DE112021004068T5 - Sensor-Steuereinheit - Google Patents

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DE112021004068T5
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sensor
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Go Miyagawa
Kazuki Yagi
Kei Sugiura
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

Die Sensor-Steuereinheit (6) wird für einen Gassensor verwendet, der in einem Abgasrohr in einer Maschine wie einer Maschine mit interner Verbrennung eines Fahrzeugs angeordnet ist. Der Gassensor beinhaltet eine Sensorzelle (21), die eine Abgas-Elektrode (311), eine Elektrode (312) auf der Seite der Atmosphäre und einen Festelektrolyt (31) aufweist, und eine Heizvorrichtung (22), welche die Sensorzelle (21) erwärmt, Die Sensor-Steuereinheit (6) beinhaltet eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit (61), die eine Heizvorrichtung (22) steuert, um eine Sensorzelle (21) zu erwärmen. Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit (61) erwärmt die Sensorzelle (21) während des Verbrennungsbetriebs der Maschine auf eine Betriebs-Steuerungs-Temperatur, und erwärmt die Sensorzelle (21) auf eine Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur, welche höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur.

Description

  • Querverweis auf ähnliche Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der japanischen Anmeldung mit der Nr. 2020-130 276 , eingereicht am 31. Juli 2020, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen wird.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Sensor-Steuereinheit.
  • Stand der Technik
  • Ein Gassensor ist in einem Abgasrohr einer Maschine wie einer Maschine mit interner Verbrennung angeordnet. Bei einem Abgas als einem zu erfassenden Gas erlangt der Gassensor ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Maschine, eine Sauerstoffkonzentration des Abgases und dergleichen. Der Gassensor nutzt ein Sensorelement, bei dem ein Festelektrolyt mit einer Oxidionen-Leitfähigkeit vorgesehen ist, und ein Paar von Elektroden bzw. Elektrodenpaar, das auf einer Oberfläche des Festelektrolyten vorgesehen ist. Eine Elektrode wird für eine Abgas-Elektrode verwendet, die zu einem Abgas freigelegt ist, und die andere Elektrode wird für eine Elektrode auf der Seite der Atmosphäre als eine gegenüberliegende Elektrode verwendet, die ermöglicht, dass Oxidionen zu der Abgas-Elektrode geleitet werden.
  • Die atmosphärische Luft, welche in einem Maschinenraum oder dergleichen vorliegt, wird in die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre in dem Sensorelement des Gassensors eingeführt. Da die atmosphärische Luft in dem Maschinenraum Siloxangas als eine gasförmige Verbindung enthält, das Silicium und Sauerstoff enthält, kann Siloxangas als ein Giftstoff eine Vergiftung auf der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre verursachen, wodurch sich die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre verschlechtert.
  • Zum Beispiel ist gemäß der Sensor-Steuereinheit von PTL 1 die Sensor-Steuereinheit dazu konfiguriert, ein Pumpen von Sauerstoff ausgehend von dem Abgas zu der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre durchzuführen, um zu unterbinden, dass die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre vergiftet wird, und dass diese sich in dem Fall, bei welchem die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre in einer Vergiftungsumgebung vorliegt, verschlechtert.
  • Bei dieser Konfiguration wird ein Atmosphären-Leitungskanal, in welchem die Atmosphären-Elektroden vorgesehen sind, über die Abgas-Elektrode mit Sauerstoff gefüllt, der in dem Abgasrohr vorliegt, und nicht mit dem Sauerstoff, der in dem Maschinenraum vorliegt.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
  • [PTL1] JP-A-2017-75794
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Gemäß der Sensor-Steuereinheit von PTL 1 wird lediglich Sauerstoffpumpen ausgehend von der Abgas-Elektrode zu der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre durchgeführt, indem zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Spannung angelegt wird, um zu unterbinden, dass die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre vergiftet wird und sich verschlechtert. Allerdings ist zusätzlich zu dem Sauerstoffpumpen eine weitere Verbesserung erforderlich, um effektiver zu unterbinden, dass die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre vergiftet wird und sich verschlechtert.
  • Die vorliegende Offenbarung sieht eine Sensor-Steuereinheit vor, die dazu in der Lage ist, eine Vergiftung bzw. Beschädigung einer Elektrode auf der Seite der Atmosphäre zu unterbinden oder die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre hinsichtlich dieser Vergiftung bzw. Beschädigung zu regenerieren.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Sensor-Steuereinheit, die für einen Gassensor verwendet wird, der in einem Abgasrohr in einer Maschine mit interner Verbrennung eines Fahrzeugs angeordnet ist, wobei der Gassensor Folgendes aufweist: eine Sensorzelle, bei der eine Abgas-Elektrode vorgesehen ist, die zu einem Abgas freigelegt ist, eine Elektrode auf der Seite der Atmosphäre, die zu atmosphärischer Luft freigelegt ist, und einen Festelektrolyt, der dazwischen eingeschoben ist, auf welchem die Abgas-Elektrode und die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre einander zugewandt angeordnet sind, und eine Heizvorrichtung, welche die Sensorzelle erwärmt. Die Sensor-Steuereinheit beinhaltet: eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit, welche die Heizvorrichtung zum Erwärmen der Sensorzelle steuert. Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit erwärmt die Sensorzelle während eines Verbrennungsbetriebs der Maschine mit interner Verbrennung auf eine Betriebs-Steuerungs-Temperatur, und erwärmt die Sensorzelle während einer Verbrennungsstoppdauer der Maschine mit interner Verbrennung auf eine Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur, welche höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Sensor-Steuereinheit, die für einen Gassensor verwendet wird, der in einem Abgasrohr in einer Maschine mit interner Verbrennung eines Fahrzeugs angeordnet ist, wobei der Gassensor Folgendes aufweist: eine Sensorzelle, bei der eine Abgas-Elektrode vorgesehen ist, die zu einem Abgas freigelegt ist, eine Elektrode auf der Seite der Atmosphäre, die zu atmosphärischer Luft freigelegt ist, und einen Festelektrolyt, der dazwischen eingeschoben ist, auf welchem die Abgas-Elektrode und die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre einander zugewandt angeordnet sind, und eine Heizvorrichtung, welche die Sensorzelle erwärmt. Die Sensor-Steuereinheit beinhaltet: eine Spannungsanlegungseinheit, die zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Gleichstrom-Spannung anlegt; und eine Verschlechterungs-Erfassungseinheit, die während eines Verbrennungsbetriebs oder einer Verbrennungsstoppdauer der Maschine mit interner Verbrennung einen Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle erfasst. Die Spannungsanlegungseinheit ist unter einer Bedingung, dass der Verschlechterungsbetrag, der durch die Verschlechterungs-Erfassungseinheit erfasst wird, größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, dazu konfiguriert, während des Verbrennungsbetriebs zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Betriebsspannung anzulegen, und während der Verbrennungsstoppdauer zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Stoppspannung anzulegen, die höher ist als die Betriebsspannung, wodurch Siliciumoxid, das an der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, reduziert wird.
  • Sensor-Steuereinheit nach einem Aspekt
  • Gemäß der Sensor-Steuereinheit des einen vorstehend beschriebenen Aspekts wird die Heizvorrichtungs-Steuereinheit, welche die Heizvorrichtung derart steuert, dass diese die Sensorzelle aufheizt bzw. erwärmt, derart verbessert, dass die Vergiftung auf der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre unterbunden wird oder die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre hinsichtlich dieser Vergiftung regeneriert werden kann. Genauer gesagt ist die Heizvorrichtungs-Steuereinheit dazu konfiguriert, die Sensorzelle während des Verbrennungsstopps der Maschine mit interner Verbrennung auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur zu erwärmen, die höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur bei dem Verbrennungsbetrieb. Bei dieser Konfiguration wird ein Vergiftungsgas wie beispielsweise Siloxan in dem Gassensor oxidiert, und es ist unwahrscheinlich, dass dieses die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre erreicht, wodurch verhindert werden kann, dass ein Vergiftungsfilm mit Isolationseigenschaften auf der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre ausgebildet wird.
  • Zudem wird erwartet, dass Giftstoffe wie beispielsweise Siloxan bereits an der atmosphärischen Elektrode anhaften, bevor der Gassensor und die Sensor-Steuereinheit aktiviert werden. In diesem Zustand tritt eine Oxidationsreaktion der Giftstoffe auf, indem die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre erwärmt wird, wenn der Gassensor und die Sensor-Steuereinheit aktiviert werden, und die Giftstoffe können einen Vergiftungsfilm ausbilden. In diesem Fall wird die Sensorzelle während des Verbrennungsstopps der Maschine auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur erwärmt, wodurch eine thermische Belastung auf den Vergiftungsfilm auf der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre ausgeübt wird und der Vergiftungsfilm zerstört wird. Demzufolge kann eine Funktion einer Ionenaktivierung von Sauerstoff durch die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre regeneriert werden.
  • Die Sensor-Steuereinheit des vorstehenden Aspekts ist dazu in der Lage zu unterbinden, dass eine Elektrode auf der Seite der Atmosphäre vergiftet wird, oder die vergiftete Elektrode auf der Seite der Atmosphäre zu regenerieren.
  • Sensor-Steuereinheit nach einem anderen Aspekt
  • Gemäß der Sensor-Steuereinheit des vorstehend beschriebenen anderen Aspekts wird die Spannungsanlegungseinheit, die zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Spannung anlegt, verbessert, was es ermöglicht, dass die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre hinsichtlich dieser Vergiftung regeneriert wird. Genauer gesagt legt die Spannungsanlegungseinheit unter einer Bedingung, dass der Verschlechterungsbetrag des Erfassungswerts der Sensorzelle, der durch die Verschlechterungs-Erfassungseinheit erfasst wird, größer gleich dem vorgegebenen Wert ist, zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung an, welche höher ist als die Betriebsspannung, wodurch das Siliciumoxid reduziert wird, das an der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre anhaftet. Bei dieser Konfiguration wird das Siliciumoxid als ein Vergiftungsfilm, der ausgebildet wird, wenn das Vergiftungsgas wie beispielsweise Siloxangas an der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, reduziert, wodurch eine Funktion einer Ionenaktivierung von Sauerstoff durch die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre regeneriert werden kann.
  • Die Sensor-Steuereinheit des anderen vorstehenden Aspekts ist dazu in der Lage, die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre des Gassensors hinsichtlich dieser Vergiftung zu regenerieren.
  • Es ist zu beachten, dass die Bezugszeichen in Klammern, mit denen die jeweiligen Elemente bei den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung versehen sind, ein Beispiel einer Entsprechungsbeziehung zwischen den Elementen und spezifischen Komponenten bei Ausführungsformen angeben. Demzufolge ist die vorliegende Offenbarung nicht auf Bestandteile beschränkt, die mit diesen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
  • Figurenliste
  • Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die folgenden detaillierten Beschreibungen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen klarer werden. Die Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung zeigen wie folgt:
    • 1 ein erläuterndes Diagramm, das einen Gassensor gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht zeigt;
    • 2 ein erläuterndes Diagramm, das ein Sensorelement gemäß der ersten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht zeigt;
    • 3 ein erläuterndes Diagramm, welches das Sensorelement gemäß der ersten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht zeigt, wobei der Schnitt bei einer Linie III-III vorgenommen wurde, die in 2 gezeigt wird;
    • 4 ein erläuterndes Diagramm, welches das Sensorelement gemäß der ersten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht zeigt, wobei der Schnitt bei einer Linie IV-IV vorgenommen wurde, die in 2 gezeigt wird;
    • 5 ein erläuterndes Diagramm, das den Gassensor und eine Sensor-Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
    • 6 ein erläuterndes Diagramm, das eine elektrische Konfiguration des Gassensors und der Sensor-Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
    • 7 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Ausgangsstrom zeigt;
    • 8 ein erläuterndes Diagramm, das einen Vergiftungsfilm, der auf der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre ausgebildet ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
    • 9 ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren zeigt, das durch die Sensor-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird;
    • 10 ein Zeitdiagramm, in welchem (a) eine Veränderung hinsichtlich einer Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt, (b) eine Veränderung hinsichtlich einer Siloxandichte in einem Maschinenraum zeigt, (c) eine Veränderung hinsichtlich eines Luftüberschuss-Verhältnisses einer Maschine zeigt, und (d) eine Veränderung hinsichtlich einer Aufheiztemperatur einer Sensorzelle zeigt, die durch eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit erwärmt wird;
    • 11 ein erläuterndes Diagramm, das eine elektrische Konfiguration eines Gassensors und einer Sensor-Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
    • 12 ein Zeitdiagramm, in welchem (a) eine Veränderung hinsichtlich einer Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt, (b) eine Veränderung hinsichtlich eines Luftüberschuss-Verhältnisses einer Maschine zeigt, und (c) eine Veränderung hinsichtlich einer Spannung zeigt, die durch eine Spannungsanlegungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform an die Sensorzelle angelegt wird;
    • 13 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen der Spannung und einem Strom in einer Sensorzelle gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
    • 14 ein Zeitdiagramm, in welchem (a) eine Veränderung hinsichtlich einer Aufheiztemperatur der Sensorzelle zeigt, die durch eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit erwärmt wird, (b) eine Veränderung hinsichtlich einer Spannung zeigt, die durch die Spannungsanlegungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform an die Sensorzelle angelegt wird, (c) eine Veränderung hinsichtlich eines Ausgangsstroms zeigt, der in der Sensorzelle erzeugt wird, und (d) eine Veränderung hinsichtlich eines elektrischen Widerstands der Sensorzelle zeigt;
    • 15 ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren zeigt, das durch die Sensor-Steuereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird;
    • 16 ein Zeitdiagramm, in welchem (a) eine Veränderung hinsichtlich einer Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt, (b) eine Veränderung hinsichtlich einer Aufheiztemperatur einer Sensorzelle zeigt, die durch eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit erwärmt wird, (c) eine Veränderung hinsichtlich einer Spannung zeigt, die durch eine Spannungsanlegungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform an die Sensorzelle angelegt wird;
    • 17 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einem Reduktionspotential von sauerstoffarmen Siliciumdioxid gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
    • 18 ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren zeigt, das durch die Sensor-Steuereinheit gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird;
    • 19 ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren zeigt, das durch eine Sensor-Steuereinheit gemäß einer vierten Ausführungsform ausgeführt wird;
    • 20 ein erläuterndes Diagramm, das eine elektrische Konfiguration eines Gassensors und einer Sensor-Steuereinheit gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt; und
    • 21 ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren einer Sensor-Steuereinheit gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorstehend beschriebenen Sensor-Steuereinheit beschrieben werden.
