[发明专利]气体传感器及气体传感器的动作控制方法

说明书

本发明实现了适当地控制向构成泵单元的一对泵电极间施加的电压的气体传感器。极限电流型的气体传感器具备传感器元件、且对被测定气体中的NOx浓度进行测定，该传感器元件具有含有氧离子传导性固体电解质的基体部，上述气体传感器具有：泵单元，该泵单元具备配置成能够与导入至元件内部的气体接触的第一电极、以及配置成在与该第一电极之间设置有固体电解质部分的第二电极；以及泵送诊断部，该泵送诊断部诊断通过向两个电极间施加规定的泵电压而在固体电解质部分产生的电极间电场是否超过第一阈值，在电极间电场超过第一阈值的情况下，降低规定的泵电压以使得电极间电场低于第一阈值。

技术领域

本发明涉及对氮氧化物(NOx)的浓度进行求解的气体传感器，特别是涉及其动作控制。

背景技术

已经公知如下极限电流型的气体传感器(NOx传感器)，其采用将氧离子传导性的固体电解质(例如ZrO₂)作为主要构成成分的传感器元件(例如，参见专利文献1)。这种气体传感器中，在求解NOx浓度时，首先，将被测定气体在规定的扩散阻力下导入至在传感器元件的内部设置的空腔(内部空腔)，利用例如被称为主泵单元以及辅助泵单元等(专利文献1中为第一电化学泵单元以及第二电化学泵单元)的设置为两级的电化学泵单元将这样的被测定气体中的氧吸出，从而预先使得被测定气体中的氧浓度充分降低。然后，在作为还原催化剂而发挥作用的测定电极(专利文献1中为第三内侧泵电极)处将被测定气体中的NOx还原或分解，利用包括测定电极的例如被称为测定泵单元等(专利文献1中为第三电化学泵单元)的有别于上述电化学泵单元的电化学泵单元将由此生成的氧吸出。并且，利用在这样的测定泵单元流通的电流(NOx电流)与NOx的浓度之间具有恒定的函数关系这一点来求解NOx的浓度。

对于这样的气体传感器(NOx传感器)，还已经公知如下方案：以抑制NOx在主泵单元将氧从内部空腔吸出时被分解而提高NOx的检测精度为目的，使用添加有Au的Pt(Au-Pt合金)作为设置于内部空腔而构成主泵单元的内侧泵电极的金属成分(例如，参见专利文献2以及专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3050781号公报

专利文献2：日本特开2014-190940号公报

专利文献3：日本特开2014-209128号公报

发明内容

关于如上所述的气体传感器，通常，为了使构成传感器元件的氧离子传导性的固体电解质活化，对于该传感器元件以利用其内部具备的加热器将其保持为规定温度(元件驱动温度)的状态而使用。并且，在其使用时(进行浓度测定的稳定动作时)，在气体传感器所具备的控制器的控制下，向各泵单元的一对泵电极间施加数百mV左右的电压，以便进行氧的泵送(吸出或者吸入)。

在开始上述气体传感器的使用时(启动时)，对处于低温(例如常温)状态的传感器元件进行升温加热，同时，为了将在不使用期间进入内部空腔的空气中的氧除去而利用泵单元进行氧的吸出。此时，根据尽量缩短直至能够使用气体传感器为止的时间这一意图，将向一对泵电极间施加的电压设为大于稳定动作时的数V的值。另外，除了这样的启动时以外，在不进行浓度测定的时机也会发生这样的较大的电压施加于该泵电极间的情况。

然而，以往，如果向各泵单元的一对泵电极间施加的电压过大，则存在各泵电极间存在的固体电解质产生裂纹的问题。推测其原因在于：因泵电压的施加而在该泵电极间产生较强的电场，由此使得该泵电极间存在的固体电解质中的氧移动，从而在固体电解质内形成氧减少的区域而导致强度下降。传感器元件一旦产生这样的裂纹的情况下，气体传感器中无法适当地测定气体浓度，因此，向各泵单元的一对泵电极间施加的电压在稳定动作时以外也需要适当地控制。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，实现适当地控制向传感器元件中构成泵单元的一对泵电极间施加的电压的气体传感器。