JP2003083058A

JP2003083058A - 排気浄化用付帯装置劣化検知用のガスセンサのクリーニング方法

Info

Publication number: JP2003083058A
Application number: JP2001278341A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sugaya; 聡菅谷; Atsushi Watanabe; 敦渡辺; Takaharu Inoue; 隆治井上; Noboru Ishida; 昇石田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2003-03-19
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: JP4615788B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気ガス雰囲気中に配置され、特
に、排気浄化用付帯装置の劣化検知に好適に用いられる
抵抗変化式ガスセンサのクリーニング方法を提供する。【解決手段】内燃機関の排気ガス雰囲気内に設置され、
排気浄化用付帯装置の劣化検知センサである抵抗変化式
ガスセンサ１の制御方法において、抵抗変化式ガスセン
サ１が、ヒータ部１１１と、酸化物半導体材料から主と
して形成された感ガス素子部１３を有し、ヒータ部１１
１による加熱クリーニングを、感ガス素子部１３がリー
ン雰囲気或いは大気雰囲気に晒されるタイミングで行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス雰囲気内で使用される抵抗変化式ガスセンサの制御方
法において、抵抗変化式ガスセンサのクリーニング方法
に関し、特に、本発明は、車両，船舶，飛行機等に搭載
された内燃機関における排気浄化用付帯装置の劣化検知
に好適に用いられる抵抗変化式ガスセンサのクリーニン
グ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、一般的に市販されている排気浄化
用付帯装置の劣化検知システムとして、酸素センサを用
いてＯ_２ストレージ能力の劣化を検知する劣化検知シス
テムや、温度センサを用いた活性温度差による劣化検知
システム等が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の劣化検知システムでは、ますます厳しくなる
エミッション規制に対応した有害排出ガス低減技術への
適応は難しくなってきている。また、ＮＯｘ吸蔵触媒、
選択還元型触媒、ＨＣ吸蔵触媒等の新規技術が研究開発
されつつあり、これらの触媒等の劣化検知においては、
酸素センサ又は温度センサ等を用いて劣化検知を実施し
ているが、精度の良い劣化検知ができないという問題が
ある。

【０００４】本発明が解決しようとする課題は、内燃機
関の排気ガス雰囲気中に配置される抵抗変化式ガスセン
サの好適なクリーニング方法を提供すること、特に、排
気浄化用付帯装置の劣化検知に好適に用いられる抵抗変
化式ガスセンサのクリーニング方法、及び排気浄化用付
帯装置の劣化検知システムを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はその第１の視点において、酸化物半導体材
料から主として形成された感ガス素子部の加熱クリーニ
ングを該感ガス素子部がリーン雰囲気或いは大気雰囲気
に晒される際に行うことを特徴とする抵抗変化式ガスセ
ンサのクリーニング方法を提供する。

【０００６】本発明はその第２の視点において、内燃機
関の排気ガス雰囲気内で用いられる排気浄化用付帯装置
の劣化検知システムであって、前記排気浄化用付帯装置
の劣化を、例えば、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、等を検出する
感ガス素子部を備えた抵抗変化式ガスセンサを用いて検
知すると共に、該感ガス素子部を前記内燃機関の状態に
応じた所定のタイミングで加熱クリーニングすることを
特徴とする排気浄化用付帯装置の劣化検知システムを提
供する。但し、本発明のクリーニング方法は、ＨＣ、Ｃ
Ｏ、ＮＯｘセンサ以外にも、ＳＯｘ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等
の排ガス中に存在する成分を検知する抵抗変化式ガスセ
ンサ全てに適用できる。

【０００７】本発明はその第３の視点において、低酸素
濃度及び／又は還元性ガスが含まれる雰囲気ないし内燃
機関の排気ガス雰囲気で使用される抵抗変化式ガスセン
サの制御装置ないしクリーニング装置であって、前記抵
抗変化式ガスセンサが酸化物半導体材料から主として形
成された感ガス素子部を有し、前記感ガス素子部の加熱
クリーニングを該感ガス素子部がリーン雰囲気或いは大
気雰囲気に晒される際に行うことを特徴とする抵抗変化
式ガスセンサの制御装置ないしクリーニング装置を提供
する。

