(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-24
(45)【発行日】2023-11-01
(54)【発明の名称】ガスセンサの試験方法およびガスセンサの耐久試験用システム
(51)【国際特許分類】
G01N 27/26 20060101AFI20231025BHJP
G01N 27/416 20060101ALI20231025BHJP
【ＦＩ】
G01N27/26 391Z
G01N27/416 331
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020057580
(22)【出願日】2020-03-27
(65)【公開番号】P2021156745
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2022-10-18
(73)【特許権者】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(74)【代理人】
【識別番号】100134991
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 和樹
(74)【代理人】
【識別番号】100148507
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 弘行
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 悠介
(72)【発明者】
【氏名】関谷 高幸
【審査官】倉持 俊輔
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－００８５５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１７２５４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２２８２８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１５８７５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１５６８８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１２５０９０（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２７／２６，２７／４１，
Ｇ０１Ｎ ２７／４１６，２７／４１９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体電解質体からなるセンサ素子の内部に被測定ガスを導入し、前記被測定ガス中のＮＯｘの濃度を特定するガスセンサに対する、試験方法であって、ＮＯｘを含む排ガスを排出するエンジンからの排気経路途中のあらかじめ定められた取付位置に検査対象のガスセンサを取り付ける取り付け工程と、
前記ガスセンサが前記排ガスに曝される状態で前記ガスセンサを所定の時間連続的に駆動する駆動工程と、
ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍに設定された評価用ガスと、ＮＯｘ濃度が３００ｐｐｍ以上の所定値に設定された評価用ガスとの２種類の評価用ガスが少なくとも含まれる、ＮＯｘ濃度の設定が相異なる少なくとも３種類の評価用ガスを、前記排気経路において前記ガスセンサの前記取付位置に向けて供給可能に用意する評価用ガス供給準備工程と、
前記駆動工程の少なくとも開始時と終了時に、さらには前記駆動工程の途中においても任意的に、前記少なくとも３種類の評価用ガスを順次に前記排気経路に流し、それぞれの評価用ガスが流れる度に、前記ガスセンサから出力されるＮＯｘ濃度値を取得するとともに、前記排気経路の前記ガスセンサの前記取付位置の近傍から当該評価用ガスをそれぞれサンプリングしてガス分析計に分析させ、前記ガス分析計から出力されるＮＯｘ濃度値を取得する、ＮＯｘ濃度値取得工程と、
前記ＮＯｘ濃度値取得工程における取得結果に基づいて、前記ガスセンサから出力されたＮＯｘ濃度値と前記ガス分析計から出力されたＮＯｘ濃度値との相関関係を示す回帰直線の傾きを、濃度一致度として算出したうえで、前記駆動工程の前記開始時における前記濃度一致度を基準としたときの、前記開始時以外における前記濃度一致度の変化率に基づいて、前記ガスセンサにおける劣化の度合いを評価する評価工程と、
を備えることを特徴とする、ガスセンサの試験方法。
【請求項2】
請求項１に記載のガスセンサの試験方法であって、前記エンジンの運転サイクルが、運転条件の相異なる複数のシーケンスから構成されており、
前記複数のシーケンスのそれぞれにおいて前記排気経路に流れる前記排ガスのそれぞれを、前記少なくとも３種類の評価用ガスとして用いる、
ことを特徴とする、ガスセンサの試験方法。
【請求項3】
請求項２に記載のガスセンサの試験方法であって、一のシーケンスから次のシーケンスに移行する直前の所定時間においてのみ、前記ガスセンサによるＮＯｘの検知と、前記ガス分析計による前記評価用ガスのサンプリングとを行う、
ことを特徴とする、ガスセンサの試験方法。
【請求項4】
請求項１に記載のガスセンサの試験方法であって、前記評価用ガス供給準備工程においては、前記排気経路において前記ガスセンサの前記取付位置よりも前記エンジン側に、複数種類の単体ガスを任意の混合比にて混合したモデルガスを外部へと供給可能な所定のモデルガス供給装置からの供給配管を接続することにより、前記エンジンから排出される前記排ガスと、前記モデルガス供給装置から供給される前記モデルガスとを、選択的に前記ガスセンサの前記取付位置に向けて流せるようにし、
前記ＮＯｘ濃度値取得工程においては、前記エンジンからの前記排ガスの排出を遮断し、前記少なくとも３種類の評価用ガスとして、前記モデルガス供給装置から供給されるＮＯｘ濃度が３種類既知である前記モデルガスを用いる、
ことを特徴とする、ガスセンサの試験方法。
【請求項5】
請求項１に記載のガスセンサの試験方法であって、前記評価用ガス供給準備工程においては、前記排気経路において前記ガスセンサの前記取付位置よりも前記エンジン側に、それぞれにガス濃度が既知である複数種類のスパンガスを選択的に外部へと供給可能な所定のスパンガス供給装置からの供給配管を接続することにより、前記エンジンから排出される前記排ガスと、前記スパンガス供給装置から供給される前記スパンガスとを、選択的に前記ガスセンサの前記取付位置に向けて流せるようにし、
前記ＮＯｘ濃度値取得工程においては、前記エンジンからの前記排ガスの排出を遮断し、前記少なくとも３種類の評価用ガスとして、前記スパンガス供給装置から供給されるＮＯｘ濃度が既知であるスパンガスを用いる、
ことを特徴とする、ガスセンサの試験方法。
【請求項6】
固体電解質体からなるセンサ素子の内部に被測定ガスを導入し、前記被測定ガス中のＮＯｘの濃度を特定するガスセンサを、ＮＯｘを含む排ガスを排出するエンジンからの排気経路途中のあらかじめ定められた取付位置に取り付け、前記排ガスに曝される状態で所定の時間連続的に駆動させることにより行う、ガスセンサの耐久試験のためのシステムであって、前記排気経路の前記ガスセンサの取付位置の近傍に接続されたサンプリング配管を通じて分析対象をサンプリングして分析するガス分析計と、
運転条件の相異なる複数のシーケンスから構成される運転サイクルにて運転されるように、前記エンジンの運転条件を制御するエンジン制御手段と、
前記ガスセンサから出力されるＮＯｘ濃度値と、前記ガス分析計から出力されるＮＯｘ濃度値とに基づいて、前記ガスセンサにおける劣化の度合いを評価する評価手段と、
を備え、
前記エンジン制御手段は、前記耐久試験の少なくとも開始時と終了時に、さらには前記耐久試験の途中においても任意的に、前記運転サイクルが前記複数のシーケンスとして、ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍに設定された前記排ガスを排出するシーケンスと、ＮＯｘ濃度が３００ｐｐｍ以上の所定値に設定された前記排ガスを排出するシーケンスとを含む、前記排ガスにおけるＮＯｘ濃度の設定が相異なる少なくとも３つの評価用シーケンスを実行するように、前記エンジンを制御し、
前記評価手段は、前記少なくとも３つの評価用シーケンスが実行される度に、前記ガスセンサから出力されるＮＯｘ濃度値を取得するとともに、前記ガス分析計が当該評価用シーケンスにおいて排出される前記排ガスをそれぞれサンプリングして分析することにより特定された当該排ガスのＮＯｘ濃度値を取得し、前記ガスセンサから出力されたＮＯｘ濃度値と前記ガス分析計から出力されたＮＯｘ濃度値との相関関係を示す回帰直線の傾きを、濃度一致度として算出したうえで、前記耐久試験の前記開始時における前記濃度一致度を基準としたときの、前記開始時以外における前記濃度一致度の変化率に基づいて、前記ガスセンサにおける劣化の度合いを評価する、
ことを特徴とする、ガスセンサの耐久試験用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスセンサの試験方法に関し、特に、耐久試験の方法に関する。
【背景技術】
【0002】
酸素イオン伝導性の固体電解質を主たる構成成分とするセンサ素子を用いた、限界電流型のガスセンサ（ＮＯｘセンサ）がすでに公知である。係るガスセンサは、主として、自動車のエンジンからの排ガスに含まれるＮＯｘの濃度測定に用いられる。このようなガスセンサを量産するにあたっては、通常、これに先立ち、組み立てられたガスセンサが耐久試験に供され、試験前後での特性変化の程度が評価される（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。あるいは、試験途中で特性が評価されることもある。
【0003】
耐久試験は、例えば、ガスセンサをエンジンの排気経路（配管）の途中に取り付け、エンジンからの排ガス雰囲気のなかで連続的に、例えば１０００時間以上の長時間、当該ガスセンサを駆動させることにより実施される。
【0004】
また、特性の評価は、エンジンの排気経路とは独立したモデルガス装置から供給される、濃度が既知のモデルガス雰囲気下で、ガスセンサを駆動すること（以下、モデルガス評価と称する）により、行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第４５２０４２７号公報
【文献】特許第５７６７１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のように、試験途中でモデルガス評価を実施するためには、ガスセンサをエンジン配管からいったん取り外す必要があるため、評価に時間を要してしまうことがあり、耐久試験の連続性に問題が生じる場合があった。
【0007】
また、モデルガス評価のためにガスセンサをエンジン配管からいったん取り外す際や、モデルガス評価の実施中に、ガスセンサの保護カバー等に付着している煤などの付着物が脱離してしまうことによって、特性値が正常と異なる値を示すことがあった。このような付着物の脱離は、評価値にばらつきを生じさせる要因となるため、好ましくない。
