JP2013221783A - Gas sensor controller - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor controller capable of preventing deterioration in sensor responsiveness.SOLUTION: A gas sensor controller 10 comprises: a gas sensor 50 disposed in an exhaust passage 29 of an internal combustion engine 1 and including a sensor element and a porous protective layer which covers at least one portion of the sensor element; a heater provided in the gas sensor 50, for heating the sensor element; and a heater controller 32 for controlling energization of the heater. The porous protective layer contains ceramic particles, and the ceramic particles have an average particle diameter of 12 μm or less and a specific surface area of 20 m/g or less. The heater controller 32 can execute startup energization processing to energize the heater so that a temperature of the sensor element reaches a prescribed startup temperature at start-up of the internal combustion engine 1, and normal energization processing to energize the heater so that after the startup energization processing, the temperature of the sensor element is maintained at an activation temperature of the sensor element.

Description

本発明は、ガスセンサの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a gas sensor.

従来から、大気中の特定のガスを検知するためガス検知素子を用いたガスセンサが使用されている。この種のガスセンサは、例えば自動車の排ガス中に含まれる炭化水素(HC)や酸素(O)等の特定ガス成分の濃度を検知することができるため、自動車エンジン等の内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関や排ガス浄化装置の制御に用いられている。 Conventionally, a gas sensor using a gas detection element has been used to detect a specific gas in the atmosphere. This type of gas sensor can detect the concentration of a specific gas component such as hydrocarbon (HC) or oxygen (O 2 ) contained in the exhaust gas of an automobile, for example, so that it can be used in an exhaust passage of an internal combustion engine such as an automobile engine. It is provided and used for control of internal combustion engines and exhaust gas purification devices.

排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ素子としては、例えば、ZrO固体電解質を用いた、酸素濃淡起電力式のものが知られている。上記酸素センサ素子90は、図17に示すように、有底円筒体であって、内側電極94a、固体電解質層92、外側電極94bおよび拡散抵抗層96を順に積層したものである。内側電極94aの内側には、ヒータ97が挿入されている。排ガスは、拡散抵抗層96の微小孔を介して外側電極94bに達し、外側電極94bと内側電極94aとの間でセンサ出力を得る。拡散抵抗層96は、外側電極94bに到達する排ガスの流量を制限するとともに、外側電極94bを保護する機能を持たせるため、緻密な多孔質のセラミックコーティング膜により形成されている。 As an oxygen sensor element for detecting the oxygen concentration in exhaust gas, for example, an oxygen concentration electromotive force type element using a ZrO 2 solid electrolyte is known. As shown in FIG. 17, the oxygen sensor element 90 is a bottomed cylindrical body in which an inner electrode 94a, a solid electrolyte layer 92, an outer electrode 94b, and a diffusion resistance layer 96 are laminated in this order. A heater 97 is inserted inside the inner electrode 94a. The exhaust gas reaches the outer electrode 94b through the minute holes of the diffusion resistance layer 96, and obtains a sensor output between the outer electrode 94b and the inner electrode 94a. The diffusion resistance layer 96 is formed of a dense porous ceramic coating film in order to limit the flow rate of exhaust gas reaching the outer electrode 94b and to protect the outer electrode 94b.

この種のガスセンサ素子を自動車用排ガスセンサに用いる場合、500℃以上もの高温雰囲気で加熱して活性化する必要があることから、排ガス中の水滴がガスセンサに付着すると、部分急冷による熱応力が生じ、ガスセンサに割れが生じるという課題がある。そこで、上記課題を解決するために、上記ガスセンサの周囲を多孔質保護層98(図17参照)で覆うことで、被水してもガスセンサに直接水滴が当たらず、熱応力を緩和する技術が提案されている。特許文献1には、多孔質保護層を備えたガスセンサにおいて、多孔質保護層をアルミナ粒子で形成することが記載されている。同公報では、多孔質保護層は、平均粒子径22μm±4μmのアルミナ粒子と粒径10μm以下のアルミナ粒子により形成されている。   When this type of gas sensor element is used in an exhaust gas sensor for automobiles, it must be heated and activated in a high-temperature atmosphere of 500 ° C. or higher. Therefore, when water droplets in the exhaust gas adhere to the gas sensor, thermal stress due to partial quenching occurs. There is a problem that the gas sensor is cracked. Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, there is a technique for relaxing the thermal stress by covering the periphery of the gas sensor with a porous protective layer 98 (see FIG. 17) so that the water droplet does not directly hit the gas sensor even when it gets wet. Proposed. Patent Document 1 describes that in a gas sensor provided with a porous protective layer, the porous protective layer is formed of alumina particles. In this publication, the porous protective layer is formed of alumina particles having an average particle diameter of 22 μm ± 4 μm and alumina particles having a particle diameter of 10 μm or less.

特開2011−252894号公報JP2011-252894A

ところで、内燃機関の始動時には、排気通路内に前回の機関停止後の排気通路内に排ガスが凝縮して水が残っている場合がある。本発明者は、上述した多孔質保護層を備えたガスセンサに関する種々の検討を行った結果、排気通路内に残った凝縮水がガスセンサに付着すると、安定したセンサ特性が得られず、センサ応答性が低下するという問題を見出した。詳しくは、本発明者は、凝縮水に含まれるMn成分に着目した。すなわち、凝縮水には、ガソリン等に含まれるMn成分が濃縮しており、かかるMn濃縮凝縮水がガスセンサに付着すると、多孔質保護層上にMn酸化物として堆積する。その状態でガスセンサに高酸素濃度の排ガスが流入すると、多孔質保護層上に堆積したMn酸化物が酸化され、Mn+O→Mnの酸化反応が進行し、排ガス中の酸素が消費される。そのため、センサ電極に到達する排ガスの酸素濃度が実際よりも低くなり、その状態は、上記酸化反応が終了するまで継続する。したがって、上記酸化反応が終了するまでの間は、実際の酸素濃度よりも低い値を示すようになり、ガスセンサに高酸素濃度排ガスが流入した場合の応答が遅延してしまう。 By the way, when the internal combustion engine is started, exhaust gas may condense in the exhaust passage after the previous engine stop and water may remain in the exhaust passage. As a result of various studies on the gas sensor having the porous protective layer described above, the present inventor cannot obtain stable sensor characteristics when condensed water remaining in the exhaust passage adheres to the gas sensor, and sensor responsiveness. I found a problem that decreased. Specifically, the inventor has focused on the Mn component contained in the condensed water. That is, Mn components contained in gasoline or the like are concentrated in the condensed water, and when such Mn concentrated condensed water adheres to the gas sensor, it deposits as Mn oxide on the porous protective layer. When exhaust gas having a high oxygen concentration flows into the gas sensor in this state, the Mn oxide deposited on the porous protective layer is oxidized, and the oxidation reaction of Mn 3 O 4 + O 2 → Mn 2 O 3 proceeds, Oxygen is consumed. Therefore, the oxygen concentration of the exhaust gas reaching the sensor electrode becomes lower than actual, and this state continues until the oxidation reaction is completed. Therefore, until the oxidation reaction ends, the value becomes lower than the actual oxygen concentration, and the response when the high oxygen concentration exhaust gas flows into the gas sensor is delayed.

一方、ガスセンサに低酸素濃度の排ガスが流入すると、多孔質保護層上に堆積したMn酸化物が還元され、逆の反応、即ち、Mn→Mn+Oの還元反応が進行し、排ガス中に酸素が放出される。そのため、センサ電極に到達する排ガスの酸素濃度が実際よりも高くなり、その状態は、上記還元反応が終了するまで継続する。したがって、上記還元反応が終了するまでの間は、実際の酸素濃度よりも高い値を示すようになり、ガスセンサに低酸素濃度排ガスが流入した場合の応答が遅延してしまう。このように、凝縮水中のMnがガスセンサに付着すると、Mnの酸化還元によるOSC反応(Mn酸化物の価数変化による酸素濃度検出の遅延)が起こるため、センサの応答性が低下してしまう。したがって、上記Mnのガスセンサへの付着を有効に防止できるような機構が求められている。 On the other hand, when exhaust gas having a low oxygen concentration flows into the gas sensor, the Mn oxide deposited on the porous protective layer is reduced, and the reverse reaction, that is, the reduction reaction of Mn 2 O 3 → Mn 3 O 4 + O 2 proceeds. As a result, oxygen is released into the exhaust gas. Therefore, the oxygen concentration of the exhaust gas reaching the sensor electrode becomes higher than actual, and this state continues until the reduction reaction is completed. Therefore, until the reduction reaction is completed, the value becomes higher than the actual oxygen concentration, and the response when the low oxygen concentration exhaust gas flows into the gas sensor is delayed. Thus, when Mn in the condensed water adheres to the gas sensor, an OSC reaction due to Mn oxidation-reduction (delay of oxygen concentration detection due to a valence change of Mn oxide) occurs, so that the responsiveness of the sensor decreases. Therefore, there is a demand for a mechanism that can effectively prevent the adhesion of Mn to the gas sensor.

本発明は、上述した問題を解決するために創出されたものであり、その主な目的は、センサ応答性の低下を防止することができるガスセンサ制御装置を提供することである。   The present invention has been created to solve the above-described problems, and a main object thereof is to provide a gas sensor control device capable of preventing a decrease in sensor response.

本発明者は、多孔質保護層を備えたガスセンサにおいて、センサ応答性が低下する要因は、多孔質保護層上に堆積したMnの酸化還元によるOSC反応であることに思い至り、さらに、かかるMnの堆積を防止する機構として、多孔質保護層において小径かつ低比表面積のセラミックス粒子を使用し、さらにエンジン始動直後にガスセンサを高温に加熱することが効果的であることを見出し、本発明を完成した。   The present inventor has conceived that the cause of the decrease in sensor responsiveness in the gas sensor provided with the porous protective layer is the OSC reaction due to oxidation and reduction of Mn deposited on the porous protective layer. As a mechanism to prevent the accumulation of gas, it has been found that it is effective to use ceramic particles with a small diameter and a low specific surface area in the porous protective layer, and to heat the gas sensor to a high temperature immediately after the engine is started. did.

即ち、本発明によって提供されるガスセンサ制御装置は、内燃機関の排気通路に配置され、センサ素子と、該センサ素子の少なくとも一部を覆う多孔質保護層と、を含むガスセンサと、上記ガスセンサに設けられ、上記センサ素子を加熱して活性化させるヒータ部と、上記ヒータ部を通電制御するヒータ制御部とを備えている。上記多孔質保護層は、セラミックス粒子を含んでおり、上記セラミックス粒子は、レーザ散乱法に基づく平均粒子径が12μm以下であり、かつ、窒素吸着法に基づく比表面積が20m/g以下である。ここで上記ヒータ制御部は、上記内燃機関の始動時に、上記センサ素子の温度が所定の始動温度となるように、上記ヒータ部への通電を行う始動時通電処理と、上記始動時通電処理の後、上記センサ素子の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、上記ヒータ部への通電を行う通常通電処理とを実行し得るように構成されている。 That is, the gas sensor control device provided by the present invention is provided in the gas sensor, which is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and includes a sensor element and a porous protective layer covering at least a part of the sensor element. And a heater unit that heats and activates the sensor element, and a heater control unit that controls energization of the heater unit. The porous protective layer contains ceramic particles, and the ceramic particles have an average particle diameter of 12 μm or less based on a laser scattering method and a specific surface area of 20 m 2 / g or less based on a nitrogen adsorption method. . Here, the heater control unit performs a start-up energization process for energizing the heater unit and a start-up energization process so that the temperature of the sensor element becomes a predetermined start temperature when the internal combustion engine is started. Thereafter, a normal energization process for energizing the heater unit can be performed so that the temperature of the sensor element is maintained at the activation temperature of the sensor element.

本発明の構成では、ガスセンサの多孔質保護層を構成するセラミックス粒子が小径(12μm以下)かつ低比表面積(20m/g以下)に調整されている。このように小径かつ低比表面積のセラミックス粒子から多孔質保護層が構成されることにより、多孔質保護層に凝縮水が染み込みにくくなる。そのため、凝縮水に含まれるMnが多孔質保護層に付着しにくくなる。さらに、ここに開示されるガスセンサ制御装置では、エンジン始動直後においてガスセンサを一時的に高温に加熱するので、ガスセンサに付着したMnが凝縮水とともに弾き飛ばされ、ガスセンサにほとんど付着しない。このことにより、多孔質保護層へのMnの付着が適切に防止され、ガスセンサがクリーンに保たれる。したがって、本発明によれば、従来のようなMn付着に起因するセンサ応答遅れが好適に防止され、センサ応答性が格段に向上する。 In the structure of this invention, the ceramic particle which comprises the porous protective layer of a gas sensor is adjusted to the small diameter (12 micrometers or less) and the low specific surface area (20 m < 2 > / g or less). Thus, when a porous protective layer is comprised from the ceramic particle of a small diameter and a low specific surface area, it becomes difficult for a condensed water to permeate into a porous protective layer. Therefore, it becomes difficult for Mn contained in the condensed water to adhere to the porous protective layer. Further, in the gas sensor control device disclosed herein, the gas sensor is temporarily heated to a high temperature immediately after the engine is started, so that Mn adhering to the gas sensor is blown off together with the condensed water and hardly adheres to the gas sensor. This appropriately prevents Mn from adhering to the porous protective layer and keeps the gas sensor clean. Therefore, according to the present invention, the sensor response delay due to Mn adhesion as in the prior art is suitably prevented, and the sensor response is significantly improved.

上記始動時通電処理における所定の始動温度は、ガスセンサに付着した凝縮水が多孔質保護層に染み込まないような温度に設定することが好ましい。上記始動温度が低すぎると、ガスセンサに凝縮水が付着した際、多孔質保護層に染み込みやすくなる。このように多孔質保護層に凝縮水が浸み込むと、凝縮水中のMnが多孔質保護層上に堆積して酸化還元反応を起こすので、センサ応答性が低下する。したがって、上記始動温度は、ガスセンサに付着した凝縮水が多孔質保護層に染み込まないような温度に設定することが好ましい。例えば、上記始動時通電処理における始動温度は、上記センサ素子の活性化温度以上の温度(好ましくは活性化温度よりも高い温度)に設定されているとよい。上記始動温度は、700℃を上回る温度、例えば750℃以上(例えば750℃〜900℃)、好ましくは800℃以上、特に好ましくは900℃以上に設定することが望ましい。かかる温度範囲内で始動時通電処理を実施する場合、ガスセンサに付着した凝縮水を好適に撥水することができる。   The predetermined start temperature in the start-up energization process is preferably set to a temperature at which condensed water adhering to the gas sensor does not penetrate into the porous protective layer. If the starting temperature is too low, when the condensed water adheres to the gas sensor, the porous protective layer tends to penetrate. When condensed water soaks into the porous protective layer in this way, Mn in the condensed water is deposited on the porous protective layer and causes an oxidation-reduction reaction, so that the sensor response is lowered. Therefore, it is preferable that the starting temperature is set to a temperature at which the condensed water adhering to the gas sensor does not soak into the porous protective layer. For example, the starting temperature in the start-up energization process may be set to a temperature equal to or higher than the activation temperature of the sensor element (preferably higher than the activation temperature). The starting temperature is desirably set to a temperature exceeding 700 ° C., for example, 750 ° C. or higher (for example, 750 ° C. to 900 ° C.), preferably 800 ° C. or higher, particularly preferably 900 ° C. or higher. When the start-up energization process is performed within such a temperature range, the condensed water adhering to the gas sensor can be suitably repelled.

ここで開示されるセラミックス粒子の平均粒径としては、概ね12μm以下である。例えば、平均粒径が凡そ10μm以下のセラミックス粒子の使用が好ましく、より好ましくは8μm以下であり、特に好ましくは6μm以下である。セラミックス粒子の平均粒径が12μmよりも大きすぎると、多孔質保護層に小径のセラミックス粒子を用いることによる耐被水性向上効果が低下傾向になる場合がある。また、上記始動時通電処理によって弾き飛ばされたMnがセラミックス粒子に付着しやすくなる。そのため、上記始動時通電処理を行っても、所望の効果が十分に発揮されない場合があり得る。   The average particle size of the ceramic particles disclosed here is approximately 12 μm or less. For example, it is preferable to use ceramic particles having an average particle diameter of about 10 μm or less, more preferably 8 μm or less, and particularly preferably 6 μm or less. If the average particle size of the ceramic particles is too larger than 12 μm, the water resistance improvement effect due to the use of small-sized ceramic particles for the porous protective layer tends to decrease. In addition, Mn blown off by the start-up energization process easily adheres to the ceramic particles. Therefore, even if the start-up energization process is performed, the desired effect may not be sufficiently exhibited.

ここで開示されるセラミックス粒子は、BET比表面積が概ね20m/g以下の範囲にあることが好ましい。このようなBET比表面積を満たすセラミックス粒子は、ガスセンサの多孔質保護層に用いられ、より高い性能を安定して発揮し得るものであり得る。例えば、排ガス中の水分と接触しても染み込みの少ない(例えば染み込み深さが80μm以下に抑制された)ガスセンサを形成することができる。BET比表面積の好適範囲は、通常は20m/g以下が適当であり、好ましくは15m/g以下であり、特に好ましくは10m/g以下である。 The ceramic particles disclosed herein preferably have a BET specific surface area in a range of approximately 20 m 2 / g or less. Ceramic particles satisfying such a BET specific surface area can be used for a porous protective layer of a gas sensor and can stably exhibit higher performance. For example, it is possible to form a gas sensor with little soaking even when it comes into contact with moisture in the exhaust gas (for example, the soaking depth is suppressed to 80 μm or less). The suitable range of the BET specific surface area is usually 20 m 2 / g or less, preferably 15 m 2 / g or less, particularly preferably 10 m 2 / g or less.

ここに開示されるガスセンサ制御装置の好ましい一態様では、上記排気通路には、温度センサが配置されており、上記ヒータ制御部は、上記温度センサに電気的に接続されている。ここで上記ヒータ制御部は、上記始動時通電処理を実施している間に、上記温度センサによって上記排気通路内の温度を測定し、当該温度の測定値が所定の基準値を超えた場合に、上記始動時通電処理を終了するように構成されている。上記始動時通電処理の温度に対する基準値は、例えば100℃〜150℃の範囲内に設定するとよい。かかる構成によると、排気通路内に残った凝縮水が気化した直後、すなわち、凝縮水がガスセンサに付着する虞がなくなった直後に始動時通電処理を終了することができる。これにより、始動時通電処理が必要以上に長くなることを防止して、適切なタイミングで通常通電処理に切り替えることができる。上記温度に対する基準値は、100℃〜120℃の範囲内に設定されることがより好ましい。   In a preferred aspect of the gas sensor control device disclosed herein, a temperature sensor is disposed in the exhaust passage, and the heater control unit is electrically connected to the temperature sensor. Here, the heater control unit measures the temperature in the exhaust passage by the temperature sensor during the start-up energization process, and the measured value of the temperature exceeds a predetermined reference value. The start-up energization process is configured to end. The reference value for the temperature of the start-up energization process may be set within a range of 100 ° C. to 150 ° C., for example. According to such a configuration, the start-up energization process can be ended immediately after the condensed water remaining in the exhaust passage is vaporized, that is, immediately after there is no possibility that the condensed water adheres to the gas sensor. As a result, it is possible to prevent the start-up energization process from becoming unnecessarily long and to switch to the normal energization process at an appropriate timing. The reference value for the temperature is more preferably set within a range of 100 ° C to 120 ° C.

ここに開示されるガスセンサ制御装置の好ましい一態様では、上記ヒータ制御部は、上記始動時通電処理の継続時間が所定の基準値を上回った場合に、上記始動時通電処理を終了するように構成されている。かかる構成によると、排気通路内に温度センサを配置する必要がないため、装置構成を簡略化することができる。上記継続時間に対する基準値は、概ね400秒〜500秒、例えば7分〜8分の範囲内に設定されることがより好ましい。   In a preferred aspect of the gas sensor control device disclosed herein, the heater control unit is configured to end the start-up energization process when the duration of the start-up energization process exceeds a predetermined reference value. Has been. According to this configuration, it is not necessary to arrange a temperature sensor in the exhaust passage, so that the device configuration can be simplified. More preferably, the reference value for the duration is set within a range of approximately 400 seconds to 500 seconds, for example, 7 minutes to 8 minutes.

ここに開示されるガスセンサ制御装置の好ましい一態様では、前記多孔質保護層の最大厚みが、80μm以下である。多孔質保護層の最小厚みを80μm以下とすることで、ガスセンサの応答性をさらに向上させることができる。   In a preferred aspect of the gas sensor control device disclosed herein, the maximum thickness of the porous protective layer is 80 μm or less. By setting the minimum thickness of the porous protective layer to 80 μm or less, the responsiveness of the gas sensor can be further improved.

本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置およびガスセンサ制御装置を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the exhaust gas purification apparatus and gas sensor control apparatus which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガスセンサを模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the gas sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガスセンサ制御装置の制御フローを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control flow of the gas sensor control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. エンジン始動時間と排気管温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between engine starting time and exhaust pipe temperature. 本発明の他の実施形態に係るガスセンサ制御装置の制御フローを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control flow of the gas sensor control apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るガスセンサ制御装置の制御フローを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control flow of the gas sensor control apparatus which concerns on other embodiment of this invention. セラミックス粒子の比表面積と染み込み深さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the specific surface area of a ceramic particle, and the penetration depth. セラミックス粒子の平均粒径と染み込み深さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the average particle diameter of ceramic particles, and the penetration depth. センサ制御温度と染み込み深さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between sensor control temperature and a penetration depth. 実施例1に係るガスセンサのMn耐久試験後における断面SEM像である。2 is a cross-sectional SEM image of the gas sensor according to Example 1 after a Mn durability test. 比較例1に係るガスセンサのMn耐久試験後における断面SEM像である。It is a cross-sectional SEM image after the Mn endurance test of the gas sensor concerning comparative example 1. 比較例2に係るガスセンサのMn耐久試験後における断面SEM像である。It is a cross-sectional SEM image after the Mn endurance test of the gas sensor concerning comparative example 2. 比較例3に係るガスセンサのMn耐久試験後における断面SEM像である。It is a cross-sectional SEM image after the Mn endurance test of the gas sensor concerning comparative example 3. 実施例1に係るガスセンサのMn耐久試験前後におけるセンサ出力応答を示すグラフである。6 is a graph showing sensor output responses before and after the Mn durability test of the gas sensor according to Example 1; 比較例1に係るガスセンサのMn耐久試験前後におけるセンサ出力応答を示すグラフである。It is a graph which shows the sensor output response before and behind the Mn endurance test of the gas sensor concerning comparative example 1. 比較例3に係るガスセンサのMn耐久試験前後におけるセンサ出力応答を示すグラフである。It is a graph which shows the sensor output response before and behind the Mn endurance test of the gas sensor concerning comparative example 3. 従来のガスセンサを模式的に示した図である。It is the figure which showed the conventional gas sensor typically.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the field.

(第1実施形態)
ここでは、先ず、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成について説明する。ここで開示される排ガス浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられている。以下、図1を参照しながら内燃機関および排ガス浄化装置を説明する。図1は、内燃機関1と、該内燃機関1の排気系に設けられた排ガス浄化装置100を模式的に示す図である。
(First embodiment)
Here, first, the configuration of the exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. The exhaust gas purifying apparatus disclosed here is provided in an exhaust system of an internal combustion engine. Hereinafter, an internal combustion engine and an exhaust gas purification apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine 1 and an exhaust gas purification device 100 provided in an exhaust system of the internal combustion engine 1.

<内燃機関>
内燃機関(エンジン)には、酸素と燃料ガスとを含む混合気が供給される。内燃機関は、この混合気を燃焼させ、燃焼エネルギーを力学的エネルギーに変換する。このときに燃焼された混合気は排ガスとなって後述の排気系に排出される。図1に示す構成の内燃機関1は、自動車のガソリンエンジンを主体として構成されているが、ガソリンエンジン以外のエンジン(例えばディーゼルエンジン等)を用いることもできる。
<Internal combustion engine>
An internal combustion engine (engine) is supplied with an air-fuel mixture containing oxygen and fuel gas. The internal combustion engine burns the air-fuel mixture and converts the combustion energy into mechanical energy. The air-fuel mixture combusted at this time becomes exhaust gas and is discharged to an exhaust system described later. Although the internal combustion engine 1 having the configuration shown in FIG. 1 is mainly composed of a gasoline engine of an automobile, an engine other than a gasoline engine (for example, a diesel engine) can be used.

図1に示す構成の内燃機関1は、シリンダブロック12上にシリンダヘッド13が連結されている。シリンダブロック12には、複数のシリンダボア14が形成されている。シリンダボア14には、ピストン15がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。シリンダブロック12の下部には、クランクシャフト(図示せず)が回転自在に支持されている。各ピストン15はコネクティングロッド16を介してクランクシャフトにそれぞれ連結されている。以下では、一つの気筒についてのみ説明する。   In the internal combustion engine 1 configured as shown in FIG. 1, a cylinder head 13 is connected to a cylinder block 12. A plurality of cylinder bores 14 are formed in the cylinder block 12. Pistons 15 are fitted to the cylinder bores 14 so as to be movable up and down. A crankshaft (not shown) is rotatably supported on the lower portion of the cylinder block 12. Each piston 15 is connected to a crankshaft via a connecting rod 16. In the following, only one cylinder will be described.

燃焼室17は、シリンダブロック12とシリンダヘッド13とピストン15により構成されている。燃焼室17には、それぞれ吸気ポート18および排気ポート19が連通している。吸気ポート18と燃焼室17との間には、吸気バルブ20の下端部が位置している。かかる吸気バルブ20の上下移動により、吸気ポート18が開閉される。排気ポート19と燃焼室17との間には、排気バルブ21の下端部が位置している。かかる排気バルブ21の上下移動により、排気ポート19が開閉される。以下の説明では、吸気ポート18よりも上流側に設けられ、内燃機関1に空気(酸素)を供給する系を「吸気系」と称し、排気ポート19よりも下流側に設けられ、内燃機関1で生じた排ガスを外部に排出する系を「排気系」と称する。   The combustion chamber 17 includes a cylinder block 12, a cylinder head 13, and a piston 15. An intake port 18 and an exhaust port 19 communicate with the combustion chamber 17. A lower end portion of the intake valve 20 is located between the intake port 18 and the combustion chamber 17. The intake port 18 is opened and closed by the vertical movement of the intake valve 20. A lower end portion of the exhaust valve 21 is located between the exhaust port 19 and the combustion chamber 17. The exhaust port 19 is opened and closed by the vertical movement of the exhaust valve 21. In the following description, a system that is provided upstream of the intake port 18 and supplies air (oxygen) to the internal combustion engine 1 is referred to as an “intake system”, and is provided downstream of the exhaust port 19. A system that exhausts the exhaust gas generated in step 1 to the outside is referred to as an “exhaust system”.

上記内燃機関1の吸気系について説明する。上記内燃機関1を吸気系に連通させる吸気ポート18にはインテークマニホールド22が接続されている。当該インテークマニホールド22は吸気管23に接続されており、吸気管23にはエアクリーナ24が接続されている。エアクリーナ24の下流側(内燃機関1側)には、エアフロメータ(図示せず)が配置されている。エアフロメータは、吸気管23へ供給される吸入空気量を検出するセンサである。吸気管23におけるエアフロメータのさらに下流側には、スロットル弁25が設けられている。このスロットル弁25を開閉することで内燃機関1に供給される空気の量を調整できる。また、スロットル弁25の近傍には、スロットル弁25の開度を検出するスロットルセンサ(図示省略)が配置されてもよい。   The intake system of the internal combustion engine 1 will be described. An intake manifold 22 is connected to the intake port 18 for communicating the internal combustion engine 1 with the intake system. The intake manifold 22 is connected to an intake pipe 23, and an air cleaner 24 is connected to the intake pipe 23. An air flow meter (not shown) is disposed downstream of the air cleaner 24 (internal combustion engine 1 side). The air flow meter is a sensor that detects the amount of intake air supplied to the intake pipe 23. A throttle valve 25 is provided further downstream of the air flow meter in the intake pipe 23. By opening and closing the throttle valve 25, the amount of air supplied to the internal combustion engine 1 can be adjusted. Further, a throttle sensor (not shown) for detecting the opening degree of the throttle valve 25 may be disposed in the vicinity of the throttle valve 25.

次に、内燃機関1の排気系について説明する。上記内燃機関1を排気系に連通させる排気ポート19は、エキゾーストマニホールド28が接続されている。エキゾーストマニホールド28は、排ガスが流通する排気管29に接続されている。   Next, the exhaust system of the internal combustion engine 1 will be described. An exhaust manifold 28 is connected to the exhaust port 19 for communicating the internal combustion engine 1 with the exhaust system. The exhaust manifold 28 is connected to an exhaust pipe 29 through which exhaust gas flows.

<排ガス浄化装置>
ここで開示される排ガス浄化装置は、上記内燃機関1の排気系に設けられている。この排ガス浄化装置は、触媒部40と制御部30とを備え、上記排出される排ガスに含まれる有害成分(例えば、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NO))を浄化する。
<Exhaust gas purification device>
The exhaust gas purifying apparatus disclosed here is provided in the exhaust system of the internal combustion engine 1. This exhaust gas purifying apparatus includes a catalyst unit 40 and a control unit 30 and contains harmful components (for example, carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen oxide (NO x )) contained in the exhaust gas discharged. ) Purify.

<触媒部>
次に、触媒部40について詳細に説明する。触媒部40は、上記エンジン1に連通する排気管29に設けられており、具体的には図1に示すように、排気管29の下流側に設けられている。触媒部40の種類は特に限定されない。触媒部40は、例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rd)等の貴金属が担持されたモノリス触媒であってもよい。ここで開示される触媒部40は、基材、該基材上に担持されている担体および該担体に担持される貴金属触媒(典型的には、白金族に属する金属触媒)とから構成されている。基材としては、従来のこの種の用途に用いられる種々の素材および形態のものが使用可能である。例えば、高耐熱性を有するコージェライト、炭化ケイ素(SiC)等のセラミックスまたは合金(ステンレス等)から形成されたハニカム構造を備えるハニカム基材などを好適に採用することができる。基材の形状はハニカム形状の他にフォーム形状、ペレット形状などとすることができる。また、基材全体の外形は円筒形状の他に楕円筒形状、多角形筒形状を採用することができる。なお、触媒部40は、貴金属が担持されたDPF等であってもよい。排気管29には、排ガス中に燃料を噴射する排気系燃料噴射弁が設けられていてもよい。排気系燃料噴射弁は、排ガス中に燃料を噴射することで、触媒部40に供給される排ガスの空燃比(A/F)を調整することができる。
<Catalyst part>
Next, the catalyst unit 40 will be described in detail. The catalyst unit 40 is provided in the exhaust pipe 29 that communicates with the engine 1. Specifically, as shown in FIG. 1, the catalyst unit 40 is provided on the downstream side of the exhaust pipe 29. The kind of catalyst part 40 is not specifically limited. The catalyst unit 40 may be a monolith catalyst on which a noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rd) is supported, for example. The catalyst unit 40 disclosed herein is composed of a base material, a support supported on the base material, and a noble metal catalyst (typically a metal catalyst belonging to the platinum group) supported on the support. Yes. As a base material, the thing of the various raw materials and form used for this kind of conventional use can be used. For example, cordierite having high heat resistance, a honeycomb substrate having a honeycomb structure formed of ceramics such as silicon carbide (SiC) or an alloy (stainless steel, etc.) can be suitably employed. The shape of the substrate may be a foam shape, a pellet shape, etc. in addition to the honeycomb shape. In addition to the cylindrical shape, the overall shape of the base material may be an elliptical cylindrical shape or a polygonal cylindrical shape. The catalyst unit 40 may be a DPF or the like on which a noble metal is supported. The exhaust pipe 29 may be provided with an exhaust system fuel injection valve that injects fuel into the exhaust gas. The exhaust system fuel injection valve can adjust the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust gas supplied to the catalyst unit 40 by injecting fuel into the exhaust gas.

触媒部40よりも下流側の排気管29には、ガスセンサ50が配置されている。このガスセンサ50は、触媒部40よりも下流側の排気管29に流れる排ガス中の特定ガス成分(ここでは酸素)の濃度を検出するセンサであり、排ガスの空燃比を検出するためのセンサである。ガスセンサ50の配置位置は、上記排ガスの酸素濃度を測定できれば図1に図示される位置に限定されるものではない。かかるガスセンサ50は、少なくとも空燃比がリッチ側またはリーン側にあることを検出できるセンサであればよい。例えば、ガスセンサは、排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアに空燃比を検出するセンサ(例えば、限界電流式酸素センサ)であってもよい。あるいは、ガスセンサ50として、センサ素子の起電力を出力する酸素センサを用いてもよい。なお、ガスセンサ50は、触媒部40よりも上流側の排気管29に配置してもよい。また、その数は1つに限らず、複数のガスセンサ50を配置してもよい。例えば、触媒部40の上流側と下流側の双方に、それぞれガスセンサ50を配置してもよい。   A gas sensor 50 is disposed in the exhaust pipe 29 downstream of the catalyst unit 40. The gas sensor 50 is a sensor that detects the concentration of a specific gas component (here, oxygen) in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 29 downstream of the catalyst unit 40, and is a sensor that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas. . The arrangement position of the gas sensor 50 is not limited to the position illustrated in FIG. 1 as long as the oxygen concentration of the exhaust gas can be measured. The gas sensor 50 may be any sensor that can detect that at least the air-fuel ratio is on the rich side or the lean side. For example, the gas sensor may be a sensor (for example, a limiting current oxygen sensor) that linearly detects an air-fuel ratio in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas. Alternatively, an oxygen sensor that outputs an electromotive force of the sensor element may be used as the gas sensor 50. The gas sensor 50 may be disposed in the exhaust pipe 29 on the upstream side of the catalyst unit 40. The number is not limited to one, and a plurality of gas sensors 50 may be arranged. For example, the gas sensors 50 may be arranged on both the upstream side and the downstream side of the catalyst unit 40.

<制御部(ECU:Engine Control Unit)>
制御部(ECU)30は、主としてデジタルコンピュータから構成されており、排ガス浄化装置100の稼働における制御装置として機能する。制御部30は、例えば、読み込み専用の記憶装置であるROM、読み書き可能な記憶装置であるRAM、任意の演算や判別を行うCPU、入力ポートおよび出力ポートを有している。制御部30は、エンジン部1およびガスセンサ50の間の制御を行うユニットであり、エンジン1およびガスセンサ50とは電気的に接続している。ガスセンサ50からの出力信号は、対応するAD変換器(図示せず)を介して制御部30の入力ポートに入力される。一方、制御部30の出力ポートは、対応する駆動回路を介してインジェクタ26、スロットル弁25の駆動用ステップモータおよび点火プラグ27等に接続されている。制御部30では、ガスセンサ50への通電の制御が行われるとともに、ガスセンサ50からの出力に基づき、エンジン1の空燃比フィードバック制御が行われる。例えば、制御部30は、検出した吸入空気量、スロットル開度(またはアクセル開度)、エンジン回転数等のエンジン運転状態に基づいて、インジェクタ26の燃料噴射タイミングや点火プラグ27の点火時期等を制御することが可能である。
<Control unit (ECU: Engine Control Unit)>
The control unit (ECU) 30 is mainly composed of a digital computer, and functions as a control device in the operation of the exhaust gas purification device 100. The control unit 30 includes, for example, a ROM that is a read-only storage device, a RAM that is a readable / writable storage device, a CPU that performs arbitrary computation and determination, an input port, and an output port. The control unit 30 is a unit that performs control between the engine unit 1 and the gas sensor 50, and is electrically connected to the engine 1 and the gas sensor 50. An output signal from the gas sensor 50 is input to an input port of the control unit 30 via a corresponding AD converter (not shown). On the other hand, the output port of the control unit 30 is connected to the injector 26, a step motor for driving the throttle valve 25, a spark plug 27, and the like via corresponding drive circuits. The control unit 30 controls energization to the gas sensor 50 and performs air-fuel ratio feedback control of the engine 1 based on the output from the gas sensor 50. For example, the control unit 30 determines the fuel injection timing of the injector 26, the ignition timing of the spark plug 27, and the like based on the detected operating air amount, throttle opening (or accelerator opening), engine speed, and the like. It is possible to control.

<ガスセンサ制御装置>
かかる排ガス浄化装置100の一部として、本実施形態にかかるガスセンサ制御装置10が設けられている。以下、ガスセンサ制御装置10について説明する。
<Gas sensor control device>
As part of the exhaust gas purification apparatus 100, the gas sensor control apparatus 10 according to the present embodiment is provided. Hereinafter, the gas sensor control device 10 will be described.

<ガスセンサ>
まず、図2を参照しながら、ガスセンサ50の構造について説明する。図2は、本実施形態のガスセンサの主要部の構成の一例を示す模式図であり、その横断面を示したものである。ガスセンサ50は、排ガス中の酸素濃度を検出するためのセンサ素子60と、センサ素子60を加熱するためのヒータ部70と、センサ素子60およびヒータ70の周囲を排気ガス中の水分から防護する多孔質保護層52とから構成されている。
<Gas sensor>
First, the structure of the gas sensor 50 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the main part of the gas sensor of the present embodiment, and shows a cross section thereof. The gas sensor 50 includes a sensor element 60 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, a heater unit 70 for heating the sensor element 60, and a porous member that protects the sensor element 60 and the heater 70 from moisture in the exhaust gas. And a quality protective layer 52.

