成されており、被検知ガス（水素センサの場合は水素）が触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するものである。
【０００５】
このようなガス接触燃焼式ガスセンサからなる水素センサでは、水素濃度に応じた大きさの電気信号（電流値等）を出力するが、触媒燃焼による熱を利用しているため、触媒が十分に活性していないと水素濃度に応じた大きさの電気信号を出力することができない。ここで、触媒の活性は触媒温度に依存し、一般的に、触媒温度が高い方が触媒は活性化される。
このため、水素センサの起動時には、触媒が十分に活性するまでの間、水素センサの出力が安定せず、正しい水素濃度を検出することができないので、水素センサの出力が安定した後に、その出力値に基づいてガス検知を実行せざるを得ない。
【０００６】
しかしながら、このようにすると、水素センサを起動してから水素センサの出力が安定するまでの間はガス検知を実行しないこととなるため、センサ起動時のガス検知実行の早期化が求められた。
そこで、この発明は、ガスセンサ起動時にガスセンサの出力が安定する前に被検知ガスのガス濃度を予測することができるガス接触燃焼式ガスセンサのガス濃度予測方法と、ガスセンサ起動時にガスセンサの出力が安定する前に被検知ガスを検知することができるガス検知方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この出願に係る第１の発明は、被検知ガスが触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式ガスセンサの起動時に、前記被検知ガスのガス濃度を予測する方法であって、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に前記ガスセンサを起動してから所定時間後における該ガスセンサの出力値の変化速度に基づいて、前記被検知ガスのガス濃度を予測することを特徴とするガスセンサ起動時のガス濃度予測方法である。
【０００８】
ガス接触燃焼式ガスセンサにおいては、ガスセンサの起動時に、触媒が十分に活性するまでの間、被検知ガスのガス濃度に応じて一定の規則性を持って徐々に増大変化し、その増大変化の変化速度は被検知ガスのガス濃度が高いほど速い。このセンサ起動時の出力変化特性を、この出願ではガスセンサの起動特性と称す。したがって、このガスセンサの起動特性が既知であれば、ガスセンサの出力が被検知ガスのガス濃度に対応する出力値に安定する時（以下、安定時期と称す）よりも前の所定時期におけるガスセンサの出力値、あるいは、出力上昇の傾き（すなわち、出力増大の変化速度）から、前記安定時期のガスセンサの出力、すなわち、被検知ガスのガス濃度を予測することができる。
【０００９】
ここで、安定時期より前の所定時期におけるガスセンサの出力値、あるいは、出力増大の変化速度を、前記所定時期の「出力特性値」と定義すれば、前記所定時期の出力特性値は、そのガスセンサの起動特性により決定されるということができる。したがって、ガス接触燃焼式ガスセンサの起動時においては、ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値に基づいて、被検知ガスのガス濃度を予測することができる。
これにより、ガスセンサの出力が安定する前に被検知ガスの濃度を予測することができる
【００１０】
前記第１の発明において、前記出力特性値は、前記ガスセンサを起動してから所定時間後における該ガスセンサの出力値の変化速度とする。
【００１１】
また、この出願に係る第２の発明は、被検知ガス（例えば、後述する実施の形態における水素ガス）が触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して検出素子（例えば、後述する実施の形態における検出素子３２）と温度補償素子（例えば、後述する実施の形態における温度補償素子３３）との電気抵抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式ガスセンサ（例えば、後述する実施の形態における水素センサ２５）により、前記被検知ガスが所定濃度（例えば、後述する実施の形態における許容水素濃度）を越えたか否かを検知するガス検知方法であって、前記ガスセンサの起動時に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期（例えば、後述する実施の形態における起動時判定時間Ｔａ，Ｔａ１，Ｔａ２）に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値（例えば、後述する実施の形態における水素センサ２５の出力値、あるいは、出力増大の変化速度）が所定の判定値（例えば、後述する実施の形態における判定値Ａ，Ａ１，Ａ２，Ｖ，Ｖ１，Ｖ２）を越えたときは、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定し、前記判定値は前記検出素子の温度に応じて変更することを特徴とするガス検知方法である。
