JP4965356B2 - ガスセンサの劣化判定方法 - Google Patents

Description

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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、ヒータに電力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、ヒータに電力を印加した場合、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。

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力を印加しても、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ガスセンサ１の縦断面図である。 センサ素子１０の外観を示す斜視図である。 センサ素子１０の分解斜視図である。 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。 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。

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

Claims (1)

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、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。

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