センサ素子60は、固体電解質体62を備えている。固体電解質体62は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質から構成されている。かかる固体電解質としては、例えば、ジルコニア(例えば、イットリア安定化ジルコニア(YSZ))などが挙げられる。また、固体電解質体62の外側には測定電極64aが形成されており、測定電極64aよりも外側には、固体電解質体62を一壁面としつつ、排ガスを導入可能な測定ガス空間66aが形成されている。測定ガス空間66aは、固体電解質体62と拡散抵抗層68と遮蔽層69とにより画成されている。遮蔽層69は、ガスを不透過な内部構造をなし、ここではアルミナから構成されている。拡散抵抗層68は、測定電極64aに対する排ガスの導入量を規制するために測定電極64aの周囲の測定ガス空間66aを画成する位置(ここでは測定ガス空間66aの幅方向の両端)に設けられており、排ガスは拡散抵抗層68を介して測定ガス空間66a内に導入される。拡散抵抗層68の材料としては、アルミナ、ジルコニア、セリア等の多孔材を構成し得る材料を用いればよい。一方、固体電解質体62の内側には、基準電極64bが形成されており、この基準電極64bを包囲するように大気等の基準ガスを導入可能な基準ガス空間66bが形成されている。基準ガス空間66bは、固体電解質体62と保護層65とにより画成されている。保護層65は、ガスを不透過な内部構造をなし、ここではアルミナから構成されている。基準電極64bおよび測定電極64aは共に、白金等の触媒活性の高い貴金属から構成されている。   The sensor element 60 includes a solid electrolyte body 62. The solid electrolyte body 62 is composed of a solid electrolyte having oxygen ion conductivity. Examples of such a solid electrolyte include zirconia (for example, yttria stabilized zirconia (YSZ)). A measurement electrode 64a is formed outside the solid electrolyte body 62, and a measurement gas space 66a into which exhaust gas can be introduced while forming the solid electrolyte body 62 as one wall surface is formed outside the measurement electrode 64a. ing. The measurement gas space 66 a is defined by the solid electrolyte body 62, the diffusion resistance layer 68, and the shielding layer 69. The shielding layer 69 has an internal structure impermeable to gas, and is made of alumina here. The diffusion resistance layer 68 is provided at positions (here, both ends in the width direction of the measurement gas space 66a) that define the measurement gas space 66a around the measurement electrode 64a in order to regulate the amount of exhaust gas introduced into the measurement electrode 64a. The exhaust gas is introduced into the measurement gas space 66a through the diffusion resistance layer 68. As a material of the diffusion resistance layer 68, a material that can constitute a porous material such as alumina, zirconia, or ceria may be used. On the other hand, a reference electrode 64b is formed inside the solid electrolyte body 62, and a reference gas space 66b into which a reference gas such as the atmosphere can be introduced is formed so as to surround the reference electrode 64b. The reference gas space 66 b is defined by the solid electrolyte body 62 and the protective layer 65. The protective layer 65 has an internal structure impermeable to gas, and is made of alumina here. Both the reference electrode 64b and the measurement electrode 64a are made of a noble metal having high catalytic activity such as platinum.

ヒータ部70は、アルミナを主体とする絶縁基体72と、絶縁基体72上に積層された発熱抵抗体74とから構成されている。ジルコニア等からなる固体電解質体62は、常温では絶縁性を示すが、高温環境下になると活性化され、高い酸素イオン伝導性を示すようになる。ヒータ部70は、上記固体電解質体62の加熱領域を形成してその活性化温度となるように加熱制御される。この実施形態では、ヒータ部70は、固体電解質体62の基準電極64b側において保護層65の外層に配設されている。発熱抵抗体74は、例えば、白金等の抵抗体から構成されている。   The heater unit 70 includes an insulating base 72 mainly composed of alumina, and a heating resistor 74 laminated on the insulating base 72. The solid electrolyte body 62 made of zirconia or the like exhibits insulating properties at room temperature, but becomes activated when exposed to a high temperature environment, and exhibits high oxygen ion conductivity. The heater unit 70 is heated and controlled so that the heating region of the solid electrolyte body 62 is formed and the activation temperature thereof is reached. In this embodiment, the heater unit 70 is disposed on the outer layer of the protective layer 65 on the reference electrode 64 b side of the solid electrolyte body 62. The heating resistor 74 is made of a resistor such as platinum, for example.

多孔質保護層52は、多数のセラミックス粒子を結合させた多孔質体により構成されており、水分がセンサ素子60に到達してセンサ素子60が被水割れするのを抑制するために設けられている。この実施形態では、センサ素子60およびヒータ部70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、センサ素子60およびヒータ部70の当該箇所における多孔質保護層52の厚みが調整されている。この実施形態では、部位ごとに厚みt1〜t5が相違している。この部位ごとに異なる多孔質保護層52の最大厚みは、概ね80μm以下であることが好ましい。多孔質保護層52の厚みが80μm以下の場合には、ガスセンサ50のセンサ活性時間が向上する。そのため、例えばEuroVIにおけるエミッション排出量に関する規定を満足するセンサ活性時間を下回ることが可能になる。すなわち、図2において、厚みt1〜t5の中で最も厚い厚みがこの80μmとなるように多孔質保護層52が形成されていることが好ましい。一方、多孔質保護層52の厚みが薄すぎると、水分がセンサ素子60に到達してセンサ素子60が被水割れするのを抑制できないことがあるため、通常は、最小厚みが凡そ30μm以上(好ましくは40μm以上、特に好ましくは50μm以上)の多孔質保護層52を形成することが好ましい。   The porous protective layer 52 is composed of a porous body in which a large number of ceramic particles are bonded, and is provided to prevent moisture from reaching the sensor element 60 and causing the sensor element 60 to be subject to water cracking. Yes. In this embodiment, the sensor element 60 and the heater unit 70 are notched in a tapered shape in the illustrated cross-sectional shape. The thickness of the porous protective layer 52 is adjusted. In this embodiment, the thicknesses t1 to t5 are different for each part. It is preferable that the maximum thickness of the porous protective layer 52 that is different for each part is approximately 80 μm or less. When the thickness of the porous protective layer 52 is 80 μm or less, the sensor activation time of the gas sensor 50 is improved. Therefore, for example, it becomes possible to fall below the sensor activation time that satisfies the regulations regarding the emission amount in EuroVI. That is, in FIG. 2, the porous protective layer 52 is preferably formed so that the largest thickness among the thicknesses t1 to t5 is 80 μm. On the other hand, if the thickness of the porous protective layer 52 is too thin, it may not be possible to prevent moisture from reaching the sensor element 60 and causing the sensor element 60 to be cracked by water. Therefore, the minimum thickness is usually about 30 μm or more ( It is preferable to form a porous protective layer 52 of preferably 40 μm or more, particularly preferably 50 μm or more.

多孔質保護層52は、例えば、アルミナ、スピネル、ムライト等を主体とする金属酸化物や炭化珪素等の金属炭化物などのセラミックス粒子から構成されている。必要に応じてセラミックス粒子に貴金属粒子を担持させてもよい。かかる貴金属粒子としては、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種以上の合金を使用することができる。   The porous protective layer 52 is made of ceramic particles such as a metal oxide mainly composed of alumina, spinel, mullite, or the like, or a metal carbide such as silicon carbide. You may make a ceramic particle carry | support a noble metal particle as needed. As such noble metal particles, palladium or rhodium alone or two or more alloys of palladium, rhodium and platinum can be used.

上記セラミックス粒子の平均粒径としては、概ね12μm以下である。例えば、平均粒径が凡そ10μm以下のセラミックス粒子の使用が好ましく、より好ましくは8μm以下であり、特に好ましくは6μm以下である。このように小径のセラミックス粒子から多孔質保護層52が構成されることにより、多孔質保護層52の耐被水性が向上し、凝縮水が染み込みにくくなる。例えば、排ガス中の水分と接触しても染み込みの少ないガスセンサ(例えば染み込み深さが80μm以下に抑制されたガスセンサ)を形成することができる。このことは、所望するセンサ活性時間(例えばEuroVIにおけるエミッション排出量に関する規定を満足するセンサ活性時間以下、典型的には5秒以下)を担保するための多孔質保護層52の厚み80μm以下と一致するものである。セラミックス粒子の平均粒径が大きすぎると、上記小径化に伴う耐被水性向上効果が低下傾向になることに加えて、後述する始動時通電処理によって弾き飛ばされたMnがセラミックス粒子に付着しやすくなる。そのため、始動時通電処理を行っても、所望の効果が十分に発揮されない場合があり得る。一方、セラミックス粒子の平均粒径が小さすぎると、ガスの拡散性が阻害され、センサ出力が変化するため、通常は、平均粒径が凡そ1μm以上のセラミックス粒子を用いることが好ましい。セラミックス粒子の平均粒径は当該分野で公知の方法、例えばレーザ散乱法に基づく測定によって求めることができる。   The average particle size of the ceramic particles is approximately 12 μm or less. For example, it is preferable to use ceramic particles having an average particle diameter of about 10 μm or less, more preferably 8 μm or less, and particularly preferably 6 μm or less. By forming the porous protective layer 52 from the small-diameter ceramic particles in this way, the water resistance of the porous protective layer 52 is improved and the condensed water is less likely to permeate. For example, it is possible to form a gas sensor that does not soak even when it comes into contact with moisture in the exhaust gas (for example, a gas sensor in which the penetration depth is suppressed to 80 μm or less). This coincides with the thickness of the porous protective layer 52 of 80 μm or less for ensuring the desired sensor activation time (for example, sensor activation time or less satisfying the regulations regarding emission emission in EuroVI, typically 5 seconds or less). To do. If the average particle size of the ceramic particles is too large, the effect of improving water resistance due to the above-mentioned reduction in diameter tends to decrease, and Mn blown off by the energization treatment at the time of starting described later tends to adhere to the ceramic particles. Become. For this reason, even if the start-up energization process is performed, the desired effect may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if the average particle size of the ceramic particles is too small, gas diffusibility is hindered and the sensor output changes. Therefore, it is usually preferable to use ceramic particles having an average particle size of about 1 μm or more. The average particle size of the ceramic particles can be determined by a method known in the art, for example, measurement based on a laser scattering method.

ここで開示される多孔質保護層52を構成するセラミックス粒子は、BET比表面積が概ね20m/g以下の範囲にあることが好ましい。このようなBET比表面積を満たすセラミックス粒子は、ガスセンサの多孔質保護層に用いられ、より高い性能を安定して発揮するガスセンサを形成し得るものであり得る。例えば、排ガス中の水分と接触しても染み込みの少ないガスセンサを形成することができ、このことは、所望するセンサ活性時間(例えばEuroVIにおけるエミッション排出量に関する規定を満足するセンサ活性時間以下、例えば5秒以下)を担保するための多孔質保護層52の厚み:80μm以下と一致するものである。BET比表面積の好適範囲は、通常は20m/g以下が適当であり、好ましくは15m/g以下であり、特に好ましくは10m/g以下である。セラミックス粒子の比表面積の下限値は、特に限定されないが、例えば0.1m/g以上である。なお、比表面積の値としては、一般的な窒素吸着法による測定値を採用することができる。 The ceramic particles constituting the porous protective layer 52 disclosed herein preferably have a BET specific surface area in a range of approximately 20 m 2 / g or less. Ceramic particles satisfying such a BET specific surface area can be used for a porous protective layer of a gas sensor, and can form a gas sensor that stably exhibits higher performance. For example, it is possible to form a gas sensor that does not soak even when it comes into contact with moisture in exhaust gas. This means that a desired sensor activation time (for example, a sensor activation time equal to or less than the sensor activation time that satisfies the regulations regarding emission emissions in EuroVI, for example, The thickness of the porous protective layer 52 for guaranteeing (second or less) is equal to or less than 80 μm. The suitable range of the BET specific surface area is usually 20 m 2 / g or less, preferably 15 m 2 / g or less, particularly preferably 10 m 2 / g or less. The lower limit value of the specific surface area of the ceramic particles is not particularly limited, but is, for example, 0.1 m 2 / g or more. In addition, as a value of the specific surface area, a measured value by a general nitrogen adsorption method can be adopted.

上記多孔質保護層52の形成方法としては、セラミックス粒子(典型的には粒状)その他の多孔質保護層形成成分(例えばバインダ、分散剤など)を適当な溶媒(例えば水)に分散したスラリーを調製し、このスラリーをセンサ素子60およびヒータ部70の表面に塗布して焼成させる方法を好ましく採用することができる。   As the method for forming the porous protective layer 52, a slurry in which ceramic particles (typically granular) and other porous protective layer forming components (for example, a binder, a dispersant, etc.) are dispersed in an appropriate solvent (for example, water) is used. A method of preparing and applying this slurry to the surfaces of the sensor element 60 and the heater unit 70 and firing can be preferably employed.

