JP2001330586A

JP2001330586A - ガスセンサ素子

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Publication number: JP2001330586A
Application number: JP2001076443A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Imamura; 弘男今村; Keigo Mizutani; 圭吾水谷; Tasuke Makino; 太輔牧野; Toshitaka Saito; 利孝斎藤
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2001-11-30
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP3973851B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するに当
り，酸素に濃度分布がある際も正確な特定ガス濃度の検
出が可能で，かつ応答性に優れたガスセンサ素子を提供
すること。【解決手段】第１モニタセル５と第２モニタセル６に
おける起電力の値に基づいて，ポンプセル３に対する印
加電圧の大きさを制御する構成である。または，モニタ
セルに電圧を印加して得られる限界電流の値からポンプ
セルに対する印加電圧の大きさを制御する構成である。
第１または第２ポンプセルの少なくとも一方はポンプ電
流を利用して，印加電圧の大きさを制御可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，自動車用内燃機関の排気系等に
設置され，ＮＯｘ等の検知に利用されるるガスセンサ素
子に関する。

【０００２】

【従来技術】自動車用内燃機関等から排出される排ガス
を原因とする大気汚染は現代社会に深刻な間題を引き起
こしており，排ガス中の公害物質に対する浄化基準法規
が年々厳しくなっている。排ガス中のＮＯｘ濃度を直接
検出し，検出結果をエンジン燃焼制御モニタ，触媒モニ
タ等にフィードバックすれば，より効率よく排ガス浄化
を行なうことができると考えられる。このような背景か
ら，排ガス中のＮＯｘ濃度を精度よく検出可能なガスセ
ンサ素子が求められていた。

【０００３】ところで，従来よく知られたガスセンサ素
子として，次のようなものが挙げられる（後述する図
９，図１０等）。第１チャンバ１１と対面するようポン
プセル３が配置され，該ポンプセル３に電圧を印加する
ことで第１チャンバ１１内にある酸素を第１チャンバ１
１と素子外部との間でポンピングする。第１チャンバ１
１内の酸素濃度を検知可能なモニタセル９５を設け，こ
のモニタセル９５の値から第１チャンバ１１内の酸素濃
度が一定となるようポンプセル３がフィードバック制御
される。

【０００４】第２チャンバ１２には，ＮＯｘから生成さ
れた酸素イオンを測定することでＮＯｘ濃度を測定でき
るようなセンサセル２を設けておくが，上述したごとく
第２チャンバ１２では酸素濃度の増減がなく，センサセ
ル２を移動する酸素イオンの量，即ちセンサセル２にお
ける酸素イオン電流の大きさがＮＯｘ濃度に対応する。
これにより，排ガス中の酸素濃度の増減にかかわらず，
正確なＮＯｘ濃度を測定することができる。

【０００５】なお，センサセル２における電極（排ガス
とする対面する側）をＮＯｘを酸素イオンと窒素イオン
とに分解可能な材料で構成すれば，上述したごとくＮＯ
ｘ濃度測定ができるが，他の材料で構成することで他の
ガス濃度の測定も可能となる。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかしながら，従来構造のガ
スセンサ素子には次のような問題がある。モニタセルを
第１チャンバに設けた場合，第２チャンバに設けたセン
サセル近傍の酸素濃度をモニタすることができない。こ
のため，第１及び第２チャンバ内の酸素濃度分布による
誤差が生じやすい。また，第１チャンバと第２チャンバ
との間には第２拡散抵抗通路が存在し，ゆえに第２チャ
ンバでは酸素濃度の変動が第１チャンバより遅れる。こ
のため，第２チャンバにモニタセルを設けた場合，第１
チャンバの制御に遅れが生じ，応答性が悪化するという
間題がある。

【０００７】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する
に当り，酸素に濃度分布がある際も正確な特定ガス濃度
の検出が可能で，かつ応答性に優れたガスセンサ素子を
提供しようとするものである。

