气体传感器、催化器诊断系统、及催化器诊断方法技术方案

本发明专利技术提供气体传感器、催化器诊断系统、及催化器诊断方法，与以往的多气体传感器相比具有简单的构成、且能够很好地用于诊断催化器的状态。基于在NOx测定电极与外侧泵电极之间流通的泵电流来确定被测定气体中的NOx浓度的气体传感器中，使外侧泵电极不产生针对烃气及一氧化碳的催化活性，由此，传感器元件还具有HC传感器部，该HC传感器部包括由外侧泵电极、基准电极、以及两个电极之间的固体电解质构成的混合电位单元，气体传感器能够根据传感器元件的温度而选择性地执行HC模式和NOx模式，HC模式为在将传感器元件加热到400℃～650℃时基于在外侧泵电极与基准电极之间产生的电位差来确定被测定气体中的HC浓度，NOx模式为基于泵电流来确定被测定气体中的NOx浓度。

【技术实现步骤摘要】
气体传感器、催化器诊断系统、及催化器诊断方法
本专利技术涉及检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器、及使用该气体传感器进行的、设置于内燃机的排气路径的催化器的状态的诊断。
技术介绍
以往，为了得知被测定气体中的所期望的气体成分的浓度，使用各种气体传感器。例如，作为测定燃烧气体等被测定气体中的NOx浓度的装置，众所周知：具备使用氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质形成的传感器元件的NOx传感器(例如参见专利文献1～专利文献3)。另外，还众所周知以下方案：使用劣化诊断装置来诊断DOC(柴油氧化催化器)的NO/NO2转化能力，由此，诊断DOC的老化水平，其中，劣化诊断装置具有多传感器，该多传感器通过在NOx传感器设置追加电极而具备NOx传感器部和NO2传感器部(例如参见专利文献4)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第3756123号公报专利文献2：日本特许第3798412号公报专利文献3：日本特许第3771569号公报专利文献4：日本特开2014－62541公报
技术实现思路
专利文献4中公开的多气体传感器中，独立地设置有用于检测NOx的NOx传感器部和用于检测NO2的NO2传感器部。所以，会独立地设置构成各传感器部的电极和将该电极与外部连接的引线，所以存在如下问题：电极配置、配线引导的制约较大，元件设计上的自由度较低。另外，专利文献4中公开的多气体传感器具有将固体电解质层和绝缘层交替层叠而得到的构成，并且，构成NO2传感器部的基准电极和检测电极设置于形成传感器元件的外表面的固体电解质层上。专利文献4中公开的多气体传感器中，在通过两个电极间产生的电动势变化来测定NO2浓度时，采用如上所述的电极配置，由此，提供基准电位的基准电极也暴露在被测定气体中。所以，基准电位会受被测定气体中包含的氧的浓度变化的影响而变化。因此，有时不能很好地测定NO2浓度。本专利技术是鉴于上述课题而实施的，其目的是提供一种与以往的多气体传感器相比具有简单的构成、且能够很好地用于诊断催化器的状态的气体传感器。为了解决上述课题，本专利技术的第一方案是检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，其特征在于，包括传感器元件和加热器，该传感器元件是将多个氧离子传导性固体电解质层进行层叠而构成的，该加热器设置于所述传感器元件的内部，且对所述传感器元件进行加热，所述传感器元件具有NOx传感器部，该NOx传感器部包括：至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔待由外部空间导入被测定气体；NOx测定电极，该NOx测定电极面向所述至少1个内部空腔而形成；外侧泵电极，该外侧泵电极形成于所述传感器元件的表面；以及基准电极，该基准电极配置在所述多个氧离子传导性固体电解质层中的2个之间，待与基准气体接触，并且，通过所述NOx测定电极、所述外侧泵电极、以及所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质而构成电化学泵单元、亦即测定用泵单元，所述外侧泵电极不会产生针对烃气及一氧化碳的催化活性，由此，所述传感器元件还具有HC传感器部，该HC传感器部包括由所述外侧泵电极、所述基准电极、以及所述外侧泵电极与所述基准电极之间的固体电解质构成的混合电位单元，所述气体传感器能够根据所述传感器元件的温度而选择性地执行HC模式和NOx模式，所述HC模式为：在将所述传感器元件的至少所述HC传感器部通过所述加热器加热到400℃～650℃的第一温度时，基于所述混合电位单元中在所述外侧泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，确定所述被测定气体中的HC浓度，所述NOx模式为：在将所述传感器元件的至少所述NOx传感器部加热到600℃～900℃且比第一温度高的第二温度、并且、对施加到所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的电压进行控制而使所述NOx测定电极与所述基准电极之间的电位差保持恒定的状态下，基于在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通的泵电流，确定所述被测定气体中的NOx浓度。