JP4805734B2 - Sensor element deterioration determination device and sensor element deterioration determination method - Google Patents

Sensor element deterioration determination device and sensor element deterioration determination method Download PDF

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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。   The present invention relates to a sensor element deterioration determination apparatus and a sensor element deterioration determination method for determining a deterioration state of a gas sensor element.

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
Conventionally, a gas sensor element including a first measurement chamber, a first oxygen ion pump cell, a second measurement chamber, a second oxygen ion pump cell, a reference oxygen chamber, and an oxygen partial pressure detection cell is known.
As a device for determining the state of such a gas sensor element, the current value flowing through various cells constituting the gas sensor element, the voltage value output from the cell, the impedance of the cell, etc. are measured, and these measurement results are obtained. There has been proposed a method for determining a failure state of a gas sensor element based on whether it is within an allowable range (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-014589 International Publication No. 03/083465 Pamphlet

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。   However, in the above-mentioned conventional apparatus, it is possible to determine a fatal failure state such as a disconnection or a short circuit among various states of the gas sensor element, but until the deterioration state of the gas sensor element such as the sensitivity of the cell is deteriorated. There was a problem that it could not be judged.

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。   That is, in a gas sensor element that has reached a fatal failure state, the values of current, voltage, impedance, etc. of various cells show numerical values in a range clearly different from that of a gas sensor element in a normal state. From this, it is possible to determine the failure state of the gas sensor element by using the conventional apparatus.

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。   In contrast, in a gas sensor element in a deteriorated state, values such as current values, voltage values, and impedances of various cells indicate numerical values that are included in substantially the same range as the gas sensor element in a normal state. It is difficult to distinguish between the normal state and the deteriorated state based on the value, and it is difficult to determine the deteriorated state of the gas sensor element in the conventional apparatus.

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。   Since the gas detection characteristics of the gas sensor element in the deteriorated state change compared to the gas sensor element in the normal state, the same gas detection result as that of the gas sensor element in the normal state cannot be obtained, and the gas detection accuracy may be reduced. There is.

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。   Therefore, the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a sensor element deterioration determination apparatus and a sensor element deterioration determination method that can determine a deterioration state in a gas sensor element including various cells.

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第1ポンプ電極を有し、一対の第1ポンプ電極の一方が第1測定室に配置されるとともに一対の第1ポンプ電極の他方が第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第2ポンプ電極を有し、一対の第2ポンプ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第2ポンプ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検知用電極を有し、一対の検知用電極の一方が第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、ガスセンサ素子は、基準酸素室の基準酸素分圧に基づき酸素分圧検知セルの両端電圧が予め定められた目標値となるように、前記第1酸素イオンポンプセルが前記第1測定室における酸素の汲み出しまたは汲み入れを行うとともに、第2酸素イオンポンプセルに印加される第2セル印加電圧が特定ガスを検出するために予め定められた検出用電圧値であるときに、第2酸素イオンポンプセルに流れる第2ポンプ電流に基づき、第2測定室における特定ガス濃度を検出する構成であり、第2測定室に特定ガスが存在するか否かを判定する検出状態判定手段と、検出状態判定手段により第2測定室に特定ガスが存在すると判定されると、特定ガスを検出できるガス検出電圧範囲のうち検出用電圧値とは異なる劣化判定用電圧値に第2セル印加電圧を設定する劣化判定用電圧設定手段と、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で検出される第2ポンプ電流のうち、少なくとも第2セル印加電圧が劣化判定用電圧値であるときの判定時第2ポンプ電流を用いて、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定する劣化判定手段と、を備えることを特徴とするセンサ素子劣化判定装置である。 The invention according to claim 1, which has been made to achieve such an object, includes a first measurement chamber into which a measurement target gas is introduced via the first diffusion resistance section, and pumping or pumping oxygen in the first measurement chamber. A second measurement chamber into which the gas to be measured is introduced through the second diffusion resistance unit, a reference oxygen chamber set in a reference oxygen partial pressure atmosphere, an oxygen ion conductor , and the oxygen ion conductor A pair of first pump electrodes , wherein one of the pair of first pump electrodes is disposed in the first measurement chamber, and the other of the pair of first pump electrodes is outside the first measurement chamber and second. A first oxygen ion pump cell which is arranged outside the measurement chamber and outside the reference oxygen chamber and pumps or pumps oxygen into the measurement target gas introduced into the first measurement chamber ; an oxygen ion conductor; and the oxygen Formed on ionic conductor A pair of second pumping electrodes, are arranged on the other the reference oxygen chamber of the pair of second pumping electrodes with one of the pair of the second pump electrode is arranged in the second measuring chamber, second measuring chamber Identification and second oxygen ion pump cell Le the current corresponding to the gas concentration, a pair of detection electrodes formed on the oxygen-ion conductor and said oxygen ion conductor on the body, one of the pair of detection electrodes in Is a sensor element deterioration determination device that determines a deterioration state of a gas sensor element including an oxygen partial pressure detection cell in which the other electrode is disposed in a reference oxygen chamber, wherein the gas sensor element includes: The first oxygen ion pump cell pumps or pumps oxygen into the first measurement chamber so that the voltage across the oxygen partial pressure detection cell becomes a predetermined target value based on the reference oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber. And a second pump that flows to the second oxygen ion pump cell when the second cell applied voltage applied to the second oxygen ion pump cell is a predetermined detection voltage value for detecting the specific gas. Based on the current, the specific gas concentration in the second measurement chamber is detected. The detection state determining means for determining whether or not the specific gas is present in the second measurement chamber, and the second measurement chamber by the detection state determining means. If it is determined that a specific gas is present in the battery, a deterioration determination voltage setting unit that sets the second cell applied voltage to a deterioration determination voltage value different from the detection voltage value in a gas detection voltage range in which the specific gas can be detected; Among the second pump current detection means for detecting the second pump current and the second pump current detected by the second pump current detection means, at least the second cell applied voltage is a deterioration determination voltage value. And a deterioration determining means for determining whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state using the second pump current at the time of determination.

また、上記目的を達成するためになされた請求項12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第1ポンプ電極を有し、一対の第1ポンプ電極の一方が第1測定室に配置されるとともに一対の第1ポンプ電極の他方が第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第2ポンプ電極を有し、一対の第2ポンプ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第2ポンプ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検知用電極を有し、一対の検知用電極の一方が第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、ガスセンサ素子は、基準酸素室の基準酸素分圧に基づき酸素分圧検知セルの両端電圧が予め定められた目標値となるように、第1酸素イオンポンプセルが第1測定室における酸素の汲み出しまたは汲み入れを行うとともに、第2酸素イオンポンプセルに印加される第2セル印加電圧が特定ガスを検出するために予め定められた検出用電圧値であるときに、第2酸素イオンポンプセルに流れる第2ポンプ電流に基づき、第2測定室における特定ガス濃度を検出する構成であり、第2測定室に特定ガスが存在するか否かを判定する検出状態判定工程と、検出状態判定工程において第2測定室に特定ガスが存在すると判定されると、特定ガスを検出できるガス検出電圧範囲のうち検出用電圧値とは異なる劣化判定用電圧値に第2セル印加電圧を設定する劣化判定用電圧設定工程と、第2ポンプ電流を検出する第2ポンプ電流検出工程と、第2ポンプ電流検出工程で検出される第2ポンプ電流のうち、少なくとも第2セル印加電圧が劣化判定用電圧値であるときの判定時第2ポンプ電流を用いて、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定する劣化判定工程と、を備えることを特徴とするセンサ素子劣化判定方法である。 The invention method according to claim 12 made to achieve the above object includes a first measurement chamber into which a gas to be measured is introduced through the first diffusion resistance section, and pumping out oxygen in the first measurement chamber. Alternatively, the second measurement chamber into which the pumped measurement target gas is introduced via the second diffusion resistance unit, the reference oxygen chamber set in a reference oxygen partial pressure atmosphere, the oxygen ion conductor , and the oxygen ion A pair of first pump electrodes formed on the conductor, wherein one of the pair of first pump electrodes is disposed in the first measurement chamber and the other of the pair of first pump electrodes is outside the first measurement chamber; And a first oxygen ion pump cell which is arranged outside the second measurement chamber and outside the reference oxygen chamber and pumps or pumps oxygen into the measurement target gas introduced into the first measurement chamber, and an oxygen ion conductor And on the oxygen ion conductor A pair of second pumping electrodes formed, is disposed on the other the reference oxygen chamber of the pair of second pumping electrodes with one of the pair of the second pump electrode is arranged in the second measuring chamber, the 2 and a second oxygen ion pump cell Le which current corresponding to a specific gas concentration in the measurement chamber, a pair of detection electrodes which oxygen ion conductor and formed on the oxygen-ion conductor, a pair of detection A sensor element deterioration determination method for determining a deterioration state of a gas sensor element, comprising: an oxygen partial pressure detection cell in which one of electrodes is disposed in a first measurement chamber and the other electrode is disposed in a reference oxygen chamber. In the element, the first oxygen ion pump cell pumps or pumps oxygen in the first measurement chamber so that the voltage across the oxygen partial pressure detection cell becomes a predetermined target value based on the reference oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber. Enter And when the second cell applied voltage applied to the second oxygen ion pump cell is a predetermined detection voltage value for detecting the specific gas, the second oxygen ion pump cell flows through the second oxygen ion pump cell. Based on the pump current, the specific gas concentration in the second measurement chamber is detected. The detection state determination step for determining whether or not the specific gas exists in the second measurement chamber, and the second measurement in the detection state determination step Deterioration determination voltage setting step of setting the second cell applied voltage to a deterioration determination voltage value different from the detection voltage value in the gas detection voltage range in which the specific gas can be detected when it is determined that the specific gas is present in the chamber Among the second pump current detection step for detecting the second pump current and the second pump current detected in the second pump current detection step, at least the second cell applied voltage is the degradation determination voltage value. And a deterioration determination step of determining whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state using the second pump current at the time of determination.

まず、第2酸素イオンポンプセルに流れる第2ポンプ電流は、第2測定室の特定ガス濃度が一定であっても、ガスセンサ素子が正常状態であるか劣化状態であるかによって電流値が異なる値となり、また、劣化状態においては、劣化の進行程度に応じて電流値が異なる値となる。このことから、第2ポンプ電流を用いることで、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定することができる。   First, the second pump current flowing through the second oxygen ion pump cell has a different current value depending on whether the gas sensor element is in a normal state or a deteriorated state even if the specific gas concentration in the second measurement chamber is constant. In the deteriorated state, the current value varies depending on the progress of deterioration. From this, it is possible to determine whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state by using the second pump current.

また、正常状態のガスセンサ素子は、第2測定室の特定ガス濃度が一定であり、かつ、第2セル印加電圧が特定ガスを検出できるガス検出電圧範囲に設定されている場合には、第2セル印加電圧の大きさが変化した場合でも、第2ポンプ電流が特定ガス濃度に応じた略一定電流値を示すという特徴(限界電流特性)を有する。   Further, the gas sensor element in the normal state has the second gas concentration when the specific gas concentration in the second measurement chamber is constant and the second cell applied voltage is set to a gas detection voltage range in which the specific gas can be detected. Even when the magnitude of the cell applied voltage changes, the second pump current has a characteristic (limit current characteristic) indicating a substantially constant current value corresponding to the specific gas concentration.

しかし、劣化状態のガスセンサ素子においては、限界電流特性が不明瞭となるため、第2測定室の特定ガス濃度が一定であり、かつ、第2セル印加電圧がガス検出電圧範囲に設定されている場合であっても、第2ポンプ電流は、第2セル印加電圧の大きさが変化することにより電流値が変化する。   However, in the gas sensor element in a deteriorated state, the limit current characteristic is unclear, so the specific gas concentration in the second measurement chamber is constant, and the second cell applied voltage is set in the gas detection voltage range. Even in such a case, the current value of the second pump current changes as the magnitude of the voltage applied to the second cell changes.

このことから、第2ポンプ電流を用いることで、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定できることが判る。
なお、劣化に伴う第2ポンプ電流の変化は、第2セル印加電圧が検出用電圧値である場合に限って発生するものではなく、特定ガスを検出できるガス検出電圧範囲であれば、劣化に伴う第2ポンプ電流の変化が生じている。このことから、第2ポンプ電流を用いてガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定するにあたり、判定に用いる第2ポンプ電流は、第2セル印加電圧が検出用電圧値であるときの第2ポンプ電流に限られることはなく、第2セル印加電圧が検出用電圧値以外であるときの第2ポンプ電流を用いることができる。
From this, it can be seen that it is possible to determine whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state by using the second pump current.
Note that the change in the second pump current due to the deterioration does not occur only when the second cell applied voltage is the detection voltage value, but the deterioration is caused if the gas detection voltage range in which the specific gas can be detected. A change in the second pump current is occurring. Therefore, in determining whether the gas sensor element is in a deteriorated state using the second pump current, the second pump current used for the determination is the second pump current when the second cell applied voltage is the detection voltage value. The pump current is not limited to two pump currents, and the second pump current when the second cell applied voltage is other than the detection voltage value can be used.

つまり、第2ポンプ電流検出手段で検出される第2ポンプ電流のうち、少なくとも第2セル印加電圧が劣化判定用電圧値であるときの判定時第2ポンプ電流を用いることで、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定することができる。   That is, among the second pump currents detected by the second pump current detection means, the gas sensor element is deteriorated by using the second pump current at the time of determination when at least the second cell applied voltage is the deterioration determination voltage value. It can be determined whether or not it is in a state.

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、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、判定時第2ポンプ電流を用いて劣化判定を行う上述のセンサ素子劣化判定装置としては、例えば、請求項2に記載のように、劣化判定手段は、第2セル印加電圧が劣化判定用電圧値であるときに第2ポンプ電流検出手段で検出される第2ポンプ電流である判定時第2ポンプ電流と、ガスセンサ素子の劣化判定のために予め定められた劣化判定用電流基準値とを比較し、判定時第2ポンプ電流が劣化判定用電流基準値以上である場合には、ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、判定時第2ポンプ電流が劣化判定用電流基準値よりも小さい場合には、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する電流劣化判定手段を備える、という構成を採ることができる。
Therefore, according to the sensor element deterioration determination apparatus and the sensor element deterioration determination method of the present invention, it is possible to determine the deterioration state of the gas sensor element including various cells.
And as said sensor element deterioration determination apparatus which performs deterioration determination using the 2nd pump current at the time of determination, for example, as described in claim 2, the deterioration determination means, the second cell applied voltage is for deterioration determination The second pump current at the time of determination, which is the second pump current detected by the second pump current detection means when it is a voltage value, and a current reference value for deterioration determination predetermined for deterioration determination of the gas sensor element If the second pump current at the time of determination is equal to or greater than the current reference value for deterioration determination, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, and the second pump current at the time of determination is smaller than the current reference value for deterioration determination In this case, it is possible to adopt a configuration in which a current deterioration determination unit that determines that the gas sensor element is in a deteriorated state is provided.

第2ポンプ電流は、特定ガス濃度が一定であっても、ガスセンサ素子の劣化状態が進行するほど値が小さくなる傾向があることから、判定時第2ポンプ電流は、ガスセンサ素子の劣化状態が進行するほど値が小さくなる。   Even if the specific gas concentration is constant, the value of the second pump current tends to decrease as the gas sensor element deteriorates. Therefore, the second pump current at the time of determination causes the gas sensor element to deteriorate. The smaller the value, the smaller the value.

このことから、ガスセンサ素子の劣化判定を行うための劣化判定用電流基準値を予め定めておき、第2ポンプ電流と劣化判定用電流基準値とを比較することで、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定することができる。   Therefore, a current reference value for deterioration determination for determining deterioration of the gas sensor element is determined in advance, and the gas sensor element is in a deteriorated state by comparing the second pump current and the current reference value for deterioration determination. It can be determined whether or not.

つまり、判定時第2ポンプ電流が劣化判定用電流基準値以上である場合には、ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、判定時第2ポンプ電流が劣化判定用電流基準値よりも小さい場合には、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する電流劣化判定手段を備えることで、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定できる。   That is, when the second pump current at the time of determination is greater than or equal to the current reference value for deterioration determination, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, and the second pump current at the time of determination is smaller than the current reference value for deterioration determination Is provided with a current deterioration determining means for determining that the gas sensor element is in a deteriorated state, whereby it can be determined whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state.

よって、本発明によれば、判定時第2ポンプ電流を用いて劣化判定を行うことで、第2ポンプ電流の変化傾向を判定できるとともに、ガスセンサ素子の劣化判定が可能となる。
なお、劣化判定用電流基準値は、例えば、実際のガスセンサ素子を用いた測定結果に基づいて設定することができる。
Therefore, according to the present invention, by performing the deterioration determination using the second pump current at the time of determination, it is possible to determine the change tendency of the second pump current and to determine the deterioration of the gas sensor element.
Note that the current reference value for deterioration determination can be set based on, for example, a measurement result using an actual gas sensor element.

一例としては、請求項3に記載のように、第2セル印加電圧が検出用電圧値であるときに第2ポンプ電流検出手段で検出される第2ポンプ電流を検出時第2ポンプ電流とした場合において、劣化判定用電流基準値は、未使用時のガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して検出時第2ポンプ電流が95%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される判定時第2ポンプ電流以下の値であり、かつ、未使用時のガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して検出時第2ポンプ電流が50%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される判定時第2ポンプ電流以上の値である、という構成を採ることができる。   As an example, as described in claim 3, the second pump current detected by the second pump current detection means when the second cell applied voltage is a detection voltage value is used as the second pump current at the time of detection. In this case, the deterioration reference current reference value is detected by the gas sensor element in a state where the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 95% with respect to the second pump current at the time of detection in the gas sensor element when not in use. Detected by the gas sensor element that is equal to or less than the second pump current at the time of detection and the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% of the second pump current at the time of detection in the unused gas sensor element. It is possible to adopt a configuration in which the value is greater than or equal to the second pump current at the time of determination.

つまり、検出時第2ポンプ電流が未使用時の50%相当値まで低下したガスセンサ素子は、特定ガスの検出が困難な劣化状態(致命的な劣化状態)であることから、ガスセンサ素子が致命的な劣化状態となる前に、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定することが必要である。   In other words, the gas sensor element in which the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% when not in use is in a deteriorated state in which it is difficult to detect a specific gas (a fatal deteriorated state). It is necessary to determine that the gas sensor element is in a deteriorated state before it is in a deteriorated state.

また、判定時第2ポンプ電流は、ガスセンサ素子の劣化状態が悪化するに従い電流値が小さくなる傾向がある。
このため、劣化判定用電流基準値として、検出時第2ポンプ電流が未使用時の50%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される判定時第2ポンプ電流以上の値を設定することで、ガスセンサ素子が致命的な劣化状態となる前に、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定することが可能となる。
Further, the second pump current at the time of determination tends to decrease as the gas sensor element deterioration state deteriorates.
For this reason, a value equal to or higher than the second pump current at the time of detection detected by the gas sensor element in a state where the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% when not in use is set as the current reference value for deterioration determination. Thus, it is possible to determine that the gas sensor element is in a deteriorated state before the gas sensor element is in a fatal deteriorated state.