【０００８】本発明による抵抗変化式ガスセンサのクリ
ーニング方法によれば、内燃機関の排気ガス雰囲気のよ
うな低酸素濃度及び／又は還元性ガスが含まれる雰囲気
内に設置され、例えば、触媒等の排気浄化用付帯装置の
劣化を検知するために用いられる抵抗変化式ガスセンサ
の加熱クリーニングをリーン雰囲気或いは大気雰囲気で
実行することにより、その感ガス素子部に付着した結晶
水や不純物成分を、該感ガス素子部の酸素欠損を防止し
つつ、定期的に加熱除去することができる。これによっ
て、環境ガスの影響を受け難くなり、排気浄化用付帯装
置の劣化検出に適する抵抗変化式ガスセンサの特性を十
分に発揮させることができる。また、本発明による抵抗
変化式ガスセンサのクリーニング方法を実行することに
より、きわめて精度の高い、ガスセンサを用いた排気浄
化用付帯装置の劣化検知システムが構築される。

【０００９】ここで、種々のガスセンサのうち、特に、
抵抗変化式ガスセンサを用いて、排気浄化用付帯装置の
劣化検知を行う理由を説明する。

【００１０】現在、一般的に市販されているガスセンサ
は、固体電解質材料を用いた起電力式、限界電流式、酸
化物半導体を用いた抵抗変化式等が挙げられる。

【００１１】排気浄化用付帯装置が設置される環境、例
えば、車両等の排気管内は、高温多湿であり又酸化還元
性の雰囲気である等きわめて過酷な環境である。

【００１２】固体電解質材料を用いて電解質間に生じる
酸素濃淡差によって生じる起電力や、限界電流特性を利
用した酸素センサ、及びガスセンサ（ＮＯｘ、ＨＣ等）
を用いての排気浄化用付帯装置の劣化検知技術は従来か
ら提案されている。しかしながら、これらのセンサは、
７００℃程度に電解質を加熱して使用する為、エンジン
始動後十数秒間は、正確な計測が困難となる。即ち自動
車の排出ガスが最も多量に排出されるエンジンスタート
直後の計測ができないという問題がある。

【００１３】一方、抵抗変化式ガスセンサとして、感ガ
ス素子部にＡｌ_２Ｏ_３系、ＳｎＯ_２系、Ｉｎ_２Ｏ_３系、
ＺｎＯ系、ＷＯ_３系等の酸化物半導体材料を用いる場
合、特定成分のガス種に対し、常温若しくは、数十〜
２，３００℃程度の低温で特定成分ガス濃度が検出可能
となるため、エンジン始動直後から正確な計測が十分可
能となる。また、このような感ガス材料は焼結体である
ため、比較的高温においても耐熱性が高いというメリッ
トがある。

【００１４】したがって、本発明者らの知見によると、
排気浄化用付帯装置が設置される環境、例えば、車両等
の排気管内に設置するガスセンサとして、抵抗変化式の
ガスセンサは優れた特性を具備している。但し、排気浄
化用付帯装置が設置される環境に本ガスセンサを設置す
る場合、本発明者らの知見によると、感ガス素子部に付
着した結晶水や不純物成分を定期的に加熱除去する必要
がある。

【００１５】そこで、本発明者らは、排気浄化用付帯装
置が設置される環境にガスセンサを設置する場合、定期
的に必要となる感ガス素子部の加熱クリーニング処理を
的確なタイミングで実行する方法等を提供するものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。

【００１７】本発明の好ましい実施の形態においては、
前記加熱クリーニングを、前記ガスセンサが備える感ガ
ス素子部の温度が一定に維持されるよう行う。例えば、
感ガス素子部に付着した水分のみを気化させる場合は１
００℃以上の一定温度に、結晶水等を脱離させる場合は
２５０℃程度の一定温度にすればよい。

【００１８】本発明の好ましい実施の形態においては、
前記加熱クリーニングを、感ガス素子部の温度が６００
℃以上、さらに好ましくは、７００℃以上となるよう行
う。これは、感ガス素子部に付着した水、結晶水、及び
カーボン等のデポジットを完全に脱離するためには６０
０℃以上にすることが好ましく、特に加熱クリーニング
を７００℃以上とすることがさらに好ましい。

【００１９】本発明の好ましい実施の形態においては、
抵抗変化式ガスセンサの感ガス素子部が酸化物系のセラ
ミックス材料から成る。この場合、感ガス素子部の成分
である酸化物の平衡反応を阻害することが無いように、
この抵抗変化式ガスセンサを酸素を含む環境で用いる。

【００２０】本発明の好ましい実施の形態において、絶
縁基板、下部電極、感ガス素子部（感ガス層）及び上部
電極を備え、これらがこの順に積層され、形成されたガ
スセンサにおいて、該下部電極は貴金属製であり、該上
部電極は貴金属製であって、且つ多孔質体からなり、該
上部電極は、上記感ガス層と、上記絶縁基板の一部とに
接合されていることを特徴とする抵抗変化式ガスセンサ
が用いられる。好ましくは、上記下部電極又は上記上部
電極の主成分が白金であり、上記下部電極が多孔質体で
ある。

【００２１】本発明の好ましい実施の形態においては、
抵抗変化式ガスセンサの基板を、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２
等のセラミックスを用いて形成することができる。これ
らのセラミックスのうちでは、絶縁性及び機械的強度等
に優れ、コストの点でも有利なアルミナが多用される。
絶縁基板の厚さ、寸法等は特に限定されないが、通常、
厚さが０．３〜２．０ｍｍであり、平面方向の寸法が３
×１０ｍｍ〜８×５０ｍｍ程度である長方形の板状体と
することができる。

【００２２】本発明の好ましい実施の形態においては、
抵抗変化式ガスセンサの下部電極及び上部電極は、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＰｔのうちの少
なくとも１種の貴金属により形成される。これらの貴金
属の２種以上からなる合金を使用してもよく、例えば、
高温におけるＰｔの揮発が抑えられるＰｔとＲｈとの併
用等は有用である。また、下部電極と上部電極とは必ず
しも同じ貴金属により形成する必要はないが、同じ貴金
属であれば工程を簡略化することができ、同時焼成も容
易であって好ましい。これらの貴金属のうちではＡｕ及
びＰｔ、特に、Ｐｔを主成分とすることが好ましい。Ｐ
ｔは、高温において特に酸化し難く、感ガス層に拡散し
たりすることもなく、融点も十分に高い。そのため、下
部及び上部電極をともにＰｔによって形成することによ
って、一段と耐久性に優れたガスセンサとすることがで
きる。尚、上記貴金属からなる電極には、その物性に大
きな影響を与えない範囲内で、他の成分若しくは不純物
が含まれていてもよい。

【００２３】本発明の好ましい実施の形態においては、
上部電極は貴金属製であり、且つ多孔質体からなるた
め、各種被検ガスは上部電極を容易に透過し、感ガス層
に到達することができ、感ガス層における各種被検ガス
分子の吸脱着反応が損なわれることがない。更に、感ガ
ス層における各種被検ガス分子の吸脱着反応をより促進
するためには、感ガス層の全面に各種被検ガスを到達さ
せることが望ましい。そのためには、下部電極も多孔質
体とすることが好ましい。尚、感ガス層も多孔質体から
なるが、上部及び下部電極の透ガス度を、感ガス層のそ
れよりも大きくすることにより、各種被検ガスの感ガス
層への到達を促進することができる。このように電極の
透ガス度を大きくするには、一般に上部及び下部電極の
気孔径を、感ガス層のそれよりも大きくすることが有効
である。

【００２４】本発明の好ましい実施の形態においては、
感ガス素子部（感ガス層）は、各種の感ガス材料から形
成することができる。この感ガス材料としては、Ａｌ_２
Ｏ_３系、ＳｎＯ_２系、Ｉｎ_２Ｏ_３系、ＺｎＯ系、ＷＯ_３
系等の感ガス材料を一種又は２種以上を用いる事が出来
る。また、特定ガス成分の検出感度を増大させる為、Ｐ
ｔ，Ｐｄ等の貴金属を添加することも可能である。

【００２５】本発明の好ましい実施の形態においては、
絶縁基板の内部にヒータが配設されていることが好まし
い。このヒータによりガスセンサを定期的に加熱するこ
とによって、感ガス層の内部に侵入した吸着ガス及び他
の不純物等を完全に脱離させることができる。これによ
り感ガス層が常に清浄な状態に保たれ、検出精度が向上
し、且つ優れた検知特性が長期に渡って安定して維持さ
れる。また、湿度が非常に高い場合に、ヒータを作動さ
せることにより、センサへの結露を防止することもでき
る。

【００２６】本発明の好ましい実施の形態において、感
ガス層の抵抗変化により特定ガス成分を検知するガスセ
ンサでは、検知雰囲気の温度に対する感ガス材料の抵抗
値の変化、所謂、抵抗の温度依存性があるため、絶縁基
板の内部に測温抵抗体が配設されることが好ましい。こ
の測温抵抗体によって感ガス材料の温度による抵抗値の
変化を補正し、雰囲気温度に依存することなく精度よく
特定ガス成分を検出することができる。

【００２７】本発明の好ましい実施の形態においては、
ヒータ及び測温抵抗体は、絶縁基板の内部において感ガ
ス層の直下に配設される。ヒータを感ガス層の直下に配
設することにより、感ガス層全体をほぼ均一に加熱する
ことが容易であり、感ガス層に侵入した各種ガス成分及
び他の不純物等を効率よく脱離させることができ、加熱
に要する電力消費を極力低減することもできる。一方、
測温抵抗体を感ガス層の直下に配設することにより、絶
縁基板の熱伝導の影響を受けることなく、正確な温度検
出が可能となる。

【００２８】

【実施例】以上説明した本発明の好ましい実施の形態を
さらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明
の一実施例を説明する。

【００２９】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の一
実施例に係る抵抗変化式ガスセンサのクリーニング方法
の対象である抵抗変化式ガスセンサの構造を説明するた
めの図である。

【００３０】図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すると、
この抵抗変化式のガスセンサ１においては、電気絶縁性
の基板１１上に、Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属から成る検知電
極（上部電極１４，下部電極１２）と、ＳｎＯ_２等の感
ガス層（感ガス素子部）１３とが積層されている。感ガ
ス層１３は、上部電極１４と下部電極１２の間に積層さ
れている。基板１１の内部には、感ガス層を定期的に加
熱クリーニングするためのヒータ部１１１と、感ガス層
の温度補正及び測定環境の温度測定を可能にするための
測温抵抗体（温度センサ）１１２とが埋設されている。
ヒータ部１１１は外部の電源回路に接続され、測温抵抗
体１１２は外部の素子温度検出回路に接続されている。
上部電極１４の一部１４ｂは、基板１１表面上に形成さ
れ出力取出用のリード線１４１に電気的に接続されてい
る。上部電極１４の他部１４ａは感ガス層１３表面上に
形成されている。下部電極１２は出力取出用のリード線
１２１に電気的に接続されている。なお、このガスセン
サ１は、特願2000‐309169号明細書に記載された湿度セ
ンサと同様の製造方法にしたがって好適に製造すること
ができる。

【００３１】次に、本発明の一実施例に係る抵抗変化式
ガスセンサのクリーニング方法を、車両の排気管に装着
された触媒の劣化検知に用いるガスセンサに適用する場
合の、実行タイミングについて説明する。

【００３２】まず、車両の排気管内の環境について説明
する。車両の排気ガス中に含まれる有害物質であるＮＯ
ｘ、ＨＣ、ＣＯを更に削減するべく、各種低公害技術が
提案され、排気浄化用付帯装置として市販されつつあ
る。この中に、ＨＣ吸着型３元触媒技術も含まれてい
る。この技術は、３元触媒の後流にＨＣ吸着型３元触媒
を配置することでエンジン始動直後のＨＣ排出を低減さ
せる技術である（自技会学術講演会前刷集No.105-00 20
00年）。

【００３３】しかしながら、このようなＨＣ吸着型３元
触媒等の劣化検知を、従来から用いられてきたＯ_２スト
レージ能力又は活性温度の変化に基づいて判断するよう
な方法では、エンジン始動直後からの劣化検知が困難で
あり、精度のよい劣化検知ができないという問題があ
る。

【００３４】ところで、このＨＣ吸着型３元触媒の吸着
原理は、ＨＣ吸着材（吸着成分）の細孔にＨＣが物理吸
着することによって、一時的にＨＣを蓄えることにあ
る。吸着材としては、非常に緻密なハニカム系の担体や
ゼオライト等が用いられることが一般的である。

【００３５】一方、本発明の一実施例に係る抵抗変化式
ガスセンサのクリーニング方法の対象である抵抗変化式
のガスセンサは、感ガス材料（感ガス層）に吸着する各
種特定ガス濃度によって生じる抵抗変化に基づいてガス
濃度を検出することを検出原理としている。したがっ
て、例えば、排気管においては、ＨＣ吸着型３元触媒
（検出対象）の下流に、この抵抗変化式ガスセンサを配
置すれば、該センサにおけるＨＣ分子吸着量の変化か
ら、触媒の劣化を検知することが可能である。

【００３６】つまり、車両の排気管内において、ＨＣ吸
着３元型触媒の後流に抵抗変化式ガスセンサを装着した
場合、このＨＣ吸着型３元触媒の吸着能力如何によって
抵抗変化式ガスセンサの検知量が異なることになる。な
お、この抵抗変化式のガスセンサは、ヒータによる加熱
を行わなくとも、常温から湿度を検出することが可能で
ある。

【００３７】本発明で用いる抵抗変化式ガスセンサの感
ガス素子部を形成する材料には酸化物セラミックスが用
いられているため、高温且つ酸素濃度が低く、還元性ガ
スが多量に含まれる環境、つまりリッチ雰囲気にて、こ
のセンサのクリーニング処理を施した場合には、安定し
て存在していた感ガス素子材料成分である酸化物セラミ
ックスの酸素欠損が生じ、酸化物セラミックス自体が不
安定なものに不可逆的に変化してしまうという問題が生
じる。一方、高温であってもリーン雰囲気で加熱クリー
ニングを実行した場合には、環境雰囲気中に余剰酸素が
多量に含まれているため、感ガス素子部を形成する酸化
物セラミックス中の酸素が引き抜かれることが防止され
つつ、感ガス素子部に付着した結晶水や不純物成分及び
各種吸着ガス成分を加熱除去することができる。

【００３８】そこで、車両の走行条件による排気管内の
雰囲気変化を考慮すると、車両の排気管に装着された触
媒、特にＨＣ吸着型３元触媒の劣化検知を行う抵抗変化
式ガスセンサの加熱クリーニングは、下記のようなタイ
ミングで行うことにより、リーン雰囲気にて加熱クリー
ニングを実行することができ、感ガス素子部の劣化が防
止され、又精度の高い劣化検出を行うことができる。

【００３９】（１）エンジン停止後ある一定時間経過し
た時点；（２）エンジン停止後、エンジンの冷却水の温度が所定
温度まで低温化した時点（例えば、車両に既設された水
温センサの出力信号に基づいて、この時点を検出するこ
とができる）；（３）フューエルカット時点（減速時、定速時が好まし
い）。

【００４０】なお、劣化検知の対象となる排気浄化用付
帯装置としては、上記のＨＣ吸着型３元触媒に限られる
ものではなく、感ガス材を変更、或いは追加する事によ
り、ＮＯｘ吸蔵触媒、３元触媒においても検出可能とな
る。

【００４１】［測定例１：感ガス特性の加熱クリーニン
グ前後における変化］次に、以上説明した本発明の一実
施例に係る抵抗変化式ガスセンサの加熱クリーニングを
種々のタイミングでそれぞれ実行後、用いられた各ガス
センサの感ガス特性の変化を調べた。まず、この試験手
順について説明する。

【００４２】・試験手順：〈１）何れのガスセンサも基本的な構造は同様であり、
感ガス素子部（感ガス層）は特定ガスに反応性の高い感
ガス材料を選定することで、種々のガスセンサが得られ
る。本発明に用いた感ガス素子として、実施例１では、
ＨＣに対して抵抗変化が大きく（ガス感度が高い）、ガ
ス選択性がある材料としてＳｎＯ_２を用いた。次に、実
施例２では、ＣＯに対して選択的に反応し、またガス感
度が高い感ガス材料として、Ｐｄを１ｗｔ％添加したＳ
ｎＯ_２を用いた。次に、実施例３では、ＮＯｘ（Ｎ
Ｏ_２）に対して選択的に反応する材料として、Ａｌ_２Ｏ
_３を３０ｗｔ％添加したＩｎ_２Ｏ_３を感ガス材料として
用いた。こうして得られた各種ガスセンサの感ガス特性
（初期特性）、具体的には、上部電極と下部電極間の抵
抗変化を測定する。（２）抵抗変化式ガスセンサを車両の排気管に装着し、
各種運転条件下において、それぞれ下記試験例１〜５の
タイミングでガスセンサの加熱クリーニングを実行す
る。但し、試験例６においては大気中で加熱クリーニン
グを実行する：試験例１：エンジン停止後、水温センサが５０℃以下に
なった時点；試験例２：エンジン停止後、１ｈｒ経過した後；試験例３：エンジン停止直後；試験例４：エンジン作動中においてフューエルカット
時；試験例５：エンジン作動中で、Ａ／Ｆ＝１１〜１６程度
まで変動する運転モードのとき；試験例６：大気中。（３）再度、各ガスセンサの感ガス特性を測定する。

【００４３】〈感ガス測定条件〉測定温度：２０℃、測定湿度：４０ＲＨ％、評価ガス：
Ａｉｒ＋各種特定ガス； −−各種特定ガス−− ・ＨＣセンサ：Ｃ３Ｈ６＝０，１００，１０００，１５
００ｐｐｍ；・ＣＯセンサ：ＣＯ＝０，１００，１０００，１５００
ｐｐｍ；・ＮＯｘセンサ：ＮＯ_２：＝０，５０，１００，２００
ｐｐｍ。

【００４４】〈試験例１〜６で用いたガスセンサの係る
条件〉上部電極：Ｐｔ電極（厚膜印刷）、膜厚約１５μｍ；感湿層：実施例（１）ＨＣセンサ＝ＳｎＯ_２（厚膜印刷）、２．
５×２．５×３０μｍ；実施例（２）ＣＯセンサ＝１ｗｔ％Ｐｄ添加−ＳｎＯ_２
（厚膜印刷）、２．５×２．５×３０μｍ；実施例（３）ＮＯｘセンサ＝３０ｗｔ％Ａｌ_２Ｏ_３添加
−Ｉｎ_２Ｏ_３（厚膜印刷）、２．５×２．５×３０μ
ｍ；下部電極：Ｐｔ電極（厚膜印刷）、膜厚約１５μｍ；基板：Ａｌ_２Ｏ_３絶縁基板。

【００４５】図２は、実施例１の測定結果、すなわち、
ＨＣセンサにおける各種加熱クリーニング実行前後の感
ガス特性の変化を示すグラフである。表１は、同じく実
施例１の測定例に係る測定結果を示す表である。なお、
加熱クリーニング前の特性としては、代表例として試験
例６の計測値のみを記載した。

【００４６】

【表１】

【００４７】図２を参照すると、試験例１、試験例２及
び試験例３に係るタイミングで加熱クリーニングを実行
したＨＣセンサの感ガス特性は、該加熱クリーニング実
行前後で同様であった。したがって、車両の排気管内に
ＨＣセンサを配置する場合、これらのタイミングで加熱
クリーニングを実行することが有効であることが分か
る。

【００４８】但し、試験例３においては、抵抗値が試験
例１及び２に比べてやや上昇している。これは、試験例
３においては、エンジン停止直後に加熱クリーニングを
実行したため、排気ガス温度は急激に低下したが、セン
サが晒されていた環境雰囲気が極低酸素雰囲気であるこ
とにより、感ガス素子材料の一部に酸素欠損が生じたも
のと考えられる。

【００４９】試験例４の結果も、前記試験例３と同様で
あった。これは、試験例４においては、エンジン作動中
においてフューエルカット時に加熱クリーニングを実行
しているため、そのときの排気ガス温度は４００℃程度
であり、雰囲気もほぼ大気に等しい酸素濃度雰囲気であ
るが、フューエルカットが数秒〜数十秒で終了し、再び
極低濃度酸素雰囲気に環境が変化するためと考えられ
る。

【００５０】試験例５においては、排気ガス温度が高
く、環境雰囲気もリッチ〜ストイキ環境の極低酸素雰囲
気中で加熱クリーニングが実行されたため、感ガス素子
材料自体の経時変化が激しく、試験前の感ガス特性から
大きくシフトする結果となったと考えられる。

【００５１】次に感ガス素子を変更して製作した、実施
例２（ＣＯセンサ）、実施例３（ＮＯｘセンサ）につい
ても同様の試験を実施しており、その結果を図３、及び
図４に記す。表２は、実施例２に係る測定例の測定結果
を示す表である。表３は、実施例３に係る測定例の測定
結果を示す表である。

【００５２】

【表２】

【００５３】

【表３】

【００５４】実施例２、実施例３においても、実施例１
の結果と同様に、試験例１〜４では試験前の特性とほぼ
同じ特性が得られたのに対し、試験例５を実施した場合
にのみ大きく特性変化する結果となった。この結果にお
いても、実施例１で述べた事が直接的原因である事が考
えられる。

