JP2009075012A - Deterioration suppressing device for air/fuel ratio sensor - Google Patents

Deterioration suppressing device for air/fuel ratio sensor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the deterioration suppressing device for air/fuel ratio sensor that suppresses deterioration of the detection element part and catalyst layer of the air/fuel ratio sensor that becomes high temperature due to emission. <P>SOLUTION: The deterioration suppressing device 100 of the air/fuel ratio sensor is equipped with a solid electrolyte layer 2 for moving oxygen ions between an atmospheric side and an exhaustion side; a pair of positive and negative electrodes 3, respectively provided on the atmospheric side and exhaust side of the solid electrolyte layer 2; the diffusion resistance layer 4, arranged around the electrodes provided on the exhaustion side of the electrodes 3; the catalyst layer 11, arranged on the exhaust inlet surface of the diffusion resistance layer 4; a power supply 12 for applying a voltage across the electrodes 3 and a control unit 13 for controlling the power supply 12. By applying a voltage V2 which is higher than the voltage V1 at the time of detection of an air/fuel ratio across the electrodes 3, when there is no request for air/fuel ratio feedback control, deterioration in the solid electrolyte layer 2 or the catalyst layer 11 can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、空燃比センサの検出素子部及び触媒層の劣化を抑制する劣化抑制装置に関する。   The present invention relates to a deterioration suppressing device that suppresses deterioration of a detection element portion and a catalyst layer of an air-fuel ratio sensor.

従来、エンジンは排気通路内に排気の空燃比を検出する空燃比センサを備えている。このような空燃比センサは、排気中の酸素濃度に基づいて排気の空燃比を検出する。ところが、排気中に水素が存在する場合に、水素の影響によりセンサ検出部で検出される酸素濃度は、実際の排気中の酸素濃度と異なった値として検出されることがある。このような検出誤差の原因となる水素は、空燃比センサに備えられた触媒層によって検出排気中から除去することができる。このような触媒層を備えた空燃比センサは、例えば、特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された空燃比制御装置は、ヒータによってセンサにおける排気ガス側電極の表面を所定の温度以上に保つことにより、水素が自発燃焼して除去され、センサの出力ずれを防ぎ、適正な空燃比制御を行う。   Conventionally, an engine includes an air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio of exhaust gas in an exhaust passage. Such an air-fuel ratio sensor detects the air-fuel ratio of the exhaust based on the oxygen concentration in the exhaust. However, when hydrogen is present in the exhaust gas, the oxygen concentration detected by the sensor detection unit due to the influence of hydrogen may be detected as a value different from the actual oxygen concentration in the exhaust gas. Hydrogen that causes such detection errors can be removed from the detected exhaust gas by the catalyst layer provided in the air-fuel ratio sensor. An air-fuel ratio sensor provided with such a catalyst layer is disclosed in Patent Document 1, for example. The air-fuel ratio control device disclosed in Patent Document 1 keeps the surface of the exhaust gas side electrode in the sensor at a predetermined temperature or higher by a heater, so that hydrogen is spontaneously combusted and removed, preventing the output deviation of the sensor. Air / fuel ratio control is performed.

特開平11−30141号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-30141

このような空燃比センサは、検出素子部を適切な温度範囲に維持することにより、検出素子部が活性化され、検出出力が安定して得られる。特に、空燃比センサはエンジンの始動とともに排出される排気の検出を行うために、早期活性化が求められるので、高温の排気が流れる排気管の上流側に配置されることが多い。これにより、高温の排気が空燃比センサ近傍を通過するようになるので、検出素子部が早期に活性化されて排気の空燃比の検出ができるようになる。しかしながら、空燃比センサが排気管の上流側に配置されることにより、空燃比センサは、高温の排気にさらされるため、空燃比センサの検出素子部や触媒層における温度が適切な範囲を超えて上昇することがある。また、検出素子部や触媒層は、このような適切な温度範囲を超える高温状態において劣化が進行するため、センサの検出精度が低下してしまう。   In such an air-fuel ratio sensor, the detection element unit is activated by maintaining the detection element unit in an appropriate temperature range, and the detection output is stably obtained. In particular, since the air-fuel ratio sensor is required to be activated early in order to detect the exhaust exhausted when the engine is started, it is often disposed upstream of the exhaust pipe through which high-temperature exhaust flows. As a result, the high-temperature exhaust gas passes through the vicinity of the air-fuel ratio sensor, so that the detection element portion is activated early and the air-fuel ratio of the exhaust gas can be detected. However, since the air-fuel ratio sensor is disposed on the upstream side of the exhaust pipe, the air-fuel ratio sensor is exposed to high-temperature exhaust gas, so that the temperature in the detection element portion and the catalyst layer of the air-fuel ratio sensor exceeds an appropriate range. May rise. Further, since the detection element part and the catalyst layer are deteriorated in a high temperature state exceeding such an appropriate temperature range, the detection accuracy of the sensor is lowered.