【0008】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、モデルガス評価を伴う耐久試験を、従来よりも効率的に行うことができ、かつ、評価ばらつきの生じにくい、ガスセンサの試験方法を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、固体電解質体からなるセンサ素子の内部に被測定ガスを導入し、前記被測定ガス中のＮＯｘの濃度を特定するガスセンサに対する、試験方法であって、ＮＯｘを含む排ガスを排出するエンジンからの排気経路途中のあらかじめ定められた取付位置に検査対象のガスセンサを取り付ける取り付け工程と、前記ガスセンサが前記排ガスに曝される状態で前記ガスセンサを所定の時間連続的に駆動する駆動工程と、ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍに設定された評価用ガスと、ＮＯｘ濃度が３００ｐｐｍ以上の所定値に設定された評価用ガスとの２種類の評価用ガスが少なくとも含まれる、ＮＯｘ濃度の設定が相異なる少なくとも３種類の評価用ガスを、前記排気経路において前記ガスセンサの前記取付位置に向けて供給可能に用意する評価用ガス供給準備工程と、前記駆動工程の少なくとも開始時と終了時に、さらには前記駆動工程の途中においても任意的に、前記少なくとも３種類の評価用ガスを順次に前記排気経路に流し、それぞれの評価用ガスが流れる度に、前記ガスセンサから出力されるＮＯｘ濃度値を取得するとともに、前記排気経路の前記ガスセンサの前記取付位置の近傍から当該評価用ガスをそれぞれサンプリングしてガス分析計に分析させ、前記ガス分析計から出力されるＮＯｘ濃度値を取得する、ＮＯｘ濃度値取得工程と、前記ＮＯｘ濃度値取得工程における取得結果に基づいて、前記ガスセンサから出力されたＮＯｘ濃度値と前記ガス分析計から出力されたＮＯｘ濃度値との相関関係を示す回帰直線の傾きを、濃度一致度として算出したうえで、前記駆動工程の前記開始時における前記濃度一致度を基準としたときの、前記開始時以外における前記濃度一致度の変化率に基づいて、前記ガスセンサにおける劣化の度合いを評価する評価工程と、を備えることを特徴とする。
【0010】
本発明の第２の態様は、第１の態様に係るガスセンサの試験方法であって、前記エンジンの運転サイクルが、運転条件の相異なる複数のシーケンスから構成されており、前記複数のシーケンスのそれぞれにおいて前記排気経路に流れる前記排ガスのそれぞれを、前記少なくとも３種類の評価用ガスとして用いる、ことを特徴とする。
【0011】
本発明の第３の態様は、第２の態様に係るガスセンサの試験方法であって、一のシーケンスから次のシーケンスに移行する直前の所定時間においてのみ、前記ガスセンサによるＮＯｘの検知と、前記ガス分析計による前記評価用ガスのサンプリングとを行う、ことを特徴とする。
【0012】
本発明の第４の態様は、第１の態様に係るガスセンサの試験方法であって、前記評価用ガス供給準備工程においては、前記排気経路において前記ガスセンサの前記取付位置よりも前記エンジン側に、複数種類の単体ガスを任意の混合比にて混合したモデルガスを外部へと供給可能な所定のモデルガス供給装置からの供給配管を接続することにより、前記エンジンから排出される前記排ガスと、前記モデルガス供給装置から供給される前記モデルガスとを、選択的に前記ガスセンサの前記取付位置に向けて流せるようにし、前記ＮＯｘ濃度値取得工程においては、前記エンジンからの前記排ガスの排出を遮断し、前記少なくとも３種類の評価用ガスとして、前記モデルガス供給装置から供給されるＮＯｘ濃度が既知であるモデルガスを用いる、ことを特徴とする。
【0013】
本発明の第５の態様は、第１の態様に係るガスセンサの試験方法であって、前記評価用ガス供給準備工程においては、前記排気経路において前記ガスセンサの前記取付位置よりも前記エンジン側に、それぞれにガス濃度が既知である複数種類のスパンガスを選択的に外部へと供給可能な所定のスパンガス供給装置からの供給配管を接続することにより、前記エンジンから排出される前記排ガスと、前記スパンガス供給装置から供給される前記スパンガスとを、選択的に前記ガスセンサの前記取付位置に向けて流せるようにし、前記ＮＯｘ濃度値取得工程においては、前記エンジンからの前記排ガスの排出を遮断し、前記少なくとも３種類の評価用ガスとして、前記スパンガス供給装置から供給されるＮＯｘ濃度が既知であるスパンガスを用いる、ことを特徴とする。
【0014】
本発明の第６の態様は、固体電解質体からなるセンサ素子の内部に被測定ガスを導入し、前記被測定ガス中のＮＯｘの濃度を特定するガスセンサを、ＮＯｘを含む排ガスを排出するエンジンからの排気経路途中のあらかじめ定められた取付位置に取り付け、前記排ガスに曝される状態で所定の時間連続的に駆動させることにより行う、ガスセンサの耐久試験のためのシステムであって、前記排気経路の前記ガスセンサの取付位置の近傍に接続されたサンプリング配管を通じて分析対象をサンプリングして分析するガス分析計と、運転条件の相異なる複数のシーケンスから構成される運転サイクルにて運転されるように、前記エンジンの運転条件を制御するエンジン制御手段と、前記ガスセンサから出力されるＮＯｘ濃度値と、前記ガス分析計から出力されるＮＯｘ濃度値とに基づいて、前記ガスセンサにおける劣化の度合いを評価する評価手段と、を備え、前記エンジン制御手段は、前記耐久試験の少なくとも開始時と終了時に、さらには前記耐久試験の途中においても任意的に、前記運転サイクルが前記複数のシーケンスとして、ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍに設定された前記排ガスを排出するシーケンスと、ＮＯｘ濃度が３００ｐｐｍ以上の所定値に設定された前記排ガスを排出するシーケンスとを含む、前記排ガスにおけるＮＯｘ濃度の設定が相異なる少なくとも３つの評価用シーケンスを実行するように、前記エンジンを制御し、前記評価手段は、前記少なくとも３つの評価用シーケンスが実行される度に、前記ガスセンサから出力されるＮＯｘ濃度値を取得するとともに、前記ガス分析計が当該評価用シーケンスにおいて排出される前記排ガスをそれぞれサンプリングして分析することにより特定された当該排ガスのＮＯｘ濃度値を取得し、前記ガスセンサから出力されたＮＯｘ濃度値と前記ガス分析計から出力されたＮＯｘ濃度値との相関関係を示す回帰直線の傾きを、濃度一致度として算出したうえで、前記耐久試験の前記開始時における前記濃度一致度を基準としたときの、前記開始時以外における前記濃度一致度の変化率に基づいて、前記ガスセンサにおける劣化の度合いを評価する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明の第１ないし第６の態様によれば、耐久試験の開始に際してエンジンの配管に取り付けられたガスセンサを、試験途中で取り外すことなく耐久試験を継続することが出来る。特に、耐久試験を実施している途中に特性の評価を行う場合については、その実施を中断することなく、当該特性評価を行うことが出来る。これにより、耐久試験実行前後あるいはさらに実行途中における特性評価に要する時間が短縮される。また、特性評価のためにガスセンサを取り外すことに伴って、ガスセンサに付着していた煤などの不純物が脱離することに起因した、評価値のばらつきが生じないため、従来よりも耐久試験の信頼性が向上する。
【0016】
特に、第２、第３、および第６の態様によれば、エンジンを運転状態に保ち、その排ガス雰囲気にガスセンサを曝した状態のまま、特性評価を行うことが出来るので、特性評価に要する時間がより短縮される。
【0017】
また、第４および５の態様によれば、試験前後さらには途中に行う特性評価にはＮＯｘ濃度既知のモデルガスを用いるので、試験時間を従来よりも短縮しつつ、特性検査の信頼性が確保された劣化試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】センサ素子１０１の長手方向に沿った垂直断面図を含む、ガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示す図である。
【図2】第１の実施の形態においてガスセンサ１００の耐久試験を行うための構成を、概略的に示す図である。
【図3】エンジン２０００運転サイクルの設定例を示すグラフである。
【図4】ガス分析計１２００からの出力とガスセンサ１００からの出力との相関関係を示す直線を、模式的に示す図である。
【図5】試験開始時における、ガスセンサ１００により検知されたＮＯｘの濃度プロファイルＰＦ１ａと、ガス分析計１２００により検知されたＮＯｘの濃度プロファイルＰＦ２ａとを示す図である。
【図6】耐久試験開始時のガスセンサ１００の出力とガス分析計１２００の出力との間の濃度一致度を求めるための図である。
【図7】２０００時間経過した時点における、ガスセンサ１００により検知されたＮＯｘの濃度プロファイルＰＦ１ｂと、ガス分析計１２００により検知されたＮＯｘの濃度プロファイルＰＦ２ｂとを示す図である。
【図8】耐久試験の開始から２０００時間経過後の、ガスセンサ１００の出力とガス分析計１２００の出力との間の濃度一致度を求めるための図である。
【図9】全２１種類のガスセンサ１００を対象に耐久試験を行い、それぞれについて算出した濃度一致度の変化率を、耐久試験の経過時間に対してプロットした図である。
【図10】第２の実施の形態においてガスセンサ１００の耐久試験を行うための構成を、概略的に示す図である。
【図11】第３の実施の形態においてガスセンサ１００の耐久試験を行うための構成を、概略的に示す図である。
【図12】センサ素子２０１の長手方向に沿った垂直断面図を含む、ガスセンサ２００の構成の一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
＜第１の実施の形態＞
＜ガスセンサの概略構成＞
初めに、本実施の第１の実施の形態において試験対象とされるガスセンサ１００の概略構成について説明する。本実施の形態において、ガスセンサ１００は、センサ素子１０１によってＮＯｘを検知し、その濃度を測定する、限界電流型のＮＯｘセンサである。また、ガスセンサ１００は、各部の動作を制御するとともに、センサ素子１０１を流れるＮＯｘ電流に基づいてＮＯｘ濃度を特定するコントローラ１１０をさらに備える。
＜ガスセンサの概略構成＞
初めに、本実施の第１の実施の形態において試験対象とされるガスセンサ１００の概略構成について説明する。本実施の形態において、ガスセンサ１００は、センサ素子１０１によってＮＯｘを検知し、その濃度を測定する、限界電流型のＮＯｘセンサである。また、ガスセンサ１００は、各部の動作を制御するとともに、センサ素子１０１を流れるＮＯｘ電流に基づいてＮＯｘ濃度を特定するコントローラ１１０をさらに備える。
【0020】
図１は、センサ素子１０１の長手方向に沿った垂直断面図を含む、ガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示す図である。
【0021】
センサ素子１０１は、それぞれが酸素イオン伝導性固体電解質であるジルコニア（ＺｒＯ２）からなる（例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などからなる）、第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの固体電解質層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する、平板状の（長尺板状の）素子である。また、これら６つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。なお、以降においては、図１におけるこれら６つの層のそれぞれの上側の面を単に上面、下側の面を単に下面と称することがある。また、センサ素子１０１のうち固体電解質からなる部分全体を基体部と総称する。
【0022】
係るセンサ素子１０１は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
【0023】
センサ素子１０１の一先端部であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
【0024】
ガス導入口１０と、緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画されたセンサ素子１０１内部の空間（領域）である。
【0025】
第１拡散律速部１１と、第２拡散律速部１３と、第３拡散律速部３０とはいずれも、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。なお、ガス導入口１０から第２内部空所４０に至る部位をガス流通部とも称する。
【0026】
また、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、側部を第１固体電解質層４の側面で区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられている。基準ガス導入空間４３には、ＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。
【0027】
大気導入層４８は、多孔質アルミナからなる層であって、大気導入層４８には基準ガス導入空間４３を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。
【0028】
基準電極４２は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間４３につながる大気導入層４８が設けられている。また、後述するように、基準電極４２を用いて第１内部空所２０内や第２内部空所４０内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。
【0029】
ガス流通部において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。
【0030】
第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。
【0031】
緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。
【0032】
第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。
【0033】
被測定ガスが、センサ素子１０１外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口１０からセンサ素子１０１内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空所２０へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。
【0034】
第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。
【0035】
主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面（センサ素子１０１の一方主面）の天井電極部２２ａと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側（空所外）ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。
【0036】
内側ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６および第１固体電解質層４）に形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成されてなる。これら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとは、第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に設けられた導通部にて接続されてなる（図示省略）。
【0037】
天井電極部２２ａおよび底部電極部２２ｂは、平面視矩形状に設けられてなる。ただし、天井電極部２２ａのみ、あるいは、底部電極部２２ｂのみが設けられる態様であってもよい。
【0038】
内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、多孔質サーメット電極として形成される。特に、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極２２は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。例えば、５％～４０％の気孔率を有し、Ａｕを０．６ｗｔ～１．４ｗｔ％程度含むＡｕ－Ｐｔ合金とＺｒＯ２とのサーメット電極として、５μｍ～２０μｍの厚みに形成される。Ａｕ－Ｐｔ合金とＺｒＯ２との重量比率は、Ｐｔ：ＺｒＯ２＝７．０：３．０～５．０：５．０程度であればよい。
【0039】
一方、外側ポンプ電極２３は、例えばＰｔあるいはその合金とＺｒＯ２とのサーメット電極として、平面視矩形状に形成される。
【0040】
主ポンプセル２１においては、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に可変電源２４によって所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向に主ポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所２０に汲み入れることが可能となっている。なお、主ポンプセル２１において内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ０を、主ポンプ電圧Ｖｐ０とも称する。
【0041】
また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２によって、電気化学的なセンサセルである主センサセル８０が構成されている。
【0042】
主センサセル８０における起電力Ｖ０を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。
【0043】
さらに、コントローラ１１０が、起電力Ｖ０が一定となるように主ポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することで、主ポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これにより、第１内部空所内２０内の酸素濃度は所定の一定値に保たれるようになっている。
【0044】
第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４０に導く部位である。
【0045】
第２内部空所４０は、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯｘ濃度の測定は、主として、補助ポンプセル５０により酸素濃度が調整された第２内部空所４０において、さらに、測定ポンプセル４１が動作することによりなされる。
【0046】
第２内部空所４０では、あらかじめ第１内部空所２０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、第２内部空所４０内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ１００においては精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。
【0047】
補助ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する補助ポンプ電極５１と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、センサ素子１０１と外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。
【0048】
補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所２０内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様の形態にて、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成されてなり、また、第２内部空所４０の底面を与える第１固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成されてなる。これら天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂは、平面視矩形状をなしているとともに、第２内部空所４０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に設けられた導通部にて接続されてなる（図示省略）。
【0049】
なお、補助ポンプ電極５１についても、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【0050】
補助ポンプセル５０においては、コントローラ１１０による制御のもと、補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧（補助ポンプ電圧）Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。
【0051】
また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極５１と、基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３とによって電気化学的なセンサセルである補助センサセル８１が構成されている。
【0052】
この補助センサセル８１にて検出される、第２内部空所４０内の酸素分圧に応じた起電力Ｖ１に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、補助ポンプセル５０がポンピングを行う。これにより第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
【0053】
また、これとともに、その補助ポンプ電流Ｉｐ１が、主センサセル８０の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、補助ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主センサセル８０に入力され、その起電力Ｖ０が制御されることにより、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。ＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との働きによって、第２内部空所４０内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。
【0054】
測定ポンプセル４１は、第２内部空所４０内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定ポンプセル４１は、第２内部空所４０に面する第１固体電解質層４の上面であって第３拡散律速部３０から離間した位置に設けられた測定電極４４と、外側ポンプ電極２３と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。
【0055】
測定電極４４は、多孔質サーメット電極である。例えばＰｔあるいはその合金とＺｒＯ２とのサーメット電極として形成される。測定電極４４は、第２内部空所４０内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。さらに、測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。
【0056】
第４拡散律速部４５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担うとともに、測定電極４４の保護膜としても機能する。
【0057】
測定ポンプセル４１においては、コントローラ１１０による制御のもと、測定電極４４の周囲の雰囲気中におけるＮＯｘの分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出することができる。
【0058】
また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、測定電極４４と、基準電極４２とによって電気化学的なセンサセルである測定センサセル８２が構成されている。測定センサセル８２にて検出される、測定電極４４の周囲の酸素分圧に応じた起電力Ｖ２に基づいて、可変電源４６が制御される。
【0059】
第２内部空所４０内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第４拡散律速部４５を通じて測定電極４４に到達することとなる。測定電極４４の周囲の被測定ガス中のＮＯｘは還元されて（２ＮＯ→Ｎ２＋Ｏ２）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定センサセル８２にて検出された起電力Ｖ２が一定となるように可変電源４６の電圧（測定ポンプ電圧）Ｖｐ２が制御される。測定電極４４の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に比例するものであるから、測定ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中のＮＯｘ濃度が算出されることとなる。以降、係るポンプ電流Ｉｐ２のことを、ＮＯｘ電流Ｉｐ２とも称する。
【0060】
また、測定電極４４と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と基準電極４２を組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極４４の周りの雰囲気中のＮＯｘ成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のＮＯｘ成分の濃度を求めることも可能である。
【0061】
また、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的なセンサセル８３が構成されており、このセンサセル８３によって得られる起電力Ｖｒｅｆによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
【0062】
センサ素子１０１は、さらに、基体部を構成する固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。
【0063】
ヒータ部７０は、ヒータ電極７１と、ヒータエレメント７２と、ヒータリード７２ａと、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、図１においては図示を省略するヒータ抵抗検出リードとを、主として備えている。また、ヒータ部７０は、ヒータ電極７１を除いて、センサ素子１０１の基体部に埋設されてなる。
【0064】
ヒータ電極７１は、第１基板層１の下面（センサ素子１０１の他方主面）に接する態様にて形成されてなる電極である。
【0065】
ヒータエレメント７２は、第２基板層２と第３基板層３との間に設けられた抵抗発熱体である。ヒータエレメント７２は、図１においては図示を省略する、センサ素子１０１の外部に備わる図示しないヒータ電源から、通電経路であるヒータ電極７１、スルーホール７３、およびヒータリード７２ａを通じて給電されることより、発熱する。ヒータエレメント７２は、Ｐｔにて、あるいはＰｔを主成分として、形成されてなる。ヒータエレメント７２は、センサ素子１０１のガス流通部が備わる側の所定範囲に、素子厚み方向においてガス流通部と対向するように埋設されている。ヒータエレメント７２は、１０μｍ～２０μｍ程度の厚みを有するように設けられる。
【0066】
センサ素子１０１においては、ヒータ電極７１を通じてヒータエレメント７２に電流を流すことにより、ヒータエレメント７２を発熱させることで、センサ素子１０１の各部を所定の温度に加熱、保温することができるようになっている。具体的には、センサ素子１０１は、ガス流通部付近の固体電解質および電極の温度が７００℃～９００℃程度になるように加熱される。係る加熱によって、センサ素子１０１において基体部を構成する固体電解質の酸素イオン伝導性が高められる。なお、ガスセンサ１００が使用される際の（センサ素子１０１が駆動される際の）ヒータエレメント７２による加熱温度を、センサ素子駆動温度と称する。
【0067】
ヒータエレメント７２による発熱の程度（ヒータ温度）は、ヒータエレメント７２の抵抗値の大きさ（ヒータ抵抗）によって把握される。
【0068】
＜耐久試験の概要＞
次に、本実施の形態に係るガスセンサ１００の耐久試験について説明する。図２は、本実施の形態においてガスセンサ１００の耐久試験を行うための構成を、概略的に示す図である。
次に、本実施の形態に係るガスセンサ１００の耐久試験について説明する。図２は、本実施の形態においてガスセンサ１００の耐久試験を行うための構成を、概略的に示す図である。
【0069】
本実施の形態において、ガスセンサ１００の耐久試験とは、従来と同様、ガスセンサ１００が長期間に渡って連続的に使用された場合の、特性の劣化の程度を把握するべく行う、加速試験である。ガスセンサ１００は主として、自動車のエンジンからの排ガスに含まれるＮＯｘの濃度測定に用いられることから、本実施の形態に係る耐久試験も、図２に示すように、エンジン２０００の排気経路（配管）２００１の途中にガスセンサ１００を取り付け、エンジン２０００からの排ガス雰囲気に曝した状態でガスセンサ１００を（より詳細にはセンサ素子１０１を）、例えば１０００時間以上の長時間、連続的に駆動することにより行う。そして、少なくとも試験開始時と終了時、好ましくは、試験の途中の任意のタイミングで、ガスセンサ１００の状態を特定し、開始時以外については、開始時を基準とした劣化の度合いを評価する。ただし、以降において、（耐久）試験の開始時とは、排ガス雰囲気に曝した状態でガスセンサ１００の駆動を開始した時点を指し示すものとし、終了時とは、当該状態でのガスセンサ１００の駆動を停止した時点を指し示すものとし、（耐久）試験の途中とは、当該状態でのガスセンサ１００の駆動が進行している間を指し示すものとする。
【0070】
なお、本実施の形態においては、エンジン２０００はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２１００にて制御されるディーゼルエンジンであるとし、その排気経路２００１には、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）３０００とＳＣＲ（選択還元触媒）４０００とが上流側から順に配設されてなるものとする。
【0071】
そして、ガスセンサ１００は、ＤＰＦ３０００よりも上流側の取付位置Ｐｏｓ１に取り付けられて、耐久試験に供されるものとする。係る取付は、センサ素子１０１のガス導入口１０が備わる一先端部側が排ガス雰囲気と接触可能とされ、ガス導入口１０からガス流通部に排ガスが導入され得る態様にて行われる。
【0072】
なお、図２においては、排気経路２００１においてＤＰＦ３０００とＳＣＲ４０００との間と、ＳＣＲ４０００よりも下流側にもそれぞれ、取付位置Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３が設定されており、耐久試験に際しこれらの取付位置が使用される態様であってもよい。また、各取付位置には３つのガスセンサ１００が取り付けられるようになっているが、これはあくまで例示である。
【0073】
また、ガスセンサ１００は、図１に示すような構成のセンサ素子１０１の外側に、図示しないハウジングや保護カバーなどの保護部材や、センサ素子１０１とコントローラ１１０や外部電源などとの電気的接続を確保するためコネクタ部材などが組み付けられたうえで、いずれかの取付位置Ｐｏｓ１～Ｐｏｓ３に取り付けられる。
【0074】
耐久試験の実施には、図２に示す耐久試験システム１０００Ｚが用いられる。耐久試験システム１０００Ｚは、試験制御装置１１００Ｚと、ガス分析計１２００とを備える。
【0075】
ガス分析計１２００は、公知のＣＬＤ（化学発光分析計）である。ガス分析計１２００には、排気経路２００１においてガスセンサ１００に設定された３つの取付位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３の下流側近傍位置からそれぞれ分岐されたサンプリング配管１２０１、１２０２、１２０３が接続されてなる。また、それぞれのサンプリング配管１２０１、１２０２、１２０３にはバルブ１２０１Ｂ、１２０２Ｂ、１２０３Ｂが設けられてなる。これにより、ガス分析計１２００においては、３つの取付位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３を通過した排ガスを選択的にサンプリングして、その成分を分析し、その結果を出力できるようになっている。
【0076】
また、試験制御装置１１００Ｚは、耐久試験を実施する際のエンジン２０００の動作制御や、ガスセンサ１００およびガス分析計１２００からのデータの取得や、係る取得データに基づく評価などを担う。試験制御装置１１００Ｚは例えば、汎用のあるいは専用のコンピュータによって実現されるものであり、統括制御部１１０１と、表示操作部１１０２と、記憶部１１０３と、エンジン制御部１１０４と、センサ出力処理部１１０５と、分析計出力処理部１１０６と、評価処理部１１０７とを主として備える。このうち、表示操作部１１０２と、記憶部１１０３とを除く他の構成要素は、記憶部１１０３に記憶されてなる所定の動作プログラムが読み込まれ実行されることにより、コンピュータに備わる図示しないＣＰＵ、メモリなどにより仮想的に実現される、機能的構成要素である。
【0077】
統括制御部１１０１は、試験制御装置１１００Ｚの各部の動作を統括的に制御する部位である。
【0078】
表示操作部１１０２は、試験条件や試験結果を表示する際や、操作者が試験条件の入力や試験結果の分析などの操作を行う際に使用される部位である。表示操作部１１０２は例えば、マウスやキーボード等の入力手段やディスプレイ等の表示手段あるいはそれらを兼用するタッチパネルなどからなる。
【0079】
記憶部１１０３は、種々の動作プログラムや、特性評価の条件などが記憶される部位である。記憶部１１０３は、ハードディスク等の記憶媒体からなる。
【0080】
エンジン制御部１１０４は、耐久試験の際に、ＥＣＵ２１００に対しエンジン２０００の動作制御に係る指示を与える部位である。エンジン制御部１１０４は、ＥＣＵ２１００と電気的に接続されてなり、耐久試験の際には、エンジン制御部１１０４からの制御指示のもと、ＥＣＵ２１００がエンジン２０００の運転を制御する。
【0081】
センサ出力処理部１１０５は、耐久試験の前後あるいはさらに試験の途中において、ガスセンサ１００の特性評価が行われる際に、ガスセンサ１００から（より詳細にはコントローラ１１０から）出力されるＮＯｘ濃度値を取得する、インタフェースである。
【0082】
分析計出力処理部１１０６は、耐久試験の前後あるいはさらに試験の途中において、ガスセンサ１００の特性評価が行われる際に、ガス分析計１２００に分析処理を実行させるとともに、係る分析処理によって特定されたＮＯｘ濃度値（分析値）をガス分析計１２００から取得する、インタフェースである。さらには、分析計出力処理部１１０６は、バルブ１２０１Ｂ、１２０２Ｂ、１２０３Ｂの開閉を制御する態様であってもよい。
【0083】
なお、本実施の形態においては、係る特性の評価に、従来のようなモデルガスを使用せず、エンジン２０００からの排ガスをそのまま利用する。この点については後述する。