また、検出時第2ポンプ電流が未使用時の95%相当値まで低下していないガスセンサ素子は、検出時第2ポンプ電流の電流値劣化変化量が小さく、特定ガスの検出が可能である。このため、劣化判定用電流基準値は、未使用時のガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して検出時第2ポンプ電流が95%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される判定時第2ポンプ電流以下の値に設定するとよい。   Further, the gas sensor element in which the second pump current at the time of detection does not decrease to a value equivalent to 95% when not in use has a small amount of change in current value deterioration of the second pump current at the time of detection, and can detect a specific gas. Therefore, the current reference value for deterioration determination is detected by the gas sensor element in a state where the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 95% with respect to the second pump current at the time of detection in the gas sensor element when not in use. It may be set to a value less than the second pump current.

なお、検出時第2ポンプ電流が未使用時の90%相当値まで低下したガスセンサ素子を劣化状態と判定する用途においては、検出時第2ポンプ電流が未使用時の90%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子を用いて判定時第2ポンプ電流を検出し、検出した判定時第2ポンプ電流の電流値を、劣化判定用電流基準値として設定するとよい。あるいは、検出時第2ポンプ電流が未使用時の70%相当値まで低下したガスセンサ素子を劣化状態と判定する場合には、検出時第2ポンプ電流が未使用時の70%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される判定時第2ポンプ電流の電流値を、劣化判定用電流基準値として設定した構成を採るとよい。   In applications where the gas sensor element in which the second pump current at the time of detection has been reduced to a value equivalent to 90% when not used is determined as a deteriorated state, the second pump current at the time of detection has been reduced to a value equivalent to 90% when not used. The second pump current at the time of determination may be detected using the gas sensor element in the state, and the detected current value of the second pump current at the time of determination may be set as the current reference value for deterioration determination. Alternatively, when the gas sensor element in which the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 70% when not used is determined to be in a deteriorated state, the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 70% when not used. It is preferable to adopt a configuration in which the current value of the second pump current at the time of determination detected by the gas sensor element in the state is set as the current reference value for deterioration determination.

なお、ガスセンサ素子が正常状態から劣化状態に変化することで生じる第2ポンプ電流の変化量(電流値劣化変化量)は、第2セル印加電圧ごとに異なる大きさとなる。そして、劣化に伴う電流値劣化変化量が大きいほど、軽度の劣化状態であっても電流値劣化変化量が大きくなることから、劣化判定の判定精度を向上させることができる。   Note that the amount of change in the second pump current (current value deterioration change amount) that occurs when the gas sensor element changes from the normal state to the deteriorated state varies depending on the voltage applied to the second cell. Then, as the current value deterioration change amount accompanying deterioration increases, the current value deterioration change amount increases even in a mild deterioration state, so that the determination accuracy of deterioration determination can be improved.

このため、上記の電流劣化判定手段を備えて劣化判定を行う場合には、第2セル印加電圧が検出用電圧値であるときの電流値劣化変化量に比べて、電流値劣化変化量が大きくなる電圧値を劣化判定用電圧値として設定することが望ましい。   For this reason, when performing the deterioration determination with the current deterioration determination means, the current value deterioration change amount is larger than the current value deterioration change amount when the second cell applied voltage is the detection voltage value. It is desirable to set the voltage value to be the degradation determination voltage value.

そこで、電流劣化判定手段を備える上述のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項4に記載のように、劣化判定用電圧値は、検出用電圧値よりも小さい値である、という構成を採ることができる。   Therefore, in the above-described sensor element deterioration determination device provided with the current deterioration determination means, as described in claim 4, the deterioration determination voltage value is smaller than the detection voltage value. Can do.

つまり、このように劣化判定用電圧値を設定することで、第2セル印加電圧が検出用電圧値であるときの電流値劣化変化量に比べて、劣化状態の進行に対する電流値劣化変化量が大きくなるため、判定時第2ポンプ電流に基づき劣化判定を行うにあたり、劣化状態の進行程度が小さい場合でも、劣化状態を精度良く判定することが可能となる。   That is, by setting the deterioration determination voltage value in this way, the current value deterioration change amount with respect to the progress of the deterioration state is smaller than the current value deterioration change amount when the second cell applied voltage is the detection voltage value. Therefore, when performing the deterioration determination based on the second pump current at the time of determination, it is possible to accurately determine the deterioration state even when the degree of progress of the deterioration state is small.

また、判定時第2ポンプ電流を用いて劣化判定を行う上述のセンサ素子劣化判定装置としては、例えば、請求項5に記載のように、劣化判定手段は、第2セル印加電圧が検出用電圧値であるときに第2ポンプ電流検出手段で検出される第2ポンプ電流である検出時第2ポンプ電流と、第2セル印加電圧が劣化判定用電圧値であるときに第2ポンプ電流検出手段で検出される第2ポンプ電流である判定時第2ポンプ電流と、の差分の絶対値である第2ポンプ電流変化量を検出する第2ポンプ電流変化量検出手段と、第2ポンプ電流変化量とガスセンサ素子の劣化判定のために予め定められた劣化判定用変化量基準値とを比較し、第2ポンプ電流変化量が劣化判定用変化量基準値以下である場合には、ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流変化量が劣化判定用変化量基準値よりも大きい場合には、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する変化量劣化判定手段と、を備える、という構成を採ることができる。   Further, as the above-described sensor element deterioration determination device that performs the deterioration determination using the second pump current at the time of determination, for example, as described in claim 5, the deterioration determination means is configured such that the second cell applied voltage is a detection voltage. Second pump current at the time of detection, which is a second pump current detected by the second pump current detection means when it is a value, and second pump current detection means when the second cell applied voltage is a voltage value for deterioration determination A second pump current change amount detecting means for detecting a second pump current change amount that is an absolute value of a difference between the second pump current at the time of determination, which is the second pump current detected in step S, and a second pump current change amount. Is compared with a predetermined reference value for deterioration determination for determining the deterioration of the gas sensor element. If the second pump current change amount is equal to or less than the reference value for deterioration determination, the gas sensor element is normal. It is determined that 2 when the pump current change amount is greater than the determination change amount reference value deterioration, it may take a configuration that includes a determining variation degradation determining means and the gas sensing element is in a degraded state, the.

検出時第2ポンプ電流と判定時第2ポンプ電流との差分の絶対値である第2ポンプ電流変化量は、判定時第2ポンプ電流に応じて値が定まることから、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かの判定に用いることができる。   Since the second pump current change amount, which is the absolute value of the difference between the second pump current at the time of detection and the second pump current at the time of determination, is determined according to the second pump current at the time of determination, the gas sensor element is in a deteriorated state. It can be used to determine whether or not there is.

また、第2ポンプ電流変化量は、第2セル印加電圧の異なる2種類の第2ポンプ電流(検出時第2ポンプ電流、判定時第2ポンプ電流)における各電流値に基づき値が定まる。このことから、第2ポンプ電流変化量を用いた劣化判定は、1種類の第2ポンプ電流のみを用いた劣化判定に比べて、第2ポンプ電流の変化傾向をより精度良く判定でき、ひいては、ガスセンサ素子の劣化状態を精度良く判定することができる。   Further, the amount of change in the second pump current is determined based on each current value in two types of second pump currents having different voltages applied to the second cell (second pump current at detection, second pump current at determination). From this, the deterioration determination using the second pump current change amount can determine the change tendency of the second pump current more accurately than the deterioration determination using only one type of the second pump current. The deterioration state of the gas sensor element can be accurately determined.

そして、ガスセンサ素子の劣化判定を行うための劣化判定用変化量基準値を予め定めておき、第2ポンプ電流変化量と劣化判定用変化量基準値とを比較することで、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定することができる。   A deterioration determination change reference value for determining deterioration of the gas sensor element is determined in advance, and the gas sensor element is in a deteriorated state by comparing the second pump current change amount and the deterioration determination change reference value. It can be determined whether or not.

つまり、第2ポンプ電流変化量が劣化判定用変化量基準値以下である場合には、ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流変化量が劣化判定用変化量基準値よりも大きい場合には、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する変化量劣化判定手段を備えることで、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定できる。   That is, when the second pump current change amount is equal to or less than the deterioration determination change reference value, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, and the second pump current change amount is smaller than the deterioration determination change reference value. If larger, it is possible to determine whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state by providing a change amount deterioration determining means for determining that the gas sensor element is in a deteriorated state.

よって、本発明によれば、第2ポンプ電流変化量を用いて判定を行うことで、第2ポンプ電流の変化傾向を精度良く判定できるとともに、ガスセンサ素子の劣化判定における判定精度を向上できる。   Therefore, according to the present invention, by making a determination using the second pump current change amount, the change tendency of the second pump current can be determined with high accuracy, and the determination accuracy in determining the deterioration of the gas sensor element can be improved.

なお、第2ポンプ電流変化量は、ガスセンサ素子の劣化状態が悪化するに従い値が大きくなる傾向がある。そして、劣化判定用変化量基準値は、例えば、実際のガスセンサ素子を用いた測定結果に基づいて設定することができる。   The second pump current change amount tends to increase as the deterioration state of the gas sensor element deteriorates. And the variation reference value for deterioration determination can be set based on, for example, a measurement result using an actual gas sensor element.

一例としては、請求項6に記載のように、劣化判定用変化量基準値が、未使用時のガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して検出時第2ポンプ電流が95%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化量以上の値であり、かつ、未使用時のガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して検出時第2ポンプ電流が50%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化量以下の値である、という構成を採ることができる。   As an example, as described in claim 6, when the change reference value for deterioration determination is equal to a value equivalent to 95% of the second pump current at the time of detection with respect to the second pump current at the time of detection in the gas sensor element when not in use. The value is equal to or greater than the amount of change in the second pump current detected by the gas sensor element in the lowered state, and the second pump current at detection corresponds to 50% of the second pump current at detection in the gas sensor element when not in use. It is possible to adopt a configuration in which the value is equal to or less than the second pump current change amount detected by the gas sensor element in a state of being lowered to the value.

つまり、検出時第2ポンプ電流が未使用時の50%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子は、特定ガスの検出が困難な劣化状態(致命的な劣化状態)であることから、ガスセンサ素子が致命的な劣化状態となる前に、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定することが必要である。   That is, the gas sensor element in which the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% when not in use is a deteriorated state in which detection of a specific gas is difficult (a fatal deteriorated state). Before entering a fatal deterioration state, it is necessary to determine that the gas sensor element is in a deterioration state.

そして、劣化判定用変化量基準値として、検出時第2ポンプ電流が未使用時の50%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化量以下の値を設定することで、ガスセンサ素子が致命的な劣化状態となる前に、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定することが可能となる。   Then, a value equal to or smaller than the second pump current change amount detected by the gas sensor element in a state where the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% when not used is set as the change reference value for deterioration determination. Thus, it is possible to determine that the gas sensor element is in a deteriorated state before the gas sensor element is in a fatal deteriorated state.

また、検出時第2ポンプ電流が未使用時の95%相当値まで低下していないガスセンサ素子は、検出時第2ポンプ電流の電流値劣化変化量が小さく、特定ガスの検出が可能である。このため、劣化判定用変化量基準値は、未使用時のガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して検出時第2ポンプ電流が95%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化量以上の値に設定するとよい。   Further, the gas sensor element in which the second pump current at the time of detection does not decrease to a value equivalent to 95% when not in use has a small amount of change in current value deterioration of the second pump current at the time of detection, and can detect a specific gas. Therefore, the change reference value for deterioration determination is detected by the gas sensor element in a state where the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 95% with respect to the second pump current at the time of detection in the gas sensor element when not in use. It is good to set to the value more than the 2nd pump current change amount.

なお、未使用時のガスセンサ素子に比べて検出時第2ポンプ電流が10%出力低下したガスセンサ素子を劣化状態と判定する場合は、検出時第2ポンプ電流が未使用時の90%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子を用いて第2ポンプ電流変化量を検出し、その第2ポンプ電流変化量を劣化判定用変化量基準値に設定することで、ガスセンサ素子の劣化判定が可能となる。あるいは、検出時第2ポンプ電流が未使用時の70%相当値まで低下したガスセンサ素子を劣化状態と判定する場合には、検出時第2ポンプ電流が未使用時の70%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子を用いて第2ポンプ電流変化量を検出し、その第2ポンプ電流変化量を、劣化判定用変化量基準値として設定した構成を採るとよい。   When the gas sensor element in which the output of the second pump current at the time of detection is reduced by 10% compared to the gas sensor element at the time of non-use is determined to be in a deteriorated state, the second pump current at the time of detection is up to a value equivalent to 90% of that at the time of non-use. By detecting the second pump current change amount using the gas sensor element in the lowered state and setting the second pump current change amount as the deterioration determination change reference value, it is possible to determine the deterioration of the gas sensor element. Alternatively, when the gas sensor element in which the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 70% when not used is determined to be in a deteriorated state, the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 70% when not used. A configuration may be adopted in which the second pump current change amount is detected using the gas sensor element in the state, and the second pump current change amount is set as the deterioration determination change reference value.

また、判定時第2ポンプ電流を用いて劣化判定を行う上述のセンサ素子劣化判定装置としては、例えば、請求項7に記載のように、劣化判定手段は、第2セル印加電圧が検出用電圧値であるときに第2ポンプ電流検出手段で検出される第2ポンプ電流である検出時第2ポンプ電流と、第2セル印加電圧が劣化判定用電圧値であるときに第2ポンプ電流検出手段で検出される第2ポンプ電流である判定時第2ポンプ電流と、の比率である第2ポンプ電流変化率を検出する第2ポンプ電流変化率検出手段と、第2ポンプ電流変化率とガスセンサ素子の劣化判定のために予め定められた劣化判定用変化率基準範囲とを比較し、第2ポンプ電流変化率が劣化判定用変化率基準範囲に含まれる場合には、ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流変化率が劣化判定用変化率基準範囲を逸脱する場合には、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する変化率劣化判定手段と、を備える、という構成を採ることができる。   Further, as the above-described sensor element deterioration determination device that performs deterioration determination using the second pump current at the time of determination, for example, as described in claim 7, the deterioration determination means includes a second cell applied voltage that is a detection voltage. Second pump current at the time of detection, which is a second pump current detected by the second pump current detection means when it is a value, and second pump current detection means when the second cell applied voltage is a voltage value for deterioration determination A second pump current change rate detecting means for detecting a second pump current change rate that is a ratio of the second pump current at the time of determination, which is the second pump current detected in step, and a second pump current change rate and a gas sensor element When the second pump current change rate is included in the deterioration determination change rate reference range, the gas sensor element is in a normal state. And the second When the lamp current change rate deviates from the rate of change reference range for determining degradation may take the configuration that includes a determining change rate deterioration determining means and the gas sensing element is in a degraded state, the.

検出時第2ポンプ電流と判定時第2ポンプ電流との比率である第2ポンプ電流変化率は、判定時第2ポンプ電流に応じて値が定まることから、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かの判定に用いることができる。   Since the second pump current change rate, which is the ratio of the second pump current at the time of detection and the second pump current at the time of determination, is determined according to the second pump current at the time of determination, whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state. It can be used for the determination.

また、第2ポンプ電流変化率は、第2セル印加電圧の異なる2種類の第2ポンプ電流(検出時第2ポンプ電流、判定時第2ポンプ電流)における各電流値に基づき値が定まる。このことから、第2ポンプ電流変化率を用いた劣化判定は、1種類の第2ポンプ電流のみを用いた劣化判定に比べて、第2ポンプ電流の変化傾向をより精度良く判定でき、ひいては、ガスセンサ素子の劣化状態を精度良く判定することができる。   The second pump current change rate is determined based on each current value in two types of second pump currents having different voltages applied to the second cell (second pump current at detection, second pump current at determination). From this, the deterioration determination using the second pump current change rate can determine the change tendency of the second pump current more accurately than the deterioration determination using only one type of second pump current. The deterioration state of the gas sensor element can be accurately determined.

そして、ガスセンサ素子の劣化判定を行うための劣化判定用変化率基準範囲を予め定めておき、第2ポンプ電流変化率と劣化判定用変化率基準範囲とを比較することで、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定することができる。   A deterioration determination change rate reference range for determining deterioration of the gas sensor element is determined in advance, and the gas sensor element is in a deteriorated state by comparing the second pump current change rate with the deterioration determination change rate reference range. It can be determined whether or not.

つまり、第2ポンプ電流変化率が劣化判定用変化率基準範囲に含まれる場合には、ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流変化率が劣化判定用変化率基準範囲を逸脱する場合には、ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する変化率劣化判定手段、を備えることで、ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定できる。   That is, when the second pump current change rate is included in the deterioration determination change rate reference range, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, and the second pump current change rate deviates from the deterioration determination change rate reference range. In this case, it is possible to determine whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state by providing a change rate deterioration determining unit that determines that the gas sensor element is in a deteriorated state.

よって、本発明によれば、第2ポンプ電流変化率を用いて判定を行うことで、第2ポンプ電流の変化傾向を精度良く判定できるとともに、ガスセンサ素子の劣化判定における判定精度を向上できる。   Therefore, according to the present invention, by performing determination using the second pump current change rate, it is possible to accurately determine the change tendency of the second pump current, and it is possible to improve the determination accuracy in determining the deterioration of the gas sensor element.

なお、第2ポンプ電流変化率は、ガスセンサ素子の劣化状態が悪化するに従い値が大きくなる傾向がある。そして、劣化判定用変化率基準範囲は、例えば、実際のガスセンサ素子を用いた測定結果に基づいて設定することができる。   The second pump current change rate tends to increase as the deterioration state of the gas sensor element deteriorates. The deterioration determination change rate reference range can be set based on, for example, a measurement result using an actual gas sensor element.

一例としては、請求項8に記載のように、劣化判定用変化率基準範囲は、未使用時のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化率の値から、未使用時のガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して検出時第2ポンプ電流が50%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化率の値まで、の範囲内に含まれる、という構成を採ることができる。   As an example, as described in claim 8, the change rate reference range for deterioration determination is detected in the unused gas sensor element from the value of the second pump current change rate detected in the unused gas sensor element. The second pump current is included in the range of the second pump current change rate detected by the gas sensor element in a state where the second pump current is reduced to a value equivalent to 50% with respect to the second pump current. Can be taken.

つまり、検出時第2ポンプ電流が未使用時の50%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子は、特定ガスの検出が困難な劣化状態(致命的な劣化状態)であることから、このようなガスセンサ素子については、確実に劣化状態であると判定することが必要である。   That is, the gas sensor element in a state where the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% when not in use is in a deteriorated state (fatal deteriorated state) in which it is difficult to detect a specific gas. It is necessary to determine that the gas sensor element is in a deteriorated state.

そこで、劣化判定用変化率基準範囲は、未使用時のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化率の値から、検出時第2ポンプ電流が未使用時の50%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化率の値まで、の範囲内に含まれるように設定するのである。   Therefore, the change rate reference range for deterioration determination is a state in which the second pump current change rate value detected by the gas sensor element when not used is reduced to a value equivalent to 50% when the second pump current is not used. The second pump current change rate value detected by the gas sensor element is set so as to fall within the range.

このように劣化判定用変化率基準範囲を設定することで、検出時第2ポンプ電流が未使用時の50%相当値よりも低下した状態のガスセンサ素子を劣化状態であると判定することができる。   By setting the change rate reference range for deterioration determination in this way, it is possible to determine that the gas sensor element in the state where the second pump current at the time of detection is lower than the value equivalent to 50% when not in use is in a deteriorated state. .

