[发明专利]气体浓度检测设备

说明书

一种气体浓度检测设备，包括气体浓度检测元件(10；20；30)和电子控制单元(81)。气体浓度检测元件(10；20；30)包括第一电化学电池(11c)和第二电化学电池(12c)。电子控制单元(81)配置为基于当给第二电化学电池(12c)施加第一去除电压和给第一电化学电池(11c)施加测量电压时获取的与流经第一电化学电池(11c)的电流相关的第一检测值，检测包含在测试气体内的氧化硫的浓度。

技术领域

本发明涉及能够获取包含在内燃机废气中的氧化硫(SOx)的准确浓度的气体浓度检测设备。

背景技术

空气-燃料比传感器(A/F传感器)被广泛地使用，其基于包含在废气中的氧(O2)的浓度获取燃烧室内的空气-燃料混合物的空气燃料比(A/F)，以便控制内燃机。限流(limiting current)型气体传感器是此类空气-燃料比传感器的示例。

用作上面所述的空气-燃料比传感器的限流型的气体传感器被设置有泵电池，其是电化学电池，包括具有氧化物离子传导性的固态电解质体和固定在该固态电解质体的表面上的一对电极。该对电极中的一个暴露于通过抗扩散单元引入的作为测试气体的内燃机废气，并且该对电极中的另一个暴露于大气中。当等于或者高于开始氧分解的电压(分解起始电压)被施加在该对电极(该对电极中的一个为阴极，并且该对电极中的另一个为阳极)之间时，包含在测试气体中的氧通过还原分解变为氧化物离子(O2-)。这种氧化物离子被通过固态电解质体传导到阳极，变为氧，并且被排放到大气中。这种基于氧化物离子通过固态电解质体从阴极侧到阳极侧的传导的氧移动被称为“氧泵送动作”。

通过氧泵送动作产生的氧化物离子的传导引起该对电极之间的电流流动。在该对电极之间流动的这种电流被称为“电极电流”。随着该对电极之间施加的电压(在下文中，在某些情况下简称为“施加的电压”)增加时，这种电极电流趋于变得更强。然而，到达电极(阴极)的测试气体的流速受到抗扩散单元的限制，并且因此通过氧泵送动作产生的氧的消耗的速率不久就会超过向阴极提供氧的速率。换言之，氧在阴极的还原分解反应达到扩散速率受控状态。

在扩散速率受控状态下，尽管施加的电压上升，电极电流不增加，而是基本上保持恒定。该特性被称为“限流特性”，并且表现出(观察到)限流特性的施加的电压的范围被称为“限流区域”。在限流区域内的电极电流被称为“限流”，并且限流的大小(限流值)与向阴极提供氧的速率有关。因为到达阴极的测试气体的流速被上述的抗扩散单元保持为恒定，向阴极提供氧的速率与包含在测试气体内的氧的浓度有关。

因此，在用作空气-燃料比传感器的限流型的气体传感器中，施加的电压被设置为限流区域内的预定电压的情况下的电极电流(限流)与包含在测试气体中的氧的浓度有关。通过使用上面所述的氧的限流特性，空气-燃料比传感器可以检测包含在测试气体中的氧的浓度，并且以此为基础获取燃烧室中的空气-燃料混合物的空气-燃料比。

上面所述的限流特性不是局限于氧气的特性。特别地，可以基于对施加的电压和以分子形式包含氧原子的某些气体(在下文中，在某些情况下被称为“含氧气体”)中的阴极配置的适当选择，表现限流特性。含氧气体的示例包括氧化硫(SOx)，水(H2O)，二氧化碳(CO2)。

用于内燃机的燃料(诸如轻油和汽油)包含少量硫(S)成分。特别地，也被称为劣质燃料的燃料可能具有相对高的硫成分含量。当燃料的硫成分含量(在下文中，在某些情况下简称为“硫含量”)高时，出现诸如构成内燃机的部件的退化和/或出现故障、废气净化催化剂被有毒化、和废气中产生白色烟雾的问题的可能性增加。因此，希望获取燃料的硫成分含量，从而例如在控制内燃机时反映获取的硫含量，用于发出关于内燃机故障的警示，或者用于改善废气净化催化剂的车载诊断(OBD)。