【０００８】

【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，被測定ガ
スが導入される第１チャンバ及び第２チャンバを有し，
かつ上記第１チャンバはガスセンサ素子外部と第１拡散
抵抗通路によって連通され，上記第２チャンバは上記第
１チャンバと第２拡散抵抗通路によって連通されてお
り，上記第１チャンバと対面し，印加電圧に対応した酸
素をポンピング可能なポンプセルを有し，上記第１及び
第２チャンバとそれぞれ対面し，各チャンバ内における
酸素濃度にそれぞれ対応した起電力が得られる第１及び
第２モニタセルを有し，上記第２チャンバと対面し，所
定の電圧を印加することで，被測定ガス中の特定ガス濃
度に対応した電流が得られるセンサセルを有するガスセ
ンサ素子であって，上記第１モニタセルと第２モニタセ
ルにおける起電力の値に基づいて，上記ポンプセルに対
する印加電圧の大きさを制御するよう構成されているこ
とを特徴とするガスセンサ素子にある。

【０００９】本発明において最も注目すべきことは，第
１チャンバ，第２チャンバのそれぞれに対面する第１モ
ニタセル，第２モニタセルを有し，かつ両者が共に自身
の起電力の値に対応してポンプセルに対する印加電圧を
制御可能に構成されていることである。

【００１０】次に，本発明の作用につき説明する。本発
明にかかるガスセンサ素子は，第１チャンバ，第２チャ
ンバのそれぞれに第１モニタセル，第２モニタセルが設
けてある。この二つのモニタセルは第１チャンバ，第２
チャンバと基準ガス室との間に設けてあり，酸素濃淡起
電力式電池として機能する。

【００１１】被測定ガス中の酸素濃度が安定している
時，第１及び第２チャンバ内の酸素濃度に差があまりな
いことから，第１モニタセルと第２モニタセルとの起電
力はそれぞれ同じ，または差が小さい。この時，第１及
び第２チャンバ内の酸素濃度分布による誤差を小さくす
るため，センサセル近傍の酸素濃度をモニタできる第２
モニタセルに生じた起電力に基づいてポンプセルを制御
する。

【００１２】また，被測定ガス中の酸素濃度が大きく変
化している時，第１チャンバに比べて，第２チャンバに
濃度変化が伝わるのが遅れるため，第１モニタセルと第
２モニタセルの起電力には大きな差が生じる。

【００１３】なお，被測定ガス中の酸素濃度がだんだん
高くなっている時は，第１モニタセルの電圧が第２モニ
タセルの電圧より低くなる。被測定ガス中の酸素濃度が
だんだん低くなっている時は，第１モニタセルの電圧が
第２モニタセルの電圧よりも高くなる。これは，第２拡
散抵抗通路による被測定ガス流入の時間差に起因するも
のである。

【００１４】このような状態の際は，応答性の低下によ
る誤差を小さくするため，第１チャンバ内の酸素濃度を
モニタできる第１モニタセルに生じた起電力に基づいて
ポンプセルを制御する。このため，本発明にかかるガス
センサ素子を用いれば，酸素濃度が時間的，空間的に均
一であるときも，そうでないときも，共に正確な特定ガ
ス濃度の検出が可能となる。

【００１５】以上，本発明によれば，被測定ガス中の特
定ガス濃度を検出するに当り，酸素に濃度分布がある際
も正確な特定ガス濃度の検出が可能で，かつ応答性に優
れたガスセンサ素子を提供することができる。

【００１６】なお，各センサセル，ポンプセル，モニタ
セルはいずれも固体電解質体に設けた一対の電極よりな
る構成で，各電極は各セルを設ける位置等によって異な
る材料で構成する。センサセルの第２チャンバに対面す
る側の電極は，検出しようとする特定ガスから酸素イオ
ンを生じせしめる作用を持つ必要がある。また，第１チ
ャンバや第２チャンバに対面する側の各ポンプセル，モ
ニタセルの電極は検出しようとする特定ガスに対し不活
性であることが好ましい。これにより，特定ガスの分解
をセンサセル上に限定することができ，正確な特定ガス
濃度の測定が可能となる。

【００１７】次に，請求項２に記載の発明のように，上
記第１モニタセル及び上記第２モニタセルは並列に接続
されていることが好ましい。これにより，両モニタセル
の平均起電力を求め，この値の大小からポンプセル制御
ができるため，制御機構を簡単にすることができる。ま
た，この制御を実現する回路構成を簡素なものとするこ
とができる。

【００１８】次に，請求項３に記載の発明は，被測定ガ
スが導入される第１チャンバ及び第２チャンバを有し，
かつ上記第１チャンバはガスセンサ素子外部と第１拡散
抵抗通路によって連通され，上記第２チャンバは上記第
１チャンバと第２拡散抵抗通路によって連通されてお
り，上記第１チャンバと対面し，印加電圧に対応した酸
素をポンピング可能なポンプセルを有し，上記第１また
は第２チャンバのいずれか一方と対面するモニタセルを
有し，上記第２チャンバと対面し，所定の電圧を印加す
ることで，被測定ガス中の特定ガス濃度に対応した値を
得ることができるセンサセルが設けてあるガスセンサ素
子であって，上記モニタセルに電圧を印加して得られる
限界電流の値から，上記ポンプセルに対する印加電圧の
大きさを制御するよう構成されていることを特徴とする
ガスセンサ素子にある。

【００１９】モニタセルは電圧印加により酸素濃度セン
サとして機能するよう構成されている。モニタセルに電
圧を印加した場合，ある特定の電圧範囲では，電圧が増
大しても電流の大きさは変わらない。このときの電流値
が限界電流値である。

【００２０】モニタセルが第１チャンバと対面する場
合，上記限界電流値より第１チャンバ内における酸素濃
度が分かるため，これを利用して第２チャンバ内で酸素
濃度が低濃度で一定となるようポンプセルに対する印加
電圧を制御できる。また，モニタセルにおける限界電流
値より第１チャンバの酸素濃度を測定し，また，センサ
セルよりも上流側で２段階のポンピング，すなわち第１
チャンバ内でモニタセルとポンプセルとからポンピング
を行なうことができるため，特定ガス濃度検出にあたり
酸素濃度依存性を小さくすることができる。また，モニ
タセルには電圧が印加されているため，第１チャンバ内
の酸素をポンピングする作用を持つ。このため，被測定
ガス中の酸素濃度が時間的に大きく変化するような場
合，変動する酸素濃度はモニタセルにおけるポンピング
作用が均すため，応答性の遅れによる問題も生じ難い。

【００２１】モニタセルが第２チャンバと対面する場
合，上記限界電流値より第２チャンバ内における酸素濃
度が分かるため，これを利用して，第２チャンバ内で酸
素濃度が低濃度で一定となるよう，ポンプセルに対する
印加電圧を制御することができる。このように，センサ
セル近傍の酸素濃度でポンプセルを制御できるため，酸
素濃度が時間的に安定しており，かつ酸素の空間的な濃
度分布がある際（第１と第２チャンバで酸素濃度が異な
るなど）に正確な特定ガス濃度を検出できる。

【００２２】また，モニタセルには電圧が印加されてい
るため，第２チャンバ内の酸素をポンピングする作用を
持つ。このため，被測定ガス中の酸素濃度が時間的に大
きく変化するような場合，変動する酸素濃度はモニタセ
ルにおけるポンピング作用が均すため，応答性の遅れに
よる問題も生じ難い。

【００２３】このため，本発明にかかるガスセンサ素子
を用いれば，酸素濃度が安定しているときも，そうでな
いときも共に正確な特定ガス濃度の検出が可能となる。

【００２４】また，本請求項にかかるガスセンサ素子
は，モニタセルに流れる電流を測定してポンピングセル
の制御に利用している。そのため，特定ガス濃度が０の
際に得られるオフセット電流（残留酸素やガスセンサ素
子の各セル等からの漏電流により生じる）から発生する
誤差が減るため，高い検出精度を得ることができる。

【００２５】以上，本発明によれば，被測定ガス中の特
定ガス濃度を検出するに当り，酸素に濃度分布がある際
も正確な特定ガス濃度の検出が可能で，かつ応答性に優
れたガスセンサ素子を提供することができる。

【００２６】また，ポンプセルに対する印加電圧が高く
なりすぎると，ポンプセルの電極が特定ガスに対して不
活性な材料で構成されている場合であっても特定ガスの
分解が発生することがある。これを防止するために，ポ
ンプセルに流れる電流値を測定し，被測定ガス中の酸素
濃度を測定し，この値に応じて基準とする限界電流値を
変更することが好ましい。

【００２７】次に，請求項４に記載の発明は，被測定ガ
スが導入される第１チャンバ及び第２チャンバを有し，
かつ上記第１チャンバはガスセンサ素子外部と第１拡散
抵抗通路によって連通され，上記第２チャンバは上記第
１チャンバと第２拡散抵抗通路によって連通されてお
り，上記第１チャンバと対面し，印加電圧に対応した酸
素をポンピング可能な第１ポンプセルを有し，上記第２
チャンバと対面し，印加電圧に対応した酸素をポンピン
グ可能な第２ポンプセルを有し，上記第２チャンバと対
面し，所定の電圧を印加することで，被測定ガス中の特
定ガス濃度に対応した電流が得られるセンサセルを有す
るガスセンサ素子であって，上記第１または第２ポンプ
セルの少なくとも一方は酸素のポンピングに対応して自
身に生じるポンプ電流に対応して自身に対する印加電圧
の大きさを制御可能に構成されていることを特徴とする
ガスセンサ素子にある。

【００２８】後述する図１８に示すごとく，印加電圧を
上げてもポンプセルに流れる電流の大きさが変化しない
ある特定の電圧範囲が存在し，この一定の電流の値，限
界電流値の大きさは酸素濃度に依存する。このため，ポ
ンプ電流に対応してポンプセルに対する印加電圧を変更
することで，各チャンバ内の酸素濃度を一定に保つこと
ができる。また，本請求項にかかるガスセンサ素子は二
つのポンプセルを有し，各チャンバで個別にポンピング
が行われるため，各チャンバで酸素濃度分布が生じ難
い。また，酸素濃度が大きく変動するような場合であっ
ても，同様に各チャンバで個別にポンピングが行われる
ため，応答性の遅れも生じ難い。

【００２９】以上，本請求項によれば，被測定ガス中の
特定ガス濃度を検出するに当り，酸素に濃度分布がある
際も正確な特定ガス濃度の検出が可能で，かつ応答性に
優れたガスセンサ素子を提供することができる。

【００３０】また，本請求項にかかるガスセンサ素子の
構成ではモニタセルを省略することが可能なため，構造
が簡単で，制御機構がシンプルなガスセンサ素子を得る
ことができる。なお，後述する実施形態例４に示すごと
く，モニタセルを設けることもできる。

【００３１】次に，請求項５記載の発明によれば，被測
定ガスが導入される第１チャンバ及び第２チャンバを有
し，かつ上記第１チャンバはガスセンサ素子外部と第１
拡散抵抗通路によって連通され，上記第２チャンバは上
記第１チャンバと第２拡散抵抗通路によって連通されて
おり，上記第１または第２チャンバの少なくとも１つの
チャンバと対面するモニタセルを有し，上記第１チャン
バと対面し，印加電圧に対応した酸素をポンピング可能
な第１ポンプセルを有し，上記第２チャンバと対面し，
印加電圧に対応した酸素をポンピング可能な第２ポンプ
セルを有し，上記第２チャンバと対面し，所定の電圧を
印加することで，被測定ガス中の特定ガス濃度に対応し
た電流が得られるセンサセルを有するガスセンサ素子で
あって，少なくとも１つのポンプセルは，上記モニタセ
ルに電圧を印加して得られる限界電流の値から，ポンプ
セルに対する印加電圧の大きさを制御可能に構成されて
いることを特徴とするガスセンサ素子にある。

【００３２】これにより，上記モニタセルに電圧を印加
して得られる限界電流値より上記ポンプセルに対する印
加電圧の大きさを制御することができるため，請求項３
と同様にオフセット電流から生じる誤差を減らすことが
できる。また，第１ポンプセル，第２ポンプセルの２段
階で酸素濃度を制御しているため，請求項４と同様に応
答性の遅れも生じがたい。

【００３３】以上，本請求項によれば，被測定ガス中の
特定ガス濃度を検出するに当り，酸素に濃度分布がある
際も正確な特定ガス濃度の検出が可能で，かつ応答性に
優れたガスセンサ素子を提供することができる。

【００３４】請求項６の発明のように，各ポンプセルは
基準ガス室に対面するよう配置されることが好ましい。
これにより，被測定ガスが内燃機関からの排ガスである
場合，空燃比がリッチ側に傾いた際の特定ガス濃度の測
定を容易に行なうことができる。

【００３５】なお，本発明のガスセンサ素子としては，
ＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ素子の他，ＣＯ，Ｃ
Ｏ₂，Ｈ₂Ｏ，ＳＯｘ等を測定するガスセンサ素子につい
て適用可能である。なお，各実施形態例はＮＯｘ濃度測
定について記載した。

【００３６】

【発明の実施の形態】実施形態例１本発明の実施形態例にかかるガスセンサ素子につき，図
１〜図１０を用いて説明する。図１，図２に示すごと
く，本例のガスセンサ素子１は，被測定ガスが導入され
る第１チャンバ１１及び第２チャンバ１２を有し，かつ
上記第１チャンバ１１はガスセンサ素子外部と第１拡散
抵抗通路１１０によって連通され，上記第２チャンバ１
２は上記第１チャンバ１１と第２拡散抵抗通路１２０に
よって連通されている。上記第１チャンバと対面し，印
加電圧に対応した酸素をポンピング可能なポンプセルを
有する。

【００３７】上記第１及び第２チャンバ１１，１２とそ
れぞれ対面し，各チャンバ１１，１２内における酸素濃
度にそれぞれ対応した起電力が得られる第１及び第２モ
ニタセル５，６を有し，上記第２チャンバ１２と対面
し，所定の電圧を印加することで，被測定ガス中の特定
ガス濃度に対応した電流が得られるセンサセル２を有す
る。上記第１モニタセル５と第２モニタセル６における
起電力の値に基づいて，上記ポンプセル３に対する印加
電圧の大きさを制御するよう構成されている。

【００３８】また，このガスセンサ素子１は後述するガ
スセンサ７に組付けて自動車エンジンの排気管に取り付
けられ，エンジンの燃焼制御，排ガス浄化用触媒のモニ
タ等に使用され，排ガス中のＮＯｘ濃度を測定するよう
構成されている。

【００３９】本例のガスセンサ素子１について詳細に説
明する。図１に示すごとく，本例のガスセンサ素子１
は，シート状の第１及び第２固体電解質体１４１，１４
３と両固体電解質体１４１，１４３間に設け，第１及び
第２チャンバ１１，１２を形成するスペーサ１４２と，
第２固体電解質体１４３に設けた基準ガス室１３形成用
のスペーサ１４４と，センサセル２，モニタセル５，
６，ポンプセル３を活性温度まで加熱するためのヒータ
１５とを順次積層した構成である。

【００４０】センサセル２は，第２固体電解質体１４３
に設けた一対にセンサ電極２１，２２より構成され，電
源２５２，電流計２５１を備えたセンサ回路２５に接続
されている。上記センサ電極２１は第２チャンバ１２と
対面し，センサ電極２２は基準ガス室１３と対面する。
なお，基準ガス室１３は基準ガスとして大気が導入され
ている。

【００４１】上記ポンプセル３は，第１固体電解質体１
４１に設けた一対のポンプ電極３１，３２よりなり，電
源３５１を備えたポンプ回路３５に接続されている。上
記ポンプ電極３１は多孔質保護層１４０を介してガスセ
ンサ素子１の外部と対面する。また，ポンプ電極３２は
第１チャンバ１１と対面する。そして，ポンプ電極３
１，３２上を貫通するように第１拡散抵抗通路１１０が
第１固体電解質体１４１に設けてある。上記第１及び第
２拡散抵抗通路１１０，１２０はピンホールや細孔より
構成されるが，例えば多孔質層で構成することもでき
る。

【００４２】上記第１モニタセル５は第２固体電解質体
１４３に設けた一対のモニタ電極５１，５２よりなり，
第１電圧計５５１を備えた第１モニタ回路５５に接続さ
れている。同様に，上記第２モニタセル６は第２固体電
解質体１４３に設けた一対のモニタ電極６１，６２より
なり，第２電圧計６５１を備えた第２モニタ回路６５に
接続されている。また，各モニタ回路５５，６５から，
ポンプ回路３５に向けてフィードバック回路５６，６６
が設けてある。そして，上記モニタ電極５１は第１チャ
ンバ１１に，モニタ電極６１は第２チャンバ１２，モニ
タ電極５２，６２は基準ガス室１３と対面する。

【００４３】両固体電解質体１４１，１４３は酸素イオ
ン導電性のジルコニア等よりなる。ポンプ電極３１，セ
ンサ電極２２，モニタ電極５２，６２はＰｔ等の貴金属
よりなり，ポンプ電極３２，モニタ電極５１，６１はＮ
Ｏｘに対し不活性なＰｔ−Ａｕ等の貴金属よりなる。ま
た，センサ電極２１はＮＯｘに活性なＲｈ，Ｐｔ−Ｐｈ
等の貴金属よりなる。なお，ここでいうＮＯｘに対する
活性／不活性とは，ＮＯｘを酸素イオンと窒素イオンと
に分解する作用を有する／有しないことを表している。
また，各スペーサ１４２，１４４は絶縁性のアルミナよ
り構成される。また，多孔質保護層１４０は絶縁性のセ
ラミックよりなる。

【００４４】上記ヒータ１５は絶縁性のヒータ基板１５
１，１５２と両者の間に設けた発熱体１５０とよりな
る。該発熱体１５０は外部からの電力供給で発熱する。
ヒータ基板１５１，１５２はアルミナ，発熱体１５０は
白金等の貴金属より構成される。

【００４５】また，本例にかかるガスセンサ素子１を搭
載したガスセンサ７について説明する。図３に示すごと
く，上記ガスセンサ７における筒状ハウジング７０内に
は，絶縁材で外周を保持したガスセンサ素子１が収容さ
れている。ガスセンサ素子１の先端はハウジング７０よ
り突出して先端側に延びて，ハウジング７０の先端に固
定される排気カバー７１内に収容されている。排気カバ
ー７１は，ステンレス製の内部カバー７１１と外部カバ
ー７１２との２重構造で，両カバー７１１，７１２の側
壁と底壁には，被測定ガスである排ガスを排気カバー７
１内に取り込むための導入口７１３，７１４がそれぞれ
形成してある。

【００４６】ハウジング７０の基端側には，筒状のメイ
ンカバー７２１とその基端側を被うサブカバー７２２と
からなる大気カバー７２が固定されている。これらメイ
ンカバー７２１およびサブカバー７２２は，側壁の対向
位置に大気導入口７２３，７２４をそれぞれ有する。両
大気導入口７２３，７２４より基準ガスである大気が大
気カバー７２内に取り込むまれる。

【００４７】また，大気導入口７２３，７２４の形成位
置において，メインカバー７２１とサブカバー７２２の
間に，防水のために撥水性のフィルタ７２５を設置して
ある。大気カバー７２は基端側が開口しており，ガスセ
ンサ素子１の基端部に接続するリード線７３がこの開口
部より外部に延びている。

【００４８】本例のガスセンサ素子１について，動作原
理を説明する。排ガスが多孔質保護層１４０，第１拡散
抵抗通路１１０を経由して，第１チャンバ１１内に導入
される。導入される排ガス量は多孔質保護層１４０と第
１拡散抵抗通路１１０との合計の拡散抵抗により定ま
る。

