JP2012241535A - Method and device for determining whether noble metal catalyst in gas sensor element has been deteriorated or not - Google Patents

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隆史 野村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for easily and accurately determining whether a noble metal catalyst has been deteriorated or not, by using stagnation time in which an output of a gas sensor element stagnates.SOLUTION: A gas sensor element 100 includes: a detecting part 10 including at least a solid electrolyte layer 3 provided on both sides, with a pair of electrodes 4 including a measured gas side electrode 41 and a reference gas side electrode 42; a catalyst layer 20 carrying a noble metal catalyst 22 surrounding a part of or the entire detecting part 10; and a protecting layer 30 surrounding the catalyst layer 20. A method for determining whether the noble metal catalyst 22 in the gas sensor includes: a step of measuring a stoichiometric stagnation time of the gas sensor element 100 around stoichiometric; and a step of comparing the stoichiometric stagnation time with a time period which is a threshold for determining the deterioration of the noble metal catalyst, and determining that the noble metal catalyst is deteriorated when the stoichiometric stagnation time is below the threshold.

Description

本発明は、たとえば車両に搭載されて排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサを構成するガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法と装置に関するものである。   The present invention relates to a method and apparatus for determining the presence or absence of deterioration of a noble metal catalyst in a gas sensor element that constitutes a gas sensor that is mounted on a vehicle and detects an oxygen concentration in exhaust gas, for example.

各種産業界においては、環境影響負荷低減に向けた様々な取り組みが世界規模でおこなわれており、中でも、自動車産業においては、燃費性能に優れたガソリンエンジン車は勿論のこと、ハイブリッド車や電気自動車等のいわゆるエコカーの普及とそのさらなる性能向上に向けた開発が日々進められている。   Various industries are making various efforts to reduce environmental impact on a global scale. Among them, in the automobile industry, not only gasoline engine cars with excellent fuel efficiency, but also hybrid cars and electric cars. The development of the so-called eco-cars such as the above and the further improvement of its performance is being promoted every day.

車両の燃費性能の計測に関しては、排気ガス等の被測定ガス中の酸素濃度をガスセンサにて検知し、大気中の酸素を基準ガスとしてこの酸素濃度との差を求めることによっておこなわれている。   The measurement of the fuel consumption performance of a vehicle is performed by detecting the oxygen concentration in a gas to be measured such as exhaust gas with a gas sensor and obtaining the difference from the oxygen concentration using oxygen in the atmosphere as a reference gas.

このガスセンサを構成するガスセンサ素子の一つの実施形態の具体的な構成としては、被測定ガス側電極と基準ガス側電極からなる一対の電極を両側に備えた固体電解質層と、被測定ガス側電極を被測定ガス空間を介して包囲する多孔質拡散抵抗層(もしくは拡散律速層)と、多孔質拡散抵抗層とともに被測定ガス空間を画成する遮蔽層と、基準ガス側電極を基準ガス空間を介して包囲する基準ガス空間保護層と、ヒータ等の発熱源とから構成される検知部と、この検知部を包囲する貴金属触媒粒子が担持された触媒層と、触媒層を包囲する保護層(もしくはトラップ層)とから大略構成されるものが一般的である。なお、このように貴金属触媒が担持された触媒層を備えた構成の空燃比センサが特許文献1に開示されている。   As a specific configuration of one embodiment of the gas sensor element constituting the gas sensor, a solid electrolyte layer provided on both sides with a pair of electrodes each including a measured gas side electrode and a reference gas side electrode, and a measured gas side electrode A porous diffusion resistance layer (or diffusion rate-determining layer) that surrounds the measurement gas space, a shielding layer that defines the measurement gas space together with the porous diffusion resistance layer, and a reference gas side electrode for the reference gas space A reference gas space protective layer that surrounds the detector, and a heat generating source such as a heater, a catalyst layer carrying precious metal catalyst particles that surround the detector, and a protective layer that surrounds the catalyst layer ( Or, generally composed of a trap layer). Note that Patent Document 1 discloses an air-fuel ratio sensor having a catalyst layer that supports a noble metal catalyst.

ガスセンサの出力精度を高めるには、排気ガス中の水素ガスに起因するガスセンサ素子の出力ずれを抑制する必要がある。この出力ずれは、被測定ガスの導入量を抑制する上記多孔質拡散抵抗層を通過する水素ガスが他の酸素ガスや一酸化炭素ガス等に比べて分子量が小さく、他のガスよりも多孔質拡散抵抗層を速く通過するために、被測定ガス側電極付近で水素ガスが過剰となり、これがガスセンサ素子周囲の排気ガス中の水素ガス濃度と異なることによって齎されるものである。一方、ガスセンサに要求される他の性能として応答性能が挙げられる。この応答性能は触媒層中の貴金属触媒の量によるところが大きいが、上記する出力ずれを抑制するべく、水素ガスとの反応を促進させるために多くの貴金属触媒を触媒層内に担持させると、今度は排気ガスの反応時間がかかり過ぎてしまい、センサの応答性が低下することから、これらの出力ずれの抑制と応答性を勘案して触媒層中の貴金属触媒の担持量が調整されている。   In order to increase the output accuracy of the gas sensor, it is necessary to suppress the output deviation of the gas sensor element due to the hydrogen gas in the exhaust gas. This output deviation is due to the fact that the hydrogen gas passing through the porous diffusion resistance layer that suppresses the introduction amount of the gas to be measured has a smaller molecular weight than other oxygen gas, carbon monoxide gas, etc., and is more porous than other gases. In order to pass through the diffusion resistance layer quickly, hydrogen gas becomes excessive in the vicinity of the measured gas side electrode, which is deceived by being different from the hydrogen gas concentration in the exhaust gas around the gas sensor element. On the other hand, response performance can be cited as another performance required for the gas sensor. This response performance largely depends on the amount of the noble metal catalyst in the catalyst layer, but in order to suppress the above-mentioned output deviation, if a large amount of noble metal catalyst is supported in the catalyst layer in order to promote the reaction with hydrogen gas, this time. Since the reaction time of the exhaust gas takes too long and the responsiveness of the sensor decreases, the amount of the noble metal catalyst supported in the catalyst layer is adjusted in consideration of the suppression of the output deviation and the responsiveness.

ところで、ガスセンサの供用過程で触媒層中に担持された貴金属触媒が劣化することにより、センサの出力ずれの抑制が不十分となってガスセンサの検出精度が低下することになる。   By the way, when the noble metal catalyst carried in the catalyst layer deteriorates during the service process of the gas sensor, the sensor output deviation is not sufficiently suppressed, and the detection accuracy of the gas sensor is lowered.

