[发明专利]气体检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够对内燃机的排气(被检测气体)中所含有的硫氧化 物的浓度进行检测或能够对该硫氧化物的有无进行判断的气体检测装置。

背景技术

一直以来，为了对内燃机进行控制而广泛地使用一种根据排气中所含有 的氧(O₂)的浓度来取得燃烧室内的混合气体的空燃比(A/F)的空燃比传感 器(A/F传感器)。作为这样的空燃比传感器的一种类型可列举出极限电流式 气体传感器。

作为如上所述的空燃比传感器而使用的极限电流式气体传感器具备作为 电化学电池的泵单元，所述电化学电池包括具有氧化物离子传导性的固体电 解质体和被粘着在固体电解质体的表面上的一对电极。一对电极中的一方被 暴露于作为通过扩散电阻部而被导入的被检测气体的内燃机的排气中，另一 方被暴露于大气中。而且，在对空燃比进行检测时，所述固体电解质体被升 温至出现氧化物离子传导性的温度(以下有时也被称为“活化温度”)以上的 预定的温度。

当在上述状态下，将所述一方的电极作为阴极，将所述另一方的电极作 为阳极，并向这一对电极之间施加氧开始分解的电压(分解开始电压)以上 的电压时，被检测气体中所含有的氧在阴极处被还原分解而成为氧化物离子 (O^2-)。该氧化物离子经由所述固体电解质体被传导至阳极而成为氧，并被排 向大气中。这种通过氧化物离子经由固体电解质体从阴极侧向阳极侧的传导 而实现的氧的移动被称为“泵氧作用”。

通过伴随着所述泵氧作用而实现的氧化物离子的传导，从而使所述一对 电极之间有电流流过。如此，在一对电极之间流动的电流被称为“电极电流”。 该电极电流具有向一对电极之间施加的电压(以下有时被简称为“施加电压”) 越上升则该电极电流越升高的趋势。然而，由于到达所述一方的电极(阴极) 的被检测气体的流量通过扩散电阻部而被限制，因此伴随着泵氧作用而导致 的氧的消耗速度不久就会超过向阴极供给氧的供给速度。即，阴极的氧的还 原分解反应成为扩散限速状态。

在所述扩散限速状态下，即使提升施加电压电极电流也不会增大而成为 大致固定。这样的特性被称为“极限电流特性”，出现(观测到)极限电流特 性的施加电压的范围被称为“极限电流区域”。而且，极限电流区域中的电极 电流被称为“极限电流”，极限电流的大小(极限电流值)对应于向阴极供给 氧的供给速度。如上所述，由于到达阴极的被检测气体的流量通过扩散电阻 部而被维持为固定，因此向阴极供给氧的供给速度对应于被检测气体中所含 有的氧的浓度。

因此，在作为空燃比传感器而被使用的极限电流式气体传感器中，在将 施加电压设定为“极限电流域内的预定的电压”时的电极电流(极限电流) 对应于被检测气体中所含的氧的浓度。如此，通过利用氧的极限电流特性， 空燃比传感器对作为被检测气体的排气中所含有的氧的浓度进行检测，并基 于此来取得燃烧室内的混合气体的空燃比。

如上所述的极限电流特性并非仅限定于氧气的特性。具体而言，在分子 中包含氧原子的气体(以下有时被称为“含氧气体”)中，存在能够通过适当 地选择施加电压以及阴极的结构而使极限电流特性出现的结构。作为这样的 含氧气体的示例，例如可列举出硫氧化物(SO_X)、水(H₂0)以及二氧化碳(CO₂) 等。

然而，在内燃机的燃料(例如，轻油以及汽油等)中含有微量的硫(S) 成分。尤其是又被称为劣质燃料的燃料有时会以比较高的含有率而包含硫成 分。当燃料中的硫成分的含有率(以下有时被简称为“硫含有率”)较高时， 发生内燃机的构成部件的劣化及/或故障、排气净化催化剂的中毒、排气中的 白烟的产生等问题的可能性较高。因此，取得燃料中的硫成分的含有率并利 用所取得的硫含有率，从而可期待在如下方面起作用，例如，对内燃机的控 制进行变更，或者发出内燃机的故障相关的警告，或者排气净化催化剂的本 身故障诊断(OBD：On-BoardDiagnostic)的改善。