なお、未使用時のガスセンサ素子に比べて検出時第2ポンプ電流が10%出力低下したガスセンサ素子を劣化状態と判定する場合は、検出時第2ポンプ電流が未使用時の90%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子を用いて第2ポンプ電流変化率を検出し、その検出した第2ポンプ電流変化率を用いて、劣化判定用変化率基準範囲を設定するとよい。つまり、劣化判定用変化率基準範囲を、未使用時のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化率の値から、検出時第2ポンプ電流が未使用時の90%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化率の値まで、の範囲に設定するのである。   When the gas sensor element in which the output of the second pump current at the time of detection is reduced by 10% compared to the gas sensor element at the time of non-use is determined to be in a deteriorated state, the second pump current at the time of detection is up to a value equivalent to 90% of that at the time of non-use. It is preferable to detect the second pump current change rate using the gas sensor element in a lowered state, and set the change rate reference range for deterioration determination using the detected second pump current change rate. That is, a state in which the change rate reference range for deterioration determination is reduced from a value of the second pump current change rate detected by the gas sensor element when not used to a value corresponding to 90% when the second pump current is not used. This is set to a range up to the value of the second pump current change rate detected by the gas sensor element.

あるいは、未使用時のガスセンサ素子に比べて検出時第2ポンプ電流が30%出力低下したガスセンサ素子を劣化状態と判定する場合は、検出時第2ポンプ電流が未使用時の70%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子を用いて第2ポンプ電流変化率を検出し、その検出した第2ポンプ電流変化率を用いて、劣化判定用変化率基準範囲を設定するとよい。つまり、劣化判定用変化率基準範囲を、未使用時のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化率の値から、検出時第2ポンプ電流が未使用時の70%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子で検出される第2ポンプ電流変化率の値まで、の範囲に設定するのである。   Alternatively, when it is determined that the gas sensor element whose output of the second pump current is 30% lower than that of the unused gas sensor element is in a deteriorated state, the second pump current at the time of detection is up to a value equivalent to 70% of the unused value. It is preferable to detect the second pump current change rate using the gas sensor element in a lowered state, and set the change rate reference range for deterioration determination using the detected second pump current change rate. That is, the deterioration determination change rate reference range is reduced from the value of the second pump current change rate detected by the gas sensor element when not in use to the value corresponding to 70% when the second pump current is not used. This is set to a range up to the value of the second pump current change rate detected by the gas sensor element.

次に、変化量劣化判定手段または変化率劣化判定手段を備える上述のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項9に記載のように、劣化判定用電圧値は、検出用電圧値よりも大きい値である、という構成を採ることができる。   Next, in the above-described sensor element deterioration determination device provided with the change amount deterioration determination means or the change rate deterioration determination means, as described in claim 9, the deterioration determination voltage value is a value larger than the detection voltage value. It is possible to adopt a configuration that

まず、劣化判定用電圧値を検出用電圧値よりも小さい値に設定した場合には、第2酸素イオンポンプセルにおける特定ガスの解離量が低下するため、第2測定室における特定ガス濃度は、特定ガスを検出するための通常検出時における第2測定室の特定ガス濃度に比べて高い値となる。このように、第2測定室の特定ガス濃度が高くなると、第2セル印加電圧を劣化判定用電圧値から検出用電圧値に変更した後、第2測定室の特定ガス濃度を通常検出時の濃度にするまでの所要時間が長くなることがある。   First, when the degradation determination voltage value is set to a value smaller than the detection voltage value, the amount of dissociation of the specific gas in the second oxygen ion pump cell is reduced, so the specific gas concentration in the second measurement chamber is The value is higher than the specific gas concentration in the second measurement chamber during normal detection for detecting the specific gas. As described above, when the specific gas concentration in the second measurement chamber is increased, the second cell applied voltage is changed from the deterioration determination voltage value to the detection voltage value, and then the specific gas concentration in the second measurement chamber is normally detected. It may take a long time to reach the concentration.

これに対して、劣化判定用電圧値を検出用電圧値よりも大きい値に設定した場合には、第2測定室の特定ガス濃度が通常検出時の特定ガス濃度に比べて高い値になることを回避できるため、第2セル印加電圧を劣化判定用電圧値から検出用電圧値に変更した後、第2測定室の特定ガス濃度を早期に通常検出時の濃度に設定することができる。   In contrast, when the deterioration determination voltage value is set to a value larger than the detection voltage value, the specific gas concentration in the second measurement chamber is higher than the specific gas concentration during normal detection. Therefore, after changing the voltage applied to the second cell from the voltage value for determination of deterioration to the voltage value for detection, the specific gas concentration in the second measurement chamber can be set to the concentration at the time of normal detection at an early stage.

このことから、本発明のセンサ素子劣化判定装置によれば、劣化判定の後、早期に通常の検出状態(特定ガスの検出状態)に復帰することができる、という作用効果を得ることができる。   Therefore, according to the sensor element deterioration determination device of the present invention, it is possible to obtain an operational effect that it is possible to return to the normal detection state (detection state of the specific gas) at an early stage after the deterioration determination.

次に、上述のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項10に記載のように、特定ガスのガス検出電圧範囲は、特定ガスと、第2セル印加電圧が検出用電圧値よりも低い電圧値である場合においても解離される低電圧解離ガスと、について、酸素原子が同量となる低電圧解離ガスおよび特定ガスをそれぞれ解離したときの低電圧解離ガスの解離量と特定ガスの解離量との比率のうち、特定ガスの解離量を低電圧解離ガスの解離量で除算した値を低電圧側解離比率とした場合に、低電圧側解離比率が50%以上となる電圧範囲に少なくとも含まれるとともに、特定ガスと、第2セル印加電圧が検出用電圧値よりも高い電圧値となる場合に解離される高電圧解離ガスと、について、酸素原子が同量となる高電圧解離ガスおよび特定ガスをそれぞれ解離したときの高電圧解離ガスの解離量と特定ガスの解離量との比率のうち、高電圧解離ガスの解離量を特定ガスの解離量で除算した値を高電圧側解離比率とした場合に、高電圧側解離比率が50%以下となる電圧範囲に少なくとも含まれる、という構成を採ることができる。   Next, in the sensor element deterioration determination device described above, the gas detection voltage range of the specific gas includes a specific gas and a voltage value at which the second cell applied voltage is lower than the detection voltage value. The dissociation amount of the low-voltage dissociation gas and the dissociation amount of the specific gas when dissociating the low-voltage dissociation gas and the specific gas with the same amount of oxygen atoms, respectively, Of these ratios, when the value obtained by dividing the dissociation amount of the specific gas by the dissociation amount of the low voltage dissociation gas is defined as the low voltage side dissociation ratio, the low voltage side dissociation ratio is at least included in the voltage range of 50% or more. In addition, for the specific gas and the high-voltage dissociation gas that is dissociated when the voltage applied to the second cell is higher than the detection voltage value, the high-voltage dissociation gas and the specific gas having the same amount of oxygen atoms Each Of the ratio between the dissociation amount of the high-voltage dissociation gas and the dissociation amount of the specific gas when dissociated, the value obtained by dividing the dissociation amount of the high-voltage dissociation gas by the dissociation amount of the specific gas is used as the high-voltage side dissociation ratio The high voltage side dissociation ratio is at least included in the voltage range of 50% or less.

このように特定される特定ガスのガス検出電圧範囲において劣化判定用電圧値を設定することで、特定ガスの解離に伴う第2ポンプ電流(詳細には、判定時第2ポンプ電流)を発生できるため、第2セル印加電圧が特定ガスを解離できない電圧範囲に設定されてガスセンサ素子の劣化判定が不可能となることを回避できる。   By setting the deterioration determination voltage value in the gas detection voltage range of the specific gas specified in this way, the second pump current (specifically, the second pump current at the time of determination) associated with the dissociation of the specific gas can be generated. Therefore, it can be avoided that the voltage applied to the second cell is set to a voltage range in which the specific gas cannot be dissociated and the deterioration determination of the gas sensor element becomes impossible.

よって、ガス検出電圧範囲を上記のように設定したセンサ素子劣化判定装置によれば、特定ガスの解離に伴う判定時第2ポンプ電流を発生させることができ、判定時第2ポンプ電流を用いてガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定することができる。   Therefore, according to the sensor element deterioration determination device in which the gas detection voltage range is set as described above, it is possible to generate the second pump current at the time of determination accompanying the dissociation of the specific gas, and use the second pump current at the time of determination. It can be determined whether or not the gas sensor element is in a deteriorated state.

次に、上述のセンサ素子劣化判定装置においては、請求項11に記載のように、検出状態判定手段は、第2セル印加電圧が検出用電圧値であるときに第2ポンプ電流検出手段で検出される第2ポンプ電流である検出時第2ポンプ電流と、特定ガスが存在するときに検出時第2ポンプ電流が取りうる数値範囲に予め定められた検出状態判定用基準範囲と、を比較し、検出時第2ポンプ電流が検出状態判定用基準範囲に含まれる場合には、第2測定室に特定ガスが存在すると判定し、検出時第2ポンプ電流が検出状態判定用基準範囲に含まれない場合には、第2測定室に特定ガスが存在しないと判定する、という構成を採ることができる。   Next, in the sensor element deterioration determination device described above, the detection state determination means is detected by the second pump current detection means when the second cell applied voltage is a detection voltage value. The second pump current at the time of detection, which is the second pump current to be detected, is compared with the reference range for detection state determination predetermined in the numerical range that can be taken by the second pump current at the time of detection when the specific gas is present. When the detection second pump current is included in the detection state determination reference range, it is determined that the specific gas is present in the second measurement chamber, and the detection second pump current is included in the detection state determination reference range. If there is no specific gas, it can be determined that the specific gas is not present in the second measurement chamber.

つまり、検出時第2ポンプ電流は第2測定室の特定ガスに応じて電流値が変化することから、検出時第2ポンプ電流を用いることで、第2測定室に特定ガスが存在するか否かを判定することができる。   That is, since the current value of the second pump current at the time of detection changes according to the specific gas in the second measurement chamber, whether or not the specific gas exists in the second measurement chamber by using the second pump current at the time of detection. Can be determined.

そして、特定ガスが存在するときに前記検出時第2ポンプ電流が取りうる数値範囲に基づいて検出状態判定用基準範囲を予め定めておき、検出時第2ポンプ電流と検出状態判定用基準範囲とを比較することで、第2測定室に特定ガスが存在するか否かを判定することが可能となる。   A detection state determination reference range is determined in advance based on a numerical range that can be taken by the detection second pump current when a specific gas is present, and the detection second pump current and the detection state determination reference range are It is possible to determine whether or not a specific gas is present in the second measurement chamber.

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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a gas detection device 1 including a gas sensor control device 190 to which the present invention is applied.

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。   The gas detection device 1 includes a gas sensor control device 190 and a NOx gas sensor element 10, and a specific gas (NOx in this embodiment) in exhaust gas from various combustion equipment such as an internal combustion engine of a car or a boiler. Used for detection purposes.

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。   The gas sensor control device 190 is mainly composed of a microcomputer including a central processing unit (CPU), RAM, ROM, signal input / output unit and the like. And the gas sensor control device 190 is a sensor for determining the deterioration state of the NOx gas sensor element 10, a process for controlling the driving of the NOx gas sensor element 10, a process for detecting a specific gas in the exhaust gas based on a detection signal from the NOx gas sensor element 10. Diagnosis processing (On Board Diagnosis processing (OBD processing)) and the like are executed.

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。   In FIG. 1, the NOx gas sensor element 10 is shown as a cross-sectional view showing the internal structure. In the following description, the left side of the NOx gas sensor element 10 shown in FIG. 1 will be described as the front end side, and the right side will be described as the rear end side. Further, FIG. 1 shows the internal configuration of the front end portion of the NOx gas sensor element 10, and the rear end portion is not shown.

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。
First, the NOx gas sensor element 10 will be described.
The NOx gas sensor element 10 has a structure in which a first pump cell 111, an oxygen partial pressure detection cell 112, and a second pump cell 113 are stacked via insulating layers 114 and 115 mainly composed of alumina. In the NOx gas sensor element 10, the heater unit 180 is stacked on the second pump cell 113 side.

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。   Among these, the first pump cell 111 includes a first solid electrolyte layer 131 made of zirconia having oxygen ion conductivity, a first electrode for first pump 135 disposed so as to sandwich the first solid electrolyte layer 131, and a first pump cell 111. The first porous electrode 121 including the second electrode for pump 137 is formed. The first pump first electrode 135 and the first pump second electrode 137 are made of platinum, platinum alloy, cermet containing platinum and ceramics (for example, a solid electrolyte body), and the like. The protective layer 122 made of a porous body is formed.

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。   The oxygen partial pressure detection cell 112 includes a detection solid electrolyte layer 151 made of zirconia having oxygen ion conductivity, a detection electrode 155 disposed so as to sandwich the detection solid electrolyte layer 151, and a reference electrode 157. And a porous detection electrode 123. The detection electrode 155 and the reference electrode 157 are made of platinum, a platinum alloy, cermet containing platinum and ceramics (for example, a solid electrolyte body), or the like.

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。   The second pump cell 113 includes a second solid electrolyte layer 141 made of zirconia having oxygen ion conductivity, and a first second pump pump disposed on the surface of the second solid electrolyte layer 141 facing the insulating layer 115. An electrode 145 and a second porous electrode 125 including a second pump second electrode 147 are formed.

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。   The second pump first electrode 145 and the second pump second electrode 147 are made of platinum, platinum alloy, cermet containing platinum and ceramics (for example, a solid electrolyte body), or the like.

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。   A first measurement chamber 159 into which a measurement target gas is introduced is formed inside the NOx gas sensor element 10. A measurement target gas is introduced into the first measurement chamber 159 from the outside through the first diffusion resistor 116 disposed between the first pump cell 111 and the oxygen partial pressure detection cell 112.

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。   The first diffusion resistor 116 is formed of a porous body, and is disposed in the measurement target gas introduction path 14 from the opening on the tip side of the NOx gas sensor element 10 to the first measurement chamber 159 to perform the first measurement. The introduction amount (passage amount) of the measurement target gas per unit time into the chamber 159 is limited.

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。   The introduction path 14 is a region on the tip side (left side in the drawing) of the first measurement chamber 159 in the space surrounded by the first pump cell 111 and the oxygen partial pressure detection cell 112. The first pump first electrode 135 of the first pump cell 111 (specifically, the first pump first electrode 135 covered with the protective layer 122) and the detection electrode 155 of the oxygen partial pressure detection cell 112 are The first measurement chamber 159 is disposed so as to face.

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。   Further, a second diffusion resistor 117 made of a porous body is provided on the rear end side (right side in the drawing) of the first measurement chamber 159, and the second pump first electrode 145 and the second diffusion resistor are provided. A second measurement chamber 161 is formed between the first measurement chamber 117 and the second measurement chamber 161. The second measurement chamber 161 is formed so as to penetrate the oxygen partial pressure detection cell 112 in the stacking direction.

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、酸素分圧検知セル112の検知用固体電解質層151、第2ポンプセル113の第2固体電解質層141および絶縁層115によって包囲されている。これにより、基準酸素室118を、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)に設定することができる。   Further, in the inside of the NOx gas sensor element 10, in addition to the second measurement chamber 161, between the detection solid electrolyte layer 151 of the oxygen partial pressure detection cell 112 and the second solid electrolyte layer 141 of the second pump cell 113. A reference oxygen chamber 118 is formed. The second measurement chamber 161 and the reference oxygen chamber 118 are formed along the second pump cell 113 in this order from the rear end side to the front end side. The reference oxygen chamber 118 is surrounded by the detection solid electrolyte layer 151 of the oxygen partial pressure detection cell 112, the second solid electrolyte layer 141 of the second pump cell 113, and the insulating layer 115. Thereby, the reference oxygen chamber 118 can be set to a predetermined oxygen partial pressure atmosphere (oxygen partial pressure atmosphere serving as a reference for concentration detection).

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。
The reference electrode 157 of the oxygen partial pressure detection cell 112 and the second pump second electrode 147 of the second pump cell 113 are arranged so as to face the reference oxygen chamber 118.
The heater unit 180 is configured by laminating sheet-like insulating layers 171 and 173 made of insulating ceramics such as alumina. The heater unit 180 includes a heater 175 mainly composed of Pt between the insulating layers 171 and 173.

このように構成されたNOxガスセンサ素子10は、第1ポンプ電圧Vp1が印加された第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。   The NOx gas sensor element 10 configured as described above can pump (pump out and pump in) oxygen present in the first measurement chamber 159 by the first pump cell 111 to which the first pump voltage Vp1 is applied. The oxygen concentration difference (oxygen partial pressure difference) between the reference oxygen chamber 118 and the first measurement chamber 159 in which the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled to be constant by the oxygen partial pressure detection cell 112, that is, the inside of the first measurement chamber 159. The oxygen concentration (oxygen partial pressure) can be measured.

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。   The NOx gas sensor element 10 is driven by a separately provided gas sensor control device 190. The gas sensor control device 190 controls the voltage applied to the heater 175 (heater applied voltage Vh) (in other words, the heater 175). Are driven to heat each cell (first pump cell 111, second pump cell 113, oxygen partial pressure detection cell 112) to the activation temperature.

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の両端電圧として検出する検出電圧値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。   The gas sensor control device 190 drives and controls the heater 175 to heat the NOx gas sensor element 10 to the activation temperature (for example, 750 ° C.), and in this state, the detection voltage detected as the voltage across the oxygen partial pressure detection cell 112. The first pump current Ip1 flowing through the first pump cell 111 is controlled so that the value Vs becomes a preset constant voltage (for example, 425 mV).

なお、ガスセンサ制御装置190は、第1測定室159の酸素を基準用電極157にくみ出すための微小な自己生成電流Icpを、酸素分圧検知セル112に対して流すことで、基準酸素室118を内部酸素基準源として機能させている。このときの自己生成電流Icpの電流値(酸素基準生成用電流値)は、酸素分圧検知セル112の酸素の汲み入れによって、基準酸素室118の酸素分圧(酸素濃度)が目標値(基準酸素分圧)に制御されるように予め定められている。   The gas sensor control device 190 causes the reference oxygen chamber 118 to flow by passing a small self-generated current Icp for pumping oxygen from the first measurement chamber 159 to the reference electrode 157 to the oxygen partial pressure detection cell 112. Is functioning as an internal oxygen reference source. The current value (current value for oxygen reference generation) of the self-generated current Icp at this time is such that the oxygen partial pressure (oxygen concentration) in the reference oxygen chamber 118 is set to the target value (reference value) by pumping oxygen in the oxygen partial pressure detection cell 112. (Oxygen partial pressure) is controlled in advance.

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に対して印加する第2ポンプ電圧Vp2(第2セル印加電圧Vp2ともいう)を、NOxを検出するために予め定められた検出用電圧値Vp2a(例えば450mV)に設定する。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。   Further, the gas sensor control device 190 controls the first pump current Ip1 and detects the second pump voltage Vp2 (also referred to as the second cell applied voltage Vp2) applied to the second pump cell 113 in order to detect NOx. It is set to a predetermined detection voltage value Vp2a (for example, 450 mV). As a result, in the second measurement chamber 161, NOx is dissociated (reduced) by the catalytic action of the second porous electrode 125 constituting the second pump cell 113, and oxygen ions obtained by the dissociation are converted into the second pump second electrode. The second pump current Ip2 flows by moving the second solid electrolyte layer 141 between the first electrode 145 and the second pump second electrode 147. That is, the second pump cell 113 dissociates the specific gas component (NOx (nitrogen oxide)) present in the second measurement chamber 161 and pumps oxygen from the second measurement chamber 161 to the reference oxygen chamber 118.

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(O2-)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。 The oxygen ions (O 2− ) dissociated at the second pump first electrode 145 in the second measurement chamber 161 move to the second pump second electrode 147 through the second solid electrolyte layer 141, In the second pump second electrode 147, the oxygen (O 2 ) is released into the reference oxygen chamber 118.

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。   In other words, the gas sensor control device 190 adjusts the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first measurement chamber 159 by the pumping operation of the first pump cell 111 while being connected to the NOx gas sensor element 10, and The oxygen concentration (oxygen partial pressure) is set to a concentration for NOx detection capable of detecting NOx, and processing for detecting NOx is performed based on the magnitude and integrated value of the second pump current Ip2.

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。   Next, processing contents of the sensor diagnosis process (On Board Diagnosis process (OBD process)) executed by the gas sensor control device 190 will be described. FIG. 2 shows a flowchart showing the processing contents of the sensor diagnosis processing.

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。以下同様。)では、第2ポンプセル113に流れる第2ポンプ電流Ip2を検出時第2ポンプ電流αとして検出する処理を実行する。   When the sensor diagnosis process is started, first, in S110 (S represents a step. The same applies hereinafter), a process of detecting the second pump current Ip2 flowing in the second pump cell 113 as the second pump current α at the time of detection is executed. To do.

なお、このとき第2ポンプセル113に印加されている第2ポンプ電圧Vp2は、NOxを検出するために予め定められた検出用電圧値Vp2aであることから、検出時第2ポンプ電流αは、第2ポンプ電圧Vp2が検出用電圧値Vp2aであるときに第2ポンプセル113に流れる第2ポンプ電流Ip2である。   At this time, since the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 is a detection voltage value Vp2a that is predetermined for detecting NOx, the second pump current α at the time of detection is The second pump current Ip2 that flows through the second pump cell 113 when the two pump voltage Vp2 is the detection voltage value Vp2a.

次にS120では、検出時第2ポンプ電流αを用いて、第2測定室161にNOxが存在するか否かを判定する処理を実行する。
具体的には、検出時第2ポンプ電流αが検出状態判定用基準範囲Rthに含まれるか否かを判断しており、検出時第2ポンプ電流αが検出状態判定用基準範囲Rthに含まれる場合には、第2測定室161にNOxが存在すると判定(肯定判定)してS130に移行し、検出時第2ポンプ電流αが検出状態判定用基準範囲Rthに含まれない場合には、第2測定室161にNOxが存在しないと判定(否定判定)して、肯定判定されるまで同ステップを繰り返し実行することで待機する。
Next, in S120, a process for determining whether NOx exists in the second measurement chamber 161 using the second pump current α at the time of detection is executed.
Specifically, it is determined whether or not the detection-time second pump current α is included in the detection state determination reference range Rth, and the detection-time second pump current α is included in the detection state determination reference range Rth. In this case, it is determined that NOx is present in the second measurement chamber 161 (affirmative determination), the process proceeds to S130, and when the second pump current α at the time of detection is not included in the detection state determination reference range Rth, 2 It is determined that NOx does not exist in the measurement chamber 161 (negative determination), and waits by repeatedly executing the same step until an affirmative determination is made.

なお、検出状態判定用基準範囲Rthは、実測データに基づき、第2測定室161にNOxが存在するときに検出時第2ポンプ電流αが採りうる数値範囲に予め定められており、検出時第2ポンプ電流αと検出状態判定用基準範囲Rthとを対比することで、第2測定室161にNOxが存在するか否かを判定することができる。   The detection state determination reference range Rth is set in advance to a numerical range that can be taken by the second pump current α at the time of detection when NOx exists in the second measurement chamber 161 based on the actual measurement data. By comparing the two-pump current α and the detection state determination reference range Rth, it is possible to determine whether or not NOx exists in the second measurement chamber 161.

S120で肯定判定されてS130に移行すると、S130では、第2ポンプ電圧Vp2を劣化判定用電圧値Vp2bに変更する処理を実行する。
なお、劣化判定用電圧値Vp2bは、第2ポンプセル113においてNOxを検出できるガス検出電圧範囲Rgs(例えば、100[mV]〜1200[mV]の範囲)のうち検出用電圧値Vp2aとは異なる電圧値であり、本実施形態では、500mVに設定されている。
When an affirmative determination is made in S120 and the process proceeds to S130, a process of changing the second pump voltage Vp2 to the deterioration determination voltage value Vp2b is executed in S130.
The degradation determination voltage value Vp2b is a voltage different from the detection voltage value Vp2a in the gas detection voltage range Rgs (for example, a range of 100 [mV] to 1200 [mV]) in which NOx can be detected in the second pump cell 113. This value is set to 500 mV in this embodiment.

そして、NOxのガス検出電圧範囲Rgsは、第2ポンプセル113における酸素(O2 )の解離量(以下、酸素解離量M1ともいう)とNOxの解離量(以下、NOx解離量M2ともいう)との比率のうち、NOx解離量M2を酸素解離量M1で除算した値(以下、低電圧側解離比率RL(=M2/M1)ともいう)が50%以上となる電圧範囲に少なくとも含まれるように設定されている。なお、ガス検出電圧範囲Rgsを特定するために用いる酸素(O2 )およびNOxの各量は、酸素原子が同量となるように定められている。 The NOx gas detection voltage range Rgs includes the dissociation amount of oxygen (O 2 ) (hereinafter also referred to as oxygen dissociation amount M1) and the dissociation amount of NOx (hereinafter also referred to as NOx dissociation amount M2) in the second pump cell 113. Among these ratios, the value obtained by dividing the NOx dissociation amount M2 by the oxygen dissociation amount M1 (hereinafter also referred to as the low voltage side dissociation ratio RL (= M2 / M1)) is at least included in the voltage range of 50% or more. Is set. The amounts of oxygen (O 2 ) and NOx used to specify the gas detection voltage range Rgs are determined so that the oxygen atoms are the same amount.

また、ガス検出電圧範囲Rgsは、第2ポンプセル113における水(H2 )の解離量(以下、水解離量M3ともいう)とNOx解離量M2との比率のうち、水解離量M3をNOx解離量M2で除算した値(以下、高電圧側解離比率RH(=M3/M2)ともいう)が50%以下となる電圧範囲に少なくとも含まれるように設定されている。なお、ガス検出電圧範囲Rgsを特定するために用いるNOxおよび水(H2 )の各量は、酸素原子が同量となるように定められている。 Further, the gas detection voltage range Rgs is determined by water (H 2 O in the second pump cell 113). ) Dissociation amount (hereinafter also referred to as water dissociation amount M3) and NOx dissociation amount M2 divided by NOx dissociation amount M2 (hereinafter referred to as high voltage side dissociation ratio RH (= M3). / M2)) is set so as to be at least included in a voltage range of 50% or less. Note that NOx and water (H 2 O used for specifying the gas detection voltage range Rgs are used. ) Are determined so that oxygen atoms are the same amount.

ここで、NOxのガス検出電圧範囲Rgsの設定方法の具体例について説明する。
低電圧側解離比率RL(=M2/M1)については、まず、素子温度を通常制御温度(例えば、750[℃])に設定したNOxガスセンサ素子10を、NOx電流測定時に対して酸素原子換算で同量の酸素濃度(例えば、NO:100[ppm]の場合、酸素(O2 ):50[ppm])に調整された雰囲気(例えば、モデルガス装置のチャンバー内)に配置する。すると、NOxガスセンサ素子10の内部全体(第1測定室および第2測定室)が、ある一定の酸素(O2 )のみ(例えば、酸素:50[ppm])の状態となる。次に、第2ポンプセル113にNOx電流測定可能電圧(例えば、450[mV])を印加して、第2ポンプセル113に流れる電流値を酸素解離電流値(酸素解離量M1に相当する数値)として検出する。続いて、上記の酸素濃度に対して酸素原子換算で同量のNOx濃度(例えば、NO:100[ppm])に調整された雰囲気で、同様の操作を行うことで、第2ポンプセル113に流れる電流値をNOx解離電流値(NOx解離量M2に相当する数値)として検出する。
Here, a specific example of a method for setting the NOx gas detection voltage range Rgs will be described.
Regarding the low voltage side dissociation ratio RL (= M2 / M1), first, the NOx gas sensor element 10 in which the element temperature is set to the normal control temperature (for example, 750 [° C.]) is converted into oxygen atoms in terms of the NOx current measurement. the same amount of oxygen (e.g., NO: If the 100 [ppm], oxygen (O 2): 50 [ppm ]) are arranged in the adjusted atmosphere (e.g., in a chamber of a model gas system). Then, the entire inside of the NOx gas sensor element 10 (the first measurement chamber and the second measurement chamber) is in a state of only certain oxygen (O 2 ) (for example, oxygen: 50 [ppm]). Next, a NOx current measurable voltage (for example, 450 [mV]) is applied to the second pump cell 113, and the current value flowing through the second pump cell 113 is set as an oxygen dissociation current value (a numerical value corresponding to the oxygen dissociation amount M1). To detect. Subsequently, the same operation is performed in an atmosphere adjusted to the same amount of NOx in terms of oxygen atoms with respect to the above oxygen concentration (for example, NO: 100 [ppm]), so that the second pump cell 113 flows. The current value is detected as a NOx dissociation current value (a numerical value corresponding to the NOx dissociation amount M2).

このようにして得られる酸素解離電流値(酸素解離量M1)およびNOx解離電流値(NOx解離量M2)を用いて、低電圧側解離比率RL(=M2/M1)を算出し、低電圧側解離比率RLが50%となるときの第2ポンプ電圧Vp2を決定する。このようにして決定された第2ポンプ電圧Vp2を、NOxのガス検出電圧範囲Rgsの下限値として設定する。   Using the oxygen dissociation current value (oxygen dissociation amount M1) and the NOx dissociation current value (NOx dissociation amount M2) thus obtained, the low voltage side dissociation ratio RL (= M2 / M1) is calculated, and the low voltage side A second pump voltage Vp2 is determined when the dissociation ratio RL is 50%. The second pump voltage Vp2 determined in this way is set as the lower limit value of the NOx gas detection voltage range Rgs.

また、高電圧側解離比率RH(=M3/M2)については、まず、素子温度を通常制御温度(例えば、750[℃])に設定したNOxガスセンサ素子10を、NOx電流測定時に対して酸素原子換算で同量の水濃度(例えば、NO:100[ppm]の場合、水(H2 ):100[ppm])に調整された雰囲気(例えば、モデルガス装置のチャンバー内)に配置する。すると、NOxガスセンサ素子10の内部全体(第1測定室および第2測定室)が、ある一定の水(H2 )のみ(例えば、水:100[ppm])の状態となる。次に、第2ポンプセル113にNOx電流測定可能電圧(例えば、450[mV])を印加して、第2ポンプセル113に流れる電流値を水解離電流値(水解離量M3に相当する数値)として検出する。続いて、上記の水濃度に対して酸素原子換算で同量のNOx濃度(例えば、NO:100[ppm])に調整された雰囲気で、同様の操作を行うことで、第2ポンプセル113に流れる電流値をNOx解離電流値(NOx解離量M2に相当する数値)として検出する。 Regarding the high voltage side dissociation ratio RH (= M3 / M2), first, the NOx gas sensor element 10 whose element temperature is set to the normal control temperature (for example, 750 [° C.]) In terms of the same amount of water concentration (for example, NO: 100 [ppm], water (H 2 O ): 100 [ppm]) (for example, in the chamber of the model gas apparatus). Then, the entire interior of the NOx gas sensor element 10 (the first measurement chamber and the second measurement chamber) is in a certain amount of water (H 2 O ) (For example, water: 100 [ppm]). Next, a NOx current measurable voltage (for example, 450 [mV]) is applied to the second pump cell 113, and the current value flowing through the second pump cell 113 is set as a water dissociation current value (a numerical value corresponding to the water dissociation amount M3). To detect. Subsequently, the same operation is performed in an atmosphere adjusted to the same amount of NOx concentration (for example, NO: 100 [ppm]) in terms of oxygen atoms with respect to the water concentration, thereby flowing to the second pump cell 113. The current value is detected as a NOx dissociation current value (a numerical value corresponding to the NOx dissociation amount M2).

このようにして得られる水解離電流値(水解離量M3)およびNOx解離電流値(NOx解離量M2)を用いて、高電圧側解離比率RH(=M3/M2)を算出し、高電圧側解離比率RHが50%となるときの第2ポンプ電圧Vp2を決定する。このようにして決定された第2ポンプ電圧Vp2を、NOxのガス検出電圧範囲Rgsの上限値として設定する。   Using the water dissociation current value (water dissociation amount M3) and NOx dissociation current value (NOx dissociation amount M2) thus obtained, the high voltage side dissociation ratio RH (= M3 / M2) is calculated, and the high voltage side A second pump voltage Vp2 is determined when the dissociation ratio RH is 50%. The second pump voltage Vp2 determined in this way is set as the upper limit value of the NOx gas detection voltage range Rgs.

ここで、図4に、NOxガスセンサ素子10のうち、未使用のNOxガスセンサ素子(以下、未使用センサともいう)および一定期間の使用により劣化したNOxガスセンサ素子(以下、劣化センサともいう)に関して、第2ポンプセルに印加される第2ポンプ電圧Vp2と第2ポンプセルに流れる第2ポンプ電流Ip2との相関関係を表す説明図を示す。   Here, in FIG. 4, regarding the NOx gas sensor element 10, an unused NOx gas sensor element (hereinafter also referred to as an unused sensor) and a NOx gas sensor element (hereinafter also referred to as a deterioration sensor) that has deteriorated due to use for a certain period of time. An explanatory view showing the correlation between the 2nd pump voltage Vp2 applied to the 2nd pump cell, and the 2nd pump current Ip2 which flows into the 2nd pump cell is shown.

図4に示すように、未使用センサについては、第2ポンプ電圧Vp2と第2ポンプ電流Ip2との相関関係を表す波形が、酸素(O2 )、NOx、水のそれぞれについて、ある一定の電圧範囲内においては、第2ポンプ電圧Vp2の大きさが変化した場合でも、第2ポンプ電流Ip2が各ガス濃度に応じた略一定電流値となる波形を示す。なお、図4に示すように、NOx検出が可能なガス検出電圧範囲Rgsは、100[mV]〜1200[mV]の範囲である。 As shown in FIG. 4, for the unused sensor, the waveform representing the correlation between the second pump voltage Vp2 and the second pump current Ip2 has a certain voltage for each of oxygen (O 2 ), NOx, and water. In the range, even when the magnitude of the second pump voltage Vp2 changes, the second pump current Ip2 shows a waveform that has a substantially constant current value corresponding to each gas concentration. In addition, as shown in FIG. 4, the gas detection voltage range Rgs in which NOx detection is possible is a range of 100 [mV] to 1200 [mV].

つまり、未使用センサは、相関関係を表す波形が限界電流特性を明瞭に表す波形を示しており、第2ポンプ電圧Vp2を450[mV]から500[mV]に変更した場合であっても、第2ポンプ電流Ip2の大きさは変化していない。このため、第2ポンプ電圧Vp2が450[mV]であるときの第2ポンプ電流Ip2と、第2ポンプ電圧Vp2が500[mV]であるときの第2ポンプ電流Ip2との電流差分値(以下、第2ポンプ電流変化量ΔIp2ともいう)は、0[mV]である。   That is, the unused sensor shows a waveform in which the correlation waveform clearly represents the limit current characteristic, and even when the second pump voltage Vp2 is changed from 450 [mV] to 500 [mV] The magnitude of the second pump current Ip2 has not changed. For this reason, the current difference value between the second pump current Ip2 when the second pump voltage Vp2 is 450 [mV] and the second pump current Ip2 when the second pump voltage Vp2 is 500 [mV] (hereinafter referred to as “the second pump current Ip2”). , Also referred to as second pump current change amount ΔIp2) is 0 [mV].

これに対して、劣化センサについては、相関関係を表す波形が、NOx検出が可能なガス検出電圧範囲Rgsであっても第2ポンプ電圧Vp2の大きさが変化するに従い第2ポンプ電流Ip2が変化する波形を示す。   On the other hand, for the deterioration sensor, the second pump current Ip2 changes as the magnitude of the second pump voltage Vp2 changes even if the waveform representing the correlation is in the gas detection voltage range Rgs where NOx detection is possible. Waveform to be shown.

つまり、劣化センサは、相関関係を表す波形が限界電流特性を明瞭に表さない波形を示しており、第2ポンプ電圧Vp2を450[mV]から500[mV]に変更した場合には、第2ポンプ電流Ip2の電流値が変化している。このため、劣化センサの第2ポンプ電流変化量ΔIp2は、未使用センサの第2ポンプ電流変化量ΔIp2とは異なる値を示すことになる。なお、第2ポンプ電流変化量ΔIp2は、ガスセンサ素子の劣化状態が悪化するに従い、大きい値を示す傾向がある。   That is, the deterioration sensor shows a waveform in which the correlation waveform does not clearly represent the limit current characteristic. When the second pump voltage Vp2 is changed from 450 [mV] to 500 [mV], the deterioration sensor The current value of the two pump current Ip2 is changing. For this reason, the second pump current change amount ΔIp2 of the deterioration sensor shows a value different from the second pump current change amount ΔIp2 of the unused sensor. The second pump current change amount ΔIp2 tends to show a larger value as the deterioration state of the gas sensor element gets worse.

図2のフローチャートに戻り、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。
Returning to the flowchart of FIG. 2, in the next step S140, timer processing for measuring the elapsed time is started.
In subsequent S150, it is determined whether or not the stabilization waiting time has elapsed from the start of time measurement by the timer process. If the determination is affirmative, the process proceeds to S160, and if the determination is negative, the same step is repeated. Wait by executing.

なお、S130での電圧変更直後は、NOxの解離に至るまでの時間差(タイムラグ)が生じるために、第2ポンプ電流Ip2が増加するまでに一定時間を要することがある。そこで、S150での判定処理を実行して、第2ポンプ電流Ip2が安定化するまで一定時間待機することで、第2ポンプ電流Ip2の検出誤差を抑制することができる。   Note that a time difference (time lag) until the dissociation of NOx occurs immediately after the voltage change in S130, and therefore it may take a certain time for the second pump current Ip2 to increase. Thus, the detection error of the second pump current Ip2 can be suppressed by executing the determination process in S150 and waiting for a certain time until the second pump current Ip2 is stabilized.

なお、本実施形態では、第2ポンプ電圧Vp2を変更した後、第2ポンプ電流Ip2が安定するまでの安定化待機時間として、1.0[sec]が設定されている。
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。
In the present embodiment, 1.0 [sec] is set as a stabilization waiting time until the second pump current Ip2 is stabilized after the second pump voltage Vp2 is changed.
If an affirmative determination is made in S150 and the process proceeds to S160, the timer process for measuring the elapsed time is stopped in S160.

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を判定時第2ポンプ電流βとして検出する処理を実行する。
なお、このとき第2ポンプセル113に印加されている第2ポンプ電圧Vp2は、劣化判定用電圧値Vp2bであることから、判定時第2ポンプ電流βは、第2ポンプ電圧Vp2が劣化判定用電圧値Vp2bであるときに第2ポンプセル113に流れる第2ポンプ電流Ip2である。
In the next S170, a process of detecting the second pump current Ip2 flowing through the second pump cell 113 as the second pump current β at the time of determination is executed.
At this time, since the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 is the degradation determination voltage value Vp2b, the second pump current Vp during the determination is determined by the second pump voltage Vp2 being the degradation determination voltage. This is the second pump current Ip2 that flows through the second pump cell 113 when the value is Vp2b.