このように構成されたガスセンサ50において、固体電解質体62およびその両面にある一対の電極64a、64bは、両電極間の酸素濃度に応じて起電力を発生させる酸素濃度検出セルとして機能する。すなわち、一対の電極64a、64b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、一方の電極(測定電極)64aに被測定ガスを接触させ、他方の電極(基準電極)64b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測定し、測定電流に基づいてエンジンの空燃比を特定することができる。   In the gas sensor 50 configured as described above, the solid electrolyte body 62 and the pair of electrodes 64a and 64b on both surfaces thereof function as an oxygen concentration detection cell that generates an electromotive force according to the oxygen concentration between both electrodes. That is, a voltage having a phase difference between the oxygen concentration difference and the current is applied to the pair of electrodes 64a and 64b, the measured gas is brought into contact with one electrode (measurement electrode) 64a, and the other electrode (reference electrode). A reference gas such as the atmosphere is brought into contact with 64b, the current value generated between the electrodes is measured according to the difference in oxygen concentration between the two, and the air-fuel ratio of the engine can be specified based on the measured current.

上記多孔質保護層52で覆われたガスセンサ50では、エンジン停止後の排気通路内に排ガスが凝縮して水が残っている場合があり、かかる凝縮水に含まれるMnがガスセンサ50に付着すると、かかるガスセンサ50に付着したMnが原因で、センサ応答性が低下するという問題がある。すなわち、凝縮水に含まれるMnがガスセンサ50に付着すると、多孔質保護層52上にMn酸化物として堆積する。この場合、Mn酸化物の酸化還元反応により測定電極64aに到達する排ガスの酸素濃度が変化するため、上記酸化還元反応が完了するまでの期間においてセンサ応答性が低下する。そこで、本実施形態では、かかるMnの堆積を防止する機構として、多孔質保護層52において小径かつ低比表面積のセラミックス粒子を使用し、さらにエンジン始動直後にガスセンサを一時的に高温に加熱することとした。   In the gas sensor 50 covered with the porous protective layer 52, exhaust gas may condense in the exhaust passage after the engine stops and water may remain, and when Mn contained in the condensed water adheres to the gas sensor 50, Due to Mn adhering to the gas sensor 50, there is a problem that the sensor responsiveness is lowered. That is, when Mn contained in the condensed water adheres to the gas sensor 50, it is deposited as Mn oxide on the porous protective layer 52. In this case, since the oxygen concentration of the exhaust gas reaching the measurement electrode 64a is changed by the oxidation-reduction reaction of the Mn oxide, the sensor responsiveness is lowered during the period until the oxidation-reduction reaction is completed. Therefore, in this embodiment, as a mechanism for preventing the deposition of Mn, ceramic particles having a small diameter and a low specific surface area are used in the porous protective layer 52, and the gas sensor is temporarily heated to a high temperature immediately after the engine is started. It was.

即ち、図1および図2に示す構成のガスセンサ制御装置10では、制御部(ECU)30は、ヒータ制御部32を備えている。ヒータ制御部32は、エンジンの始動時に、センサ素子60の温度が所定の始動温度となるように、ヒータ部70への通電を行う始動時通電処理を実行するように構成されている。また、ヒータ制御部32は、上記始動時通電処理の後、センサ素子60の温度が該センサ素子60の活性化温度に維持されるように、ヒータ部70への通電を行う通常通電処理を実行するように構成されている。   That is, in the gas sensor control device 10 having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, the control unit (ECU) 30 includes a heater control unit 32. The heater control unit 32 is configured to execute a start-up energization process for energizing the heater unit 70 so that the temperature of the sensor element 60 becomes a predetermined start temperature when the engine is started. In addition, after the start-up energization process, the heater control unit 32 executes a normal energization process for energizing the heater unit 70 so that the temperature of the sensor element 60 is maintained at the activation temperature of the sensor element 60. Is configured to do.

上記始動時通電処理における所定の始動温度は、ガスセンサに付着した凝縮水が多孔質保護層に染み込まないような温度に設定することが好ましい。具体的には、図9に示すように、始動温度が低すぎると、ガスセンサ50に凝縮水が付着した際、多孔質保護層52に染み込みやすくなる。このように多孔質保護層52に凝縮水が浸み込むと、凝縮水中のMnが多孔質保護層52上に堆積して酸化還元反応を起こすので、センサ応答性が低下する。したがって、上記始動温度は、ガスセンサ50に付着した凝縮水が多孔質保護層52に染み込まないような温度に設定することが好ましい。例えば、図9のグラフに基づくと、上記始動温度は、700℃を上回る温度、好ましくは750℃以上、より好ましくは800℃以上、特に好ましくは900℃以上に設定することが望ましい。かかる温度範囲内で始動時通電処理を実施する場合、ガスセンサ50に付着した凝縮水を好適に撥水することができる。上記始動時通電処理における所定の始動温度は、通常の制御温度以上の温度(好ましくは通常の制御温度よりも高い温度)に設定することが好ましい。例えば、始動温度は、通常の制御温度よりも50℃以上(例えば50℃〜200℃又はそれ以上)高い温度に設定されていることが好ましい。このようにヒータを通常の制御温度(例えば550℃)よりも高い温度で通電制御し、ガスセンサを通常よりも高い温度(例えば750℃)に加熱することで、ガスセンサ50に付着した凝縮水をより効果的に弾き飛ばすことができる。上述した始動温度の値は、あらかじめ制御部30に設定しておくとよい。   The predetermined start temperature in the start-up energization process is preferably set to a temperature at which condensed water adhering to the gas sensor does not penetrate into the porous protective layer. Specifically, as shown in FIG. 9, if the starting temperature is too low, when the condensed water adheres to the gas sensor 50, the porous protective layer 52 is likely to penetrate. When the condensed water soaks into the porous protective layer 52 in this way, Mn in the condensed water is deposited on the porous protective layer 52 and causes an oxidation-reduction reaction, so that the sensor response decreases. Therefore, the starting temperature is preferably set to a temperature at which the condensed water adhering to the gas sensor 50 does not soak into the porous protective layer 52. For example, based on the graph of FIG. 9, it is desirable that the starting temperature is set to a temperature higher than 700 ° C., preferably 750 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, and particularly preferably 900 ° C. or higher. When the start-up energization process is performed within such a temperature range, the condensed water adhering to the gas sensor 50 can be suitably repelled. The predetermined starting temperature in the starting energization process is preferably set to a temperature equal to or higher than the normal control temperature (preferably higher than the normal control temperature). For example, the starting temperature is preferably set to a temperature that is 50 ° C. or higher (eg, 50 ° C. to 200 ° C. or higher) higher than the normal control temperature. In this way, the heater is energized and controlled at a temperature higher than a normal control temperature (for example, 550 ° C.), and the gas sensor is heated to a temperature higher than the normal (for example, 750 ° C.). You can play effectively. The above-described starting temperature value may be set in the control unit 30 in advance.

上記通常通電処理における活性化温度(通常の制御温度)は、センサ素子60が好適に活性化するような温度範囲内に設定することが好ましい。例えば、ガスセンサ50が酸素センサの場合、500℃〜600℃の温度範囲内に設定することが好ましい。また、ガスセンサ50が全領域空燃比センサの場合、700℃〜800℃の温度範囲内に設定することが好ましい。上述の温度範囲内で通常通電処理を実施する場合、センサ素子60を好適に活性化することができる。上述した通常の制御温度の値は、あらかじめ制御部30に設定しておくとよい。   The activation temperature (normal control temperature) in the normal energization process is preferably set within a temperature range in which the sensor element 60 is preferably activated. For example, when the gas sensor 50 is an oxygen sensor, it is preferably set within a temperature range of 500 ° C to 600 ° C. Further, when the gas sensor 50 is a full-range air-fuel ratio sensor, it is preferably set within a temperature range of 700 ° C to 800 ° C. When the normal energization process is performed within the above temperature range, the sensor element 60 can be activated preferably. The normal control temperature value described above may be set in the control unit 30 in advance.

図1に示す構成のガスセンサ制御装置10は、ヒータ制御回路34を備えている。ヒータ制御回路34は、制御部30に電気的に接続されている。ヒータ制御回路34は、ガスセンサ50に設けられたヒータ部70の発熱抵抗体74に接続され、発熱抵抗体74の両端に電圧を印加する。これにより、発熱抵抗体74を発熱させて、センサ素子60を加熱する。また、制御部30は、イグニッションスイッチ(図示せず)と電気的に接続されている。制御部30は、イグニッションスイッチがオンになると、ヒータ制御回路34に対して、始動時通電処理用パルス信号を出力する。該信号を受信したヒータ制御回路34は、制御部30から出力された始動時通電処理用パルス信号に応じて、センサ素子60の温度が所定の始動温度となるように、発熱抵抗体74の両端に電圧を印加する。これにより、センサ素子60が所定の始動温度となるように加熱される。   The gas sensor control device 10 having the configuration shown in FIG. 1 includes a heater control circuit 34. The heater control circuit 34 is electrically connected to the control unit 30. The heater control circuit 34 is connected to the heating resistor 74 of the heater unit 70 provided in the gas sensor 50, and applies a voltage across the heating resistor 74. As a result, the heating resistor 74 is caused to generate heat, and the sensor element 60 is heated. The control unit 30 is electrically connected to an ignition switch (not shown). When the ignition switch is turned on, the control unit 30 outputs a startup energization processing pulse signal to the heater control circuit 34. The heater control circuit 34 that has received the signal responds to the start-time energization processing pulse signal output from the control unit 30 so that the temperature of the sensor element 60 becomes a predetermined start temperature. Apply voltage to Thereby, the sensor element 60 is heated so that it may become predetermined | prescribed starting temperature.

また、ここで開示されるガスセンサ制御装置10では、排気通路29に温度センサ54が配置されている。温度センサ54は、制御部30と電気的に接続されている。制御部30は、上記始動時通電処理を実施している間に、温度センサ54によって排気通路29内の温度を測定し、当該温度の測定値が所定の基準値を超えた場合に、始動時通電処理を終了するように構成されている。具体的には、制御部30は、排気通路29内の温度の測定値が所定の基準値を超えると、ヒータ制御回路34に対して通常通電処理用パルス信号を出力する。該信号を受信したヒータ制御回路34は、制御部30から出力された通常通電処理用パルス信号に応じて、センサ素子60の温度が該センサ素子60の活性化温度(例えば550℃)に維持されるように、発熱抵抗体74の両端に電圧を印加する。これにより、センサ素子60の温度が活性化温度に維持される。上記温度に対する基準値は、排気通路29内に溜まった凝縮水が完全に気化するような温度に設定することが好ましい。例えば上記温度に対する基準値は、100℃〜150℃(好ましくは100℃〜120℃)の範囲内に設定された値であるとよい。   In the gas sensor control device 10 disclosed herein, the temperature sensor 54 is disposed in the exhaust passage 29. The temperature sensor 54 is electrically connected to the control unit 30. The controller 30 measures the temperature in the exhaust passage 29 with the temperature sensor 54 while the start-up energization process is being performed, and when the measured value of the temperature exceeds a predetermined reference value, It is comprised so that an electricity supply process may be complete | finished. Specifically, when the measured value of the temperature in the exhaust passage 29 exceeds a predetermined reference value, the control unit 30 outputs a normal energization processing pulse signal to the heater control circuit 34. The heater control circuit 34 that has received the signal maintains the temperature of the sensor element 60 at the activation temperature (for example, 550 ° C.) of the sensor element 60 in accordance with the normal energization processing pulse signal output from the control unit 30. Thus, a voltage is applied across the heating resistor 74. Thereby, the temperature of the sensor element 60 is maintained at the activation temperature. The reference value for the temperature is preferably set to a temperature at which the condensed water accumulated in the exhaust passage 29 is completely vaporized. For example, the reference value for the temperature may be a value set within a range of 100 ° C. to 150 ° C. (preferably 100 ° C. to 120 ° C.).

このように構成されたガスセンサ制御装置10の動作について説明する。図3は、本実施形態に係るガスセンサ制御装置10により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。   The operation of the gas sensor control device 10 configured as described above will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of a processing routine executed by the gas sensor control device 10 according to the present embodiment.

先ず、本実施形態にかかるガスセンサ制御装置10では、ステップS10において、エンジン始動要求の判定をする。この判定は、入力されるイグニッション信号に基づいて行われる。制御部30がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信していない場合、「エンジン始動要求なし」と判定(NO)し、以下の制御を実施せずに処理ルーチンが終了する。一方、制御部30がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信した場合は、「エンジン始動要求あり」と判定(YES)し、ステップS11を実施する。   First, in the gas sensor control device 10 according to the present embodiment, an engine start request is determined in step S10. This determination is made based on the input ignition signal. If the control unit 30 has not received the ignition engine start request signal, it is determined (NO) that there is no engine start request, and the processing routine ends without performing the following control. On the other hand, when the control unit 30 has received the ignition engine start request signal, it is determined (YES) that “the engine start request is present”, and step S11 is performed.

