气体传感器及气体传感器的控制方法与流程

本发明涉及气体传感器及气体传感器的控制方法。

背景技术：

1、气体传感器用于汽车尾气等被测定气体中的对象气体成分(氧o2、氮氧化物nox、氨nh3、烃hc、二氧化碳co2等)的检测及浓度的测定。例如，对汽车尾气中的对象气体成分的浓度进行测定，基于该测定值，对搭载于汽车的尾气净化系统进行优化控制。

2、作为这样的气体传感器，已知有使用了氧化锆(zro2)等氧离子传导性固体电解质的气体传感器。例如，日本特许第4903895号中公开一种气体传感器，其具备：对导入至第一测定室的监测对象气体的氧浓度进行调整的第一氧泵单元、以及对导入至第二测定室的特定气体的浓度进行检测的第二氧泵单元。

3、另外，日本特许第4903895号中公开如下内容，即，在驱动控制开始前，进行向第二氧泵单元供给一定时间的恒定电流的预备控制，以便降低气体传感器的启动时间偏差。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：日本特许第4903895号

技术实现思路

1、使用了固体电解质的气体传感器从启动至能够进行测定对象气体浓度的测定需要花费时间。该时间称为起燃时间。

2、随着对汽车尾气限制等的强化，要求汽车的发动机启动之后以更短的时间使尾气净化系统发挥作用。因此，要求气体传感器的起燃时间更短。

3、例如，如上所述，日本特许第4903895号公开了如下内容，即，具备第一氧泵单元和第二氧泵单元的气体传感器中，在驱动控制开始前，进行向第二氧泵单元供给一定时间的恒定电流的预备控制，以便降低气体传感器的启动时间(起燃时间)的偏差。且公开了：预备控制中向第二氧泵单元施加的电压大于驱动控制时向第二氧泵单元施加的电压。

4、然而，自被测定气体导入口开始2个以上的泵单元串联配置的气体传感器中，由下文中详细说明可知，有时起燃时间变长。

5、另外，可知：如果向泵单元施加的电压过大，则构成泵单元中包含的固体电解质的氧发生移动，固体电解质的强度有时会降低。结果可知，有时在传感器元件的内部结构发生开裂。

6、因此，本发明的目的在于，提供起燃时间短且抑制在传感器元件的内部结构发生开裂的气体传感器。

7、本发明的发明人进行了潜心研究，结果发现，利用以下的发明，不会使传感器元件的内部结构发生开裂，且能够使起燃时间变短。

8、本发明包括以下发明。

9、(1)一种气体传感器，其对被测定气体中的测定对象气体进行检测，

10、包括：传感器元件、以及对所述传感器元件进行控制的控制装置，

11、所述气体传感器的特征在于，

12、所述传感器元件包括：

13、长条板状的基体部，该基体部包含氧离子传导性的固体电解质层；

14、被测定气体流通部，该被测定气体流通部由所述基体部的长度方向上的一个端部形成；

15、调整用泵单元，该调整用泵单元包括在所述被测定气体流通部的内表面所配设的内侧泵电极、以及在所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置所配设的与所述内侧泵电极相对应的外侧泵电极，且用于将被测定气体中的氧调整为所期望的浓度；以及

16、测定用泵单元，该测定用泵单元包括在所述被测定气体流通部的内表面的比所述内侧泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置所配设的内侧测定电极、以及在所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置所配设的与所述内侧测定电极相对应的外侧测定电极，且用于检测被测定气体中的测定对象气体，

17、所述控制装置包括泵控制部，该泵控制部对所述调整用泵单元及所述测定用泵单元的动作进行控制，

18、所述泵控制部进行所述传感器元件启动时的启动时泵控制、以及所述启动时之后的所述传感器元件稳定驱动时的稳定驱动泵控制，

19、所述启动时泵控制中，向所述调整用泵单元的所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加所述调整用泵单元的启动时电压，该电压比所述稳定驱动泵控制中向所述调整用泵单元施加的电压高，向所述测定用泵单元的所述内侧测定电极与所述外侧测定电极之间施加所述测定用泵单元的启动时电压，该电压比所述稳定驱动泵控制中向所述测定用泵单元施加的电压高且比所述调整用泵单元的所述启动时电压低，

20、所述稳定驱动泵控制中，利用所述调整用泵单元将被测定气体中的氧调整为所期望的浓度，并利用所述测定用泵单元对被测定气体中的测定对象气体进行检测。

21、(2)根据上述(1)中记载的气体传感器，其特征在于，

22、所述传感器元件还包括辅助泵单元，

23、该辅助泵单元包括在所述被测定气体流通部的内表面的比所述内侧泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置所配设的内侧辅助泵电极、以及在所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置所配设的与所述内侧辅助泵电极相对应的外侧辅助泵电极，且用于进一步调整被测定气体中的氧浓度，

24、所述启动时泵控制中，还向所述辅助泵单元的所述内侧辅助泵电极与所述外侧辅助泵电极之间施加所述辅助泵单元的启动时电压，该电压比所述稳定驱动泵控制中向所述辅助泵单元施加的电压高且为所述调整用泵单元的所述启动时电压以下且比所述测定用泵单元的所述启动时电压高，

25、所述稳定驱动泵控制中，利用所述调整用泵单元将被测定气体中的氧调整为所期望的浓度，将利用所述调整用泵单元调整后的被测定气体中的氧浓度利用所述辅助泵单元进一步进行调整，并利用所述测定用泵单元对被测定气体中的测定对象气体进行检测。

26、(3)根据上述(1)或(2)中记载的气体传感器，其特征在于，

27、所述传感器元件包括加热器，该加热器对所述基体部进行加热，

28、所述控制装置包括：

29、加热器控制部，该加热器控制部对所述加热器进行控制；以及

30、判定部，该判定部对所述启动时泵控制的开始及结束进行判定，

31、所述加热器控制部进行如下加热器控制，即，利用所述加热器对所述基体部进行加热，将所述基体部的温度经所述启动时泵控制的开始温度而进一步升温至规定的稳定驱动温度，并将所述基体部的温度保持为所述稳定驱动温度，

32、所述判定部判定为所述基体部的温度到达所述启动时泵控制的所述开始温度时，使所述泵控制部开始所述启动时泵控制。

33、(4)根据上述(3)中记载的气体传感器，其特征在于，

34、所述判定部判定为所述启动时泵控制中流通于所述测定用泵单元的泵电流为规定的阈值以下时，使所述泵控制部从所述启动时泵控制向所述稳定驱动泵控制切换。

35、(5)根据上述(3)中记载的气体传感器，其特征在于，

36、所述传感器元件包括基准电极，该基准电极配设成在所述基体部的内部与基准气体接触，

37、所述判定部判定为所述启动时泵控制中所述内侧测定电极与所述基准电极之间的电动势为规定的阈值以上时，使所述泵控制部从所述启动时泵控制向所述稳定驱动泵控制切换。

38、(6)根据上述(1)～(5)中的任一项中记载的气体传感器，其特征在于，

39、所述调整用泵单元的所述启动时电压为1.5v以上3.0v以下。

40、(7)根据上述(1)～(6)中的任一项中记载的气体传感器，其特征在于，

41、所述测定用泵单元的所述启动时电压为0.5v以上1.45v以下。

42、(8)根据上述(1)～(7)中的任一项中记载的气体传感器，其特征在于，

43、所述调整用泵单元的所述启动时电压相对于所述测定用泵单元的所述启动时电压的电压比为1.03以上6.00以下。

44、(9)一种气体传感器的控制方法，该气体传感器用于对被测定气体中的测定对象气体进行检测，

45、所述气体传感器的控制方法的特征在于，

46、所述气体传感器包括：传感器元件、以及对所述传感器元件进行控制的控制装置，

47、所述传感器元件包括：

48、长条板状的基体部，该基体部包含氧离子传导性的固体电解质层；

49、被测定气体流通部，该被测定气体流通部由所述基体部的长度方向上的一个端部形成；

50、调整用泵单元，该调整用泵单元包括在所述被测定气体流通部的内表面所配设的内侧泵电极、以及在所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置所配设的与所述内侧泵电极相对应的外侧泵电极，且用于将被测定气体中的氧调整为所期望的浓度；以及

51、测定用泵单元，该测定用泵单元包括在所述被测定气体流通部的内表面的比所述内侧泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置所配设的内侧测定电极、以及在所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置所配设的与所述内侧测定电极相对应的外侧测定电极，且用于检测被测定气体中的测定对象气体，

52、所述控制装置包括泵控制部，该泵控制部对所述调整用泵单元及所述测定用泵单元的动作进行控制，

53、所述控制方法包括：在所述传感器元件的启动时执行的启动时泵控制步骤、以及之后执行的稳定驱动泵控制步骤，

54、所述启动时泵控制步骤中，泵控制部向所述调整用泵单元的所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加所述调整用泵单元的启动时电压，该电压比所述稳定驱动泵控制中向所述调整用泵单元施加的电压高，向所述测定用泵单元的所述内侧测定电极与所述外侧测定电极之间施加所述测定用泵单元的启动时电压，该电压比所述稳定驱动泵控制中向所述测定用泵单元施加的电压高且比所述调整用泵单元的所述启动时电压低，

55、所述稳定驱动泵控制步骤中，泵控制部利用所述调整用泵单元将被测定气体中的氧调整为所期望的浓度，并利用所述测定用泵单元对被测定气体中的测定对象气体进行检测。

56、(10)根据上述(9)中记载的控制方法，其特征在于，

57、所述传感器元件还包括辅助泵单元，

58、该辅助泵单元包括在所述被测定气体流通部的内表面的比所述内侧泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置所配设的内侧辅助泵电极、以及在所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置所配设的与所述内侧辅助泵电极相对应的外侧辅助泵电极，且用于进一步调整被测定气体中的氧浓度，

59、所述启动时泵控制步骤中，泵控制部还向所述辅助泵单元的所述内侧辅助泵电极与所述外侧辅助泵电极之间施加所述辅助泵单元的启动时电压，该电压比所述稳定驱动泵控制中向所述辅助泵单元施加的电压高且为所述调整用泵单元的所述启动时电压以下且比所述测定用泵单元的所述启动时电压高，

60、所述稳定驱动泵控制步骤中，泵控制部利用所述调整用泵单元将被测定气体中的氧调整为所期望的浓度，将利用所述调整用泵单元调整后的被测定气体中的氧浓度利用所述辅助泵单元进一步进行调整，并利用所述测定用泵单元对被测定气体中的测定对象气体进行检测。

61、(11)根据上述(9)或(10)中记载的控制方法，其特征在于，

62、所述传感器元件包括加热器，该加热器对所述基体部进行加热，

63、所述控制装置包括：

64、加热器控制部，该加热器控制部对所述加热器进行控制；以及

65、判定部，该判定部对所述启动时泵控制的开始及结束进行判定，

66、所述控制方法进行如下加热器控制步骤，即，所述加热器控制部利用所述加热器对所述基体部进行加热，将所述基体部的温度经所述启动时泵控制的开始温度而进一步升温至规定的稳定驱动温度，并将所述基体部的温度保持为所述稳定驱动温度，

67、并且，所述判定部判定为所述基体部的温度到达所述启动时泵控制的所述开始温度时，开始所述启动时泵控制步骤。

68、(12)根据上述(11)中记载的控制方法，其特征在于，

69、所述控制方法进行所述加热器控制步骤，

70、并且，所述判定部判定为所述启动时泵控制中流通于所述测定用泵单元的泵电流为规定的阈值以下时，结束所述启动时泵控制步骤，开始所述稳定驱动泵控制步骤。

71、(13)根据上述(11)中记载的控制方法，其特征在于，

72、所述传感器元件包括基准电极，该基准电极配设成在所述基体部的内部与基准气体接触，

73、所述控制方法进行所述加热器控制步骤，

74、并且，所述判定部判定为所述启动时泵控制中所述内侧测定电极与所述基准电极之间的电动势为规定的阈值以上时，结束所述启动时泵控制步骤，开始所述稳定驱动泵控制步骤。

75、(14)根据上述(9)～(13)中的任一项中记载的控制方法，其特征在于，

76、所述调整用泵单元的所述启动时电压为1.5v以上3.0v以下。

77、(15)根据上述(9)～(14)中的任一项中记载的控制方法，其特征在于，

78、所述测定用泵单元的所述启动时电压为0.5v以上1.45v以下。

79、(16)根据上述(9)～(15)中的任一项中记载的控制方法，其特征在于，

80、所述调整用泵单元的所述启动时电压相对于所述测定用泵单元的所述启动时电压的电压比为1.03以上6.00以下。

81、发明效果

82、根据本发明，能够提供起燃时间短且抑制在传感器元件的内部结构发生开裂的气体传感器。