次のS180では、サブルーチン処理としての劣化判定処理を実行する。
劣化判定処理の処理内容を表すフローチャートを図3に示す。
劣化判定処理が開始されると、まず、S210では、予め定められた劣化判定用変化量基準値K1を所定の記憶装置(内部メモリなど)から読み出す処理を実行する。
In the next S180, a deterioration determination process is executed as a subroutine process.
FIG. 3 is a flowchart showing the contents of the deterioration determination process.
When the deterioration determination process is started, first, in S210, a process of reading a predetermined deterioration determination change reference value K1 from a predetermined storage device (such as an internal memory) is executed.

なお、劣化判定用変化量基準値K1は、後述するS230での判定処理(NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行う処理)に用いる判定値であり、実際のNOxガスセンサ素子10を用いた測定結果に基づいて定めることができる。   The deterioration determination variation reference value K1 is a determination value used for determination processing (processing for determining deterioration of the NOx gas sensor element 10) in S230, which will be described later, and is a measurement result using the actual NOx gas sensor element 10. Can be determined based on.

例えば、本実施形態は、検出時第2ポンプ電流αが未使用時の70%相当値まで低下したNOxガスセンサ素子10を劣化状態と判定する用途に用いることから、検出時第2ポンプ電流αが未使用時の70%相当値まで低下した状態のNOxガスセンサ素子10を用いて第2ポンプ電流変化量ΔIp2を検出し、その第2ポンプ電流変化量ΔIp2が劣化判定用変化量基準値K1として設定されている。   For example, in the present embodiment, the NOx gas sensor element 10 in which the second pump current α at the time of detection is reduced to a value equivalent to 70% when not in use is used for the purpose of determining the deterioration state. The second pump current change amount ΔIp2 is detected using the NOx gas sensor element 10 that has been reduced to a value equivalent to 70% when not in use, and the second pump current change amount ΔIp2 is set as the deterioration determination change reference value K1. Has been.

なお、第2ポンプ電流変化量ΔIp2は、NOxガスセンサ素子10の劣化状態が悪化するに従い値が大きくなる傾向があることから、第2ポンプ電流変化量ΔIp2が劣化判定用変化量基準値K1よりも大きくなる場合には、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定できる。   Since the second pump current change amount ΔIp2 tends to increase as the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 deteriorates, the second pump current change amount ΔIp2 is larger than the deterioration determination change amount reference value K1. When it becomes larger, it can be determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

次のS220では、第2ポンプ電流変化量ΔIp2を演算する処理を実行する。
具体的には、S110で検出した検出時第2ポンプ電流αとS170で検出した判定時第2ポンプ電流βとの電流差分値を演算し、その電流差分値の絶対値を第2ポンプ電流変化量ΔIp2(=|β−α|)として演算する。
In the next S220, a process of calculating the second pump current change amount ΔIp2 is executed.
Specifically, the current difference value between the second pump current α detected at S110 and the second pump current β detected at S170 is calculated, and the absolute value of the current difference value is calculated as the second pump current change. It is calculated as an amount ΔIp2 (= | β−α |).

次のS230では、S210で読み込んだ劣化判定用変化量基準値K1と、S220で演算した第2ポンプ電流変化量ΔIp2とを比較して、第2ポンプ電流変化量ΔIp2が劣化判定用変化量基準値K1以下であるか否かを判定しており、肯定判定する場合にはS240に移行し、否定判定する場合にはS250に移行する。   In the next S230, the deterioration determination variation reference value K1 read in S210 is compared with the second pump current variation ΔIp2 calculated in S220, and the second pump current variation ΔIp2 is determined as a deterioration determination variation criterion. It is determined whether or not the value is equal to or less than the value K1. If the determination is affirmative, the process proceeds to S240, and if the determination is negative, the process proceeds to S250.

つまり、S230では、第2ポンプ電流変化量ΔIp2が劣化判定用変化量基準値K1以下である場合には、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流変化量ΔIp2が劣化判定用変化量基準値K1よりも大きい場合には、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する。   That is, in S230, when the second pump current change amount ΔIp2 is equal to or less than the deterioration determination change reference value K1, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the second pump current change amount ΔIp2 is deteriorated. When it is larger than the determination change reference value K1, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

なお、前述したとおり、第2ポンプ電流変化量ΔIp2は、ガスセンサ素子の劣化状態が悪化するに従い大きい値を示す傾向があることから、第2ポンプ電流変化量ΔIp2と劣化判定用変化量基準値K1との比較結果に基づいて、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定することができる。   As described above, the second pump current change amount ΔIp2 tends to indicate a larger value as the deterioration state of the gas sensor element deteriorates. Therefore, the second pump current change amount ΔIp2 and the deterioration determination change amount reference value K1. It is possible to determine whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state based on the comparison result.

S230で肯定判定されてS240に移行すると、S240では、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定すると共に、第2ポンプセル113に印加する第2ポンプ電圧Vp2の電圧値を、NOx検出のために予め定められた検出用電圧値Vp2aに設定する処理を実行する。   When an affirmative determination is made in S230 and the process proceeds to S240, in S240, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the voltage value of the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 is determined for NOx detection. A process of setting to a predetermined detection voltage value Vp2a is executed.

なお、S240での電圧変更処理は、ガス検出装置1の作動状態を、NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行うための状態(劣化判定状態)から、排気ガス中の特定ガスを検出するための状態(ガス検出状態)に移行させるために行われる。つまり、S240での処理が実行されることで、第2セル印加電圧Vp2が劣化判定用電圧値Vp2bから検出用電圧値Vp2aに変更されるとともに、ガス検出装置1の作動状態が劣化判定状態からガス検出状態に移行する。   In addition, the voltage change process in S240 is a state for detecting the specific gas in the exhaust gas from the state for determining the deterioration of the NOx gas sensor element 10 (deterioration determination state) from the state for operating the gas detection device 1. This is performed to shift to the (gas detection state). That is, by executing the process in S240, the second cell applied voltage Vp2 is changed from the deterioration determination voltage value Vp2b to the detection voltage value Vp2a, and the operating state of the gas detection device 1 is changed from the deterioration determination state. Transition to the gas detection state.

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。   The gas sensor control device 190 detects the second pump current Ip2 of the NOx gas sensor element 10 by executing the NOx detection process as an internal process different from the sensor diagnosis process, and based on the detected second pump current Ip2. NOx detection is performed.

S230で否定判定されてS250に移行すると、S250では、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定すると共に、NOxガスセンサ素子10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。   When a negative determination is made in S230 and the process proceeds to S250, it is determined in S250 that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and an abnormality occurrence signal indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state is sent to the gas sensor control device 190. Processing to output to an external device from an output terminal (not shown) is performed.

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。   Then, the external device that has received the abnormality occurrence signal performs processing for notifying the user that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. Specific processing includes, for example, processing for turning on a warning lamp indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, processing for outputting a voice message indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and the like. be able to.

S240またはS250が終了すると、サブルーチン処理としての劣化判定処理が終了するとともに、センサ診断処理が終了する。
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2ポンプ電流変化量ΔIp2と劣化判定用変化量基準値K1とを比較し、比較結果に基づいてNOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定するよう構成されている。
When S240 or S250 ends, the deterioration determination process as a subroutine process ends and the sensor diagnosis process ends.
As described above, the gas sensor control device 190 provided in the gas detection device 1 of the present embodiment compares the second pump current change amount ΔIp2 with the deterioration determination change reference value K1, and based on the comparison result, NOx. It is configured to determine whether or not the gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

なお、第2ポンプセル113に流れる第2ポンプ電流Ip2は、第2測定室161のNOxガス濃度が一定であっても、NOxガスセンサ素子10が正常状態であるか劣化状態であるかによって電流値が異なる値となり、また、劣化状態においては、劣化の進行程度に応じて電流値が異なる値となる。このことから、第2ポンプ電流Ip2を用いることで、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定することができる。   The second pump current Ip2 flowing through the second pump cell 113 has a current value depending on whether the NOx gas sensor element 10 is in a normal state or a deteriorated state even if the NOx gas concentration in the second measurement chamber 161 is constant. In the deteriorated state, the current value varies depending on the degree of progress of deterioration. From this, it is possible to determine whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state by using the second pump current Ip2.

また、NOxガスセンサ素子10は、正常状態の場合には、図4に示すように、第2測定室161のNOxガス濃度が一定であり、かつ、第2セル印加電圧Vp2がNOxを検出できるガス検出電圧範囲Rgsに設定されている場合には、第2セル印加電圧Vp2の大きさが変化した場合でも、第2ポンプ電流Ip2がNOxガス濃度に応じた略一定電流値を示すという特徴(限界電流特性)を有する。   Further, when the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, as shown in FIG. 4, the NOx gas concentration in the second measurement chamber 161 is constant and the second cell applied voltage Vp2 can detect NOx. When the detection voltage range Rgs is set, the second pump current Ip2 exhibits a substantially constant current value corresponding to the NOx gas concentration (limit) even when the magnitude of the second cell applied voltage Vp2 changes. Current characteristics).

しかし、劣化状態のNOxガスセンサ素子10においては、限界電流特性が不明瞭となるため、第2測定室161のNOxガス濃度が一定であり、かつ、第2セル印加電圧Vp2がガス検出電圧範囲Rgsに設定されている場合であっても、第2ポンプ電流Ip2は、第2セル印加電圧Vp2の大きさが変化することにより電流値が変化する。   However, in the deteriorated NOx gas sensor element 10, the limit current characteristics are unclear, so the NOx gas concentration in the second measurement chamber 161 is constant, and the second cell applied voltage Vp2 is within the gas detection voltage range Rgs. Even when the second pump current Ip2 is set, the current value changes as the magnitude of the second cell applied voltage Vp2 changes.

つまり、第2ポンプ電流Ip2を用いることで、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定できることが判る。
なお、劣化に伴う第2ポンプ電流Ip2の変化は、第2セル印加電圧Vp2が検出用電圧値Vp2aである場合に限って発生するものではなく、NOxを検出できるガス検出電圧範囲Rgsであれば、劣化に伴う第2ポンプ電流Ip2の変化が生じている。このことから、第2ポンプ電流Ip2を用いてNOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定するにあたり、判定に用いる第2ポンプ電流Ip2は、第2セル印加電圧Vp2が検出用電圧値Vp2aであるときの検出時第2ポンプ電流αに限られることはなく、第2セル印加電圧Vp2が検出用電圧値Vp2a以外であるときの第2ポンプ電流Ip2(例えば、判定時第2ポンプ電流β)を用いることができる。
That is, it can be seen that it is possible to determine whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state by using the second pump current Ip2.
Note that the change in the second pump current Ip2 due to the deterioration does not occur only when the second cell applied voltage Vp2 is the detection voltage value Vp2a, but in the gas detection voltage range Rgs in which NOx can be detected. The second pump current Ip2 changes due to deterioration. Therefore, in determining whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state using the second pump current Ip2, the second cell applied voltage Vp2 is a voltage value for detection. The second pump current α at the time of detection when Vp2a is not limited, and the second pump current Ip2 when the second cell applied voltage Vp2 is other than the detection voltage value Vp2a (for example, the second pump current at determination) β) can be used.

そして、検出時第2ポンプ電流αと判定時第2ポンプ電流βとの差分の絶対値である第2ポンプ電流変化量ΔIp2は、NOxガスセンサ素子10の劣化に伴い値が変化する第2ポンプ電流Ip2に応じて値が定まることから、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かの判定に用いることができる。   The second pump current change amount ΔIp2 that is the absolute value of the difference between the second pump current α at the time of detection and the second pump current β at the time of determination is the second pump current whose value changes as the NOx gas sensor element 10 deteriorates. Since the value is determined according to Ip2, it can be used to determine whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

また、第2ポンプ電流変化量ΔIp2は、第2セル印加電圧Vp2の異なる2種類の第2ポンプ電流Ip2(検出時第2ポンプ電流α、判定時第2ポンプ電流β)における各電流値に基づき値が定まる。このことから、第2ポンプ電流変化量ΔIp2を用いた劣化判定は、1種類の第2ポンプ電流Ip2のみを用いた劣化判定に比べて、第2ポンプ電流Ip2の変化傾向をより精度良く判定でき、ひいては、NOxガスセンサ素子10の劣化状態を精度良く判定することができる。   Further, the second pump current change amount ΔIp2 is based on each current value in two types of second pump currents Ip2 (second pump current α at detection, second pump current β at determination) having different second cell applied voltages Vp2. The value is determined. Therefore, the deterioration determination using the second pump current change amount ΔIp2 can more accurately determine the change tendency of the second pump current Ip2 than the deterioration determination using only one type of second pump current Ip2. As a result, the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 can be accurately determined.

また、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行うための劣化判定用変化量基準値K1を予め定めておき、第2ポンプ電流変化量ΔIp2と劣化判定用変化量基準値K1とを比較することで、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定している。   Further, the gas sensor control device 190 of the present embodiment previously determines a deterioration determination change amount reference value K1 for performing deterioration determination of the NOx gas sensor element 10, and the second pump current change amount ΔIp2 and the deterioration determination change amount. By comparing with the reference value K1, it is determined whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

つまり、ガスセンサ制御装置190は、第2ポンプ電流変化量ΔIp2が劣化判定用変化量基準値K1以下である場合(S230で肯定判定される場合)には、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流変化量ΔIp2が劣化判定用変化量基準値K1よりも大きい場合(S230で否定判定される場合)には、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する判定処理を行うことで、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定できる。   That is, the gas sensor control device 190 determines that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state when the second pump current change amount ΔIp2 is equal to or less than the deterioration determination change reference value K1 (when affirmative determination is made in S230). When the second pump current change amount ΔIp2 is larger than the deterioration determination change amount reference value K1 (when a negative determination is made in S230), a determination process is performed to determine that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. By performing, it can be determined whether the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

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ポンプ電流変化量ΔIp2を用いて劣化判定を行うことで、第2ポンプ電流Ip2の変化傾向を精度良く判定できるとともに、NOxガスセンサ素子10の劣化判定における判定精度を向上できる。   Therefore, according to the gas sensor control device 190 of the present embodiment, by performing the deterioration determination using the second pump current change amount ΔIp2, the change tendency of the second pump current Ip2 can be accurately determined, and the NOx gas sensor element 10 It is possible to improve the determination accuracy in determining deterioration.

また、本実施形態では、劣化判定用変化量基準値K1は、検出時第2ポンプ電流αが未使用時の70%相当値まで低下したNOxガスセンサ素子10を劣化状態と判定するために設定されている。なお、前述したように、第2ポンプ電流変化量ΔIp2は、NOxガスセンサ素子10の劣化状態が悪化するに従い値が大きくなる傾向がある。   Further, in this embodiment, the deterioration determination change reference value K1 is set in order to determine that the NOx gas sensor element 10 in which the second pump current α at the time of detection has decreased to a value equivalent to 70% when not in use is in a deteriorated state. ing. As described above, the second pump current change amount ΔIp2 tends to increase as the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 deteriorates.

つまり、本実施形態の劣化判定用変化量基準値K1は、未使用時のNOxガスセンサ素子10における検出時第2ポンプ電流αに対して検出時第2ポンプ電流αが50%相当値まで低下した状態(致命的な劣化状態)のNOxガスセンサ素子10で検出される第2ポンプ電流変化量ΔIp2以下の値である。   In other words, the deterioration determining change reference value K1 of the present embodiment is such that the detected second pump current α is reduced to a value equivalent to 50% with respect to the detected second pump current α in the NOx gas sensor element 10 when not in use. The value is equal to or less than the second pump current change amount ΔIp2 detected by the NOx gas sensor element 10 in a state (a fatal deterioration state).

このため、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、少なくとも検出時第2ポンプ電流αが未使用時の70%相当値まで低下したNOxガスセンサ素子10を劣化状態と判定できるとともに、NOxの検出が困難な劣化状態(致命的な劣化状態)に至る前にNOxガスセンサ素子10の劣化状態を検出することができる。   Therefore, the gas sensor control device 190 of the present embodiment can determine that the NOx gas sensor element 10 in which the second pump current α at the time of detection has decreased to a value equivalent to 70% when not in use is in a deteriorated state, and it is difficult to detect NOx. It is possible to detect the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 before reaching a bad deterioration state (a fatal deterioration state).

また、本実施形態のガスセンサ制御装置190においては、ガス検出電圧範囲Rgsは、低電圧側解離比率RLが50%以上となる電圧範囲、かつ、高電圧側解離比率RHが50%以下となる電圧範囲に少なくとも含まれるように設定されている。つまり、ガス検出電圧範囲Rgsは、NOxを確実に解離できる電圧範囲である。   In the gas sensor control device 190 of the present embodiment, the gas detection voltage range Rgs is a voltage range in which the low voltage side dissociation ratio RL is 50% or more and a voltage in which the high voltage side dissociation ratio RH is 50% or less. It is set to be at least included in the range. That is, the gas detection voltage range Rgs is a voltage range in which NOx can be reliably dissociated.

このようなガス検出電圧範囲Rgsにおいて劣化判定用電圧値Vp2bを設定することで、NOxの解離に伴う第2ポンプ電流Ip2(詳細には、判定時第2ポンプ電流β)を発生させることができる。これにより、ガスセンサ制御装置190は、第2セル印加電圧Vp2がNOxを解離できない電圧範囲に設定されてNOxガスセンサ素子10の劣化判定が不可能となることを回避できる。   By setting the deterioration determination voltage value Vp2b in such a gas detection voltage range Rgs, it is possible to generate the second pump current Ip2 (specifically, the second pump current β during determination) that accompanies the dissociation of NOx. . As a result, the gas sensor control device 190 can avoid that the second cell applied voltage Vp2 is set to a voltage range in which NOx cannot be dissociated and the deterioration determination of the NOx gas sensor element 10 becomes impossible.

さらに、ガスセンサ制御装置190は、検出時第2ポンプ電流αを用いて、第2測定室161にNOxが存在するか否かを判定する処理(S120)を実行し、NOxが存在する場合に劣化判定処理(S180)を行うように構成されている。このように、第2測定室161にNOxが存在する場合に劣化判定処理を行うことで、劣化判定処理において、NOxが存在しないことに起因した誤判定が生じるのを防ぐことができる。   Further, the gas sensor control device 190 executes a process (S120) for determining whether or not NOx exists in the second measurement chamber 161 using the second pump current α at the time of detection, and deteriorates when NOx exists. The determination process (S180) is performed. Thus, by performing the deterioration determination process when NOx is present in the second measurement chamber 161, it is possible to prevent an erroneous determination due to the absence of NOx from occurring in the deterioration determination process.

つまり、第2測定室161にNOxが存在しない場合には、第2ポンプ電流Ip2が発生しないため、第2ポンプ電流変化量ΔIp2は、NOxガスセンサ素子10の劣化状態に応じた値を示さないことになる。このような第2ポンプ電流変化量ΔIp2を用いて劣化判定を行う場合には、NOxガスセンサ素子10の劣化状態を適切に判定することができない。   That is, when NOx is not present in the second measurement chamber 161, the second pump current Ip2 is not generated, so the second pump current change amount ΔIp2 does not indicate a value corresponding to the deterioration state of the NOx gas sensor element 10. become. When the deterioration determination is performed using the second pump current change amount ΔIp2, the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 cannot be appropriately determined.

これに対して、ガスセンサ制御装置190は、NOxが存在する場合に劣化判定処理(S180)を行うことから、劣化判定処理において、NOxが存在しないことに起因した誤判定が生じるのを防ぐことができる。   In contrast, since the gas sensor control device 190 performs the deterioration determination process (S180) when NOx exists, it is possible to prevent an erroneous determination caused by the absence of NOx from occurring in the deterioration determination process. it can.

なお、第2測定室161にNOxが存在するか否かの判定にあたり、第2ポンプ電流Ip2を用いて判定することで、第2測定室161にNOx検出用セル等を追加することなく、NOxが存在するか否かの判定を行うことができるという利点がある。   In determining whether or not NOx exists in the second measurement chamber 161, it is possible to determine NOx without adding a NOx detection cell or the like to the second measurement chamber 161 by using the second pump current Ip2. There is an advantage that it can be determined whether or not there is.

また、ガスセンサ制御装置190は、劣化判定用電圧値Vp2bが検出用電圧値Vp2aよりも大きい値に設定されていることから、劣化判定の後、早期に通常の検出状態(NOxの検出状態)に復帰することができる、という利点がある。   In addition, since the deterioration determination voltage value Vp2b is set to a value larger than the detection voltage value Vp2a, the gas sensor control device 190 enters the normal detection state (NOx detection state) early after the deterioration determination. There is an advantage of being able to return.

つまり、劣化判定用電圧値Vp2bを検出用電圧値Vp2aよりも小さい値に設定した場合には、第2ポンプセル113におけるNOxの解離量が低下するため、第2測定室161におけるNOx濃度は、NOxを検出するための通常検出時における第2測定室161のNOx濃度に比べて高い値となる。このように、第2測定室161のNOx濃度が高くなると、第2セル印加電圧Vp2を劣化判定用電圧値Vp2bから検出用電圧値Vp2aに変更した後、第2測定室161のNOx濃度を通常検出時の濃度にするまでの所要時間が長くなることがある。   That is, when the degradation determination voltage value Vp2b is set to a value smaller than the detection voltage value Vp2a, the NOx dissociation amount in the second pump cell 113 decreases, and therefore the NOx concentration in the second measurement chamber 161 is NOx. This is a higher value than the NOx concentration in the second measurement chamber 161 at the time of normal detection for detecting. As described above, when the NOx concentration in the second measurement chamber 161 is increased, the NOx concentration in the second measurement chamber 161 is normally changed after the second cell applied voltage Vp2 is changed from the deterioration determination voltage value Vp2b to the detection voltage value Vp2a. It may take a long time to obtain the concentration at the time of detection.

これに対して、劣化判定用電圧値Vp2bを検出用電圧値Vp2aよりも大きい値に設定した場合には、第2測定室161のNOx濃度が通常検出時のNOx濃度に比べて高い値になることを回避できるため、第2セル印加電圧Vp2を劣化判定用電圧値Vp2bから検出用電圧値Vp2aに変更した後、第2測定室161のNOx濃度を早期に通常検出時の濃度に設定することができる。   On the other hand, when the degradation determination voltage value Vp2b is set to a value larger than the detection voltage value Vp2a, the NOx concentration in the second measurement chamber 161 is higher than the NOx concentration during normal detection. In order to avoid this, after changing the second cell applied voltage Vp2 from the deterioration determination voltage value Vp2b to the detection voltage value Vp2a, the NOx concentration in the second measurement chamber 161 is set to the normal detection concentration early. Can do.

よって、ガスセンサ制御装置190は、劣化判定の後、早期に通常の検出状態(NOxの検出状態)に復帰することができる。
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おける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、第1拡散抵抗体116が第1拡散抵抗部に相当し、第2拡散抵抗体117が第2拡散抵抗部に相当している。
Therefore, the gas sensor control device 190 can return to the normal detection state (NOx detection state) early after the deterioration determination.
In this embodiment, the gas sensor control device 190 corresponds to the sensor element deterioration determination device in the claims, the first pump cell 111 corresponds to the first oxygen ion pump cell, and the second pump cell 113 corresponds to the second oxygen cell. The first diffusion resistor 116 corresponds to a first diffusion resistor portion, and the second diffusion resistor 117 corresponds to a second diffusion resistor portion.

また、S120の処理を実行するガスセンサ制御装置190が検出状態判定手段に相当し、S130の処理を実行するガスセンサ制御装置190が劣化判定用電圧設定手段に相当し、S110およびS170の処理を実行するガスセンサ制御装置190が第2ポンプ電流検出手段に相当し、S180の処理を実行するガスセンサ制御装置190が劣化判定手段に相当する。   Further, the gas sensor control device 190 that executes the processing of S120 corresponds to the detection state determination means, and the gas sensor control device 190 that executes the processing of S130 corresponds to the voltage setting means for deterioration determination, and executes the processing of S110 and S170. The gas sensor control device 190 corresponds to the second pump current detection means, and the gas sensor control device 190 that executes the processing of S180 corresponds to the deterioration determination means.

さらに、S220の処理を実行するガスセンサ制御装置190が第2ポンプ電流変化量検出手段に相当し、S230の処理を実行するガスセンサ制御装置190が変化量劣化判定手段に相当する。   Further, the gas sensor control device 190 that executes the process of S220 corresponds to the second pump current change amount detecting means, and the gas sensor control device 190 that executes the process of S230 corresponds to the change amount deterioration determining means.

また、S120の実行時期が検出状態判定工程に相当し、S130の実行時期が劣化判定用電圧設定工程に相当し、S110およびS170の実行時期が第2ポンプ電流検出工程に相当し、S180の実行時期が劣化判定工程に相当する。   Further, the execution time of S120 corresponds to the detection state determination step, the execution time of S130 corresponds to the voltage setting step for deterioration determination, the execution times of S110 and S170 correspond to the second pump current detection step, and the execution of S180 Time corresponds to the deterioration determination step.

以上、本発明の実施形態として、検出時第2ポンプ電流αと判定時第2ポンプ電流βとの差分の絶対値である第2ポンプ電流変化量ΔIp2を用いてNOxガスセンサ素子10の劣化状態を判定する実施形態(以下、第1実施形態ともいう)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はない。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 is determined using the second pump current change amount ΔIp2 that is the absolute value of the difference between the detection-time second pump current α and the determination-time second pump current β. Although the embodiment for determining (hereinafter also referred to as the first embodiment) has been described, the embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment.

そこで、第2実施形態として、検出時第2ポンプ電流αと判定時第2ポンプ電流βとの比率である第2ポンプ電流変化率AIp2(=β/α)を用いてNOxガスセンサ素子10の劣化状態を判定する実施形態について説明する。   Therefore, as the second embodiment, the deterioration of the NOx gas sensor element 10 is performed using the second pump current change rate AIp2 (= β / α), which is the ratio of the second pump current α during detection to the second pump current β during determination. An embodiment for determining the state will be described.

なお、第2実施形態におけるガス検出装置1は、第1実施形態と同様に、ガスセンサ制御装置190およびNOxガスセンサ素子10を備えており、概略構成を示す構成図は図1と同様である。   In addition, the gas detection apparatus 1 in 2nd Embodiment is provided with the gas sensor control apparatus 190 and NOx gas sensor element 10 similarly to 1st Embodiment, and the block diagram which shows schematic structure is the same as that of FIG.

第2実施形態は、第1実施形態に比べて、ガスセンサ制御装置190で実行される劣化判定処理(センサ診断処理のS180での処理)の処理内容が異なることから、第2実施形態で実行される第2劣化判定処理の処理内容を中心に説明する。   Compared to the first embodiment, the second embodiment is different from the first embodiment in that the processing content of the deterioration determination process (the process in S180 of the sensor diagnosis process) executed in the gas sensor control device 190 is different. The contents of the second deterioration determination process will be mainly described.

図5に、第2劣化判定処理の処理内容を表すフローチャートを示す。
第2劣化判定処理が開始されると、まず、S510(Sはステップを表す)では、予め定められた劣化判定用変化率基準範囲K2を所定の記憶装置(内部メモリなど)から読み出す処理を実行する。
FIG. 5 is a flowchart showing the processing content of the second deterioration determination processing.
When the second deterioration determination process is started, first, in S510 (S represents a step), a process of reading a predetermined deterioration determination change rate reference range K2 from a predetermined storage device (such as an internal memory) is executed. To do.

なお、劣化判定用変化率基準範囲K2は、後述するS530での判定処理(NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行う処理)に用いる判定値であり、実際のNOxガスセンサ素子10を用いた測定結果に基づいて定めることができる。   Note that the deterioration determination change rate reference range K2 is a determination value used for determination processing (processing for determining deterioration of the NOx gas sensor element 10) in S530, which will be described later, and is based on a measurement result using the actual NOx gas sensor element 10. Can be determined based on.

例えば、本実施形態は、検出時第2ポンプ電流αが未使用時の50%相当値まで低下したNOxガスセンサ素子10を劣化状態と判定する用途に用いることから、検出時第2ポンプ電流αが未使用時の50%相当値まで低下した状態のNOxガスセンサ素子10を用いて第2ポンプ電流変化率AIp2(=β/α)を検出し、その第2ポンプ電流変化率AIp2を用いて劣化判定用変化率基準範囲K2が設定されている。   For example, in the present embodiment, the NOx gas sensor element 10 in which the second pump current α at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% when not in use is used to determine that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. The second pump current change rate AIp2 (= β / α) is detected using the NOx gas sensor element 10 that has been reduced to a value equivalent to 50% when not used, and the deterioration is determined using the second pump current change rate AIp2. A change rate reference range K2 is set.

つまり、劣化判定用変化率基準範囲K2は、未使用時のNOxガスセンサ素子10で検出される第2ポンプ電流変化率AIp2(=β/α)の値から、検出時第2ポンプ電流が未使用時の50%相当値まで低下した状態のNOxガスセンサ素子10で検出される第2ポンプ電流変化率AIp2(=β/α)の値まで、の範囲に設定されている。   In other words, the deterioration determination change rate reference range K2 is based on the value of the second pump current change rate AIp2 (= β / α) detected by the NOx gas sensor element 10 when not in use. The value is set in a range up to the value of the second pump current change rate AIp2 (= β / α) detected by the NOx gas sensor element 10 in a state of being reduced to a value equivalent to 50% of the hour.

なお、劣化判定用電圧値Vp2bが検出用電圧値Vp2aよりも大きい電圧値である場合には、第2ポンプ電流変化率AIp2は、NOxガスセンサ素子10の劣化状態が悪化するに従い値が大きくなる傾向がある。このことから、本実施形態では、第2ポンプ電流変化率AIp2が劣化判定用変化率基準範囲K2よりも大きくなる場合に、第2ポンプ電流変化率AIp2が劣化判定用変化率基準範囲K2を逸脱したと判断することで、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定できる。   When the deterioration determination voltage value Vp2b is larger than the detection voltage value Vp2a, the second pump current change rate AIp2 tends to increase as the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 deteriorates. There is. Therefore, in the present embodiment, when the second pump current change rate AIp2 is larger than the deterioration determination change rate reference range K2, the second pump current change rate AIp2 deviates from the deterioration determination change rate reference range K2. By determining that the NOx gas sensor element 10 has been deteriorated, it can be determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

他方、仮に、劣化判定用電圧値Vp2bが検出用電圧値Vp2aよりも小さい電圧値である場合には、第2ポンプ電流変化率AIp2は、NOxガスセンサ素子10の劣化状態が悪化するに従い値が小さくなる傾向がある。このことから、劣化判定用電圧値Vp2bが検出用電圧値Vp2aよりも小さい電圧値である場合には、第2ポンプ電流変化率AIp2が劣化判定用変化率基準範囲K2よりも小さくなる場合に、第2ポンプ電流変化率AIp2が劣化判定用変化率基準範囲K2を逸脱したと判断することで、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定できる。   On the other hand, if the deterioration determination voltage value Vp2b is smaller than the detection voltage value Vp2a, the second pump current change rate AIp2 decreases as the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 deteriorates. Tend to be. From this, when the deterioration determination voltage value Vp2b is a voltage value smaller than the detection voltage value Vp2a, when the second pump current change rate AIp2 is smaller than the deterioration determination change rate reference range K2, By determining that the second pump current change rate AIp2 has deviated from the deterioration determination change rate reference range K2, it can be determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

次のS520では、第2ポンプ電流変化率AIp2を演算する処理を実行する。
具体的には、センサ診断処理(図2)におけるS110で検出した検出時第2ポンプ電流αとS170で検出した判定時第2ポンプ電流βとの比率を、第2ポンプ電流変化率AIp2(=β/α)として演算する。
In the next S520, a process of calculating the second pump current change rate AIp2 is executed.
Specifically, in the sensor diagnosis process (FIG. 2), the ratio between the second pump current α detected at S110 detected at S110 and the second pump current β determined at S170 detected at the second pump current change rate AIp2 (= (β / α) is calculated.

次のS530では、S510で読み込んだ劣化判定用変化率基準範囲K2と、S520で演算した第2ポンプ電流変化率AIp2とを比較して、第2ポンプ電流変化率AIp2が劣化判定用変化率基準範囲K2に含まれるか否かを判定しており、肯定判定する場合にはS540に移行し、否定判定する場合にはS550に移行する。   In next S530, the deterioration determination change rate reference range K2 read in S510 is compared with the second pump current change rate AIp2 calculated in S520, and the second pump current change rate AIp2 is determined as the deterioration determination change rate reference. It is determined whether or not it is included in the range K2. If the determination is affirmative, the process proceeds to S540, and if the determination is negative, the process proceeds to S550.

つまり、S530では、第2ポンプ電流変化率AIp2が劣化判定用変化率基準範囲K2に含まれる場合には、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流変化率AIp2が劣化判定用変化率基準範囲K2を逸脱する場合には、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する。   That is, in S530, when the second pump current change rate AIp2 is included in the deterioration determination change rate reference range K2, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the second pump current change rate AIp2 is deteriorated. When deviating from the change rate reference range K2 for determination, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

なお、前述したとおり、本実施形態の第2ポンプ電流変化率AIp2は、ガスセンサ素子の劣化状態が悪化するに従い大きい値を示す傾向があることから、第2ポンプ電流変化率AIp2と劣化判定用変化率基準範囲K2との比較結果に基づいて、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定することができる。   As described above, the second pump current change rate AIp2 of the present embodiment tends to indicate a larger value as the deterioration state of the gas sensor element deteriorates. Therefore, the second pump current change rate AIp2 and the deterioration determination change Based on the comparison result with the rate reference range K2, it can be determined whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

S530で肯定判定されてS540に移行すると、S540では、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定すると共に、第2ポンプセル113に印加する第2ポンプ電圧Vp2の電圧値を、NOx検出のために予め定められた検出用電圧値Vp2aに設定する処理を実行する。   When an affirmative determination is made in S530 and the process proceeds to S540, in S540, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the voltage value of the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 is determined for NOx detection. A process of setting to a predetermined detection voltage value Vp2a is executed.

なお、S540での電圧変更処理は、ガス検出装置1の作動状態を、NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行うための状態(劣化判定状態)から、排気ガス中の特定ガスを検出するための状態(ガス検出状態)に移行させるために行われる。つまり、S540での処理が実行されることで、第2セル印加電圧Vp2が劣化判定用電圧値Vp2bから検出用電圧値Vp2aに変更されるとともに、ガス検出装置1の作動状態が劣化判定状態からガス検出状態に移行する。   In addition, the voltage change process in S540 is a state for detecting the specific gas in the exhaust gas from the state for determining the deterioration of the NOx gas sensor element 10 (deterioration determination state) from the operation state of the gas detection device 1. This is performed to shift to the (gas detection state). That is, by executing the process in S540, the second cell applied voltage Vp2 is changed from the deterioration determination voltage value Vp2b to the detection voltage value Vp2a, and the operation state of the gas detection device 1 is changed from the deterioration determination state. Transition to the gas detection state.

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。   The gas sensor control device 190 detects the second pump current Ip2 of the NOx gas sensor element 10 by executing the NOx detection process as an internal process different from the sensor diagnosis process, and based on the detected second pump current Ip2. NOx detection is performed.

S530で否定判定されてS550に移行すると、S550では、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定すると共に、NOxガスセンサ素子10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。   When a negative determination is made in S530 and the process proceeds to S550, in S550, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and an abnormality occurrence signal indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state is sent to the gas sensor control device 190. Processing to output to an external device from an output terminal (not shown) is performed.

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。   Then, the external device that has received the abnormality occurrence signal performs processing for notifying the user that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. Specific processing includes, for example, processing for turning on a warning lamp indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, processing for outputting a voice message indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and the like. be able to.

S540またはS550が終了すると、サブルーチン処理としての劣化判定処理が終了するとともに、センサ診断処理が終了する。
以上説明したように、第2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2ポンプ電流変化率AIp2と劣化判定用変化率基準範囲K2とを比較し、比較結果に基づいてNOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定するよう構成されている。
When S540 or S550 ends, the deterioration determination process as a subroutine process ends and the sensor diagnosis process ends.
As described above, the gas sensor control device 190 provided in the gas detection device 1 of the second embodiment compares the second pump current change rate AIp2 with the deterioration determination change rate reference range K2, and based on the comparison result. It is configured to determine whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

検出時第2ポンプ電流αと判定時第2ポンプ電流βとの比率である第2ポンプ電流変化率AIp2は、NOxガスセンサ素子10の劣化に伴い値が変化する第2ポンプ電流Ip2に応じて値が定まることから、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かの判定に用いることができる。   The second pump current change rate AIp2, which is the ratio of the second pump current α at the time of detection and the second pump current β at the time of determination, is a value according to the second pump current Ip2 whose value changes as the NOx gas sensor element 10 deteriorates. Therefore, it can be used to determine whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

また、第2ポンプ電流変化率AIp2は、第2セル印加電圧Vp2の異なる2種類の第2ポンプ電流Ip2(検出時第2ポンプ電流α、判定時第2ポンプ電流β)における各電流値に基づき値が定まる。このことから、第2ポンプ電流変化率AIp2を用いた劣化判定は、1種類の第2ポンプ電流Ip2のみを用いた劣化判定に比べて、第2ポンプ電流Ip2の変化傾向をより精度良く判定でき、ひいては、NOxガスセンサ素子10の劣化状態を精度良く判定することができる。   Further, the second pump current change rate AIp2 is based on each current value in two types of second pump currents Ip2 (second pump current α at detection, second pump current β at determination) having different second cell applied voltages Vp2. The value is determined. Therefore, the deterioration determination using the second pump current change rate AIp2 can determine the change tendency of the second pump current Ip2 more accurately than the deterioration determination using only one type of second pump current Ip2. As a result, the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 can be accurately determined.

また、第2実施形態のガスセンサ制御装置190は、NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行うための劣化判定用変化率基準範囲K2を予め定めておき、第2ポンプ電流変化率AIp2と劣化判定用変化率基準範囲K2とを比較することで、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定している。   In addition, the gas sensor control device 190 of the second embodiment predetermines a deterioration determination change rate reference range K2 for determining deterioration of the NOx gas sensor element 10, and the second pump current change rate AIp2 and the deterioration determination change. By comparing with the rate reference range K2, it is determined whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

つまり、ガスセンサ制御装置190は、第2ポンプ電流変化率AIp2が劣化判定用変化率基準範囲K2に含まれる場合(S530で肯定判定される場合)には、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、第2ポンプ電流変化率AIp2が劣化判定用変化率基準範囲K2を逸脱する場合(S530で否定判定される場合)には、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する判定処理を行うことで、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定できる。   That is, the gas sensor control device 190 determines that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state when the second pump current change rate AIp2 is included in the deterioration determination change rate reference range K2 (when an affirmative determination is made in S530). When the second pump current change rate AIp2 deviates from the deterioration determination change rate reference range K2 (when a negative determination is made in S530), a determination process is performed to determine that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. By performing, it can be determined whether the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

よって、第2実施形態のガスセンサ制御装置190によれば、第2ポンプ電流変化率AIp2を用いて劣化判定を行うことで、第2ポンプ電流Ip2の変化傾向を精度良く判定できるとともに、NOxガスセンサ素子10の劣化判定における判定精度を向上できる。   Therefore, according to the gas sensor control device 190 of the second embodiment, by performing the deterioration determination using the second pump current change rate AIp2, the change tendency of the second pump current Ip2 can be accurately determined, and the NOx gas sensor element. Determination accuracy in 10 deterioration determinations can be improved.

また、第2実施形態では、劣化判定用変化率基準範囲K2は、検出時第2ポンプ電流αが未使用時の50%相当値まで低下したNOxガスセンサ素子10を劣化状態と判定するために設定されている。このため、第2実施形態のガスセンサ制御装置190は、NOxの検出が困難な劣化状態(致命的な劣化状態)となったNOxガスセンサ素子10を検出することができる。   In the second embodiment, the change rate reference range K2 for deterioration determination is set to determine that the NOx gas sensor element 10 in which the second pump current α at the time of detection has decreased to a value equivalent to 50% when not in use is in a deteriorated state. Has been. For this reason, the gas sensor control apparatus 190 of 2nd Embodiment can detect the NOx gas sensor element 10 used as the deterioration state (fatal deterioration state) where it is difficult to detect NOx.

なお、第2実施形態においては、S520の処理を実行するガスセンサ制御装置190が特許請求の範囲における第2ポンプ電流変化率検出手段に相当し、S530の処理を実行するガスセンサ制御装置190が変化率劣化判定手段に相当する。   In the second embodiment, the gas sensor control device 190 that executes the process of S520 corresponds to the second pump current change rate detecting means in the claims, and the gas sensor control device 190 that executes the process of S530 is the change rate. It corresponds to a deterioration determination means.

以上、本発明の実施形態として、2つ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はない。
次に、第3実施形態として、判定時第2ポンプ電流βを用いてNOxガスセンサ素子10の劣化状態を判定する実施形態について説明する。
Although two embodiments have been described as the embodiments of the present invention, the embodiments of the present invention are not limited to the above embodiments.
Next, as a third embodiment, an embodiment in which the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 is determined using the second pump current β during determination will be described.

なお、第3実施形態におけるガス検出装置1は、第1実施形態と同様に、ガスセンサ制御装置190およびNOxガスセンサ素子10を備えており、概略構成を示す構成図は図1と同様である。   In addition, the gas detection apparatus 1 in 3rd Embodiment is provided with the gas sensor control apparatus 190 and NOx gas sensor element 10 similarly to 1st Embodiment, and the block diagram which shows schematic structure is the same as that of FIG.

第3実施形態は、第1実施形態に比べて、ガスセンサ制御装置190で実行される劣化判定処理(センサ診断処理のS180での処理)の処理内容が異なることから、第3実施形態で実行される第3劣化判定処理の処理内容を中心に説明する。   Compared with the first embodiment, the third embodiment is different from the first embodiment in that the content of the deterioration determination process (the process in S180 of the sensor diagnosis process) executed by the gas sensor control device 190 is different. The contents of the third deterioration determination process will be mainly described.

図6に、第3劣化判定処理の処理内容を表すフローチャートを示す。
第3劣化判定処理が開始されると、まず、S610(Sはステップを表す)では、予め定められた劣化判定用電流基準値K3を所定の記憶装置(内部メモリなど)から読み出す処理を実行する。
FIG. 6 is a flowchart showing the contents of the third deterioration determination process.
When the third deterioration determination process is started, first, in S610 (S represents a step), a process of reading a predetermined deterioration determination current reference value K3 from a predetermined storage device (such as an internal memory) is executed. .

なお、劣化判定用電流基準値K3は、後述するS620での判定処理(NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行う処理)に用いる判定値であり、実際のNOxガスセンサ素子10を用いた測定結果に基づいて定めることができる。   The deterioration determination current reference value K3 is a determination value used for determination processing (processing for determining deterioration of the NOx gas sensor element 10) in S620, which will be described later, and is based on a measurement result using the actual NOx gas sensor element 10. Can be determined.

例えば、本実施形態は、検出時第2ポンプ電流αが未使用時の50%相当値まで低下したNOxガスセンサ素子10を劣化状態と判定する用途に用いることから、検出時第2ポンプ電流αが未使用時の50%相当値まで低下した状態のNOxガスセンサ素子10を用いて判定時第2ポンプ電流βを検出し、その判定時第2ポンプ電流βを用いて劣化判定用電流基準値K3が設定されている。   For example, in the present embodiment, the NOx gas sensor element 10 in which the second pump current α at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% when not in use is used to determine that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. The second pump current β is detected at the time of determination using the NOx gas sensor element 10 that has been reduced to a value equivalent to 50% when not in use, and the current reference value K3 for deterioration determination is determined using the second pump current β at the time of determination. Is set.

つまり、劣化判定用電流基準値K3は、検出時第2ポンプ電流が未使用時の50%相当値まで低下した状態のNOxガスセンサ素子10で検出される判定時第2ポンプ電流βの値が設定されている。   In other words, the deterioration determination current reference value K3 is set to the value of the determination second pump current β detected by the NOx gas sensor element 10 in a state where the detection second pump current is reduced to a value equivalent to 50% when not used. Has been.

なお、判定時第2ポンプ電流βは、NOxガスセンサ素子10の劣化状態が悪化するに従い値が小さくなる傾向がある。このことから、本実施形態では、判定時第2ポンプ電流βが劣化判定用電流基準値K3よりも小さくなる場合に、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定できる。   Note that the value of the second pump current β during determination tends to decrease as the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 worsens. From this, in the present embodiment, it can be determined that the NOx gas sensor element 10 is in the deteriorated state when the second pump current β at the time of determination is smaller than the current reference value K3 for deterioration determination.

次のS620では、S610で読み込んだ劣化判定用電流基準値K3と、センサ診断処理のS170で検出した判定時第2ポンプ電流βとを比較して、判定時第2ポンプ電流βが劣化判定用電流基準値K3以上であるか否かを判定しており、肯定判定する場合にはS630に移行し、否定判定する場合にはS640に移行する。   In the next S620, the deterioration determination current reference value K3 read in S610 is compared with the determination second pump current β detected in S170 of the sensor diagnosis process, and the determination second pump current β is used for deterioration determination. It is determined whether or not the current value is equal to or greater than the current reference value K3. If the determination is affirmative, the process proceeds to S630, and if the determination is negative, the process proceeds to S640.

つまり、S620では、判定時第2ポンプ電流βが劣化判定用電流基準値K3以上である場合には、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定し、判定時第2ポンプ電流βが劣化判定用電流基準値K3未満である場合には、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定する。   That is, in S620, when the determination second pump current β is equal to or greater than the deterioration determination current reference value K3, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the determination second pump current β is determined to be deteriorated. When it is less than the current reference value K3, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

S620で肯定判定されてS630に移行すると、S630では、NOxガスセンサ素子10が正常状態であると判定すると共に、第2ポンプセル113に印加する第2ポンプ電圧Vp2の電圧値を、NOx検出のために予め定められた検出用電圧値Vp2aに設定する処理を実行する。   When an affirmative determination is made in S620 and the process proceeds to S630, it is determined in S630 that the NOx gas sensor element 10 is in a normal state, and the voltage value of the second pump voltage Vp2 applied to the second pump cell 113 is determined for NOx detection. A process of setting to a predetermined detection voltage value Vp2a is executed.

なお、S630での電圧変更処理は、ガス検出装置1の作動状態を、NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行うための状態(劣化判定状態)から、排気ガス中の特定ガスを検出するための状態(ガス検出状態)に移行させるために行われる。つまり、S630での処理が実行されることで、第2セル印加電圧Vp2が劣化判定用電圧値Vp2bから検出用電圧値Vp2aに変更されるとともに、ガス検出装置1の作動状態が劣化判定状態からガス検出状態に移行する。   In addition, the voltage change process in S630 is a state for detecting the specific gas in the exhaust gas from the state for determining the deterioration of the NOx gas sensor element 10 from the state for determining the deterioration of the NOx gas sensor element 10 (deterioration determination state). This is performed to shift to the (gas detection state). That is, by executing the process in S630, the second cell applied voltage Vp2 is changed from the deterioration determination voltage value Vp2b to the detection voltage value Vp2a, and the operating state of the gas detection device 1 is changed from the deterioration determination state. Transition to the gas detection state.

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。   The gas sensor control device 190 detects the second pump current Ip2 of the NOx gas sensor element 10 by executing the NOx detection process as an internal process different from the sensor diagnosis process, and based on the detected second pump current Ip2. NOx detection is performed.

S620で否定判定されてS640に移行すると、S640では、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であると判定すると共に、NOxガスセンサ素子10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。   When a negative determination is made in S620 and the process proceeds to S640, in S640, it is determined that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and an abnormality occurrence signal indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state is sent to the gas sensor control device 190. Processing to output to an external device from an output terminal (not shown) is performed.

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。   Then, the external device that has received the abnormality occurrence signal performs processing for notifying the user that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state. Specific processing includes, for example, processing for turning on a warning lamp indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, processing for outputting a voice message indicating that the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state, and the like. be able to.

S630またはS640が終了すると、サブルーチン処理としての劣化判定処理が終了するとともに、センサ診断処理が終了する。
以上説明したように、第3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、判定時第2ポンプ電流βと劣化判定用電流基準値K3とを比較し、比較結果に基づいてNOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定するよう構成されている。
When S630 or S640 ends, the deterioration determination process as a subroutine process ends, and the sensor diagnosis process ends.
As described above, the gas sensor control device 190 provided in the gas detection device 1 of the third embodiment compares the second pump current β at the time of determination with the current reference value K3 for deterioration determination, and NOx based on the comparison result. It is configured to determine whether or not the gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

第2ポンプ電流Ip2は、NOx濃度が一定であっても、NOxガスセンサ素子10の劣化状態が進行するほど値が小さくなる傾向があることから、判定時第2ポンプ電流βは、NOxガスセンサ素子10の劣化状態が進行するほど値が小さくなる。   Since the second pump current Ip2 tends to decrease as the deterioration state of the NOx gas sensor element 10 progresses even if the NOx concentration is constant, the second pump current β at the time of determination is determined as the NOx gas sensor element 10. The value decreases as the degradation state of the progresses.

このことから、NOxガスセンサ素子10の劣化判定を行うための劣化判定用電流基準値K3を予め定めておき、判定時第2ポンプ電流βと劣化判定用電流基準値K3とを比較することで、NOxガスセンサ素子10が劣化状態であるか否かを判定することができる。   From this, by determining in advance the deterioration determination current reference value K3 for performing the deterioration determination of the NOx gas sensor element 10, and comparing the second pump current β and the deterioration determination current reference value K3 at the time of determination, It can be determined whether or not the NOx gas sensor element 10 is in a deteriorated state.

よって、本実施形態のガスセンサ制御装置190によれば、判定時第2ポンプ電流βを用いて劣化判定を行うことで、第2ポンプ電流Ip2の変化傾向を判定できるとともに、NOxガスセンサ素子10の劣化判定が可能となる。   Therefore, according to the gas sensor control device 190 of the present embodiment, by performing the deterioration determination using the second pump current β at the time of determination, the change tendency of the second pump current Ip2 can be determined, and the NOx gas sensor element 10 is deteriorated. Judgment is possible.

また、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、検出した判定時第2ポンプ電流βと劣化判定用電流基準値K3とを比較して劣化判定を行う構成であり、判定時第2ポンプ電流βを用いて他の数値(第2ポンプ電流変化量ΔIp2、第2ポンプ電流変化率AIp2)を演算する処理が不要となる。これにより、本実施形態のガスセンサ制御装置190は、劣化判定処理の処理内容を簡略化することができるという利点がある。   Further, the gas sensor control device 190 of the present embodiment is configured to perform the deterioration determination by comparing the detected second pump current β detected and the current reference value K3 for deterioration determination, and the second pump current β at the time of determination is determined. The process of calculating other numerical values (second pump current change amount ΔIp2, second pump current change rate AIp2) by using them becomes unnecessary. Thereby, the gas sensor control apparatus 190 of this embodiment has the advantage that the processing content of a deterioration determination process can be simplified.

なお、図4の説明図に示すように、NOxガスセンサ素子10が正常状態から劣化状態に変化することで生じる第2ポンプ電流Ip2の変化量(電流値劣化変化量ΔU)は、第2セル印加電圧Vp2ごとに異なる大きさとなる。そして、劣化に伴う電流値劣化変化量ΔUが大きいほど、軽度の劣化状態であっても電流値劣化変化量ΔUが大きくなることから、劣化判定の判定精度を向上させることができる。   As shown in the explanatory diagram of FIG. 4, the change amount of the second pump current Ip2 (current value deterioration change amount ΔU) generated when the NOx gas sensor element 10 changes from the normal state to the deteriorated state is applied to the second cell. The voltage Vp2 is different for each voltage. Then, as the current value deterioration change amount ΔU accompanying deterioration increases, the current value deterioration change amount ΔU increases even in a light deterioration state, so that the determination accuracy of deterioration determination can be improved.

このため、判定時第2ポンプ電流βと劣化判定用電流基準値K3とを比較して劣化判定を行う構成においては、第2セル印加電圧Vp2が検出用電圧値Vp2aであるときの電流値劣化変化量ΔUに比べて、電流値劣化変化量ΔUが大きくなる電圧値を劣化判定用電圧値Vp2bとして設定することが望ましい。   For this reason, in the configuration in which the determination is made by comparing the second pump current β at the time of determination with the current reference value K3 for deterioration determination, the current value deterioration when the second cell applied voltage Vp2 is the detection voltage value Vp2a. It is desirable to set a voltage value at which the current value deterioration change amount ΔU is larger than the change amount ΔU as the deterioration determination voltage value Vp2b.

つまり、このように劣化判定用電圧値Vp2bを設定することで、第2セル印加電圧Vp2が検出用電圧値Vp2aであるときの電流値劣化変化量ΔUに比べて、劣化状態の進行に対する電流値劣化変化量ΔUが大きくなるため、判定時第2ポンプ電流βに基づき劣化判定を行うにあたり、劣化状態の進行程度が小さい場合でも、劣化状態を精度良く判定することが可能となる。   That is, by setting the deterioration determination voltage value Vp2b in this way, the current value with respect to the progress of the deterioration state compared to the current value deterioration change amount ΔU when the second cell applied voltage Vp2 is the detection voltage value Vp2a. Since the deterioration change amount ΔU becomes large, it is possible to accurately determine the deterioration state even when the degree of progress of the deterioration state is small when performing the deterioration determination based on the second pump current β at the time of determination.

そして、図4によれば、電流値劣化変化量ΔUは、第2セル印加電圧Vp2が小さくなるほど大きい値を示す傾向がある。
このため、判定時第2ポンプ電流βと劣化判定用電流基準値K3とを比較して劣化判定を行う構成においては、S130で設定する劣化判定用電圧値Vp2bの値を検出用電圧値Vp2aよりも小さい値に設定することで、劣化判定の判定制度を向上させることができる。
According to FIG. 4, the current value deterioration change amount ΔU tends to show a larger value as the second cell applied voltage Vp <b> 2 becomes smaller.
For this reason, in the configuration in which the determination is made by comparing the second pump current β at the time of determination with the current reference value K3 for deterioration determination, the value of the deterioration determination voltage value Vp2b set in S130 is determined from the detection voltage value Vp2a. By setting to a small value, it is possible to improve the determination system for deterioration determination.

なお、第3実施形態においては、S620の処理を実行するガスセンサ制御装置190が特許請求の範囲における電流劣化判定手段に相当する。
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。
In the third embodiment, the gas sensor control device 190 that executes the process of S620 corresponds to the current deterioration determination means in the claims.
The embodiments of the present invention have been described above. However, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various forms can be taken as long as they belong to the technical scope of the present invention. Nor.

例えば、上記実施形態における検出用電圧値Vp2aや劣化判定用電圧値Vp2bの数値については、上記数値に限定されるものではなく、特定ガスを検出できるガス検出電圧範囲の範囲内であればガスセンサ素子の種類や用途などの各種条件に応じた任意の数値を設定することができる。   For example, the numerical values of the detection voltage value Vp2a and the deterioration determination voltage value Vp2b in the above embodiment are not limited to the above numerical values, and may be gas sensor elements as long as they are within a gas detection voltage range in which a specific gas can be detected. Arbitrary numerical values can be set in accordance with various conditions such as the type and use of each.

また、上記実施形態では、第2測定室に特定ガスが存在するか否かを判定する手法として、第2ポンプセルを用いる判定手法(詳細には、第2ポンプセルに流れる第2ポンプ電流を用いる判定手法)を採用しているが、この判定手法に限られることはない。例えば、別個独立したセルを第2測定室に設けて特定ガスの有無を判定する手法や、第1セル印加電圧を調整して第1ポンプセルを用いて第1測定室に特定ガスが存在するか否かを判定することで、第2測定室に特定ガスが存在するか否かを間接的に判定する判定手法などを採用してもよい。   In the above embodiment, as a method for determining whether or not the specific gas exists in the second measurement chamber, a determination method using the second pump cell (specifically, a determination using the second pump current flowing through the second pump cell). Method), but is not limited to this determination method. For example, a method for determining the presence or absence of a specific gas by providing a separate independent cell in the second measurement chamber, or whether there is a specific gas in the first measurement chamber using the first pump cell by adjusting the first cell applied voltage By determining whether or not, a determination method for indirectly determining whether or not the specific gas exists in the second measurement chamber may be employed.

さらに、劣化状態と判定すべきガスセンサ素子は、検出時第2ポンプ電流が70%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子や、検出時第2ポンプ電流が50%相当値まで低下した状態のガスセンサ素子に限られることはない。   Further, the gas sensor element to be determined to be in a deteriorated state is a gas sensor element in which the second pump current is reduced to a value equivalent to 70% at the time of detection, or a gas sensor element in which the second pump current is reduced to a value equivalent to 50% in the detection. It is not limited to.

本発明が適用された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。It is a block diagram which shows schematic structure of a gas detection apparatus provided with the gas sensor control apparatus to which this invention was applied. 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。It is a flowchart showing the processing content of a sensor diagnostic process. 劣化判定処理の処理内容を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the processing content of a deterioration determination process. 未使用センサおよび劣化センサに関して、第2ポンプセルに印加される第2ポンプ電圧Vp2と第2ポンプセルに流れる第2ポンプ電流Ip2との相関関係を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the correlation of 2nd pump voltage Vp2 applied to a 2nd pump cell, and 2nd pump current Ip2 which flows into a 2nd pump cell regarding an unused sensor and a deterioration sensor. 第2劣化判定処理の処理内容を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the processing content of a 2nd deterioration determination process. 第3劣化判定処理の処理内容を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the process content of a 3rd deterioration determination process.

符号の説明Explanation of symbols

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、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、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、190…ガスセンサ制御装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas detection apparatus, 10 ... NOx gas sensor element, 111 ... 1st pump cell, 112 ... Oxygen partial pressure detection cell, 113 ... 2nd pump cell, 116 ... 1st diffusion resistor, 117 ... 2nd diffusion resistor, 118 ... Reference oxygen chamber, 121 ... first porous electrode, 123 ... detecting porous electrode, 125 ... second porous electrode, 131 ... first solid electrolyte layer, 135 ... first pump first electrode, 137 ... first Second electrode for pump, 141 ... second solid electrolyte layer, 145 ... first electrode for second pump, 147 ... second electrode for second pump, 151 ... solid electrolyte layer for detection, 155 ... electrode for detection, 157 ... Reference electrode, 159... First measurement chamber, 161... Second measurement chamber, 190.

