JP3472608B2 - Activation method for zirconia oxygen sensor - Google Patents

Activation method for zirconia oxygen sensor

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JP3472608B2
JP3472608B2 JP34958993A JP34958993A JP3472608B2 JP 3472608 B2 JP3472608 B2 JP 3472608B2 JP 34958993 A JP34958993 A JP 34958993A JP 34958993 A JP34958993 A JP 34958993A JP 3472608 B2 JP3472608 B2 JP 3472608B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ジルコニアからなる酸
素イオン伝導性固体電解質の両面に多孔質電極を形成し
たジルコニア素子を用いて周囲雰囲気中の酸素濃度を検
出するジルコニア酸素センサの活性化処理方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to activation treatment of a zirconia oxygen sensor for detecting oxygen concentration in an ambient atmosphere by using a zirconia element having porous electrodes formed on both sides of an oxygen ion conductive solid electrolyte made of zirconia. Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ジルコニア酸素センサに使用されるセン
サ素子は、部分安定化ジルコニア,安定化ジルコニア等
からなるセンサ本体を板状に形成し、その両面に白金等
からなる電極を積層して、これを所定温度の炉内で焼く
ことにより作製される。そして、このように作製された
焼成後のセンサ素子においては、電極に酸素が結合し
て、その内部抵抗が大きくなっているため、そのままで
は使えない。そこで従来では、例えば、特開平3−15
6361号公報に開示されている如く、センサ素子の電
極間に交番電流を流す活性化処理によって、焼成後のセ
ンサ素子の内部抵抗を低下させている。
2. Description of the Related Art A sensor element used in a zirconia oxygen sensor has a sensor body made of partially stabilized zirconia, stabilized zirconia or the like formed in a plate shape, and electrodes made of platinum or the like are laminated on both sides of the body. Is produced by baking in a furnace at a predetermined temperature. In the sensor element after firing manufactured in this way, oxygen is bonded to the electrode, and the internal resistance of the sensor element becomes large. Therefore, it cannot be used as it is. Therefore, in the past, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-15
As disclosed in Japanese Patent No. 6361, the internal resistance of the sensor element after firing is reduced by the activation process of flowing an alternating current between the electrodes of the sensor element.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の活
性化処理は、ジルコニア酸素センサに、限界電流の1〜
5倍の交番電流を流し込んで、電極を構成する金属粒子
の表面を微細化させることにより、センサ素子の内部抵
抗を低下させるものであるため、センサ素子の内部抵抗
を低下させることはできるものの、活性化処理中にジル
コニアにブラックニングが発生して、センサ素子の耐久
性が低下するといった問題があった。
However, the above-mentioned conventional activation treatment is applied to the zirconia oxygen sensor in the range of 1 to 1 of the limiting current.
An internal current of the sensor element can be reduced because an internal current of the sensor element is reduced by pouring an alternating current of 5 times to make the surface of the metal particles forming the electrode finer. There was a problem that the zirconia was blackened during the activation treatment and the durability of the sensor element was lowered.

【0004】すなわち、まず、従来のように、限界電流
の1〜5倍の交番電流を流してセンサ素子に活性化処理
を施した場合、その活性化処理中に、ジルコニア−電極
界面での酸素濃度が極めて低くなるため、ジルコニア表
面にてZrO2 →Zr+O2の反応が起こり、その部分
の構造組織が破壊して黒色に脆化する、ブラックニング
が発生してしまう。
That is, first, when the sensor element is activated by applying an alternating current 1 to 5 times the limiting current as in the conventional case, oxygen at the zirconia-electrode interface is activated during the activation. Since the concentration becomes extremely low, a reaction of ZrO 2 → Zr + O 2 occurs on the surface of zirconia, the structural structure of that portion is broken, and blackening occurs, which causes black embrittlement.

【0005】また、このように活性化処理中にブラック
ニングが発生した場合、活性化処理後もブラックニング
を確認できれば、検査工程等でブラックニングの発生を
検出できるので問題ないが、従来では、交番電流を与え
ることに加えて、例えば処理電流が比較的小さく処理温
度が比較的高いというように、活性化処理の実行条件如
何によっては、活性化処理中に一旦ブラックニングが発
生したにもかかわらず大部分が消失されてしまい、活性
化処理後に実質的なブラックニングの発生を確認できな
いことがあり、このような場合には、そのまま正常なセ
ンサ素子として使用されることとなる。
Further, when the blackening occurs during the activation process as described above, if the blackening can be confirmed even after the activation process, the occurrence of the blackening can be detected in an inspection process or the like, but there is no problem. In addition to providing an alternating current, depending on the execution conditions of the activation process, for example, the process current is relatively small and the process temperature is relatively high, blackening may occur once during the activation process. However, most of them may be lost, and it may not be possible to confirm the occurrence of substantial blackening after the activation treatment. In such a case, the sensor element is used as it is as a normal sensor element.

【0006】ところが、一度ブラックニングが発生した
ジルコニアは、内部組織が劣化されてしまっているた
め、例えば、センサ活性化のために、使用中にも定期的
に活性化処理を行おうとすると、劣化が進行して耐久性
が低下し、その使用可能期間が著しく低下してしまうの
である。
However, since the internal structure of zirconia that has undergone blackening has been deteriorated, if activating treatment is periodically performed during use, for example, to activate the sensor, the zirconia deteriorates. As a result, the durability is reduced, and the usable period thereof is significantly reduced.

【0007】なお、活性化処理後にブラックニングの発
生を確認できなくなるのは、活性化処理後のみならず、
処理後の使用中にも、ブラックニングが生じたジルコニ
ア表面にて、周囲雰囲気中の酸素によりZr+O2 →Z
rO2 の反応が起こり、一旦黒色に脆化したジルコニア
表面が元の色(白色)に戻ってしまうことも起因すると
考えられる。
It is to be noted that it is not only after the activation treatment that the occurrence of blackening cannot be confirmed after the activation treatment,
Even during use after treatment, the surface of the zirconia that had undergone blackening was Zr + O 2 → Z due to oxygen in the ambient atmosphere.
It is also considered that the reaction of rO 2 occurs, and the surface of the zirconia that has once become brittle in black returns to the original color (white).

【0008】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、たとえ活性化処理中だけであっても、ジルコニア
にブラックニング等の物理的な構造変化を発生させるこ
となく、センサ素子を良好に活性化することのできるジ
ルコニア酸素センサの活性化処理方法を提供することを
目的としている。
The present invention has been made in view of these problems, and the sensor element can be satisfactorily activated without causing a physical structural change such as blackening in zirconia even during the activation treatment. An object of the present invention is to provide a method for activating a zirconia oxygen sensor that can be activated.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項1に記載の発明は、ジルコニアから
なる板状の酸素イオン伝導性固体電解質の両面に少なく
とも一対の多孔質電極を形成してなるセンサ素子を備え
たジルコニア酸素センサの活性化処理方法であって、温
度500℃〜800℃の条件下で、上記センサ素子の電
極−固体電解質界面での酸素分圧値が上記固体電解質が
ブラックニングを生じる限界酸素分圧値よりも大きい酸
素分圧値となる大きさの所定電圧を、上記電極間に交番
に印加することを特徴としている。
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 forms at least a pair of porous electrodes on both surfaces of a plate-like oxygen ion conductive solid electrolyte made of zirconia. A method for activating a zirconia oxygen sensor having a sensor element according to claim 1, wherein the oxygen partial pressure value at the electrode-solid electrolyte interface of the sensor element is the solid electrolyte under the condition of a temperature of 500 ° C. to 800 ° C. Is characterized in that a predetermined voltage having an oxygen partial pressure value larger than a limiting oxygen partial pressure value at which blackening occurs is alternately applied between the electrodes.

【0010】また、請求項2に記載の発明は、上記請求
項1に記載のジルコニア酸素センサの活性化処理方法に
おいて、上記活性化処理を行うセンサ素子と同じジルコ
ニアからなる板状の酸素イオン伝導性固体電解質の両面
に一対の多孔質電極を形成し、更に該一対の電極の一方
を外界雰囲気に対して略気密的に閉塞してなる測定用素
子を用いて、所定の雰囲気下で該測定用素子の一対の電
極間に上記閉塞側電極を陰極として直流電圧を充分な時
間印加することにより上記センサ素子の所定雰囲気下で
の限界起電力値を測定し、該測定した限界起電力値に基
づき、上記センサ素子の電極間に交番に印加する電圧値
を設定することを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to the first aspect, the plate-like oxygen ion conduction made of the same zirconia as the sensor element for performing the activation treatment is used. Of a pair of porous electrodes on both sides of a porous solid electrolyte, and a measurement element in which one of the pair of electrodes is closed in a substantially airtight manner with respect to the external atmosphere, and the measurement is performed in a predetermined atmosphere. The limit electromotive force value of the sensor element under a predetermined atmosphere is measured by applying a direct current voltage between the pair of electrodes of the working element as a cathode for a sufficient time, and the measured limit electromotive force value is set. Based on this, the voltage value applied alternately between the electrodes of the sensor element is set.

【0011】また次に、請求項3に記載の発明は、上記
請求項2に記載のジルコニア酸素センサの活性化処理方
法において、上記測定用素子を用いて測定した所定雰囲
気下での限界起電力値と、該測定時の周囲雰囲気の酸素
分圧値とから、上記陰極側電極における限界酸素分圧値
を算出し、該算出した限界酸素分圧値に基づき、上記セ
ンサ素子の電極間に交番に印加する電圧値を設定するこ
とを特徴としている。
Next, the invention according to claim 3 is the method for activating the zirconia oxygen sensor according to claim 2, wherein the limiting electromotive force under a predetermined atmosphere is measured by using the measuring element. Value and the oxygen partial pressure value of the ambient atmosphere at the time of the measurement, a limit oxygen partial pressure value at the cathode side electrode is calculated, and based on the calculated limit oxygen partial pressure value, alternating between the electrodes of the sensor element. It is characterized by setting the voltage value applied to.

【0012】また更に、請求項4に記載の発明は、上記
請求項3に記載のジルコニア酸素センサの活性化処理方
法において、上記活性化処理を行う際の上記センサ素子
の外界雰囲気が、大気又は空気過剰率λ>1の燃料混合
気を燃焼させて得られる酸素を含んだ燃焼ガス雰囲気で
あるとき、上記外界雰囲気又は外界雰囲気より酸素濃度
の低い雰囲気での熱力学的平衡状態下の酸素分圧値を算
出すると共に、該算出した酸素分圧値と上記算出した限
界酸素分圧値とに基づきネルンストの式を用いて限界起
電力値を算出し、該算出した限界起電力値に基づき、上
記センサ素子の電極間に交番に印加する電圧値を設定す
ることを特徴としている。
Furthermore, in the invention described in claim 4, in the activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to claim 3, the external atmosphere of the sensor element when performing the activation treatment is atmospheric air or When a combustion gas atmosphere containing oxygen obtained by burning a fuel mixture having an excess air ratio λ> 1, the oxygen content under the thermodynamic equilibrium state in the above-mentioned external atmosphere or an atmosphere having a lower oxygen concentration than the external atmosphere. Along with calculating the pressure value, calculate the limit electromotive force value using the Nernst equation based on the calculated oxygen partial pressure value and the calculated limiting oxygen partial pressure value, based on the calculated limit electromotive force value, It is characterized in that the voltage value applied alternately between the electrodes of the sensor element is set.

【0013】また、請求項5に記載の発明は、上記請求
項3に記載のジルコニア酸素センサの活性化処理方法に
おいて、上記活性化処理を行う際の上記センサ素子の外
界雰囲気が、空気過剰率λ≦1の燃料混合気を燃焼させ
て得られる酸素化合物を含んだ燃焼ガス雰囲気であると
き、上記外界雰囲気又は外界雰囲気より酸素化合物濃度
の低い雰囲気での熱力学的平衡状態下の酸素分圧値を算
出すると共に、該算出した酸素分圧値と上記算出した限
界酸素分圧値とに基づきネルンストの式を用いて限界起
電力値を算出し、該算出した限界起電力値に基づき、上
記センサ素子の電極間に交番に印加する電圧値を設定す
ることを特徴としている。
The invention according to claim 5 is the method for activating the zirconia oxygen sensor according to claim 3, wherein the ambient atmosphere of the sensor element when performing the activating process is an excess air ratio. In a combustion gas atmosphere containing an oxygen compound obtained by burning a fuel mixture having λ ≦ 1, the oxygen partial pressure under a thermodynamic equilibrium state in the external atmosphere or an atmosphere having a lower oxygen compound concentration than the external atmosphere. Along with calculating the value, the limiting electromotive force value is calculated using the Nernst equation based on the calculated oxygen partial pressure value and the calculated limiting oxygen partial pressure value, and based on the calculated limiting electromotive force value, It is characterized in that the voltage value applied alternately between the electrodes of the sensor element is set.