このような貴金属触媒の劣化を判定する技術として、たとえば特許文献2,3に開示される空燃比センサ、排気ガスセンサの劣化判定装置を挙げることができる。具体的には、特許文献2で開示される空燃比センサは、その構成要素である触媒層の劣化判定を行う際に、制御手段によって排気通路における第1空燃比がストイキオメトリに近づくように燃料供給手段が制御され、これによって劣化判定に起因するエミッションの悪化を抑制する。次に、判定手段によって第2空燃比が第1範囲内で相互に異なる場合の空燃比センサの出力である第1出力、および第2空燃比が第2範囲内で相互に異なる場合の空燃比センサの出力である第2出力に基づいて空燃比センサが劣化しているか否かを判定するものであり、このように二つの場合の空燃比センサの出力に基づいて劣化判定を行うことにより、触媒層が劣化しているのか、複数の気筒の相互間の空燃比がばらつくことに起因して排出ガス中の水素濃度が変動しているのかを判別することができ、空燃比センサが備える触媒層が劣化しているか否かを正しく判定できるとしている。   As a technique for determining the deterioration of such a noble metal catalyst, for example, a deterioration determination device for an air-fuel ratio sensor and an exhaust gas sensor disclosed in Patent Documents 2 and 3 can be cited. Specifically, the air-fuel ratio sensor disclosed in Patent Document 2 is configured so that the first air-fuel ratio in the exhaust passage approaches the stoichiometry by the control means when determining the deterioration of the catalyst layer that is a component thereof. The fuel supply means is controlled, thereby suppressing the deterioration of emissions caused by the deterioration determination. Next, the first output which is the output of the air-fuel ratio sensor when the second air-fuel ratio is different within the first range by the determining means, and the air-fuel ratio when the second air-fuel ratio is different within the second range Based on the second output that is the sensor output, it is determined whether or not the air-fuel ratio sensor has deteriorated. Thus, by performing the deterioration determination based on the output of the air-fuel ratio sensor in two cases, It is possible to determine whether the catalyst layer has deteriorated or whether the hydrogen concentration in the exhaust gas fluctuates due to the variation in the air-fuel ratio among the plurality of cylinders. It is said that it can be correctly determined whether or not the layer is deteriorated.

また、特許文献3で開示される排気ガスセンサの劣化判定装置は、内燃機関の排気通路に設置された触媒と、触媒の上流側に配置されて排気ガス側電極の外側を触媒層で被覆した空燃比センサと、触媒の下流側に配置された酸素センサを備え、吸入空気量の領域毎にサブ学習値をそれぞれ演算し、高空気量領域でのサブ学習値が、低空気量領域でのサブ学習値よりも、リーン補正側の学習値となっている場合に、空燃比センサの劣化を判定するものである。   Further, an exhaust gas sensor deterioration determination device disclosed in Patent Document 3 is a catalyst installed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and an empty space that is disposed upstream of the catalyst and covers the outside of an exhaust gas side electrode with a catalyst layer. It has a fuel ratio sensor and an oxygen sensor arranged downstream of the catalyst, and calculates a sub-learning value for each intake air amount region. The sub-learning value in the high air amount region The deterioration of the air-fuel ratio sensor is determined when the learning value is leaner than the learning value.

このように貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法は多岐に亘るが、本発明者等は、ストイキ近傍(ストイキオメトリ近傍、理論空燃比近傍)においてセンサ出力が停滞する停滞時間の長さに着目し、この停滞時間を利用して簡易でかつ精度のよい貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法および装置の発案に至ったものである。   As described above, there are various methods for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst. However, the present inventors have found that the length of the stagnation time in which the sensor output stagnates near the stoichiometry (near the stoichiometry, near the theoretical air-fuel ratio). Attention has been paid to the idea of a method and apparatus for determining the presence / absence of deterioration of a noble metal catalyst in a simple and accurate manner using this stagnation time.

特開2009−128273号公報JP 2009-128273 A 特開2009−299500号公報JP 2009-299500 A 特開2010−013978号公報JP 2010-013978 A

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、ガスセンサ素子のセンサ出力が停滞する停滞時間を利用して簡易でしかも精度よく貴金属触媒の劣化の有無を判定することのできる方法と装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a method and apparatus that can easily and accurately determine the presence or absence of deterioration of a noble metal catalyst using a stagnation time in which the sensor output of a gas sensor element stagnates. The purpose is to provide.

前記目的を達成すべく、本発明によるガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法は、被測定ガス側電極と基準ガス側電極からなる一対の電極を両側に備えた固体電解質層を少なくとも備えた検知部と、該検知部の一部もしくは全部を包囲する貴金属触媒が担持された触媒層と、該触媒層を包囲する保護層と、からなるガスセンサ素子において、前記貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法であって、ストイキ近傍におけるガスセンサ素子のストイキ停滞時間を計測する第1のステップ、前記ストイキ停滞時間と貴金属触媒の劣化の有無の閾値となる時間を比較し、該ストイキ停滞時間が該閾値未満の場合に貴金属触媒が劣化していると判定する第2のステップからなるものである。   In order to achieve the above object, a method for determining the presence or absence of deterioration of a noble metal catalyst in a gas sensor element according to the present invention comprises at least a solid electrolyte layer comprising a pair of electrodes each consisting of a gas side electrode to be measured and a reference gas side electrode. In the gas sensor element comprising: a detection unit provided; a catalyst layer carrying a noble metal catalyst surrounding part or all of the detection unit; and a protective layer surrounding the catalyst layer, the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst A first step of measuring the stoichiometric stagnation time of the gas sensor element in the vicinity of the stoichiometry, comparing the stoichiometric stagnation time with a time serving as a threshold for the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst, and the stoichiometric stagnation time This is a second step in which it is determined that the noble metal catalyst has deteriorated when it is less than the threshold value.

ストイキ近傍においてガスセンサ素子の出力が一時的に停滞し、たとえばストイキ近傍においてリーン側からリッチ側への切り替えの際の経過時間(ストイキ近傍における停滞時間)が長いことは貴金属触媒の触媒能力が高いことを示すことから、逆に、この停滞時間が所定時間よりも短い場合に貴金属触媒が劣化したと判定する判定方法である。   The output of the gas sensor element temporarily stagnates in the vicinity of stoichiometry. For example, the long elapsed time (stagnation time in the vicinity of stoichiometry) when switching from the lean side to the rich side in the vicinity of stoichiometry means that the catalytic ability of the noble metal catalyst is high. In contrast, this is a determination method for determining that the noble metal catalyst has deteriorated when the stagnation time is shorter than the predetermined time.

ここで、「ストイキ近傍」とは、センサ出力値として、リーン側の0.01mAからリッチ側の−0.01mAの範囲など、停滞時間を特定できるセンサ出力範囲のことであり、リーン側からリッチ側への切り替えやその逆の切り替えの際にセンサ出力が停滞する領域、すなわちセンサ出力に変化がない領域(グラフではフラットな領域)や変化が極めて少ない領域(グラフではフラットに近い領域)のことである。ここで、センサ出力が実際にゼロ、すなわちストイキオメトリにおいて停滞時間が生じることは稀であり、センサ出力の停滞範囲がある勾配を有していたり、車種やガスセンサの構成などによって貴金属触媒の反応停滞の態様に誤差があるために、リーン側やリッチ側に偏った領域で停滞時間が生じたり、リーン側やリッチ側に跨った態様で停滞時間が生じることが往々にしてあることから、本発明においては、貴金属触媒の劣化の有無を判定する指標となる停滞時間を「ストイキ近傍におけるガスセンサ素子のストイキ停滞時間」としている。   Here, “near stoichiometric” means a sensor output range in which the stagnation time can be specified as a sensor output value, such as a range from 0.01 mA on the lean side to −0.01 mA on the rich side, and rich from the lean side. The area where the sensor output is stagnant when switching to the opposite side or vice versa, that is, the area where the sensor output does not change (flat area in the graph) or the area where there is very little change (area close to flat in the graph) It is. Here, the sensor output is actually zero, that is, it is rare that stagnant time occurs in stoichiometry, the sensor output stagnant range has a certain slope, the reaction of the noble metal catalyst depending on the type of vehicle, gas sensor configuration, etc. Since there is an error in the stagnation mode, stagnation time often occurs in areas leaning toward the lean side or rich side, or stagnation time occurs in a mode straddling the lean side or rich side. In the present invention, the stagnation time serving as an index for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst is defined as “the stoichiometric stagnation time of the gas sensor element in the vicinity of the stoichiometry”.

検知部の周囲に形成されて貴金属触媒が担持される触媒層は、検知部の全周を包囲するように形成されてもよいし、被測定ガス側電極を被測定ガス空間を介して包囲する多孔質拡散抵抗層(もしくは拡散律速層)に対応する位置にのみ形成されてもよい。   The catalyst layer that is formed around the detection unit and carries the noble metal catalyst may be formed so as to surround the entire circumference of the detection unit, or surround the measured gas side electrode via the measured gas space. It may be formed only at a position corresponding to the porous diffusion resistance layer (or diffusion limiting layer).

いずれの形態であれ、貴金属触媒の担持量(重量)と劣化の有無の閾値となる時間に相関があることが本発明者等によって特定されており、担持量が多ければ閾値となる時間も長くなる。   In any form, the inventors of the present invention have specified that there is a correlation between the loading amount (weight) of the noble metal catalyst and the threshold time for the presence / absence of deterioration. Become.

ガスセンサ素子を構成する触媒層やその周囲の保護層はアルミナをはじめとするセラミックスの粒子から構成されており、触媒層においては、このセラミックス粒子に貴金属触媒が担持されている。   The catalyst layer constituting the gas sensor element and the protective layer around the catalyst layer are made of ceramic particles such as alumina. In the catalyst layer, a noble metal catalyst is supported on the ceramic particles.

この貴金属触媒としては、パラジウムやロジウムを単独で、もしくはパラジウム、ロジウムおよび白金のうちの2種以上を混合したものや合金を適用できる。   As this noble metal catalyst, palladium or rhodium alone or a mixture or alloy of two or more of palladium, rhodium and platinum can be applied.

そして、本発明者等によれば、貴金属触媒の触媒種によってストイキ近傍で反応が停滞する傾向に相違があり、ロジウムの場合はリーン側からリッチ側への切り替えの際に停滞時間が発生する。これは、ロジウムは酸化物状態で安定する傾向があり、酸化状態が還元される際に反応してストイキ近傍で停滞するためである。一方、パラジウムの場合はその逆で、リッチ側からリーン側への切り替えの際に停滞時間が発生する。これは、パラジウムは貴金属状態で安定する傾向があり、還元状態から酸化される際に反応してストイキ近傍で停滞するためである。さらに、白金の場合には停滞時間の発生がないことが分かっている。   According to the present inventors, there is a difference in the tendency of the reaction to stagnate in the vicinity of stoichiometry depending on the catalyst type of the noble metal catalyst. In the case of rhodium, a stagnation time is generated when switching from the lean side to the rich side. This is because rhodium tends to be stable in the oxide state, and reacts when the oxidation state is reduced and stagnates in the vicinity of the stoichiometry. On the other hand, in the case of palladium, conversely, a stagnation time occurs when switching from the rich side to the lean side. This is because palladium tends to be stable in the noble metal state and reacts when oxidized from the reduced state, and stagnates in the vicinity of the stoichiometry. Furthermore, it has been found that there is no stagnation time in the case of platinum.

そこで、貴金属触媒が少なくともロジウムからなる場合においては、リーン側からリッチ側への切り替えの際の経過時間をストイキ停滞時間とし、貴金属触媒が少なくともパラジウムからなる場合においては、リッチ側からリーン側への切り替えの際の経過時間をストイキ停滞時間とする。   Therefore, when the noble metal catalyst is at least rhodium, the elapsed time when switching from the lean side to the rich side is the stoichiometric stagnation time, and when the noble metal catalyst is at least palladium, the rich side is changed to the lean side. The elapsed time at the time of switching is the stoichiometric stagnation time.

たとえば、貴金属触媒にロジウムとパラジウムを使用する場合は、リーン側からリッチ側への切り替え、リッチ側からリーン側への切り替えのいずれにおいも停滞時間を計測することができる。   For example, when rhodium and palladium are used for the noble metal catalyst, the stagnation time can be measured in both the switching from the lean side to the rich side and the switching from the rich side to the lean side.

一つの実施例として、センサ出力としてリーン側0.01mAからリッチ側−0.01mAの範囲を「ストイキ近傍」とし、触媒層においてロジウムをたとえば0.05mg使用した場合のストイキ近傍における劣化の有無の閾値となる時間を20msecとすることができる。   As one example, the sensor output is in the range from 0.01 mA lean side to -0.01 mA rich side as “near stoichiometric”, and the presence or absence of deterioration near stoichiometric when, for example, 0.05 mg of rhodium is used in the catalyst layer. The threshold time can be 20 msec.

そして、計測されたストイキ停滞時間が20msec未満となった際に、ロジウムの一部もしくは全部が劣化したものと判定し、ガスセンサ素子の取替えやメンテナンスをおこなうことができる。   When the measured stoichiometric stagnation time becomes less than 20 msec, it is determined that a part or all of rhodium has deteriorated, and the gas sensor element can be replaced or maintained.

