JP4681468B2 - 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 - Google Patents

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１参照）。
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については容易に判定することができるのに対して、セルの感度が悪くなる等のガスセンサ素子の劣化状態については容易に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容易に判定することは可能である。

ところが、劣化状態のガスセンサ素子においては、劣化状態のガスセンサ素子における各種セルの電流値、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、上記従来の装置では、任意の状態において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。

ここで、特にガスセンサ素子の第１酸素イオンポンプセルが劣化状態に陥った場合には、劣化によりこのセルの内部抵抗が増加することにより、第１酸素イオンポンプセルに劣化前と同じ電流値の電流を流そうとすると、第１酸素イオンポンプセルに印加される印加電圧（第１酸素イオンポンプセルの両端電圧）が高くなる。

このように、第１酸素イオンポンプセルが劣化状態に陥った状態では、第１酸素イオンポンプセルの両端電圧が高くなり、特定ガスを分解してしまう程度の電圧となる。このような場合には、第２測定室にて測定されるはずの特定ガスの量が減少してしまうので、第２測定室にて正常に特定ガス濃度を検出できなくなる虞がある。

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を構成する第１酸素イオンポンプセルの劣化状態を容易に判定可能な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成された請求項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、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第１電極を有し、前記一対の第１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第１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い、前記測定対象ガスにおける酸素濃度に応じた電流が流れる第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第２電極を有し、前記一対の第２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第２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第３電極を有し、前記一対の第３電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の第３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１酸素イオンポンプセルに流れる電流値、および前記第１酸素イオンポンプセルの両端電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された両端電圧が、前記測定対象ガスの酸素濃度に応じて夫々設定された閾値のうち前記検出手段により検出された電流値に対応した酸素濃度における閾値よりも大きいか否かを判定し、前記両端電圧がこの閾値以下である場合には、前記第１酸素イオンポンプセルが正常状態であると判定し、前記両端電圧がこの閾値よりも大きい場合には、前記第１酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定する劣化判定手段と、を備えたことを特徴としている。

また、上記目的を達成するために成された請求項３に記載の発明方法は、請求項１に記載のガスセンサ素子と同様の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１酸素イオンポンプセルに流れる電流値、および第１酸素イオンポンプセルの両端電圧を検出し、検出された両端電圧が、測定対象ガスの酸素濃度に応じて夫々設定された閾値のうち検出された電流値に対応した酸素濃度における閾値よりも大きいか否かを判定し、前記両端電圧がこの閾値以下である場合には、前記第１酸素イオンポンプセルが正常状態であると判定し、前記両端電圧がこの閾値よりも大きい場合には、記第１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している。

ここで、劣化判定対象となるガスセンサ素子においては、測定対象ガスの酸素濃度に応じた電流が第１酸素イオンポンプセルに流れる。このとき、第１酸素イオンポンプセルが正常な状態（劣化していない状態）であれば、第１酸素イオンポンプセルの両端電圧は、第１測定室内において測定対象ガス中に含まれる特定ガスが分解しない程度の小さな値となっている。

しかしながら、第１酸素イオンポンプセルが劣化した状態であれば劣化によりセルの内部抵抗が増加するので、第１酸素イオンポンプセルの両端電圧は、特定ガスが分解してしまう程度の高い電圧となる。

このように、第１測定室内において測定対象ガス中に含まれる特定ガスが分解してしまうと、第２測定室に移動する特定ガスの量が減少してしまうので、第２測定室にて正常に特定ガスを検出できなくなる。

そこで、本願出願人は、劣化状態のセンサ素子における測定対象ガスの酸素濃度および第１酸素イオンポンプセルの両端電圧の関係と、正常状態のセンサ素子における測定対象ガスの酸素濃度および第１酸素イオンポンプセルの両端電圧の関係とを調査した。この結果、測定対象ガスの酸素濃度が同じときには、劣化状態のセンサ素子における第１酸素イオンポンプセルの両端電圧が、正常状態のセンサ素子における第１酸素イオンポンプセルの両端電圧よりも高い値を示すことを見出した（例えば、図３参照）。

そして、本発明では、この調査結果に基づいて、測定対象ガスの酸素濃度に応じて夫々閾値を設定し、第１酸素イオンポンプセルに流れる電流値と両端電圧とを測定し、両端電圧が酸素濃度（つまり、第１酸素イオンポンプセルに流れる電流値）に対応した閾値よりも大きくなった場合には、センサ素子が劣化しているものと判定している。

従って、このような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１酸素ポンプイオンセルの両端電圧と閾値との比較結果によりセンサ素子が劣化しているか否かを判定することができるので、特定ガスを分解してしまう虞がある状態にまで劣化した第１酸素イオンポンプセルを容易に検出することができる。

また、本発明では、予め測定対象ガスの酸素濃度（つまり、第１酸素イオンポンプセルに流れる電流値）に応じて夫々閾値を設定しているので、測定対象ガスの酸素濃度によらず、任意の時期にセンサ素子の劣化判定を行うことができる。よって、劣化判定用の閾値が特定の酸素濃度に対応する閾値として１つだけ設定されている場合に必要となる処理（例えば、フューエルカット運転時やエンジンキーＯＮ時といったタイミングを判定する処理）が不要となるので、センサ素子の劣化判定を容易に実施することができる。

ところで、請求項１のセンサ素子劣化判定装置においては、任意の時期にセンサ素子の劣化判定を実施することができるが、特に、検出手段および劣化判定手段は、請求項２に記載のように、第２酸素イオンポンプセルが第２測定室における特定ガス濃度を測定しながら作動するよう構成してもよい。

即ち、従来のセンサ素子劣化判定装置においては、第１測定室や第２測定室内の酸素濃度を一定にした状態で、センサ素子の劣化判定を実施していたため、センサ素子の劣化判定を実施しているときには、第２酸素イオンポンプセルが第２測定室における特定ガス濃度を測定することができなかった。

ところが、本発明のセンサ素子劣化判定装置によれば、特定ガス濃度を測定しながらセンサ素子の劣化判定を実施することができるので、特定ガス濃度の測定を中断することがない。よって、センサ素子の劣化判定を実施する時期の制約を排除することができる。

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、所定の酸素濃度雰囲気（濃度検知の基準となる酸素濃度（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との酸素分圧差、つまり第１測定室１５９の内部の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への印加電圧（ヒータ印加電圧Ｖｈ）を制御（換言すれば、ヒータ１７５を駆動制御）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）を活性化温度まで加熱する。

そして、このＮＯｘガスセンサ素子１０を駆動する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に存在する検出すべき特定ガス成分（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の酸素濃度を調整し、第２測定室１６１の酸素濃度を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（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。
本実施形態のセンサ診断処理においては、第１ポンプセル１１１が劣化しているか否かを判定する。なお、ここでいう劣化とは、センサの劣化として一般的な熱劣化や被毒劣化等の劣化が挙げられる。

また、センサ診断処理は、一般的に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が高い状態となるタイミングで実行されるが、本実施形態におけるセンサ診断処理においては、排気ガス中の酸素濃度に拘わらず、任意の時期に実行することができる。即ち、本実施形態のセンサ診断処理においては、第２測定室１６１内における特定ガス濃度（ＮＯｘガス濃度）に影響を与えないので、ガスセンサ制御装置１９０が第２ポンプセル１１３を使用して特定ガス（ＮＯｘ）を測定中であっても、本処理を実施することができる。

図２に示すセンサ診断処理では、まずＳ１１０にて、第１ポンプ電流Ｉｐ１および第１ポンプ電圧Ｖｐ１を測定する。なお、第１ポンプ電圧Ｖｐ１とは、第１ポンプセル１１１の両端電圧（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間の電圧）を示す。

そして、Ｓ１２０に移行し、予め酸素濃度に応じて夫々設定された閾値から、第１測定室１５９内に導入された測定対象ガスの酸素濃度に応じた閾値を選択し、第１ポンプ電圧Ｖｐ１が選択した閾値よりも大きいか否かを判定する。

Ｓ１２０にて、第１ポンプ電圧Ｖｐ１がこの閾値以下である場合には、このＮＯｘガスセンサ素子１０が正常状態であるものとして、そのままセンサ診断処理を終了する。また、第１ポンプ電圧Ｖｐ１がこの閾値よりも大きい場合には、第１ポンプセル１１１が劣化状態であるものとして、Ｓ１３０にて異常発生信号を外部（例えば異常通知用スピーカやＥＣＵ等の制御装置）に対して送信し、センサ診断処理を終了する。

ここで、センサ診断処理のＳ１２０における処理、および第１ポンプ電圧Ｖｐ１の比較対象となる閾値について、図３を用いてより詳細に説明する。図３は第１測定室１５９内に導入された測定対象ガスの酸素濃度と第１ポンプセル１１１の両端電圧（第１ポンプ電圧Ｖｐ１）との関係を示すグラフである。

図３に示すように、Ｓ１２０にて第１ポンプ電圧Ｖｐ１の比較対象となる閾値は、第１測定室１５９内に導入された測定対象ガスの酸素濃度に応じて夫々設定されている。なお、測定対象ガスの酸素濃度は、第１ポンプ電流Ｉｐ１の電流量に対応している。つまり、測定対象ガスの酸素濃度が高くなれば、第１ポンプ電流Ｉｐ１の電流量は単純増加する。

ここで、本願出願人は、第１ポンプ電流Ｉｐ１が同じ（つまり酸素濃度が同じ）場合において、劣化した状態の第１ポンプセル１１１における第１ポンプ電圧Ｖｐ１（図３に一点鎖線にて示す）は、正常な状態（劣化していない状態）の第１ポンプ電圧Ｖｐ１（図３に破線にて示す）よりも常に大きな値になることを見出した。具体的には、劣化した状態の第１ポンプセル１１１における第１ポンプ電圧Ｖｐ１、および正常な状態の第１ポンプ電圧Ｖｐ１は、測定対象ガスの酸素濃度に応じて、例えば、表１に示すような出力を示す。

このため、劣化した状態の第１ポンプセル１１１における第１ポンプ電圧Ｖｐ１と、正常な状態の第１ポンプ電圧Ｖｐ１との中間に、酸素濃度に応じた閾値を夫々設定している。そして、センサ診断処理のＳ１１０では、第１ポンプセル１１１に流れる電流値と両端電圧とを測定し、Ｓ１２０では、第１ポンプ電圧Ｖｐ１が酸素濃度（つまり、第１ポンプセル１１１に流れる電流値）に対応した閾値よりも大きくなった場合には、センサ素子が劣化しているものと判定しているのである。

ここで、Ｓ１２０の処理は、Ｓ１１０にて測定された第１ポンプ電圧Ｖｐ１と酸素濃度とにより特定される２次元空間上の座標が、閾値により２分割される領域のうちの「ＯＫ領域」に属しているか「ＮＧ領域」に属しているかを判定し、この座標が「ＮＧ領域」に属していればセンサ素子が劣化していると判定しているもの、と言い換えることもできる。

ただし、ここでいう「ＯＫ領域」とは、図３に示すように、第１ポンプ電圧Ｖｐ１が閾値以下である領域を示し、「ＮＧ領域」とは、第１ポンプ電圧Ｖｐ１が閾値よりも高い領域を示す。

なお、第１ポンプセル１１１が劣化したＮＯｘガスセンサ素子１０では、第１ポンプセル１１１の両端電圧（第１ポンプ電圧Ｖｐ１）が、特定ガスを分解してしまう程度の高い電圧となるため、第１測定室１５９内において測定対象ガス中に含まれる特定ガスが分解してしまう虞がある。このように、第１測定室１５９内にて特定ガスが分解してしまうと、第２測定室１６１に移動する特定ガスの量が減少してしまうので、第２測定室１６１にて正常に特定ガスを検出できなくなる。このため、第１測定室１５９内にて特定ガスが分解してしまうようなＮＯｘガスセンサ素子１０を識別するために、図２に示すセンサ診断処理が必要となるのである。

以上のように詳述したガス検出装置１においては、第１拡散抵抗体１１６を介して測定対象ガスが導入される第１測定室１５９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１５９に配置されて、第１測定室１５９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い、測定対象ガスにおける酸素濃度に応じた電流が流れる第１ポンプセル１１１と、第１測定室１５９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拡散抵抗体１１７を介して導入される第２測定室１６１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１６１に配置されて、第２測定室１６１における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２ポンプセル１１３と、基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室１１８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１５９に配置され、他方の電極が基準酸素室１１８に配置された酸素分圧検知セル１１２と、を備えている。そして、ガス検出装置１においては、センサ診断処理（図２）にて、第１ポンプセル１１１に流れる電流値（第１ポンプ電流Ｉｐ１）、および第１ポンプセル１１１の両端電圧（第１ポンプ電圧Ｖｐ１）を検出し（Ｓ１１０）、検出された両端電圧が、測定対象ガスの酸素濃度に応じて夫々設定された閾値のうち検出された電流値に対応した酸素濃度における閾値よりも大きいか否かを判定し、この両端電圧がこの閾値以下である場合には、第１ポンプセル１１１が正常状態であると判定し、この両端電圧がこの閾値よりも大きい場合には、第１ポンプセル１１１が劣化状態であると判定する（Ｓ１２０）。

従って、このようなガス検出装置１によれば、特定ガスを分解してしまう虞がある状態にまで劣化した第１ポンプセル１１１を容易に検出することができる。よってセンサ素子の劣化判定を行うことができる。

また、予め測定対象ガスの酸素濃度（つまり、第１ポンプセル１１１に流れる電流値）に応じて夫々閾値を設定しているので、測定対象ガスの酸素濃度によらず、任意の時期にセンサ素子の劣化判定を行うことができる。よって、劣化判定用の閾値が特定の酸素濃度に対応する閾値として１つだけ設定されている場合に必要となる処理が不要となるので、センサ素子の劣化判定を容易に実施することができる。

また、本発明のセンサ素子劣化判定装置によれば、特定ガス濃度を測定しながらセンサ診断処理を実施することができるので、センサ素子の劣化判定を実施する時期の制約を排除することができる。

なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
例えば、本実施形態においては、ＮＯｘガスセンサ素子に対して本発明を適用したが、例えば、全領域空燃比センサやＨＣセンサ等のガスセンサにも適用することができる。

ＮＯｘガスセンサ素子を示す内部構成図である。 センサ診断処理を示すフローチャートである。 測定対象ガスの酸素濃度と第１ポンプセル１１１の両端電圧（第１ポンプ電圧Ｖｐ１）との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…ガス検出装置、１０…ＮＯｘガスセンサ素子、１４…導入経路、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、１１４…絶縁層、１１５…絶縁層、１１６…第１拡散抵抗体、１１７…第２拡散抵抗体、１１８…基準酸素室、１２１…第１多孔質電極、１２２…保護層、１２３…検知用多孔質電極、１２５…第２多孔質電極、１３１…第１固体電解質層、１３５…第１ポンプ用第１電極、１３７…第１ポンプ用第２電極、１４１…第２固体電解質層、１４５…第２ポンプ用第１電極、１４７…第２ポンプ用第２電極、１５１…検知用固体電解質層、１５５…検知用電極、１５７…基準用電極、１５９…第１測定室、１６１…第２測定室、１７１，１７３…絶縁層、１７５…ヒータ、１８０…ヒータ部、１９０…ガスセンサ制御装置。

Claims (3)

1. 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第１電極を有し、前記一対の第１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第１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い、前記測定対象ガスにおける酸素濃度に応じた電流が流れる第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第２電極を有し、前記一対の第２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第２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第３電極を有し、前記一対の第３電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の第３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１酸素イオンポンプセルに流れる電流値、および前記第１酸素イオンポンプセルの両端電圧を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された両端電圧が、前記測定対象ガスの酸素濃度に応じて夫々設定された閾値のうち前記検出手段により検出された電流値に対応した酸素濃度における閾値よりも大きいか否かを判定し、前記両端電圧がこの閾値以下である場合には、前記第１酸素イオンポンプセルが正常状態であると判定し、前記両端電圧がこの閾値よりも大きい場合には、前記第１酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定する劣化判定手段と、
   を備えたことを特徴とするセンサ素子劣化判定装置。
2. 前記検出手段および前記劣化判定手段は、前記第２酸素イオンポンプセルが前記第２測定室における特定ガス濃度を測定しながら作動すること
   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。
3. 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第１電極を有し、前記一対の第１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第１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い、前記測定対象ガスにおける酸素濃度に応じた電流が流れる第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第２電極を有し、前記一対の第２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第２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第３電極を有し、前記一対の第３電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の第３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１酸素イオンポンプセルに流れる電流値、および前記第１酸素イオンポンプセルの両端電圧を検出し、
   前記検出された両端電圧が、前記測定対象ガスの酸素濃度に応じて夫々設定された閾値のうち前記検出された電流値に対応した酸素濃度における閾値よりも大きいか否かを判定
   し、前記両端電圧がこの閾値以下である場合には、前記第１酸素イオンポンプセルが正常状態であると判定し、前記両端電圧がこの閾値よりも大きい場合には、前記第１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。

Images