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JP2017138215A - Sulfur oxide detection device - Google Patents

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JP2017138215A
JP2017138215A JP2016019583A JP2016019583A JP2017138215A JP 2017138215 A JP2017138215 A JP 2017138215A JP 2016019583 A JP2016019583 A JP 2016019583A JP 2016019583 A JP2016019583 A JP 2016019583A JP 2017138215 A JP2017138215 A JP 2017138215A
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JP
Japan
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voltage
electrode
electrochemical cell
sox
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP2016019583A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
和弘 若尾
Kazuhiro Wakao
和弘 若尾
圭一郎 青木
Keiichiro Aoki
圭一郎 青木
和久 松田
Kazuhisa Matsuda
和久 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sulfur oxide detection device capable of improving a detection accuracy of a SOx content in an exhaust gas.SOLUTION: A sulfur oxide detection device 1 includes: an element part 10; a voltage application part 61 for applying an inter-electrode voltage to an electrochemical cell 51; a current detection part 62 for detecting an inter-electrode voltage; and a control part 80 for controlling the inter-electrode voltage and acquiring an inter-electrode current. The control part executes a temporary step-down control for reducing the inter-electrode voltage from a first voltage to a second voltage, and then to be raised to the first voltage again while a water concentration of gas to be measured is stabilized after applying a first voltage between the electrodes for more than a predetermined time. When a difference between the inter-electrode current at the start of a temporary step-down control and the inter-electrode current detected at the completion of the temporary step-down control is large, the sulfur oxide concentration of the gas to be measured is determined to be large as compared to the case where the difference is small. The first voltage is the voltage having the voltage equal to or higher than a decomposition start voltage of water and the sulfur oxide. The second voltage is the voltage detachably adsorbing the decomposition product of the sulfur oxide adsorbed to the first electrode.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、排気ガス中の硫黄酸化物(SOx)の濃度を検出する硫黄酸化物検出装置(SOx検出装置)に関する。   The present invention relates to a sulfur oxide detector (SOx detector) that detects the concentration of sulfur oxide (SOx) in exhaust gas.

内燃機関に用いられる燃料中、特に化石燃料中には、微量の硫黄(S)成分が含まれている。このように燃料中に含まれた硫黄成分は、内燃機関の排気系における構成部品の劣化等を招く。また、硫黄成分による構成部品の劣化を抑制する制御や、劣化した構成部品を再生する制御を頻繁に行うと、燃費の悪化等を招く。したがって、燃費の悪化等を最小限に抑制しつつ構成部品の劣化を最小限に抑制するために、燃料中における硫黄成分の含有率を検出することが望まれている。   A trace amount of sulfur (S) component is contained in the fuel used for the internal combustion engine, particularly in the fossil fuel. Thus, the sulfur component contained in the fuel causes deterioration of components in the exhaust system of the internal combustion engine. Further, frequent control of suppressing deterioration of the component due to the sulfur component and control of regenerating the deteriorated component cause deterioration of fuel consumption. Accordingly, it is desired to detect the content of the sulfur component in the fuel in order to minimize deterioration of the component parts while minimizing deterioration of fuel consumption and the like.

内燃機関に用いられる燃料中に硫黄成分が含まれていると、燃焼室から排出される排気ガス中に硫黄酸化物(SOx)が含まれる。また、燃料中における硫黄成分の含有率が高くなるほど、排気ガス中のSOx濃度が高くなる。したがって、排気ガス中のSOx濃度を検出することができれば、燃料中における硫黄成分の含有率を推定することができる。   When the sulfur component is contained in the fuel used for the internal combustion engine, sulfur oxide (SOx) is contained in the exhaust gas discharged from the combustion chamber. Further, the higher the content ratio of the sulfur component in the fuel, the higher the SOx concentration in the exhaust gas. Therefore, if the SOx concentration in the exhaust gas can be detected, the content rate of the sulfur component in the fuel can be estimated.

そこで、排気ガス中に含まれるSOx等の酸素含有ガス成分の濃度を検出する排気ガスセンサが提案されている(例えば、特許文献1)。この排気ガスセンサは、拡散律速層を介して排気ガスが導入される被測ガス室と、第一電気化学セルと、第二電気化学セルとを有している。第一電気化学セルでは第一電気化学セルを構成する電極間に比較的低い電圧が印加される。この結果、第一電気化学セルの酸素ポンピング作用により、被測ガス室内のSOxが分解されることなく、被測ガス室内の酸素分子が除去される。一方、第二電気化学セルでは第二電気化学セルを構成する電極間に比較的高い電圧が印加される。この結果、第一電気化学セルによって酸素分子が除去された後の排気ガス中に含まれるSOxが分解される。加えて、このSOxの分解によって生じた酸化物イオンが第二電気化学セルの酸素ポンピング作用により被測ガス室から排出され、この酸化物イオンの排出に伴って流れる分解電流を検出することにより排気ガス中のSOx濃度が検出される。   Thus, an exhaust gas sensor that detects the concentration of an oxygen-containing gas component such as SOx contained in the exhaust gas has been proposed (for example, Patent Document 1). This exhaust gas sensor has a measured gas chamber into which exhaust gas is introduced through a diffusion-controlled layer, a first electrochemical cell, and a second electrochemical cell. In the first electrochemical cell, a relatively low voltage is applied between the electrodes constituting the first electrochemical cell. As a result, the oxygen pumping action of the first electrochemical cell removes oxygen molecules in the measured gas chamber without decomposing SOx in the measured gas chamber. On the other hand, in the second electrochemical cell, a relatively high voltage is applied between the electrodes constituting the second electrochemical cell. As a result, SOx contained in the exhaust gas after oxygen molecules are removed by the first electrochemical cell is decomposed. In addition, the oxide ions generated by the decomposition of SOx are discharged from the measured gas chamber by the oxygen pumping action of the second electrochemical cell, and exhaust gas is detected by detecting the decomposition current flowing along with the discharge of the oxide ions. The SOx concentration in the gas is detected.

特開平11−190721号公報JP-A-11-190721 特開2015−017931号公報JP, 2015-017931, A

しかしながら、排気ガス中のSOx濃度は排気ガス中の酸素濃度及び水濃度よりもかなり低い。このため、上述したような排気ガスセンサによって検出されるSOxの分解電流も極めて小さい。したがって、上述したような排気ガスセンサによってSOxの分解電流を正確に検出するのは困難である。   However, the SOx concentration in the exhaust gas is considerably lower than the oxygen concentration and water concentration in the exhaust gas. For this reason, the SOx decomposition current detected by the exhaust gas sensor as described above is also extremely small. Therefore, it is difficult to accurately detect the SOx decomposition current using the exhaust gas sensor as described above.

そこで、本発明の目的は、排気ガス中のSOx濃度の検出精度を向上させることができる硫黄酸化物検出装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a sulfur oxide detector that can improve the detection accuracy of the SOx concentration in the exhaust gas.

上記課題を解決するために、第1の発明では、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質層と、被測ガスに曝されるように前記固体電解質層の一方の側面上に配置された第一電極と、大気に曝されるように前記固体電解質層の他方の側面上に配置された第二電極とを有する電気化学セルと、前記被測ガスの拡散律速を行う拡散律速層とを備える素子部と、前記第二電極の電位が前記第一電極の電位よりも高くなるように前記第一電極と前記第二電極との間に電極間電圧を印加する電圧印加部と、前記第一電極と前記第二電極との間に流れる電極間電流を検出する電流検出部と、前記電圧印加部から印加される前記電極間電圧を制御すると共に前記電流検出部から前記電極間電流を取得する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧を所定時間以上印加した後、前記被測ガス中の水濃度が安定している間に、前記電極間電圧を前記第一電圧から第二電圧に低下させて再び前記第一電圧に上昇させる一時降圧制御を実行し、前記一時降圧制御の開始時に前記電流検出部によって検出された前記電極間電流と、前記一時降圧制御の完了時に前記電流検出部によって検出された前記電極間電流との差が相対的に大きい場合には該差が相対的に小さい場合に比べて前記被測ガス中の硫黄酸化物濃度が高いと判定し、前記第一電圧は水及び硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧であり、前記第二電圧は、前記第一電極に吸着した硫黄酸化物の分解生成物を脱離可能な電圧である、硫黄酸化物検出装置が提供される。   In order to solve the above-described problems, in the first invention, a solid electrolyte layer having oxide ion conductivity and a first electrolyte disposed on one side surface of the solid electrolyte layer so as to be exposed to a gas to be measured. An element comprising an electrochemical cell having an electrode and a second electrode disposed on the other side surface of the solid electrolyte layer so as to be exposed to the atmosphere, and a diffusion-controlling layer for controlling the diffusion of the measured gas A voltage applying unit that applies an inter-electrode voltage between the first electrode and the second electrode so that a potential of the second electrode is higher than a potential of the first electrode, and the first electrode A current detection unit for detecting an interelectrode current flowing between the first electrode and the second electrode, and a control for controlling the interelectrode voltage applied from the voltage application unit and acquiring the interelectrode current from the current detection unit And the control unit includes the first electrode and the After applying the first voltage between the two electrodes for a predetermined time or more, while the water concentration in the measured gas is stable, the inter-electrode voltage is decreased from the first voltage to the second voltage. Temporary step-down control for raising the voltage to the first voltage again is performed, and the inter-electrode current detected by the current detection unit at the start of the temporary step-down control and the current detection unit detected at the completion of the temporary step-down control. When the difference between the currents between the electrodes is relatively large, it is determined that the sulfur oxide concentration in the measured gas is higher than when the difference is relatively small. There is provided a sulfur oxide detection device, which is a voltage equal to or higher than a decomposition start voltage of sulfur oxide, and wherein the second voltage is a voltage capable of desorbing a decomposition product of sulfur oxide adsorbed on the first electrode. The

本発明によれば、排気ガス中のSOx濃度の検出精度を向上させることができる硫黄酸化物検出装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sulfur oxide detection apparatus which can improve the detection precision of SOx density | concentration in exhaust gas is provided.

図1は、本発明の第一実施形態に係るSOx検出装置の構成を示す概略的なブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the SOx detection device according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第一実施形態に係るSOx検出装置の素子部の構成を示す概略的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the element portion of the SOx detection device according to the first embodiment of the present invention. 図3は、第一電気化学セルの電極間の印加電圧と、第一電気化学セルの電極間に流れる電極間電流との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the applied voltage between the electrodes of the first electrochemical cell and the interelectrode current flowing between the electrodes of the first electrochemical cell. 図4は、印加電圧が1.0Vであるときの電極間電流の大きさと被測ガス中の二酸化硫黄濃度との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the interelectrode current when the applied voltage is 1.0 V and the sulfur dioxide concentration in the measured gas. 図5は、被測ガス中のSOx濃度を検出する際の機関回転数等の概略的なタイムチャートである。FIG. 5 is a schematic time chart of the engine speed and the like when detecting the SOx concentration in the measured gas. 図6は、本発明の第一実施形態におけるSOx濃度検出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a control routine of the SOx concentration detection process in the first embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第一実施形態における水濃度安定判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a control routine of water concentration stability determination processing in the first embodiment of the present invention. 図8(A)は、本発明の第二実施形態に係るSOx検出装置の素子部の構成を示す概略的な断面図であり、図8(B)は、図8(A)の線A−Aに沿った断面図である。FIG. 8A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the element portion of the SOx detection device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view along line A-- in FIG. 1 is a cross-sectional view along A. FIG. 図9は、本発明の第三実施形態に係るSOx検出装置の素子部の構成を示す概略的な断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the element portion of the SOx detection device according to the third embodiment of the present invention. 図10(A)は、本発明の第四実施形態に係るSOx検出装置の素子部の構成を示す概略的な断面図であり、図10(B)は、図10(A)の線B−Bに沿った断面図である。FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the element portion of the SOx detection device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

<第一実施形態>
最初に図1〜図7を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
<First embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

<SOx検出装置の説明>
以下、図1及び図2を参照して、本発明の第一実施形態に係るSOx検出装置1について説明する。SOx検出装置1は、排気通路内を流通する排気ガス中の硫黄酸化物(SOx)濃度を検出する。
<Description of SOx detection device>
Hereinafter, with reference to FIG.1 and FIG.2, the SOx detection apparatus 1 which concerns on 1st embodiment of this invention is demonstrated. The SOx detection device 1 detects the concentration of sulfur oxide (SOx) in the exhaust gas flowing through the exhaust passage.

図1は、本発明の第一実施形態に係るSOx検出装置1の構成を示す概略的なブロック図である。図1に示されるように、SOx検出装置1は、素子部10と、素子部10に接続されたヒータ制御回路60、電圧印加回路61及び電流検出回路62と、ECU80とを備える。また、SOx検出装置1は、ECU80及び電圧印加回路61に接続されたDA変換器63と、ECU80及び電流検出回路62に接続されたAD変換器64とを更に備える。   FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the SOx detection device 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the SOx detection device 1 includes an element unit 10, a heater control circuit 60 connected to the element unit 10, a voltage application circuit 61 and a current detection circuit 62, and an ECU 80. The SOx detection device 1 further includes a DA converter 63 connected to the ECU 80 and the voltage application circuit 61, and an AD converter 64 connected to the ECU 80 and the current detection circuit 62.

素子部10は内燃機関の排気通路(図示せず)に配置される。図2は、SOx検出装置1の素子部10の構成を示す概略的な断面図である。図2に示されるように、素子部10は、複数の層を積層して構成されている。具体的には、素子部10は、第一固体電解質層11、拡散律速層16、第一不透過層21、第二不透過層22、第三不透過層23、第四不透過層24及び第五不透過層25を備える。   The element unit 10 is disposed in an exhaust passage (not shown) of the internal combustion engine. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the element unit 10 of the SOx detection device 1. As shown in FIG. 2, the element unit 10 is configured by laminating a plurality of layers. Specifically, the element unit 10 includes a first solid electrolyte layer 11, a diffusion rate limiting layer 16, a first impermeable layer 21, a second impermeable layer 22, a third impermeable layer 23, a fourth impermeable layer 24, and A fifth impermeable layer 25 is provided.

第一固体電解質層11は、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。第一固体電解質層11は、例えば、ZrO2(ジルコニア)、HfO2、ThO2、Bi23等にCaO、MgO、Y23、Yb23等を安定剤として添加した焼結体により形成されている。また、拡散律速層16は、ガス透過性を有する薄板体である。拡散律速層16は、例えば、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。不透過層21〜25は、ガス不透過性の薄板体であり、例えばアルミナを含む層として形成されている。 The first solid electrolyte layer 11 is a thin plate having oxide ion conductivity. The first solid electrolyte layer 11 is, for example, sintered by adding CaO, MgO, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 or the like as a stabilizer to ZrO 2 (zirconia), HfO 2 , ThO 2 , Bi 2 O 3 or the like. It is formed by the body. The diffusion-controlling layer 16 is a thin plate having gas permeability. The diffusion control layer 16 is formed of a porous sintered body of a heat resistant inorganic material such as alumina, magnesia, silica, spinel, mullite, and the like. The impermeable layers 21 to 25 are gas impermeable thin plates, and are formed as layers containing alumina, for example.

素子部10の各層は、図2の下方から、第一不透過層21、第二不透過層22、第三不透過層23、第一固体電解質層11、拡散律速層16及び第四不透過層24、第五不透過層25の順に積層されている。第一固体電解質層11、拡散律速層16、第四不透過層24及び第五不透過層25によって、被測ガス室30が区画形成されている。被測ガス室30は、素子部10が排気通路に配置されたときに、被測ガス室30内に拡散律速層16を介して内燃機関の排気ガス(被測ガス)が流入するように構成されている。すなわち、素子部10は、拡散律速層16が排気ガスに曝されるように排気通路に配置されている。したがって、被測ガス室30は拡散律速層16を介して排気通路内と連通している。なお、被測ガス室30は、第一固体電解質層11に隣接し且つ被測ガスが流入するように構成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。   Each of the layers of the element unit 10 includes, from below in FIG. 2, a first impermeable layer 21, a second impermeable layer 22, a third impermeable layer 23, a first solid electrolyte layer 11, a diffusion rate limiting layer 16, and a fourth impermeable layer. The layer 24 and the fifth impermeable layer 25 are laminated in this order. A gas chamber 30 to be measured is defined by the first solid electrolyte layer 11, the diffusion-controlling layer 16, the fourth impermeable layer 24, and the fifth impermeable layer 25. The measured gas chamber 30 is configured such that the exhaust gas (measured gas) of the internal combustion engine flows into the measured gas chamber 30 via the diffusion-controlled layer 16 when the element unit 10 is disposed in the exhaust passage. Has been. That is, the element portion 10 is disposed in the exhaust passage so that the diffusion rate controlling layer 16 is exposed to the exhaust gas. Therefore, the measured gas chamber 30 communicates with the inside of the exhaust passage via the diffusion rate controlling layer 16. The measured gas chamber 30 may be configured in any manner as long as the measured gas chamber 30 is configured to be adjacent to the first solid electrolyte layer 11 and to flow the measured gas.

