JP2004177283A

JP2004177283A - 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

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Publication number: JP2004177283A
Application number: JP2002344297A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Nishijima; 大貴西嶋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP4042545B2

Abstract

【課題】排気ガスセンサにおけるＮＯ_Ｘ検知電極の劣化を回復し、ＮＯ_Ｘ検知能を良好に維持することのでき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を提供する。
【解決手段】内燃機関への燃料の供給がない状態で、ＮＯ_Ｘ検知電極に測定電圧を超える電圧を印加することで、ＮＯ_Ｘ検知電極に吸着されている酸素イオンを強制排出する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関より排出される排気ガスの流路内に配置されＮＯ_Ｘ等の濃度を測定する排気ガスセンサに関し、詳しくは排気ガスに暴露されることにより生じる劣化を回復しセンサ能の低下を抑制するための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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関より排出される排気ガスには種々のガス成分が含まれ、近年、環境保全の観点からこれら種々のガス成分のうちＮＯ_Ｘガスの濃度低減への要求が高まっている。ＮＯ_Ｘガスを浄化しＮＯ_Ｘガスの濃度を低減するためには、排気ガス中のＮＯ_Ｘガスの濃度を検知する必要があり、従来より種々の排気ガスセンサが開発されてきた（例えば、特許文献１〜２）。
【０００３】
特許文献１に示される排気ガスセンサは、排気ガスチャンバ内の酸素を酸素ポンプ電極で排出するとともに、ＮＯ_Ｘ検知電極によってＮＯ_Ｘを還元分解し生成した酸素イオンを測定することでＮＯ_Ｘ濃度を測定するものである。
【０００４】
ここで、これらの排気ガスセンサにでは、長期間の高温，多種ガス存在環境下で電極の出力特性が低下して排気ガス検知能が劣化することが知られている。この劣化は、ＮＯ_Ｘ検知電極が酸素被毒することによって生じるものと考えられている。
【０００５】
例えば、Ｐｔ／Ｒｈ電極は、ＲｈのＮＯ還元性によりＮＯ_Ｘ検知電極として好適に用いられるが、このＮＯ_Ｘ検知電極を構成するＲｈは酸素親和性が高いことから、ＮＯの分解によって生じる酸素を強く吸着して酸素被毒を生じる。酸素被毒が生じたＲｈは、ＮＯ分解能が低下しＮＯ_Ｘ検知特性が劣化する。そして、この酸素被毒が進行するとＲｈが酸化膨張する場合があり、この場合、電極の剥離やクラック等が生じることも考えられ、ＮＯ_Ｘセンサの検知耐久性のみならずＮＯ_Ｘセンサの機械的耐久性が低下する可能性がある。
【０００６】
この構成の排気ガスセンサにおいて、排気ガス検知能の劣化を低減するためには、ＮＯ_Ｘ検知極のＲｈ含有量を低減させ、酸素被毒Ｒｈ部を低減させることが有効である。しかしこの場合、Ｒｈ含有量を低減させることによりＮＯの分解性が低下するため、ＮＯ_Ｘ検知精度もまた低減し、良好なＮＯ_Ｘ検知能が得られない問題があった。
【０００７】
特許文献２には、酸素センサの酸素被毒による劣化を回復するために、酸素センサ素子部の基準電極と測定電極間を短絡して電荷を放出させる方法が記載されているが、この方法によると、酸素親和性の高い電極材に強く吸着した酸素を排出することができず、センサの耐久特性に影響を及ぼすため、劣化をより良好に回復できる方法の開発が要求されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３１０９８７号公報
【特許文献２】