【0084】
評価処理部１１０７は、センサ出力処理部１１０５が取得したＮＯｘ濃度値と分析計出力処理部１１０６が取得したＮＯｘ濃度値（分析値）とに基づいて、耐久試験の対象とされてなるガスセンサ１００の特性評価を行う。
【0085】
＜特性評価の詳細＞
次に、耐久試験システム１０００Ｚにおいて、耐久試験の開始時と終了時、好ましくは、試験の途中において行う、ガスセンサ１００の特性評価につき、その詳細を説明する。
次に、耐久試験システム１０００Ｚにおいて、耐久試験の開始時と終了時、好ましくは、試験の途中において行う、ガスセンサ１００の特性評価につき、その詳細を説明する。
【0086】
耐久試験を実施している間のエンジン２０００の運転は通常、同一条件を保つのではなく、実際の自動車の運転状態を模擬するべく、数分から十数分程度の所定のインターバルにて運転条件を違えた運転サイクルを周期的に繰り返すことにより行われる。
【0087】
本実施の形態においては、このことを利用し、エンジン制御部１１０４からＥＣＵ２１００への制御指示のもと、少なくとも特性評価を行う間においては、それぞれに相異なる濃度のＮＯｘが排出される複数の運転条件を設定した運転サイクルにて、エンジン２０００を運転するようにする。
【0088】
図３は、係る運転サイクルの設定例を示すグラフである。横軸は時間を示しており、縦軸は、エンジン２０００からの排気における（狙いの）ＮＯｘ濃度を示している。ただし、縦軸のＮＯｘ濃度については、０＜Nmd(1)＜Nmd(2)＜Nmd(3)＜Nmaxとする。なお、以降の説明では、一の運転サイクルにおける個々の運転条件あるいは当該運転条件のもとでの運転をシーケンス（ＳＱ）と称する。図３においては、第１シーケンスＳＱ１～第７シーケンスＳＱ７の７つのシーケンスにて１つの運転サイクルが構成されている場合を例示している。
【0089】
具体的には、第１シーケンスＳＱ１では、時間δｔ１の間、Nmd(1)なる狙い濃度にてＮＯｘが排出されるようにエンジン２０００が運転される。以下同様に、第２シーケンスＳＱ２では、時間δｔ２の間、Nmd(3)なる狙い濃度にてＮＯｘが排出されるようにエンジン２０００が運転される。第３シーケンスＳＱ３では、時間δｔ３の間、Nmaxなる狙い濃度にてＮＯｘが排出されるようにエンジン２０００が運転される。第４シーケンスＳＱ４では、時間δｔ４の間、０なる狙い濃度にてＮＯｘが排出されるように（つまりはＮＯｘが排出されないように）エンジン２０００が運転される。第５シーケンスＳＱ５では、時間δｔ５の間、Nmd(2)なる狙い濃度にてＮＯｘが排出されるようにエンジン２０００が運転される。第６シーケンスＳＱ６では、時間δｔ６の間、Nmd(1)なる狙い濃度にてＮＯｘが排出されるようにエンジン２０００が運転される。第７シーケンスＳＱ７では、時間δｔ７の間、０なる狙い濃度にてＮＯｘが排出されるように（つまりはＮＯｘが排出されないように）エンジン２０００が運転される。なお、δｔ１～δｔ７の値は全て違ってもよいが、特性評価を行うという観点からは、最小でも数分程度であるとする。
【0090】
このような第１シーケンスＳＱ１～第７シーケンスＳＱ７からなる運転サイクルを繰り返すようにした場合、０、Nmd(1)、Nmd(2)、Nmd(3)、Nmaxという５水準の狙い濃度にてＮＯｘがエンジン２０００から排出されることになる。これはすなわち、特性評価のためにＮＯｘ濃度の設定が異なる５種類の評価用ガスが、排気経路２００１に向けて繰り返し供給されることを意味する。
【0091】
そして、図２に示した場合であれば、この排出されたＮＯｘが、取付位置Ｐｏｓ１に取り付けられたガスセンサ１００と、その下流側近傍から分岐させられたサンプリング配管１２０１を通じて該排ガスをサンプリングしたガス分析計１２００とにおいて、検出される。これらガスセンサ１００とガス分析計１２００とからはそれぞれ、検出したＮＯｘの濃度に相当する出力が、試験制御装置１００１Ｚのセンサ出力処理部１１０５または分析計出力処理部１１０６に与えられる。
【0092】
図４は、エンジン２０００からの排ガスにおける狙いのＮＯｘ濃度を０とNmaxとの間で違えた場合における、ガス分析計１２００からの出力とガスセンサ１００からの出力との相関関係を示す直線を、模式的に示す図である。図４においては、前者を横軸に取り、後者を縦軸に取っている。
【0093】
ガス分析計１２００からの出力とガスセンサ１００からの出力との間には、図４に示すように直線的な相関がある。これは、実際の出力値に基づく（単）回帰分析を行うことで確認される。
【0094】
しかしながら、ガス分析計１２００における分析値は原理上、サンプリングのタイミングによらず、エンジン２０００から実際に排出された排ガスにおける実際のＮＯｘの濃度をほぼ正確に反映したものと考えられる一方で、ガスセンサ１００のＮＯｘ電流に基づいて特定されるＮＯｘ濃度は、ガスセンサ１００が劣化している場合には初期状態で得られる値よりも低い値となる。耐久試験が進行するにつれて、ガスセンサ１００の劣化も進んでいくことから、耐久試験の開始後、時間が経過するにつれて、図４に示すように、当該直線の傾きは低下する傾向がある。
【0095】
それゆえ、係る傾きは、ガスセンサ１００の劣化度合いの評価指標として利用され得る。いま、この傾きを濃度一致度と称することとする。なお、理想的な場合には、濃度一致度は１となるはずであるが、通常は、測定開始時点においても、濃度一致度の値は１をやや下回る。
【0096】
本実施の形態においては、これらの点を踏まえ、耐久試験開始時の濃度一致度を基準とした、耐久試験の終了時、あるいは、実施途中における濃度一致度の変化率を、耐久試験におけるガスセンサ１００の劣化度合いの評価指標として設定する。そして、この変化率の値として許容される範囲の上限値を、あらかじめ閾値（最大許容変化率）として、記憶部１１０３に記憶しておくようにする。なお、耐久試験の実施時間（経過時間）に応じて最大許容変化率が設定される態様であってもよい。
【0097】
実際に耐久試験を実行する際には、エンジン制御部１１０４による制御のもと、少なくとも耐久試験の開始時と終了時に、図３に例示するような運転サイクルが少なくとも１回は行われるようにエンジン２０００を運転する。そして、当該運転サイクルのそれぞれのシーケンスにおいて、ガスセンサ１００とガス分析計１２００によってエンジン２０００からの排ガス中のＮＯｘを検知する。好ましくは、試験途中の所定のタイミングにおいても、同様の運転および検知を行う。
【0098】
ガスセンサ１００とガス分析計１２００はそれぞれ、検知したＮＯｘの濃度値を、センサ出力処理部１１０５と分析計出力処理部１１０６に対し出力する。特性評価を実施するための運転サイクルの繰り返し回数は、後述するサンプリング時間ＳＰを考慮しつつ、適宜に定められてよい。
【0099】
続いて、ガスセンサ１００とガス分析計１２００が取得したそれらの出力値は評価処理部１１０７に与えられる。評価処理部１１０７は、それらの出力値をシーケンス毎に平均化する。これにより、各シーケンスについて、（ｘ、ｙ）＝（ガス分析計からの主力値の平均値、ガスセンサからの主力値の平均値）というデータセットが生成されるので、それらのデータセットを対象として最小二乗近似（直線近似）を行う。そして、係る最小二乗近似により得られた回帰直線（図４の直線に相当）に基づいて濃度一致度を算出する。耐久試験開始時以外の算出値についてはさらに、開始時の濃度一致度からの変化率も算出する。
【0100】
係る変化率が算出されると、評価処理部１１０７は、当該算出値と、記憶部１１０３に記憶されてなる閾値（最大許容変化率）とを対比する。算出された変化率が閾値を上回るような場合、当該ガスセンサ１００は許容範囲を超えた特性劣化（感度劣化）が生じていると評価することができ、閾値以下である場合には、ガスセンサ１００の特性劣化（感度劣化）の度合いは許容範囲内に留まっていると評価することができる。
【0101】
以上のような態様にて行う、ガスセンサ１００の劣化度合いの評価は、耐久試験用の排ガスを、特性評価にも利用するようにすることで、耐久試験の開始時にエンジン２０００の排気経路２００１の取付位置Ｐｏｓ１に取り付けられたガスセンサ１００を、試験途中で取り外すことなく試験を継続することが出来る、という点で特徴的である。特に、耐久試験を実施している途中における特性の評価については、その実施を中断することなく、換言すれば、エンジン２０００を運転状態に保ち、その排ガス雰囲気にガスセンサ１００を曝した状態のまま、当該特性評価のための測定を行うことが出来る。
【0102】
その結果として、耐久試験実行後あるいは実行途中における特性評価に要する時間が短縮される。さらには、ガスセンサ１００を取り外す際に、耐久試験の過程において当該ガスセンサ１００に付着した煤などの不純物が脱離することに起因した、評価値のばらつきが生じないため、従来よりも耐久試験の信頼性が向上する、という作用効果も得られる。
【0103】
より詳細には、特性評価を伴う耐久試験を行うにあたっては、エンジン２０００として、排ガスにおけるＮＯの濃度を０ｐｐｍ～１００００ｐｐｍの範囲で可変可能なものを採用する。
【0104】
また、エンジン２０００の運転サイクルは、少なくとも特性評価を行う際には、狙いのＮＯｘ濃度の最小値が０ｐｐｍであり、最大値Nmaxが３００ｐｐｍ以上の所定値となるように設定する。なお、図３に例示する場合では、０と最大値Nmaxとの間に３水準の狙い濃度Nmd(1)～Nmd(3)が設定されているが、これはあくまで例示であり、少なくとも１水準が設定されればよい。換言すれば、特性評価を行う際には、ＮＯｘ濃度の設定値が０ｐｐｍである場合と、３００ｐｐｍ以上の所定値である場合とを少なくとも含む、ＮＯｘ濃度の設定値が相異なる少なくとも３種類の排ガスが、相異なるシーケンスにて排出されるように、運転サイクルが設定されればよい。それら少なくとも３種類の排ガスが、評価用ガスとして使用されることになる。
【0105】
また、ガスセンサ１００とガス分析計１２００によるＮＯｘの検知（サンプリング）は、運転サイクルを構成する個々のシーケンスごとに、かつ、当該シーケンスから次のシーケンスへと移行する直前の所定の時間にのみ行うようにする。図３には、係る検知がなされる時間をサンプリング時間ＳＰとして例示している。これは、当該シーケンスにおいてエンジン２０００の運転状態が最も安定している時間を、ＮＯｘの検知対象とする意図である。サンプリング時間ＳＰは、１０秒～２００秒程度であればよい。また、サンプリングは連続的に行う必要はなく、０．１秒から１０秒程度のインターバルにて行う態様であってもよい。
【0106】
また、ガスセンサ１００は耐久試験の実施中、絶えず駆動状態とされてなるが、ガス分析計１２００については、特性評価を行う間においてのみ、あるいは、サンプリング時間ＳＰにおいてのみ、稼働される態様であってもよく、あるいは、それらの間においてのみ、サンプリング配管１２０１のバルブ１２０１Ｂが解放されて、ガス分析計１２００による排ガスのサンプリングが可能とされる、という態様であってもよい。
【0107】
また、図３に例示するようなエンジン２０００の運転サイクルは、特性評価を実施している間と、それ以外の時間とで、違えられてもよい。
【0108】
＜具体例＞
上述した態様にて行われる、耐久試験における特性評価の具体例を、以下に示す。
上述した態様にて行われる、耐久試験における特性評価の具体例を、以下に示す。
【0109】
図５は、あるガスセンサ１００に対し上述した態様にて耐久試験を行ったときの、試験開始時における、当該ガスセンサ１００により検知されたＮＯｘの濃度プロファイルＰＦ１ａと、ガス分析計１２００により検知されたＮＯｘの濃度プロファイルＰＦ２ａとを示す図である。
【0110】
