JP4965356B2 - Degradation judgment method of gas sensor - Google Patents

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本発明は、センサ素子が劣化しているか否かを判定するガスセンサの劣化判定方法に関するものである。   The present invention relates to a gas sensor deterioration determination method for determining whether or not a sensor element has deteriorated.

一般に、内燃機関の燃焼制御のために、排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサが用いられている。このようなガスセンサとしては、ジルコニア等を主成分とする固体電解質体の両面に電極を備えた2つのセルを測定室を挟むように配置し、測定室に拡散律速層を介して排気ガスを導入して排気ガスに含まれる酸素を検知する全領域空燃比センサがある。さらに、排気ガス中には、リン等の被毒物質が含まれており、被毒物質が拡散律速層に付着すると、拡散律速層を構成する多孔質材がガラス化し、拡散律速層の孔を塞いでしまう。これにより、排気ガスの拡散律速状態が変化してしまうため、ガスセンサの検出精度が低下することがある。そこで、センサ素子の表面には、拡散律速層の被毒を防止するためのアルミナマグネシアスピネル等のセラミックからなる多孔質の保護層(被毒防止層)が形成されている。   In general, a gas sensor that detects an oxygen concentration in exhaust gas is used for combustion control of an internal combustion engine. As such a gas sensor, two cells equipped with electrodes on both sides of a solid electrolyte body mainly composed of zirconia or the like are arranged so as to sandwich the measurement chamber, and exhaust gas is introduced into the measurement chamber via a diffusion-controlled layer. Thus, there is a full-range air-fuel ratio sensor that detects oxygen contained in exhaust gas. Further, the exhaust gas contains a poisoning substance such as phosphorus. When the poisoning substance adheres to the diffusion-controlling layer, the porous material constituting the diffusion-controlling layer is vitrified, and pores of the diffusion-controlling layer are formed. It will be blocked. As a result, the diffusion-controlled state of the exhaust gas changes, and the detection accuracy of the gas sensor may decrease. Therefore, a porous protective layer (poisoning prevention layer) made of ceramic such as alumina magnesia spinel for preventing poisoning of the diffusion control layer is formed on the surface of the sensor element.

ところで、近年の排気ガス規制の強化に対応するため、より精密な内燃機関の燃焼制御が要求されている。このため、上記ガスセンサにもより高度な測定精度が求められており、ガスセンサの劣化状態を的確に検出することは非常に重要となっている。そこでこれまでに、ガスセンサの故障や劣化の有無を判断する方法が種々提案されている。例えば、空燃比センサの素子温度に基づき、素子インピーダンスを検出し、検出した素子インピーダンスと、3つの基準値とを順次比較することにより正常、ヒータ劣化、ヒータ断線、およびセンサ断線のうちのいずれの状態にあるかを判定する空燃比検出装置が提案されている(特許文献1参照)。
特開2000−193635号公報
By the way, in order to respond to the recent tightening of exhaust gas regulations, more precise combustion control of an internal combustion engine is required. For this reason, higher measurement accuracy is also required for the gas sensor, and it is very important to accurately detect the deterioration state of the gas sensor. Thus, various methods have been proposed so far for determining whether or not a gas sensor has failed or deteriorated. For example, the element impedance is detected based on the element temperature of the air-fuel ratio sensor, and the detected element impedance is sequentially compared with three reference values, so that any one of normal, heater deterioration, heater disconnection, and sensor disconnection is detected. An air-fuel ratio detection device that determines whether or not the vehicle is in a state has been proposed (see Patent Document 1).
JP 2000-193635 A

しかしながら、センサ素子(又はセンサ素子を覆う保護層)の外表面に付着物が堆積した場合や、センサ素子の周囲を覆うように配置されたプロテクタの内表面に付着物が堆積した場合には、ヒータによるセンサ素子の加熱に影響を及ぼす。   However, when deposits are deposited on the outer surface of the sensor element (or a protective layer covering the sensor element) or when deposits are deposited on the inner surface of the protector arranged so as to cover the periphery of the sensor element, It affects the heating of the sensor element by the heater.

具体的には、センサ素子の外表面に付着物が堆積した場合、センサ素子の熱容量が大きくなるため、予め想定していた所定温度になるようにヒータに所定電圧(電力)を印加しても、その所定温度までセンサ素子が加熱されなくなる。   Specifically, when deposits accumulate on the outer surface of the sensor element, the heat capacity of the sensor element increases, so even if a predetermined voltage (power) is applied to the heater so that the predetermined temperature is assumed in advance. The sensor element is not heated up to the predetermined temperature.

また、センサ素子の周囲を覆うように配置されたプロテクタ等の部材の内表面に付着物が堆積した場合、プロテクタ等の部材の輻射熱が小さくなるため、予め想定していた所定温度になるようにヒータに所定電圧(電力)を印加しても、その所定温度までセンサ素子が加熱されなくなる。   In addition, when deposits accumulate on the inner surface of a member such as a protector arranged so as to cover the periphery of the sensor element, the radiant heat of the member such as the protector is reduced, so that the predetermined temperature is assumed in advance. Even if a predetermined voltage (electric power) is applied to the heater, the sensor element is not heated to the predetermined temperature.

上記従来の空燃比検出装置では、このようなセンサ素子(又はセンサ素子を覆う保護層)に付着物が堆積した場合の影響や、センサ素子の周囲に配置された部材(例えば、センサ素子の先端部分を覆うプロテクタ等)の内表面に付着物が堆積した場合の影響を考慮していない。つまり、ヒータによるセンサ素子への加熱の影響が変化することを考慮していない。   In the above-described conventional air-fuel ratio detection device, the influence when deposits accumulate on such a sensor element (or a protective layer covering the sensor element) and the members disposed around the sensor element (for example, the tip of the sensor element) It does not take into account the effects of deposits on the inner surface of the protector that covers the part. That is, it does not consider that the influence of heating on the sensor element by the heater changes.

このため、それらの影響により、ヒータに所定電圧(電力)を印加しても、予め想定していた所定温度までセンサ素子が加熱されない場合には、その所定温度(又はヒータへの印加電圧(供給電力))に対してセンサ素子の内部抵抗値が大きくなる。そして、その内部抵抗値に基づきガスセンサの劣化判定を行うと、センサ素子自体は劣化していないにもかかわらず、センサ素子が劣化していると誤判定される虞があった。   For this reason, even if a predetermined voltage (power) is applied to the heater due to these effects, if the sensor element is not heated to a predetermined temperature that is assumed in advance, the predetermined temperature (or the applied voltage (supply to the heater) The internal resistance value of the sensor element increases with respect to the electric power)). When the gas sensor deterioration is determined based on the internal resistance value, there is a possibility that the sensor element is erroneously determined to be deteriorated even though the sensor element itself is not deteriorated.

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、センサ素子が劣化しているか否かを的確に判定するガスセンサの劣化判定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problem, and an object of the present invention is to provide a gas sensor deterioration determination method that accurately determines whether or not a sensor element has deteriorated.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明のガスセンサの劣化判定方法は、被測定ガス中の特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する固体電解質体と該固体電解質体上に形成された一対の電極とを有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを有し、前記センサ素子の先端部は、前記被測定ガスを導入するための貫通孔を有するプロテクタにより覆われているガスセンサが劣化しているか否かを判定するガスセンサの劣化判定方法であって、所定温度の雰囲気に前記ガスセンサが晒された状態で、前記ヒータに電力を供給した際の前記センサ素子の内部抵抗値を、前記ヒータへの複数の異なる供給電力について取得する内部抵抗値取得工程と、前記内部抵抗値取得工程において取得された複数の前記内部抵抗値に基づき、前記センサ素子が劣化しているか否かを判定する劣化判定工程とを備えている。 In order to solve the above-described problem, a method for determining deterioration of a gas sensor according to a first aspect of the present invention includes a solid electrolyte body whose electrical characteristics change according to the concentration of a specific gas in a gas to be measured, and a solid electrolyte body formed on the solid electrolyte body A sensor element having a pair of electrodes and a heater for heating the sensor element, and a tip portion of the sensor element is covered with a protector having a through hole for introducing the gas to be measured. a deterioration determination method of the gas sensor determines whether the gas sensor have has deteriorated, in a state where the gas sensor is exposed to an atmosphere of a predetermined temperature, the inside of the sensor element when electric power is supplied to the pre-Symbol heater the resistance value, the internal resistance value acquisition step of acquiring the several different that supply power to the heater, based on a plurality of the internal resistance value obtained in the internal resistance value acquisition step The sensor element and a degradation determiner step whether is deteriorated.

また、請求項1に係る発明のガスセンサの劣化判定方法は、上記の発明の構成に加え、前記劣化判定工程では、前記内部抵抗値取得工程において取得された複数の前記内部抵抗値と、当該内部抵抗値が得られた前記ヒータへの各供給電力に基づいてアレニウスプロットにより直線を算出し、当該直線に基づいて前記ヒータへの非通電時の理論内部抵抗値を算出し、初期状態のガスセンサを用いて、前記直線を求めた方法と同じ方法で求めた直線である基準線と同じ傾きを有し、かつ前記理論内部抵抗値を通る直線に対し、前記内部抵抗値を取得する際に供給した電力を代入することで算出して求めた真の理論内部抵抗値に基づき、前記センサ素子が劣化しているか否かを判定することを特徴とする。 Further, the deterioration determination method of the gas sensor of the invention according to claim 1, in addition to the above configuration of the invention, in the deterioration determination process, a plurality of the internal resistance value obtained in the internal resistance value acquisition step, the respective A straight line is calculated by an Arrhenius plot based on each power supplied to the heater from which an internal resistance value is obtained, and a theoretical internal resistance value when the heater is not energized is calculated based on the straight line. When the internal resistance value is obtained for a straight line having the same inclination as the reference line obtained by the same method as the method for obtaining the straight line and passing through the theoretical internal resistance value, It is characterized in that it is determined whether or not the sensor element is deteriorated based on a true theoretical internal resistance value calculated and obtained by substituting the calculated power .

請求項1に係る発明のガスセンサの劣化判定方法によれば、所定温度の雰囲気にガスセンサが晒された状態で、ヒータに電を印加した際のセンサ素子の内部抵抗値を、前記ヒータへの複数の異なる供給電力について取得する。所定温度の雰囲気にガスセンサが晒された状態で、ヒータに電を印加した場合、センサ素子は所定温度の雰囲気と、ヒータとにより加熱される。このため、ヒータのみによりセンサ素子を加熱する場合に比べ、予め想定していた所定温度にまでセンサ素子が加熱されやすくなる。 According to the deterioration determination process of the gas sensor of the invention according to claim 1, in a state exposed gas sensor to an atmosphere of a predetermined temperature, the internal resistance of the sensor element at the time of applying a power to the heater, to the heater Obtain for multiple different power supplies . In a state where the gas sensor is exposed to an atmosphere of a predetermined temperature, when applying the power heater, the sensor element and the atmosphere at a predetermined temperature, it is heated by the heater. For this reason, compared with the case where a sensor element is heated only with a heater, a sensor element becomes easy to be heated to the predetermined temperature assumed beforehand.

また、センサ素子の内部抵抗値の一点のみでセンサ素子自体の劣化の有無を判定した場合、ヒータからの熱がセンサ素子に適切に伝導され、所定温度の雰囲気と、ヒータとによりセンサ素子の温度が所定温度になっているとの前提で、劣化判定を行うしかない。したがって、上述のような原因により、予め想定していた所定温度になるようにヒータに所定電を印加しても、その所定温度にまでセンサ素子が加熱されなくなる場合には、予め想定していた所定温度(又はヒータへの供給電力)に対して内部抵抗値が大きくなる。そのため、その内部抵抗値に基づきガスセンサの劣化判定を行うと、センサ素子が劣化していないにもかかわらず、劣化していると誤判定される場合がある。 Further, when the presence or absence of deterioration of the sensor element itself is determined based on only one point of the internal resistance value of the sensor element, heat from the heater is appropriately conducted to the sensor element, and the temperature of the sensor element is determined by the atmosphere at a predetermined temperature and the heater. Assuming that is at a predetermined temperature, there is no choice but to perform deterioration determination. Therefore, the cause as described above, even by applying a predetermined power to the heater to a predetermined temperature which has been previously assumed, when the sensor element to its predetermined temperature is no longer heated, have previously assumed The internal resistance value increases with respect to the predetermined temperature (or the power supplied to the heater). Therefore, when the gas sensor deterioration determination is performed based on the internal resistance value, it may be erroneously determined that the sensor element has deteriorated even though the sensor element has not deteriorated.