また、第一固体電解質層11、第二不透過層22及び第三不透過層23によって、第一大気室31が区画形成されている。図2からわかるように、第一大気室31は、第一固体電解質層11を挟んで、被測ガス室30の反対側に配置されている。第一大気室31は、排気通路の外部の大気に開放されている。したがって、第一大気室31には大気が流入する。なお、第一大気室31は、第一固体電解質層11に隣接し且つ大気が流入するように構成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。   The first atmospheric chamber 31 is partitioned by the first solid electrolyte layer 11, the second impermeable layer 22, and the third impermeable layer 23. As can be seen from FIG. 2, the first atmospheric chamber 31 is disposed on the opposite side of the measured gas chamber 30 with the first solid electrolyte layer 11 interposed therebetween. The first atmosphere chamber 31 is open to the atmosphere outside the exhaust passage. Accordingly, the atmosphere flows into the first atmosphere chamber 31. The first atmosphere chamber 31 may be configured in any manner as long as the first atmosphere chamber 31 is adjacent to the first solid electrolyte layer 11 and configured to allow the atmosphere to flow in.

素子部10は第一電極41及び第二電極42を更に備える。第一電極41は第一固体電解質層11の被測ガス室30側の表面上に配置されている。したがって、第一電極41は、被測ガス室30内の被測ガスに曝されている。一方、第二電極42は第一固体電解質層11の第一大気室31側の表面上に配置されている。したがって、第二電極42は、第一大気室31内のガス(大気)に曝されている。第一電極41と第二電極42とは、第一固体電解質層11を挟んで互いに対向するように配置されている。第一電極41、第一固体電解質層11及び第二電極42は、第一電気化学セル51を構成する。   The element unit 10 further includes a first electrode 41 and a second electrode 42. The first electrode 41 is disposed on the surface of the first solid electrolyte layer 11 on the measured gas chamber 30 side. Therefore, the first electrode 41 is exposed to the measured gas in the measured gas chamber 30. On the other hand, the second electrode 42 is disposed on the surface of the first solid electrolyte layer 11 on the first atmospheric chamber 31 side. Therefore, the second electrode 42 is exposed to the gas (atmosphere) in the first atmospheric chamber 31. The first electrode 41 and the second electrode 42 are disposed so as to face each other with the first solid electrolyte layer 11 interposed therebetween. The first electrode 41, the first solid electrolyte layer 11, and the second electrode 42 constitute a first electrochemical cell 51.

本実施形態では、第一電極41を構成する材料は、白金(Pt)、ロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)等の白金族元素又はこれらの合金を主成分として含む。好ましくは、第一電極41は、白金(Pt)、ロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)の少なくとも一つを主成分として含む多孔質サーメット電極である。しかしながら、第一電極41を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第一電極41と第二電極42との間に所定の電圧を印加したときに、被測ガス室30内の被測ガス中に含まれる水及びSOxを還元分解することができれば、いかなる材料であってもよい。   In the present embodiment, the material constituting the first electrode 41 includes a platinum group element such as platinum (Pt), rhodium (Rh) and palladium (Pd), or an alloy thereof as a main component. Preferably, the first electrode 41 is a porous cermet electrode containing at least one of platinum (Pt), rhodium (Rh) and palladium (Pd) as a main component. However, the material constituting the first electrode 41 is not necessarily limited to the above material, and when a predetermined voltage is applied between the first electrode 41 and the second electrode 42, the measured gas chamber 30. Any material may be used as long as water and SOx contained in the gas to be measured can be reduced and decomposed.

また、本実施形態では、第二電極42は、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。しかしながら、第二電極42を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第一電極41と第二電極42との間に所定の電圧を印加したときに、第一電極41と第二電極42との間で酸化物イオンを移動させることができれば、いかなる材料であってもよい。   In the present embodiment, the second electrode 42 is a porous cermet electrode containing platinum (Pt) as a main component. However, the material constituting the second electrode 42 is not necessarily limited to the above material, and when a predetermined voltage is applied between the first electrode 41 and the second electrode 42, Any material may be used as long as the oxide ions can be moved between the second electrode 42.

素子部10はヒータ(電気ヒータ)55を更に備える。本実施形態では、ヒータ55は、図2に示したように、第一不透過層21と第二不透過層22との間に配置される。ヒータ55は、例えば、白金(Pt)とセラミックス(例えば、アルミナ等)とを含むサーメットの薄板体であり、通電によって発熱する発熱体である。素子部10のヒータ55はヒータ制御回路60に接続されている。ECU80は、ヒータ制御信号をヒータ制御回路60に入力し、ヒータ制御回路60を介してヒータ55を制御する。このことによって、ヒータ55は第一電気化学セル51を活性温度以上に加熱することができる。   The element unit 10 further includes a heater (electric heater) 55. In the present embodiment, the heater 55 is disposed between the first impermeable layer 21 and the second impermeable layer 22 as shown in FIG. The heater 55 is a cermet thin plate including, for example, platinum (Pt) and ceramics (for example, alumina), and is a heating element that generates heat when energized. The heater 55 of the element unit 10 is connected to the heater control circuit 60. The ECU 80 inputs a heater control signal to the heater control circuit 60 and controls the heater 55 via the heater control circuit 60. Thus, the heater 55 can heat the first electrochemical cell 51 to an activation temperature or higher.

第一電極41及び第二電極42は電圧印加回路61に接続されている。電圧印加回路61は、第二電極42の電位が第一電極41の電位よりも高くなるように、第一電極41と第二電極42との間に電極間電圧を印加する。ECU80は、DA変換器63を介して電圧制御信号を電圧印加回路61に入力し、電圧印加回路61から印加される電極間電圧を制御する。   The first electrode 41 and the second electrode 42 are connected to the voltage application circuit 61. The voltage application circuit 61 applies an interelectrode voltage between the first electrode 41 and the second electrode 42 such that the potential of the second electrode 42 is higher than the potential of the first electrode 41. The ECU 80 inputs a voltage control signal to the voltage application circuit 61 via the DA converter 63 and controls the interelectrode voltage applied from the voltage application circuit 61.

電流検出回路62は、第一電極41と第二電極42との間に流れる電極間電流(すなわち、第一固体電解質層11内を流れる電極間電流)を検出する。電流検出回路62の出力はAD変換器64を介してECU80に入力される。したがって、ECU80は、電流検出回路62によって検出された電極間電流を電流検出回路62から取得することができる。   The current detection circuit 62 detects an interelectrode current flowing between the first electrode 41 and the second electrode 42 (that is, an interelectrode current flowing in the first solid electrolyte layer 11). The output of the current detection circuit 62 is input to the ECU 80 via the AD converter 64. Therefore, the ECU 80 can acquire the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 from the current detection circuit 62.

電圧印加回路61は、第一電極41と第二電極42との間に電極間電圧を印加する電圧印加部として機能する。電流検出回路62は、第一電極41と第二電極42との間に流れる電極間電流を検出する電流検出部として機能する。ECU80は、電圧印加回路61から印加される電極間電圧を制御すると共に電流検出回路62から電極間電流を取得する制御部として機能する。   The voltage application circuit 61 functions as a voltage application unit that applies an interelectrode voltage between the first electrode 41 and the second electrode 42. The current detection circuit 62 functions as a current detection unit that detects an interelectrode current flowing between the first electrode 41 and the second electrode 42. The ECU 80 functions as a control unit that controls the interelectrode voltage applied from the voltage application circuit 61 and acquires the interelectrode current from the current detection circuit 62.

<SOx濃度の検出原理>
次に、SOx検出装置1によるSOxの検出原理について説明する。SOxの検出原理を説明するにあたり、まず、素子部10における酸素の限界電流特性について説明する。素子部10では、被測ガス室30側の第一電極41を陰極、第一大気室31側の第二電極42を陽極としてこれら電極間に電圧を印加すると、被測ガス中に含まれている酸素が還元分解されて酸化物イオンとなる。この酸化物イオンは、第一電気化学セル51の第一固体電解質層11を介して陰極側から陽極側へと伝導されて酸素となり、大気中へ排出される。本明細書では、このような陰極側から陽極側への固体電解質層を介する酸化物イオンの伝導による酸素の移動を「酸素ポンピング作用」と称する。
<SOx concentration detection principle>
Next, the principle of SOx detection by the SOx detection device 1 will be described. In describing the SOx detection principle, first, the limiting current characteristic of oxygen in the element unit 10 will be described. In the element unit 10, when a voltage is applied between the first electrode 41 on the measured gas chamber 30 side as a cathode and the second electrode 42 on the first atmospheric chamber 31 side as an anode, it is included in the measured gas. Oxygen is reduced and decomposed into oxide ions. The oxide ions are conducted from the cathode side to the anode side through the first solid electrolyte layer 11 of the first electrochemical cell 51 to become oxygen, and are discharged into the atmosphere. In the present specification, such oxygen transfer from the cathode side to the anode side through the conduction of oxide ions through the solid electrolyte layer is referred to as “oxygen pumping action”.

このような酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、第一電気化学セル51を構成する第一電極41と第二電極42との間には電極間電流が流れる。この電極間電流は、第一電極41と第二電極42との間に印加される印加電圧が高くなるほど大きくなる。これは、印加電圧が高くなるほど、酸化物イオンの伝導量が多くなるためである。   Due to the conduction of oxide ions accompanying such an oxygen pumping action, an interelectrode current flows between the first electrode 41 and the second electrode 42 constituting the first electrochemical cell 51. The interelectrode current increases as the applied voltage applied between the first electrode 41 and the second electrode 42 increases. This is because the higher the applied voltage, the greater the amount of oxide ion conduction.

しかしながら、印加電圧を徐々に高くして或る一定値以上になると、電極間電流はそれ以上大きくならずに一定の値に維持される。このような特性は酸素の限界電流特性と称され、酸素の限界電流特性が生じる電圧領域は酸素の限界電流領域と称される。このような酸素の限界電流特性は、電圧印加に伴って固体電解質層11内を伝導可能な酸化物イオンの伝導速度が、拡散律速層16を介して被測ガス室30内に導入される酸素の導入速度を超えることによって生じる。すなわち、陰極における酸素の還元分解反応が拡散律速状態になることによって生じる。   However, when the applied voltage is gradually increased to a certain value or more, the interelectrode current is maintained at a certain value without increasing further. Such a characteristic is referred to as an oxygen limiting current characteristic, and a voltage region in which the oxygen limiting current characteristic occurs is referred to as an oxygen limiting current region. Such oxygen limit current characteristics are such that the conduction velocity of oxide ions that can conduct in the solid electrolyte layer 11 with the application of voltage is oxygen introduced into the measured gas chamber 30 through the diffusion rate controlling layer 16. This is caused by exceeding the introduction speed of. That is, it occurs when the oxygen reductive decomposition reaction at the cathode is in a diffusion-controlled state.

したがって、第一電気化学セル51において酸素の限界電流領域内の電圧を印加したときの電極間電流(限界電流)は、被測ガス中の酸素濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用することにより、被測ガス中の酸素濃度を検出し、検出された濃度に基づいて排気ガスの空燃比を検知することができる。   Accordingly, the interelectrode current (limit current) when a voltage in the oxygen limit current region is applied in the first electrochemical cell 51 corresponds to the oxygen concentration in the measured gas. Thus, by utilizing the limiting current characteristic of oxygen, it is possible to detect the oxygen concentration in the gas to be measured and detect the air-fuel ratio of the exhaust gas based on the detected concentration.

ところで、上述したような酸素ポンピング作用は、被測ガス中に含まれている酸素のみに発現する作用ではない。分子中に酸素原子を含むガスの中には酸素ポンピング作用を発現しうるガスが存在する。このようなガスとしては、SOx及び水(H2O)が挙げられる。したがって、第一電気化学セル51の第一電極41と第二電極42との間に、SOx及び水の分解開始電圧以上の電圧を印加することにより、被測ガス中に含まれる水及びSOxが分解される。SOx及び水の分解によって生じた酸化物イオンは、酸素ポンピング作用により、第一電極41から第二電極42へと伝導される。このため、第一電極41と第二電極42との間には電極間電流が流れる。 By the way, the oxygen pumping action as described above is not an action that appears only in oxygen contained in the gas to be measured. Among gases containing oxygen atoms in the molecule, there are gases that can exhibit an oxygen pumping action. Such gases include SOx and water (H 2 O). Therefore, by applying a voltage equal to or higher than the decomposition start voltage of SOx and water between the first electrode 41 and the second electrode 42 of the first electrochemical cell 51, the water and SOx contained in the measured gas are reduced. Disassembled. Oxide ions generated by the decomposition of SOx and water are conducted from the first electrode 41 to the second electrode 42 by the oxygen pumping action. For this reason, an interelectrode current flows between the first electrode 41 and the second electrode 42.

しかしながら、排気ガス中のSOx濃度は極めて低く、SOxの分解に起因して生じる電極間電流も極めて小さい。特に、排気ガス中には水が多く含まれており、水の分解に起因して電極間電流が生じる。このため、SOxの分解に起因して生じる電極間電流を精度良く区別して検出することは困難である。   However, the SOx concentration in the exhaust gas is extremely low, and the interelectrode current generated due to the decomposition of SOx is also extremely small. In particular, the exhaust gas contains a large amount of water, and an interelectrode current is generated due to the decomposition of the water. For this reason, it is difficult to accurately detect and detect the interelectrode current caused by the decomposition of SOx.

これに対して、本願の発明者は、酸素ポンピング作用を有する電気化学セルにおいて水及びSOxを分解させたときの分解電流が排気ガス中のSOx濃度に応じて変化することを見出した。斯かる現象が生じる具体的な原理は必ずしも明確ではないが、以下のようなメカニズムによって生じるものであると考えられる。   In contrast, the inventors of the present application have found that the decomposition current when water and SOx are decomposed in an electrochemical cell having an oxygen pumping action changes according to the SOx concentration in the exhaust gas. The specific principle that causes such a phenomenon is not necessarily clear, but is considered to be caused by the following mechanism.

上述したように、第一電気化学セル51の第一電極41と第二電極42との間に、SOxの分解開始電圧以上の所定電圧を印加すると、被測ガス中に含まれるSOxが分解される。この結果、SOxの分解生成物(例えば、硫黄及び硫黄化合物)が、陰極である第一電極41上に吸着する。この結果、水の分解に寄与することができる第一電極41の面積が減少する。被測ガス中のSOx濃度が高いと、第一電極41上に吸着する分解生成物が多くなる。この結果、第一電極41と第二電極42との間に水の分解開始電圧以上の所定電圧を印加したときに電極間に流れる水の分解電流が相対的に小さくなる。一方、被測ガス中のSOx濃度が低いと、第一電極41上に吸着する分解生成物が少なくなる。この結果、第一電極41と第二電極42との間に水の分解開始電圧以上の所定電圧を印加したときに電極間に流れる水の分解電流が相対的に大きくなる。したがって、被測ガス中のSOx濃度に応じて、電極間に流れる水の分解電流が変化する。この現象を用いて、被測ガス中のSOx濃度を検出することが可能となる。   As described above, when a predetermined voltage equal to or higher than the SOx decomposition start voltage is applied between the first electrode 41 and the second electrode 42 of the first electrochemical cell 51, the SOx contained in the measured gas is decomposed. The As a result, SOx decomposition products (for example, sulfur and sulfur compounds) are adsorbed on the first electrode 41 as the cathode. As a result, the area of the first electrode 41 that can contribute to the decomposition of water is reduced. When the SOx concentration in the measured gas is high, the decomposition products adsorbed on the first electrode 41 increase. As a result, when a predetermined voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied between the first electrode 41 and the second electrode 42, the water decomposition current flowing between the electrodes becomes relatively small. On the other hand, if the SOx concentration in the measured gas is low, the decomposition products adsorbed on the first electrode 41 are reduced. As a result, when a predetermined voltage equal to or higher than the water decomposition start voltage is applied between the first electrode 41 and the second electrode 42, the water decomposition current flowing between the electrodes becomes relatively large. Therefore, the decomposition current of the water flowing between the electrodes changes according to the SOx concentration in the measured gas. Using this phenomenon, the SOx concentration in the measured gas can be detected.