より具体的には、図５に示すのは、第１シーケンスＳＱ１～第７シーケンスＳＱ７までの７つのシーケンスによって構成されたある一の運転サイクルにて、エンジン２０００を運転した場合の、プロファイル例である。濃度プロファイルＰＦ１ａおよび濃度プロファイルＰＦ２ａの双方に生じている濃度変動は、それら７つのシーケンスに対応したものとなっている。ただし、係る運転サイクルは、図３で想定した運転サイクルとはシーケンス毎の濃度の上下関係が異なっている。
【0111】
図５からは、ＮＯｘ濃度が２００ｐｐｍ以下の範囲では、両プロファイルが示す濃度差にはほとんど差がみられないが、ＮＯｘ濃度が８００ｐｐｍ以上の範囲では、濃度プロファイルＰＦ１ａの濃度値が濃度プロファイルＰＦ２ａを下回っていることが、確認される。
【0112】
図５にはさらに、それぞれのシーケンスにおけるサンプリング時間ＳＰについても示している。なお、サンプリング時間ＳＰは１００秒とし、１０秒ごとにサンプリングを行っている。
【0113】
図６は、耐久試験開始時のガスセンサ１００の出力とガス分析計１２００の出力との間の濃度一致度を求めるべく、図５に示した濃度プロファイルＰＦ１ａと濃度プロファイルＰＦ２ａのそれぞれについて、個々のシーケンスごとにサンプリング時間ＳＰにおける出力値の平均値を算出し、これにより得られたシーケンスごとのデータセットを、ガス分析計１２００の出力値を横軸（ｘ軸）とし、ガスセンサ１００の出力値を縦軸（ｙ軸）として、プロットした図である。また、図６には、プロットしたデータに基づいて最小二乗法により求めた回帰直線およびその式についても、併せて示している。
【0114】
図中にも示すように、回帰直線の式はｙ＝0.9063ｘと求められた。それゆえ、その傾き0.9063なる値が、耐久試験開始時の濃度一致度ということになる。
【0115】
一方、図７は、試験開始時に図５に示す濃度プロファイルＰＦ１ａおよびＰＦ２ａが得られたガスセンサ１００に対する耐久試験の実施が、２０００時間経過した時点において、試験開始時と同一の運転サイクルにてエンジン２０００が運転されたときの、ガスセンサ１００により検知されたＮＯｘの濃度プロファイルＰＦ１ｂと、ガス分析計１２００により検知されたＮＯｘの濃度プロファイルＰＦ２ｂとを示す図である。
【0116】
【0117】
また、図８は、耐久試験の開始から２０００時間経過後の、ガスセンサ１００の出力とガス分析計１２００の出力との間の濃度一致度を求めるべく、図７に示した濃度プロファイルＰＦ１ｂと濃度プロファイルＰＦ２ｂのそれぞれについて、個々のシーケンスごとにサンプリング時間ＳＰにおける出力値の平均値を算出し、これにより得られたシーケンスごとのデータセットを、ガス分析計１２００の出力値を横軸（ｘ軸）とし、ガスセンサ１００の出力値を縦軸（ｙ軸）として、プロットした図である。また、図８には、プロットしたデータに基づいて最小二乗法により求めた回帰直線およびその式についても、併せて示している。
【0118】
図中にも示すように、回帰直線の式はｙ＝0.8558ｘと求められた。それゆえ、その傾き0.8558なる値が、耐久試験の開始から２０００時間経過した地点での濃度一致度ということになる。この値は、試験開始時の濃度一致度である0.9063なる値よりも小さいことから、２０００時間の耐久試験の前後における濃度一致度の変化率は100×(0.9063-0.8558)/0.9063=5.6％と求められる。
【0119】
係る変化率を、あらかじめ定められ記憶部１１０３に記憶されてなる閾値（最大許容変化率）と比較し、その結果に基づいて、ガスセンサ１００の劣化の度合いを許容範囲内であるか否かが判断される。
【0120】
図９は、全２１種類のガスセンサ１００を対象に耐久試験を行い、それぞれについて、試験途中および試験終了時に求めた濃度一致度の変化率を算出し、係る算出値を耐久試験の経過時間に対してプロットした図である。具体的には、５００時間経過時点、１０００時間経過時点、１５００時間経過時点、および２０００時間経過時点（試験終了時点）のそれぞれのタイミングで、濃度一致度の変化率を算出している。なお、変化率の値が負となっているのは、ガス分析計１２００の出力値とガスセンサ１００の出力値の差分値を、負の値として求めていることによる。
【0121】
図９からは、全てのガスセンサ１００について、試験時間の経過とともに濃度一致度の変化率が緩やかに変化し、耐久試験が１０００時間経過した時点で、最低でもおよそ５％は初期値から値が変化していること、および、個々のガスセンサ１００の間においては、変化率におよそ３％程度のばらつきがあることがわかる。
【0122】
図９に示す結果は、濃度一致度の変化率が、相異なるガスセンサ１００の間における劣化の程度を比較する指標として使用できることを、示唆している。
【0123】
また、上述したように、あらかじめ最大許容変化率が閾値として設定されることで、個々のガスセンサ１００について、許容範囲を超えた劣化が生じているか否かを、判断することも可能である。
【0124】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、ガスセンサを長時間、エンジンからの排ガス雰囲気に曝した状態で連続的に駆動する耐久試験において、その開始時および終了時さらには途中において行う、当該ガスセンサの劣化度合いの評価に際し、耐久試験用の排ガスを評価用ガスとして利用する。そして、係る排ガス雰囲気に曝された状態のガスセンサからのＮＯｘ濃度の出力値と、ガスセンサの近傍においてサンプリングした雰囲気をガス分析計で分析することにより特定されるＮＯｘ濃度の出力値とに基づいて算出される両者の濃度一致度の変化率を、劣化度合いの評価指標として用いるようする。これにより、耐久試験の開始に際してエンジンの配管に取り付けられたガスセンサを、試験途中で取り外すことなく耐久試験を継続することが出来る。特に、耐久試験を実施している途中における特性の評価については、その実施を中断することなく、エンジンを運転状態に保ち、その排ガス雰囲気にガスセンサを曝した状態のまま、当該特性評価を行うことが出来る。
【0125】
結果として、耐久試験実行前後あるいはさらに実行途中における特性評価に要する時間が短縮される。また、特性評価のためにガスセンサを取り外すことに伴って、ガスセンサに付着していた煤などの不純物が脱離することに起因した、評価値のばらつきが生じないため、従来よりも耐久試験の信頼性が向上する。
【0126】
＜耐久試験システムの応用例＞
上述の実施の形態では、耐久試験システム１０００Ｚを用いて、耐久試験におけるガスセンサ１００の劣化度合いを評価するようにしていた。その際には、エンジン２０００の運転サイクルにおける個々のシーケンスでの狙いのＮＯｘ濃度を違えるようにしていた。
上述の実施の形態では、耐久試験システム１０００Ｚを用いて、耐久試験におけるガスセンサ１００の劣化度合いを評価するようにしていた。その際には、エンジン２０００の運転サイクルにおける個々のシーケンスでの狙いのＮＯｘ濃度を違えるようにしていた。
【0127】
これに代わり、排ガスにおける狙いのＮＯｘ濃度をいずれのシーケンスにおいても１００ｐｐｍ以上の所定値に保つ一方で、酸素濃度を個々のシーケンスにおいて２％～２０．５％（大気中濃度近傍値）の範囲で違えるようにした場合、ガスセンサ１００からの出力値（ＮＯｘ濃度値）は、本来的には一定であるべきところ、実際には、酸素濃度に依存した値となることが、わかっている。また、ガス分析計１２００においては、酸素も検知されるので、ＮＯｘ濃度に係る出力値に代えて、酸素濃度に係る出力値を得ることも可能である。
【0128】
これらのことを利用し、耐久試験システム１０００Ｚにおいては、上述の実施の形態における評価手法の応用として、ガスセンサ１００からの酸素濃度に応じた出力値と、ガス分析計１２００から得られる酸素濃度に係る出力値とに基づいて、ガスセンサ１００の酸素濃度依存性の、耐久試験前後あるいは途中における変化を、把握することも出来る。
【0129】
＜第２の実施の形態＞
上述した第１の実施の形態における、耐久試験の際の特性評価は、エンジン２０００からの排ガスをそのまま、特性評価用のガスとしても利用することで、ガスセンサ１００をエンジン２０００の排気経路２００１から取り外すことを不要とし、時間短縮や不純物の脱離防止を得るというものであった。しかしながら、係る態様の場合、エンジン２０００の排ガスをそのまま利用するという性質上、たとえ個々のシーケンスにおいてエンジン２０００の運転条件を一定に制御したとしても、排ガスの圧力や温度、流速などの変動により、実際に排ガスに含まれるＮＯｘ濃度が変動して、狙いのＮＯｘ濃度からずれてしまう余地がある。
上述した第１の実施の形態における、耐久試験の際の特性評価は、エンジン２０００からの排ガスをそのまま、特性評価用のガスとしても利用することで、ガスセンサ１００をエンジン２０００の排気経路２００１から取り外すことを不要とし、時間短縮や不純物の脱離防止を得るというものであった。しかしながら、係る態様の場合、エンジン２０００の排ガスをそのまま利用するという性質上、たとえ個々のシーケンスにおいてエンジン２０００の運転条件を一定に制御したとしても、排ガスの圧力や温度、流速などの変動により、実際に排ガスに含まれるＮＯｘ濃度が変動して、狙いのＮＯｘ濃度からずれてしまう余地がある。
【0130】
本実施の形態においては、ガスセンサ１００を取り外すことなく耐久試験における特性評価を行えるという第１の実施の形態の特徴を活かしつつ、特性評価に供するＮＯｘの濃度をより安定させる態様について、説明する。
【0131】
図１０は、本発明の第２の実施の形態においてガスセンサ１００の耐久試験を行うための構成を、概略的に示す図である。
【0132】
図１０に示すように、本実施の形態においては、図２に示した第１の実施の形態にて用いていた耐久試験システム１０００Ｚに代えて、耐久試験システム１０００Ａを用いるようにする。それゆえ、第１の実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0133】
耐久試験システム１０００Ａは、主たる構成要素として、第１の実施の形態に係る耐久試験システム１０００Ｚの試験制御装置１１００Ｚと類似する試験制御装置１１００Ａと、ガス分析計１２００とを主たる構成要素として備えるほか、モデルガス供給装置１３００をさらに備える。
【0134】
モデルガス供給装置１３００は、複数種類の単体の気体（ガス）をあらかじめ定めた任意の混合比（濃度比）で混合して、成分比が既知の混合ガスであるモデルガスをモデルガス供給装置１３００の外部へと供給可能なガス混合器１３０１を備える。
【0135】
また、モデルガス供給装置１３００には液体を気化する気化器１３０２も備わっており、液体を気化したうえでガス混合器１３０１にて混合することも可能とされてなる。
【0136】
図１０においては、単体の気体として一酸化炭素（ＮＯ）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）を供給するＮＯガス供給源Ｓ１、Ｏ２ガス供給源Ｓ２、Ｎ２ガス供給源Ｓ３と、液体として水（Ｈ２Ｏ）を供給するＨ２Ｏ供給源Ｓ４とが用意された場合を例示している。ＮＯガス供給源Ｓ１とＯ２ガス供給源Ｓ２とはそれぞれ、モデルガス供給装置１３００に備わるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）Ｍ１、Ｍ２に接続されている。また、Ｎ２ガス供給源Ｓ３は、２つのマスフローコントローラＭ３ａ、Ｍ３ｂに分岐接続されている。さらに、Ｈ２Ｏ供給源Ｓ４は液体マスフローコントローラＭ４に接続されている。
【0137】
さらに、マスフローコントローラＭ１、Ｍ２、Ｍ３ａはそれぞれ、ガス混合器１３０１に接続されている。
【0138】
一方、マスフローコントローラＭ３ｂと液体マスフローコントローラＭ４とは、気化器１３０２に接続されている。これにより、気化器１３０２においては、後者によって流量が調節された水が前者によって流量が調節された窒素によってバブリングされ、窒素ともども気体状態にてガス混合器１３０１へと供給されるようになっている。
【0139】
それゆえ、ガス混合器１３０１においては、マスフローコントローラＭ１、Ｍ２、Ｍ３ａによって所定の流量に調整された一酸化炭素、酸素、および窒素と、あらかじめ所定の流量にて気化器１３０２に供給され気化された水（およびバブリングに用いた窒素）とが、それぞれの流量に応じた混合比（濃度比）で混合され、モデルガス供給装置１３００の外部へと排出されるようになっている。
【0140】
具体的には、モデルガス供給装置１３００と（より詳細にはガス混合器１３０１と）、エンジン２０００の排気経路２００１の途中であってガスセンサ１００の３箇所の取付位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、およびＰｏｓ３のそれぞれの上流側の位置との間には、供給配管１３１１、１３１２、および１３１３が設けられてなる。より詳細には、供給配管１３１２はＤＰＦ３０００よりも下流側に、供給配管１３１３はＳＣＲ４０００よりも下流側に、それぞれ接続される。そして、供給配管１３１１、１３１２、および１３１３にはそれぞれ、バルブ１３１１Ｂ、１３１２Ｂ、および１３１３Ｂが備わっている。
【0141】
これらバルブ１３１１Ｂ、１３１２Ｂ、および１３１３Ｂを選択的に開放することによって、供給配管１３１１、１３１２、および１３１３のいずれかから選択的に、排気経路２００１に対して混合比（濃度比）が既知のモデルガスを供給することが出来るようになっている。
【0142】
加えて、耐久試験システム１０００Ａにはモデルガス供給装置１３００に接続されたＮ２ガス供給源Ｓ３とは別のＮ２ガス供給源Ｓ０が備わっている。また、Ｎ２ガス供給源Ｓ０と、排気経路２００１の途中であってエンジン２０００の下流側近傍位置との間には、供給配管（以降、Ｎ２パージラインと称する）２００２が設けられてなる。Ｎ２パージライン２００２の途中にはバルブ２００２Ｂが設けられており、エンジン２０００の排気経路２００１の途中であって、Ｎ２パージライン２００２の接続位置よりも上流側にもバルブ２００１Ｂが設けられてなる。
【0143】
これにより、バルブ２００１Ｂとバルブ２００２Ｂとを選択的に開放することによって、排気経路２００１の下流側に対し、エンジン２０００からの排ガスの排出と、Ｎ２ガス供給源Ｓ０からの窒素ガスの供給とを、選択的に行えるようになっている。
【0144】
試験制御装置１１００Ａは、試験制御装置１１００Ｚと同じ構成要素を備えるほか、モデルガス供給制御部１１０８をさらに備える。
【0145】
モデルガス供給制御部１１０８は、上述したモデルガス供給装置１３００からのモデルガスの供給を制御する。具体的には、モデルガス供給装置１３００から排気経路２００１に対し供給するモデルガスにおけるガスの混合比（濃度比）が、所望される値となるように、マスフローコントローラＭ１、Ｍ２、Ｍ３ａ、およびＭ３ｂと液体マスフローコントローラＭ４の流量を制御する制御指示を、モデルガス供給装置１３００に対して与える。
【0146】
また、モデルガス供給制御部１１０８は、排気経路２００１に設けられたバルブ２００１Ｂと、Ｎ２パージライン２００２に設けられたバルブ２００２Ｂと、モデルガス供給装置１３００と排気経路２００１の間を接続する供給配管１３１１、１３１２、および１３１３に設けられたバルブ１３１１Ｂ、１３１２Ｂ、および１３１３Ｂの開閉についても制御可能に、構成されていてもよい。
【0147】
以上のような構成を有する耐久試験システム１０００Ａを用いて行うガスセンサ１００の耐久試験も、図１０に示すように、エンジン２０００の排気経路（配管）２００１の途中にガスセンサ１００を取り付けた状態で、エンジン２０００からの排ガス雰囲気に曝された状態のガスセンサ１００を連続的に長時間（１０００時間以上）駆動する点、および、試験前後あるいは途中における特性評価の実施を、ガスセンサ１００を排気経路２００１に取り付けたままの状態において行うという点においては、第１の実施の形態と同様である。
【0148】
ただし、本実施の形態においては、特性評価を、エンジン２０００からの排ガスではなく、モデルガス供給装置１３００から供給されるＮＯｘ濃度が既知のモデルガスを用いて行う点で、第１の実施の形態とは相違する。
【0149】
概略的にいえば、ガスセンサ１００を排ガスに曝す際には排気経路２００１に備わるバルブ２００１Ｂを開放してエンジン２０００からガスセンサ１００が取り付けられてなる下流側に向けて排ガスを排出するようにする。その際、モデルガス供給装置１３００と接続された供給配管１３１１、１３１２および１３１３のバルブ１３１１Ｂ、１３１２Ｂ、１３１３Ｂと、Ｎ２パージライン２００２のバルブ２００２Ｂはいずれも閉じておく。
【0150】
一方、耐久試験の開始時、終了時さらには途中において特性評価を実施する際には、まず、排気経路２００１に備わるバルブ２００１Ｂを閉じて排ガスの供給を遮断し、代わって、Ｎ２パージライン２００２のバルブ２００２Ｂを開放して排気経路２００１に窒素を供給し、排気経路２００１に残留している排ガスを全て排出させるようにする。係る排出がなされた時点で、バルブ２００２Ｂを閉じ、代わって、供給配管１３１１、１３１２および１３１３のいずれかのうち、直近にガスセンサ１００が取り付けられてなる配管のバルブ１３１１Ｂ、１３１２Ｂ、または１３１３Ｂを開放して、排気経路２００１にモデルガスが流れるようにする。特性評価が終了すれば、開放していた供給配管を閉じ、排気経路２００１のバルブ２００１Ｂを開放して、排ガスの供給（排出）を再開する。
【0151】
係るモデルガスの供給に際しては、試験制御装置１１００Ａのモデルガス供給制御部１１０８が、モデルガスにＮＯｘとして濃度既知のＮＯが含まれるように、モデルガス供給装置１３００におけるガス流量を制御する。
【0152】
排気経路２００１にモデルガスが供給され、ガスセンサ１００およびガス分析計１２００が当該モデルガスを対象とする測定が可能な状態になると、以降は、第１の実施の形態と同様に、両者によるＮＯｘの検出がなされ、濃度一致度さらにはその変化率が算出される。
【0153】
より具体的には、モデルガス供給装置１３００からは、ＮＯｘ濃度が相異なる少なくとも３種類のモデルガスが、順次に供給されるようにする。その際、ＮＯｘ濃度の最小値は０ｐｐｍとされ、最大値は３００ｐｐｍ以上の所定値とされる。そして、それぞれの場合について、ガスセンサ１００およびガス分析計１２００による検出が行われ、センサ出力処理部１１０５と分析計出力処理部１１０６に与えられたそれぞれからの出力値に基づき、評価処理部１１０７において濃度一致度および変化率が算出される。これは、第１の実施の形態における運転サイクルのシーケンス設定の際の、狙いのＮＯ濃度の設定と、その後の処理とに類似している。
【0154】
本実施の形態の場合も、評価処理部１１０７において算出された濃度一致度の変化率が閾値と比較され、その結果に基づいて、ガスセンサ１００の特性劣化の程度が判断される。また、本実施の形態の場合、モデルガス供給装置１３００から供給されるＮＯｘ濃度既知のモデルガスを特性評価に用いるので、濃度一致度の変化率は、第１の実施形態よりもさらに、ガスセンサの１００の劣化の程度をより正確に反映した値になっているものと考えられる。それゆえ、ガスセンサ１００の劣化の度合いの判定に対する信頼性が確保されてなるものといえる。
【0155】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様、耐久試験の開始に際してエンジンの配管に取り付けられたガスセンサを、試験途中で取り外すことなく耐久試験を継続することが出来る。これに加えて、試験前後さらには途中に行う特性評価には従来と同様にＮＯｘ濃度既知のモデルガスを用いるので、特性評価に供するＮＯｘの濃度が第１の実施の形態よりも安定化される。これにより、試験時間を従来よりも短縮しつつ、特性検査の信頼性が確保された劣化試験を行うことができる。
【0156】
なお、モデルガス供給装置１３００においては、混合に使用する単体の気体の供給源さえ接続されていれば、それらを用いて任意の混合ガスを生成し、外部へと供給可能であるので、第１の実施の形態の応用例のように、ＮＯｘ濃度を一定とする一方で酸素濃度を違えた複数種類のガスを生成し、供給することも可能である。それゆえ、本実施の形態に係る耐久試験システム１０００Ａにおいても、ガスセンサ１００の酸素濃度依存性の、耐久試験前後あるいは途中における変化を、把握することが出来る。
【0157】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様、ガスセンサ１００を取り外すことなく耐久試験における特性評価を行えるという第１の実施の形態の特徴を活かしつつも、第２の実施の形態とは異なる構成にて、特性評価に供するＮＯｘの濃度をより安定させる態様について、説明する。
本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様、ガスセンサ１００を取り外すことなく耐久試験における特性評価を行えるという第１の実施の形態の特徴を活かしつつも、第２の実施の形態とは異なる構成にて、特性評価に供するＮＯｘの濃度をより安定させる態様について、説明する。
【0158】
図１１は、本発明の第３の実施の形態においてガスセンサ１００の耐久試験を行うための構成を、概略的に示す図である。
【0159】
図１１に示すように、本実施の形態においては、図１０に示した第２の実施の形態にて用いていた耐久試験システム１０００Ａに代えて、耐久試験システム１０００Ｂを用いるようにする。それゆえ、第１および第２の実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0160】
耐久試験システム１０００Ｂは、主たる構成要素として、第２の実施の形態に係る耐久試験システム１０００Ａの試験制御装置１１００Ａと類似する試験制御装置１１００Ｂと、ガス分析計１２００とを主たる構成要素として備えるほか、スパンガス供給装置１４００をさらに備える。また、Ｎ２パージライン２００２にてエンジン２０００の排気経路２００１に接続されたＮ２ガス供給源Ｓ０も、耐久試験システム１０００Ａと同様に設けられてなる。
【0161】
スパンガス供給装置１４００は、所定のガス成分があらかじめ既知の濃度にて含まれている複数種類のスパンガスを選択的にスパンガス供給装置１４００の外部へと供給可能なガス切り替え器１４０１を備える。
【0162】
図１１においては、一酸化窒素（ＮＯ）がそれぞれ２０００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、１００ｐｐｍの濃度にて含まれている（残余は窒素）４種類のＮＯスパンガスをそれぞれに供給するＮＯスパンガス供給源ＳＧ１ａ～ＳＧ１ｄと、酸素（Ｏ２）がそれぞれ２０％、１０％、５％、１％の濃度にて含まれている（残余は窒素）４種類の酸素スパンガスをそれぞれに供給する酸素スパンガス供給源ＳＧ２ａ～ＳＧ２ｄとに加えて、窒素のみを供給する窒素ガス供給源ＳＧ３が用意され、ガス切り替え器１４０１にて選択的に供給可能とされてなる場合を例示している。なお、窒素のみからなり他のガス成分を含まないガスは厳密にはゼロガスと称されるが、本実施の形態においては便宜上、これを含めてスパンガスと称することとする。
【0163】
スパンガス供給装置１４００と（より詳細にはガス切り替え器１４０１と）、エンジン２０００の排気経路２００１の途中であってガスセンサ１００の３箇所の取付位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、およびＰｏｓ３のそれぞれの上流側の位置との間には、供給配管１４１１、１４１２、および１４１３が設けられてなる。これらの接続位置は、第２の実施の形態における供給配管１３１１、１３１２、および１３１３の接続位置と同じである。そして、供給配管１４１１、１４１２、および１４１３にはそれぞれ、バルブ１４１１Ｂ、１４１２Ｂ、および１４１３Ｂが備わっている。
【0164】
これらバルブ１４１１Ｂ、１４１２Ｂ、および１４１３Ｂを選択的に開放することによって、供給配管１４１１、１４１２、および１４１３のいずれかから選択的に、排気経路２００１に対して、スパンガスを供給することが出来るようになっている。
【0165】
試験制御装置１１００Ｂは、モデルガス供給制御部１１０８に代えて、スパンガス供給制御部１１０９を備えるほかは、試験制御装置１１００Ａと同様の構成を有する。
【0166】
スパンガス供給制御部１１０９は、上述したスパンガス供給装置１４００からのスパンガスの供給を制御する。具体的には、スパンガス供給装置１４００から排気経路２００１に対し供給するスパンガスを選択する制御指示を、スパンガス供給装置１４００に対して与える。
【0167】
また、スパンガス供給制御部１１０９は、排気経路２００１に設けられたバルブ２００１Ｂと、Ｎ２パージライン２００２に設けられたバルブ２００２Ｂと、スパンガス供給装置１４００と排気経路２００１の間を接続する供給配管１４１１、１４１２、および１４１３に設けられたバルブ１４１１Ｂ、１４１２Ｂ、および１４１３Ｂの開閉についても制御可能に、構成されていてもよい。
【0168】
以上のような構成を有する耐久試験システム１０００Ｂを用いて行うガスセンサ１００の耐久試験も、図１１に示すように、エンジン２０００の排気経路（配管）２００１の途中にガスセンサ１００を取り付けた状態で、エンジン２０００からの排ガス雰囲気に曝された状態のガスセンサ１００を連続的に長時間（１０００時間以上）駆動する点、および、試験前後あるいは途中における特性評価の実施を、ガスセンサ１００を排気経路２００１に取り付けたままの状態において行うという点においては、第１および第２の実施の形態と同様である。
【0169】
ただし、本実施の形態においては、特性評価を、エンジン２０００からの排ガスではなく、モデルガス供給装置１３００にて混合されたモデルガスでもなく、スパンガス供給装置１４００から供給されるＮＯｘ濃度が既知のスパンガスを用いて行う点で、第１および第２の実施の形態とは相違する。
【0170】
概略的にいえば、ガスセンサ１００を排ガスに曝す際の態様、および、耐久試験の開始時、終了時さらには途中において特性評価を実施するに先立って、Ｎ２パージライン２００２から排気経路２００１に窒素を供給し、排気経路２００１に残留している排ガスを全て排出させる態様については、第２の実施の形態と同様である。
【0171】
排ガスの排出がなされた時点で、バルブ２００２Ｂを閉じ、代わって、供給配管１４１１、１４１２、および１４１３のいずれかのうち、直近にガスセンサ１００が取り付けられてなる配管のバルブ１４１１Ｂ、１４１２Ｂ、または１４１３Ｂを開放する。併せて、ガス切り替え器１４０１によって４種類のＮＯスパンガス供給源ＳＧ１ａ～ＳＧ１ｄのいずれかを選択し、選択されたスパンガス供給源から供給配管１４１１、１４１２、または１４１３を通じて、排気経路２００１に対し、ＮＯｘとして所定濃度値のＮＯが含まれるスパンガスを供給する。
【0172】
排気経路２００１にスパンガスが供給され、ガスセンサ１００およびガス分析計１２００が当該スパンガスを対象とする測定が可能な状態になると、以降は、第１の実施の形態と同様に、両者によるＮＯｘの検出がなされ、濃度一致度さらにはその変化率が算出される。
【0173】
より具体的には、スパンガス供給装置１４００からは、ＮＯｘ濃度が相異なる少なくとも３通りのスパンガスが、順次に供給されるようにする。その際、ＮＯｘ濃度の最小値は０ｐｐｍとされる。これは、窒素ガス供給源ＳＧ３から窒素を供給することで実現される。一方、最大値は３００ｐｐｍ以上の所定値とされる。これは、ＮＯスパンガス供給源ＳＧ１ａ～ＳＧ１ｃのいずれかから、係る要件に見合うスパンガスを供給することで実現される。そして、それぞれの場合について、ガスセンサ１００およびガス分析計１２００による検出が行われ、センサ出力処理部１１０５と分析計出力処理部１１０６に与えられたそれぞれからの出力値に基づき、評価処理部１１０７において濃度一致度および変化率が算出される。
【0174】
本実施の形態の場合も、評価処理部１１０７において算出された濃度一致度の変化率が閾値と比較され、その結果に基づいて、ガスセンサ１００の特性劣化の程度が判断される。また、本実施の形態の場合、スパンガス供給装置１４００から供給されるＮＯｘ濃度既知のスパンガスを特性評価に用いるので、濃度一致度の変化率は、第１の実施形態よりもさらに、ガスセンサの１００の劣化の程度をより正確に反映した値になっているものと考えられる。それゆえ、ガスセンサ１００の劣化の度合いの判定に対する信頼性が確保されてなるものといえる。
【0175】
以上、説明したように、本実施の形態の場合も、第１および第２の実施の形態と同様、耐久試験の開始に際してエンジンの配管に取り付けられたガスセンサを、試験途中で取り外すことなく耐久試験を継続することが出来る。これに加えて、試験前後さらには途中に行う特性評価には従来と同様にＮＯｘ濃度既知のスパンガスを用いるので、第２の実施の形態と同様、特性評価に供するＮＯｘの濃度が第１の実施の形態よりも安定化される。これにより、試験時間を従来よりも短縮しつつ、特性検査の信頼性が確保された劣化試験を行うことができる。
【0176】
なお、スパンガス供給装置１４００においては、使用したいスパンガスの供給源さえ接続されていれば、それを外部へと供給可能であるので、第１の実施の形態の応用例のように、ＮＯｘ濃度を一定とする一方で酸素濃度を違えた複数種類のスパンガス供給源を用意し、供給することも可能である。それゆえ、本実施の形態に係る耐久試験システム１０００Ｂにおいても、ガスセンサ１００の酸素濃度依存性の、耐久試験前後あるいは途中における変化を、把握することが出来る。
【0177】
＜変形例＞
上述の第２および第３の実施の形態では、モデルガスあるいはスパンガスにおけるＮＯｘ濃度を、０を含む少なくとも３水準にて違えた場合における、ガス分析計１２００からの出力とガスセンサ１００からの出力との相関関係を示す回帰直線の傾きである濃度一致度を、ガスセンサ１００の劣化度合いの評価指標として用いているが、これに代わり、少なくとも耐久試験の開始時と終了時に、好ましくはさらに試験途中において、ＮＯｘ濃度が０ではない任意の既知の値である一のモデルガスあるいはスパンガスを供給し、それぞれの時点におけるガス分析計１２００からの出力に対するガスセンサ１００からの出力の比を算出し、係る算出値をガスセンサの劣化度合いの評価指標として用いるようにしてもよい。係る場合、試験開始時の当該算出値に対する、試験終了時さらには試験途中における当該算出値の変化率に基づいて、ガスセンサの劣化度合いを評価することができる。
上述の第２および第３の実施の形態では、モデルガスあるいはスパンガスにおけるＮＯｘ濃度を、０を含む少なくとも３水準にて違えた場合における、ガス分析計１２００からの出力とガスセンサ１００からの出力との相関関係を示す回帰直線の傾きである濃度一致度を、ガスセンサ１００の劣化度合いの評価指標として用いているが、これに代わり、少なくとも耐久試験の開始時と終了時に、好ましくはさらに試験途中において、ＮＯｘ濃度が０ではない任意の既知の値である一のモデルガスあるいはスパンガスを供給し、それぞれの時点におけるガス分析計１２００からの出力に対するガスセンサ１００からの出力の比を算出し、係る算出値をガスセンサの劣化度合いの評価指標として用いるようにしてもよい。係る場合、試験開始時の当該算出値に対する、試験終了時さらには試験途中における当該算出値の変化率に基づいて、ガスセンサの劣化度合いを評価することができる。
【0178】
上述の実施の形態において耐久試験の対象とされるガスセンサ１００のセンサ素子１０１は、測定電極４４が、多孔質の保護膜として機能するとともに被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する第４拡散律速部４５に被覆される態様にて第２内部空所４０に配置されてなり、該第４拡散律速部４５によって、測定電極４４に流入するＮＯｘの量が制限されていたが、これに代わり、被測定ガスに対し第４拡散律速部４５と同等の拡散抵抗を付与する、例えばスリット状のあるいは多孔質の拡散律速部にて第２内部空所４０と連通する第３内部空所を設け、該第３内部空所に測定電極４４を設けるようにしてもよい。
【0179】
図１２は、そのようなセンサ素子２０１の長手方向に沿った垂直断面図を含む、ガスセンサ２００の構成の一例を概略的に示す図である。なお、センサ素子２０１は、図１に示すセンサ素子１０１の構成要素と作用・機能が共通する構成要素を有している。そのような構成要素については、図１に示された対応する構成要素と同一の符号を付して、必要ある場合を除き、詳細な説明は省略する。また、コントローラ１１０については図示を省略している。
【0180】
センサ素子２０１においては、第１拡散律速部１１がガス導入口１０を兼ねている点、第１拡散律速部１１、第２拡散律速部１３、および第３拡散律速部３０と同様のスリット状をなす第５拡散律速部６０によって第２内部空所４０と連通する第３内部空所６１が設けられてなる点、測定電極４４が係る第３内部空所６１に面する第１固体電解質層４の上面に設けられてなる点、および、測定電極４４が第３内部空所６１に対し露出してなる点において、図１に示したセンサ素子１０１と相違する。ただし、第２の内部空所４０と測定電極４４との間に拡散律速部が介在するという点では、センサ素子２０１もセンサ素子１０１と同様である。
【0181】
このような構成のセンサ素子２０１を備えるガスセンサ２００についても、ガスセンサ１００と同様、上述した第１ないし第３の実施の形態に開示された態様での、特性評価を伴う耐久試験の対象と、することができる。
【符号の説明】
【0182】
１０ ガス導入口
１１ 第１拡散律速部
１２ 緩衝空間
１３ 第２拡散律速部
２０ 第１内部空所
２１ 主ポンプセル
２２ 内側ポンプ電極
２３ 外側ポンプ電極
３０ 第３拡散律速部
４０ 第２内部空所
４１ 測定ポンプセル
４２ 基準電極
４３ 基準ガス導入空間
４４ 測定電極
４５ 第４拡散律速部
５０ 補助ポンプセル
５１ 補助ポンプ電極
１００、２００ ガスセンサ
１０１、２０１ センサ素子
１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｚ 耐久試験システム
１２０１、１２０２、１２０３ サンプリング配管
１３１１、１３１２、１３１３ （モデルガスの）供給配管
１４１１、１４１２、１４１３ （スパンガスの）供給配管
２００１ 排気経路
２００２ Ｎ２パージライン
Ｉｐ２ ＮＯｘ電流
Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３ （ガスセンサの）取付位置
１１ 第１拡散律速部
１２ 緩衝空間
１３ 第２拡散律速部
２０ 第１内部空所
２１ 主ポンプセル
２２ 内側ポンプ電極
２３ 外側ポンプ電極
３０ 第３拡散律速部
４０ 第２内部空所
４１ 測定ポンプセル
４２ 基準電極
４３ 基準ガス導入空間
４４ 測定電極
４５ 第４拡散律速部
５０ 補助ポンプセル
５１ 補助ポンプ電極
１００、２００ ガスセンサ
１０１、２０１ センサ素子
１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｚ 耐久試験システム
１２０１、１２０２、１２０３ サンプリング配管
１３１１、１３１２、１３１３ （モデルガスの）供給配管
１４１１、１４１２、１４１３ （スパンガスの）供給配管
２００１ 排気経路
２００２ Ｎ２パージライン
Ｉｐ２ ＮＯｘ電流
Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３ （ガスセンサの）取付位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】