上記エンジンの始動要求の判定結果がYESになると、ステップS11において、センサ素子60の温度が所定の始動温度となるように、ヒータ部70への通電を行う始動時通電処理を実行する。具体的には、制御部30は、ヒータ制御回路34に対して、始動時通電処理用パルス信号を出力し、該信号を受信したヒータ制御回路34は、センサ素子60の温度が所定の始動温度となるように、発熱抵抗体74の両端に電圧を印加する。これにより、センサ素子60が所定の始動温度となるように加熱される。   If the determination result of the engine start request is YES, a start-time energization process for energizing the heater unit 70 is executed so that the temperature of the sensor element 60 becomes a predetermined start temperature in step S11. Specifically, the control unit 30 outputs a start-time energization processing pulse signal to the heater control circuit 34, and the heater control circuit 34 that has received the signal detects that the temperature of the sensor element 60 is a predetermined start temperature. A voltage is applied across the heating resistor 74 so that Thereby, the sensor element 60 is heated so that it may become predetermined | prescribed starting temperature.

次いで、ステップS12において、制御部30は、排気通路29内の温度(T)が所定の基準値temを超えたか否かを判定する。排気通路29内の温度(T)が所定の基準値temに超えていない(すなわちT≦tem)と判定した場合、ステップS11に戻って始動時通電処理を続行する。一方、排気通路29内の温度(T)が所定の基準値temに超えた(すなわちT>tem)と判定した場合、始動時通電処理を終了させるタイミングであると判断し、次のステップS13に進む。   Next, in step S12, the control unit 30 determines whether or not the temperature (T) in the exhaust passage 29 has exceeded a predetermined reference value tem. When it is determined that the temperature (T) in the exhaust passage 29 does not exceed the predetermined reference value tem (that is, T ≦ tem), the process returns to step S11 to continue the start-up energization process. On the other hand, when it is determined that the temperature (T) in the exhaust passage 29 has exceeded the predetermined reference value tem (that is, T> tem), it is determined that it is time to end the start-up energization process, and the next step S13 is performed. move on.

ステップS13では、センサのヒータ制御を始動時通電処理から通常通電処理に切り替える。すなわち、制御部30は、センサ素子60の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、ヒータ部70への通電を行う通常通電処理を実行する。具体的には、制御部30は、ヒータ制御回路34に対して通常通電処理用パルス信号を出力し、該信号を受信したヒータ制御回路34は、センサ素子60の温度が所定の活性化温度となるように、発熱抵抗体74の両端に電圧を印加する。これにより、センサ素子60の温度が活性化温度に維持され、これ以降は通常のセンサ制御が行われる。このようにして、エンジン停止直後のガスセンサを高温(例えば750℃以上)に加熱した後、通常の通電処理に切り替えることができる。   In step S13, the heater control of the sensor is switched from the startup energization process to the normal energization process. That is, the control unit 30 performs a normal energization process for energizing the heater unit 70 so that the temperature of the sensor element 60 is maintained at the activation temperature of the sensor element. Specifically, the control unit 30 outputs a normal energization processing pulse signal to the heater control circuit 34, and the heater control circuit 34 that has received the signal causes the temperature of the sensor element 60 to be equal to a predetermined activation temperature. Thus, a voltage is applied to both ends of the heating resistor 74. Thereby, the temperature of the sensor element 60 is maintained at the activation temperature, and normal sensor control is performed thereafter. Thus, after heating the gas sensor immediately after the engine is stopped to a high temperature (for example, 750 ° C. or higher), it is possible to switch to a normal energization process.

ここで開示されるガスセンサ制御装置10によると、エンジン始動直後からガスセンサ50を高温に加熱するので、ガスセンサ50に付着した若しくはガスセンサ50の周辺に存在するMnが凝縮水とともに弾き飛ばされ、ガスセンサ50にほとんど付着しない。そのため、多孔質保護層52へのMnの付着が適切に防止され、ガスセンサ50がクリーンに保たれる。したがって、上記ガスセンサ制御装置10によると、従来のようなMn付着に起因するセンサの応答遅れが好適に防止され、センサ応答性が格段に向上する。   According to the gas sensor control device 10 disclosed herein, since the gas sensor 50 is heated to a high temperature immediately after the engine is started, Mn adhering to the gas sensor 50 or existing around the gas sensor 50 is blown off together with the condensed water, and the gas sensor 50 Almost no adhesion. Therefore, adhesion of Mn to the porous protective layer 52 is appropriately prevented, and the gas sensor 50 is kept clean. Therefore, according to the gas sensor control apparatus 10, a response delay of the sensor due to the Mn adhesion as in the conventional case is suitably prevented, and the sensor response is remarkably improved.

この実施形態では、制御部30は、始動時通電処理を実施している間に、温度センサ54によって排気通路29内の温度を測定し、当該温度の測定値が所定の基準値(例えば100℃)を超えた場合に、上記始動時通電処理を終了する。かかる構成によると、排気通路29内に溜まった凝縮水が気化した直後、すなわち、凝縮水がガスセンサ50に付着する虞がなくなった直後に始動時通電処理を終了することができる。これにより、始動時通電処理が必要以上に長くなることを防止して、適切なタイミングで通常通電処理に切り替えることができる。   In this embodiment, the control unit 30 measures the temperature in the exhaust passage 29 by the temperature sensor 54 during the start-up energization process, and the measured value of the temperature is a predetermined reference value (for example, 100 ° C.). ) Is exceeded, the start-up energization process is terminated. According to such a configuration, the start-up energization process can be terminated immediately after the condensed water accumulated in the exhaust passage 29 is vaporized, that is, immediately after there is no possibility that the condensed water adheres to the gas sensor 50. As a result, it is possible to prevent the start-up energization process from becoming unnecessarily long and to switch to the normal energization process at an appropriate timing.

なお、本発明者の検討によれば、上記エンジン始動直後のセンサ加熱による染み込み防止効果については、大径(例えば20μm以上)かつ高比表面積(例えば70m/g以上)のセラミックス粒子を含むガスセンサを用いた場合では同程度の効果が得られないことが後述する試験例により確認された(図9のグラフ参照)。したがって、上記エンジン始動直後のセンサ加熱と、小径かつ低比表面積のセラミックス粒子を含むガスセンサ50とを組み合わせて適用することにより、かかる組み合わせによる相乗効果として、Mnの付着がより良く抑制されたガスセンサ制御装置が提供され得る。 According to the study of the present inventor, the gas sensor including ceramic particles having a large diameter (for example, 20 μm or more) and a high specific surface area (for example, 70 m 2 / g or more) has been described. It was confirmed by a test example described later that the same level of effect could not be obtained with the use of (see the graph of FIG. 9). Therefore, by applying the sensor heating immediately after starting the engine and the gas sensor 50 including ceramic particles having a small diameter and a low specific surface area, as a synergistic effect by such a combination, gas sensor control in which Mn adhesion is more effectively suppressed. An apparatus can be provided.

(第2実施形態)
以上、本発明の一実施形態にかかるガスセンサ制御装置10において実行されるヒータ制御方法について説明した。次に、本発明の他の一実施形態にかかるガスセンサ制御装置10によって実行可能なヒータ制御方法について説明する。
(Second Embodiment)
The heater control method executed in the gas sensor control device 10 according to one embodiment of the present invention has been described above. Next, a heater control method that can be executed by the gas sensor control device 10 according to another embodiment of the present invention will be described.

この実施形態では、制御部30は、始動時通電処理の継続時間が所定の基準値を上回った場合に、始動時通電処理を終了するように構成されている。上記始動時通電処理の継続時間に対する基準値は、エンジンが始動してから排気管29内の温度が100℃に到達している状態、すなわち排気管29内の凝縮水が気化している状態のときに、始動時通電処理を終了するように設定することが好ましい。具体的には、図4に示すように、外気温−10℃のアイドリング状態においてエンジンを始動すると、排気管29内の温度が上昇し、概ね400秒を超えると100℃に達する。この場合、上記始動時通電処理の継続時間に対する基準値は、概ね400秒以上、好ましくは400秒〜600秒、特に好ましくは7分〜8分に設定することが望ましい。   In this embodiment, the control unit 30 is configured to end the start-up energization process when the duration of the start-up energization process exceeds a predetermined reference value. The reference value for the duration of the start-up energization process is that the temperature in the exhaust pipe 29 has reached 100 ° C. since the engine started, that is, the condensed water in the exhaust pipe 29 is vaporized. Sometimes, it is preferable to set so that the start-up energization process is terminated. Specifically, as shown in FIG. 4, when the engine is started in an idling state where the outside air temperature is −10 ° C., the temperature in the exhaust pipe 29 increases, and reaches approximately 100 ° C. after approximately 400 seconds. In this case, the reference value for the duration of the start-up energization process is desirably set to approximately 400 seconds or more, preferably 400 seconds to 600 seconds, and particularly preferably 7 minutes to 8 minutes.

このように構成されたガスセンサ制御装置10の動作について説明する。図5は、この実施形態に係るガスセンサ制御装置10により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。   The operation of the gas sensor control device 10 configured as described above will be described. FIG. 5 is a flowchart showing an example of a processing routine executed by the gas sensor control device 10 according to this embodiment.

先ず、本実施形態にかかるガスセンサ制御装置10では、ステップS20において、エンジン始動要求の判定をする。この判定は、入力されるイグニッション信号に基づいて行われる。制御部30がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信していない場合、「エンジン始動要求なし」と判定(NO)し、以下の制御を実施せずに処理ルーチンが終了する。一方、制御部30がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信した場合は、「エンジン始動要求あり」と判定(YES)し、ステップS21を実施する。   First, in the gas sensor control device 10 according to the present embodiment, an engine start request is determined in step S20. This determination is made based on the input ignition signal. If the control unit 30 has not received the ignition engine start request signal, it is determined (NO) that there is no engine start request, and the processing routine ends without performing the following control. On the other hand, when the control unit 30 receives the ignition engine start request signal, it determines that “engine start request is present” (YES), and performs step S21.

上記エンジンの始動要求の判定結果がYESになると、制御部30は、ステップS21において、センサ素子60の温度が所定の始動温度となるように、ヒータ部70への通電を行う始動時通電処理を実行する。これにより、センサ素子60の温度が所定の始動温度となるように上昇する。また、制御部30は、内部タイマーをスタートさせて、始動時通電処理の継続時間(A)の測定を開始する。次いで、ステップS22では、制御部30は、始動時通電処理の継続時間(A)が所定の基準値a1に達したか否かを判定する。ここでの判定結果がNOの場合、ステップS21に戻って始動時通電処理を続行する。一方、判定結果がYESの場合、始動時通電処理を終了させるタイミングであると判断し、次のステップS23に進む。   If the determination result of the engine start request is YES, the control unit 30 performs start-up energization processing for energizing the heater unit 70 so that the temperature of the sensor element 60 becomes a predetermined start temperature in step S21. Run. As a result, the temperature of the sensor element 60 rises to a predetermined starting temperature. In addition, the control unit 30 starts an internal timer and starts measuring the duration (A) of the start-up energization process. Next, in step S22, the control unit 30 determines whether or not the duration (A) of the start-up energization process has reached a predetermined reference value a1. If the determination result here is NO, the process returns to step S21 to continue the start-up energization process. On the other hand, if the determination result is YES, it is determined that it is time to end the energization process at startup, and the process proceeds to the next step S23.

ステップS23では、センサのヒータ制御を始動時通電処理から通常通電処理に切り替える。すなわち、制御部30は、センサ素子60の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、ヒータ部70への通電を行う通常通電処理を実行する。これにより、センサ素子60の温度が活性化温度に維持され、これ以降は通常のセンサ制御が行われる。このようにして、エンジン停止直後のガスセンサを高温(例えば750℃以上)に加熱した後、通常の通電処理に移行することができる。かかる構成によると、排気管29内に温度センサ54を配置する必要がないため、上述した第1実施形態に比べて装置構成を簡略化することができる。   In step S23, the heater control of the sensor is switched from the startup energization process to the normal energization process. That is, the control unit 30 performs a normal energization process for energizing the heater unit 70 so that the temperature of the sensor element 60 is maintained at the activation temperature of the sensor element. Thereby, the temperature of the sensor element 60 is maintained at the activation temperature, and normal sensor control is performed thereafter. In this manner, the gas sensor immediately after the engine is stopped can be heated to a high temperature (for example, 750 ° C. or higher), and then the normal energization process can be performed. According to such a configuration, since it is not necessary to arrange the temperature sensor 54 in the exhaust pipe 29, the device configuration can be simplified as compared with the first embodiment described above.

(第3実施形態)
以上、本発明の一実施形態にかかるガスセンサ制御装置10において実行されるヒータ制御方法について説明した。次に、本発明の他の一実施形態にかかるガスセンサ制御装置10によって実行可能なヒータ制御方法について、図6のフローチャートを参照しながら説明する。
(Third embodiment)
The heater control method executed in the gas sensor control device 10 according to one embodiment of the present invention has been described above. Next, a heater control method that can be executed by the gas sensor control apparatus 10 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.