実開平１−９９０５９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、排気ガスセンサにおけるＮＯ_Ｘ検知電極の劣化を回復し、ＮＯ_Ｘ検知能を良好に維持することのでき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を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法は、離間して配置されている固体電解質を含む２つの隔壁によって排気ガスが導入される排気ガスチャンバと、該隔壁を挟んで配置され所定の放出電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出する酸素ポンプ電極と、該隔壁を挟んで配置され所定の測定電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部のＮＯ_Ｘを分解し生成した酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からＮＯ_Ｘ濃度が測定されるＮＯ_Ｘ検知電極と、を有する内燃機関に搭載される排気ガスセンサの劣化を回復する方法であって、上記内燃機関への燃料の供給がない状態で上記ＮＯ_Ｘ検知電極に上記測定電圧を超える電圧を印加することを特徴とする。
【００１１】
ＮＯ_Ｘ検知電極に測定電圧を超える電圧を印加することで、ＮＯ_Ｘ検知電極に吸着された酸素を強制的に排出することが可能となり、ＮＯ_Ｘ検知電極の酸素被毒を回復させることができ、排気ガスセンサの劣化を回復させることができる。また測定電圧を超える電圧の印加は、内燃機関への燃料の供給がない状態、すなわち、ＮＯ_Ｘ検知電極へのＮＯ_Ｘの供給がない状態でおこなわれるため、強制排出を酸素被毒が生じない条件下でおこなうことができ、より良好な劣化回復がなされることとなる。
【００１２】
また本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法は、さらに、上記内燃機関への燃料の供給がない状態で上記酸素ポンプ電極に上記放出電圧を超える電圧を印加する構成とすることもできる。
【００１３】
そして、上記測定電圧を超える電圧は上記測定電圧の１．５〜２．０倍であることが好ましく、上記放出電圧を超える電圧は上記放出電圧の１．５〜２．０倍であることが好ましい。
【００１４】
本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法において、上記酸素イオンを強制排出した後に上記ＮＯ_Ｘ検知電極の測定電圧の０点補正を行うこともできる。
【００１５】
また、上記課題を解決する本発明の劣化回復機能を有する排気ガスセンサは、離間して配置されている固体電解質層を含む２つの隔壁によって区画され排気ガスが導入される排気ガスチャンバと、該隔壁を挟んで配置され所定の放出電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出する少なくとも一対の酸素ポンプ電極と、該隔壁を挟んで配置され所定の測定電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部のＮＯ_Ｘを分解し生成した酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からＮＯ_Ｘ濃度が測定されるＮＯ_Ｘ検知電極と、を有する内燃機関に搭載される排気ガスセンサであって、上記内燃機関への燃料の供給がない状態で上記ＮＯ_Ｘ検知電極に上記測定電圧を超える電圧を印加する制御手段を有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる排気ガスセンサの劣化回復方法は、内燃機関に搭載される通常の排気ガスセンサの劣化を回復するための方法である。すなわち、本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法は、酸素ポンプ電極によって排気ガスチャンバ内の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに排気ガスチャンバ内部のＮＯ_Ｘ濃度をＮＯ_Ｘ検知電極で検知する構成の通常の排気ガスセンサに適用することができる。通常の排気ガスセンサの構成を以下に説明する。
【００１７】
本発明において、排気ガスセンサは内燃機関の排気ガス流れの下流側に搭載されるものであり、内燃機関より流出する排気ガス中のＮＯ_Ｘ空燃比を検知するものである。この排気ガスセンサには排気ガスが導入される排気ガスチャンバが形成されている。排気ガスチャンバは、離間して配置されている固体電解質を含む２つの隔壁によって区画される。