ここで、水の分解開始電圧は、測定条件等により若干の変動は見られるが、約0.6Vである。また、SOxの分解開始電圧は、水の分解開始電圧と同程度か、或いはそれよりも僅かに低い。したがって、本実施形態では、上述した方法によって第一電気化学セル51によって被測ガス中のSOx濃度を検出するために、第一電極41と第二電極42との間に0.6V以上の電圧が印加される。また、印加電圧が過度に高い場合には、第一固体電解質層11の分解を招く可能性がある。この場合、電極間電流に基づいて被測ガス中のSOx濃度を精度良く検出することが困難になる。このため、本実施形態では、上述した方法によって被測ガス中に含まれるSOx濃度を検出するために、第一電極41と第二電極42との間に0.6V以上2.0V未満の電圧が印加される。   Here, the water decomposition starting voltage is about 0.6 V, although some fluctuations are observed depending on the measurement conditions and the like. The decomposition start voltage of SOx is approximately the same as or slightly lower than the decomposition start voltage of water. Therefore, in this embodiment, in order to detect the SOx concentration in the gas to be measured by the first electrochemical cell 51 by the method described above, a voltage of 0.6 V or more is applied between the first electrode 41 and the second electrode 42. Is applied. Further, when the applied voltage is excessively high, the first solid electrolyte layer 11 may be decomposed. In this case, it becomes difficult to accurately detect the SOx concentration in the measured gas based on the interelectrode current. For this reason, in this embodiment, in order to detect the SOx concentration contained in the gas to be measured by the method described above, a voltage of 0.6 V or more and less than 2.0 V between the first electrode 41 and the second electrode 42. Is applied.

以下、印加電圧と電極間電流との関係について具体的に説明する。図3は、第一電気化学セル51において印加電圧を徐々に上昇させた(昇圧スイープさせた)ときの印加電圧と電極間電流との関係を示す模式的なグラフである。図示した例では、被測ガス中に含まれるSO2(すなわちSOx)の濃度が異なる4種類(0ppm、100ppm、300ppm及び500ppm)の被測ガスを使用した。なお、第一電気化学セル51の第一電極(陰極)41に到達する被測ガス中の酸素濃度は、いずれの被測ガスにおいても一定(ほぼ0ppm)に維持されている。 Hereinafter, the relationship between the applied voltage and the interelectrode current will be specifically described. FIG. 3 is a schematic graph showing the relationship between the applied voltage and the interelectrode current when the applied voltage is gradually increased (step-up sweep) in the first electrochemical cell 51. In the illustrated example, four types of measured gases (0 ppm, 100 ppm, 300 ppm, and 500 ppm) having different concentrations of SO 2 (ie, SOx) contained in the measured gas were used. Note that the oxygen concentration in the measured gas reaching the first electrode (cathode) 41 of the first electrochemical cell 51 is maintained constant (approximately 0 ppm) in any measured gas.

図3における実線L1は、被測ガス中のSO2濃度が0ppmである場合の印加電圧と電極間電流との関係を示している。図3に示した例では、被測ガス中の酸素濃度がほぼ0ppmに維持されているため、印加電圧が約0.6V未満の領域では、電極間電流はほぼ0である。一方、印加電圧が約0.6V以上になると、印加電圧の増大に伴って電極間電流が増大し始める。この電極間電流の増大は、第一電極41における水の分解が開始されたことに起因する。 A solid line L1 in FIG. 3 indicates the relationship between the applied voltage and the interelectrode current when the SO 2 concentration in the measured gas is 0 ppm. In the example shown in FIG. 3, since the oxygen concentration in the measured gas is maintained at approximately 0 ppm, the interelectrode current is approximately 0 in the region where the applied voltage is less than about 0.6V. On the other hand, when the applied voltage is about 0.6 V or more, the interelectrode current starts to increase as the applied voltage increases. This increase in inter-electrode current results from the start of water decomposition at the first electrode 41.

図3における破線L2は、被測ガス中のSO2濃度が100ppmである場合の印加電圧と電極間電流との関係を示している。この場合でも、印加電圧が約0.6V未満の領域では、実線L1の場合と同様に、電極間電流はほぼ0である。一方、印加電圧が約0.6V以上であるときには、水の分解に起因して電極間電流が流れる。しかしながら、このとき(破線L2)の電極間電流は実線L1と比較して小さく、また、印加電圧に対する電極間電流の増加率(破線L2の傾き)も実線L1と比較して小さい。 The broken line L2 in FIG. 3 shows the relationship between the applied voltage and the interelectrode current when the SO 2 concentration in the measured gas is 100 ppm. Even in this case, in the region where the applied voltage is less than about 0.6 V, the inter-electrode current is almost zero as in the case of the solid line L1. On the other hand, when the applied voltage is about 0.6 V or more, an interelectrode current flows due to water decomposition. However, the interelectrode current at this time (broken line L2) is smaller than that of the solid line L1, and the increase rate of the interelectrode current with respect to the applied voltage (slope of the broken line L2) is also smaller than that of the solid line L1.

図3における一点鎖線L3は、被測ガス中のSO2濃度が300ppmである場合の印加電圧と電極間電流との関係を示している。また、図3における二点鎖線L4は、被測ガス中のSO2濃度が500ppmである場合の印加電圧と電極間電流との関係を示している。これらの場合においても、印加電圧が約0.6V未満の領域では、実線L1及び破線L2の場合と同様に、電極間電流はほぼ0である。一方、印加電圧が約0.6V以上であるときには、水の分解に起因して電極間電流が流れる。しかしながら、被測ガス中のSO2濃度が高いほど、電極間電流が小さく、印加電圧に対する電極間電流の増加率(一点鎖線L3及び二点鎖線L4の傾き)も小さい。 A dashed-dotted line L3 in FIG. 3 shows the relationship between the applied voltage and the interelectrode current when the SO 2 concentration in the measured gas is 300 ppm. A two-dot chain line L4 in FIG. 3 indicates the relationship between the applied voltage and the interelectrode current when the SO 2 concentration in the measured gas is 500 ppm. Also in these cases, in the region where the applied voltage is less than about 0.6 V, the inter-electrode current is almost zero as in the case of the solid line L1 and the broken line L2. On the other hand, when the applied voltage is about 0.6 V or more, an interelectrode current flows due to water decomposition. However, the higher the SO 2 concentration in the measured gas, the smaller the interelectrode current, and the smaller the rate of increase of the interelectrode current with respect to the applied voltage (the slopes of the one-dot chain line L3 and the two-dot chain line L4).

このように、図3に示した例からも、印加電圧がSOx及び水の分解開始電圧である約0.6V以上であるときの電極間電流の大きさは、被測ガス中に含まれるSO2(すなわちSOx)の濃度に応じて変化することがわかる。例えば、図3に示したグラフにおける印加電圧が1.0Vであるときの線L1〜L4における電極間電流の大きさを被測ガス中のSO2濃度に対してプロットすると、図4に示したグラフが得られる。 Thus, also from the example shown in FIG. 3, the magnitude of the interelectrode current when the applied voltage is about 0.6 V or more, which is the SOx and water decomposition start voltage, is the SO It can be seen that it varies depending on the concentration of 2 (ie, SOx). For example, when the magnitude of the interelectrode current in the lines L1 to L4 when the applied voltage is 1.0 V in the graph shown in FIG. 3 is plotted against the SO 2 concentration in the measured gas, it is shown in FIG. A graph is obtained.

図4からわかるように、所定の電圧(図4に示した例では、1.0V)を印加した場合の電極間電流の大きさは、被測ガス中に含まれるSO2(すなわち、SOx)の濃度に応じて変化する。したがって、上述したように、水及びSOxの分解開始電圧以上の所定電圧を印加したときの電極間電流に基づいて、SOx濃度を検出することができる。 As can be seen from FIG. 4, the magnitude of the interelectrode current when a predetermined voltage (1.0 V in the example shown in FIG. 4) is applied is SO 2 (ie, SOx) contained in the measured gas. Varies depending on the concentration. Therefore, as described above, the SOx concentration can be detected based on the interelectrode current when a predetermined voltage equal to or higher than the decomposition start voltage of water and SOx is applied.

<電極の硫黄被毒>
ところで、上述したように、水及びSOxの分解開始電圧以上の電圧を第一電気化学セル51に印加すると、第一電気化学セル51の第一電極41上には、SOxの分解生成物(例えば、硫黄及び硫黄化合物)が吸着する。この結果、第一電極41が硫黄被毒する。このため、SOxの分解生成物が第一電極41に吸着した状態でSOx濃度を再び検出しようとすると、検出される電極間電流は、第一電極41上に吸着した分解生成物の影響を受ける。具体的には、検出される電極間電流が、被測ガス中に含まれるSOx濃度に対応する値よりも小さくなる場合がある。このため、被測ガス中のSOx濃度を精度良く検出するためには、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を除去した状態でSOx濃度を検出することが必要である。
<Sulfur poisoning of electrodes>
By the way, as described above, when a voltage equal to or higher than the decomposition start voltage of water and SOx is applied to the first electrochemical cell 51, the decomposition product of SOx (for example, on the first electrode 41 of the first electrochemical cell 51 (for example, , Sulfur and sulfur compounds) adsorb. As a result, the first electrode 41 is sulfur poisoned. For this reason, if the SOx concentration is to be detected again in a state where the SOx decomposition product is adsorbed on the first electrode 41, the detected interelectrode current is affected by the decomposition product adsorbed on the first electrode 41. . Specifically, the detected interelectrode current may be smaller than a value corresponding to the SOx concentration contained in the measured gas. For this reason, in order to accurately detect the SOx concentration in the measured gas, it is necessary to detect the SOx concentration in a state where the decomposition products of SOx adsorbed on the first electrode 41 are removed.

上述した酸素ポンピング作用によれば、電気化学セルの固体電解質層の両側に電圧を印加すると、陰極側から陽極側へ酸化物イオンが伝導する旨を説明した。しかしながら、電気化学セルの固体電解質層の両側に電圧を印加していると、陰極側における被測ガス室内がリッチ空燃比であって被測ガス中に含まれる酸素濃度が極端に少ない場合には、むしろ陽極側から陰極側へ酸化物イオンが移動する。   According to the oxygen pumping action described above, it has been described that when a voltage is applied to both sides of the solid electrolyte layer of the electrochemical cell, oxide ions are conducted from the cathode side to the anode side. However, if a voltage is applied to both sides of the solid electrolyte layer of the electrochemical cell, the measured gas chamber on the cathode side has a rich air-fuel ratio and the concentration of oxygen contained in the measured gas is extremely low. Rather, oxide ions move from the anode side to the cathode side.

このような酸化物イオンの移動が生じる理由について簡単に説明する。固体電解質層の両側面間に酸素濃度の差が生じると、濃度の高い側面側から濃度の低い側面側へと酸化物イオンを移動させようとする起電力が発生する(酸素電池作用)。これに対して、上述したように固体電解質層の両側の電極間に電圧を印加すると、上述したような起電力が発生してもこれら電極間の電位差が印加電圧に等しくなるように酸化物イオンの移動が生じる。   The reason why such oxide ion migration occurs will be briefly described. When a difference in oxygen concentration occurs between both side surfaces of the solid electrolyte layer, an electromotive force is generated to move the oxide ions from the high concentration side surface to the low concentration side surface (oxygen battery action). On the other hand, when a voltage is applied between the electrodes on both sides of the solid electrolyte layer as described above, the oxide ion is set so that the potential difference between these electrodes becomes equal to the applied voltage even if the above-described electromotive force is generated. Movement occurs.

この結果、電気化学セルの固体電解質層の両側に配置された電極間に電圧を印加すると、両電極上の酸素濃度差が両電極の電位差に応じた濃度差になるように酸化物イオンの移動が行われる。具体的には、陽極上の酸素濃度が陰極上の酸素濃度に比べて、電位差に相当する濃度差分だけ高くなるように酸化物イオンの移動が行われる。   As a result, when a voltage is applied between the electrodes arranged on both sides of the solid electrolyte layer of the electrochemical cell, the migration of oxide ions so that the oxygen concentration difference on both electrodes becomes a concentration difference corresponding to the potential difference between both electrodes. Is done. Specifically, the oxide ions are moved so that the oxygen concentration on the anode is higher than the oxygen concentration on the cathode by a concentration difference corresponding to the potential difference.

このため、電気化学セルの両電極間に或る電圧を印加した場合、陽極上の酸素濃度が陰極上の酸素濃度に比べてこの或る電圧に相当する濃度差ほど高くないときには、酸素濃度差が大きくなるように陰極から陽極へ向かって酸化物イオンの移動が行われる。この結果、陰極上の酸素濃度が低下し、両電極上の酸素濃度差は上記或る電圧に相当する濃度差に近づく。逆に、陽極上の酸素濃度が陰極上の酸素濃度に比べてこの或る電圧に相当する濃度差よりも高いときには、酸素濃度差が小さくなるように陽極から陰極へ向かって酸化物イオンの移動が行われる。この結果、陰極上の酸素濃度が上昇し、両電極上の酸素濃度差は、上記或る電圧に相当する濃度差に近づく。   Therefore, when a certain voltage is applied between both electrodes of the electrochemical cell, the oxygen concentration difference is different when the oxygen concentration on the anode is not as high as the concentration difference corresponding to this certain voltage compared to the oxygen concentration on the cathode. The oxide ions are moved from the cathode to the anode so as to increase. As a result, the oxygen concentration on the cathode decreases, and the oxygen concentration difference on both electrodes approaches the concentration difference corresponding to the certain voltage. Conversely, when the oxygen concentration on the anode is higher than the concentration difference corresponding to this certain voltage compared to the oxygen concentration on the cathode, the movement of oxide ions from the anode toward the cathode is reduced so that the oxygen concentration difference becomes smaller. Is done. As a result, the oxygen concentration on the cathode increases, and the oxygen concentration difference on both electrodes approaches the concentration difference corresponding to the certain voltage.

ここで、固体電解質層の両側面上に配置された電極間の電位差が0.45Vであるときには、この電位差に相当する濃度差は、大気中に含まれる酸素濃度と平衡状態(すなわち、過剰な未燃成分(HC、CO等)や過剰な酸素がない状態、或いは空燃比が理論空燃比である状態)における酸素濃度との濃度差に等しくなる。したがって、電気化学セルの陽極が大気に曝され、陰極が被測ガスに曝されている場合、これら電極間に0.45Vの電圧を印加すると、被測ガス室に曝されている陰極周りが平衡状態になるように酸化物イオンの移動が行われる。   Here, when the potential difference between the electrodes arranged on both sides of the solid electrolyte layer is 0.45 V, the concentration difference corresponding to this potential difference is in equilibrium with the oxygen concentration contained in the atmosphere (that is, excessive It becomes equal to the concentration difference from the oxygen concentration in the state where there is no unburned component (HC, CO, etc.) and excessive oxygen, or the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, when the anode of the electrochemical cell is exposed to the atmosphere and the cathode is exposed to the gas to be measured, when a voltage of 0.45 V is applied between these electrodes, the area around the cathode exposed to the gas chamber to be measured is The oxide ions are moved so as to be in an equilibrium state.

このため、被測ガスの酸素濃度が平衡状態における酸素濃度よりも高い場合、すなわち被測ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合(未燃成分に対して酸素が過剰な状態である場合)、被測ガス室内の陰極から陽極へ酸化物イオンの移動が行われる。この結果、被測ガスの酸素濃度は平衡状態における酸素濃度に近づく。一方、被測ガスの酸素濃度が平衡状態における酸素濃度よりも低い場合、すなわち被測ガスの空燃比が理論空空燃比よりもリッチである場合(酸素に対して未燃成分が過剰な状態である場合)、陽極から被測ガス室内の陰極へ酸化物イオンの移動が行われる。この結果、被測ガスの酸素濃度は平衡状態における酸素濃度に近づく。   Therefore, when the oxygen concentration of the measured gas is higher than the oxygen concentration in the equilibrium state, that is, when the air-fuel ratio of the measured gas is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (in a state where oxygen is excessive with respect to unburned components) In some cases, oxide ions are transferred from the cathode to the anode in the measured gas chamber. As a result, the oxygen concentration of the measured gas approaches the oxygen concentration in the equilibrium state. On the other hand, when the oxygen concentration of the measured gas is lower than the oxygen concentration in the equilibrium state, that is, when the air-fuel ratio of the measured gas is richer than the stoichiometric air-fuel ratio (the unburned component is in excess with respect to oxygen). ), Oxide ions are transferred from the anode to the cathode in the measured gas chamber. As a result, the oxygen concentration of the measured gas approaches the oxygen concentration in the equilibrium state.

一方、固体電解質層の両側面上に配置された電極間の電位差が、0.45V未満であるときには、この電位差に相当する濃度差は、大気中の酸素濃度と平衡状態における酸素濃度との濃度差よりも小さくなる。したがって、電気化学セルの陽極が大気に曝され、陰極が被測ガスに曝されている場合、これら電極間に0.45V未満の電圧を印加すると、被測ガスに曝されている陰極上が平衡状態よりも僅かに酸素過剰になるように酸化物イオンの移動が行われる。この結果、電気化学セルの陰極は平衡状態に比べて僅かに酸素過剰な状態に維持されることになる。   On the other hand, when the potential difference between the electrodes arranged on both sides of the solid electrolyte layer is less than 0.45 V, the concentration difference corresponding to this potential difference is the concentration between the oxygen concentration in the atmosphere and the oxygen concentration in the equilibrium state. Smaller than the difference. Therefore, when the anode of the electrochemical cell is exposed to the atmosphere and the cathode is exposed to the gas to be measured, if a voltage of less than 0.45 V is applied between these electrodes, the cathode exposed to the gas to be measured is exposed. The oxide ions are moved so that there is a slight oxygen excess from the equilibrium state. As a result, the cathode of the electrochemical cell is maintained in a slightly oxygen excess state compared to the equilibrium state.

したがって、第一電気化学セル51の第一電極41と第二電極42との間に、第一電極41を陰極とし、第二電極を陽極として0.45V未満の電圧を印加すると、第一電極41上が僅かに酸素過剰な状態に維持されることになる。第一電極41上にSOxの分解生成物が吸着している場合でも、第一電極41上が酸素過剰な状態に維持されると、吸着している分解生成物が酸素と反応し、SOxとなって第一電極41から脱離する。したがって、SOx検出処理に伴って第一電極41上にSOxの分解生成物が吸着している場合には、第一電気化学セル51への印加電圧を0.45V未満にすることにより、分解生成物を第一電極41から脱離させることができる。   Therefore, when a voltage lower than 0.45 V is applied between the first electrode 41 and the second electrode 42 of the first electrochemical cell 51 with the first electrode 41 as a cathode and the second electrode as an anode, 41 is maintained in a slightly oxygen excess state. Even when SOx decomposition products are adsorbed on the first electrode 41, if the first electrode 41 is maintained in an oxygen-excess state, the adsorbed decomposition products react with oxygen, and SOx and And desorbed from the first electrode 41. Therefore, when SOx decomposition products are adsorbed on the first electrode 41 in accordance with the SOx detection process, the generated voltage is reduced by setting the voltage applied to the first electrochemical cell 51 to less than 0.45V. An object can be detached from the first electrode 41.

なお、第一電気化学セル51への印加電圧を0.45V未満にすれば、SOxの分解生成物の脱離を促進することができる。しかしながら、印加電圧を過剰に低下し過ぎると、第一固体電解質層11においてブラックニングが生じるおそれがある。ここで、ブラックニングとは、固体電解質層において、固体電解質層に含まれる金属酸化物が還元され、金属が生成される現象である。第一固体電解質層11にブラックニングが生じると、第一固体電解質層11のイオン導電性が劣化し、SOx濃度の検出等を適切に行うことができなくなる。このため、第一電気化学セル51への印加電圧は、ブラックニングが生じる印加電圧(例えば、−2.0V)よりも高い電圧とすることが好ましい。   If the voltage applied to the first electrochemical cell 51 is less than 0.45 V, the desorption of SOx decomposition products can be promoted. However, if the applied voltage is excessively reduced, blackening may occur in the first solid electrolyte layer 11. Here, blackening is a phenomenon in which metal oxide is reduced by reducing the metal oxide contained in the solid electrolyte layer in the solid electrolyte layer. When blackening occurs in the first solid electrolyte layer 11, the ionic conductivity of the first solid electrolyte layer 11 deteriorates, and it becomes impossible to appropriately detect the SOx concentration. For this reason, it is preferable that the applied voltage to the first electrochemical cell 51 is higher than the applied voltage (for example, −2.0 V) at which blackening occurs.

<SOx濃度検出の問題点>
また、被測ガス中のSOx濃度を検出するために電極間にSOx及び水の分解開始電圧以上の電圧を印加した場合であっても、被測ガス中の水濃度が安定していないと、電極間電流が変動する。具体的には、被測ガス中の水濃度が高くなると、第一電極41上で分解される水の量が増えるため、電極間電流が大きくなる。一方、被測ガス中の水濃度が低くなると、電極(陰極)上で分解される水の量が減るため、電極間電流は小さくなる。したがって、被測ガス中の水濃度が安定していない場合、電極間電流が変動し、被測ガス中のSOx濃度の検出精度が低下する。
<Problems of SOx concentration detection>
Further, even when a voltage equal to or higher than the SOx and water decomposition start voltage is applied between the electrodes in order to detect the SOx concentration in the measured gas, the water concentration in the measured gas is not stable. The interelectrode current varies. Specifically, when the water concentration in the measured gas increases, the amount of water decomposed on the first electrode 41 increases, and thus the interelectrode current increases. On the other hand, when the water concentration in the gas to be measured becomes low, the amount of water decomposed on the electrode (cathode) decreases, so that the interelectrode current becomes small. Therefore, when the water concentration in the measured gas is not stable, the current between the electrodes fluctuates, and the detection accuracy of the SOx concentration in the measured gas decreases.

そこで、SOx濃度の検出精度を確保すべく、被測ガス中の水濃度が安定している間に、電極間に水及びSOxの分解開始電圧以上の電圧を印加して電極間電流を検出することが考えられる。しかしながら、電極間に水及びSOxの分解開始電圧以上の電圧を印加してから電極間電流がSOx濃度に応じた値を示すまでには或る程度の時間(例えば約60秒)を要する。このため、電圧を印加している間に内燃機関の運転状態の変化等によって被測ガス中の水濃度が変動することがあり、SOx濃度の検出精度を確保することが困難である。   Therefore, in order to ensure the detection accuracy of the SOx concentration, a voltage higher than the decomposition start voltage of water and SOx is applied between the electrodes while the water concentration in the measured gas is stable, and the interelectrode current is detected. It is possible. However, it takes a certain amount of time (for example, about 60 seconds) until the interelectrode current shows a value corresponding to the SOx concentration after applying a voltage higher than the decomposition start voltage of water and SOx between the electrodes. For this reason, the water concentration in the measured gas may fluctuate due to a change in the operating state of the internal combustion engine while the voltage is applied, and it is difficult to ensure the detection accuracy of the SOx concentration.

<SOx濃度を検出するための制御>
そこで、本実施形態では、以下のようにして被測ガス中のSOx濃度の検出が行われる。本実施形態では、被測ガス中のSOx濃度を検出するために、ECU80は、第一電極41と第二電極42との間に第一電圧を所定時間以上印加した後、被測ガス中の水濃度が安定している間に、一時降圧制御を実行する。第一電圧は、水及びSOxの分解開始電圧以上の電圧であり、例えば1.1Vである。所定時間は、電極間に第一電圧を印加してから電極間電流がSOx濃度に応じた値を示すまでに要する時間であり、例えば60秒である。また、一時降圧制御では、ECU80は第一電気化学セル51の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させて再び第一電圧に上昇させる。第二電圧は、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を脱離可能な電圧であり、例えば0.3Vである。なお、一時降圧制御前には、第一電圧は必ずしも一定にされる必要はない。
<Control for detecting SOx concentration>
Therefore, in the present embodiment, the SOx concentration in the gas to be measured is detected as follows. In the present embodiment, in order to detect the SOx concentration in the measured gas, the ECU 80 applies a first voltage between the first electrode 41 and the second electrode 42 for a predetermined time or longer, and then in the measured gas. While the water concentration is stable, temporary pressure reduction control is executed. The first voltage is a voltage equal to or higher than the decomposition start voltage of water and SOx, and is 1.1 V, for example. The predetermined time is a time required from when the first voltage is applied between the electrodes until the interelectrode current shows a value corresponding to the SOx concentration, and is, for example, 60 seconds. Further, in the temporary voltage step-down control, the ECU 80 reduces the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51 from the first voltage to the second voltage and increases it again to the first voltage. The second voltage is a voltage at which the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 41 can be desorbed, and is, for example, 0.3V. Note that the first voltage does not necessarily have to be constant before the temporary step-down control.

上述した一時降圧制御を行うことによって、一時降圧制御前に第一電極41に吸着したSOxの分解生成物の少なくとも一部が第一電極41から脱離する。このため、被測ガス中の水濃度が安定している場合、電流検出回路62によって検出される電極間電流は一時降圧制御によって増大する。このときの電極間電流の変化量は、一時降圧制御前の分解生成物の吸着量が多いほど大きくなる。したがって、一時降圧制御の開始時に検出された電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された電極間電流との差は、被測ガス中のSOx濃度が高いほど大きくなる。なお、被測ガス中のSOx濃度が非常に小さい場合、電極間電流の差はほぼゼロとなる。   By performing the above-described temporary step-down control, at least a part of the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 41 before the temporary step-down control is desorbed from the first electrode 41. Therefore, when the water concentration in the measured gas is stable, the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 is increased by the temporary step-down control. The amount of change in the interelectrode current at this time increases as the amount of adsorption of the decomposition product before the temporary pressure reduction control increases. Therefore, the difference between the interelectrode current detected at the start of the temporary step-down control and the interelectrode current detected at the completion of the temporary step-down control increases as the SOx concentration in the measured gas increases. When the SOx concentration in the measured gas is very small, the difference between the currents between the electrodes is almost zero.

このため、ECU80は、一時降圧制御の開始時に電流検出回路62によって検出された電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路62によって検出された電極間電流との差に基づいて被測ガス中のSOx濃度を検出する。具体的には、ECU80は、電極間電流の差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のSOx濃度が高いと判定する。例えば、ECU80は、電極間電流の差が所定値以上である場合にSOx濃度が所定値以上であると判定し、電極間電流の差が所定値未満である場合にSOx濃度が所定値未満であると判定する。   For this reason, the ECU 80 measures based on the difference between the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 at the start of the temporary step-down control and the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 when the temporary step-down control is completed. The SOx concentration in the gas is detected. Specifically, the ECU 80 determines that the SOx concentration in the measured gas is higher when the difference between the currents between the electrodes is relatively larger than when the difference between the currents between the electrodes is relatively small. For example, the ECU 80 determines that the SOx concentration is greater than or equal to a predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is equal to or greater than a predetermined value, and the SOx concentration is less than the predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is less than the predetermined value. Judge that there is.

本実施形態では、被測ガス中の水濃度が安定している間に一時降圧制御が実行され、一時降圧制御の開始時及び完了時において第一電気化学セル51への印加電圧は同一である。この場合、一時降圧制御前に第一電極41にSOxの分解生成物が吸着していなければ、一時降圧制御の開始時及び完了時において、水の分解に伴う電極間電流はほぼ同一となる。このため、一時降圧制御の開始時の電極間電流と一時降圧制御の完了時の電極間電流との差を算出することによって、一時降圧制御前にSOxの分解によって減少していた水の分解電流の変化量を抽出することができ、被測ガス中の水濃度の変動によるSOx濃度の検出精度の低下を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、被測ガス(排気ガス)中のSOx濃度の検出精度を向上させることができる。   In the present embodiment, the temporary pressure reduction control is executed while the water concentration in the measured gas is stable, and the applied voltage to the first electrochemical cell 51 is the same at the start and completion of the temporary pressure reduction control. . In this case, if the decomposition product of SOx is not adsorbed to the first electrode 41 before the temporary step-down control, the inter-electrode current accompanying the decomposition of water becomes substantially the same at the start and completion of the temporary step-down control. Therefore, by calculating the difference between the inter-electrode current at the start of the temporary step-down control and the inter-electrode current at the completion of the temporary step-down control, the water decomposition current that has been reduced by the decomposition of SOx before the temporary step-down control is calculated. The amount of change can be extracted, and the decrease in the detection accuracy of the SOx concentration due to the fluctuation of the water concentration in the measured gas can be suppressed. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the detection accuracy of the SOx concentration in the measured gas (exhaust gas).

また、本実施形態では、少なくとも一時降圧制御の間、被測ガス中の水濃度が安定していればいい。このため、一時降圧制御前には、内燃機関の運転状態が変化して被測ガス中の水濃度が安定していない場合であっても、水及びSOxの分解開始電圧以上の電圧を第一電気化学セル51に所定時間(例えば約60秒)以上印加することができる。また、一時降圧制御に要する時間は、例えば数秒であり、一時降圧制御前の電圧の印加時間よりもかなり短い。このため、内燃機関の運転状態が頻繁に変化するような状況であってもSOx濃度を検出するタイミングを容易に見出すことができる。したがって、本実施形態によれば、SOx濃度の検出要求があったときに、SOx濃度の検出精度を確保しつつ、SOx濃度を迅速に検出することができる。   In the present embodiment, it is sufficient that the water concentration in the measured gas is stable at least during the temporary pressure reduction control. For this reason, before the temporary pressure reduction control, even if the operating state of the internal combustion engine changes and the water concentration in the measured gas is not stable, a voltage equal to or higher than the decomposition start voltage of water and SOx is first applied. It can be applied to the electrochemical cell 51 for a predetermined time (for example, about 60 seconds) or longer. Further, the time required for the temporary step-down control is, for example, several seconds, which is considerably shorter than the voltage application time before the temporary step-down control. For this reason, the timing for detecting the SOx concentration can be easily found even in a situation where the operating state of the internal combustion engine frequently changes. Therefore, according to the present embodiment, when there is a request for detecting the SOx concentration, the SOx concentration can be detected quickly while ensuring the detection accuracy of the SOx concentration.

<タイムチャートを用いた制御の説明>
以下、図5のタイムチャートを参照して、SOx濃度を検出するための制御について具体的に説明する。図5は、被測ガス中のSOx濃度を検出する際の、機関回転数、第一電気化学セル51への印加電圧、及び第一電気化学セル51の電極間電流の概略的なタイムチャートである。
<Description of control using time chart>
The control for detecting the SOx concentration will be specifically described below with reference to the time chart of FIG. FIG. 5 is a schematic time chart of the engine speed, the applied voltage to the first electrochemical cell 51, and the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 when detecting the SOx concentration in the measured gas. is there.

図示した例では、時刻t1以前には、SOxの分解生成物が第一電極41に吸着することを抑制すべく、第一電気化学セル51に0.3Vの電圧が印加されている。時刻t1において、SOx濃度の検出条件が成立し、第一電気化学セル51への印加電圧が0.3Vから1.1Vに上昇せしめられる。なお、SOx濃度の検出条件は、例えば、素子部10が活性状態にあり且つ第一電極41が被毒していない場合に成立する。   In the illustrated example, a voltage of 0.3 V is applied to the first electrochemical cell 51 before time t1 in order to suppress the SOx decomposition product from adsorbing to the first electrode 41. At time t1, the SOx concentration detection condition is satisfied, and the voltage applied to the first electrochemical cell 51 is increased from 0.3V to 1.1V. The SOx concentration detection condition is satisfied, for example, when the element unit 10 is in an active state and the first electrode 41 is not poisoned.

時刻t1以後、第一電気化学セル51に1.1Vの電圧が所定時間以上印加される。所定時間は例えば60秒である。その後、図示した例では、時刻t2において被測ガス中の水濃度が安定していると判定され、時刻t2から時刻t3にかけて一時降圧制御が実行される。   After time t1, a voltage of 1.1 V is applied to the first electrochemical cell 51 for a predetermined time or more. The predetermined time is 60 seconds, for example. Thereafter, in the illustrated example, it is determined that the water concentration in the measured gas is stable at time t2, and the temporary pressure-down control is executed from time t2 to time t3.

一時降圧制御では、第一電気化学セル51への印加電圧が、時刻t2において1.1Vから0.3Vに低下せしめられ、時刻t3において第一電気化学セル51への印加電圧が0.3Vから1.1Vに上昇せしめられる。時刻t2と時刻t3との間の時間は例えば数秒である。時刻t3の後、時刻t5において、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を脱離すべく、第一電気化学セル51への印加電圧が1.1Vから0.3Vに低下せしめられる。   In the temporary step-down control, the applied voltage to the first electrochemical cell 51 is decreased from 1.1 V to 0.3 V at time t2, and the applied voltage to the first electrochemical cell 51 is changed from 0.3 V at time t3. Raised to 1.1V. The time between time t2 and time t3 is, for example, several seconds. After time t3, at time t5, the applied voltage to the first electrochemical cell 51 is decreased from 1.1V to 0.3V in order to desorb the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 41.

ECU80は、一時降圧制御の開始時に電流検出回路62によって検出された電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路62によって検出された電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のSOx濃度が高いと判定する。図5の例では、時刻t2又は時刻t2の直前に検出された電極間電流が一時降圧制御の開始時の電極間電流とされる。一方、時刻t3又は時刻t3の直後に検出された電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされる。なお、電極間電流のノイズの影響を低減すべく、一時降圧制御が終了して所定時間経過後の時刻t4において検出された電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされてもよい。   When the difference between the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 at the start of the temporary step-down control and the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 at the completion of the temporary step-down control is relatively large, the ECU 80 It is determined that the SOx concentration in the gas to be measured is higher than when the difference between the currents between the electrodes is relatively small. In the example of FIG. 5, the interelectrode current detected immediately before time t2 or time t2 is the interelectrode current at the start of the temporary step-down control. On the other hand, the interelectrode current detected immediately after time t3 or time t3 is used as the interelectrode current when the temporary step-down control is completed. In order to reduce the influence of noise on the interelectrode current, even if the interelectrode current detected at time t4 after the lapse of the predetermined time after the end of the temporary stepdown control is set as the interelectrode current at the completion of the temporary stepdown control. Good.

