CN117751287A

CN117751287A - 气体传感器

Info

Publication number: CN117751287A
Application number: CN202280051127.9A
Authority: CN
Inventors: 市川大智; 冈本拓
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2024-03-22
Also published as: WO2023026899A1; DE112022002209T5

Abstract

气体传感器100具备传感器元件101和控制装置。控制装置基于泵电流Ip2的下冲和过冲中的至少一者，判定是否需要进行传感器元件101的更新。另外，控制装置在判定为需要进行更新的情况下进行更新处理，该更新处理包括：以与通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出氧浓度调整室(第一内部空腔20及第二内部空腔40)的氧的方式对调整用泵单元(主泵单元21或辅助泵单元50)进行控制的更新时调整用泵控制处理、以及以与通常时测定用泵控制处理相比更多地吸出第三内部空腔61的氧的方式对测定用泵单元41进行控制的更新时测定用泵控制处理中的至少任一者。

Description

气体传感器

技术领域

本发明涉及气体传感器。

背景技术

以往，已知有对汽车的尾气等被测定气体中的NOx等特定气体的浓度进行检测的气体传感器。例如，专利文献1中记载的NOx传感器具备：构成为包括氧离子传导性的固体电解质和具有NOx还原能力的测定电极的电化学泵单元。该NOx传感器在测定电极处将被测定气体中的NOx气体转化为O₂气，基于与转化后的O₂气的浓度相对应地变化且流通于所述电化学泵单元的泵电流，输出被测定气体中的NOx浓度。

另外，专利文献1中记载了：上述NOx传感器中，在例如进行将向发动机供给燃料停止的燃料切断时等NOx浓度变为零时，NOx浓度的输出信号与理想的信号相比，发生暂时过于降低的下冲。如果发生这样的下冲，则NOx浓度的测定精度容易恶化，故不理想。专利文献2中记载了：上述现象是因为被测定气体中的水分的变化而产生的。另外，专利文献1中记载了：通过进行将NOx传感器的传感器元件在富燃料气氛之下于500℃以上的温度进行15分钟以上处理的富燃料处理，能够抑制下冲。此时的富燃料气氛是：NO的浓度按体积比计为0.05％以上且1.0％以下、空气过剩率(λ)为0.80～0.9999的包含烃的气体气氛。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-190939号公报

专利文献2：国际公开第2008/038773号小册子

发明内容

然而，即便是制造时不发生上述的泵电流下冲的气体传感器，随着气体传感器的使用，也有时下冲增大。另外，随着气体传感器的使用，与下冲同样地，有时过冲也增大。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其主要目的在于，抑制气体传感器的使用所伴随的测定用泵电流的下冲及过冲增大。

本发明为了达成上述的主要目的而采用了以下的手段。

[1]本发明的气体传感器具备：传感器元件、特定气体浓度检测部、要否判定部、以及更新控制部，

所述传感器元件具有：

元件主体，该元件主体包括氧离子传导性的固体电解质层，且内部设置有供被测定气体导入并使其流通的被测定气体流通部；

测定用泵单元，该测定用泵单元具有以与所述被测定气体接触的方式设置于所述元件主体的外侧的外侧测定电极、以及在所述被测定气体流通部中的测定室所配设的内侧测定电极，从所述内侧测定电极的周围向所述外侧测定电极的周围进行氧的吸出；

调整用泵单元，该调整用泵单元对在所述被测定气体流通部中的所述测定室的上游侧所设置的氧浓度调整室的氧浓度进行调整；

基准电极，该基准电极以与所述被测定气体中的特定气体浓度的检测基准、即基准气体接触的方式配设于所述元件主体的内部；以及

测定用电压检测传感器单元，该测定用电压检测传感器单元对所述基准电极与所述内侧测定电极之间的测定用电压进行检测，

所述特定气体浓度检测部进行使所述调整用泵单元动作的通常时调整用泵控制处理、以及以使得所述传感器元件的所述测定用电压达到目标值的方式对所述测定用泵单元进行控制而吸出所述测定室的氧的通常时测定用泵控制处理，基于通过该通常时测定用泵控制处理而流通于所述测定用泵单元的测定用泵电流，对所述被测定气体中的所述特定气体浓度进行检测，

所述要否判定部进行更新要否判定处理，即，基于所述测定用泵电流骤变时的下冲和过冲中的至少一者，判定是否需要进行所述传感器元件的更新；

所述更新控制部在利用所述更新要否判定处理而判定为需要进行所述更新的情况下，进行更新处理，该更新处理包括：以与所述通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出所述氧浓度调整室的氧的方式对所述调整用泵单元进行控制的更新时调整用泵控制处理、以及以与所述通常时测定用泵控制处理相比更多地吸出所述测定室的氧的方式对所述测定用泵单元进行控制的更新时测定用泵控制处理中的至少任一者。

该气体传感器中，进行使调整用泵单元动作的通常时调整用泵控制处理、以及以使得传感器元件的测定用电压达到目标值的方式对测定用泵单元进行控制而吸出测定室的氧的通常时测定用泵控制处理。并且，基于通过通常时测定用泵控制处理而流通于测定用泵单元的测定用泵电流，对被测定气体中的特定气体浓度进行检测。当像这样将气体传感器用于特定气体浓度的检测时，随着使用，测定用泵电流骤变时的下冲及过冲有时增大。因此，该气体传感器中，进行基于测定用泵电流骤变时的下冲和过冲中的至少一者来判定是否需要进行传感器元件更新的更新要否判定处理，在判定为需要进行更新的情况下，进行更新处理。更新处理包括：以与通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出氧浓度调整室的氧的方式对调整用泵单元进行控制的更新时调整用泵控制处理、以及以与通常时测定用泵控制处理相比更多地吸出测定室的氧的方式对测定用泵单元进行控制的更新时测定用泵控制处理中的至少任一者。本发明的发明人发现：通过进行上述更新处理，能够降低随着气体传感器的使用而增大的下冲及过冲。该气体传感器中，在进行更新的要否判定而判定为需要进行更新的情况下，进行更新处理，由此能够抑制气体传感器的使用所伴随的测定用泵电流的下冲及过冲增大。

此处，更新要否判定处理不限于基于测定用泵电流本身来进行判定的处理，还包括基于能够换算为测定用泵电流的值或能够视为测定用泵电流的值来进行判定的处理。例如，可以基于根据测定用泵电流而检测出的特定气体浓度的值骤变时的下冲和过冲中的至少一者，进行更新要否判定处理。另外，所述特定气体浓度检测部优选在所述更新处理中不进行所述通常时测定用泵控制处理，更优选还不进行所述通常时调整用泵控制处理。所述更新处理中，优选不进行所述测定用泵单元将氧吸入到所述测定室这样的控制，更优选还不进行所述调整用泵单元将氧吸入到所述氧浓度调整室这样的控制。

[2]在上述气体传感器(上述[1]所述的气体传感器)的基础上，所述更新处理可以包括所述更新时调整用泵控制处理。更新时调整用泵控制处理与更新时测定用泵控制处理相比，使传感器元件更新的效果较高。因此，通过在更新处理中至少进行更新时调整用泵控制处理，能够使抑制测定用泵电流的下冲及过冲的效果提高，并能够以更短的时间进行更新处理。这种情况下，所述更新处理可以不含更新时测定用泵控制处理。

[3]这种情况下(在上述[2]所述的气体传感器的基础上)，可以为，所述氧浓度调整室具有：第一内部空腔、以及设置为比该第一内部空腔靠下游侧且比所述测定室靠上游侧的第二内部空腔，所述调整用泵单元具有：对所述第一内部空腔的氧浓度进行调整的主泵单元、以及对所述第二内部空腔的氧浓度进行调整的辅助泵单元，所述更新时调整用泵控制处理包括：以与所述通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出所述第一内部空腔的氧的方式对所述主泵单元进行控制的处理、以及以与所述通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出所述第二内部空腔的氧的方式对所述辅助泵单元进行控制的处理中的至少任一者。

[4]在上述气体传感器(上述[1]～[3]中的任一项所述的气体传感器)的基础上，可以为，所述被测定气体为内燃机的废气，所述要否判定部基于所述内燃机的燃料切断所伴随的所述测定用泵电流骤变时的行为，进行所述更新要否判定处理。测定用泵电流的下冲及过冲容易在被测定气体中的H₂O浓度(水分)骤变时发生。并且，在内燃机的燃料切断时，H₂O浓度发生骤变的可能性较高。因此，通过基于内燃机的燃料切断所伴随的测定用泵电流骤变时的行为(下冲或过冲中的至少一者)进行要否判定，能够更适当地判定是否需要更新。

[5]在上述气体传感器(上述[1]～[4]中的任一项所述的气体传感器)的基础上，可以为，所述要否判定部在所述测定用泵电流骤变时的下冲量和过冲量中的至少一者偏离容许范围的情况下，判定为需要进行所述更新。据此，基于下冲量和过冲量中的至少一者，能够适当地判定是否需要进行更新。