そこで、本発明は、排気により高温になる空燃比センサの検出素子部及び触媒層の劣化を抑制する空燃比センサ劣化抑制装置を提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device that suppresses deterioration of a detection element portion and a catalyst layer of an air-fuel ratio sensor that becomes high temperature due to exhaust.

かかる課題を解決する本発明の空燃比センサ劣化抑制装置は、大気側と排気側との間で酸素イオンを移動させる固体電解質と、当該固体電解質の大気側及び排気側のそれぞれに着設された正負一対の電極と、当該電極の排気側に着設された電極の周囲に配設された拡散抵抗層と、当該拡散抵抗層における排気が導入する面に配設された触媒層と、前記電極間に電圧を印加する電圧制御手段と、を備え、当該電圧制御手段は、空燃比の検出が行われていないときに、空燃比の検出時における電圧よりも高電圧を前記電極に印加することにより、固体電解質及び/又は触媒層の劣化を抑制することを特徴とする。(請求項1)。このような構成とすることにより、空燃比センサ内において、大気側から排気側へ強制的に酸素を供給し、検出素子に該当する固体電解質の高温化を抑制し、劣化を防止することができる。また、こうして排気側に移動した酸素は触媒層における余剰な水素を燃焼させて、触媒の能力を回復し、触媒層の劣化を抑制することができる。   An air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device of the present invention that solves such a problem is attached to each of a solid electrolyte that moves oxygen ions between the atmosphere side and the exhaust side, and the atmosphere side and the exhaust side of the solid electrolyte. A pair of positive and negative electrodes, a diffusion resistance layer disposed around the electrode attached to the exhaust side of the electrode, a catalyst layer disposed on a surface of the diffusion resistance layer where exhaust is introduced, and the electrode A voltage control means for applying a voltage between the electrodes, and when the air-fuel ratio is not detected, the voltage control means applies a voltage higher than the voltage at the time of air-fuel ratio detection to the electrodes. Thus, the deterioration of the solid electrolyte and / or the catalyst layer is suppressed. (Claim 1). With such a configuration, in the air-fuel ratio sensor, oxygen can be forcibly supplied from the atmosphere side to the exhaust side, the temperature rise of the solid electrolyte corresponding to the detection element can be suppressed, and deterioration can be prevented. . Further, the oxygen thus moved to the exhaust side burns excess hydrogen in the catalyst layer, recovers the ability of the catalyst, and can suppress deterioration of the catalyst layer.

このような空燃比センサを搭載するエンジンでは、空燃比フィードバック(F/B)制御が行われることがある。空燃比F/B制御は、排気の空燃比に基づいて吸入空気量及び燃料噴射量を決定する。このため、空燃比F/B制御をするためには、排気の空燃比の正確な情報が必要である。一方、空燃比F/B制御を行わない場合、排気の空燃比の情報は必要ない。すなわち、空燃比F/B制御を行わない場合には、排気側の酸素濃度が正確な濃度である必要はない。このため、本発明の空燃比センサ劣化抑制装置は、前記電圧制御手段は、空燃比フィードバック制御が行われていないときに、空燃比の検出時における電圧よりも高電圧を前記電極に印加することにより、固体電解質及び/又は触媒層の劣化を抑制することができる(請求項2)。このような構成とすることにより、空燃比センサ劣化抑制装置は空燃比F/B制御が行われない場合に、大気側から排気側へ強制的に酸素を供給する。これにより、固体電解質や触媒層の劣化を抑制することができる。   In an engine equipped with such an air-fuel ratio sensor, air-fuel ratio feedback (F / B) control may be performed. In the air-fuel ratio F / B control, the intake air amount and the fuel injection amount are determined based on the air-fuel ratio of the exhaust gas. For this reason, in order to perform air-fuel ratio F / B control, accurate information on the air-fuel ratio of the exhaust is required. On the other hand, when the air-fuel ratio F / B control is not performed, information on the air-fuel ratio of the exhaust is not necessary. That is, when the air-fuel ratio F / B control is not performed, the oxygen concentration on the exhaust side does not need to be an accurate concentration. For this reason, in the air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device of the present invention, the voltage control means applies a voltage higher than the voltage at the time of air-fuel ratio detection to the electrodes when the air-fuel ratio feedback control is not performed. Thus, deterioration of the solid electrolyte and / or the catalyst layer can be suppressed (claim 2). With this configuration, the air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device forcibly supplies oxygen from the atmosphere side to the exhaust side when the air-fuel ratio F / B control is not performed. Thereby, deterioration of a solid electrolyte or a catalyst layer can be suppressed.

