气体检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够对内燃机的排气(被检测气体)中所含有的硫氧化物的浓度进行检测或能够对该硫氧化物的有无进行判断的气体检测装置。
【背景技术】
[0002]—直以来，为了对内燃机进行控制而广泛地使用一种根据排气中所含有的氧(O2)的浓度来取得燃烧室内的混合气体的空燃比(A/F)的空燃比传感器(A/F传感器)。作为这样的空燃比传感器的一种类型可列举出极限电流式气体传感器。
[0003]作为如上所述的空燃比传感器而使用的极限电流式气体传感器具备作为电化学电池的栗单元，所述电化学电池包括具有氧化物离子传导性的固体电解质体和被粘着在固体电解质体的表面上的一对电极。一对电极中的一方被暴露于作为通过扩散电阻部而被导入的被检测气体的内燃机的排气中，另一方被暴露于大气中。而且，在对空燃比进行检测时，所述固体电解质体被升温至出现氧化物离子传导性的温度(以下有时也被称为“活化温度”)以上的预定的温度。
[0004]当在上述状态下，将所述一方的电极作为阴极，将所述另一方的电极作为阳极，并向这一对电极之间施加氧开始分解的电压(分解开始电压)以上的电压时，被检测气体中所含有的氧在阴极处被还原分解而成为氧化物离子(O2—)。该氧化物离子经由所述固体电解质体被传导至阳极而成为氧，并被排向大气中。这种通过氧化物离子经由固体电解质体从阴极侧向阳极侧的传导而实现的氧的移动被称为“栗氧作用”。
[0005]通过伴随着所述栗氧作用而实现的氧化物离子的传导，从而使所述一对电极之间有电流流过。如此，在一对电极之间流动的电流被称为“电极电流”。该电极电流具有向一对电极之间施加的电压(以下有时被简称为“施加电压”)越上升则该电极电流越升高的趋势。然而，由于到达所述一方的电极(阴极)的被检测气体的流量通过扩散电阻部而被限制，因此伴随着栗氧作用而导致的氧的消耗速度不久就会超过向阴极供给氧的供给速度。即，阴极的氧的还原分解反应成为扩散限速状态。
[0006]在所述扩散限速状态下，即使提升施加电压电极电流也不会增大而成为大致固定。这样的特性被称为“极限电流特性”，出现(观测到)极限电流特性的施加电压的范围被称为“极限电流区域”。而且，极限电流区域中的电极电流被称为“极限电流”，极限电流的大小(极限电流值)对应于向阴极供给氧的供给速度。如上所述，由于到达阴极的被检测气体的流量通过扩散电阻部而被维持为固定，因此向阴极供给氧的供给速度对应于被检测气体中所含有的氧的浓度。
[0007]因此，在作为空燃比传感器而被使用的极限电流式气体传感器中，在将施加电压设定为“极限电流域内的预定的电压”时的电极电流(极限电流)对应于被检测气体中所含的氧的浓度。如此，通过利用氧的极限电流特性，空燃比传感器对作为被检测气体的排气中所含有的氧的浓度进行检测，并基于此来取得燃烧室内的混合气体的空燃比。
[0008]如上所述的极限电流特性并非仅限定于氧气的特性。具体而言，在分子中包含氧原子的气体(以下有时被称为“含氧气体”)中，存在能够通过适当地选择施加电压以及阴极的结构而使极限电流特性出现的结构。作为这样的含氧气体的示例，例如可列举出硫氧化物(SOx)、水(H2O)以及二氧化碳(CO2)等。
[0009]然而，在内燃机的燃料(例如，轻油以及汽油等)中含有微量的硫(S)成分。尤其是又被称为劣质燃料的燃料有时会以比较高的含有率而包含硫成分。当燃料中的硫成分的含有率(以下有时被简称为“硫含有率”)较高时，发生内燃机的构成部件的劣化及/或故障、排气净化催化剂的中毒、排气中的白烟的产生等问题的可能性较高。因此，取得燃料中的硫成分的含有率并利用所取得的硫含有率，从而可期待在如下方面起作用，例如，对内燃机的控制进行变更，或者发出内燃机的故障相关的警告，或者排气净化催化剂的本身故障诊断(OBD:On-Board Diagnostic)的改善。