[6]在上述气体传感器(上述[1]～[5]中的任一项所述的气体传感器)的基础上，可以为，所述更新控制部在视为所述被测定气体流通部内的所述被测定气体包含碳时进行所述更新处理。此处，更新处理需要在被测定气体包含碳的状态下进行。因此，通过在视为被测定气体流通部内的被测定气体包含碳时进行更新处理，能够有效地进行更新。据此，例如不易成为即便进行更新处理，下冲及过冲也没有降低而需要进行再次更新处理的状况。此处，“被测定气体包含碳”也包括：被测定气体包含具有碳的分子的情形。例如，被测定气体包含碳(C)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、烃(HC)中的1种以上的情况下，可以说该被测定气体包含碳。

[7]在上述气体传感器(上述[1]～[6]中的任一项所述的气体传感器)的基础上，可以为，所述更新处理的处理时间为1秒以上且10秒以下。通过使处理时间为1秒以上，能够使传感器元件更可靠地更新。另外，更新处理即便长期间执行，更新的效果也变高得不多，在从开始起到最初的10秒钟内的更新效果比较高。另外，更新处理中无法正确地检测特定气体浓度，因此，更新处理的处理时间优选较短。通过使处理时间为10秒以下，能够使无法正确地检测特定气体浓度的时间变短，且高效地进行传感器元件的更新。

附图说明

图1是气体传感器100的截面示意图。

图2是示出控制装置90与各单元及加热器72之间的电连接关系的框图。

图3是示出泵电流Ip2的下冲及过冲的情况的曲线图。

图4是示出传感器元件101中的泵电流Ip2的下冲及过冲增大的情况的曲线图。

图5是示出更新处理前后的下冲及过冲的情况的曲线图。

图6是示出更新处理的处理时间与下冲量的减少效果之间的关系的曲线图。

图7是示出控制例程的一例的流程图。

图8是示出例的传感器元件201的截面示意图。

图9是示出更新处理的处理时间与下冲量的减少效果之间的关系的曲线图。

具体实施方式

接下来，利用附图对本发明的实施方式进行说明。图1是概要地示出作为本发明的一个实施方式的气体传感器100的结构的一例的截面示意图。图2是示出控制装置90与各单元及加热器72之间的电连接关系的框图。该气体传感器100安装于例如汽油发动机、柴油发动机等内燃机的废气管等配管。气体传感器100以内燃机的废气为被测定气体而检测被测定气体中的NOx等特定气体的浓度。气体传感器100具备：传感器元件101，其呈长条的长方体形状；各单元15、21、41、50、80～83，它们构成为包括传感器元件101的一部分；加热器部70，其设置于传感器元件101的内部；以及控制装置90，其对整个气体传感器100进行控制。

传感器元件101是具有在附图中自下侧开始按以下顺序层叠六个层而成的层叠体的元件，所述六个层分别是含有氧化锆(ZrO₂)等氧离子传导性固体电解质的第一基板层1、第二基板层2、第三基板层3、第一固体电解质层4、隔离层5以及第二固体电解质层6。另外，形成这六个层的固体电解质是致密且气密性的固体电解质。例如以如下方式制造该传感器元件101，即，对与各层对应的陶瓷生片进行规定的加工及电路图案的印刷等，然后，对它们进行层叠，进而进行烧成而使它们实现一体化。

在传感器元件101的前端部侧(图1的左端部侧)、且是在第二固体电解质层6的下表面与第一固体电解质层4的上表面之间，气体导入口10、第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13、第一内部空腔20、第三扩散速度控制部30、第二内部空腔40、第四扩散速度控制部60以及第三内部空腔61以按该顺序连通的方式而相邻地形成。

气体导入口10、缓冲空间12、第一内部空腔20、第二内部空腔40以及第三内部空腔61是以将隔离层5挖穿的方式而设置的传感器元件101内部的空间，其中，该空间的上部由第二固体电解质层6的下表面区划形成，该空间的下部由第一固体电解质层4的上表面区划形成，该空间的侧部由隔离层5的侧面区划形成。

第一扩散速度控制部11、第二扩散速度控制部13以及第三扩散速度控制部30均设置成2条横长的(开口的长度方向是与附图垂直的方向)狭缝。另外，第四扩散速度控制部60设置成：作为与第二固体电解质层6的下表面之间的间隙而形成的1条横长的(开口的长度方向是与附图垂直的方向)狭缝。此外，还将从气体导入口10至第三内部空腔61的部位称为被测定气体流通部。

另外，在比被测定气体流通部远离前端侧的位置，第三基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间、且是侧部由第一固体电解质层4的侧面区划形成的位置设置有基准气体导入空间43。例如，大气作为进行NOx浓度测定时的基准气体而导入至基准气体导入空间43。

大气导入层48是由多孔质陶瓷构成的层，基准气体通过基准气体导入空间43而导入至大气导入层48。另外，大气导入层48形成为将基准电极42覆盖。

基准电极42是以由第三基板层3的上表面和第一固体电解质层4夹持的方式而形成的电极，如上所述，在其周围设置有与基准气体导入空间43连通的大气导入层48。另外，如后所述，可以利用基准电极42对第一内部空腔20内、第二内部空腔40内以及第三内部空腔61内的氧浓度(氧分压)进行测定。基准电极42形成为多孔质金属陶瓷电极(例如Pt与ZrO₂的金属陶瓷电极)。

关于被测定气体流通部，气体导入口10是相对于外部空间而开口的部位，被测定气体通过该气体导入口10而从外部空间进入到传感器元件101内。第一扩散速度控制部11是对从气体导入口10进入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。缓冲空间12是为了将从第一扩散速度控制部11导入的被测定气体向第二扩散速度控制部13引导而设置的空间。第二扩散速度控制部13是对从缓冲空间12向第一内部空腔20导入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。在被测定气体从传感器元件101外部导入至第一内部空腔20内时，因外部空间中的被测定气体的压力变动(被测定气体为汽车的尾气的情况下，是排气压力的脉动)而从气体导入口10急剧地进入到传感器元件101内部的被测定气体并未直接向第一内部空腔20导入，而是在通过第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13而将被测定气体的压力变动消除之后再向第一内部空腔20导入。由此，向第一内部空腔20导入的被测定气体的压力变动达到几乎可以忽略的程度。第一内部空腔20设置成：用于对通过第二扩散速度控制部13而导入的被测定气体中的氧分压进行调整的空间。主泵单元21工作而调整该氧分压。

主泵单元21是由内侧泵电极22、外侧泵电极23、以及由这些电极夹持的第二固体电解质层6构成的电化学泵单元，其中，内侧泵电极22具有设置于第二固体电解质层6下表面的面对第一内部空腔20的大致整面的顶部电极部22a，外侧泵电极23以在第二固体电解质层6上表面的与顶部电极部22a对应的区域暴露于外部空间中的方式而设置。

内侧泵电极22形成为：跨越区划形成第一内部空腔20的上下的固体电解质层(第二固体电解质层6及第一固体电解质层4)、以及构成侧壁的隔离层5。具体而言，在构成第一内部空腔20顶面的第二固体电解质层6的下表面形成有顶部电极部22a，另外，在构成底面的第一固体电解质层4的上表面形成有底部电极部22b，并且，在构成第一内部空腔20的两个侧壁部的隔离层5的侧壁面(内表面)形成有侧部电极部(省略图示)，由此将上述顶部电极部22a和底部电极部22b连接而在该侧部电极部的配设部位配设成隧道形态的构造。

内侧泵电极22和外侧泵电极23形成为多孔质金属陶瓷电极(例如含有1％的Au的Pt与ZrO₂的金属陶瓷电极)。应予说明，与被测定气体接触的内侧泵电极22采用减弱了针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成。

关于主泵单元21，对内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加所期望的泵电压Vp0而使得泵电流Ip0沿着正向或负向在内侧泵电极22与外侧泵电极23之间流通，由此，能够将第一内部空腔20内的氧向外部空间吸出、或者将外部空间的氧向第一内部空腔20吸入。

另外，为了对第一内部空腔20的气氛中的氧浓度(氧分压)进行检测，由内侧泵电极22、第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3以及基准电极42构成电化学传感器单元、即主泵控制用氧分压检测传感器单元80。

通过测定主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势(电压V0)而获知第一内部空腔20内的氧浓度(氧分压)。此外，以使得电压V0达到目标值的方式对可变电源24的泵电压Vp0进行反馈控制，由此控制泵电流Ip0。由此，能够将第一内部空腔20内的氧浓度保持为规定的恒定值。

第三扩散速度控制部30是下述部位：对在第一内部空腔20通过主泵单元21的动作而控制了氧浓度(氧分压)的被测定气体施加规定的扩散阻力，由此将该被测定气体向第二内部空腔40引导。