  • Erste Ausführungsform
  • Wie in den 1 bis 6 gezeigt wird, wird eine Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform für einen Gassensor 1 verwendet, der in einem Abgasrohr 7 einer Maschine 5 wie einer Maschine mit interner Verbrennung eines Fahrzeugs angeordnet ist. Der Gassensor 1 beinhaltet eine Sensorzelle 21 und eine Heizvorrichtung 22 zum Erwärmen der Sensorzelle 21. Bei der Sensorzelle 21 sind eine Abgas-Elektrode 311, die zu einem Abgas G freigelegt ist, eine Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre, die zu einer atmosphärischen Luft A freigelegt ist, und ein Festelektrolyt 31, auf welchem die Abgas-Elektrode 311 und die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre einander zugewandt sind, vorgesehen.
  • Die Sensor-Steuereinheit 6 beinhaltet eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61, welche die Heizvorrichtung 22 zum Erwärmen der Sensorzelle 21 steuert. Wie in 10 gezeigt wird, ist die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 dazu konfiguriert, die Heizvorrichtung 22 derart zu steuern, dass die Sensorzelle 21 durch die Heizvorrichtung 22 mit einer Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 erwärmt wird, wenn die Maschine 5 in einem Verbrennungsbetrieb vorliegt, und durch die Heizvorrichtung 22 mit einer Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt wird, die höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1, wenn die Maschine 5 in einem gestoppten Verbrennungszustand vorliegt.
  • Zunächst wird ein Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform detailliert beschrieben werden.
  • Gassensor 1
  • Wie in den 1 und 5 gezeigt wird, ist der Gassensor 1 in einem Montageloch 71 des Abgasrohrs 8 der Maschine 5 des Fahrzeugs angeordnet. Der Gassensor 1 wird dazu verwendet, eine Sauerstoffkonzentration oder dergleichen in einem zu erfassenden Gas zu erfassen, welches das Abgas G ist, das durch das Abgasrohr 7 strömt. Der Gassensor 1 kann als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (A/F-Sensor) genutzt werden, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 5 auf Grundlage der Sauerstoffkonzentration und einer unverbrannten Gaskonzentration oder dergleichen in dem Abgas G erlangt. Der A/F-Sensor ist dazu in der Lage, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen einem fetten Zustand des Kraftstoffs, in welchem ein Verhältnis von Kraftstoff zu Luft größer ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einem mageren Zustand des Kraftstoffs, in welchem ein Verhältnis von Kraftstoff zu Luft kleiner ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, kontinuierlich quantitativ zu erfassen. Überdies kann der Gassensor 1 als verschiedene Sensoren zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration, die andere sind als der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, verwendet werden.
  • Wie in 5 gezeigt wird, ist ein Katalysator 72 in dem Abgasrohr 7 angeordnet, um Giftstoffe in dem Abgas G zu reinigen. Der Gassensor 1 kann an einer stromaufwärtigen Seite oder einer stromabwärtigen Seite des Katalysators 72 in einer Richtung angeordnet sein, in welcher das Abgas G in das Abgasrohr 7 strömt. Zudem kann der Gassensor 1 in einem Rohr auf der Einlassseite eines Turboladers angeordnet sein, der unter Verwendung des Abgases G die Luftdichte der Luft erhöht, die durch die Maschine 5 angesaugt wird. Das Rohr, an welchem der Gassensor 1 montiert ist, kann ein Rohr in einem Abgasrückführungs-Mechanismus nutzen, der einen Teil des Abgases G, das aus dem Abgasrohr 7 ausgestoßen wird, aus der Maschine 5 in das Einlassrohr der Maschine 5 rückführt.
  • Wie in 5 gezeigt wird, ist die Maschine 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Benzinmaschine, und ein Dreiwegekatalysator 72 als der Katalysator 72 ist in dem Abgasrohr 7 angeordnet. Der Gassensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 11, der in dem Abgasrohr 7 angeordnet ist, wobei dieser verglichen mit der Position des Dreiwegekatalysators 72 in einer Gasströmung des Abgases G auf einer stromaufwärtigen Seite positioniert ist. Bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 11 kann ein Sensorelement 2 vom geschichteten Typ mit einem (später beschriebenen) plattenförmigen Festelektrolyt genutzt werden.
  • Ferner kann der Gassensor 1 einen Sauerstoffsensor 12 bilden, der derart angeordnet ist, dass dieser verglichen mit der Position des Dreiwegekatalysators 72 auf einer stromabwärtigen Seite einer Gasströmung des Abgases G positioniert ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Mehrzahl der Dreiwegekatalysatoren 72 als ein mehrstufiger Katalysator arrangiert, der jeweils relativ zu der Gasströmung getrennt positioniert ist. Der Sauerstoffsensor 12 ist benachbart zu einer stromabwärtigen Seite des Dreiwegekatalysators 72 angeordnet, welcher an der am weitesten stromaufwärts liegenden Seite in dem Abgasrohr 7 positioniert ist. Bei dem Sauerstoffsensor 12 kann ein Sensorelement vom Bechertyp mit einem becherförmigen Festelektrolyt 31 genutzt werden. Der Sauerstoffsensor kann bestimmen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 5, das mithilfe des Abgases G geschätzt wird, relativ zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der fetten Seite des Kraftstoffs oder der mageren Seite des Kraftstoffs liegt.
  • Obwohl die Darstellung weggelassen wird, kann die Maschine 5 eine Dieselmaschine sein, und ein Reduktionskatalysator, der NOx (Stickstoffoxide) reduziert, kann zusammen mit dem oder anstelle des Dreiwegekatalysators 72 in dem Abgasrohr 7 angeordnet sein. Der Reduktionskatalysator beinhaltet einen Stickstoffoxid-Katalysator vom Speicher-Reduktions-Typ (LNT), einen selektiven Reduktionskatalysator (SCR) und dergleichen. Der Stickstoffoxid-Katalysator vom Speicher-Reduktions-Typ bewirkt, dass Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und dergleichen, welche sich in dem Abgas G erhöhen, wenn eine relativ große Menge an Kraftstoff in die Maschine eingespritzt wird, mit gespeichertem NOx reagieren, wodurch diese zu Stickstoff reduziert werden. Der selektive Reduktionskatalysator reduziert NOx unter Verwendung von Ammoniak zu Stickstoff.
  • Der Gassensor 1 kann ein NOx-Sensor sein, der in dem Abgasrohr 7 angeordnet ist, wobei dieser verglichen mit der Position des Reduktionskatalysators in der Gasströmung des Abgases G auf einer stromaufwärtigen Seite oder einer stromabwärtigen Seite positioniert ist. Gemäß dem Sensorelement 2, das den NOx-Sensor bildet, ist eine Pumpelektrode in einer (später beschriebenen) Gaskammer 35 angeordnet, die verglichen mit der Position der Abgas-Elektrode 311 auf einer stromaufwärtigen Seite der Gasströmung des Abgases G positioniert ist. An die Pumpelektrode wird zum Pumpen von Sauerstoff zu der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Spannung angelegt. Die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ist an einer Position ausgebildet, die der Erfassungselektrode und der Pumpelektrode über den Festelektrolyt 31 zugewandt ist. In dem Abgasrohr 7 kann ein Diesel-OxidationsKatalysator (DOC), der eine lösliche organische Komponente (SOF) von Feinstaub, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, die in dem Abgas G enthalten sind, oxidiert, vorgesehen sein.
  • Sensorelement 2
  • Wie in den 2 bis 4 gezeigt wird, ist das Sensorelement 2 als ein Sensor vom geschichteten Typ konfiguriert, bei welchem die jeweiligen Isolatoren 33A und 33B sowie ein Heizelement 34 auf dem plattenförmigen Festelektrolyt 31 geschichtet sind, auf welchem die Abgas-Elektrode 311 und die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre vorgesehen sind. Bei dem Sensorelement 2 ist eine Sensorzelle 21 als ein Abschnitt ausgebildet, der aus der Abgas-Elektrode 31, der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und einem Teil eines Festelektrolyts 31, der zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre positioniert ist, zusammengesetzt ist. Die Sensorzelle 21 ist an einem Spitzenendseiten-Abschnitt in dem Sensorelement 2 mit einer verlängerten Form ausgebildet.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Richtung, in welcher sich das Sensorelement 2 längs erstreckt, als eine Längsrichtung L definiert. Zudem ist eine Richtung, die orthogonal zu der Längsrichtung L verläuft, in welcher die jeweiligen Isolatoren 33A, 33b und das Heizelement 34 geschichtet sind, das heißt eine Richtung, in welcher die Sensorzelle 21 und die Heizvorrichtung 22 geschichtet sind, als eine Schichtungsrichtung D definiert. Ferner ist eine Richtung, die orthogonal zu der Längsrichtung L und der Schichtungsrichtung D verläuft, als eine Breitenrichtung W definiert. In der Längsrichtung L des Sensorelements 2 ist ein Abschnitt, der zu dem Abgas G freigelegt ist, als eine Spitzenendseite L1 definiert, und ein Abschnitt gegenüber der Spitzenendseite L1 ist als eine Basisendseite L2 definiert.
  • Sensorzelle 21
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt wird, weist der Festelektrolyt 31, der die Sensorzelle 21 bildet, bei einer vorgegebenen Aktivierungstemperatur eine Leitfähigkeit für Oxidionen (O2-) auf. Der Festelektrolyt 31 weist eine erste Oberfläche 301, auf welcher die Abgas-Elektrode 311 vorgesehen ist, die zu dem Abgas G freigelegt ist, und eine zweite Oberfläche 302, auf welcher die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre vorgesehen ist, die zu der atmosphärischen Luft A freigelegt ist, auf. Bei einem Abschnitt der Spitzenendseite L1, die in Hinblick auf die Längsrichtung L des Sensorelements 2 zu dem Abgas G freigelegt ist, sind die Abgas-Elektrode 311 und die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre an einer Position arrangiert, an welcher die Abgas-Elektrode 311 und die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre in der Schichtungsrichtung D über den Festelektrolyt 31 überlappen. Der erste Isolator 33A ist auf der ersten Oberfläche 301 des Festelektrolyts 31 geschichtet, und der zweite Isolator 33B ist auf der zweiten Oberfläche 302 des Festelektrolyts 31 geschichtet.
  • Der Festelektrolyt 31 ist aus Oxid auf Zirconia-Basis zusammengesetzt, bei welchem das Zirconia bzw. Zirconiumdioxid ein Hauptbestandteil ist (50 Massen-% oder mehr davon enthält), und aus einem stabilisierten Zirconiumdioxid oder teilweise stabilisierten Zirconiumdioxid, bei welchem Zirconiumdioxid teilweise durch ein metallisches Element aus der Gruppe der Seltenen Erden oder ein Erdalkalimetall ersetzt ist, zusammengesetzt ist. Ein Teil des Zirconiumdioxids, das den Festelektrolyt 31 bildet, kann durch Yttriumoxid, Scandiumoxid oder Kalziumoxid ersetzt werden.
  • Die Abgas-Elektrode 311 und die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre, welche die Sensorzelle 21 bilden, enthalten Platin als ein Edelmetall, das eine katalytische Aktivität mit Sauerstoff zeigt, und ein Oxid auf Zirconia-Basis als ein gemeinsames Material des Festelektrolyts 31. In dem Fall, bei welchem der Festelektrolyt 31 mit aufgetragenem Elektrodenmaterial bedruckt (beschichtet) wird und der Festelektrolyt 31 und das Elektrodenmaterial gebrannt werden, fungiert das gemeinsame Material derart, dass dieses eine Verbindungsstärke zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre einerseits, sowie dem Festelektrolyt 31 andererseits, beibehält.
  • Gaskammer 35
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt wird, ist die Gaskammer 35 auf der ersten Oberfläche 301 des Festelektrolyts 31, die durch den ersten Isolator 33A und den Festelektrolyt 31 umgeben ist, benachbart ausgebildet. Bei einem Spitzenendseiten-Abschnitt des ersten Isolators 33A, der in Hinblick auf dessen Längsrichtung L auf der Spitzenendseite L1 positioniert ist, ist die Gaskammer 35 an einer Position ausgebildet, welche die Abgas-Elektrode 311 aufnimmt. Die Gaskammer 35 ist als eine Raumsektion ausgebildet, die durch den ersten Isolator 33A und eine Diffusionswiderstandssektion 32 (Gaseinführsektion) geschlossen wird. Das Abgas G, das durch das Abgasrohr 7 strömt, tritt durch die Diffusionswiderstandssektion 32 und wird in die Gaskammer 35 eingeführt.
  • Diffusionswiderstandssektion 32
  • Wie in 2 gezeigt wird, ist die Diffusionswiderstandssektion 32 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Hinblick auf die Längsrichtung auf der Spitzenendseite L1 benachbart zu einem Abschnitt der Gaskammer 35 vorgesehen. Mit anderen Worten ist die Diffusionswiderstandssektion 32 an einer Spitzenendoberfläche des Sensorelements 2 in der Längsrichtung L ausgebildet. Die Diffusionswiderstandssektion 32 ist derart in dem ersten Isolator 33A ausgebildet, dass ein poröses Material eines Metalloxids wie beispielsweise Aluminiumoxid in ein Einlassloch gefüllt wird, welches geöffnet und in Hinblick auf die Längsrichtung L auf der Spitzenendseite L1 benachbart zu der Gaskammer 35 positioniert ist. Die Diffusionsgeschwindigkeit (Strömungsrate) des Abgases G, das in die Gaskammer 35 eingeführt wird, wird bestimmt, indem die Geschwindigkeit des Abgases G, das durch Poren des porösen Materials in der Diffusionswiderstandssektion 32 durchtritt, beschränkt bzw. begrenzt wird.
  • Die Diffusionswiderstandssektion 32 kann zu beiden Seiten in der Breitenrichtung W der Gaskammer benachbart ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Diffusionswiderstandssektion 32 in dem Einlassloch angeordnet, das benachbart zu beiden Seiten der Breitenrichtung W der Gaskammer 35 geöffnet ist. Es ist zu beachten, dass statt des Ausbildens des porösen Materials das Einführloch 32 unter Verwendung eines Stiftlochs als ein kleines Durchgangsloch ausgebildet werden kann, das mit der Gaskammer 35 in Verbindung steht.
  • Atmosphärischer Leitungskanal
  • Wie in den 2 bis 4 gezeigt wird, ist der atmosphärische Leitungskanal 36, der durch den zweiten Isolator 33B und den Festelektrolyt 31 umgeben ist, auf der zweiten Oberfläche 302 des Festelektrolyts 31 ausgebildet. Der atmosphärische Leitungskanal 36 ist ausgehend von einem Abschnitt des zweiten Isolators 33B, der die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre in der Längsrichtung L aufnimmt, zu einem Basisendabschnitt des Sensorelements 2 in der Längsrichtung L ausgebildet, der zu der atmosphärischen Luft A freigelegt ist. Eine Basisendöffnung 361, die als ein atmosphärische Luft einführender Abschnitt des atmosphärischen Leitungskanals 36 ausgebildet ist, ist an dem Basisendabschnitt des Sensorelements 2 in der Längsrichtung L ausgebildet. Der atmosphärische Leitungskanal 36 ist ausgehend von der Basisendöffnung 361 zu einem Abschnitt ausgebildet, der mit der Gaskammer 35 in der Schichtungsrichtung D über den Festelektrolyt 31 überlappt. Bei dem atmosphärischen Leitungskanal 36 wird die atmosphärische Luft A ausgehend von der Basisendöffnung 361 eingeführt.
  • Isolatoren 33A und 33B
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt wird, bildet der erste Isolator 33A die Gaskammer 35 aus, und der zweite Isolator 33B bildet den atmosphärischen Leitungskanal 36 aus und ermöglicht, dass das Heizelement 34 darin eingebettet ist. Der erste Isolator 33A und der zweite Isolator 33B sind aus Metalloxid wie beispielsweise Aluminium (Aluminiumoxid) ausgebildet. Die Isolatoren 33A und 33B sind als ein dichter Körper ausgebildet, durch welchen das Abgas G oder die atmosphärische Luft A nicht durchdringen können. Bei den Isolatoren 33A und 33B sind im Wesentlichen keine Poren ausgebildet, die ermöglichen, dass Gas durch diese durchdringt.
  • Heizvorrichtung 22
  • Wie in den 2 bis 4 gezeigt wird, ist die Heizvorrichtung 22 aus dem Heizelement 34 ausgebildet, das in dem zweiten Isolator 33B eingebettet ist. Es ist zu beachten, dass das Heizelement 34 in dem ersten Isolator 33A eingebettet sein kann. Das Heizelement 34 beinhaltet eine Heizsektion 341 zum Erzeugen von Wärme, wenn dieser Leistung zugeführt wird, und eine Heizelement-Anschlussleitung 342, die in der Längsrichtung L mit der Basisendseite L2 des Heizelements 341 verbunden ist. Bei der Heizsektion 341 ist zumindest ein Teil der Heizsektion 341 an einem Abschnitt ausgebildet, der in der Schichtungsrichtung D des Festelektrolyts 31 und der Isolatoren 33A und 33B mit der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre überlappt.
  • Ferner ist das Heizelement 341 aus einem linearen Leiter ausgebildet, der durch einen linearen Teil und einen gekrümmten Teil mäandert. Der lineare Teil der Heizsektion 341 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist derart ausgebildet, dass dieser parallel zu der Längsrichtung L ist. Die Heizelement-Anschlussleitung 342 ist aus einem linearen Leiter ausgebildet, der parallel zu der Längsrichtung L verläuft. Der Widerstand des Heizelements 341 pro Längeneinheit ist größer als der Widerstand der Heizelement-Anschlussleitung 342 pro Längeneinheit. Die Heizelement-Anschlussleitung 342 wird in der Längsrichtung L aus dem Heizelement 341 zu einem Abschnitt der Basisendseite L2 geführt. Das Heizelement 34 enthält ein Metallmaterial, das Leitfähigkeit aufweist.
  • Das Heizelement 341 ist an einem Abschnitt angeordnet, welcher in der Schichtungsrichtung D, die orthogonal zu der Längsrichtung L verläuft, der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre zugewandt ist. Mit anderen Worten ist die Heizsektion 341 auf einer Spitzenendseite L1 des Sensorelements in der Längsrichtung L an einem Abschnitt angeordnet, der mit der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre überlappt. In dem Fall, bei welchem eine Spannung an ein Paar von Heizelement-Anschlussleitungen 342 angelegt wird, erzeugt eine Heizsektion 341 Wärme mittels Joulscher Wärme, und die Sensorzelle 21 und deren Umgebung werden mit dieser erzeugten Wärme auf eine Soll-Temperatur erwärmt.
  • Poröse Schicht 37
  • Wie in 1 gezeigt wird, ist in der Längsrichtung L auf dem Sensorelement 2 an einer gesamten Peripherie eines Abschnitts auf der Spitzenendseite L1 eine poröse Schicht 37 vorgesehen. Die poröse Keramik dient dazu, Giftstoffe der Abgas-Elektrode 311 und Kondenswasser, das in dem Abgasrohr 7 erzeugt wird, einzufangen.
  • Die poröse Schicht 37 ist aus einer porösen Keramik (Metalloxid) wie beispielsweise Aluminium ausgebildet. Das Porenverhältnis der porösen Schicht 37 ist größer als das Porenverhältnis der Diffusionswiderstandssektion 32, und die Strömungsrate des Abgases G, das dazu in der Lage ist, die poröse Schicht 37 zu durchdringen, ist größer als die Strömungsrate des Abgases G, das dazu in der Lage ist, die Diffusionswiderstandssektion 32 zu durchdringen.
  • Anderes Sensorelement 2
  • Obwohl eine Darstellung weggelassen wird, ist das Sensorelement 2 nicht darauf beschränkt, einen einzelnen Festelektrolyt aufzuweisen, sondern kann auch derart konfiguriert sein, dass dieses zwei Festelektrolyten 31 oder mehr aufweist. Die Elektroden 311 und 312, die auf dem Festelektrolyt 31 vorgesehen sind, sind nicht auf ein Paar aus der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre beschränkt, sondern können eine Mehrzahl von Paaren von Elektroden sein. In dem Fall, bei welchem eine Mehrzahl von Paaren von Elektroden bei einem oder mehreren Elektrolyten 31 vorgesehen sind, kann die Heizsektion 341 des Heizelements 34 an einem Abschnitt vorgesehen sein, welcher der Mehrzahl von Elektrodenpaaren zugewandt ist.
  • Ferner kann das Sensorelement 2 als ein Element vom Bechertyp konfiguriert sein, bei welchem ein Festelektrolyt mit einer mit einem Boden versehenen zylindrischen Form, eine Abgas-Elektrode 311, die in einer äußeren Seitenoberfläche des Festelektrolyts angeordnet ist, und eine Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre, die in einer inneren Seitenoberfläche des Festelektrolyts angeordnet ist, vorgesehen sind. Auch können in diesem Fall Giftstoffe, die in der atmosphärischen Luft A enthalten sind, die innerhalb von Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre erlangt wird und in den Festelektrolyt strömt, möglicherweise die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre erreichen. Es ist zu beachten, dass das Sensorelement 2 vom Bechertyp dazu konfiguriert sein kann, eine elektromotorische Kraft zu erfassen, die zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre erzeugt wird, und unter Verwendung einer Spannungsanlegungseinheit 62 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder NOx zu erfassen.
  • Andere Konfiguration des Gassensors 1
  • Wie in 1 gezeigt wird, sind bei dem Gassensor 1 zusätzlich zu dem Sensorelement 2 ein erster Isolator 42, der das Sensorelement 2 lagert, ein Gehäuse 41, das den ersten Isolator 42 lagert, ein zweiter Isolator 43, der an den ersten Isolator 42 gekoppelt ist, und ein Kontaktanschluss 44, der durch den zweiten Isolator 43 gelagert wird und das Sensorelement 2 kontaktiert, vorgesehen. Ferner sind bei dem Gassensor 1 Elementabdeckungen 45A und 45B, die an einem Abschnitt auf der Spitzenendseite L1 des Gehäuses 41 angebracht sind und einen Spitzenendseiten-Abschnitt des Sensorelements 2 abdecken, Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre, die an einem Abschnitt auf der hinteren bzw. Basisendseite L2 des Gehäuses 41 angebracht sind und den zweiten Isolator 43 und den Verbindungsanschluss 44 abdecken, sowie eine Buchse 47 zum Halten einer Anschlussleitung 48, die mit dem Kontaktanschluss 44 auf den Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre verbunden ist, vorgesehen.
  • Der Spitzenendseiten-Abschnitt des Sensorelements 2 und die Elementabdeckungen 45A und 45B sind in dem Abgasrohr 7 der Maschine 5 angeordnet. In den Elementabdeckungen 45A und 45B ist ein Gasdurchlassloch 451 ausgebildet, das ermöglicht, dass Abgas G als ein zu erfassendes Gas durch dieses durchdringt. Die Elementabdeckungen 45A und 45B sind als eine Doppelstruktur aus der Innenabdeckung 45A und der Außenabdeckung 45B, welche die Innenabdeckung 45A abdeckt, konfiguriert. Die Elementabdeckungen 45A und 45B können als eine einzelne Struktur konfiguriert sein. Das Abgas G, das ausgehend von dem Gasdurchlassloch 451 der Elementabdeckungen 45A und 45B zu einem Abschnitt innerhalb der Elementabdeckungen 45A und 45B strömt, durchdringt die poröse Schicht 37 und die Diffusionswiderstandssektion 32 des Sensorelements 2, um die Abgas-Elektrode 311 zu erreichen.
  • Wie in 1 gezeigt wird, sind die Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre außerhalb des Abgasrohrs 7 der Maschine 5 angeordnet. Der Gassensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird für ein Fahrzeug genutzt, in welchem ein Fahrzeugkörper, der das darin angeordnete Abgasrohr 7 beinhaltet, einen Maschinenraum bildet, in dem die Maschine 5 angeordnet ist. Anschließend werden Gase, die von verschiedenen Gummis, Harz, Schmiermittel und dergleichen in dem Maschinenraum erzeugt werden, mit der atmosphärischen Luft A vermischt und strömen in der Umgebung der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre. Die Gase, die in dem Maschinenraum erzeugt werden, können ein Giftstoff (Vergiftungsgas) sein, der eine Vergiftung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre verursacht. Das Vergiftungsgas, das in dem Maschinenraum oder dergleichen erzeugt wird, beinhaltet Silicium (Si), Schwefel (S) und dergleichen.
  • Die Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre sind aus einer ersten Abdeckung 46A, die an dem Gehäuse 41 angebracht ist, und einer zweiten Abdeckung 46B, welche die erste Abdeckung 46A abdeckt, zusammengesetzt. Ein Durchlassloch 461 für atmosphärische Luft ist an der ersten Abdeckung 46A und der zweiten Abdeckung 46B ausgebildet, um zu ermöglichen, dass die atmosphärische Luft A durch diese durchdringt. Ein wasserabweisender Filter 462 wird zwischen der ersten Abdeckung 46A und der zweiten Abdeckung 46B an einem Abschnitt eingeschoben, der dem Luftdurchlassloch 461 zugewandt ist, um ein Eindringen von Wasser ins Innere der ersten Abdeckung 46A zu verhindern.
  • Die Basisendöffnung 361 des atmosphärischen Leitungskanals 36 in dem Sensorelement 2 ist zu einem Raum innerhalb der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre geöffnet. Die atmosphärische Luft A, die in der Umgebung bzw. Nähe des Durchlasslochs 461 für atmosphärische Luft der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre vorliegt, wird innerhalb der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre über den wasserabweisenden Filter 462 erlangt. Anschließend strömt die atmosphärische Luft A, die durch den wasserabweisenden Filter 462 durchtritt, ausgehend von der Basisendöffnung 361 des atmosphärischen Leitungskanals 36 des Sensorelements 2 in den atmosphärischen Leitungskanal 36, und wird zu der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre des atmosphärischen Leitungskanals 36 geleitet.
  • Die Theorie, wie die atmosphärische Luft A, die Vergiftungsgas wie beispielsweise Siloxan enthält, in den atmosphärischen Leitungskanal 36 eingeführt wird, in dem die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre angeordnet ist, lautet wie folgt. Wenn die Verbrennung der Maschine 5 gestoppt wird, werden das Abgasrohr 7 und der Gassensor 1 ausgehend von einem Zustand, in welchem diese bei einer hohen Temperatur erwärmt werden, allmählich gekühlt. Die Temperatur der atmosphärischen Luft A innerhalb der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre verringert sich als Reaktion auf eine Verringerung hinsichtlich der Temperatur des Gassensors 1, wodurch das Volumen der atmosphärischen Luft A innerhalb der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre reduziert wird. In diesem Moment wird die atmosphärische Luft A, die Vergiftungsgas enthält, das in dem Maschinenraum erzeugt wird, über den wasserabweisenden Filter 462 in einen Abschnitt innerhalb der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre eingeführt, da der Druck innerhalb der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre ein Unterdruck ist, der kleiner ist als der atmosphärische Druck. Anschließend wird die atmosphärische Luft A, die Vergiftungsgas enthält, ausgehend von einem Abschnitt innerhalb der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre in die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre in dem atmosphärischen Leitungskanal 36 des Sensorelements 2 eingeführt.
  • Überdies legt die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre derart eine Gleichstrom-Spannung an, dass das Potential der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine positive Seite (Seite mit höherer Spannung) einnimmt, wenn der Gassensor 1 als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor oder dergleichen verwendet wird. Anschließend bewegen sich Oxidionen ausgehend von der Abgas-Elektrode 311 über den Festelektrolyt 31 hin zu der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 5 auf einer mageren Seite des Kraftstoffs liegt. Andererseits strömen Oxidionen in umgekehrter Richtung ausgehend von der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre über den Festelektrolyt 31 hin zu der Abgas-Elektrode 311, um mit einem unverbrannten Gas in der Abgas-Elektrode 311 zu reagieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine auf einer fetten Seite des Kraftstoffs liegt. In diesem Moment wird die atmosphärische Luft A innerhalb der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre in den atmosphärischen Leitungskanal 36 gesaugt, und die atmosphärische Luft A, die Vergiftungsgas enthält, das ins Innere der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre eingeführt wird, wird in die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre in dem atmosphärischen Leitungskanal 36 eingeführt.