<SOx濃度検出処理の制御ルーチン>
以下、図6のフローチャートを参照して、SOx濃度を検出するための制御について詳細に説明する。図6は、本発明の第一実施形態におけるSOx濃度検出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、被測ガス中のSOx濃度の検出要求がある間、ECU80によって繰り返し実行される。SOx濃度の検出要求は、例えば、内燃機関の燃料タンクに燃料が補給されたときに発生し、SOx濃度が一回又は複数回検出されたときに消滅する。また、SOx濃度の検出要求は、イグニッションキーがオンにされたときに発生し、SOx濃度が一回又は複数回検出されたときに消滅してもよい。
<Control routine for SOx concentration detection processing>
Hereinafter, the control for detecting the SOx concentration will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. FIG. 6 is a flowchart showing a control routine of the SOx concentration detection process in the first embodiment of the present invention. The illustrated control routine is repeatedly executed by the ECU 80 while there is a request for detecting the SOx concentration in the gas to be measured. The SOx concentration detection request is generated, for example, when fuel is supplied to the fuel tank of the internal combustion engine, and disappears when the SOx concentration is detected once or a plurality of times. The SOx concentration detection request may be generated when the ignition key is turned on, and may be extinguished when the SOx concentration is detected once or a plurality of times.

最初に、ステップS101において、SOx濃度の検出条件が成立しているか否かが判定される。具体的には、例えば、素子部10が活性状態にあり且つ被毒フラグがオフである場合には、SOx濃度の検出条件が成立していると判定される。一方、素子部10が未活性状態にあり又は被毒フラグがオンである場合には、SOx濃度の検出条件が成立していないと判定される。被毒フラグは、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされたときにオンにされ、後述するステップS111においてオフにされる。被毒フラグがオフであるときには第一電極41にSOxの分解生成物が吸着していないと推定され、被毒フラグがオンであるときには第一電極41にSOxの分解生成物が吸着していると推定される。   First, in step S101, it is determined whether or not the SOx concentration detection condition is satisfied. Specifically, for example, when the element unit 10 is in the active state and the poisoning flag is off, it is determined that the SOx concentration detection condition is satisfied. On the other hand, when the element unit 10 is in an inactive state or the poisoning flag is on, it is determined that the SOx concentration detection condition is not satisfied. The poisoning flag is turned on when the ignition key of the vehicle equipped with the internal combustion engine is turned off, and is turned off in step S111 described later. When the poisoning flag is off, it is estimated that SOx decomposition products are not adsorbed on the first electrode 41, and when the poisoning flag is on, SOx decomposition products are adsorbed on the first electrode 41. It is estimated to be.

また、被測ガスの温度が高い場合には、第一電極41へのSOxの分解生成物の吸着量が減少する。この場合、被測ガス中のSOx濃度に応じて変化する電極間電流の量が小さくなり、SOx濃度の検出精度が低下するおそれがある。このため、被測ガスの温度が所定温度以上の場合にも、SOx濃度の検出条件が成立していないと判定してもよい。被測ガスの温度は、例えば、内燃機関の排気通路に配置された排気温度センサによって検出される。   Further, when the temperature of the gas to be measured is high, the adsorption amount of the decomposition product of SOx on the first electrode 41 decreases. In this case, the amount of inter-electrode current that changes in accordance with the SOx concentration in the measured gas becomes small, and the SOx concentration detection accuracy may be reduced. For this reason, even when the temperature of the measured gas is equal to or higher than a predetermined temperature, it may be determined that the SOx concentration detection condition is not satisfied. The temperature of the measured gas is detected by, for example, an exhaust temperature sensor disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine.

ステップS101において、SOx濃度の検出条件が成立していると判定された場合、本制御ルーチンはステップS102に進む。ステップS102では、第一電気化学セル51に水及びSOxの分解開始電圧以上の第一電圧が印加される。第一電圧は、例えば1.1Vであり、ステップ状に印加される。なお、電極間電圧は第一電圧まで徐々に増大されてもよい。   If it is determined in step S101 that the SOx concentration detection condition is satisfied, the present control routine proceeds to step S102. In step S <b> 102, a first voltage higher than the decomposition start voltage of water and SOx is applied to the first electrochemical cell 51. The first voltage is 1.1 V, for example, and is applied stepwise. The interelectrode voltage may be gradually increased to the first voltage.

次いで、ステップS103において、第一電圧が第一電気化学セル51に印加されてからの経過時間が所定時間以上であるか否かが判定される。所定時間は、第一電圧が第一電気化学セル51に印加されてから電極間電流がSOx濃度に応じた値を示すまでに要する時間であり、例えば60秒である。ステップS103において第一電圧が第一電気化学セル51に印加されてからの経過時間が所定時間未満であると判定された場合、ステップS102が繰り返し実行される。一方、ステップS103において第一電圧が第一電気化学セル51に印加されてからの経過時間が所定時間以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS104に進む。   Next, in step S103, it is determined whether or not an elapsed time since the first voltage is applied to the first electrochemical cell 51 is equal to or longer than a predetermined time. The predetermined time is a time required from when the first voltage is applied to the first electrochemical cell 51 until the interelectrode current shows a value corresponding to the SOx concentration, and is, for example, 60 seconds. If it is determined in step S103 that the elapsed time since the first voltage is applied to the first electrochemical cell 51 is less than the predetermined time, step S102 is repeatedly executed. On the other hand, when it is determined in step S103 that the elapsed time since the first voltage is applied to the first electrochemical cell 51 is equal to or longer than the predetermined time, the present control routine proceeds to step S104.

次いで、ステップS104では、水濃度安定フラグがオンであるか否かが判定される。水濃度安定フラグは、後述する水濃度安定判定処理によって設定されるフラグである。水濃度安定フラグは、被測ガス中の水濃度が安定していると判定された場合にはオンに設定され、被測ガス中の水濃度が安定していないと判定された場合にはオフに設定される。また、水濃度安定フラグは、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされたときにもオフに設定される。   Next, in step S104, it is determined whether or not the water concentration stability flag is on. The water concentration stability flag is a flag set by a water concentration stability determination process described later. The water concentration stability flag is set to ON when it is determined that the water concentration in the measured gas is stable, and is OFF when it is determined that the water concentration in the measured gas is not stable. Set to The water concentration stability flag is also set to off when the ignition key of a vehicle equipped with an internal combustion engine is turned off.

ステップS104において水濃度安定フラグがオフであると判定された場合、ステップS102及びステップS103が繰り返し実行される。したがって、水濃度安定フラグがオンであると判定されるまで、第一電気化学セル51には水及びSOxの分解開始電圧以上の第一電圧が印加され続ける。一方、ステップS104において水濃度安定フラグがオンであると判定された場合、本制御ルーチンはステップS105に進む。   If it is determined in step S104 that the water concentration stability flag is off, steps S102 and S103 are repeatedly executed. Therefore, the first voltage higher than the decomposition start voltage of water and SOx is continuously applied to the first electrochemical cell 51 until it is determined that the water concentration stability flag is on. On the other hand, if it is determined in step S104 that the water concentration stability flag is on, the present control routine proceeds to step S105.

ステップS105〜ステップS107では、第一電気化学セル51の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させて再び第一電圧に上昇させる一時降圧制御が実行される。第二電圧は、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を脱離可能な電圧であり、例えば0.3Vである。また、第二電圧は第一電圧よりも低い電圧である。   In step S105 to step S107, temporary step-down control is performed in which the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51 is decreased from the first voltage to the second voltage and then increased to the first voltage again. The second voltage is a voltage at which the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 41 can be desorbed, and is, for example, 0.3V. The second voltage is lower than the first voltage.

まず、ステップS105では、第一電気化学セル51の電極間電圧が降圧される。具体的には、電極間電圧が第一電圧から第二電圧に低下せしめられる。電極間電圧は第一電圧から第二電圧にステップ状に低下せしめられても徐々に低下せしめられてもよい。   First, in step S105, the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 is lowered. Specifically, the interelectrode voltage is lowered from the first voltage to the second voltage. The interelectrode voltage may be decreased stepwise from the first voltage to the second voltage or may be gradually decreased.

次いで、ステップS106において、電極間電圧が第二電圧に達してからの経過時間が所定時間以上であるか否かが判定される。所定時間は、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を第一電極41から所定量脱離するのに要する時間であり、例えば数秒である。ステップS106において電極間電圧が第二電圧に達してからの経過時間が所定時間未満であると判定された場合、ステップS104及びステップS105が繰り返し実行される。一方、ステップS106において電極間電圧が第二電圧に達してからの経過時間が所定時間以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS107に進む。   Next, in step S106, it is determined whether or not an elapsed time after the interelectrode voltage reaches the second voltage is a predetermined time or more. The predetermined time is a time required to desorb a predetermined amount of the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 41 from the first electrode 41, for example, several seconds. If it is determined in step S106 that the elapsed time after the interelectrode voltage has reached the second voltage is less than the predetermined time, steps S104 and S105 are repeatedly executed. On the other hand, when it is determined in step S106 that the elapsed time after the interelectrode voltage has reached the second voltage is equal to or longer than the predetermined time, the present control routine proceeds to step S107.

ステップS107では、第一電気化学セル51の電極間電圧が昇圧される。具体的には、電極間電圧が第二電圧から第一電圧に上昇せしめられる。電極間電圧は第二電圧から第一電圧にステップ状に上昇せしめられる。   In step S107, the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 is increased. Specifically, the interelectrode voltage is increased from the second voltage to the first voltage. The voltage between the electrodes is increased stepwise from the second voltage to the first voltage.

次いで、ステップS108では、一時降圧制御の開始時に電流検出回路62によって検出された電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路62によって検出された電極間電流とが取得される。電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる時又は電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる直前に電流検出回路62によって検出された電極間電流が一時降圧制御の開始時の電極間電流とされる。一方、電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させる時又は電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させた直後に電流検出回路62によって検出された電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされる。なお、昇圧直後の電極間電流のノイズの影響を低減すべく、電極間電圧が第一電圧に達してから所定時間後に電流検出回路62によって検出された電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされてもよい。   Next, in step S108, the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 at the start of the temporary step-down control and the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 when the temporary step-down control is completed are acquired. When the voltage between the electrodes is decreased from the first voltage to the second voltage, or the current between the electrodes detected by the current detection circuit 62 immediately before the voltage between the electrodes is decreased from the first voltage to the second voltage, the temporary step-down control is started. Current between the electrodes. On the other hand, when the interelectrode voltage is increased from the second voltage to the first voltage, or immediately after the interelectrode voltage is increased from the second voltage to the first voltage, the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 is temporarily reduced. Is the current between the electrodes at the time of completion. In order to reduce the influence of the noise of the interelectrode current immediately after boosting, the interelectrode current detected by the current detection circuit 62 after a predetermined time after the interelectrode voltage reaches the first voltage is It may be an interelectrode current.

次いで、ステップS109では、ステップS108において取得された一時降圧制御の開始時の電極間電流と一時降圧制御の完了時の電極間電流との差に基づいてSOx濃度が検出される。具体的には、電極間電流の差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べてSOx濃度が高いと判定される。例えば、電極間電流の差が所定値以上である場合にSOx濃度が所定値以上であると判定され、電極間電流の差が所定値未満である場合にSOx濃度が所定値未満であると判定される。   Next, in step S109, the SOx concentration is detected based on the difference between the interelectrode current at the start of the temporary step-down control acquired in step S108 and the interelectrode current at the completion of the temporary step-down control. Specifically, when the difference between the currents between the electrodes is relatively large, it is determined that the SOx concentration is higher than when the difference between the currents between the electrodes is relatively small. For example, it is determined that the SOx concentration is greater than or equal to a predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is greater than or equal to a predetermined value, and the SOx concentration is less than the predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is less than the predetermined value. Is done.

次いで、ステップS110では、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を第一電極41から脱離させるべく、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を脱離可能な電圧が第一電気化学セル51に所定時間印加される。所定時間は、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を第一電極41から脱離するのに十分な時間とされる。また、印加される電極間電圧は、例えば0.3Vであり、ステップ状に印加される。なお、ステップS110において電極間電圧をゼロにしてもよい。   Next, in step S110, in order to desorb the SOx decomposition product adsorbed on the first electrode 41 from the first electrode 41, the voltage at which the SOx decomposition product adsorbed on the first electrode 41 can be desorbed is first. It is applied to the electrochemical cell 51 for a predetermined time. The predetermined time is a time sufficient to desorb the SOx decomposition product adsorbed on the first electrode 41 from the first electrode 41. Further, the applied interelectrode voltage is, for example, 0.3 V, and is applied stepwise. In step S110, the interelectrode voltage may be zero.

次いで、ステップS111において被毒フラグがオフに設定される。ステップS111の後、本制御ルーチンは終了する。   Next, in step S111, the poisoning flag is set to OFF. After step S111, this control routine ends.

また、ステップS101においてSOx濃度の検出条件が成立していないと判定された場合、本制御ルーチンはステップS110に進む。   If it is determined in step S101 that the SOx concentration detection condition is not satisfied, the control routine proceeds to step S110.

<水濃度安定判定処理の制御ルーチン>
図7は、本発明の第一実施形態における水濃度安定判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンはECU80によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
<Control routine for water concentration stability determination processing>
FIG. 7 is a flowchart showing a control routine of water concentration stability determination processing in the first embodiment of the present invention. The illustrated control routine is repeatedly executed by the ECU 80 at predetermined time intervals.

最初に、ステップS201において、被測ガス中の水濃度が安定しているか否かが判定される。この判定は例えば以下のような方法によって行われる。内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの排気空燃比が変化すると、排気ガス中の水濃度が変化する。そこで、ステップS201において、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの排気空燃比の変化量が所定値未満であるか否かが判定されてもよい。所定値は、実験又は計算によって予め定められ、所望のSOx濃度の検出精度を確保することが困難な水濃度の変化量の下限値に対応する値とされる。また、排気空燃比の変化量は例えば所定時間における排気空燃比の最大値と最小値との差によって算出される。排気空燃比は、例えば、内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサによって検出される。排気ガスの排気空燃比の変化量が所定値未満であると判定された場合、被測ガス中の水濃度が安定していると判定される。一方、排気ガスの排気空燃比の変化量が所定値以上であると判定された場合、被測ガス中の水濃度が安定していないと判定される。   First, in step S201, it is determined whether the water concentration in the measured gas is stable. This determination is performed by the following method, for example. When the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine changes, the water concentration in the exhaust gas changes. Therefore, in step S201, it may be determined whether or not the amount of change in the exhaust air / fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine is less than a predetermined value. The predetermined value is determined in advance by experiment or calculation, and is a value corresponding to the lower limit value of the change amount of the water concentration where it is difficult to ensure the desired accuracy of detecting the SOx concentration. Further, the change amount of the exhaust air-fuel ratio is calculated, for example, by the difference between the maximum value and the minimum value of the exhaust air-fuel ratio in a predetermined time. The exhaust air / fuel ratio is detected by, for example, an air / fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine. When it is determined that the amount of change in the exhaust air / fuel ratio of the exhaust gas is less than the predetermined value, it is determined that the water concentration in the measured gas is stable. On the other hand, when it is determined that the amount of change in the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that the water concentration in the measured gas is not stable.

ステップS201において被測ガス中の水濃度が安定していると判定された場合、本制御ルーチンはステップS202に進む。ステップS202では、水濃度安定フラグがオンに設定される。ステップS202の後、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップS201において被測ガス中の水濃度が安定していないと判定された場合、本制御ルーチンはステップS203に進む。ステップS203では、水濃度安定フラグがオフに設定される。ステップS203の後、本制御ルーチンは終了する。   If it is determined in step S201 that the water concentration in the measured gas is stable, the present control routine proceeds to step S202. In step S202, the water concentration stability flag is set to on. After step S202, this control routine ends. On the other hand, when it is determined in step S201 that the water concentration in the measured gas is not stable, the present control routine proceeds to step S203. In step S203, the water concentration stability flag is set to OFF. After step S203, this control routine ends.

<第二実施形態>
第二実施形態に係るSOx検出装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るSOx検出装置1の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Second embodiment>
The configuration and control of the SOx detection device according to the second embodiment are basically the same as the configuration and control of the SOx detection device 1 according to the first embodiment except for the points described below. For this reason, the second embodiment of the present invention will be described below with a focus on differences from the first embodiment.

図8(A)は、本発明の第二実施形態に係るSOx検出装置の素子部10aの構成を示す概略的な断面図である。図8(B)は、図8(A)の線A−Aに沿った断面図である。第二実施形態に係るSOx検出装置は素子部10aを備える。素子部10aは、第一電気化学セル51に加えて第二電気化学セル52を備える点を除いて、第一実施形態における素子部10と同様の構成を有する。図8(A)及び図8(B)からわかるように、第二電気化学セル52は、拡散律速層16からの距離が、第一電気化学セル51と等しくなるように、第一電気化学セル51と並んで配置される。   FIG. 8A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the element portion 10a of the SOx detection device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The SOx detection device according to the second embodiment includes an element unit 10a. The element part 10 a has the same configuration as the element part 10 in the first embodiment except that the element part 10 a includes a second electrochemical cell 52 in addition to the first electrochemical cell 51. As can be seen from FIGS. 8A and 8B, the second electrochemical cell 52 has a first electrochemical cell so that the distance from the diffusion-controlling layer 16 is equal to the first electrochemical cell 51. 51 are arranged side by side.

素子部10aは、第三電極43及び第四電極44を更に備える。第三電極43は、第一固体電解質層11の被測ガス室30側の表面上に配置されている。したがって、第三電極43は、被測ガス室30内の被測ガスに曝されている。第三電極43は第一電極41と同じ表面積を有する。また、第三電極43は、拡散律速層16からの距離が第一電極41と等しくなるように、第一電極41と並んで配置される。一方、第四電極44は、第一固体電解質層11の第一大気室31側の表面上に配置されている。したがって、第四電極44は、第一大気室31内のガス(大気)に曝されている。第四電極44は第二電極42と同じ表面積を有する。また、第四電極44は、拡散律速層16からの距離が第二電極42と等しくなるように、第二電極42と並んで配置される。第三電極43と第四電極44とは、第一固体電解質層11を挟んで互いに対向するように配置されている。第三電極43、第一固体電解質層11及び第四電極44は、第二電気化学セル52を構成する。   The element unit 10 a further includes a third electrode 43 and a fourth electrode 44. The third electrode 43 is disposed on the surface of the first solid electrolyte layer 11 on the measured gas chamber 30 side. Therefore, the third electrode 43 is exposed to the measured gas in the measured gas chamber 30. The third electrode 43 has the same surface area as the first electrode 41. The third electrode 43 is arranged side by side with the first electrode 41 so that the distance from the diffusion-controlling layer 16 is equal to the first electrode 41. On the other hand, the fourth electrode 44 is disposed on the surface of the first solid electrolyte layer 11 on the first atmospheric chamber 31 side. Therefore, the fourth electrode 44 is exposed to the gas (atmosphere) in the first atmospheric chamber 31. The fourth electrode 44 has the same surface area as the second electrode 42. The fourth electrode 44 is arranged side by side with the second electrode 42 so that the distance from the diffusion rate limiting layer 16 is equal to the second electrode 42. The third electrode 43 and the fourth electrode 44 are disposed so as to face each other with the first solid electrolyte layer 11 interposed therebetween. The third electrode 43, the first solid electrolyte layer 11, and the fourth electrode 44 constitute a second electrochemical cell 52.

本実施形態では、第三電極43を構成する材料は、白金(Pt)、金(Au)、鉛(Pb)、銀(Ag)等の金属元素又はこれらの合金を主成分として含む。好ましくは、第三電極43は、白金(Pt)、金(Au)、鉛(Pb)、銀(Ag)の少なくとも一つを主成分として含む多孔質サーメット電極である。また、第四電極44は、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。なお、第三電極43を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第一電極41と比較して、SOxの分解速度が低くなるように電極が構成されれば、いかなる材料であってもよい。特に、本実施形態では、第三電極43を構成する材料は、第三電極43においてSOxが分解される速度が実質的に0となるような材料であることが好ましい。また、第四電極44を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第三電極43と第四電極44との間に所定の電圧を印加したときに、第三電極43と第四電極44との間で酸化物イオンを移動させることができれば、いかなる材料であってもよい。   In the present embodiment, the material constituting the third electrode 43 includes a metal element such as platinum (Pt), gold (Au), lead (Pb), silver (Ag), or an alloy thereof as a main component. Preferably, the third electrode 43 is a porous cermet electrode containing at least one of platinum (Pt), gold (Au), lead (Pb), and silver (Ag) as a main component. The fourth electrode 44 is a porous cermet electrode containing platinum (Pt) as a main component. In addition, the material which comprises the 3rd electrode 43 is not necessarily limited to the said material, What kind of material will be sufficient if an electrode is comprised so that the decomposition | disassembly rate of SOx may become low compared with the 1st electrode 41? It may be. In particular, in the present embodiment, the material constituting the third electrode 43 is preferably a material that substantially eliminates the rate at which SOx is decomposed in the third electrode 43. The material constituting the fourth electrode 44 is not necessarily limited to the above material, and when a predetermined voltage is applied between the third electrode 43 and the fourth electrode 44, Any material may be used as long as oxide ions can be moved between the fourth electrode 44 and the fourth electrode 44.

なお、図8に示した例では、第二電気化学セル52は、第一固体電解質層11を第一電気化学セル51と共有している。しかしながら、第二電気化学セル52は、第一電気化学セル51を構成する第一固体電解質層11とは別の固体電解質層を備えてもよい。   In the example shown in FIG. 8, the second electrochemical cell 52 shares the first solid electrolyte layer 11 with the first electrochemical cell 51. However, the second electrochemical cell 52 may include a solid electrolyte layer different from the first solid electrolyte layer 11 constituting the first electrochemical cell 51.

第三電極43及び第四電極44は電圧印加回路61に接続されている。電圧印加回路61は、第四電極44の電位が第三電極43の電位よりも高くなるように、第三電極43と第四電極44との間に電極間電圧を印加する。印加される電極間電圧はECU80によって制御される。   The third electrode 43 and the fourth electrode 44 are connected to the voltage application circuit 61. The voltage application circuit 61 applies an interelectrode voltage between the third electrode 43 and the fourth electrode 44 so that the potential of the fourth electrode 44 is higher than the potential of the third electrode 43. The applied interelectrode voltage is controlled by the ECU 80.

電流検出回路62は、第三電極43と第四電極44との間に流れる電極間電流(すなわち、第一固体電解質層11内を流れる電極間電流)を検出する。電流検出回路62の出力はAD変換器64を介してECU80に入力される。したがって、ECU80は、第二電気化学セル52の電極間電流を電流検出回路62から取得することができる。   The current detection circuit 62 detects an interelectrode current flowing between the third electrode 43 and the fourth electrode 44 (that is, an interelectrode current flowing in the first solid electrolyte layer 11). The output of the current detection circuit 62 is input to the ECU 80 via the AD converter 64. Therefore, the ECU 80 can acquire the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 from the current detection circuit 62.

<第二電気化学セルの機能>
上述したように、第二電気化学セル52では、第一電気化学セル51と同一の印加電圧が印加されても、被測ガス中に含まれるSOxを分解する速度が第一電気化学セル51よりも極めて遅い。具体的には、第三電極43においてSOxが分解される速度は、第一電極41においてSOxが分解される速度よりも極めて遅く、実質的には0である。したがって、被測ガス中に含まれるSOxの分解生成物が電極に吸着する速度も第三電極43の方が第一電極41よりも低い。具体的には、第三電極43には、SOxの分解生成物は実質的に吸着しない。したがって、第一電極41における水の分解に対する活性の低下速度よりも、第三電極43における水の分解に対する活性の低下速度の方が小さい。具体的には、第三電極43における水の分解に対する活性は実質的に低下しない。この結果、第二電気化学セル52における電極間電流は、SOxの分解に起因する影響を受けない。
<Function of the second electrochemical cell>
As described above, in the second electrochemical cell 52, even when the same applied voltage as that in the first electrochemical cell 51 is applied, the rate of decomposing SOx contained in the measured gas is higher than that in the first electrochemical cell 51. Is too slow. Specifically, the rate at which SOx is decomposed at the third electrode 43 is extremely slower than the rate at which SOx is decomposed at the first electrode 41, and is substantially zero. Therefore, the rate at which the decomposition product of SOx contained in the measured gas is adsorbed to the electrode is also lower in the third electrode 43 than in the first electrode 41. Specifically, the SOx decomposition product is not substantially adsorbed on the third electrode 43. Therefore, the rate of decrease in activity for water decomposition in the third electrode 43 is smaller than the rate of decrease in activity for water decomposition in the first electrode 41. Specifically, the activity for water decomposition in the third electrode 43 is not substantially reduced. As a result, the interelectrode current in the second electrochemical cell 52 is not affected by the decomposition of SOx.

このため、第二電気化学セル52の電極間電流は被測ガス中のSOx濃度に応じてほとんど変化しない。一方、第二電気化学セル52の電極間電流は被測ガス中の水濃度に応じて第一電気化学セル51と同様に変化する。したがって、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52に同一の電圧を印加し、第一電気化学セル51の電極間電流と第二電気化学セル52の電極間電流との差を算出することによって、SOxの分解によって減少する水の分解電流の変化量を抽出することができる。このことによって、被測ガス中の水濃度の変動によるSOx濃度の検出精度の低下を更に抑制することができる。   For this reason, the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 hardly changes according to the SOx concentration in the gas to be measured. On the other hand, the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 changes in the same manner as the first electrochemical cell 51 according to the water concentration in the gas to be measured. Therefore, the same voltage is applied to the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52, and the difference between the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 and the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 is calculated. As a result, it is possible to extract the amount of change in the water decomposition current that decreases due to the decomposition of SOx. As a result, it is possible to further suppress a decrease in the detection accuracy of the SOx concentration due to fluctuations in the water concentration in the measured gas.

<SOx濃度を検出するための制御>
第二実施形態では、ECU80は、被測ガス中のSOx濃度を検出するとき、第一電気化学セル51と同一の電圧を第二電気化学セル52にも印加する。具体的には、ECU80は、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52に第一電圧を所定時間以上印加した後、被測ガス中の水濃度が安定している間に、一時降圧制御を実行する。第一電圧は、水及びSOxの分解開始電圧以上の電圧であり、例えば1.1Vである。所定時間は、第一電気化学セル51の電極間に第一電圧を印加してから第一電気化学セル51の電極間電流がSOx濃度に応じた値を示すまでに要する時間であり、例えば60秒である。また、一時降圧制御では、ECU80は第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させて再び第一電圧に上昇させる。第二電圧は、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を脱離可能な電圧であり、例えば0.3Vである。
<Control for detecting SOx concentration>
In the second embodiment, the ECU 80 applies the same voltage to the second electrochemical cell 52 as the first electrochemical cell 51 when detecting the SOx concentration in the gas to be measured. Specifically, the ECU 80 applies a first voltage to the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 for a predetermined time or more and then temporarily decreases the water concentration in the measured gas. Execute control. The first voltage is a voltage equal to or higher than the decomposition start voltage of water and SOx, and is 1.1 V, for example. The predetermined time is a time required from when the first voltage is applied between the electrodes of the first electrochemical cell 51 until the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 shows a value corresponding to the SOx concentration. Seconds. Further, in the temporary voltage step-down control, the ECU 80 decreases the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 from the first voltage to the second voltage and increases it again to the first voltage. The second voltage is a voltage at which the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 41 can be desorbed, and is, for example, 0.3V.

ECU80は、一時降圧制御の開始時に電流検出回路62によって検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路62によって検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流との差に基づいて被測ガス中のSOx濃度を検出する。第二実施形態では、ECU80は、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流を、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流に基づいて補正する。具体的には、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流から一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が減算された値が補正後の第一電気化学セル51の電極間電流とされる。また、ECU80は、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流を、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流に基づいて補正する。具体的には、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流から一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が減算された値が補正後の第一電気化学セル51の電極間電流とされる。   The ECU 80 detects the current between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 detected by the current detection circuit 62 at the start of the temporary step-down control and the current detection circuit 62 when the temporary step-down control is completed. Based on the difference between the interelectrode currents of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52, the SOx concentration in the measured gas is detected. In the second embodiment, the ECU 80 changes the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control to the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected at the start of the temporary step-down control. Correct based on. Specifically, the value obtained by subtracting the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control from the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected at the start of the temporary step-down control is The corrected interelectrode current of the first electrochemical cell 51 is used. Further, the ECU 80 corrects the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed based on the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected when the temporary step-down control is completed. . Specifically, the value obtained by subtracting the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed from the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected when the temporary step-down control is completed is The corrected interelectrode current of the first electrochemical cell 51 is used.

ECU80は、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の補正後の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の補正後の電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のSOx濃度が高いと判定する。例えば、ECU80は、電極間電流の差が所定値以上である場合にSOx濃度が所定値以上であると判定し、電極間電流の差が所定値未満である場合にSOx濃度が所定値未満であると判定する。   The ECU 80 corrects the inter-electrode current after correction of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control, and the corrected inter-electrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed. When the difference between the two is relatively large, it is determined that the SOx concentration in the measured gas is higher than when the difference between the currents between the electrodes is relatively small. For example, the ECU 80 determines that the SOx concentration is greater than or equal to a predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is equal to or greater than a predetermined value, and the SOx concentration is less than the predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is less than the predetermined value. Judge that there is.

第二実施形態では、図6に示したSOx濃度検出処理の制御ルーチンが以下のように変更される。第二実施形態では、ステップS102、ステップS105、ステップS107及びステップS110において、第一電気化学セル51に加えて、第二電気化学セル52にも第一電気化学セル51と同一の電圧が印加される。   In the second embodiment, the control routine of the SOx concentration detection process shown in FIG. 6 is changed as follows. In the second embodiment, the same voltage as that of the first electrochemical cell 51 is applied to the second electrochemical cell 52 in addition to the first electrochemical cell 51 in step S102, step S105, step S107, and step S110. The

ステップS108では、一時降圧制御の開始時に電流検出回路62によって検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路62によって検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流とが取得される。第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる時又は第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる直前に検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流が一時降圧制御の開始時の電極間電流とされる。一方、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させる時又は第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させた直後に検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされる。なお、昇圧直後の電極間電流のノイズの影響を低減すべく、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧が第一電圧に達してから所定時間後に検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされてもよい。   In step S108, the current between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 detected by the current detection circuit 62 at the start of the temporary step-down control and the current detection circuit 62 detect when the temporary step-down control is completed. The interelectrode currents of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 are acquired. When the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 is decreased from the first voltage to the second voltage, or the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 is changed to the first voltage. The interelectrode current of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 detected immediately before the voltage is lowered from the voltage to the second voltage is set as the interelectrode current at the start of the temporary step-down control. On the other hand, when the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 is increased from the second voltage to the first voltage, or the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 is increased. The interelectrode current of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 detected immediately after the second voltage is raised to the first voltage is the interelectrode current when the temporary step-down control is completed. In addition, in order to reduce the influence of the noise of the interelectrode current immediately after boosting, the first electrode detected a predetermined time after the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 reaches the first voltage. The interelectrode current of the electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 may be the interelectrode current when the temporary step-down control is completed.

次いで、ステップS109では、ステップS108において取得された一時降圧制御の開始時の第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流と一時降圧制御の完了時の第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流との差に基づいてSOx濃度が検出される。本実施形態では、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流に基づいて補正される。具体的には、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流から一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が減算された値が補正後の電極間電流とされる。また、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流に基づいて補正される。具体的には、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流から一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が減算された値が補正後の電極間電流とされる。   Next, in step S109, the interelectrode currents of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 at the start of the temporary step-down control acquired in step S108 and the first electrochemical cell 51 at the time of completion of the temporary step-down control are obtained. The SOx concentration is detected based on the difference between the current between the electrodes of the second electrochemical cell 52. In the present embodiment, the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control is corrected based on the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected at the start of the temporary step-down control. The Specifically, the value obtained by subtracting the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control from the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected at the start of the temporary step-down control is The corrected interelectrode current is used. Further, the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed is corrected based on the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected when the temporary step-down control is completed. Specifically, the value obtained by subtracting the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed from the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected when the temporary step-down control is completed is The corrected interelectrode current is used.

この結果、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の補正後の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の補正後の電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のSOx濃度が高いと判定される。例えば、電極間電流の差が所定値以上である場合にSOx濃度が所定値以上であると判定され、電極間電流の差が所定値未満である場合にSOx濃度が所定値未満であると判定される。   As a result, the corrected interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control, and the corrected interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed When the difference between the two is relatively large, it is determined that the SOx concentration in the measured gas is higher than when the difference between the electrodes is relatively small. For example, it is determined that the SOx concentration is greater than or equal to a predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is greater than or equal to a predetermined value, and the SOx concentration is less than the predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is less than the predetermined value. Is done.