【0014】一方、請求項6に記載の発明は、上記請求
項1に記載のジルコニア酸素センサの活性化処理方法に
おいて、上記活性化処理を行う条件下で、予め作製した
測定用のセンサ素子に直流電圧を充分な時間印加して、
該センサ素子の電極−固体電解質界面での酸素分圧値が
上記固体電解質がブラックニングを生じる限界酸素分圧
値となる限界電圧値を求め、活性化処理の際に上記セン
サ素子の電極間に交番に印加する電圧値を該限界電圧値
より小さい値に設定することを特徴としている。
On the other hand, the invention according to claim 6 is the sensor element for measurement, which is produced in advance under the conditions for performing the activation treatment in the activation treatment method of the zirconia oxygen sensor according to claim 1. Apply DC voltage for sufficient time,
The electrode of the sensor element-a partial voltage value at which the oxygen partial pressure value at the solid electrolyte interface becomes a limit oxygen partial pressure value at which the solid electrolyte causes blackening, is obtained, and between the electrodes of the sensor element during the activation treatment. It is characterized in that the voltage value applied to the alternation is set to a value smaller than the limit voltage value.

【0015】また、請求項7に記載の発明は、上記請求
項1乃至請求項6いずれか記載のジルコニア酸素センサ
の活性化処理方法において、上記センサ素子の電極間に
交番に印加する電圧が0.4V以上であることを特徴と
している。また次に、請求項8に記載の発明は、上記請
求項1乃至請求項7いずれか記載のジルコニア酸素セン
サの活性化処理方法において、上記センサ素子の電極間
への上記所定電圧の印加周波数が0.5Hz以下である
ことを特徴としている。
According to a seventh aspect of the invention, in the activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to any one of the first to sixth aspects, the voltage applied alternately between the electrodes of the sensor element is 0. It is characterized in that it is 0.4 V or more. Next, the invention according to claim 8 is the activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the frequency of application of the predetermined voltage between the electrodes of the sensor element is It is characterized in that it is 0.5 Hz or less.

【0016】また更に、請求項9に記載の発明は、上記
請求項1乃至請求項8いずれか記載のジルコニア酸素セ
ンサの活性化処理方法において、上記活性化処理を、上
記ジルコニア酸素センサの作動中或は作動前後に、定期
的又は必要に応じて行なうことを特徴としている。
Further, the invention according to claim 9 is the activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the activation treatment is performed during operation of the zirconia oxygen sensor. Alternatively, it is characterized in that it is carried out regularly or as required before and after the operation.

【0017】[0017]

【作用及び発明の効果】まず、センサ素子の電極間に電
圧を印加した場合、センサ素子に電流が流れ、その電流
とは逆方向に、つまり電圧印加によって低電位となる電
極(陰極)側から高電位となる電極(正極)側へと、酸
素が移動する。
First, when a voltage is applied between the electrodes of the sensor element, a current flows in the sensor element and flows in the direction opposite to that of the current, that is, from the electrode (cathode) side which becomes a low potential by the voltage application. Oxygen moves to the side of the electrode (positive electrode) that has a high potential.

【0018】そして、センサ素子に流れる電流が大きく
なると、陰極側から酸素を取り込むことができなくなっ
て、その電極側のジルコニア−電極界面(以下、三相界
面という)の酸素分圧が著しく低下し、陰極側のジルコ
ニア表面において、ZrO2→Zr+O2 の反応が生
じ、ジルコニアにブラックニングが発生する。
When the current flowing through the sensor element becomes large, oxygen cannot be taken in from the cathode side, and the oxygen partial pressure at the zirconia-electrode interface (hereinafter referred to as the three-phase interface) on the electrode side significantly decreases. The reaction of ZrO 2 → Zr + O 2 occurs on the surface of the zirconia on the cathode side, and blackening occurs in the zirconia.

【0019】そこで、本発明の活性化処理方法では、セ
ンサ素子に交番に電流を流してセンサ素子の内部抵抗を
低下させるとともに、その通電中に、たとえ一時的であ
っても、三相界面の酸素分圧がジルコニアにブラックニ
ングが生じる限界酸素分圧以下になることのないように
される。
Therefore, in the activation treatment method of the present invention, an electric current is alternately applied to the sensor element to reduce the internal resistance of the sensor element, and during the energization of the sensor element, even if temporarily, the three-phase interface The oxygen partial pressure is controlled so as not to fall below the limit oxygen partial pressure at which blackening occurs in zirconia.

【0020】すなわち、請求項1に記載のジルコニア酸
素センサの活性化処理方法においては、温度500℃〜
800℃の条件下で、センサ素子の電極−固体電解質界
面での酸素分圧値が、固体電解質(つまりジルコニア)
がブラックニングを生じる限界酸素分圧値よりも大きい
酸素分圧値となる大きさの所定電圧を、センサ素子の電
極間に交番に印加することにより、活性化処理中にブラ
ックニングが発生するのを防止するようにしている。
That is, in the activation treatment method of the zirconia oxygen sensor according to claim 1, the temperature is from 500 ° C to
Under the condition of 800 ° C., the oxygen partial pressure value at the electrode-solid electrolyte interface of the sensor element is the solid electrolyte (that is, zirconia).
The blackening occurs during the activation process by alternately applying a predetermined voltage between the electrodes of the sensor element, the predetermined voltage having the oxygen partial pressure value larger than the limiting oxygen partial pressure value that causes blackening. I try to prevent it.

【0021】つまり、従来では、センサ素子に対して、
その電極表面を微細化する程の大電流(限界電流の1〜
5倍)を流すことによって、センサ素子の内部抵抗を低
下させていたため、その活性化処理中には、ジルコニア
に必ずブラックニングが発生することになるが、本発明
では、たとえ活性化処理中だけであっても、ジルコニア
にブラックニングが発生することのないように、センサ
素子に交番に印加する電圧値を上記のように制限して活
性化処理が行われるのである。
That is, in the prior art, for the sensor element,
A large current enough to miniaturize the electrode surface
(5 times), the internal resistance of the sensor element was lowered, so that blackening will always occur in the zirconia during the activation process. However, in the present invention, only during the activation process. However, in order to prevent blackening of zirconia, the activation process is performed by limiting the voltage value applied alternately to the sensor element as described above.

【0022】このため、本発明によれば、活性化処理中
に、たとえ活性化処理後に消滅してしまうような比較的
軽度なブラックニングであっても、発生させることはな
く、しかも活性化処理が行え、センサ素子の耐久性を向
上させることができる。なお、ジルコニアにブラックニ
ングが発生する限界酸素分圧は、センサ素子の構造,材
質,温度条件等によって異なり、一義的に求めることは
できないが、実験等から大凡の値は知ることができるた
め、その値から限界酸素分圧を想定すれば、処理電圧を
以下の通り設定することができる。
Therefore, according to the present invention, during the activation process, even a relatively slight blackening that disappears after the activation process is not generated, and the activation process is not performed. Therefore, the durability of the sensor element can be improved. The limiting oxygen partial pressure at which blackening occurs in zirconia cannot be uniquely determined because it varies depending on the structure, material, temperature conditions, etc. of the sensor element, but since approximate values can be known from experiments, etc., If the limiting oxygen partial pressure is assumed from the value, the processing voltage can be set as follows.

【0023】すなわち、センサ素子の電極間には、各電
極側の三相界面の酸素濃度に応じて、ネルンスト(Ner
nst )の式として周知の次式(1) で表わされる起電力E
MFが生じるため、 EMF=(RT/nF)×ln(PO1/PO2) …(1) 但し、R:ガス定数 T:絶対温度 n:酸素の価数
F:ファラデー定数 PO1,PO2:各電極側三相界面の酸素分圧 電極間への印加電圧をVp,センサ素子に流れる電流を
Ip,センサ素子の内部抵抗をRiとすると、印加電圧
Vpは、次式(2) のように表わすことができる。
That is, between the electrodes of the sensor element, according to the oxygen concentration at the three-phase interface on each electrode side, Nernst (Nerst)
nst), the electromotive force E expressed by the following equation (1), which is well known.
Since MF occurs, EMF = (RT / nF) × ln (PO1 / PO2) (1) where R: gas constant T: absolute temperature n: valence of oxygen
F: Faraday constant PO1, PO2: Vp is the voltage applied between the oxygen partial pressure electrodes at the three-phase interface on each electrode side, Ip is the current flowing through the sensor element, and Ri is the internal resistance of the sensor element. It can be expressed as the following equation (2).

【0024】 Vp=Ip×Ri+EMF …(2) 従って想定した限界酸素分圧値をPO2,活性化処理を行
う際の周囲雰囲気中の酸素分圧値をPO1,同じくセンサ
素子の温度を絶対温度Tとして、上記(1) 式を用いて、
ジルコニアにブラックニングが発生する限界起電力EM
Fを求め、印加電圧Vpが、次式(3) を満足するよう
に、処理電圧を設定すればよい。
Vp = Ip × Ri + EMF (2) Accordingly, the assumed limiting oxygen partial pressure value is P02, the oxygen partial pressure value in the ambient atmosphere during the activation process is P01, and the temperature of the sensor element is the absolute temperature T2. Using the above equation (1),
Limiting electromotive force EM that causes blackening in zirconia
The processing voltage may be set such that F is obtained and the applied voltage Vp satisfies the following expression (3).

【0025】 Vp<限界起電力EMF+Ip×Ri …(3) なお、本発明において、活性化処理の温度範囲を500
℃乃至800℃に設定しているのは、交番電圧の印加に
よる活性化処理の効果が得られるのがこの範囲内である
ためであり、この値は、後述の実験により定められてい
る。
Vp <limit electromotive force EMF + Ip × Ri (3) In the present invention, the activation treatment temperature range is 500.
The temperature is set to ℃ to 800 ℃ because it is within this range that the effect of the activation treatment by the application of the alternating voltage is obtained, and this value is determined by the experiment described later.

【0026】ところで、限界起電力EMFは、限界酸素
分圧値PO2を想定することなく、実験により、極めて正
確に測定することができる。すなわち、センサ素子の一
対の電極の内、一方の電極を閉塞して、その閉塞した電
極を陰極として、直流電圧を充分な時間順次印加するこ
とによって、ジルコニアがブラックニングに至る限界の
印加電圧Vpを測定すれば、その印加電圧Vpから限界
起電力EMFを簡単に知ることができる。つまり、一方
の電極を外界雰囲気と遮断した場合、ジルコニア素子が
ブラックニングしない限り、電流Ipは0に収束するた
め、印加電圧Vp=限界起電力EMFとなり、限界起電
力EMFを極めて正確に知ることができるのである。
By the way, the limit electromotive force EMF can be measured extremely accurately by experiments without assuming the limit oxygen partial pressure value P02. That is, one of the pair of electrodes of the sensor element is closed, and the closed electrode is used as a cathode to sequentially apply a DC voltage for a sufficient period of time, whereby the applied voltage Vp that is the limit of zirconia blackening. By measuring, the limiting electromotive force EMF can be easily known from the applied voltage Vp. That is, when one of the electrodes is cut off from the external atmosphere, the current Ip converges to 0 unless the zirconia element is blackened, so that the applied voltage Vp = the limit electromotive force EMF, and the limit electromotive force EMF can be known very accurately. Can be done.

【0027】そこで、請求項2に記載のジルコニア酸素
センサの活性化処理方法においては、こうした一方の電
極を閉塞した測定用のセンサ素子(測定用素子)を用い
て、上記限界起電力EMFを測定し、その測定した限界
起電力EMFに基づき、処理電圧を設定するようにして
いる。
Therefore, in the method for activating the zirconia oxygen sensor according to the second aspect, the limiting electromotive force EMF is measured by using the measuring sensor element (measuring element) in which one of the electrodes is closed. Then, the processing voltage is set based on the measured limit electromotive force EMF.

【0028】従って、請求項2に記載の発明によれば、
ジルコニアが実際にブラックニングに至る限界起電力E
MFから処理電圧を設定できるので、活性化処理を行う
に当たって、ブラックニングの発生をより正確に防止す
ることができる。また次に、このようにジルコニアがブ
ラックニングに至る限界起電力EMFを測定した場合、
その測定した限界起電力EMFは、限界起電力EMF測
定時の周囲雰囲気の酸素分圧と、活性化処理実行時の三
相界面の酸素分圧とがほぼ一致していれば、そのまま使
用できるが、三相界面の酸素分圧が変わってくれば、測
定した限界起電力EMFをそのまま使用することができ
ない。
Therefore, according to the invention described in claim 2,
Limiting electromotive force E at which zirconia actually causes blackening
Since the processing voltage can be set from the MF, it is possible to more accurately prevent the occurrence of blackening during the activation processing. Next, when the limiting electromotive force EMF at which zirconia reaches blackening is measured in this way,
The measured limiting electromotive force EMF can be used as it is if the oxygen partial pressure of the ambient atmosphere at the time of measuring the limiting electromotive force EMF and the oxygen partial pressure at the three-phase interface at the time of executing the activation process are substantially the same. If the oxygen partial pressure at the three-phase interface changes, the measured limiting electromotive force EMF cannot be used as it is.