第二内部空腔40设置成用于进行下述处理的空间：对于预先在第一内部空腔20调整了氧浓度(氧分压)之后又通过第三扩散速度控制部30而导入的被测定气体，利用辅助泵单元50进一步进行氧分压的调整。由此，能够高精度地将第二内部空腔40内的氧浓度保持恒定，因此，该气体传感器100能够实现高精度的NOx浓度的测定。

辅助泵单元50是由辅助泵电极51、外侧泵电极23(不限于外侧泵电极23，只要是传感器元件101外侧的适当电极即可)、以及第二固体电解质层6构成的辅助性的电化学泵单元，其中，辅助泵电极51具有设置于第二固体电解质层6下表面的、面对第二内部空腔40的大致整体的顶部电极部51a。

该辅助泵电极51以与此前的设置于第一内部空腔20内的内侧泵电极22相同的隧道形态的构造而配设于第二内部空腔40内。即，相对于构成第二内部空腔40顶面的第二固体电解质层6形成有顶部电极部51a，另外，在构成第二内部空腔40底面的第一固体电解质层4形成有底部电极部51b，并且，将上述顶部电极部51a和底部电极部51b连结的侧部电极部(省略图示)分别形成于构成第二内部空腔40侧壁的隔离层5的两个壁面，由此形成隧道形态的构造。此外，与内侧泵电极22相同，辅助泵电极51也采用减弱了针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成。

关于辅助泵单元50，对辅助泵电极51与外侧泵电极23之间施加所期望的电压Vp1，由此能够将第二内部空腔40内的气氛中的氧向外部空间吸出、或者将氧从外部空间向第二内部空腔40内吸入。

另外，为了控制第二内部空腔40内的气氛中的氧分压，由辅助泵电极51、基准电极42、第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4以及第三基板层3构成电化学传感器单元、即辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81。

此外，辅助泵单元50利用可变电源52进行泵送，基于上述辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81检测出的电动势(电压V1)而对该可变电源52的电压进行控制。由此，第二内部空腔40内的气氛中的氧分压被控制为：实质上对NOx的测定没有影响的较低的分压。

另外，与此同时，将其泵电流Ip1用于对主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势的控制。具体而言，泵电流Ip1作为控制信号而输入至主泵控制用氧分压检测传感器单元80，并对其电压V0的上述的目标值进行控制，由此将从第三扩散速度控制部30向第二内部空腔40内导入的被测定气体中的氧分压的梯度控制为始终恒定。在作为NOx传感器而使用时，通过主泵单元21和辅助泵单元50的作用而将第二内部空腔40内的氧浓度保持为约0.001ppm左右的恒定值。

第四扩散速度控制部60是如下部位：对在第二内部空腔40通过辅助泵单元50的动作而控制了氧浓度(氧分压)的被测定气体施加规定的扩散阻力，并将该被测定气体向第三内部空腔61引导。第四扩散速度控制部60承担限制向第三内部空腔61流入的NOx的量的作用。

第三内部空腔61设置成用于进行下述处理的空间：对于预先在第二内部空腔40中调整了氧浓度(氧分压)之后又通过第四扩散速度控制部60而导入的被测定气体，进行被测定气体中的氮氧化物(NOx)浓度的测定。主要在第三内部空腔61通过测定用泵单元41的动作而进行NOx浓度的测定。

测定用泵单元41在第三内部空腔61内进行被测定气体中的NOx浓度的测定。测定用泵单元41是由测定电极44、外侧泵电极23、第二固体电解质层6、隔离层5以及第一固体电解质层4构成的电化学泵单元，其中，测定电极44设置于第一固体电解质层4上表面的、面对第三内部空腔61的位置。测定电极44是由与内侧泵电极22相比提高了针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料构成的多孔质金属陶瓷电极。测定电极44还作为对第三内部空腔61内的气氛中存在的NOx进行还原的NOx还原催化剂而发挥作用。

具体而言，测定电极44为包含作为具有催化活性的贵金属的Pt及Rh中的至少任一者的电极。测定电极44优选为由包含Pt及Rh中的至少任一者和具有氧离子导电性的氧化物(此处为ZrO₂)的金属陶瓷形成的电极。另外，测定电极44优选为多孔质体。本实施方式中，测定电极44为Pt及Rh与ZrO₂的多孔质金属陶瓷电极。

关于测定用泵单元41，可以将因测定电极44周围的气氛中的氮氧化物分解而生成的氧吸出并作为泵电流Ip2而对其生成量进行检测。

另外，为了对测定电极44周围的氧分压进行检测，由第一固体电解质层4、第三基板层3、测定电极44以及基准电极42构成电化学传感器单元、即测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82。基于测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电动势(电压V2)而对可变电源46进行控制。

导入至第二内部空腔40内的被测定气体在氧分压被控制的状况下通过第四扩散速度控制部60而到达第三内部空腔61内的测定电极44。测定电极44周围的被测定气体中的氮氧化物被还原(2NO→N₂+O₂)而生成氧。并且，该生成的氧由测定用泵单元41进行泵送，此时，以使得由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电压V2恒定(目标值)的方式对可变电源46的电压Vp2进行控制。在测定电极44周围生成的氧的量与被测定气体中的氮氧化物的浓度成正比例，因此，利用测定用泵单元41中的泵电流Ip2对被测定气体中的氮氧化物浓度进行计算。

另外，由第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3、外侧泵电极23以及基准电极42构成电化学传感器单元83，可以根据由该传感器单元83获得的电动势(电压Vref)而对传感器外部的被测定气体中的氧分压进行检测。

关于具有这样的结构的气体传感器100，使主泵单元21和辅助泵单元50工作而将氧分压始终保持为恒定的低值(实质上对NOx的测定没有影响的值)的被测定气体向测定用泵单元41供给。因此，基于与被测定气体中的NOx的浓度大致成正比例、且因利用测定用泵单元41将NOx还原生成的氧吸出而流通的泵电流Ip2而能够获知被测定气体中的NOx浓度。

此外，传感器元件101具备加热器部70，其承担对传感器元件101进行加热并保温的温度调整作用，以便提高固体电解质的氧离子传导性。加热器部70具备加热器连接器电极71、加热器72、通孔73、加热器绝缘层74以及压力释放孔75。

加热器连接器电极71是以与第一基板层1的下表面接触的形态形成的电极。将加热器连接器电极71与外部电源连接而能够从外部向加热器部70供电。

加热器72是以由第二基板层2和第三基板层3从上下侧夹持的形态形成的电阻体。加热器72经由通孔73而与加热器连接器电极71连接，通过该加热器连接器电极71从加热器电源76(参照图2)供电而发热，由此对形成传感器元件101的固体电解质进行加热和保温。

另外，加热器72埋设于第一内部空腔20至第三内部空腔61的整个区域，能够将整个传感器元件101调整为使得上述固体电解质活化的温度。

加热器绝缘层74是由氧化铝等绝缘体在加热器72的上下表面形成的绝缘层。形成加热器绝缘层74的目的在于：实现第二基板层2与加热器72之间的电绝缘性、以及第三基板层3与加热器72之间的电绝缘性。

压力释放孔75是设置成将第三基板层3及大气导入层48贯穿而与基准气体导入空间43连通的部位，形成压力释放孔75的目的在于：使加热器绝缘层74内的温度上升所伴随的内压上升得到缓和。

如图2所示，控制装置90具备：上述的可变电源24、46、52、加热器电源76、以及控制部91。控制部91是具备CPU92及存储部94等的微处理器。存储部94是例如能够存储各种程序、各种数据的装置。控制部91被输入由主泵控制用氧分压检测传感器单元80检测出的电压V0、由辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81检测出的电压V1、由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电压V2、由传感器单元83检测出的电压Vref、由主泵单元21检测出的泵电流Ip0、由辅助泵单元50检测出的泵电流Ip1以及由测定用泵单元41检测出的泵电流Ip2。另外，控制部91向可变电源24、46、52输出控制信号，由此对可变电源24、46、52输出的泵电压Vp0、Vp1、Vp2进行控制，从而对主泵单元21、测定用泵单元41及辅助泵单元50进行控制。控制部91向加热器电源76输出控制信号，由此对加热器电源76向加热器72供给的电力进行控制。存储部94中还存储有后述的目标值V0＊、V0r＊、V1＊、V1r＊、V2＊、V2r＊等。控制部91的CPU92参照这些目标值V0＊、V0r＊、V1＊、V1r＊、V2＊、V2r＊而进行各单元21、41、50的控制。

控制部91进行以使得第二内部空腔40的氧浓度达到目标浓度的方式控制辅助泵单元50的通常时辅助泵控制处理。具体而言，控制部91以使得电压V1达到恒定值(称为目标值V1＊)的方式对可变电源52的电压Vp1进行反馈控制，由此控制辅助泵单元50。目标值V1＊规定为：第二内部空腔40的氧浓度达到实质上对NOx的测定没有影响的规定的低浓度这样的值。