本発明の貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法は、ストイキ近傍におけるガスセンサ素子の反応停滞時間を計測し、予め設定された劣化有無の閾値となる時間(この閾値は実験等で貴金属触媒種やその重量ごとに特定されている)と比較するだけの極めて簡易な方法である。   The method for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst according to the present invention measures the reaction stagnation time of the gas sensor element in the vicinity of stoichiometry, and is a preset time threshold for deterioration presence or absence (this threshold is determined by experimentation or the like) It is an extremely simple method that is simply compared with that specified for each weight.

また、本発明は貴金属触媒の劣化の有無を判定する装置にも及ぶものであり、この装置は、被測定ガス側電極と基準ガス側電極からなる一対の電極を両側に備えた固体電解質層を少なくとも備えた検知部と、該検知部の一部もしくは全部を包囲する貴金属触媒が担持された触媒層と、該触媒層を包囲する保護層と、からなるガスセンサ素子において、前記貴金属触媒の劣化の有無を判定する装置であって、ストイキ近傍におけるガスセンサ素子のストイキ停滞時間を計測する計測部と、貴金属触媒の劣化の有無の閾値となる時間を格納する格納部と、前記計測部で計測された前記ストイキ停滞時間と前記格納部で格納される前記閾値となる時間を比較し、ストイキ停滞時間が閾値未満の場合に貴金属触媒が劣化していると判定する比較演算部とからなるものである。   Further, the present invention extends to an apparatus for determining the presence or absence of deterioration of a noble metal catalyst, and this apparatus includes a solid electrolyte layer provided with a pair of electrodes each including a measured gas side electrode and a reference gas side electrode. In a gas sensor element comprising at least a detection unit, a catalyst layer carrying a noble metal catalyst surrounding part or all of the detection unit, and a protective layer surrounding the catalyst layer, the noble metal catalyst is deteriorated. An apparatus for determining presence / absence, which is measured by the measurement unit that measures the stoichiometric stagnation time of the gas sensor element in the vicinity of the stoichiometry, the storage unit that stores the threshold time for the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst, and the measurement unit. Comparison operation unit that compares the stoichiometric stagnation time with the threshold time stored in the storage unit and determines that the noble metal catalyst has deteriorated when the stoichiometric stagnation time is less than the threshold value It is made of.

車両のエンジンの排気用バルブに通じる排気路にはたとえば三元触媒用の触媒が配設されており、この触媒の上流側に本発明の装置の判定対象となるガスセンサ素子を備えたガスセンサ(空燃比センサ)が、触媒の下流側に酸素センサがそれぞれ配設されている。   For example, a catalyst for a three-way catalyst is disposed in an exhaust passage leading to an exhaust valve of a vehicle engine, and a gas sensor (empty air) provided with a gas sensor element to be determined by the apparatus of the present invention on the upstream side of the catalyst. An oxygen sensor is disposed on the downstream side of the catalyst.

空燃比センサや酸素センサはECU(Electronic Control Unit)に通じており、ECUに空燃比センサの出力がフィードバックされ、エンジンの燃料噴射弁の作動は空燃比センサの出力に基づいてこれが所望する空燃比となるように制御される。   The air-fuel ratio sensor and the oxygen sensor communicate with an ECU (Electronic Control Unit), and the output of the air-fuel ratio sensor is fed back to the ECU, and the operation of the fuel injection valve of the engine is determined based on the output of the air-fuel ratio sensor. It is controlled to become.

そして、本発明の装置においては、たとえば上記するECU内に計測部や格納部、比較演算部がバス等でデータ送受信可能に接続され、ストイキ停滞時間の計測と、計測されたストイキ停滞時間と格納部で格納される閾値の大小の比較演算とが実行されるものである。   In the apparatus of the present invention, for example, a measurement unit, a storage unit, and a comparison calculation unit are connected to the above-described ECU so as to be able to transmit and receive data via a bus, etc. The comparison operation of the threshold value stored in the unit is executed.

比較演算の結果、ストイキ停滞時間が閾値未満の場合には貴金属触媒の一部もしくは全部が劣化していると判定され、その結果が車室内のモニタや警報ブザー等で乗員等に告知されるようになっている。   As a result of the comparison calculation, if the stoichiometric stagnation time is less than the threshold value, it is determined that a part or all of the precious metal catalyst has deteriorated, and the result is notified to the occupant or the like by a monitor or alarm buzzer in the passenger compartment. It has become.

なお、上記するガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する装置は、一般のガソリン車両やディーゼル車両は勿論のこと、ハイブリッド車等のエコカーにも適用することで、ガスセンサ素子を構成する触媒層中の貴金属触媒の劣化を臨機かつ精緻に特定してそのメンテナンスや取替えが可能となることから、より一層環境フレンドリーな車両の製造に寄与できるものである。   The above-described apparatus for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst in the gas sensor element is applied to an eco-car such as a hybrid vehicle as well as a general gasoline vehicle or a diesel vehicle, thereby forming a catalyst layer constituting the gas sensor element. Since the deterioration of the precious metal catalyst in the inside can be specifically and precisely specified and the maintenance and replacement thereof become possible, it can contribute to the production of a more environmentally friendly vehicle.

以上の説明から理解できるように、本発明のガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法と装置によれば、ストイキ近傍におけるガスセンサ素子のストイキ停滞時間を計測してこの計測時間と閾値となる時間を比較して貴金属触媒の劣化の有無を判定するという極めて簡易な判定方法により、もしくはこれを実現する簡易な構成の装置により、貴金属触媒の劣化の有無を精度よく特定することができる。   As can be understood from the above description, according to the method and apparatus for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst in the gas sensor element of the present invention, the stoichiometric stagnation time of the gas sensor element in the vicinity of the stoichiometry is measured, The presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst can be accurately identified by an extremely simple determination method of determining whether or not the noble metal catalyst has deteriorated by comparing the above-mentioned times, or by an apparatus having a simple configuration that realizes this.

本発明の判定方法および判定装置の対象であるガスセンサ素子を説明した模式図である。It is the schematic diagram explaining the gas sensor element which is the object of the determination method and determination apparatus of this invention. 図1中のII部を拡大した図である。It is the figure which expanded the II section in FIG. 図1のガスセンサ素子(からなるガスセンサ)を備えたエンジンの排気系統を示す図である。It is a figure which shows the exhaust system of the engine provided with the gas sensor element (comprising gas sensor) of FIG. 本発明のガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the method to determine the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst in the gas sensor element of this invention. 貴金属触媒がロジウムの場合の判定方法の実施例を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the Example of the determination method in case a noble metal catalyst is rhodium. 貴金属触媒がロジウムの場合のセンサ出力の変化を計測した計測結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result which measured the change of the sensor output in case a noble metal catalyst is rhodium. センサ精度とストイキ停滞時間の関係を測定した計測結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result which measured the relation between sensor accuracy and stoichiometric stagnation time. 貴金属触媒がパラジウムの場合の判定方法の実施例を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the Example of the determination method in case a noble metal catalyst is palladium. 貴金属触媒がパラジウムの場合のセンサ出力の変化を計測した計測結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result which measured the change of the sensor output in case a noble metal catalyst is palladium.