【0029】しかし、この測定した限界起電力EMF
は、上記(1) 式のように記述でき、また測定時の周囲雰
囲気の既知酸素濃度から閉塞されていない正極側電極の
三相界面での酸素分圧PO1を知ることができるため、そ
の酸素分圧値PO1と、限界起電力EMFとを上記(1)式
に代入すれば、上記(1) 式からジルコニアにブラックニ
ングが発生する限界酸素分圧PO2を求めることができ
る。
However, this measured limit electromotive force EMF
Can be described as in the above equation (1), and the oxygen partial pressure PO1 at the three-phase interface of the positive electrode that is not blocked can be known from the known oxygen concentration in the ambient atmosphere at the time of measurement. By substituting the partial pressure value PO1 and the limiting electromotive force EMF into the above equation (1), the limiting oxygen partial pressure PO2 at which blackening occurs in zirconia can be obtained from the above equation (1).

【0030】そこで、請求項3に記載のジルコニア酸素
センサの活性化処理方法においては、上記のように測定
用素子を用いて測定した既知酸素分圧の雰囲気下での限
界起電力値と、その測定時の該酸素分圧値とから、陰極
側電極における限界酸素分圧値を算出し、この算出した
限界酸素分圧値に基づき、センサ素子の電極間に交番に
印加する処理電圧を設定するようにしている。
Therefore, in the activation treatment method of the zirconia oxygen sensor according to the third aspect, the limit electromotive force value in an atmosphere of known oxygen partial pressure measured using the measuring element as described above, and its From the oxygen partial pressure value at the time of measurement, a limit oxygen partial pressure value at the cathode side electrode is calculated, and based on the calculated limit oxygen partial pressure value, the processing voltage applied alternately between the electrodes of the sensor element is set. I am trying.

【0031】従って、請求項3に記載の発明によれば、
一方の電極を閉塞した測定用素子を用いて限界起電力E
MFを測定した場合に、その測定時の周囲雰囲気と実際
に活性化処理を行う周囲雰囲気とが異なる場合であって
も、活性化処理を行う処理電圧を、活性化処理中にブラ
ックニングが発生しない値に正確に設定することができ
る。
Therefore, according to the invention described in claim 3,
The limit electromotive force E is measured by using the measuring element with one electrode closed.
When MF is measured, even if the ambient atmosphere at the time of measurement and the ambient atmosphere at which the activation process is actually performed are different, the processing voltage at which the activation process is performed causes blackening during the activation process. It can be set exactly to a value that does not.

【0032】また、このように、限界起電力EMFの測
定値から限界酸素分圧値を求めた場合、上記(3) 式を満
足するように処理電圧を設定するには、限界酸素分圧値
から活性化処理を行う周囲雰囲気中での限界起電力EM
Fを求める必要がある。そこで、請求項4に記載のジル
コニア酸素センサの活性化処理方法においては、上記の
ように請求項3に記載の方法を実現するに当たって、活
性化処理を行う際のセンサ素子の外界雰囲気が、大気又
は空気過剰率λ>1の燃料混合気を燃焼させて得られる
酸素を含んだ燃焼ガス雰囲気(所謂リーン雰囲気)であ
るときには、外界雰囲気又は外界雰囲気より酸素濃度の
低い雰囲気での熱力学的平衡状態下の酸素分圧値を算出
し、この算出した酸素分圧値と、上記のように求めた限
界酸素分圧値とに基づき、上記(1) 式(つまりネルンス
トの式)を用いて、活性化処理を行うリーン雰囲気での
限界起電力を算出し、その算出した限界起電力値に基づ
き、センサ素子の電極間に交番に印加する電圧値を設定
するようにしている。
Further, in this way, when the limiting oxygen partial pressure value is obtained from the measured value of the limiting electromotive force EMF, the limiting oxygen partial pressure value is set in order to set the processing voltage so as to satisfy the above equation (3). Electromotive force EM in the ambient atmosphere for activation treatment from
It is necessary to ask for F. Therefore, in the activation treatment method of the zirconia oxygen sensor according to claim 4, in realizing the method according to claim 3 as described above, the ambient atmosphere of the sensor element when performing the activation treatment is atmospheric air. Alternatively, in a combustion gas atmosphere containing oxygen (so-called lean atmosphere) obtained by burning a fuel mixture having an excess air ratio λ> 1, a thermodynamic equilibrium in an external atmosphere or an atmosphere having a lower oxygen concentration than the external atmosphere. The oxygen partial pressure value under the condition is calculated, and based on the calculated oxygen partial pressure value and the limiting oxygen partial pressure value obtained as described above, using the formula (1) (that is, the Nernst's formula), The limit electromotive force in a lean atmosphere in which the activation process is performed is calculated, and the voltage value applied alternately between the electrodes of the sensor element is set based on the calculated limit electromotive force value.

【0033】また、請求項5に記載のジルコニア酸素セ
ンサの活性化処理方法においては、上記活性化処理を行
う際の上記センサ素子の外界雰囲気が、空気過剰率λ≦
1の燃料混合気を燃焼させて得られる酸素化合物を含ん
だ燃焼ガス雰囲気(リッチ雰囲気)であるときには、外
界雰囲気又は外界雰囲気より酸素化合物濃度の低い雰囲
気での熱力学的平衡状態下の酸素分圧値を算出し、その
算出した酸素分圧値と、上記のように求めた限界酸素分
圧値とに基づき、上記(1) 式(つまりネルンストの式)
を用いて、活性化処理を行うリッチ雰囲気での限界起電
力値を算出し、その算出した限界起電力値に基づき、セ
ンサ素子の電極間に交番に印加する電圧値を設定するよ
うにしている。
Further, in the activation treatment method of the zirconia oxygen sensor according to the fifth aspect, the ambient atmosphere of the sensor element at the time of performing the activation treatment has an excess air ratio λ≤.
In the combustion gas atmosphere (rich atmosphere) containing an oxygen compound obtained by burning the fuel mixture of No. 1, the oxygen content under the thermodynamic equilibrium state in the external atmosphere or an atmosphere having a lower oxygen compound concentration than the external atmosphere. The pressure value is calculated, and based on the calculated oxygen partial pressure value and the limiting oxygen partial pressure value obtained as described above, the above equation (1) (that is, the Nernst equation)
Is used to calculate the limit electromotive force value in a rich atmosphere in which the activation process is performed, and based on the calculated limit electromotive force value, the voltage value to be applied alternately between the electrodes of the sensor element is set. .

【0034】従って、請求項4及び請求項5に記載の発
明によれば、請求項3に記載の発明により求めたセンサ
素子の限界酸素分圧値を用いて、活性化処理を行う外界
雰囲気に対応した処理電圧を最適に設定することができ
るようになる。また次に、上記請求項2〜請求項5に記
載の発明では、ジルコニアがブラックニングに至る際の
限界起電力を測定用素子を用いて測定し、その測定値に
基づき処理電圧を設定するようにしているが、ジルコニ
アにブラックニングを発生させない処理電圧は、センサ
素子に直流電圧を印加することにより測定することもで
きる。
Therefore, according to the fourth and fifth aspects of the invention, the limiting oxygen partial pressure value of the sensor element obtained by the third aspect of the invention is used to create an ambient atmosphere for activation treatment. The corresponding processing voltage can be optimally set. Next, in the inventions described in claims 2 to 5, the limiting electromotive force when zirconia reaches blackening is measured using a measuring element, and the processing voltage is set based on the measured value. However, the processing voltage that does not cause blackening in zirconia can also be measured by applying a DC voltage to the sensor element.

【0035】つまり、活性化処理のためにセンサ素子に
交番電流を流した場合、各電極への印加電圧が周期的に
正・負に変化するため、活性化処理中にジルコニアにブ
ラックニングが生じていても、そのブラックニングが活
性化処理後も残る程度に促進されず、活性化処理後、活
性化処理中に発生したブラックニングが消滅してしまう
のであるが、活性化処理中にブラックニングを発生させ
ないためには、その処理電圧に、センサ素子に一方向に
充分な時間印加してもジルコニアにブラックニングが発
生しない電圧値を設定すればよい。そして、この電圧値
は、センサ素子に直流電圧を充分な時間印加して、ブラ
ックニングが発生する限界の電圧値を測定することによ
り、求めることができる。
That is, when an alternating current is passed through the sensor element for the activation process, the voltage applied to each electrode periodically changes between positive and negative, so that blackening occurs in the zirconia during the activation process. However, the blackening that occurs during the activation process disappears after the activation process, and the blackening that occurs during the activation process disappears after the activation process. In order to prevent the occurrence of blackening, a voltage value at which blackening does not occur in zirconia even if it is applied to the sensor element in one direction for a sufficient time may be set as the processing voltage. Then, this voltage value can be obtained by applying a DC voltage to the sensor element for a sufficient time and measuring the limit voltage value at which blackening occurs.

【0036】そこで、請求項6に記載のジルコニア酸素
センサの活性化処理方法においては、活性化処理を行う
条件下で、予め作製した測定用のセンサ素子に直流電圧
を印加することにより、センサ素子の電極−固体電解質
界面での酸素分圧値が、ジルコニアがブラックニングを
生じる限界酸素分圧値となる限界電圧値を求め、この限
界電圧値より小さい値を、活性化処理のためにセンサ素
子の電極間に交番に印加する処理電圧として設定するよ
うにしている。
Therefore, in the method for activating the zirconia oxygen sensor according to the sixth aspect, the sensor element is prepared by applying a DC voltage to the previously prepared sensor element for measurement under the condition of performing the activation processing. The oxygen-partial pressure value at the electrode-solid electrolyte interface of is determined as a limit voltage value that is the limit oxygen partial pressure value at which zirconia causes blackening, and a value smaller than this limit voltage value is used as a sensor element for activation treatment. The processing voltage is alternately applied between the electrodes.

【0037】従って、本発明においても、センサ素子に
ブラックニングを発生させることなく、内部抵抗低下の
ための活性化処理を行うことができ、ジルコニア酸素セ
ンサの耐久性を向上することができる。また次に、請求
項1〜請求項6に記載のように、センサ素子の電極間に
所定の電圧を交番に印加して、センサ素子の内部抵抗を
低下させる場合、処理電圧が低すぎると良好な処理効果
を得ることができないため、処理電圧は請求項7に記載
のように、0.4V以上に設定することが好ましい。
Therefore, also in the present invention, the activation treatment for lowering the internal resistance can be performed without causing blackening in the sensor element, and the durability of the zirconia oxygen sensor can be improved. Further, when the predetermined voltage is applied alternately between the electrodes of the sensor element to lower the internal resistance of the sensor element, it is preferable that the processing voltage is too low. It is preferable to set the processing voltage to 0.4 V or higher, as described in claim 7, because such a processing effect cannot be obtained.

【0038】またセンサ素子の電極間に交番に印加する
処理電圧の周期が短すぎると、処理電圧を印加してもセ
ンサ素子に実効的に電流が流れなくなり、良好な処理効
果を得ることができないため、センサ素子の電極間に交
番に印加する処理電圧の周期、換言すれば処理電圧の周
波数は、請求項8に記載のように、0.5Hz以下にす
ることが好ましい。
If the cycle of the processing voltage alternately applied between the electrodes of the sensor element is too short, no current effectively flows through the sensor element even if the processing voltage is applied, and a good processing effect cannot be obtained. Therefore, the cycle of the processing voltage alternately applied between the electrodes of the sensor element, in other words, the frequency of the processing voltage is preferably 0.5 Hz or less as described in claim 8.

【0039】なお、これら請求項7及び請求項8に記載
の処理電圧の下限値(0.4V),及び処理電圧の周波
数(0.5Hz)については、後述の実験により設定し
たものである。また次に、ジルコニア酸素センサは、セ
ンサ焼成直後には、電極に酸素が結合して、その内部抵
抗が大きくなっているため、従来では、ジルコニア酸素
センサの製造直後(すなわち、出荷前)に活性化処理を
行なうようにしていた。
The lower limit value (0.4 V) of the processing voltage and the frequency (0.5 Hz) of the processing voltage described in claims 7 and 8 are set by an experiment described later. Next, in the zirconia oxygen sensor, oxygen is bound to the electrode immediately after the sensor is fired, and the internal resistance of the zirconia increases. Therefore, conventionally, the zirconia oxygen sensor is activated immediately after manufacturing (that is, before shipment). I was trying to process it.

【0040】しかし、ジルコニア酸素センサは、長時間
使用することで、再び内部抵抗が上昇する傾向がある。
この傾向は、比較的低温で長時間にわたって、酸化雰囲
気に曝された電極側から酸素イオンを取り込む方向に電
圧を印加して使用することにより、特に顕著になる。こ
の原因は、ガス吸着或は分極化(歪)と考えられ、例え
ば、ジルコニア酸素センサを、内燃機関の空燃比を理論
空燃比等の所望空燃比に制御するための空燃比センサと
して使用した場合には、内部抵抗の上昇に伴い制御中心
がずれ、大きな問題となる。
However, when the zirconia oxygen sensor is used for a long time, the internal resistance tends to rise again.
This tendency becomes particularly remarkable when a voltage is applied in a direction in which oxygen ions are taken in from the electrode side exposed to the oxidizing atmosphere at a relatively low temperature for a long time and used. This cause is considered to be gas adsorption or polarization (distortion). For example, when the zirconia oxygen sensor is used as an air-fuel ratio sensor for controlling the air-fuel ratio of the internal combustion engine to a desired air-fuel ratio such as the theoretical air-fuel ratio. In this case, the control center shifts as the internal resistance increases, which is a serious problem.

【0041】そこで、請求項9に記載のジルコニア酸素
センサの活性化処理方法においては、活性化処理を、ジ
ルコニア酸素センサの製造直後に一回だけ行なうのでは
なく、ジルコニア酸素センサの作動中或は作動前後に、
定期的又は必要に応じて行なうようにしている。
Therefore, in the activation treatment method of the zirconia oxygen sensor according to the ninth aspect, the activation treatment is not performed only once immediately after the production of the zirconia oxygen sensor, but during the operation of the zirconia oxygen sensor. Before and after operation,
We do it regularly or as needed.

【0042】このため、請求項9に記載の発明によれ
ば、ジルコニア酸素センサの使用によって生じる特性劣
化を防止して、しかもセンサを常に活性化させることが
でき、ジルコニア酸素センサを使って空燃比制御等を行
なう場合の制御精度を向上することが可能となる。
Therefore, according to the invention described in claim 9, it is possible to prevent characteristic deterioration caused by the use of the zirconia oxygen sensor and to activate the sensor at all times. It is possible to improve the control accuracy when performing control and the like.

【0043】[0043]

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず図1は、ジルコニア酸素センサである2個のセ
ンサ素子(センサセル)を用いて、内燃機関の排気成分
から内燃機関に供給された燃料混合気の空燃比を検出す
る、空燃比センサの概略構成を表す断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a schematic configuration of an air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio of a fuel mixture supplied from an exhaust gas component of an internal combustion engine to an internal combustion engine by using two sensor elements (sensor cells) which are zirconia oxygen sensors. It is sectional drawing showing.

【0044】図1に示す如く、この空燃比センサは、板
状のヒータ板1と、スペーサ2と、ポンプセル3と、ス
ペーサ4と、起電力セル5と、遮蔽体板6とを積層する
ことにより構成されており、ヒータ板1には、ヒータ7
が埋設され、図示しない制御回路によりこのヒータ7を
通電することにより、センサ素子であるポンプセル3と
起電力セル5とを約800℃の温度に保持できるように
されている。なお、スペーサ2,4は、アルミナからな
る絶縁体である。
As shown in FIG. 1, in this air-fuel ratio sensor, a plate-shaped heater plate 1, a spacer 2, a pump cell 3, a spacer 4, an electromotive force cell 5, and a shield plate 6 are laminated. The heater plate 1 has a heater 7
By energizing the heater 7 by a control circuit (not shown), the pump cell 3 and the electromotive force cell 5, which are sensor elements, can be maintained at a temperature of about 800 ° C. The spacers 2 and 4 are insulators made of alumina.

【0045】ポンプセル3は、酸素イオン伝導性固体電
解質材料である安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコ
ニアにより形成され、その表面と裏面の夫々に、白金で
形成された多孔質電極11、12を備えている。そして
ポンプセル3の一方の多孔質電極11は、直接測定ガス
雰囲気に曝されるようにされている。
The pump cell 3 is formed of stabilized zirconia or partially stabilized zirconia which is an oxygen ion conductive solid electrolyte material, and is provided with porous electrodes 11 and 12 formed of platinum on the front surface and the back surface, respectively. There is. The one porous electrode 11 of the pump cell 3 is directly exposed to the measurement gas atmosphere.

【0046】また、起電力セル5は、ポンプセル3と同
様に、安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアによ
り形成されており、その表面と裏面の夫々に、白金で形
成された多孔質電極13、14を備えている。そして、
ポンプセル3と起電力セル5との間には、小孔又は小孔
に多孔質物質を充填することにより形成されたガス拡散
制限部16を介して測定ガス雰囲気と連通された拡散室
15が形成されている。
Like the pump cell 3, the electromotive force cell 5 is made of stabilized zirconia or partially stabilized zirconia, and the porous electrodes 13 and 14 made of platinum are formed on the front surface and the back surface, respectively. Is equipped with. And
A diffusion chamber 15 is formed between the pump cell 3 and the electromotive force cell 5 and is in communication with the measurement gas atmosphere through a small hole or a gas diffusion limiting portion 16 formed by filling the small hole with a porous material. Has been done.

【0047】また、起電力セル5の背面には、内部基準
酸素室17が形成され、その内部基準酸素室17は、小
孔又は多孔質物質を充填することにより形成された漏出
抵抗部18を介して拡散室15に連通されている。この
ように構成された空燃比センサは、図示しない制御回路
によって次のように駆動制御される。
An internal reference oxygen chamber 17 is formed on the back surface of the electromotive force cell 5, and the internal reference oxygen chamber 17 has a leakage resistance portion 18 formed by filling a small hole or a porous material. It is connected to the diffusion chamber 15 via the. The air-fuel ratio sensor thus configured is drive-controlled as follows by a control circuit (not shown).

【0048】すなわち、制御回路は、まず起電力セル5
に常時一定電流Icpを流して、拡散室15内の酸素を
内部基準酸素室17に汲み込むことにより、内部基準酸
素室17内の酸素分圧を所定値に制御しながら、起電力
セル5が発生する内部基準酸素室17と拡散室15との
酸素分圧の比に対応した起電力Vsを検出する。そし
て、この起電力Vsが常時一定となるように、つまり拡
散室15内の酸素分圧が一定となるように、ポンプセル
3に流す電流値Ipを双方向に制御して、拡散室15内
の酸素を測定ガス雰囲気中へ、或は測定ガス雰囲気中の
酸素を拡散室15内へと双方向に移動させ、この電流値
Ipから内燃機関に供給された燃料混合気の空燃比を検
出する。
That is, the control circuit first detects the electromotive force cell 5
By constantly flowing a constant current Icp to draw oxygen in the diffusion chamber 15 into the internal reference oxygen chamber 17, the electromotive force cell 5 controls the oxygen partial pressure in the internal reference oxygen chamber 17 to a predetermined value. The electromotive force Vs corresponding to the generated oxygen partial pressure ratio between the internal reference oxygen chamber 17 and the diffusion chamber 15 is detected. Then, the current value Ip flowing through the pump cell 3 is bidirectionally controlled so that the electromotive force Vs is always constant, that is, the oxygen partial pressure in the diffusion chamber 15 is constant, and the inside of the diffusion chamber 15 is controlled. Oxygen is moved into the measurement gas atmosphere, or oxygen in the measurement gas atmosphere is bidirectionally moved into the diffusion chamber 15, and the air-fuel ratio of the fuel mixture supplied to the internal combustion engine is detected from the current value Ip.

【0049】従って、このような空燃比センサの起電力
セル5においては、電極13から電極14側に常に酸素
イオンが移動するように、この電極13−14間に常に
電圧が印加されるため、長時間動作させると、電極14
に酸素が吸着することが原因と思われるが、起電力セル
5の内部抵抗が上昇してしまう。
Therefore, in the electromotive force cell 5 of such an air-fuel ratio sensor, a voltage is constantly applied between the electrodes 13 and 14 so that oxygen ions always move from the electrode 13 to the electrode 14 side. When operated for a long time, the electrode 14
It is thought that this is due to the adsorption of oxygen into the electromotive force, but the internal resistance of the electromotive force cell 5 increases.

【0050】また、空燃比センサを用いて内燃機関の空
燃比を長時間空気過剰率λ>1に制御する場合では、ポ
ンプセル3にも、長時間、拡散室15から測定ガス雰囲
気中へ酸素イオンが移動するように電圧が印加されるた
め、多分、電極11側に酸素が吸着することが原因と思
われるが、その内部抵抗が上昇してしまう。
When the air-fuel ratio of the internal combustion engine is controlled to the excess air ratio λ> 1 for a long time by using the air-fuel ratio sensor, the pump cell 3 is also supplied with oxygen ions from the diffusion chamber 15 into the measurement gas atmosphere for a long time. Since a voltage is applied to move oxygen, it is considered that oxygen is adsorbed on the electrode 11 side, but its internal resistance increases.

【0051】このため本実施例の空燃比センサにおいて
は、各センサセル3,5の焼成後は勿論のこと、内燃機
関の空燃比制御実行中又は空燃比制御の前・後にも、本
発明の活性化処理を行うことによって、各センサセル
3,5の上記特性劣化を有利に防止することができる。
Therefore, in the air-fuel ratio sensor of this embodiment, the activity of the present invention can be obtained not only after firing the sensor cells 3 and 5 but also during execution of air-fuel ratio control of the internal combustion engine or before and after air-fuel ratio control. By performing the conversion process, it is possible to advantageously prevent the characteristic deterioration of the sensor cells 3 and 5 described above.

【0052】以下、本実施例の空燃比センサの内部抵抗
を低下させるための活性化処理について説明する。ま
ず、活性化処理は、各センサセル3,5の電極間に交番
電圧を印加することにより実行されるが、この印加電圧
が大き過ぎると、活性化処理中に各センサセル3,5を
構成しているジルコニアにブラックニングが発生し、た
とえ活性化処理後、ブラックニングが生じた部分の再酸
化によって、ブラックニングが消滅したとしても、ブラ
ックニングが発生した部分は劣化してしまう。
The activation process for reducing the internal resistance of the air-fuel ratio sensor of this embodiment will be described below. First, the activation process is performed by applying an alternating voltage between the electrodes of each sensor cell 3, 5, but if this applied voltage is too large, each sensor cell 3, 5 is configured during the activation process. Blackening occurs in the zirconia present, and even if the blackening disappears after the activation treatment due to the reoxidation of the part where the blackening occurs, the part where the blackening occurs deteriorates.

【0053】そこで、こうした問題を解決するために、
本実施例では、活性化処理を行うに当たって各センサセ
ル3.5の電極間に印加する交番電圧を、次のように設
定した。まず、図2に示す如く、上記各センサセル3,
5と同材質,同製法による偏平なジルコニアZの表裏面
に、上記各センサセル3,5と同材質,同製法による多
孔質の白金電極,を形成すると共に、一方の白金電
極をカバーCで覆って外気とほぼ完全に遮断した測定
用セル30を作製した。
Therefore, in order to solve these problems,
In this example, the alternating voltage applied between the electrodes of each sensor cell 3.5 in performing the activation process was set as follows. First, as shown in FIG. 2, each sensor cell 3,
A porous zirconia Z made of the same material as the above-mentioned sensor cells 3 and 5 was formed on the front and back surfaces of a flat zirconia Z made of the same material as the No. 5 and the same production method, and one platinum electrode was covered with a cover C. A measurement cell 30 that was almost completely shielded from the outside air was produced.

【0054】そして、大気中,727℃(絶対温度10
00度)にて、白金電極を陰極として両白金電極−
間に直流電圧Vpを印加することによって、ジルコニ
アがブラックニングに至る限界電圧を測定した。なお、
直流電圧Vpの印加時間は、ジルコニアに発生したブラ
ックニングを確認するのに充分な3時間とした。
Then, in air, at 727 ° C. (absolute temperature 10
00 degree), both platinum electrodes using the platinum electrode as a cathode
By applying a DC voltage Vp in between, the limit voltage at which zirconia reaches blackening was measured. In addition,
The application time of the DC voltage Vp was set to 3 hours, which was sufficient to confirm the blackening generated in zirconia.