  • Giftstoffe
  • Der Giftstoff kann eine Vergiftung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre verursachen. Einer der Giftstoffe in der atmosphärischen Luft A kann Siloxangas sein, das in dem Maschinenraum des Fahrzeugs erzeugt wird. Das Siloxan ist eine chemische Verbindung, bei welcher Silicium und Sauerstoff ein Grundgerüst sind, und bildet organisches Siloxan oder dergleichen aus. Es ist wahrscheinlich, dass das atmosphärische Gas außerhalb eines Rohrs wie beispielsweise eines Abgasrohrs 7, auf welchem der Gassensor 1 angeordnet ist, die atmosphärische Luft A enthält, die ausgehend von dem Maschinenraum strömt. Die Giftstoffe der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre bezeichnen Stoffe, die an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaften, die Eigenschaften bzw. Charakteristiken der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre verschlechtern.
  • Sensor-Steuereinheit 6
  • Wie in den 1, 2, 5 und 6 gezeigt wird, führt die Sensor-Steuereinheit 6 im Zusammenspiel mit einer Maschinensteuereinheit 50, die einen Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 in dem Fahrzeug steuert, bei dem Gassensor eine elektrische Steuerung durch. Die Sensor-Steuereinheit 6 kann aus verschiedenen Steuerschaltungen, einem Computer oder dergleichen konfiguriert sein. Die Sensor-Steuereinheit 6 ist aus einer Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61, die eine Leistung an das Heizelement 34 anlegt, das in der Heizvorrichtung 22 beinhaltet ist, einer Spannungsanlegungseinheit 62, die zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Gleichstrom-Spannung anlegt, einer Strom-Messeinheit 63, die einen Strom misst, der zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und der Abgas-Elektrode 311 fließt, und dergleichen zusammengesetzt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 5 wird auf Grundlage des Ausgabe- bzw. Ausgangsstroms berechnet, der durch die Strom-Messeinheit 63 gemessen wird.
  • Der Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 sind derart konfiguriert, dass diese nicht nur bei dem Verbrennungsbetrieb der Maschine 5, sondern auch in einem gestoppten Verbrennungszustand, in welchem der Schalter der Fahrzeugmaschine 5 AUS ist, betrieben werden können. Mit anderen Worten sind der Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 dazu konfiguriert, sowohl bei einem Verbrennungsbetrieb als auch in einem gestoppten Verbrennungszustand angetrieben werden zu können. Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 ist dazu konfiguriert, bei dem Verbrennungsbetrieb Leistung an das Heizelement 34 der Heizvorrichtung 22 anzulegen, um so die Sensorzelle 21 auf der Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 beizubehalten.
  • Eine Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 der Sensorzelle 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist derart eingestellt, dass diese in einem Bereich von 600 °C bis einschließlich 800 °C liegt. Die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 ist derart eingestellt, dass diese eine Temperatur zum Aktivieren der Leitfähigkeit der Oxidionen in dem Festelektrolyt 31 ist. In dem Fall, bei welchem die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 niedriger als 600 °C ist, ist es schwierig, den Festelektrolyt 31 zu aktivieren. In dem Fall, bei welchem die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 800 °C übersteigt, kann sich eine Haltbarkeit des Sensorelements 2 verschlechtern, das den Festelektrolyt beinhaltet.
  • Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 ist dazu konfiguriert, in dem gestoppten Verbrennungszustand Leistung an das Heizelement 34 der Heizvorrichtung 22 anzulegen, um so die Sensorzelle 21 auf der Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 beizubehalten. Die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 ist derart eingestellt, dass diese in einem Bereich von 660 °C bis einschließlich 950 °C liegt und höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1. In dem Fall, bei welchem die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 niedriger als 660 °C ist, ist es schwierig, eine Vergiftung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre zu unterbinden, oder es ist schwierig, die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre hinsichtlich dieser Vergiftung zu regenerieren. In dem Fall, bei welchem die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 950 °C übersteigt, kann eine Haltbarkeit des Festelektrolyts 31 gesenkt bzw. herabgesetzt werden.
  • Eine Differenz zwischen der Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 und der Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 kann vorzugsweise 60 °C oder mehr betragen, weiter vorzugsweise 100 °C oder mehr betragen, und noch weiter vorzugsweise 150 °C oder mehr betragen.
  • Unmittelbar nachdem der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird, ist die Temperatur in dem Maschinenraum hoch, und ein Wind, der durch ein Fahren bzw. eine Fortbewegung des Fahrzeugs verursacht wird, und eine Luftzirkulation durch einen Radiator-Lüfter verschwinden beinahe. Somit ist es wahrscheinlich, dass in dem Maschinenraum Vergiftungsgas erzeugt wird, welches die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre beeinflusst. Ferner ist es wahrscheinlich, dass Vergiftungsgas, das in dem Maschinenraum erzeugt wird, in dem Maschinenraum bleibt. In dem gestoppten Verbrennungszustand kann die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 vorzugsweise unmittelbar nach dem Stoppen der Verbrennung der Maschine 5 starten bzw. beginnen, die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 zu erwärmen. Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 kann das Erwärmen in dem gestoppten Betriebszustand starten, nachdem ab einem Verbrennungsstopp der Maschine 5 eine vorgegebene Dauer verstreicht.
  • Bei dem Gassensor 1, der auf einem Fahrzeug montiert ist, das keine Leerlauf-Stopp-Funktion aufweist, kann die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 die Sensorzelle 21 jedes Mal, wenn die Maschine 5 in einem gestoppten Verbrennungszustand vorliegt, auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmen. Bei dem Gassensor 1, der auf einem Fahrzeug montiert ist, das eine Leerlauf-Stopp-Funktion aufweist, kann die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 die Sensorzelle 21 jedes Mal, wenn die Maschine 5 in einem gestoppten Verbrennungszustand vorliegt, der einen Verbrennungsstopp aufgrund des Leerlauf-Stopps beinhaltet, auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmen. Andererseits kann die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 die Sensorzelle 21 gemäß dem vorstehenden Gassensor 1 jedes Mal, wenn die Maschine 5 in einem gestoppten Verbrennungszustand vorliegt, der keinen Verbrennungsstopp aufgrund des Leerlauf-Stopps beinhaltet, auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmen. Der Verbrennungsstopp der Maschine 5 aufgrund eines Leerlauf-Stopps kann bestimmt werden, indem zum Beispiel innerhalb von 2 Minuten, die seit einem Verbrennungsstopp der Maschine 5 verstrichen sind, ein Verbrennungsstart erfasst wird.
  • Behandlung von Giftstoffen auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre
  • Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 ist dazu konfiguriert, die Sensorzelle 21 in dem gestoppten Verbrennungszustand auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 zu erwärmen, wodurch die Giftstoffe zerstört werden, die auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaften. Die Giftstoffe gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind Siliciumoxide. Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 ist dazu konfiguriert, Risse in den Siliciumoxiden zu erzeugen, indem die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt wird.
  • In dem Fall, bei welchem die atmosphärische Luft A, die Siloxan enthält, die Elektrode 312 auf der Seite der Elektrode kontaktiert, kann ein Vergiftungsfilm, der aus Siliciumoxid hergestellt ist, auf der Oberfläche der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ausgebildet werden. Der Vergiftungsfilm dient als ein elektrischer Isolator. In dem Fall, bei welchem der Vergiftungsfilm auf der Oberfläche der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ausgebildet ist, verliert die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre aktive Stellen zum Ionisieren von Sauerstoff. Insbesondere verschlechtert sich bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor in dem Fall, bei welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 5 auf einer fetten Seite des Kraftstoffs liegt, was bewirkt, dass Oxidionen in umgekehrter Richtung ausgehend von der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre zu der Abgas-Elektrode 311 fließen, eine Erfassungsgenauigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
  • Die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der fetten Seite des Kraftstoffs wird zum Beispiel durch 7 veranschaulicht. Bei einem normal Betrieb verändert sich der Ausgangsstrom zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Bereich von einer mageren Seite des Kraftstoffs, auf welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als 14,5 ist, bis zu einer fetten Seite des Kraftstoffs, auf welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als 14,5 ist. Andererseits ist es unwahrscheinlich, dass eine Veränderung hinsichtlich des Ausgangsstroms der Sensorzelle 21 auftritt, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis angibt, wenn auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ein Vergiftungsfilm ausgebildet ist. In 7 wird ein Fall eines normalen Betriebs mit einer durchgehenden Linie gezeigt, und ein Fall, bei welchem der Vergiftungsfilm ausgebildet ist, wird mit einer gestrichelten Linie gezeigt. Es ist zu beachten, dass ein Fall, bei welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als 14,5 ist, als eine fette Seite des Kraftstoffs angegeben ist, und ein Fall, bei welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als 14,5 ist, als eine magere Seite des Kraftstoffs angegeben ist.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird verursacht, dass in dem Vergiftungsfilm, der aus Siliciumoxid ausgebildet ist, der an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, Risse erzeugt werden, wodurch aktive Stellen zum Ionisieren von Sauerstoff auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre regeneriert werden. Die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist auf eine Temperatur eingestellt, die höher ist als eine Temperatur, bei welcher eine thermische Belastung, die auf einer Grenzoberfläche zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und dem Siliciumoxid, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, erzeugt wird, größer ist als eine Zugspannung, die dem Siliciumoxid selbst zu eigen ist.
  • Die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist aus Platinpartikeln ausgebildet, die mit Festelektrolyt-Partikeln vermischt sind. Der lineare Ausdehnungskoeffizient der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ist größer als der lineare Ausdehnungskoeffizient des Siliciumoxids. Wie in 8 gezeigt wird, ist ein Betrag einer Wärmeausdehnung B 1 der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre größer als ein Betrag einer Wärmeausdehnung B2 eines Vergiftungsfilms M, der aus dem Siliciumoxid ausgebildet ist, wenn die Sensorzelle 21 erwärmt wird. In diesem Moment wird zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und dem Vergiftungsfilm M eine thermische Belastung erzeugt, und der Vergiftungsfilm M wird durch die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre gezogen bzw. unter Zugspannung gesetzt. In dem Fall, bei welchem die thermische Belastung, die zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und dem Vergiftungsfilm M erzeugt wird, größer wird als eine Zugspannung des Vergiftungsfilms M, wird ein Mikroriss C als winzige Risse auf dem Vergiftungsfilm M erzeugt.
  • Die Zugspannung von Siliciumdioxid (SiO2) als ein Siliciumoxid beträgt 50 N/mm2. Vorzugsweise kann die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 derart eingestellt sein, dass diese um 60 °C oder mehr höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1, damit die thermische Belastung, die zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und dem Vergiftungsfilm M erzeugt wird, 50 N/mm2 übersteigt.
  • In dem Fall, bei welchem die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 zum Erwärmen der Sensorzelle 21 exzessiv hoch wird, kann sich eine Kristallstruktur von Zirconiumdioxid verändern, die den Festelektrolyt 31 bildet. Bei Zirconiumdioxid liegen drei Kristallsysteme von monoklin, tetragonal und kubisch vor, bei welchen der Zustand bei einer ungefähr normalen Temperatur (25 °C) monoklin ist, der Zustand sich zu tetragonal verändert, wenn sich die Temperatur erhöht, und sich zu kubisch verändert, wenn die Temperatur höher wird als die, wenn der Zustand tetragonal ist. Diese Zustandsveränderung der Kristallstruktur geht mit einer Veränderung hinsichtlich des Volumens einher. Die Zustandsveränderung ausgehend von dem monoklinen Zustand zu dem tetragonalen Zustand geht mit einer volumetrischen Schrumpfung um 4 % einher.
  • Die Temperatur, bei welcher sich der Zustand von Zirconiumdioxid, das den Festelektrolyt 31 bildet, von dem monoklinen Zustand zu dem tetragonalen Zustand verändert, liegt in einem Bereich von 950 °C bis einschließlich 1200 °C. Somit kann die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 als eine Temperatur, die keinen Phasenübergang bei dem Festelektrolyt 31 verursacht, vorzugsweise derart eingestellt sein, dass diese 950 ° oder weniger beträgt.
  • Im Lichte des Vorstehenden ist die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart eingestellt, dass diese höher ist als eine Temperatur, bei welcher die thermische Belastung, die auf einer Grenzoberfläche zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und dem Siliciumoxid, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, erzeugt wird, größer ist als die Zugspannung des Siliciumoxids selbst, und niedriger ist als eine Temperatur, bei welcher sich die Kristallstruktur des Festelektrolyts 31 verändert. Anschließend erwärmt die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 die Sensorzelle 21 während des Verbrennungsbetriebsstopps auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 und verursacht Risse in dem Vergiftungsfilm, der an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, wodurch die Erfassungsgenauigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der fetten Seite des Kraftstoffs regeneriert werden kann.
  • Steuerverfahren
  • Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm, das in 9 gezeigt wird, wird ein Steuerverfahren beschrieben werden, das durch die Sensor-Steuereinheit 6 des Gassensors 1 ausgeführt wird. Zunächst wird als Reaktion auf ein EINschalten des Zündschalters des Fahrzeugs ein Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestartet (Schritt S101). Als Reaktion auf den Start der Verbrennung der Maschine 5 wird ein Steuerbetrieb für den Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 gestartet (Schritt S101). Anschließend erwärmt die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 der Sensor-Steuereinheit 6 die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 (Schritt S102).
  • Als nächstes bestimmt der Prozess, ob der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird (Schritt S103), wenn der Zündschalter AUSgeschaltet wird. Die Maschinensteuereinheit 50 setzt den Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 als Reaktion auf ein Feedback des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses fort, das durch den Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 durchgeführt wird, bis der Zündschalter AUSgeschaltet wird.
  • Nachfolgend erwärmt die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 der Sensor-Steuereinheit 6 die Sensorzelle 21 derart, dass diese die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erreicht (Schritt S104), wenn der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird. Nachdem die Temperatur der Sensorzelle 21 die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erreicht, indem die Sensorzelle 21 eine vorgegebene Zeit lang erwärmt wird, stoppt bzw. beendet die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 ein Erwärmen.
  • In dem Fall, bei welchem die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 die Sensorzelle 21 während des Verbrennungsstopps in der Maschine 5 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt, kann die Spannungsanlegungseinheit 62 eine vorgegebene Spannung zwischen einer Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anlegen. Die vorgegebene Spannung kann auf eine Betriebsspannung V1 gelegt werden, welche später bei der zweiten Ausführungsform beschrieben wird.
  • Effekte und Vorteile
  • Gemäß der Sensor-Steuereinheit 6 der vorliegenden Ausführungsform wird die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 verbessert, welche die Heizvorrichtung 22 steuert, um die Sensorzelle 21 zu erwärmen. Im Ergebnis wird verhindert, dass die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre vergiftet wird, oder die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre wird hinsichtlich dieser Vergiftung regeneriert. Genauer gesagt ist die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 dazu konfiguriert, die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 zu erwärmen, welche höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 während des Verbrennungsstopps der Maschine 5. Bei dieser Konfiguration wird ein Vergiftungsgas wie beispielsweise Siloxangas in dem atmosphärischen Leitungskanal 36 derart thermischer Oxidation unterzogen, dass es unwahrscheinlich ist, dass das Vergiftungsgas die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre erreicht, wodurch verhindert werden kann, dass der Vergiftungsfilm mit Isolationseigenschaften auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ausgebildet wird.
  • Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 erwärmt die Sensorzelle 21 während des Verbrennungsstopps in der Maschine 5, wodurch das Innere der atmosphärischen Abdeckungen 46A und 46B und des atmosphärischen Leitungskanals 36 bei einer hohen Temperatur beibehalten werden kann. Somit ist es unwahrscheinlich, dass sich das Volumen der atmosphärischen Luft A innerhalb der Abdeckungen 46A und 46B auf der Seite der Atmosphäre zusammenzieht, und es ist unwahrscheinlich, dass die atmosphärische Luft A, die Siloxan oder dergleichen enthält, die atmosphärische Elektrode 312 in dem atmosphärischen Leitungskanal 36 erreicht.
  • Zudem wird erwartet, dass Giftstoffe wie beispielsweise Siloxan bereits an der atmosphärischen Elektrode 312 anhaften, bevor der Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 aktiviert werden. In diesem Zustand tritt eine Oxidationsreaktion der Giftstoffe aufgrund des Erwärmens der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre auf, wenn der Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 aktiviert werden, und die Giftstoffe können einen Vergiftungsfilm ausbilden. In diesem Fall wird die Sensorzelle 21 während des Verbrennungsstopps der Maschine 5 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt, wodurch eine thermische Belastung auf den Vergiftungsfilm auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ausgeübt wird und der Vergiftungsfilm zerstört wird. Demzufolge kann eine Funktion einer Ionenaktivierung von Sauerstoff durch die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre regeneriert werden.
  • Somit kann gemäß der Sensor-Steuereinheit 6 des Gassensors 1 verhindert werden, dass die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre des Gassensors 1 vergiftet wird. Ferner kann die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre in dem Fall, bei welchem die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Vergiftung erleidet, hinsichtlich dieser Vergiftung regeneriert werden.
  • In 10 geben die jeweiligen Zeitdiagramme (a), (b), (c) und (d) eine Veränderung hinsichtlich des Zustands des Fahrzeugs und eines Betriebs der Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 in Hinblick auf die Zeit an. Der Zeitpunkt (a) in 10 zeigt eine Veränderung hinsichtlich der Fahrzeuggeschwindigkeit in Hinblick auf die Zeit. Eine Dauer, in welcher die Fahrzeuggeschwindigkeit vorübergehend null wird, gibt an, dass die Maschine 5 in einem Leerlaufzustand vorliegt. Der Zeitpunkt (b) in 10 zeigt eine Veränderung hinsichtlich der Siloxankonzentration in dem Maschinenraum. Die Siloxankonzentration erhöht sich, wenn die Maschine 5 in einem Leerlaufzustand vorliegt und wenn die Verbrennung der Maschine 5 gestoppt wird. Der Leerlaufzustand bezeichnet einen Zustand, in welchem die Maschine 5 bei einem Verbrennungsbetrieb mit einer vorgegebenen niedrigen Maschinengeschwindigkeit vorliegt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit null ist.
  • Der Zeitpunkt (c) in 10 zeigt eine Veränderung hinsichtlich eines Luftüberschuss-Verhältnisses λ der Maschine 5 in Hinblick auf die Zeit. Das Luftüberschuss-Verhältnis neigt dazu, höher zu sein, so wie sich die Fahrzeuggeschwindigkeit an null annähert. Der Zeitpunkt (d) in 10 zeigt eine Veränderung hinsichtlich der Aufheiztemperatur der Sensorzelle 21. Bei dem Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 wird die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 erwärmt. In dem Fall, bei welchem der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird, wird die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Sensorzelle 21 während des Verbrennungsstopps der Maschine 5, bei welchem in dem Maschinenraum eine hohe Siloxankonzentration für eine lange Dauer fortbesteht, auf eine Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt, wodurch verhindert werden kann, dass die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre vergiftet wird. Ferner kann die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre in dem Fall, bei welchem die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre vergiftet ist, hinsichtlich dieser Vergiftung regeneriert werden.
  • Die Sensorzelle 21 kann durch die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 und die Heizvorrichtung 22 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt werden, wenn die Maschine 5 in einem Leerlaufzustand vorliegt. Zudem wird die Siloxankonzentration in dem Maschinenraum in dem Fall, bei welchem die Maschine 5 einen Leerlauf-Stopp-Zustand einnimmt, nachdem das Fahrzeug zu fahren beginnt, höher. Daher kann auch in diesem Fall verhindert werden, dass die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre vergiftet wird, oder die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre kann hinsichtlich dieser Vergiftung regeneriert werden, indem Wärme auf die Sensorzelle 21 angewendet wird, bis diese die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erreicht.
  • Zweite Ausführungsform
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform wird ein Regenerationsprozess hinsichtlich der Vergiftung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre durch die Spannungsanlegungseinheit 62 der Sensor-Steuereinheit 6 beschrieben werden. Wie in 2 gezeigt wird, ist die Spannungsanlegungseinheit 62 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dazu konfiguriert, zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Gleichstrom-Spannung anzulegen, bei welcher die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre auf ein positives Potential gelegt ist. Überdies beinhaltet die Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64, die bei einem Verbrennungsbetrieb oder einem gestoppten Verbrennungszustand einen Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle 21 erfasst, wie in 11 gezeigt wird. Die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 erfasst den Verschlechterungsbetrag von Erfassungseigenschaften auf der fetten Seite des Kraftstoffs der Sensorzelle 21, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 5 auf einer fetten Seite des Kraftstoffs liegt.
  • Spannungsanlegungseinheit 62
  • Wie in den 12 und 13 gezeigt wird, ist die Spannungsanlegungseinheit 62 dazu konfiguriert, zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre bei dem Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 eine Betriebsspannung V1 anzulegen. Die Betriebsspannung V1 ist auf eine Spannung gelegt, bei welcher eine Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom in der Sensorzelle 21 die Grenzstrom-Eigenschaften oder höhere angibt, und innerhalb eines Bereichs liegt, der kleiner gleich 0,6 V ist. 13 zeigt Grenzstrom-Eigenschaften mit einer Beziehung zwischen der Anlegungsspannung bzw. angelegten Spannung und dem Ausgangsstrom der Sensorzelle 21, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) verändert.
  • Bei den Grenzstrom-Eigenschaften wird der Strom begrenzt, der zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und der Abgas-Elektrode 311 fließt, wenn die Diffusionswiderstandssektion 32 in dem Fall, bei welchem sich die Spannung erhöht, die zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre angelegt wird, einschränkt, dass Abgas G in die Abgas-Elektrode 311 eingeführt wird. Mit anderen Worten bezeichnet die Grenzstrom-Spannung eine Spannung, bei welcher der Strom konstant ist, selbst wenn sich die Spannung verändert. Der untere Grenzwert der Betriebsspannung V1 kann derart gelegt sein, dass dieser 0,1 V oder größer ist. In dem Fall, bei welchem die Betriebsspannung V1 derart gelegt ist, dass diese größer als 0,6 V ist, ist es wahrscheinlich, dass sich die Sensorzelle 21 verschlechtert.
  • Wie in 12 gezeigt wird, ist die Spannungsanlegungseinheit 62 dazu konfiguriert, unter einer Bedingung, dass der Verschlechterungsbetrag, der durch die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 erfasst wird, größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Stoppspannung V2 anzulegen, die höher ist als die Betriebsspannung V1, um so das Siliciumoxid zu reduzieren, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet. Die Betriebsspannung V1 und die Stoppspannung V2 werden relativ zu der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre als ein positives Potential angelegt. In dem Fall, bei welchem der Verschlechterungsbetrag, der durch die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 erfasst wird, größer gleich dem vorgegebenen Wert ist, wird erwartet, dass ein Siliciumoxid als ein Vergiftungsfilm auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ausgebildet sein kann. In diesem Fall wird Siliciumoxid reduziert, wenn die Spannungsanlegungseinheit zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre während des Verbrennungsstopps die Stoppspannung V2 anlegt, wodurch der Vergiftungsfilm von der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre entfernt wird.
  • Die Stoppspannung V2 ist derart gelegt, dass diese in einem Bereich von einem Wert, der 0,6 V übersteigt, bis zu einem Wert von 1,2 V oder weniger liegt. In dem Fall, bei welchem die Stoppspannung V2 0,6 V übersteigt, kann Siliciumoxid auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre reduziert werden. In dem Fall, bei welchem die Stoppspannung V2 1,2 V übersteigt, kann auf dem Festelektrolyt 31 ein Schwärzungs-Phänomen auftreten, was eine Verschlechterung der Sensorzelle 21 verursachen kann. Schwärzen (engl. blackening) bezeichnet ein Phänomen, bei welchem Zirconiumdioxid oder dergleichen, das den Festelektrolyt 31 bildet, reduziert wird, und Zirconiumdioxid oder dergleichen metallisiert wird.
  • Die Stoppspannung V2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist derart gelegt, dass diese höher ist als ein Oxidationspotential eines Edelmetalls, das in der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre enthalten ist, und niedriger ist als ein Reduktionspotential des Festelektrolyts 31. Das Oxidationspotential des Edelmetalls, das in der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre enthalten ist, liegt in einem Bereich von einem Wert, der 0,6 V übersteigt, bis zu einem Wert von 1,2 V. Das Oxidationspotential des Edelmetalls in der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre korreliert mit einem Prinzip, dass Siliciumoxid reduziert wird, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet.
  • Siliciumdioxid (SiO2), welches ein Siliciumoxid als ein Vergiftungsfilm ist, der an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, wird wie folgt reduziert, indem zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Gleichstrom-Spannung angelegt wird. Genauer gesagt wird Platin (Pt) als ein Edelmetall, das in der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre enthalten ist, oxidiert, wenn zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Gleichstrom-Spannung angelegt wird, wobei die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre derart eingestellt ist, dass diese auf der positiven Seite (Seite mit höherem Potential) ist. Die Oxidationsreaktion der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre wird durch eine nachstehende Reaktionsformel ausgedrückt. Pt → Pt2 + +2e-
  • Anschließend werden Elektronen ausgehend von der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre an das Siliciumdioxid übertragen, sodass das Siliciumdioxid reduziert wird, indem Elektronen in der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre genutzt werden.
  • Die Reduktion von Siliciumdioxid in der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre wird durch eine nachstehende Reaktionsformel ausgedrückt. SiO2 (Si4+) + 4e- → Si + O2
  • Somit löst eine Oxidation, die bei Platin als einem Edelmetall in der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre auftritt, ein Auftreten einer Reduktion von Siliciumdioxid als einem Siliciumoxid in der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre aus. Bei der Reduktion von Siliciumdioxid wird ein aktiver Punkt zum Ionisieren von Sauerstoff in der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre regeneriert.
  • Die Reduktionsspannung des Festelektrolyts 31 gibt eine Spannung an, bei welcher auf dem Festelektrolyt 31 Schwärzen auftritt und die Stoppspannung V2 von 1 V bis 1,6 V reicht. Der Wert des Reduktionspotentials hängt von der Struktur und der Korngröße des Mikrokristalls im Zirconiumdioxid ab, das den Festelektrolyt 31 bildet. Die Stoppspannung V2 ist derart gelegt, dass auf dem Festelektrolyt 31 kein Schwärzen auftritt.
  • Eine Anlegung der Stoppspannung V2 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre durch die Spannungsanlegungseinheit 62 kann gestoppt werden, nachdem die Spannungsanlegung eine vorgegebene Dauer lang bei dem Verbrennungsstopp fortgesetzt wurde. Die vorgegebene Dauer zum Anlegen der Stoppspannung V2 wird, als eine Dauer, die notwendig ist, um das Siliciumoxid zu reduzieren, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, im Voraus bestimmt, indem ein Experiment und dergleichen durchgeführt wird. Die vorgegebene Dauer zum Anlegen der Stoppspannung V2 ist auf eine minimale Dauer bzw. Mindestdauer eingestellt, die notwendig ist, um das Siliciumoxid zu reduzieren, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, wodurch der Leistungsverbrauch bei dem Fahrzeug und eine thermische Belastung an dem Gassensor 1 unterbunden werden können.
  • Zudem kann die vorgegebene Dauer zum Anlegen der Stoppspannung V2 auf Grundlage einer Maschinen-Verbrennungs-Dauer ab der Zeit, wenn die Verbrennung der Maschine 5 startet, bis zu der Zeit, wenn die Verbrennung gestoppt wird, einer Fahrstrecke des Fahrzeugs, an welchem der Gassensor 1 montiert ist, einer Sensor-Betriebszeit des Gassensors 1 und der Sensor-Steuereinheit 6, sowie der Datenhistorie bzw. der Verlaufsdaten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 5 geeignet verändert werden. Je länger die Maschinen-Verbrennungs-Dauer, die Fahrstrecke bzw. Distanz des Fahrzeugs oder die Sensor-Betriebszeit ist, desto größer ist die Menge an Siliciumoxid, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet. Ferner ist die Menge an Siliciumoxid, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, umso größer, je länger die Dauer ist, in welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 5 auf der fetten Seite des Kraftstoffs liegt.
  • Die Anlegung der Stoppspannung V2 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre durch die Spannungsanlegungseinheit 62 kann einmal oder auf mehrere Male unterteilt bei dem Verbrennungsstopp durchgeführt werden.
  • Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64
  • Wie in 12 gezeigt wird, ist die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dazu konfiguriert, einen Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle 21 in einer Neutralisierungs-Steuerungs-Dauer C1 zu erfassen, nachdem ein Kraftstoffunterbrechungs-Betrieb FC durchgeführt wird, der eine Kraftstoffzufuhr zu irgendeinem der Zylinder der Maschine 5 stoppt. Nachdem der Kraftstoffunterbrechungs-Betrieb FC durchgeführt wird, ist ein Verhältnis von Sauerstoff in dem Abgasrohr 7, in welchem der Dreiwegekatalysator angeordnet ist, höher als das in dem stöchiometrischen Zustand (theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis). In der Neutralisierungs-Steuerungs-Dauer C1 wird eine Menge einer Kraftstoffzufuhr (Kraftstoffeinspritzmenge) für den Zylinder, bei welchem die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist, derart gesteuert, dass diese verglichen mit der in dem Fall eines theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses exzessiv groß ist, um nach dem Durchführen des Kraftstoffunterbrechungs-Betriebs FC eine Umgebung aufzuweisen, in welcher der Dreiwegekatalysator 72 in dem Abgasrohr 7 angeordnet ist, die im Wesentlichen den stöchiometrischen Zustand aufweist. In diesem Moment liegt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases G, das durch den Gassensor 1 erfasst wird, auf der fetten Seite des Kraftstoffs.
  • Ferner vergleicht die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 ein geschätztes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in Übereinstimmung mit einem Verhältnis zwischen einer Menge der Kraftstoffzufuhr und einer Menge an Luft für die Verbrennung geschätzt wird, und das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in Übereinstimmung mit dem Ausgangsstrom des Gassensors 1 erfasst wird, und erlangt einen Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle 21 auf Grundlage eines Differenzbetrags zwischen dem erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Da das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht durch eine Vergiftungs-Verschlechterung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre beeinflusst wird, wird das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis als ein Referenzwert für den Vergleichsgegenstand verwendet.
  • In dem Fall, bei welchem ein Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle 21 groß ist, wird erwartet, dass Siliciumoxid an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet. Bei dem gestoppten Verbrennungsbetrieb, bei welchem der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird, wenn der Verschlechterungsbetrag des Erfassungswerts größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, legt die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Stoppspannung V2 an. Somit wird Siliciumoxid, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, reduziert.
  • In 12 geben die Zeitpunkte (a), (b) und (c) einen Zustand des Fahrzeugs und eine Veränderung hinsichtlich des Betriebs der Spannungsanlegungseinheit 62 an. Der Zeitpunkt (a) in 12 gibt eine Veränderung hinsichtlich der Fahrzeuggeschwindigkeit an. Der Zeitpunkt (b) in 12 gibt eine Veränderung hinsichtlich eines Luftüberschuss-Verhältnisses λ der Maschine 5 in Hinblick auf die Zeit an. Das Luftüberschuss-Verhältnis λ liegt bei dem Kraftstoffunterbrechungs-Zustand FC auf einer mageren Seite des Kraftstoffs, und danach liegt das Luftüberschuss-Verhältnis λ bei der Neutralisierungs-Steuerungs-Dauer C1 auf einer fetten Seite des Kraftstoffs. In der Neutralisierungs-Steuerungs-Dauer C1 tritt eine Differenz zwischen dem geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf. Der Zeitpunkt (c) in 12 zeigt eine Veränderung hinsichtlich der Anlegungsspannung bzw. angelegten Spannung, die durch die Spannungsanlegungseinheit 62 (zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre) an die Sensorzelle 21 angelegt wird. Bei dem Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 wird die Betriebsspannung V1 an die Sensorzelle 21 angelegt, und bei dem gestoppten Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 wird die Stoppspannung V2 an die Sensorzelle 21 angelegt.
  • Andere Konfigurationen einer Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64
  • Bei der Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 misst die Strom-Messeinheit 63 einen Strom zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und der Abgas-Elektrode 311, wenn die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 312 und der Elektrode 311 auf der Seite der Atmosphäre eine vorgegebene Spannung anlegt, und die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 kann einen Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle 21 in Übereinstimmung mit einem elektrischen Widerstand der Sensorzelle 21 erfassen, der auf Grundlage der Beziehung zwischen der vorstehenden Spannung und dem Strom berechnet wird. Es gilt, dass der elektrische Widerstand umso höher ist, je größer die Menge an Siliciumoxid ist, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet. Das heißt, die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 kann den Verschlechterungsbetrag derart bestimmen, dass der Verschlechterungsbetrag umso größer ist, je höher der elektrische Widerstand ist. Zudem kann die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 den Verschlechterungsbetrag des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 bei dem Verbrennungsbetrieb erfassen, und kann den Verschlechterungsbetrag des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 bei dem gestoppten Verbrennungsbetrieb erfassen.
  • In dem Fall, bei welchem die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 bei dem Verbrennungsbetrieb in einer Dauer, in welcher die Spannungsanlegungseinheit 62 für die Verschlechterungs-Erfassung zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Spannung anlegt, eine Verschlechterungs-Erfassung durchführt, wird der Strom, der zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und der Abgas-Elektrode 311 fließt, nicht als ein Ausgabewert des Sensors verwendet, der die Grenzstrom-Eigenschaften nutzt. Ferner kann die Spannung, die zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre angelegt wird, derart gelegt werden, dass diese höher ist als die Betriebsspannung V1, wenn die Verschlechterungs-Erfassung durchgeführt wird.
  • In dem Fall, bei welchem die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 bei dem Verbrennungsbetrieb, wenn die Verbrennung gestoppt wird, eine Verschlechterungs-Erfassung durchführt, bestimmt die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64, ob der Verschlechterungsbetrag größer gleich einem vorgegebenen Wert ist. In diesem gestoppten Verbrennungszustand kann die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung V2 anlegen.
  • Regenerations-Bestimmungseinheit 65
  • Wie in 11 gezeigt wird, kann die Sensor-Steuereinheit 6 eine Regenerations-Bestimmungseinheit 65 beinhalten, die bestimmt, wie viel von dem Verschlechterungsbetrag des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 regeneriert wird, wenn durch die Spannungsanlegungseinheit 62 die Stoppspannung V2 angelegt wird. Die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 kann einen elektrischen Widerstand zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre erfassen, wenn die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung V2 anlegt, und auf Grundlage des erfassten elektrischen Widerstands einen Regenerationsbetrag hinsichtlich des Verschlechterungsbetrags des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 bestimmen. Bei dem elektrischen Widerstand kann die Strom-Messeinheit 63 den Strom messen, der zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und der Abgas-Elektrode 311 fließt, wenn die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung anlegt, wodurch der elektrische Widerstand erfasst wird. Die Spannung, die zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre angelegt wird, um den elektrischen Widerstand zu erfassen, kann auf Grundlage der Betriebsspannung V1 oder dergleichen geeignet gelegt werden. Die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 kann den Regenerationsbetrag der Verschlechterung während des Verbrennungsstopps bestimmen.
  • Ferner kann die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 bestimmen, dass die Verschlechterung des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 regeneriert wird, wenn der elektrische Widerstand kleiner gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 kann die Spannungsanlegung und die Strommessung (Erfassung des elektrischen Widerstands) mehrmals wiederholt durchführen. Die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 kann bestimmen, dass die Verschlechterung des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 unter einer Bedingung regeneriert wird, dass der elektrische Widerstand mehrmals derart bestimmt wird, dass dieser kleiner gleich dem vorgegebenen Wert ist.
  • Die Spannungsanlegungseinheit 62 kann in der Verbrennungsstoppdauer weiter die Stoppspannung V2 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anlegen, bis die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 bestimmt, dass die Verschlechterung des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 regeneriert wird. Das heißt, wenn die Stoppspannung V2 durch die Spannungsanlegungseinheit 62 angelegt wird, wird der Strom, der zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und der Abgas-Elektrode 311 fließt, kontinuierlich oder intermittierend gemessen, und die Spannungsanlegungseinheit 62 kann die Spannungsanlegung beenden, wenn der elektrische Widerstand, der auf Grundlage der Stoppspannung V2 und des Stroms erlangt wird, größer gleich dem vorgegebenen Wert ist.
  • Die Zeitpunkte (a), (b), (c), (d) in 14 zeigen eine Veränderung hinsichtlich des Betriebs, der durch die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 ausgeführt wird. Der Zeitpunkt (a) in 14 zeigt eine Veränderung hinsichtlich der Aufheiztemperatur der Sensorzelle 21, welche durch die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 erwärmt wird. Der Zeitpunkt (b) in 14 zeigt eine Veränderung hinsichtlich der Spannung, die durch die Spannungsanlegungseinheit 62 an die Sensorzelle 21 angelegt wird. In dem Fall, bei welchem die Stoppspannung V2 intermittierend an die Sensorzelle 21 angelegt wird, kann ein Spannungspulsation auftreten. In 14 zeigt der Zeitpunkt (c) eine Veränderung hinsichtlich des Ausgangsstroms, der in der Sensorzelle 21 erzeugt wird. Der Ausgangsstrom, der in der Sensorzelle 21 erzeugt wird, stellt einen Ausgangsstrom dar, der zwischen der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und der Abgas-Elektrode 311 über den Festelektrolyt 31 fließt. Der Ausgangsstrom, der in der Sensorzelle 21 erzeugt wird, wird jedes Mal größer, wenn eine Verschlechterung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre aufgrund einer Spannungsanlegung der Stoppspannung V2 regeneriert wird.
  • Der Zeitpunkt (d) in 14 zeigt eine Veränderung hinsichtlich des elektrischen Widerstands der Sensorzelle 21. Der elektrische Widerstand der Sensorzelle 21 wird jedes Mal kleiner, wenn die Verschlechterung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre aufgrund einer Spannungsanlegung der Stoppspannung V2 regeneriert wird. In Übereinstimmung mit einer Tatsache, dass der elektrische Widerstand kleiner gleich einem vorgegebenen Schwellenwert wird, wird bestimmt, dass eine Vergiftungs-Verschlechterung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre regeneriert wird.
  • Es ist zu beachten, dass die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 und die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 außer der Erfassung des elektrischen Widerstands zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre verschiedene physikalische Eigenschaftswerte erfassen können, die mit einer Vergiftung aufgrund von Siliciumoxid der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre korrelieren. Ferner könne die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 und die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 auf Grundlage der verschiedenen physikalischen Eigenschaftswerte den Verschlechterungsbetrag oder den Regenerationsbetrag erfassen.
  • Überdies kann die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 in dem Fall, bei welchem die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wird, auf einen Fall angewendet werden, der sowohl eine Spannungsanlegung der Stoppspannung V2 durch die Spannungsanlegungseinheit 62 als auch ein Erwärmen der Sensorzelle 21 auf die Stopptemperatur T2 durch die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 nutzt.
  • Steuerverfahren
  • Ein Steuerverfahren, das durch die Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf 15 beschrieben werden. Zunächst startet als Reaktion auf ein EINschalten eines Zündschalters eines Fahrzeugs ein Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 (Schritt S201). Ferner startet als Reaktion auf diesen Betrieb ein Steuerbetrieb des Gassensors 1 und der Steuereinheit 6 (Schritt S201). Anschließend legt die Spannungsanlegungseinheit 62 der Sensor-Steuereinheit 6 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine Betriebsspannung V1 an, und die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 der Sensor-Steuereinheit 6 erwärmt die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 (Schritt S202).
  • Als nächstes bestimmt eine Sensor-Steuereinheit 6, ob ein Kraftstoffunterbrechungs-Betrieb FC ausgeführt wird (Schritt S203). Nachdem der Kraftstoffunterbrechungs-Betrieb FC durchgeführt wird, vergleicht die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wodurch ein Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle 21 berechnet wird (Schritt S204). Die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 berechnet den Verschlechterungsbetrag der Sensorzelle 21 auf Grundlage eines Differenzbetrags, der erlangt wird, indem das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis verglichen wird. In dem Fall, bei welchem der Kraftstoffunterbrechungs-Betrieb FC nicht durchgeführt wird, berechnet die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 nicht den Verschlechterungsbetrag.
  • Als nächstes bestimmt der Prozess als Reaktion auf das AUSschalten des Zündschalters, ob der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird (Schritt S205). Anschließend wird mit dem Feedback des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgehend von dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 fortgesetzt, bis der Zündschalter AUSgeschaltet wird.
  • Als nächstes bestimmt der Prozess, ob die Verschlechterung des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 durch die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 berechnet wurde (Schritt S206), wenn der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird. In dem Fall, bei welchem der Verschlechterungsbetrag berechnet wurde, bestimmt die Sensor-Steuereinheit 6, ob der Verschlechterungsbetrag größer gleich dem vorgegebenen Wert ist (Schritt S207). Wenn der Verschlechterungsbetrag größer gleich dem vorgegebenen Wert ist, legt die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine vorgegebene Dauer lang die Stoppspannung V2 an (Schritt S208). In diesem Moment erfasst die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 auf Grundlage des Stroms, der zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre fließt, einen elektrischen Widerstand zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre (Schritt S209).
  • Anschließend bestimmt die Regenerations-Bestimmungseinheit 65, ob der erfasste elektrische Widerstand kleiner gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist (Schritt S210). Bei dem elektrischen Widerstand ist der elektrische Widerstand umso höher, je größer der Verschlechterungsbetrag des Erfassungswerts der Sensorzelle 21, das heißt die Menge eines Vergiftungsfilms ist, der an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet. Der vorgegebene Schwellenwert des elektrischen Widerstands kann auf einen Wert eingestellt sein, der dazu in der Lage ist, einen korrekten elektrischen Widerstand der Sensorzelle 21 zu bestimmen.
  • In dem Fall, bei welchem der erfasste elektrische Widerstand nicht kleiner als oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, bestimmt der Prozess, dass die Verschlechterung des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 nicht regeneriert wird, und die Spannungsanlegungseinheit 62 legt zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine vorgegebene Dauer lang wieder die Stoppspannung V2 an (Schritt S208). Anschließend erfasst die Regenerations-Bestimmungseinheit 65 auf Grundlage des Stroms, der zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre fließt, wieder den elektrischen Widerstand zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre (Schritt S209).
  • Die Spannungsanlegungseinheit 62 legt wiederholt die Stoppspannung V2 an und erfasst den elektrischen Widerstand. In dem Fall, bei welchem der erfasste elektrische Widerstand kleiner gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, hört die Spannungsanlegungseinheit 62 auf, die Stoppspannung V2 anzulegen. Somit wird bei der Anlegung der Stoppspannung V2 das Siliciumoxid reduziert, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, und die Verschlechterung des Erfassungswerts der Sensorzelle 21 wird regeneriert. Wenn der Verschlechterungsbetrag bei Schritt S206 nicht berechnet wird, und wenn bei Schritt S207 bestimmt wird, dass der Verschlechterungsbetrag nicht größer gleich dem vorgegebenen Wert ist, legt die Spannungsanlegungseinheit 62 nicht die Stoppspannung V2 an.
  • In dem Fall, bei welchem der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird, wenn die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung V2 anlegt, kann die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 die Sensorzelle 21 auf eine vorgegebene Temperatur erwärmen. Die vorgegebene Temperatur kann auf die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 eingestellt sein, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wird.
  • Effekte und Vorteile
  • Gemäß der Sensor-Steuereinheit 6 der vorliegenden Ausführungsform wird die Spannungsanlegungseinheit 62, die zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der atmosphärischen Elektrode 312 die Spannung anlegt, verbessert, um zu ermöglichen, dass die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre hinsichtlich der Vergiftung regeneriert wird. Genauer gesagt legt die Spannungsanlegungseinheit 62 unter einer Bedingung, dass der Verschlechterungsbetrag des Erfassungswerts der Sensorzelle 21, der durch die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 erlangt wird, größer gleich dem vorgegebenen Wert ist, zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung V2 an, welche höher ist als die Betriebsspannung V 1, wodurch das Siliciumoxid reduziert wird, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet. Bei dieser Konfiguration wird Siliciumoxid als ein Vergiftungsfilm, der ausgebildet wird, wenn das Vergiftungsgas wie beispielsweise Siloxangas an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, reduziert, wodurch eine Funktion einer Ionenaktivierung von Sauerstoff durch die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre regeneriert werden kann.
  • Andere Konfigurationen sowie Effekte und Vorteile bei dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie die bei dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der ersten Ausführungsform. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform sind Elemente, die durch die gleichen Bezugszeichen wie jenen bei der ersten Ausführungsform angegeben werden, die gleichen wie die Elemente bei der ersten Ausführungsform.
  • Dritte Ausführungsform
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben werden, bei welchem die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 und die Spannungsanlegungseinheit 62 bei der Sensor-Steuereinheit 6 zum Verhindern einer Vergiftung auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und zur Regeneration einer Vergiftung auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre genutzt werden. Wie bei den Zeitpunkten (a), (b) und (c) in 16 gezeigt wird, ist die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 bei der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dazu konfiguriert, während des Verbrennungsstopps die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 zu erwärmen und zu bewirken, dass die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung V2 anlegt. Anschließend wird bei dieser Konfiguration Siliciumoxid, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, reduziert, um die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 zu erwärmen und die Stoppspannung V2 (zwischen den Elektroden 311 und 312) an die Sensorzelle 21 anzulegen.
  • Der Zeitpunkt (a) in 16 zeigt eine Veränderung hinsichtlich der Fahrzeuggeschwindigkeit. Der Zeitpunkt (b) in 16 zeigt eine Veränderung hinsichtlich der Aufheiztemperatur der Sensorzelle 21, die durch die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 angewendet wird. Die Sensorzelle 21 wird während des Verbrennungsbetriebs der Maschine 5 auf die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 erwärmt, und die Sensorzelle 21 wird während der Verbrennungsstoppdauer der Maschine 5 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt. Der Zeitpunkt (c) in 16 zeigt eine Veränderung hinsichtlich der Spannung, die durch die Spannungsanlegungseinheit 62 an die Sensorzelle 21 angelegt wird. Bei der Sensorzelle 21 wird während des Verbrennungsbetriebs der Maschine 5 die Betriebsspannung V1 angelegt, und während der Verbrennungsstoppdauer der Maschine 5 wird die Stoppspannung V2 angelegt.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung V2 angelegt, wodurch Siliciumdioxid (SiO2), welches ein Siliciumoxid als ein Vergiftungsfilm ist, der auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ausgebildet ist, reduziert wird. Das Reduktionspotential von Siliciumdioxid weist Eigenschaften auf, wie dass das Reduktionspotential umso niedriger ist, je höher die Temperatur der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ist. Mit anderen Worten kann das Siliciumdioxid, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, umso leichter bei einer niedrigeren Spannung reduziert werden, je höher die Temperatur der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ist.
  • Das Siliciumdioxid wird durch eine thermische Oxidation von Siloxan erzeugt, bei welcher ab einem bestimmten Grad thermodynamisch Sauerstoffmangel auftritt. Das Reduktionspotential von Siliciumdioxid, bei welchem der Sauerstoffmangel auftritt, gilt als niedriger als das Reduktionspotential von normalem Siliciumdioxid. 17 zeigt eine Beziehung zwischen der Temperatur und dem Reduktionspotential von Siliciumdioxid, bei welchem der Sauerstoffmangel auftritt. In einem Temperaturbereich der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre und von Siliciumdioxid von 660 °C bis 950 °C ist das Reduktionspotential von Siliciumdioxid, bei welchem der Sauerstoffmangel auftritt, umso niedriger, je höher die Temperatur ist. Dieses Reduktionspotential verändert sich von ungefähr 0,65 V zu ungefähr 0,42 V.
  • Die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 und die Stoppspannung V2 werden mit dem Reduktionspotential von Siliciumdioxid bestimmt. Genauer gesagt ist die Stoppspannung V2 derart gelegt, dass diese bei einer vorgegebenen Temperatur in einem Bereich der Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 von 660 °C bis einschließlich 950 °C größer ist als die Reduktionsspannung von Siliciumdioxid. Ferner ist die Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 derart eingestellt, dass die Stoppspannung V2 höher ist als das Reduktionspotential von Siliciumdioxid bei der Stopp-Steuerungs-Temperatur T2.
  • Steuerverfahren
  • Unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm, das in 18 gezeigt wird, wird ein Steuerverfahren beschrieben werden, das durch die Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird. Zunächst startet als Reaktion auf ein EINschalten des Zündschalters des Fahrzeugs ein Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 (Schritt S301). Zudem wird als Reaktion auf diesen Verbrennungsstart ein Steuerbetrieb für den Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 gestartet (Schritt S301). Anschließend legt die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre der Sensorzelle 21 die Betriebsspannung V1 an, und die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 erwärmt die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 (Schritt S302).
  • Nachfolgend bestimmt der Prozess als Reaktion auf das AUSschalten des Zündschalters, ob der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird (Schritt S303). Anschließend wird mit dem Feedback des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgehend von dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 fortgesetzt, bis der Zündschalter AUSgeschaltet wird.
  • Als nächstes legt die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung V2 an, wenn der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird, und die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 erwärmt die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 (Schritt S304). Anschließend stoppt bzw. beendet die Spannungsanlegungseinheit 62 eine Spannungsanlegung, nachdem eine vorgegebene Dauer verstreicht, und die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 stoppt bzw. beendet ein Erwärmen.
  • Effekte und Vorteile
  • Bei der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Stoppspannung V2 durch die Spannungsanlegungseinheit 62 angelegt, und die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 erwärmt die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2. Demzufolge kann effektiv verhindert werden, dass die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre vergiftet wird, oder die Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre kann hinsichtlich dieser Vergiftung effektiv regeneriert werden. Andere Konfigurationen sowie Effekte und Vorteile bei dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie die bei dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform.
  • Auch bei der vorliegenden Ausführungsform sind Elemente, die durch die gleichen Bezugszeichen wie jenen bei der ersten und zweiten Ausführungsform angegeben werden, die gleichen wie die Elemente bei der ersten und zweiten Ausführungsform.
  • Vierte Ausführungsform
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben werden, bei welchem die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 bei der Sensor-Steuereinheit 6 zur Regeneration hinsichtlich einer Vergiftung auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre genutzt wird. Wie in 11 gezeigt wird, beinhaltet die Sensor-Steuereinheit 6 eine Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64, die während des Verbrennungsbetriebs oder des Verbrennungsstoppzustands einen Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle 21 erfasst. Bei der Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 gemäß der vorliegenden Ausführungsform misst die Strom-Messeinheit 63 einen Strom, der zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre fließt, wenn die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine vorgegebene Spannung anlegt, und der Verschlechterungsbetrag des Erfassungswerts der Sensorzelle 21, das heißt der Verschlechterungsbetrag der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre, wird auf Grundlage des elektrischen Widerstands erfasst, der in Übereinstimmung mit einer Beziehung zwischen der vorstehenden Spannung und dem Strom berechnet wird.
  • Es gilt, dass der elektrische Widerstand umso höher ist, je größer die Menge an Siliciumoxid ist, das an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet.
  • Demzufolge kann bestimmt werden, dass der Verschlechterungsbetrag umso größer ist, je höher der elektrische Widerstand ist. Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist unter einer Bedingung, dass der Verschlechterungsbetrag, der durch die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 erfasst wird, größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, dazu konfiguriert, die Sensorzelle 21 während des Verbrennungsstopps auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 zu erwärmen. Es ist zu beachten, dass die Konfiguration der Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 die gleiche sein kann wie die der Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64, die bei der zweiten Ausführungsform beschrieben wird.
  • Steuerverfahren
  • Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm, das in 19 gezeigt wird, wird ein Steuerverfahren beschrieben werden, das durch die Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird.
  • Zunächst startet als Reaktion auf ein EINschalten des Zündschalters des Fahrzeugs ein Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 (Schritt S401). Zudem wird als Reaktion auf diesen Verbrennungsstart ein Steuerbetrieb für den Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 gestartet (Schritt S401). Anschließend legt die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre der Sensorzelle 21 die Betriebsspannung V1 an, und die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 erwärmt die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 (Schritt S402).
  • Als nächstes bestimmt der Prozess als Reaktion auf das AUSschalten des Zündschalters, ob der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird (Schritt S403).
  • Anschließend wird mit dem Feedback des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgehend von dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 fortgesetzt, bis der Zündschalter AUSgeschaltet wird.
  • Als nächstes legt die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre eine vorgegebene Spannung an, die niedriger ist als die Stoppspannung V2, wenn der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird, um den elektrischen Widerstand der Sensorzelle 2 zu erlangen, wodurch der Verschlechterungsbetrag der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre berechnet wird (Schritt S404). Nachfolgend bestimmt die Sensor-Steuereinheit 6, ob der Verschlechterungsbetrag der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre größer gleich dem vorgegebenen Betrag ist (Schritt S405). Anschließend erwärmt die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 (Schritt S406), wenn der Verschlechterungsbetrag der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre größer gleich dem vorgegebenen Betrag ist.
  • Anschließend stoppt bzw. beendet die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 ein Erwärmen, nachdem eine vorgegebene Dauer lang auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt wurde. In dem Fall, bei welchem der Verschlechterungsbetrag der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre nicht größer gleich dem vorgegebenen Betrag ist, erwärmt die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 nicht derart, dass sich die Temperatur auf die Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 verändert.
  • Effekte und Vorteile
  • Gemäß der Sensor-Steuereinheit 6 der vorliegenden Ausführungsform wird die Sensorzelle 21 nur auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt, wenn die Verschlechterungs-Erfassungseinheit 64 eine Verschlechterung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre erfasst, wodurch diese hinsichtlich der Verschlechterung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre regeneriert wird. Somit wird die Sensorzelle 21 nur auf die Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt, welche höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1, wenn es erforderlich ist, dass der Erfassungswert der Sensorzelle 21 regeneriert wird. Demzufolge kann verhindert werden, dass die Sensorzelle 21 unnötigerweise bei einer hohen Temperatur erwärmt wird.
  • Andere Konfigurationen sowie Effekte und Vorteile bei dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie die bei dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform sind Elemente, die durch die gleichen Bezugszeichen wie jenen bei der ersten bis dritten Ausführungsform angegeben werden, die gleichen wie die Elemente bei der ersten bis dritten Ausführungsform.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben werden, bei welchem die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 bei der Sensor-Steuereinheit 6 zur Regeneration hinsichtlich einer Vergiftung auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre genutzt wird. Wie in 20 gezeigt wird, beinhaltet die Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Verschlechterungs-Schätzeinheit 66, die einen Verschlechterungsgrad der Sensorzelle 21 abhängig von der Verwendung der Maschine 5 oder des Gassensors 1 schätzt. Die Verschlechterungs-Schätzeinheit 66 schätzt auf Grundlage von zumindest einem aus der Anzahl von Verbrennungsstopps der Maschine 5 ab einer Zeit, wenn die Sensorzelle 21 derart erwärmt wird, dass diese die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erreicht, wenn die Verbrennung gestoppt wird, einer Fahrstrecke des Fahrzeugs, auf dem der Gassensor montiert ist, und der Verwendungszeit des Gassensors 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 den Verschlechterungsgrad der Sensorzelle 21.
  • Das Anhaften von Siliciumoxid an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre tritt häufig auf, wenn die Maschine 5 gestoppt wird, wodurch sich eine Anhaftungsmenge an Siliciumoxid erhöht, wenn sich die Anzahl an Verbrennungsstopps der Maschine 5 erhöht. Bei dem Verschlechterungsgrad der Sensorzelle 21 ist der Verschlechterungsgrad der Sensorzelle 21 umso größer (stärker verschlechtert), je größer die Anhaftungsmenge des Siliciumoxids auf der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre ist. Ferner ist die Anzahl an Verbrennungsstopps der Maschine 5 umso größer, je länger die Fahrstrecke des Fahrzeugs, auf dem der Gassensor 1 montiert ist, oder die Verwendungszeit des Gassensors 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 ist. Daher können anstelle der Anzahl an Verbrennungsstopps der Maschine 5 die Fahrstrecke oder die Verwendungszeit verwendet werden.
  • Ferner ist es wahrscheinlich, dass Siliciumoxid an der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, so wie sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 5 relativ zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis an die fette Seite des Kraftstoffs annähert. Indem dieses Phänomen genutzt wird, kann der Verschlechterungsgrad derart korrigiert werden, dass dieser größer ist, so wie Verlaufsdaten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses näher an der fetten Seite des Kraftstoffs sind.
  • Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist unter einer Bedingung, dass der Verschlechterungsgrad, der durch die Verschlechterungs-Schätzeinheit 66 geschätzt wird, größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, dazu konfiguriert, die Sensorzelle 21 während des Verbrennungsstopps auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 zu erwärmen. Die Verschlechterungs-Schätzeinheit 66 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist dazu konfiguriert, die Anzahl an Verbrennungsstopps der Maschine 5 zu zählen und jedes Mal zu speichern, wenn die Verbrennung der Maschine 5 gestoppt wird. Anschließend schätzt die Verschlechterungs-Schätzeinheit 66, dass der Verschlechterungsgrad der Sensorzelle 21 größer gleich dem vorgegebenen Wert ist, wenn die Anzahl an Verbrennungsstopps eine vorgegebene Anzahl oder mehr erreicht.
  • In dem Fall, bei welchem der Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 an einem Fahrzeug mit einer Leerlauf-Stopp-Funktion montiert sind, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wird, kann die Anzahl an Verbrennungsstopps der Maschine 5 aufgrund eines Leerlauf-Stopps bei der Verschlechterungs-Schätzeinheit 66 von der Anzahl an Verbrennungsstopps ausgeschlossen werden.
  • Steuerverfahren
  • Unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm, das in 21 gezeigt wird, wird ein Steuerverfahren der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. Zunächst startet als Reaktion auf ein EINschalten des Zündschalters des Fahrzeugs ein Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 (Schritt S501). Zudem wird als Reaktion auf diesen Verbrennungsstart ein Steuerbetrieb für den Gassensor 1 und die Sensor-Steuereinheit 6 gestartet (Schritt S502). Anschließend legt die Spannungsanlegungseinheit 62 zwischen der Abgas-Elektrode 311 und der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre der Sensorzelle 21 die Betriebsspannung V1 an, und die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 erwärmt die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1 (Schritt S503).
  • Als nächstes bestimmt der Prozess als Reaktion auf das AUSschalten des Zündschalters, ob der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird (Schritt S504).
  • Anschließend wird mit dem Feedback des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgehend von dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 fortgesetzt, bis der Zündschalter AUSgeschaltet wird.
  • Nachfolgend zählt der Prozess die Anzahl an Verbrennungsstopps und speichert diese (Schritt S505), wenn der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 gestoppt wird. Als nächstes bestimmt der Prozess, ob die Anzahl an Verbrennungsstopps die vorgegebene Anzahl oder mehr erreicht (Schritt S506). In dem Fall, bei welchem die Anzahl an Verbrennungsstopps nicht die vorgegebene Anzahl erreicht oder größer ist, wartet der Prozess, bis der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 wiederaufgenommen wird (Schritt S507). Als nächstes werden die Prozesse bei den Schritten S502 bis S507 ausgeführt, bis die Anzahl an Verbrennungsstopps von Schritt S505 die vorgegebene Anzahl oder mehr erreicht, wenn der Verbrennungsbetrieb der Maschine 5 wiederaufgenommen wird.
  • Als nächstes schätzt die Verschlechterungs-Schätzeinheit 66 in dem Fall, bei welchem die Anzahl an Verbrennungsstopps die vorgegebene Anzahl erreicht oder größer ist, dass der Grad eines Verschlechterungsgrads der Sensorzelle 21 ein vorgegebener Wert oder größer ist (Schritt S508). Nachfolgend erwärmt die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 die Sensorzelle 21 auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 (Schritt S509). Anschließend stoppt bzw. beendet die Heizvorrichtungs-Steuereinheit 61 ein Erwärmen, nachdem eine vorgegebene Dauer lang auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt wurde.
  • Es ist zu beachten, dass die Verschlechterungs-Schätzeinheit 66 den Verschlechterungsgrad während des Verbrennungsbetriebs schätzen kann, und die Sensorzelle 21 während des Verbrennungsstopps auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmen kann.
  • Effekte und Vorteile
  • Gemäß der Sensor-Steuereinheit 6 der vorliegenden Ausführungsform wird die Sensorzelle 21 nur auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt, wenn die Verschlechterungs-Schätzeinheit 66 eine Verschlechterung der Sensorzelle 21 erfasst, wodurch diese hinsichtlich der Verschlechterung der Elektrode 312 auf der Seite der Atmosphäre regeneriert wird. Somit wird die Sensorzelle 21 nur auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur T2 erwärmt, welche höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur T1, wenn es erforderlich ist, dass der Erfassungswert der Sensorzelle 21 regeneriert wird. Demzufolge kann verhindert werden, dass die Sensorzelle 21 unnötigerweise bei einer hohen Temperatur erwärmt wird.
  • Andere Konfigurationen sowie Effekte und Vorteile bei dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie die bei dem Gassensor 1 und der Sensor-Steuereinheit 6 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform sind Elemente, die durch die gleichen Bezugszeichen wie jenen bei der ersten bis dritten Ausführungsform angegeben werden, die gleichen wie die Elemente bei der ersten bis dritten Ausführungsform.
  • Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die jeweiligen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann ferner unterschiedliche Ausführungsformen bilden, ohne sich von der Idee der vorliegenden Offenbarung zu entfernen. Überdies beinhaltet die vorliegende Offenbarung verschiedene Modifikationsbeispiele und deren Äquivalente. Außerdem können verschiedene Kombinationen von Elementen und Ausführungsformen, welche ausgehend von der vorliegenden Offenbarung erwartet werden, in dem technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2020130276 [0001]
    • JP 2017075794 A [0007]

Claims (10)

  1. Sensor-Steuereinheit (6) für einen Gassensor (1), der in einem Abgasrohr (7) in einer Maschine (5) mit interner Verbrennung eines Fahrzeugs angeordnet ist, wobei der Gassensor Folgendes aufweist: eine Sensorzelle (21), bei der eine Abgas-Elektrode (311) vorgesehen ist, die zu einem Abgas (G) freigelegt ist, eine Elektrode (312) auf der Seite der Atmosphäre, die zu einer atmosphärischen Luft (A) freigelegt ist, und einen Festelektrolyt (31), der dazwischen eingeschoben ist, auf welchem die Abgas-Elektrode und die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre einander zugewandt angeordnet sind, und eine Heizvorrichtung (22), welche die Sensorzelle erwärmt, wobei die Sensor-Steuereinheit Folgendes aufweist: eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit (61), welche die Heizvorrichtung zum Erwärmen der Sensorzelle steuert, wobei die Heizvorrichtungs-Steuereinheit die Sensorzelle während eines Verbrennungsbetriebs der Maschine mit interner Verbrennung auf eine Betriebs-Steuerungs-Temperatur (T1) erwärmt, und die Sensorzelle während einer Verbrennungsstoppdauer der Maschine mit interner Verbrennung auf eine Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur (T2) erwärmt, die höher ist als die Betriebs-Steuerungs-Temperatur.
  2. Sensor-Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die Sensor-Steuereinheit ferner eine Verschlechterungs-Erfassungseinheit (64) aufweist, die während des Verbrennungsbetriebs oder der Verbrennungsstoppdauer einen Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle erfasst; und die Heizvorrichtungs-Steuereinheit unter einer Bedingung, dass der Verschlechterungsbetrag, der durch die Verschlechterungs-Erfassungseinheit erfasst wird, größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, dazu konfiguriert ist, die Sensorzelle während der Verbrennungsstoppdauer auf die Stopp-Steuerungs-Temperatur zu erwärmen.
  3. Sensor-Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die Sensor-Steuereinheit ferner eine Verschlechterungs-Schätzeinheit (66) aufweist, die auf Grundlage von zumindest einem aus der Anzahl von Verbrennungsstopps der Maschine mit interner Verbrennung ab einer Zeit, wenn die Sensorzelle derart erwärmt wird, dass diese während des Verbrennungsbetriebs oder der Verbrennungsstoppdauer die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur erreicht, einer Fahrstrecke des Fahrzeugs, auf dem der Gassensor montiert ist, und einer Verwendungszeit des Gassensors und der Sensor-Steuereinheit einen Verschlechterungsgrad der Sensorzelle schätzt; und die Heizvorrichtungs-Steuereinheit unter einer Bedingung, dass der Verschlechterungsgrad, der durch die Verschlechterungs-Schätzeinheit geschätzt wird, größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, dazu konfiguriert ist, die Sensorzelle während der Verbrennungsstoppdauer auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur zu erwärmen.
  4. Sensor-Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die Heizvorrichtungs-Steuereinheit dazu konfiguriert ist, Risse in einem Siliciumoxid zu erzeugen, das an der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, indem die Sensorzelle auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur erwärmt wird.
  5. Sensor-Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur auf eine Temperatur eingestellt ist, die höher ist als eine Temperatur, bei welcher eine thermische Belastung, die auf einer Grenzoberfläche zwischen der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre und dem Siliciumoxid, das an der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, erzeugt wird, größer ist als eine Zugspannung, die dem Siliciumoxid selbst zu eigen ist, und niedriger ist als eine Temperatur, bei welcher sich eine Kristallstruktur des Festelektrolyts verändert.
  6. Sensor-Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sensor-Steuereinheit ferner eine Spannungsanlegungseinheit (62) aufweist, die zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Gleichstrom-Spannung anlegt; und die Spannungsanlegungseinheit dazu konfiguriert ist, während des Verbrennungsbetriebs und der Verbrennungsstoppdauer zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Spannung anzulegen.
  7. Sensor-Steuereinheit nach Anspruch 6, wobei die Spannungsanlegungseinheit dazu konfiguriert ist, während des Verbrennungsbetriebs zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Betriebsspannung (V1) anzulegen, und während der Verbrennungsstoppdauer zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Stoppspannung (V2) anzulegen, die höher ist als die Betriebsspannung.
  8. Sensor-Steuereinheit nach Anspruch 7, wobei die Heizvorrichtungs-Steuereinheit die Sensorzelle während der Verbrennungsstoppdauer auf die Betriebs-Stopp-Steuerungs-Temperatur erwärmt und die Spannungsanlegungseinheit während der Verbrennungsstoppdauer zwischen einer Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre die Stoppspannung anlegt, wodurch das Siliciumoxid, das an der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, reduziert wird.
  9. Sensor-Steuereinheit nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Stoppspannung derart gelegt ist, dass diese höher ist als ein Oxidationspotential eines Edelmetalls, das in der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre enthalten ist, und niedriger ist als ein Reduktionspotential des Festelektrolyts.
  10. Sensor-Steuereinheit (6), die für einen Gassensor (1) verwendet wird, der in einem Abgasrohr (7) in einer Maschine (5) mit interner Verbrennung eines Fahrzeugs angeordnet ist, wobei der Gassensor Folgendes aufweist: eine Sensorzelle (21), bei der eine Abgas-Elektrode (311) vorgesehen ist, die zu einem Abgas (G) freigelegt ist, eine Elektrode (312) auf der Seite der Atmosphäre, die zu einer atmosphärischen Luft (A) freigelegt ist, und einen Festelektrolyt (31), der dazwischen eingeschoben ist, auf welchem die Abgas-Elektrode und die Elektrode auf der Seite der Atmosphäre einander zugewandt angeordnet sind, und eine Heizvorrichtung (22), welche die Sensorzelle erwärmt, wobei die Sensor-Steuereinheit Folgendes aufweist: eine Spannungsanlegungseinheit (62), die zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Gleichstrom-Spannung anlegt; und eine Verschlechterungs-Erfassungseinheit (64), die während eines Verbrennungsbetriebs oder einer Verbrennungsstoppdauer der Maschine mit interner Verbrennung einen Verschlechterungsbetrag eines Erfassungswerts der Sensorzelle erfasst, wobei die Spannungsanlegungseinheit unter einer Bedingung, dass der Verschlechterungsbetrag, der durch die Verschlechterungs-Erfassungseinheit erfasst wird, größer gleich einem vorgegebenen Wert ist, dazu konfiguriert ist, während des Verbrennungsbetriebs zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Betriebsspannung (V1) anzulegen, und während der Verbrennungsstoppdauer zwischen der Abgas-Elektrode und der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre eine Stoppspannung (V2) anzulegen, die höher ist als die Betriebsspannung, wodurch Siliciumoxid, das an der Elektrode auf der Seite der Atmosphäre anhaftet, reduziert wird.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017075794A (ja) 2015-10-13 2017-04-20 株式会社デンソー センサ制御装置
JP2020130276A (ja) 2019-02-14 2020-08-31 株式会社ソフイア 遊技機

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61122558A (ja) * 1984-11-20 1986-06-10 Nissan Motor Co Ltd 酸素濃度測定装置
JP3650266B2 (ja) * 1998-05-18 2005-05-18 株式会社日立製作所 ヒータ付き酸素センサの制御装置
JP3764842B2 (ja) 2000-05-19 2006-04-12 株式会社日立製作所 空燃比センサのヒータ制御装置
JP4042545B2 (ja) 2002-11-27 2008-02-06 トヨタ自動車株式会社 内燃機関に搭載される排気ガスセンサの劣化回復方法および劣化回復機能を有する排気ガスセンサ
JP5126158B2 (ja) 2009-04-27 2013-01-23 富士電機株式会社 酸素センサの電極再生処理方法
JP5981256B2 (ja) * 2012-07-26 2016-08-31 株式会社日本自動車部品総合研究所 ガスセンサのヒータ制御装置
JP6819538B2 (ja) * 2017-10-19 2021-01-27 株式会社デンソー ガスセンサ制御装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017075794A (ja) 2015-10-13 2017-04-20 株式会社デンソー センサ制御装置
JP2020130276A (ja) 2019-02-14 2020-08-31 株式会社ソフイア 遊技機

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