また、このような空燃比センサ劣化抑制装置は、前記固体電解質の劣化を判定する素子劣化判定手段を備え、前記電圧制御手段は、前記素子劣化判定手段が固体電解質の劣化を判断したときに、空燃比の検出時における電圧よりも高電圧を前記電極に印加する構成とすることができる(請求項3)。さらに、空燃比センサ劣化抑制装置は、前記触媒層の能力低下を判定する触媒層能力判定手段を備え、前記電圧制御手段は、前記触媒層能力判定手段が触媒層の能力低下を判断したときに、空燃比の検出時における電圧よりも高電圧を前記電極に印加する構成とすることができる(請求項4)。このように固体電解質や触媒層の状態に応じて、大気側から排気側へ酸素の供給をすることにより、固体電解質や触媒層の劣化を抑制し、空燃比センサの検出精度を維持することができる。   In addition, such an air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device includes an element deterioration determining unit that determines deterioration of the solid electrolyte, and the voltage control unit is configured such that when the element deterioration determining unit determines deterioration of the solid electrolyte, A voltage higher than the voltage at the time of detecting the air-fuel ratio can be applied to the electrode. Further, the air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device includes a catalyst layer capability determining unit that determines a decrease in the capability of the catalyst layer, and the voltage control unit is configured to determine whether the catalyst layer capability determining unit determines a decrease in the capability of the catalyst layer. A voltage higher than the voltage at the time of detecting the air-fuel ratio can be applied to the electrode. Thus, by supplying oxygen from the atmosphere side to the exhaust side according to the state of the solid electrolyte and the catalyst layer, it is possible to suppress the deterioration of the solid electrolyte and the catalyst layer and maintain the detection accuracy of the air-fuel ratio sensor. it can.

本発明の空燃比センサ劣化抑制装置は、大気側から排気側へ強制的に酸素を供給することにより、固体電解質の高温化や触媒層の劣化を抑制し、空燃比センサの検出精度を維持することができる。   The air-fuel ratio sensor deterioration suppression device of the present invention forcibly supplies oxygen from the atmosphere side to the exhaust side, thereby suppressing the high temperature of the solid electrolyte and the deterioration of the catalyst layer and maintaining the detection accuracy of the air-fuel ratio sensor. be able to.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の実施例1について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施例の空燃比センサ劣化抑制装置100の概略構成を示し、空燃比センサ劣化抑制装置100に備えられた空燃比センサ1を断面にして示した説明図である。空燃比センサ1は、内燃機関の排気通路(図示しない)内に配置され、排気ガスの空燃比を検出するために用いられるものである。空燃比センサ1は、固体電解質層2、電極3、拡散抵抗層4を備えている。固体電解質層2は、酸素イオン伝導性を有するジルコニア焼結体から形成されている。   Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device 100 according to the present embodiment, and showing the air-fuel ratio sensor 1 provided in the air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device 100 in cross section. The air-fuel ratio sensor 1 is disposed in an exhaust passage (not shown) of the internal combustion engine and is used for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas. The air-fuel ratio sensor 1 includes a solid electrolyte layer 2, an electrode 3, and a diffusion resistance layer 4. The solid electrolyte layer 2 is formed from a zirconia sintered body having oxygen ion conductivity.

電極3は、正負一対の正電極3a及び負電極3bから成り、固体電解質層2の大気側面2aに正電極3aが着設され、正電極3aに対向するように負電極3bが固体電解質層2の排気側面2bに着設されている。これらの正電極3a及び負電極3bは、高い電子導電性、化学的安定性、触媒活性度を有する白金を材料として形成されている。   The electrode 3 includes a pair of positive and negative positive electrodes 3a and 3b. The positive electrode 3a is attached to the air side surface 2a of the solid electrolyte layer 2, and the negative electrode 3b is opposed to the positive electrode 3a. It is attached to the exhaust side 2b. The positive electrode 3a and the negative electrode 3b are formed using platinum having high electronic conductivity, chemical stability, and catalytic activity.