また、この出願に係る第３の発明は、被検知ガス（例えば、後述する実施の形態における水素ガス）が触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して検出素子（例えば、後述する実施の形態における検出素子３２）と温度補償素子（例えば、後述する実施の形態における温度補償素子３３）との電気抵抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するガス接触燃焼式ガスセンサ（例えば、後述する実施の形態における水素センサ２５）により、前記被検知ガスが所定濃度（例えば、後述する実施の形態における許容水素濃度）を越えたか否かを検知するガス検知方法であって、前記ガスセンサの起動時に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期（例えば、後述する実施の形態における起動時判定時間Ｔａ，Ｔａ１，Ｔａ２）に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値（例えば、後述する実施の形態における水素センサ２５の出力値、あるいは、出力増大の変化速度）が所定の判定値（例えば、後述する実施の形態における判定値Ａ，Ａ１，Ａ２，Ｖ，Ｖ１，Ｖ２）を越えたときは、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定し、前記所定時期は前記検出素子の温度に応じて変更することを特徴とするガス検知方法である。
【００１２】
前述したように、ガス接触燃焼式ガスセンサの起動時においては、ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値に基づいて、被検知ガスのガス濃度を予測することができるので、このガス接触燃焼式ガスセンサを用いて被検知ガスが所定濃度を越えたか否かを検知する場合、出力安定前に予測したガス濃度と前記所定濃度とを比較することにより、出力安定前に被検知ガスが前記所定濃度を越えたか否かを判定することができる。
【００１３】
さらに、ガス接触燃焼式ガスセンサでは、前記所定濃度に対応するガスセンサの出力値を安定後判定値と設定した場合、安定時期にガスセンサの出力が安定後判定値となるときの起動特性を予め実験的に求め、この起動特性における安定時期前の所定時期における出力特性値を求めて、これを安定時期前の前記所定時期における「起動時判定値」とすれば、実際にガスセンサを起動してガス検知を実行した時の前記所定時期におけるガスセンサの出力特性値を検出して、この検出された出力特性値と前記「起動時判定値」とを比較して、被検知ガスが前記所定濃度を越えたか否かを判定することができる。
【００１４】
したがって、ガス接触燃焼式ガスセンサによりガス検知をする場合には、前記ガスセンサの起動時に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値が所定の判定値を越えたときは、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定することができる。
これにより、被検知ガスが前記所定濃度を越えた虞がある時には、ガスセンサの出力が安定する以前にこれを検知することができ、ガス検知の早期化を図ることができる。
【００１５】
また、前記第２、第３の発明において、前記出力特性値は、前記ガスセンサを起動してから所定時間後における前記ガスセンサの出力値とすることができる。
また、前記第２、第３の発明において、前記出力特性値は、前記ガスセンサを起動してから所定時間後における前記ガスセンサの出力値の変化速度とすることができる。
【００１６】
そして、前記第２の発明においては、前記検出素子の温度に応じて前記判定値を変更する。
このように構成することにより、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができる。
【００１７】
また、前記第３の発明においては、前記検出素子の温度に応じて前記所定時期を変更する。
このように構成することにより、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができる。
【００１８】
また、第２、第３の発明においては、前記被検知ガスが水素ガスであり、燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池２）のカソードから排出されるカソードオフガス（例えば、後述する実施の形態における空気オフガス）中の水素ガス濃度が所定濃度を越えたか否かを検知するガス検知方法とすることができる。
このように構成することにより、万が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が所定濃度を越えた虞がある時には、前記ガスセンサの出力が安定する前にこれを検知することができ、ガス検知の早期化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るガス接触燃焼式ガスセンサのガス濃度予測方法およびガス検知方法を説明する。
初めに、この発明に係るガス接触燃焼式ガスセンサのガス濃度予測方法の原理を図１の図面を参照して説明する。
前述したように、ガス接触燃焼式ガスセンサは、触媒が付着されている検出素子と触媒が付着されていない温度補償素子とを備えて構成され、被検知ガス（水素センサの場合は水素）が触媒に接触した際に燃焼する熱を利用して検出素子と温度補償素子との電気抵抗の差異から前記被検知ガスのガス濃度を検出するものであるため、ガスセンサの起動時には、触媒が十分に活性するまでの間、ガスセンサの出力が安定しない。
【００２０】
ここで、本発明者は、ガスセンサが起動されてから出力が安定するまでの間、ガスセンサの出力は不規則に変化するわけではなく、被検知ガスのガス濃度に応じて一定の規則性を持って変化することに着目した。
図１は、前記ガスセンサの起動時の出力変化を実験的に求めた一例であり、横軸にガスセンサ起動からの時間、縦軸にガスセンサの出力をとっている。図１に示すように、被検知ガスのガス濃度が高い場合および低い場合のいずれの場合も、ガスセンサの出力は、起動から時間が経過するにしたがって徐々に増大していき、被検知ガスのガス濃度に対応する出力値を一旦越えた後、被検知ガスのガス濃度に対応する出力値に収束していき、所定時間Ｔｂが経過した後は出力が安定する。