[0010]当内燃机的燃料含有硫成分时，从燃烧室被排出的排气中含有硫氧化物。而且，随着燃料中的硫成分的含有率(硫含有率)越升尚，排气中所含有的硫氧化物的浓度(以下有时被简称为“SOx浓度”)越升高。因此可认为只要能够准确地取得排气中的SOx浓度，则可根据所取得的SOx浓度而准确地取得硫含有率。
[0011]因此，在该技术领域中正在进行如下尝试，S卩，通过利用了上述的栗氧作用的极限电流式气体传感器来取得内燃机的排气中所含有的硫氧化物的浓度。具体而言，使用了具备两个栗单元的极限电流式气体传感器(双电池型的极限电流式气体传感器)，该两个栗单元以使作为被检测气体的内燃机的排气通过扩散电阻部而被导入的内部空间与阴极相对的方式而被串联配置。
[0012]在该传感器中，通过向上游侧的栗单元的电极之间施加相对较低的电压，从而通过上游侧的栗单元的栗氧作用而对被检测气体中所含有的氧进行去除。而且，通过向下游侧的栗单元的电极之间施加相对较高的电压，从而通过下游侧的栗单元而使被检测气体中所含有的硫氧化物在阴极处进行还原分解，作为其结果而将所生成的氧化物离子向阳极传导。基于起因于该栗氧作用而引起的电极电流(分解电流)值的变化，来取得被检测气体中所含有的硫氧化物的浓度(例如参照专利文献I)。
[0013]在先技术文献
[0014]专利文献
[0015]专利文献1:日本特开平11-190721号公报
【发明内容】
[0016]然而，本发明人发现基于硫氧化物的分解电流而实施被检测气体(排气)中所含有的硫氧化物的检测之后而再次进行该检测时存在无法准确地对硫氧化物进行检测的情况。具体而言，存在如下情况，即，尽管被检测气体中所含有的硫氧化物的浓度实际上较低但被较高地检测出，或者尽管被检测气体中未含有硫氧化物但被判断为含有硫氧化物。另外，在本说明书中将“被检测气体中所含有的硫氧化物的浓度的检测(测定)以及该硫氧化物的有无的判断”总称为“被检测气体中所含有的硫氧化物的检测”。另外，将“燃料中所含有的硫成分的含有率的检测(测定)以及该硫成分的有无的判断”总称为“燃料中所含有的硫成分的检测”。
[0017]产生上述的误检测的原因可认为是，在上一次之前的“被检测气体中所含有的硫氧化物的检测”中吸附在电化学电池的阴极上的硫氧化物的分解生成物(例如，硫(S)以及硫化合物等)的至少一部分在此次检测时仍以吸附在阴极上的状态而残留着的缘故。因此，为了防止上述的误检测，从而在开始对被检测气体中所含有的硫氧化物进行检测的气体检测动作时，需要将吸附在电化学电池的阴极上的硫氧化物的分解生成物从阴极上去除。
[0018]本发明是为了应对如上所述的课题而被完成的发明。本发明的一个目的在于，提供一种如下的气体检测装置，即，通过将电化学电池的温度以及施加电压设为适当的组合，从而能够将吸附在阴极上的硫氧化物的分解生成物从阴极上去除，进而能够对被检测气体中所含有的硫氧化物准确地进行检测。
[0019]本发明人进行进一步研究结果发现，通过使电化学电池的温度上升至预定的温度以上，从而能够使如上文所叙述的那样吸附在阴极上的硫氧化物的分解生成物从阴极上解吸。具体而言，在未执行气体检测动作时，以与被检测气体中所含有的硫氧化物的分解生成物吸附在阴极上的速度相比而该分解生成物从阴极上解吸的速度较大的方式对电化学电池的施加电压以及温度进行控制。发现通过将该状态维持在预定期间以上从而能够将吸附在阴极上的硫氧化物的分解生成物从阴极上去除。
