JP4603471B2

JP4603471B2 - センサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法

Info

Publication number: JP4603471B2
Application number: JP2005340653A
Authority: JP
Inventors: 知宏若園; 誠二大矢; 宏治塩谷; 峰次那須
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: JP2007147386A

Description

本発明は、ガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法に関する。

従来より、第１測定室、第１酸素イオンポンプセル、第２測定室、第２酸素イオンポンプセル、基準酸素室、酸素分圧検知セルを備えるガスセンサ素子が知られている。
そして、このようなガスセンサ素子の状態を判定する装置としては、ガスセンサ素子を構成する各種セルに流れる電流値や、セルから出力される電圧値、セルのインピーダンスなどを測定し、これらの測定結果が許容範囲内にあるか否かに基づいて、ガスセンサ素子の故障状態を判定するものが提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開平１１−０１４５８９号公報国際公開第０３／０８３４６５号パンフレット

しかし、上記従来の装置においては、ガスセンサ素子の各種状態のうち、断線やショート等の致命的な故障状態を判定することはできるが、セルの感度が悪くなる等のガスセンサ素子の劣化状態までは判定できないという問題点があった。

つまり、致命的な故障状態に到ったガスセンサ素子においては、各種セルの電流値、電圧値、インピーダンス等の値が、正常状態のガスセンサ素子とは明らかに異なる範囲の数値を示す。このことから、上記従来の装置を用いることで、ガスセンサ素子の故障状態を判定することは可能である。

これに対して、劣化状態のガスセンサ素子においては、各種セルの電流値、電圧値、インピーダンス等の値が、正常状態のガスセンサ素子と略同様の範囲に含まれる数値を示すことから、上記の各値に基づいて正常状態と劣化状態とを区別することは難しく、上記従来の装置では、ガスセンサ素子の劣化状態を判定することは困難であった。

なお、劣化状態のガスセンサ素子は、正常状態のガスセンサ素子と比べてガス検知特性が変化するため、正常状態のガスセンサ素子と同様のガス検知結果を得ることができず、ガス検知精度が低下する虞がある。

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、各種セルを備えるガスセンサ素子における劣化状態を判定できるセンサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法を提供することを目的とする。

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、第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極の一方が第１測定室に配置されるとともに一対の電極の他方が第１測定室の外かつ第２測定室の外かつ基準酸素室の外に配置されて、第１測定室に導入された測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極のうち一方が第２測定室に配置されるとともに一対の電極の他方が基準酸素室に配置されて、第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極の一方が第１測定室に配置され、他方の電極が基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定装置であって、第２測定室における酸素分圧が特定ガスの検知時よりも高い劣化判定用酸素分圧となる状況下において、第２測定室の酸素分圧に応じて第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流を検出する第２ポンプ電流検出手段と、第２ポンプ電流検出手段により検出された第２ポンプ電流と予め定められた劣化判定用閾値とを比較し、第２ポンプ電流が劣化判定用閾値よりも小さい場合には、第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定する状態判定手段と、を備えたことを特徴とするセンサ素子劣化判定装置である。

また、上記目的を達成するためになされた請求項７に記載の発明方法は、第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極の一方が第１測定室に配置されるとともに一対の電極の他方が第１測定室の外かつ第２測定室の外かつ基準酸素室の外に配置されて、第１測定室に導入された測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極のうち一方が第２測定室に配置されるとともに一対の電極の他方が基準酸素室に配置されて、第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、一対の電極の一方が第１測定室に配置され、他方の電極が基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定方法であって、第２測定室における酸素分圧が特定ガスの検知時よりも高い劣化判定用酸素分圧となる状況下において、第２測定室の酸素分圧に応じて第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流を検出し、検出された第２ポンプ電流と予め定められた劣化判定用閾値とを比較し、第２ポンプ電流が劣化判定用閾値よりも小さい場合には、第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定すること、を特徴とするセンサ素子劣化判定方法である。

第２測定室の酸素分圧が劣化判定用酸素分圧となる状況下においては、第２酸素イオンポンプセルが劣化状態ではなく正常状態であれば、第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流は、劣化判定用酸素分圧に応じた電流値となる。しかし、第２酸素イオンポンプセルの劣化が進行すると、第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流は、劣化判定用酸素分圧に応じた電流値よりも小さくなる。

このため、第２ポンプ電流検出手段により検出された第２ポンプ電流と予め定められた劣化判定用閾値とを比較することで、第２酸素イオンポンプセルが許容できない程度の劣化状態であるか否かを判定することができる。

よって、本発明のセンサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法によれば、第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であることを判定できることから、各種セルを備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定することが出来る。

そして、上記のセンサ素子劣化判定装置においては、第２測定室の酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更する酸素分圧変更手段を備え、第２ポンプ電流検出手段は、酸素分圧変更手段により第２測定室の酸素分圧が劣化判定用酸素分圧に変更された状態において、第２測定室の酸素分圧に応じて第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流を検出するよう構成してもよい。

このように、酸素分圧変更手段を備えることで、任意のタイミングで第２測定室の酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更することができる。つまり、劣化判定が必要なタイミングで第２測定室の酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更し、第２ポンプ電流検出手段にて第２ポンプ電流を検出することで、検出した第２ポンプ電流に基づき状態判定手段にて劣化判定を行うことが可能となる。

よって、本発明によれば、劣化判定が必要なタイミングにおいて、積極的にガスセンサ素子の劣化判定を実行することが出来る。
そして、酸素分圧変更手段は、例えば、第１測定室に酸素が導入されている状況下において、第１酸素イオンポンプセルによる第１測定室からの酸素の汲み出しを停止して、第１測定室から第２測定室に導入される酸素を増加させることにより、第２測定室における酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更するように構成しても良い。

つまり、第１測定室に酸素が導入されている状況下において、第１酸素イオンポンプセルによる第１測定室からの酸素の汲み出しを停止することで、第１測定室の酸素分圧を上昇させることができる。そして、第１測定室の酸素分圧を上昇させて、第１測定室から第２測定室に導入される酸素を増加させることで、第２測定室における酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更するのである。

よって、本発明によれば、第２測定室における酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更することができ、劣化判定が必要なタイミングにおいて、積極的にガスセンサ素子の劣化判定を実行することが出来る。

なお、このときの酸素分圧変更手段は、第１測定室に酸素が導入されているか否かの判定にあたり、例えば、第１測定室の酸素分圧が予め定められた濃度判定基準値を超えているか否かを判断し、第１測定室の酸素分圧が濃度判定基準値を超えている場合に、第１測定室に酸素が導入されていると判定することが出来る。

また、酸素分圧変更手段は、例えば、第１測定室へ酸素を汲み入れるように第１酸素イオンポンプセルを駆動制御し、第１測定室における酸素分圧を上昇させて、第１測定室から第２測定室に導入される酸素を増加させることにより、第２測定室における酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更するよう構成しても良い。

つまり、酸素分圧変更手段が第１酸素イオンポンプセルを駆動制御して、第１測定室に対する酸素の汲み入れ動作を行うことで、第１測定室の酸素分圧を上昇させることができる。そして、第１測定室の酸素分圧を上昇させて、第１測定室から第２測定室に導入される酸素を増加させることで、第２測定室における酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更するのである。

このように、第１測定室に対する酸素の汲み入れ動作を行うことで、第１測定室の酸素分圧を上昇させるのに要する時間を短縮することができる。
よって、本発明によれば、第２測定室における酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更する時間を短縮でき、ガスセンサ素子の劣化判定に要する時間を短縮できる。

ところで、酸素分圧変更手段による酸素分圧の変更開始時点から、第２測定室の酸素分圧が安定するまでには、一定の時間を要することがある。
そこで、上記のセンサ素子劣化判定装置においては、第２ポンプ電流検出手段は、酸素分圧変更手段による酸素分圧の変更開始時を起点として第２測定室の酸素分圧が安定するまでの安定化待機時間が経過した後に、変更時第２ポンプ電流値を検出するように構成しても良い。

このように、酸素分圧変更手段による酸素分圧の変更開始時を起点として安定化待機時間が経過した後であれば、確実に第２測定室の酸素分圧を第１測定室と同等の酸素分圧に設定でき、第２測定室の酸素分圧を特定ガス検知時の酸素分圧よりも高くすることができる。

よって、本発明によれば、より精度良く第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であるかを判定でき、ガスセンサ素子の劣化状態を判定する際の判定精度の向上を図ることが出来る。

次に、上記のセンサ素子劣化判定装置においては、ガスセンサ素子の起動直後であるか否かを判定する起動後判定手段と、起動後判定手段において肯定判定されると、第１酸素イオンポンプセルによる第１測定室からの酸素の汲み出し動作を停止させるポンピング停止手段と、を備え、第２ポンプ電流検出手段は、ポンピング停止手段により第１酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み出し動作が停止された後、ガスセンサ素子が活性化状態である時に、第２測定室の酸素分圧に応じて第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流を検出するよう構成しても良い。

つまり、動作停止状態のガスセンサ素子においては、第１測定室および第２測定室に大気が導入されることから、第２測定室の酸素分圧は大気と同等の酸素分圧となる。そのため、ガスセンサ素子の起動直後は、第２測定室に大気と同等の酸素が存在することから、第２測定室における酸素分圧が特定ガスの検知時よりも高い酸素分圧（劣化判定用酸素分圧）となる。

このような状況下において、ポンピング停止手段が第１酸素イオンポンプセルによる第１測定室からの酸素の汲み出し動作を停止させることで、第２測定室の酸素分圧が低下するのを防止でき、第２測定室の酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に維持することができる。

つまり、センサ素子劣化判定装置は、起動判定手段を備えることで、第２測定室の酸素分圧が劣化判定用酸素分圧となる時期（起動直後）を判定することが出来ると共に、ポンピング停止手段を備えることで、第２測定室の酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に維持した状態で、第２ポンプ電流を検出することができる。

よって、本発明によれば、ガスセンサ素子の劣化判定が可能な時期（タイミング）を判定して、ガスセンサ素子の劣化判定を実行することが出来る。
なお、起動後判定手段において否定判定された場合には、ガスセンサ素子の劣化判定を行わずに処理を終了してもよく、あるいは、劣化判定処理が実行不可能であることを使用者に通知する処理を実行してもよい。

以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用されたガスセンサ制御装置１９０を備えるガス検出装置１の概略構成を示す構成図である。

ガス検出装置１は、ガスセンサ制御装置１９０と、ＮＯｘガスセンサ素子１０と、を備えており、自動車の内燃機関やボイラ等の各種燃焼機器の排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、ＮＯｘ）を検出する用途などに用いられる。

ガスセンサ制御装置１９０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、信号入出力部等を備えるマイクロコンピュータを主要部として構成されている。そして、ガスセンサ制御装置１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０を駆動制御する処理やＮＯｘガスセンサ素子１０による検出信号に基づき排気ガス中の特定ガスを検出する処理や、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化状態を判定するセンサ診断処理（On Board Diagnosis処理（ＯＢＤ処理））などを実行する。

なお、図１では、ＮＯｘガスセンサ素子１０については、内部構造を示す断面図として記載している。以下の説明では、図１に示すＮＯｘガスセンサ素子１０のうち左側を先端側として、右側を後端側として説明する。また、図１では、ＮＯｘガスセンサ素子１０のうち先端側部分における内部構成を示しており、後端部分は図示を省略している。

まず、ＮＯｘガスセンサ素子１０について説明する。
ＮＯｘガスセンサ素子１０は、第１ポンプセル１１１，酸素分圧検知セル１１２，第２ポンプセル１１３を、アルミナを主体とする絶縁層１１４，１１５を介して積層した構造を有する。また、ＮＯｘガスセンサ素子１０においては、第２ポンプセル１１３側に、ヒータ部１８０が積層されている。

このうち、第１ポンプセル１１１は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第１固体電解質層１３１と、第１固体電解質層１３１を挟み込むように配置された第１ポンプ用第１電極１３５と第１ポンプ用第２電極１３７とからなる第１多孔質電極１２１とを備えて形成されている。なお、第１ポンプ用第１電極１３５および第１ポンプ用第２電極１３７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されており、それぞれの表面には、多孔質体からなる保護層１２２が形成されている。

酸素分圧検知セル１１２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる検知用固体電解質層１５１と、検知用固体電解質層１５１を挟み込むように配置された検知用電極１５５と基準用電極１５７とからなる検知用多孔質電極１２３とを備えて形成されている。なお、検知用電極１５５および基準用電極１５７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されている。