【００２１】
そして、被検知ガスのガス濃度が高いほどセンサ出力の上昇が速いことが、実験的に確認された。しかも、ガスセンサ起動から出力安定までの出力の変化は、被検知ガスのガス濃度に応じて再現性があることも、実験的に確認された。つまり、このガスセンサにおいては、被検知ガスのガス濃度に応じて、ガスセンサ起動からセンサ出力が安定するまでの出力変化パターンが決まる。この起動時の出力変化特性を、この出願ではガスセンサの起動特性と称す。
【００２２】
したがって、このガスセンサの起動特性が既知であれば、ガスセンサの出力が被検知ガスのガス濃度に対応する出力値に安定するまでにかかる所定時間（以下、これを安定時間という）Ｔｂよりも前の所定時期（例えば、図１における時間Ｔａ）におけるガスセンサの出力値、あるいは、出力上昇の傾き（すなわち、出力増大の変化速度）から、安定時間Ｔｂ経過後のガスセンサの出力、すなわち、被検知ガスのガス濃度を予測することができる。
【００２３】
ここで、安定時間Ｔｂより前の所定時期におけるガスセンサの出力値、あるいは、出力上昇の傾き（すなわち、出力増大の変化速度）を、前記所定時期の「出力特性値」と定義すると、安定時間Ｔｂより前の所定時期の出力特性値は、そのガスセンサの起動特性により決定されるということができる。
つまり、ガス接触燃焼式ガスセンサの起動時においては、ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値に基づいて、被検知ガスのガス濃度を予測することができる。
これにより、ガスセンサの出力が安定する前に被検知ガスの濃度を予測することができる
【００２４】
また、このガス接触燃焼式ガスセンサを用いて被検知ガスが所定濃度を越えたか否かを検知する場合、このガスセンサの起動時には、ガスセンサの出力が安定する前の所定時期（例えば、図１における時間Ｔａ）に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値に基づいて被検知ガスのガス濃度を予測し、この予測したガス濃度と前記所定濃度とを比較することにより、出力安定前に被検知ガスが前記所定濃度を越えたか否かを判定することができる。
【００２５】
さらに、ガス接触燃焼式ガスセンサでは、例えば、図１に示すように、前記所定濃度に対応するガスセンサの出力値を判定値Ｂと設定した場合、安定時間Ｔｂ後にガスセンサの出力が判定値Ｂとなるときの起動特性を予め実験的に求め、この起動特性における所定時期（Ｔａ）の出力特性値Ａを求めて、これを所定時期（Ｔａ）における判定値Ａとすれば、実際にガスセンサを起動してガス検知を実行した時の所定時期（Ｔａ）におけるガスセンサの出力特性値を検出して、この検出された出力特性値と前記判定値Ａとを比較して、被検知ガスが前記所定濃度を越えたか否かを判定することができる。以下、ガス検知をする場合における安定時間Ｔｂ前の前記所定時間Ｔａを起動時判定時間Ｔａと呼ぶこととする。
【００２６】
図１を参照して、具体的に説明すると、実際にガスセンサを起動してガス検知を実行した時の起動時判定時間Ｔａにおける出力特性値が、判定値Ａよりも小さい「Ｓ１」の場合は、被検知ガスが前記所定濃度以下であると判定することができ、判定値Ａよりも大きい「Ｓ２」の場合は、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定することができる。
すなわち、ガス接触燃焼式ガスセンサの起動時には、ガスセンサの出力が安定する前の起動時判定時間Ｔａに該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値が所定の判定値を越えたときは、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定することができる。これは、出力特性値をガスセンサの出力値とした場合、あるいは、センサ出力増大の変化速度とした場合のいずれの場合にも成立する。
【００２７】
＜第１の実施の形態＞
次に、図２および図３の図面を参照して、この発明に係るガス検知方法の第１の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態では、ガス接触燃焼式ガスセンサは、水素ガスを検出する水素センサとしての態様であり、この水素センサを用いて、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度（所定濃度）以下であることを確認するガス検知方法の態様である。ここで、許容水素濃度は、例えば、空気オフガス中に水素ガスが存在しないと判断される上限濃度とすることができる。
【００２８】
図２は、燃料電池システムの構成図であり、この実施の形態において、燃料電池システムは例えば該燃料電池の発電電力によって駆動する電気自動車等の車両に搭載されている。
燃料電池２は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなる。この燃料電池２では、水素供給路１１を介して燃料として水素ガスが前記アノードに供給されるとともに、空気供給路２１を介して酸化剤として空気が前記カソードに供給され、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。そして、未反応の水素ガス、すなわち水素オフガスは水素排出路１２から排出されて図示しない循環路を介して再利用され、反応済みの空気、すなわち空気オフガス（カソードオフガス）は空気排出路（ガス流路）２２から系外に排出される。
【００２９】
空気排出路２２の途中には、その重力方向上側にガス接触燃焼式の水素センサ２５が取り付けられており、この水素センサ２５により空気オフガス中に水素ガスが存在しないことを確認することができるようになっている。
水素センサ２５はケース３０を備え、前記空気排出路２２の取付座に締め付け固定されている。ケース３０の下面には、空気排出路２２の貫通孔（図示せず）に外側から挿通される筒状部３１が形成されている。筒状部３１の内部はガス検出室として形成されており、このガス検出室に空気オフガスが下方から導入されるようになっている。
【００３０】
そして、この筒状部３１の内部に、白金等の触媒が付着された検出素子３２と触媒が付着されていない温度補償素子３３とが装着されている。検出素子３２と温度補償素子３３はガス検出室内で同一高さで所定間隔を隔てて一対設けられている。これら検出素子３２と温度補償素子３３はケース３０内に設けられた回路基板（図示せず）に接続されている。
検出素子３２は周知の素子であって、被検出ガスである水素が白金等の触媒に接触した際に燃焼する熱を利用し、水素の燃焼により高温となった検出素子３２と雰囲気温度下の温度補償素子３３との間に電気抵抗の差が生ずることを利用して、水素ガス濃度を検出し、水素ガス濃度に応じた出力電流を出力信号として制御装置２９に出力する。
【００３１】
次に、水素センサ２５の起動時における水素ガスの検知手順を図３のフローチャートに従って説明する。
図３に示すフローチャートは、センサ起動時ガス検知処理ルーチンを示すものであり、このセンサ起動時ガス検知処理ルーチンは、水素センサ２５が起動されるたびにＥＣＵ３０によって実行される。
水素センサ２５が起動されると（ステップＳ１０１）、ステップＳ１０２において、水素センサ２５が起動してから起動時判定時間Ｔａを経過したか否かを判定する。ここで、起動時判定時間Ｔａは、水素センサ２５の出力が安定する安定時間Ｔｂよりも前に設定する。
【００３２】
ステップＳ１０２における判定結果が「ＮＯ」（起動時判定時間Ｔａ経過前）である場合は、起動時判定時間Ｔａが経過するまで待ち、ステップＳ１０２における判定結果が「ＹＥＳ」（起動時判定時間Ｔａ経過）である場合は、ステップＳ１０３ａに進んで、この時の出力特性値として水素センサ２５の出力値を読み込み、この出力値が判定値Ａよりも大きいか否かを判定する。
なお、判定値Ａの設定方法は、予め実験的に、水素センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後に許容水素濃度に対応する出力値（すなわち判定値）Ｂとなるときの起動特性を求め、この起動特性から、起動時判定時間Ｔａにおける出力特性値を求め、これを判定値Ａに設定する。
【００３３】
ステップＳ１０３ａにおける判定結果が「ＹＥＳ」（出力値が判定値Ａより大）である場合（例えば、図１におけるＳ２）は、ステップＳ１０４に進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ１０３ａにおける判定結果が「ＮＯ」（出力値が判定値Ａ以下）である場合（例えば、図１におけるＳ１）は、この時点では空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度以下であると判定することができるので、ステップＳ１０５に進んで、安定時間Ｔｂを経過するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００３４】
なお、図示を省略するが、このセンサ起動時ガス検知処理を終了した後で、安定時間Ｔｂを経過後における通常のガス検知処理が実行される。
このように、安定時間Ｔｂ前の起動時判定時間Ｔａにおける水素センサ２５の出力値に基づいてセンサ起動時ガス検知を実行すると、万が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞がある時には、水素センサ２５の出力が安定する以前の段階で、早期に警報を発することができる。
【００３５】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知を図４のフローチャートに従って説明する。
第２の実施の形態におけるセンサ起動時ガス検知は、起動時判定時間Ｔａ経過後の水素センサ２５の出力値の変化速度を出力特性値として用いるものである。
図４に示す第２の実施の形態におけるフローチャートが図３に示す第１の実施の形態のフローチャートと相違する点は、ステップＳ１０３ａに代えてステップＳ１０３ｂとした点だけであり、その他のステップは第１の実施の形態と同じであるので、同一ステップに同一符号を付してその説明を省略し、相違するステップＳ１０３ｂを中心に説明する。
【００３６】
ステップＳ１０３ｂにおいては、起動時判定時間Ｔａ後の水素センサ２５の出力値の増大速度、すなわち、出力増大の変化速度を算出し、この変化速度が判定値Ｖよりも大きいか否かを判定する。なお、出力増大の変化速度は、微小時間における出力の増大量として算出することができる。
なお、判定値Ｖの設定方法は、予め実験的に、水素センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後に許容水素濃度に対応する出力値（すなわち判定値）Ｂとなるときの起動特性を求め、この起動特性から、起動時判定時間Ｔａにおける出力増大の変化速度を求め、これを判定値Ｖに設定する。
【００３７】
ステップＳ１０３ｂにおける判定結果が「ＹＥＳ」（変化速度が判定値Ｖより大）である場合（例えば、図１におけるＳ２）は、ステップＳ１０４に進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ１０３ｂにおける判定結果が「ＮＯ」（変化速度が判定値Ｖ以下）である場合（例えば、図１におけるＳ１）は、この時点では空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度以下であると判定することができるので、ステップＳ１０５に進んで、安定時間Ｔｂを経過するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００３８】
なお、図示を省略するが、第２の実施の形態においても、このセンサ起動時ガス検知処理を終了した後で、安定時間Ｔｂを経過後における通常のガス検知処理が実行される。
このように、安定時間Ｔｂ前の起動時判定時間Ｔａにおける水素センサ２５の出力の変化速度に基づいてセンサ起動時ガス検知を実行した場合にも、万が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞がある時には、水素センサ２５の出力が安定する以前の段階で、早期に警報を発することができる。
【００３９】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知を、図５の起動特性図と図６のフローチャートを参照して説明する。
センサ起動時ガス検知は、水素センサ２５の起動特性を利用して行うものであるが、前述したように、この起動特性は水素センサ２５の検出素子３２に付着している触媒の活性に起因している。したがって、同じ濃度の水素ガスを検出する場合であっても、水素センサ２５の起動時における触媒温度（換言すれば検出素子３２の温度）によって起動特性が相違し、図５に示すように、起動時における検出素子３２の温度が高い場合の方が低い場合よりも、起動時判定時間Ｔａにおける出力特性値（出力値または出力の増大速度）が大きい。
【００４０】
そこで、この第３に実施の形態では、水素センサ２５を起動した時の検出素子３２の温度を検出し、その検出温度に応じて起動時判定時間Ｔａにおける判定値を変更するようにし、検出素子３２の温度が所定温度ｔよりも高いときには大きい判定値を採用し、検出素子３２の温度が所定温度ｔ以下のときには小さい判定値を採用することとした。これにより、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができる。
【００４１】
次に、第３の実施の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知手順を図６のフローチャートに従って説明する。
第３の実施の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知では、第１の実施の形態の場合と同様に、起動時判定時間Ｔａ経過後の水素センサ２５の出力値を出力特性値として用いる。
図６に示すフローチャートは、センサ起動時ガス検知処理ルーチンを示すものであり、このセンサ起動時ガス検知処理ルーチンは、水素センサ２５が起動されるたびにＥＣＵ３０によって実行される。
【００４２】
水素センサ２５が起動されると（ステップＳ２０１）、ステップＳ２０２において、水素センサ２５の検出素子３２の温度が所定温度ｔよりも低いか否かを判定する。
ステップＳ２０２における判定結果が「ＹＥＳ」（素子温度が所定温度ｔより低い）である場合は、ステップＳ２０３ａに進んで判定値に「Ａ１」を設定し、ステップＳ２０２における判定結果が「ＮＯ」（素子温度が所定温度ｔ以上）である場合は、ステップＳ２０８ａに進んで判定値に「Ａ２」を設定する。
【００４３】
なお、判定値Ａ１，Ａ２の設定方法は、予め実験的に、水素センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後に許容水素濃度に対応する出力値（すなわち判定値）Ｂとなるときの起動特性を、検出素子３２が所定温度ｔよりも低い場合と高い場合についてそれぞれ求め、これら起動特性から、起動時判定時間Ｔａにおける出力特性値をそれぞれ求め、これらを判定値Ａ１，Ａ２に設定する。なお、判定値Ａ１は判定値Ａ２よりも小さい（Ａ１＜Ａ２）。
【００４４】
ステップＳ２０３ａの処理を実行した場合はステップＳ２０４に進み、ステップＳ２０８ａの処理を実行した場合はステップＳ２０９に進んで、それぞれ水素センサ２５が起動してから起動時判定時間Ｔａを経過したか否かを判定する。ここで、起動時判定時間Ｔａは、水素センサ２５の出力が安定する安定時間Ｔｂよりも前に設定する。
【００４５】
ステップＳ２０４あるいはステップＳ２０９における判定結果が「ＮＯ」（起動時判定時間Ｔａ経過前）である場合は、起動時判定時間Ｔａが経過するまで待つ。
ステップＳ２０４における判定結果が「ＹＥＳ」（起動時判定時間Ｔａ経過）である場合は、ステップＳ２０５ａに進んで、この時の出力特性値として水素センサ２５の出力値を読み込み、この出力値が判定値Ａ１よりも大きいか否かを判定する。
【００４６】
ステップＳ２０５ａにおける判定結果が「ＹＥＳ」（出力値が判定値Ａ１より大）である場合（例えば、図５におけるＳ３）は、ステップＳ２０６に進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ２０５ａにおける判定結果が「ＮＯ」（出力値が判定値Ａ１以下）である場合は、この時点では空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度以下であると判定することができるので、ステップＳ２０７に進んで、安定時間Ｔｂを経過するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４７】
また、ステップＳ２０９における判定結果が「ＹＥＳ」（起動時判定時間Ｔａ経過）である場合は、ステップＳ２１０ａに進んで、この時の出力特性値として水素センサ２５の出力値を読み込み、この出力値が判定値Ａ２よりも大きいか否かを判定する。
【００４８】
ステップＳ２１０ａにおける判定結果が「ＹＥＳ」（出力値が判定値Ａ２より大）である場合（例えば、図５におけるＳ４）は、ステップＳ２０６に進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ２１０ａにおける判定結果が「ＮＯ」（出力値が判定値Ａ２以下）である場合は、この時点では空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度以下であると判定することができるので、ステップＳ２０７に進んで、安定時間Ｔｂを経過するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４９】
なお、図示を省略するが、第３の実施の形態においても、このセンサ起動時ガス検知処理を終了した後で、安定時間Ｔｂを経過後における通常のガス検知処理が実行される。
この第３の実施の形態のようにセンサ起動時ガス検知を実行した場合にも、万が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞がある時には、水素センサ２５の出力が安定する以前の段階で、早期に警報を発することができる。しかも、この第３の実施の形態では、水素センサ２５の起動時における検出素子３２の温度に応じて判定値を変更しているので、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができる。
【００５０】
＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知を図７のフローチャートに従って説明する。
この第４の実施の形態の場合も、ガス検知精度を向上するために、水素センサ２５を起動した時の検出素子３２の温度に応じて起動時判定時間Ｔａにおける判定値を変更するようにし、検出素子３２の温度が所定温度ｔよりも高いときには大きい判定値を採用し、検出素子３２の温度が所定温度ｔ以下のときには小さい判定値を採用する。
だだし、第４の実施の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知では、第２の実施の形態の場合と同様に、起動時判定時間Ｔａ経過後の水素センサ２５の出力値の変化速度を出力特性値として用いる。
【００５１】
図７に示す第４の実施の形態におけるフローチャートが図６に示す第３の実施の形態のフローチャートと相違する点は、第３の実施の形態におけるステップＳ２０３ａ，２０５ａ，２０８ａ，２１０ａに代えて、それぞれステップＳ２０３ｂ，２０５ｂ，２０８ｂ，２１０ｂとした点だけであり、その他のステップは第１の実施の形態と同じであるので同一ステップに同一符号を付してその説明を省略し、相違するステップを中心に説明する。
【００５２】
ステップＳ２０２における判定結果が「ＹＥＳ」（素子温度が所定温度ｔより低い）である場合は、ステップＳ２０３ｂに進んで判定値に「Ｖ１」を設定し、ステップＳ２０２における判定結果が「ＮＯ」（素子温度が所定温度ｔ以上）である場合は、ステップＳ２０８ｂに進んで判定値に「Ｖ２」を設定する。
なお、判定値Ｖ１，Ｖ２の設定方法は、予め実験的に、水素センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後に許容水素濃度に対応する出力値（すなわち判定値）Ｂとなるときの起動特性を、検出素子３２が所定温度ｔよりも低い場合と高い場合についてそれぞれ求め、これら起動特性から、起動時判定時間Ｔａにおける出力増大の変化速度をそれぞれ求め、これらを判定値Ｖ１，Ｖ２に設定する。なお、判定値Ｖ１は判定値Ｖ２よりも小さい（Ｖ１＜Ｖ２）。
【００５３】
ステップＳ２０５ｂにおいては、起動時判定時間Ｔａ後の水素センサ２５の出力値の増大速度、すなわち、出力増大の変化速度を算出し、この変化速度が判定値Ｖ１よりも大きいか否かを判定する。
また、ステップＳ２１０ｂにおいては、起動時判定時間Ｔａ後の水素センサ２５の出力値の増大速度、すなわち、出力増大の変化速度を算出し、この変化速度が判定値Ｖ２よりも大きいか否かを判定する。
なお、出力増大の変化速度は、微小時間における出力の増大量として算出することができる。
【００５４】
ステップＳ２０５ｂにおける判定結果が「ＹＥＳ」（変化速度が判定値Ｖ１より大）である場合（例えば、図５におけるＳ３）は、ステップＳ２０６に進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ２０５ｂにおける判定結果が「ＮＯ」（変化速度が判定値Ｖ１以下）である場合は、この時点では空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度以下であると判定することができるので、ステップＳ２０７に進んで、安定時間Ｔｂを経過するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００５５】
また、ステップＳ２１０ｂにおける判定結果が「ＹＥＳ」（変化速度が判定値Ｖ２より大）である場合（例えば、図５におけるＳ４）は、ステップＳ２０６に進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ２１０ｂにおける判定結果が「ＮＯ」（変化速度が判定値Ｖ２以下）である場合は、この時点では空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度以下であると判定することができるので、ステップＳ２０７に進んで、安定時間Ｔｂを経過するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００５６】
なお、図示を省略するが、第４の実施の形態においても、このセンサ起動時ガス検知処理を終了した後で、安定時間Ｔｂを経過後における通常のガス検知処理が実行される。