另外，本专利技术的第二方案是在第一方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述外侧泵电极包含贵金属与具有氧离子传导性的固体电解质的金属陶瓷，所述贵金属为Pt－Au合金，构成所述外侧泵电极的贵金属粒子的表面上、所述Au被覆的部分相对于所述Pt暴露出来的部分的面积比率、亦即Au存在比为0.25～2.30。另外，本专利技术的第三方案在第一或第二方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述至少1个内部空腔为第一内部空腔和第二内部空腔，所述NOx测定电极设置于所述第二内部空腔，且具有NOx还原能力，所述气体传感器元件还包括：气体导入口，该气体导入口从所述外部空间向所述传感器元件的内部导入所述被测定气体；内侧泵电极，该内侧泵电极面向所述第一内部空腔而形成；以及辅助泵电极，该辅助泵电极面向所述第二内部空腔而形成，所述气体导入口与所述第一内部空腔、以及、所述第一内部空腔与所述第二内部空腔分别借助对所述被测定气体赋予规定的扩散阻力的扩散速度控制部而连通，由所述内侧泵电极、所述外侧泵电极、以及所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质构成在所述第一内部空腔与外部空间之间进行氧的汲入或汲出的主泵单元，由所述辅助泵电极、所述外侧泵电极、以及所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质构成从所述第二内部空腔朝向外部空间进行氧的汲出的电化学泵单元、亦即辅助泵单元，所述NOx测定电极还原被所述主泵单元及所述辅助泵单元控制了氧分压的所述被测定气体中的NOx而产生的氧通过所述测定用泵单元而被汲出，由此，所述泵电流在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通。另外，本专利技术的第四方案是对设置于内燃机的排气路径而氧化或者吸附对象气体的催化器的状态进行诊断的催化器诊断系统，所述对象气体包含来自所述内燃机的尾气中包含的烃气及一氧化碳气体中的至少一方，其特征在于，包括：第一～第三方案中的任意一个方案所涉及的气体传感器，该气体传感器设置于所述排气路径中的比所述催化器更靠下游一侧；温度传感器，该温度传感器输出所述催化器的温度；以及控制机构，该控制机构对所述催化器诊断系统进行控制，记录有所述催化器的劣化诊断所使用的阈值条件的阈值数据被预先确定并存储在规定的存储部，从使所述内燃机起动的时刻开始，在将所述传感器元件的至少所述HC传感器部通过所述加热器加热到所述第一温度的状态下，经时地测定所述混合电位单元中在所述外侧泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，将所述电位差产生满足所述阈值条件的减少时的、由所述温度传感器输出的所述催化器的温度认定为所述催化器的起燃温度，基于所述起燃温度，对所述催化器的劣化程度进行诊断。另外，本专利技术的第五方案在第四方案所涉及的催化器诊断系统的基础上，其特征在于，所述起燃温度认定后，在通过所述加热器对所述传感器元件进行加热而使所述传感器元件的至少所述NOx传感器部达到所述第二温度的状态下，基于在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通的所述泵电流，能够监视所述内燃机稳态动作时的所述催化器的下游侧的NOx浓度。另外，本专利技术的第六方案是对设置于内燃机的排气路径而氧化或者吸附对象气体的催化器的状态进行诊断的方法，所述对象气体包含来自所述内燃机的尾气中包含的烃气及一氧化碳气体中的至少一方，其特征在于，将第一～第三方案中的任意一个方案所涉及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感器，其是检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，其特征在于，包括：传感器元件，该传感器元件是将多个氧离子传导性固体电解质层进行层叠而构成的，和加热器，该加热器设置于所述传感器元件的内部，且对所述传感器元件进行加热；所述传感器元件具有NOx传感器部，该NOx传感器部包括：至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔待由外部空间导入被测定气体，NOx测定电极，该NOx测定电极面向所述至少1个内部空腔而形成，外侧泵电极，该外侧泵电极形成于所述传感器元件的表面，以及基准电极，该基准电极配置在所述多个氧离子传导性固体电解质层中的2个之间，待与基准气体接触，并且，通过所述NOx测定电极、所述外侧泵电极、以及所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质而构成电化学泵单元、亦即测定用泵单元，所述外侧泵电极不会产生针对烃气及一氧化碳的催化活性，由此，所述传感器元件还具有HC传感器部，该HC传感器部包括由所述外侧泵电极、所述基准电极、以及所述外侧泵电极与所述基准电极之间的固体电解质构成的混合电位单元；所述气体传感器能够根据所述传感器元件的温度而选择性地执行HC模式和NOx模式，所述HC模式为：在将所述传感器元件的至少所述HC传感器部通过所述加热器加热到400℃～650℃的第一温度时，基于所述混合电位单元中在所述外侧泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，确定所述被测定气体中的HC浓度，所述NOx模式为：在将所述传感器元件的至少所述NOx传感器部加热到600℃～900℃且是比第一温度高的第二温度、并且、对施加到所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的电压进行控制而使所述NOx测定电极与所述基准电极之间的电位差保持恒定的状态下，基于在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通的泵电流，确定所述被测定气体中的NOx浓度。...

【技术特征摘要】
2016.09.30 JP 2016-1934021.一种气体传感器，其是检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，其特征在于，包括：传感器元件，该传感器元件是将多个氧离子传导性固体电解质层进行层叠而构成的，和加热器，该加热器设置于所述传感器元件的内部，且对所述传感器元件进行加热；所述传感器元件具有NOx传感器部，该NOx传感器部包括：至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔待由外部空间导入被测定气体，NOx测定电极，该NOx测定电极面向所述至少1个内部空腔而形成，外侧泵电极，该外侧泵电极形成于所述传感器元件的表面，以及基准电极，该基准电极配置在所述多个氧离子传导性固体电解质层中的2个之间，待与基准气体接触，并且，通过所述NOx测定电极、所述外侧泵电极、以及所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质而构成电化学泵单元、亦即测定用泵单元，所述外侧泵电极不会产生针对烃气及一氧化碳的催化活性，由此，所述传感器元件还具有HC传感器部，该HC传感器部包括由所述外侧泵电极、所述基准电极、以及所述外侧泵电极与所述基准电极之间的固体电解质构成的混合电位单元；所述气体传感器能够根据所述传感器元件的温度而选择性地执行HC模式和NOx模式，所述HC模式为：在将所述传感器元件的至少所述HC传感器部通过所述加热器加热到400℃～650℃的第一温度时，基于所述混合电位单元中在所述外侧泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，确定所述被测定气体中的HC浓度，所述NOx模式为：在将所述传感器元件的至少所述NOx传感器部加热到600℃～900℃且是比第一温度高的第二温度、并且、对施加到所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的电压进行控制而使所述NOx测定电极与所述基准电极之间的电位差保持恒定的状态下，基于在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通的泵电流，确定所述被测定气体中的NOx浓度。2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述外侧泵电极包含贵金属与具有氧离子传导性的固体电解质的金属陶瓷，所述贵金属为Pt－Au合金，构成所述外侧泵电极的贵金属粒子的表面上、所述Au被覆的部分相对于所述Pt暴露出来的部分的面积比率、亦即Au存在比为0.25～2.30。3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，所述至少1个内部空腔为第一内部空腔和第二内部空腔，所述NOx测定电极设置于所述第二内部空腔，且具有NOx还原能力，所述气体传感器元件还包括：气体导入口，该气体导入口从所述外部空间向所述传感器元件的内部导入所述被测定气体，内侧泵电极，该内侧泵电极面向所述第一内部空腔而形成，以及辅助泵电极，该辅助泵电极面向所述第二内部空腔而形成；所述气体导入口与所述第一内部空腔、以及、所述第一内部空腔与所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈本拓，森伸彦，中山裕葵，平田纪子，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP