JP4042545B2 - Deterioration recovery method of exhaust gas sensor mounted on internal combustion engine and exhaust gas sensor having deterioration recovery function - Google Patents

Deterioration recovery method of exhaust gas sensor mounted on internal combustion engine and exhaust gas sensor having deterioration recovery function Download PDF

Info

Publication number
JP4042545B2
JP4042545B2 JP2002344297A JP2002344297A JP4042545B2 JP 4042545 B2 JP4042545 B2 JP 4042545B2 JP 2002344297 A JP2002344297 A JP 2002344297A JP 2002344297 A JP2002344297 A JP 2002344297A JP 4042545 B2 JP4042545 B2 JP 4042545B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
voltage
oxygen
gas chamber
gas sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002344297A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004177283A (en
Inventor
大貴 西嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2002344297A priority Critical patent/JP4042545B2/en
Publication of JP2004177283A publication Critical patent/JP2004177283A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4042545B2 publication Critical patent/JP4042545B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関より排出される排気ガスの流路内に配置されNOX等の濃度を測定する排気ガスセンサに関し、詳しくは排気ガスに暴露されることにより生じる劣化を回復しセンサ能の低下を抑制するための排気ガスセンサの劣化回復方法および劣化回復機能を有する排気ガスセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関より排出される排気ガスには種々のガス成分が含まれ、近年、環境保全の観点からこれら種々のガス成分のうちNOXガスの濃度低減への要求が高まっている。NOXガスを浄化しNOXガスの濃度を低減するためには、排気ガス中のNOXガスの濃度を検知する必要があり、従来より種々の排気ガスセンサが開発されてきた(例えば、特許文献1〜2)。
【0003】
特許文献1に示される排気ガスセンサは、排気ガスチャンバ内の酸素を酸素ポンプ電極で排出するとともに、NOX検知電極によってNOXを還元分解し生成した酸素イオンを測定することでNOX濃度を測定するものである。
【0004】
ここで、これらの排気ガスセンサにでは、長期間の高温,多種ガス存在環境下で電極の出力特性が低下して排気ガス検知能が劣化することが知られている。この劣化は、NOX検知電極が酸素被毒することによって生じるものと考えられている。
【0005】
例えば、Pt/Rh電極は、RhのNO還元性によりNOX検知電極として好適に用いられるが、このNOX検知電極を構成するRhは酸素親和性が高いことから、NOの分解によって生じる酸素を強く吸着して酸素被毒を生じる。酸素被毒が生じたRhは、NO分解能が低下しNOX検知特性が劣化する。そして、この酸素被毒が進行するとRhが酸化膨張する場合があり、この場合、電極の剥離やクラック等が生じることも考えられ、NOXセンサの検知耐久性のみならずNOXセンサの機械的耐久性が低下する可能性がある。
【0006】
この構成の排気ガスセンサにおいて、排気ガス検知能の劣化を低減するためには、NOX検知極のRh含有量を低減させ、酸素被毒Rh部を低減させることが有効である。しかしこの場合、Rh含有量を低減させることによりNOの分解性が低下するため、NOX検知精度もまた低減し、良好なNOX検知能が得られない問題があった。
【0007】
特許文献2には、酸素センサの酸素被毒による劣化を回復するために、酸素センサ素子部の基準電極と測定電極間を短絡して電荷を放出させる方法が記載されているが、この方法によると、酸素親和性の高い電極材に強く吸着した酸素を排出することができず、センサの耐久特性に影響を及ぼすため、劣化をより良好に回復できる方法の開発が要求されている。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−310987号公報
【特許文献2】
実開平1−99059号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、排気ガスセンサにおけるNOX検知電極の劣化を回復し、NOX検知能を良好に維持することのできる排気ガスセンサの劣化回復方法および劣化回復機能を有する排気ガスセンサを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法は、離間して配置されている固体電解質を含む2つの隔壁によって排気ガスが導入される排気ガスチャンバと、該隔壁を挟んで配置され所定の放出電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出する酸素ポンプ電極と、該隔壁を挟んで配置され所定の測定電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部のNOXを分解し生成した酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からNOX濃度が測定されるNOX検知電極と、を有する内燃機関に搭載される排気ガスセンサの劣化を回復する方法であって、上記内燃機関への燃料の供給がない状態で上記NOX検知電極に上記測定電圧を超える電圧を印加し、上記内燃機関への燃料の供給がない状態で上記酸素ポンプ電極に上記放出電圧を超える電圧を印加することを特徴とする。
【0011】
NOX検知電極に測定電圧を超える電圧を印加することで、NOX検知電極に吸着された酸素を強制的に排出することが可能となり、NOX検知電極の酸素被毒を回復させることができ、排気ガスセンサの劣化を回復させることができる。また測定電圧を超える電圧の印加は、内燃機関への燃料の供給がない状態、すなわち、NOX検知電極へのNOXの供給がない状態でおこなわれるため、強制排出を酸素被毒が生じない条件下でおこなうことができ、より良好な劣化回復がなされることとなる。
【0013】
そして、上記測定電圧を超える電圧は上記測定電圧の1.5〜2.0倍であることが好ましく、上記放出電圧を超える電圧は上記放出電圧の1.5〜2.0倍であることが好ましい。
【0014】
本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法において、上記酸素イオンを強制排出した後に上記NOX検知電極の測定電圧の0点補正を行うこともできる。
【0015】
また、上記課題を解決する本発明の劣化回復機能を有する排気ガスセンサは、離間して配置されている固体電解質層を含む2つの隔壁によって区画され排気ガスが導入される排気ガスチャンバと、該隔壁を挟んで配置され所定の放出電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出する少なくとも一対の酸素ポンプ電極と、該隔壁を挟んで配置され所定の測定電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部のNOXを分解し生成した酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からNOX濃度が測定されるNOX検知電極と、を有する内燃機関に搭載される排気ガスセンサであって、上記内燃機関への燃料の供給がない状態で上記NOX検知電極に上記測定電圧を超える電圧を印加し、上記内燃機関への燃料の供給がない状態で上記酸素ポンプ電極に上記放出電圧を超える電圧を印加する制御手段を有することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる排気ガスセンサの劣化回復方法は、内燃機関に搭載される通常の排気ガスセンサの劣化を回復するための方法である。すなわち、本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法は、酸素ポンプ電極によって排気ガスチャンバ内の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに排気ガスチャンバ内部のNOX濃度をNOX検知電極で検知する構成の通常の排気ガスセンサに適用することができる。通常の排気ガスセンサの構成を以下に説明する。
【0017】
本発明において、排気ガスセンサは内燃機関の排気ガス流れの下流側に搭載されるものであり、内燃機関より流出する排気ガス中のNOX空燃比を検知するものである。この排気ガスセンサには排気ガスが導入される排気ガスチャンバが形成されている。排気ガスチャンバは、離間して配置されている固体電解質を含む2つの隔壁によって区画される。
【0018】
固体電解質としては、酸素イオン導電性を持つものを使用することができ、例えばジルコニア,酸化ビスマス,酸化セリウム、あるいはこれらの材料にイットリア,カルシア,セリア,マグネシア等を添加したものなどの通常の固体電解質を用いることができる。
【0019】
排気ガスチャンバには、この隔壁の離間を確保するとともに排気ガスチャンバ内部を大気より区画するためのスペーサと、排気ガスを所定の拡散律速抵抗をもって排気ガスチャンバ内部に導入するための拡散律速壁とで区画されることが望ましい。
【0020】
拡散律速層としては、アルミナ等の多孔体や、多孔体あるいは非多孔体に細孔が形成されたもので、排気ガスチャンバ内に所定の拡散律速抵抗をもって排気ガスを導入することのできる通常のものを使用することができる。
【0021】
隔壁には、酸素ポンプ電極およびNOX検知電極が配置される。酸素ポンプ電極のうち、一方の電極は隔壁の排気ガスチャンバ側表面に配置され、他方は排気ガスチャンバの外部に向かう表面に配置されて一対の酸素ポンプ電極を構成している。したがって、この酸素ポンプ電極に放出電圧を印加することにより、排気ガスチャンバ内部の酸素は排気ガスチャンバ外部に排出されて、排気ガスチャンバ内部の酸素分圧は低下する。この酸素ポンプ電極により排気ガスチャンバ内部の酸素分圧を低下させることで、排気ガスチャンバ内部のNOX←→NOの平衡がNO側にスライドしてNOが生成し、後述するNOX検知電極によるNOX検知をおこなうとともに、排気ガスに含まれる酸素がNOX検知電極に接触することが低減され、酸素の干渉により生じるNOX検知電極の測定誤差が低減される。
【0022】
酸素ポンプ電極は、Ptあるいは酸素感受性を有する既知の合金等の通常のものを用いることができ、少なくとも排気ガスチャンバ側表面に配置される電極はPt/Au,Pd等のNOに対する感受性が低いものを用いることが好ましい。
【0023】
この酸素ポンプ電極は一対のみを配置することもできるし、あるいは排気ガスチャンバ内を所望の酸素分圧に設定する目的で複数対を配置することもできる。複数対を配置する場合、並列して同一の排気ガスチャンバ内に配置することもできるし、拡散律速層を複数用いて排気ガスチャンバを排気ガス流れ方向に複数に区画し、各々の酸素ポンプ電極を各々の排気ガスチャンバ内に分散させて配置することもできる。この場合、各々の酸素ポンプ電極の作用によって、排気ガス流れの下流側に位置する排気ガスチャンバの分圧をより低下させることができ、NOの生成をより確実におこなうとともに、酸素によるNOX濃度検知に対する干渉をより確実に回避することができる。
【0024】
また、隔壁を挟んで排気ガスチャンバと隣接する位置に大気が導入される大気チャンバを設けて、酸素ポンプ電極の一対の電極のうち排気ガスチャンバ外部に配置される電極をこの大気チャンバ内部に配置し、大気チャンバ内部側の電極と排気ガスチャンバ内部側の電極との電位差を測定する構成とすることもできる。この場合、大気チャンバ内の酸素濃度を基準として排気ガスチャンバ内の酸素濃度を算出することが可能となり、NOX検知電極によるNOX濃度の検知値を排気ガスチャンバ内に残存する酸素濃度に基づいて補正することができる。
【0025】
NOX検知電極は、酸素ポンプ電極と同様に一対の電極からなり、一方の電極が隔壁の排気ガスチャンバ側表面に配置され、他方は排気ガスチャンバの外部側表面に配置されてNOX検知電極を構成している。一対の電極に測定電圧が印加されると、上述した酸素ポンプの作用により生成した排気ガスチャンバ内部のNOが一方の電極によって分解され、酸素イオンが生じる。この酸素イオンは隔壁を経て排気ガスチャンバ外部に配置されている他方の電極に移動して排気ガスチャンバ外部に放出される。
【0026】
このNOX検知電極としては通常用いられるものを使用することができるが、少なくとも隔壁の排気ガスチャンバ側表面に配置される電極は、Pt/Rh,Ir電極等のNOXの選択還元性のある電極を用いることが好ましい。
【0027】
また、このNOX検知電極は、酸素ポンプ電極を複数対配置する場合には排気ガス流れの最下流側に配置された酸素ポンプ電極と同程度の位置かさらに下流側に配置される。また、排気ガスチャンバを排気ガス流れ方向に複数に区画する場合には排気ガス流れの最下流に位置する排気ガスチャンバ内に配置される。
【0028】
また、これに限らず他の排気ガス成分を検知するための各種電極を排気ガスチャンバ内に同時に配置することもできる。
【0029】
本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法は、上述した通常の構成の排気ガスセンサに、内燃機関への燃料の供給がない状態でNOX検知電極に測定電圧を超える電圧を印加するものである。
【0030】
上述したように、NOX検知電極の劣化は電極の酸素被毒にその一因があると考えられている。本発明の構成によれば、NOX検知電極に測定電圧を超える電圧を印加することで、一対のNOX検知電極間で輸送される酸素量をNOX測定時よりさらに大きいものとすることができ、NOX検知電極に吸着された酸素を強制的に排出することが可能となる。したがって、NOX検知電極の酸素被毒を回復させることができ、排気ガスセンサの劣化を回復させることができる。また測定電圧を超える電圧の印加は、内燃機関への燃料の供給がない状態、すなわち、NOX検知電極へのNOXの供給がない状態でおこなわれる。このため、強制排出に並行してNOX検知電極にNOXが接触することが低減され、このNOXの分解によってNOX検知電極に新たな酸素被毒が生じることが回避される。したがって、NOX検知電極は強制排出によってより確実に回復されることとなる。
【0031】
なお、内燃機関への燃料の供給がない状態とは、例えばフューエルカット時やエンジン停止時でよく、強制排出はこれら内燃期間への燃料の供給がない状態で毎回おこなうこともできるし、車両の走行距離や走行時間等による一定のサイクルでおこなうこともできる。あるいは、NOX検知電極による測定値をフィードバックしてNOX検知電極の測定値の減少がある一定値を下回った時点でおこなうこともでき、内燃機関や車両の構成によって適宜設定することができる。また、NOX検知電極に測定電圧を超える電圧を印加する時間も同様に、内燃機関や車両の構成によって適宜設定することができる。
【0032】
ここで、強制排出時にNOX検知電極に印加する電圧は、測定電圧を超える電圧であれば酸素の強制排出効果があるが、測定電圧の1.5〜2.0倍の範囲であることが好ましい。この範囲の電圧を印加することで、上述した酸素の強制排出をより好適に行うことができるとともに、固体電解質中に含まれる酸素が固体電解質外部に強制排出されることが回避される。
【0033】
本発明の排ガスセンサの劣化回復方法においては、さらに、内燃機関への燃料の供給がない状態で酸素ポンプ電極に放出電圧を超える電圧を印加する
【0034】
上述したように、酸素ポンプ電極は排気ガスチャンバ内部の酸素を排気ガスチャンバ外部に放出し排気ガスチャンバ内部の酸素分圧を低下させるものである。内燃機関への燃料の供給がない状態で、上述したNOX検知電極に測定電圧を超える電圧を印加するとともに、この酸素ポンプ電極に放出電圧を超える電圧を印加することで、NOX検知電極より酸素を強制排出する時に同時に排気ガスチャンバ内の酸素分圧をより低くすることができ、酸素によるNOX検知電極への干渉をより低減することができ、NOX検知電極に酸素が接触して酸素被毒が生じることが回避される。なお、強制排出時に酸素ポンプ電極に放出電圧を超える電圧を印加しない場合には、酸素ポンプを複数対配置して排気ガスチャンバ内部の酸素分圧を充分に低下させることで、より良好にNOX検知電極の劣化回復をおこなうことができる。
【0035】
さらに、酸素ポンプ電極に放出電圧を超える電圧を印加することによって、排気ガスチャンバ内に残存するNOをこの酸素ポンプ電極によって分解し生成した酸素を排気ガスチャンバ外部に排出することができ、NOX検知電極にNOが接触することはより確実に回避される。なお、酸素ポンプ電極は放出電圧を印加した状態においては、NOを分解しないものであるが、放出電圧を超える電圧を印加することで、通常分解をおこなわないNOを分解することが可能となる。
【0036】
ここで、強制排出時に酸素ポンプ電極に印加する電圧は、放出電圧を超える電圧であれば上記の効果が得られるが、測定電圧の1.5〜2.0倍の範囲であることが好ましい。この範囲の電圧を印加することで、上述した酸素の強制排出等をより好適に行うことができるとともに、固体電解質中に含まれる酸素が固体電解質外部に強制排出されることが回避される。
【0037】
本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法において、酸素イオンを強制排出した後にNOX検知電極の測定電圧の0点補正を行う構成とすることもできる。この構成によって、例えば、強制排出後にもNOX検知電極に吸着された酸素が残存している場合にも、この酸素によってNOX検出測定値に誤差が生じることが防止される。
【0038】
本発明の劣化回復機能を有する排気ガスセンサは、上述したような、酸素ポンプ電極によって排気ガスチャンバ内の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに排気ガスチャンバ内部のNOX濃度をNOX検知電極で検知する構成の通常の排気ガスセンサに加えて、内燃機関への燃料の供給がない状態でNOX検知電極に測定電圧を超える電圧を印加する制御手段を有する。
【0039】
制御手段は、内燃機関への燃料の供給がない状態を感知しNOX検知電極や酸素ポンプ電極に印加する電圧を制御することのできるものであればよく、例えば、エンジン制御用のコンピュータの出力によりフューエルカット時か否かの判断をおこなってNOX検知電極や酸素ポンプ電極に印加する電圧を制御する構成とすることもでき、既知の構成のものを適宜組み合わせて使用することができる。また、この制御手段は、例えば通常の空燃比制御手段などと一体化し連動して作動するものとすることもできる。
【0040】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。
【0041】
(実施例1)
本発明の実施例1の排気ガスセンサを表す模式断面図を図1に示す。また、本発明の実施例1の排気ガスセンサの劣化していない状態における要部拡大模式図を図2に示し、劣化した状態における要部拡大模式図を図3に示す。
【0042】
本発明の実施例1の排気ガスセンサ1は、離間して配置されている第1の隔壁2および第2の隔壁3と第1の拡散律速壁4と第1のスペーサ5とで区画された排気ガスチャンバ7を有する。この排気ガスチャンバ7は第2の拡散律速壁6によって排気ガス流れ方向にさらに2つに区画され、排気ガス流れ方向の上流側に位置する第1の排気ガスチャンバ14と、排気ガス流れ方向の下流側に位置する第2の排気ガスチャンバ16とが形成されている。
【0043】
第1の隔壁2および第2の隔壁3はジルコニアを材料として平板状に形成されている。第1の隔壁2の第1の排気ガスチャンバ14内部に位置する面には内部側電極8が配置され、第1の隔壁2の第1の排気ガスチャンバ14外部に位置する面には外部側電極9が配置されて酸素ポンプ電極10を構成している。内部側電極8はPt,Pd,Au等貴金属を材料として形成され、外部側電極9はPtを材料として形成されている。
【0044】
また、第2の隔壁3の第2の排気ガスチャンバ16内部に位置する面には内部側検知電極11が配置され、第2の隔壁3の第2の排気ガスチャンバ16外部に位置する面には外部側検知電極12が配置されてNOX検知電極13を構成している。内部側検知電極11はPt,Rh,Ir等を材料として形成され、外部側検知電極12はPtを材料として形成されている。また、NOX検知電極13には図示しない検知手段が接続され、この検知手段により酸素イオンを放出する際に生じる電流値が検知されてNOX濃度が測定される。
【0045】
第2の隔壁3の外側には、第1の拡散律速壁4とほぼ対向する位置に略平板状の第2のスペーサ15が配置されており、この第2のスペーサ15を挟んで第2の隔壁3と対向するようにヒータ壁17が配置されている。ヒータ壁17の内部には加熱用のヒータ18が配置され、ヒータ18は図示しない外部電源に接続されている。このヒータ18によって排気ガスセンサ1内が所定の温度に加熱されている。
【0046】
第1のスペーサ5,第2のスペーサ15およびヒータ壁17はアルミナを材料として形成されている。また、第2の隔壁3,第2のスペーサ15およびヒータ壁17により大気チャンバ20が区画され、この大気チャンバ20は第2のスペーサ15が配置されていない側の端側が排気ガス流路外部に開口して大気と連通している。第1の拡散律速壁4はアルミナ多孔体を材料として形成され、このアルミナ多孔体の細孔が排気ガスチャンバ7内に排気ガスを導入する排気ガス導入孔21となる。
【0047】
酸素ポンプ電極10およびNOX検知電極13は、それぞれ外部電源22に接続されている。また、外部電源22には制御手段23が接続され、この制御手段23によって内燃機関への燃料の供給がない状態でNOX検知電極13および酸素ポンプ電極10に測定電圧を超える電圧が印加される。
【0048】
本実施例1の排気ガスセンサ1においては、測定時には酸素ポンプ電極10には放出電圧が印加され、NOX検知電極13には測定電圧が印加される。内部側電極8は、放出電圧の印加により第1の排気ガスチャンバ14内部の酸素を第1の隔壁2を通して外部側電極9に輸送して第1の排気ガスチャンバ14外部に排出することで第1の排気ガスチャンバ14内部の酸素分圧を低下させる。そして、第1の排気ガスチャンバ14内部の酸素分圧の低下により生成したNOは第2の拡散律速壁6を経て第2の排気ガスチャンバ16内部に導入され、この第2の排気ガスチャンバ16内部に配置されているNOX検知電極13に接触する。内部側検知電極11は測定電圧の印加により、図2に示すように、NOを分解し発生した酸素イオンを第2の隔壁3を通して外部側検知電極12に輸送し第2の排気ガスチャンバ16外部の大気チャンバ20に排出する。このとき、図3に示すように、酸素イオンの一部は排出されずNOX検知電極13に吸着されたままの吸着酸素イオンとなる。吸着酸素イオンがある状態では、得られる出力値は実際のNO濃度に対応する出力値よりも低い値となり、NOX検知電極13の測定精度は低下する。
【0049】
内燃機関への燃料の供給がない状態においては、NOX検知電極13の劣化回復がおこなわれる。このとき、制御手段23より外部電源22に信号が送られて酸素ポンプ電極10には放出電圧の1.5倍の電圧が印加され、NOX検知電極13には測定電圧の1.5倍の電圧が印加される。したがって、第1の排気ガスチャンバ14内の酸素分子およびNOの酸素イオンが酸素ポンプ電極10によって第1の排気ガスチャンバ14外部に排出されるとともに、吸着酸素イオンはNOX検知電極13より第2の排気ガスチャンバ16外部に強制排出されてNOX検知電極13の劣化回復がおこなわれる。またこのNOX検知電極13の劣化回復と同時に、NOX検知電極13の出力値が検出手段に送られて、検知手段の0点補正がおこなわれ、NOX検知電極13の測定電流値の0点が補正される。
【0050】
(比較例1)
本比較例1の排気ガスセンサは、制御手段が設けられていないこと以外は実施例1の排気ガスセンサと同様に形成されたものである。すなわち、本比較例1の排気ガスセンサは、劣化回復を有さないものである。
【0051】
(耐久試験)
本発明の実施例1の排気ガスセンサおよび比較例1の排気ガスセンサを内燃機関の排気ガス流路に搭載し、内燃機関より流出する排気ガスを各排気ガスセンサに導入した。流出する排気ガスは、NO濃度が300ppmとなるように調整した。内燃機関の回転数より算出した想定走行距離が20,000Kmを経過する毎に、実施例1の排気ガスセンサおよび比較例1の排気ガスセンサへ排気ガスの代わりに空気を導入した。このとき、実施例1の排気ガスセンサにのみ酸素ポンプ電極に放出電圧の1.5倍の電圧を印加するとともに実施例1の排気ガスセンサのNOX検知電極に測定電圧の1.5倍の電圧を印加して劣化回復処理をおこなった。また、このとき各排気ガスセンサについて0点補正をおこない、同時に各排気ガスセンサにおけるNOX検知電極の出力値の変化を測定するとともに、ゼロ点における出力値を測定した。本耐久試験の結果を図4および図5に示す。
【0052】
図4に示すグラフは、耐久距離に伴う出力値の変化を表すものである。図4の出力値は得られた出力電流値を電圧値に変換したものである。図4に示すように、比較例1の排気ガスセンサ、すなわち従来の排気ガスセンサにおいては走行距離の増加に伴ってNOX検知電極の出力値が大きく低下し、NOX検知電極の感度が低下した。これに対して、実施例1の排気ガスセンサ、すなわち本発明の排気ガスセンサにおいてはNOX検知電極の出力値の低下はほとんどなく、感度の低下はみられなかった。
【0053】
また、図5に示すグラフは、耐久距離に伴う0点出力値の変化を表すものである。また、図5の出力値は図4と同様に得られた出力電流値を電圧値に変換したものである。図5に示すように、比較例1の排気ガスセンサ、すなわち従来の排気ガスセンサにおいては0点が上昇しているのに対して、実施例1の排気ガスセンサ、すなわち本発明の排気ガスセンサにおいては0点は初期値と近似の値であった。比較例1の排気ガスセンサにおいては、空気が導入された雰囲気下、すなわちNOがない雰囲気下ではNOX検知電極に吸着されている酸素イオンが徐々に放出され、このとき生じる電流値によって0点の電流値が上昇するものと考えられる。これに対して、実施例1の排気ガスセンサでは劣化回復処理によりNOX検知電極に吸着されている酸素イオンは非常に少ない状態となっているため、0点の変動はないものと考えられる。
【0054】
これらの結果から、本実施例1の排気ガスセンサによるとNOX検知電極の劣化回復が良好になされることがわかる。
【0055】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の排気ガスセンサの劣化回復方法および劣化回復機能を有する排気ガスセンサによると、NOX検知電極の劣化回復を良好におこなうことができ、NOX検知能を良好に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の排気ガスセンサを表す模式断面図である。
【図2】本発明の実施例1の排気ガスセンサの劣化していない状態における要部拡大模式図である。
【図3】本発明の実施例1の排気ガスセンサの劣化した状態における要部拡大模式図である。
【図4】本発明の劣化回復機能を有する排気ガスセンサの耐久試験の結果を示すグラフである。
【図5】本発明の劣化回復機能を有する排気ガスセンサの耐久試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1:排気ガスセンサ 2:第1の隔壁 3:第2の隔壁 4:第1の拡散律速壁5:スペーサ 6:第2の拡散律速壁 7:排気ガスチャンバ 8:内部側電極 9:外部側電極 10:酸素ポンプ電極 11:内部側検知電極 12:外部側検知電極 13:NOX検知電極 14:第1の排気ガスチャンバ 15:第2のスペーサ 16:第2の排気ガスチャンバ 17:ヒータ壁 18:ヒータ 20:大気チャンバ 21:排気ガス導入孔 22:外部電源 23:制御手段
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is arranged in a flow path of exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and NO.XMore particularly, the present invention relates to a method for recovering deterioration of an exhaust gas sensor for recovering deterioration caused by exposure to exhaust gas and suppressing a decrease in sensor performance and an exhaust gas sensor having a function of recovering deterioration.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas discharged from an internal combustion engine includes various gas components, and in recent years, NO among these various gas components from the viewpoint of environmental conservation.XThere is an increasing demand for gas concentration reduction. NOXPurify gas and NOXIn order to reduce the gas concentration, NO in the exhaust gasXIt is necessary to detect the gas concentration, and various exhaust gas sensors have been developed in the past (for example, Patent Documents 1 and 2).
[0003]
The exhaust gas sensor disclosed in Patent Document 1 discharges oxygen in the exhaust gas chamber with an oxygen pump electrode, and NO.XNO by sensing electrodeXNO by measuring oxygen ions produced by reductive decomposition ofXThe concentration is measured.
[0004]
Here, in these exhaust gas sensors, it is known that the output characteristics of the electrode are deteriorated and the exhaust gas detection ability is deteriorated under a long-term high temperature and various gas existence environment. This deterioration is caused by NOXIt is considered that the detection electrode is caused by oxygen poisoning.
[0005]
For example, the Pt / Rh electrode has NO due to the NO reducing ability of Rh.XAlthough it is suitably used as a sensing electrode, this NOXSince Rh that constitutes the detection electrode has high affinity for oxygen, it strongly adsorbs oxygen generated by decomposition of NO and causes oxygen poisoning. Oxygen-poisoned Rh has reduced NO resolution and NOXDetection characteristics deteriorate. When this oxygen poisoning proceeds, Rh may oxidize and expand. In this case, peeling of the electrode, cracking, etc. may occur.XNot only detection durability of sensor but also NOXThe mechanical durability of the sensor may be reduced.
[0006]
In the exhaust gas sensor having this configuration, in order to reduce the deterioration of the exhaust gas detection ability,XIt is effective to reduce the Rh content of the detection electrode and reduce the oxygen poisoning Rh part. However, in this case, NO decomposability is reduced by reducing the Rh content.XDetection accuracy is also reduced and good NOXThere was a problem that detection ability was not obtained.
[0007]
Patent Document 2 describes a method of discharging electric charges by short-circuiting between a reference electrode and a measurement electrode of an oxygen sensor element unit in order to recover deterioration due to oxygen poisoning of the oxygen sensor. In this case, oxygen strongly adsorbed to the electrode material having high oxygen affinity cannot be discharged, and the durability characteristics of the sensor are affected. Therefore, the development of a method that can better recover the deterioration is required.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-310987 A
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No. 1-99059
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and NO in exhaust gas sensors.XRecovers the deterioration of the sensing electrode, NOXIt is an object of the present invention to provide an exhaust gas sensor deterioration recovery method and an exhaust gas sensor having a deterioration recovery function capable of maintaining good detection performance.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  An exhaust gas sensor degradation recovery method of the present invention that solves the above-described problems is an exhaust gas chamber into which exhaust gas is introduced by two partition walls including solid electrolytes that are spaced apart from each other, and a predetermined structure that is disposed across the partition walls. And an oxygen pump electrode for releasing oxygen ions inside the exhaust gas chamber to the outside of the exhaust gas chamber, and a predetermined measurement voltage applied to the NO inside the exhaust gas chamber.XFrom the current value generated when oxygen ions generated by decomposing oxygen are released to the outside of the exhaust gas chamber and the oxygen ions are released, NOXNO whose concentration is measuredXA method of recovering deterioration of an exhaust gas sensor mounted on an internal combustion engine having a detection electrode, wherein the NO in a state where no fuel is supplied to the internal combustion engineXApply a voltage exceeding the above measurement voltage to the sensing electrodeAnd applying a voltage exceeding the discharge voltage to the oxygen pump electrode in the absence of fuel supply to the internal combustion engine.It is characterized by doing.
[0011]
NOXBy applying a voltage exceeding the measurement voltage to the sensing electrode, NOXIt is possible to forcibly discharge oxygen adsorbed on the detection electrode, and NOXThe oxygen poisoning of the detection electrode can be recovered, and the deterioration of the exhaust gas sensor can be recovered. In addition, the application of a voltage exceeding the measurement voltage means that no fuel is supplied to the internal combustion engine, that is, NO.XNO to sensing electrodeXTherefore, forced exhaustion can be performed under conditions where oxygen poisoning does not occur, and better deterioration recovery can be achieved.
[0013]
The voltage exceeding the measurement voltage is preferably 1.5 to 2.0 times the measurement voltage, and the voltage exceeding the emission voltage is 1.5 to 2.0 times the emission voltage. preferable.
[0014]
In the exhaust gas sensor degradation recovery method of the present invention, the NO ion is forcibly discharged after the oxygen ions are forcibly discharged.XIt is also possible to perform zero point correction of the measurement voltage of the detection electrode.
[0015]
  An exhaust gas sensor having a deterioration recovery function of the present invention that solves the above-described problems includes an exhaust gas chamber that is partitioned by two partition walls including solid electrolyte layers that are spaced apart and into which exhaust gas is introduced, and the partition walls And at least a pair of oxygen pump electrodes that release oxygen ions inside the exhaust gas chamber to the outside of the exhaust gas chamber and a predetermined measurement voltage is applied across the partition wall. NO inside the exhaust gas chamberXFrom the current value generated when oxygen ions generated by decomposing oxygen are released to the outside of the exhaust gas chamber and the oxygen ions are released, NOXNO whose concentration is measuredXAn exhaust gas sensor mounted on an internal combustion engine having a sensing electrode, wherein the NO in a state where no fuel is supplied to the internal combustion engineXApply a voltage exceeding the above measurement voltage to the sensing electrodeAnd applying a voltage exceeding the discharge voltage to the oxygen pump electrode in the absence of fuel supply to the internal combustion engine.It has the control means to do.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The exhaust gas sensor deterioration recovery method according to the present invention is a method for recovering the deterioration of a normal exhaust gas sensor mounted on an internal combustion engine. That is, the exhaust gas sensor degradation recovery method of the present invention releases oxygen ions in the exhaust gas chamber to the outside of the exhaust gas chamber by the oxygen pump electrode and NO in the exhaust gas chamber.XNO concentrationXThe present invention can be applied to a normal exhaust gas sensor configured to detect with a detection electrode. The configuration of a normal exhaust gas sensor will be described below.
[0017]
In the present invention, the exhaust gas sensor is mounted on the downstream side of the exhaust gas flow of the internal combustion engine, and NO in exhaust gas flowing out from the internal combustion engine.XThe air-fuel ratio is detected. The exhaust gas sensor has an exhaust gas chamber into which exhaust gas is introduced. The exhaust gas chamber is delimited by two partition walls containing solid electrolytes spaced apart.
[0018]
As the solid electrolyte, one having oxygen ion conductivity can be used. For example, zirconia, bismuth oxide, cerium oxide, or a normal solid such as yttria, calcia, ceria, magnesia added to these materials is used. An electrolyte can be used.
[0019]
The exhaust gas chamber has a spacer for ensuring the separation of the partition walls and partitioning the interior of the exhaust gas chamber from the atmosphere, and a diffusion rate controlling wall for introducing the exhaust gas into the exhaust gas chamber with a predetermined diffusion rate limiting resistance. It is desirable to partition with
[0020]
The diffusion-controlling layer is a porous body such as alumina, or a porous body or non-porous body with pores formed therein, and an ordinary exhaust gas can be introduced into the exhaust gas chamber with a predetermined diffusion-controlling resistance. Things can be used.
[0021]
The partition wall includes an oxygen pump electrode and NOXA sensing electrode is disposed. Among the oxygen pump electrodes, one electrode is disposed on the surface of the partition wall facing the exhaust gas chamber, and the other is disposed on the surface facing the outside of the exhaust gas chamber to constitute a pair of oxygen pump electrodes. Therefore, by applying a discharge voltage to the oxygen pump electrode, oxygen inside the exhaust gas chamber is discharged outside the exhaust gas chamber, and the oxygen partial pressure inside the exhaust gas chamber is lowered. By reducing the oxygen partial pressure inside the exhaust gas chamber with this oxygen pump electrode, the NO inside the exhaust gas chamber is reduced.X← → NO equilibrium slides to the NO side to generate NO, which will be described laterXNO by sensing electrodeXWhile detecting, oxygen contained in exhaust gas is NOXNO contact caused by oxygen interference is reduced due to reduced contact with the sensing electrodeXThe measurement error of the sensing electrode is reduced.
[0022]
As the oxygen pump electrode, a normal one such as Pt or a known alloy having oxygen sensitivity can be used, and at least the electrode disposed on the exhaust gas chamber side surface has low sensitivity to NO such as Pt / Au, Pd, etc. Is preferably used.
[0023]
These oxygen pump electrodes can be arranged in only one pair or a plurality of pairs can be arranged for the purpose of setting a desired oxygen partial pressure in the exhaust gas chamber. When a plurality of pairs are arranged, they can be arranged in parallel in the same exhaust gas chamber, or a plurality of diffusion control layers are used to divide the exhaust gas chamber into a plurality in the exhaust gas flow direction, and each oxygen pump electrode Can be distributed in each exhaust gas chamber. In this case, the action of each oxygen pump electrode can further reduce the partial pressure of the exhaust gas chamber located on the downstream side of the exhaust gas flow, thereby more reliably generating NO and reducing NO by oxygen.XInterference with density detection can be avoided more reliably.
[0024]
In addition, an atmospheric chamber for introducing the atmosphere is provided at a position adjacent to the exhaust gas chamber across the partition wall, and an electrode disposed outside the exhaust gas chamber among the pair of electrodes of the oxygen pump electrode is disposed inside the atmospheric chamber. In addition, the potential difference between the electrode inside the atmospheric chamber and the electrode inside the exhaust gas chamber may be measured. In this case, it becomes possible to calculate the oxygen concentration in the exhaust gas chamber with reference to the oxygen concentration in the atmospheric chamber.XNO by sensing electrodeXThe detected concentration value can be corrected based on the oxygen concentration remaining in the exhaust gas chamber.
[0025]
NOXLike the oxygen pump electrode, the detection electrode is composed of a pair of electrodes, one electrode being disposed on the exhaust gas chamber side surface of the partition wall and the other being disposed on the outer surface of the exhaust gas chamber.XA detection electrode is formed. When a measurement voltage is applied to the pair of electrodes, NO inside the exhaust gas chamber generated by the action of the oxygen pump described above is decomposed by one electrode, and oxygen ions are generated. The oxygen ions move to the other electrode disposed outside the exhaust gas chamber through the partition wall and are released to the outside of the exhaust gas chamber.
[0026]
This NOXAs the detection electrode, a commonly used one can be used, but at least the electrode disposed on the surface of the partition wall on the exhaust gas chamber side is NO, such as a Pt / Rh, Ir electrode.XIt is preferable to use an electrode having a selective reduction property.
[0027]
This NOXWhen a plurality of pairs of oxygen pump electrodes are arranged, the detection electrodes are arranged at the same position as the oxygen pump electrode arranged on the most downstream side of the exhaust gas flow or further on the downstream side. Further, when the exhaust gas chamber is divided into a plurality of portions in the exhaust gas flow direction, the exhaust gas chamber is disposed in the exhaust gas chamber located at the most downstream side of the exhaust gas flow.
[0028]
Further, the present invention is not limited to this, and various electrodes for detecting other exhaust gas components can be simultaneously disposed in the exhaust gas chamber.
[0029]
The exhaust gas sensor deterioration recovery method according to the present invention is the same as the exhaust gas sensor having the above-described normal configuration in a state where no fuel is supplied to the internal combustion engine.XA voltage exceeding the measurement voltage is applied to the detection electrode.
[0030]
As mentioned above, NOXIt is considered that the deterioration of the detection electrode is caused by oxygen poisoning of the electrode. According to the configuration of the present invention, NOXBy applying a voltage exceeding the measurement voltage to the sensing electrode, a pair of NOXThe amount of oxygen transported between the sensing electrodes is NOXIt can be larger than at the time of measurement, NOXOxygen adsorbed on the detection electrode can be forcibly discharged. Therefore, NOXThe oxygen poisoning of the detection electrode can be recovered, and the deterioration of the exhaust gas sensor can be recovered. In addition, the application of a voltage exceeding the measurement voltage means that no fuel is supplied to the internal combustion engine, that is, NO.XNO to sensing electrodeXThis is done in the absence of supply. Therefore, NO in parallel with forced dischargeXNO on the sensing electrodeXThis NO is reduced, this NOXNO decompositionXIt is avoided that new oxygen poisoning occurs in the detection electrode. Therefore, NOXThe detection electrode is more reliably recovered by forced discharge.
[0031]
The state in which no fuel is supplied to the internal combustion engine may be, for example, when the fuel is cut or the engine is stopped. Forced discharge can be performed each time in the absence of fuel supply to the internal combustion period, It can also be performed in a certain cycle depending on the travel distance, travel time, and the like. Or NOXFeed back the measured value from the sensing electrode to NOXIt can also be performed when the decrease in the measured value of the sensing electrode falls below a certain value, and can be set as appropriate depending on the configuration of the internal combustion engine or the vehicle. NOXSimilarly, the time for applying a voltage exceeding the measurement voltage to the detection electrode can be appropriately set depending on the configuration of the internal combustion engine or the vehicle.
[0032]
Here, NO during forced dischargeXIf the voltage applied to the detection electrode exceeds the measurement voltage, there is an effect of forcibly discharging oxygen, but it is preferably in the range of 1.5 to 2.0 times the measurement voltage. By applying a voltage in this range, the above-described forced discharge of oxygen can be performed more suitably, and the oxygen contained in the solid electrolyte is prevented from being forcedly discharged outside the solid electrolyte.
[0033]
  In the deterioration recovery method for the exhaust gas sensor of the present invention, a voltage exceeding the discharge voltage is further applied to the oxygen pump electrode in the absence of fuel supply to the internal combustion engine..
[0034]
As described above, the oxygen pump electrode discharges oxygen inside the exhaust gas chamber to the outside of the exhaust gas chamber and reduces the oxygen partial pressure inside the exhaust gas chamber. The above-described NO in the absence of fuel supply to the internal combustion engineXBy applying a voltage exceeding the measurement voltage to the detection electrode and applying a voltage exceeding the discharge voltage to the oxygen pump electrode, NOXWhen oxygen is forcibly exhausted from the sensing electrode, the oxygen partial pressure in the exhaust gas chamber can be lowered at the same time.XInterference with the sensing electrode can be further reduced, and NOXOxygen poisoning due to oxygen coming into contact with the detection electrode is avoided. If a voltage exceeding the discharge voltage is not applied to the oxygen pump electrode at the time of forced exhaust, a plurality of oxygen pumps are arranged to sufficiently reduce the oxygen partial pressure inside the exhaust gas chamber, thereby improving the NO.XIt is possible to recover the deterioration of the detection electrode.
[0035]
Furthermore, by applying a voltage exceeding the discharge voltage to the oxygen pump electrode, NO generated in the exhaust gas chamber can be decomposed by the oxygen pump electrode, and oxygen generated can be discharged outside the exhaust gas chamber.XIt is more reliably avoided that NO contacts the detection electrode. Note that the oxygen pump electrode does not decompose NO when the discharge voltage is applied, but it is possible to decompose NO that is not normally decomposed by applying a voltage exceeding the discharge voltage.
[0036]
Here, when the voltage applied to the oxygen pump electrode at the time of forced discharge is a voltage exceeding the discharge voltage, the above-described effect can be obtained, but it is preferable that the voltage be in the range of 1.5 to 2.0 times the measurement voltage. By applying a voltage in this range, it is possible to more suitably perform the above-described forced discharge of oxygen and the like, and to prevent the oxygen contained in the solid electrolyte from being forced out of the solid electrolyte.
[0037]
In the exhaust gas sensor degradation recovery method of the present invention, after oxygen ions are forcibly discharged, NO is exhausted.XIt can also be set as the structure which performs zero point correction | amendment of the measurement voltage of a detection electrode. With this configuration, for example, NO after forced dischargeXEven when oxygen adsorbed on the detection electrode remains, this oxygen also causes NO.XAn error is prevented from occurring in the detected measurement value.
[0038]
The exhaust gas sensor having the degradation recovery function of the present invention releases oxygen ions in the exhaust gas chamber to the outside of the exhaust gas chamber by the oxygen pump electrode as described above, and NO in the exhaust gas chamber.XNO concentrationXIn addition to the normal exhaust gas sensor configured to detect with the detection electrode, NO is supplied in the absence of fuel supply to the internal combustion engine.XControl means for applying a voltage exceeding the measurement voltage to the detection electrode is provided.
[0039]
The control means senses a state in which no fuel is supplied to the internal combustion engine and detects NO.XAny voltage can be used as long as it can control the voltage applied to the detection electrode and the oxygen pump electrode. For example, it is determined whether or not the fuel is cut by the output of the engine control computer.XIt can also be set as the structure which controls the voltage applied to a detection electrode or an oxygen pump electrode, and can use what has a known structure suitably combined. In addition, this control means can be integrated with, for example, a normal air-fuel ratio control means and operated in conjunction.
[0040]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0041]
Example 1
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an exhaust gas sensor according to Embodiment 1 of the present invention. Moreover, the principal part enlarged schematic diagram in the state which has not deteriorated of the exhaust gas sensor of Example 1 of this invention is shown in FIG. 2, and the principal part enlarged schematic diagram in the deteriorated state is shown in FIG.
[0042]
The exhaust gas sensor 1 according to the first embodiment of the present invention includes an exhaust gas partitioned by a first partition wall 2 and a second partition wall 3 that are spaced apart from each other, a first diffusion-controlling wall 4 and a first spacer 5. It has a gas chamber 7. The exhaust gas chamber 7 is further divided into two in the exhaust gas flow direction by the second diffusion rate-determining wall 6, and the first exhaust gas chamber 14 located upstream in the exhaust gas flow direction and the exhaust gas flow direction A second exhaust gas chamber 16 located on the downstream side is formed.
[0043]
The first partition wall 2 and the second partition wall 3 are formed in a flat plate shape using zirconia as a material. An inner electrode 8 is disposed on the surface of the first partition wall 2 positioned inside the first exhaust gas chamber 14, and the surface of the first partition wall 2 positioned outside the first exhaust gas chamber 14 is connected to the outer side. An electrode 9 is disposed to constitute an oxygen pump electrode 10. The inner side electrode 8 is made of a noble metal such as Pt, Pd, Au, and the outer side electrode 9 is made of Pt.
[0044]
Further, the inner side detection electrode 11 is disposed on the surface of the second partition wall 3 positioned inside the second exhaust gas chamber 16, and the surface of the second partition wall 3 positioned outside the second exhaust gas chamber 16. Is arranged with the external sensing electrode 12 being NOXThe detection electrode 13 is configured. The inner side detection electrode 11 is made of Pt, Rh, Ir or the like, and the outer side detection electrode 12 is made of Pt. NOXA detection means (not shown) is connected to the detection electrode 13, and a current value generated when oxygen ions are released is detected by the detection means to detect NO.XThe concentration is measured.
[0045]
A substantially flat second spacer 15 is disposed outside the second partition wall 3 at a position substantially opposite to the first diffusion-controlling wall 4, and the second spacer 15 is interposed between the second spacer 15 and the second spacer 15. A heater wall 17 is disposed so as to face the partition 3. A heater 18 for heating is disposed inside the heater wall 17, and the heater 18 is connected to an external power source (not shown). The heater 18 heats the exhaust gas sensor 1 to a predetermined temperature.
[0046]
The first spacer 5, the second spacer 15, and the heater wall 17 are made of alumina. The atmospheric chamber 20 is defined by the second partition wall 3, the second spacer 15, and the heater wall 17, and the atmospheric chamber 20 has an end on the side where the second spacer 15 is not disposed outside the exhaust gas flow path. Open and communicate with the atmosphere. The first diffusion-controlling wall 4 is made of an alumina porous material, and the pores of the alumina porous material serve as exhaust gas introduction holes 21 for introducing exhaust gas into the exhaust gas chamber 7.
[0047]
Oxygen pump electrode 10 and NOXEach detection electrode 13 is connected to an external power source 22. Further, a control means 23 is connected to the external power source 22, and NO is supplied by the control means 23 in a state where no fuel is supplied to the internal combustion engine.XA voltage exceeding the measurement voltage is applied to the detection electrode 13 and the oxygen pump electrode 10.
[0048]
In the exhaust gas sensor 1 of the first embodiment, a discharge voltage is applied to the oxygen pump electrode 10 during measurement, and NOXA measurement voltage is applied to the detection electrode 13. The internal side electrode 8 transports oxygen inside the first exhaust gas chamber 14 to the external side electrode 9 through the first partition 2 by applying a discharge voltage, and discharges it outside the first exhaust gas chamber 14. 1 to reduce the oxygen partial pressure inside the exhaust gas chamber 14. Then, the NO generated by the reduction of the oxygen partial pressure inside the first exhaust gas chamber 14 is introduced into the second exhaust gas chamber 16 through the second diffusion rate-controlling wall 6, and this second exhaust gas chamber 16. NO located insideXContact the detection electrode 13. As shown in FIG. 2, the internal side detection electrode 11 transports oxygen ions generated by decomposing NO to the external side detection electrode 12 through the second partition wall 3 as shown in FIG. To the atmospheric chamber 20. At this time, as shown in FIG.XThe adsorbed oxygen ions remain adsorbed on the detection electrode 13. In the state where adsorbed oxygen ions are present, the output value obtained is lower than the output value corresponding to the actual NO concentration.XThe measurement accuracy of the detection electrode 13 decreases.
[0049]
In the absence of fuel supply to the internal combustion engine, NOXDeterioration recovery of the detection electrode 13 is performed. At this time, a signal is sent from the control means 23 to the external power source 22, and a voltage 1.5 times the discharge voltage is applied to the oxygen pump electrode 10, and NO.XA voltage that is 1.5 times the measurement voltage is applied to the detection electrode 13. Therefore, oxygen molecules in the first exhaust gas chamber 14 and oxygen ions of NO are exhausted outside the first exhaust gas chamber 14 by the oxygen pump electrode 10, and the adsorbed oxygen ions are converted into NO.XIt is forcibly discharged from the detection electrode 13 to the outside of the second exhaust gas chamber 16 and NO.XDeterioration recovery of the detection electrode 13 is performed. Also this NOXSimultaneously with recovery of deterioration of the detection electrode 13, NOXThe output value of the detection electrode 13 is sent to the detection means, the zero-point correction of the detection means is performed, and NOXThe zero point of the measured current value of the detection electrode 13 is corrected.
[0050]
(Comparative Example 1)
The exhaust gas sensor of Comparative Example 1 is formed in the same manner as the exhaust gas sensor of Example 1 except that no control means is provided. That is, the exhaust gas sensor of the present comparative example 1 does not have deterioration recovery.
[0051]
(An endurance test)
The exhaust gas sensor of Example 1 of the present invention and the exhaust gas sensor of Comparative Example 1 were mounted on the exhaust gas flow path of the internal combustion engine, and the exhaust gas flowing out from the internal combustion engine was introduced into each exhaust gas sensor. The exhaust gas flowing out was adjusted so that the NO concentration was 300 ppm. Air was introduced into the exhaust gas sensor of Example 1 and the exhaust gas sensor of Comparative Example 1 instead of the exhaust gas every time the estimated travel distance calculated from the rotational speed of the internal combustion engine passed 20,000 km. At this time, a voltage 1.5 times the discharge voltage is applied to the oxygen pump electrode only to the exhaust gas sensor of Example 1, and the NO of the exhaust gas sensor of Example 1XA degradation recovery process was performed by applying a voltage 1.5 times the measurement voltage to the detection electrode. At this time, zero correction is performed for each exhaust gas sensor, and NO in each exhaust gas sensor is simultaneously performed.XWhile measuring the change in the output value of the sensing electrode, the output value at the zero point was measured. The results of this endurance test are shown in FIGS.
[0052]
The graph shown in FIG. 4 represents the change in output value with the endurance distance. The output value in FIG. 4 is obtained by converting the obtained output current value into a voltage value. As shown in FIG. 4, in the exhaust gas sensor of Comparative Example 1, that is, the conventional exhaust gas sensor, NO increases as the travel distance increases.XThe output value of the sensing electrode is greatly reduced and NOXThe sensitivity of the sensing electrode has decreased. On the other hand, in the exhaust gas sensor of Example 1, that is, the exhaust gas sensor of the present invention, NOXThere was almost no decrease in the output value of the detection electrode, and no decrease in sensitivity was observed.
[0053]
Moreover, the graph shown in FIG. 5 represents the change of the zero point output value with the endurance distance. Further, the output value in FIG. 5 is obtained by converting the output current value obtained in the same manner as in FIG. 4 into a voltage value. As shown in FIG. 5, the exhaust gas sensor of Comparative Example 1, that is, the conventional exhaust gas sensor, has an increase of 0 point, whereas the exhaust gas sensor of Example 1, that is, the exhaust gas sensor of the present invention, has 0 point. Is the initial value and approximate value. In the exhaust gas sensor of Comparative Example 1, NO is used in an atmosphere where air is introduced, that is, in an atmosphere where there is no NO.XIt is considered that oxygen ions adsorbed on the detection electrode are gradually released, and the current value generated at this time increases the zero point current value. On the other hand, in the exhaust gas sensor of Example 1, NO is recovered by the deterioration recovery process.XSince oxygen ions adsorbed to the detection electrode are in a very small state, it is considered that there is no fluctuation of the zero point.
[0054]
From these results, according to the exhaust gas sensor of the first embodiment, NOXIt can be seen that the deterioration recovery of the detection electrode can be made well.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust gas sensor degradation recovery method and exhaust gas sensor having the degradation recovery function of the present invention, NO.XThe deterioration recovery of the detection electrode can be performed satisfactorily, NOXIt is possible to maintain good detection ability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an exhaust gas sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged schematic view of the main part of the exhaust gas sensor according to the first embodiment of the present invention in a non-deteriorated state.
FIG. 3 is an enlarged schematic view of the main part in a deteriorated state of the exhaust gas sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the results of an endurance test of an exhaust gas sensor having a deterioration recovery function according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the results of an endurance test of an exhaust gas sensor having a deterioration recovery function according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Exhaust gas sensor 2: First partition 3: Second partition 4: First diffusion-controlling wall 5: Spacer 6: Second diffusion-controlling wall 7: Exhaust gas chamber 8: Internal electrode 9: External electrode 10: Oxygen pump electrode 11: Internal side detection electrode 12: External side detection electrode 13: NOXDetection electrode 14: 1st exhaust gas chamber 15: 2nd spacer 16: 2nd exhaust gas chamber 17: Heater wall 18: Heater 20: Atmosphere chamber 21: Exhaust gas introduction hole 22: External power supply 23: Control means

Claims (5)

離間して配置されている固体電解質を含む2つの隔壁によって区画され排気ガスが導入される排気ガスチャンバと、該隔壁を挟んで配置され所定の放出電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出する酸素ポンプ電極と、該隔壁を挟んで配置され所定の測定電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部のNOXを分解し生成した酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からNOX濃度が測定されるNOX検知電極と、を有する内燃機関に搭載される排気ガスセンサの劣化を回復する方法であって、
前記内燃機関への燃料の供給がない状態で前記NOX検知電極に前記測定電圧を超える電圧を印加し、
前記内燃機関への燃料の供給がない状態で前記酸素ポンプ電極に前記放出電圧を超える電圧を印加することを特徴とする排気ガスセンサの劣化回復方法。
An exhaust gas chamber that is partitioned by two partition walls including a solid electrolyte that are spaced apart and into which exhaust gas is introduced, and an oxygen ion inside the exhaust gas chamber that is disposed across the partition wall and is applied with a predetermined discharge voltage An oxygen pump electrode that discharges the gas to the outside of the exhaust gas chamber and a predetermined measurement voltage that is disposed across the partition wall to release NO ions generated by decomposing NO x inside the exhaust gas chamber to the outside of the exhaust gas chamber And a method of recovering deterioration of an exhaust gas sensor mounted on an internal combustion engine having a NO x detection electrode for measuring a NO x concentration from a current value generated when releasing the oxygen ions,
Applying a voltage exceeding the measured voltage to the NO x detection electrode in the absence of fuel supply to the internal combustion engine ,
A method for recovering deterioration of an exhaust gas sensor , comprising applying a voltage exceeding the discharge voltage to the oxygen pump electrode in a state where no fuel is supplied to the internal combustion engine .
前記測定電圧を超える電圧は前記測定電圧の1.5〜2.0倍である請求項1に記載の排気ガスセンサの劣化回復方法。The exhaust gas sensor deterioration recovery method according to claim 1, wherein the voltage exceeding the measurement voltage is 1.5 to 2.0 times the measurement voltage. 前記放出電圧を超える電圧は前記放出電圧の1.5〜2.0倍である請求項に記載の排気ガスセンサの劣化回復方法。The exhaust gas sensor deterioration recovery method according to claim 1 , wherein the voltage exceeding the discharge voltage is 1.5 to 2.0 times the discharge voltage. 前記酸素イオンを強制排出した後に前記NOX検知電極の測定電圧の0点補正を行う請求項1から請求項の何れかに記載の排気ガスセンサの劣化回復方法。The exhaust gas sensor deterioration recovery method according to any one of claims 1 to 3 , wherein zero point correction of the measurement voltage of the NO x detection electrode is performed after the oxygen ions are forcibly discharged. 離間して配置されている固体電解質を含む2つの隔壁によって区画され排気ガスが導入される排気ガスチャンバと、該隔壁を挟んで配置され所定の放出電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部の酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出する酸素ポンプ電極と、該隔壁を挟んで配置され所定の測定電圧が印加されて排気ガスチャンバ内部のNOXを分解し生成した酸素イオンを排気ガスチャンバ外部に放出するとともに該酸素イオンを放出する際に生じる電流値からNOX濃度が測定されるNOX検知電極と、を有する内燃機関に搭載される排気ガスセンサであって、
前記内燃機関への燃料の供給がない状態で前記NOX検知電極に前記測定電圧を超える電圧を印加し、前記内燃機関への燃料の供給がない状態で前記酸素ポンプ電極に前記放出電圧を超える電圧を印加する制御手段を有することを特徴とする劣化回復機能を有する排気ガスセンサ。
An exhaust gas chamber that is partitioned by two partition walls including a solid electrolyte that are spaced apart and into which exhaust gas is introduced, and an oxygen ion inside the exhaust gas chamber that is disposed across the partition wall and is applied with a predetermined discharge voltage An oxygen pump electrode that discharges the gas to the outside of the exhaust gas chamber and a predetermined measurement voltage that is disposed across the partition wall to release NO ions generated by decomposing NO x inside the exhaust gas chamber to the outside of the exhaust gas chamber And an exhaust gas sensor mounted on an internal combustion engine having a NO x detection electrode for measuring the NO x concentration from a current value generated when releasing the oxygen ions,
A voltage exceeding the measured voltage is applied to the NO x detection electrode in the absence of fuel supply to the internal combustion engine, and the discharge voltage is exceeded to the oxygen pump electrode in the absence of fuel supply to the internal combustion engine. An exhaust gas sensor having a deterioration recovery function, characterized by comprising control means for applying a voltage .
JP2002344297A 2002-11-27 2002-11-27 Deterioration recovery method of exhaust gas sensor mounted on internal combustion engine and exhaust gas sensor having deterioration recovery function Expired - Fee Related JP4042545B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002344297A JP4042545B2 (en) 2002-11-27 2002-11-27 Deterioration recovery method of exhaust gas sensor mounted on internal combustion engine and exhaust gas sensor having deterioration recovery function