Claims (12)

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ポンプ電極を有し、前記一対の第1ポンプ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ポンプ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第2ポンプ電極を有し、前記一対の第2ポンプ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ポンプ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検知用電極を有し、前記一対の検知用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、
前記ガスセンサ素子は、前記基準酸素室の基準酸素分圧に基づき前記酸素分圧検知セルの両端電圧が予め定められた目標値となるように、前記第1酸素イオンポンプセルが前記第1測定室における酸素の汲み出しまたは汲み入れを行うとともに、前記第2酸素イオンポンプセルに印加される第2セル印加電圧が前記特定ガスを検出するために予め定められた検出用電圧値であるときに、前記第2酸素イオンポンプセルに流れる第2ポンプ電流に基づき、前記第2測定室における前記特定ガス濃度を検出する構成であり、
前記第2測定室に前記特定ガスが存在するか否かを判定する検出状態判定手段と、
前記検出状態判定手段により前記第2測定室に前記特定ガスが存在すると判定されると、前記特定ガスを検出できるガス検出電圧範囲のうち前記検出用電圧値とは異なる劣化判定用電圧値に前記第2セル印加電圧を設定する劣化判定用電圧設定手段と、
前記第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で検出される前記第2ポンプ電流のうち、少なくとも前記第2セル印加電圧が前記劣化判定用電圧値であるときの判定時第2ポンプ電流を用いて、前記ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定する劣化判定手段と、
を備えることを特徴とするセンサ素子劣化判定装置。
A first measurement chamber into which a gas to be measured is introduced via the first diffusion resistance unit;
A second measurement chamber into which the measurement target gas into which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced via a second diffusion resistance unit;
A reference oxygen chamber set in a reference oxygen partial pressure atmosphere;
It has an oxygen ion conductor and said oxygen ion conductive pair of first pumping electrodes formed on the body, the first of the pair with one of the pair of first pumping electrodes are arranged on the first measurement chamber The other pump electrode is arranged outside the first measurement chamber, outside the second measurement chamber, and outside the reference oxygen chamber, and pumps out oxygen to the measurement target gas introduced into the first measurement chamber or A first oxygen ion pump cell for pumping ;
An oxygen ion conductor and a pair of second pump electrodes formed on the oxygen ion conductor, and one of the pair of second pump electrodes is disposed in the second measurement chamber and the pair of second pump electrodes . the other second pump electrode is arranged in the reference oxygen chamber, and a second oxygen ion pump cell Le which current corresponding to a specific gas concentration in the second measuring chamber flows,
An oxygen ion conductor and a pair of detection electrodes formed on the oxygen ion conductor, wherein one of the pair of detection electrodes is disposed in the first measurement chamber, and the other electrode is the reference oxygen chamber An oxygen partial pressure detection cell disposed in
A sensor element deterioration determination device for determining a deterioration state of a gas sensor element comprising:
The gas sensor element includes the first oxygen ion pump cell in the first measurement chamber so that a voltage across the oxygen partial pressure detection cell becomes a predetermined target value based on a reference oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber. Pumping out or pumping in oxygen, and when the second cell applied voltage applied to the second oxygen ion pump cell is a voltage value for detection predetermined for detecting the specific gas, Based on the second pump current flowing through the second oxygen ion pump cell, the specific gas concentration in the second measurement chamber is detected,
Detection state determination means for determining whether or not the specific gas is present in the second measurement chamber;
When it is determined by the detection state determination means that the specific gas exists in the second measurement chamber, the deterioration determination voltage value different from the detection voltage value in the gas detection voltage range in which the specific gas can be detected. Degradation determination voltage setting means for setting the second cell applied voltage;
Second pump current detection means for detecting the second pump current;
Among the second pump currents detected by the second pump current detection means, the gas sensor element uses the second pump current at the time of determination when at least the second cell applied voltage is the voltage value for deterioration determination Deterioration determining means for determining whether or not is in a deteriorated state;
A sensor element deterioration determination device comprising:
前記劣化判定手段は、
前記第2セル印加電圧が前記劣化判定用電圧値であるときに前記第2ポンプ電流検出手段で検出される前記第2ポンプ電流である判定時第2ポンプ電流と、前記ガスセンサ素子の劣化判定のために予め定められた劣化判定用電流基準値とを比較し、前記判定時第2ポンプ電流が前記劣化判定用電流基準値以上である場合には、前記ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、前記判定時第2ポンプ電流が前記劣化判定用電流基準値よりも小さい場合には、前記ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する電流劣化判定手段を備えること、
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。
The deterioration determining means includes
A second pump current at the time of determination which is the second pump current detected by the second pump current detection means when the applied voltage of the second cell is the voltage value for deterioration determination, and deterioration determination of the gas sensor element Therefore, when the second pump current at the time of determination is equal to or greater than the current reference value for deterioration determination, it is determined that the gas sensor element is in a normal state. And a current deterioration determination means for determining that the gas sensor element is in a deteriorated state when the second pump current at the time of determination is smaller than the current reference value for deterioration determination.
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 1.
前記第2セル印加電圧が前記検出用電圧値であるときに前記第2ポンプ電流検出手段で検出される前記第2ポンプ電流を検出時第2ポンプ電流とした場合において、
前記劣化判定用電流基準値は、未使用時の前記ガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して前記検出時第2ポンプ電流が95%相当値まで低下した状態の前記ガスセンサ素子で検出される前記判定時第2ポンプ電流以下の値であり、かつ、未使用時の前記ガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して前記検出時第2ポンプ電流が50%相当値まで低下した状態の前記ガスセンサ素子で検出される前記判定時第2ポンプ電流以上の値であること、
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。
In the case where the second pump current detected by the second pump current detection means when the second cell applied voltage is the detection voltage value is the second pump current at the time of detection,
The current reference value for deterioration determination is detected by the gas sensor element in a state where the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 95% with respect to the second pump current at the time of detection in the gas sensor element when not in use. The value of the second pump current at the time of determination is a value equal to or lower than the second pump current, and the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% of the second pump current at the time of detection in the gas sensor element when not in use A value greater than or equal to the second pump current at the time of determination detected by a gas sensor element;
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 2.
前記劣化判定用電圧値は、前記検出用電圧値よりも小さい値であること、
を特徴とする請求項2または請求項3に記載のセンサ素子劣化判定装置。
The deterioration determination voltage value is smaller than the detection voltage value;
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 2 or claim 3, wherein
前記劣化判定手段は、
前記第2セル印加電圧が前記検出用電圧値であるときに前記第2ポンプ電流検出手段で検出される前記第2ポンプ電流である検出時第2ポンプ電流と、前記第2セル印加電圧が前記劣化判定用電圧値であるときに前記第2ポンプ電流検出手段で検出される前記第2ポンプ電流である判定時第2ポンプ電流と、の差分の絶対値である第2ポンプ電流変化量を検出する第2ポンプ電流変化量検出手段と、
前記第2ポンプ電流変化量と前記ガスセンサ素子の劣化判定のために予め定められた劣化判定用変化量基準値とを比較し、前記第2ポンプ電流変化量が前記劣化判定用変化量基準値以下である場合には、前記ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、前記第2ポンプ電流変化量が前記劣化判定用変化量基準値よりも大きい場合には、前記ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する変化量劣化判定手段と、を備えること、
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。
The deterioration determining means includes
The second pump current during detection, which is the second pump current detected by the second pump current detection means when the second cell applied voltage is the detection voltage value, and the second cell applied voltage is the A second pump current change amount that is an absolute value of a difference from the second pump current at the time of determination that is the second pump current detected by the second pump current detection means when the voltage value is for deterioration determination is detected. A second pump current change amount detecting means;
The second pump current change amount is compared with a deterioration determination change reference value that is predetermined for deterioration determination of the gas sensor element, and the second pump current change amount is equal to or less than the deterioration determination change reference value. If the gas sensor element is in a normal state, and the second pump current change amount is larger than the deterioration determination change reference value, the gas sensor element is in a deteriorated state. A change amount deterioration determining means for determining,
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 1.
前記劣化判定用変化量基準値は、
未使用時の前記ガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して前記検出時第2ポンプ電流が95%相当値まで低下した状態の前記ガスセンサ素子で検出される前記第2ポンプ電流変化量以上の値であり、かつ、未使用時の前記ガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して前記検出時第2ポンプ電流が50%相当値まで低下した状態の前記ガスセンサ素子で検出される前記第2ポンプ電流変化量以下の値であること、
を特徴とする請求項5に記載のセンサ素子劣化判定装置。
The change criterion value for deterioration determination is
More than the amount of change in the second pump current detected by the gas sensor element in a state where the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 95% with respect to the second pump current at the time of detection in the gas sensor element when not in use. And the second detected by the gas sensor element in a state where the second pump current at the time of detection is reduced to a value equivalent to 50% of the second pump current at the time of detection in the gas sensor element when not in use. The value must be less than the pump current change amount,
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 5.
前記劣化判定手段は、
前記第2セル印加電圧が前記検出用電圧値であるときに前記第2ポンプ電流検出手段で検出される前記第2ポンプ電流である検出時第2ポンプ電流と、前記第2セル印加電圧が前記劣化判定用電圧値であるときに前記第2ポンプ電流検出手段で検出される前記第2ポンプ電流である判定時第2ポンプ電流と、の比率である第2ポンプ電流変化率を検出する第2ポンプ電流変化率検出手段と、
前記第2ポンプ電流変化率と前記ガスセンサ素子の劣化判定のために予め定められた劣化判定用変化率基準範囲とを比較し、前記第2ポンプ電流変化率が前記劣化判定用変化率基準範囲に含まれる場合には、前記ガスセンサ素子が正常状態であると判定し、前記第2ポンプ電流変化率が前記劣化判定用変化率基準範囲を逸脱する場合には、前記ガスセンサ素子が劣化状態であると判定する変化率劣化判定手段と、を備えること、
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。
The deterioration determining means includes
The second pump current during detection, which is the second pump current detected by the second pump current detection means when the second cell applied voltage is the detection voltage value, and the second cell applied voltage is the A second pump current change rate that is a ratio of the second pump current at the time of determination, which is the second pump current detected by the second pump current detection means when the voltage value is for deterioration determination, is detected. A pump current change rate detecting means;
The second pump current change rate is compared with a deterioration determination change rate reference range predetermined for determining the deterioration of the gas sensor element, and the second pump current change rate falls within the deterioration determination change rate reference range. If included, it is determined that the gas sensor element is in a normal state, and if the second pump current change rate deviates from the deterioration determination change rate reference range, the gas sensor element is in a deteriorated state. A change rate deterioration determining means for determining,
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 1.
前記劣化判定用変化率基準範囲は、未使用時の前記ガスセンサ素子で検出される前記第2ポンプ電流変化率の値から、未使用時の前記ガスセンサ素子における検出時第2ポンプ電流に対して前記検出時第2ポンプ電流が50%相当値まで低下した状態の前記ガスセンサ素子で検出される前記第2ポンプ電流変化率の値まで、の範囲内に含まれること、
を特徴とする請求項7に記載のセンサ素子劣化判定装置。
The deterioration determining change rate reference range is determined based on the second pump current change rate detected by the gas sensor element when not in use and the second pump current when detected by the gas sensor element when not used. The second pump current at the time of detection is included in a range up to a value of the second pump current change rate detected by the gas sensor element in a state where the second pump current has been reduced to a value equivalent to 50%
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 7.
前記劣化判定用電圧値は、前記検出用電圧値よりも大きい値であること、
を特徴とする請求項5から請求項8のいずれかに記載のセンサ素子劣化判定装置。
The deterioration determination voltage value is larger than the detection voltage value;
The sensor element deterioration determination apparatus according to any one of claims 5 to 8.
前記特定ガスのガス検出電圧範囲は、
前記特定ガスと、前記第2セル印加電圧が前記検出用電圧値よりも低い電圧値である場合においても解離される低電圧解離ガスと、について、酸素原子が同量となる前記低電圧解離ガスおよび前記特定ガスをそれぞれ解離したときの前記低電圧解離ガスの解離量と前記特定ガスの解離量との比率のうち、前記特定ガスの解離量を前記低電圧解離ガスの解離量で除算した値を低電圧側解離比率とした場合に、前記低電圧側解離比率が50%以上となる電圧範囲に少なくとも含まれるとともに、
前記特定ガスと、前記第2セル印加電圧が前記検出用電圧値よりも高い電圧値となる場合に解離される高電圧解離ガスと、について、酸素原子が同量となる前記高電圧解離ガスおよび前記特定ガスをそれぞれ解離したときの前記高電圧解離ガスの解離量と前記特定ガスの解離量との比率のうち、前記高電圧解離ガスの解離量を前記特定ガスの解離量で除算した値を高電圧側解離比率とした場合に、前記高電圧側解離比率が50%以下となる電圧範囲に少なくとも含まれること、
を特徴とする請求項1から請求項9のいずれかに記載のセンサ素子劣化判定装置。
The gas detection voltage range of the specific gas is
The low-voltage dissociation gas having the same amount of oxygen atoms as the specific gas and the low-voltage dissociation gas dissociated even when the voltage applied to the second cell is lower than the voltage value for detection. And a value obtained by dividing the dissociation amount of the specific gas by the dissociation amount of the low-voltage dissociation gas among the ratio of the dissociation amount of the low-voltage dissociation gas and the dissociation amount of the specific gas when the specific gas is dissociated. And the low voltage side dissociation ratio is at least included in the voltage range in which the low voltage side dissociation ratio is 50% or more,
The high-voltage dissociation gas having the same amount of oxygen atoms as the specific gas and the high-voltage dissociation gas dissociated when the voltage applied to the second cell is higher than the voltage value for detection. Of the ratio between the dissociation amount of the high-voltage dissociation gas and the dissociation amount of the specific gas when the specific gas is dissociated, a value obtained by dividing the dissociation amount of the high-voltage dissociation gas by the dissociation amount of the specific gas. When the high voltage side dissociation ratio is set, the high voltage side dissociation ratio is at least included in a voltage range of 50% or less,
The sensor element deterioration determination apparatus according to claim 1, wherein:
前記検出状態判定手段は、
前記第2セル印加電圧が前記検出用電圧値であるときに前記第2ポンプ電流検出手段で検出される前記第2ポンプ電流である検出時第2ポンプ電流と、前記特定ガスが存在するときに前記検出時第2ポンプ電流が取りうる数値範囲に予め定められた検出状態判定用基準範囲と、を比較し、前記検出時第2ポンプ電流が前記検出状態判定用基準範囲に含まれる場合には、前記第2測定室に前記特定ガスが存在すると判定し、前記検出時第2ポンプ電流が前記検出状態判定用基準範囲に含まれない場合には、前記第2測定室に前記特定ガスが存在しないと判定すること、
を特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載のセンサ素子劣化判定装置。
The detection state determination means includes
When the second gas at the time of detection, which is the second pump current detected by the second pump current detection means when the voltage applied to the second cell is the detection voltage value, and when the specific gas exists When the detection state determination reference range is compared with a predetermined detection state determination reference range in a numerical range that can be taken by the detection second pump current, and the detection second pump current is included in the detection state determination reference range When it is determined that the specific gas is present in the second measurement chamber, and the second pump current at the time of detection is not included in the detection state determination reference range, the specific gas is present in the second measurement chamber. To decide not to,
The sensor element deterioration determination apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein:
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ポンプ電極を有し、前記一対の第1ポンプ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ポンプ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第2ポンプ電極を有し、前記一対の第2ポンプ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ポンプ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検知用電極を有し、前記一対の検知用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、
前記ガスセンサ素子は、前記基準酸素室の基準酸素分圧に基づき前記酸素分圧検知セルの両端電圧が予め定められた目標値となるように、前記第1酸素イオンポンプセルが前記第1測定室における酸素の汲み出しまたは汲み入れを行うとともに、前記第2酸素イオンポンプセルに印加される第2セル印加電圧が前記特定ガスを検出するために予め定められた検出用電圧値であるときに、前記第2酸素イオンポンプセルに流れる第2ポンプ電流に基づき、前記第2測定室における前記特定ガス濃度を検出する構成であり、
前記第2測定室に前記特定ガスが存在するか否かを判定する検出状態判定工程と、
前記検出状態判定工程において前記第2測定室に前記特定ガスが存在すると判定されると、前記特定ガスを検出できるガス検出電圧範囲のうち前記検出用電圧値とは異なる劣化判定用電圧値に前記第2セル印加電圧を設定する劣化判定用電圧設定工程と、
前記第2ポンプ電流を検出する第2ポンプ電流検出工程と、
前記第2ポンプ電流検出工程で検出される前記第2ポンプ電流のうち、少なくとも前記第2セル印加電圧が前記劣化判定用電圧値であるときの判定時第2ポンプ電流を用いて、前記ガスセンサ素子が劣化状態であるか否かを判定する劣化判定工程と、
を備えることを特徴とするセンサ素子劣化判定方法。
A first measurement chamber into which a gas to be measured is introduced via the first diffusion resistance unit;
A second measurement chamber into which the measurement target gas into which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced via a second diffusion resistance unit;
A reference oxygen chamber set in a reference oxygen partial pressure atmosphere;
It has an oxygen ion conductor and said oxygen ion conductive pair of first pumping electrodes formed on the body, the first of the pair with one of the pair of first pumping electrodes are arranged on the first measurement chamber The other pump electrode is arranged outside the first measurement chamber, outside the second measurement chamber, and outside the reference oxygen chamber, and pumps out oxygen to the measurement target gas introduced into the first measurement chamber or A first oxygen ion pump cell for pumping ;
An oxygen ion conductor and a pair of second pump electrodes formed on the oxygen ion conductor, and one of the pair of second pump electrodes is disposed in the second measurement chamber and the pair of second pump electrodes . the other second pump electrode is arranged in the reference oxygen chamber, and a second oxygen ion pump cell Le which current corresponding to a specific gas concentration in the second measuring chamber flows,
An oxygen ion conductor and a pair of detection electrodes formed on the oxygen ion conductor, wherein one of the pair of detection electrodes is disposed in the first measurement chamber, and the other electrode is the reference oxygen chamber An oxygen partial pressure detection cell disposed in
A sensor element deterioration determination method for determining a deterioration state of a gas sensor element comprising:
The gas sensor element includes the first oxygen ion pump cell in the first measurement chamber so that a voltage across the oxygen partial pressure detection cell becomes a predetermined target value based on a reference oxygen partial pressure in the reference oxygen chamber. Pumping out or pumping in oxygen, and when the second cell applied voltage applied to the second oxygen ion pump cell is a voltage value for detection predetermined for detecting the specific gas, Based on the second pump current flowing through the second oxygen ion pump cell, the specific gas concentration in the second measurement chamber is detected,
A detection state determination step of determining whether or not the specific gas exists in the second measurement chamber;
When it is determined in the detection state determination step that the specific gas is present in the second measurement chamber, the deterioration determination voltage value that is different from the detection voltage value is selected from the gas detection voltage range in which the specific gas can be detected. Degradation determination voltage setting step for setting the second cell applied voltage;
A second pump current detecting step for detecting the second pump current;
Among the second pump currents detected in the second pump current detection step, the gas sensor element using the second pump current at the time of determination when at least the second cell applied voltage is the voltage value for deterioration determination A deterioration determination step for determining whether or not is in a deteriorated state;
A sensor element deterioration determination method comprising:
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