JP6539197B2 - ガスセンサの診断方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態に係る診断手法における診断対象の一例としてのガスセンサ100Aの構成を概略的に示す断面模式図である。本実施の形態に係る診断手法とは、概略、ガスセンサ100Aを継続的に使用することで低下するセンサ出力を回復させるために行う回復処理の要否を、診断する手法である。
図2は、ガスセンサ100Aのような混成電位型のガスセンサにおける反応抵抗(電極反応抵抗)の時間変化について模式的に示す図である。
次に、回復処理の要否を診断する手法について説明する。回復処理は、経時的に低下していたセンサ出力を回復させることを目的とするものであるので、センサ出力の挙動に基づいてその要否を判断する態様であってもよいが、上述したように、回復処理として行う処理自体は、検知電極に対するガス成分の吸着つまりは可逆劣化を解消することで、センサ出力の要因となっていた反応抵抗の低下をキャンセルするものであるところ、センサ出力の変動には、回復処理の対象とならず、しかも、反応抵抗を経時的に増大させる不可逆劣化も影響することから、回復処理の本来的な作用効果である可逆劣化の解消を好適なタイミングで行うには、可逆劣化に起因した検知電極の劣化の状況を反映して低下する反応抵抗の値に基づいて回復処理を行うことが望ましい。
図3に模式的に示したように、反応抵抗は、ガスセンサにおいて検知電極と基準電極との間に周波数を違えつつ交流電圧を印加して2端子インピーダンス測定を行った結果に基づいて得られるナイキスト線図から、特定される。それゆえ、ナイキスト線図から求まる反応抵抗の値があらかじめ定めておいた閾値を下回った場合に、検知電極においてガス西部の付着が測定精度に影響を与える程度に進行しているので回復処理の実行が必要であると診断することができる。
C2H4(未燃炭化水素ガスに相当)=1000ppm(=2000ppmC);
O2=10%;
H2O=5%;
N2=残余;
インピーダンス測定:
周波数=0.1Hz〜1MHz;
振幅=10mV;
OCV(開放電圧)に対するバイアス電圧=0;
測定インターバル→ガス導入時から60分後までの間に5分ごと(t=5〜60)。
上述した第1の態様でのナイキスト線図に基づく診断は、反応抵抗を直接に求める関係上、インピーダンス測定を行うタイミングが到来する都度、広い周波数範囲(図4の場合であれば0.1Hz〜1MHz)に渡ってインピーダンスを測定する必要がある。それゆえ、一回の測定に時間を要する。また、一般に、内燃機関から排出される排ガスの成分濃度は変動しやすいため、測定に時間を要すると、厳密にいえば周波数によって測定対象における未燃炭化水素ガスの濃度が異なってしまい好ましくない場合も有り得る。
上述した第2の態様では位相角θについてのボード線図に現れるピークを利用して回復処理の実行の要否を診断するようにしているが、これに代わり、インピーダンスの絶対値|Z|についてのボード線図に基づいて回復処理の実行の要否を診断することも可能である。
ΔLog|Z|=Log|Z2|−Log|Z1|
の値に乗ずる閾値係数kを定めておく。ここで、閾値係数kとは、0<k<1をみたす値であって、ガスセンサの使用が継続されるにつれて図6に示すように生じるLog|Z|の減少が、差分値ΔLog|Z|を基準としてどの程度まで許容されるかを表す値である。閾値係数kを、Log|Z|について許容される減少分が第1の態様における反応抵抗の閾値に見合うように定めることで、直接に反応抵抗を求めずとも、回復処理が必要な程度にまで反応抵抗が低下したと判断することができる。
TH=Log|Z1|+k・ΔLog|Z|
なる式にて定まる閾値以下となった場合に、回復処理が必要と判断される。
ΔLog|Z|=Log|Z2|−Log|Z1|=0.7
である。従って、診断周波数である1HzにおけるLog|Z|の値が、
TH=4.15+0.8×0.7=4.71
を下回れば、回復処理が必要と診断されることになる。
上述の実施の形態においては、診断処理の対象となるガスセンサとして、ガスセンサ100Aのみを例示しているが、他の構造を有するガスセンサについても診断処理の対象となり得る。
C2H4(未燃炭化水素ガスに相当)=2000ppm(4000ppmC);
O2=10%;
H2O=5%;
N2=残余。
10 検知電極
20 基準電極
30 基準ガス導入層
40 基準ガス導入空間
50 表面保護層
60 電位差計
70 ヒータ部
71 ヒータ電極
72 ヒータ
73 スルーホール
74 ヒータ絶縁層
75 圧力放散孔
100A ガスセンサ
101A センサ素子
E1 (センサ素子の)先端部
E2 (センサ素子の)基端部
Sa (センサ素子の)表面
Sb (センサ素子の)裏面
Claims (7)
- 混成電位型のガスセンサに対して行う、前記ガスセンサの出力を回復させる回復処理の要否を診断する方法であって、
それぞれが前記ガスセンサに備わる、被測定ガス雰囲気に曝される検知電極と、基準雰囲気に曝される基準電極との間で、インピーダンス測定を行う測定工程と、
前記インピーダンス測定の結果に基づいて得られる、前記ガスセンサにおける電極反応抵抗または前記電極反応抵抗と相関のあるパラメータである診断対象パラメータに基づいて、前記回復処理の要否を診断する診断工程と、
を備え、
前記測定工程および前記診断工程を、前記ガスセンサの使用時に断続的にもしくは周期的に繰り返し行い、前記診断工程において前記診断対象パラメータが所定の閾値条件をみたす場合に前記回復処理が必要であると診断する、
ことを特徴とするガスセンサの診断方法。 - 請求項1に記載のガスセンサの診断方法であって、
前記測定工程においては、前記電極反応抵抗についてのナイキスト線図を作成可能な周波数範囲において周波数を違えつつ前記検知電極と前記基準電極との間に交流電圧を印加することによって前記インピーダンス測定を行い、
前記診断工程においては、前記インピーダンス測定の結果に基づいて作成した前記ナイキスト線図に基づいて前記電極反応抵抗を算出し、算出された前記電極反応抵抗が所定の閾値以下である場合に、前記回復処理が必要であると診断する、
ことを特徴とするガスセンサの診断方法。 - 請求項1に記載のガスセンサの診断方法であって、
前記測定工程に先立って、位相角についてのボード線図を作成可能な所定の周波数範囲において周波数を違えつつ前記検知電極と前記基準電極との間に交流電圧を印加することによって予備的なインピーダンス測定を行うことにより、前記測定工程における前記インピーダンス測定を行う際の交流電圧の周波数である診断周波数を特定する予備測定工程、
をさらに備え、
前記測定工程においては、前記診断周波数の交流電圧を印加することによって前記インピーダンス測定を行い、
前記診断工程においては、前記インピーダンス測定によって得られる位相角の値が所定の閾値よりも0°に近い値となっている場合に、前記回復処理が必要であると診断する、
ことを特徴とするガスセンサの診断方法。 - 請求項3に記載のガスセンサの診断方法であって、
前記予備測定工程においては、前記ボード線図において極値を与える周波数を前記診断周波数として特定する、
ことを特徴とするガスセンサの診断方法。 - 請求項1に記載のガスセンサの診断方法であって、
前記測定工程に先立って、インピーダンスの絶対値についてのボード線図を作成可能な所定の周波数範囲において周波数を違えつつ前記検知電極と前記基準電極との間に交流電圧を印加することによって予備的なインピーダンス測定を行うことにより、前記測定工程における前記インピーダンス測定を行う際の交流電圧の周波数である診断周波数を特定する予備測定工程、
をさらに備え、
前記測定工程においては、前記診断周波数の交流電圧を印加することによって前記インピーダンス測定を行い、
前記診断工程においては、前記インピーダンス測定によって得られるインピーダンスの絶対値の常用対数値が所定の閾値以下である場合に、前記回復処理が必要であると診断する、
ことを特徴とするガスセンサの診断方法。 - 請求項5に記載のガスセンサの診断方法であって、
前記予備測定工程においては、前記ボード線図において前記インピーダンスの絶対値の常用対数値の最大値を与える周波数近傍から一の周波数を前記診断周波数として特定する、
ことを特徴とするガスセンサの診断方法。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のガスセンサの診断方法であって、
前記診断工程において前記回復処理が必要であると診断された後、前記回復処理がなされた場合には、前記閾値条件を前記回復処理直後における前記診断対象パラメータの値に基づいて設定し直す、
ことを特徴とするガスセンサの診断方法。
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