JP4592570B2 - センサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法 - Google Patents

Description

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

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

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

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

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

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

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

かかる目的を達成するために成された請求項１に記載の発明は、第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、前記第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた前記測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記第１測定室の外かつ前記第２測定室の外かつ前記基準酸素室の外に配置されて、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記第２測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記基準酸素室に配置されて、前記第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の電極が前記基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定装置であって、前記第１測定室の酸素分圧を変更することにより前記第２測定室の酸素分圧を変更する酸素分圧変更手段と、前記酸素分圧変更手段による酸素分圧変更前において、前記第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値を検出する第１電流値検出手段と、前記酸素分圧変更手段による酸素分圧変更後において、前記第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値を検出する第２電流値検出手段と、前記各電流値検出手段により検出された各電流値の比率が、前記第２酸素イオンポンプセルに酸素分圧の変化量に対応した電流の変化が生じていることを検出するための許容範囲を逸脱する場合には前記第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定する劣化判定手段と、を備えたことを特徴としている。

また、上記目的を達成するために成された請求項４に記載の発明方法は、請求項１に記載のガスセンサ素子と同様のガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定方法であって、前記第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値を検出し、前記第１測定室の酸素分圧を変更することにより前記第２測定室の酸素分圧を変更し、前記第２測定室の酸素分圧を変更した後、再び前記第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値を検出し、前記検出された各電流値の比率が、前記第２酸素イオンポンプセルに酸素分圧の変化量に対応した電流の変化が生じていることを検出するための許容範囲を逸脱する場合には前記第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定すること、を特徴としている。

ここで、劣化判定対象となるガスセンサ素子においては、第２酸素イオンポンプセルが正常な状態（劣化していない状態）であれば、酸素分圧変更後には、酸素分圧変更前よりも酸素分圧変更分だけ第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値が変化するはずである。しかしながら、第２酸素イオンポンプセルが劣化した状態であれば、酸素分圧変更後には、正常な状態よりも電流値の変化が小さくなり、例えば酸素分圧を高く変更した場合には、本来の電流値よりも小さい電流しか流れない。つまり、酸素分圧変更前および変更後の各電流値の比率が、予め設定された許容範囲から外れた値になるのである。

このため本発明では、第１測定室の酸素分圧を変更する前および変更した後において、第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値をそれぞれ検出し、各電流値の比率が許容範囲に含まれるか否かに基づいて第２酸素イオンポンプセルが正常状態であるか否かを判定しているのである。

従って、このようなセンサ素子劣化判定装置およびセンサ素子劣化判定方法によれば、第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であるか否かを判定できることから、各種セルを備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定することができる。

次に、請求項１に記載のセンサ素子劣化判定装置において、酸素分圧変更手段は、請求項２に記載のように、第１酸素イオンポンプセルによる単位時間当たりの酸素の汲み出し量または汲み入れ量を変更することにより、第２測定室の酸素分圧を変更することが望ましい。

このようなセンサ素子劣化判定装置によれば、酸素分圧変更手段は、第１酸素イオンポンプセルを用いて第２測定室の酸素分圧を変更するので、新たに酸素分圧を変更するための酸素ポンプセルを配置することなく良好に第２測定室の酸素分圧を変更することができる。よって、酸素分圧を変更するための構成を簡素化することができる。

ところで、請求項１または請求項２に記載のセンサ素子劣化判定装置においては、酸素分圧変更手段により第１測定室の酸素分圧が変更されてから第２測定室の酸素分圧が安定するまでには、一定の時間を要することがある。

そこで、上記のセンサ素子劣化判定装置において、第２電流値検出手段は、請求項３に記載のように、酸素分圧変更手段により第１測定室の酸素分圧が変更された後、第２測定室の酸素分圧が安定するまでの安定化待機時間を経過してから電流値を検出することが望ましい。

このように、酸素分圧が変更された後、安定化待機時間が経過した後であれば、確実に第２測定室の酸素分圧を第１測定室と同等の酸素分圧に設定することができ、劣化判定手段により第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であるか否かをより精度良く判定することができる。

よって、このようなセンサ素子劣化判定装置によれば、より精度良く第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であるか否かを判定でき、ガスセンサ素子の劣化状態を判定する際の判定精度の向上を図ることができる。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

なお、センサ診断処理は、ガスセンサ制御装置１の起動直後やフューエルカット運転時など、排気ガス中の酸素濃度が高い状態となるタイミングで実行することが望ましい。
図２に示すセンサ診断処理は、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、測定対象ガスの酸素分圧を測定する。ここで、Ｓ１１０においては、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが、予め設定された一定電圧となるように第１ポンプセル１１１に電流を流し、このときに第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１を検出することにより、測定対象ガスの酸素分圧を測定する。

そして、Ｓ１２０にて、測定対象ガスの酸素分圧が、所定の値（例えば外気における酸素分圧と略一致する酸素分圧２０％）であるか否かを判定する。酸素分圧が所定の値であると判定されればＳ１３０に移行し、酸素分圧が所定の値ではないと判定されればＳ１１０に戻る。

なお、Ｓ１２０の処理にて酸素分圧が所定の値であるか否かを判定するのは、第１測定室１５９にＮＯｘ等の特定ガスが含まれていない状態で当該処理（センサ診断処理）を実行するためである。即ち、第１測定室１５９にＮＯｘ等の測定対象ガスが含まれている状態で当該処理を実行すると、第２測定室１６１（第２ポンプセル１１３）にてＮＯｘ等の測定対象ガスが分解されてしまい、この結果、当該処理における判定に誤差を生じる虞があるからである。

次いで、Ｓ１３０では、酸素分圧検知セル１１２（Ｖｓセル）の両端電圧Ｖｓ（検知用電極１５５と基準用電極１５７との間の電圧）が第１設定電圧（例えば４２５ｍＶ）になっているか否かを判定する。酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが第１設定電圧になっていると判定されればＳ１８０に移行し、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが第１設定電圧になっていないと判定されればＳ１４０に移行する。

そして、Ｓ１４０では、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが第１設定電圧になるよう第１ポンプセル１１１に流す電流値を制御し、Ｓ１５０に移行する。
次いで、Ｓ１５０では、ガスセンサ制御装置１９０に内蔵されたタイマをＯＮに設定し、Ｓ１６０に移行する。

そして、Ｓ１６０では、タイマがＯＮに設定されてから第２測定室の酸素分圧が第１測定室の酸素分圧と一致するまでの所定時間（本実施例では５秒）が経過したか否かを判定する。所定時間が経過していればＳ１７０に移行し、所定時間が経過していなければＳ１６０の処理を繰り返す。

続いて、Ｓ１７０では、ガスセンサ制御装置１９０に内蔵されたタイマをＯＦＦに設定し、Ｓ１３０に戻る。
一方、Ｓ１８０では、第２ポンプセル１１３の両端子間（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）に流れる電流値を測定する。

次いで、Ｓ１９０では、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが第１設定電圧よりも電圧値が低い第２設定電圧になるよう第１ポンプセル１１１に流す電流値を制御し、Ｓ２００に移行する。即ち、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓを第１設定電圧よりも電圧値が低い第２設定電圧にすることにより、第１測定室１５９の酸素分圧が高くなるようにしているのである。特に、本実施例において、第２設定電圧は、第１設定電圧よりも５０ｍＶ低い電圧値（例えば３７５ｍＶ）に設定されている。

次いで、Ｓ２００では、ガスセンサ制御装置１９０に内蔵されたタイマをＯＮに設定し、Ｓ２１０に移行する。
そして、Ｓ２１０では、タイマがＯＮに設定されてから第２測定室１６１の酸素分圧が第１測定室１５９の酸素分圧と一致するまでの所定時間（本実施例では５秒）が経過したか否かを判定する。所定時間が経過していればＳ２２０に移行し、所定時間が経過していなければＳ２１０の処理を繰り返す。

続いて、Ｓ２２０では、ガスセンサ制御装置１９０に内蔵されたタイマをＯＦＦに設定し、Ｓ２３０に移行する。
次に、Ｓ２３０では、第２ポンプセル１１３の両端子間に流れる電流値を再び測定する。

そして、Ｓ２４０にて、「Ｓ１８０にて測定した第２ポンプセル１１３における電流値（Ａ）」に対する「Ｓ２３０にて測定した第２ポンプセル１１３における電流値（Ｂ）」の比の値（Ｂ／Ａ）を演算する。

続いて、Ｓ２５０にて、この比の値（Ｂ／Ａ）が予めガスセンサ制御装置１９０内に記憶された所定の許容範囲内に収まっているか否かを判定する。この比の値が許容範囲内に収まっていれば、第２ポンプセル１１３は正常であるものとしてＳ２６０に移行し、この比の値が許容範囲から逸脱していれば、第２ポンプセル１１３は劣化しているものとしてＳ２７０に移行する。

次いで、Ｓ２６０では、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが第１設定電圧（つまり通常の検知状態）になるよう第１ポンプセル１１１に流す電流値を制御し、センサ診断処理を終了する。

また、Ｓ２７０では、ＮＯｘガスセンサ素子１０が劣化している旨を示す異常発生信号を車両に備えられた表示制御装置や警告音発生装置等の他の異常報知装置に送信し、センサ診断処理を終了する。

ここで、Ｓ１８０にて測定した第２ポンプセル１１３における電流値（Ａ）と、Ｓ２３０にて測定した第２ポンプセル１１３における電流値（Ｂ）とには、図３に示すような関係がある。なお、図３は酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓと、第２ポンプセル１１３の両端子間に流れる電流値との関係を示すグラフである。

図３に示すように、正常状態の第２ポンプセル１１３においては、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓと、第２ポンプセル１１３の両端子間に流れる電流値とには、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓの電圧差が５０ｍＶのとき第２ポンプセル１１３の両端子間に流れる電流値が１０倍になるという特性があることが解る（図３における実線参照）。

しかしながら、劣化状態の第２ポンプセル１１３においては、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓの電圧差が５０ｍＶであったとしても、第２ポンプセル１１３の両端子間に流れる電流値は１０倍になることはなく、それよりもかなり小さな電流値しか得られない（図３における破線参照）。

このため本実施形態においては、予めＳ１８０およびＳ２３０にて測定した電流値の比の値における許容範囲を設定しておき、各電流値の比率が許容範囲に含まれるか否かに基づいて第２ポンプセル１１３が正常状態であるか否かを判定しているのである。

なお、本実施例のＳ２５０の処理にて使用した所定の許容範囲は、より具体的には、例えば、「２０／３≦（Ｂ／Ａ）≦１０」の範囲内に設定されている。このように許容範囲の上限値を「１０」に設定したのは、本実施例の第２ポンプセル１１３は、酸素分圧検知セル１１２の両端電圧Ｖｓの電圧差が５０ｍＶのとき、出力が１０倍になる特性を有するためである。また、許容範囲の下限値を「２０／３」に設定したのは、自動車用触媒コンバータ等の劣化検出では、一般的に規制値の１．５倍の値で判定しているため、上限に設定した「１０」を「１．５」で除算した数値を下限値に設定している。

上記のように詳述したＮＯｘガスセンサ素子１０においては、第１測定室１５９と、第１ポンプセル１１１と、第２測定室１６１と、第２ポンプセル１１３と、基準酸素室１１８と、酸素分圧検知セル１１２と、を備えている。

そして、ガスセンサ制御装置１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０の劣化状態を判定するセンサ診断処理を実行する。即ち、ガスセンサ制御装置１９０は、センサ診断処理にて、第１測定室１５９の酸素分圧を変更することにより第２測定室１６１の酸素分圧を変更する処理（Ｓ１９０）と、酸素分圧変更前において、第２ポンプセル１１３に流れる電流値を検出する処理（Ｓ１８０）と、酸素分圧変更後において、第２ポンプセル１１３に流れる電流値を検出する処理（Ｓ２３０）と、を実行する。

さらにガスセンサ制御装置１９０は、センサ診断処理にて、各電流値検出手段により検出された電流値の比率が予め設定された許容範囲内であるか否かを判断し、電流値の比率が許容範囲に含まれる場合には第２ポンプセル１１３が正常状態であると判定し、電流値の比率が許容範囲を逸脱する場合には第２ポンプセル１１３が劣化状態であると判定する処理（Ｓ２４０，Ｓ２５０）を実行する。

従って、このようなガスセンサ制御装置１９０が実行するセンサ診断処理によれば、第２ポンプセル１１３が劣化した状態であれば、酸素分圧変更後には、本来の電流値よりも小さい電流しか流れないことから第２ポンプセル１１３が劣化状態であるか否かを判定できる。よって、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できる。

また、ガスセンサ制御装置１９０は、センサ診断処理（Ｓ１９０）にて、第１ポンプセル１１１による単位時間当たりの酸素の汲み出し量または汲み入れ量を変更することにより、第２測定室１６１の酸素分圧を変更する。

従って、ガスセンサ制御装置１９０は、センサ診断処理（Ｓ１９０）にて、第１ポンプセル１１１を用いて第２測定室１６１の酸素分圧を変更するので、ガスセンサ制御装置１９０は、ＮＯｘガスセンサ素子１０に酸素分圧を変更するための酸素ポンプセルを新たに配置することなく良好に第２測定室１６１の酸素分圧を変更することができる。よって、酸素分圧を変更するための構成を簡素化することができる。

さらに、ガスセンサ制御装置１９０は、センサ診断処理（Ｓ２３０）にて、酸素分圧が変更された後、第２測定室１６１の酸素分圧が安定するまでの安定化待機時間を経過してから電流値を検出する（Ｓ２００〜Ｓ２２０）。

このように、酸素分圧が変更された後、安定化待機時間が経過した後であれば、確実に第２測定室１６１の酸素分圧を第１測定室１５９と同等の酸素分圧に設定することができ、センサ診断処理（Ｓ２４０，Ｓ２５０）により第２ポンプセル１１３が劣化状態であるか否かをより精度良く判定することができる。

よって、このようなガスセンサ制御装置１９０が実行するセンサ診断処理によれば、より精度良く第２ポンプセル１１３が劣化状態であるか否かを判定でき、ガスセンサ素子の劣化状態を判定する際の判定精度の向上を図ることができる。

ここで、上記実施例において、第１ポンプセル１１１および第２ポンプセル１１３は、それぞれ本発明でいう第１酸素イオンポンプセルおよび第２酸素イオンポンプセルに相当する。また、第１拡散抵抗体１１６および第２拡散抵抗体１１７は、それぞれ本発明でいう第１拡散抵抗部および第２拡散抵抗部に相当する。そして、ガスセンサ制御装置１９０は、本発明でいうセンサ素子劣化判定装置に相当する。

また、上記実施例のセンサ診断処理は、センサ素子劣化判定方法に相当する。そして、このセンサ診断処理において、Ｓ１８０の処理を実行するガスセンサ制御装置１９０が本発明でいう第１電流値検出手段に相当し、Ｓ１９０の処理を実行するガスセンサ制御装置１９０が本発明でいう酸素分圧変更手段に相当する。また、上記実施例のセンサ診断処理において、Ｓ２３０の処理を実行するガスセンサ制御装置１９０が本発明でいう第２電流値検出手段に相当し、Ｓ２４０およびＳ２５０の処理を実行するガスセンサ制御装置１９０が本発明でいう劣化判定手段に相当する。

なお、本発明の実施の形態は、上記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
例えば、本実施例のセンサ診断処理においては、Ｓ１１０，Ｓ１２０にて、測定対象ガスの酸素分圧が所定の値であるか否かを判定することにより、ＮＯｘ等の特定ガスが含まれていない状態で処理を実行するよう構成したが、この処理（Ｓ１１０，Ｓ１２０）は必ずしも必要な処理ではない。即ち、測定対象ガスに含まれる特定ガスが僅かである場合など、Ｓ１８０およびＳ２３０にて測定した電流値の比の値が許容範囲内に含まれているか否か判定（Ｓ２５０）の際に、特定ガスの影響を無視できるような場合には、Ｓ１１０，Ｓ１２０の処理を不要とすることができる。

また、Ｓ１２０における酸素分圧の値（２０％）や、Ｓ１６０，Ｓ２１０における待機時間（５秒）等の各種数値については、任意に設定可能であることは言うまでもない。

ＮＯｘガスセンサ素子を示す内部構成図である。 センサ診断処理を示すフローチャートである。 酸素分圧検知セルの両端電圧Ｖｓと、第２ポンプセルの両端子間に流れる電流値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…ＮＯｘガスセンサ素子、１４…導入経路、１１１…第１ポンプセル、１１２…酸素分圧検知セル、１１３…第２ポンプセル、１１４…絶縁層、１１５…絶縁層、１１６…第１拡散抵抗体、１１７…第２拡散抵抗体、１１８…基準酸素室、１２１…第１多孔質電極、１２２…保護層、１２３…検知用多孔質電極、１２５…第２多孔質電極、１３１…第１固体電解質層、１３５…第１ポンプ用第１電極、１３７…第１ポンプ用第２電極、１４１…第２固体電解質層、１４５…第２ポンプ用第１電極、１４７…第２ポンプ用第２電極、１５１…検知用固体電解質層、１５５…検知用電極、１５７…基準用電極、１５９…第１測定室、１６１…第２測定室、１７１，１７３…絶縁層、１７５…ヒータ、１８０…ヒータ部、１９０…ガスセンサ制御装置。

Claims (4)

1. 第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、
   前記第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた前記測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、
   基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記第１測定室の外かつ前記第２測定室の外かつ前記基準酸素室の外に配置されて、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記第２測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記基準酸素室に配置されて、前記第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の電極が前記基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、
   を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定装置であって、
   前記第１測定室の酸素分圧を変更することにより前記第２測定室の酸素分圧を変更する酸素分圧変更手段と、
   前記酸素分圧変更手段による酸素分圧変更前において、前記第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値を検出する第１電流値検出手段と、
   前記酸素分圧変更手段による酸素分圧変更後において、前記第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値を検出する第２電流値検出手段と、
   前記各電流値検出手段により検出された各電流値の比率が、前記第２酸素イオンポンプセルに酸素分圧の変化量に対応した電流の変化が生じていることを検出するための許容範囲を逸脱する場合には前記第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定する劣化判定手段と、
   を備えたことを特徴とするセンサ素子劣化判定装置。
2. 前記酸素分圧変更手段は、前記第１酸素イオンポンプセルによる単位時間当たりの酸素の汲み出し量または汲み入れ量を変更することにより、前記第２測定室の酸素分圧を変更すること、
   を特徴とする請求項１に記載のセンサ素子劣化判定装置。
3. 前記第２電流値検出手段は、前記酸素分圧変更手段により前記第１測定室の酸素分圧が変更された後、前記第２測定室の酸素分圧が安定するまでの安定化待機時間を経過してから電流値を検出すること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ素子劣化判定装置。
4. 第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、
   前記第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた前記測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、
   基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記第１測定室の外かつ前記第２測定室の外かつ前記基準酸素室の外に配置されて、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記第２測定室に配置されるとともに前記一対の電極の他方が前記基準酸素室に配置されて、前記第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、
   酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の電極が前記基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、
   を備えるガスセンサ素子の劣化状態を判定するセンサ素子劣化判定方法であって、
   前記第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値を検出し、
   前記第１測定室の酸素分圧を変更することにより前記第２測定室の酸素分圧を変更し、
   前記第２測定室の酸素分圧を変更した後、再び前記第２酸素イオンポンプセルに流れる電流値を検出し、
   前記検出された各電流値の比率が、前記第２酸素イオンポンプセルに酸素分圧の変化量に対応した電流の変化が生じていることを検出するための許容範囲を逸脱する場合には前記第２酸素イオンポンプセルが劣化状態であると判定すること、
   を特徴とするセンサ素子劣化判定方法。