【００１８】
固体電解質としては、酸素イオン導電性を持つものを使用することができ、例えばジルコニア，酸化ビスマス，酸化セリウム、あるいはこれらの材料にイットリア，カルシア，セリア，マグネシア等を添加したものなどの通常の固体電解質を用いることができる。
【００１９】
排気ガスチャンバには、この隔壁の離間を確保するとともに排気ガスチャンバ内部を大気より区画するためのスペーサと、排気ガスを所定の拡散律速抵抗をもって排気ガスチャンバ内部に導入するための拡散律速壁とで区画されることが望ましい。
【００２０】
拡散律速層としては、アルミナ等の多孔体や、多孔体あるいは非多孔体に細孔が形成されたもので、排気ガスチャンバ内に所定の拡散律速抵抗をもって排気ガスを導入することのできる通常のものを使用することができる。
【００２１】
隔壁には、酸素ポンプ電極およびＮＯ_Ｘ検知電極が配置される。酸素ポンプ電極のうち、一方の電極は隔壁の排気ガスチャンバ側表面に配置され、他方は排気ガスチャンバの外部に向かう表面に配置されて一対の酸素ポンプ電極を構成している。したがって、この酸素ポンプ電極に放出電圧を印加することにより、排気ガスチャンバ内部の酸素は排気ガスチャンバ外部に排出されて、排気ガスチャンバ内部の酸素分圧は低下する。この酸素ポンプ電極により排気ガスチャンバ内部の酸素分圧を低下させることで、排気ガスチャンバ内部のＮＯ_Ｘ←→ＮＯの平衡がＮＯ側にスライドしてＮＯが生成し、後述するＮＯ_Ｘ検知電極によるＮＯ_Ｘ検知をおこなうとともに、排気ガスに含まれる酸素がＮＯ_Ｘ検知電極に接触することが低減され、酸素の干渉により生じるＮＯ_Ｘ検知電極の測定誤差が低減される。
【００２２】
酸素ポンプ電極は、Ｐｔあるいは酸素感受性を有する既知の合金等の通常のものを用いることができ、少なくとも排気ガスチャンバ側表面に配置される電極はＰｔ／Ａｕ，Ｐｄ等のＮＯに対する感受性が低いものを用いることが好ましい。
【００２３】
この酸素ポンプ電極は一対のみを配置することもできるし、あるいは排気ガスチャンバ内を所望の酸素分圧に設定する目的で複数対を配置することもできる。複数対を配置する場合、並列して同一の排気ガスチャンバ内に配置することもできるし、拡散律速層を複数用いて排気ガスチャンバを排気ガス流れ方向に複数に区画し、各々の酸素ポンプ電極を各々の排気ガスチャンバ内に分散させて配置することもできる。この場合、各々の酸素ポンプ電極の作用によって、排気ガス流れの下流側に位置する排気ガスチャンバの分圧をより低下させることができ、ＮＯの生成をより確実におこなうとともに、酸素によるＮＯ_Ｘ濃度検知に対する干渉をより確実に回避することができる。
【００２４】
また、隔壁を挟んで排気ガスチャンバと隣接する位置に大気が導入される大気チャンバを設けて、酸素ポンプ電極の一対の電極のうち排気ガスチャンバ外部に配置される電極をこの大気チャンバ内部に配置し、大気チャンバ内部側の電極と排気ガスチャンバ内部側の電極との電位差を測定する構成とすることもできる。この場合、大気チャンバ内の酸素濃度を基準として排気ガスチャンバ内の酸素濃度を算出することが可能となり、ＮＯ_Ｘ検知電極によるＮＯ_Ｘ濃度の検知値を排気ガスチャンバ内に残存する酸素濃度に基づいて補正することができる。
【００２５】
ＮＯ_Ｘ検知電極は、酸素ポンプ電極と同様に一対の電極からなり、一方の電極が隔壁の排気ガスチャンバ側表面に配置され、他方は排気ガスチャンバの外部側表面に配置されてＮＯ_Ｘ検知電極を構成している。一対の電極に測定電圧が印加されると、上述した酸素ポンプの作用により生成した排気ガスチャンバ内部のＮＯが一方の電極によって分解され、酸素イオンが生じる。この酸素イオンは隔壁を経て排気ガスチャンバ外部に配置されている他方の電極に移動して排気ガスチャンバ外部に放出される。
【００２６】
このＮＯ_Ｘ検知電極としては通常用いられるものを使用することができるが、少なくとも隔壁の排気ガスチャンバ側表面に配置される電極は、Ｐｔ／Ｒｈ，Ｉｒ電極等のＮＯ_Ｘの選択還元性のある電極を用いることが好ましい。
【００２７】
また、このＮＯ_Ｘ検知電極は、酸素ポンプ電極を複数対配置する場合には排気ガス流れの最下流側に配置された酸素ポンプ電極と同程度の位置かさらに下流側に配置される。また、排気ガスチャンバを排気ガス流れ方向に複数に区画する場合には排気ガス流れの最下流に位置する排気ガスチャンバ内に配置される。
【００２８】