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002344297A JP4042545B2 (en) 2002-11-27 2002-11-27 Deterioration recovery method of exhaust gas sensor mounted on internal combustion engine and exhaust gas sensor having deterioration recovery function

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004177283A JP2004177283A (en) 2004-06-24
JP4042545B2 true JP4042545B2 (en) 2008-02-06

Family

ID=32705832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002344297A Expired - Fee Related JP4042545B2 (en) 2002-11-27 2002-11-27 Deterioration recovery method of exhaust gas sensor mounted on internal combustion engine and exhaust gas sensor having deterioration recovery function

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4042545B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10564120B2 (en) 2014-07-25 2020-02-18 Denso Corporation Gas concentration detection device

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4894748B2 (en) * 2007-12-20 2012-03-14 株式会社デンソー Gas concentration detector
JP5093672B2 (en) * 2008-04-15 2012-12-12 トヨタ自動車株式会社 NOx sensor deterioration determination control device and deterioration recovery control device
JP6230463B2 (en) * 2014-03-31 2017-11-15 日立造船株式会社 Method and apparatus for measuring denitration rate for engine
CN104267089A (en) * 2014-09-22 2015-01-07 金坛鸿鑫电子科技有限公司 Nitrogen oxide sensor
KR20170034132A (en) 2015-09-18 2017-03-28 현대자동차주식회사 Apparatus and method for removing poison of lamda sensor
JP7247989B2 (en) * 2020-07-31 2023-03-29 株式会社デンソー sensor controller

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000002686A (en) * 1998-06-15 2000-01-07 Riken Corp Conversion device for nitrogen oxides
JP2001141696A (en) * 1999-11-18 2001-05-25 Nippon Soken Inc Gas-detecting apparatus
JP3866881B2 (en) * 1999-06-28 2007-01-10 日本碍子株式会社 Gas sensor and method for preventing deterioration of gas sensor
JP2001133429A (en) * 1999-11-01 2001-05-18 Ngk Insulators Ltd Method for recalibrating offset of onboard nox sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10564120B2 (en) 2014-07-25 2020-02-18 Denso Corporation Gas concentration detection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004177283A (en) 2004-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3075994B1 (en) An abnormality diagnosis of a gas sensor
EP1074834B1 (en) Method and apparatus for measuring NOx gas concentration
JP4855756B2 (en) Gas sensor element
JP2004132841A (en) Gas concentration detecting apparatus
JP2002310987A (en) Gas sensor element
JP4283686B2 (en) Gas sensor element and control method and manufacturing method of gas sensor element.
JP5186472B2 (en) Hydrogen gas concentration detection system and gas sensor element having the same
JP2009244140A (en) GAS SENSOR AND NOx SENSOR
JP4042545B2 (en) Deterioration recovery method of exhaust gas sensor mounted on internal combustion engine and exhaust gas sensor having deterioration recovery function
EP0902279A1 (en) Gas sensor
JP2001141696A (en) Gas-detecting apparatus
JP4874282B2 (en) Gas sensor control device
JP5240432B2 (en) Hydrocarbon concentration measuring sensor element and hydrocarbon concentration measuring method
JP4248265B2 (en) Gas sensor element
JP3589872B2 (en) Method and apparatus for detecting exhaust gas concentration
JP3973851B2 (en) Gas sensor element
JP2004157063A (en) Gas sensor element and its manufacturing method
JP4625261B2 (en) Sensor element of gas sensor
JP2004132960A (en) Gas sensor element
JP4003879B2 (en) Method for manufacturing gas sensor element and gas sensor element
JP3778187B2 (en) Concentration detector
JPH11237366A (en) Gas sensor
US11174807B2 (en) Operation control method of vehicle engine and vehicle system
JPH10253585A (en) Gas sensor
JP2003090819A (en) Method for detecting gas concentration

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050422

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070313

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070717

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070809

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20070918

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071023

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20071105

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4042545

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111122

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111122

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121122

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121122

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131122

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees