JP2007278732A - Device and method for determining deterioration of sensor element - Google Patents

Device and method for determining deterioration of sensor element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for determining deterioration of a sensor element capable of determining the deterioration state of a gas sensor element with various cells. <P>SOLUTION: In a gas sensor control device 190, in S170 in sensor diagnosis processing, an oxygen partial pressure control state in the first measuring chamber 159 relative to a current-carrying state into an oxygen partial pressure detection cell 112 is detected, and in S180, it is determined whether a NOx gas sensor element 10 is in a normal state or in a deteriorated state by determining whether the detected oxygen partial pressure control state is within a normal range determined beforehand. The gas sensor control device 190 can determined whether the NOx gas sensor element 10 can control properly the oxygen partial pressure in the first measuring chamber 159, and can determine the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 with various cells. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to a sensor element deterioration determination apparatus and a sensor element deterioration determination method for determining a deterioration state of a gas sensor element.

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
Conventionally, a gas sensor element including a first measurement chamber, a first oxygen ion pump cell, a second measurement chamber, a second oxygen ion pump cell, a reference oxygen chamber, and an oxygen partial pressure detection cell is known.
As a device for determining the state of such a gas sensor element, the current value flowing through various cells constituting the gas sensor element, the voltage value output from the cell, the impedance of the cell, etc. are measured, and these measurement results are obtained. There has been proposed a method for determining a failure state of a gas sensor element based on whether it is within an allowable range (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-014589 International Publication No. 03/083465 Pamphlet

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。   However, in the above-mentioned conventional apparatus, it is possible to determine a fatal failure state such as a disconnection or a short circuit among various states of the gas sensor element, but until the deterioration state of the gas sensor element such as the sensitivity of the cell is deteriorated. There was a problem that it could not be judged.

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。   That is, in a gas sensor element that has reached a fatal failure state, the values of current, voltage, impedance, etc. of various cells show numerical values in a range clearly different from that of a gas sensor element in a normal state. From this, it is possible to determine the failure state of the gas sensor element by using the conventional apparatus.

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。   In contrast, in a gas sensor element in a deteriorated state, values such as current values, voltage values, and impedances of various cells indicate numerical values that are included in substantially the same range as the gas sensor element in a normal state. It is difficult to distinguish between the normal state and the deteriorated state based on the value, and it is difficult to determine the deteriorated state of the gas sensor element in the conventional apparatus.

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。   Since the gas detection characteristics of the gas sensor element in the deteriorated state change compared to the gas sensor element in the normal state, the same gas detection result as that of the gas sensor element in the normal state cannot be obtained, and the gas detection accuracy may be reduced. There is.

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。   Therefore, the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a sensor element deterioration determination apparatus and a sensor element deterioration determination method that can determine a deterioration state in a gas sensor element including various cells.

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、酸素分圧検知セルは、通電される電流の大きさに応じて基準酸素室に対する酸素の汲み入れ量を変更可能に構成されており、ガスセンサ素子は、基準酸素室の基準酸素分圧を基準として第1測定室の酸素分圧が定められる構成であり、酸素分圧検知セルへの通電状態に対する第1測定室における酸素分圧制御状態を検出する酸素分圧制御状態検出手段と、酸素分圧制御状態が予め定められた正常範囲であるか否かを判断し、酸素分圧制御状態が正常範囲である場合にはガスセンサ素子が正常状態であると判定し、酸素分圧制御状態が正常範囲を逸脱する場合にはガスセンサ素子が劣化状態であると判定する劣化判定手段と、を備えることを特徴とするセンサ素子劣化判定装置である。   The invention according to claim 1, which has been made to achieve the above object, includes a first measurement chamber into which a measurement target gas is introduced via the first diffusion resistance portion, an oxygen ion conductor, and the oxygen ion conductor. A first oxygen ion for pumping or pumping oxygen to a measurement target gas introduced into the first measurement chamber, wherein one of the pair of electrodes is disposed in the first measurement chamber. A pump cell, a second measurement chamber into which a measurement target gas into which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced via a second diffusion resistance unit, an oxygen ion conductor, and the oxygen ion conductor A second oxygen ion pump cell having a pair of electrodes formed thereon, wherein one of the pair of electrodes is disposed in the second measurement chamber, and a current corresponding to a specific gas concentration in the second measurement chamber flows; Reference oxygen partial pressure atmosphere It has a set reference oxygen chamber, an oxygen ion conductor and a pair of electrodes formed on the oxygen ion conductor, one of the pair of electrodes is disposed in the first measurement chamber, and the other electrode is a reference oxygen An oxygen partial pressure detection cell arranged in a chamber, the sensor element deterioration determination device for determining a deterioration state of a gas sensor element, wherein the oxygen partial pressure detection cell is a reference oxygen according to the magnitude of an energized current. The gas sensor element is configured so that the oxygen partial pressure in the first measurement chamber is determined based on the reference oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber, and the oxygen partial pressure is detected. An oxygen partial pressure control state detecting means for detecting an oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber with respect to an energized state of the cell; and determining whether the oxygen partial pressure control state is within a predetermined normal range; Partial pressure control state is positive A deterioration determining means that determines that the gas sensor element is in a normal state when it is within a range and determines that the gas sensor element is in a deteriorated state when the oxygen partial pressure control state deviates from the normal range. This is a characteristic sensor element deterioration determination device.

また、上記目的を達成するためになされた請求項8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方法であって、酸素分圧検知セルは、通電される電流の大きさに応じて基準酸素室に対する酸素の汲み入れ量を変更可能に構成されており、ガスセンサ素子は、基準酸素室の基準酸素分圧を基準として第1測定室の酸素分圧が定められる構成であり、酸素分圧検知セルへの通電状態に対する第1測定室における酸素分圧制御状態を検出する酸素分圧制御状態検出工程と、酸素分圧制御状態が予め定められた正常範囲である場合にはガスセンサ素子が正常状態であると判定し、酸素分圧制御状態が正常範囲を逸脱する場合にはガスセンサ素子が劣化状態であると判定する劣化判定工程と、を有することを特徴とするセンサ素子劣化判定方法である。   In order to achieve the above object, the invention method according to claim 8 includes a first measurement chamber into which a gas to be measured is introduced via a first diffusion resistance portion, an oxygen ion conductor, and the oxygen ions. A first electrode having a pair of electrodes formed on the conductor, wherein one of the pair of electrodes is disposed in the first measurement chamber, and pumps or pumps oxygen into the measurement target gas introduced into the first measurement chamber; 1 oxygen ion pump cell; a second measurement chamber into which a measurement target gas from which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced via a second diffusion resistance unit; an oxygen ion conductor and the oxygen A second oxygen ion pump having a pair of electrodes formed on an ion conductor, one of the pair of electrodes being disposed in the second measurement chamber, and a current corresponding to the specific gas concentration in the second measurement chamber flowing Cell and reference oxygen content A reference oxygen chamber set in an atmosphere; an oxygen ion conductor; and a pair of electrodes formed on the oxygen ion conductor. One of the pair of electrodes is disposed in the first measurement chamber, and the other electrode is A sensor element deterioration determination method for determining a deterioration state of a gas sensor element provided with an oxygen partial pressure detection cell disposed in a reference oxygen chamber, wherein the oxygen partial pressure detection cell is in accordance with the magnitude of an energized current. The oxygen pumping amount to the reference oxygen chamber is configured to be changeable, and the gas sensor element is configured to determine the oxygen partial pressure of the first measurement chamber based on the reference oxygen partial pressure of the reference oxygen chamber. An oxygen partial pressure control state detecting step for detecting an oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber with respect to an energized state of the pressure detection cell; and if the oxygen partial pressure control state is within a predetermined normal range, the gas sensor element is normal And a deterioration determination step for determining that the gas sensor element is in a deteriorated state when the oxygen partial pressure control state deviates from a normal range. .

まず、判定対象となるガスセンサ素子は、酸素分圧検知セルに対する通電電流の大きさに応じて基準酸素室の酸素分圧(換言すれば、基準酸素分圧)を設定可能な構成であり、また、このガスセンサ素子は、基準酸素室の基準酸素分圧を基準として第1測定室の酸素分圧を目標値に制御できる構成である。   First, the gas sensor element to be determined has a configuration in which the oxygen partial pressure of the reference oxygen chamber (in other words, the reference oxygen partial pressure) can be set according to the magnitude of the current flowing to the oxygen partial pressure detection cell. The gas sensor element is configured to control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber to a target value with reference to the reference oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber.

このようなガスセンサ素子は、各セルが適正に動作できる正常状態であれば、第1測定室における酸素分圧を適切に目標値に制御できるが、いずれかのセルが正常に動作できない劣化状態になると、第1測定室における酸素分圧を目標値に制御できない状態に陥ることがある。   Such a gas sensor element can appropriately control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber to the target value in a normal state in which each cell can operate properly, but in a degraded state in which any cell cannot operate normally. If so, the oxygen partial pressure in the first measurement chamber may not be controlled to the target value.

つまり、正常状態のガスセンサ素子と劣化状態のガスセンサ素子とでは、酸素分圧検知セルへの通電状態に対する第1測定室における酸素分圧制御状態が、それぞれ異なる状態(正常範囲、または正常範囲を逸脱した範囲のいずれか)を示す。このことから、酸素分圧検知セルへの通電状態に対する第1測定室における酸素分圧制御状態に基づいて、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判断することができる。   In other words, the gas sensor element in the normal state and the gas sensor element in the deteriorated state have different oxygen partial pressure control states in the first measurement chamber with respect to the energized state of the oxygen partial pressure detection cell (normal range or deviate from the normal range). Any of the ranges). From this, it is possible to determine whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state based on the oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber with respect to the energized state of the oxygen partial pressure detection cell.

なお、ここでの通電状態とは、例えば、電流値の大きさや単位時間当たりの通電量などの状態を含む概念である。
そして、本発明のセンサ素子劣化状態判定装置およびセンサ素子劣化判定方法では、酸素分圧検知セルへの通電状態に対する第1測定室における酸素分圧制御状態を検出して、検出した酸素分圧制御状態が予め定められた正常範囲であるか否かを判断することで、ガスセンサ素子が正常状態であるか劣化状態であるかを判定している。
Here, the energization state is a concept including states such as the magnitude of the current value and the energization amount per unit time.
In the sensor element deterioration state determination apparatus and the sensor element deterioration determination method of the present invention, the oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber is detected with respect to the energization state of the oxygen partial pressure detection cell, and the detected oxygen partial pressure control is performed. By determining whether or not the state is in a predetermined normal range, it is determined whether the gas sensor element is in a normal state or a deteriorated state.

このように酸素分圧制御状態を用いて判定を行うことで、ガスセンサ素子が、第1測定室における酸素分圧を適正に制御できる正常状態であるか、第1測定室における酸素分圧を適正に制御できない劣化状態であるか、を適切に判定することができる。   By performing the determination using the oxygen partial pressure control state in this way, the gas sensor element is in a normal state in which the oxygen partial pressure in the first measurement chamber can be properly controlled, or the oxygen partial pressure in the first measurement chamber is appropriate. It is possible to appropriately determine whether the deterioration state cannot be controlled.

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、ガスセンサ素子が第1測定室における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定でき、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。   Therefore, according to the sensor element deterioration determination apparatus and the sensor element deterioration determination method of the present invention, it can be determined whether or not the gas sensor element can properly control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber. The deterioration state can be determined.

そして、上述のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項2に記載のように、酸素分圧制御状態検出手段は、予め定められた判定用電流を酸素分圧検知セルに通電した時に、第2測定室の酸素分圧に応じて第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値を第2ポンプ電流オフセット値として検出し、劣化判定手段は、ガスセンサ素子の劣化状態を判定するために定められたオフセット値用劣化判定閾値と第2ポンプ電流オフセット値とを比較し、第2ポンプ電流オフセット値がオフセット値用劣化判定閾値以上であるときにはガスセンサ素子が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流オフセット値がオフセット値用劣化判定閾値よりも小さいときにはガスセンサ素子が劣化状態であると判定すること、を特徴とする構成を採ることができる。   In the sensor element deterioration determining apparatus, the oxygen partial pressure control state detecting means is configured to detect the second when the predetermined current for determination is supplied to the oxygen partial pressure detecting cell. A current value flowing through the second oxygen ion pump cell in accordance with the oxygen partial pressure in the measurement chamber is detected as a second pump current offset value, and the deterioration determining means is an offset value determined for determining the deterioration state of the gas sensor element. And the second pump current offset value is compared, and when the second pump current offset value is equal to or greater than the offset value deterioration determination threshold, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, and the second pump current offset value is determined. When the value is smaller than the offset value deterioration determination threshold, the gas sensor element is determined to be in a deteriorated state.

判定対象のガスセンサ素子は、基準酸素室の基準酸素分圧を基準として第1測定室の酸素分圧を目標値に制御できる構成である。また、ガスセンサ素子は、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第2測定室に導入される構成であるため、第2測定室の酸素分圧が第1測定室の酸素分圧に応じて定められる構成である。   The gas sensor element to be determined is configured such that the oxygen partial pressure in the first measurement chamber can be controlled to a target value based on the reference oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber. Further, the gas sensor element has a configuration in which the measurement target gas from which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced into the second measurement chamber via the second diffusion resistance unit. The oxygen partial pressure is determined in accordance with the oxygen partial pressure in the first measurement chamber.

そして、第2ポンプ電流オフセット値は、第2測定室の酸素分圧に応じて第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値であることから、第2測定室の酸素分圧に応じた値を示すと共に、第1測定室の酸素分圧に応じた値を示す。   The second pump current offset value is a current value flowing through the second oxygen ion pump cell in accordance with the oxygen partial pressure in the second measurement chamber, and thus indicates a value in accordance with the oxygen partial pressure in the second measurement chamber. In addition, a value corresponding to the oxygen partial pressure in the first measurement chamber is shown.

つまり、酸素分圧検知セルに通電される判定用電流に対する第2ポンプ電流オフセット値の変化状態は、酸素分圧検知セルへの通電状態に対する第1測定室における酸素分圧制御状態が反映されるものである。   That is, the change state of the second pump current offset value with respect to the determination current that is supplied to the oxygen partial pressure detection cell reflects the oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber with respect to the supply state of the oxygen partial pressure detection cell. Is.

なお、第2ポンプ電流オフセット値は、第2測定室の酸素分圧が高くなるほど大きい値を示し、第2測定室の酸素分圧が低くなるほど小さい値を示す。このことから、ガスセンサ素子の劣化状態を判定するためのオフセット値用劣化判定閾値を定めておき、第2ポンプ電流オフセット値とオフセット値用劣化判定閾値とを比較することで、ガスセンサ素子が第1測定室における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定できる。   Note that the second pump current offset value increases as the oxygen partial pressure in the second measurement chamber increases, and decreases as the oxygen partial pressure in the second measurement chamber decreases. From this, an offset value deterioration determination threshold value for determining the deterioration state of the gas sensor element is determined, and the gas sensor element is compared with the second pump current offset value and the offset value deterioration determination threshold value. It can be determined whether or not the oxygen partial pressure in the measurement chamber can be properly controlled.

つまり、第2ポンプ電流オフセット値がオフセット値用劣化判定閾値以上であるときにはガスセンサ素子が正常状態であると判定することができ、第2ポンプ電流オフセット値がオフセット値用劣化判定閾値よりも小さいときにはガスセンサ素子が劣化状態であると判定できる。   That is, when the second pump current offset value is greater than or equal to the offset value deterioration determination threshold, it can be determined that the gas sensor element is in a normal state, and when the second pump current offset value is smaller than the offset value deterioration determination threshold. It can be determined that the gas sensor element is in a deteriorated state.

そして、本発明においては、酸素分圧制御状態検出手段が、判定用電流に対する第2ポンプ電流オフセット値を検出し、劣化判定手段が、オフセット値用劣化判定閾値と第2ポンプ電流オフセット値とを比較してガスセンサ素子が正常状態であるか劣化状態であるか判定する。   In the present invention, the oxygen partial pressure control state detection means detects the second pump current offset value for the determination current, and the deterioration determination means determines the offset value deterioration determination threshold value and the second pump current offset value. In comparison, it is determined whether the gas sensor element is in a normal state or a deteriorated state.

よって、本発明のセンサ素子劣化判定装置は、ガスセンサ素子が第1測定室における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定でき、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。   Therefore, the sensor element deterioration determination apparatus of the present invention can determine whether or not the gas sensor element can properly control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber, and can determine the deterioration state of the gas sensor element including various cells. .

なお、オフセット値用劣化判定閾値は、例えば、実際のガスセンサ素子を用いた測定結果に基づいて定めることができる。一例としては、未使用状態のガスセンサ素子を用いて、判定用電流を酸素分圧検知セルに通電したときの第2ポンプ電流オフセット値を測定し、そのときの第2ポンプ電流オフセット値に対して所定の劣化係数(1未満の値。例えば、0.9など。)を乗じて得られる値を、オフセット値用劣化判定閾値とすることができる。   The offset value deterioration determination threshold value can be determined based on, for example, a measurement result using an actual gas sensor element. As an example, using a gas sensor element in an unused state, a second pump current offset value is measured when a current for determination is supplied to the oxygen partial pressure detection cell, and the second pump current offset value at that time is measured. A value obtained by multiplying a predetermined deterioration coefficient (a value less than 1, for example, 0.9, etc.) can be used as an offset value deterioration determination threshold value.

そして、第2ポンプ電流オフセット値を検出する上述のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項3に記載のように、ガスセンサ素子が、酸素分圧検知セルへの通電電流が予め定められた酸素基準生成用電流であるときに基準酸素室が前記基準酸素分圧雰囲気に制御される構成であり、判定用電流が酸素基準生成用電流と同じ電流値であること、を特徴とする構成を採ることができる。   In the sensor element deterioration determination device that detects the second pump current offset value, as described in claim 3, the gas sensor element includes an oxygen reference in which an energization current to the oxygen partial pressure detection cell is predetermined. A configuration in which the reference oxygen chamber is controlled to the reference oxygen partial pressure atmosphere when the generation current is used, and the determination current has the same current value as the oxygen reference generation current is adopted. Can do.

このように、判定用電流を酸素基準生成用電流と同じ電流値とすることで、特定ガス検出状態から劣化判定状態に移行するにあたり、酸素分圧検知セルへの通電電流を設定変更する必要が無くなる。   In this way, by setting the determination current to the same current value as the oxygen reference generation current, it is necessary to change the setting of the energization current to the oxygen partial pressure detection cell when shifting from the specific gas detection state to the deterioration determination state. Disappear.

これにより、酸素分圧検知セルへの通電電流を設定変更する手間を省略することができ、劣化判定に伴う煩雑さを軽減できる。
また、第2ポンプ電流オフセット値を検出する上述のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項4に記載のように、第2酸素イオンポンプセルへの印加電圧を、特定ガスは解離できず、酸素は解離できる劣化判定用電圧値に設定する劣化判定用電圧設定手段を備え、酸素分圧制御状態検出手段は、劣化判定用電圧設定手段により第2酸素イオンポンプセルへの印加電圧が劣化判定用電圧値に設定された状態で、第2ポンプ電流オフセット値を検出すること、を特徴とする構成を採ることができる。
Thereby, the trouble of setting and changing the energization current to the oxygen partial pressure detection cell can be omitted, and the complexity associated with the deterioration determination can be reduced.
Further, in the above sensor element deterioration determination device that detects the second pump current offset value, the voltage applied to the second oxygen ion pump cell cannot be dissociated and the oxygen gas cannot be dissociated as described in claim 4. Comprises a degradation determination voltage setting means for setting a degradation determination voltage value that can be dissociated, and the oxygen partial pressure control state detection means uses the degradation determination voltage setting means to determine whether the voltage applied to the second oxygen ion pump cell is degradation degradation. A configuration characterized by detecting the second pump current offset value in a state where the voltage value is set can be employed.

このように、第2酸素イオンポンプセルへの印加電圧を劣化判定用電圧値に設定することで、第2酸素イオンポンプセルは、特定ガスの解離が不可能で、酸素の解離が可能な状態となる。つまり、第2酸素イオンポンプセルがこのような状態であれば、第2測定室に特定ガスが存在する場合であっても、第2酸素イオンポンプセルに流れる電流は、特定ガスの影響を受けることなく、第2測定室の酸素分圧に応じた値となる。   Thus, by setting the voltage applied to the second oxygen ion pump cell to the voltage value for deterioration determination, the second oxygen ion pump cell is in a state in which dissociation of the specific gas is impossible and oxygen can be dissociated. It becomes. That is, if the second oxygen ion pump cell is in such a state, even if the specific gas exists in the second measurement chamber, the current flowing through the second oxygen ion pump cell is affected by the specific gas. It becomes a value according to the oxygen partial pressure of the 2nd measurement chamber without.