第２ポンプセル１１３は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第２固体電解質層１４１と、第２固体電解質層１４１の表面のうち絶縁層１１５に面する表面に配置された第２ポンプ用第１電極１４５および第２ポンプ用第２電極１４７からなる第２多孔質電極１２５とを備えて形成されている。

なお、第２ポンプ用第１電極１４５、第２ポンプ用第２電極１４７は、白金、白金合金、白金とセラミックス（例えば、固体電解質体）を含むサーメットなどで形成されている。

そして、ＮＯｘガスセンサ素子１０の内部には、測定対象ガスが導入される第１測定室１５９が形成されている。第１測定室１５９には、第１ポンプセル１１１と酸素分圧検知セル１１２との間に配置された第１拡散抵抗体１１６を介して、外部から測定対象ガスが導入される。

第１拡散抵抗体１１６は、多孔質体で構成されており、ＮＯｘガスセンサ素子１０のうち先端側開口部から第１測定室１５９に至る測定対象ガスの導入経路１４に配置されて、第１測定室１５９への単位時間あたりの測定対象ガスの導入量（通過量）を制限している。

なお、導入経路１４は、第１ポンプセル１１１および酸素分圧検知セル１１２に包囲される空間のうち、第１測定室１５９よりも先端側（図における左側）の領域である。また、第１ポンプセル１１１の第１ポンプ用第１電極１３５（詳細には、保護層１２２で覆われた第１ポンプ用第１電極１３５）、および酸素分圧検知セル１１２の検知用電極１５５は、第１測定室１５９に面するように配置されている。

また、第１測定室１５９の後端側（図における右側）には、多孔質体からなる第２拡散抵抗体１１７が備えられており、第２ポンプ用第１電極１４５と第２拡散抵抗体１１７との間には、第２測定室１６１が形成されている。なお、第２測定室１６１は、酸素分圧検知セル１１２を積層方向に貫通する状態で形成される。

さらに、ＮＯｘガスセンサ素子１０の内部のうち、酸素分圧検知セル１１２の検知用固体電解質層１５１と第２ポンプセル１１３の第２固体電解質層１４１との間には、第２測定室１６１の他に基準酸素室１１８が形成されている。なお、第２測定室１６１、基準酸素室１１８は、この順に後端側から先端側にかけて第２ポンプセル１１３に沿って形成されている。また、基準酸素室１１８は、所定の酸素分圧雰囲気（濃度検知の基準となる酸素分圧雰囲気）に設定される。

そして、酸素分圧検知セル１１２の基準用電極１５７と、第２ポンプセル１１３の第２ポンプ用第２電極１４７とが、基準酸素室１１８に面するように配置されている。
ヒータ部１８０は、例えばアルミナ等の絶縁性セラミックスからなるシート状の絶縁層１７１，１７３を積層することにより構成されている。そして、このヒータ部１８０は、各絶縁層１７１，１７３の間に、Ｐｔを主体とするヒータ１７５を備えている。

このように構成されたＮＯｘガスセンサ素子１０は、第１ポンプセル１１１により第１測定室１５９の内部に存在する酸素のポンピング（汲み出し、汲み入れ）が可能であり、酸素分圧検知セル１１２により、酸素濃度（酸素分圧）を一定に制御された基準酸素室１１８と第１測定室１５９との酸素濃度差（酸素分圧差）、つまり第１測定室１５９の内部の酸素濃度（酸素分圧）を測定可能である。

なお、このＮＯｘガスセンサ素子１０は、別途備えられるガスセンサ制御装置１９０により駆動されるものであり、ガスセンサ制御装置１９０がヒータ１７５を駆動することにより、各セル（第１ポンプセル１１１、第２ポンプセル１１３、酸素分圧検知セル１１２の）を活性化温度まで加熱する。

そして、ガスセンサ制御装置１９０は、ヒータ１７５を駆動制御してＮＯｘガスセンサ素子１０を活性化温度（例えば７５０℃）まで加熱し、この状態で、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する。

また、ガスセンサ制御装置１９０は、第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御すると共に、第２ポンプセル１１３に対して、予め定められた第２ポンプ電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を印加する。これにより、第２測定室１６１では、第２ポンプセル１１３を構成する第２多孔質電極１２５の触媒作用によって、ＮＯｘが解離（還元）され、その解離により得られた酸素イオンが第２ポンプ用第１電極１４５と第２ポンプ用第２電極１４７との間の第２固体電解質層１４１を移動することにより第２ポンプ電流Ｉｐ２が流れる。つまり、第２ポンプセル１１３は、第２測定室１６１に存在する特定ガス成分（ＮＯｘ（窒素酸化物））を解離させて、第２測定室１６１から基準酸素室１１８に酸素を汲み出す。

なお、第２測定室１６１の第２ポンプ用第１電極１４５で解離された酸素イオン（Ｏ^2-）は、第２固体電解質層１４１を介して第２ポンプ用第２電極１４７に移動し、第２ポンプ用第２電極１４７において酸素（Ｏ₂）として基準酸素室１１８に放出される。

つまり、ガスセンサ制御装置１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０に接続された状態で、第１ポンプセル１１１のポンピング動作により第１測定室１５９の酸素濃度（酸素分圧）を調整し、第２測定室１６１の酸素濃度（酸素分圧）をＮＯｘ検知が可能なＮＯｘ検知用濃度に設定して、第２ポンプ電流Ｉｐ２の大きさや積分値などに基づいてＮＯｘを検出する処理を行う。

次に、ガスセンサ制御装置１９０で実行されるセンサ診断処理（On Board Diagnosis処理（ＯＢＤ処理））の処理内容について説明する。図２に、センサ診断処理の処理内容を表すフローチャートを示す。

なお、センサ診断処理は、ガスセンサ制御装置１９０の起動直後やフューエルカット運転時など、排気ガス中の酸素濃度（酸素分圧）が高い状態となるタイミングで実行することが望ましい。

センサ診断処理が開始されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め定められた一定電圧（例えば、４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に電流を流し、このときに第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を検出する処理を実行する。

これにより、第１ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて測定対象ガスの酸素濃度（酸素分圧）を検出することができる。
次のＳ１２０では、Ｓ１１０で検出した第１ポンプ電流Ｉｐ１に基づき測定対象ガスの酸素分圧（酸素濃度）を特定し、特定した測定対象ガスの酸素分圧が予め定められた濃度判定基準値であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１３０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで待機する。

なお、濃度判定基準値は、第１測定室１５９に酸素が導入されているか否かの判定が可能な数値範囲に設定されており、本実施形態では、「０％を超える範囲」が設定されている。つまり、Ｓ１２０では、測定対象ガスの酸素分圧が０％を超える場合には、第１測定室１５９に酸素が導入されていると判定して肯定判定し、測定対象ガスの酸素分圧が０％である場合には、第１測定室１５９に酸素が導入されていないと判定して否定判定する。

Ｓ１２０で肯定判定されてＳ１３０に移行すると、Ｓ１３０では、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素のポンピング（汲み出しまたは汲み入れ）を停止させる処理を実行する。これにより、第１測定室１５９から酸素が汲み出されることが無くなり、酸素を含む排気ガスが第１測定室１５９に導入されることに伴い、第１測定室１５９の酸素濃度（酸素分圧）がＮＯｘ検知時よりも増大する。

次のＳ１４０では、経過時間を計測するためのタイマ処理を開始する。
続くＳ１５０では、タイマ処理による時間計測の開始時点から安定化待機時間が経過したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１６０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで待機する。

なお、本実施形態では、安定化待機時間として、１．０［ｓｅｃ］が設定されている。
ここで、第１ポンプセル１１１による酸素の汲み出し動作を停止させた状況下で、第１測定室１５９に大気（酸素分圧：２０％）を導入した場合において、汲み出し停止時期を起点とした経過時間と第２ポンプセル１１３に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２との相関関係について測定した測定結果を、図５に示す。

なお、本測定では、４個のＮＯｘガスセンサ素子を用いて測定を行っており、図５では、縦軸を第２ポンプ電流Ｉｐ２とし、横軸を経過時間とする座標平面において、測定結果の波形を示している。

図５に示すように、第１ポンプセル１１１による酸素のポンピング停止時（時刻＝０［ｓｅｃ］）から少なくとも１０［ｍｓｅｃ］が経過するまでの間に、全てのガスセンサ素子について、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値を上回る値を示している。

つまり、図５に示す測定結果によれば、第１ポンプセル１１１による酸素のポンピング停止時点から少なくとも１０［ｍｓｅｃ］経過することで、第２測定室１６１のガス雰囲気（酸素分圧）が第１測定室１５９と同等のガス雰囲気（酸素分圧）となることが判る。

また、第１ポンプセル１１１による酸素の汲み出し動作を停止させた状況下で、第１測定室１５９に大気（酸素分圧：２０％）を導入した場合において、汲み出し停止時期を起点とした経過時間とＮＯｘガスセンサ素子１０のライトオフ時間との相関関係について測定した測定結果を、図６に示す。

なお、ここでのライトオフ時間とは、第１ポンプセル１１１による酸素の汲み出し動作を再起動した後、ＮＯｘガスセンサ素子１０がＮＯｘ検知可能な状態になるまで（換言すれば、第２測定室１６１の酸素分圧がＮＯｘ検知用の酸素分圧となるまで）の所要時間を意味している。また、図６では、縦軸をライトオフ時間とし、横軸を経過時間とする座標平面において、測定結果の波形を示している。さらに、図６では、ライトオフ時間の許容上限値を規格値として示している。

図６に示すように、経過時間が５［ｓｅｃ］を超えるとライトオフ時間が規格値（許容上限値）を超えることから、ライトオフ時間を規格値以下とするためには、安定化待機時間は５［ｓｅｃ］以下に設定することが望ましい。

そして、図５および図６に示す測定結果によれば、安定化待機時間は、１０［ｍｓｅｃ］以上５［ｓｅｃ］以下の範囲内で設定することが望ましい。
なお、図５に示す劣化判定用閾値は、正常状態のガスセンサ素子に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２のうち、目標検出濃度の特定ガスを検出したときに流れる電流値であり、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値を上回るガスセンサ素子については、劣化していない正常状態であると判定できる。

そして、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化判定用閾値は、例えば、［数１］に示す計算式で算出することができる。

ここで、定数Ａは、ＮＯｘセンサ素子の構造などによって定まる定数であり、本実施形態のＮＯｘガスセンサ素子１０では、０．００５［μＡ／ｐｐｍ］である。

例えば、目標検出濃度が５０［ｐｐｍ］のＮＯｘガスセンサ素子における劣化判定用閾値は、［数１］によれば、０．２５［μＡ］（＝０．００５［μＡ／ｐｐｍ］×５０［ｐｐｍ］）となる。

ここで、第２ポンプ電圧Ｖｐ２と第２ポンプ電流Ｉｐ２との関係について、４本のＮＯｘガスセンサ素子を用いて測定した測定結果を図７に示す。
図７に示すように、第２ポンプ電流Ｉｐ２にはＮＯｘガスセンサ素子ごとに個体差が生じる場合があり、ＮＯｘ検出用電圧の印加時においては、第２ポンプ電流が最も大きくなるセンサ素子と第２ポンプ電流が最も小さくなるセンサ素子との間では、電流変化量に４倍程度のバラツキが生じることがある。

そのため、バラツキを考慮する必要がある場合には、［数１］に基づき算出される劣化判定用閾値に対して安全係数を乗じた値を、劣化判定用閾値として用いると良い。なお、安全係数は、第２ポンプ電流Ｉｐ２のバラツキに応じて設定すれば良く、例えば、第２ポンプ電流Ｉｐ２について電流変化量に４倍のバラツキが生じる場合には、安全係数として４を設定すると良い。

図２に戻り、Ｓ１５０で肯定判定されてＳ１６０に移行すると、Ｓ１６０では、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。
次のＳ１７０では、第２ポンプセル１１３に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出する処理を実行する。なお、第２ポンプセル１１３には第２ポンプ電圧Ｖｐ２が印加されており、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、第２測定室１６１の酸素分圧に応じた電流値を示す。

次のＳ１８０では、Ｓ１７０で検出した第２ポンプ電流Ｉｐ２が予め定められた劣化判定用閾値以上であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ１９０に移行し、否定判定する場合にはＳ２００に移行する。

つまり、Ｓ１８０では、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値以上である場合には、第２ポンプセル１１３が正常状態であると判定し、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値以上ではない場合には、第２ポンプセル１１３が劣化状態であると判定している。

なお、Ｓ１８０での判定に用いる劣化判定用閾値は、本実施形態では、０．２５［μＡ］に設定されている。個体差によるバラツキを考慮する場合には、安全係数（＝４）を乗じた１．００［μＡ］を劣化判定用閾値としてもよい。

Ｓ１８０で肯定判定されてＳ１９０に移行すると、Ｓ１９０では、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素のポンピング（汲み出しまたは汲み入れ）を再び起動させる処理を実行する。つまり、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する処理を再開する。

これにより、第１測定室１５９の酸素分圧が特定ガス検知用濃度（例えば、低濃度）に設定されると共に、第２測定室１６１の酸素分圧が特定ガス検知用濃度に設定されることになり、ＮＯｘガスセンサ素子１０がＮＯｘ検出の可能な状態に設定される。

なお、ガスセンサ制御装置１９０は、センサ診断処理とは別の内部処理としてＮＯｘ検出処理を実行することで、ＮＯｘガスセンサ素子１０の第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出し、検出した第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づきＮＯｘ検出を行う。

Ｓ１８０で否定判定されてＳ２００に移行すると、Ｓ２００では、第２ポンプセル１１３が劣化状態であることを表す異常発生信号を、ガスセンサ制御装置１９０の出力端子（図示省略）から外部機器に対して出力する処理を行う。

そして、異常発生信号を受け取った外部機器は、ＮＯｘガスセンサ素子１０が劣化状態であることを使用者に通知するための処理を行う。具体的な処理としては、例えば、ＮＯｘガスセンサ素子１０が劣化状態であることを示す警告ランプを点灯する処理や、ＮＯｘガスセンサ素子１０が劣化状態であることを示す音声メッセージを出力する処理などを挙げることができる。

Ｓ１９０またはＳ２００が終了すると、本制御処理（センサ診断処理）は終了する。
以上説明したように、本実施形態のガス検出装置１に備えられるガスセンサ制御装置１９０は、第１測定室１５９に酸素が導入されている時に（Ｓ１２０で肯定判定）、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素の汲み出しを停止することで、第１測定室１５９の酸素分圧を上昇させている。ガスセンサ制御装置１９０は、このように第１測定室１５９の酸素分圧を上昇させて、第１測定室１５９から第２測定室１６１に導入される酸素を増加させることで、第２測定室１６１における酸素分圧をＮＯｘ検知時の酸素分圧よりも高い値に変更するのである。

そして、第２測定室１６１の酸素分圧がＮＯｘ検知時の酸素分圧よりも高い値（劣化判定用酸素分圧）となる状況下においては、第２ポンプセル１１３が劣化状態ではなく正常状態であれば、第２ポンプセル１１３に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２は、劣化判定用酸素分圧に応じた電流値となる。しかし、第２ポンプセル１１３の劣化が進行すると、第２ポンプセル１１３に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２は、劣化判定用酸素分圧に応じた電流値よりも小さくなる。

このため、ガスセンサ制御装置１９０は、Ｓ１７０での処理で検出された第２ポンプ電流Ｉｐ２と予め定められた劣化判定用閾値とを比較することで、第２ポンプセル１１３が許容できない程度の劣化状態であるか否かを判定することができ、Ｓ１８０において第２ポンプ電流Ｉｐ２と劣化判定用閾値との比較処理を行う。つまり、Ｓ１８０での判定処理では、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値以上である場合には、第２ポンプセル１１３が正常状態であると判定し、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値以上ではない場合には、第２ポンプセル１１３が劣化状態であると判定している。

なお、本実施形態では、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素の汲み出しを停止することで、第２測定室１６１における酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更することができる。よって、ガスセンサ制御装置１９０は、劣化判定が必要なタイミングにおいて、第１測定室１５９からの酸素の汲み出しを停止して第２測定室１６１の酸素分圧を変更することで、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化判定を実行することが出来る。

よって、本実施形態のガスセンサ制御装置１９０によれば、第２ポンプセル１１３が劣化状態であるか否かを判定でき、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化状態を判定することが出来る。

また、本実施形態のガスセンサ制御装置１９０は、Ｓ１５０での処理において、安定化待機時間を経過したか否かを判断することで、第１測定室１５９からの酸素の汲み出し動作の停止時点から少なくとも安定化待機時間を経過したか否かを判断している。つまり、ガスセンサ制御装置１９０は、第１測定室１５９からの酸素の汲み出し動作を停止した時点（Ｓ１３０）から少なくとも安定化待機時間を経過した後で（Ｓ１５０で肯定判定）、第２ポンプ電流Ｉｐ２の検出を行う（Ｓ１７０）。

このように、第１測定室１５９からの酸素の汲み出し動作を停止した時点から少なくとも安定化待機時間を経過した後であれば、確実に第２測定室１６１の酸素分圧を第１測定室１５９と同等の酸素分圧に設定でき、第２測定室１６１の酸素分圧をＮＯｘ検知時の酸素分圧よりも高くすることができる。

なお、本実施形態においては、ガスセンサ制御装置１９０が特許請求の範囲に記載のセンサ素子劣化判定装置に相当し、第１ポンプセル１１１が第１酸素イオンポンプセルに相当し、第２ポンプセル１１３が第２酸素イオンポンプセルに相当し、Ｓ１５０およびＳ１７０での処理が第２ポンプ電流検出手段に相当し、Ｓ１８０での処理が状態判定手段に相当し、Ｓ１２０およびＳ１３０での処理が酸素分圧変更手段に相当している。

上記の実施形態（以下、第１実施形態ともいう）では、第１測定室に酸素が導入されている状況下において、第１測定室からの酸素の汲み出し動作を停止することで、第２測定室の酸素分圧を上昇させる構成のガスセンサ制御装置１９０（センサ素子劣化判定装置）について説明したが、本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されるものではない。

そこで、第２実施形態として、第１測定室に酸素を汲み入れる動作を実行することで、第２測定室の酸素分圧を上昇させる構成のガスセンサ制御装置（センサ素子劣化判定装置）について説明する。

なお、第２実施形態のガスセンサ制御装置は、第１実施形態と同様に、図１に示すようなＮＯｘガスセンサ素子１０と共にガス検出装置を構成するものであるが、第１実施形態とはセンサ診断処理の処理内容が異なっている。したがって、以下の説明では、センサ診断処理の処理内容を中心に説明する。

第２実施形態におけるセンサ診断処理の処理内容を表すフローチャートを図３に示す。
なお、センサ診断処理は、ガスセンサ制御装置の起動直後やフューエルカット運転時など、排気ガス中の酸素濃度（酸素分圧）が高い状態となるタイミングで実行することが望ましい。

センサ診断処理が開始されると、まず、Ｓ３１０（Ｓはステップを表す）では、第１ポンプセル１１１による酸素のポンピング動作（汲み出しまたは汲み入れ）を、「酸素の汲み入れ動作」に設定する処理を実行する。これにより、第１拡散抵抗体１１６を介した酸素（排気ガスに含まれる酸素）の導入に加えて、第１測定室１５９に対する酸素の汲み入れ動作を行うことから、効率良く第１測定室１５９の酸素濃度（酸素分圧）が増大する。

次のＳ３２０では、経過時間を計測するためのタイマ処理を開始する。
続くＳ３３０では、タイマ処理による時間計測の開始時点から安定化待機時間が経過したか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ３４０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで待機する。

なお、第２実施形態では、安定化待機時間として、０．５［ｓｅｃ］が設定されている。第２実施形態では、第１拡散抵抗体１１６を介した酸素（排気ガスに含まれる酸素）の導入に加えて、第１測定室１５９に対する酸素の汲み入れ動作を行うことから、第１実施形態に比べて、短い時間で酸素分圧を上昇させることができるため、安定化待機時間を第１実施形態よりも小さい値に設定することができる。

Ｓ３３０で肯定判定されてＳ３４０に移行すると、Ｓ３４０では、経過時間を計測するタイマ処理を停止する。
次のＳ３５０では、第２ポンプセル１１３に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出する処理を実行する。なお、第２ポンプセル１１３には第２ポンプ電圧Ｖｐ２が印加されており、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、第２測定室１６１の酸素分圧に応じた電流値を示す。

次のＳ３６０では、Ｓ３５０で検出した第２ポンプ電流Ｉｐ２が予め定められた劣化判定用閾値以上であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ３７０に移行し、否定判定する場合にはＳ３８０に移行する。

つまり、Ｓ３６０では、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値以上である場合には、第２ポンプセル１１３が正常状態であると判定し、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値以上ではない場合には、第２ポンプセル１１３が劣化状態であると判定している。

なお、Ｓ３６０での判定に用いる劣化判定用閾値は、本実施形態では、０．２５［μＡ］に設定されている。
Ｓ３６０で肯定判定されてＳ３７０に移行すると、Ｓ３７０では、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素のポンピング動作（汲み出しまたは汲み入れ）を通常制御動作に設定する処理を実行する。つまり、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する処理を再開する。

なお、第２実施形態のガスセンサ制御装置においても、第１実施形態と同様に、センサ診断処理とは別の内部処理としてＮＯｘ検出処理を実行することで、ＮＯｘガスセンサ素子１０の第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出し、検出した第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づきＮＯｘ検出を行う。

Ｓ３６０で否定判定されてＳ３８０に移行すると、Ｓ３８０では、第２ポンプセル１１３が劣化状態であることを表す異常発生信号を、ガスセンサ制御装置の出力端子（図示省略）から外部機器に対して出力する処理を行う。

Ｓ３７０またはＳ３８０が終了すると、本制御処理（センサ診断処理）は終了する。
以上説明したように、第２実施形態のガスセンサ制御装置は、Ｓ３１０での処理により第１ポンプセル１１１を駆動制御して、第１測定室１５９に対する酸素の汲み入れ動作を行うことで、第１測定室１５９の酸素分圧を上昇させている。そして、第１測定室１５９の酸素分圧を上昇させて、第１測定室１５９から第２測定室１６１に導入される酸素を増加させることで、第２測定室１６１における酸素分圧をＮＯｘ検知時の酸素分圧よりも高い値（劣化判定用酸素分圧）に変更するのである。

このように、第２実施形態では、第１拡散抵抗体１１６を介した酸素（排気ガスに含まれる酸素）の導入に加えて、第１ポンプセル１１１を駆動制御して第１測定室１５９に対する酸素の汲み入れ動作を行うことで、第１測定室１５９の酸素分圧を上昇させるのに要する時間を短縮することができる。このため、第２実施形態のガスセンサ制御装置１９０では、第２測定室１６１における酸素分圧を劣化判定用酸素分圧に変更する時間を短縮できることから、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化判定に要する時間を短縮できる。

なお、第２実施形態においては、ガスセンサ制御装置が特許請求の範囲に記載のセンサ素子劣化判定装置に相当し、Ｓ３３０およびＳ３５０での処理が第２ポンプ電流検出手段に相当し、Ｓ３６０での処理が状態判定手段に相当し、Ｓ３１０での処理が酸素分圧変更手段に相当している。

上記の第１実施形態および第２実施形態では、第２測定室の酸素分圧を変更してガスセンサ素子の劣化状態を判定する構成のガスセンサ制御装置（センサ素子劣化判定装置）について説明したが、第３実施形態として、第２測定室の酸素濃度を変更することなく劣化状態を判定する構成のガスセンサ制御装置（センサ素子劣化判定装置）について説明する。

なお、一定の停止期間を経た後に起動されたガスセンサ素子においては、起動直後には第２測定室にも大気と同等の酸素が存在することから、起動直後における第２測定室の酸素分圧は、ＮＯｘ検知時の酸素分圧に比べて高い値となる。このため、第３実施形態のガスセンサ制御装置（センサ素子劣化判定装置）は、ガスセンサ素子の起動直後に劣化状態を判定するよう構成されている。

また、第３実施形態のガスセンサ制御装置は、第１実施形態と同様に、図１に示すようなＮＯｘガスセンサ素子１０と共にガス検出装置を構成するものであるが、第１実施形態とはセンサ診断処理の処理内容が異なっている。したがって、以下の説明では、センサ診断処理の処理内容を中心に説明する。

第３実施形態におけるセンサ診断処理の処理内容を表すフローチャートを図４に示す。
なお、第３実施形態においては、センサ診断処理は、ガスセンサ制御装置の起動直後に実行される。

センサ診断処理が開始されると、まず、Ｓ４１０（Ｓはステップを表す）では、イグニッションＫｅｙがＯＮ状態であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ４２０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで待機する。

なお、イグニッションＫｅｙは、内燃機関あるいは燃焼機器の起動操作・停止操作を行うためのものであり、イグニッションＫｅｙがＯＮ状態に設定されると、内燃機関あるいは燃焼機器が起動され、イグニッションＫｅｙがＯＦＦ状態に設定されると、内燃機関あるいは燃焼機器が停止する。