【0055】この結果、大気中,727℃で、上記測定
用セル30がブラックニングに至る限界電圧は、1.7
Vより大きく、2.0Vより小さいことが判った。とこ
ろで、印加電圧Vpは、前述の(2) 式の如く表わすこと
ができる。また電圧印加時の測定用セル30の起電力E
MFはネルンストの式(前述の(1) 式)により求めるこ
とができる。そして、上記のように限界電圧測定時の温
度条件が727℃(絶対温度1000度)の場合には、
ネルンストの式から、起電力EMFは次式(4) の如くな
る。
As a result, at the temperature of 727 ° C. in the atmosphere, the limit voltage at which the measuring cell 30 reaches the blackening is 1.7.
It was found to be larger than V and smaller than 2.0V. By the way, the applied voltage Vp can be expressed by the above-mentioned equation (2). Also, the electromotive force E of the measuring cell 30 when a voltage is applied
The MF can be obtained by the Nernst equation (equation (1) above). When the temperature condition at the time of measuring the limit voltage is 727 ° C. (absolute temperature 1000 ° C.) as described above,
From the Nernst equation, the electromotive force EMF is given by the following equation (4).

【0056】 EMF=50×log(PO1/PO2) …(4) また測定用セル30は、一方の白金電極がカバーCに
よって外気と完全に遮断されているため、ジルコニア
(ZrO2 )がブラックニングしない限り、電流Ipは
0に収束する。
EMF = 50 × log (PO1 / PO2) (4) Since one platinum electrode of the measuring cell 30 is completely shielded from the outside air by the cover C, zirconia (ZrO 2 ) is blackened. Unless otherwise, the current Ip converges to zero.

【0057】このため、上記(2)式と(4)式とから、印加
電圧Vpは、次式(5) の如くなる。 Vp[V]×1000=EMF[mV] =(RT/nF)×ln(PO1/PO2) =50×log(PO1/PO2) …(5) また大気中の酸素分圧は約0.2atmであるため、上
記限界電圧測定時の白金電極側三相界面の酸素分圧P
O1も約0.2atmとなる。
Therefore, from the above equations (2) and (4), the applied voltage Vp is given by the following equation (5). Vp [V] × 1000 = EMF [mV] = (RT / nF) × ln (PO1 / PO2) = 50 × log (PO1 / PO2) (5) The atmospheric oxygen partial pressure is about 0.2 atm. Therefore, the oxygen partial pressure P at the platinum electrode side three-phase interface at the time of measuring the above limit voltage is
O1 is also about 0.2 atm.

【0058】そこで、上記(5) 式において、PO1に0.
2atmを、Vpに電圧1.7Vを夫々代入し、白金電
極側三相界面の酸素分圧PO2を算出すると、この値
は、10-34.7 atmとなる。この結果、本実施例の空
燃比センサの各センサセル3,5においては、電圧印加
時に陰極となる電極側の三相界面の酸素分圧が、安全側
限界酸素分圧値として、10-34 atm以上であれば、
ブラックニングは起こらないことが判る。
Therefore, in the above equation (5), 0.
By substituting 2 atm into Vp with a voltage of 1.7 V and calculating the oxygen partial pressure PO2 at the platinum electrode side three-phase interface, this value becomes 10 -34.7 atm. As a result, in each of the sensor cells 3 and 5 of the air-fuel ratio sensor of the present embodiment, the oxygen partial pressure at the three-phase interface on the electrode side that becomes the cathode when a voltage is applied is 10 −34 atm as the safe side limit oxygen partial pressure value. If it is above,
It turns out that blackening does not occur.

【0059】また、上記測定結果から、各センサセル
3,5を大気中で活性化処理する場合には、各センサセ
ル3,5の起電力を1.7V以下に制限すれば、各セン
サセル3,5に生じるブラックニングを防止できること
が判る。従って、大気中で各センサセル3,5を活性化
処理する場合の処理電圧(交番電圧)は、上記(3) 式か
ら、Vp≦1.7+Ip×Ri[V]の条件を満足する
ように設定すればよく、本実施例では、大気中で各セン
サセル3,5の活性化処理を行うに当たって使用する処
理電圧を1.5Vに設定した。そして、この電圧を交番
に印加して活性化処理することができた。
From the above measurement results, when the sensor cells 3 and 5 are activated in the atmosphere, if the electromotive force of each sensor cell 3 and 5 is limited to 1.7 V or less, each sensor cell 3 and 5 is It can be seen that blackening that occurs in the can be prevented. Therefore, the processing voltage (alternating voltage) when activating the sensor cells 3 and 5 in the atmosphere is set so as to satisfy the condition of Vp ≦ 1.7 + Ip × Ri [V] from the equation (3). In the present embodiment, the processing voltage used for activating the sensor cells 3 and 5 in the atmosphere was set to 1.5V. Then, this voltage was applied alternately to perform activation treatment.

【0060】このように、内燃機関の排気系に装着され
た空燃比センサを、充分長い時間の停車後の始動前か、
燃料カットエンジンブレーキ時とかの大気又は大気相当
雰囲気中で活性化処理を行う場合の処理電圧は、上記測
定用セル30を用いた上記限界電圧の測定結果により設
定できるが、内燃機関の運転中に活性化処理を行おうと
すると、上記各センサセル3,5は、内燃機関の排気に
曝されているため、上記大気中での処理電圧をそのまま
使用することができない。
As described above, the air-fuel ratio sensor mounted on the exhaust system of the internal combustion engine may be operated after the vehicle has been stopped for a sufficiently long time before starting.
The processing voltage when the activation processing is performed in the atmosphere or the atmosphere equivalent to the time of fuel cut engine braking can be set by the measurement result of the limit voltage using the measurement cell 30. When the activation process is performed, since the sensor cells 3 and 5 are exposed to the exhaust gas of the internal combustion engine, the processing voltage in the atmosphere cannot be used as it is.

【0061】また、内燃機関の通常運転中の排気は、内
燃機関を空気過剰率λ>1の燃料混合気にて運転した際
に排出される酸素を含んだ状態(リーン雰囲気)から、
内燃機関を空気過剰率λ≦1の燃料混合気にて運転した
際に排出される酸素を殆ど含まない状態(リッチ雰囲
気)まで、内燃機関の運転状態に応じて大きく変化する
ため、内燃機関の運転中に活性化処理を行う場合には、
各センサセル3,5にブラックニングが最も発生し易い
リッチ雰囲気中で行なう場合であっても、各センサセル
3,5にブラックニングが発生しないように、処理電圧
を設定する必要がある。
Exhaust gas during normal operation of the internal combustion engine is changed from a state (lean atmosphere) containing oxygen exhausted when the internal combustion engine is operated with a fuel mixture having an excess air ratio λ> 1.
Since the internal combustion engine greatly changes in accordance with the operating state of the internal combustion engine up to a state (rich atmosphere) containing almost no oxygen discharged when operating the internal combustion engine with a fuel mixture having an excess air ratio λ ≦ 1, When performing activation processing during operation,
It is necessary to set the processing voltage so that blackening does not occur in each of the sensor cells 3 and 5 even when the blackening is most likely to occur in each of the sensor cells 3 and 5 even in the rich atmosphere.

【0062】そこで、本実施例では、内燃機関の排気系
に装着された空燃比センサを、内燃機関の運転中に活性
化処理する場合の処理電圧については、内燃機関の例え
ばアイドリング時,加速時,高負荷運転時等、燃料混合
気中の燃料割合が最も多くなる時の最小空気過剰率がλ
=0.8であると仮定して、各センサセル3,5にブラ
ックニングを発生させることなく活性化処理を実行でき
るように、以下のように設定した。
Therefore, in the present embodiment, the processing voltage for activating the air-fuel ratio sensor mounted on the exhaust system of the internal combustion engine during the operation of the internal combustion engine is as follows. , The minimum air excess ratio is λ when the fuel ratio in the fuel mixture is the largest, such as during high load operation.
= 0.8, the following settings were made so that the activation process can be executed without causing blackening in each sensor cell 3, 5.

【0063】まず、各センサセル3,5が酸素を殆ど含
まないリッチ雰囲気に曝されている状態で、電極間に直
流電圧を印加すると、陰極となる電極側の三相界面でリ
ッチ雰囲気中の酸素化合物が酸素の解離を起こし、各セ
ンサセル3,5に電流が流れる。
First, when a DC voltage is applied between the electrodes in a state where the sensor cells 3 and 5 are exposed to a rich atmosphere containing almost no oxygen, oxygen in the rich atmosphere is generated at the three-phase interface on the electrode side serving as the cathode. The compound causes dissociation of oxygen, and an electric current flows through each of the sensor cells 3 and 5.

【0064】すなわち、内燃機関の排気中には、H2
,CO2 等が含まれるので、排気中に酸素が殆ど含ま
れていない場合であっても、こうした排気中の酸素化合
物である、H2O ,CO2 が酸素の解離を起こし、各セ
ンサセル3,5に電流が流れるのである。
That is, H 2 O is contained in the exhaust gas of the internal combustion engine.
, CO 2 and the like are contained, even when oxygen is hardly contained in the exhaust gas, H 2 O and CO 2 which are oxygen compounds in the exhaust gas cause dissociation of oxygen and each sensor cell 3 , 5 flows.

【0065】次に、こうした酸素の解離は、H2O ,C
2 とも略同様であるので、H2Oの酸素の解離によっ
てセンサ素子に電流が流れる場合について考える。まず
2O の平衡定数は、絶対温度1000度において、 (PH2 ×PO2 1/2)/PH2O =8.73×10-11 またH2 の燃焼系をモデルにし、その燃焼系に供給され
る燃料混合気の空気過剰率λが内燃機関の場合の最小値
である0.8であるとすると、その燃料混合気の燃焼
は、 H2+0.4・O2 →0.8H2O +0.2H2 となる。このとき、H2Oから上記平衡定数に従い、P
2 の酸素が解離されるが、微少であるため、H2O,
2に対して無視すると、 (0.2×PO2 1/2)/0.8=8.73×10-11 となり、還元雰囲気に曝された電極側での酸素分圧P
O1は、 PO1=PO2=(3.49×10-112=1.2×10
-21 となる。
Next, such dissociation of oxygen is caused by H 2 O and C.
Since it is almost the same as that of O 2 , consider the case where a current flows through the sensor element due to the dissociation of oxygen from H 2 O. First, the equilibrium constant of H 2 O is (PH 2 × PO 2 1/2 ) / PH 2 O = 8.73 × 10 -11 at an absolute temperature of 1000 ° C. Also, the combustion system of H 2 is modeled, and the combustion system is Assuming that the excess air ratio λ of the fuel mixture supplied to the engine is 0.8, which is the minimum value in the case of an internal combustion engine, the combustion of the fuel mixture is H 2 + 0.4 · O 2 → 0.8H It becomes 2 O + 0.2H 2 . At this time, according to the above equilibrium constant from H 2 O, P
O 2 oxygen is dissociated, but since it is very small, H 2 O,
Neglecting H 2 results in (0.2 × PO 2 1/2 ) /0.8=8.73×10 -11 , which is the oxygen partial pressure P on the electrode side exposed to the reducing atmosphere.
O1 is PO1 = PO 2 = (3.49 × 10 -11 ) 2 = 1.2 × 10
-21 .

【0066】従って、空気過剰率λ=0.8の排気中
(リッチ雰囲気中)では、ブラックニングの発生限界と
なる限界電圧は、上記(5) 式から、 EMF=50log(10-20/10-34.7)=0.73
5 となり、各センサセル3,5を内燃機関の運転中に活性
化処理する場合には、各センサセル3,5の起電力を
0.7V以下に制限すれば、各センサセル3,5に生じ
るブラックニングを防止できることが判る。
Therefore, in the exhaust gas (rich atmosphere) with the excess air ratio λ = 0.8, the limit voltage that is the limit of blackening is EMF = 50 log (10 −20 / 10) from the above equation (5). -34.7 ) = 0.73
5 and when the sensor cells 3, 5 are activated during the operation of the internal combustion engine, if the electromotive force of each sensor cell 3, 5 is limited to 0.7 V or less, the blackening that occurs in each sensor cell 3, 5 It turns out that this can be prevented.

【0067】従って、大気中で各センサセル3,5を活
性化処理する場合の処理電圧(交番電圧)は、上記(3)
式から、Vp≦0.7+Ip×Ri[V]の条件を満足
するように設定すればよく、本実施例では、内燃機関の
排気系に設けられた空燃比センサを内燃機関の運転中に
活性化処理するに当たって使用する処理電圧を、0.9
Vに設定した。
Therefore, the processing voltage (alternating voltage) when activating the sensor cells 3 and 5 in the atmosphere is (3) above.
From the formula, it may be set so as to satisfy the condition of Vp ≦ 0.7 + Ip × Ri [V]. In the present embodiment, the air-fuel ratio sensor provided in the exhaust system of the internal combustion engine is activated during the operation of the internal combustion engine. The processing voltage used for the chemical treatment is 0.9
Set to V.

【0068】次に上記のように設定した処理電圧をセン
サセルに交番に印加して活性化処理した場合の効果、及
び活性化処理を行うに当たって好適な処理条件を、各種
実験により測定した。以下、この実験について説明す
る。まず、図1に示した2個の空燃比センサを内燃機関
の排気管に取付け、長時間動作させて、各空燃比センサ
の起電力セル5の内部抵抗を上昇させた後、大気中で活
性化処理を行った結果、図3(a),(b)に示す如
く、起電力セル5の内部抵抗を減少させることができ
た。
Next, various experiments were carried out to measure the effect of the activation treatment by alternately applying the treatment voltage set as described above to the sensor cell and the treatment conditions suitable for the activation treatment. Hereinafter, this experiment will be described. First, the two air-fuel ratio sensors shown in FIG. 1 are attached to the exhaust pipe of an internal combustion engine, operated for a long time to increase the internal resistance of the electromotive force cell 5 of each air-fuel ratio sensor, and then activated in the atmosphere. As a result of the chemical conversion treatment, the internal resistance of the electromotive force cell 5 could be reduced as shown in FIGS.

【0069】なお、図3(a),(b)において、実線
で示すA1,A2の波形は、処理電圧±1.5V,周波
数0.0083Hzの図4に示す如きパルス信号を、処
理温度650℃の条件下で、大気中で3サイクル6分間
連続して起電力セル5の電極13,14間に印加するこ
とにより、起電力セル5に活性化処理を施した後、ヒー
タ通電開始と同時に起電力セル5に27.5μAの定電
流を流し、起電力セル5の電圧Vs変化結果を測定した
結果を表しており、点線で示すB1,B2の波形は、活
性化処理を施す前に、ヒータ通電開始と同時に起電力セ
ル5に27.5μAの定電流を流し、起電力セル5の電
圧Vs変化結果を測定した結果を表している。
In FIGS. 3A and 3B, the waveforms A1 and A2 shown by the solid lines are the pulse voltage as shown in FIG. 4 at the processing voltage ± 1.5 V and the frequency 0.0083 Hz, and the processing temperature 650. Simultaneously with the start of energization of the heater after activation of the electromotive force cell 5 by applying the voltage between the electrodes 13 and 14 of the electromotive force cell 5 continuously in the atmosphere for 3 cycles under the condition of ° C. The result of measuring the voltage Vs change result of the electromotive force cell 5 by applying a constant current of 27.5 μA to the electromotive force cell 5 is shown, and the waveforms of B1 and B2 shown by the dotted lines are as follows: The result of measuring the voltage Vs change result of the electromotive force cell 5 by applying a constant current of 27.5 μA to the electromotive force cell 5 at the same time when the heater energization is started is shown.

【0070】そして、この測定結果から、活性化処理を
施した空燃比センサにおいては、ヒータ通電による温度
上昇と共にスムーズな抵抗の降下が見られ、抵抗の減少
の度合も早いのに対し、活性化処理を施す前の空燃比セ
ンサにおいては、ヒータ通電による温度上昇に従って内
部抵抗の下がるのが遅く、減少のピークが2つ見られ、
しかも試料によるばらつきがあることがわかる。
From the measurement results, in the activated air-fuel ratio sensor, a smooth decrease in resistance was observed along with a temperature rise due to energization of the heater. In the air-fuel ratio sensor before performing the treatment, the internal resistance slows down as the temperature rises due to the energization of the heater, and two reduction peaks are seen.
Moreover, it can be seen that there are variations depending on the sample.

【0071】また、この場合の活性化処理は、+1.5
Vと−1.5Vの時間の比が1:1のパルス信号を起電
力セル5に印加することにより行なったが、他の実験に
より、この時間の比は、必ずしも1:1に設定する必要
はなく、例えば3:10にしても、上記と同様の効果が
得られることがわかった。従って、本実施例のような空
燃比センサの起電力セル5の場合、例えば、拡散室15
内の酸素を内部基準酸素室17側に移動させる通電時間
を多くして、内部酸素基準室17内の酸素分圧を一定に
保持しながら、活性化処理を施すことも可能である。そ
して、このようにした場合には、空燃比制御実行中に定
期的に活性化処理を行なっても、活性化処理終了後は速
やかに空燃比を検出することができるようになり、活性
化処理実行のための空燃比制御の停止時間を短くでき
る。
The activation process in this case is +1.5.
It was performed by applying a pulse signal having a time ratio of V to -1.5 V of 1: 1 to the electromotive force cell 5. However, according to other experiments, the time ratio needs to be set to 1: 1. However, it has been found that the same effect as above can be obtained even with, for example, 3:10. Therefore, in the case of the electromotive force cell 5 of the air-fuel ratio sensor as in this embodiment, for example, the diffusion chamber 15
It is also possible to increase the energization time for moving the oxygen in the inside to the internal reference oxygen chamber 17 side and perform the activation treatment while keeping the oxygen partial pressure in the internal oxygen reference chamber 17 constant. Then, in this case, even if the activation process is regularly performed during the execution of the air-fuel ratio control, the air-fuel ratio can be promptly detected after the activation process is completed. The stop time of the air-fuel ratio control for execution can be shortened.

【0072】次に、こうした活性化処理の実行条件であ
る温度や処理電圧等の適正範囲を設定するために、厚さ
0.5mmの部分安定化ジルコニアのグリーンシートの
両面に白金電極をスクリーン印刷したものを、大気中で
1525℃で1時間の焼成を行なうことによって、図5
に示すような試料を多数作製し、各試料に種々の条件で
活性化処理を施し、その結果を調べた。以下、この結果
について説明する。なお、試料の電極部21の大きさは
2mm×4mmである。
Next, in order to set an appropriate range such as the temperature and the processing voltage which are the conditions for executing the activation treatment, platinum electrodes are screen-printed on both sides of the partially stabilized zirconia green sheet having a thickness of 0.5 mm. As shown in FIG.
A large number of samples as shown in Fig. 3 were prepared, each sample was subjected to activation treatment under various conditions, and the results were examined. The results will be described below. The size of the electrode part 21 of the sample is 2 mm × 4 mm.

【0073】まず、複数の試料を400℃から850℃
までの各種温度の炉中(大気中)に各々挿入し、各試料
の電極間に、処理電圧±1.5V,周波数0.0083
Hzのパルス信号を、3サイクル6分間印加することに
より活性化処理を行なった。そして、その後、処理温度
の異なる各試料の電極間に、800℃の大気中で1.5
V印加したときの電流値を測定して活性化の効果の程度
を求めた。
First, a plurality of samples are sampled from 400 ° C. to 850 ° C.
Up to a temperature of 0.0083 between the electrodes of each sample.
The activation processing was performed by applying a pulse signal of Hz for 3 cycles for 6 minutes. Then, after that, between the electrodes of the respective samples having different treatment temperatures, in the atmosphere of 800 ° C., 1.5
The current value when V was applied was measured to determine the degree of activation effect.

【0074】その結果、図6に示す如く、550℃から
750℃の活性化温度では、比較的大電流が流れ、55
0℃以下及び750℃以上の温度では、極端に電流値が
小さくなっており、その差は4〜6倍に達していること
がわかった。従って、活性化処理は、500℃から80
0℃の温度範囲内、好ましくは550℃から750℃の
温度範囲内で行なえばよいことがわかる。
As a result, as shown in FIG. 6, at the activation temperature of 550 ° C. to 750 ° C., a relatively large current flows and 55
It was found that the current value was extremely small at temperatures of 0 ° C. or lower and 750 ° C. or higher, and the difference reached 4 to 6 times. Therefore, the activation process is from 500 ℃ to 80
It is understood that the temperature may be within the temperature range of 0 ° C, preferably within the temperature range of 550 ° C to 750 ° C.

【0075】次に、650℃の炉中(大気中)に複数の
試料を挿入し、電極間に処理電圧を±0.1Vから±
2.0Vまでの異なる値に設定したパルス信号を印加
し、活性化処理を行なった。なお、この場合のパルス信
号の周波数は上記と同様0.0083Hzであり、また
活性化処理時間は3サイクル6分間である。その結果を
図7に示す。
Next, a plurality of samples were inserted into a furnace (atmosphere) at 650 ° C., and the treatment voltage was varied between ± 0.1 V and ± 0.1 V between the electrodes.
Pulse signals set to different values up to 2.0 V were applied to carry out activation processing. The frequency of the pulse signal in this case is 0.0083 Hz, as described above, and the activation processing time is 3 cycles and 6 minutes. The result is shown in FIG. 7.

【0076】図7において、縦軸は、3サイクル6分間
の活性化処理終了時の電流と最初の初期電流値との比,
つまり活性化処理による電流の増加率を示している。そ
して、この図7から明らかなように、処理電圧が0.6
V以上では、飽和電流値が初期電流値から大幅に増加し
ているのに対して、0.6未満では、初期電流値からあ
まり増加せず、0.4V未満ではその傾向が顕著であ
る。従って、良好な効果を得るには、処理電圧を、少な
くとも0.4V以上,好ましくは0.6V以上に設定す
ればよいことがわかる。
In FIG. 7, the vertical axis represents the ratio of the current at the end of the activation process for 6 minutes in 3 cycles to the initial initial current value,
That is, it shows the rate of increase in current due to activation processing. Then, as is clear from FIG. 7, the processing voltage is 0.6
Above V, the saturation current value greatly increases from the initial current value, whereas below 0.6, the saturation current value does not increase much from the initial current value, and below 0.4 V, this tendency is remarkable. Therefore, it is understood that the processing voltage should be set to at least 0.4 V or higher, preferably 0.6 V or higher in order to obtain a favorable effect.

【0077】次に、650℃の炉中(大気中)に複数の
試料を挿入し、電極間に、周波数が0.0083Hzか
ら10Hzまでのパルス信号を印加することにより、活
性化処理を行なった。なお、この場合の処理電圧は±
1.5Vであり、活性化時間は6分間である。その結果
を図8に示す。
Next, a plurality of samples were inserted into a furnace (atmosphere) at 650 ° C., and a pulse signal with a frequency of 0.0083 Hz to 10 Hz was applied between the electrodes to perform activation treatment. . The processing voltage in this case is ±
It is 1.5 V and the activation time is 6 minutes. The result is shown in FIG.

【0078】図8において、縦軸は、図7と同様、6分
間の活性化処理終了時の電流と最初の初期電流値との
比,つまり活性化処理による電流の増加率を示してい
る。そして、この図8から明かなように、処理電圧の周
波数が0.5Hz以下の領域で効果が表れ、特に0.2
Hz以下の領域で大きな効果が得られることがわかる。
従って、処理電圧の周波数としては、0.5Hz以下、
好ましくは0.2Hz以下に設定すればよいことがわか
る。
In FIG. 8, the vertical axis represents the ratio of the current at the end of the activation process for 6 minutes to the initial initial current value, that is, the rate of increase in the current due to the activation process, as in FIG. Then, as is apparent from FIG. 8, the effect is exhibited in the region where the frequency of the processing voltage is 0.5 Hz or less, particularly 0.2
It can be seen that a large effect can be obtained in the region below Hz.
Therefore, the frequency of the processing voltage is 0.5 Hz or less,
It can be seen that the frequency is preferably set to 0.2 Hz or less.

【0079】次に、650℃の炉中(大気中)に複数の
試料を挿入し、処理電圧が±1.5Vで、周波数が0.
008Hz,0.016Hz,0.05Hz,0.5H
zと異なる4種のパルス信号を印加すると共に、図3に
示す如く処理電圧の立ち上がりから次の立ち上がりまで
を1サイクルとする印加サイクルを、1サイクル,2サ
イクル,3サイクル,…と変化させることにより、この
印加サイクル(つまり活性化処理時間)と活性化処理に
よる効果との関係を調べた。その結果を図9に示す。
Next, a plurality of samples were inserted into a furnace (atmosphere) at 650 ° C., the processing voltage was ± 1.5 V, and the frequency was 0.
008Hz, 0.016Hz, 0.05Hz, 0.5H
Applying four kinds of pulse signals different from z and changing the application cycle in which one cycle is from the rising of the processing voltage to the next rising as shown in FIG. 3, 1 cycle, 2 cycles, 3 cycles, ... Thus, the relationship between this application cycle (that is, the activation treatment time) and the effect of the activation treatment was investigated. The result is shown in FIG.

【0080】図9において、縦軸は、図7,図8と同
様、6分間の活性化処理終了時の電流と最初の初期電流
値との比,つまり活性化処理による電流の増加率を示し
ている。そして、この図9から明かなように、いずれの
周波数においても、処理電圧を1サイクル分以上印加す
れば活性化処理による効果が得られ、3サイクル以上の
領域では活性化処理の効果は略安定することがわかる。
従って、活性化処理の実行時間としては、処理電圧の1
サイクル分,好ましくは3サイクル分の時間を設定すれ
ばよいことがわかる。
In FIG. 9, the vertical axis represents the ratio of the current at the end of the activation process for 6 minutes to the initial initial current value, that is, the rate of increase in the current due to the activation process, as in FIGS. ing. As is clear from FIG. 9, the effect of the activation treatment is obtained by applying the treatment voltage for one cycle or more at any frequency, and the effect of the activation treatment is substantially stable in the region of three cycles or more. I understand that
Therefore, the execution time of the activation processing is 1 of the processing voltage.
It can be seen that it is sufficient to set the time for one cycle, preferably three cycles.