よって、本発明によれば、特定ガスの影響によって第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値が変動することを防止でき、第2ポンプ電流オフセット値を精度良く検出できることから、劣化判定精度を向上できる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent the value of the current flowing through the second oxygen ion pump cell from fluctuating due to the influence of the specific gas, and the second pump current offset value can be detected with high accuracy, thereby improving the degradation determination accuracy. .

なお、劣化判定用電圧値は、特定ガスを解離できる電圧値(検出用電圧値)よりも小さい電圧値となる。
次に、請求項1に記載のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項5に記載のように、酸素分圧制御状態検出手段は、予め定められた第1判定用電流を酸素分圧検知セルに通電した時に、第2測定室の酸素分圧に応じて第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値を第2ポンプ電流第1オフセット値として検出すると共に、予め定められた第2判定用電流を酸素分圧検知セルに通電した時に、第2測定室の酸素分圧に応じて第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値を第2ポンプ電流第2オフセット値として検出して、第2ポンプ電流第1オフセット値と第2ポンプ電流第2オフセット値との差分であるオフセット変化量を検出し、劣化判定手段は、ガスセンサ素子の劣化状態を判定するために定められた変化量用劣化判定閾値とオフセット変化量とを比較し、オフセット変化量が変化量用劣化判定閾値以上であるときにはガスセンサ素子が正常状態であると判定し、オフセット変化量が変化量用劣化判定閾値よりも小さいときにはガスセンサ素子が劣化状態であると判定すること、を特徴とする構成を採ることができる。
The deterioration determination voltage value is a voltage value smaller than a voltage value (detection voltage value) that can dissociate the specific gas.
Next, in the sensor element deterioration determination device according to claim 1, as described in claim 5, the oxygen partial pressure control state detection means supplies a predetermined first determination current to the oxygen partial pressure detection cell. Is detected as a second pump current first offset value according to the oxygen partial pressure in the second measurement chamber, and a predetermined second determination current is detected. When the oxygen partial pressure detection cell is energized, the current value flowing through the second oxygen ion pump cell according to the oxygen partial pressure in the second measurement chamber is detected as the second pump current second offset value, and the second pump current An offset change amount that is a difference between the one offset value and the second pump current second offset value is detected, and the deterioration determination means determines a deterioration determination threshold for change amount and an offset determined to determine a deterioration state of the gas sensor element. When the offset change amount is equal to or greater than the change amount deterioration determination threshold value, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, and when the offset change amount is smaller than the change amount deterioration determination threshold value, the gas sensor element is deteriorated. It is possible to adopt a configuration characterized in that it is determined to be a state.

上述したとおり、酸素分圧検知セルに通電される判定用電流に対する第2ポンプ電流オフセット値の変化状態は、酸素分圧検知セルへの通電状態に対する第1測定室における酸素分圧制御状態が反映されるものである。   As described above, the change state of the second pump current offset value with respect to the determination current supplied to the oxygen partial pressure detection cell reflects the oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber with respect to the supply state of the oxygen partial pressure detection cell. It is what is done.

そして、本発明では、酸素分圧制御状態検出手段が、第1判定用電流および第2判定用電流をそれぞれ酸素分圧検知セルに通電したときに、第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値として第2ポンプ電流第1オフセット値および第2ポンプ電流第2オフセット値をそれぞれ検出して、第2ポンプ電流第1オフセット値と第2ポンプ電流第2オフセット値との差分であるオフセット変化量を検出する。   In the present invention, when the oxygen partial pressure control state detection means supplies the first determination current and the second determination current to the oxygen partial pressure detection cell, the current value flowing through the second oxygen ion pump cell A second pump current first offset value and a second pump current second offset value are detected, respectively, and an offset change amount that is a difference between the second pump current first offset value and the second pump current second offset value is detected. To do.

このオフセット変化量は、判定用電流の変化量に対する第2ポンプ電流オフセット値の変化量であり、酸素分圧検知セルへの通電状態に対する第1測定室における酸素分圧制御状態が反映されるものである。   This offset change amount is the change amount of the second pump current offset value with respect to the change amount of the determination current, and reflects the oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber with respect to the energization state of the oxygen partial pressure detection cell. It is.

なお、オフセット変化量は、判定用電流の変化量に対応した第2測定室における酸素分圧の変化量が大きくなるほど大きい値を示し、第2測定室における酸素分圧の変化量が小さくなるほど小さい値を示す。このため、ガスセンサ素子の劣化状態を判定するための変化量用劣化判定閾値を定めておき、オフセット変化量と変化量用劣化判定閾値とを比較することで、ガスセンサ素子が第1測定室における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定できる。   The offset change amount increases as the oxygen partial pressure change amount in the second measurement chamber corresponding to the determination current change amount increases, and the offset change amount decreases as the oxygen partial pressure change amount in the second measurement chamber decreases. Indicates the value. For this reason, the deterioration determination threshold value for change amount for determining the deterioration state of the gas sensor element is determined, and the gas sensor element is compared with the deterioration determination threshold value for change amount so that the gas sensor element can detect oxygen in the first measurement chamber. It can be determined whether or not the partial pressure can be properly controlled.

つまり、オフセット変化量が変化量用劣化判定閾値以上であるときにはガスセンサ素子が正常状態であると判定でき、オフセット変化量が変化量用劣化判定閾値よりも小さいときにはガスセンサ素子が劣化状態であると判定できる。   That is, when the offset change amount is equal to or greater than the change amount deterioration determination threshold value, it can be determined that the gas sensor element is in a normal state, and when the offset change amount is smaller than the change amount deterioration determination threshold value, it is determined that the gas sensor element is in a deteriorated state. it can.

そして、本発明においては、酸素分圧制御状態検出手段がオフセット変化量を検出し、劣化判定手段が、変化量用劣化判定閾値とオフセット変化量とを比較してガスセンサ素子が正常状態であるか劣化状態であるか判定する。   In the present invention, the oxygen partial pressure control state detection unit detects the offset change amount, and the deterioration determination unit compares the change amount deterioration determination threshold with the offset change amount to determine whether the gas sensor element is in a normal state. It is determined whether it is in a degraded state.

よって、本発明のセンサ素子劣化判定装置は、ガスセンサ素子が第1測定室における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定でき、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。   Therefore, the sensor element deterioration determination apparatus of the present invention can determine whether or not the gas sensor element can properly control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber, and can determine the deterioration state of the gas sensor element including various cells. .

なお、変化量用劣化判定閾値は、例えば、実際のガスセンサ素子を用いた測定結果に基づいて定めることができる。一例としては、未使用状態のガスセンサ素子を用いて、オフセット変化量を測定し、そのときのオフセット変化量に対して所定の劣化係数(1未満の値。例えば、0.9など。)を乗じて得られる値を、変化量用劣化判定閾値とすることができる。   Note that the change amount deterioration determination threshold value can be determined based on, for example, a measurement result using an actual gas sensor element. As an example, an offset change amount is measured using an unused gas sensor element, and the offset change amount at that time is multiplied by a predetermined deterioration coefficient (a value less than 1, for example, 0.9). The value obtained in this manner can be used as the change amount deterioration determination threshold value.

そして、オフセット変化量を検出する上述のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項6に記載のように、ガスセンサ素子が、酸素分圧検知セルへの通電電流が予め定められた酸素基準生成用電流であるときに、基準酸素室が基準酸素分圧雰囲気に制御される構成であり、第1判定用電流および第2判定用電流の各電流値が、酸素基準生成用電流の電流値以下となること、を特徴とする構成を採ることができる。   In the sensor element deterioration determination device that detects the offset change amount, as described in claim 6, the gas sensor element includes an oxygen reference generation current in which an energization current to the oxygen partial pressure detection cell is predetermined. The reference oxygen chamber is controlled to a reference oxygen partial pressure atmosphere, and each current value of the first determination current and the second determination current is equal to or less than the current value of the oxygen reference generation current. The structure characterized by this can be taken.

つまり、ガスセンサ素子において、基準酸素室から酸素を汲み出す手段が存在しない場合には、劣化判定時(第1判定用電流および第2判定用電流の通電時)に基準酸素室の酸素分圧が上昇すると、劣化判定状態から特定ガス検知状態に移行するにあたり、基準酸素室の酸素分圧を目標値まで低下させるための時間が長くなる虞がある。   That is, in the gas sensor element, when there is no means for pumping out oxygen from the reference oxygen chamber, the oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber is determined at the time of deterioration determination (when the first determination current and the second determination current are applied). If it rises, it may take a long time to lower the oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber to the target value when shifting from the deterioration determination state to the specific gas detection state.

これに対して、本発明のように、第1判定用電流および第2判定用電流の電流値を酸素基準生成用電流の電流値以下とすることで、劣化判定時(第1判定用電流および第2判定用電流の通電時)に、酸素分圧検知セルが基準酸素室に対して酸素を過剰に汲み込んでしまうのを防止できる。そして、ガスセンサ素子は酸素分圧検知セルによる酸素の汲み入れ可能な構成である。   On the other hand, as in the present invention, by setting the current values of the first determination current and the second determination current to be equal to or less than the current value of the oxygen reference generation current, the deterioration determination time (the first determination current and It is possible to prevent the oxygen partial pressure detection cell from excessively pumping oxygen into the reference oxygen chamber when the second determination current is applied. The gas sensor element is configured to allow oxygen to be pumped by the oxygen partial pressure detection cell.

このため、本発明は、劣化判定状態から特定ガス検知状態に移行するにあたり、酸素分圧検知セルが酸素の汲み入れ動作を行うことで、基準酸素室の酸素分圧を目標値まで上昇させるための時間を短縮できる。   For this reason, the present invention increases the oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber to the target value by the oxygen partial pressure detection cell performing an oxygen pumping operation when shifting from the deterioration determination state to the specific gas detection state. Can be shortened.

よって、本発明によれば、劣化判定状態から特定ガス検出状態に移行する際の時間を短縮できる。
なお、第1判定用電流または第2判定用電流のいずれか一方を酸素基準生成用電流と同じ電流値としてもよい。
Therefore, according to the present invention, it is possible to shorten the time required for shifting from the deterioration determination state to the specific gas detection state.
Note that either the first determination current or the second determination current may have the same current value as the oxygen reference generation current.

たとえば、第1判定用電流を酸素基準生成用電流と同じ電流値とすると、特定ガス検出状態から劣化判定状態(特に、第2ポンプ電流第1オフセット値を検出する状態)に移行するにあたり、酸素分圧検知セルへの通電電流を設定変更する必要が無くなる。これにより、酸素分圧検知セルへの通電電流を設定変更する手間を省略することができ、劣化判定に伴う煩雑さを軽減できる。よって、このような構成を採ることで、特定ガス検出状態から劣化判定状態(特に、第2ポンプ電流第1オフセット値を検出する状態)に移行する際の煩雑さを軽減できる。   For example, when the first determination current is set to the same current value as the oxygen reference generation current, oxygen shifts from the specific gas detection state to the deterioration determination state (in particular, the state in which the second pump current first offset value is detected). There is no need to change the setting of the energization current to the partial pressure detection cell. Thereby, the trouble of setting and changing the energization current to the oxygen partial pressure detection cell can be omitted, and the complexity associated with the deterioration determination can be reduced. Therefore, by adopting such a configuration, it is possible to reduce the complexity when shifting from the specific gas detection state to the deterioration determination state (particularly, the state in which the second pump current first offset value is detected).

次に、請求項1に記載のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項7に記載のように、酸素分圧制御状態検出手段は、第1酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み入れまたは汲み出しを停止させるとともに、酸素分圧検知セルへの通電を停止させ、その後、通電停止時の酸素分圧検知セルに発生する通電停止時電圧値を検出し、劣化判定手段は、ガスセンサ素子の劣化状態を判定するために定められた電圧用劣化判定閾値と通電停止時電圧値とを比較し、通電停止時電圧値が電圧用劣化判定閾値未満であるときにはガスセンサ素子が正常状態であると判定し、通電停止時電圧値が電圧用劣化判定閾値以上であるときにはガスセンサ素子が劣化状態であると判定すること、を特徴とする構成を採ることができる。   Next, in the sensor element deterioration determination device according to claim 1, as described in claim 7, the oxygen partial pressure control state detection means stops pumping or pumping oxygen by the first oxygen ion pump cell. In addition, the energization to the oxygen partial pressure detection cell is stopped, and then the energization stop voltage value generated in the oxygen partial pressure detection cell when the energization is stopped is detected, and the deterioration determination means determines the deterioration state of the gas sensor element. Compared to the voltage degradation judgment threshold value determined for the current and the energization stop voltage value, if the energization halt voltage value is less than the voltage degradation judgment threshold value, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, and the energization is stopped. When the hourly voltage value is equal to or greater than the voltage deterioration determination threshold, it is possible to adopt a configuration characterized in that it is determined that the gas sensor element is in a deteriorated state.

判定対象となるガスセンサ素子においては、基準酸素室を基準酸素分圧雰囲気に設定するために酸素分圧検知セルへの通電が行われるが、このように電流を通電している場合には、通電経路での抵抗成分による電圧降下の影響により、第1測定室の酸素分圧を正確には検出できない虞がある。   In the gas sensor element to be judged, the oxygen partial pressure detection cell is energized in order to set the reference oxygen chamber to the reference oxygen partial pressure atmosphere. There is a possibility that the partial pressure of oxygen in the first measurement chamber cannot be accurately detected due to the influence of the voltage drop due to the resistance component in the path.

これに対して、本発明のように、酸素分圧検知セルへの通電を停止させることで、通電経路での電圧降下の影響を抑制できるため、第1測定室の酸素分圧を精度良く検出することが可能となる。   On the other hand, since the influence of the voltage drop in the energization path can be suppressed by stopping the energization to the oxygen partial pressure detection cell as in the present invention, the oxygen partial pressure in the first measurement chamber can be accurately detected. It becomes possible to do.

そして、酸素分圧制御状態検出手段は、第1酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み入れまたは汲み出しを停止させた後で、酸素分圧検知セルの通電停止時電圧値を検出している。このことから、本発明の酸素分圧制御状態検出手段にて検出される酸素分圧検知セルの通電停止時電圧値は、通電停止直前における第1測定室の酸素分圧制御状態が反映されるものである。したがって、酸素分圧検知セルの通電停止時電圧値は、第1測定室の酸素分圧に応じた値を示す。   Then, the oxygen partial pressure control state detecting means detects the voltage value at the time of stopping the energization of the oxygen partial pressure detection cell after stopping the pumping or pumping of oxygen by the first oxygen ion pump cell. From this, the voltage value at the time of energization stop of the oxygen partial pressure detection cell detected by the oxygen partial pressure control state detection means of the present invention reflects the oxygen partial pressure control state of the first measurement chamber immediately before the energization stop. Is. Therefore, the voltage value at the time of stopping energization of the oxygen partial pressure detection cell indicates a value corresponding to the oxygen partial pressure in the first measurement chamber.

なお、酸素分圧検知セルの通電停止時電圧値は、第1測定室の酸素分圧が高くなるほど小さい値を示し、第1測定室の酸素分圧が低くなるほど大きい値を示す。このことから、ガスセンサ素子の劣化状態を判定するための電圧用劣化判定閾値を定めておき、通電停止時電圧値と電圧用劣化判定閾値とを比較することで、ガスセンサ素子が第1測定室における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定できる。   In addition, the voltage value at the time of stopping energization of the oxygen partial pressure detection cell shows a smaller value as the oxygen partial pressure in the first measurement chamber becomes higher, and shows a larger value as the oxygen partial pressure in the first measurement chamber becomes lower. From this, a voltage deterioration determination threshold value for determining the deterioration state of the gas sensor element is determined, and the gas sensor element in the first measurement chamber is compared by comparing the energization stop voltage value with the voltage deterioration determination threshold value. It can be determined whether or not the oxygen partial pressure can be properly controlled.

つまり、通電停止時電圧値が電圧用劣化判定閾値未満であるときにはガスセンサ素子が正常状態であると判定することができ、通電停止時電圧値が電圧用劣化判定閾値以上であるときにはガスセンサ素子が劣化状態であると判定することができる。   That is, the gas sensor element can be determined to be in a normal state when the energization stop voltage value is less than the voltage deterioration determination threshold value, and the gas sensor element is deteriorated when the energization stop voltage value is equal to or greater than the voltage deterioration determination threshold value. It can be determined that it is in a state.

そして、本発明においては、酸素分圧制御状態検出手段が、酸素分圧検知セルの通電停止時電圧値を検出し、劣化判定手段が、通電停止時電圧値と電圧用劣化判定閾値とを比較してガスセンサ素子が正常状態であるか劣化状態であるか判定する。   In the present invention, the oxygen partial pressure control state detecting means detects the voltage value at the time of stopping the energization of the oxygen partial pressure detection cell, and the deterioration determining means compares the voltage value at the time of stopping the energization with the voltage deterioration determining threshold value. Then, it is determined whether the gas sensor element is in a normal state or a deteriorated state.

よって、本発明のセンサ素子劣化判定装置は、ガスセンサ素子が第1測定室における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定でき、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。   Therefore, the sensor element deterioration determination apparatus of the present invention can determine whether or not the gas sensor element can properly control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber, and can determine the deterioration state of the gas sensor element including various cells. .

なお、電圧用劣化判定閾値は、例えば、実際のガスセンサ素子を用いた測定結果に基づいて定めることができる。一例としては、未使用状態のガスセンサ素子を用いて、基準酸素室を基準酸素分圧雰囲気に設定した直後に、酸素分圧検知セルの通電停止時電圧値を測定し、そのときの通電停止時電圧値を、電圧用劣化判定閾値とすることができる。   The voltage deterioration determination threshold can be determined based on, for example, a measurement result using an actual gas sensor element. As an example, immediately after setting the reference oxygen chamber to the reference oxygen partial pressure atmosphere using the unused gas sensor element, the voltage value at the time of stopping the energization of the oxygen partial pressure detection cell is measured, and at that time the energization is stopped The voltage value can be used as a voltage deterioration determination threshold.

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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a gas detection device 1 including a gas sensor control device 190 to which the present invention is applied.

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。   The gas detection device 1 includes a gas sensor control device 190 and a NOx gas sensor element 10, and a specific gas (NOx in this embodiment) in exhaust gas from various combustion equipment such as an internal combustion engine of a car or a boiler. Used for detection purposes.

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。   The gas sensor control device 190 is mainly composed of a microcomputer including a central processing unit (CPU), RAM, ROM, signal input / output unit and the like. And the gas sensor control device 190 is a sensor for determining the deterioration state of the NOx gas sensor element 10, a process for controlling the driving of the NOx gas sensor element 10, a process for detecting a specific gas in the exhaust gas based on a detection signal from the NOx gas sensor element 10. Diagnosis processing (On Board Diagnosis processing (OBD processing)) and the like are executed.

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。   In FIG. 1, the NOx gas sensor element 10 is shown as a cross-sectional view showing the internal structure. In the following description, the left side of the NOx gas sensor element 10 shown in FIG. 1 will be described as the front end side, and the right side will be described as the rear end side. Further, FIG. 1 shows the internal configuration of the front end portion of the NOx gas sensor element 10, and the rear end portion is not shown.

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。
First, the NOx gas sensor element 10 will be described.
The NOx gas sensor element 10 has a structure in which a first pump cell 111, an oxygen partial pressure detection cell 112, and a second pump cell 113 are stacked via insulating layers 114 and 115 mainly composed of alumina. In the NOx gas sensor element 10, the heater unit 180 is stacked on the second pump cell 113 side.

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。   Among these, the first pump cell 111 includes a first solid electrolyte layer 131 made of zirconia having oxygen ion conductivity, a first electrode for first pump 135 disposed so as to sandwich the first solid electrolyte layer 131, and a first pump cell 111. The first porous electrode 121 including the second electrode for pump 137 is formed. The first pump first electrode 135 and the first pump second electrode 137 are made of platinum, platinum alloy, cermet containing platinum and ceramics (for example, a solid electrolyte body), and the like. The protective layer 122 made of a porous body is formed.

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。   The oxygen partial pressure detection cell 112 includes a detection solid electrolyte layer 151 made of zirconia having oxygen ion conductivity, a detection electrode 155 disposed so as to sandwich the detection solid electrolyte layer 151, and a reference electrode 157. And a porous detection electrode 123. The detection electrode 155 and the reference electrode 157 are made of platinum, a platinum alloy, cermet containing platinum and ceramics (for example, a solid electrolyte body), or the like.

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。   The second pump cell 113 includes a second solid electrolyte layer 141 made of zirconia having oxygen ion conductivity, and a first second pump pump disposed on the surface of the second solid electrolyte layer 141 facing the insulating layer 115. An electrode 145 and a second porous electrode 125 including a second pump second electrode 147 are formed.

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。   The second pump first electrode 145 and the second pump second electrode 147 are made of platinum, platinum alloy, cermet containing platinum and ceramics (for example, a solid electrolyte body), or the like.

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。   A first measurement chamber 159 into which a measurement target gas is introduced is formed inside the NOx gas sensor element 10. A measurement target gas is introduced into the first measurement chamber 159 from the outside through the first diffusion resistor 116 disposed between the first pump cell 111 and the oxygen partial pressure detection cell 112.

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。   The first diffusion resistor 116 is formed of a porous body, and is disposed in the measurement target gas introduction path 14 from the opening on the tip side of the NOx gas sensor element 10 to the first measurement chamber 159 to perform the first measurement. The introduction amount (passage amount) of the measurement target gas per unit time into the chamber 159 is limited.

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。   The introduction path 14 is a region on the tip side (left side in the drawing) of the first measurement chamber 159 in the space surrounded by the first pump cell 111 and the oxygen partial pressure detection cell 112. The first pump first electrode 135 of the first pump cell 111 (specifically, the first pump first electrode 135 covered with the protective layer 122) and the detection electrode 155 of the oxygen partial pressure detection cell 112 are The first measurement chamber 159 is disposed so as to face.

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。   Further, a second diffusion resistor 117 made of a porous body is provided on the rear end side (right side in the drawing) of the first measurement chamber 159, and the second pump first electrode 145 and the second diffusion resistor are provided. A second measurement chamber 161 is formed between the first measurement chamber 117 and the second measurement chamber 161. The second measurement chamber 161 is formed so as to penetrate the oxygen partial pressure detection cell 112 in the stacking direction.

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、酸素分圧検知セル112の検知用固体電解質層151、第2ポンプセル113の第2固体電解質層141および絶縁層115によって包囲されている。これにより、基準酸素室118を、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)に設定することができる。   Further, in the inside of the NOx gas sensor element 10, in addition to the second measurement chamber 161, between the detection solid electrolyte layer 151 of the oxygen partial pressure detection cell 112 and the second solid electrolyte layer 141 of the second pump cell 113. A reference oxygen chamber 118 is formed. The second measurement chamber 161 and the reference oxygen chamber 118 are formed along the second pump cell 113 in this order from the rear end side to the front end side. The reference oxygen chamber 118 is surrounded by the detection solid electrolyte layer 151 of the oxygen partial pressure detection cell 112, the second solid electrolyte layer 141 of the second pump cell 113, and the insulating layer 115. Thereby, the reference oxygen chamber 118 can be set to a predetermined oxygen partial pressure atmosphere (oxygen partial pressure atmosphere serving as a reference for concentration detection).

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。
The reference electrode 157 of the oxygen partial pressure detection cell 112 and the second pump second electrode 147 of the second pump cell 113 are arranged so as to face the reference oxygen chamber 118.
The heater unit 180 is configured by laminating sheet-like insulating layers 171 and 173 made of insulating ceramics such as alumina. The heater unit 180 includes a heater 175 mainly composed of Pt between the insulating layers 171 and 173.

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。   The NOx gas sensor element 10 configured as described above can pump (pump out) the oxygen present in the first measurement chamber 159 by the first pump cell 111, and the oxygen partial pressure detection cell 112 can The oxygen concentration difference (oxygen partial pressure difference) between the reference oxygen chamber 118 and the first measurement chamber 159 whose concentration (oxygen partial pressure) is controlled to be constant, that is, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) inside the first measurement chamber 159 is set. It can be measured.

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への印加電圧(ヒータ印加電圧Vh)を制御(換言すれば、ヒータ175を駆動制御)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)を活性化温度まで加熱する。   The NOx gas sensor element 10 is driven by a separately provided gas sensor control device 190. The gas sensor control device 190 controls the voltage applied to the heater 175 (heater applied voltage Vh) (in other words, the heater 175). Are driven to heat each cell (first pump cell 111, second pump cell 113, oxygen partial pressure detection cell 112) to the activation temperature.

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の両端電圧として検出する検出電圧値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。   The gas sensor control device 190 drives and controls the heater 175 to heat the NOx gas sensor element 10 to the activation temperature (for example, 750 ° C.), and in this state, the detection voltage detected as the voltage across the oxygen partial pressure detection cell 112. The first pump current Ip1 flowing through the first pump cell 111 is controlled so that the value Vs becomes a preset constant voltage (for example, 425 mV).

なお、ガスセンサ制御装置190は、第1測定室159の酸素を基準用電極157にくみ出すための微小な自己生成電流Icpを、酸素分圧検知セル112に対して流すことで、基準酸素室118を内部酸素基準源として機能させている。このときの自己生成電流Icpの電流値(酸素基準生成用電流値)は、酸素分圧検知セル112の酸素の汲み入れによって、基準酸素室118の酸素分圧(酸素濃度)が目標値(基準酸素分圧)に制御されるように予め定められている。   The gas sensor control device 190 causes the reference oxygen chamber 118 to flow by passing a small self-generated current Icp for pumping oxygen from the first measurement chamber 159 to the reference electrode 157 to the oxygen partial pressure detection cell 112. Is functioning as an internal oxygen reference source. The current value (current value for oxygen reference generation) of the self-generated current Icp at this time is such that the oxygen partial pressure (oxygen concentration) in the reference oxygen chamber 118 is set to the target value (reference value) by pumping oxygen in the oxygen partial pressure detection cell 112. (Oxygen partial pressure) is controlled in advance.

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。   The gas sensor controller 190 controls the first pump current Ip1 and applies a predetermined second pump voltage Vp2 (for example, 450 mV) to the second pump cell 113. As a result, in the second measurement chamber 161, NOx is dissociated (reduced) by the catalytic action of the second porous electrode 125 constituting the second pump cell 113, and oxygen ions obtained by the dissociation are converted into the second pump second electrode. The second pump current Ip2 flows by moving the second solid electrolyte layer 141 between the first electrode 145 and the second pump second electrode 147. That is, the second pump cell 113 dissociates the specific gas component (NOx (nitrogen oxide)) present in the second measurement chamber 161 and pumps oxygen from the second measurement chamber 161 to the reference oxygen chamber 118.

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(O2-)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。 The oxygen ions (O 2− ) dissociated at the second pump first electrode 145 in the second measurement chamber 161 move to the second pump second electrode 147 through the second solid electrolyte layer 141, In the second pump second electrode 147, the oxygen (O 2 ) is released into the reference oxygen chamber 118.

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。   In other words, the gas sensor control device 190 adjusts the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first measurement chamber 159 by the pumping operation of the first pump cell 111 while being connected to the NOx gas sensor element 10, and The oxygen concentration (oxygen partial pressure) is set to a concentration for NOx detection capable of detecting NOx, and processing for detecting NOx is performed based on the magnitude and integrated value of the second pump current Ip2.

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。   Next, processing contents of the sensor diagnosis process (On Board Diagnosis process (OBD process)) executed by the gas sensor control device 190 will be described. FIG. 2 shows a flowchart showing the processing contents of the sensor diagnosis processing.

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、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度(大気中と同等の酸素濃度。本実施形態では、20%以上に設定。)である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S120に移行する。   When the sensor diagnosis process is started, first, in S110 (S represents a step), the oxygen concentration of the measurement target gas is high (oxygen concentration equivalent to that in the atmosphere. In this embodiment, it is set to 20% or more. ), If the determination is affirmative, the process proceeds to S160, and if the determination is negative, the process proceeds to S120.

なお、測定対象ガスの酸素濃度は、第1ポンプセル111に流れる第1ポンプ電流Ip1(詳細には、第1測定室159の酸素濃度(酸素分圧)を調整するために流れる第1ポンプ電流Ip1)に基づいて判定することができる。つまり、第1ポンプ電流Ip1の通電状態(電流値、電流積分値、通電方向など)は、測定対象ガスの酸素濃度に応じて変化することから、この第1ポンプ電流Ip1に基づいて測定対象ガス中の酸素濃度を判定することができる。   Note that the oxygen concentration of the measurement target gas is the first pump current Ip1 that flows in the first pump cell 111 (specifically, the first pump current Ip1 that flows to adjust the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first measurement chamber 159). ). That is, since the energization state (current value, current integral value, energization direction, etc.) of the first pump current Ip1 changes according to the oxygen concentration of the measurement target gas, the measurement target gas is based on the first pump current Ip1. The oxygen concentration inside can be determined.

そして、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、内部処理として別途実行される酸素濃度判定処理において、第1測定室159の酸素濃度を調整するために第1ポンプセル111に流れる第1ポンプ電流Ip1を検出し、検出した第1ポンプ電流Ip1の通電状態(電流値や通電方向など)に基づいて、測定対象ガスの酸素濃度を判定している。   The gas sensor control device 190 according to the present embodiment uses the first pump current Ip1 that flows through the first pump cell 111 to adjust the oxygen concentration in the first measurement chamber 159 in an oxygen concentration determination process that is separately performed as an internal process. Based on the detected energization state (current value, energization direction, etc.) of the detected first pump current Ip1, the oxygen concentration of the measurement target gas is determined.

このため、S110では、酸素濃度判定処理での判定結果(測定対象ガスの酸素濃度)を読み込み、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度範囲(本実施形態では、20%以上の範囲)に含まれるか否かを判断し、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度範囲に含まれる場合には肯定判定し、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度範囲を逸脱する場合には否定判定する。   For this reason, in S110, the determination result (oxygen concentration of the measurement target gas) in the oxygen concentration determination process is read, and the oxygen concentration of the measurement target gas is included in the high concentration range (in this embodiment, a range of 20% or more). If the oxygen concentration of the measurement target gas is included in the high concentration range, an affirmative determination is made, and if the oxygen concentration of the measurement target gas deviates from the high concentration range, a negative determination is made.

なお、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度範囲となる測定対象ガスは、NOxをほとんど含んでいない状態となることから、S110で肯定判定される場合には、測定対象ガスにはNOxがほとんど含まれておらず、第1測定室159および第2測定室161にNOxが存在しない状態となる。   Note that the measurement target gas in which the oxygen concentration of the measurement target gas is in the high concentration range contains almost no NOx. Therefore, if the determination in S110 is affirmative, the measurement target gas contains almost NOx. In other words, NOx does not exist in the first measurement chamber 159 and the second measurement chamber 161.

S110で否定判定されてS120に移行すると、S120では、第2ポンプセル113に印加する第2ポンプ電圧Vp2の電圧値を、NOxの解離が可能なNOx解離用電圧値(例えば、450[mV])から、NOxの解離は不可能であるが、酸素の解離が可能な酸素解離用電圧値(本実施形態では、250[mV])に設定する処理を実行する。   When a negative determination is made in S110 and the process proceeds to S120, in S120, the voltage value of the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 is set to a voltage value for NOx dissociation that enables dissociation of NOx (for example, 450 [mV]). Therefore, the process of setting the voltage value for oxygen dissociation (in this embodiment, 250 [mV]) capable of dissociating oxygen, although dissociation of NOx is impossible is executed.

なお、酸素解離用電圧値は、例えば、250[mV]〜350[mV]の範囲内におけるいずれかの数値を設定することができる。
そして、電圧値変更前は、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および酸素(O2 )が解離(還元)される状態となるのに対して、電圧値変更後は、酸素(O2 )が解離(還元)されるものの、NOxは解離されない状態となる。
In addition, the voltage value for oxygen dissociation can set any numerical value within the range of 250 [mV]-350 [mV], for example.
Before the voltage value is changed, NOx and oxygen (O 2 ) are dissociated (reduced) in the second measurement chamber 161 by the catalytic action of the second porous electrode 125 constituting the second pump cell 113. In contrast, after the voltage value is changed, oxygen (O 2 ) is dissociated (reduced), but NOx is not dissociated.

つまり、電圧値変更後は、酸素(O2 )の解離により得られた酸素イオンが移動することで第2ポンプ電流Ip2が流れることになり、このときの第2ポンプ電流Ip2は、第2測定室161の特定ガス濃度(NOx濃度)に応じた電流値ではなく、第2測定室161の酸素濃度(酸素分圧)に応じた電流値を示す。 That is, after the voltage value is changed, the second pump current Ip2 flows due to the movement of oxygen ions obtained by the dissociation of oxygen (O 2 ), and the second pump current Ip2 at this time is the second measurement. The current value according to the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the second measurement chamber 161 is shown instead of the current value according to the specific gas concentration (NOx concentration) in the chamber 161.

なお、電圧変更直後は、変更前にNOxの解離により得られた酸素イオンの影響により、第2ポンプ電流Ip2が大きくなることがある。そこで、次のS130〜S150での処理を実行して、第2ポンプ電流Ip2が安定化するまで一定時間待機することで、NOxの影響を低減することができる。   Note that immediately after the voltage change, the second pump current Ip2 may increase due to the influence of oxygen ions obtained by dissociation of NOx before the change. Therefore, the effects of NOx can be reduced by executing the processing in the next S130 to S150 and waiting for a certain time until the second pump current Ip2 is stabilized.

まず、S130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S140では、タイマ処理による時間計測の開始時点から安定化待機時間が経過したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはS150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。
First, in S130, timer processing for measuring elapsed time is started.
In subsequent S140, it is determined whether or not the stabilization waiting time has elapsed from the start of time measurement by the timer process. If the determination is affirmative, the process proceeds to S150, and if the determination is negative, the same step is repeated. Wait by executing.

なお、本実施形態では、第2ポンプ電圧Vp2を変更した後、第2ポンプ電流Ip2が安定するまでの安定化待機時間として、1.0[sec]が設定されている。
S140で肯定判定されてS150に移行すると、S150では、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。
In the present embodiment, 1.0 [sec] is set as a stabilization waiting time until the second pump current Ip2 is stabilized after the second pump voltage Vp2 is changed.
When an affirmative determination is made in S140 and the process proceeds to S150, the timer process for measuring the elapsed time is stopped in S150.

S110で肯定判定されるか、あるいはS150の処理が終了すると、S160に移行し、S160では、予め定められたオフセット値用劣化判定閾値Kを所定の記憶装置(内部メモリなど)から読み出す処理を実行する。   When an affirmative determination is made in S110 or the processing of S150 ends, the process proceeds to S160, and in S160, a process of reading a predetermined offset value deterioration determination threshold K from a predetermined storage device (such as an internal memory) is executed. To do.

なお、オフセット値用劣化判定閾値Kは、後述するS180での判定処理(NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行う処理)に用いる判定値であり、実際のNOxガスセンサ素子10を用いた測定結果に基づいて定めることができる。たとえば、未使用状態のNOxガスセンサ素子10を用いて、酸素基準生成用電流値に設定された自己生成電流Icpを酸素分圧検知セル112に通電したときの第2ポンプ電流Ip2の電流値(初期第2ポンプ電流オフセット値αとする)を測定し、この初期第2ポンプ電流オフセット値αに対して所定の劣化係数J(1未満の値。例えば、0.9など。)を乗じて得られる値(=α×J)を、オフセット値用劣化判定閾値K(=α×J)として定めることができる。   The offset value deterioration determination threshold value K is a determination value used for determination processing (processing for determining deterioration of the NOx gas sensor element 10) in S180, which will be described later, and is based on a measurement result using the actual NOx gas sensor element 10. Can be determined. For example, the current value (initial value) of the second pump current Ip2 when the self-generated current Icp set to the oxygen reference generation current value is supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112 using the unused NOx gas sensor element 10. Second pump current offset value α) is measured, and this initial second pump current offset value α is multiplied by a predetermined deterioration coefficient J (a value less than 1, for example, 0.9). The value (= α × J) can be determined as the offset value deterioration determination threshold K (= α × J).

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の電流値を第2ポンプ電流オフセット値β(Ip2オフセット値β)として検出する処理を実行する。
このとき検出される第2ポンプ電流Ip2は、特定ガス(NOx)の濃度に応じた電流値を示すのではなく、第2測定室161の酸素分圧に応じて第2ポンプセル113に流れる電流値となる。
In the next S170, a process of detecting the current value of the second pump current Ip2 flowing through the second pump cell 113 as the second pump current offset value β (Ip2 offset value β) is executed.
The second pump current Ip2 detected at this time does not indicate a current value according to the concentration of the specific gas (NOx), but a current value flowing through the second pump cell 113 according to the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161. It becomes.

つまり、S110で肯定判定されている場合には、第2測定室161にNOxが存在しない状態であることから、S170で検出する第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。また、S110で否定判定されている場合には、S120において第2ポンプ電圧Vp2を酸素解離用電圧値に設定していることから、特定ガス(NOx)を解離できないため、S170で検出する第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。   That is, if the determination in S110 is affirmative, NOx is not present in the second measurement chamber 161, and therefore the second pump current Ip2 detected in S170 is equal to the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161. The corresponding current value is shown. If the negative determination is made in S110, since the second pump voltage Vp2 is set to the oxygen dissociation voltage value in S120, the specific gas (NOx) cannot be dissociated, so the second detected in S170. The pump current Ip2 indicates a current value corresponding to the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161.

このため、第2ポンプ電流オフセット値βは、酸素分圧検知セル112に通電する自己生成電流Icpが酸素基準生成用電流値であるときに第2測定室161の酸素分圧に応じて第2ポンプセル113に流れる電流値となる。   For this reason, the second pump current offset value β is determined according to the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161 when the self-generated current Icp flowing through the oxygen partial pressure detection cell 112 is the oxygen reference generation current value. The current value flowing through the pump cell 113 is obtained.

ここで、酸素分圧検知セル112に通電される自己生成電流Icpと第2ポンプ電流オフセット値との相関関係を表す説明図を、図3に示す。
なお、図3では、NOxガスセンサ素子10が正常状態(劣化していない初期状態)であるときの相関関係を実線で示し、NOxガスセンサ素子10が劣化状態(第1測定室159の酸素分圧が目標値よりも低くなる劣化状態)であるときの相関関係を一点鎖線で示している。また、図3では、縦軸を第2ポンプ電流オフセット値(Ip2オフセット)とし、横軸を自己生成電流Icpとする座標平面において、両者の相関関係を示している。
Here, FIG. 3 shows an explanatory diagram showing the correlation between the self-generated current Icp supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112 and the second pump current offset value.
In FIG. 3, the solid line indicates the correlation when the NOx gas sensor element 10 is in a normal state (initial state that is not deteriorated), and the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state (the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is The correlation when the deterioration state is lower than the target value is indicated by a one-dot chain line. Further, in FIG. 3, the correlation between the two is shown in a coordinate plane in which the vertical axis is the second pump current offset value (Ip2 offset) and the horizontal axis is the self-generated current Icp.

なお、第1測定室159の酸素分圧が目標値よりも低くなる劣化状態とは、第1測定室159からの酸素の汲み出しが過剰に実行される状態であり、この場合には、酸素のみならず特定ガス(NOx)までもが第1測定室159から汲み出されてしまう虞がある。   Note that the deterioration state in which the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is lower than the target value is a state in which the pumping of oxygen from the first measurement chamber 159 is excessively performed. Not only the specific gas (NOx) may be pumped out of the first measurement chamber 159.

そして、図3によれば、自己生成電流Icpが同一電流値であっても、劣化状態のNOxガスセンサ素子10における第2ポンプ電流オフセット値は、正常状態のNOxガスセンサ素子10における第2ポンプ電流オフセット値に比べて、小さい値となる。このことから、第2ポンプ電流オフセット値(Ip2オフセット)と自己生成電流Icpとの相関関係は、NOxガスセンサ素子10の状態(正常状態、劣化状態)に応じて変化することがわかる。   According to FIG. 3, even if the self-generated current Icp has the same current value, the second pump current offset value in the deteriorated NOx gas sensor element 10 is the second pump current offset in the normal state NOx gas sensor element 10. The value is smaller than the value. From this, it can be seen that the correlation between the second pump current offset value (Ip2 offset) and the self-generated current Icp changes according to the state (normal state, deteriorated state) of the NOx gas sensor element 10.

つまり、自己生成電流Icpとして特定の電流値(判定用電流値)を予め定めておき、その判定用電流を酸素分圧検知セル112に通電したときの第2ポンプ電流オフセット値βを検出して、検出した第2ポンプ電流オフセット値βが正常範囲に含まれるか否かを判断することによって、NOxガスセンサ素子10が正常状態であるか劣化状態であるかを判定することができる。   That is, a specific current value (determination current value) is determined in advance as the self-generated current Icp, and the second pump current offset value β when the determination current is supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112 is detected. Then, by determining whether or not the detected second pump current offset value β is included in the normal range, it is possible to determine whether the NOx gas sensor element 10 is in a normal state or in a deteriorated state.