[0020]下面对本发明所涉及的气体检测装置(以下有时被称为“本发明装置”)进行说明。本发明装置为，具备与极限电流式气体传感器同样的结构的气体检测装置，其中，所述极限电流式气体传感器具备具有栗氧作用的电化学电池。即，本发明装置为，在具有栗氧作用的电化学电池(栗单元)中根据与以预定的施加电压而使水及硫氧化物分解时的电极电流相对应的检测值，而对被检测气体中所含有的硫氧化物进行检测的气体检测装置。
[0021]具体而言，本发明装置具备元件部、加热器、电压施加部、温度调节部、测定控制部。
[0022]元件部具备包含具有氧化物离子传导性的固体电解质体以及第一电极与第二电极的第一电化学电池、致密体、扩散电阻部，所述第一电极以及第二电极分别被形成在该固体电解质体的表面上。而且，元件部被构成为，作为被检测气体的内燃机的排气经由所述扩散电阻部而被导入至由所述固体电解质体、所述致密体和所述扩散电阻部所划分出的内部空间内，所述第一电极露出于所述内部空间中且所述第二电极露出于作为与所述内部空间不同的空间的第一其他空间中。
[0023]加热器在被通电时发热并对所述元件部进行加热。
[0024]电子施加部向所述第一电极与所述第二电极之间施加电压。
[0025]温度调节部通过控制向所述加热器的通电量，从而对所述元件部的温度进行控制。
[0026]测定控制部对所述电压施加部以及所述温度调节部进行控制并且取得与流过所述第一电极和所述第二电极之间的电流相对应的第一检测值。
[0027]而且，所述第一电极被构成为，在作为所述元件部的温度为活化温度以上的第一预定温度且所述第一电极与所述第二电极之间被施加了第一预定电压的状态的第一状态下，能够使所述被检测气体中所含有的水(H2O)以及硫氧化物(SOx)分解，其中，所述活化温度为，出现所述固体电解质体的氧化物离子传导性的温度，
[0028]所述测定控制部被构成为，通过利用所述温度调节部而使所述元件部的温度与所述第一预定温度一致且利用所述电压施加部而使作为所述第一电极与所述第二电极之间被施加的电压的第一施加电压与所述第一预定电压一致，从而实现所述第一状态，并且执行基于在所述第一状态下所取得的所述第一检测值而对所述被检测气体中所含有的硫氧化物的浓度进行检测或对该硫氧化物的有无进行判断的气体检测动作。
[0029]并且，所述测定控制部被构成为，在未执行所述气体检测动作时，通过利用所述温度调节部而对所述元件部的温度进行控制并且利用所述电压施加部而对所述第一施加电压进行控制。由此，所述测定控制部使解吸速度大于吸附速度，所述吸附速度为，所述被检测气体中所含有的硫氧化物的分解生成物吸附于所述第一电极上的速度，所述解吸速度为，该分解生成物从所述第一电极上解吸的速度。所述测定控制部被构成为，执行将实现上述状态的所述第一施加电压与所述元件部的温度的组合被维持的状态持续预定的第一期间以上的中毒恢复动作。
[0030]根据本发明装置，以与被检测气体中所含有的硫氧化物的分解生成物吸附于第一电极上的速度(即吸附速度)相比该分解生成物从第一电极上解吸的速度(即解吸速度)较大的方式，维持第一施加电压与元件部的温度的组合。因此，本发明装置能够将“气体检测动作的执行中吸附在第一电极(阴极)上的硫氧化物的分解生成物”从阴极上去除。其结果为，在接下来执行气体检测动作时硫氧化物的分解生成物不会吸附到阴极上。因此，根据本发明装置，能够准确地对被检测气体中所含有的硫氧化物的浓度进行检测，或能够准确地对该硫氧化物的有无进行判断。
[0031]适于中毒恢复动作的执行的(与吸附速度相比解吸速度较大的)第一施加电压与元件部的温度的组合例如可以通过如下的事先实验进行确定。