以下、図面を参照して本発明のガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法と装置に関する各実施の形態を説明する。   Embodiments relating to a method and apparatus for determining the presence or absence of deterioration of a noble metal catalyst in a gas sensor element of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(ガスセンサ素子と貴金属触媒の劣化の有無を判定する装置)
図1は本発明の判定方法および判定装置の対象であるガスセンサ素子を説明した模式図であり、図2は図1中のII部を拡大した図であり、図3は図1のガスセンサ素子(からなるガスセンサ)を備えたエンジンの排気系統を示す図である。
(Apparatus for judging the deterioration of gas sensor element and precious metal catalyst)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a gas sensor element that is a target of the determination method and determination apparatus of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a portion II in FIG. 1, and FIG. It is a figure which shows the exhaust system of the engine provided with the gas sensor which consists of.

図1で示すガスセンサ素子100は、排気ガス中の酸素濃度を検知する検知部10と、この検知部10の周囲に配されて水素ガスとの反応を促進させる貴金属触媒を具備する触媒層20と、排気ガス中の水分から少なくとも検知部10を防護して、この水分が検知部10に到達して検知部10が被水割れするのを抑制するとともに、通過する水素ガスや一酸化炭素ガス等をトラップする保護層30から大略構成されている。   A gas sensor element 100 shown in FIG. 1 includes a detection unit 10 that detects an oxygen concentration in exhaust gas, and a catalyst layer 20 that includes a noble metal catalyst that is disposed around the detection unit 10 and promotes a reaction with hydrogen gas. Protecting at least the detection unit 10 from moisture in the exhaust gas, preventing the moisture from reaching the detection unit 10 and causing the detection unit 10 to be cracked by water, and passing hydrogen gas, carbon monoxide gas, etc. This is generally composed of a protective layer 30 that traps.

検知部10は、被測定ガス側電極41と基準ガス側電極42からなる一対の電極4を両側に備えた固体電解質層3と、被測定ガス側電極41を被測定ガス空間8を介して包囲する多孔質拡散抵抗層2と、多孔質拡散抵抗層2とともに被測定ガス空間8を画成する遮蔽層1と、基準ガス側電極42を基準ガス空間9を介して包囲する基準ガス空間保護層5と、発熱源6および発熱源基板7とから大略構成されている。   The detection unit 10 surrounds the measured gas side electrode 41 through the measured gas space 8 and the solid electrolyte layer 3 having a pair of electrodes 4 including a measured gas side electrode 41 and a reference gas side electrode 42 on both sides. A porous diffusion resistance layer 2 that forms a gas layer 8 to be measured together with the porous diffusion resistance layer 2, and a reference gas space protection layer that surrounds the reference gas side electrode 42 through the reference gas space 9. 5, a heat source 6 and a heat source substrate 7.

発熱源6は、その内部に発熱体となるヒータを備えており、ガスセンサ素子100の加熱領域を形成してその活性温度となるように加熱制御される。   The heat source 6 includes a heater serving as a heat generator inside, and is heated and controlled so as to form a heating region of the gas sensor element 100 and reach its activation temperature.

検知部10は、図示する横断面形状において、その隅角部がテーパー状に切欠かれており、この切欠きによって、検知部10の当該箇所における保護層30の厚みを保証している。   In the cross-sectional shape shown in the drawing, the corner of the detector 10 is notched in a tapered shape, and the thickness of the protective layer 30 at that location of the detector 10 is guaranteed by this notch.

固体電解質層3はジルコニアから形成されており、被測定ガス側電極41と基準ガス側電極42はともに白金から形成されている。また、遮蔽層1と基準ガス空間保護層5はともにガス不透過な内部構造を呈し、ともにアルミナから形成されている。   The solid electrolyte layer 3 is made of zirconia, and both the measured gas side electrode 41 and the reference gas side electrode 42 are made of platinum. The shielding layer 1 and the reference gas space protection layer 5 both have a gas-impermeable internal structure, and are both made of alumina.

一対の電極4に対し、酸素濃度差と電流がリニアな相間を有する電圧を印加し、被測定ガス側電極41に被測定ガスを接触させ、基準ガス側電極42には大気等の基準ガスを接触させ、双方の酸素濃度差に応じて電極間に生じる電流値を計測し、計測電流に基づいて車両エンジンの空燃比(A/F)を特定することができる。   A voltage having a phase difference between the oxygen concentration difference and the current is applied to the pair of electrodes 4, the gas to be measured is brought into contact with the gas to be measured side electrode 41, and a reference gas such as the atmosphere is applied to the reference gas side electrode 42. The current value generated between the electrodes is measured according to the difference in oxygen concentration between the two, and the air-fuel ratio (A / F) of the vehicle engine can be specified based on the measured current.

多孔質拡散抵抗層2は、被測定ガス側電極41に対する被測定ガスの導入量を抑制するために被測定ガス側電極41の周囲の被測定ガス空間8を画成する位置に設けてあり、検知部10の周囲の保護層30および触媒層20を介して導入された排気ガスを構成する水素ガスや一酸化炭素ガス、酸素ガスなどがさらに多孔質拡散抵抗層2を介して被測定ガス空間8に導入されるようになっている。   The porous diffusion resistance layer 2 is provided at a position that defines the measurement gas space 8 around the measurement gas side electrode 41 in order to suppress the introduction amount of the measurement gas to the measurement gas side electrode 41. Hydrogen gas, carbon monoxide gas, oxygen gas, etc. constituting the exhaust gas introduced through the protective layer 30 and the catalyst layer 20 around the detection unit 10 are further measured gas space through the porous diffusion resistance layer 2. 8 is introduced.

触媒層20は、表面に貴金属触媒22が担持されたアルミナ粒子21からなる多孔質層であり、触媒層20における貴金属触媒22の分布態様は、触媒層20の全領域であってもよいし、被測定ガス側電極41に近接する多孔質拡散抵抗層2に対応する側方領域のみであってもよい。また、触媒層20内で貴金属触媒22の担持量に分布をもたせ、たとえば多孔質拡散抵抗層2に対応する領域に相対的に多くの量の貴金属触媒粒子22を担持させるものであってもよい。   The catalyst layer 20 is a porous layer made of alumina particles 21 on the surface of which the noble metal catalyst 22 is supported. The distribution mode of the noble metal catalyst 22 in the catalyst layer 20 may be the entire region of the catalyst layer 20, Only the side region corresponding to the porous diffusion resistance layer 2 in the vicinity of the measured gas side electrode 41 may be used. Further, the amount of the noble metal catalyst 22 supported in the catalyst layer 20 may be distributed, and for example, a relatively large amount of the noble metal catalyst particles 22 may be supported in a region corresponding to the porous diffusion resistance layer 2. .

触媒層20の周りには、該触媒層20と同様にアルミナ粒子21からなる多孔質層であって、しかしながら貴金属触媒22が担持されていない保護層30が形成されている。   Around the catalyst layer 20 is formed a protective layer 30 which is a porous layer made of alumina particles 21 as well as the catalyst layer 20 and on which the noble metal catalyst 22 is not supported.

ここで、貴金属触媒22としては、パラジウムやロジウムを単独で、もしくはパラジウム、ロジウムおよび白金のうちの2種以上を混合したものや合金を適用できる。   Here, as the noble metal catalyst 22, palladium or rhodium alone or a mixture or alloy of two or more of palladium, rhodium and platinum can be applied.

図1,2で示すガスセンサ素子100(より具体的にはこのガスセンサ素子100を備えたガスセンサ)は、図3で示す車両のエンジンの排気系統内に配設される。同図において、エンジン200の排気用バルブに通じる排気路500にはたとえば三元触媒300が配設されており、この三元触媒300の上流側にガスセンサ素子100(を備えた空燃比センサ)が配設され、さらに三元触媒300の下流側には不図示の酸素センサが配設されている。   A gas sensor element 100 shown in FIGS. 1 and 2 (more specifically, a gas sensor including the gas sensor element 100) is disposed in an exhaust system of a vehicle engine shown in FIG. In the figure, for example, a three-way catalyst 300 is disposed in an exhaust passage 500 leading to an exhaust valve of the engine 200, and a gas sensor element 100 (an air-fuel ratio sensor provided with) is provided upstream of the three-way catalyst 300. Further, an oxygen sensor (not shown) is disposed on the downstream side of the three-way catalyst 300.

空燃比センサ100や不図示の酸素センサはECU400(Electronic Control Unit)に通じており、ECU400に空燃比センサ100の出力がフィードバックされ、エンジン200の燃料噴射弁の作動は空燃比センサ100の出力に基づいてこれが所望する空燃比となるように制御される。   The air-fuel ratio sensor 100 and an oxygen sensor (not shown) communicate with an ECU 400 (Electronic Control Unit). The output of the air-fuel ratio sensor 100 is fed back to the ECU 400, and the operation of the fuel injection valve of the engine 200 becomes the output of the air-fuel ratio sensor 100. Based on this, the air / fuel ratio is controlled to be a desired one.

ECU400内には、ストイキ近傍におけるガスセンサ素子100のストイキ停滞時間を計測する計測部、貴金属触媒の劣化の有無の閾値となる時間を格納する格納部、および、計測部で計測されたストイキ停滞時間と格納部で格納される閾値となる時間を比較し、ストイキ停滞時間が閾値未満の場合に貴金属触媒が劣化していると判定する比較演算部が格納されており、各部はバス等でデータ送受信可能に接続されている。   In ECU 400, a measurement unit that measures the stoichiometric stagnation time of gas sensor element 100 in the vicinity of stoichiometry, a storage unit that stores a time that is a threshold value for the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst, and a stoichiometric stagnation time measured by the measurement unit A comparison calculation unit that compares the threshold time stored in the storage unit and determines that the precious metal catalyst has deteriorated when the stoichiometric stagnation time is less than the threshold value is stored. It is connected to the.

このように、図示例ではECU400が貴金属触媒の劣化の有無を判定する判定装置を構成するものであるが、本発明の判定装置は図示例の形態に何等限定されるものではない。   As described above, in the illustrated example, the ECU 400 constitutes a determination device that determines whether or not the noble metal catalyst has deteriorated, but the determination device of the present invention is not limited to the illustrated example.

(貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法)
次に、図3で示す排気系統における判定装置400を用いてなる、貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法の一実施の形態を図4のフロー図を参照して概説する。
(Method of judging the presence or absence of deterioration of precious metal catalyst)
Next, an embodiment of a method for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst using the determination device 400 in the exhaust system shown in FIG. 3 will be outlined with reference to the flowchart of FIG.

まず、ストイキ近傍におけるガスセンサ素子のストイキ停滞時間を計測する(ステップS1)。   First, the stoichiometric stagnation time of the gas sensor element in the vicinity of stoichiometry is measured (step S1).

ここで、「ストイキ近傍」とは、空燃比がリーン側もしくはリッチ側で一定時間保持した後にリーン側のものはリッチ側へ、リッチ側のものはリーン側へ空燃比の切り替えをおこなった際に、センサ出力が理論空燃比の近傍の所定範囲(たとえば0.01mA〜−0.01mA)のことであり、このストイキ近傍では、センサ出力に変化がないフラットな領域もしくはセンサ出力の変化が少ないフラットに近い領域が生じ、このフラットもしくはフラットに近いセンサ出力時間を「ストイキ停滞時間」としている。   Here, “near stoichiometric” means that when the air-fuel ratio is maintained on the lean side or rich side for a certain period of time, the lean side is switched to the rich side, and the rich side is switched to the lean side. The sensor output is a predetermined range in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (for example, 0.01 mA to -0.01 mA). In the vicinity of the stoichiometric range, a flat area where the sensor output does not change or a flat where the sensor output changes little. A region close to is generated, and this flat or near-flat sensor output time is referred to as “stoichi stagnation time”.

ストイキ停滞時間を計測したら、このストイキ停滞時間と貴金属触媒の劣化の有無の閾値となる時間を比較する(ステップS2)。   When the stoichiometric stagnation time is measured, the stoichiometric stagnation time is compared with a time serving as a threshold for the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst (step S2).

この比較演算において、計測値が閾値未満の場合には貴金属触媒が劣化していると判定し、計測値が閾値以上の場合には貴金属触媒が劣化していないと判定し、貴金属触媒が劣化していると判定した際には、車内のモニタへ画面表示したり、ブザー等で乗員に告知することにより、ガスセンサ素子100のメンテナンスや取替えをおこなうことができる。   In this comparison calculation, when the measured value is less than the threshold value, it is determined that the noble metal catalyst has deteriorated. When the measured value is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the noble metal catalyst has not deteriorated, and the noble metal catalyst has deteriorated. When it is determined that the gas sensor element 100 is in the vehicle, the gas sensor element 100 can be maintained or replaced by displaying the image on a monitor in the vehicle or notifying the passenger with a buzzer or the like.

センサ出力においてストイキ停滞時間が長いことは触媒能力が高いことを意味しており、一般には触媒層中の貴金属触媒の重量が重いほどストイキ停滞時間は長くなる。   A long stoichiometric stagnation time in the sensor output means that the catalyst capacity is high. In general, the heavier the precious metal catalyst in the catalyst layer, the longer the stoichiometric stagnation time.

したがって、貴金属触媒種やその重量に応じて劣化の有無の閾値となる時間を予め特定しておき、この閾値と計測値を常時比較することによって貴金属触媒の劣化の有無を臨機に精度よく特定することが可能となる。   Therefore, the threshold time for the presence / absence of deterioration is specified in advance according to the type of precious metal catalyst and its weight, and the presence / absence of deterioration of the noble metal catalyst is specified with high accuracy by constantly comparing this threshold with the measured value. It becomes possible.

[貴金属触媒がロジウムの場合の判定方法の実施例とセンサ出力の変化を計測した計測結果]
本発明者等は、貴金属触媒にロジウムを適用し、その際の判定方法の実施例を実験結果に基づき特定した。実施例の判定方法のフロー図を図5に、実験結果を示すセンサ出力の時系列グラフを図6に、実際の排ガスとセンサ出力が示すA/Fを比較し、センサ精度とストイキ停滞時間の関係を求めたグラフを図7にそれぞれ示す。
[Example of determination method when noble metal catalyst is rhodium and measurement result of measuring change in sensor output]
The present inventors applied rhodium to a noble metal catalyst, and specified an example of a determination method based on the experimental results. FIG. 5 is a flow chart of the determination method of the embodiment, FIG. 6 is a time series graph of sensor output showing experimental results, A / F of actual exhaust gas and sensor output is compared, and sensor accuracy and stoichiometric stagnation time are compared. The graph which calculated | required the relationship is shown in FIG.

本実験においては、多孔質拡散抵抗層周辺のみに触媒層を具備するガスセンサ素子を適用し、触媒層中のロジウムの重量は0.02mgとした。   In this experiment, a gas sensor element having a catalyst layer only around the porous diffusion resistance layer was applied, and the weight of rhodium in the catalyst layer was 0.02 mg.

空燃比(A/F)15で1分間保持した後(十分な保持時間である)、A/Fを14に切り替えてその際のセンサ出力を計測した。   After holding for 1 minute at an air-fuel ratio (A / F) of 15 (a sufficient holding time), the A / F was switched to 14 and the sensor output at that time was measured.

図6において、点線はこのようにリーン側での十分な保持がない場合のグラフであり、実線は実施例のグラフである。   In FIG. 6, the dotted line is a graph when there is no sufficient retention on the lean side, and the solid line is a graph of the example.

同図において、0.005mA〜−0.005mAの範囲でグラフが停滞する領域(グラフの勾配がフラットに近い領域)が現れ、ここがストイキ停滞時間となっている。   In the figure, a region where the graph stagnate in the range of 0.005 mA to -0.005 mA (region where the gradient of the graph is almost flat) appears, and this is the stoichiometric stagnation time.

そして、実際の排ガスとセンサ出力が示すA/Fを比較した図7のグラフより、ストイキ停滞時間が20msec以上で実際の排ガスとセンサ出力の誤差は0.2と極めて低い値で収斂することが実証されている。   Then, from the graph of FIG. 7 comparing the actual exhaust gas and the A / F indicated by the sensor output, the error of the actual exhaust gas and the sensor output can be converged to an extremely low value of 0.2 when the stoichiometric stagnation time is 20 msec or more. Proven.

以上の実験結果を踏まえ、貴金属触媒にロジウム0.02mgを適用する場合の判定方法フローとしては、図5で示すように、A/F≧15(リーン側)で一定時間を保持し、次いでA/Fを14(リッチ側)に切り替え、センサ出力が0.005mA〜−0.005mAの経過時間を計測し、経過時間が20msec未満の場合にはロジウムが劣化していると判定し、20msec以上の場合にはロジウムが劣化していないと判定する判定方法を提示することができる。   Based on the above experimental results, as a determination method flow in the case of applying 0.02 mg of rhodium to a noble metal catalyst, as shown in FIG. / F is switched to 14 (rich side), the sensor output measures the elapsed time of 0.005 mA to -0.005 mA, and if the elapsed time is less than 20 msec, it is determined that rhodium has deteriorated, and 20 msec or more In this case, it is possible to present a determination method for determining that rhodium is not deteriorated.

[貴金属触媒がパラジウムの場合の判定方法の実施例とセンサ出力の変化を計測した計測結果]
次に、本発明者等は、貴金属触媒にパラジウムを適用し、その際の判定方法の実施例を実験結果に基づき特定した。実施例の判定方法のフロー図を図8に、実験結果を示すセンサ出力の時系列グラフを図9にそれぞれ示す。
[Example of judgment method when noble metal catalyst is palladium and measurement result of measuring change in sensor output]
Next, the present inventors applied palladium to the noble metal catalyst, and specified an example of the determination method based on the experimental results. FIG. 8 shows a flowchart of the determination method of the embodiment, and FIG. 9 shows a time series graph of the sensor output indicating the experimental results.

本実験においても、多孔質拡散抵抗層周辺のみに触媒層を具備するガスセンサ素子を適用し、触媒層中のパラジウムの重量は0.05mgとした。   Also in this experiment, a gas sensor element having a catalyst layer was applied only around the porous diffusion resistance layer, and the weight of palladium in the catalyst layer was 0.05 mg.

空燃比(A/F)14で1分間保持した後(十分な保持時間である)、A/Fを15に切り替えてその際のセンサ出力を計測した。   After holding for 1 minute at the air-fuel ratio (A / F) 14 (which is a sufficient holding time), the A / F was switched to 15 and the sensor output at that time was measured.

図9において、点線はこのようにリッチ側での十分な保持がない場合のグラフであり、実線は実施例のグラフである。   In FIG. 9, the dotted line is a graph in the case where there is not sufficient retention on the rich side, and the solid line is a graph of the example.

同図において、0.005mA〜−0.005mAの範囲で若干緩やかな勾配をもった領域が現れ(図6と比較すると、緩やかな勾配を有しているが停滞時間は長い)、ここがストイキ停滞時間となっている。   In the figure, a region having a slightly gentle slope appears in the range of 0.005 mA to -0.005 mA (having a gentle slope but a long stagnation time as compared with FIG. 6). It is stagnant time.

以上の実験結果を踏まえ、貴金属触媒にパラジウム0.05mgを適用する場合の判定方法フローとしては、図8で示すように、A/F≦14(リッチ側)で一定時間を保持し、次いでA/Fを15(リーン側)に切り替え、センサ出力が−0.005mA〜0.005mAの経過時間を計測し、経過時間が20msec未満の場合にはパラジウムが劣化していると判定し、20msec以上の場合にはパラジウムが劣化していないと判定する判定方法を提示することができる。そして、ロジウム、パラジウムともに触媒層中の含有量を変化させて同様の実験をおこなうことにより、それぞれの含有量に応じた貴金属触媒の劣化の有無の閾値となる時間を特定し、図5,8に相当する判定フローを作成することができる。   Based on the above experimental results, as a determination method flow in the case of applying 0.05 mg of palladium to the noble metal catalyst, as shown in FIG. 8, A / F ≦ 14 (rich side) is maintained for a certain time, and then A / F is switched to 15 (lean side), the sensor output is measured from -0.005 mA to 0.005 mA, and if the elapsed time is less than 20 msec, it is determined that palladium has deteriorated, and 20 msec or more. In this case, it is possible to present a determination method for determining that palladium is not deteriorated. Then, by performing the same experiment while changing the content in the catalyst layer for both rhodium and palladium, the time as a threshold for the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst according to each content is specified, and FIGS. A determination flow corresponding to can be created.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

1…遮蔽層、2…多孔質拡散抵抗層、3…固体電解質層、4…一対の電極、41…被測定ガス側電極、42…基準ガス側電極、5…基準ガス空間保護層、6…発熱源(ヒータ)、7…発熱源基板、8…被測定ガス空間、9…基準ガス空間、10…検知部、20…触媒層、30…保護層、100…ガスセンサ素子(空燃比センサ)、200…エンジン、300…三元触媒、400…ECU(判定装置)、500…排気路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Shielding layer, 2 ... Porous diffusion resistance layer, 3 ... Solid electrolyte layer, 4 ... A pair of electrodes, 41 ... Gas to be measured side electrode, 42 ... Reference gas side electrode, 5 ... Reference gas space protective layer, 6 ... Heat source (heater), 7 ... Heat source substrate, 8 ... Gas space to be measured, 9 ... Reference gas space, 10 ... Detector, 20 ... Catalyst layer, 30 ... Protective layer, 100 ... Gas sensor element (air-fuel ratio sensor), 200 ... Engine, 300 ... Three-way catalyst, 400 ... ECU (determination device), 500 ... Exhaust passage

Claims (6)

被測定ガス側電極と基準ガス側電極からなる一対の電極を両側に備えた固体電解質層を少なくとも備えた検知部と、該検知部の一部もしくは全部を包囲する貴金属触媒が担持された触媒層と、該触媒層を包囲する保護層と、からなるガスセンサ素子において、前記貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法であって、
ストイキ近傍におけるガスセンサ素子のストイキ停滞時間を計測する第1のステップ、
前記ストイキ停滞時間と貴金属触媒の劣化の有無の閾値となる時間を比較し、該ストイキ停滞時間が該閾値未満の場合に貴金属触媒が劣化していると判定する第2のステップからなるガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法。
A detection part having at least a solid electrolyte layer provided on both sides with a pair of electrodes consisting of a gas side electrode to be measured and a reference gas side electrode, and a catalyst layer carrying a noble metal catalyst surrounding part or all of the detection part And a protective layer surrounding the catalyst layer, in a gas sensor element comprising a method for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst,
A first step of measuring the stoichiometric stagnation time of the gas sensor element in the vicinity of the stoichiometry;
In the gas sensor element comprising the second step of comparing the stoichiometric stagnation time and a time that is a threshold value of whether or not the noble metal catalyst is deteriorated, and determining that the noble metal catalyst has deteriorated when the stoichiometric stagnation time is less than the threshold value A method for determining the presence or absence of deterioration of a noble metal catalyst.
前記貴金属触媒が少なくともロジウムからなる場合に、リーン側からリッチ側への切り替えの際の経過時間が前記ストイキ停滞時間である請求項1に記載のガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法。   The method for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst in the gas sensor element according to claim 1, wherein when the noble metal catalyst is at least rhodium, the elapsed time when switching from the lean side to the rich side is the stoichiometric stagnation time. . 前記貴金属触媒が少なくともパラジウムからなる場合に、リッチ側からリーン側への切り替えの際の経過時間が前記ストイキ停滞時間である請求項1に記載のガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する方法。   The method for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst in the gas sensor element according to claim 1, wherein when the noble metal catalyst is made of at least palladium, an elapsed time when switching from the rich side to the lean side is the stoichiometric stagnation time. . 被測定ガス側電極と基準ガス側電極からなる一対の電極を両側に備えた固体電解質層を少なくとも備えた検知部と、該検知部の一部もしくは全部を包囲する貴金属触媒が担持された触媒層と、該触媒層を包囲する保護層と、からなるガスセンサ素子において、前記貴金属触媒の劣化の有無を判定する装置であって、
ストイキ近傍におけるガスセンサ素子のストイキ停滞時間を計測する計測部と、
貴金属触媒の劣化の有無の閾値となる時間を格納する格納部と、
前記計測部で計測された前記ストイキ停滞時間と前記格納部で格納される前記閾値となる時間を比較し、ストイキ停滞時間が閾値未満の場合に貴金属触媒が劣化していると判定する比較演算部とからなるガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する装置。
A detection part having at least a solid electrolyte layer provided on both sides with a pair of electrodes consisting of a gas side electrode to be measured and a reference gas side electrode, and a catalyst layer carrying a noble metal catalyst surrounding part or all of the detection part And a gas sensor element comprising a protective layer surrounding the catalyst layer, and a device for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst,
A measuring unit for measuring the stoichiometric stagnation time of the gas sensor element in the vicinity of the stoiki,
A storage unit that stores a time that is a threshold value of the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst;
Comparison operation unit that compares the stoichiometric stagnation time measured by the measurement unit with the threshold time stored in the storage unit, and determines that the precious metal catalyst has deteriorated when the stoichiometric stagnation time is less than the threshold value The apparatus which determines the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst in the gas sensor element which consists of.
前記貴金属触媒が少なくともロジウムからなる場合に、リーン側からリッチ側への切り替えの際の経過時間が前記ストイキ停滞時間である請求項4に記載のガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する装置。   The apparatus for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst in the gas sensor element according to claim 4, wherein when the noble metal catalyst is at least rhodium, the elapsed time when switching from the lean side to the rich side is the stoichiometric stagnation time. . 前記貴金属触媒が少なくともパラジウムからなる場合に、リッチ側からリーン側への切り替えの際の経過時間が前記ストイキ停滞時間である請求項4に記載のガスセンサ素子における貴金属触媒の劣化の有無を判定する装置。   The apparatus for determining the presence or absence of deterioration of the noble metal catalyst in the gas sensor element according to claim 4, wherein when the noble metal catalyst is made of at least palladium, the elapsed time when switching from the rich side to the lean side is the stoichiometric stagnation time. .
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