また、これに限らず他の排気ガス成分を検知するための各種電極を排気ガスチャンバ内に同時に配置することもできる。
【００２９】
本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法は、上述した通常の構成の排気ガスセンサに、内燃機関への燃料の供給がない状態でＮＯ_Ｘ検知電極に測定電圧を超える電圧を印加するものである。
【００３０】
上述したように、ＮＯ_Ｘ検知電極の劣化は電極の酸素被毒にその一因があると考えられている。本発明の構成によれば、ＮＯ_Ｘ検知電極に測定電圧を超える電圧を印加することで、一対のＮＯ_Ｘ検知電極間で輸送される酸素量をＮＯ_Ｘ測定時よりさらに大きいものとすることができ、ＮＯ_Ｘ検知電極に吸着された酸素を強制的に排出することが可能となる。したがって、ＮＯ_Ｘ検知電極の酸素被毒を回復させることができ、排気ガスセンサの劣化を回復させることができる。また測定電圧を超える電圧の印加は、内燃機関への燃料の供給がない状態、すなわち、ＮＯ_Ｘ検知電極へのＮＯ_Ｘの供給がない状態でおこなわれる。このため、強制排出に並行してＮＯ_Ｘ検知電極にＮＯ_Ｘが接触することが低減され、このＮＯ_Ｘの分解によってＮＯ_Ｘ検知電極に新たな酸素被毒が生じることが回避される。したがって、ＮＯ_Ｘ検知電極は強制排出によってより確実に回復されることとなる。
【００３１】
なお、内燃機関への燃料の供給がない状態とは、例えばフューエルカット時やエンジン停止時でよく、強制排出はこれら内燃期間への燃料の供給がない状態で毎回おこなうこともできるし、車両の走行距離や走行時間等による一定のサイクルでおこなうこともできる。あるいは、ＮＯ_Ｘ検知電極による測定値をフィードバックしてＮＯ_Ｘ検知電極の測定値の減少がある一定値を下回った時点でおこなうこともでき、内燃機関や車両の構成によって適宜設定することができる。また、ＮＯ_Ｘ検知電極に測定電圧を超える電圧を印加する時間も同様に、内燃機関や車両の構成によって適宜設定することができる。
【００３２】
ここで、強制排出時にＮＯ_Ｘ検知電極に印加する電圧は、測定電圧を超える電圧であれば酸素の強制排出効果があるが、測定電圧の１．５〜２．０倍の範囲であることが好ましい。この範囲の電圧を印加することで、上述した酸素の強制排出をより好適に行うことができるとともに、固体電解質中に含まれる酸素が固体電解質外部に強制排出されることが回避される。
【００３３】
本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法においては、さらに、内燃機関への燃料の供給がない状態で酸素ポンプ電極に放出電圧を超える電圧を印加する構成とすることができる。
【００３４】
上述したように、酸素ポンプ電極は排気ガスチャンバ内部の酸素を排気ガスチャンバ外部に放出し排気ガスチャンバ内部の酸素分圧を低下させるものである。内燃機関への燃料の供給がない状態で、上述したＮＯ_Ｘ検知電極に測定電圧を超える電圧を印加するとともに、この酸素ポンプ電極に放出電圧を超える電圧を印加することで、ＮＯ_Ｘ検知電極より酸素を強制排出する時に同時に排気ガスチャンバ内の酸素分圧をより低くすることができ、酸素によるＮＯ_Ｘ検知電極への干渉をより低減することができ、ＮＯ_Ｘ検知電極に酸素が接触して酸素被毒が生じることが回避される。なお、強制排出時に酸素ポンプ電極に放出電圧を超える電圧を印加しない場合には、酸素ポンプを複数対配置して排気ガスチャンバ内部の酸素分圧を充分に低下させることで、より良好にＮＯ_Ｘ検知電極の劣化回復をおこなうことができる。
【００３５】
さらに、酸素ポンプ電極に放出電圧を超える電圧を印加することによって、排気ガスチャンバ内に残存するＮＯをこの酸素ポンプ電極によって分解し生成した酸素を排気ガスチャンバ外部に排出することができ、ＮＯ_Ｘ検知電極にＮＯが接触することはより確実に回避される。なお、酸素ポンプ電極は放出電圧を印加した状態においては、ＮＯを分解しないものであるが、放出電圧を超える電圧を印加することで、通常分解をおこなわないＮＯを分解することが可能となる。
【００３６】
ここで、強制排出時に酸素ポンプ電極に印加する電圧は、放出電圧を超える電圧であれば上記の効果が得られるが、測定電圧の１．５〜２．０倍の範囲であることが好ましい。この範囲の電圧を印加することで、上述した酸素の強制排出等をより好適に行うことができるとともに、固体電解質中に含まれる酸素が固体電解質外部に強制排出されることが回避される。