Ｓ４１０で肯定判定されてＳ４２０に移行すると、Ｓ４２０では、今回の起動が長期停止後の起動であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ４３０に移行し、否定判定する場合にはセンサ診断処理を終了する。

なお、Ｓ４２０では、具体的には、ＮＯｘガスセンサ素子１０の温度を検出して、検出した温度が予め定められた非活性温度であるか否かを判断し、検出した温度が非活性温度であり肯定判定する場合にはＳ４３０に移行し、検出した温度が非活性温度ではなく否定判定する場合にはセンサ診断処理を終了する。つまり、長期停止している場合には、ＮＯｘガスセンサ素子１０の温度が低下することから、長期停止後の起動であれば、ＮＯｘガスセンサ素子１０の温度は充分には上昇しておらず低い値を示すことになり、素子の温度に基づいて長期停止後の起動であるか否かを判断することが出来る。

そして、ＮＯｘガスセンサ素子１０の温度検出方法としては、ＮＯｘガスセンサ素子１０の近傍に温度センサを設けておき、その温度センサを用いて温度検出する方法や、ＮＯｘガスセンサ素子１０における酸素分圧検知セル１１２の電気抵抗値Ｒｐｖｓを検出し、電気抵抗値Ｒｐｖｓから素子温度を換算する方法などを用いることができる。また、本実施形態では、非活性温度を６００［℃］以下の温度範囲としている。

Ｓ４２０で肯定判定されてＳ４３０に移行すると、Ｓ４３０では、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素のポンピング（汲み出しまたは汲み入れ）を停止させる処理を実行する。これにより、第１測定室１５９から酸素が汲み出されることが無くなり、第２測定室１６１の酸素が第１測定室１５９を介して汲み出されるのを防止することができる。つまり、Ｓ４３０において第１ポンプセル１１１によるポンピング動作を停止させることで、第２測定室１６１の酸素濃度が低下するのを防止している。

次のＳ４４０では、ＮＯｘガスセンサ素子１０が活性化状態であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ４５０に移行し、否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで待機する。

ＮＯｘガスセンサ素子１０は、起動後にヒータ部１８０による加熱が開始されて、ヒータ部１８０により所定の活性化温度まで加熱されることで活性化状態となる。このため、Ｓ４４０では、具体的には、ＮＯｘガスセンサ素子１０の温度を検出して、検出した温度が予め定められた活性化温度であるか否かを判断し、検出した温度が活性化温度であり肯定判定する場合にはＳ４３０に移行し、検出した温度が活性化温度ではなく否定判定する場合には同ステップを繰り返し実行することで待機する。

なお、本実施形態では、活性化温度を「７００［℃］以上の温度範囲」としている。
次のＳ４５０では、第２ポンプセル１１３に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出する処理を実行する。

なお、第２ポンプセル１１３には第２ポンプ電圧Ｖｐ２が印加されており、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、第２測定室１６１の酸素分圧に応じた電流値を示す。
次のＳ４６０では、Ｓ４５０で検出した第２ポンプ電流Ｉｐ２が予め定められた劣化判定用閾値以上であるか否かを判断しており、肯定判定する場合にはＳ４７０に移行し、否定判定する場合にはＳ４８０に移行する。

つまり、Ｓ４６０では、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値以上である場合には、第２ポンプセル１１３が正常状態であると判定し、第２ポンプ電流Ｉｐ２が劣化判定用閾値以上ではない場合には、第２ポンプセル１１３が劣化状態であると判定している。

なお、Ｓ４６０での判定に用いる劣化判定用閾値は、本実施形態では、０．２５［μＡ］に設定されている。
Ｓ４６０で肯定判定されてＳ４７０に移行すると、Ｓ４７０では、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素のポンピング（汲み出しまたは汲み入れ）を再び起動させる処理を実行する。つまり、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する処理を再開する。

なお、第３実施形態のガスセンサ制御装置においても、第１実施形態と同様に、センサ診断処理とは別の内部処理としてＮＯｘ検出処理を実行することで、ＮＯｘガスセンサ素子１０の第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出し、検出した第２ポンプ電流Ｉｐ２に基づきＮＯｘ検出を行う。

Ｓ４６０で否定判定されてＳ４８０に移行すると、Ｓ４８０では、第２ポンプセル１１３が劣化状態であることを表す異常発生信号を、ガスセンサ制御装置１９０の出力端子（図示省略）から外部機器に対して出力する処理を行う。

Ｓ４７０またはＳ４８０が終了すると、本制御処理（センサ診断処理）は終了する。
以上説明したように、第３実施形態のガスセンサ制御装置は、Ｓ４１０での判定処理によりＮＯｘガスセンサ素子１０が起動状態であるか否かを判定し、Ｓ４２０での判定処理により今回の起動が長期停止後の起動であるか否かを判定している。そして、Ｓ４１０およびＳ４２０のそれぞれで肯定判定された場合に、第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出して、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化判定を行う。

つまり、動作停止状態のＮＯｘガスセンサ素子１０においては、第１測定室１５９および第２測定室１６１に大気が導入されることから、第２測定室１６１の酸素分圧は大気と同等の酸素分圧となる。このように、ＮＯｘガスセンサ素子１０の起動直後は、第２測定室１６１に大気と同等の酸素が存在することから、第２測定室１６１における酸素分圧がＮＯｘ検知時よりも高い酸素分圧（劣化判定用酸素分圧）となる。

なお、ＮＯｘガスセンサ素子１０の動作停止状態が短時間である場合には、第２測定室１６１の酸素分圧が大気と同等ではなく低い状態となっている可能性があることから、Ｓ４２０での判定処理を行うことで、第２測定室１６１の酸素分圧が大気と同等である状況下で劣化判定を行うことができる。

このような状況下において、Ｓ４３０での処理により、第１ポンプセル１１１による第１測定室１５９からの酸素の汲み出し動作を停止させることで、第２測定室１６１の酸素分圧が低下するのを防止でき、第２測定室１６１の酸素分圧をＮＯｘ検知時よりも高い酸素分圧（劣化判定用酸素分圧）に維持することができる。

よって、第３実施形態のガスセンサ制御装置によれば、第２測定室１６１の酸素分圧を変更する動作を実行することなく、第２測定室１６１の酸素分圧が高い状況であるか否かを判定することで、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化判定が可能な時期である場合に、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化判定を実行することが出来る。

なお、第３実施形態においては、ガスセンサ制御装置が特許請求の範囲に記載のセンサ素子劣化判定装置に相当し、Ｓ４１０およびＳ４２０での処理が起動後判定手段に相当し、Ｓ４３０での処理がポンピング停止手段に相当し、Ｓ４４０およびＳ４５０での処理が第２ポンプ電流検出手段に相当し、Ｓ４６０での処理が状態判定手段に相当している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、Ｓ１２０での濃度判定基準値が「０％を超える範囲」に設定されているが、濃度判定基準値はこの数値範囲に限られることはなく、５％以上の範囲、１０％以上の範囲、１５％以上の範囲、２０％以上の範囲など、他の数値範囲に設定しても良い。

また、Ｓ１５０またはＳ３３０での安定化待機時間は、上記実施形態では１．０［ｓｅｃ］または０．５［ｓｅｃ］に設定されているが、これらの数値に限定されることはなく、第２測定室の酸素濃度を劣化判定用酸素分圧に設定でき、かつ、ライトオフ時間が許容上限値以下となる範囲において、安定化待機時間を設定すればよい。つまり、図５および図６に示す測定結果によれば、安定化待機時間は、１０［ｍｓｅｃ］以上５［ｓｅｃ］以下の範囲内で設定することが望ましい。

さらに、ＮＯｘガスセンサ素子が検出濃度範囲における上限濃度のＮＯｘを検出した際、第２ポンプセルに流れる第２ポンプ電流（第２ポンプ電流の最大値）に所定の係数（例えば、自然数）を乗じた値を、劣化判定用閾値に設定しても良い。

ガスセンサ制御装置を備えるガス検出装置の概略構成を示す構成図である。第１実施形態におけるセンサ診断処理の処理内容を表すフローチャートである。第２実施形態におけるセンサ診断処理の処理内容を表すフローチャートである。第３実施形態におけるセンサ診断処理の処理内容を表すフローチャートである。汲み出し停止時期を起点とした経過時間と第２ポンプセルに流れる第２ポンプ電流との相関関係について測定した測定結果である。汲み出し停止時期を起点とした経過時間とＮＯｘガスセンサ素子のライトオフ時間との相関関係について測定した測定結果である。第２ポンプ電圧と第２ポンプ電流との関係について、４本のＮＯｘガスセンサ素子を用いて測定した測定結果である。

符号の説明

１…ガス検出装置、１０…ＮＯｘガスセンサ素子、１１１…第１ポンプセル、１１２…酸素分圧検知セル、１１３…第２ポンプセル、１１８…基準酸素室、１５９…第１測定室、１６１…第２測定室、１８０…ヒータ部、１９０…ガスセンサ制御装置、

Claims

第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、
前記第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた前記測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、
基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、
酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記第１測定室の外かつ前記第２測定室の外かつ前記基準酸素室の外に配置されて、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、
酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記第２測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記基準酸素室に配置されて、前記第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、
酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の電極が前記基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、
を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定装置であって、
前記第２測定室における酸素分圧が前記特定ガスの検知時よりも高い劣化判定用酸素分圧となる状況下において、前記第２測定室の酸素分圧に応じて前記第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流を検出する第２ポンプ電流検出手段と、
前記第２ポンプ電流検出手段により検出された前記第２ポンプ電流と予め定められた劣化判定用閾値とを比較し、前記第２ポンプ電流が前記劣化判定用閾値よりも小さい場合には、前記第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定する状態判定手段と、
を備えたことを特徴とするセンサ素子劣化判定装置。
前記第２測定室の酸素分圧を前記劣化判定用酸素分圧に変更する酸素分圧変更手段を備え、
前記第２ポンプ電流検出手段は、前記酸素分圧変更手段により前記第２測定室の酸素分圧が前記劣化判定用酸素分圧に変更された状態において、前記第２測定室の酸素分圧に応じて前記第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流を検出すること、
を特徴とする請求項１に記載のセンサ素子劣化判定装置。
前記酸素分圧変更手段は、前記第１測定室に酸素が導入されている状況下において、前記第１酸素イオンポンプセルによる前記第１測定室からの酸素の汲み出しを停止して、前記第１測定室から前記第２測定室に導入される酸素を増加させることにより、前記第２測定室における酸素分圧を前記劣化判定用酸素分圧に変更すること、
を特徴とする請求項２に記載のセンサ素子劣化判定装置。
前記酸素分圧変更手段は、前記第１測定室へ酸素を汲み入れるように前記第１酸素イオンポンプセルを駆動制御し、前記第１測定室における酸素分圧を上昇させて、前記第１測定室から前記第２測定室に導入される酸素を増加させることにより、前記第２測定室における酸素分圧を前記劣化判定用酸素分圧に変更すること、
を特徴とする請求項２に記載のセンサ素子劣化判定装置。
前記第２ポンプ電流検出手段は、前記酸素分圧変更手段による前記酸素分圧の変更開始時を起点として前記第２測定室の酸素分圧が安定するまでの安定化待機時間が経過した後に、前記第２ポンプ電流値を検出すること、
を特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載のセンサ素子劣化判定装置。
前記ガスセンサ素子の起動直後であるか否かを判定する起動後判定手段と、
前記起動後判定手段において肯定判定されると、前記第１酸素イオンポンプセルによる前記第１測定室からの酸素の汲み出し動作を停止させるポンピング停止手段と、
を備え、
前記第２ポンプ電流検出手段は、前記ポンピング停止手段により前記第１酸素イオンポンプセルによる酸素の汲み出し動作が停止された後、前記ガスセンサ素子が活性化状態である時に、前記第２測定室の酸素分圧に応じて前記第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流を検出すること、
を特徴とする請求項１に記載のセンサ素子劣化判定装置。
第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、
前記第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた前記測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、
基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、
酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記第１測定室の外かつ前記第２測定室の外かつ前記基準酸素室の外に配置されて、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、
酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記第２測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記基準酸素室に配置されて、前記第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、
酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の電極が前記基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、
を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定方法であって、
前記第２測定室における酸素分圧が前記特定ガスの検知時よりも高い劣化判定用酸素分圧となる状況下において、前記第２測定室の酸素分圧に応じて前記第２酸素イオンポンプセルに流れる第２ポンプ電流を検出し、
検出された前記第２ポンプ電流と予め定められた劣化判定用閾値とを比較し、前記第２ポンプ電流が前記劣化判定用閾値よりも小さい場合には、前記第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定すること、
を特徴とするセンサ素子劣化判定方法。