拡散抵抗層4は、固体電解質層2の排気側面2bで負電極3bの周囲に配設されている。拡散抵抗層4は、多孔構造をしており、流入前の排気中の成分濃度に応じて、拡散抵抗層4を通過する排気中の成分濃度を減少させる。すなわち、拡散抵抗層4へ導入する前の排気中の成分濃度が高いほど、拡散抵抗層4を通過した排気中の成分濃度は高く、拡散抵抗層4へ導入する前の排気中の成分濃度が低いほど、拡散抵抗層4を通過した排気中の成分濃度は低くなる。   The diffusion resistance layer 4 is disposed around the negative electrode 3 b on the exhaust side surface 2 b of the solid electrolyte layer 2. The diffusion resistance layer 4 has a porous structure and reduces the component concentration in the exhaust gas that passes through the diffusion resistance layer 4 in accordance with the component concentration in the exhaust gas before inflow. That is, the higher the component concentration in the exhaust before being introduced into the diffusion resistance layer 4, the higher the component concentration in the exhaust that has passed through the diffusion resistance layer 4, and the component concentration in the exhaust before being introduced into the diffusion resistance layer 4 is higher. The lower the concentration, the lower the component concentration in the exhaust gas that has passed through the diffusion resistance layer 4.

また、空燃比センサ1は、支持体5、6を備えている。支持体5は、拡散抵抗層4の固体電解質層2の反対側に重ねられて配置される。支持体6は、固体電解質層2の大気側面2a側に、正電極3aを包囲する区画7を形成するように配置されている。支持体6は、熱伝導性の良い材料、例えば、アルミナから形成されている。さらに、この支持体6内にはヒータ8が設けられている。このヒータ8は、空燃比の検出が安定して行われる所定の温度、例えば、600℃以上に空燃比センサ1を昇温するためのものである。   In addition, the air-fuel ratio sensor 1 includes supports 5 and 6. The support 5 is disposed so as to overlap the opposite side of the solid electrolyte layer 2 of the diffusion resistance layer 4. The support 6 is disposed on the atmosphere side surface 2a side of the solid electrolyte layer 2 so as to form a section 7 surrounding the positive electrode 3a. The support 6 is made of a material having good thermal conductivity, for example, alumina. Further, a heater 8 is provided in the support 6. The heater 8 is used to raise the temperature of the air-fuel ratio sensor 1 to a predetermined temperature at which air-fuel ratio detection is stably performed, for example, 600 ° C. or higher.

空燃比センサ1は、このように積層された構成要素全体を被覆する保護層9を備えている。図2は図1における矢示16が指す拡散抵抗層4付近の保護層9の断面を拡大して示した説明図である。保護層9は外側のトラップ層10と内側の触媒層11とが積層された構成となっており、特に、触媒層11は、拡散抵抗層4における排気の導入する面に配設されている。トラップ層10は、多孔質のアルミナであり、触媒層11は、触媒担体としての多孔質のアルミナに白金、ロジウムなどの触媒成分が担持されて形成されている。排気ガスは、図2の矢示17、18のようにトラップ層10、触媒層11を通過して、拡散抵抗層4へ導入する。このとき、トラップ層10は、排気ガス中に含まれる鉛などの被毒物質を吸着し、固体電解質層2、電極3を保護する。さらに、触媒11は、排気ガス中に含まれる水素の燃焼を促進させ、排気ガス中の水素を除去する。   The air-fuel ratio sensor 1 includes a protective layer 9 that covers the entire components stacked in this way. FIG. 2 is an explanatory view showing an enlarged cross section of the protective layer 9 in the vicinity of the diffusion resistance layer 4 indicated by an arrow 16 in FIG. The protective layer 9 has a structure in which an outer trap layer 10 and an inner catalyst layer 11 are laminated. In particular, the catalyst layer 11 is disposed on a surface of the diffusion resistance layer 4 where exhaust gas is introduced. The trap layer 10 is porous alumina, and the catalyst layer 11 is formed by supporting catalyst components such as platinum and rhodium on porous alumina as a catalyst carrier. Exhaust gas passes through the trap layer 10 and the catalyst layer 11 as shown by arrows 17 and 18 in FIG. At this time, the trap layer 10 adsorbs poisonous substances such as lead contained in the exhaust gas, and protects the solid electrolyte layer 2 and the electrode 3. Further, the catalyst 11 promotes combustion of hydrogen contained in the exhaust gas and removes hydrogen in the exhaust gas.

また、図1に示すように空燃比センサ劣化抑制装置100は、電極3の電極間に電圧を印加する電源12と、電源12により印加される電圧を測定する電圧計14と、電極3を流れる電流を測定する電流計15とを備えている。さらに、電源12、電圧計14及び電流計15は制御装置13と電気的に接続されている。この制御装置13は、本発明の電圧制御手段に相当する。   As shown in FIG. 1, the air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device 100 flows through the power source 12 that applies a voltage between the electrodes of the electrode 3, the voltmeter 14 that measures the voltage applied by the power source 12, and the electrode 3. And an ammeter 15 for measuring current. Further, the power source 12, the voltmeter 14 and the ammeter 15 are electrically connected to the control device 13. This control device 13 corresponds to the voltage control means of the present invention.

次に、このような空燃比センサ1による酸素濃度の検出方法について説明する。空燃比センサ1の外部を流れる排気は、トラップ層10、触媒層11、拡散抵抗層4を順に通過して負電極3bまで到達する。すなわち、負電極3bは、排気と接触するように構成されている。このように負電極3bへ到達する排気ガスは、トラップ層10において被毒物質が除去され、触媒層11において水素が除去されて、拡散抵抗層4に導入される。これにより、検出する排気中における水素の影響を抑制し、より正確な酸素濃度の検出を行うことができる。一方、支持体6と固体電解質層2によって形成された区画7は、大気と連通するように構成されている。すなわち、正電極3aは大気と接触するように構成されている。   Next, a method for detecting the oxygen concentration by the air-fuel ratio sensor 1 will be described. Exhaust gas flowing outside the air-fuel ratio sensor 1 passes through the trap layer 10, the catalyst layer 11, and the diffusion resistance layer 4 in order and reaches the negative electrode 3b. That is, the negative electrode 3b is configured to contact exhaust. In this way, the exhaust gas reaching the negative electrode 3 b is introduced into the diffusion resistance layer 4 after removing poisonous substances in the trap layer 10 and removing hydrogen in the catalyst layer 11. As a result, the influence of hydrogen in the exhaust gas to be detected can be suppressed, and the oxygen concentration can be detected more accurately. On the other hand, the section 7 formed by the support 6 and the solid electrolyte layer 2 is configured to communicate with the atmosphere. That is, the positive electrode 3a is configured to come into contact with the atmosphere.

このような電極3間に電源12によって電圧が印加されると、電極近傍の酸素分子がイオン化され、固体電解質層2内を酸素イオンが移動することとなる。このような酸素イオンの移動により、電子が運ばれ、電流が流れることになる。なお、空燃比センサ1がヒータ8によって暖機され、または、排気により所定の温度以上に昇温されるとセンサの出力が安定する。   When a voltage is applied between the electrodes 3 by the power supply 12, oxygen molecules near the electrodes are ionized, and oxygen ions move in the solid electrolyte layer 2. By such movement of oxygen ions, electrons are carried and current flows. When the air-fuel ratio sensor 1 is warmed up by the heater 8 or is heated to a predetermined temperature or higher by exhaust, the sensor output is stabilized.

固体電解質層2内を流れる電流は、電極間に印加する電圧の上昇とともに増加するが、負極3b側に到達する排気が拡散抵抗層4により通過を制限されて、イオン化する酸素の量が飽和する。このような酸素のイオン化が飽和した状態では、印加電圧を上昇させても、イオン化する酸素分子数が変わらないため、電流値が一定となる。このときの電流を限界電流といい、限界電流の値は、排気中の酸素濃度により決定される。制御装置13は、このような限界電流が発生する電圧V1を電極3間に印加し、このときの限界電流の値を電流計15によって取得する。制御装置13は、このように取得された限界電流の値と、予め取得されている限界電流の値に対する酸素濃度の情報と照合することにより、排気ガス中の酸素濃度を算出し、空燃比を検出する。   The current flowing in the solid electrolyte layer 2 increases as the voltage applied between the electrodes increases, but the exhaust gas reaching the negative electrode 3b side is restricted from passing by the diffusion resistance layer 4, and the amount of oxygen to be ionized is saturated. . In such a state where the ionization of oxygen is saturated, even if the applied voltage is increased, the number of oxygen molecules to be ionized does not change, so the current value becomes constant. The current at this time is called a limit current, and the value of the limit current is determined by the oxygen concentration in the exhaust gas. The control device 13 applies a voltage V1 at which such a limit current is generated between the electrodes 3, and acquires the value of the limit current at this time by the ammeter 15. The control device 13 calculates the oxygen concentration in the exhaust gas by comparing the value of the limit current acquired in this way with the information of the oxygen concentration with respect to the value of the limit current acquired in advance, and sets the air-fuel ratio. To detect.

さらに、制御装置13は、このように検出された空燃比に基づいて、空燃比フィードバック(F/B)制御を行う。空燃比F/B制御は、排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、燃料噴射弁(図示しない)による燃料の噴射量を制御することや、スロットルバルブ(図示しない)の制御をすることにより空気吸入量を調整することである。制御装置13は、空燃比センサ1から検出された排気ガスの空燃比が理論空燃比でなければ、F/B制御を要求する。   Further, the control device 13 performs air-fuel ratio feedback (F / B) control based on the air-fuel ratio detected in this way. In the air-fuel ratio F / B control, the fuel injection amount by a fuel injection valve (not shown) or the throttle valve (not shown) is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio. This is to adjust the air intake amount. If the air-fuel ratio of the exhaust gas detected from the air-fuel ratio sensor 1 is not the stoichiometric air-fuel ratio, the control device 13 requests F / B control.

次に、制御装置13が行う制御について説明する。図3は、制御装置13によって行われる制御のフローを示したものである。制御装置13は、ステップS1で、F/B制御の要求があるか否かを判断する。ステップS1の判断結果がYESである場合、すなわち、F/B制御の要求がある場合、制御装置13は、ステップS2に進む。   Next, control performed by the control device 13 will be described. FIG. 3 shows a flow of control performed by the control device 13. In step S1, the control device 13 determines whether or not there is a request for F / B control. If the determination result in step S1 is YES, that is, if there is a request for F / B control, the control device 13 proceeds to step S2.

制御装置13はステップS2で、電極3間に印加する電圧をV1とする。この印加電圧V1は、限界電流が発生する電圧であり、例えば、0.4(V)程度である。電極3間に電圧V1を印加することにより、限界電流が発生し、このときの限界電流の値から排気の空燃比が検出される。このように検出された空燃比の情報はF/B制御に用いられる。ステップS2における処理が終了すると、制御装置13は、リターンする。   In step S2, the control device 13 sets the voltage applied between the electrodes 3 to V1. The applied voltage V1 is a voltage at which a limit current is generated, and is about 0.4 (V), for example. By applying the voltage V1 between the electrodes 3, a limit current is generated, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is detected from the value of the limit current at this time. Information on the air-fuel ratio detected in this way is used for F / B control. When the process in step S2 ends, the control device 13 returns.

一方、ステップS1の判断結果がNOである場合、すなわち、F/B制御の要求がない場合、制御装置13は、ステップS3に進む。   On the other hand, when the determination result of step S1 is NO, that is, when there is no request for F / B control, the control device 13 proceeds to step S3.

制御装置13はステップS3で、電極3間に印加する電圧をV2とする。この印加電圧V2は、限界電流が発生する電圧V1よりも高電圧であり、例えば、0.8〜3(V)である。このような電圧V2が印加されることにより、一旦、飽和した酸素分子のイオン化が再開され、大気側の酸素を強制的に排気側へ供給する。すなわち、正電極3a付近の酸素が負電極3b側へ移動することになる。このとき、固体電解質層2の温度が低下し、固体電解質層2の劣化を抑制することができる。また、このように負電極3b側へ移動した酸素は、触媒層11まで到達し、触媒層11において水素の燃焼に寄与し、運転時間経過とともに低下する触媒の平衡化能力を回復することができ、触媒層の劣化を抑制することができる。   In step S3, the control device 13 sets the voltage applied between the electrodes 3 to V2. The applied voltage V2 is higher than the voltage V1 at which the limit current is generated, and is, for example, 0.8 to 3 (V). By applying such a voltage V2, once ionization of saturated oxygen molecules is resumed, oxygen on the atmosphere side is forcibly supplied to the exhaust side. That is, oxygen near the positive electrode 3a moves to the negative electrode 3b side. At this time, the temperature of the solid electrolyte layer 2 decreases, and deterioration of the solid electrolyte layer 2 can be suppressed. Further, the oxygen thus moved to the negative electrode 3b side reaches the catalyst layer 11, contributes to hydrogen combustion in the catalyst layer 11, and can recover the equilibration ability of the catalyst which decreases with the lapse of the operation time. The deterioration of the catalyst layer can be suppressed.

制御装置13はステップS3の次に、ステップS2へ進む。制御装置13は電源12によって電極3間に印加する電圧をV1とする。これにより、空燃比センサ1は、空燃比検出の状態へ戻り、ここで検出された空燃比に基づいて、F/B制御が行われる。   The control device 13 proceeds to step S2 after step S3. The control device 13 sets the voltage applied between the electrodes 3 by the power supply 12 to V1. As a result, the air-fuel ratio sensor 1 returns to the air-fuel ratio detection state, and F / B control is performed based on the air-fuel ratio detected here.

このようにF/B制御の要求がない場合には、排気の空燃比を検出しなくて良いため、排気側の電極、すなわち、負電極3bにおける酸素濃度が実際の排気中の酸素濃度と一致する必要がない。このような理由から、F/B制御の要求がない場合に、大気側の正電極3aから排気側の負電極3b側へ酸素を供給することができる。これにより、固体電解質層2の温度を低下させて劣化を抑制するとともに、触媒層11の平衡化能力を回復させて劣化を抑制することができる。   Thus, when there is no request for F / B control, it is not necessary to detect the air-fuel ratio of the exhaust gas. Therefore, the oxygen concentration at the exhaust-side electrode, that is, the negative electrode 3b, matches the actual oxygen concentration in the exhaust gas. There is no need to do. For this reason, oxygen can be supplied from the positive electrode 3a on the air side to the negative electrode 3b side on the exhaust side when there is no request for F / B control. Thereby, while reducing the temperature of the solid electrolyte layer 2 and suppressing deterioration, the equilibration ability of the catalyst layer 11 can be recovered, and deterioration can be suppressed.