<第三実施形態>
第三実施形態に係るSOx検出装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るSOx検出装置1の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Third embodiment>
The configuration and control of the SOx detection device according to the third embodiment are basically the same as the configuration and control of the SOx detection device 1 according to the first embodiment except for the points described below. For this reason, the third embodiment of the present invention will be described below with a focus on differences from the first embodiment.

図9は、本発明の第三実施形態に係るSOx検出装置の素子部10bの構成を示す概略的な断面図である。第三実施形態に係るSOx検出装置は素子部10bを備える。素子部10bは、第一電気化学セル51に加えて第三電気化学セル53を備える点を除いて、第一実施形態における素子部10と同様の構成を有する。   FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the element portion 10b of the SOx detection device according to the third embodiment of the present invention. The SOx detection device according to the third embodiment includes an element unit 10b. The element part 10b has the same configuration as that of the element part 10 in the first embodiment except that a third electrochemical cell 53 is provided in addition to the first electrochemical cell 51.

図9に示されるように、素子部10bは、複数の層を積層して構成されている。具体的には、素子部10bは、第一固体電解質層11、第二固体電解質層12、拡散律速層16、第一不透過層21、第二不透過層22、第三不透過層23、第四不透過層24、第五不透過層25及び第六不透過層26を備える。   As shown in FIG. 9, the element portion 10 b is configured by laminating a plurality of layers. Specifically, the element portion 10b includes a first solid electrolyte layer 11, a second solid electrolyte layer 12, a diffusion rate controlling layer 16, a first impermeable layer 21, a second impermeable layer 22, a third impermeable layer 23, A fourth opaque layer 24, a fifth opaque layer 25, and a sixth opaque layer 26 are provided.

第二固体電解質層12は第一固体電解質層11と同様の構成を有する。第六不透過層26は第一不透過層21〜第五不透過層25と同様の構成を有する。素子部10bの各層は、図9の下方から、第一不透過層21、第二不透過層22、第三不透過層23、第一固体電解質層11、拡散律速層16及び第四不透過層24、第二固体電解質層12、第五不透過層25、第六不透過層26の順に積層されている。   The second solid electrolyte layer 12 has the same configuration as the first solid electrolyte layer 11. The sixth impermeable layer 26 has the same configuration as the first impermeable layer 21 to the fifth impermeable layer 25. Each layer of the element portion 10b is, from the lower side of FIG. 9, from the first impermeable layer 21, the second impermeable layer 22, the third impermeable layer 23, the first solid electrolyte layer 11, the diffusion rate controlling layer 16, and the fourth impermeable layer. The layer 24, the second solid electrolyte layer 12, the fifth impermeable layer 25, and the sixth impermeable layer 26 are laminated in this order.

第一固体電解質層11、第二固体電解質層12、拡散律速層16及び第四不透過層24によって、被測ガス室30が区画形成されている。なお、被測ガス室30は、第一固体電解質層11及び第二固体電解質層12に隣接し且つ被測ガスが流入するように構成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。   A gas chamber 30 to be measured is defined by the first solid electrolyte layer 11, the second solid electrolyte layer 12, the diffusion rate limiting layer 16, and the fourth impermeable layer 24. The measured gas chamber 30 may be configured in any manner as long as the measured gas is adjacent to the first solid electrolyte layer 11 and the second solid electrolyte layer 12 and configured to allow the measured gas to flow.

第二固体電解質層12、第五不透過層25及び第六不透過層26によって、第二大気室32が区画形成されている。図9からわかるように、第二大気室32は、第二固体電解質層12を挟んで、被測ガス室30の反対側に配置されている。第二大気室32は、排気通路の外部の大気に開放されている。したがって、第二大気室32にも、大気ガスが流入する。なお、第二大気室32は、第二固体電解質層12に隣接し且つ大気が流入するように構成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。   A second atmospheric chamber 32 is defined by the second solid electrolyte layer 12, the fifth impermeable layer 25, and the sixth impermeable layer 26. As can be seen from FIG. 9, the second atmospheric chamber 32 is disposed on the opposite side of the measured gas chamber 30 with the second solid electrolyte layer 12 interposed therebetween. The second atmosphere chamber 32 is open to the atmosphere outside the exhaust passage. Therefore, the atmospheric gas also flows into the second atmospheric chamber 32. The second atmosphere chamber 32 may be configured in any manner as long as it is configured to be adjacent to the second solid electrolyte layer 12 and to allow the atmosphere to flow in.

素子部10bは第五電極45及び第六電極46を更に備える。第五電極45は第二固体電解質層12の被測ガス室30側の表面上に配置されている。したがって、第五電極45は、被測ガス室30内の被測ガスに曝されている。また、第五電極45は、被測ガス室30内において、第一電極41よりも拡散律速層16側に配置される。したがって、拡散律速層16を介して被測ガス室30内に流入した被測ガスは、最初に第五電極45周りを流通し、その後、第一電極41周りを流通することになる。一方、第六電極46は第二固体電解質層12の第二大気室32側の表面上に配置されている。したがって、第六電極46は、第二大気室32内のガス(大気)に曝されている。第五電極45と第六電極46とは、第二固体電解質層12を挟んで互いに対向するように配置されている。第五電極45、第二固体電解質層12及び第六電極46は、第三電気化学セル53を構成する。   The element unit 10 b further includes a fifth electrode 45 and a sixth electrode 46. The fifth electrode 45 is disposed on the surface of the second solid electrolyte layer 12 on the measured gas chamber 30 side. Therefore, the fifth electrode 45 is exposed to the measured gas in the measured gas chamber 30. In addition, the fifth electrode 45 is disposed closer to the diffusion-controlling layer 16 than the first electrode 41 in the measured gas chamber 30. Therefore, the measured gas that has flowed into the measured gas chamber 30 via the diffusion-controlled layer 16 first flows around the fifth electrode 45 and then flows around the first electrode 41. On the other hand, the sixth electrode 46 is disposed on the surface of the second solid electrolyte layer 12 on the second atmospheric chamber 32 side. Therefore, the sixth electrode 46 is exposed to the gas (atmosphere) in the second atmospheric chamber 32. The fifth electrode 45 and the sixth electrode 46 are arranged to face each other with the second solid electrolyte layer 12 interposed therebetween. The fifth electrode 45, the second solid electrolyte layer 12, and the sixth electrode 46 constitute a third electrochemical cell 53.

第五電極45及び第六電極46は、白金(Pt)を主成分として含む多孔質サーメット電極である。しかしながら、第五電極45を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第五電極45と第六電極46との間に所定の電圧を印加したときに、被測ガス室30内の被測ガス中に含まれる酸素を還元分解することができれば、いかなる材料であってもよい。また、第六電極46を構成する材料も、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第五電極45と第六電極46との間に所定の電圧を印加したときに、第五電極45と第六電極46との間で酸化物イオンを移動させることができれば、いかなる材料であってもよい。   The fifth electrode 45 and the sixth electrode 46 are porous cermet electrodes containing platinum (Pt) as a main component. However, the material constituting the fifth electrode 45 is not necessarily limited to the above material, and when a predetermined voltage is applied between the fifth electrode 45 and the sixth electrode 46, the measured gas chamber 30. Any material may be used as long as oxygen contained in the gas to be measured can be reduced and decomposed. Further, the material constituting the sixth electrode 46 is not necessarily limited to the above material, and when a predetermined voltage is applied between the fifth electrode 45 and the sixth electrode 46, Any material may be used as long as the oxide ions can move between the sixth electrode 46.

なお、上記実施形態では、第三電気化学セル53は、第一電気化学セル51を構成する第一固体電解質層11とは異なる第二固体電解質層12を含んで構成されている。しかしながら、第一固体電解質層と第二固体電解質層とは同一の固体電解質層であってもよい。すなわち、図9の第一固体電解質層11が第二固体電解質層としても機能し、よって第三電気化学セル53が第一固体電解質層11を含んで構成されてもよい。この場合、第五電極45は第一固体電解質層11の被測ガス室30側の表面上に配置され、第六電極46は第一固体電解質層11の第一大気室31側の表面上に配置される。   In the above embodiment, the third electrochemical cell 53 includes the second solid electrolyte layer 12 that is different from the first solid electrolyte layer 11 that constitutes the first electrochemical cell 51. However, the first solid electrolyte layer and the second solid electrolyte layer may be the same solid electrolyte layer. That is, the first solid electrolyte layer 11 of FIG. 9 also functions as the second solid electrolyte layer, and thus the third electrochemical cell 53 may be configured to include the first solid electrolyte layer 11. In this case, the fifth electrode 45 is arranged on the surface of the first solid electrolyte layer 11 on the measured gas chamber 30 side, and the sixth electrode 46 is on the surface of the first solid electrolyte layer 11 on the first atmosphere chamber 31 side. Be placed.

第五電極45及び第六電極46は電圧印加回路61に接続されている。電圧印加回路61は、第六電極46の電位が第五電極45の電位よりも高くなるように、第五電極45と第六電極46との間に電極間電圧を印加する。印加される電極間電圧はECU80によって制御される。   The fifth electrode 45 and the sixth electrode 46 are connected to the voltage application circuit 61. The voltage application circuit 61 applies an interelectrode voltage between the fifth electrode 45 and the sixth electrode 46 so that the potential of the sixth electrode 46 is higher than the potential of the fifth electrode 45. The applied interelectrode voltage is controlled by the ECU 80.

電流検出回路62は、第五電極45と第六電極46との間に流れる電極間電流(すなわち、第二固体電解質層12内を流れる電極間電流)を検出する。電流検出回路62の出力はAD変換器64を介してECU80に入力される。したがって、ECU80は、第三電気化学セル53の電極間電流を電流検出回路62から取得することができる。   The current detection circuit 62 detects an interelectrode current flowing between the fifth electrode 45 and the sixth electrode 46 (that is, an interelectrode current flowing in the second solid electrolyte layer 12). The output of the current detection circuit 62 is input to the ECU 80 via the AD converter 64. Therefore, the ECU 80 can acquire the interelectrode current of the third electrochemical cell 53 from the current detection circuit 62.

<第三電気化学セルの機能>
第一電気化学セル51では、上述したように、第一電極41と第二電極42との間にSOx及び水の分解開始電圧以上の所定電圧を印加することで、第一電極41上で水及びSOxを分解させると共に水の分解に伴う電極間電流を検出している。しかしながら、第一電気化学セル51に到達する被測ガス中に酸素が含まれている場合には、第一電極41上で酸素の分解(イオン化)が生じると共に、これによって生じた酸化物イオンが第一電極41から第二電極42へと流れることになる。このように、酸素の分解に伴って第一電極41と第二電極42との間に分解電流が流れてしまうと、電極間電流に基づいてSOxの濃度を正確に検出することが困難になる。
<Function of the third electrochemical cell>
In the first electrochemical cell 51, as described above, a predetermined voltage equal to or higher than the SOx and water decomposition start voltage is applied between the first electrode 41 and the second electrode 42, so that And the current between electrodes accompanying the decomposition of water is detected while SOx is decomposed. However, when oxygen is contained in the gas to be measured that reaches the first electrochemical cell 51, oxygen is decomposed (ionized) on the first electrode 41, and oxide ions generated thereby are generated. It flows from the first electrode 41 to the second electrode 42. As described above, if a decomposition current flows between the first electrode 41 and the second electrode 42 due to the decomposition of oxygen, it becomes difficult to accurately detect the SOx concentration based on the interelectrode current. .

ここで、酸素の限界電流領域内の電圧を第三電気化学セル53に印加すると、第三電気化学セル53により伝導可能な酸化物イオンの伝導速度が、拡散律速層16を介して被測ガス室30内に導入される酸素の導入速度よりも速くなる。したがって、酸素の限界電流領域内の電圧が第三電気化学セル53に印加されていると、拡散律速層16を介して被測ガス室30内に流入した被測ガス中に含まれる酸素のほとんどを除去することができる。   Here, when a voltage in the limiting current region of oxygen is applied to the third electrochemical cell 53, the conduction velocity of the oxide ions that can be conducted by the third electrochemical cell 53 is measured via the diffusion rate controlling layer 16. The rate of introduction of oxygen introduced into the chamber 30 is faster. Therefore, when a voltage in the limiting current region of oxygen is applied to the third electrochemical cell 53, most of the oxygen contained in the measured gas that has flowed into the measured gas chamber 30 through the diffusion rate controlling layer 16. Can be removed.

そこで、第三実施形態では、第一電気化学セル51に水及びSOxの分解開始電圧以上の電圧を印加するときに、第一電気化学セル51よりも拡散律速層16側に配置された第三電気化学セル53に酸素の限界電流領域内の電圧を印加する。酸素の限界電流領域は、印加電圧をそれ以上上昇させても電極間電流がほとんど変化しない下限電圧(例えば、0.1V)以上の領域である。また、第三電気化学セル53への印加電圧は、SOx及び水の分解開始電圧(約0.6V)未満の電圧とされる。このことによって、第三電気化学セル53において、水及びSOxを分解することなく、酸素を分解して除去することができる。したがって、第三電気化学セル53は、被測ガス室30内から水及びSOxを排出することなく酸素を排出するポンプセルとして機能する。このことによって、被測ガスが第一電気化学セル51に到達する前に被測ガス中の酸素が第三電気化学セル53において除去されるため、第一電気化学セル51におけるSOx濃度の検出精度を更に向上させることができる。   Therefore, in the third embodiment, when a voltage equal to or higher than the decomposition start voltage of water and SOx is applied to the first electrochemical cell 51, the third electrochemical cell 51 is disposed closer to the diffusion rate controlling layer 16 than the first electrochemical cell 51. A voltage within the limiting current region of oxygen is applied to the electrochemical cell 53. The limiting current region of oxygen is a region of a lower limit voltage (for example, 0.1 V) or more at which the interelectrode current hardly changes even when the applied voltage is further increased. The voltage applied to the third electrochemical cell 53 is set to a voltage lower than the SOx and water decomposition starting voltage (about 0.6 V). Thereby, in the third electrochemical cell 53, oxygen can be decomposed and removed without decomposing water and SOx. Therefore, the third electrochemical cell 53 functions as a pump cell that discharges oxygen from the measured gas chamber 30 without discharging water and SOx. As a result, oxygen in the measured gas is removed in the third electrochemical cell 53 before the measured gas reaches the first electrochemical cell 51, so that the SOx concentration detection accuracy in the first electrochemical cell 51 is detected. Can be further improved.

<SOx濃度を検出するための制御>
第三実施形態では、ECU80は、被測ガス中のSOx濃度を検出するとき、第一電気化学セル51に加えて第三電気化学セル53にも電圧を印加する。具体的には、ECU80は、第一電圧を第一電気化学セル51に印加するとき、0.1V以上0.6V未満の電圧、例えば0.4Vの電圧を第三電気化学セル53に印加する。一方、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を脱離可能な電圧を第一電気化学セル51に印加するときには、再酸化による分解生成物の脱離を促進すべく、第一電極41に酸素を供給することが好ましい。このため、ECU80は、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を脱離可能な電圧を第一電気化学セル51に印加するとき、0.1V未満の電圧、例えば0.05Vの電圧を第三電気化学セル53に印加する。
<Control for detecting SOx concentration>
In the third embodiment, the ECU 80 applies a voltage to the third electrochemical cell 53 in addition to the first electrochemical cell 51 when detecting the SOx concentration in the gas to be measured. Specifically, when applying the first voltage to the first electrochemical cell 51, the ECU 80 applies a voltage of 0.1 V or more and less than 0.6 V, for example, a voltage of 0.4 V to the third electrochemical cell 53. . On the other hand, when a voltage capable of desorbing the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 41 is applied to the first electrochemical cell 51, the first electrode 41 is promoted in order to promote the desorption of the decomposition product due to reoxidation. It is preferable to supply oxygen. For this reason, the ECU 80 applies a voltage lower than 0.1 V, for example, a voltage of 0.05 V, when applying to the first electrochemical cell 51 a voltage capable of desorbing the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 41. Application to the third electrochemical cell 53.

