JP2007147384A - センサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各種セルを備えるガスセンサ素子における劣化状態を判定できるセンサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法を提供する。
【解決手段】ガスセンサ制御装置１９０は、測定対象ガスの酸素分圧（酸素濃度）が状態判定用基準値（２０％）であるときに、第１ポンプセル１１１による酸素の汲み出しおよび汲み入れ動作を停止させる。そして、ガスセンサ制御装置１９０は、センサ診断処理のＳ１８０において、第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づき第２測定室１６１の酸素分圧を算出し、第２測定室１６１の酸素分圧が劣化判定用基準値である場合には第２ポンプセル１１３が正常状態であると判定し、第２測定室１６１の酸素分圧が劣化判定用基準値と異なる場合には第２ポンプセル１１３が劣化状態であると判定する処理を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法に関する。

従来より、第１測定室、第１酸素イオンポンプセル、第２測定室、第２酸素イオンポンプセル、基準酸素室、酸素分圧検知セルを備えるガスセンサ素子が知られている。
そして、このようなガスセンサ素子の状態を判定する装置としては、ガスセンサ素子を構成する各種セルに流れる電流値や、セルから出力される電圧値、セルのインピーダンスなどを測定し、これらの測定結果が許容範囲内にあるか否かに基づいて、ガスセンサ素子の故障状態を判定するものが提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開平１１−０１４５８９号公報 国際公開第０３／０８３４６５号パンフレット

しかし、上記従来の装置においては、ガスセンサ素子の各種状態のうち、断線やショート等の致命的な故障状態を判定することはできるが、セルの感度が悪くなる等のガスセンサ素子の劣化状態までは判定できないという問題点があった。

つまり、致命的な故障状態に到ったガスセンサ素子においては、各種セルの電流値、電圧値、インピーダンス等の値が、正常状態のガスセンサ素子とは明らかに異なる範囲の数値を示す。このことから、上記従来の装置を用いることで、ガスセンサ素子の故障状態を判定することは可能である。

これに対して、劣化状態のガスセンサ素子においては、各種セルの電流値、電圧値、インピーダンス等の値が、正常状態のガスセンサ素子と略同様の範囲に含まれる数値を示すことから、上記の各値に基づいて正常状態と劣化状態とを区別することは難しく、上記従来の装置では、ガスセンサ素子の劣化状態を判定することは困難であった。

なお、劣化状態のガスセンサ素子は、正常状態のガスセンサ素子と比べてガス検知特性が変化するため、正常状態のガスセンサ素子と同様のガス検知結果を得ることができず、ガス検知精度が低下する虞がある。

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、各種セルを備えるガスセンサ素子における劣化状態を判定できるセンサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極の一方が第１測定室に配置されて、第１測定室に導入された測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極のうち一方が第２測定室に配置されて、第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極の一方が第１測定室に配置され、他方の電極が基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定装置であって、第１酸素イオンポンプセルに流れる第１ポンプ電流値を検出する第１ポンプ電流値検出手段と、第１ポンプ電流値に基づき測定対象ガスの酸素分圧を特定し、特定した測定対象ガスの酸素分圧が予め設定された状態判定用基準値であるか否かを判定する状態判定手段と、状態判定手段により測定対象ガスの酸素分圧が状態判定用基準値であると判定されると、第１酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み出しおよび汲み入れ動作を停止させるポンプ停止手段と、ポンプ停止手段による第１酸素イオンポンプセルの動作停止後に、第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流値を検出する第２ポンプ電流値検出手段と、第２ポンプ電流値に基づき算出された第２測定室の酸素分圧が、状態判定用基準値に基づき予め設定された劣化判定用基準値と異なる場合には、第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定する劣化判定手段と、を備えたことを特徴とするセンサ素子劣化判定装置である。

また、上記目的を達成するためになされた請求項３に記載の発明方法は、第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極の一方が第１測定室に配置されて、第１測定室に導入された測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極のうち一方が第２測定室に配置されて、第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極の一方が第１測定室に配置され、他方の電極が基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定方法であって、第１酸素イオンポンプセルに流れる第１ポンプ電流値を検出し、第１ポンプ電流値に基づき測定対象ガスの酸素分圧を特定し、測定対象ガスの酸素分圧が予め設定された状態判定用基準値であるか否かを判定し、測定対象ガスの酸素分圧が状態判定用基準値であると判定されると、第１酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み出しおよび汲み入れ動作を停止させ、第１酸素イオンポンプセルの動作停止後に、第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流値を検出し、第２ポンプ電流値に基づき算出された第２測定室の酸素分圧が、状態判定用基準値に基づき予め設定された劣化判定用基準値と異なる場合には、第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定すること、を特徴とするセンサ素子劣化判定方法である。

まず、測定対象ガスの酸素分圧が状態判定用基準値である場合に、第１酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み出しおよび汲み入れ動作を停止させると、第１測定室に存在するガスが第２測定室に移動し、第２測定室の酸素分圧は第１測定室と同等の酸素分圧（状態判定用基準値に基づき予め設定された劣化判定用基準値）に近づく。

そして、第２測定室の酸素分圧が劣化判定用基準値に設定されると、第２酸素イオンポンプセルが正常状態であれば、劣化判定用基準値に応じた電流が第２酸素イオンポンプセルに流れるが、劣化状態の第２酸素イオンポンプセルには劣化判定用基準値に応じた本来の電流よりも小さい電流しか流れない。

このことから、第２測定室の酸素分圧を劣化判定用基準値に設定し、そのときに検出される第２ポンプ電流に基づき算出される酸素分圧が劣化判定用基準値であるか否かを判定することで、第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であるか否かを判定できる。

そして、本発明では、第２ポンプ電流値に基づき算出された第２測定室の酸素分圧が劣化判定用基準値と異なる場合には第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定する。

よって、本発明のセンサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法によれば、第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であるか否かを判定できることから、各種セルを備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定することが出来る。

ところで、ポンプ停止手段による第１酸素イオンポンプセルの動作停止後、第２測定室の酸素分圧が安定するまでには、一定の時間を要することがある。
そこで、上記のセンサ素子劣化判定装置においては、第２ポンプ電流値検出手段が、ポンプ停止手段による第１酸素イオンポンプセルの動作停止後、第２測定室の酸素分圧が安定するまでの安定化待機時間を経過した後に第２ポンプ電流値を検出するように構成しても良い。

このように、第１酸素イオンポンプセルの動作停止後、安定化待機時間が経過した後であれば、確実に第２測定室の酸素分圧を第１測定室と同等の酸素分圧に設定することができ、劣化判定手段により第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であるか否かをより精度良く判定することができる。

よって、本発明によれば、より精度良く第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であるか否かを判定でき、ガスセンサ素子の劣化状態を判定する際の判定精度の向上を図ることが出来る。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用されたガスセンサ制御装置１９０を備えるガス検出装置１の概略構成を示す構成図である。

ガス検出装置１は、ガスセンサ制御装置１９０と、ＮＯｘガスセンサ素子１０と、を備えており、自動車の内燃機関やボイラ等の各種燃焼機器の排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、ＮＯｘ）を検出する用途などに用いられる。

ガスセンサ制御装置１９０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、信号入出力部等を備えるマイクロコンピュータを主要部として構成されている。そして、ガスセンサ制御装置１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０を駆動制御する処理やＮＯｘガスセンサ素子１０による検出信号に基づき排気ガス中の特定ガスを検出する処理や、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化状態を判定するセンサ診断処理（On Board Diagnosis処理（ＯＢＤ処理））などを実行する。

なお、図１では、ＮＯｘガスセンサ素子１０については、内部構造を示す断面図として記載している。以下の説明では、図１に示すＮＯｘガスセンサ素子１０のうち左側を先端側として、右側を後端側として説明する。また、図１では、ＮＯｘガスセンサ素子１０のうち先端側部分における内部構成を示しており、後端部分は図示を省略している。

まず、ＮＯｘガスセンサ素子１０について説明する。
ＮＯｘガスセンサ素子１０は、第１ポンプセル１１１，酸素分圧検知セル１１２，第２ポンプセル１１３を、アルミナを主体とする絶縁層１１４，１１５を介して積層した構造を有する。また、ＮＯｘガスセンサ素子１０においては、第２ポンプセル１１３側に、ヒータ部１８０が積層されている。

このうち、第１ポンプセル１１１は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第１固体電解質層１３１と、第１固体電解質層１３１を挟み込むように配置された第１ポンプ用第１電極１３５と第１ポンプ用第２電極１３７とからなる第１多孔質電極１２１とを備えて形成されている。なお、第１ポンプ用第１電極１３５および第１ポンプ用第２電極１３７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されており、それぞれの表面には、多孔質体からなる保護層１２２が形成されている。

酸素分圧検知セル１１２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる検知用固体電解質層１５１と、検知用固体電解質層１５１を挟み込むように配置された検知用電極１５５と基準用電極１５７とからなる検知用多孔質電極１２３とを備えて形成されている。なお、検知用電極１５５および基準用電極１５７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されている。

第２ポンプセル１１３は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第２固体電解質層１４１と、第２固体電解質層１４１の表面のうち絶縁層１１５に面する表面に配置された第２ポンプ用第１電極１４５および第２ポンプ用第２電極１４７からなる第２多孔質電極１２５とを備えて形成されている。

なお、第２ポンプ用第１電極１４５、第２ポンプ用第２電極１４７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されている。

そして、ＮＯｘガスセンサ素子１０の内部には、測定対象ガスが導入される第１測定室１５９が形成されている。第１測定室１５９には、第１ポンプセル１１１と酸素分圧検知セル１１２との間に配置された第１拡散抵抗体１１６を介して、外部から測定対象ガスが導入される。

第１拡散抵抗体１１６は、多孔質体で構成されており、ＮＯｘガスセンサ素子１０のうち先端側開口部から第１測定室１５９に至る測定対象ガスの導入経路１４に配置されて、第１測定室１５９への単位時間あたりの測定対象ガスの導入量（通過量）を制限している。

なお、導入経路１４は、第１ポンプセル１１１および酸素分圧検知セル１１２に包囲される空間のうち、第１測定室１５９よりも先端側（図における左側）の領域である。また、第１ポンプセル１１１の第１ポンプ用第１電極１３５（詳細には、保護層１２２で覆われた第１ポンプ用第１電極１３５）、および酸素分圧検知セル１１２の検知用電極１５５は、第１測定室１５９に面するように配置されている。

また、第１測定室１５９の後端側（図における右側）には、多孔質体からなる第２拡散抵抗体１１７が備えられており、第２ポンプ用第１電極１４５と第２拡散抵抗体１１７との間には、第２測定室１６１が形成されている。なお、第２測定室１６１は、酸素分圧検知セル１１２を積層方向に貫通する状態で形成される。

さらに、ＮＯｘガスセンサ素子１０の内部のうち、酸素分圧検知セル１１２の検知用固体電解質層１５１と第２ポンプセル１１３の第２固体電解質層１４１との間には、第２測定室１６１の他に基準酸素室１１８が形成されている。なお、第２測定室１６１、基準酸素室１１８は、この順に後端側から先端側にかけて第２ポンプセル１１３に沿って形成されている。また、基準酸素室１１８は、所定の酸素分圧雰囲気（濃度検知の基準となる酸素分圧雰囲気）に設定される。

そして、酸素分圧検知セル１１２の基準用電極１５７と、第２ポンプセル１１３の第２ポンプ用第２電極１４７とが、基準酸素室１１８に面するように配置されている。
ヒータ部１８０は、例えばアルミナ等の絶縁性セラミックスからなるシート状の絶縁層１７１，１７３を積層することにより構成されている。そして、このヒータ部１８０は、各絶縁層１７１，１７３の間に、Ｐｔを主体とするヒータ１７５を備えている。

このように構成されたＮＯｘガスセンサ素子１０は、第１ポンプセル１１１により第１測定室１５９の内部に存在する酸素のポンピング（汲み出し、汲み入れ）が可能であり、酸素分圧検知セル１１２により、酸素濃度（酸素分圧）を一定に制御された基準酸素室１１８と第１測定室１５９との酸素濃度差（酸素分圧差）、つまり第１測定室１５９の内部の酸素濃度（酸素分圧）を測定可能である。

なお、このＮＯｘガスセンサ素子１０は、別途備えられるガスセンサ制御装置１９０により駆動されるものであり、ガスセンサ制御装置１９０がヒータ１７５を駆動することにより、各セル（第１ポンプセル１１１、第２ポンプセル１１３、酸素分圧検知セル１１２の）を活性化温度まで加熱する。

そして、ガスセンサ制御装置１９０は、ヒータ１７５を駆動制御してＮＯｘガスセンサ素子１０を活性化温度（例えば７５０℃）まで加熱し、この状態で、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する。

また、ガスセンサ制御装置１９０は、第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御すると共に、第２ポンプセル１１３に対して、予め定められた第２ポンプ電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を印加する。これにより、第２測定室１６１では、第２ポンプセル１１３を構成する第２多孔質電極１２５の触媒作用によって、ＮＯｘが解離（還元）され、その解離により得られた酸素イオンが第２ポンプ用第１電極１４５と第２ポンプ用第２電極１４７との間の第２固体電解質層１４１を移動することにより第２ポンプ電流Ｉｐ２が流れる。つまり、第２ポンプセル１１３は、第２測定室１６１に存在する検出すべき特定ガス成分（ＮＯｘ（窒素酸化物））を解離させて、第２測定室１６１から基準酸素室１１８に酸素を汲み出す。

なお、第２測定室１６１の第２ポンプ用第１電極１４５で解離された酸素イオン（Ｏ^2-）は、第２固体電解質層１４１を介して第２ポンプ用第２電極１４７に移動し、第２ポンプ用第２電極１４７において酸素（Ｏ₂ ）として基準酸素室１１８に放出される。

つまり、ガスセンサ制御装置１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０に接続された状態で、第１ポンプセル１１１のポンピング動作により第１測定室１５９の酸素濃度（酸素分圧）を調整し、第２測定室１６１の酸素濃度（酸素分圧）をＮＯｘ検知が可能なＮＯｘ検知用濃度に設定して、第２ポンプ電流Ｉｐ２の大きさや積分値などに基づいてＮＯｘを検出する処理を行う。

次に、ガスセンサ制御装置１９０で実行されるセンサ診断処理（On Board Diagnosis処理（ＯＢＤ処理））の処理内容について説明する。図２に、センサ診断処理の処理内容を表すフローチャートを示す。

なお、センサ診断処理は、ガスセンサ制御装置１９０の起動直後やフューエルカット運転時など、排気ガス中の酸素濃度（酸素分圧）が高い状態となるタイミングで実行することが望ましい。

センサ診断処理が開始されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め定められた一定電圧（例えば、４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に電流を流し、このときに第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を検出する処理を実行する。

これにより、第１ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて測定対象ガスの酸素濃度（酸素分圧）を検出することができる。
次のＳ１２０では、Ｓ１１０で検出した第１ポンプ電流Ｉｐ１に基づき測定対象ガスの酸素分圧（酸素濃度）を特定し、特定した測定対象ガスの酸素分圧が予め定められた状態判定用基準値であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１３０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで待機する。

なお、状態判定用基準値は、特定ガス検出時における第２測定室１６１の酸素分圧よりも高い酸素分圧に設定されており、本実施形態では、２０％（大気と同等の酸素分圧）に設定されている。

Ｓ１２０で肯定判定されてＳ１３０に移行すると、Ｓ１３０では、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素のポンピング（汲み出しまたは汲み入れ）を停止させる処理を実行する。これにより、第１測定室１５９から酸素が汲み出されることが無くなり、第１測定室１５９の酸素濃度（酸素分圧）が低下することがない。

次のＳ１４０では、経過時間を計測するためのタイマ処理を開始する。
続くＳ１５０では、タイマ処理による時間計測の開始時点から５００［ｍＳｅｃ］経過したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１６０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで待機する。

ここで、第１測定室１５９に大気（酸素分圧：２０％）を導入し、第１ポンプセル１１１による酸素のポンピングを停止させた状況下において、第２ポンプセル１１３に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２を測定したときの測定結果を図３に示す。なお、図３では、縦軸を第２ポンプ電流Ｉｐ２とし、横軸を経過時間とする座標平面において、測定結果である第２ポンプ電流Ｉｐ２の波形を示している。

図３に示すように、第１ポンプセル１１１による酸素のポンピング停止時（時刻＝０［ｓｅｃ］）から約２００［ｍＳｅｃ］が経過するまでの期間は、第２拡散抵抗体１１７の作用によって第１測定室１５９から第２測定室１６１へのガスの流入速度が制限されるため、第２ポンプ電流Ｉｐ２は略一定値を示す。しかし、第１測定室１５９から第２測定室１６１へガスが流入することで、第２ポンプ電流Ｉｐ２は徐々に上昇していき、経過時間が少なくとも５００［ｍＳｅｃ］となる時点では、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、酸素濃度（酸素分圧）が２０％であるときの出力値（電流値）に相当する値を示す。

このことから、第１ポンプセル１１１による酸素のポンピング停止時点から少なくとも５００［ｍＳｅｃ］経過することで、第２測定室１６１のガス雰囲気（酸素分圧）が第１測定室１５９と同等のガス雰囲気（酸素分圧）となることが判る。

Ｓ１５０で肯定判定されてＳ１６０に移行すると、Ｓ１６０では、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。
次のＳ１７０では、第２ポンプセル１１３に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出する処理を実行する。

なお、第２ポンプセル１１３には第２ポンプ電圧Ｖｐ２が印加されており、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、第２測定室１６１の酸素分圧に応じた電流値を示す。
次のＳ１８０では、Ｓ１７０で検出した第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づき第２測定室１６１の酸素分圧（酸素濃度）を算出し、算出した第２測定室１６１の酸素分圧が予め定められた劣化判定用基準値であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１９０に移行し、否定判定する場合にはＳ２００に移行する。

つまり、Ｓ１８０では、第２測定室１６１の酸素分圧が劣化判定用基準値である場合には、第２ポンプセル１１３が正常状態であると判定し、第２測定室１６１の酸素分圧が劣化判定用基準値と異なる場合には、第２ポンプセル１１３が劣化状態であると判定している。

なお、Ｓ１８０での判定に用いる劣化判定用基準値は、Ｓ１２０での判定処理に用いた状態判定用基準値（２０％）の２／３の値（約１３％）に設定されている。
即ち、本実施形態では、第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づき算出した第２測定室１６１の酸素分圧が状態判定用基準値（２０％）の２／３の値（１３％：劣化判定用基準値）以下まで低下した場合に、第２ポンプセル１１３が劣化状態であると判定している。

Ｓ１８０で肯定判定されてＳ１９０に移行すると、Ｓ１９０では、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素のポンピング（汲み出しまたは汲み入れ）を再び起動させる処理を実行する。つまり、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する処理を再開する。

これにより、第１測定室１５９の酸素分圧が特定ガス検知用濃度（例えば、低濃度）に設定されると共に、第２測定室１６１の酸素分圧が特定ガス検知用濃度に設定されることになり、ＮＯｘガスセンサ素子１０がＮＯｘ検出が可能な状態に設定される。

なお、ガスセンサ制御装置１９０は、センサ診断処理とは別の内部処理としてＮＯｘ検出処理を実行することで、ＮＯｘガスセンサ素子１０の第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出し、検出した第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づきＮＯｘ検出を行う。

Ｓ１８０で否定判定されてＳ２００に移行すると、Ｓ２００では、第２ポンプセル１１３が劣化状態であることを表す異常発生信号を、ガスセンサ制御装置１９０の出力端子（図示省略）から外部機器に対して出力する処理を行う。

そして、異常発生信号を受け取った外部機器は、ＮＯｘガスセンサ素子１０が劣化状態であることを使用者に通知するための処理を行う。具体的な処理としては、例えば、ＮＯｘガスセンサ素子１０が劣化状態であることを示す警告ランプを点灯する処理や、ＮＯｘガスセンサ素子１０が劣化状態であることを示す音声メッセージを出力する処理などを挙げることができる。

Ｓ１９０またはＳ２００が終了すると、本制御処理（センサ診断処理）は終了する。
以上説明したように、本実施形態のガス検出装置１のガスセンサ制御装置１９０は、測定対象ガスの酸素分圧（酸素濃度）が状態判定用基準値（２０％）であるとき（Ｓ１２０で肯定判定）に、第１ポンプセル１１１による酸素の汲み出しおよび汲み入れ動作を停止させる（Ｓ１３０）。これにより、第１測定室１５９に存在するガスが第２測定室１６１に移動し、第２測定室１６１の酸素分圧は第１測定室１５９と同等の酸素分圧に近づくことになる。

このようにして第２測定室１６１の酸素分圧が劣化判定用基準値（２０％）に設定されると、第２ポンプセル１１３が正常状態であれば、劣化判定用基準値に応じた電流が第２ポンプセル１１３に流れることになる。しかし、第２ポンプセル１１３が劣化状態である場合には、第２多孔質電極１２５の触媒作用が低下するため、正常状態の場合に比べて電流値が低下し、劣化判定用基準値に応じた本来の電流値（正常時の電流値）よりも小さい電流値を示すことになる。

このことから、第２測定室１６１の酸素分圧を劣化判定用基準値（本実施形態では１３％）に設定し、そのときに検出される第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づき算出される酸素分圧が劣化判定用基準値であるか否かを判定することで、第２ポンプセル１１３が劣化状態であるか否かを判定できる。

そして、ガスセンサ制御装置１９０は、センサ診断処理のＳ１８０において、第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づき第２測定室１６１の酸素分圧を算出し、第２測定室１６１の酸素分圧が劣化判定用基準値である場合には第２ポンプセル１１３が正常状態であると判定し、第２測定室１６１の酸素分圧が劣化判定用基準値と異なる場合には第２ポンプセル１１３が劣化状態であると判定する処理を行う。

よって、ガスセンサ制御装置１９０は、第２ポンプセル１１３が劣化状態であるか否かを判定できることから、各種セルを備えるＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化状態を判定することが出来る。

なお、本実施形態においては、ガスセンサ制御装置１９０が特許請求の範囲に記載のセンサ素子劣化判定装置に相当し、酸素分圧検知セル１１２が酸素分圧検知セルに相当する。また、Ｓ１１０での処理を実行するガスセンサ制御装置１９０が第１ポンプ電流値検出手段に相当し、Ｓ１２０での処理を実行するガスセンサ制御装置１９０が状態判定手段に相当し、Ｓ１３０での処理を実行するガスセンサ制御装置１９０がポンプ停止手段に相当し、Ｓ１７０での処理を実行するガスセンサ制御装置１９０が第２ポンプ電流値検出手段に相当し、Ｓ１８０での処理を実行するガスセンサ制御装置１９０が劣化判定手段に相当している。

また、第１ポンプセル１１１が第１酸素イオンポンプセルに相当し、第２ポンプセル１１３が第２酸素イオンポンプセルに相当し、酸素分圧検知セル１１２が酸素分圧検知セルに相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、Ｓ１２０やＳ１８０での各判定用基準値が２０％や１３％に設定されているが、一点の数値に限られることはなく、一定範囲（例えば、２０％以上の範囲等）としてもよい。

また、Ｓ１５０での経過時間判定値は、上記実施形態では５００［ｍＳｅｃ］に設定されているが、５００［ｍＳｅｃ］に限定されることはなく、第２測定室のガス雰囲気が第１測定室のガス雰囲気と同等となるために必要な時間を設定すればよい。

ガスセンサ制御装置を備えるガス検出装置の概略構成を示す構成図である。 センサ診断処理の処理内容を表すフローチャートである。 第１測定室に大気を導入し、第１ポンプセルによる酸素のポンピングを停止させた状況下において、第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流を測定したときの測定結果である。

符号の説明

１…ガス検出装置、１０…ＮＯｘガスセンサ素子、１１１…第１ポンプセル、１１２…酸素分圧検知セル、１１３…第２ポンプセル、１１８…基準酸素室、１５９…第１測定室、１６１…第２測定室、１８０…ヒータ部、１９０…ガスセンサ制御装置。

Claims (3)

1. 第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置されて、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、
   前記第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた前記測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記第２測定室に配置されて、前記第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、
   基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の電極が前記基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、
   を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定装置であって、
   前記第１酸素イオンポンプセルに流れる第１ポンプ電流値を検出する第１ポンプ電流値検出手段と、
   前記第１ポンプ電流値に基づき前記測定対象ガスの酸素分圧を特定し、特定した前記測定対象ガスの酸素分圧が予め設定された状態判定用基準値であるか否かを判定する状態判定手段と、
   前記状態判定手段により前記測定対象ガスの酸素分圧が前記状態判定用基準値であると判定されると、前記第１酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み出しおよび汲み入れ動作を停止させるポンプ停止手段と、
   前記ポンプ停止手段による前記第１酸素イオンポンプセルの動作停止後に、前記第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流値を検出する第２ポンプ電流値検出手段と、
   前記第２ポンプ電流値に基づき算出された前記第２測定室の酸素分圧が、前記状態判定用基準値に基づき予め設定された劣化判定用基準値と異なる場合には、前記第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定する劣化判定手段と、
   を備えたことを特徴とするセンサ素子劣化判定装置。
2. 前記第２ポンプ電流値検出手段は、前記ポンプ停止手段による前記第１酸素イオンポンプセルの動作停止後、前記第２測定室の酸素分圧が安定するまでの安定化待機時間を経過した後に前記第２ポンプ電流値を検出すること、
   を特徴とする請求項１に記載のセンサ素子劣化判定装置。
3. 第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置されて、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、
   前記第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた前記測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記第２測定室に配置されて、前記第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、
   基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の電極が前記基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、
   を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定方法であって、
   前記第１酸素イオンポンプセルに流れる第１ポンプ電流値を検出し、
   前記第１ポンプ電流値に基づき前記測定対象ガスの酸素分圧を特定し、前記測定対象ガスの酸素分圧が予め設定された状態判定用基準値であるか否かを判定し、
   前記測定対象ガスの酸素分圧が前記状態判定用基準値であると判定されると、前記第１酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み出しおよび汲み入れ動作を停止させ、
   前記第１酸素イオンポンプセルの動作停止後に、前記第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流値を検出し、
   前記第２ポンプ電流値に基づき算出された前記第２測定室の酸素分圧が、前記状態判定用基準値に基づき予め設定された劣化判定用基準値と異なる場合には、前記第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定すること、
   を特徴とするセンサ素子劣化判定方法。