次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例の空燃比センサ劣化抑制装置は、実施例1の空燃比センサ劣化抑制装置100と同様の構成をしている。そのため、本実施例の空燃比センサは、実施例1の空燃比センサ劣化抑制装置100と同一の参照番号を用いて説明する。本実施例は、制御装置13が行う制御の内容が実施例1と異なる点で実施例1と相違している。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device of the present embodiment has the same configuration as the air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device 100 of the first embodiment. Therefore, the air-fuel ratio sensor of the present embodiment will be described using the same reference numerals as those of the air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device 100 of the first embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in that the content of the control performed by the control device 13 is different from the first embodiment.

本実施例の制御装置13が行う制御について説明する。図4は本実施例の制御装置13が行う制御のフローについて示したものである。制御装置13は、ステップS10で、電圧変更要求があるか否かを判断する。ここで、電圧変更要求とは、電源12による電極3間の印加電圧の変更要求であり、この変更要求は素子劣化判定結果に基づいて判断される。   Control performed by the control device 13 of the present embodiment will be described. FIG. 4 shows the flow of control performed by the control device 13 of this embodiment. In step S10, the control device 13 determines whether there is a voltage change request. Here, the voltage change request is a request to change the applied voltage between the electrodes 3 by the power supply 12, and this change request is determined based on the element deterioration determination result.

素子劣化判定は、固体電解質層2が劣化しているか否かを判断するものである。この素子劣化判定は、制御装置13によって行われる。固体電解質層2は、劣化が進行した場合、同一温度におけるインピーダンスが劣化前と比較して増大する。このような性質に基づいて、制御装置13は、インピーダンスの変化から固体電解質層2の劣化を判断している。制御装置13は、このような素子劣化判定において、固体電解質層2が劣化していると判断する場合、電圧変更要求をする。制御装置13はステップS10の判断結果がYESである場合、すなわち、電圧変更要求がある場合、ステップS11に進む。一方、制御装置13はステップS10の判断結果がNOである場合、すなわち、電圧変更要求がない場合には、ステップS12に進む。   The element deterioration determination is for determining whether or not the solid electrolyte layer 2 is deteriorated. This element deterioration determination is performed by the control device 13. When the deterioration of the solid electrolyte layer 2 proceeds, the impedance at the same temperature increases as compared with that before the deterioration. Based on such properties, the control device 13 determines the deterioration of the solid electrolyte layer 2 from the change in impedance. When determining that the solid electrolyte layer 2 is deteriorated in such element deterioration determination, the control device 13 makes a voltage change request. If the determination result in step S10 is YES, that is, if there is a voltage change request, the control device 13 proceeds to step S11. On the other hand, if the determination result in step S10 is NO, that is, if there is no voltage change request, the control device 13 proceeds to step S12.

ステップS11は、図3に示した実施例1のステップS1と同一である。また、ステップS12はステップS2と同一であり、ステップS13はステップS3と同一である。このため、ステップS11、ステップS12、ステップS13の説明は省略する。   Step S11 is the same as step S1 of the first embodiment shown in FIG. Step S12 is the same as step S2, and step S13 is the same as step S3. For this reason, description of step S11, step S12, and step S13 is abbreviate | omitted.

また、ステップS10における電圧変更要求は、触媒層能力判定結果に基づいて、電圧変更要求を行うこともできる。触媒層能力判定は、触媒層11における触媒が所定の水素除去能力を有しているか否かを判断するものである。この触媒層能力判定は制御装置13によって行われる。制御装置13は、触媒層11の水素除去能力が低下していると判断する場合、電圧変更要求をする。   Moreover, the voltage change request | requirement in step S10 can also perform a voltage change request | requirement based on a catalyst layer capability determination result. The catalyst layer capability determination is to determine whether or not the catalyst in the catalyst layer 11 has a predetermined hydrogen removal capability. This catalyst layer capacity determination is performed by the control device 13. When it is determined that the hydrogen removal capability of the catalyst layer 11 is reduced, the control device 13 makes a voltage change request.