この第４の実施の形態のようにセンサ起動時ガス検知を実行した場合にも、万が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞がある時には、水素センサ２５の出力が安定する以前の段階で、早期に警報を発することができる。しかも、この第４の実施の形態では、水素センサ２５の起動時における検出素子３２の温度に応じて判定値を変更しているので、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができる。
【００５７】
＜第５の実施の形態＞
次に、第５の実施の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知を、図５の起動特性図と図８のフローチャートを参照して説明する。
第３の実施の形態および第４の実施の形態では、水素センサ２５の起動時における触媒温度（換言すれば検出素子３２の温度）によって起動特性が相違することに着目して、起動時の検出素子３２の温度に応じて起動時判定時間Ｔａにおける判定値を変更することにより、ガス検知の精度を向上するようにしているが、判定値を変更する代わりに、水素センサ２５の起動時の検出素子３２の温度に応じて起動時判定時間Ｔａを変更することによっても、同様にガス検知精度を向上することができる。
【００５８】
例えば、図５において、判定値を「Ａ２」に固定した場合を考えると、実際の水素ガスの濃度が同じであっても、起動時判定時間Ｔａの水素センサ２５の出力特性値は、高温時にはＳ４になって判定値Ａ２よりも大きいので水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞があると判定されるが、低温時ではＳ３となって判定値Ａ２よりも小さくなるので許容水素濃度以下であると判定される場合がある。そこで、起動時の検出素子３２の温度に応じて起動時判定時間Ｔａを変更することとし、検出素子３２の温度が所定温度ｔよりも高いときには起動時判定時間を短く設定し、検出素子３２の温度が所定温度ｔ以下のときには起動時判定時間を長く設定すると、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができる。
【００５９】
次に、第５の実施の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知手順を図８のフローチャートに従って説明する。第５の実施の形態におけるセンサ起動時の水素ガス検知は、第１の実施の形態の場合と同様に、所定時間経過後の水素センサ２５の出力値を出力特性値として用いる態様である。
図８に示すフローチャートは、センサ起動時ガス検知処理ルーチンを示すものであり、このセンサ起動時ガス検知処理ルーチンは、水素センサ２５が起動されるたびにＥＣＵ３０によって実行される。
水素センサ２５が起動されると（ステップＳ３１０１）、ステップＳ３０２において、検出素子３２の温度が所定温度ｔより低いか否かを判定する。
【００６０】
ステップＳ３０２における判定結果が「ＹＥＳ」（素子温度が所定温度ｔより低い）である場合は、ステップＳ３０３に進んで所定時間に「Ｔａ１」を設定し、ステップＳ３０２における判定結果が「ＮＯ」（素子温度が所定温度ｔ以上）である場合は、ステップＳ３０８に進んで所定時間に「Ｔａ２」を設定する。
なお、起動時判定時間Ｔａ１，Ｔａ２の設定方法は、予め実験的に、水素センサ２５の出力が安定時間Ｔｂ後に許容水素濃度に対応する出力値（すなわち判定値）Ｂとなるときの起動特性を、検出素子３２が所定温度ｔよりも低い場合と高い場合についてそれぞれ求め、これら起動特性から、出力特性値が判定値Ａに達するまでの時間をそれぞれ求めて、これらを起動時判定時間Ｔａ１，Ｔａ２に設定する。起動時判定時間Ｔａ１は起動時判定時間Ｔａ２よりも大きい（Ｔａ１＞Ｔａ２）。
【００６１】
ステップＳ３０３の処理を実行した場合はステップＳ３０４に進み、水素センサ２５が起動してから起動時判定時間Ｔａ１を経過したか否かを判定する。
ステップＳ３０４における判定結果が「ＮＯ」（起動時判定時間Ｔａ１経過前）である場合は、起動時判定時間Ｔａ１が経過するまで待つ。
ステップＳ３０４における判定結果が「ＹＥＳ」（起動時判定時間Ｔａ１経過）である場合は、ステップＳ３０５に進んで、この時の出力特性値として水素センサ２５の出力値を読み込み、この出力値が判定値Ａよりも大きいか否かを判定する。
【００６２】
また、ステップＳ３０８の処理を実行した場合はステップＳ３０９に進んで、水素センサ２５が起動してから起動時判定時間Ｔａ２を経過したか否かを判定する。
ステップＳ３０９における判定結果が「ＮＯ」（起動時判定時間Ｔａ２経過前）である場合は、起動時判定時間Ｔａ２が経過するまで待つ。
ステップＳ３０９おける判定結果が「ＹＥＳ」（起動時判定時間Ｔａ２経過）である場合は、ステップＳ３０５に進んで、この時の出力特性値として水素センサ２５の出力値を読み込み、この出力値が判定値Ａよりも大きいか否かを判定する。
【００６３】
ステップＳ３０５における判定結果が「ＹＥＳ」（出力値が判定値Ａより大）である場合は、ステップＳ３０６に進み、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞があると判定して警報を行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ３０５における判定結果が「ＮＯ」（出力値が判定値Ａ以下）である場合は、この時点では空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度以下であると判定することができるので、ステップＳ３０７に進んで、安定時間Ｔｂを経過するまで待機し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６４】
なお、図示を省略するが、第５の実施の形態においても、このセンサ起動時ガス検知処理を終了した後で、安定時間Ｔｂを経過後における通常のガス検知処理が実行される。
この第５の実施の形態のようにセンサ起動時ガス検知を実行した場合にも、万が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えている虞がある時には、水素センサ２５の出力が安定する以前の段階で、早期に警報を発することができる。しかも、この第５の実施の形態では、水素センサ２５の起動時における検出素子３２の温度に応じて起動時判定時間を変更しているので、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができる。
【００６５】
〔他の実施の形態〕
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、被検知ガスは水素ガスに限定されるものではなく、他のガス成分であってもよく、また、ガスセンサは、水素センサに限るものではなく、他のガス成分を検出するものであってもよい。
また、このガス検知方法の実施は、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガス中の水素ガス濃度が許容水素濃度を越えているか否かを検知する場合に限るものではなく、種々のガス検知に対して実施可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明するように、この出願の第１の発明によれば、ガス接触燃焼式ガスセンサの起動時に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に前記ガスセンサを起動してから所定時間後における該ガスセンサの出力値の変化速度に基づいて、前記被検知ガスのガス濃度を予測するので、ガスセンサの出力が安定する前に被検知ガスの濃度を予測することができるという優れた効果が奏される。
【００６７】
また、この出願に係る第２、第３の発明によれば、ガス接触燃焼式ガスセンサにより被検知ガスが所定濃度を越えたか否かを検知する場合に、前記ガスセンサの起動時に、前記ガスセンサの出力が安定する前の所定時期に該ガスセンサの起動特性により決定される出力特性値が所定の判定値を越えたときは、被検知ガスが前記所定濃度を越えたと判定するようにしているので、被検知ガスが前記所定濃度を越えた虞がある時には、ガスセンサの出力が安定する以前にこれを検知することができ、ガス検知の早期化を図ることができる。
【００６８】
そして、前記第２の発明においては、前記検出素子の温度に応じて前記判定値を変更するので、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができるという効果がある。
また、前記第３の発明においては、前記検出素子の温度に応じて前記所定時期を変更するので、ガス検知精度が向上し、ガス検知の信頼性を向上することができるという効果がある。
【００６９】
また、前記第２、第３の発明において、前記検知ガスが水素ガスであり、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガス中の水素ガス濃度が所定濃度を越えたか否かを検知するガス検知方法とした場合には、万が一、空気オフガス中の水素ガス濃度が所定濃度を越えた虞がある時には、前記ガスセンサの出力が安定する前にこれを検知することができ、ガス検知の早期化を図ることができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係るガスセンサ起動時のガス濃度予測方法およびガス検知方法の原理を説明するための図であり、ガス接触燃焼式ガスセンサの起動特性図である。
【図２】  この発明に係るガス検知方法が実施される燃料電池システムの一実施の形態における構成図である。
【図３】  前記第１の実施の形態におけるセンサ起動時のガス検知制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】  この発明に係るガス検知方法の第２の実施の形態におけるセンサ起動時のガス検知制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】  この発明に係るガスセンサ起動時のガス検知方法の原理を説明するための図であり、前記水素センサの起動特性図である。
【図６】  この発明に係るガス検知方法の第３の実施の形態におけるセンサ起動時のガス検知制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】  この発明に係るガス検知方法の第４の実施の形態におけるセンサ起動時のガス検知制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】  この発明に係るガス検知方法の第５の実施の形態におけるセンサ起動時のガス検知制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
２  燃料電池
２５  水素センサ（ガス接触燃焼式ガスセンサ）
３２  検出素子
３３  温度補償素子
【図１】
0003830846.tif 000002
【図２】
0003830846.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003830846.tif 000007
【図７】
0003830846.tif 000008
【図８】
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