これに対し、本発明のガスセンサの劣化判定方法では、内部抵抗値と、その内部抵抗値を取得する際にヒータに供給した電力との複数の関係を用いることにより、ヒータによるセンサ素子への加熱の影響が変化することを考慮して、センサ素子自体の劣化の有無を判定する。このため本発明のガスセンサの劣化判定方法によれば、所定温度の雰囲気と、ヒータとにより加熱されたセンサ素子の複数の内部抵抗値を用いつつ、ヒータによるセンサ素子への加熱の影響が変化することに左右されることなく、センサ素子自体の劣化の有無を的確に判定することができる。 In contrast, in the gas sensor deterioration determination method of the present invention, the internal resistance, by using a plurality of the relationship between test sheet was power to the heater when acquiring the internal resistance value, the sensor element by the heater Considering that the influence of heating changes, the presence or absence of deterioration of the sensor element itself is determined. For this reason, according to the deterioration determination method for a gas sensor of the present invention, the influence of heating on the sensor element by the heater changes while using an atmosphere at a predetermined temperature and a plurality of internal resistance values of the sensor element heated by the heater. Regardless of the fact, the presence or absence of deterioration of the sensor element itself can be accurately determined.

また、請求項1に係る発明のガスセンサの劣化判定方法によれば、上記発明の効果に加え、内部抵抗値取得工程において取得された複数の前記内部抵抗値と、当該各内部抵抗値が得られた前記ヒータへの各供給電力に基づいてアレニウスプロットにより直線を算出し、当該直線に基づいて前記ヒータへの非通電時の理論内部抵抗値を算出し、初期状態のガスセンサを用いて、前記直線を求めた方法と同じ方法で求めた直線である基準線と同じ傾きを有し、かつ前記理論内部抵抗値を通る直線に対し、前記内部抵抗値を取得する際に供給した電力を代入することで算出して求めた真の理論内部抵抗値に基づき、センサ素子が劣化しているか否かを判定する。 According to the gas sensor deterioration determination method of the first aspect of the invention, in addition to the effects of the invention, a plurality of the internal resistance values acquired in the internal resistance value acquisition step and the internal resistance values are obtained. A straight line is calculated by an Arrhenius plot based on each supply power to the heater, a theoretical internal resistance value when the heater is not energized is calculated based on the straight line, and the straight line is calculated using a gas sensor in an initial state. Substituting the power supplied when acquiring the internal resistance value for a straight line that has the same slope as the reference line, which is the straight line obtained by the same method as that obtained, and passes through the theoretical internal resistance value Whether or not the sensor element has deteriorated is determined based on the true theoretical internal resistance value calculated and obtained in step (1) .

ヒータに電力を印加していない場合の理論内部抵抗値には、上述のようにセンサ素子(又はセンサ素子を覆う保護層)に付着物が堆積した場合やセンサ素子の周囲に配置された部材に付着物が堆積した場合の影響が含まれていない。このため、この理論内部抵抗値に基づき、センサ素子自体が劣化しているか否かをより的確に判定することができる。 The theoretical internal resistance value when no electric power is applied to the heater includes the case where deposits are deposited on the sensor element (or the protective layer covering the sensor element) as described above, or the members disposed around the sensor element. Does not include the effects of deposits. Therefore, based on this theoretical internal resistance value, it can be more accurately determined whether or not the sensor element itself has deteriorated.

また、請求項1に係る発明のガスセンサの劣化判定方法によれば、上記発明の効果に加え、センサ素子の先端部は、被測定ガスの取り入れ孔を有するプロテクタにより覆われている。このプロテクタは、ヒータに電力を印加した際に発生した熱により温められ、センサ素子に接する空気を輻射熱により直接暖める効果を有する。ガスセンサを長期間使用することにより、プロテクタの内表面に付着物が堆積等した場合、初期状態に比べ、この輻射熱の効果が低減する。このような構成を有するガスセンサに、本発明のガスセンサの劣化判定方法を適用した場合には、輻射熱の低減の影響により、センサ素子自体は劣化していないにもかかわらず劣化していると誤判定されることを回避することができる。 According to the gas sensor deterioration determination method of the first aspect of the invention, in addition to the effects of the invention described above, the tip of the sensor element is covered with a protector having a measurement gas intake hole. This protector is warmed by the heat generated when electric power is applied to the heater, and has the effect of directly warming the air in contact with the sensor element by radiant heat. By using the gas sensor for a long period of time, when deposits accumulate on the inner surface of the protector, the effect of this radiant heat is reduced compared to the initial state. When the gas sensor deterioration determination method of the present invention is applied to a gas sensor having such a configuration, it is erroneously determined that the sensor element itself has deteriorated due to the influence of the reduction of radiant heat, although it has not deteriorated. Can be avoided.

以下、本発明を具体化したガスセンサの劣化判定方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明に係るガスセンサの劣化判定方法に供されるガスセンサの一例として、ガスセンサ1の構造について、図1〜図3を参照して説明する。図1は、ガスセンサ1の縦断面図である。図2は、センサ素子10の外観を示す斜視図である。図3は、センサ素子10の分解斜視図である。   Hereinafter, an embodiment of a gas sensor deterioration determination method embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the gas sensor 1 is demonstrated with reference to FIGS. 1-3 as an example of the gas sensor provided to the degradation determination method of the gas sensor which concerns on this invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the gas sensor 1. FIG. 2 is a perspective view showing the external appearance of the sensor element 10. FIG. 3 is an exploded perspective view of the sensor element 10.

なお、以下の図面において、図1,図2では上下方向を、図3では左右方向をそれぞれガスセンサ1(又はセンサ素子10)の軸線O方向とする。この軸線O方向は、図1および図2においては一点鎖線図示し、図3においては矢印において示す。そして、図1,図2では下側を、図3では左側をガスセンサ1(又はセンサ素子10)の先端側とし、また、図1,図2では上側を、図3では右側をガスセンサ1(又はセンサ素子10)の後端側として説明するものとする。   In the following drawings, the vertical direction in FIGS. 1 and 2 and the horizontal direction in FIG. 3 are the directions of the axis O of the gas sensor 1 (or sensor element 10). This axis O direction is indicated by a one-dot chain line in FIGS. 1 and 2 and indicated by an arrow in FIG. 1 and 2, the lower side in FIG. 3 is the tip side of the gas sensor 1 (or sensor element 10), the upper side in FIGS. 1 and 2, and the right side in FIG. 3 is the gas sensor 1 (or The sensor element 10) will be described as the rear end side.

図1に示すガスセンサ1は、自動車の排気管(図示外)に取り付けられ、内部に保持するセンサ素子10の先端部11が排気管内を流通する排気ガス中に晒されて、その排気ガス中の酸素濃度から排気ガスの空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。センサ素子10からは、排気ガスの空燃比がリーンの場合には、理論空燃比に対し余剰となる酸素の量に応じた検出値(電流値)が得られ、リッチの場合には未燃焼ガスを完全燃焼させるのに必要な酸素の量に応じた検出値(電流値)が得られる。これら検出値をもとに、図示しないセンサ制御回路にて排気ガスの空燃比が求められてECU(電子制御ユニット)に対し出力され、空燃比フィードバック制御等に利用される。   A gas sensor 1 shown in FIG. 1 is attached to an exhaust pipe (not shown) of an automobile, and a tip portion 11 of a sensor element 10 held inside is exposed to exhaust gas flowing in the exhaust pipe, and the exhaust gas in the exhaust gas This is a so-called full-range air-fuel ratio sensor that detects the air-fuel ratio of exhaust gas from the oxygen concentration. From the sensor element 10, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, a detection value (current value) corresponding to the amount of oxygen surplus with respect to the theoretical air-fuel ratio is obtained, and when it is rich, the unburned gas A detection value (current value) corresponding to the amount of oxygen necessary to completely burn the gas is obtained. Based on these detection values, the air-fuel ratio of the exhaust gas is obtained by a sensor control circuit (not shown) and output to an ECU (electronic control unit) for use in air-fuel ratio feedback control or the like.

センサ素子10は、軸線O方向に延びる細幅で板状の素子で、後述する検出素子3とヒータ素子4とからなる(図1では、紙面左右方向を板厚方向、紙面表裏方向を板幅方向として示している。)。ガスセンサ1は、このセンサ素子10を金属カップ20内に保持し、さらに、自動車の排気管(図示外)に取り付けるための主体金具50内にて金属カップ20を支持することで、センサ素子10を主体金具50内に保持した構造を有する。なお、センサ素子10の詳細な構造については後述する。   The sensor element 10 is a narrow and plate-like element extending in the direction of the axis O, and includes a detection element 3 and a heater element 4 (to be described later in FIG. 1, the sheet thickness direction is the sheet thickness direction and the sheet width direction is the sheet width. Shown as direction.) The gas sensor 1 holds the sensor element 10 in the metal cup 20, and further supports the metal cup 20 in a metal shell 50 to be attached to an exhaust pipe (not shown) of the automobile, thereby It has a structure held in the metal shell 50. The detailed structure of the sensor element 10 will be described later.

センサ素子10の中央部13のやや先端側には、自身の内部にセンサ素子10を挿通させた有底筒状をなす金属製の金属カップ20が配置されている。金属カップ20は主体金具50内にセンサ素子10を保持するための保持部材であり、筒底の開口25からセンサ素子10の先端部11が突出されている。また、筒底の縁部分の先端周縁部23は外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ20内には、アルミナ製のセラミックリング21と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング22とが、それぞれ、自身にセンサ素子10を挿通させた状態で収容されている。滑石リング22は金属カップ20内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、センサ素子10が金属カップ20内で位置決めされて保持されている。   A metal metal cup 20 having a bottomed cylindrical shape in which the sensor element 10 is inserted is disposed inside the central portion 13 of the sensor element 10 at a slightly distal end side. The metal cup 20 is a holding member for holding the sensor element 10 in the metal shell 50, and the tip end portion 11 of the sensor element 10 protrudes from the opening 25 at the bottom of the cylinder. Moreover, the front-end | tip peripheral part 23 of the edge part of a cylinder bottom is formed in the taper shape over the outer peripheral surface. In the metal cup 20, an alumina ceramic ring 21 and a talc ring 22 obtained by compressing and solidifying talc powder are accommodated in a state where the sensor element 10 is inserted through the ring. The talc ring 22 is crushed in the metal cup 20 so as to be filled in detail, whereby the sensor element 10 is positioned and held in the metal cup 20.

金属カップ20と一体となったセンサ素子10は、その周囲を筒状の主体金具50に取り囲まれて保持されている。主体金具50はガスセンサ1を自動車の排気管(図示外)に取り付け固定するためのものであり、SUS430等の低炭素鋼からなる。そして、主体金具50の外周先端側には、排気管への取り付け用の雄ねじ部51が形成されている。この雄ねじ部51よりも先端側には、後述するプロテクタ8が係合される先端係合部56が形成されている。また主体金具50の外周中央には、排気管への取り付け用の工具が係合する工具係合部52が形成されており、その工具係合部52の先端面と雄ねじ部51の後端との間には、排気管に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット55が嵌挿されている。さらに、工具係合部52の後端側には、後述する外筒65が係合される後端係合部57と、その後端側に、主体金具50内にセンサ素子10を加締め保持するための加締め部53とが形成されている。   The sensor element 10 integrated with the metal cup 20 is surrounded and held by a cylindrical metal shell 50. The metal shell 50 is for attaching and fixing the gas sensor 1 to an exhaust pipe (not shown) of an automobile, and is made of a low carbon steel such as SUS430. A male thread 51 for attachment to the exhaust pipe is formed on the outer peripheral tip side of the metal shell 50. A distal end engaging portion 56 to which a protector 8 described later is engaged is formed on the distal end side of the male screw portion 51. A tool engaging portion 52 that engages a tool for attachment to the exhaust pipe is formed at the center of the outer periphery of the metal shell 50. The front end surface of the tool engaging portion 52 and the rear end of the male screw portion 51 are formed. In between, a gasket 55 is inserted to prevent gas escape when attached to the exhaust pipe. Further, the rear end side of the tool engaging portion 52 is engaged with a rear end engaging portion 57 to be engaged with an outer cylinder 65 described later, and the sensor element 10 is caulked and held in the metal shell 50 on the rear end side. For this purpose, a caulking portion 53 is formed.

また、主体金具50の内周で雄ねじ部51付近には段部54が形成されている。この段部54には、センサ素子10を保持する金属カップ20の先端周縁部23が係止されている。さらに、主体金具50の内周には滑石リング26が、自身にセンサ素子10を挿通させた状態で、金属カップ20の後端側から装填されている。そして、滑石リング26を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ27が主体金具50内に嵌め込まれている。スリーブ27の後端側外周には段状をなす肩部28が形成されており、その肩部28には、円環状の加締めパッキン29が配置されている。この状態で主体金具50の加締め部53が、加締めパッキン29を介してスリーブ27の肩部28を先端側に向けて押圧するように加締められている。スリーブ27に押圧された滑石リング26は主体金具50内で押し潰されて細部にわたって充填されている。そして、この滑石リング26と、金属カップ20内にあらかじめ装填された滑石リング22とによって、金属カップ20およびセンサ素子10が主体金具50内で位置決め保持される。主体金具50内の気密は加締め部53とスリーブ27の肩部28との間に介在される加締めパッキン29によって維持され、燃焼ガスの流出が防止される。   Further, a step portion 54 is formed in the vicinity of the male screw portion 51 on the inner periphery of the metal shell 50. The step 54 is engaged with the peripheral edge 23 of the tip of the metal cup 20 that holds the sensor element 10. Further, a talc ring 26 is loaded on the inner periphery of the metal shell 50 from the rear end side of the metal cup 20 with the sensor element 10 inserted therethrough. A cylindrical sleeve 27 is fitted into the metal shell 50 so as to hold the talc ring 26 from the rear end side. A shoulder portion 28 having a step shape is formed on the outer periphery of the rear end side of the sleeve 27, and an annular caulking packing 29 is disposed on the shoulder portion 28. In this state, the crimping portion 53 of the metal shell 50 is crimped so as to press the shoulder portion 28 of the sleeve 27 toward the distal end side via the crimping packing 29. The talc ring 26 pressed by the sleeve 27 is crushed in the metal shell 50 and filled in details. The metal cup 20 and the sensor element 10 are positioned and held in the metal shell 50 by the talc ring 26 and the talc ring 22 loaded in the metal cup 20 in advance. The airtightness in the metal shell 50 is maintained by the caulking packing 29 interposed between the caulking portion 53 and the shoulder portion 28 of the sleeve 27, and the outflow of combustion gas is prevented.

主体金具50の先端(先端係合部56)からは、内部に保持するセンサ素子10の先端部11が突出されている。この先端係合部56には、センサ素子10の先端部11を、被水等による折損等から保護するためのプロテクタ8が嵌められ、スポット溶接やレーザ溶接によって固定されている。プロテクタ8は、有底筒状の内側プロテクタ90と、内側プロテクタ90の外周面との間に空隙を有した状態でその径方向周囲を取り囲む筒状の外側プロテクタ80とから構成される2重構造を有する。   From the tip end (tip engaging portion 56) of the metal shell 50, the tip end portion 11 of the sensor element 10 held inside protrudes. A protector 8 for protecting the distal end portion 11 of the sensor element 10 from breakage due to moisture etc. is fitted to the distal end engaging portion 56, and is fixed by spot welding or laser welding. The protector 8 is a double structure constituted by a bottomed cylindrical inner protector 90 and a cylindrical outer protector 80 that surrounds the periphery in the radial direction with a gap between the outer peripheral surface of the inner protector 90. Have

内側プロテクタ90には、周壁92の後端側に複数の内側導入孔95と、周壁92の先端側に複数の水抜き孔96と、底壁93に排出口97とが開口されている。そして開口端側(後端側)の基端部91が先端係合部56の外周に係合され、その状態で外周を一周してレーザ溶接が施されており、内側プロテクタ90が主体金具50に固定されている。また、外側プロテクタ80には、周壁82の先端側に複数の外側導入孔85が開口されている。そして、開口端側の基端部81が内側プロテクタ90の基端部91の外周に係合され、その状態で外周にレーザ溶接が施されており、外側プロテクタ80もまた内側プロテクタ90と共に主体金具50に固定されている。さらに、外側プロテクタ80と内側プロテクタ90との間の空隙を閉じるように、外側プロテクタ80の先端部83が内側プロテクタ90の周壁92に向けて内側に折り曲げられている。   The inner protector 90 has a plurality of inner introduction holes 95 at the rear end side of the peripheral wall 92, a plurality of drain holes 96 at the front end side of the peripheral wall 92, and a discharge port 97 at the bottom wall 93. Then, the base end portion 91 on the opening end side (rear end side) is engaged with the outer periphery of the front end engaging portion 56, and in this state, the outer periphery is made a round and laser welding is performed, and the inner protector 90 is the metal shell 50. It is fixed to. Further, the outer protector 80 has a plurality of outer introduction holes 85 opened on the distal end side of the peripheral wall 82. The base end portion 81 on the opening end side is engaged with the outer periphery of the base end portion 91 of the inner protector 90, and laser welding is performed on the outer periphery in this state, and the outer protector 80 and the inner protector 90 together with the metal shell 50 is fixed. Furthermore, the tip 83 of the outer protector 80 is bent inward toward the peripheral wall 92 of the inner protector 90 so as to close the gap between the outer protector 80 and the inner protector 90.

外側導入孔85から外側プロテクタ80と内側プロテクタ90との間の空隙に導入される排気ガス(被測定ガス)は、内側プロテクタ90の周壁92の外周を取り囲む状態で旋回流を生じ、ガス成分と水分とに分離される。ガス成分は内側導入孔95から内側プロテクタ90内に導入され、センサ素子10に接触し、排出口97から外部に排出される。一方、水分は、水抜き孔96から内側プロテクタ90内に進入し、排出口97から外部に排出される。こうした構成により、センサ素子10の先端部11は、被水に起因する熱衝撃による折損等から保護されている。なお、外側プロテクタ80と内側プロテクタ90とを備えるプロテクタ8は、本発明の「プロテクタ」に相当する。また、内側導入孔95および外側導入孔85は、本発明の「貫通孔」に相当する。   The exhaust gas (measured gas) introduced from the outer introduction hole 85 into the gap between the outer protector 80 and the inner protector 90 generates a swirling flow in a state of surrounding the outer periphery of the peripheral wall 92 of the inner protector 90, Separated into moisture. The gas component is introduced into the inner protector 90 from the inner introduction hole 95, contacts the sensor element 10, and is discharged to the outside from the discharge port 97. On the other hand, moisture enters the inner protector 90 through the drain hole 96 and is discharged to the outside through the discharge port 97. With such a configuration, the distal end portion 11 of the sensor element 10 is protected from breakage due to thermal shock caused by water exposure. The protector 8 including the outer protector 80 and the inner protector 90 corresponds to the “protector” of the present invention. The inner introduction hole 95 and the outer introduction hole 85 correspond to the “through hole” of the present invention.

一方、内部に保持するセンサ素子10の後端部12は、主体金具50後端(加締め部53)からは突出している。後述するが、センサ素子10の後端部12には、自身を構成する検出素子3やヒータ素子4から電極を取り出すための白金(Pt)からなる電極パッド231,232,233,241,242(図2および図3参照)が形成されている。また、それら電極パッド231〜233,241,242それぞれに接触(電気的に接続)させる5つの接続端子61(図1ではそのうちの2つを図示している。)を内部に保持した絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ60が、センサ素子10の後端部12に被せられている。このセパレータ60には、ガスセンサ1の外部に引き出される5本のリード線64(図1ではそのうちの3本を図示している。)と各接続端子61との各接続部分も収容され保護されている。   On the other hand, the rear end portion 12 of the sensor element 10 held inside protrudes from the rear end (caulking portion 53) of the metal shell 50. As will be described later, the rear end portion 12 of the sensor element 10 has electrode pads 231, 232, 233, 241, and 242 made of platinum (Pt) for taking out electrodes from the detection element 3 and the heater element 4 constituting the sensor element 10. 2 and 3) are formed. Insulating ceramics that internally hold five connection terminals 61 (two of which are shown in FIG. 1) that contact (electrically connect) each of the electrode pads 231 to 233, 241, and 242. A cylindrical separator 60 is formed on the rear end portion 12 of the sensor element 10. The separator 60 also accommodates and protects the connecting portions between the five lead wires 64 (three of which are shown in FIG. 1) drawn to the outside of the gas sensor 1 and the connection terminals 61. Yes.

次に、上記した外筒65はステンレス(例えばSUS304)製で筒状をなし、主体金具50の後端側に取り付けられ、主体金具50の後端から露出されるセンサ素子10の後端部12やセパレータ60の周囲を覆って保護するものである。外筒65は、自身の先端側の開口端66が主体金具50の後端係合部57の外周に係合され、外周側から加締められると共に、外周を一周して後端係合部57にレーザ溶接され、主体金具50に固定されている。   Next, the outer cylinder 65 is made of stainless steel (for example, SUS304) and has a cylindrical shape. The outer cylinder 65 is attached to the rear end side of the metal shell 50 and exposed from the rear end of the metal shell 50. The separator 60 is covered and protected. The outer cylinder 65 has an opening end 66 on its front end side engaged with the outer periphery of the rear end engaging portion 57 of the metal shell 50 and is crimped from the outer peripheral side, and makes a round around the outer periphery, and the rear end engaging portion 57. And is fixed to the metal shell 50 by laser welding.

また、外筒65とセパレータ60との間の間隙には、金属製で筒状の保持金具70が配設されている。保持金具70は自身の後端を内側に折り曲げて構成した支持部71を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ60の後端側外周に鍔状に設けられた鍔部62を支持部71に係止させて、セパレータ60を支持している。この状態で、保持金具70が配置された部分の外筒65の外周面が加締められ、セパレータ60を支持した保持金具70が外筒65に固定されている。   Further, a metal-made cylindrical holding metal fitting 70 is disposed in the gap between the outer cylinder 65 and the separator 60. The holding metal fitting 70 has a support portion 71 formed by bending the rear end of the holding member 70 inward, and a support portion 71 is provided with a flange portion 62 provided in a hook shape on the outer periphery of the rear end side of the separator 60 inserted into the holding metal fitting 70. And the separator 60 is supported. In this state, the outer peripheral surface of the outer cylinder 65 at the portion where the holding metal fitting 70 is disposed is crimped, and the holding metal fitting 70 that supports the separator 60 is fixed to the outer cylinder 65.

そして外筒65の後端側の開口には、フッ素系ゴム製のグロメット75が嵌合されている。グロメット75は5つの挿通孔76(図1ではそのうちの1つを図示している。)を有し、各挿通孔76に、セパレータ60から引き出された5本のリード線64が気密に挿通されている。この状態でグロメット75は、セパレータ60を先端側に押圧しつつ、外筒65の外周から加締められて、外筒65の後端に固定されている。   A fluorine rubber grommet 75 is fitted into the opening on the rear end side of the outer cylinder 65. The grommet 75 has five insertion holes 76 (one of which is shown in FIG. 1), and the five lead wires 64 drawn from the separator 60 are inserted into each insertion hole 76 in an airtight manner. ing. In this state, the grommet 75 is crimped from the outer periphery of the outer cylinder 65 while pressing the separator 60 toward the front end side, and is fixed to the rear end of the outer cylinder 65.

次に、センサ素子10について説明する。まず、センサ素子10の外面的な構成について説明する。図2に示すセンサ素子10は、軸線O方向に延びる細幅で板状に形成された検出素子3とヒータ素子4とを厚み方向に積層して一体化したものである。センサ素子10の先端部11には、検出素子3において、排気ガスを取り込んで排気ガス中の酸素濃度の検出を行うためのガス検出室132(図3参照)が設けられた部分を中心に構成される検出部14が配設されている。この検出部14を排気ガス中のデポジット(燃料灰分やオイル成分等被毒性の付着物質)等による被毒から保護するため、センサ素子10の先端部11は素子先端側の周囲の全周を覆うように、保護層9に覆われている。この保護層9は、粗粒粉末の周囲を微粒粉末が覆ってなる複合粉末からなり、複合粉末同士の間隙には、微粒粉末が充填されていない空孔が分散して存在している。この複合粉末(粗粒粉末および微粒粉末)は、例えば、粒径1μm以下にピークを有するチタニア粉末と、粒径10μm以上にピークを有するスピネル等のアルミナを含む複合酸化物の粉末である。   Next, the sensor element 10 will be described. First, the external configuration of the sensor element 10 will be described. A sensor element 10 shown in FIG. 2 is an element in which a detection element 3 and a heater element 4 formed in a thin plate shape extending in the direction of the axis O and stacked in the thickness direction are integrated. The tip portion 11 of the sensor element 10 is mainly configured by a portion in which the detection element 3 is provided with a gas detection chamber 132 (see FIG. 3) for taking in the exhaust gas and detecting the oxygen concentration in the exhaust gas. A detecting unit 14 is provided. In order to protect the detection unit 14 from poisoning due to deposits (toxic substances such as fuel ash and oil components) in the exhaust gas, the tip 11 of the sensor element 10 covers the entire circumference around the tip of the element. Thus, it is covered with the protective layer 9. The protective layer 9 is made of a composite powder in which the fine powder covers the coarse powder, and pores that are not filled with the fine powder are dispersed in the gaps between the composite powders. The composite powder (coarse powder and fine powder) is, for example, a composite oxide powder containing titania powder having a peak at a particle size of 1 μm or less and alumina such as spinel having a peak at a particle size of 10 μm or more.