【００３７】
本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法において、酸素イオンを強制排出した後にＮＯ_Ｘ検知電極の測定電圧の０点補正を行う構成とすることもできる。この構成によって、例えば、強制排出後にもＮＯ_Ｘ検知電極に吸着された酸素が残存している場合にも、この酸素によってＮＯ_Ｘ検出測定値に誤差が生じることが防止される。
【００３８】
本発明の劣化回復機能を有する排気ガスセンサは、上述したような、酸素ポンプ電極によって排気ガスチャンバ内の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに排気ガスチャンバ内部のＮＯ_Ｘ濃度をＮＯ_Ｘ検知電極で検知する構成の通常の排気ガスセンサに加えて、内燃機関への燃料の供給がない状態でＮＯ_Ｘ検知電極に測定電圧を超える電圧を印加する制御手段を有する。
【００３９】
制御手段は、内燃機関への燃料の供給がない状態を感知しＮＯ_Ｘ検知電極や酸素ポンプ電極に印加する電圧を制御することのできるものであればよく、例えば、エンジン制御用のコンピュータの出力によりフューエルカット時か否かの判断をおこなってＮＯ_Ｘ検知電極や酸素ポンプ電極に印加する電圧を制御する構成とすることもでき、既知の構成のものを適宜組み合わせて使用することができる。また、この制御手段は、例えば通常の空燃比制御手段などと一体化し連動して作動するものとすることもできる。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。
【００４１】
（実施例１）
本発明の実施例１の排気ガスセンサを表す模式断面図を図１に示す。また、本発明の実施例１の排気ガスセンサの劣化していない状態における要部拡大模式図を図２に示し、劣化した状態における要部拡大模式図を図３に示す。
【００４２】
本発明の実施例１の排気ガスセンサ１は、離間して配置されている第１の隔壁２および第２の隔壁３と第１の拡散律速壁４と第１のスペーサ５とで区画された排気ガスチャンバ７を有する。この排気ガスチャンバ７は第２の拡散律速壁６によって排気ガス流れ方向にさらに２つに区画され、排気ガス流れ方向の上流側に位置する第１の排気ガスチャンバ１４と、排気ガス流れ方向の下流側に位置する第２の排気ガスチャンバ１６とが形成されている。
【００４３】
第１の隔壁２および第２の隔壁３はジルコニアを材料として平板状に形成されている。第１の隔壁２の第１の排気ガスチャンバ１４内部に位置する面には内部側電極８が配置され、第１の隔壁２の第１の排気ガスチャンバ１４外部に位置する面には外部側電極９が配置されて酸素ポンプ電極１０を構成している。内部側電極８はＰｔ，Ｐｄ，Ａｕ等貴金属を材料として形成され、外部側電極９はＰｔを材料として形成されている。
【００４４】
また、第２の隔壁３の第２の排気ガスチャンバ１６内部に位置する面には内部側検知電極１１が配置され、第２の隔壁３の第２の排気ガスチャンバ１６外部に位置する面には外部側検知電極１２が配置されてＮＯ_Ｘ検知電極１３を構成している。内部側検知電極１１はＰｔ，Ｒｈ，Ｉｒ等を材料として形成され、外部側検知電極１２はＰｔを材料として形成されている。また、ＮＯ_Ｘ検知電極１３には図示しない検知手段が接続され、この検知手段により酸素イオンを放出する際に生じる電流値が検知されてＮＯ_Ｘ濃度が測定される。
【００４５】
第２の隔壁３の外側には、第１の拡散律速壁４とほぼ対向する位置に略平板状の第２のスペーサ１５が配置されており、この第２のスペーサ１５を挟んで第２の隔壁３と対向するようにヒータ壁１７が配置されている。ヒータ壁１７の内部には加熱用のヒータ１８が配置され、ヒータ１８は図示しない外部電源に接続されている。このヒータ１８によって排気ガスセンサ１内が所定の温度に加熱されている。
【００４６】
第１のスペーサ５，第２のスペーサ１５およびヒータ壁１７はアルミナを材料として形成されている。また、第２の隔壁３，第２のスペーサ１５およびヒータ壁１７により大気チャンバ２０が区画され、この大気チャンバ２０は第２のスペーサ１５が配置されていない側の端側が排気ガス流路外部に開口して大気と連通している。第１の拡散律速壁４はアルミナ多孔体を材料として形成され、このアルミナ多孔体の細孔が排気ガスチャンバ７内に排気ガスを導入する排気ガス導入孔２１となる。
【００４７】
酸素ポンプ電極１０およびＮＯ_Ｘ検知電極１３は、それぞれ外部電源２２に接続されている。また、外部電源２２には制御手段２３が接続され、この制御手段２３によって内燃機関への燃料の供給がない状態でＮＯ_Ｘ検知電極１３および酸素ポンプ電極１０に測定電圧を超える電圧が印加される。
【００４８】
本実施例１の排気ガスセンサ１においては、測定時には酸素ポンプ電極１０には放出電圧が印加され、ＮＯ_Ｘ検知電極１３には測定電圧が印加される。内部側電極８は、放出電圧の印加により第１の排気ガスチャンバ１４内部の酸素を第１の隔壁２を通して外部側電極９に輸送して第１の排気ガスチャンバ１４外部に排出することで第１の排気ガスチャンバ１４内部の酸素分圧を低下させる。そして、第１の排気ガスチャンバ１４内部の酸素分圧の低下により生成したＮＯは第２の拡散律速壁６を経て第２の排気ガスチャンバ１６内部に導入され、この第２の排気ガスチャンバ１６内部に配置されているＮＯ_Ｘ検知電極１３に接触する。内部側検知電極１１は測定電圧の印加により、図２に示すように、ＮＯを分解し発生した酸素イオンを第２の隔壁３を通して外部側検知電極１２に輸送し第２の排気ガスチャンバ１６外部の大気チャンバ２０に排出する。このとき、図３に示すように、酸素イオンの一部は排出されずＮＯ_Ｘ検知電極１３に吸着されたままの吸着酸素イオンとなる。吸着酸素イオンがある状態では、得られる出力値は実際のＮＯ濃度に対応する出力値よりも低い値となり、ＮＯ_Ｘ検知電極１３の測定精度は低下する。
【００４９】
内燃機関への燃料の供給がない状態においては、ＮＯ_Ｘ検知電極１３の劣化回復がおこなわれる。このとき、制御手段２３より外部電源２２に信号が送られて酸素ポンプ電極１０には放出電圧の１．５倍の電圧が印加され、ＮＯ_Ｘ検知電極１３には測定電圧の１．５倍の電圧が印加される。したがって、第１の排気ガスチャンバ１４内の酸素分子およびＮＯの酸素イオンが酸素ポンプ電極１０によって第１の排気ガスチャンバ１４外部に排出されるとともに、吸着酸素イオンはＮＯ_Ｘ検知電極１３より第２の排気ガスチャンバ１６外部に強制排出されてＮＯ_Ｘ検知電極１３の劣化回復がおこなわれる。またこのＮＯ_Ｘ検知電極１３の劣化回復と同時に、ＮＯ_Ｘ検知電極１３の出力値が検出手段に送られて、検知手段の０点補正がおこなわれ、ＮＯ_Ｘ検知電極１３の測定電流値の０点が補正される。
【００５０】
（比較例１）
本比較例１の排気ガスセンサは、制御手段が設けられていないこと以外は実施例１の排気ガスセンサと同様に形成されたものである。すなわち、本比較例１の排気ガスセンサは、劣化回復を有さないものである。
【００５１】
（耐久試験）
本発明の実施例１の排気ガスセンサおよび比較例１の排気ガスセンサを内燃機関の排気ガス流路に搭載し、内燃機関より流出する排気ガスを各排気ガスセンサに導入した。流出する排気ガスは、ＮＯ濃度が３００ｐｐｍとなるように調整した。内燃機関の回転数より算出した想定走行距離が２０，０００Ｋｍを経過する毎に、実施例１の排気ガスセンサおよび比較例１の排気ガスセンサへ排気ガスの代わりに空気を導入した。このとき、実施例１の排気ガスセンサにのみ酸素ポンプ電極に放出電圧の１．５倍の電圧を印加するとともに実施例１の排気ガスセンサのＮＯ_Ｘ検知電極に測定電圧の１．５倍の電圧を印加して劣化回復処理をおこなった。また、このとき各排気ガスセンサについて０点補正をおこない、同時に各排気ガスセンサにおけるＮＯ_Ｘ検知電極の出力値の変化を測定するとともに、ゼロ点における出力値を測定した。本耐久試験の結果を図４および図５に示す。
【００５２】
図４に示すグラフは、耐久距離に伴う出力値の変化を表すものである。図４の出力値は得られた出力電流値を電圧値に変換したものである。図４に示すように、比較例１の排気ガスセンサ、すなわち従来の排気ガスセンサにおいては走行距離の増加に伴ってＮＯ_Ｘ検知電極の出力値が大きく低下し、ＮＯ_Ｘ検知電極の感度が低下した。これに対して、実施例１の排気ガスセンサ、すなわち本発明の排気ガスセンサにおいてはＮＯ_Ｘ検知電極の出力値の低下はほとんどなく、感度の低下はみられなかった。
【００５３】
また、図５に示すグラフは、耐久距離に伴う０点出力値の変化を表すものである。また、図５の出力値は図４と同様に得られた出力電流値を電圧値に変換したものである。図５に示すように、比較例１の排気ガスセンサ、すなわち従来の排気ガスセンサにおいては０点が上昇しているのに対して、実施例１の排気ガスセンサ、すなわち本発明の排気ガスセンサにおいては０点は初期値と近似の値であった。比較例１の排気ガスセンサにおいては、空気が導入された雰囲気下、すなわちＮＯがない雰囲気下ではＮＯ_Ｘ検知電極に吸着されている酸素イオンが徐々に放出され、このとき生じる電流値によって０点の電流値が上昇するものと考えられる。これに対して、実施例１の排気ガスセンサでは劣化回復処理によりＮＯ_Ｘ検知電極に吸着されている酸素イオンは非常に少ない状態となっているため、０点の変動はないものと考えられる。
【００５４】
これらの結果から、本実施例１の排気ガスセンサによるとＮＯ_Ｘ検知電極の劣化回復が良好になされることがわかる。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の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によると、ＮＯ_Ｘ検知電極の劣化回復を良好におこなうことができ、ＮＯ_Ｘ検知能を良好に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の排気ガスセンサを表す模式断面図である。
【図２】本発明の実施例１の排気ガスセンサの劣化していない状態における要部拡大模式図である。
【図３】本発明の実施例１の排気ガスセンサの劣化した状態における要部拡大模式図である。
【図４】本発明の劣化回復機能を有する排気ガスセンサの耐久試験の結果を示すグラフである。
【図５】本発明の劣化回復機能を有する排気ガスセンサの耐久試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：排気ガスセンサ２：第１の隔壁３：第２の隔壁４：第１の拡散律速壁
５：スペーサ６：第２の拡散律速壁７：排気ガスチャンバ８：内部側電極９：外部側電極１０：酸素ポンプ電極１１：内部側検知電極１２：外部側検知電極１３：ＮＯ_Ｘ検知電極１４：第１の排気ガスチャンバ１５：第２のスペーサ１６：第２の排気ガスチャンバ１７：ヒータ壁１８：ヒータ２０：大気チャンバ２１：排気ガス導入孔２２：外部電源２３：制御手段

Claims

離間して配置されている固体電解質を含む２つの隔壁によって区画され排気ガスが導入される排気ガスチャンバと、該隔壁を挟んで配置され所定の放出電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出する酸素ポンプ電極と、該隔壁を挟んで配置され所定の測定電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部のＮＯ_Ｘを分解し生成した酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からＮＯ_Ｘ濃度が測定されるＮＯ_Ｘ検知電極と、を有する内燃機関に搭載される排気ガスセンサの劣化を回復する方法であって、
前記内燃機関への燃料の供給がない状態で前記ＮＯ_Ｘ検知電極に前記測定電圧を超える電圧を印加することを特徴とする排気ガスセンサの劣化回復方法。
さらに、前記内燃機関への燃料の供給がない状態で前記酸素ポンプ電極に前記放出電圧を超える電圧を印加する請求項１に記載の排気ガスセンサの劣化回復方法。
前記測定電圧を超える電圧は前記測定電圧の１．５〜２．０倍である請求項１に記載の排気ガスセンサの劣化回復方法。
前記放出電圧を超える電圧は前記放出電圧の１．５〜２．０倍である請求項２に記載の排気ガスセンサの劣化回復方法。
前記酸素イオンを強制排出した後に前記ＮＯ_Ｘ検知電極の測定電圧の０点補正を行う請求項１から請求項４の何れかに記載の排気ガスセンサの劣化回復方法。
離間して配置されている固体電解質を含む２つの隔壁によって区画され排気ガスが導入される排気ガスチャンバと、該隔壁を挟んで配置され所定の放出電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出する酸素ポンプ電極と、該隔壁を挟んで配置され所定の測定電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部のＮＯ_Ｘを分解し生成した酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からＮＯ_Ｘ濃度が測定されるＮＯ_Ｘ検知電極と、を有する内燃機関に搭載される排気ガスセンサであって、
前記内燃機関への燃料の供給がない状態で前記ＮＯ_Ｘ検知電極に前記測定電圧を超える電圧を印加する制御手段を有することを特徴とする劣化回復機能を有する排気ガスセンサ。