控制部91进行以使得辅助泵单元50利用通常时辅助泵控制处理调整第二内部空腔40的氧浓度时流通的泵电流Ip1达到目标电流(称为目标电流Ip1＊)的方式控制主泵单元21的通常时主泵控制处理。具体而言，控制部91以使得因电压Vp1而流通的泵电流Ip1达到恒定的目标电流Ip1＊的方式基于泵电流Ip1来设定电压V0的目标值(称为目标值V0＊)(反馈控制)。并且，控制部91以使得电压V0达到目标值V0＊的方式(亦即，以使得第一内部空腔20的氧浓度达到目标浓度的方式)对可变电源24的泵电压Vp0进行反馈控制。通过该通常时主泵控制处理，从第三扩散速度控制部30导入至第二内部空腔40内的被测定气体中的氧分压的梯度始终恒定。目标值V0＊设定为：第一内部空腔20的氧浓度高于0％且为低氧浓度这样的值。另外，该通常时主泵控制处理中流通的泵电流Ip0与从气体导入口10向被测定气体流通部内流入的被测定气体(即，传感器元件101周围的被测定气体)的氧浓度相应地进行变化。因此，控制部91还能够基于泵电流Ip0来检测被测定气体中的氧浓度。

还将上述的通常时主泵控制处理及通常时辅助泵控制处理统称为通常时调整用泵控制处理。另外，还将第一内部空腔20及第二内部空腔40统称为氧浓度调整室。还将主泵单元21及辅助泵单元50统称为调整用泵单元。通过控制部91进行通常时调整用泵控制处理，使得调整用泵单元对氧浓度调整室的氧浓度进行调整。

此外，控制部91进行以使得电压V2达到恒定值(称为目标值V2＊)的方式(亦即，以使得第三内部空腔61内的氧浓度达到规定的低浓度的方式)控制测定用泵单元41的通常时测定用泵控制处理。具体而言，控制部91以使得电压V2达到目标值V2＊的方式对可变电源46的电压Vp2进行反馈控制，由此对测定用泵单元41进行控制。通过该通常时测定用泵控制处理，从第三内部空腔61内吸出氧。

通过进行通常时测定用泵控制处理，以使得被测定气体中的NOx在第三内部空腔61还原而生成的氧实质上达到零的方式将氧从第三内部空腔61内吸出。而且，控制部91获取作为与源自特定气体(此处为NOx)且在第三内部空腔61生成的氧相应的检测值的泵电流Ip2，并基于该泵电流Ip2而计算出被测定气体中的NOx浓度。

存储器94中作为泵电流Ip2与NOx浓度之间的对应关系而存储有关系式(例如一次函数式)、映射等。这种关系式或映射可以预先通过实验而求出。

接下来，对传感器元件101的泵电流Ip2发生的下冲及过冲进行说明。图3是示出泵电流Ip2的下冲及过冲的情况的曲线图。图3以实线示出在气体传感器100对被测定气体中的NOx浓度进行测定的中途进行内燃机的燃料切断时的泵电流Ip2的行为的一例。另外，以虚线示出理想的泵电流Ip2的行为。

当开始燃料切断时，被测定气体中的NOx浓度急剧减少而大致为零，当燃料切断结束时，被测定气体中的NOx浓度再次急剧上升。因此，从原理来讲，如图3的虚线所示，与NOx浓度对应的值、即泵电流Ip2在开始燃料切断时理应快速追随其而变为对应的值(图3中，I1→I0的变化)。另外，当燃料切断结束时理应追随其而变为对应的值(图3中，I0→I1的变化)。然而，实际上，如图3的实线所示，泵电流Ip2产生与现实的NOx浓度的变化不同的过度输出变动。具体而言，在燃料切断开始时，泵电流Ip2发生其值一度过度降低之后上升至与现实的NOx浓度对应的值的下冲。另外，在燃料切断结束时，泵电流Ip2发生其值一度过度上升之后下降至与现实的NOx浓度对应的值的过冲。例如刚制造后的气体传感器100中也有时不发生这样的泵电流Ip2的过冲及下冲，不过，随着气体传感器100的使用，过冲及下冲存在增大的趋势。例如，随着气体传感器100的使用，存在图3所示的下冲量及过冲量变大的趋势。特别是，如果传感器元件101由加热器72加热到高温的状态且车辆停止时等传感器元件101处于高温且暴露于大气气氛中，则容易发生这样的过冲及下冲增大。应予说明，下冲量可以按例如泵电流Ip2过度降低时的最低值与之后泵电流Ip2稳定时的值之间的差值来计算。过冲量可以按例如泵电流Ip2过度上升时的最高值与之后泵电流Ip2稳定时的值之间的差值来计算。或者，也可以按泵电流Ip2发生过度输出变动时的值与理想的泵电流Ip2的值之间的差值的最大值来计算下冲量及过冲量。

本发明的发明人发现：通过进行以与特定气体浓度测定时(通常时)相比更多地吸出被测定气体流通部的氧的方式控制传感器元件101的处理，能够减少随着气体传感器100的使用而增大的下冲及过冲。将该处理称为更新处理。具体而言，更新处理包括：以与通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出氧浓度调整室的氧的方式对调整用泵单元进行控制的更新时调整用泵控制处理、以及以与通常时测定用泵控制处理相比更多地吸出第三内部空腔61的氧的方式对测定用泵单元41进行控制的更新时测定用泵控制处理中的至少任一者。

关于更新时测定用泵控制处理，本实施方式中，以使得电压V2到达比上述目标值V2＊高的目标值V2r＊的方式对可变电源46的电压Vp2进行反馈控制，除此以外，与通常时测定用泵控制处理相同。电压V2为与基准电极42周围和第三内部空腔61之间的氧浓度差相关的值，第三内部空腔61的氧浓度越低，氧浓度差越大，电压V2也成为越高的值。因此，目标值V2r＊为比目标值V2＊高的值意味着：在执行更新时测定用泵控制处理时，与执行通常时测定用泵控制处理时相比，将第三内部空腔61的氧浓度的目标值设定为更低的值。因此，该更新时测定用泵控制处理中，以与通常时测定用泵控制处理相比更多地吸出第三内部空腔61的氧的方式对测定用泵单元41进行控制。

更新时调整用泵控制处理包括：以与通常时主泵控制处理相比更多地吸出第一内部空腔20的氧的方式对主泵单元21进行控制的更新时主泵控制处理、以及以与通常时辅助泵控制处理相比更多地吸出第二内部空腔40的氧的方式对辅助泵单元50进行控制的更新时辅助泵控制处理中的至少任一者。关于更新时主泵控制处理及更新时辅助泵控制处理，本实施方式中，与更新时测定用泵控制处理同样地是将反馈控制的目标值设为比通常时高的值的处理。具体而言，更新时主泵控制处理为以使得电压V0达到比上述目标值V0＊高的规定的目标值V0r＊的方式对可变电源24的泵电压Vp0进行反馈控制的处理。应予说明，通常时主泵控制处理中，基于泵电流Ip1来设定(变更)目标值V0＊，不过，更新时主泵控制处理中，目标值V0r＊并不基于泵电流Ip1进行变更而是使用预先确定的值。更新时辅助泵控制处理以使得电压V1达到比目标值V1＊高的规定的目标值V1r＊的方式对可变电源52的电压Vp1进行反馈控制，除此以外，与通常时辅助泵控制处理相同。

在更新处理中，优选不进行通常时测定用泵控制处理，更优选还不进行通常时调整用泵控制处理。在更新处理中，优选不进行测定用泵单元41将氧吸入到第三内部空腔61内这样的控制，更优选还不进行主泵单元21将氧吸入到第一内部空腔20内这样的控制及辅助泵单元50将氧吸入到第二内部空腔40内这样的控制。例如，在进行更新时测定用泵控制处理的情况下，通常时测定用泵控制处理当然无法进行，不过，优选也不进行通常时调整用泵控制处理。例如，在进行更新时测定用泵控制处理的情况下，优选可变电源24及可变电源52不施加电压，且主泵单元21及辅助泵单元50为未进行动作的状态。同样地，在进行更新时主泵控制处理的情况下，优选可变电源52及可变电源46不施加电压，且辅助泵单元50及测定用泵单元41处于未进行动作的状态。在进行更新时辅助泵控制处理的情况下，优选可变电源24及可变电源46不施加电压，且主泵单元21及测定用泵单元41处于未进行动作的状态。像这样，关于主泵单元21、辅助泵单元50及测定用泵单元41中的不用于更新处理的泵单元，优选不进行通常时的泵控制处理及吸入氧这样的控制，且优选为不使泵单元动作的状态。