第三実施形態では、図6に示したSOx濃度検出処理の制御ルーチンが以下のように変更される。ステップS102において、第一電気化学セル51に加えて第三電気化学セル53にも電圧が印加される。第三電気化学セル53への印加電圧は、0.1V以上0.6V未満の電圧、例えば0.4Vである。ステップS105において、第一電気化学セル51の電極間電圧に加えて第三電気化学セル53の電極間電圧が降圧される。第三電気化学セル53の電極間電圧は例えば0.4Vから0.05Vに低下せしめられる。ステップS107において、第一電気化学セル51の電極間電圧に加えて第三電気化学セル53の電極間電圧が昇圧される。第三電気化学セル53の電極間電圧は例えば0.05Vから0.4Vに上昇せしめられる。また、ステップS110において、第一電気化学セル51への印加電圧が0.3Vに設定され、第三電気化学セル53への印加電圧が0.05Vに設定される。   In the third embodiment, the control routine of the SOx concentration detection process shown in FIG. 6 is changed as follows. In step S <b> 102, a voltage is applied to the third electrochemical cell 53 in addition to the first electrochemical cell 51. The applied voltage to the third electrochemical cell 53 is a voltage of 0.1 V or more and less than 0.6 V, for example, 0.4 V. In step S105, in addition to the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51, the interelectrode voltage of the third electrochemical cell 53 is reduced. The voltage between the electrodes of the third electrochemical cell 53 is decreased from 0.4V to 0.05V, for example. In step S107, the interelectrode voltage of the third electrochemical cell 53 is boosted in addition to the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51. The interelectrode voltage of the third electrochemical cell 53 is increased from 0.05 V to 0.4 V, for example. In step S110, the applied voltage to the first electrochemical cell 51 is set to 0.3V, and the applied voltage to the third electrochemical cell 53 is set to 0.05V.

<第四実施形態>
第四実施形態に係るSOx検出装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係るSOx検出装置1の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第四実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Fourth embodiment>
The configuration and control of the SOx detection device according to the fourth embodiment are basically the same as the configuration and control of the SOx detection device 1 according to the first embodiment except for the points described below. For this reason, the fourth embodiment of the present invention will be described below with a focus on differences from the first embodiment.

図10(A)は、本発明の第四実施形態に係るSOx検出装置の素子部10cの構成を示す概略的な断面図である。図10(B)は、図10(A)の線B−Bに沿った断面図である。第四実施形態に係るSOx検出装置は素子部10cを備える。素子部10cは、第一電気化学セル51及び第三電気化学セル53に加えて第二電気化学セル52を備える点を除いて、第三実施形態における素子部10bと同様の構成を有する。また、素子部10cの第二電気化学セル52は、図8に示される素子部10aの第二電気化学セル52と同様の構成を有する。このため、SOx検出装置についての詳細な説明は省略する。   FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the element portion 10c of the SOx detection device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. The SOx detection device according to the fourth embodiment includes an element unit 10c. The element part 10 c has the same configuration as the element part 10 b in the third embodiment except that the element part 10 c includes a second electrochemical cell 52 in addition to the first electrochemical cell 51 and the third electrochemical cell 53. Further, the second electrochemical cell 52 of the element unit 10c has the same configuration as the second electrochemical cell 52 of the element unit 10a shown in FIG. For this reason, the detailed description about a SOx detection apparatus is abbreviate | omitted.

<SOx濃度を検出するための制御>
第四実施形態では、ECU80は、被測ガス中のSOx濃度を検出するとき、第一電気化学セル51と同一の電圧を第二電気化学セル52にも印加する。具体的には、ECU80は、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52に第一電圧を所定時間以上印加した後、被測ガス中の水濃度が安定している間に、一時降圧制御を実行する。第一電圧は、水及びSOxの分解開始電圧以上の電圧であり、例えば1.1Vである。所定時間は、第一電気化学セル51の電極間に水及びSOxの分解開始電圧以上の電圧を印加してから第一電気化学セル51の電極間電流がSOx濃度に応じた値を示すまでに要する時間であり、例えば60秒である。また、一時降圧制御では、ECU80は第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させて再び第一電圧に上昇させる。第二電圧は、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を脱離可能な電圧であり、例えば0.3Vである。
<Control for detecting SOx concentration>
In the fourth embodiment, the ECU 80 applies the same voltage to the second electrochemical cell 52 as the first electrochemical cell 51 when detecting the SOx concentration in the gas to be measured. Specifically, the ECU 80 applies a first voltage to the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 for a predetermined time or more and then temporarily decreases the water concentration in the measured gas. Execute control. The first voltage is a voltage equal to or higher than the decomposition start voltage of water and SOx, and is 1.1 V, for example. The predetermined time is from when a voltage higher than the decomposition start voltage of water and SOx is applied between the electrodes of the first electrochemical cell 51 until the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 shows a value corresponding to the SOx concentration. The time required, for example, 60 seconds. Further, in the temporary voltage step-down control, the ECU 80 decreases the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 from the first voltage to the second voltage and increases it again to the first voltage. The second voltage is a voltage at which the decomposition product of SOx adsorbed on the first electrode 41 can be desorbed, and is, for example, 0.3V.

また、ECU80は、被測ガス中のSOx濃度を検出するとき、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52に加えて第三電気化学セル53にも電圧を印加する。具体的には、ECU80は、第一電圧を第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52に印加するとき、0.1V以上0.6V未満の電圧、例えば0.4Vの電圧を第三電気化学セル53に印加する。また、ECU80は、第一電極41に吸着したSOxの分解生成物を脱離可能な電圧を第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52に印加するとき、0.1V未満の電圧、例えば0.05Vの電圧を第三電気化学セル53に印加する。   Further, the ECU 80 applies a voltage to the third electrochemical cell 53 in addition to the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 when detecting the SOx concentration in the measured gas. Specifically, when the first voltage is applied to the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52, the ECU 80 applies a voltage of 0.1 V or more and less than 0.6 V, for example, a voltage of 0.4 V to the third voltage. Applied to the electrochemical cell 53. In addition, when the ECU 80 applies a voltage capable of desorbing the decomposition product of SOx adsorbed to the first electrode 41 to the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52, a voltage of less than 0.1 V, for example, A voltage of 0.05 V is applied to the third electrochemical cell 53.

ECU80は、一時降圧制御の開始時に電流検出回路62によって検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流と、一時降圧の完了時後に電流検出回路62によって検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流との差に基づいて被測ガス中のSOx濃度を検出する。第四実施形態では、ECU80は、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流を、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流に基づいて補正する。具体的には、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流から一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が減算された値が補正後の第一電気化学セル51の電極間電流とされる。また、ECU80は、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流を、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流に基づいて補正する。具体的には、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流から一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が減算された値が補正後の第一電気化学セル51の電極間電流とされる。   The ECU 80 detects the current between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 detected by the current detection circuit 62 at the start of the temporary step-down control, and the current detection circuit 62 after the completion of the temporary step-down control. Based on the difference between the interelectrode currents of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52, the SOx concentration in the measured gas is detected. In the fourth embodiment, the ECU 80 converts the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control into the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected at the start of the temporary step-down control. Correct based on. Specifically, the value obtained by subtracting the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control from the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected at the start of the temporary step-down control is The corrected interelectrode current of the first electrochemical cell 51 is used. Further, the ECU 80 corrects the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed based on the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected when the temporary step-down control is completed. . Specifically, the value obtained by subtracting the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed from the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected when the temporary step-down control is completed is The corrected interelectrode current of the first electrochemical cell 51 is used.

ECU80は、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の補正後の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の補正後の電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のSOx濃度が高いと判定する。例えば、ECU80は、電極間電流の差が所定値以上である場合にSOx濃度が所定値以上であると判定し、電極間電流の差が所定値未満である場合にSOx濃度が所定値未満であると判定する。   The ECU 80 corrects the inter-electrode current after correction of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control, and the corrected inter-electrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed. When the difference between the two is relatively large, it is determined that the SOx concentration in the measured gas is higher than when the difference between the currents between the electrodes is relatively small. For example, the ECU 80 determines that the SOx concentration is greater than or equal to a predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is equal to or greater than a predetermined value, and the SOx concentration is less than the predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is less than the predetermined value. Judge that there is.

第四実施形態では、図6に示したSOx濃度検出処理の制御ルーチンが以下のように変更される。第四実施形態では、ステップS102、ステップS105、ステップS107及びステップS110において、第一電気化学セル51に加えて、第二電気化学セル52にも第一電気化学セル51と同一の電圧が印加される。   In the fourth embodiment, the control routine of the SOx concentration detection process shown in FIG. 6 is changed as follows. In the fourth embodiment, in step S102, step S105, step S107, and step S110, the same voltage as that of the first electrochemical cell 51 is applied to the second electrochemical cell 52 in addition to the first electrochemical cell 51. The

また、ステップS102において、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52に加えて第三電気化学セル53にも電圧が印加される。第三電気化学セル53への印加電圧は、0.1V以上0.6V未満の電圧、例えば0.4Vである。ステップS105において、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧に加えて第三電気化学セル53の電極間電圧が降圧される。第三電気化学セル53の電極間電圧は例えば0.4Vから0.05Vに低下せしめられる。ステップS107において、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧に加えて第三電気化学セル53の電極間電圧が昇圧される。第三電気化学セル53の電極間電圧は例えば0.05Vから0.4Vに上昇せしめられる。また、ステップS110において、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52への印加電圧が0.3Vに設定され、第三電気化学セル53への印加電圧が0.05Vに設定される。   In step S <b> 102, a voltage is applied to the third electrochemical cell 53 in addition to the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52. The applied voltage to the third electrochemical cell 53 is a voltage of 0.1 V or more and less than 0.6 V, for example, 0.4 V. In step S105, the interelectrode voltage of the third electrochemical cell 53 is lowered in addition to the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52. The voltage between the electrodes of the third electrochemical cell 53 is decreased from 0.4V to 0.05V, for example. In step S107, the interelectrode voltage of the third electrochemical cell 53 is boosted in addition to the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52. The interelectrode voltage of the third electrochemical cell 53 is increased from 0.05 V to 0.4 V, for example. In step S110, the applied voltage to the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 is set to 0.3V, and the applied voltage to the third electrochemical cell 53 is set to 0.05V.

ステップS108では、一時降圧制御の開始時に電流検出回路62によって検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に電流検出回路62によって検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流とが取得される。第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる時又は第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第一電圧から第二電圧に低下させる直前に検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流が一時降圧制御の開始時の電極間電流とされる。一方、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させる時又は第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧を第二電圧から第一電圧に上昇させた直後に検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされる。なお、昇圧直後の電極間電流のノイズの影響を低減すべく、第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電圧が第一電圧に達してから所定時間後に検出された第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流が一時降圧制御の完了時の電極間電流とされてもよい。   In step S108, the current between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 detected by the current detection circuit 62 at the start of the temporary step-down control and the current detection circuit 62 detect when the temporary step-down control is completed. The interelectrode currents of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 are acquired. When the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 is decreased from the first voltage to the second voltage, or the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 is changed to the first voltage. The interelectrode current of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 detected immediately before the voltage is lowered from the voltage to the second voltage is set as the interelectrode current at the start of the temporary step-down control. On the other hand, when the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 is increased from the second voltage to the first voltage, or the voltage between the electrodes of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 is increased. The interelectrode current of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 detected immediately after the second voltage is raised to the first voltage is the interelectrode current when the temporary step-down control is completed. In addition, in order to reduce the influence of the noise of the interelectrode current immediately after boosting, the first electrode detected a predetermined time after the interelectrode voltage of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 reaches the first voltage. The interelectrode current of the electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 may be the interelectrode current when the temporary step-down control is completed.

次いで、ステップS109では、ステップS108において取得された一時降圧制御の開始時の第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流と一時降圧制御の完了時の第一電気化学セル51及び第二電気化学セル52の電極間電流との差に基づいてSOx濃度が検出される。本実施形態では、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流に基づいて補正される。具体的には、一時降圧制御の開始時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流から一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が減算された値が補正後の電極間電流とされる。また、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流に基づいて補正される。具体的には、一時降圧制御の完了時に検出された第二電気化学セル52の電極間電流から一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の電極間電流が減算された値が補正後の電極間電流とされる。   Next, in step S109, the interelectrode currents of the first electrochemical cell 51 and the second electrochemical cell 52 at the start of the temporary step-down control acquired in step S108 and the first electrochemical cell 51 at the time of completion of the temporary step-down control are obtained. The SOx concentration is detected based on the difference between the current between the electrodes of the second electrochemical cell 52. In the present embodiment, the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control is corrected based on the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected at the start of the temporary step-down control. The Specifically, the value obtained by subtracting the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control from the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected at the start of the temporary step-down control is The corrected interelectrode current is used. Further, the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed is corrected based on the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected when the temporary step-down control is completed. Specifically, the value obtained by subtracting the interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed from the interelectrode current of the second electrochemical cell 52 detected when the temporary step-down control is completed is The corrected interelectrode current is used.

この結果、一時降圧制御の開始時に検出された第一電気化学セル51の補正後の電極間電流と、一時降圧制御の完了時に検出された第一電気化学セル51の補正後の電極間電流との差が相対的に大きい場合には電極間電流の差が相対的に小さい場合に比べて被測ガス中のSOx濃度が高いと判定される。例えば、電極間電流の差が所定値以上である場合にSOx濃度が所定値以上であると判定され、電極間電流の差が所定値未満である場合にSOx濃度が所定値未満であると判定される。   As a result, the corrected interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected at the start of the temporary step-down control, and the corrected interelectrode current of the first electrochemical cell 51 detected when the temporary step-down control is completed When the difference between the two is relatively large, it is determined that the SOx concentration in the measured gas is higher than when the difference between the electrodes is relatively small. For example, it is determined that the SOx concentration is greater than or equal to a predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is greater than or equal to a predetermined value, and the SOx concentration is less than the predetermined value when the difference between the currents between the electrodes is less than the predetermined value. Is done.

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。   The preferred embodiments according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.

1 SOx検出装置
10、10a、10b、10c 素子部
11 第一固体電解質層
16 拡散律速層
41 第一電極
42 第二電極
51 第一電気化学セル
61 電圧印加回路
62 電流検出回路
80 電子制御ユニット(ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SOx detection apparatus 10, 10a, 10b, 10c Element part 11 1st solid electrolyte layer 16 Diffusion-controlled layer 41 1st electrode 42 2nd electrode 51 1st electrochemical cell 61 Voltage application circuit 62 Current detection circuit 80 Electronic control unit ( ECU)

Claims (1)

酸化物イオン伝導性を有する固体電解質層と、被測ガスに曝されるように前記固体電解質層の一方の側面上に配置された第一電極と、大気に曝されるように前記固体電解質層の他方の側面上に配置された第二電極とを有する電気化学セルと、前記被測ガスの拡散律速を行う拡散律速層とを備える素子部と、
前記第二電極の電位が前記第一電極の電位よりも高くなるように前記第一電極と前記第二電極との間に電極間電圧を印加する電圧印加部と、
前記第一電極と前記第二電極との間に流れる電極間電流を検出する電流検出部と、
前記電圧印加部から印加される前記電極間電圧を制御すると共に前記電流検出部から前記電極間電流を取得する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第一電極と前記第二電極との間に第一電圧を所定時間以上印加した後、前記被測ガス中の水濃度が安定している間に、前記電極間電圧を前記第一電圧から第二電圧に低下させて再び前記第一電圧に上昇させる一時降圧制御を実行し、前記一時降圧制御の開始時に前記電流検出部によって検出された前記電極間電流と、前記一時降圧制御の完了時に前記電流検出部によって検出された前記電極間電流との差が相対的に大きい場合には該差が相対的に小さい場合に比べて前記被測ガス中の硫黄酸化物濃度が高いと判定し、前記第一電圧は水及び硫黄酸化物の分解開始電圧以上の電圧であり、前記第二電圧は、前記第一電極に吸着した硫黄酸化物の分解生成物を脱離可能な電圧である、硫黄酸化物検出装置。
A solid electrolyte layer having oxide ion conductivity; a first electrode disposed on one side surface of the solid electrolyte layer so as to be exposed to a gas to be measured; and the solid electrolyte layer so as to be exposed to the atmosphere An electrochemical cell having a second electrode disposed on the other side surface of the element, and an element portion comprising a diffusion rate-limiting layer that performs diffusion rate-limiting of the measured gas,
A voltage application unit that applies an inter-electrode voltage between the first electrode and the second electrode so that the potential of the second electrode is higher than the potential of the first electrode;
A current detector for detecting an interelectrode current flowing between the first electrode and the second electrode;
A controller that controls the interelectrode voltage applied from the voltage application unit and acquires the interelectrode current from the current detection unit, and
The control unit applies the first voltage between the first electrode and the second electrode for a predetermined time or more, and then sets the inter-electrode voltage while the water concentration in the measured gas is stable. Temporary step-down control for reducing the first voltage to the second voltage and increasing the first voltage again is performed, the inter-electrode current detected by the current detection unit at the start of the temporary step-down control, and the temporary When the difference between the interelectrode current detected by the current detection unit at the time of completion of the step-down control is relatively large, the sulfur oxide concentration in the measured gas is larger than when the difference is relatively small. The first voltage is higher than the decomposition start voltage of water and sulfur oxide, and the second voltage can desorb the decomposition product of sulfur oxide adsorbed on the first electrode. A sulfur oxide detector that is a voltage.
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