先ず、本実施形態にかかるガスセンサ制御装置10では、ステップS30において、エンジン始動要求の判定をする。この判定は、入力されるイグニッション信号に基づいて行われる。制御部30がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信していない場合、「エンジン始動要求なし」と判定(NO)し、以下の制御を実施せずに処理ルーチンが終了する。一方、制御部30がイグニッションのエンジン始動要求信号を受信した場合は、「エンジン始動要求あり」と判定(YES)し、ステップS31を実施する。   First, in the gas sensor control device 10 according to the present embodiment, an engine start request is determined in step S30. This determination is made based on the input ignition signal. If the control unit 30 has not received the ignition engine start request signal, it is determined (NO) that there is no engine start request, and the processing routine ends without performing the following control. On the other hand, when the control unit 30 receives the ignition engine start request signal, it determines that “the engine start is requested” (YES), and performs step S31.

ステップS31では、制御部30は、センサ素子60の温度が所定の始動温度となるように、ヒータ部70への通電を行う始動時通電処理を実行する。これにより、センサ素子60の温度が所定の始動温度となるように上昇する。また、制御部30は、内部タイマーをスタートさせて、始動時通電処理の継続時間(A)の測定を開始する。次いで、ステップS32において、制御部30は、始動時通電処理の継続時間(A)が所定の基準値a1に達したか否かを判定する。ここでの判定結果がYESの場合、始動時通電処理を終了させるタイミングであると判断し、ステップS34に進む。一方、判定結果がNOの場合、次のステップS33に進む。   In step S31, the control unit 30 executes a start-time energization process for energizing the heater unit 70 so that the temperature of the sensor element 60 becomes a predetermined start temperature. As a result, the temperature of the sensor element 60 rises to a predetermined starting temperature. In addition, the control unit 30 starts an internal timer and starts measuring the duration (A) of the start-up energization process. Next, in step S32, the control unit 30 determines whether or not the duration (A) of the start-up energization process has reached a predetermined reference value a1. If the determination result here is YES, it is determined that it is time to end the energization process at the start, and the process proceeds to step S34. On the other hand, if the determination result is NO, the process proceeds to the next step S33.

ステップS33では、制御部30は、排気通路29内の温度Tが所定の基準値temに達したか否かを判定する。ここでの判定結果がNOの場合、ステップS31に戻って始動時通電処理を続行する。一方、判定結果がYESの場合、始動時通電処理を終了させるタイミングであると判断し、次のステップS34に進む。ステップS34では、ヒータ制御部32は、センサ素子60の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、ヒータ部70への通電を行う通常通電処理を実行する。これにより、センサ素子60の温度が活性化温度に維持され、これ以降は通常のセンサ制御が行われる。このようにして、エンジン停止直後のガスセンサを所定の始動温度まで加熱した後、通常の通電処理に移行することができる。   In step S33, the control unit 30 determines whether or not the temperature T in the exhaust passage 29 has reached a predetermined reference value tem. If the determination result here is NO, the process returns to step S31 to continue the start-up energization process. On the other hand, if the determination result is YES, it is determined that it is time to end the energization process at start-up, and the process proceeds to the next step S34. In step S34, the heater control unit 32 executes a normal energization process for energizing the heater unit 70 so that the temperature of the sensor element 60 is maintained at the activation temperature of the sensor element. Thereby, the temperature of the sensor element 60 is maintained at the activation temperature, and normal sensor control is performed thereafter. Thus, after heating the gas sensor immediately after the engine stops to a predetermined starting temperature, it is possible to shift to a normal energization process.

かかる構成によると、始動時通電処理と通常通電処理との切り替えを始動時通電処理の継続時間に基づいて行うとともに、運転状態によって排気管29内の温度が想定よりも早く上昇した場合には、始動時通電処理を即座に終了することができる。これにより、始動時通電処理が必要以上に長くなることを防止して、適切なタイミングで通常通電処理に切り替えることができる。   According to such a configuration, switching between the start-up energization process and the normal energization process is performed based on the duration of the start-up energization process, and when the temperature in the exhaust pipe 29 rises faster than expected depending on the operating state, The start-up energization process can be immediately terminated. As a result, it is possible to prevent the start-up energization process from becoming unnecessarily long and to switch to the normal energization process at an appropriate timing.

以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。   Hereinafter, although the test example regarding this invention is demonstrated, it is not intending to limit this invention to what is shown to the following test examples.

<試験例1:比表面積と染み込み深さとの関係>
ガスセンサの多孔質保護層を構成するアルミナ粒子の比表面積を種々変化させてテストピースを作成し、それぞれのテストピースにおける水分の染み込み深さを検証する試験を行った。ここでは、それぞれのガスセンサを700℃に加熱して、多孔質保護層に0.3μLの水滴を滴下した。そして、水滴の染み込み深さ(水滴が染み込んだ部分の膜厚)を測定した。なお、比表面積の値としては、窒素吸着法による測定値を採用した(以下、同じ)。結果を図7に示す。図7は、多孔質保護層の比表面積(横軸)と水分の染み込み深さ(縦軸)との関係を示すグラフである。
<Test Example 1: Relationship between specific surface area and penetration depth>
Test pieces were prepared by varying the specific surface area of the alumina particles constituting the porous protective layer of the gas sensor, and a test was conducted to verify the penetration depth of moisture in each test piece. Here, each gas sensor was heated to 700 ° C., and 0.3 μL of water droplets were dropped on the porous protective layer. And the penetration depth of the water droplet (the film thickness of the portion where the water droplet penetrated) was measured. In addition, as the value of the specific surface area, a value measured by a nitrogen adsorption method was adopted (hereinafter the same). The results are shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the specific surface area (horizontal axis) of the porous protective layer and the moisture penetration depth (vertical axis).

図7に示すように、多孔質保護層の比表面積が小さくなるほど、染み込み深さは低下傾向となった。ここで供試したガスセンサの場合、比表面積を20m/g以下にすることによって、80μm以下という極めて低い染み込み深さを達成できた。染み込み深さを低減する観点からは、比表面積は20m/g以下が適当であり、好ましくは15m/g以下であり、特に好ましくは10m/g以下である。 As shown in FIG. 7, the penetration depth tended to decrease as the specific surface area of the porous protective layer decreased. In the case of the gas sensor used here, by setting the specific surface area to 20 m 2 / g or less, a very low penetration depth of 80 μm or less could be achieved. From the viewpoint of reducing the penetration depth, the specific surface area is suitably 20 m 2 / g or less, preferably 15 m 2 / g or less, particularly preferably 10 m 2 / g or less.

<試験例2:平均粒径と染み込み深さとの関係>
ガスセンサの多孔質保護層を構成するアルミナ粒子の平均粒径を種々変化させてガスセンサ(テストピース)を作成し、それぞれのテストピースにおける水分の染み込み深さを検証する試験を行った。ここでは、それぞれのガスセンサを700℃に加熱して、多孔質保護層に0.3μLの水滴を滴下した。そして、水滴の染み込み深さを測定した。なお、アルミナ粒子の平均粒径(D50径)は、レーザ散乱法に基づく測定によって求めた(以下、同じ)。結果を図8に示す。図8は、平均粒径(縦軸)と染み込み深さ(横軸)との関係を示すグラフである。
<Test Example 2: Relationship between average particle size and penetration depth>
Gas sensors (test pieces) were prepared by variously changing the average particle diameter of alumina particles constituting the porous protective layer of the gas sensor, and a test for verifying the penetration depth of moisture in each test piece was performed. Here, each gas sensor was heated to 700 ° C., and 0.3 μL of water droplets were dropped on the porous protective layer. And the penetration depth of the water droplet was measured. In addition, the average particle diameter (D50 diameter) of the alumina particles was obtained by measurement based on a laser scattering method (hereinafter the same). The results are shown in FIG. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the average particle size (vertical axis) and the penetration depth (horizontal axis).

図8に示すように、多孔質保護層を構成するセラミックス粒子の平均粒径が小さくなるほど染み込み深さは低下傾向となった。ここで供試したガスセンサの場合、平均粒径を12μm以下にすることによって、80μm以下という極めて低い染み込み深さを達成できた。染み込み深さを低減する観点からは、セラミックス粒子の平均粒径は12μm以下が適当であり、好ましくは10μm以下であり、特に好ましくは5μm以下である。   As shown in FIG. 8, the penetration depth tended to decrease as the average particle size of the ceramic particles constituting the porous protective layer became smaller. In the case of the gas sensor used here, an extremely low penetration depth of 80 μm or less could be achieved by setting the average particle size to 12 μm or less. From the viewpoint of reducing the penetration depth, the average particle size of the ceramic particles is suitably 12 μm or less, preferably 10 μm or less, particularly preferably 5 μm or less.

<試験例3:センサ制御温度と染み込み深さとの関係>
小径(8μm)かつ低比表面積(0.9m/g)のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサ(テストピース)を作成し、センサの制御温度を種々変化させて水分の染み込み深さを検証する試験を行った。比較のために、大径(20μm)かつ高比表面積(70m/g)のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサ(テストピース)を作成し、同様の手法で染み込み深さを検証した。結果を図9に示す。図9は、センサ制御温度(横軸)と染み込み深さ(縦軸)との関係を示すグラフである。
<Test Example 3: Relationship between sensor control temperature and penetration depth>
A gas sensor (test piece) equipped with a porous protective layer made of alumina particles with a small diameter (8 μm) and a low specific surface area (0.9 m 2 / g) was created. A test was conducted to verify this. For comparison, a gas sensor (test piece) with a porous protective layer made of alumina particles with a large diameter (20 μm) and high specific surface area (70 m 2 / g) was created, and the penetration depth was verified using the same method. did. The results are shown in FIG. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the sensor control temperature (horizontal axis) and the penetration depth (vertical axis).

図9に示すように、センサの制御温度が高くなるほど染み込み深さは低下傾向となった。ここで供試したガスセンサの場合、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子を使用し、かつセンサの制御温度を700℃以上にすることによって、50μm以下という極めて低い染み込み深さを達成できた。染み込み深さを低減する観点からは、センサの制御温度を700℃以上にすることが適当であり、好ましくは750℃以上であり、特に好ましくは900℃以上である。同図より、エンジン始動直後のセンサ加熱による染み込み防止効果については、小径かつ低比表面積のセラミックス粒子を用いた場合に特に有効に発揮されることが確認された。   As shown in FIG. 9, the penetration depth tended to decrease as the control temperature of the sensor increased. In the case of the gas sensor used here, by using alumina particles having a small diameter and a low specific surface area and setting the control temperature of the sensor to 700 ° C. or more, a very low penetration depth of 50 μm or less could be achieved. From the viewpoint of reducing the penetration depth, it is appropriate that the control temperature of the sensor is 700 ° C. or higher, preferably 750 ° C. or higher, particularly preferably 900 ° C. or higher. From this figure, it was confirmed that the effect of preventing penetration by heating the sensor immediately after starting the engine is particularly effective when ceramic particles having a small diameter and a low specific surface area are used.

ここで開示されるガスセンサ制御装置の好適例として、多孔質保護層を構成するセラミックス粒子の平均粒径が12μm以下、比表面積が20m/g以下であり、かつエンジン始動直後の始動温度が750℃以上に設定されているもの、セラミックス粒子の平均粒径が10μm以下、比表面積が15m/g以下であり、かつエンジン始動直後の始動温度が800℃以上に設定されているもの、セラミックス粒子の平均粒径が5μm以下、比表面積が10m/g以下であり、かつエンジン始動直後の始動温度が900℃以上に設定されているもの、等が挙げられる。このようなセラミックス粒子の平均粒径、比表面積、および始動温度を設定することにより、凝縮水の染み込み(ひいてはMnの付着)をより良く抑制することができる。 As a preferred example of the gas sensor control device disclosed herein, the ceramic particles constituting the porous protective layer have an average particle size of 12 μm or less, a specific surface area of 20 m 2 / g or less, and a start temperature immediately after engine start is 750. Ceramic particles having an average particle size of 10 μm or less, a specific surface area of 15 m 2 / g or less, and a starting temperature immediately after starting the engine of 800 ° C. or more In which the average particle size is 5 μm or less, the specific surface area is 10 m 2 / g or less, and the starting temperature immediately after engine starting is set to 900 ° C. or higher. By setting the average particle size, specific surface area, and starting temperature of such ceramic particles, it is possible to better suppress the penetration of condensed water (and hence the adhesion of Mn).

<試験例4:Mn耐久試験>
(1)実施例1
本例では、表1に示すように、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサ(図2参照)を作成した。多孔質保護層の最大厚みは80μmとした。かかるガスセンサについて、Mn耐久試験を行った。Mn耐久試験は、排気管中の凝縮水に含まれるMn濃度を10倍に濃縮したMn水溶液(Mn濃度:6000ppm)を、750℃に加熱したガスセンサの多孔質保護層に5μL滴下し、乾燥後にまた滴下するというサイクルを50回繰り返すことにより行った。Mn耐久試験後におけるガスセンサの断面SEM像を図10に示す。図10のSEM像では、多孔質保護層の変色はなく、Mnの付着は認められなかった。
(2)比較例1
本例では、実施例1と同様に、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを作成した。かかるガスセンサについて、実施例1と同様にMn耐久試験を行った。ただし、ガスセンサの加熱は行わず、センサ素子の温度は室温とした。Mn耐久試験後におけるガスセンサの断面SEM像を図11に示す。図11のSEM像では、多孔質保護層が少し黒く変色しており、若干のMnの付着が認められた。
(3)比較例2
本例では、表1に示すように、大径かつ高比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを作成した。かかるガスセンサについて、実施例1と同様にMn耐久試験を行った。Mn耐久試験後におけるガスセンサの断面SEM像を図12に示す。図12のSEM像では、多孔質保護層が黒く変色しており、Mnの付着が認められた。
(4)比較例3
本例では、比較例2と同様に、大径かつ高比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを作成した。かかるガスセンサについて、比較例2と同様にMn耐久試験を行った。ただし、ガスセンサの加熱は行わず、センサ素子の温度は室温とした。Mn耐久試験後におけるガスセンサの断面SEM像を図13に示す。図13のSEM像では、多孔質保護層が黒く変色しており、Mnの付着が認められた。
<Test Example 4: Mn durability test>
(1) Example 1
In this example, as shown in Table 1, a gas sensor (see FIG. 2) provided with a porous protective layer made of alumina particles having a small diameter and a low specific surface area was prepared. The maximum thickness of the porous protective layer was 80 μm. About this gas sensor, the Mn endurance test was done. In the Mn durability test, 5 μL of a Mn aqueous solution (Mn concentration: 6000 ppm) in which the Mn concentration contained in the condensed water in the exhaust pipe was concentrated 10 times was dropped on the porous protective layer of the gas sensor heated to 750 ° C. The cycle of dropping was repeated 50 times. A cross-sectional SEM image of the gas sensor after the Mn durability test is shown in FIG. In the SEM image of FIG. 10, there was no discoloration of the porous protective layer, and no Mn adhesion was observed.
(2) Comparative Example 1
In this example, similarly to Example 1, a gas sensor including a porous protective layer made of alumina particles having a small diameter and a low specific surface area was prepared. About this gas sensor, the Mn endurance test was done like Example 1. However, the gas sensor was not heated, and the temperature of the sensor element was room temperature. A cross-sectional SEM image of the gas sensor after the Mn durability test is shown in FIG. In the SEM image of FIG. 11, the porous protective layer was slightly discolored in black, and a slight amount of Mn was observed.
(3) Comparative Example 2
In this example, as shown in Table 1, a gas sensor including a porous protective layer made of alumina particles having a large diameter and a high specific surface area was prepared. About this gas sensor, the Mn endurance test was done like Example 1. A cross-sectional SEM image of the gas sensor after the Mn durability test is shown in FIG. In the SEM image of FIG. 12, the porous protective layer was discolored black, and adhesion of Mn was recognized.
(4) Comparative Example 3
In this example, as in Comparative Example 2, a gas sensor including a porous protective layer made of alumina particles having a large diameter and a high specific surface area was prepared. For this gas sensor, a Mn durability test was conducted in the same manner as in Comparative Example 2. However, the gas sensor was not heated, and the temperature of the sensor element was room temperature. A cross-sectional SEM image of the gas sensor after the Mn durability test is shown in FIG. In the SEM image of FIG. 13, the porous protective layer was discolored in black, and adhesion of Mn was observed.

図10〜図13のSEM像の比較から、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを用い、かつ該ガスセンサを750℃に加熱することによって、Mn耐久試験後においても多孔質保護層の変色ひいてはMnの付着を適切に防止できることが確認された。   From the comparison of the SEM images of FIGS. 10 to 13, by using a gas sensor having a porous protective layer made of alumina particles having a small diameter and a low specific surface area, and heating the gas sensor to 750 ° C., after the Mn durability test Further, it was confirmed that discoloration of the porous protective layer and thus adhesion of Mn can be appropriately prevented.

<試験例5:センサ応答試験>
上記実施例1および比較例1〜3のガスセンサについて、上述のMn耐久試験の前後におけるセンサ応答出力を測定した。センサ応答出力の測定は、各例のガスセンサをガス検出器に組み付け、所定の酸素濃度を有する試験ガス中に該センサを保持することにより行った。その際、センサ素子の温度が700℃に維持されるようにヒータへの通電を行った。上記センサ応答出力測定を上述のMn耐久試験の前後に行った。図14に、実施例1に係るMn耐久試験前後におけるセンサ応答出力を示す。図15に、比較例1に係るMn耐久試験前後におけるセンサ応答出力を示す。図16に、比較例3に係るMn耐久試験前後におけるセンサ応答出力を示す。
<Test Example 5: Sensor response test>
About the gas sensor of the said Example 1 and Comparative Examples 1-3, the sensor response output before and behind the above-mentioned Mn durability test was measured. The sensor response output was measured by assembling the gas sensor of each example to a gas detector and holding the sensor in a test gas having a predetermined oxygen concentration. At that time, the heater was energized so that the temperature of the sensor element was maintained at 700 ° C. The sensor response output measurement was performed before and after the Mn durability test described above. FIG. 14 shows sensor response outputs before and after the Mn durability test according to the first embodiment. FIG. 15 shows sensor response outputs before and after the Mn durability test according to Comparative Example 1. FIG. 16 shows sensor response outputs before and after the Mn durability test according to Comparative Example 3.

図14に示すように、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを用い、かつガスセンサを750℃に加熱した実施例1では、Mn耐久試験前後においてセンサ応答出力がほとんど変わらず、良好な結果が得られた。これに対し、図15および図16に示すように、Mn耐久試験時にガスセンサを加熱しなかった比較例1、3では、Mn耐久試験後のセンサ出力応答が耐久前に比べて遅延した。ここでは省略するが、比較例2についても比較例1、3と同様の傾向が得られた。比較例1〜3では、多孔質保護層に付着したMnに起因して上記遅延が生じたものと解される。
以上から、小径かつ低比表面積のアルミナ粒子からなる多孔質保護層を備えたガスセンサを用い、かつガスセンサを750℃に加熱することにより、多孔質保護層へのMnの付着を防止して、該Mnに起因するセンサ応答遅れを解消できることが確かめられた。
As shown in FIG. 14, in Example 1 in which a gas sensor provided with a porous protective layer made of alumina particles having a small diameter and a low specific surface area was used and the gas sensor was heated to 750 ° C., the sensor response output was before and after the Mn durability test. Almost unchanged, good results were obtained. On the other hand, as shown in FIGS. 15 and 16, in Comparative Examples 1 and 3 in which the gas sensor was not heated during the Mn durability test, the sensor output response after the Mn durability test was delayed as compared with that before the durability test. Although omitted here, the same tendency as in Comparative Examples 1 and 3 was obtained for Comparative Example 2. In Comparative Examples 1 to 3, it is understood that the delay is caused by Mn adhering to the porous protective layer.
From the above, by using a gas sensor having a porous protective layer made of alumina particles having a small diameter and a low specific surface area, and heating the gas sensor to 750 ° C., adhesion of Mn to the porous protective layer is prevented, It was confirmed that the sensor response delay caused by Mn can be eliminated.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

1 内燃機関(エンジン)
10 ガスセンサ制御装置
29 排気管(排気通路)
30 制御部
32 ヒータ制御部
34 ヒータ制御回路
40 触媒部
50 ガスセンサ
52 多孔質保護層
54 温度センサ
60 センサ素子
62 固体電解質体
64a 測定電極
64b 基準電極
65 保護層
66a 測定ガス空間
66b 基準ガス空間
68 拡散抵抗層
69 遮蔽層
70 ヒータ部
72 絶縁基体
74 発熱抵抗体
100 排ガス浄化装置


1 Internal combustion engine
10 Gas sensor control device 29 Exhaust pipe (exhaust passage)
30 control unit 32 heater control unit 34 heater control circuit 40 catalyst unit 50 gas sensor 52 porous protective layer 54 temperature sensor 60 sensor element 62 solid electrolyte body 64a measurement electrode 64b reference electrode 65 protection layer 66a measurement gas space 66b reference gas space 68 diffusion Resistance layer 69 Shielding layer 70 Heater 72 Insulating substrate 74 Heating resistor 100 Exhaust gas purification device


Claims (9)

内燃機関の排気通路に配置され、センサ素子と、該センサ素子の少なくとも一部を覆う多孔質保護層と、を含むガスセンサと、
前記ガスセンサに設けられ、前記センサ素子を加熱するヒータ部と、
前記ヒータ部を通電制御するヒータ制御部と
を備え、
前記多孔質保護層は、セラミックス粒子を含んでおり、
前記セラミックス粒子は、レーザ散乱法に基づく平均粒径が12μm以下であり、かつ、窒素吸着法に基づく比表面積が20m/g以下であり、
ここで前記ヒータ制御部は、
前記内燃機関の始動時に、前記センサ素子の温度が所定の始動温度となるように、前記ヒータ部への通電を行う始動時通電処理と、
前記始動時通電処理の後、前記センサ素子の温度が該センサ素子の活性化温度に維持されるように、前記ヒータ部への通電を行う通常通電処理と
を実行し得るように構成されている、ガスセンサ制御装置。
A gas sensor disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and including a sensor element and a porous protective layer covering at least a part of the sensor element;
A heater provided in the gas sensor for heating the sensor element;
A heater control unit that controls energization of the heater unit,
The porous protective layer contains ceramic particles,
The ceramic particles have an average particle size based on a laser scattering method of 12 μm or less, and a specific surface area based on a nitrogen adsorption method of 20 m 2 / g or less,
Here, the heater control unit
A start-up energization process for energizing the heater unit so that the temperature of the sensor element becomes a predetermined start temperature at the start of the internal combustion engine;
After the start-up energization process, a normal energization process for energizing the heater unit can be performed so that the temperature of the sensor element is maintained at the activation temperature of the sensor element. Gas sensor control device.
前記始動時通電処理における始動温度は、前記センサ素子の活性化温度以上の温度に設定されている、請求項1に記載のガスセンサ制御装置。   The gas sensor control device according to claim 1, wherein a start temperature in the start-up energization process is set to a temperature equal to or higher than an activation temperature of the sensor element. 前記始動時通電処理における始動温度は、750℃〜900℃の範囲内に設定されている、請求項2に記載のガスセンサ制御装置。   The gas sensor control device according to claim 2, wherein a start temperature in the start-up energization process is set in a range of 750 ° C to 900 ° C. 前記排気通路には、温度センサが配置されており、
前記ヒータ制御部は、前記温度センサに電気的に接続されており、
ここで前記ヒータ制御部は、前記始動時通電処理を実施している間に、前記温度センサによって前記排気通路内の温度を測定し、
当該温度の測定値が所定の基準値を超えた場合に、前記始動時通電処理を終了するように構成されている、請求項1〜3の何れか一つに記載のガスセンサ制御装置。
A temperature sensor is disposed in the exhaust passage,
The heater control unit is electrically connected to the temperature sensor,
Here, the heater control unit measures the temperature in the exhaust passage by the temperature sensor while performing the start-up energization process,
The gas sensor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the start-up energization process is terminated when a measured value of the temperature exceeds a predetermined reference value.
前記始動時通電処理の温度に対する基準値は、100℃〜150℃の範囲内に設定された値である、請求項4に記載のガスセンサ制御装置。   5. The gas sensor control device according to claim 4, wherein a reference value for the temperature of the start-up energization process is a value set in a range of 100 ° C. to 150 ° C. 6. 前記ヒータ制御部は、前記始動時通電処理の継続時間が所定の基準値を上回った場合に、前記始動時通電処理を終了するように構成されている、請求項1〜3の何れか一つに記載のガスセンサ制御装置。   The heater control unit is configured to end the start-up energization process when a duration of the start-up energization process exceeds a predetermined reference value. The gas sensor control apparatus according to 1. 前記始動時通電処理の継続時間に対する基準値は、400秒〜600秒の範囲内に設定された値である、請求項6に記載のガスセンサ制御装置。   The gas sensor control device according to claim 6, wherein a reference value for a duration of the start-up energization process is a value set in a range of 400 seconds to 600 seconds. 前記多孔質保護層の最大厚みが、80μm以下である、請求項1〜7の何れか一つに記載のガスセンサ制御装置。   The gas sensor control device according to any one of claims 1 to 7, wherein a maximum thickness of the porous protective layer is 80 µm or less. 内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化触媒を該内燃機関の排気通路に配置した排ガス浄化装置であって、
請求項1〜8の何れかに記載のガスセンサ制御装置を備える、排ガス浄化装置。
An exhaust gas purification apparatus in which an exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine,
An exhaust gas purification device comprising the gas sensor control device according to claim 1.
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