图4是示出实际的传感器元件101中的泵电流Ip2的下冲及过冲增大的情况的曲线图。该曲线图如下得到。将传感器元件101安装于配管，使用模型气体装置，使作为被测定气体的模型气体流通于配管，在该状态下，控制装置90对传感器元件101进行控制，测定NOx浓度。作为模型气体，首先使第一模型气体(NO浓度500ppm、H₂O浓度12％、氧浓度0％、基础气体为氮)流通，其次使第二模型气体(NO浓度0ppm、H₂O浓度0％、氧浓度21％、基础气体为氮)流通，接下来，再次使第一模型气体流通，由此使被测定气体的NO浓度、H₂O浓度及氧浓度骤变，模拟了进行燃料切断的状态。模型气体的流量为100L/min，温度为120℃。然后，对此时的泵电流Ip2的时间变化进行测定。图4的虚线是初始状态(刚制造后)的传感器元件101中的泵电流Ip2的时间变化。图4的实线是模拟了自初始状态使用后的状态的传感器元件101中的泵电流Ip2的时间变化。向加热器72通电而维持在700℃～800℃左右，该状态下，将初始状态的传感器元件101在大气中放置5分钟，由此准备模拟了使用后的状态的传感器元件101。如图4所示，初始状态的传感器元件101中几乎没有发生过冲及下冲，与此相对，模拟了使用后的状态的传感器元件101中，过冲及下冲增大。

接下来，针对上述的模拟了使用后的状态的传感器元件101，如下进行更新处理。将CO₂浓度15％、H₂O浓度15％、基础气体为氮的模型气体作为被测定气体，使其流通于安装有传感器元件101的配管。该状态下，作为更新处理，进行上述的更新时主泵控制处理。更新时主泵控制处理的目标值V0r＊为1000mV，处理时间为300秒。更新处理中，可变电源46及可变电源52不施加电压，且测定用泵单元41及辅助泵单元50处于未进行动作的状态。针对更新处理后的传感器元件101，与图4同样地测定模拟进行燃料切断的状态时的泵电流Ip2的时间变化。将结果示于图5。图5的实线是进行更新处理之前的传感器元件101中的泵电流Ip2的时间变化。图5的虚线是进行了更新处理之后的传感器元件101中的泵电流Ip2的时间变化。如图5所示，通过进行更新处理，使得下冲及过冲减少，从而传感器元件101恢复至与图4所示的初始状态的传感器元件101大致相同的状态。应予说明，可以认为：由于发生下冲及过冲的是泵电流Ip2的波形，因此，通过更新处理，对传感器元件101中的特别是测定电极44进行了更新。

接下来，与图5同样地，作为更新处理进行了更新时主泵控制处理的情况下，使处理时间不同，与图5同样地测定泵电流Ip2的时间变化，调查处理时间与下冲量的减少效果之间的关系。另外，关于作为更新处理进行了更新时辅助泵控制处理的情形及作为更新处理进行了更新时测定用泵控制处理的情形，同样地调查处理时间与下冲量的减少效果之间的关系。将结果示于图6及表1。应予说明，进行更新时辅助泵控制处理时的目标值V1r＊为1000mV，该处理中，主泵单元21及测定用泵单元41处于未进行动作的状态。进行更新时测定用泵控制处理时的目标值V2r＊为1000mV，该处理中，主泵单元21及辅助泵单元50处于未进行动作的状态。关于图6的纵轴，以初始状态的传感器元件101的下冲量(接近于零的较小值)为初始值，并以将初始值作为基准的百分率表示初始值与更新处理后的下冲量之差ΔUS。该差ΔUS越接近于0％，越意味着：下冲量减少，传感器元件101恢复(更新)至与初始状态相同的状态。图6中，将进行更新时主泵控制处理时的数据以实线(凡例中记载为“V0”)表示，将进行更新时辅助泵控制处理时的数据以虚线(凡例中记载为“V1”)表示，将进行更新时测定用泵控制处理时的数据以单点划线(凡例中记载为“V2”)表示。

[表1]

由图6及表1可知，更新处理的处理时间为0秒的传感器元件101、即上述的模拟了使用后的状态的传感器元件101中，差ΔUS为约－450％(下冲量为初始值的约5.5倍)，与此相对，确认到如下趋势，即，处理时间越长，差ΔUS越接近于0％。另外，确认到：与进行了更新时测定用泵控制处理的情形(图6及表1的凡例中“V2”表示的数据)相比，进行了更新时主泵控制处理的情形及进行了更新时辅助泵控制处理的情形(图6及表1的凡例中“V0”及“V1”表示的数据)的差ΔUS以短时间接近于0％。即，确认到：更新时调整用泵控制处理(此处为更新时主泵控制处理及更新时辅助泵控制处理)与更新时测定用泵控制处理相比，使传感器元件101更新的效果较高。因此，更新处理优选包括更新时调整用泵控制处理。另外，由图6及表1可知，确认到如下趋势，即，在处理时间为10秒以下时，差ΔUS急剧接近于0％，之后，比较缓慢地接近于0％。因此，可以认为：即便长时间执行更新处理，更新的效果也变高得不多，自开始起到最初的10秒钟内的更新效果比较高。所以，可以认为：与长时间进行1次更新处理相比，进行多次短时间的更新处理的情形能够效率良好地更新传感器元件101。另外，更新处理的处理时间优选为1秒以上。

此处，更新处理需要在被测定气体流通部内的被测定气体包含碳的状态下进行。“被测定气体包含碳”还包括：被测定气体包含具有碳的分子的情形。例如，被测定气体包含碳(C)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、烃(HC)中的1种以上的情况下，可以说其被测定气体包含碳。例如，上述例中的更新处理使用CO₂浓度15％、H₂O浓度15％、基础气体为氮的模型气体进行，不过，使用不含CO₂的模型气体进行更新处理的情况下，没有看到下冲及过冲的减少效果。另外，使用包含乙烯(C₂H₄)以代替不含CO₂的模型气体来进行更新处理的情况下，确认到下冲及过冲的减少效果。

像这样被测定气体包含碳的情况下得到更新处理的效果的理由认为如下。首先，初始状态(刚制造后)的传感器元件101中，在测定电极44附着有碳(C)、一氧化碳(CO)及烃(HC)中的至少任一者，由此认为不发生下冲及过冲或下冲及过冲变小。并且，认为随着传感器元件101的使用，附着于测定电极44的上述物质减少，下冲及过冲增大。在此，如果进行更新处理，则被测定气体流通部内的被测定气体中的氧与通常时相比被吸出得更多，与通常时相比，成为还原气氛。据此，被测定气体中的二氧化碳(CO₂)被还原而生成碳(C)及一氧化碳(CO)，或者抑制被测定气体中的碳(C)及一氧化碳(CO)被氧化而生成二氧化碳(CO₂)。因此，认为：通过进行更新处理，碳(C)和一氧化碳(CO)中的至少任一者容易吸附于测定电极44。结果，认为：能够将测定电极44恢复(更新)到与初始状态同样的状态，下冲及过冲减少。另外，被测定气体中存在烃(HC)的情况下，通过进行更新处理，如上所述，被测定气体变为还原气氛，因此，可抑制烃(HC)被氧化而生成水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。因此，认为：通过进行更新处理，烃(HC)容易附着于测定电极44。因此，这种情况下，也能够将测定电极44恢复(更新)到与初始状态同样的状态，下冲及过冲减少。

另外，进行更新时测定用泵控制处理的情况下，认为：与通常时相比，从测定电极44的周边吸出更多的氧，例如从被测定气体中的水(H₂O)中夺取而生成的氧的一部分将测定电极44周边的碳(C)及一氧化碳(CO)氧化而生成二氧化碳(CO₂)。与此相对，进行更新时调整用泵控制处理的情况下，认为：已经被吸出氧后的被测定气体到达测定电极44，因此，几乎不会在测定电极44的周边生成二氧化碳(CO₂)。可以认为：该不同使得进行更新时测定用泵控制处理的情形与进行更新时调整用泵控制处理的情形相比较，附着于测定电极44的碳(C)及一氧化碳(CO)的量变少。根据该理由，认为：如图6所示，更新时调整用泵控制处理与更新时测定用泵控制处理相比，使传感器元件101更新的效果提高。

接下来，对气体传感器100的控制部91进行NOx浓度的测定及更新处理的情形的一例进行说明。图7是示出控制部91执行的控制例程的一例的流程图。控制部91将该例程存储于例如存储部94。控制部91对例如加热器电源76向加热器72供给的电力进行控制，在加热器72的温度达到目标温度(例如800℃等)时开始该控制例程。

控制部91的CPU92在开始控制例程时，首先，开始用于进行NOx浓度的测定的通常时控制处理(步骤S100)。通常时控制处理中，CPU92进行上述的通常时调整用泵控制处理(通常时主泵控制处理及通常时辅助泵控制处理)，并且，进行上述的通常时测定用泵控制处理。然后，CPU92基于通过通常时测定用泵控制处理而流通的泵电流Ip2，计算出被测定气体中的NOx浓度。

接下来，CPU92判定是否为判定传感器元件101是否需要更新的要否判定时机(步骤S110)。要否判定时机是指：泵电流Ip2有可能发生下冲或过冲的时机。如专利文献2所记载的那样，在被测定气体中的H₂O浓度发生变化时，容易发生下冲及过冲。因此，优选将视为被测定气体流通部内的被测定气体中的H₂O浓度发生骤变的时机设为要否判定时机。本实施方式中，要否判定时机为内燃机的燃料切断的开始时。当开始燃料切断时，被测定气体成为与大气气氛同样的状态，H₂O浓度骤变的可能性较高，因此，适合于要否判定时机。应予说明，当开始燃料切断时，被测定气体中的NOx浓度也发生骤变。例如，控制部91基于从内燃机的未图示的发动机ECU获得的燃料切断执行信息，对燃料切断的开始进行检测。例如，CPU92在每个规定时间都判定是否从发动机ECU获得了旨为进行了燃料切断的燃料切断执行信息，在获得燃料切断执行信息时开始燃料切断，因此，判定为是要否判定时机。

步骤S110中判定为是要否判定时机的情况下，CPU92计算出泵电流Ip2的下冲量，进行判定计算出的值是否在容许范围内的更新要否判定处理(步骤S120)。本实施方式中，在燃料切断开始时，判定为是要否判定时机，因此，在那之后，泵电流Ip2立刻随着燃料切断如图3～5所示的那样急剧减少。CPU92根据此时的泵电流Ip2的行为(波形)计算出下冲量。关于步骤S120的判定，可以将本次计算出的下冲量本身和容许范围进行比较来判定，也可以将传感器元件101的初始状态下的下冲量(初始值)与本次计算出的下冲量之差和容许范围进行比较来判定。例如，可以将容许范围的上限值预先设定为与NOx浓度5ppm对应的泵电流Ip2的值，下冲量本身超过了该上限值的情况下，判定为偏离了容许范围。或者，也可以在初始值与本次的下冲量之差超过了该上限值的情况下，判定为偏离了容许范围。容许范围、初始值的信息只要预先存储于存储部94即可。在步骤S120中下冲量偏离容许范围时，CPU92判定为需要进行更新处理，并将标志F设定为值1(步骤S130)。标志F在需要进行更新处理的情况下设定为值1，在不需要进行更新处理的情形及控制例程开始时设定为值0。

步骤S130之后，在步骤S110中判定为不是更新的要否判定时机时或步骤S120中下冲量在容许范围内时，CPU92判定是否为更新处理的执行时机(步骤S140)。更新处理的执行时机是指：视为被测定气体流通部内的被测定气体包含碳的时机。本实施方式中，执行时机设为内燃机的运转中(除燃料切断时以外)。如果是燃料切断时以外，则在被测定气体中基本上包含碳(特别是CO₂)，因此，适合于更新处理。例如，CPU92基于从内燃机的未图示的发动机ECU获得的燃料切断执行信息，判定是否为更新处理的执行时机。例如，CPU92在每个规定时间都判定是否从发动机ECU获得了旨为进行了燃料切断的燃料切断执行信息，在未获得燃料切断执行信息时，判定为目前是除燃料切断时以外的运转中、即更新处理的执行时机。

当步骤S140中判定为是更新处理的执行时机时，CPU92判定标志F是否为值1(步骤S150)，如果是值1，则将步骤S100中开始的通常时控制处理停止(步骤S160)，并执行更新处理(步骤S170)。即，在判定为是更新处理的执行时机且需要进行更新(标志F为值1)时，CPU92进行更新处理。例如，作为更新处理，CPU92执行更新时主泵控制处理10秒钟。这种情况下，由于步骤S160中将通常时控制处理停止，所以，更新处理中不进行通常时辅助泵控制处理及通常时测定用泵控制处理。然后，当更新处理结束时，CPU92将标志F设定为值0(步骤S180)，再次开始通常时控制处理(步骤S190)，从而开始NOx浓度的检测。

在步骤S190中开始通常时控制处理之后、在步骤S140中判定为不是更新处理的执行时机时或步骤S150中标志F不是值1时，CPU92执行步骤S110以后的处理。通过CPU92如上进行图7的控制例程，能够进行NOx浓度的测定且根据需要进行更新处理。像这样，本发明的更新处理不限于气体传感器100的制造时或维护时，在气体传感器100使用时(例如内燃机的运转中等)也能够进行。

此处，将本实施方式的构成要素与本发明的构成要素的对应关系加以明确。本实施方式的第一基板层1、第二基板层2、第三基板层3、第一固体电解质层4、隔离层5以及第二固体电解质层6这6个层按该顺序依次层叠得到的层叠体相当于本发明的元件主体，外侧泵电极23相当于外侧测定电极，第三内部空腔61相当于测定室，测定电极44相当于内侧测定电极，测定用泵单元41相当于测定用泵单元，第一内部空腔20及第二内部空腔40相当于氧浓度调整室，主泵单元21及辅助泵单元50相当于调整用泵单元，基准电极42相当于基准电极，测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82相当于测定用电压检测传感器单元，传感器元件101相当于传感器元件，泵电流Ip2相当于测定用泵电流，控制装置90相当于特定气体浓度检测部、要否判定部及更新控制部。

根据以上详细说明的本实施方式的气体传感器100，控制装置90进行基于泵电流Ip2骤变时的下冲来判定是否需要更新传感器元件101的更新要否判定处理，在判定为需要进行更新的情况下，进行更新处理。更新处理包括：以与通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出氧浓度调整室(此处为第一内部空腔20及第二内部空腔40)的氧的方式对调整用泵单元(此处为主泵单元21及辅助泵单元50)进行控制的更新时调整用泵控制处理、以及以与通常时测定用泵控制处理相比更多地吸出第三内部空腔61的氧的方式对测定用泵单元41进行控制的更新时测定用泵控制处理中的至少任一者。通过进行这样的更新处理，能够抑制气体传感器100的使用所伴随的泵电流Ip2的下冲及过冲增大。

另外，更新处理包括更新时调整用泵控制处理。更新时调整用泵控制处理与更新时测定用泵控制处理相比，使传感器元件101更新的效果较高。因此，通过在更新处理中至少进行更新时调整用泵控制处理，能够使抑制泵电流Ip2的下冲及过冲的效果提高，能够以更短的时间进行更新处理。

此外，氧浓度调整室具有：第一内部空腔20、以及设置为比第一内部空腔20靠下游侧且比第三内部空腔61靠上游侧的第二内部空腔40。另外，调整用泵单元具有：对第一内部空腔20的氧浓度进行调整的主泵单元21、以及对第二内部空腔40的氧浓度进行调整的辅助泵单元50。并且，更新时调整用泵控制处理包括：以与通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出第一内部空腔20的氧的方式对主泵单元21进行控制的处理、以及以与通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出第二内部空腔40的氧的方式对辅助泵单元50进行控制的处理中的至少任一者。

另外，被测定气体为内燃机的废气，控制部91基于内燃机的燃料切断所伴随的泵电流Ip2的骤变时的行为，进行更新要否判定处理。如上所述，泵电流Ip2的下冲容易在被测定气体中的H₂O浓度骤变时发生而并非在NOx浓度骤变时发生。并且，在内燃机的燃料切断时，被测定气体暂时处于与大气气氛相同这样的状态，因此，H₂O浓度骤变的可能性较高。所以，通过基于内燃机的燃料切断所伴随的泵电流Ip2骤变时的行为来进行要否判定，能够更适当地判定是否需要更新。例如，即便NOx浓度发生骤变、H₂O浓度也未发生骤变的情况下，实际上，即便传感器元件101为需要进行更新处理的状态，也有时泵电流Ip2的下冲及过冲变大得不多。这种情况下，如果进行更新要否判定处理，则判定为不需要进行更新处理，有时无法适当地进行要否判定。与此相对，通过在H₂O浓度骤变的可能性较高的燃料切断时进行更新要否判定处理，能够更适当地判定是否需要进行更新。

此外，控制装置90在泵电流Ip2骤变时的下冲量偏离容许范围的情况下，判定为需要进行传感器元件101的更新。据此，能够基于下冲量而适当地判定是否需要进行更新。

并且，控制装置90在视为被测定气体流通部内的被测定气体包含碳时进行更新处理。更新处理需要在被测定气体包含碳的状态下进行，因此，通过在视为被测定气体流通部内的被测定气体包含碳时进行更新处理，能够有效地进行更新。据此，例如不易成为即便进行更新处理，下冲及过冲也没有降低而需要进行再次更新处理的状况。

另外，更新处理的处理时间为1秒以上且10秒以下。通过使处理时间为1秒以上，能够使传感器元件101更可靠地更新。另外，更新处理即便长期间执行，更新的效果也变高得不多，在开始起到最初的10秒钟内的更新效果比较高。另外，更新处理中无法正确地检测NOx浓度，因此，更新处理的处理时间优选较短。通过使处理时间为10秒以下，能够使无法正确地检测NOx浓度的时间变短，且能够高效地进行传感器元件101的更新。应予说明，通过使更新处理的处理时间为10秒以下，在1次更新处理中也有时泵电流Ip2的下冲及过冲无法充分减小。不过，这种情况下，在下一次更新要否判定处理(例如进行图7的步骤S170之后的步骤S120)中判定为需要进行更新处理，从而再次执行更新处理。因此，更新处理反复执行，直至利用更新要否判定处理判定为不需要进行更新处理为止，最终下冲及过冲减小到判定为不需要进行更新处理的程度。

另外，通过使更新处理的处理时间为10秒以下，能够使传感器元件101的起燃时间变短。例如，图7的步骤S190中开始通常时控制处理之后，有时泵电流Ip2达到与NOx浓度对应的值需要时间。该时间称为起燃时间，在起燃时间经过之前，无法正确地测定NOx浓度。并且，存在更新处理时间越长、起燃时间也越长的趋势。通过使更新处理的处理时间为10秒以下，能够使传感器元件101的起燃时间变短，从而在更新处理后快速开始NOx浓度的测定。

应予说明，本发明不受上述实施方式的任何限定，当然，只要属于本发明的技术范围，就可以按各种方案进行实施。

例如，在上述实施方式中，图7的步骤S120中，CPU92基于泵电流Ip2的下冲量来进行更新处理的要否判定，但不限于此，只要基于泵电流Ip2的下冲来进行要否判定即可。例如，可以基于泵电流Ip2的下冲的最低值来进行更新处理的要否判定。或者，也可以基于泵电流Ip2达到下冲的最低值时至之后泵电流Ip2稳定为止的时间、即下冲时间来进行更新处理的要否判定。另外，CPU92也可以基于泵电流Ip2的过冲来进行更新处理的要否判定。例如，也可以基于泵电流Ip2的过冲量来进行更新处理的要否判定。也可以基于泵电流Ip2的过冲的最高值来进行更新处理的要否判定。或者，也可以基于泵电流Ip2达到过冲的最高值时至之后泵电流Ip2稳定为止的时间、即过冲时间来进行更新处理的要否判定。另外，CPU92可以基于泵电流Ip2的下冲和过冲这两者来进行更新处理的要否判定。

基于泵电流Ip2的过冲量来进行更新处理的要否判定的情况下，步骤S110中判定的要否判定时机可以为有可能发生过冲的时机、例如燃料切断结束时。关于燃料切断结束时，可以与燃料切断开始时同样地基于上述的燃料切断执行信息来检测。例如，CPU92预先在每个规定时间都判定是否从发动机ECU获得了旨为进行了燃料切断的燃料切断执行信息，在获得燃料切断执行信息之后首次没有获得燃料切断执行信息时，燃料切断结束，因此，可以判定为是要否判定时机。

在上述实施方式中，基于泵电流Ip2的下冲来进行更新的要否判定，不过，不限于基于泵电流Ip2本身来进行判定的情形，也可以基于能够换算为泵电流Ip2的值或能够视为泵电流Ip2的值来进行判定。例如，可以基于根据泵电流Ip2得到的NOx浓度[ppm]的值的行为(下冲及过冲中的至少一者)来进行更新的要否判定。

在上述实施方式中，步骤S170的更新处理为更新时主泵控制处理，不过，如上所述，更新处理包括更新时调整用泵控制处理和更新时测定用泵控制处理中的至少任一者即可。因此，步骤S170中，只要执行更新时主泵控制处理、更新时辅助泵控制处理及更新时测定用泵控制处理中的1者以上即可。不过，如使用图6及表1所说明的那样，更新时调整用泵控制处理与更新时测定用泵控制处理相比，更新效果较高，因此，更新处理优选包括更新时主泵控制处理及更新时辅助泵控制处理中的至少任一者。

在上述实施方式中，更新时主泵控制处理、更新时辅助泵控制处理及更新时测定用泵控制处理均为与通常时相比使目标值提高的处理，不过，只要它们为以与通常时相比更多地吸出被测定气体流通部内的氧的方式进行控制的处理即可。例如，更新时的控制处理可以为不进行使用了目标值的反馈控制而进行泵单元的恒压控制的处理，或者进行泵单元的恒流控制的处理。例如，更新时主泵控制处理可以为不进行反馈控制而是CPU92以使得泵电压Vp0达到比通常时主泵控制处理中的值高的规定的恒定电压的方式对可变电源24进行控制的处理。或者，更新时主泵控制处理可以为CPU92以使得泵电流Ip0达到比通常时主泵控制处理中的值高的规定的恒定电流的方式对可变电源24进行控制的处理。关于更新时辅助泵控制处理及更新时测定用泵控制处理也是同样的。

在上述实施方式中，作为更新处理的执行时机，例示了除内燃机的燃料切断时以外的运转中，不过，只要为视为被测定气体流通部内的被测定气体包含碳的时机即可，不限于此。例如，安装有气体传感器100的车辆为混合动力车的情况下，可以将混合动力车的电气运转时(发动机停止时)且废气静止时(在传感器元件101的周围残留有废气时)设为执行时机。另外，可以将视为被测定气体并非大气气氛的时机设为执行时机。另外，也可以不进行是否为执行时机的判定、即是否视为被测定气体流通部内的被测定气体包含碳的判定，就进行更新处理。例如，传感器元件101进行图7的控制例程时基本上为内燃机的运转中，可得到进行更新处理的效果。因此，可以省略步骤S140。这种情况下，也有时例如不是在运转中而是在燃料切断中进行更新处理，导致无法减少泵电流Ip2的下冲及过冲。不过，这种情况下，在下一个更新要否判定处理中判定为需要进行更新处理，再次执行更新处理，此时，如果内燃机为运转中，则能得到更新处理的效果。像这样，即便在不判定是否为更新处理的执行时机的情况下，通过多次进行更新处理，最终也能够减小下冲及过冲。不过，如上所述，更新处理中无法正确地测定NOx浓度，因此，为了尽量减少这样的时间，优选进行是否为执行时机的判定。

在上述实施方式中，CPU92基于燃料切断执行信息来检测燃料切断的开始时或者检测除燃料切断时以外的时机，不过，也可以基于泵电流Ip0来检测上述时机。如上所述，通常时主泵控制处理中流通的泵电流Ip0根据从气体导入口10向被测定气体流通部内流入的被测定气体(即传感器元件101周围的被测定气体)的氧浓度而发生变化。并且，在被测定气体为内燃机的废气的情况下，在燃料切断时，被测定气体中的氧浓度与大气中的氧浓度为相同程度。因此，CPU92可以根据通常时主泵控制处理中流通的泵电流Ip0是否为与视为与大气中的氧浓度相同的规定范围的浓度(例如20～22％等)对应的值，来判定是否为燃料切断中。因此，例如CPU92可以在步骤S110中基于泵电流Ip0来判定是否为燃料切断的开始时，如果是开始时，则判定为是要否判定时机。另外，CPU92也可以在步骤S140中基于泵电流Ip0来判定是否为燃料切断中，如果并非燃料切断中，则判定为是更新处理的执行时机。在步骤S120中基于泵电流Ip2的过冲量来进行更新处理的要否判定的情况下，CPU92可以在步骤S110中基于泵电流Ip0来判定是否为燃料切断的结束时，如果是结束时，则判定为是要否判定时机。

虽然在上述实施方式中没有说明，不过，也有时在步骤S170的更新处理中开始燃料切断。这种情况下，可以不等待处理时间(上述实施方式中为10秒)的经过就结束更新处理。

在上述实施方式中，氧浓度调整室具有第一内部空腔20和第二内部空腔40，但不限于此，例如氧浓度调整室可以进一步具备另一内部空腔，也可以将第一内部空腔20和第二内部空腔40中的一者省略。同样地，在上述实施方式中，调整用泵单元具有主泵单元21和辅助泵单元50，但不限于此，例如调整用泵单元可以进一步具备另一泵单元，也可以将主泵单元21和辅助泵单元50中的一者省略。例如，能够仅以主泵单元21就使被测定气体的氧浓度足够低的情况下，也可以将辅助泵单元50省略。这种情况下，作为通常时调整用泵控制处理，CPU92可以进行例如以使得氧浓度调整室(第一内部空腔20)的氧浓度达到目标浓度的方式对主泵单元21进行控制的处理。更具体而言，可以预先确定目标值V0＊，CPU92以使得电压V0达到目标值V0＊的方式(亦即，以使得第一内部空腔20的氧浓度达到目标浓度的方式)对可变电源24的泵电压Vp0进行反馈控制，由此对主泵单元21进行控制。

在上述实施方式中，外侧泵电极23兼用作：作为主泵单元21的一部分且在与传感器元件101外侧的被测定气体接触的部分所配设的外侧主泵电极、作为辅助泵单元50的一部分且在与传感器元件101外侧的被测定气体接触的部分所配设的外侧辅助泵电极、以及作为测定用泵单元41的一部分且在与传感器元件101外侧的被测定气体接触的部分所配设的外侧测定电极，但不限于此。也可以将外侧主泵电极、外侧辅助泵电极及外侧测定电极中的任一者以上独立于外侧泵电极23而另行设置于传感器元件101的外侧。