また、センサ素子10の後端部12において、自身の厚み方向と直交する外表面のうち、検出素子3側の外表面である主面15には、上述したセパレータ60の5つの接続端子61(図1参照)のうちの3つとそれぞれ対となって接触し、電気的に接続される電極パッド231,232,233が形成されている。同様に、主面15とは厚み方向の反対側でヒータ素子4側の外表面である裏面16にも、接続端子61の残る2つとそれぞれ対になって接触して電気的に接続される電極パッド241,242が形成されている。なお、センサ素子10の外側面を形成する主面15,裏面16,側面17,18のうち隣り合う2面によって形成される稜角は、センサ素子10の製造過程において切断もしくは切削により面取りされ、それぞれ面取部32,34,42,44となっている。さらに、後端面18と側面17との稜角も面取部46として面取されている。   Further, among the outer surfaces orthogonal to the thickness direction of the sensor element 10 at the rear end portion 12 of the sensor element 10, the main surface 15 which is the outer surface on the detection element 3 side has five connection terminals 61 ( The electrode pads 231, 232, and 233 are formed in contact with and electrically connected to each of three of them (see FIG. 1). Similarly, the back surface 16 which is the outer surface of the heater element 4 on the opposite side of the thickness direction from the main surface 15 is also electrically connected in contact with the remaining two connection terminals 61 in pairs. Pads 241 and 242 are formed. The ridge angles formed by two adjacent surfaces of the main surface 15, the back surface 16, and the side surfaces 17 and 18 forming the outer surface of the sensor element 10 are chamfered by cutting or cutting in the manufacturing process of the sensor element 10, respectively. The chamfered portions 32, 34, 42 and 44 are formed. Further, the ridge angle between the rear end face 18 and the side face 17 is also chamfered as a chamfer 46.

次に、センサ素子10の構造について、図3を参照して説明する。図3に示すように、センサ素子10を構成する検出素子3およびヒータ素子4は、それぞれ、板状をなす各部材(検出素子3を構成する絶縁基体110,130や固体電解質体120,140,およびヒータ素子4を構成する絶縁基体160,170)間に電極等を挟み厚み方向に積層してなる。なお、以下の説明において、センサ素子10の主面15側(図3の紙面上側)に配置される上記各部材の外表面を、センサ素子10に倣い「主面」と呼び、裏面16側(図3の紙面下側)に配置される各部材の外表面を同様に「裏面」と呼ぶものとする。   Next, the structure of the sensor element 10 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, each of the detection element 3 and the heater element 4 constituting the sensor element 10 has a plate-like member (insulating bases 110 and 130 and solid electrolyte bodies 120 and 140 constituting the detection element 3). In addition, an electrode or the like is sandwiched between insulating bases 160, 170) constituting the heater element 4 and laminated in the thickness direction. In the following description, the outer surface of each member arranged on the main surface 15 side of the sensor element 10 (the upper side in FIG. 3) is referred to as a “main surface” following the sensor element 10, and the back surface 16 side ( Similarly, the outer surface of each member arranged on the lower side of the sheet of FIG. 3 is referred to as a “back surface”.

検出素子3は、絶縁性を有するアルミナを主体とする絶縁基体110,130と、ジルコニアを主体とする固体電解質体120,140とが、主面側から裏面側に向けて、絶縁基体110,固体電解質体120,絶縁基体130,固体電解質体140の順に重ねて積層された構造を有する。固体電解質体120,140は、本発明の「固体質電解質体」に相当する。そして、固体電解質体120および固体電解質体140の各両面には、それぞれ、白金を主体とする導電パターンからなる一対の電極180,190および一対の電極200,210が形成されている。これらの電極180,190,および電極200,210は、本発明の「電極」に相当する。各絶縁基体110,130と各固体電解質体120,140は、いずれも大きさがほぼ等しい細幅の板体として形成されている。   In the detection element 3, the insulating bases 110 and 130 mainly composed of insulating alumina and the solid electrolyte bodies 120 and 140 mainly composed of zirconia are separated from the main surface side toward the back surface side. The electrolyte body 120, the insulating base 130, and the solid electrolyte body 140 are stacked in this order. The solid electrolyte bodies 120 and 140 correspond to the “solid electrolyte body” of the present invention. A pair of electrodes 180 and 190 and a pair of electrodes 200 and 210 made of a conductive pattern mainly composed of platinum are formed on both surfaces of the solid electrolyte body 120 and the solid electrolyte body 140, respectively. These electrodes 180 and 190 and electrodes 200 and 210 correspond to the “electrodes” of the present invention. The insulating bases 110 and 130 and the solid electrolyte bodies 120 and 140 are each formed as a narrow plate having substantially the same size.

固体電解質体120の主面(上記したように、図2に示すセンサ素子10の主面15側となる面)上に形成される電極180は、固体電解質体120の先端側(図中左手側)から後端側(図中右手側)に延びるリード部183を有し、そのリード部183の先端側には幅広の電極部181が形成されている。固体電解質体120の主面側には絶縁基体110が積層され、電極180は両者間に挟まれている。また、絶縁基体110の後端側で、電極180のリード部183の後端部182の位置に対応する位置にはスルーホール113が形成されており、そのスルーホール113内にスルーホール導体234が介在されている。センサ素子10の主面15(図2参照)となる絶縁基体110の主面上でそのスルーホール113に対応する後端側の位置には電極パッド231が形成されている。この電極パッド231は、スルーホール導体234を介し、電極180のリード部183の後端部182と電気的に接続されている。   The electrode 180 formed on the main surface of the solid electrolyte body 120 (as described above, the surface on the main surface 15 side of the sensor element 10 shown in FIG. 2) is on the front end side (the left hand side in the figure). ) To the rear end side (right hand side in the drawing), and a wide electrode portion 181 is formed on the leading end side of the lead portion 183. The insulating base 110 is laminated on the main surface side of the solid electrolyte body 120, and the electrode 180 is sandwiched therebetween. Further, a through hole 113 is formed at a position corresponding to the position of the rear end portion 182 of the lead portion 183 of the electrode 180 on the rear end side of the insulating substrate 110, and the through hole conductor 234 is formed in the through hole 113. Intervened. An electrode pad 231 is formed at a position on the rear end side corresponding to the through-hole 113 on the main surface of the insulating base 110 serving as the main surface 15 (see FIG. 2) of the sensor element 10. The electrode pad 231 is electrically connected to the rear end portion 182 of the lead portion 183 of the electrode 180 through the through-hole conductor 234.

次に、絶縁基体110の先端側で、上記電極部181が配置される位置には、自身の厚み方向に貫通する開口部111が設けられている。この開口部111内には、絶縁基体110と同様にアルミナを主体とし多孔質となるように形成されたポーラス層112が設けられている。電極180の電極部181は、このポーラス層112を介し、外気と連通されるように構成されている。   Next, an opening 111 penetrating in the thickness direction is provided at a position where the electrode portion 181 is disposed on the distal end side of the insulating base 110. In the opening 111, a porous layer 112 is provided which is mainly made of alumina and is porous like the insulating base 110. The electrode portion 181 of the electrode 180 is configured to communicate with the outside air via the porous layer 112.

一方、固体電解質体120の裏面上には、電極180と対となる電極190が形成されており、電極180と同様に、固体電解質体120の先端側から後端側に延びるリード部193と、リード部193の先端側にて幅広に形成された電極部191とを有する。電極部191は、固体電解質体120を挟んで電極180の電極部181と対向する位置に配置されている。また、固体電解質体120および絶縁基体110の後端側で電極190のリード部193の後端部192に対応する位置には、それぞれスルーホール124およびスルーホール114が形成されている。各スルーホール124,114にはそれぞれスルーホール導体237およびスルーホール導体235が介在され、両者は積層時に電気的に接続される。また、絶縁基体110の後端側の主面上でスルーホール114に対応する位置には、電極パッド232が形成されている。電極パッド232は、絶縁基体110の後端側の主面上にて幅方向に電極パッド231と並ぶ位置に配置されている。この電極パッド232は、スルーホール導体237とスルーホール導体235とを介し、電極190のリード部193の後端部192と電気的に接続されている。   On the other hand, on the back surface of the solid electrolyte body 120, an electrode 190 that is paired with the electrode 180 is formed. Like the electrode 180, a lead portion 193 extending from the front end side to the rear end side of the solid electrolyte body 120; And a wide electrode portion 191 on the leading end side of the lead portion 193. The electrode part 191 is disposed at a position facing the electrode part 181 of the electrode 180 with the solid electrolyte body 120 interposed therebetween. Further, a through hole 124 and a through hole 114 are formed at positions corresponding to the rear end portion 192 of the lead portion 193 of the electrode 190 on the rear end side of the solid electrolyte body 120 and the insulating base 110, respectively. A through-hole conductor 237 and a through-hole conductor 235 are interposed in each of the through holes 124 and 114, and both are electrically connected when stacked. An electrode pad 232 is formed at a position corresponding to the through hole 114 on the main surface on the rear end side of the insulating base 110. The electrode pad 232 is disposed at a position aligned with the electrode pad 231 in the width direction on the main surface on the rear end side of the insulating base 110. The electrode pad 232 is electrically connected to the rear end 192 of the lead portion 193 of the electrode 190 via the through-hole conductor 237 and the through-hole conductor 235.

また、固体電解質体120の裏面側には、上記電極190を固体電解質体120との間に挟み込んだ状態で絶縁基体130が積層される。この絶縁基体130の先端側で、上記電極部191が配置される位置にも、自身の厚み方向に貫通する開口部131が設けられている。この開口部131は、絶縁基体130の厚み方向両側に積層配置される固体電解質体120と固体電解質体140とによって閉じられ、内部がガス検出室132として構成される。電極190の電極部191は、このガス検出室132内に配置されている。検出素子3の先端部39(図3における左手側)に配置されるこのガス検出室132を中心として、排気ガス中の酸素濃度を検出するための検出部14が構成されている。   Further, the insulating base 130 is laminated on the back surface side of the solid electrolyte body 120 in a state where the electrode 190 is sandwiched between the solid electrolyte body 120. An opening 131 that penetrates in the thickness direction of the electrode body 191 is also provided at a position where the electrode portion 191 is disposed on the distal end side of the insulating base 130. The opening 131 is closed by the solid electrolyte body 120 and the solid electrolyte body 140 that are stacked on both sides of the insulating base 130 in the thickness direction, and the inside is configured as a gas detection chamber 132. The electrode portion 191 of the electrode 190 is disposed in the gas detection chamber 132. A detection unit 14 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is configured around the gas detection chamber 132 disposed at the distal end 39 (the left hand side in FIG. 3) of the detection element 3.

また、開口部131の側壁のうち、絶縁基体130の幅方向両側の側壁には拡散律速部133が設けられている。拡散律速部133はアルミナからなる多孔質体として形成され、この拡散律速部133を介し、検出素子3の周囲の排気ガスがガス検出室132内に導入されるように構成されている。拡散律速部133は、排気ガス導入の際に、ガス検出室132内への排気ガスの流入量を制限するために設けられている。   In addition, diffusion limiting parts 133 are provided on the side walls of the opening 131 on both sides in the width direction of the insulating base 130. The diffusion control part 133 is formed as a porous body made of alumina, and the exhaust gas around the detection element 3 is introduced into the gas detection chamber 132 through the diffusion control part 133. The diffusion control unit 133 is provided to limit the amount of exhaust gas flowing into the gas detection chamber 132 when exhaust gas is introduced.

次に、固体電解質体140は、絶縁基体130の裏面側に積層される。固体電解質体140の主面上には、電極180,190と同様に、固体電解質体140の先端側から後端側に延びるリード部203と、リード部203の先端側にて幅広に形成された電極部201とを有する電極200が形成されている。電極200の電極部201も、ガス検出室132内に露出されている。また、絶縁基体130の後端側で、電極200のリード部203の後端部202に対応する位置にもスルーホール134が形成されている。このスルーホール134の形成位置は絶縁基体130の主面側の電極190のリード部193の後端部192の形成位置にも対応している。そして、スルーホール134の内部に介在されるスルーホール導体239を介し、電極190のリード部193の後端部192と、電極200のリード部203の後端部202とが電気的に接続されている。つまり、電極190と電極200と電極パッド232とは互いに電気的に接続されている。   Next, the solid electrolyte body 140 is laminated on the back side of the insulating substrate 130. On the main surface of the solid electrolyte body 140, similarly to the electrodes 180 and 190, a lead portion 203 extending from the front end side to the rear end side of the solid electrolyte body 140 and a wide portion at the front end side of the lead portion 203 were formed. An electrode 200 having an electrode portion 201 is formed. The electrode part 201 of the electrode 200 is also exposed in the gas detection chamber 132. A through hole 134 is also formed at a position corresponding to the rear end portion 202 of the lead portion 203 of the electrode 200 on the rear end side of the insulating base 130. The formation position of the through hole 134 also corresponds to the formation position of the rear end portion 192 of the lead portion 193 of the electrode 190 on the main surface side of the insulating base 130. The rear end portion 192 of the lead portion 193 of the electrode 190 and the rear end portion 202 of the lead portion 203 of the electrode 200 are electrically connected via the through-hole conductor 239 interposed inside the through hole 134. Yes. That is, the electrode 190, the electrode 200, and the electrode pad 232 are electrically connected to each other.

一方、固体電解質体140の裏面上にも電極200と対となる電極210が形成されており、同様に、固体電解質体140の先端側から後端側に延びるリード部213と、リード部213の先端部分にて幅広に形成された電極部211とを有する。電極部211は、固体電解質体140を挟んで電極200の電極部201と対向する位置に配置されている。ところで、上記絶縁基体110の後端側の主面上で、電極パッド231と電極パッド232との間には、電極パッド233が形成されている。電極210のリード部213の後端部212の配置位置は、厚み方向において、この電極パッド233の形成位置に対応している。電極210の後端部212と電極パッド233との間に介在する絶縁基体110,固体電解質体120,絶縁基体130および固体電解質体140には、厚み方向に貫通して連続するスルーホール115,125,135,145がそれぞれ形成されている。これらスルーホール115,125,135,145内にもそれぞれスルーホール導体236,238,240,241が介在され、電極パッド233と電極210とが電気的に接続される構成となっている。   On the other hand, an electrode 210 that is paired with the electrode 200 is also formed on the back surface of the solid electrolyte body 140. Similarly, the lead portion 213 extending from the front end side to the rear end side of the solid electrolyte body 140, and the lead portion 213 And an electrode portion 211 formed wide at the tip portion. The electrode part 211 is disposed at a position facing the electrode part 201 of the electrode 200 with the solid electrolyte body 140 interposed therebetween. Meanwhile, an electrode pad 233 is formed between the electrode pad 231 and the electrode pad 232 on the main surface on the rear end side of the insulating base 110. The arrangement position of the rear end portion 212 of the lead portion 213 of the electrode 210 corresponds to the formation position of the electrode pad 233 in the thickness direction. Through holes 115 and 125 that penetrate through the insulating base 110, the solid electrolyte body 120, the insulating base 130, and the solid electrolyte body 140 that are interposed between the rear end portion 212 of the electrode 210 and the electrode pad 233 and continue in the thickness direction. , 135, and 145 are formed. Through-hole conductors 236, 238, 240, and 241 are also interposed in these through-holes 115, 125, 135, and 145, respectively, so that the electrode pad 233 and the electrode 210 are electrically connected.

次に、ヒータ素子4の構成について説明する。ヒータ素子4は、絶縁性を有するアルミナを主体とする絶縁基体160の裏面と絶縁基体170の主面との間に、タングステンやモリブデン等の高融点金属からなる発熱抵抗体220を挟んだ構造となっている。発熱抵抗体220は、ヒータ素子4内でつながった1本の導電パターンからなる。発熱抵抗体220は、主に発熱がなされるように断面積が小さく形成されたパターンからなる発熱部221を有しており、その発熱部221はヒータ素子4の先端部49(図3における左手側)に配設されている。発熱部221の両端にそれぞれ接続される2本のリード部223は、発熱部221より大きな断面積を有し、幅方向に並列した状態で、軸線O方向(図3において、矢印600で示す方向)に沿って絶縁基体160,170の後端側(図3における右手側)まで延設されている。一方、センサ素子10の裏面16となる絶縁基体170の後端側の裏面上には、後端側に、絶縁基体170の幅方向に2つの電極パッド241,242が列設されている。発熱抵抗体220の2本のリード部223の後端部222は、絶縁基体170の後端側に形成された2つのスルーホール173,174にそれぞれ介在されるスルーホール導体243,244を介し、電極パッド241,242とそれぞれ電気的に接続されている。   Next, the configuration of the heater element 4 will be described. The heater element 4 has a structure in which a heating resistor 220 made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum is sandwiched between the back surface of an insulating substrate 160 mainly composed of insulating alumina and the main surface of the insulating substrate 170. It has become. The heating resistor 220 is composed of one conductive pattern connected in the heater element 4. The heating resistor 220 has a heating portion 221 having a pattern with a small cross-sectional area so as to generate mainly heat, and the heating portion 221 is a tip portion 49 of the heater element 4 (left hand in FIG. 3). Side). The two lead portions 223 respectively connected to both ends of the heat generating portion 221 have a cross-sectional area larger than that of the heat generating portion 221, and in a state of being parallel to the width direction, the direction of the axis O (the direction indicated by the arrow 600 in FIG. 3). ) To the rear end side of the insulating bases 160 and 170 (right hand side in FIG. 3). On the other hand, two electrode pads 241 and 242 are arranged in a row in the width direction of the insulating substrate 170 on the rear end side on the back surface on the rear end side of the insulating substrate 170 that becomes the back surface 16 of the sensor element 10. The rear end portions 222 of the two lead portions 223 of the heating resistor 220 are through through-hole conductors 243 and 244 respectively interposed in two through-holes 173 and 174 formed on the rear end side of the insulating base 170. The electrode pads 241 and 242 are electrically connected to each other.

そしてヒータ素子4は、絶縁基体160の主面と、検出素子3の固体電解質体140の裏面との間で電極210を挟み、検出素子3と共に積層されることでセンサ素子10として一体に構成される。   The heater element 4 is integrally configured as the sensor element 10 by sandwiching the electrode 210 between the main surface of the insulating base 160 and the back surface of the solid electrolyte body 140 of the detection element 3 and being laminated together with the detection element 3. The

このようなセンサ素子10の検出素子3は、自身の先端部39に設けられたガス検出室132を中心に構成される検出部14において、そのガス検出室132内に流入した排気ガス(被測定ガス)中の酸素(特定ガス)の濃度に応じ、排気ガスの空燃比の検出を行う。そのしくみについて、ここで簡単に説明する。   The detection element 3 of such a sensor element 10 includes an exhaust gas (measured object) that flows into the gas detection chamber 132 in the detection unit 14 that is configured around the gas detection chamber 132 provided at the tip end 39 of the sensor element 10. The air-fuel ratio of the exhaust gas is detected according to the concentration of oxygen (specific gas) in the gas). The mechanism will be briefly described here.

ジルコニアからなる固体電解質体は、室温では絶縁性を示すが高温環境下(例えば600℃以上)では活性化され、酸素イオン導電性を示す。この性質を用い、固体電解質体を隔てた2室それぞれに白金電極を設けると、2室の酸素分圧差から、このとき両電極間に起電力(電位差)が発生する。   A solid electrolyte body made of zirconia exhibits insulation at room temperature but is activated in a high temperature environment (for example, 600 ° C. or higher) and exhibits oxygen ion conductivity. When a platinum electrode is provided in each of the two chambers separating the solid electrolyte body using this property, an electromotive force (potential difference) is generated between the two electrodes at this time due to the oxygen partial pressure difference between the two chambers.

そこで、両電極200,210間の電位差が、一定に維持されるように、電極180と電極190との間に流れる電流を制御する。ガス検出室132内に流入した排気ガスの空燃比がリッチであった場合、排気ガス中には酸素がほとんどなく、電極180,190間では検出素子3の外部からガス検出室132内に酸素を汲み入れる向きに電子が移動されるように制御される。一方、ガス検出室132内に流入した排気ガスの空燃比がリーンであった場合、排気ガス中には多くの酸素が存在するため、電極180,190間ではガス検出室132から外部へ酸素を汲み出す向きに電子が移動されるように制御される。このとき得られる電流の向きと大きさから、上記境目の電圧を示すときの空燃比(理論空燃比)に対する排気ガスの空燃比を検出することができるのである。なお、検出素子3と共に積層されたヒータ素子4によって、固体電解質体120,140は早期活性化や安定化が促される。   Therefore, the current flowing between the electrode 180 and the electrode 190 is controlled so that the potential difference between the electrodes 200 and 210 is kept constant. When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the gas detection chamber 132 is rich, there is almost no oxygen in the exhaust gas, and oxygen is introduced into the gas detection chamber 132 from the outside of the detection element 3 between the electrodes 180 and 190. Control is made so that the electrons are moved in the direction of pumping. On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the gas detection chamber 132 is lean, a large amount of oxygen exists in the exhaust gas, so oxygen is transferred from the gas detection chamber 132 to the outside between the electrodes 180 and 190. Control is made so that electrons are moved in the direction of pumping. From the direction and magnitude of the current obtained at this time, it is possible to detect the air-fuel ratio of the exhaust gas relative to the air-fuel ratio (theoretical air-fuel ratio) when the voltage at the boundary is shown. Note that the solid electrolyte bodies 120 and 140 are promoted to be activated or stabilized early by the heater element 4 laminated together with the detection element 3.

次に、以上のような構成を有するガスセンサ1が劣化しているか否かを判定する、本実施形態のガスセンサの劣化判定方法を、図4および図5を参照して説明する。図4は、所定温度の雰囲気にガスセンサ1を晒した条件における、ヒータ素子4への供給電力と、その供給電力に対応するセンサ素子10の内部抵抗値Rpvsとをプロット(アレニウスプロット)したグラフである。また、図5は、ガスセンサ1の劣化判定方法の手順を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、ヒータ素子4からの熱がセンサ素子10に適切に伝導されなくなる要因であり、かつ、センサ素子10そのものの劣化以外の要因を、「外的要因」と言う。外的要因としては、例えば、センサ素子10又はセンサ素子10を覆う保護層9に付着物が堆積した場合、およびプロテクタ8の内表面に付着物が堆積した場合等が挙げられる。   Next, a gas sensor deterioration determination method according to the present embodiment for determining whether or not the gas sensor 1 having the above-described configuration has deteriorated will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a graph in which the power supplied to the heater element 4 and the internal resistance value Rpvs of the sensor element 10 corresponding to the supplied power are plotted (Arrhenius plot) under the condition where the gas sensor 1 is exposed to an atmosphere of a predetermined temperature. is there. FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the deterioration determination method of the gas sensor 1. In the following description, a factor that prevents heat from the heater element 4 from being properly conducted to the sensor element 10 and a factor other than deterioration of the sensor element 10 itself is referred to as an “external factor”. Examples of the external factor include a case where an adhering matter is deposited on the sensor element 10 or the protective layer 9 covering the sensor element 10 and a case where an adhering matter is deposited on the inner surface of the protector 8.

まず、本実施形態のガスセンサ1の劣化判定方法の判定原理について、図4のグラフ500を参照して簡単に説明する。   First, the determination principle of the deterioration determination method of the gas sensor 1 of the present embodiment will be briefly described with reference to the graph 500 of FIG.

センサ素子10の温度の逆数と、センサ素子10の内部抵抗値Rpvsの対数との間には、一次式で表される正の相関がある。そして、センサ素子10の温度が所定温度になるように、ヒータ素子4に所定電力を供給しているので、測定範囲においては、センサ素子10の温度とヒータ素子4への供給電力とは略比例関係にある。そのため、ヒータ素子4への供給電力の逆数と、その電力センサ素子10の内部抵抗値Rpvsの対数との間にも、一次式で表される正の相関がある。本実施形態のガスセンサ1の劣化判定方法は、その正の相関を利用している。   There is a positive correlation expressed by a linear expression between the reciprocal of the temperature of the sensor element 10 and the logarithm of the internal resistance value Rpvs of the sensor element 10. Since the predetermined power is supplied to the heater element 4 so that the temperature of the sensor element 10 becomes a predetermined temperature, the temperature of the sensor element 10 and the power supplied to the heater element 4 are substantially proportional in the measurement range. There is a relationship. Therefore, there is also a positive correlation expressed by a linear expression between the reciprocal of the power supplied to the heater element 4 and the logarithm of the internal resistance value Rpvs of the power sensor element 10. The deterioration determination method for the gas sensor 1 of the present embodiment uses the positive correlation.

上記正の相関を得るには、まず、所定温度(例えば、750℃)の雰囲気に初期状態のガスセンサ1を晒した状態で、複数の異なる電力をヒータ素子4に供給し、各供給電力に対応する内部抵抗値Rpvsを取得する。そして、ヒータ素子4への供給電力と内部抵抗値Rpvsとをアレニウスプロットすると、図4に示すような基準測定点504,505を通る基準線512が得られる。なお、図4のアレニウスプロットの横軸は、ヒータ素子4への供給電力の逆数である。また、図4のアレニウスプロットの縦軸は、その電力を供給した際のセンサ素子10の内部抵抗値Rpvsの対数である。上記アレニウスプロットにより得られる直線の傾きには、ヒータ素子4によるセンサ素子10の加熱量が反映されている。このため、ヒータ素子4からの熱がセンサ素子10に適切に伝導され、センサ素子10が所定の目標温度まで加熱されている場合には、初期状態のガスセンサ1を用いて得た基準線512と同様の傾きを有する直線が得られると言える。   In order to obtain the positive correlation, first, a plurality of different electric powers are supplied to the heater element 4 in a state where the gas sensor 1 in the initial state is exposed to an atmosphere of a predetermined temperature (for example, 750 ° C.), and corresponding to each supply electric power. The internal resistance value Rpvs to be acquired is acquired. When the power supplied to the heater element 4 and the internal resistance value Rpvs are Arrhenius plotted, a reference line 512 passing through the reference measurement points 504 and 505 as shown in FIG. 4 is obtained. Note that the horizontal axis of the Arrhenius plot in FIG. 4 is the reciprocal of the power supplied to the heater element 4. Also, the vertical axis of the Arrhenius plot in FIG. 4 is the logarithm of the internal resistance value Rpvs of the sensor element 10 when the power is supplied. The amount of heating of the sensor element 10 by the heater element 4 is reflected in the slope of the straight line obtained by the Arrhenius plot. For this reason, when the heat from the heater element 4 is appropriately conducted to the sensor element 10 and the sensor element 10 is heated to a predetermined target temperature, the reference line 512 obtained using the gas sensor 1 in the initial state and It can be said that a straight line having the same inclination is obtained.

一方、センサ素子10又はセンサ素子10を覆う保護層9に付着物が堆積した場合には、ヒータ素子4からの熱がセンサ素子10に適切に伝導されず、センサ素子10が目標温度まで加熱されない。また、プロテクタ8の内表面に付着物が堆積した場合、初期状態に比べ、プロテクタ8からの輻射熱が低減し、センサ素子10が目標温度まで加熱されない。このような外的要因が生じている場合には、例えば、測定点501および測定点502を通る直線511のように、初期状態のガスセンサ1を用いて求めた基準線512に比べ傾きがゆるやかな直線が得られる。初期状態のガスセンサ1と、外的要因を生じているガスセンサ1との、電力W2(二点鎖線551)における内部抵抗値Rpvsの対数の差分(矢印523で図示)には、外的要因の影響分(矢印521で図示)と、センサ素子10自体の劣化の影響分(矢印522で図示)とが含まれている。この外的要因の影響分と、センサ素子10自体の劣化の影響分とは、同一の電力を供給した場合の1の内部抵抗値(例えば、測定点501)のみを基準値(基準測定点504)と比較しただけでは区別することができない。   On the other hand, when deposits are deposited on the sensor element 10 or the protective layer 9 covering the sensor element 10, the heat from the heater element 4 is not properly conducted to the sensor element 10, and the sensor element 10 is not heated to the target temperature. . Further, when deposits accumulate on the inner surface of the protector 8, the radiant heat from the protector 8 is reduced compared to the initial state, and the sensor element 10 is not heated to the target temperature. When such an external factor has occurred, the slope is gentle compared to the reference line 512 obtained using the gas sensor 1 in the initial state, for example, a straight line 511 passing through the measurement point 501 and the measurement point 502. A straight line is obtained. The logarithmic difference (illustrated by an arrow 523) of the internal resistance value Rpvs in the electric power W2 (two-dot chain line 551) between the gas sensor 1 in the initial state and the gas sensor 1 causing the external factor is affected by the external factor. Minute (illustrated by an arrow 521) and an influence due to deterioration of the sensor element 10 itself (illustrated by an arrow 522) are included. As the influence of the external factor and the influence of the deterioration of the sensor element 10 itself, only one internal resistance value (for example, measurement point 501) when the same power is supplied is used as a reference value (reference measurement point 504). ) And cannot be distinguished from just comparison.

ここで、複数の互いに異なる電力を供給した場合の内部抵抗値を用いて上記アレニウスプロットを求めた場合には、直線511に基づき、ヒータ素子4に電力を供給していない場合(二点鎖線553)の理論的な内部抵抗値である理論内部抵抗値(算出点503)を得ることができる。この理論内部抵抗値には、ヒータ素子4により加熱される分の影響、即ち、外的要因の影響が含まれていない。したがって、この理論内部抵抗値を用いれば、センサ素子10自体が劣化しているか否かを的確に判定することができる。なお、ヒータ素子4に電力を供給せずに、雰囲気の温度のみによりセンサ素子10を加熱し、ヒータ素子4に電力を供給していない場合のセンサ素子10の内部抵抗値を実測する方法も考えられる。しかし本実施形態では、センサ素子10の温度をより確実に安定させるという観点から、所定温度の雰囲気と、ヒータ素子4とによりセンサ素子10を加熱し、上述のように理論内部抵抗値(算出点503)を得るようにしている。   Here, when the above Arrhenius plot is obtained using internal resistance values when a plurality of different electric powers are supplied, the electric power is not supplied to the heater element 4 based on the straight line 511 (two-dot chain line 553). The theoretical internal resistance value (calculation point 503), which is the theoretical internal resistance value of This theoretical internal resistance value does not include the effect of heating by the heater element 4, that is, the influence of external factors. Therefore, using this theoretical internal resistance value, it is possible to accurately determine whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated. A method of actually measuring the internal resistance value of the sensor element 10 when the sensor element 10 is heated only by the temperature of the atmosphere without supplying power to the heater element 4 and power is not supplied to the heater element 4 is also considered. It is done. However, in the present embodiment, from the viewpoint of more reliably stabilizing the temperature of the sensor element 10, the sensor element 10 is heated by the atmosphere at a predetermined temperature and the heater element 4, and the theoretical internal resistance value (calculation point) is calculated as described above. 503).

本実施形態では、さらに、理論内部抵抗値を示す算出点503を通り、かつ、基準線512と同じ傾きを有する直線513から、センサ素子10の温度が測定時の温度となるようにヒータ素子4に電力を供給した場合の内部抵抗値(算出点507)を真の内部抵抗値として求める。そして、その真の内部抵抗値が、規格を満たす所定の範囲内入っているか否かにより、センサ素子10自体が劣化しているか否かを判断するようにしている。   In the present embodiment, further, the heater element 4 is such that the temperature of the sensor element 10 becomes the temperature at the time of measurement from a straight line 513 that passes through the calculation point 503 indicating the theoretical internal resistance value and has the same inclination as the reference line 512. The internal resistance value (calculation point 507) when power is supplied to is calculated as the true internal resistance value. Whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated is determined based on whether or not the true internal resistance value falls within a predetermined range that satisfies the standard.

なお、本実施形態では、所定温度の雰囲気にガスセンサ1を晒すために、雰囲気が所定温度となるように加熱された炉内にガスセンサ1を配置する。ガスセンサ1が晒される雰囲気の所定温度は、例えば、外気よりも高く、かつ、ガスセンサ1を構成する各部材の耐久温度よりも低い温度が設定される。この雰囲気の所定温度は、ガスセンサ1により被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出する際のセンサ素子10の実使用温度に近いほど、実使用温度との差が大きい温度である場合に比べ好ましい。センサ素子10自体が劣化しているか否かは、ガスセンサ1が実際に使用される際の温度、即ち、上記実使用温度となったセンサ素子10について検討されるのが好ましいからである。さらに、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出する際のセンサ素子10の実使用温度に近い場合には、センサ素子10を目標温度まで加熱するために、ヒータ素子4に供給する電力が小さくてすむ。そしてこれにより、ヒータ素子4による加熱の影響を小さくさせることができるからである。本実施形態では、ガスセンサ1を使用する際のセンサ素子10の目標温度は830℃とし、雰囲気の温度である炉温は750℃とする。   In this embodiment, in order to expose the gas sensor 1 to an atmosphere having a predetermined temperature, the gas sensor 1 is arranged in a furnace heated so that the atmosphere has a predetermined temperature. The predetermined temperature of the atmosphere to which the gas sensor 1 is exposed is set to, for example, a temperature higher than the outside air and lower than the durable temperature of each member constituting the gas sensor 1. The predetermined temperature of the atmosphere is more preferable as compared with the case where the difference from the actual use temperature is larger as the temperature is closer to the actual use temperature of the sensor element 10 when the gas sensor 1 detects the concentration of the specific gas in the gas to be measured. . Whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated is because it is preferable to examine the temperature at which the gas sensor 1 is actually used, that is, the sensor element 10 that has reached the actual use temperature. Further, when the sensor element 10 is close to the actual use temperature when detecting the concentration of the specific gas in the gas to be measured, the power supplied to the heater element 4 is small in order to heat the sensor element 10 to the target temperature. Tesumu. This is because the influence of heating by the heater element 4 can be reduced. In the present embodiment, the target temperature of the sensor element 10 when using the gas sensor 1 is 830 ° C., and the furnace temperature, which is the temperature of the atmosphere, is 750 ° C.

次に、本実施形態のガスセンサ1の劣化判定方法について、図4および図5のフローチャートを参照して説明する。   Next, a deterioration determination method for the gas sensor 1 of the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 4 and 5.

図5のフローチャートに示すように、まず、炉内において炉温750℃に加熱された雰囲気にガスセンサ1が晒された状態で、ヒータ素子4に電力W1(図4において、二点鎖線552で図示)を供給し、センサ素子10の内部抵抗値Rpvs1を測定する(S5)。続いて、炉温750℃の雰囲気にガスセンサ1が晒された状態で、ヒータ素子4に電力W2(図4において、二点鎖線551で図示)を供給し、センサ素子10の内部抵抗値Rpvs2を測定する(S10)。   As shown in the flowchart of FIG. 5, first, in a state where the gas sensor 1 is exposed to an atmosphere heated to a furnace temperature of 750 ° C. in the furnace, the heater element 4 is supplied with electric power W1 (indicated by a two-dot chain line 552 in FIG. 4). ) And the internal resistance value Rpvs1 of the sensor element 10 is measured (S5). Subsequently, in a state where the gas sensor 1 is exposed to an atmosphere at a furnace temperature of 750 ° C., electric power W2 (shown by a two-dot chain line 551 in FIG. 4) is supplied to the heater element 4, and an internal resistance value Rpvs2 of the sensor element 10 is obtained. Measure (S10).

なお、内部抵抗値は、ガスセンサを構成する固体電解質体120,140のいずれかに所定の大きさの電流ないし電圧を供給し、そのときに得られる固体電解質体120,140の内部抵抗値を指すものである。そしてこの内部抵抗値は、公知の手法によって取得することができるものであるため、本実施形態での詳細な説明は省略するが、具体的には、例えば、固体電解質体140に対し所定の大きさのパルス電流を流し、そのときの電圧から、固体電解質体の内部抵抗値を求める。   The internal resistance value refers to the internal resistance value of the solid electrolyte bodies 120 and 140 obtained by supplying a predetermined current or voltage to any of the solid electrolyte bodies 120 and 140 constituting the gas sensor. Is. Since this internal resistance value can be obtained by a known method, a detailed description in this embodiment is omitted. Specifically, for example, the internal resistance value has a predetermined magnitude with respect to the solid electrolyte body 140, for example. Then, the internal resistance value of the solid electrolyte body is obtained from the voltage at that time.

上記S5およびS10において、ヒータ素子4に供給する電力W1,W2は、ガスセンサ1が晒される雰囲気の温度、およびセンサ素子10の温度と内部抵抗値との関係等を考慮して適宜定められる。本実施形態では、電力W2は、炉温750℃の雰囲気と、電力W2を供給されたヒータ素子4とにより、初期状態のセンサ素子10の温度が被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定する際の実使用温度(例えば、830℃)になるような電力(例えば、4.7W)に設定されている。また、電力W1は、電力W2よりも低い電力(例えば、2W)が設定されている。ヒータ素子4に電力W1,W2を供給する際の順序は、上述の順序に限定されないが、効率的にヒータ素子4を加熱し、迅速に劣化判定を行う観点から、電力が低い順に供給することが好ましい。なお、上記S5およびS10は、本発明の「内部抵抗値取得工程」に相当する。   In S5 and S10, the electric power W1 and W2 supplied to the heater element 4 is appropriately determined in consideration of the temperature of the atmosphere to which the gas sensor 1 is exposed and the relationship between the temperature of the sensor element 10 and the internal resistance value. In the present embodiment, the electric power W2 is measured by the temperature of the sensor element 10 in the initial state by the atmosphere of the furnace temperature of 750 ° C. and the heater element 4 to which the electric power W2 is supplied. The electric power (for example, 4.7 W) is set such that the actual use temperature (for example, 830 ° C.) is reached. In addition, the power W1 is set to be lower than the power W2 (for example, 2W). The order of supplying the electric power W1 and W2 to the heater element 4 is not limited to the above-described order, but from the viewpoint of efficiently heating the heater element 4 and quickly determining deterioration, supply the electric power in ascending order. Is preferred. In addition, said S5 and S10 are corresponded to the "internal resistance value acquisition process" of this invention.

続いて、S5において測定したRpvs1と、S10において測定したRpvs2とを用いて、図4と同様のアレニウスプロットを求め、ヒータ素子4に電力を供給していない場合の理論内部抵抗値を算出する(S15)。アレニウスプロットの縦軸は、ヒータ素子4への供給電力に対応するセンサ素子10の内部抵抗値Rpvsの対数とする。またアレニウスプロットの横軸は、ヒータ素子4に供給した電力とする。具体的には、まず、図4に示すように、S5において測定した電力W1供給時の内部抵抗値Rpvs1に基づく測定点502と、S10において測定した電力W2供給時の内部抵抗値Rpvs2に基づく測定点501とから直線511を求める。そして、その直線511を表す一次式に電力0Wを代入することにより、ヒータ素子4に電力を供給していない場合の理論内部抵抗値(算出点503)を算出する。   Subsequently, an Arrhenius plot similar to that in FIG. 4 is obtained using Rpvs1 measured in S5 and Rpvs2 measured in S10, and a theoretical internal resistance value when power is not supplied to the heater element 4 is calculated ( S15). The vertical axis of the Arrhenius plot is the logarithm of the internal resistance value Rpvs of the sensor element 10 corresponding to the power supplied to the heater element 4. The horizontal axis of the Arrhenius plot is the power supplied to the heater element 4. Specifically, first, as shown in FIG. 4, a measurement point 502 based on the internal resistance value Rpvs1 when supplying power W1 measured in S5 and a measurement based on the internal resistance value Rpvs2 when supplying power W2 measured in S10. A straight line 511 is obtained from the point 501. Then, the theoretical internal resistance value (calculation point 503) when power is not supplied to the heater element 4 is calculated by substituting 0 W of power into the linear expression representing the straight line 511.

なお、アレニウスプロットの横軸は、所定温度の雰囲気に初期状態のガスセンサ1を晒した状態で、ヒータ素子4に所定電力を供給した際における、センサ素子10の温度の逆数とすることもできる。   The horizontal axis of the Arrhenius plot may be the reciprocal of the temperature of the sensor element 10 when the predetermined power is supplied to the heater element 4 in a state where the gas sensor 1 in the initial state is exposed to an atmosphere of the predetermined temperature.

続いて、S15で算出した理論内部抵抗値と、予め定めた基準線とに基づき、ヒータ素子4に電力W2を供給した時の真の内部抵抗値を算出する(S20)。「ヒータ素子4に電力W2を供給した時の真の内部抵抗値」とは、外的要因の影響を受けない条件で、ヒータ素子4に電力W2を供給した場合に想定されるセンサ素子10の理論的な内部抵抗値である。S20において用いる基準線は、図4の基準線512と同様であり、例えば次の手順により定められている。まず、初期状態(新品)のガスセンサ1を多数(例えば、100個)用意し、S5およびS10における雰囲気と同様の所定温度(例えば、750℃)の雰囲気に各ガスセンサ1を晒す。各ガスセンサ1について、S5およびS10と同様に、複数の異なる電力をヒータ素子4に供給し、ヒータ素子4に対する供給電力とセンサ素子10の内部抵抗との関係を複数取得する。そして、供給電力を横軸に、その供給電力に対応するセンサ素子10の内部抵抗値Rpvsの対数を縦軸にプロット(アレニウスプロット)し、図4に示すような基準線512を算出する。ヒータ素子4に電力W2を供給した時の真の内部抵抗値(算出点507)の算出手順は、まず、S15で算出した理論内部抵抗値(算出点503)を通り、かつ、基準線512と同じ傾きを有する直線513を算出する。そして、その直線513を表す一次式に電力W2を代入して求める。   Subsequently, a true internal resistance value when power W2 is supplied to the heater element 4 is calculated based on the theoretical internal resistance value calculated in S15 and a predetermined reference line (S20). The “true internal resistance value when the power W2 is supplied to the heater element 4” means that the sensor element 10 assumed when the power W2 is supplied to the heater element 4 under the condition not affected by external factors. This is the theoretical internal resistance value. The reference line used in S20 is the same as the reference line 512 in FIG. 4, and is determined by the following procedure, for example. First, a large number (for example, 100) of gas sensors 1 in an initial state (new) are prepared, and each gas sensor 1 is exposed to an atmosphere at a predetermined temperature (for example, 750 ° C.) similar to the atmosphere in S5 and S10. For each gas sensor 1, as in S 5 and S 10, a plurality of different powers are supplied to the heater element 4, and a plurality of relationships between the power supplied to the heater element 4 and the internal resistance of the sensor element 10 are acquired. Then, the supply power is plotted on the horizontal axis and the logarithm of the internal resistance value Rpvs of the sensor element 10 corresponding to the supply power is plotted on the vertical axis (Arrhenius plot), and a reference line 512 as shown in FIG. 4 is calculated. The calculation procedure of the true internal resistance value (calculation point 507) when the power W2 is supplied to the heater element 4 first passes through the theoretical internal resistance value (calculation point 503) calculated in S15, and the reference line 512 and A straight line 513 having the same inclination is calculated. Then, the power W2 is substituted into a linear expression representing the straight line 513.

続いて、S20において算出した真の内部抵抗値は規格を満たしているか否かを判断する(S25)。本実施形態では、電力W2供給時の真の内部抵抗値が予め定められた所定の範囲内に収まるか否かにより、真の内部抵抗値が規格を満たしているか否かを判定し、真の内部抵抗値が所定範囲内に収まっている場合を、規格を満たしていると判定する。規格を規定する上記所定範囲は、ガスセンサ1の用途、劣化判定の精度等を考慮して適宜定められる。S20において算出した真の内部抵抗値が規格を満たしている場合には(S25:Yes)、合格判定(ガスセンサ1が備えるセンサ素子10自体は劣化していない)と判定する(S30)。一方、S20において算出した真の内部抵抗値が規格を満たしていない場合には(S25:Yes)、不良判定(ガスセンサ1が備えるセンサ素子10自体が劣化している)と判定する(S35)。なお、上記S15,S20,S25,S30およびS35は、本発明の「劣化判定工程」に相当する。S30又はS35に続いて劣化判定を終了する。   Subsequently, it is determined whether or not the true internal resistance value calculated in S20 satisfies the standard (S25). In the present embodiment, whether or not the true internal resistance value satisfies the standard is determined based on whether or not the true internal resistance value when the power W2 is supplied falls within a predetermined range. When the internal resistance value is within the predetermined range, it is determined that the standard is satisfied. The predetermined range defining the standard is appropriately determined in consideration of the application of the gas sensor 1, the accuracy of deterioration determination, and the like. When the true internal resistance value calculated in S20 satisfies the standard (S25: Yes), it is determined as a pass determination (the sensor element 10 provided in the gas sensor 1 is not deteriorated) (S30). On the other hand, when the true internal resistance value calculated in S20 does not satisfy the standard (S25: Yes), it is determined as a failure determination (the sensor element 10 provided in the gas sensor 1 itself has deteriorated) (S35). In addition, said S15, S20, S25, S30, and S35 are corresponded to the "deterioration determination process" of this invention. Following S30 or S35, the deterioration determination is terminated.

以上のように、本実施形態のガスセンサ1の劣化判定が実施される。本実施形態のガスセンサ1の劣化判定方法によれば、炉温750℃の雰囲気にガスセンサ1が晒された状態で、ヒータ素子4に互いに異なる2つの電力W1,W2をそれぞれ供給し、それらの電力W1,W2を供給した際にそれぞれに対応するセンサ素子10の内部抵抗値Rpvs1,Rpvs2を取得する(S5,S10)。このように、所定温度の雰囲気にガスセンサ1が晒された状態で、ヒータ素子4に電力を供給した場合、センサ素子10は、所定温度の雰囲気と、ヒータ素子4との双方により加熱される。このため、ヒータ素子4のみ、又は、ガスセンサ1を晒す雰囲気のみによりセンサ素子10を加熱する場合に比べ、予め想定していた温度にまでセンサ素子10が加熱されやすくなる。センサ素子10の内部抵抗値は、センサ素子10自体の温度の影響を受けるため、センサ素子10を予め想定していた温度にまで加熱した条件で信頼性の高い内部抵抗値を取得することでき、この内部抵抗値を用いて適切に劣化の有無を判定することができる。   As described above, the deterioration determination of the gas sensor 1 of the present embodiment is performed. According to the deterioration determination method for the gas sensor 1 of the present embodiment, two different electric powers W1 and W2 are supplied to the heater element 4 in a state where the gas sensor 1 is exposed to an atmosphere at a furnace temperature of 750 ° C. When the W1 and W2 are supplied, the internal resistance values Rpvs1 and Rpvs2 of the sensor elements 10 corresponding to the W1 and W2 are acquired (S5 and S10). Thus, when electric power is supplied to the heater element 4 in a state where the gas sensor 1 is exposed to the atmosphere at the predetermined temperature, the sensor element 10 is heated by both the atmosphere at the predetermined temperature and the heater element 4. For this reason, compared with the case where the sensor element 10 is heated only by the heater element 4 or only the atmosphere to which the gas sensor 1 is exposed, the sensor element 10 is easily heated to a temperature assumed in advance. Since the internal resistance value of the sensor element 10 is affected by the temperature of the sensor element 10 itself, a highly reliable internal resistance value can be obtained under conditions in which the sensor element 10 is heated to a temperature assumed in advance. The presence or absence of deterioration can be appropriately determined using this internal resistance value.

また、センサ素子10の内部抵抗値の一点のみでセンサ素子10自体の劣化の有無を判定した場合、ヒータ素子4からの熱がセンサ素子10に伝導し、センサ素子10の温度が予め想定していた所定温度になっているとの前提で、劣化判定を行うしかない。外的要因によりセンサ素子10の温度が所定温度より小さくなっている場合には、センサ素子10自体は劣化していないにもかかわらず、劣化していると誤判定される場合がある。これに対し、本実施形態の劣化判定方法では、内部抵抗値と、その内部抵抗値を取得する際にヒータに供給した電力との複数の関係(W1とRpvs1,W2とRpvs2)を用いて、センサ素子10に電力を供給していない場合の理論内部抵抗値(算出点503)を求める。この理論内部抵抗値には、センサ素子10がヒータ素子4により加熱される分の影響、即ち、外的要因の影響が含まれていない。このため、この理論内部抵抗値に基づき、センサ素子10自体が劣化しているか否かをより的確に判定することができる。   Further, when it is determined whether the sensor element 10 itself has deteriorated or not by only one point of the internal resistance value of the sensor element 10, heat from the heater element 4 is conducted to the sensor element 10, and the temperature of the sensor element 10 is assumed in advance. However, there is no choice but to perform deterioration judgment on the premise that the temperature has reached a predetermined temperature. When the temperature of the sensor element 10 is lower than a predetermined temperature due to an external factor, it may be erroneously determined that the sensor element 10 is deteriorated although the sensor element 10 itself is not deteriorated. On the other hand, in the degradation determination method of the present embodiment, using a plurality of relationships (W1 and Rpvs1, W2 and Rpvs2) between the internal resistance value and the power supplied to the heater when acquiring the internal resistance value, A theoretical internal resistance value (calculation point 503) when power is not supplied to the sensor element 10 is obtained. This theoretical internal resistance value does not include the influence of the sensor element 10 being heated by the heater element 4, that is, the influence of external factors. For this reason, based on this theoretical internal resistance value, it can be determined more accurately whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated.

本実施形態ではさらに、理論内部抵抗値(図4において、算出点503)に基づき算出したヒータ素子4に電力W2を供給した時の真の内部抵抗値(図4において、算出点507)が、規格を満たす所定の範囲内に入っているか否かにより(S25)、センサ素子10自体が劣化しているか否かを判断する(S30,S35)。この真の内部抵抗値を用いてセンサ素子10自体の劣化の有無を判断することにより、ガスセンサ1が使用される際の温度にセンサ素子10が加熱されたと想定される条件で、センサ素子10自体が劣化しているか否かを判断することができる。   In the present embodiment, the true internal resistance value (calculated point 507 in FIG. 4) when the power W2 is supplied to the heater element 4 calculated based on the theoretical internal resistance value (calculated point 503 in FIG. 4) It is determined whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated (S30, S35) depending on whether or not it is within a predetermined range that satisfies the standard (S25). By determining whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated using this true internal resistance value, the sensor element 10 itself is subjected to a condition that the sensor element 10 is heated to a temperature at which the gas sensor 1 is used. It can be determined whether or not the battery has deteriorated.

本実施形態のように、プロテクタ8を備えるガスセンサ1では、ガスセンサ1を長期間使用することにより、プロテクタ8の内表面に付着物が堆積等した場合、初期状態に比べ、この輻射熱の効果が低減する。このような構成を有するガスセンサ1に、本発明のガスセンサの劣化判定方法を適用した場合には、輻射熱の低減の影響によりセンサ素子10自体は劣化していないにもかかわらず、劣化していると誤判定されることを回避することができ、上述の効果が特に好適に得られる。   As in this embodiment, in the gas sensor 1 including the protector 8, when the gas sensor 1 is used for a long period of time, when deposits are deposited on the inner surface of the protector 8, the effect of this radiant heat is reduced compared to the initial state. To do. When the gas sensor deterioration determination method of the present invention is applied to the gas sensor 1 having such a configuration, the sensor element 10 itself is not deteriorated due to the influence of the reduction of radiant heat, but is deteriorated. An erroneous determination can be avoided, and the above-described effects can be obtained particularly suitably.

なお、本発明は、以上詳述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、上記実施形態では、本発明のガスセンサの劣化判定方法を、いわゆる全領域空燃比センサであるガスセンサ1に適用した場合について例示したが、このガスセンサの構成や用途等はこれに限定されない。例えば、本実施形態では、ヒータ素子4の抵抗値が変化することを考慮し、ヒータ素子4に供給するのは電力であったが、ヒータ素子4の抵抗値の変化を無視できる場合等には電圧を用いてもよい。   The present invention is not limited to the embodiment described in detail above, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the gas sensor deterioration determination method of the present invention is applied to the gas sensor 1 which is a so-called full-range air-fuel ratio sensor is exemplified, but the configuration, usage, and the like of the gas sensor are not limited thereto. For example, in the present embodiment, considering that the resistance value of the heater element 4 changes, power is supplied to the heater element 4. However, when the change in the resistance value of the heater element 4 can be ignored, etc. A voltage may be used.

また、例えば、センサ素子10がプロテクタ8や保護層9を備えないようにしてもよいし、センサ素子10とヒータ素子4とは、別体に設けられていてもよい。さらに、例えば、酸素センサ、NOxセンサ、HCセンサ等、被測定ガス中の特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する固体電解質体とその固体電解質体上に形成された一対の電極とを有するセンサ素子と、そのセンサ素子を加熱するヒータとを有するガスセンサの劣化判定に適用可能である。   Further, for example, the sensor element 10 may not include the protector 8 and the protective layer 9, and the sensor element 10 and the heater element 4 may be provided separately. Further, for example, an oxygen sensor, a NOx sensor, an HC sensor, etc., a solid electrolyte body whose electrical characteristics change according to the concentration of a specific gas in the gas to be measured, and a pair of electrodes formed on the solid electrolyte body It can be applied to deterioration determination of a gas sensor having a sensor element having a heater and a heater for heating the sensor element.

また、上記実施形態では、図5のS5およびS10において、互いに異なる2つの電力を供給し、各電力を供給した際に対応するセンサ素子の内部抵抗値をそれぞれ取得していたが、これに限定されない。例えば、所定温度の雰囲気にガスセンサが晒された状態で、ヒータ素子4に電力を供給した際のセンサ素子の内部抵抗値を、3以上の互いに異なる電力について取得してもよい。3以上の内部抵抗値を用いて上記実施形態と同様なアレニウスプロット(図4参照)を得る場合には、各測定点から近似直線を求めるようにすればよい。3以上の内部抵抗値を用いた場合には、より信頼性の高い近似直線が得られる。   Further, in the above embodiment, in S5 and S10 in FIG. 5, two different electric powers are supplied, and the internal resistance values of the corresponding sensor elements are obtained when the respective electric powers are supplied. Not. For example, the internal resistance value of the sensor element when power is supplied to the heater element 4 in a state where the gas sensor is exposed to an atmosphere of a predetermined temperature may be acquired for three or more different electric powers. When an Arrhenius plot (see FIG. 4) similar to that in the above embodiment is obtained using three or more internal resistance values, an approximate straight line may be obtained from each measurement point. When an internal resistance value of 3 or more is used, an approximate straight line with higher reliability can be obtained.

また、上記実施形態では、図5のS15において算出した理論内部抵抗値と、基準線とから、電力W2供給時の真の内部抵抗値を求め、その真の内部抵抗値が予め定められた所定範囲内に収まっているか否かによりセンサ素子10自体が劣化しているか否かを判断するようにしていたが、これに限定されない。例えば、図5のS15において算出した理論内部抵抗値(算出点503)が予め定められた所定範囲内に収まっているか否かにより、センサ素子10自体が劣化しているか否かを判断するようにしてもよい。この場合は、図5のS20のように、電力W2供給時の真の内部抵抗値を算出しなくてもよいので、処理を簡略化することができる。また例えば、図5のS5およびS10において取得したヒータ素子4への供給電力およびセンサ素子10の内部抵抗値の複数の関係と、予め定められた関係データ(マップデータや、計算式)とから、センサ素子10自体が劣化しているか否かを判断するようにしてもよい。   In the above embodiment, the true internal resistance value at the time of supplying power W2 is obtained from the theoretical internal resistance value calculated in S15 of FIG. 5 and the reference line, and the true internal resistance value is predetermined. Whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated is determined based on whether or not it is within the range, but is not limited thereto. For example, it is determined whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated depending on whether or not the theoretical internal resistance value (calculation point 503) calculated in S15 of FIG. 5 is within a predetermined range. May be. In this case, as in S20 of FIG. 5, since it is not necessary to calculate the true internal resistance value when the power W2 is supplied, the processing can be simplified. Further, for example, from a plurality of relationships between the power supplied to the heater element 4 and the internal resistance value of the sensor element 10 acquired in S5 and S10 in FIG. 5 and predetermined relationship data (map data and calculation formula), It may be determined whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated.

また、上記実施形態では、所定温度に加熱された炉内にガスセンサ1を配置して、劣化判定処理を行うようにしていたが、これに限定されない。例えば、本発明のガスセンサの劣化判定方法を、ガスセンサを搭載した各種装置やシステム内において実行させるようにしてもよい。例えば、自動車の排気管(図示外)にガスセンサが取り付けられているシステムに適用してもよい。この場合、例えば、予めECUが備える記憶装置(例えば、ROM)に、劣化判定処理を実行するプログラムを記憶させておく。そして、ECUが備える処理実行手段(例えば、CPU)に、劣化判定処理が実行されている期間、被測定ガスである自動車からの排気ガスの温度がほぼ一定になる(ガスセンサが所定温度の排気ガスに晒される)タイミングで、本発明のガスセンサの劣化判定処理を実行させる。このように、ガスセンサを搭載した各種装置やシステム内において実行させるようにした場合には、センサ素子が異常状態にあるか否かをガスセンサ使用中に検出することができる。   Moreover, in the said embodiment, although the gas sensor 1 was arrange | positioned in the furnace heated to predetermined temperature and the deterioration determination process was performed, it is not limited to this. For example, the method for determining deterioration of a gas sensor according to the present invention may be executed in various apparatuses and systems equipped with the gas sensor. For example, the present invention may be applied to a system in which a gas sensor is attached to an exhaust pipe (not shown) of an automobile. In this case, for example, a program for executing the deterioration determination process is stored in advance in a storage device (for example, ROM) provided in the ECU. Then, in the process execution means (for example, CPU) provided in the ECU, the temperature of the exhaust gas from the automobile, which is the gas to be measured, becomes substantially constant during the period when the deterioration determination process is being executed (the exhaust gas having a predetermined temperature). The deterioration determination process of the gas sensor according to the present invention is executed at the timing. Thus, when it is made to execute in various devices and systems equipped with a gas sensor, it can be detected during use of the gas sensor whether or not the sensor element is in an abnormal state.

また、上記実施形態において外的要因の影響の有無を判定するようにしてもよい。この場合、例えば、図5のS15において求めた直線の傾きが規定値以内に収まっているか否かに応じて、外的要因の影響の有無を判定するようにしてもよい。また例えば、図5のS5およびS10において取得したヒータ素子4への供給電力およびセンサ素子10の内部抵抗値の複数の関係と、予め定められた関係データ(マップデータや、計算式)とから、外的要因の影響の有無を判断するようにしてもよい。この場合、センサ素子10自体が劣化しているか否かに加え、センサ素子10が外的要因の影響を受けているか否かを的確に判定することができる。   In the above embodiment, the presence or absence of the influence of an external factor may be determined. In this case, for example, the presence or absence of the influence of an external factor may be determined according to whether or not the slope of the straight line obtained in S15 of FIG. 5 is within a specified value. Further, for example, from a plurality of relationships between the power supplied to the heater element 4 and the internal resistance value of the sensor element 10 acquired in S5 and S10 in FIG. 5 and predetermined relationship data (map data and calculation formula), You may make it judge the presence or absence of the influence of an external factor. In this case, in addition to whether or not the sensor element 10 itself has deteriorated, it is possible to accurately determine whether or not the sensor element 10 is affected by an external factor.

酸素センサ、NOxセンサ、HCセンサ等、TF(Thick Film)型の素子を用いたガスセンサの劣化判定方法の他、当該ガスセンサを搭載した特定ガス測定システムに適用可能である。   The present invention can be applied to a specific gas measurement system equipped with a gas sensor in addition to a method for determining deterioration of a gas sensor using a TF (Thick Film) type element such as an oxygen sensor, a NOx sensor, or an HC sensor.

ガスセンサ1の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of a gas sensor 1. FIG. センサ素子10の外観を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an external appearance of a sensor element 10. FIG. センサ素子10の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a sensor element 10. FIG. 所定温度の雰囲気にガスセンサ1を晒した条件における、ヒータ素子4への供給電力又はヒータ素子4に電力を供給した際のセンサ素子10の温度と、その供給電力に対応するセンサ素子10の内部抵抗値Rpvsとをプロット(アレニウスプロット)したグラフである。The power supplied to the heater element 4 or the temperature of the sensor element 10 when power is supplied to the heater element 4 and the internal resistance of the sensor element 10 corresponding to the supplied power under the condition where the gas sensor 1 is exposed to an atmosphere of a predetermined temperature. It is the graph which plotted value Rpvs (Arrhenius plot). ガスセンサ1の劣化判定方法の手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a procedure of a method for determining deterioration of the gas sensor 1.

1 ガスセンサ
3 検出素子
4 ヒータ素子
8 プロテクタ
10 センサ素子
11 先端部
80 外側プロテクタ
85 外側導入孔
90 内側プロテクタ
95 内側導入孔
120,140 固体電解質体
180,190,200,210 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas sensor 3 Detection element 4 Heater element 8 Protector 10 Sensor element 11 Tip part 80 Outer protector 85 Outer introduction hole 90 Inner protector 95 Inner introduction hole 120,140 Solid electrolyte body 180,190,200,210 Electrode

Claims (1)

被測定ガス中の特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する固体電解質体と該固体電解質体上に形成された一対の電極とを有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを有し、前記センサ素子の先端部は、前記被測定ガスを導入するための貫通孔を有するプロテクタにより覆われているガスセンサが劣化しているか否かを判定するガスセンサの劣化判定方法であって、
所定温度の雰囲気に前記ガスセンサが晒された状態で、前記ヒータに電力を供給した際の前記センサ素子の内部抵抗値を、前記ヒータへの複数の異なる供給電力について取得する内部抵抗値取得工程と、
前記内部抵抗値取得工程において取得された複数の前記内部抵抗値に基づき、前記センサ素子が劣化しているか否かを判定する劣化判定工程と
を備え、
前記劣化判定工程では
前記内部抵抗値取得工程において取得された複数の前記内部抵抗値と、当該内部抵抗値が得られた前記ヒータへの各供給電力に基づいてアレニウスプロットにより直線を算出し、
当該直線に基づいて前記ヒータへの非通電時の理論内部抵抗値を算出し、
初期状態のガスセンサを用いて、前記直線を求めた方法と同じ方法で求めた直線である基準線と同じ傾きを有し、かつ前記理論内部抵抗値を通る直線に対し、前記内部抵抗値を取得する際に供給した電力を代入することで算出して求めた真の理論内部抵抗値に基づき、前記センサ素子が劣化しているか否かを判定することを特徴とするガスセンサの劣化判定方法。
A sensor element having a solid electrolyte body whose electrical characteristics change according to the concentration of a specific gas in the gas to be measured, and a pair of electrodes formed on the solid electrolyte body, and a heater for heating the sensor element The sensor element has a tip end portion for determining whether or not a gas sensor covered with a protector having a through-hole for introducing the gas to be measured has deteriorated.
In a state in which atmosphere the gas sensor has been exposed at a predetermined temperature, the internal resistance value of the internal resistance of the sensor element when electric power is supplied to the pre-Symbol heater, to obtain the several different that supply power to the heater Acquisition process;
A deterioration determination step of determining whether or not the sensor element is deteriorated based on the plurality of internal resistance values acquired in the internal resistance value acquisition step,
In the deterioration determination step ,
A plurality of the internal resistance value obtained in the internal resistance value acquisition step, calculates a straight line by Arrhenius plot based on the power supplied to the said heater each internal resistance value is obtained,
Calculate the theoretical internal resistance value when the heater is not energized based on the straight line,
Using the gas sensor in the initial state, the internal resistance value is obtained with respect to a straight line having the same inclination as the reference line obtained by the same method as the method for obtaining the straight line and passing through the theoretical internal resistance value. A gas sensor deterioration determination method, comprising: determining whether or not the sensor element has deteriorated based on a true theoretical internal resistance value calculated by substituting electric power supplied at the time .
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