次に、図2のフローチャートに戻り、S180では、S160で読み込んだオフセット値用劣化判定閾値KとS170で検出した第2ポンプ電流オフセット値βとを比較し、第2ポンプ電流オフセット値βがオフセット値用劣化判定閾値K以上であるか否かを判定しており、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。   Next, returning to the flowchart of FIG. 2, in S180, the deterioration judgment threshold value for offset value K read in S160 is compared with the second pump current offset value β detected in S170, and the second pump current offset value β is offset. It is determined whether or not the deterioration determination threshold value K is greater than or equal to the value. If the determination is affirmative, the process proceeds to S190. If the determination is negative, the process proceeds to S200.

つまり、S180では、第2ポンプ電流オフセット値βがオフセット値用劣化判定閾値K以上である場合には、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流オフセット値βがオフセット値用劣化判定閾値K未満である場合には、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する。   That is, in S180, when the second pump current offset value β is equal to or greater than the offset value deterioration determination threshold K, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the second pump current offset value β is the offset value. If it is less than the use deterioration determination threshold K, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

そして、S180での判定に用いるオフセット値用劣化判定閾値Kは、上述したように、初期第2ポンプ電流オフセット値αと劣化係数Jとの乗算で得られる数値が設定されている。たとえば、劣化係数Jが「0.9」である場合には、検出される第2ポンプ電流オフセット値βが初期第2ポンプ電流オフセット値αの90%以上であれば正常状態と判定され、検出される第2ポンプ電流オフセット値βが初期第2ポンプ電流オフセット値αの90%未満であれば劣化状態と判定される。   The offset value deterioration determination threshold value K used for the determination in S180 is set to a value obtained by multiplying the initial second pump current offset value α and the deterioration coefficient J as described above. For example, when the deterioration coefficient J is “0.9”, if the detected second pump current offset value β is 90% or more of the initial second pump current offset value α, the normal state is determined and detected. If the second pump current offset value β is less than 90% of the initial second pump current offset value α, it is determined that the state is deteriorated.

劣化係数Jが「0.9」である場合にS180で肯定判定されるNOxガスセンサ素子10については、第1測定室159および第2測定室161の酸素分圧(酸素濃度)の制御誤差が10%以内であると判断でき、制御誤差が10%まで許容される用途においては、NOx検出が不可能な状態(劣化状態)ではなく、NOx検出が可能な状態(正常状態)と判定できる。   For the NOx gas sensor element 10 that is positively determined in S180 when the deterioration coefficient J is “0.9”, the control error of the oxygen partial pressure (oxygen concentration) in the first measurement chamber 159 and the second measurement chamber 161 is 10 In applications where the control error can be up to 10%, it is possible to determine that NOx detection is not possible (deterioration state), but NOx detection is possible (normal state).

なお、劣化係数Jは、「0.9」に限られることはなく、制御誤差の許容範囲に応じた値を適宜設定することで、用途に応じて適切に劣化判定を行うことができる。
S180で肯定判定されてS190に移行すると、S190では、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定すると共に、第2ポンプセル113に印加する第2ポンプ電圧Vp2の電圧値を、NOxの解離が可能なNOx解離用電圧値に設定する処理を実行する。
The deterioration coefficient J is not limited to “0.9”, and by appropriately setting a value according to the allowable range of the control error, it is possible to appropriately determine the deterioration according to the application.
When an affirmative determination is made in S180 and the process proceeds to S190, it is determined in S190 that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the voltage value of the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 can be dissociated from NOx. A process for setting a voltage value for dissociating NOx is executed.

S190での電圧変更処理は、S110において否定判定されてS120にて変更された第2ポンプ電圧Vp2の電圧値を変更前の電圧値に戻すことを目的としている。そのため、S110において肯定判定された場合には、第2ポンプ電圧Vp2の電圧値は酸素解離用電圧値に変更されておらず、NOx解離用電圧値のままであることから、S190では、第2ポンプ電圧Vp2は変更されずに同一電圧値が維持される状態となる。   The voltage change process in S190 is intended to return the voltage value of the second pump voltage Vp2 that was negatively determined in S110 and changed in S120 to the voltage value before the change. Therefore, when an affirmative determination is made in S110, the voltage value of the second pump voltage Vp2 is not changed to the voltage value for oxygen dissociation and remains the voltage value for NOx dissociation. The pump voltage Vp2 is not changed, and the same voltage value is maintained.

つまり、S190での処理が実行されることで、第2ポンプセル113でのガス解離能力は、NOxが解離(還元)できるレベルに設定されることになり、NOxガスセンサ素子10がNOx検出可能な状態に設定される。   That is, by performing the process in S190, the gas dissociation ability in the second pump cell 113 is set to a level at which NOx can be dissociated (reduced), and the NOx gas sensor element 10 can detect NOx. Set to

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。   The gas sensor control device 190 detects the second pump current Ip2 of the NOx gas sensor element 10 by executing the NOx detection process as an internal process different from the sensor diagnosis process, and based on the detected second pump current Ip2. NOx detection is performed.

S180で否定判定されてS200に移行すると、S200では、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定すると共に、NOxガスセンサ素子10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。   When a negative determination is made in S180 and the process proceeds to S200, in S200, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and an abnormality occurrence signal indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state is sent to the gas sensor control device 190. Processing to output to an external device from an output terminal (not shown) is performed.

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。   Then, the external device that has received the abnormality occurrence signal performs processing for notifying the user that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. Specific processing includes, for example, processing for turning on a warning lamp indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, processing for outputting a voice message indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and the like. be able to.

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に備えられるガスセンサ制御装置190においては、自己生成電流Icpを酸素分圧検知セル112に通電した時に、第2測定室161の酸素分圧に応じて第2ポンプセル113に流れる電流値を第2ポンプ電流オフセット値βとして検出している。
When S190 or S200 ends, this control process (sensor diagnosis process) ends.
As described above, in the gas sensor control device 190 provided in the gas detection device 1 of the present embodiment, when the self-generated current Icp is supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112, the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161 is set. Accordingly, the current value flowing through the second pump cell 113 is detected as the second pump current offset value β.

なお、NOxガスセンサ素子10は、基準酸素室118の基準酸素分圧を基準として第1測定室159の酸素分圧が定められる構成である。また、NOxガスセンサ素子10は、第1測定室159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拡散抵抗体117を介して第2測定室161に導入される構成であるため、第2測定室161の酸素分圧が第1測定室159の酸素分圧に応じて定められる構成である。   The NOx gas sensor element 10 has a configuration in which the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is determined based on the reference oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber 118. In addition, the NOx gas sensor element 10 has a configuration in which the measurement target gas from which oxygen is pumped or pumped in the first measurement chamber 159 is introduced into the second measurement chamber 161 via the second diffusion resistor 117. The oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161 is determined according to the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159.

そして、第2ポンプ電流オフセット値βは、第2測定室161の酸素分圧に応じて第2ポンプセル113に流れる電流値であることから、第2測定室161の酸素分圧に応じた値を示すと共に、第1測定室159の酸素分圧に応じた値を示す。   The second pump current offset value β is a current value that flows through the second pump cell 113 in accordance with the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161. Therefore, the second pump current offset value β is a value in accordance with the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161. In addition, a value corresponding to the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is shown.

つまり、酸素分圧検知セル112に通電される自己生成電流Icpに対する第2ポンプ電流オフセット値βの変化状態は、酸素分圧検知セル112への自己生成電流Icpの通電状態に対する第1測定室159における酸素分圧制御状態が反映されるものである。   That is, the change state of the second pump current offset value β with respect to the self-generated current Icp supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112 is the first measurement chamber 159 relative to the current supply state of the self-generated current Icp to the oxygen partial pressure detection cell 112. This reflects the oxygen partial pressure control state.

なお、第2ポンプ電流オフセット値βは、第2測定室161の酸素分圧が高くなるほど大きい値を示し、第2測定室161の酸素分圧が低くなるほど小さい値を示す。このことから、NOxガスセンサ素子10の劣化状態を判定するためのオフセット値用劣化判定閾値Kを定めておき、第2ポンプ電流オフセット値βとオフセット値用劣化判定閾値Kとを比較することで、NOxガスセンサ素子10が第1測定室159における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定できる。   Note that the second pump current offset value β indicates a larger value as the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161 becomes higher, and a smaller value as the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161 becomes lower. From this, by setting a deterioration determination threshold value K for offset value for determining the deterioration state of the NOx gas sensor element 10, and comparing the second pump current offset value β and the deterioration determination threshold value K for offset value, It can be determined whether or not the NOx gas sensor element 10 can properly control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159.

そして、ガスセンサ制御装置190は、センサ診断処理でのS170において、自己生成電流Icpに対する第2ポンプ電流オフセット値βを検出し、センサ診断処理でのS180において、オフセット値用劣化判定閾値Kと第2ポンプ電流オフセット値βとを比較してNOxガスセンサ素子10が正常状態であるか劣化状態であるか判定している。S180では、第2ポンプ電流オフセット値βがオフセット値用劣化判定閾値K以上であるときには、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流オフセット値βがオフセット値用劣化判定閾値Kよりも小さいときには、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する。   Then, the gas sensor control device 190 detects the second pump current offset value β with respect to the self-generated current Icp in S170 in the sensor diagnosis process. In S180 in the sensor diagnosis process, the gas sensor control device 190 detects the offset value deterioration determination threshold K and the second value. The pump current offset value β is compared to determine whether the NOx gas sensor element 10 is in a normal state or a deteriorated state. In S180, when the second pump current offset value β is equal to or greater than the offset value deterioration determination threshold value K, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the second pump current offset value β is determined as the offset value deterioration determination threshold value. When it is smaller than K, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

つまり、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、酸素分圧検知セル112への通電状態に対する第1測定室159における酸素分圧制御状態を検出して、検出した酸素分圧制御状態が予め定められた正常範囲であるか否かを判断することで、NOxガスセンサ素子10が正常状態であるか劣化状態であるかを判定している。   That is, the gas sensor control device 190 of the present embodiment detects the oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber 159 relative to the energized state of the oxygen partial pressure detection cell 112, and the detected oxygen partial pressure control state is determined in advance. It is determined whether the NOx gas sensor element 10 is in a normal state or in a deteriorated state by determining whether or not it is in the normal range.

このように酸素分圧制御状態を用いて判定を行うことで、NOxガスセンサ素子10が、第1測定室159における酸素分圧を適正に制御できる正常状態であるか、第1測定室159における酸素分圧を適正に制御できない劣化状態であるか、を適切に判定することができる。   Thus, by making a determination using the oxygen partial pressure control state, the NOx gas sensor element 10 is in a normal state in which the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 can be properly controlled, or the oxygen in the first measurement chamber 159 It is possible to appropriately determine whether or not the partial pressure cannot be properly controlled.

よって、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、NOxガスセンサ素子10が第1測定室159における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定でき、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。   Therefore, the gas sensor control device 190 of the present embodiment can determine whether or not the NOx gas sensor element 10 can appropriately control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159, and determine the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 including various cells. It can be judged.

また、本実施形態においては、劣化判定を行う時に酸素分圧検知セル112へ通電する自己生成電流Icpの電流値(判定用電流値)と、特定ガス検知時に酸素分圧検知セル112に通電する自己生成電流Icpの電流値(酸素基準生成用電流)とが、それぞれ同じ電流値である。   Further, in the present embodiment, the current value (current value for determination) of the self-generated current Icp that is energized to the oxygen partial pressure detection cell 112 when performing deterioration determination, and the oxygen partial pressure detection cell 112 that is energized when detecting a specific gas. The current value (oxygen reference generation current) of the self-generated current Icp is the same current value.

このように、判定用電流値および酸素基準生成用電流値を同じ電流値とすることで、特定ガス検出状態から劣化判定状態に移行するにあたり、酸素分圧検知セル112への通電電流を設定変更する必要が無くなる。   In this way, by setting the current value for determination and the current value for oxygen reference generation to the same current value, the current applied to the oxygen partial pressure detection cell 112 is changed when shifting from the specific gas detection state to the deterioration determination state. There is no need to do.

これにより、センサ診断処理において、酸素分圧検知セル112への通電電流を設定変更するステップを実行する必要がなくなり、このようなステップを実行するための手間を省略することができ、劣化判定に伴う処理を簡略化できる。   As a result, in the sensor diagnosis process, it is not necessary to execute the step of changing the setting of the current supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112, and the labor for executing such a step can be omitted. The accompanying process can be simplified.

また、本実施形態においては、S110にて否定判定されると、S120において、第2ポンプセル113に印加する第2ポンプ電圧Vp2の電圧値を、NOxの解離が可能なNOx解離用電圧値(例えば、450[mV])から、NOxの解離は不可能であるが、酸素の解離が可能な酸素解離用電圧値に設定する処理を実行する。このように第2ポンプ電圧Vp2の電圧値が設定されると、S170では、第2ポンプセル113に印加する第2ポンプ電圧Vp2の電圧値が酸素解離用電圧値に設定された状態で、第2ポンプ電流オフセット値βを検出する処理を実行する。   Further, in this embodiment, if a negative determination is made in S110, the voltage value of the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 is changed to a NOx dissociation voltage value (for example, NOx dissociation capable of dissociating NOx) in S120. , 450 [mV]), the process of setting the voltage value for oxygen dissociation to which dissociation of NOx is impossible but oxygen can be dissociated is executed. When the voltage value of the second pump voltage Vp2 is thus set, in S170, the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 is set to the oxygen dissociation voltage value in the second state. A process of detecting the pump current offset value β is executed.

なお、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度(大気中と同じ酸素濃度)である場合には、測定対象ガスには特定ガス(NOx)がほとんど存在しない状態となるが、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度ではない場合には、測定対象ガスに特定ガス(NOx)が存在する可能性が高くなる。   When the oxygen concentration of the measurement target gas is high (the same oxygen concentration as in the atmosphere), the measurement target gas has almost no specific gas (NOx), but the oxygen concentration of the measurement target gas When is not a high concentration, there is a high possibility that the specific gas (NOx) exists in the measurement target gas.

つまり、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、第2ポンプセル113への印加電圧を酸素解離用電圧値(劣化判定用電圧値)に設定することで、第2ポンプセル113は、特定ガスの解離が不可能で、酸素の解離が可能な状態となる。これにより、第2測定室161に特定ガス(NOx)が存在する場合であっても、第2ポンプセル113に流れる電流は、特定ガス(NOx)の影響を受けることなく、第2測定室161の酸素分圧に応じた値となる。   That is, the gas sensor control device 190 of the present embodiment sets the voltage applied to the second pump cell 113 to the oxygen dissociation voltage value (degradation determination voltage value), so that the second pump cell 113 can dissociate the specific gas. Impossible and oxygen can be dissociated. Thereby, even when the specific gas (NOx) is present in the second measurement chamber 161, the current flowing through the second pump cell 113 is not affected by the specific gas (NOx), and the current in the second measurement chamber 161 is not affected. The value depends on the oxygen partial pressure.

よって、本実施形態によれば、特定ガス(NOx)の影響によって第2ポンプセル113に流れる電流値が変動することを防止でき、第2ポンプ電流オフセット値βを精度良く検出できることから、劣化判定精度を向上できる。   Therefore, according to the present embodiment, the current value flowing through the second pump cell 113 can be prevented from fluctuating due to the influence of the specific gas (NOx), and the second pump current offset value β can be accurately detected. Can be improved.

なお、本実施形態においては、センサ診断処理を実行する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、NOxガスセンサ素子10がガスセンサ素子に相当し、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している。また、第1拡散抵抗体116が第1拡散抵抗部に相当し、第2拡散抵抗体117が第2拡散抵抗部に相当している。   In the present embodiment, the gas sensor control device 190 that executes sensor diagnosis processing corresponds to the sensor element deterioration determination device described in the claims, the NOx gas sensor element 10 corresponds to the gas sensor element, and the first pump cell 111. Corresponds to the first oxygen ion pump cell, the second pump cell 113 corresponds to the second oxygen ion pump cell, and the oxygen partial pressure detection cell 112 corresponds to the oxygen partial pressure detection cell. The first diffusion resistor 116 corresponds to the first diffusion resistor part, and the second diffusion resistor 117 corresponds to the second diffusion resistor part.

さらに、センサ診断処理のS170を実行するガスセンサ制御装置190が酸素分圧制御状態検出手段に相当し、センサ診断処理のS180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、センサ診断処理のS120を実行するガスセンサ制御装置190が劣化判定用電圧設定手段に相当している。   Further, the gas sensor control device 190 that executes S170 of the sensor diagnosis process corresponds to the oxygen partial pressure control state detection means, and the gas sensor control device 190 that executes S180 of the sensor diagnosis process corresponds to the deterioration determination means. The gas sensor control device 190 that executes S120 corresponds to the voltage setting means for deterioration determination.

以上、本発明の実施形態として、第2ポンプ電流オフセット値βに基づいてNOxガスセンサ素子10の劣化状態を判定する実施形態(以下、第1実施形態ともいう)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はない。   As described above, the embodiment of determining the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 based on the second pump current offset value β (hereinafter also referred to as the first embodiment) has been described as an embodiment of the present invention. The form is not limited to the above embodiment.

次に、第2実施形態として、第2ポンプ電流第1オフセット値と第2ポンプ電流第2オフセット値との差分であるオフセット変化量に基づいて、NOxガスセンサ素子10の劣化状態を判定する実施形態について説明する。   Next, as a second embodiment, an embodiment in which the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 is determined based on an offset change amount which is a difference between the second pump current first offset value and the second pump current second offset value. Will be described.

なお、第2実施形態におけるガス検出装置1は、第1実施形態と同様に、ガスセンサ制御装置190およびNOxガスセンサ素子10を備えており、概略構成を示す構成図は図1と同様である。   In addition, the gas detection apparatus 1 in 2nd Embodiment is provided with the gas sensor control apparatus 190 and NOx gas sensor element 10 similarly to 1st Embodiment, and the block diagram which shows schematic structure is the same as that of FIG.

第2実施形態は、第1実施形態に比べて、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))の処理内容が異なることから、第2実施形態で実行される第2センサ診断処理の処理内容を中心に説明する。   Compared to the first embodiment, the second embodiment is different from the first embodiment in that the sensor diagnostic process (On Board Diagnosis process (OBD process)) executed by the gas sensor control device 190 is different, so that the second embodiment is executed in the second embodiment. The contents of the second sensor diagnosis process will be mainly described.

図4に、第2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。
第2センサ診断処理が開始されると、まず、S310(Sはステップを表す)では、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度(大気中と同等の酸素濃度。本実施形態では、20%以上に設定。)であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはS360に移行し、否定判定する場合にはS320に移行する。
FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents of the second sensor diagnosis processing.
When the second sensor diagnosis process is started, first, in S310 (S represents a step), the oxygen concentration of the measurement target gas is high (oxygen concentration equivalent to that in the atmosphere. In the present embodiment, it is 20% or more). If the determination is affirmative, the process proceeds to S360. If the determination is negative, the process proceeds to S320.

なお、測定対象ガスの酸素濃度は、第1ポンプセル111に流れる第1ポンプ電流Ip1(詳細には、第1測定室159の酸素濃度(酸素分圧)を調整するために流れる第1ポンプ電流Ip1)に基づいて判定することができる。つまり、第1ポンプ電流Ip1の通電状態(電流値、電流積分値、通電方向など)は、測定対象ガスの酸素濃度に応じて変化することから、この第1ポンプ電流Ip1に基づいて測定対象ガス中の酸素濃度を判定することができる。   Note that the oxygen concentration of the measurement target gas is the first pump current Ip1 that flows in the first pump cell 111 (specifically, the first pump current Ip1 that flows to adjust the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first measurement chamber 159). ). That is, since the energization state (current value, current integral value, energization direction, etc.) of the first pump current Ip1 changes according to the oxygen concentration of the measurement target gas, the measurement target gas is based on the first pump current Ip1. The oxygen concentration inside can be determined.

そして、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、内部処理として別途実行される酸素濃度判定処理において、第1測定室159の酸素濃度を調整するために第1ポンプセル111に流れる第1ポンプ電流Ip1を検出し、検出した第1ポンプ電流Ip1の通電状態(電流値や通電方向など)に基づいて、測定対象ガスの酸素濃度を判定している。   The gas sensor control device 190 according to the present embodiment uses the first pump current Ip1 that flows through the first pump cell 111 to adjust the oxygen concentration in the first measurement chamber 159 in an oxygen concentration determination process that is separately performed as an internal process. Based on the detected energization state (current value, energization direction, etc.) of the detected first pump current Ip1, the oxygen concentration of the measurement target gas is determined.

このため、S310では、酸素濃度判定処理での判定結果(測定対象ガスの酸素濃度)を読み込み、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度範囲(本実施形態では、20%以上の範囲)に含まれるか否かを判断し、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度範囲に含まれる場合には肯定判定し、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度範囲を逸脱する場合には否定判定する。   For this reason, in S310, the determination result (oxygen concentration of the measurement target gas) in the oxygen concentration determination process is read, and the oxygen concentration of the measurement target gas is included in the high concentration range (in this embodiment, the range of 20% or more). If the oxygen concentration of the measurement target gas is included in the high concentration range, an affirmative determination is made, and if the oxygen concentration of the measurement target gas deviates from the high concentration range, a negative determination is made.

なお、測定対象ガスの酸素濃度が高濃度範囲となる測定対象ガスは、NOxをほとんど含んでいない状態となることから、S310で肯定判定される場合には、測定対象ガスにはNOxがほとんど含まれておらず、第1測定室159および第2測定室161にNOxが存在しない状態となる。   Note that the measurement target gas in which the oxygen concentration of the measurement target gas is in the high concentration range contains almost no NOx. Therefore, if the determination in S310 is affirmative, the measurement target gas contains almost NOx. In other words, NOx does not exist in the first measurement chamber 159 and the second measurement chamber 161.

S310で否定判定されてS320に移行すると、S320では、第2ポンプセル113に印加する第2ポンプ電圧Vp2の電圧値を、NOxの解離が可能なNOx解離用電圧値(例えば、450[mV])から、NOxの解離は不可能であるが、酸素の解離が可能な酸素解離用電圧値(本実施形態では、250[mV])に設定する処理を実行する。   When a negative determination is made in S310 and the process proceeds to S320, in S320, the voltage value of the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 is set to a voltage value for NOx dissociation that enables dissociation of NOx (for example, 450 [mV]). Therefore, the process of setting the voltage value for oxygen dissociation (in this embodiment, 250 [mV]) capable of dissociating oxygen, although dissociation of NOx is impossible is executed.

なお、酸素解離用電圧値は、例えば、250[mV]〜350[mV]の範囲内におけるいずれかの数値を設定することができる。
そして、電圧値変更前は、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および酸素(O2 )が解離(還元)される状態となるのに対して、電圧値変更後は、酸素(O2 )が解離(還元)されるものの、NOxは解離されない状態となる。
In addition, the voltage value for oxygen dissociation can set any numerical value within the range of 250 [mV]-350 [mV], for example.
Before the voltage value is changed, NOx and oxygen (O 2 ) are dissociated (reduced) in the second measurement chamber 161 by the catalytic action of the second porous electrode 125 constituting the second pump cell 113. In contrast, after the voltage value is changed, oxygen (O 2 ) is dissociated (reduced), but NOx is not dissociated.

つまり、電圧値変更後は、酸素(O2 )の解離により得られた酸素イオンが移動することで第2ポンプ電流Ip2が流れることになり、このときの第2ポンプ電流Ip2は、第2測定室161の特定ガス濃度(NOx濃度)に応じた電流値ではなく、第2測定室161の酸素濃度(酸素分圧)に応じた電流値を示す。 That is, after the voltage value is changed, the second pump current Ip2 flows due to the movement of oxygen ions obtained by the dissociation of oxygen (O 2 ), and the second pump current Ip2 at this time is the second measurement. The current value according to the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the second measurement chamber 161 is shown instead of the current value according to the specific gas concentration (NOx concentration) in the chamber 161.

なお、電圧変更直後は、変更前にNOxの解離により得られた酸素イオンの影響により、第2ポンプ電流Ip2が大きくなることがある。そこで、次のS330〜S350での処理を実行して、第2ポンプ電流Ip2が安定化するまで一定時間待機することで、NOxの影響を確実に回避する。   Note that immediately after the voltage change, the second pump current Ip2 may increase due to the influence of oxygen ions obtained by dissociation of NOx before the change. Therefore, the following processes in S330 to S350 are executed, and the influence of NOx is surely avoided by waiting for a certain period of time until the second pump current Ip2 is stabilized.

まず、S330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S340では、タイマ処理による時間計測の開始時点から安定化待機時間が経過したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはS350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。
First, in S330, timer processing for measuring elapsed time is started.
In subsequent S340, it is determined whether or not the stabilization waiting time has elapsed from the time measurement start time by the timer process. If the determination is affirmative, the process proceeds to S350, and if the determination is negative, the same step is repeated. Wait by executing.

なお、本実施形態では、第2ポンプ電圧Vp2を変更した後、第2ポンプ電流Ip2が安定するまでの安定化待機時間として、1.0[sec]が設定されている。
S340で肯定判定されてS350に移行すると、S350では、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。
In the present embodiment, 1.0 [sec] is set as a stabilization waiting time until the second pump current Ip2 is stabilized after the second pump voltage Vp2 is changed.
When an affirmative determination is made in S340 and the process proceeds to S350, the timer process for measuring the elapsed time is stopped in S350.

S310で肯定判定されるか、あるいはS350の処理が終了すると、S360に移行し、S360では、第2ポンプセル113に流れる第2ポンプ電流Ip2の電流値を第2ポンプ電流第1オフセット値β1として検出するとともに、酸素分圧検知セル112に通電されている自己生成電流Icpの電流値(以下、第1判定用電流値Icp1ともいう)を検出する処理を実行する。   When an affirmative determination is made in S310 or the processing of S350 ends, the process proceeds to S360, and in S360, the current value of the second pump current Ip2 flowing through the second pump cell 113 is detected as the second pump current first offset value β1. At the same time, a process of detecting the current value of the self-generated current Icp (hereinafter also referred to as the first determination current value Icp1) that is energized in the oxygen partial pressure detection cell 112 is executed.

S360で検出される第2ポンプ電流Ip2は、特定ガス(NOx)の濃度に応じた電流値を示すのではなく、第2測定室161の酸素分圧に応じて第2ポンプセル113に流れる電流値となる。   The second pump current Ip2 detected in S360 does not indicate a current value according to the concentration of the specific gas (NOx), but a current value flowing through the second pump cell 113 according to the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161. It becomes.

つまり、S310で肯定判定されている場合には、第2測定室161にNOxが存在しない状態であることから、S360で検出する第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。また、S310で否定判定されている場合には、S320において第2ポンプ電圧Vp2を酸素解離用電圧値に設定していることから、特定ガス(NOx)を解離できないため、S360で検出する第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。   That is, if the determination in S310 is affirmative, NOx is not present in the second measurement chamber 161, and therefore the second pump current Ip2 detected in S360 is equal to the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161. The corresponding current value is shown. If the negative determination is made in S310, since the second pump voltage Vp2 is set to the oxygen dissociation voltage value in S320, the specific gas (NOx) cannot be dissociated, so the second detected in S360. The pump current Ip2 indicates a current value corresponding to the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161.

このため、S360で検出される第2ポンプ電流第1オフセット値β1は、酸素分圧検知セル112に通電する自己生成電流Icpが第1判定用電流値Icp1であるときに第2測定室161の酸素分圧に応じて第2ポンプセル113に流れる電流値となる。   For this reason, the second pump current first offset value β1 detected in S360 is the value of the second measurement chamber 161 when the self-generated current Icp flowing through the oxygen partial pressure detection cell 112 is the first determination current value Icp1. The current value flowing through the second pump cell 113 is determined according to the oxygen partial pressure.

また、S360で検出される自己生成電流Icpは、酸素分圧検知セル112の酸素の汲み入れによって、基準酸素室118の酸素分圧(酸素濃度)が目標値(基準酸素分圧)に制御されるように予め定められた酸素基準生成用電流値である。つまり、S360で検出される第1判定用電流値Icp1は、酸素基準生成用電流値である。   In addition, the self-generated current Icp detected in S360 controls the oxygen partial pressure (oxygen concentration) in the reference oxygen chamber 118 to the target value (reference oxygen partial pressure) by pumping in oxygen from the oxygen partial pressure detection cell 112. The oxygen reference generation current value is determined in advance. That is, the first determination current value Icp1 detected in S360 is the oxygen reference generation current value.

次のS370では、酸素分圧検知セル112に通電する自己生成電流Icpの電流値を、酸素基準生成用電流値とは異なる第2判定用電流値Icp2に変更する処理を実行する。なお、第2判定用電流値Icp2は、酸素基準生成用電流値よりも小さい電流値に設定されている。   In next S370, a process of changing the current value of the self-generated current Icp energized to the oxygen partial pressure detection cell 112 to the second determination current value Icp2 different from the oxygen reference generation current value is executed. The second determination current value Icp2 is set to a current value smaller than the oxygen reference generation current value.

なお、電流変更直後の基準酸素室118における酸素濃度(酸素分圧)は、電流変更前と比べてほぼ同等であることから、基準酸素室118の酸素濃度が電流変更後の第2判定用電流値Icp2に応じた濃度となるまで待機することが望ましい。そこで、次のS380〜S400での処理を実行して、基準酸素室118の酸素濃度が電流変更後の第2判定用電流値Icp2に応じた濃度となるまで一定時間待機する。   Since the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the reference oxygen chamber 118 immediately after the current change is substantially equal to that before the current change, the oxygen concentration in the reference oxygen chamber 118 is the second determination current after the current change. It is desirable to wait until the concentration reaches the value Icp2. Therefore, the processing in the next S380 to S400 is executed, and the process waits for a certain period of time until the oxygen concentration in the reference oxygen chamber 118 becomes a concentration corresponding to the second determination current value Icp2 after the current change.

まず、S380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S390では、タイマ処理による時間計測の開始時点から検出待機時間が経過したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはS400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。
First, in S380, timer processing for measuring elapsed time is started.
In subsequent S390, it is determined whether or not the detection standby time has elapsed from the start of time measurement by the timer process. If the determination is affirmative, the process proceeds to S400, and if the determination is negative, the same step is repeatedly executed. To wait.

なお、本実施形態では、自己生成電流Icpを第2判定用電流値Icp2に変更した後、基準酸素室118の酸素濃度が第2判定用電流値Icp2に応じた濃度となるまでの検出待機時間として、5.0[sec]が設定されている。   In the present embodiment, after the self-generated current Icp is changed to the second determination current value Icp2, the detection standby time until the oxygen concentration in the reference oxygen chamber 118 becomes a concentration corresponding to the second determination current value Icp2. Is set to 5.0 [sec].

S390で肯定判定されてS400に移行すると、S400では、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。
S400の処理が終了すると、S410に移行し、S410では、第2ポンプセル113に流れる第2ポンプ電流Ip2の電流値を第2ポンプ電流第2オフセット値β2として検出するとともに、酸素分圧検知セル112に通電されている自己生成電流Icpの電流値(第2判定用電流値Icp2)を検出する処理を実行する。
When an affirmative determination is made in S390 and the process proceeds to S400, the timer process for measuring the elapsed time is stopped in S400.
When the process of S400 is completed, the process proceeds to S410. In S410, the current value of the second pump current Ip2 flowing through the second pump cell 113 is detected as the second pump current second offset value β2, and the oxygen partial pressure detection cell 112 is detected. Is executed to detect the current value (second determination current value Icp2) of the self-generated current Icp that is energized to the current.

次のS420では、第2ポンプ電流第1オフセット値β1と第2ポンプ電流第2オフセット値β2との差分値をオフセット変化量ΔIp2(=β1−β2)として演算する処理を行う。また、S430では、第1判定用電流値Icp1と第2判定用電流値Icp2との差分値を判定用電流変化量ΔIcp(=ΔIcp1−ΔIcp2)として演算する処理を行う。   In the next S420, a process of calculating a difference value between the second pump current first offset value β1 and the second pump current second offset value β2 as an offset change amount ΔIp2 (= β1-β2) is performed. In S430, a process of calculating a difference value between the first determination current value Icp1 and the second determination current value Icp2 as a determination current change amount ΔIcp (= ΔIcp1-ΔIcp2) is performed.

続くS440では、予め定められた変化量用劣化判定閾値Aを所定の記憶装置(内部メモリなど)から読み出す処理を実行する。
なお、変化量用劣化判定閾値Aは、後述するS450での判定処理(NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行う処理)に用いる判定値であり、実際のNOxガスセンサ素子10を用いた測定結果に基づいて定めることができる。
In subsequent S440, a process of reading a predetermined change amount deterioration determination threshold A from a predetermined storage device (such as an internal memory) is executed.
The change amount deterioration determination threshold A is a determination value used in a determination process in S450 described later (a process for determining deterioration of the NOx gas sensor element 10), and is based on a measurement result using the actual NOx gas sensor element 10. Can be determined.

たとえば、未使用状態のNOxガスセンサ素子10を用いて、自己生成電流Icpとして第1判定用電流値Icp1および第2判定用電流値Icp2を酸素分圧検知セル112に通電し、それぞれの通電時における第2ポンプ電流Ip2の電流値(第2ポンプ電流第1オフセット値β1および第2ポンプ電流第2オフセット値β2)を測定する。そして、このときの第2ポンプ電流第1オフセット値β1と第2ポンプ電流第2オフセット値β2との差分値(オフセット変化量B)と、このときの第1判定用電流値Icp1と第2判定用電流値Icp2との差分値(判定用電流変化量C)とを算出し、オフセット変化量Bを判定用電流変化量Cで除算して得られる値を、初期オフセット変化量D(=B/C)として算出する。さらに、初期オフセット変化量D(=B/C)に対して所定の劣化係数E(1未満の値。例えば、0.9など。)を乗じて得られる値を、変化量用劣化判定閾値A(=D×E)として定めることができる。   For example, using the unused NOx gas sensor element 10, the first determination current value Icp1 and the second determination current value Icp2 are supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112 as the self-generated current Icp, Current values of the second pump current Ip2 (second pump current first offset value β1 and second pump current second offset value β2) are measured. Then, the difference value (offset change amount B) between the second pump current first offset value β1 and the second pump current second offset value β2 at this time, the first determination current value Icp1 and the second determination at this time A difference value (determination current change amount C) from the current value Icp2 for calculation is calculated, and a value obtained by dividing the offset change amount B by the determination current change amount C is used as an initial offset change amount D (= B / C). Further, a value obtained by multiplying the initial offset change amount D (= B / C) by a predetermined deterioration coefficient E (a value less than 1, for example, 0.9) is used as a change amount deterioration determination threshold A. (= D × E).

ここで、酸素分圧検知セル112に通電される自己生成電流Icpと第2ポンプ電流オフセット値との相関関係を表すとともに、オフセット変化量ΔIp2および判定用電流変化量ΔIcpについて説明するための説明図を、図5に示す。   Here, the correlation between the self-generated current Icp supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112 and the second pump current offset value is shown, and an explanatory diagram for explaining the offset change amount ΔIp2 and the determination current change amount ΔIcp. Is shown in FIG.

なお、図5では、NOxガスセンサ素子10が正常状態(劣化していない初期状態)であるときの相関関係を実線で示し、NOxガスセンサ素子10が劣化状態(第1測定室159の酸素分圧が目標値よりも低くなる劣化状態)であるときの相関関係を一点鎖線で示している。また、図5では、縦軸を第2ポンプ電流オフセット値(Ip2オフセット)とし、横軸を自己生成電流Icpとする座標平面において、両者の相関関係を示している。   In FIG. 5, the solid line indicates the correlation when the NOx gas sensor element 10 is in a normal state (an initial state that is not deteriorated), and the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state (the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is The correlation when the deterioration state is lower than the target value is indicated by a one-dot chain line. Further, in FIG. 5, the correlation between the two is shown in a coordinate plane in which the vertical axis is the second pump current offset value (Ip2 offset) and the horizontal axis is the self-generated current Icp.

さらに、図5では、第1判定用電流値Icp1および第2判定用電流値Icp2との差分である判定用電流変化量ΔIcpを図示するとともに、初期状態および劣化状態におけるそれぞれのオフセット変化量ΔIp2(初期時ΔIp2、劣化時ΔIp2)を図示している。   Further, FIG. 5 illustrates a determination current change amount ΔIcp, which is a difference between the first determination current value Icp1 and the second determination current value Icp2, and the offset change amounts ΔIp2 (in the initial state and the deteriorated state). The initial ΔIp2 and the deterioration ΔIp2) are illustrated.

なお、第1測定室159の酸素分圧が目標値よりも低くなる劣化状態とは、第1測定室159からの酸素の汲み出しが過剰に実行される状態であり、この場合には、酸素のみならず特定ガス(NOx)までもが第1測定室159から汲み出されてしまう虞がある。   Note that the deterioration state in which the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is lower than the target value is a state in which the pumping of oxygen from the first measurement chamber 159 is excessively performed. Not only the specific gas (NOx) may be pumped out of the first measurement chamber 159.

そして、図5によれば、自己生成電流Icpが同一電流値であっても、劣化状態のNOxガスセンサ素子10における第2ポンプ電流オフセット値は、正常状態のNOxガスセンサ素子10における第2ポンプ電流オフセット値に比べて、小さい値となる。このことから、第2ポンプ電流オフセット値(Ip2オフセット)と自己生成電流Icpとの相関関係は、NOxガスセンサ素子10の状態(正常状態、劣化状態)に応じて変化することがわかる。   According to FIG. 5, even if the self-generated current Icp has the same current value, the second pump current offset value in the deteriorated NOx gas sensor element 10 is the second pump current offset in the normal state NOx gas sensor element 10. The value is smaller than the value. From this, it can be seen that the correlation between the second pump current offset value (Ip2 offset) and the self-generated current Icp changes according to the state (normal state, deteriorated state) of the NOx gas sensor element 10.

さらに、判定用電流変化量ΔIcpが同一であっても、初期状態および劣化状態においては、それぞれのオフセット変化量ΔIp2(初期時ΔIp2、劣化時ΔIp2)が異なる値となり、「初期時ΔIp2>劣化時ΔIp2」という関係となる。つまり、判定用電流変化量ΔIcpとオフセット変化量ΔIp2との相関関係は、NOxガスセンサ素子10の状態(正常状態、劣化状態)に応じて変化することがわかる。   Furthermore, even if the current change amount for determination ΔIcp is the same, the offset change amount ΔIp2 (initial time ΔIp2, deterioration time ΔIp2) is different in the initial state and the deterioration state, and “initial time ΔIp2> deterioration time” The relationship is “ΔIp2”. That is, it can be seen that the correlation between the determination current change amount ΔIcp and the offset change amount ΔIp2 changes according to the state (normal state, deteriorated state) of the NOx gas sensor element 10.

このことから、判定用電流変化量ΔIcpを特定するための2つの判定用電流値(第1判定用電流値Icp1、第2判定用電流値Icp2)を予め定めておき、判定用電流変化量ΔIcpに対するオフセット変化量ΔIp2を検出して、検出したオフセット変化量ΔIp2を判定用電流変化量ΔIcpで除算して得られる値(ΔIp2/ΔIcp)が正常範囲に含まれるか否かを判断することによって、NOxガスセンサ素子10が正常状態であるか劣化状態であるかを判定することができる。   Thus, two determination current values (first determination current value Icp1 and second determination current value Icp2) for specifying the determination current change amount ΔIcp are determined in advance, and the determination current change amount ΔIcp is determined. By detecting the offset change amount ΔIp2 with respect to, and determining whether or not the value (ΔIp2 / ΔIcp) obtained by dividing the detected offset change amount ΔIp2 by the determination current change amount ΔIcp is included in the normal range, It can be determined whether the NOx gas sensor element 10 is in a normal state or a deteriorated state.

次に、図4のフローチャートに戻り、S450では、S420で得られたオフセット変化量ΔIp2をS430で得られた判定用電流変化量ΔIcpで除算して得られる値(補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcp)と、S440で読み込んだ変化量用劣化判定閾値Aとを比較し、補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpが変化量用劣化判定閾値A以上であるか否かを判定しており、肯定判定する場合にはS460に移行し、否定判定する場合にはS500に移行する。   Next, returning to the flowchart of FIG. 4, in S450, a value obtained by dividing the offset change amount ΔIp2 obtained in S420 by the determination current change amount ΔIcp obtained in S430 (corrected offset change amount ΔIp2 / ΔIcp). Is compared with the change amount deterioration determination threshold A read in S440, and it is determined whether or not the correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is greater than or equal to the change amount deterioration determination threshold A. Shifts to S460, and shifts to S500 if a negative determination is made.

つまり、S450では、補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpが変化量用劣化判定閾値A以上である場合には、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpが変化量用劣化判定閾値A未満である場合には、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する。   That is, in S450, when the correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is equal to or greater than the change amount deterioration determination threshold A, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in the normal state, and the correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is the change amount. When it is less than the use deterioration determination threshold A, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

そして、S450での判定に用いる変化量用劣化判定閾値Aは、上述したように、オフセット変化量Bを判定用電流変化量Cで除算して得られる初期オフセット変化量D(=B/C)に対して劣化係数Eを乗じて得られる値が設定されている。   Then, the change amount deterioration determination threshold A used for the determination in S450 is the initial offset change amount D (= B / C) obtained by dividing the offset change amount B by the determination current change amount C as described above. A value obtained by multiplying the deterioration coefficient E by the value is set.

たとえば、劣化係数Eが「0.9」である場合には、検出される補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpが初期オフセット変化量Dの90%以上であれば正常状態と判定され、検出される補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpが初期オフセット変化量Dの90%未満であれば劣化状態と判定される。   For example, when the deterioration coefficient E is “0.9”, if the detected correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is 90% or more of the initial offset change amount D, the normal state is determined, and the detected correction is detected. If the offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is less than 90% of the initial offset change amount D, it is determined that the deterioration state has occurred.

劣化係数Eが「0.9」である場合にS450で肯定判定されるNOxガスセンサ素子10については、第1測定室159および第2測定室161の酸素分圧(酸素濃度)の制御誤差が10%以内であると判断でき、制御誤差が10%まで許容される用途においては、NOx検出が不可能な状態(劣化状態)ではなく、NOx検出が可能な状態(正常状態)と判定できる。   For the NOx gas sensor element 10 that is determined to be affirmative in S450 when the deterioration coefficient E is “0.9”, the control error of the oxygen partial pressure (oxygen concentration) in the first measurement chamber 159 and the second measurement chamber 161 is 10 In applications where the control error can be up to 10%, it is possible to determine that NOx detection is not possible (deterioration state), but NOx detection is possible (normal state).

なお、劣化係数Eは、「0.9」に限られることはなく、制御誤差の許容範囲に応じた値を適宜設定することで、用途に応じて適切に劣化判定を行うことができる。
S450で肯定判定されてS460に移行すると、S460では、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定すると共に、自己生成電流Icpの電流値を第2判定用電流値Icp2から第1判定用電流値Icp1に設定変更する処理を実行する。
Note that the deterioration coefficient E is not limited to “0.9”, and by appropriately setting a value corresponding to the allowable range of the control error, it is possible to appropriately determine the deterioration according to the application.
When an affirmative determination is made in S450 and the process proceeds to S460, in S460, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the current value of the self-generated current Icp is changed from the second determination current value Icp2 to the first determination current value. A process of changing the setting to Icp1 is executed.

S460での電流変更処理は、S370にて変更された自己生成電流Icpを変更前の電流値(第1判定用電流値Icp1、換言すれば、酸素基準生成用電流値)に戻すことを目的としている。つまり、S460での処理が実行されることで、酸素分圧検知セル112の酸素の汲み入れによって、基準酸素室118の酸素分圧(酸素濃度)が目標値(基準酸素分圧)に制御される状態に設定される。   The current change process in S460 is for the purpose of returning the self-generated current Icp changed in S370 to the current value before the change (first determination current value Icp1, in other words, oxygen reference generation current value). Yes. That is, by performing the process in S460, the oxygen partial pressure (oxygen concentration) in the reference oxygen chamber 118 is controlled to the target value (reference oxygen partial pressure) by pumping oxygen in the oxygen partial pressure detection cell 112. Is set to the state.

なお、電流変更直後の基準酸素室118における酸素濃度(酸素分圧)は、電流変更前と比べてほぼ同等であることから、基準酸素室118の酸素濃度が電流変更後の第1判定用電流値Icp1(酸素基準生成用電流値)に応じた濃度となるまで待機することが望ましい。そこで、次のS470〜S490での処理を実行して、基準酸素室118の酸素濃度が電流変更後の第1判定用電流値Icp1に応じた濃度となるまで一定時間待機する。   Since the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the reference oxygen chamber 118 immediately after the current change is substantially equal to that before the current change, the oxygen concentration in the reference oxygen chamber 118 is the first determination current after the current change. It is desirable to wait until the concentration reaches the value Icp1 (oxygen reference generation current value). Therefore, the processing in the next S470 to S490 is executed, and the process waits for a certain period of time until the oxygen concentration in the reference oxygen chamber 118 becomes a concentration corresponding to the first determination current value Icp1 after the current change.

まず、S470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S480では、タイマ処理による時間計測の開始時点から復帰待機時間が経過したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはS490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。
First, in S470, timer processing for measuring elapsed time is started.
In subsequent S480, it is determined whether or not the return waiting time has elapsed since the start of the time measurement by the timer process. If the determination is affirmative, the process proceeds to S490, and if the determination is negative, the same step is repeated. To wait.

なお、本実施形態では、自己生成電流Icpを第1判定用電流値Icp1に変更した後、基準酸素室118の酸素濃度が第1判定用電流値Icp1に応じた濃度となるまでの復帰待機時間として、1.0[sec]が設定されている。   In the present embodiment, after the self-generated current Icp is changed to the first determination current value Icp1, the return waiting time until the oxygen concentration in the reference oxygen chamber 118 becomes a concentration corresponding to the first determination current value Icp1. Is set to 1.0 [sec].

S480で肯定判定されてS490に移行すると、S490では、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。
他方、S450で否定判定されてS500に移行すると、S500では、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定すると共に、NOxガスセンサ素子10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。
If an affirmative determination is made in S480 and the process proceeds to S490, the timer process for measuring the elapsed time is stopped in S490.
On the other hand, when a negative determination is made in S450 and the process proceeds to S500, in S500, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and an abnormality occurrence signal indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state is sent to the gas sensor control device. A process of outputting to an external device from the output terminal 190 (not shown) is performed.

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。   Then, the external device that has received the abnormality occurrence signal performs processing for notifying the user that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. Specific processing includes, for example, processing for turning on a warning lamp indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, processing for outputting a voice message indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and the like. be able to.

S490またはS500が終了すると、本制御処理(第2センサ診断処理)は終了する。
以上説明したように、第2実施形態のガス検出装置1に備えられるガスセンサ制御装置190においては、第1判定用電流Icp1および第2判定用電流Icp2をそれぞれ酸素分圧検知セル112に通電したときに、第2ポンプセル113に流れる電流値として第2ポンプ電流第1オフセット値β1および第2ポンプ電流第2オフセット値β2をそれぞれ検出して、第2ポンプ電流第1オフセット値β1と第2ポンプ電流第2オフセット値β2との差分であるオフセット変化量ΔIp2を検出する。
When S490 or S500 ends, the present control process (second sensor diagnostic process) ends.
As described above, in the gas sensor control device 190 provided in the gas detection device 1 of the second embodiment, when the first determination current Icp1 and the second determination current Icp2 are respectively supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112. In addition, the second pump current first offset value β1 and the second pump current second offset value β2 are detected as current values flowing in the second pump cell 113, respectively, and the second pump current first offset value β1 and the second pump current are detected. An offset change amount ΔIp2 that is a difference from the second offset value β2 is detected.

このオフセット変化量ΔIp2は、判定用電流の変化量(判定用電流変化量ΔIcp)に対する第2ポンプ電流オフセット値の変化量であり、酸素分圧検知セル112への通電状態に対する第1測定室159における酸素分圧制御状態が反映されるものである。   This offset change amount ΔIp2 is a change amount of the second pump current offset value with respect to the change amount of the determination current (determination current change amount ΔIcp), and the first measurement chamber 159 corresponding to the energization state of the oxygen partial pressure detection cell 112. This reflects the oxygen partial pressure control state.

なお、オフセット変化量ΔIp2は、判定用電流変化量ΔIcpに対応した第2測定室における酸素分圧の変化量が大きいほど大きい値を示し、第2測定室における酸素分圧の変化量が小さいほど小さい値を示す。   The offset change amount ΔIp2 shows a larger value as the change amount of the oxygen partial pressure in the second measurement chamber corresponding to the determination current change amount ΔIcp is larger, and the smaller the change amount of the oxygen partial pressure in the second measurement chamber is. Indicates a small value.

また、オフセット変化量ΔIp2を判定用電流変化量ΔIcpで除算して得られる補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpは、判定用電流変化量ΔIcpが同一値であれば、オフセット変化量ΔIp2に応じて変化する。このため、補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpは、判定用電流変化量ΔIcpが同一値となる条件下では、第2測定室161の酸素分圧の変化量が高くなるほど大きい値を示し、第2測定室の酸素分圧の変化量が低くなるほど小さい値を示す。   Further, the corrected offset change amount ΔIp2 / ΔIcp obtained by dividing the offset change amount ΔIp2 by the determination current change amount ΔIcp changes according to the offset change amount ΔIp2 if the determination current change amount ΔIcp is the same value. . Therefore, the correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp shows a larger value as the change amount of the oxygen partial pressure in the second measurement chamber 161 becomes higher under the condition that the determination current change amount ΔIcp becomes the same value, and the second measurement The smaller the amount of change in the oxygen partial pressure of the chamber, the smaller the value.

このため、NOxガスセンサ素子10の劣化状態を判定するための変化量用劣化判定閾値Aを定めておき、補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpと変化量用劣化判定閾値Aとを比較することで、NOxガスセンサ素子10が第1測定室159における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定できる。   For this reason, a change amount deterioration determination threshold value A for determining the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 is determined, and the correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is compared with the change amount deterioration determination threshold value A. It can be determined whether or not the gas sensor element 10 can properly control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159.

つまり、補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpが変化量用劣化判定閾値A以上であるときには、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定でき、補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpが変化量用劣化判定閾値Aよりも小さいときにはNOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定できる。   That is, when the correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is equal to or greater than the change amount deterioration determination threshold A, it can be determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is the change amount deterioration determination threshold A. When it is smaller than that, it can be determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

そして、本実施形態においては、S420にてオフセット変化量ΔIp2を演算し、S430にて判定用電流変化量ΔIcpを演算しており、S450にて、オフセット変化量ΔIp2を判定用電流変化量ΔIcpで除算して補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpを得るとともに、補正オフセット変化量ΔIp2/ΔIcpと変化量用劣化判定閾値Aとを比較して、NOxガスセンサ素子10が正常状態であるか劣化状態であるか判定する。   In this embodiment, the offset change amount ΔIp2 is calculated in S420, the determination current change amount ΔIcp is calculated in S430, and in S450, the offset change amount ΔIp2 is calculated as the determination current change amount ΔIcp. The correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is obtained by division, and the correction offset change amount ΔIp2 / ΔIcp is compared with the change amount deterioration determination threshold A to determine whether the NOx gas sensor element 10 is in a normal state or in a deteriorated state. judge.

よって、第2実施形態のガスセンサ制御装置190は、NOxガスセンサ素子10が第1測定室159における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定でき、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。   Therefore, the gas sensor control device 190 of the second embodiment can determine whether or not the NOx gas sensor element 10 can properly control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159, and the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 including various cells. Can be determined.

また、第2実施形態においては、第1判定用電流値Icp1が酸素基準生成用電流に等しい電圧値に設定されており、第2判定用電流値Icp2が酸素基準生成用電流よりも小さい電流値に設定されている。   In the second embodiment, the first determination current value Icp1 is set to a voltage value equal to the oxygen reference generation current, and the second determination current value Icp2 is smaller than the oxygen reference generation current. Is set to

つまり、NOxガスセンサ素子10において、基準酸素室から酸素を汲み出す手段が存在しない場合には、劣化判定時(第1判定用電流および第2判定用電流の通電時)に基準酸素室118の酸素分圧が上昇すると、劣化判定状態から特定ガス検知状態に移行するにあたり、基準酸素室118の酸素分圧を目標値まで低下させるための時間が長くなる虞がある。   That is, in the NOx gas sensor element 10, when there is no means for pumping out oxygen from the reference oxygen chamber, the oxygen in the reference oxygen chamber 118 is determined at the time of deterioration determination (when the first determination current and the second determination current are energized). When the partial pressure is increased, there is a possibility that the time for reducing the oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber 118 to the target value becomes longer when shifting from the deterioration determination state to the specific gas detection state.

これに対して、第2実施形態のように、第1判定用電流値Icp1が酸素基準生成用電流に等しく設定され、第2判定用電流値Icp2が酸素基準生成用電流よりも小さく設定されることで、劣化判定時(第1判定用電流および第2判定用電流の通電時)に、酸素分圧検知セル112が基準酸素室118に対して酸素を過剰に汲み込んでしまうのを防止できる。   In contrast, as in the second embodiment, the first determination current value Icp1 is set equal to the oxygen reference generation current, and the second determination current value Icp2 is set smaller than the oxygen reference generation current. Thus, it is possible to prevent the oxygen partial pressure detection cell 112 from excessively pumping oxygen into the reference oxygen chamber 118 during the deterioration determination (when the first determination current and the second determination current are energized). .

そして、NOxガスセンサ素子10は、酸素分圧検知セル112による酸素の汲み入れ可能な構成である。このため、ガスセンサ制御装置190は、劣化判定状態から特定ガス検知状態に移行するにあたり、酸素分圧検知セル112が酸素の汲み入れ動作を行うことで、基準酸素室118の酸素分圧を目標値まで上昇させるための時間を短縮できる。   The NOx gas sensor element 10 is configured such that oxygen can be pumped by the oxygen partial pressure detection cell 112. For this reason, the gas sensor control device 190 changes the oxygen partial pressure of the reference oxygen chamber 118 to the target value by the oxygen partial pressure detection cell 112 performing the oxygen pumping operation when shifting from the deterioration determination state to the specific gas detection state. The time for raising to can be shortened.

よって、第2実施形態のガスセンサ制御装置190によれば、劣化判定状態から特定ガス検出状態に移行する際の時間を短縮できる。
なお、第2実施形態においては、第2センサ診断処理を実行する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、NOxガスセンサ素子10がガスセンサ素子に相当し、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している。また、第1拡散抵抗体116が第1拡散抵抗部に相当し、第2拡散抵抗体117が第2拡散抵抗部に相当している。
Therefore, according to the gas sensor control apparatus 190 of 2nd Embodiment, the time at which it transfers to a specific gas detection state from a deterioration determination state can be shortened.
In the second embodiment, the gas sensor control device 190 that executes the second sensor diagnostic process corresponds to the sensor element deterioration determination device described in the claims, the NOx gas sensor element 10 corresponds to the gas sensor element, One pump cell 111 corresponds to a first oxygen ion pump cell, the second pump cell 113 corresponds to a second oxygen ion pump cell, and the oxygen partial pressure detection cell 112 corresponds to an oxygen partial pressure detection cell. The first diffusion resistor 116 corresponds to the first diffusion resistor part, and the second diffusion resistor 117 corresponds to the second diffusion resistor part.

また、第2センサ診断処理のS360,S410,S420,S430を実行するガスセンサ制御装置190が酸素分圧制御状態検出手段に相当し、第2センサ診断処理のS450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。   Further, the gas sensor control device 190 that executes S360, S410, S420, and S430 of the second sensor diagnostic processing corresponds to the oxygen partial pressure control state detection means, and the gas sensor control device 190 that executes S450 of the second sensor diagnostic processing is deteriorated. This corresponds to the determination means.

なお、第2実施形態ではΔIcpが一定であることから、「ΔIp2/ΔIcp」を算出することなく、オフセット変化量ΔIp2のみに基づいて劣化判定することも可能である。その場合、変化量用劣化判定閾値Aについては、「ΔIp2/ΔIcp」に代わりオフセット変化量ΔIp2を用いて演算した値を設定して劣化判定を行う。   In the second embodiment, since ΔIcp is constant, it is possible to determine deterioration based only on the offset change amount ΔIp2 without calculating “ΔIp2 / ΔIcp”. In this case, for the change amount deterioration determination threshold A, the deterioration determination is performed by setting a value calculated using the offset change amount ΔIp2 instead of “ΔIp2 / ΔIcp”.

以上、本発明の実施形態として、第2ポンプ電流オフセット値に基づいてNOxガスセンサ素子10の劣化状態を判定する実施形態(第1実施形態および第2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はない。   As mentioned above, although embodiment (1st Embodiment and 2nd Embodiment) which determines the deterioration state of NOx gas sensor element 10 based on 2nd pump electric current offset value was described as embodiment of this invention, implementation of this invention is demonstrated. The form is not limited to the above embodiment.

次に、第3実施形態として、自己生成電流Icpの通電停止時における酸素分圧検知セル112の両端電圧(通電停止時電圧値)に基づいてNOxガスセンサ素子10の劣化状態を判定する実施形態について説明する。   Next, as a third embodiment, an embodiment in which the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 is determined based on the both-ends voltage of the oxygen partial pressure detection cell 112 when the self-generated current Icp is stopped (voltage value when the current is stopped). explain.

なお、第3実施形態におけるガス検出装置1は、第1実施形態と同様に、ガスセンサ制御装置190およびNOxガスセンサ素子10を備えており、概略構成を示す構成図は図1と同様である。   In addition, the gas detection apparatus 1 in 3rd Embodiment is provided with the gas sensor control apparatus 190 and NOx gas sensor element 10 similarly to 1st Embodiment, and the block diagram which shows schematic structure is the same as that of FIG.

第3実施形態は、第1実施形態に比べて、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))の処理内容が異なることから、第3実施形態で実行される第3センサ診断処理の処理内容を中心に説明する。   Compared with the first embodiment, the third embodiment is different from the first embodiment in that the sensor diagnostic process (On Board Diagnosis process (OBD process)) executed by the gas sensor control device 190 is different, and thus the third embodiment is executed in the third embodiment. The contents of the third sensor diagnosis process will be mainly described.

図6に、第3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。
第3センサ診断処理が開始されると、まず、S610(Sはステップを表す)では、酸素分圧検知セル112に対する自己生成電流Icpの通電を停止させるとともに、第1ポンプセル111に対する第1ポンプ電流Ip1の制御を停止させる処理を実行する。
FIG. 6 shows a flowchart showing the processing contents of the third sensor diagnosis processing.
When the third sensor diagnostic process is started, first, in S610 (S represents a step), the supply of the self-generated current Icp to the oxygen partial pressure detection cell 112 is stopped, and the first pump current to the first pump cell 111 is stopped. A process of stopping the control of Ip1 is executed.

なお、第1ポンプセル111に対する第1ポンプ電流Ip1の制御が停止すると、第1測定室159からの酸素のポンピング(汲み出し、汲み入れ)が停止される。このため、第1拡散抵抗体116を介して酸素が導入されるまでの期間は、第1測定室159の酸素分圧(酸素濃度)は、第1ポンプ電流Ip1の制御停止前の状態が維持される。   When the control of the first pump current Ip1 for the first pump cell 111 is stopped, the pumping (pumping and pumping) of oxygen from the first measurement chamber 159 is stopped. For this reason, during the period until oxygen is introduced through the first diffusion resistor 116, the oxygen partial pressure (oxygen concentration) in the first measurement chamber 159 maintains the state before the control of the first pump current Ip1 is stopped. Is done.

次のS620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S630では、タイマ処理による時間計測の開始時点から停止待機時間が経過したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはS640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。
In the next S620, timer processing for measuring the elapsed time is started.
In subsequent S630, it is determined whether or not the stop standby time has elapsed from the start of time measurement by the timer process. If the determination is affirmative, the process proceeds to S640, and if the determination is negative, the same step is repeatedly executed. To wait.

なお、本実施形態では、自己生成電流Icpの通電停止および第1ポンプ電流Ip1の制御停止を行った後、酸素分圧検知セル112の両端電圧が安定するまでの停止待機時間として、100[mSec]が設定されている。この停止待機時間は、酸素分圧検知セル112の両端電圧が第1測定室159の酸素濃度に応じた電圧値となるまでの所要時間以上に設定される。   In the present embodiment, after stopping the energization of the self-generated current Icp and the control stop of the first pump current Ip1, the stop waiting time until the both-ends voltage of the oxygen partial pressure detection cell 112 becomes stable is 100 [mSec. ] Is set. This stop standby time is set longer than the time required until the voltage across the oxygen partial pressure detection cell 112 reaches a voltage value corresponding to the oxygen concentration in the first measurement chamber 159.

S630で肯定判定されてS640に移行すると、S640では、タイマ処理による時間計測の開始時点からの経過時間が停止許容時間以内であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはS650に移行し、否定判定する場合にはS700に移行する。   When an affirmative determination is made in S630 and the process proceeds to S640, in S640, it is determined whether or not the elapsed time from the time measurement start time by the timer processing is within the allowable stop time. If the determination is negative and the determination is negative, the process proceeds to S700.

なお、第1ポンプ電流Ip1の制御停止により第1ポンプセル111による酸素のポンピングが停止された後は、第1拡散抵抗体116を介して酸素が導入されると第1測定室159の酸素分圧(酸素濃度)が変化してしまう。このため、NOxガスセンサ素子10が劣化状態(第1測定室159の酸素分圧が目標値よりも低くなる劣化状態)であるか否かを判定するためには、第1測定室159の酸素分圧(酸素濃度)が変化する前に、劣化判定を行う必要がある。   In addition, after oxygen pumping by the first pump cell 111 is stopped by stopping the control of the first pump current Ip1, oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is obtained when oxygen is introduced through the first diffusion resistor 116. (Oxygen concentration) changes. Therefore, in order to determine whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state (a deteriorated state in which the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is lower than the target value), the oxygen content in the first measurement chamber 159 is determined. Before the pressure (oxygen concentration) changes, it is necessary to determine the deterioration.

そこで、第1測定室159の酸素分圧(酸素濃度)が変動しない停止許容時間を定めておき、S640において、停止許容時間の範囲内であるか否かを判定し、停止許容時間内であればガスセンサ素子の劣化判定を行うステップ(S650〜S690)に移行し、停止許容時間を超える場合には劣化判定を行わずに、タイマ停止ステップ(S700)に移行する。なお、本実施形態では、停止許容時間として、500[mSec]が設定されている。   Accordingly, a permissible stop time during which the oxygen partial pressure (oxygen concentration) in the first measurement chamber 159 does not fluctuate is determined, and it is determined in S640 whether or not it is within the permissible stop time range. For example, the process proceeds to a step (S650 to S690) for determining the deterioration of the gas sensor element. If the allowable stop time is exceeded, the process proceeds to the timer stop step (S700) without performing the deterioration determination. In the present embodiment, 500 [mSec] is set as the allowable stop time.

S640で肯定判定されてS650に移行すると、S650では、予め定められた電圧用劣化判定閾値Mを所定の記憶装置(内部メモリなど)から読み出す処理を実行する。
なお、電圧用劣化判定閾値Mは、後述するS670での判定処理(NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行う処理)に用いる判定値であり、実際のNOxガスセンサ素子10を用いた測定結果に基づいて定めることができる。
When an affirmative determination is made in S640 and the process proceeds to S650, in S650, a process of reading a predetermined voltage deterioration determination threshold value M from a predetermined storage device (such as an internal memory) is executed.
Note that the voltage deterioration determination threshold M is a determination value used for determination processing (processing for determining deterioration of the NOx gas sensor element 10) in S670, which will be described later, and is based on a measurement result using the actual NOx gas sensor element 10. Can be determined.

たとえば、未使用状態のNOxガスセンサ素子10を用いて、酸素基準生成用電流値に設定した自己生成電流Icpを酸素分圧検知セル112に通電して、基準酸素室118の酸素分圧(酸素濃度)を目標値(基準酸素分圧)に設定した後、第1ポンプセル111に対する第1ポンプ電流Ip1の制御を停止させると共に、酸素分圧検知セル112への自己生成電流Icpの通電を停止させる。その後、通電停止時の酸素分圧検知セル112に発生する両端電圧を検出し、検出した両端電圧値を電圧用劣化判定閾値Mとして定めることができる。   For example, the self-generated current Icp set to the oxygen reference generation current value is supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112 using the unused NOx gas sensor element 10, and the oxygen partial pressure (oxygen concentration) in the reference oxygen chamber 118 ) Is set to the target value (reference oxygen partial pressure), the control of the first pump current Ip1 for the first pump cell 111 is stopped, and the energization of the self-generated current Icp to the oxygen partial pressure detection cell 112 is stopped. Thereafter, the both-end voltage generated in the oxygen partial pressure detection cell 112 when the energization is stopped can be detected, and the detected both-end voltage value can be determined as the voltage deterioration determination threshold M.

本実施形態においては、電圧用劣化判定閾値Mは、423mVに設定されている。なお、本実施形態の電圧用劣化判定閾値Mは、特定ガス検出状態における酸素分圧検知セル112の目標両端電圧値(425mV)に比べて、自己生成電流Icpの通電により生じる線路上の電圧降下分(2〜5mV)を差し引いた値(420〜423mV)に略等しい値に設定されている。   In the present embodiment, the voltage deterioration determination threshold value M is set to 423 mV. Note that the voltage degradation determination threshold M of the present embodiment is a voltage drop on the line caused by energization of the self-generated current Icp, compared to the target both-end voltage value (425 mV) of the oxygen partial pressure detection cell 112 in the specific gas detection state. It is set to a value substantially equal to a value (420 to 423 mV) obtained by subtracting minutes (2 to 5 mV).

ここで、酸素分圧検知セル112の両端電圧を酸素濃淡起電力Vemfとし、通電経路での電圧降下分を経路降下電圧Vrとすると、ガスセンサ制御装置190が酸素分圧検知セル112の両端電圧として検出する検出電圧値Vskは、詳細には、酸素濃淡起電力Vemfと経路降下電圧Vrとの和になるため、[数1]のように表すことができる。   Here, assuming that the voltage across the oxygen partial pressure detection cell 112 is the oxygen concentration electromotive force Vemf and the voltage drop in the energization path is the path drop voltage Vr, the gas sensor control device 190 uses the voltage across the oxygen partial pressure detection cell 112 as the voltage across the oxygen partial pressure detection cell 112. Specifically, the detected voltage value Vsk to be detected can be expressed as [Equation 1] because it is the sum of the oxygen concentration electromotive force Vemf and the path drop voltage Vr.

Figure 2007278732
また、通電経路の抵抗成分による抵抗値を経路抵抗値Ra、センサ素子内部のバルク抵抗成分による抵抗値をバルク抵抗値Rb、三層界面(電極−ジルコニア−酸素)部分の抵抗成分による抵抗値を界面抵抗値Rcとし、酸素分圧検知セル112への通電電流値をIcpとすると、通電経路での電圧降下分を経路降下電圧Vrは、[数2]のように表すことができる。
Figure 2007278732
Further, the resistance value due to the resistance component of the energization path is the path resistance value Ra, the resistance value due to the bulk resistance component inside the sensor element is the bulk resistance value Rb, and the resistance value due to the resistance component at the three-layer interface (electrode-zirconia-oxygen) portion. When the interface resistance value Rc and the energization current value to the oxygen partial pressure detecting cell 112 are Icp, the voltage drop in the energization path can be expressed as [Equation 2].

Figure 2007278732
つまり、これらの数式によれば、通電経路での各抵抗成分(Ra、Rb、Rc)が変化するとガスセンサ制御装置190での検出電圧値Vskが変動することが判る。このため、酸素分圧検知セル112に自己生成電流Icpを通電した状態で第1測定室159の酸素分圧を検出する場合には、通電経路での各抵抗成分(Ra、Rb、Rc)の変化に起因して、検出精度が低下する虞がある。
Figure 2007278732
That is, according to these mathematical expressions, it can be seen that the detected voltage value Vsk in the gas sensor control device 190 changes when each resistance component (Ra, Rb, Rc) in the energization path changes. For this reason, when the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is detected in a state where the self-generated current Icp is supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112, each resistance component (Ra, Rb, Rc) in the current supply path is detected. Due to the change, the detection accuracy may decrease.

これに対して、酸素分圧検知セル112への自己生成電流Icpの通電を停止させた状態(Icp=0の状態)であれば、ガスセンサ制御装置190での検出電圧値Vskにおける経路降下電圧Vrの成分が0となる。つまり、酸素分圧検知セル112への自己生成電流Icpの通電を停止させることで、ガスセンサ制御装置190での検出電圧値Vskが酸素分圧検知セル112の両端電圧Vemfに等しくなる。これにより、ガスセンサ制御装置190は、通電経路での電圧降下の影響を抑制しつつ、第1測定室159の酸素分圧を精度良く検出することが可能となる。   In contrast, if the self-generated current Icp is not supplied to the oxygen partial pressure detection cell 112 (Icp = 0), the path drop voltage Vr at the detection voltage value Vsk in the gas sensor control device 190 is determined. The component becomes 0. That is, by stopping energization of the self-generated current Icp to the oxygen partial pressure detection cell 112, the detection voltage value Vsk in the gas sensor control device 190 becomes equal to the voltage Vemf across the oxygen partial pressure detection cell 112. Accordingly, the gas sensor control device 190 can accurately detect the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 while suppressing the influence of the voltage drop in the energization path.

なお、酸素分圧検知セル112に発生する両端電圧Vemfは、第1測定室159の酸素分圧が高いほど小さい値を示し、第1測定室159の酸素分圧が低いほど大きい値を示す特性がある。   It should be noted that the both-end voltage Vemf generated in the oxygen partial pressure detection cell 112 shows a smaller value as the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is higher, and shows a larger value as the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is lower. There is.

このため、酸素分圧検知セル112に発生する両端電圧Vemfは、NOxガスセンサ素子10が劣化状態(第1測定室の酸素分圧が目標値よりも低くなる劣化状態)であるときには、NOxガスセンサ素子10が正常状態(劣化していない初期状態)であるときよりも大きい値を示す。   For this reason, the both-ends voltage Vemf generated in the oxygen partial pressure detection cell 112 is the NOx gas sensor element when the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state (a deteriorated state in which the oxygen partial pressure in the first measurement chamber is lower than the target value). 10 indicates a larger value than when it is in a normal state (an initial state that has not deteriorated).

つまり、ガスセンサ制御装置190は、自己生成電流Icpの通電停止時に検出される検出電圧値Vskを通電停止時電圧値Vs(詳細には、酸素分圧検知セル112に発生する両端電圧Vemf)として検出し、検出した通電停止時電圧値Vsと電圧用劣化判定閾値Mとを比較することで、NOxガスセンサ素子10が正常状態であるか劣化状態であるかを判定することができる。   That is, the gas sensor control device 190 detects the detected voltage value Vsk detected when the energization of the self-generated current Icp is stopped as the energization stop voltage value Vs (specifically, the both-ends voltage Vemf generated in the oxygen partial pressure detection cell 112). Then, by comparing the detected energization stop voltage value Vs with the voltage deterioration determination threshold value M, it is possible to determine whether the NOx gas sensor element 10 is in a normal state or in a deterioration state.

なお、第1測定室159の酸素分圧が目標値よりも低くなる劣化状態とは、第1測定室159からの酸素の汲み出しが過剰に実行される状態であり、この場合には、酸素のみならず特定ガス(NOx)までもが第1測定室159から汲み出されてしまう虞がある。   Note that the deterioration state in which the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 is lower than the target value is a state in which the pumping of oxygen from the first measurement chamber 159 is excessively performed. Not only the specific gas (NOx) may be pumped out of the first measurement chamber 159.

次のS660では、検出電圧値Vskを通電停止時電圧値Vsとして検出する処理を実行する。
上述したとおり、酸素分圧検知セル112に対する自己生成電流Icpの通電が停止されている状態であるため、ガスセンサ制御装置190とNOxガスセンサ素子10(詳細には、酸素分圧検知セル112)とを接続する通電経路では、自己生成電流Icpの通電による電圧降下が生じない状態となる。このため、S660での処理によりガスセンサ制御装置190にて検出される通電停止時電圧値Vsは、通電経路での電圧降下分を含まない電圧値であり、第1測定室159の酸素分圧に応じて酸素分圧検知セル112に発生する両端電圧値Vemfに等しくなる。
In the next S660, a process of detecting the detected voltage value Vsk as the energization stop voltage value Vs is executed.
As described above, since the supply of the self-generated current Icp to the oxygen partial pressure detection cell 112 is stopped, the gas sensor control device 190 and the NOx gas sensor element 10 (specifically, the oxygen partial pressure detection cell 112) are connected. In the energization path to be connected, a voltage drop due to energization of the self-generated current Icp does not occur. Therefore, the energization stop voltage value Vs detected by the gas sensor control device 190 by the process in S660 is a voltage value that does not include the voltage drop in the energization path, and is the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159. Accordingly, it becomes equal to the both-ends voltage value Vemf generated in the oxygen partial pressure detection cell 112.

S670では、S650で読み込んだ電圧用劣化判定閾値MとS660で検出した通電停止時電圧値Vsとを比較し、通電停止時電圧値Vsが電圧用劣化判定閾値Mより小さいか否かを判断しており、肯定判定する場合にはS680に移行し、否定判定する場合にはS690に移行する。   In S670, the voltage deterioration determination threshold value M read in S650 is compared with the energization stop voltage value Vs detected in S660, and it is determined whether or not the energization stop voltage value Vs is smaller than the voltage deterioration determination threshold value M. If the determination is affirmative, the process proceeds to S680. If the determination is negative, the process proceeds to S690.

つまり、S670では、通電停止時電圧値Vsが電圧用劣化判定閾値Mより小さい場合には、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、通電停止時電圧値Vsが電圧用劣化判定閾値M以上である場合には、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する。   That is, in S670, when the energization stop voltage value Vs is smaller than the voltage deterioration determination threshold value M, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the energization stop voltage value Vs is the voltage deterioration determination threshold value M. When it is above, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

そして、S670での判定に用いる電圧用劣化判定閾値Mは、上述したように、未使用状態のNOxガスセンサ素子10を用いて酸素分圧検知セル112に発生する両端電圧を実測し、実測した両端電圧値を電圧用劣化判定閾値Mとして設定している。   The voltage degradation determination threshold M used for the determination in S670 is, as described above, measured by measuring the voltage at both ends generated in the oxygen partial pressure detection cell 112 using the unused NOx gas sensor element 10, and measuring the measured both ends. The voltage value is set as the voltage degradation determination threshold value M.

このため、S660で検出した通電停止時電圧値Vsが電圧用劣化判定閾値M以上となるNOxガスセンサ素子10は、未使用状態(初期状態)のNOxガスセンサ素子10に比べて、第1測定室159の酸素分圧が目標値よりも低い状態であると判定できるとともに、劣化状態と判定できる。   For this reason, the NOx gas sensor element 10 in which the energization stop voltage value Vs detected in S660 is equal to or higher than the voltage deterioration determination threshold value M is compared with the NOx gas sensor element 10 in the unused state (initial state) in the first measurement chamber 159. It can be determined that the oxygen partial pressure is lower than the target value, and it can be determined as a deteriorated state.

S670で肯定判定されてS680に移行すると、S680では、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定する処理を実行する。
S670で否定判定されてS690に移行すると、S690では、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定すると共に、NOxガスセンサ素子10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。
When an affirmative determination is made in S670 and the process proceeds to S680, a process of determining that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state is executed in S680.
When a negative determination is made in S670 and the process proceeds to S690, in S690, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and an abnormality occurrence signal indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state is sent to the gas sensor control device 190. Processing to output to an external device from an output terminal (not shown) is performed.

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。   Then, the external device that has received the abnormality occurrence signal performs processing for notifying the user that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. Specific processing includes, for example, processing for turning on a warning lamp indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, processing for outputting a voice message indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and the like. be able to.

S640で否定判定されるか、S680またはS690が終了すると、S700に移行し、S700では、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。
次のS710では、酸素分圧検知セル112に対する自己生成電流Icpの通電を開始(再開)させるとともに、第1ポンプセル111に対する第1ポンプ電流Ip1の制御を開始(再開)させる処理を実行する。
When a negative determination is made in S640, or when S680 or S690 ends, the process proceeds to S700, and in S700, the timer process for measuring the elapsed time is stopped.
In the next S710, a process of starting (resuming) the self-generated current Icp for the oxygen partial pressure detection cell 112 and starting (restarting) the control of the first pump current Ip1 for the first pump cell 111 is executed.

これにより、ガスセンサ制御装置190は、基準酸素室118の酸素分圧(酸素濃度)を目標値(基準酸素分圧)に制御する処理を開始(再開)するとともに、第1ポンプセル111による第1測定室159に対する酸素のポンピング(汲み出し、汲み入れ)を開始(再開)する。   Thereby, the gas sensor control device 190 starts (restarts) the process of controlling the oxygen partial pressure (oxygen concentration) of the reference oxygen chamber 118 to the target value (reference oxygen partial pressure), and performs the first measurement by the first pump cell 111. Start (restart) oxygen pumping into chamber 159.

S710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、第3実施形態のガス検出装置1に備えられるガスセンサ制御装置190は、第3センサ診断処理のS610において、第1ポンプセル111による酸素の汲み入れまたは汲み出しを停止させるとともに、酸素分圧検知セル112への通電を停止させる処理を実行する。その後、ガスセンサ制御装置190は、S660において、通電停止時の酸素分圧検知セル112に発生する通電停止時電圧値Vsを検出する処理を実行する。さらに、S670において、電圧用劣化判定閾値Mと通電停止時電圧値Vsとを比較し、通電停止時電圧値Vsが電圧用劣化判定閾M値未満であるときにはNOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、通電停止時電圧値Vsが電圧用劣化判定閾値M以上であるときにはNOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する
なお、判定対象のNOxガスセンサ素子10においては、基準酸素室118を基準酸素分圧雰囲気に設定するために酸素分圧検知セル112への通電(自己生成電流Icpの通電)が行われる。このように自己生成電流Icpを通電している場合には、通電経路での抵抗成分による電圧降下(経路降下電圧Vr)の影響により、ガスセンサ制御装置190が第1測定室159の酸素分圧を正確には検出できない虞がある。
When S710 ends, the present control process (sensor diagnosis process) ends.
As described above, the gas sensor control device 190 provided in the gas detection device 1 of the third embodiment stops the pumping or pumping of oxygen by the first pump cell 111 and the oxygen sensor S610 in the third sensor diagnostic process. Processing to stop energization of the partial pressure detection cell 112 is executed. Thereafter, in S660, the gas sensor control device 190 executes a process of detecting the energization stop voltage value Vs generated in the oxygen partial pressure detection cell 112 when energization is stopped. Further, in S670, the voltage deterioration determination threshold value M is compared with the energization stop voltage value Vs. When the energization stop voltage value Vs is less than the voltage deterioration determination threshold value M, the NOx gas sensor element 10 is in a normal state. When the energization stop voltage value Vs is equal to or greater than the voltage deterioration determination threshold M, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. In the NOx gas sensor element 10 to be determined, the reference oxygen chamber 118 is In order to set the reference oxygen partial pressure atmosphere, the oxygen partial pressure detection cell 112 is energized (the self-generated current Icp is energized). When the self-generated current Icp is energized as described above, the gas sensor control device 190 reduces the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 due to the influence of the voltage drop (path drop voltage Vr) due to the resistance component in the energization path. There is a possibility that it cannot be detected accurately.

これに対して、本実施形態のように、酸素分圧検知セル112への自己生成電流Icpの通電を停止させることで、通電経路での電圧降下の影響を抑制しつつ、第1測定室159の酸素分圧を精度良く検出することが可能となる。   On the other hand, as in this embodiment, by stopping the supply of the self-generated current Icp to the oxygen partial pressure detection cell 112, the first measurement chamber 159 is suppressed while suppressing the influence of the voltage drop in the energization path. It is possible to accurately detect the oxygen partial pressure.

また、第3実施形態では、第1ポンプセル111による酸素の汲み入れまたは汲み出しを停止させた後、停止許容時間が経過するまで(換言すれば、S640で肯定判定される期間中)に、酸素分圧検知セル112の通電停止時電圧値Vsを検出している。このような期間中に検出される通電停止時電圧値Vsは、通電停止直前における第1測定室159の酸素分圧制御状態に応じた値を示す。   In the third embodiment, after the pumping-in or pumping-out of oxygen by the first pump cell 111 is stopped, the oxygen content is reduced until the stop allowable time elapses (in other words, during the period in which an affirmative determination is made in S640). The voltage value Vs at the time of stopping energization of the pressure detection cell 112 is detected. The energization stop voltage value Vs detected during such a period indicates a value corresponding to the oxygen partial pressure control state of the first measurement chamber 159 immediately before the energization stop.

なお、酸素分圧検知セル112の通電停止時電圧値Vsは、第1測定室159の酸素分圧が高くなるほど小さい値を示し、第1測定室159の酸素分圧が低くなるほど大きい値を示す。このため、通電停止時電圧値Vsが電圧用劣化判定閾値M未満であるときにはNOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定することができ、通電停止時電圧値Vsが電圧用劣化判定閾値M以上であるときにはNOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定することができる。   Note that the energization stop voltage value Vs of the oxygen partial pressure detection cell 112 shows a smaller value as the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 becomes higher, and shows a larger value as the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159 becomes lower. . Therefore, when the energization stop voltage value Vs is less than the voltage deterioration determination threshold M, it can be determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the energization stop voltage value Vs is equal to or greater than the voltage deterioration determination threshold M. When it is, it can be determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

そして、本実施形態においては、S660での処理において酸素分圧検知セル112の通電停止時電圧値Vsを検出し、S670での処理において、通電停止時電圧値Vsと電圧用劣化判定閾値Mとを比較してNOxガスセンサ素子10が正常状態であるか劣化状態であるか判定する。   In this embodiment, the energization stop voltage value Vs of the oxygen partial pressure detection cell 112 is detected in the process in S660, and in the process in S670, the energization stop voltage value Vs and the voltage deterioration determination threshold value M are determined. Are compared to determine whether the NOx gas sensor element 10 is in a normal state or in a deteriorated state.

よって、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、NOxガスセンサ素子10が第1測定室159における酸素分圧を適正に制御できるか否かを判定でき、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。   Therefore, the gas sensor control device 190 of the present embodiment can determine whether or not the NOx gas sensor element 10 can appropriately control the oxygen partial pressure in the first measurement chamber 159, and determine the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 including various cells. It can be judged.

なお、第3実施形態においては、第3センサ診断処理を実行する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、NOxガスセンサ素子10がガスセンサ素子に相当し、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している。また、第1拡散抵抗体116が第1拡散抵抗部に相当し、第2拡散抵抗体117が第2拡散抵抗部に相当している。   In the third embodiment, the gas sensor control device 190 that executes the third sensor diagnostic process corresponds to the sensor element deterioration determination device described in the claims, the NOx gas sensor element 10 corresponds to the gas sensor element, One pump cell 111 corresponds to a first oxygen ion pump cell, the second pump cell 113 corresponds to a second oxygen ion pump cell, and the oxygen partial pressure detection cell 112 corresponds to an oxygen partial pressure detection cell. The first diffusion resistor 116 corresponds to the first diffusion resistor part, and the second diffusion resistor 117 corresponds to the second diffusion resistor part.

さらに、第3センサ診断処理のS610,S660を実行するガスセンサ制御装置190が酸素分圧制御状態検出手段に相当し、第3センサ診断処理のS670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。   Further, the gas sensor control device 190 that executes S610 and S660 of the third sensor diagnosis processing corresponds to the oxygen partial pressure control state detection means, and the gas sensor control device 190 that executes S670 of the third sensor diagnosis processing corresponds to the deterioration determination means. is doing.

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。   The embodiments of the present invention have been described above. However, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various forms can be taken as long as they belong to the technical scope of the present invention. Nor.

たとえば、上記実施形態における各待機時間の数値については、上記数値に限定されることはなく、用途などに応じた任意の数値を設定することができる。
また、第1実施形態および第2実施形態においては、センサ診断処理の実行時期(換言すれば、劣化判定時期)を、測定対象ガスにおける酸素濃度が特定ガスの検出時における第1測定室および第2測定室の目標酸素濃度よりも高い濃度である時に設定してもよい。
For example, the numerical value of each waiting time in the above embodiment is not limited to the above numerical value, and an arbitrary numerical value can be set according to the application.
Further, in the first embodiment and the second embodiment, the execution time of the sensor diagnosis process (in other words, the deterioration determination time) is the same as the first measurement chamber and the first measurement chamber when the oxygen concentration in the measurement target gas is detected as the specific gas. It may be set when the concentration is higher than the target oxygen concentration of the two measurement chambers.

つまり、測定対象ガスにおける酸素濃度が特定ガス検出時の目標酸素濃度よりも低い場合には、第1測定室を介して第2測定室に導入される酸素量が減少するとともに第2酸素イオンポンプセルでの酸素の解離量が少なくなり、第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値が小さくなる。すなわち、酸素量が不足することにより、第2ポンプ電流オフセット値が低くなると、実際にはガスセンサ素子が劣化していない状態であっても、誤って劣化状態と判定される虞がある。   That is, when the oxygen concentration in the measurement target gas is lower than the target oxygen concentration at the time of detecting the specific gas, the amount of oxygen introduced into the second measurement chamber through the first measurement chamber decreases and the second oxygen ion pump The amount of oxygen dissociated in the cell is reduced, and the value of the current flowing through the second oxygen ion pump cell is reduced. That is, if the second pump current offset value decreases due to an insufficient oxygen amount, even if the gas sensor element is not actually deteriorated, it may be erroneously determined as a deteriorated state.

これに対して、測定対象ガスにおける酸素濃度が高い場合には、酸素が充分に存在するため、第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値(第2ポンプ電流オフセット値)は、ガスセンサ素子の劣化状態に応じた値を示すことから、第2ポンプ電流オフセット値に基づいて劣化状態を適切に判断できる。また、測定対象ガスにおける酸素濃度が高い場合には、相対的に特定ガス濃度が低くなるため、特定ガスの影響による第2ポンプ電流オフセット値の変動を抑制できる。   On the other hand, when the oxygen concentration in the measurement target gas is high, there is sufficient oxygen, so the current value flowing through the second oxygen ion pump cell (second pump current offset value) is the deterioration state of the gas sensor element. Therefore, the deterioration state can be appropriately determined based on the second pump current offset value. In addition, when the oxygen concentration in the measurement target gas is high, the specific gas concentration is relatively low, so that fluctuations in the second pump current offset value due to the influence of the specific gas can be suppressed.

よって、劣化判定時期を、測定対象ガスにおける酸素濃度が特定ガス検出時の目標酸素濃度よりも高い濃度である時に設定することで、誤判定を抑制でき、劣化判定の判定精度を向上できる。   Therefore, by setting the deterioration determination timing when the oxygen concentration in the measurement target gas is higher than the target oxygen concentration at the time of detecting the specific gas, erroneous determination can be suppressed and the determination accuracy of deterioration determination can be improved.

さらに、第3実施形態においては、電圧用劣化判定閾値Mの数値は、通電停止時の酸素分圧検知セル112に発生する両端電圧をそのまま適用する場合に限られることはなく、検出した両端電圧値Lに対して所定の劣化係数G(1以上の値。例えば、1.1など。)を乗じて得られる値を、電圧用劣化判定閾値M(=L×G)として定めてもよい。このように劣化係数Gを用いて電圧用劣化判定閾値Mを設定することで、劣化係数Gに応じた一定範囲の劣化を許容しつつ、劣化判定を行うことができる。   Furthermore, in the third embodiment, the numerical value of the voltage deterioration determination threshold value M is not limited to the case where the both-end voltage generated in the oxygen partial pressure detection cell 112 at the time of stopping energization is applied as it is. A value obtained by multiplying the value L by a predetermined deterioration coefficient G (a value equal to or greater than 1, for example, 1.1) may be defined as the voltage deterioration determination threshold M (= L × G). By setting the voltage deterioration determination threshold value M using the deterioration coefficient G in this way, deterioration determination can be performed while allowing a certain range of deterioration according to the deterioration coefficient G.

本発明が適用された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。It is a block diagram which shows schematic structure of a gas detection apparatus provided with the gas sensor control apparatus to which this invention was applied. 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。It is a flowchart showing the processing content of a sensor diagnostic process. 酸素分圧検知セルに通電される自己生成電流Icpと第2ポンプ電流オフセット値との相関関係を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the correlation of the self-generated electric current Icp supplied with an oxygen partial pressure detection cell, and a 2nd pump current offset value. 第2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。It is a flowchart showing the processing content of a 2nd sensor diagnostic process. 酸素分圧検知セルに通電される自己生成電流Icpと第2ポンプ電流オフセット値との相関関係を表すとともに、オフセット変化量ΔIp2および判定用電流変化量ΔIcpについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating correlation with the self-generated electric current Icp supplied with an oxygen partial pressure detection cell, and the 2nd pump current offset value, and explaining offset variation | change_quantity (DELTA) Ip2 and determination electric current variation | change_quantity (DELTA) Icp. 第3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。It is a flowchart showing the process content of a 3rd sensor diagnostic process.

符号の説明Explanation of symbols

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、116…第1拡散抵抗体、117…第2拡散抵抗体、118…基準酸素室、121…第1多孔質電極、123…検知用多孔質電極、125…第2多孔質電極、131…第1固体電解質層、135…第1ポンプ用第1電極、137…第1ポンプ用第2電極、141…第2固体電解質層、145…第2ポンプ用第1電極、147…第2ポンプ用第2電極、151…検知用固体電解質層、155…検知用電極、157…基準用電極、159…第1測定室、161…第2測定室、190…ガスセンサ制御装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas detection apparatus, 10 ... NOx gas sensor element, 111 ... 1st pump cell, 112 ... Oxygen partial pressure detection cell, 113 ... 2nd pump cell, 116 ... 1st diffusion resistor, 117 ... 2nd diffusion resistor, 118 ... Reference oxygen chamber, 121 ... first porous electrode, 123 ... detecting porous electrode, 125 ... second porous electrode, 131 ... first solid electrolyte layer, 135 ... first pump first electrode, 137 ... first Second electrode for pump, 141 ... second solid electrolyte layer, 145 ... first electrode for second pump, 147 ... second electrode for second pump, 151 ... solid electrolyte layer for detection, 155 ... electrode for detection, 157 ... Reference electrode, 159... First measurement chamber, 161... Second measurement chamber, 190.

Claims (8)

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、
前記酸素分圧検知セルは、通電される電流の大きさに応じて前記基準酸素室に対する酸素の汲み入れ量を変更可能に構成されており、
前記ガスセンサ素子は、前記基準酸素室の基準酸素分圧を基準として前記第1測定室の酸素分圧が定められる構成であり、
前記酸素分圧検知セルへの通電状態に対する前記第1測定室における酸素分圧制御状態を検出する酸素分圧制御状態検出手段と、
前記酸素分圧制御状態が予め定められた正常範囲であるか否かを判断し、前記酸素分圧制御状態が前記正常範囲である場合には前記ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、前記酸素分圧制御状態が前記正常範囲を逸脱する場合には前記ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する劣化判定手段と、
を備えることを特徴とするセンサ素子劣化判定装置。
A first measurement chamber into which a gas to be measured is introduced via the first diffusion resistance unit;
The measurement having an oxygen ion conductor and a pair of electrodes formed on the oxygen ion conductor, wherein one of the pair of electrodes is disposed in the first measurement chamber and introduced into the first measurement chamber A first oxygen ion pump cell for pumping or pumping oxygen to the target gas;
A second measurement chamber into which the measurement target gas into which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced via a second diffusion resistance unit;
An oxygen ion conductor and a pair of electrodes formed on the oxygen ion conductor, wherein one of the pair of electrodes is disposed in the second measurement chamber, and a specific gas concentration in the second measurement chamber is obtained. A second oxygen ion pump cell in which a corresponding current flows;
A reference oxygen chamber set in a reference oxygen partial pressure atmosphere;
An oxygen ion conductor and a pair of electrodes formed on the oxygen ion conductor, wherein one of the pair of electrodes is disposed in the first measurement chamber and the other electrode is disposed in the reference oxygen chamber; An oxygen partial pressure detection cell;
A sensor element deterioration determination device for determining a deterioration state of a gas sensor element comprising:
The oxygen partial pressure detection cell is configured to be able to change the amount of oxygen pumped into the reference oxygen chamber according to the magnitude of a current to be energized,
The gas sensor element is configured to determine an oxygen partial pressure of the first measurement chamber with reference to a reference oxygen partial pressure of the reference oxygen chamber,
Oxygen partial pressure control state detection means for detecting an oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber with respect to the energization state of the oxygen partial pressure detection cell;
It is determined whether the oxygen partial pressure control state is a predetermined normal range, and when the oxygen partial pressure control state is the normal range, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, Deterioration determining means for determining that the gas sensor element is in a deteriorated state when the oxygen partial pressure control state deviates from the normal range;
A sensor element deterioration determination device comprising:
前記酸素分圧制御状態検出手段は、予め定められた判定用電流を前記酸素分圧検知セルに通電した時に、前記第2測定室の酸素分圧に応じて前記第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値を第2ポンプ電流オフセット値として検出し、
前記劣化判定手段は、前記ガスセンサ素子の劣化状態を判定するために定められたオフセット値用劣化判定閾値と前記第2ポンプ電流オフセット値とを比較し、前記第2ポンプ電流オフセット値が前記オフセット値用劣化判定閾値以上であるときには前記ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、前記第2ポンプ電流オフセット値が前記オフセット値用劣化判定閾値よりも小さいときには前記ガスセンサ素子が劣化状態であると判定すること、
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。
The oxygen partial pressure control state detection means flows to the second oxygen ion pump cell in accordance with the oxygen partial pressure in the second measurement chamber when a predetermined determination current is supplied to the oxygen partial pressure detection cell. Detecting the current value as the second pump current offset value;
The deterioration determination means compares a deterioration determination threshold for an offset value determined for determining a deterioration state of the gas sensor element with the second pump current offset value, and the second pump current offset value is the offset value. It is determined that the gas sensor element is in a normal state when it is greater than or equal to a deterioration determination threshold value for use, and it is determined that the gas sensor element is in a deteriorated state when the second pump current offset value is smaller than the deterioration determination threshold value for offset value. thing,
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 1.
前記ガスセンサ素子は、前記酸素分圧検知セルへの通電電流が予め定められた酸素基準生成用電流であるときに前記基準酸素室が前記基準酸素分圧雰囲気に制御される構成であり、
前記判定用電流は、前記酸素基準生成用電流と同じ電流値であること、
を特徴とする請求項2に記載のセンサ素子劣化判定装置。
The gas sensor element is configured such that the reference oxygen chamber is controlled to the reference oxygen partial pressure atmosphere when an energization current to the oxygen partial pressure detection cell is a predetermined oxygen reference generation current.
The determination current has the same current value as the oxygen reference generation current;
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 2.
前記第2酸素イオンポンプセルへの印加電圧を、前記特定ガスは解離できず、酸素は解離できる劣化判定用電圧値に設定する劣化判定用電圧設定手段を備え、
前記酸素分圧制御状態検出手段は、前記劣化判定用電圧設定手段により前記第2酸素イオンポンプセルへの印加電圧が前記劣化判定用電圧値に設定された状態で、前記第2ポンプ電流オフセット値を検出すること、
を特徴とする請求項2または請求項3に記載のセンサ素子劣化判定装置。
A voltage setting means for determining deterioration, which sets a voltage applied to the second oxygen ion pump cell to a voltage value for determining deterioration that the specific gas cannot dissociate and oxygen can dissociate;
The oxygen partial pressure control state detection means is configured to set the second pump current offset value in a state where the voltage applied to the second oxygen ion pump cell is set to the deterioration determination voltage value by the deterioration determination voltage setting means. Detecting,
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 2 or claim 3, wherein
前記酸素分圧制御状態検出手段は、予め定められた第1判定用電流を前記酸素分圧検知セルに通電した時に、前記第2測定室の酸素分圧に応じて前記第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値を第2ポンプ電流第1オフセット値として検出すると共に、予め定められた第2判定用電流を前記酸素分圧検知セルに通電した時に、前記第2測定室の酸素分圧に応じて前記第2酸素イオンポンプセルに流れる電流値を第2ポンプ電流第2オフセット値として検出して、前記第2ポンプ電流第1オフセット値と前記第2ポンプ電流第2オフセット値との差分であるオフセット変化量を検出し、
前記劣化判定手段は、前記ガスセンサ素子の劣化状態を判定するために定められた変化量用劣化判定閾値と前記オフセット変化量とを比較し、前記オフセット変化量が前記変化量用劣化判定閾値以上であるときには前記ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、前記オフセット変化量が前記変化量用劣化判定閾値よりも小さいときには前記ガスセンサ素子が劣化状態であると判定すること、
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。
The oxygen partial pressure control state detecting means is configured to detect the second oxygen ion pump cell according to an oxygen partial pressure in the second measurement chamber when a predetermined first determination current is supplied to the oxygen partial pressure detection cell. Is detected as a second pump current first offset value, and when a predetermined second determination current is passed through the oxygen partial pressure detection cell, the oxygen partial pressure in the second measurement chamber is determined. A current value flowing through the second oxygen ion pump cell is detected as a second pump current second offset value, and is a difference between the second pump current first offset value and the second pump current second offset value. Detect offset change amount,
The deterioration determination means compares the change amount deterioration determination threshold determined for determining the deterioration state of the gas sensor element with the offset change amount, and the offset change amount is equal to or greater than the change amount deterioration determination threshold. Determining that the gas sensor element is in a normal state at a certain time, and determining that the gas sensor element is in a deteriorated state when the offset change amount is smaller than the change deterioration deterioration determination threshold;
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 1.
前記ガスセンサ素子は、前記酸素分圧検知セルへの通電電流が予め定められた酸素基準生成用電流であるときに、前記基準酸素室が前記基準酸素分圧雰囲気に制御される構成であり、
前記第1判定用電流および前記第2判定用電流の各電流値は、前記酸素基準生成用電流の電流値以下であること、
を特徴とする請求項5に記載のセンサ素子劣化判定装置。
The gas sensor element is configured such that the reference oxygen chamber is controlled to the reference oxygen partial pressure atmosphere when an energization current to the oxygen partial pressure detection cell is a predetermined oxygen reference generation current.
Each current value of the first determination current and the second determination current is equal to or less than the current value of the oxygen reference generation current,
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 5.
前記酸素分圧制御状態検出手段は、前記第1酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み入れまたは汲み出しを停止させるとともに、前記酸素分圧検知セルへの通電を停止させ、その後、通電停止時の前記酸素分圧検知セルに発生する通電停止時電圧値を検出し、
前記劣化判定手段は、前記ガスセンサ素子の劣化状態を判定するために定められた電圧用劣化判定閾値と前記通電停止時電圧値とを比較し、前記通電停止時電圧値が前記電圧用劣化判定閾値未満であるときには前記ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、前記通電停止時電圧値が前記電圧用劣化判定閾値以上であるときには前記ガスセンサ素子が劣化状態であると判定すること、
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。
The oxygen partial pressure control state detection means stops the pumping or pumping of oxygen by the first oxygen ion pump cell, stops energization of the oxygen partial pressure detection cell, and then stops the oxygen at the time of energization stop. Detects the voltage value at the time of energization stop generated in the partial pressure detection cell,
The deterioration determination means compares a voltage deterioration determination threshold determined to determine a deterioration state of the gas sensor element with the energization stop voltage value, and the energization stop voltage value is the voltage deterioration determination threshold. Determining that the gas sensor element is in a normal state when it is less than, and determining that the gas sensor element is in a deterioration state when the energization stop voltage value is equal to or greater than the voltage deterioration determination threshold;
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 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方法であって、
前記酸素分圧検知セルは、通電される電流の大きさに応じて前記基準酸素室に対する酸素の汲み入れ量を変更可能に構成されており、
前記ガスセンサ素子は、前記基準酸素室の基準酸素分圧を基準として前記第1測定室の酸素分圧が定められる構成であり、
前記酸素分圧検知セルへの通電状態に対する前記第1測定室における酸素分圧制御状態を検出する酸素分圧制御状態検出工程と、
前記酸素分圧制御状態が予め定められた正常範囲である場合には前記ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、前記酸素分圧制御状態が前記正常範囲を逸脱する場合には前記ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する劣化判定工程と、
を有することを特徴とするセンサ素子劣化判定方法。
A first measurement chamber into which a gas to be measured is introduced via the first diffusion resistance unit;
The measurement having an oxygen ion conductor and a pair of electrodes formed on the oxygen ion conductor, wherein one of the pair of electrodes is disposed in the first measurement chamber and introduced into the first measurement chamber A first oxygen ion pump cell for pumping or pumping oxygen to the target gas;
A second measurement chamber into which the measurement target gas into which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced via a second diffusion resistance unit;
An oxygen ion conductor and a pair of electrodes formed on the oxygen ion conductor, wherein one of the pair of electrodes is disposed in the second measurement chamber, and a specific gas concentration in the second measurement chamber is obtained. A second oxygen ion pump cell in which a corresponding current flows;
A reference oxygen chamber set in a reference oxygen partial pressure atmosphere;
An oxygen ion conductor and a pair of electrodes formed on the oxygen ion conductor, wherein one of the pair of electrodes is disposed in the first measurement chamber and the other electrode is disposed in the reference oxygen chamber; An oxygen partial pressure detection cell;
A sensor element deterioration determination method for determining a deterioration state of a gas sensor element comprising:
The oxygen partial pressure detection cell is configured to be able to change the amount of oxygen pumped into the reference oxygen chamber according to the magnitude of a current to be energized,
The gas sensor element is configured to determine an oxygen partial pressure of the first measurement chamber with reference to a reference oxygen partial pressure of the reference oxygen chamber,
An oxygen partial pressure control state detection step of detecting an oxygen partial pressure control state in the first measurement chamber with respect to the energization state of the oxygen partial pressure detection cell;
When the oxygen partial pressure control state is in a predetermined normal range, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, and when the oxygen partial pressure control state is out of the normal range, the gas sensor element is A deterioration determination step for determining that the state is a deterioration state;
A sensor element deterioration determination method characterized by comprising:
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