【００５５】以上の結果より、車両等の排気管に装着さ
れた排気浄化用付帯装置、特に、触媒の劣化を検知する
ためのガスセンサの加熱クリーニングを的確に実施する
ためには、エンジン停止後何らかの手法により一定時間
遅延させた後に加熱クリーニングを施す方法が最も有効
であることが分かる。また、エンジン作動中であって
も、フューエルカットが実施されるタイミングやエンジ
ン停止直後に加熱クリーニングを実行しても実用上問題
ない程度の特性変化で済むことも確認される。

【００５６】［測定例２：実車試験（ＬＡ−４）］次
に、前記測定例１において感ガス特性に関する特性劣化
の無かった試験例１に係る抵抗変化式ガスセンサを、実
車の排気管に装着して、モード走行を行い、センサ特性
に対する分析計出力を調べた。

【００５７】・試料：前記試験例１で用いたガスセン
サ；・試験方法：ＬＡ−４モード（コールドスタート５０
５ｓｅｃ）；・装着位置：３元触媒下流にセンサ及び分析計サンプリ
ング導入口を設置；・試験車両：２Ｌ直４ガソリンエンジン車。

【００５８】図５は、実車にてＬＡ−４モード走行を行
った際の、分析計のＴＨＣ濃度と、ガスセンサの出力を
比較した結果である。この結果より、試験例１の加熱ク
リーニングを実施したガスセンサは、分析計の出力と同
様の結果を示す事が得られた。また、この計測を繰り返
し実施しても同様の結果が得られる事も確認された。ま
た、本ガスセンサは、エンジン始動直後から分析計と同
様な立ち上がり特性を示している事から、従来技術で
は、不可能とされていた、エンジン始動直後の特定ガス
成分の検出も十分可能である事がわかる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、抵抗変化式ガスセ
ンサが測定環境や温度変化が非常に激しく、極低酸素濃
度状態で、且つ還元性ガスが多量に含まれるような環境
に曝された場合においても、本発明に従い、適切な環
境、条件下で抵抗変化式ガスセンサ（感ガス素子）の加
熱クリーニングを実施することにより、経時安定性に優
れ、高精度の計測が可能となる。この結果、他の形式の
ガスセンサに比べてエンジン始動直後から計測可能とい
う利点を有する抵抗式ガスセンサを、車両等の排気浄化
用付帯装置の劣化検知用として用いることが可能とな
る。特に、本発明によれば、抵抗変化式ガスセンサを用
い的確な条件、状態の時に加熱クリーニング制御を施す
ことにより、車両等の排気管内という極めて過酷な状態
にさらされても安定し、且つ精度の高い特定ガス成分検
出等が可能なシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例に係る
抵抗変化式ガスセンサのクリーニング方法の対象である
抵抗変化式ガスセンサの構造を説明するための図であ
り、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【図２】本発明の実施例１（ＨＣセンサ）の測定例の結
果を説明するためのグラフである。

【図３】本発明の実施例２（ＣＯセンサ）の測定例の結
果を説明するためのグラフである。

【図４】本発明の実施例３（ＮＯｘセンサ）の測定例の
結果を説明するためのグラフである。

【図５】本発明の実施例１（ＨＣセンサ）の実車におけ
る出力特性を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１ガスセンサ１１基板１２下部電極１３感ガス層（感ガス素子部）１４上部電極１４ａ上部電極の一部１４ｂ上部電極の他部１１１ヒータ１１２測温抵抗体１２１、１４１出力取出用リード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 27/12 Ｇ０１Ｎ 27/12 Ａ (72)発明者井上隆治名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者石田昇名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 2G046 AA09 AA11 AA12 AA13 AA14 AA22 AA23 BA01 BB02 BD01 BD05 BE03 DB02 DB03 DB04 DB05 FB02 FE03 FE15 FE29 FE39 2G060 AA03 AB02 AB08 AB09 AB10 AB11 AB16 AB19 AE19 AE26 AF07 BB09 BB13 BB15 HB02 HB03 HB05 HB06 3G004 AA01 BA00 BA06 BA07 DA12 DA21 DA25 3G084 BA24 CA00 DA00 DA22 DA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低酸素濃度及び／又は還元性ガスが含まれ
る雰囲気ないし内燃機関の排気ガス雰囲気で使用される
抵抗変化式ガスセンサの制御方法において、前記抵抗変化式ガスセンサが酸化物半導体材料から主と
して形成された感ガス素子部を有し、前記感ガス素子部
の加熱クリーニングを該感ガス素子部がリーン雰囲気或
いは大気雰囲気に晒される際に行うことを特徴とする抵
抗変化式ガスセンサのクリーニング方法。
【請求項２】前記加熱クリーニングを、前記内燃機関の
停止後、所定時間経過後に行うことを特徴とする請求項
１に記載の抵抗変化式ガスセンサのクリーニング方法。
【請求項３】前記加熱クリーニングを、前記内燃機関の
停止後、少なくとも該内燃機関を冷却するための冷却水
の温度が所定温度以下になった後に行うことを特徴とす
る請求項１に記載の抵抗変化式ガスセンサのクリーニン
グ方法。
【請求項４】前記加熱クリーニングを、前記内燃機関に
供給される燃料が減少ないしカットされるフューエルカ
ット時に行うことを特徴とする請求項１に記載の抵抗変
化式ガスセンサのクリーニング方法。
【請求項５】前記加熱クリーニングを、前記感ガス素子
部の温度が一定に維持されるよう実行することを特徴と
する請求項１〜４のいずれか一に記載の抵抗変化式ガス
センサのクリーニング方法。
【請求項６】前記加熱クリーニングを、前記感ガス素子
部の温度が６００℃以上となるよう実行することを特徴
とする請求項１〜５のいずれか一に記載の抵抗変化式ガ
スセンサのクリーニング方法。
【請求項７】前記抵抗変化式ガスセンサは、内燃機関の
排気ガス雰囲気内で触媒等の排気浄化用付帯装置の劣化
を検知するために用いられることを特徴とする請求項１
〜６のいずれか一に記載の抵抗変化式ガスセンサのクリ
ーニング方法。
【請求項８】内燃機関の排気ガス雰囲気内で用いられる
排気浄化用付帯装置の劣化検知システムであって、前記排気浄化用付帯装置の劣化を、ＨＣを検出する感ガ
ス素子部を備えた抵抗変化式ガスセンサを用いて検知す
ると共に、該感ガス素子部を前記内燃機関の状態に応じ
た所定のタイミングで加熱クリーニングすることを特徴
とする排気浄化用付帯装置の劣化検知システム。
【請求項９】内燃機関の排気ガス雰囲気内で用いられる
排気浄化用付帯装置の劣化検知システムであって、前記排気浄化用付帯装置の劣化を、ＣＯを検出する感ガ
ス素子部を備えた抵抗変化式ガスセンサを用いて検知す
ると共に、該感ガス素子部を前記内燃機関の状態に応じ
た所定のタイミングで加熱クリーニングすることを特徴
とする排気浄化用付帯装置の劣化検知システム。
【請求項１０】内燃機関の排気ガス雰囲気内で用いられ
る排気浄化用付帯装置の劣化検知システムであって、前記排気浄化用付帯装置の劣化を、ＮＯｘを検出する感
ガス素子部を備えた抵抗変化式ガスセンサを用いて検知
すると共に、該感ガス素子部を前記内燃機関の状態に応
じた所定のタイミングで加熱クリーニングすることを特
徴とする排気浄化用付帯装置の劣化検知システム。
【請求項１１】低酸素濃度及び／又は還元性ガスが含ま
れる雰囲気ないし内燃機関の排気ガス雰囲気で使用され
る抵抗変化式ガスセンサの制御装置であって、前記抵抗変化式ガスセンサが酸化物セラミックス系材料
から主として形成された感ガス素子部を有し、前記感ガ
ス素子部の加熱クリーニングを該感ガス素子部がリーン
雰囲気或いは大気雰囲気に晒される際に行うことを特徴
とする抵抗変化式ガスセンサの制御装置。
【請求項１２】低酸素濃度及び／又は還元性ガスが含ま
れる雰囲気ないし内燃機関の排気ガス雰囲気で使用され
る抵抗変化式ガスセンサのクリーニング装置であって、前記抵抗変化式ガスセンサが酸化物半導体材料から主と
して形成された感ガス素子部を有し、前記感ガス素子部
の加熱クリーニングを該感ガス素子部がリーン雰囲気或
いは大気雰囲気に晒される際に行うことを特徴とする抵
抗変化式ガスセンサのクリーニング装置。