【0081】次に、活性化処理を施した試料と未処理の
試料とのインピーダンスを周知の複素インピーダンス測
定法にて測定したコールコールプロット図を図10〜図
13に示す。なお、図10は未処理の試料を650℃
で、図11は活性化処理後の試料を650℃で、図12
は未処理の試料を800℃で、図13は活性化処理後の
試料を800℃で、各々測定したコールコールプロット
図である。
Next, FIGS. 10 to 13 show Cole-Cole plot diagrams in which the impedances of the activated sample and the untreated sample are measured by the well-known complex impedance measuring method. Note that FIG. 10 shows the untreated sample at 650 ° C.
FIG. 11 shows the sample after the activation treatment at 650 ° C.
Is a Cole-Cole plot diagram in which the untreated sample was measured at 800 ° C., and the sample after the activation treatment was measured at 800 ° C., respectively.

【0082】また、この測定に当たって、試料の活性化
処理は、650℃の炉中(大気中)に試料の電極部21
を挿入し、その電極間に、電圧±1.5V、周波数0.
008Hzのパルス信号(処理電圧)を、6分間印加す
ることにより行なった。また、複素インピーダンス測定
法の実行条件は、温度以外は共通であり、上限周波数6
5kHz、下限周波数0.1Hz、電圧波高値100m
Vである。
Further, in this measurement, the sample activation treatment was carried out in a furnace (atmosphere) at 650 ° C.
, A voltage of ± 1.5 V and a frequency of 0.
It was performed by applying a pulse signal (processing voltage) of 008 Hz for 6 minutes. The conditions for executing the complex impedance measurement method are the same except for the temperature, and the upper limit frequency is 6
5 kHz, lower limit frequency 0.1 Hz, voltage peak value 100 m
V.

【0083】測定条件650℃での測定結果(図10,
図11)を比較すると、未処理の試料では低周波の抵抗
値はスケールアウトしてしまっており、内部抵抗は数k
Ωであると推定される。これに対して、活性化処理後の
試料では、低周波の抵抗値(図中A点)は430Ω程度
であり、高周波の抵抗値(図中B点)140Ωを差し引
くと、290Ω程度が白金電極と固体電解質界面との抵
抗値と推定される。
Measurement conditions Measurement results at 650 ° C. (FIG. 10,
Comparing Fig. 11), the low-frequency resistance value is scaled out in the untreated sample, and the internal resistance is several k.
It is estimated to be Ω. On the other hand, in the sample after the activation treatment, the low-frequency resistance value (point A in the figure) is about 430Ω, and when the high-frequency resistance value (point B in the figure) of 140Ω is subtracted, about 290Ω is the platinum electrode. Is estimated to be the resistance value between the solid electrolyte interface and the solid electrolyte interface.

【0084】また測定条件800℃での測定結果(図1
2,図13)を比較すると、未処理の試料では、低周波
の抵抗値(図中A点)0は170Ω程度、高周波の抵抗
値(図中B点)は40Ω程度であるから、略130Ωが
白金電極と固体電解質界面との抵抗値と推定される。こ
れに対して、活性化処理後の試料では、低周波の抵抗値
は65Ω程度であり、高周波の抵抗値40Ωを差し引く
と、25Ω程度が白金電極と固体電解質界面との抵抗値
と推定される。
Further, the measurement result at the measurement condition of 800 ° C. (see FIG. 1)
2 and FIG. 13), in the untreated sample, the low frequency resistance value (point A in the figure) 0 is about 170 Ω, and the high frequency resistance value (point B in the figure) is about 40 Ω. Is estimated to be the resistance value between the platinum electrode and the solid electrolyte interface. On the other hand, in the sample after the activation treatment, the low-frequency resistance value is about 65Ω, and when the high-frequency resistance value of 40Ω is subtracted, about 25Ω is estimated to be the resistance value between the platinum electrode and the solid electrolyte interface. .

【0085】つまり、いずれの温度においても、白金電
極と固体電解質界面との抵抗成分が活性化処理により極
端に小さくなっており、上記活性化処理により、センサ
素子の内部抵抗を低減できることがわかる。以上、図5
に示した試料を大気中で活性化処理することにより、大
気中にて活性化処理を行うに当たっては、温度範囲を、
500℃〜800℃,好ましくは550℃〜750℃と
し、処理電圧の下限値を0.4V,好ましくは0.6V
とし、処理電圧の周波数を0.5Hz以下,好ましくは
0.2Hz以下とし、処理電圧の印加サイクルを、1サ
イクル以上,好ましくは3サイクル以上にすればよいこ
とが判った。なお、処理電圧の周波数は0.5Hz以下
であればよいが、その周期を余り長くすると活性化処理
の効果が低下する傾向があるので、処理電圧の周波数
は、上記実験の最小値である0.0083Hz以上にす
ることが好ましい。
That is, at any temperature, the resistance component between the platinum electrode and the solid electrolyte interface is extremely reduced by the activation treatment, and it can be seen that the activation treatment can reduce the internal resistance of the sensor element. Above, FIG.
When the activation treatment is performed in the atmosphere by subjecting the sample shown in 1 above to the activation treatment in the air, the temperature range is
500 ° C. to 800 ° C., preferably 550 ° C. to 750 ° C., and the lower limit value of the processing voltage is 0.4 V, preferably 0.6 V
It was found that the frequency of the processing voltage should be 0.5 Hz or less, preferably 0.2 Hz or less, and the application cycle of the processing voltage should be 1 cycle or more, preferably 3 cycles or more. The frequency of the processing voltage may be 0.5 Hz or less, but if the period is too long, the effect of the activation treatment tends to decrease, so the frequency of the processing voltage is 0, which is the minimum value in the above experiment. It is preferably set to 0.0083 Hz or more.

【0086】次に、上記実験は、図5に示した両電極が
開放された試料を用いて大気中で行ったが、図1に示し
た空燃比センサにおいては、各センサセル3,5の一方
の電極が外界雰囲気との間で拡散制限された拡散室15
に面して設けられており、また内燃機関の排気管への装
着後、内燃機関の運転中にも実行される。
Next, the above experiment was carried out in the atmosphere using the sample shown in FIG. 5 in which both electrodes were opened. In the air-fuel ratio sensor shown in FIG. 1, one of the sensor cells 3 and 5 was used. Diffusion chamber 15 whose electrodes are diffusion limited to the outside atmosphere
And is also performed while the internal combustion engine is in operation after being installed in the exhaust pipe of the internal combustion engine.

【0087】そこで、図1に示した空燃比センサにおい
て、大気中、及び内燃機関のリッチ運転排気相当雰囲気
でも活性化処理の効果が得られるのを確認するために、
以下の実験を行った。まず、大気中で、処理電圧±1.
5V,周波数0.0083Hzの交番電圧を、各センサ
セル3,5に6分間印加すると共に、ヒータ7の通電制
御によってポンプセル3の温度を順次変更することによ
り、大気中での処理温度と活性化処理の効果との関係を
測定した。また、空燃比12.0の燃料混合気にて内燃
機関を運転した際の排気相当雰囲気(C38+N2+C
O+CO2+H2+H2O)で、処理電圧±0.9V,周
波数0.0083Hzの交番電圧を、各センサセル3,
5に6分間印加すると共に、ヒータ7の通電制御によっ
てポンプセル3の温度を順次変更することにより、リッ
チ雰囲気中での処理温度と活性化処理の効果との関係を
測定した。この測定結果を、[表1]に示す。なお、こ
の測定結果はポンプセル3における値である。
Therefore, in the air-fuel ratio sensor shown in FIG. 1, in order to confirm that the effect of the activation process can be obtained in the atmosphere and the atmosphere equivalent to the rich operation exhaust gas of the internal combustion engine,
The following experiment was conducted. First, the processing voltage ± 1.
By applying an alternating voltage of 5 V and a frequency of 0.0083 Hz to each sensor cell 3 and 5 for 6 minutes, and sequentially changing the temperature of the pump cell 3 by controlling the energization of the heater 7, the processing temperature in the atmosphere and the activation processing are performed. The relationship with the effect of was measured. In addition, the atmosphere equivalent to the exhaust gas (C 3 H 8 + N 2 + C when the internal combustion engine is operated with the air-fuel ratio of 12.0)
O + CO 2 + H 2 + H 2 O), an alternating voltage with a processing voltage of ± 0.9 V and a frequency of 0.0083 Hz is applied to each sensor cell 3,
5 was applied for 6 minutes, and the temperature of the pump cell 3 was sequentially changed by controlling the energization of the heater 7 to measure the relationship between the treatment temperature in the rich atmosphere and the effect of the activation treatment. The measurement results are shown in [Table 1]. The measurement result is the value in the pump cell 3.

【0088】[0088]

【表1】 [Table 1]

【0089】次に、各センサセル3,5の温度を700
℃、処理電圧の周波数,印加時間は上記実験と同様にし
て、処理電圧を順次変更することにより、大気中及び上
記排気相当雰囲気中での処理電圧と活性化処理の効果と
の関係を夫々測定した。この測定結果を、[表2]に示
す。なお、この測定結果は[表1]と同様、ポンプセル
3における値である。
Next, the temperature of each sensor cell 3 and 5 is set to 700.
The temperature, the frequency of the treatment voltage, and the application time were the same as in the above experiment, and the treatment voltage was sequentially changed to measure the relationship between the treatment voltage in the atmosphere and the atmosphere equivalent to the exhaust gas and the effect of the activation treatment. did. The measurement results are shown in [Table 2]. In addition, this measurement result is a value in the pump cell 3 similarly to [Table 1].

【0090】[0090]

【表2】 [Table 2]

【0091】上記[表1],[表2]から明らかなよう
に、上記実験の結果、 (1) リッチ雰囲気中での活性化処理では、センサセ
ル3,5の内部抵抗を低下させる所期の効果は得られる
ものの、大気中での活性化処理に比べて、ポンプセル3
の内部抵抗の変化率が小さく、活性化処理の効果は小さ
い。
As is clear from [Table 1] and [Table 2], as a result of the above experiment, (1) In the activation treatment in the rich atmosphere, it is expected that the internal resistance of the sensor cells 3 and 5 is lowered. Although the effect is obtained, compared to the activation treatment in the atmosphere, the pump cell 3
The change rate of the internal resistance is small and the effect of the activation treatment is small.

【0092】(2) 大気中では、図5に示した試料に
よる測定結果と略同様の温度範囲で活性化処理による効
果が得られるのに対し、リッチ雰囲気中では良好な効果
が得られる処理温度範囲が狭くなる。ことが判った。
(2) In the atmosphere, the effect of the activation treatment can be obtained in a temperature range substantially similar to the measurement result of the sample shown in FIG. 5, whereas in the rich atmosphere, the treatment temperature at which a good effect is obtained can be obtained. The range becomes narrow. I knew that.

【0093】以上、本発明の一実施例として、ジルコニ
アが大気中でブラックニングに至る際の限界起電力を測
定用素子30を用いて測定し、その測定値に基づき、大
気中で活性化処理を行う際の処理電圧を設定し、更に、
その大気中での限界起電力に基づき限界酸素濃度を求
め、リッチ雰囲気中での限界起電力を算出し、この算出
結果に基づき内燃機関の運転中に活性化処理を行う際の
処理電圧を設定することにより、大気中でもまた内燃機
関の運転中でも、各センサセル3,5にブラックニング
を発生させることなく、各センサセル3,5の内部抵抗
を低下させることのできる、空燃比センサの活性化処理
方法について説明したが、上記処理電圧は、必ずしも測
定用素子30を用いて設定する必要はなく、例えば図5
に示した試料を用いて、活性化処理を行う場合と同じ雰
囲気中で、試料の両端電極に所定の直流電圧を、例えば
3時間印加することにより、ジルコニアにブラックニン
グが発生しない限界の電圧を測定し、その測定した電圧
値以下の電圧を処理電圧として設定するようにしても、
各センサセル3,5にブラックニングを発生させること
なく、活性化処理を実行できる。
As described above, as one embodiment of the present invention, the limiting electromotive force when zirconia reaches blackening in the atmosphere is measured using the measuring element 30, and the activation treatment is performed in the atmosphere based on the measured value. Set the processing voltage when performing
Calculate the limiting oxygen concentration based on the limiting electromotive force in the atmosphere, calculate the limiting electromotive force in a rich atmosphere, and set the processing voltage when performing the activation process during operation of the internal combustion engine based on this calculation result. By doing so, it is possible to reduce the internal resistance of each sensor cell 3, 5 without causing blackening in each sensor cell 3, 5 even in the atmosphere and the operation of the internal combustion engine. However, it is not always necessary to set the processing voltage by using the measuring element 30, and for example, FIG.
By applying a predetermined DC voltage to both electrodes of the sample, for example, for 3 hours in the same atmosphere as in the case where the activation treatment is performed using the sample shown in FIG. Even if you measure and set a voltage below the measured voltage value as the processing voltage,
The activation process can be executed without causing blackening in each sensor cell 3, 5.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例の空燃比センサの概略構成を表す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of an air-fuel ratio sensor of an embodiment.