このような電圧変更要求に従って印加電圧V2が付加されることにより、固体電解質層2の劣化や触媒層11の劣化が抑制されるため、空燃比センサの検出精度を維持することができる。   By applying the applied voltage V2 according to such a voltage change request, the deterioration of the solid electrolyte layer 2 and the deterioration of the catalyst layer 11 are suppressed, so that the detection accuracy of the air-fuel ratio sensor can be maintained.

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。   The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.

空燃比センサを断面にして空燃比センサ劣化抑制装置の概略構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed schematic structure of the air-fuel ratio sensor deterioration suppression apparatus by making an air-fuel ratio sensor into a cross section. 拡散抵抗層付近の保護層の断面を拡大して示した説明図である。It is explanatory drawing which expanded and showed the cross section of the protective layer of the diffused resistance layer vicinity. 実施例1において制御装置によって行われる制御フローである。3 is a control flow performed by the control device in the first embodiment. 実施例2において制御装置によって行われる制御フローである。6 is a control flow performed by the control device in the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 空燃比センサ
2 固体電解質層
3 電極
4 拡散抵抗層
9 保護層
10 トラップ層
11 触媒層
12 電源
13 制御装置
100 空燃比センサ劣化抑制装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air fuel ratio sensor 2 Solid electrolyte layer 3 Electrode 4 Diffusion resistance layer 9 Protective layer 10 Trap layer 11 Catalyst layer 12 Power supply 13 Control apparatus 100 Air fuel ratio sensor deterioration suppression apparatus

Claims (4)

大気側と排気側との間で酸素イオンを移動させる固体電解質と、
当該固体電解質の大気側及び排気側のそれぞれに着設された正負一対の電極と、
当該電極の排気側に着設された電極の周囲に配設された拡散抵抗層と、
当該拡散抵抗層における排気が導入する面に配設された触媒層と、
前記電極間に電圧を印加する電圧制御手段と、を備え、
当該電圧制御手段は、空燃比の検出が行われていないときに、空燃比の検出時における電圧よりも高電圧を前記電極に印加することにより、固体電解質及び/又は触媒層の劣化を抑制することを特徴とした空燃比センサ劣化抑制装置。
A solid electrolyte that moves oxygen ions between the atmosphere side and the exhaust side;
A pair of positive and negative electrodes attached to the air side and the exhaust side of the solid electrolyte, and
A diffusion resistance layer disposed around the electrode attached to the exhaust side of the electrode;
A catalyst layer disposed on a surface where the exhaust gas in the diffusion resistance layer is introduced;
Voltage control means for applying a voltage between the electrodes,
The voltage control means suppresses deterioration of the solid electrolyte and / or the catalyst layer by applying a voltage higher than the voltage at the time of air-fuel ratio detection to the electrode when the air-fuel ratio is not detected. An air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device.
請求項1記載の空燃比センサ劣化抑制装置において、
前記電圧制御手段は、空燃比フィードバック制御が行われていないときに、空燃比の検出時における電圧よりも高電圧を前記電極に印加することにより、固体電解質及び/又は触媒層の劣化を抑制することを特徴とした空燃比センサ劣化抑制装置。
The air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device according to claim 1,
The voltage control means suppresses deterioration of the solid electrolyte and / or the catalyst layer by applying a higher voltage to the electrode than the voltage at the time of detecting the air-fuel ratio when the air-fuel ratio feedback control is not performed. An air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device.
請求項1記載の空燃比センサ劣化抑制装置において、
前記固体電解質の劣化を判定する素子劣化判定手段を備え、
前記電圧制御手段は、前記素子劣化判定手段が固体電解質の劣化を判断したときに、空燃比の検出時における電圧よりも高電圧を前記電極に印加することを特徴とした空燃比センサ劣化抑制装置。
The air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device according to claim 1,
Comprising an element deterioration determining means for determining deterioration of the solid electrolyte;
The air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device, wherein the voltage control means applies a voltage higher than the voltage at the time of detecting the air-fuel ratio when the element deterioration determining means determines the deterioration of the solid electrolyte. .
請求項1記載の空燃比センサ劣化抑制装置において、
前記触媒層の能力低下を判定する触媒層能力判定手段を備え、
前記電圧制御手段は、前記触媒層能力判定手段が触媒層の能力低下を判断したときに、空燃比の検出時における電圧よりも高電圧を前記電極に印加することを特徴とした空燃比センサ劣化抑制装置。
The air-fuel ratio sensor deterioration suppressing device according to claim 1,
Comprising a catalyst layer capacity determining means for determining a decrease in capacity of the catalyst layer;
The voltage control means applies a higher voltage to the electrode than the voltage at the time of detecting the air-fuel ratio when the catalyst layer capacity determination means determines that the capacity of the catalyst layer is lowered. Suppression device.
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