在上述实施方式中，外侧泵电极23在传感器元件101的外部露出，但不限于此，只要外侧泵电极23以与被测定气体接触的方式设置于元件主体(层1～6)的外侧即可。例如，传感器元件101也可以具备将元件主体(层1～6)被覆的多孔质保护层，且外侧泵电极23也由多孔质保护层被覆。

在上述实施方式中，气体传感器100的传感器元件101具备第一内部空腔20、第二内部空腔40以及第三内部空腔61，但不限于此。例如，也可以像图8的传感器元件201那样不具备第三内部空腔61。图8所示的变形例的传感器元件201中，在第二固体电解质层6的下表面与第一固体电解质层4的上表面之间，气体导入口10、第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13、第一内部空腔20、第三扩散速度控制部30以及第二内部空腔40以按该顺序连通的形态而相邻地形成。另外，测定电极44配设于第二内部空腔40内的第一固体电解质层4的上表面。测定电极44由第四扩散速度控制部45覆盖。第四扩散速度控制部45是由氧化铝(Al₂O₃)等陶瓷多孔体构成的膜。与上述实施方式的第四扩散速度控制部60相同，第四扩散速度控制部45承担限制向测定电极44流入的NOx的量的作用。另外，第四扩散速度控制部45还作为测定电极44的保护膜而发挥作用。辅助泵电极51的顶部电极部51a形成至测定电极44的正上方。即便是这种结构的传感器元件201，也能够与上述实施方式同样地基于例如泵电流Ip2而检测NOx浓度。这种情况下，测定电极44的周围作为测定室而发挥作用。

在上述实施方式中，传感器元件101的元件主体设为具有多个固体电解质层(层1～6)的层叠体，但不限于此。传感器元件101的元件主体只要包含至少1个氧离子传导性的固体电解质层且内部设置有被测定气体流通部即可。例如，图1中第二固体电解质层6以外的层1～5也可以设为由固体电解质层以外的材质形成的结构层(例如由氧化铝形成的层)。这种情况下，传感器元件101所具有的各电极只要配设于第二固体电解质层6即可。例如，图1的测定电极44只要配设于第二固体电解质层6的下表面即可。另外，只要如下形成即可：将基准气体导入空间43设置于隔离层5而代替设置于第一固体电解质层4，将大气导入层48设置于第二固体电解质层6与隔离层5之间而代替设置于第一固体电解质层4与第三基板层3之间，将基准电极42设置为比第三内部空腔61靠后方、且设置于第二固体电解质层6的下表面。

在上述实施方式中，控制装置90在通常时主泵控制处理中以使得泵电流Ip1达到目标电流Ip1＊的方式基于泵电流Ip1而设定电压V0的目标值V0＊(反馈控制)，并以使得电压V0达到目标值V0＊的方式对泵电压Vp0进行反馈控制，不过，也可以进行其他控制。例如，控制装置90可以在通常时主泵控制处理中以使得泵电流Ip1达到目标电流Ip1＊的方式基于泵电流Ip1而对泵电压Vp0进行反馈控制。即，控制装置90也可以省略从主泵控制用氧分压检测传感器单元80获取电压V0并省略设定目标值V0＊，而基于泵电流Ip1直接对泵电压Vp0进行控制(进而对泵电流Ip0进行控制)。

在上述实施方式中，气体传感器100检测NOx浓度作为特定气体浓度，但不限于此，也可以将其他氧化物浓度设为特定气体浓度。在特定气体为氧化物的情况下，与上述实施方式同样地，将特定气体本身在第三内部空腔61中还原时生成氧，因此，CPU92能够基于与该氧对应的检测值而对特定气体浓度进行检测。另外，特定气体也可以为氨等非氧化物。在特定气体为非氧化物的情况下，特定气体在例如第一内部空腔20中被转化为氧化物(例如，若是氨，则被氧化而转化为NO)，转化后的氧化物在第三内部空腔61中还原时生成氧，因此，CPU92能够获得与该氧对应的检测值而对特定气体浓度进行检测。像这样，特定气体无论是氧化物还是非氧化物，气体传感器100都能够基于源自特定气体并在第三内部空腔61中生成的氧而对特定气体浓度进行检测。

在上述实施方式中，更新时主泵控制处理中的目标值V0r＊为比目标值V0＊高的值，图6中，目标值V0r＊为1000mV。该目标值V0r＊优选超过700mV且为1100mV以下。本发明的发明人调查了使目标值V0r＊在700mV～1100mV的范围内不同时的更新处理时间与下冲量的减小效果之间的关系。将结果示于图9。图9的横轴及纵轴与图6的横轴及纵轴相同，图9的曲线图中，使目标值V0r＊不同，除此以外，以与图6的实线(凡例中记载为“V0”)表示的曲线图相同的条件进行测定。图9中示出了使目标值V0r＊按700mV、800mV、900mV、1000mV、1100mV这5种进行变化时的结果。图9中，目标值V0r＊为1000mV时的结果(图9的双点划线的曲线图)为与目标值V0r＊的值同样为1000mV的图6的实线的曲线图大致相同的结果。由图9可知，存在目标值V0r＊越大、差ΔUS越以短时间接近于0％的趋势，确认到使传感器元件101更新的效果较高。另外，如果目标值V0r＊为700mV，则几乎得不到使传感器元件101更新的效果，因此，认为目标值V0r＊优选超过700mV，更优选为800mV以上。另外，目标值V0r＊越高，更新时主泵控制处理时的电压Vp0越高。并且，如果电压Vp0过高，则有时传感器元件101的固体电解质(此处为氧化锆)发生还原。因此，目标值V0r＊优选为1100mV以下。关于更新时辅助泵控制处理的目标值V1r＊及更新时测定用泵控制处理的目标值V2r＊，与目标值V0r＊同样地优选超过700mV且为1100mV以下，更优选为800mV以上。

本申请以2021年8月25日申请的日本专利申请第2021-137094号为主张优先权的基础，其内容全部通过引用而包含在本说明书中。

产业上的可利用性

本发明能够用于对汽车的尾气等被测定气体中的NOx等特定气体的浓度进行检测的气体传感器。

符号说明

1第一基板层，2第二基板层，3第三基板层，4第一固体电解质层，5隔离层，6第二固体电解质层，10气体导入口，11第一扩散速度控制部，12缓冲空间，13第二扩散速度控制部，20第一内部空腔，21主泵单元，22内侧泵电极，22a顶部电极部，22b底部电极部，23外侧泵电极，24可变电源，30第三扩散速度控制部，40第二内部空腔，41测定用泵单元，42基准电极，43基准气体导入空间，44测定电极，45第四扩散速度控制部，46可变电源，48大气导入层，50辅助泵单元，51辅助泵电极，51a顶部电极部，51b底部电极部，52可变电源，60第四扩散速度控制部，61第三内部空腔，70加热器部，71连接器电极，72加热器，73通孔，74加热器绝缘层，75压力释放孔，76加热器电源，80主泵控制用氧分压检测传感器单元，81辅助泵控制用氧分压检测传感器单元，82测定用泵控制用氧分压检测传感器单元，83传感器单元，90控制装置，91控制部，92CPU，94存储部，100气体传感器，101、201传感器元件。

Claims

1.一种气体传感器，具备：传感器元件、特定气体浓度检测部、要否判定部、以及更新控制部，

所述传感器元件具有：

所述要否判定部进行更新要否判定处理，即、基于所述测定用泵电流骤变时的下冲和过冲中的至少一者，判定是否需要进行所述传感器元件的更新；

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，

所述更新处理包括所述更新时调整用泵控制处理。

3.根据权利要求2所述的气体传感器，其中，

所述氧浓度调整室具有：第一内部空腔、以及设置为比该第一内部空腔靠下游侧且比所述测定室靠上游侧的第二内部空腔，

所述调整用泵单元具有：对所述第一内部空腔的氧浓度进行调整的主泵单元、以及对所述第二内部空腔的氧浓度进行调整的辅助泵单元，

所述更新时调整用泵控制处理包括：以与所述通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出所述第一内部空腔的氧的方式对所述主泵单元进行控制的处理、以及以与所述通常时调整用泵控制处理相比更多地吸出所述第二内部空腔的氧的方式对所述辅助泵单元进行控制的处理中的至少任一者。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的气体传感器，其中，

所述被测定气体为内燃机的废气，

所述要否判定部基于所述内燃机的燃料切断所伴随的所述测定用泵电流骤变时的行为，进行所述更新要否判定处理。

5.根据权利要求1～3中的任一项所述的气体传感器，其中，

所述要否判定部在所述测定用泵电流骤变时的下冲量和过冲量中的至少一者偏离容许范围的情况下，判定为需要进行所述更新。

6.根据权利要求1～3中的任一项所述的气体传感器，其中，

所述更新控制部在视为所述被测定气体流通部内的所述被测定气体包含碳时进行所述更新处理。

7.根据权利要求1～3中的任一项所述的气体传感器，其中，

所述更新处理的处理时间为1秒以上且10秒以下。