【図2】ブラックニングの発生限界となる限界起電力を
求めるために使用される測定用素子の概略構成を表わす
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a measuring element used to determine a limit electromotive force that is a limit of occurrence of blackening.

【図3】図1の空燃比センサに本発明の活性化処理を施
した際の効果の一例を表す線図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an effect obtained when the activation process of the present invention is applied to the air-fuel ratio sensor of FIG.

【図4】図1の空燃比センサに活性化処理を施した際の
処理電圧波形を表す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a processed voltage waveform when the activation process is performed on the air-fuel ratio sensor of FIG. 1.

【図5】活性化処理の実行条件の適正範囲を設定する実
験に使用した試料を表す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a sample used in an experiment for setting an appropriate range of execution conditions for activation processing.

【図6】活性化処理温度の適正範囲を設定するための測
定結果を表す線図である。
FIG. 6 is a diagram showing a measurement result for setting an appropriate range of activation processing temperature.

【図7】処理電圧の適正範囲を設定するための測定結果
を表す線図である。
FIG. 7 is a diagram showing a measurement result for setting an appropriate range of a processing voltage.

【図8】処理電圧の周波数の適正範囲を設定するための
測定結果を表す線図である。
FIG. 8 is a diagram showing a measurement result for setting an appropriate range of a frequency of a processing voltage.

【図9】活性化処理時間の適正範囲を設定するための測
定結果を表す線図である。
FIG. 9 is a diagram showing a measurement result for setting an appropriate range of activation processing time.

【図10】活性化未処理の試料の650℃でのコールコ
ールプロット図である。
FIG. 10 is a Cole-Cole plot diagram at 650 ° C. of an untreated sample.

【図11】活性化処理後の試料の650℃でのコールコ
ールプロット図である。
FIG. 11 is a Cole-Cole plot diagram at 650 ° C. of the sample after the activation treatment.

【図12】活性化未処理の試料の800℃でのコールコ
ールプロット図である。
FIG. 12 is a Cole-Cole plot diagram at 800 ° C. of an untreated sample.

【図13】活性化処理後の試料の800℃でのコールコ
ールプロット図である。
FIG. 13 is a Cole-Cole plot diagram at 800 ° C. of the sample after the activation treatment.

【符号の説明】 1…ヒータ板 2…スペーサ 3…ポンプセル
4…スペーサ 5…起電力セル 6…遮蔽体板 11,12,1
3,14…電極 15…拡散室 16…ガス拡散制限部 17…内部
基準酸素室 18…漏出抵抗部 30…測定用セル
[Explanation of Codes] 1 ... Heater plate 2 ... Spacer 3 ... Pump cell
4 ... Spacer 5 ... Electromotive force cell 6 ... Shield plate 11, 12, 1
3, 14 ... Electrode 15 ... Diffusion chamber 16 ... Gas diffusion limiting part 17 ... Internal reference oxygen chamber 18 ... Leakage resistance part 30 ... Measuring cell

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−156361(JP,A) 特開 平5−18938(JP,A) 特開 昭55−39096(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/419 G01N 27/41 G01N 27/409 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-3-156361 (JP, A) JP-A-5-18938 (JP, A) JP-A-55-39096 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/419 G01N 27/41 G01N 27/409

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ジルコニアからなる板状の酸素イオン伝
導性固体電解質の両面に少なくとも一対の多孔質電極を
形成してなるセンサ素子を備えたジルコニア酸素センサ
の活性化処理方法であって、 温度500℃〜800℃の条件下で、上記センサ素子の
電極−固体電解質界面での酸素分圧値が上記固体電解質
がブラックニングを生じる限界酸素分圧値よりも大きい
酸素分圧値となる大きさの所定電圧を、上記電極間に交
番に印加することを特徴とするジルコニア酸素センサの
活性化処理方法。
1. A method for activating a zirconia oxygen sensor, comprising a sensor element having at least a pair of porous electrodes formed on both surfaces of a plate-shaped oxygen ion conductive solid electrolyte made of zirconia, wherein a temperature of 500 The oxygen partial pressure value at the electrode-solid electrolyte interface of the sensor element is larger than the critical oxygen partial pressure value at which the solid electrolyte causes blackening under the condition of ℃ to 800 ℃. A method for activating a zirconia oxygen sensor, characterized in that a predetermined voltage is applied alternately between the electrodes.
【請求項2】 請求項1に記載のジルコニア酸素センサ
の活性化処理方法において、 上記活性化処理を行うセンサ素子と同じジルコニアから
なる板状の酸素イオン伝導性固体電解質の両面に一対の
多孔質電極を形成し、更に該一対の電極の一方を外界雰
囲気に対して略気密的に閉塞してなる測定用素子を用い
て、所定の雰囲気下で該測定用素子の一対の電極間に上
記閉塞側電極を陰極として直流電圧を充分な時間印加す
ることにより上記センサ素子の所定雰囲気下での限界起
電力値を測定し、該測定した限界起電力値に基づき、上
記センサ素子の電極間に交番に印加する電圧値を設定す
ることを特徴とするジルコニア酸素センサの活性化処理
方法。
2. The activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to claim 1, wherein a pair of porous bodies is provided on both sides of a plate-like oxygen ion conductive solid electrolyte made of the same zirconia as the sensor element for performing the activation treatment. Using a measuring element in which an electrode is formed and one of the pair of electrodes is closed in a substantially airtight manner with respect to the external atmosphere, the above-mentioned closing between the pair of electrodes of the measuring element under a predetermined atmosphere The limit electromotive force value of the sensor element under a predetermined atmosphere is measured by applying a DC voltage for a sufficient time using the side electrode as a cathode, and the alternating electromotive force is applied between the electrodes of the sensor element based on the measured limit electromotive force value. A method for activating a zirconia oxygen sensor, which comprises setting a voltage value applied to the zirconia oxygen sensor.
【請求項3】 請求項2に記載のジルコニア酸素センサ
の活性化処理方法において、 上記測定用素子を用いて測定した所定雰囲気下での限界
起電力値と、該測定した所定の周囲雰囲気の酸素分圧値
とから、上記陰極側電極における限界酸素分圧値を算出
し、該算出した限界酸素分圧値に基づき、上記センサ素
子の電極間に交番に印加する電圧値を設定することを特
徴とするジルコニア酸素センサの活性化処理方法。
3. The activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to claim 2, wherein the limit electromotive force value under a predetermined atmosphere measured using the measuring element and the measured oxygen in a predetermined ambient atmosphere. From the partial pressure value, the limiting oxygen partial pressure value at the cathode side electrode is calculated, and based on the calculated limiting oxygen partial pressure value, the voltage value to be alternately applied between the electrodes of the sensor element is set. A method for activating an oxygen sensor of zirconia.
【請求項4】 請求項3に記載のジルコニア酸素センサ
の活性化処理方法において、 上記活性化処理を行う際の上記センサ素子の外界雰囲気
が、大気又は空気過剰率λ>1の燃料混合気を燃焼させ
て得られる酸素を含んだ燃焼ガス雰囲気であるとき、 上記外界雰囲気又は外界雰囲気より酸素濃度の低い雰囲
気での熱力学的平衡状態下の酸素分圧値を算出すると共
に、該算出した酸素分圧値と上記算出した限界酸素分圧
値とに基づきネルンストの式を用いて限界起電力値を算
出し、該算出した限界起電力値に基づき、上記センサ素
子の電極間に交番に印加する電圧値を設定することを特
徴とするジルコニア酸素センサの活性化処理方法。
4. The activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to claim 3, wherein the ambient atmosphere of the sensor element when performing the activation treatment is the atmosphere or a fuel mixture having an excess air ratio λ> 1. When the combustion gas atmosphere containing oxygen obtained by burning, calculates the oxygen partial pressure value under thermodynamic equilibrium in the external atmosphere or an atmosphere having a lower oxygen concentration than the external atmosphere, and the calculated oxygen Based on the partial pressure value and the calculated limiting oxygen partial pressure value, a limiting electromotive force value is calculated using the Nernst equation, and based on the calculated limiting electromotive force value, it is alternately applied between the electrodes of the sensor element. A method for activating a zirconia oxygen sensor, characterized by setting a voltage value.
【請求項5】 請求項3に記載のジルコニア酸素センサ
の活性化処理方法において、 上記活性化処理を行う際の上記センサ素子の外界雰囲気
が、空気過剰率λ≦1の燃料混合気を燃焼させて得られ
る酸素化合物を含んだ燃焼ガス雰囲気であるとき、 上記外界雰囲気又は外界雰囲気より酸素化合物濃度の低
い雰囲気での熱力学的平衡状態下の酸素分圧値を算出す
ると共に、該算出した酸素分圧値と上記算出した限界酸
素分圧値とに基づきネルンストの式を用いて限界起電力
値を算出し、該算出した限界起電力値に基づき、上記セ
ンサ素子の電極間に交番に印加する電圧値を設定するこ
とを特徴とするジルコニア酸素センサの活性化処理方
法。
5. The activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to claim 3, wherein the external atmosphere of the sensor element at the time of performing the activation treatment burns a fuel mixture having an excess air ratio λ ≦ 1. When a combustion gas atmosphere containing an oxygen compound obtained by the above, the oxygen partial pressure value under thermodynamic equilibrium state in the above-mentioned external atmosphere or an atmosphere having a lower oxygen compound concentration than the external atmosphere is calculated, and the calculated oxygen is calculated. Based on the partial pressure value and the calculated limiting oxygen partial pressure value, a limiting electromotive force value is calculated using the Nernst equation, and based on the calculated limiting electromotive force value, it is alternately applied between the electrodes of the sensor element. A method for activating a zirconia oxygen sensor, characterized by setting a voltage value.
【請求項6】 請求項1に記載のジルコニア酸素センサ
の活性化処理方法において、上記活性化処理を行う条件
下で、予め作製した測定用のセンサ素子に直流電圧を充
分な時間印加して、該センサ素子の電極−固体電解質界
面での酸素分圧値が上記固体電解質がブラックニングを
生じる限界酸素分圧値となる限界電圧値を求め、活性化
処理の際に上記センサ素子の電極間に交番に印加する電
圧値を該限界電圧値より小さい値に設定することを特徴
とするジルコニア酸素センサの活性化処理方法。
6. The activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to claim 1, wherein a DC voltage is applied to a previously prepared sensor element for measurement for a sufficient time under the conditions for performing the activation treatment, The electrode of the sensor element-a partial voltage value at which the oxygen partial pressure value at the solid electrolyte interface becomes a limit oxygen partial pressure value at which the solid electrolyte causes blackening, is obtained, and between the electrodes of the sensor element during the activation treatment. A method for activating an zirconia oxygen sensor, characterized in that the voltage value applied to the alternation is set to a value smaller than the limit voltage value.
【請求項7】 請求項1乃至請求項6いずれか記載のジ
ルコニア酸素センサの活性化処理方法において、上記セ
ンサ素子の電極間に交番に印加する電圧が0.4V以上
であることを特徴とするジルコニア酸素センサの活性化
処理方法。
7. The activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to claim 1, wherein the voltage applied alternately between the electrodes of the sensor element is 0.4 V or more. Method for activating zirconia oxygen sensor.
【請求項8】 請求項1乃至請求項7いずれか記載のジ
ルコニア酸素センサの活性化処理方法において、上記セ
ンサ素子の電極間への上記所定電圧の印加周波数が0.
5Hz以下であることを特徴とするジルコニア酸素セン
サの活性化処理方法。
8. The activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to claim 1, wherein the applied frequency of the predetermined voltage between the electrodes of the sensor element is 0.
A method for activating a zirconia oxygen sensor, which is 5 Hz or less.
【請求項9】 請求項1乃至請求項8いずれか記載のジ
ルコニア酸素センサの活性化処理方法において、上記活
性化処理を、上記ジルコニア酸素センサの作動中或は作
動前後に、定期的又は必要に応じて行なうことを特徴と
するジルコニア酸素センサの活性化処理方法。
9. The activation treatment method for a zirconia oxygen sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein the activation treatment is carried out periodically or before or during the operation of the zirconia oxygen sensor. A method for activating a zirconia oxygen sensor, which is performed according to the method.
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