【００４９】第１チャンバ１１において，電圧を印加さ
れたポンプセル３により，排ガス中の酸素が酸素イオン
となる。ポンプセル３を通じて，第１チャンバ１１とガ
スセンサ素子１外部との間で上記酸素イオンの移動が発
生する。これにより第１チャンバ１１内で酸素のポンピ
ングが発生する。

【００５０】また，第１チャンバ１１内には第１モニタ
セル５が設けてあるが，このモニタセル５は酸素濃淡起
電力式の電池として機能する。発生した起電力はモニタ
回路５５の電圧計５５１によって計ることができる。第
２チャンバ１２の第２モニタセル６でも同様に起電力を
計ることができる。これら両電圧計５５１，６５１の差
に対応した信号がフィードバック回路５５，６５を通じ
てポンプ回路３５に運ばれる。これにより，ポンプ回路
３５の電源３５１の電圧が適宜変更され，ポンプセル３
の酸素ポンピング量が制御される。

【００５１】上記酸素ポンピング量の制御について詳細
に説明する。被測定ガス中の酸素濃度が安定している
時，第１モニタセル５と第２モニタセル６の起電力は同
じ，またはその差は僅少である。この時，第１及び第２
チャンバ１１，１２内の酸素濃度分布による誤差を小さ
くするため，センサセル２近傍の酸素濃度をモニタでき
る第２モニタセル６に生じた起電力に基づいてポンプセ
ル３を制御する。

【００５２】また，被測定ガス中の酸素濃度が大きく変
化している時，第１モニタセル５の電圧と第２モニタセ
ル６の起電力には大きな差が生じる。被測定ガス中の酸
素濃度がだんだん高くなっている時は，第１モニタセル
５の起電力が第２モニタセル６より低くなる。被測定ガ
ス中の酸素濃度がだんだん低くなっている時は，第１モ
ニタセル５の起電力が第２モニタセル６より高くなる。

【００５３】これは，第２拡散抵抗通路１２０を被測定
ガスが通過するにある程度の時間が必要であるため，被
測定ガス中の酸素濃度の変化が第２チャンバ１２内の雰
囲気に反映されるのが遅れるためである。このような状
態の際は，応答性の低下による誤差を小さくするため，
第１チャンバ１１内の酸素濃度をモニタできる第１モニ
タセル５に生じた起電力に基づいてポンプセル３を制御
する。

【００５４】この制御において，ポンプセル３に対する
印加電圧は，モニタ回路５５，６５の電圧計５５１，６
５１の値が３００〜５００ｍＶとなるように制御する。
こうすることで，第１チャンバ１１，第２チャンバ１２
内の酸素濃度を１ｐｐｍ以下とすることができ，ＮＯｘ
濃度測定に支障がない程度の酸素量とすることができ
る。

【００５５】図４は，本例にかかる被測定ガス中のＮＯ
ｘ濃度とセンサセルに対する印加電圧，センサセル電流
との関係を示す特性図である。この特性図より，本例に
おいてセンサセル２には常に電圧Ａを与え，センサ回路
２５での電流が０．２μＡの時はＮＯｘ濃度が０ｐｐ
ｍ，２μＡの時は１０００ｐｐｍ，３．８μＡの時は電
流値とＮＯｘ濃度との関係に直線性を持たせるため，２
０００ｐｐｍであることが分かる。

【００５６】次に，本例にかかるガスセンサ素子１と比
較例１及び２にかかるガスセンサ素子９０１，９０２と
の性能を比較評価する。比較例１のガスセンサ素子９０
１は，図９に示すごとく，第１チャンバ１１と対面する
ポンプセル３及びモニタセル９５，第２チャンバ１２と
対面するセンサセル２を有する。また，比較例２のガス
センサ素子９０２は，図１０に示すごとく，第１チャン
バ１１と対面するポンプセル３，第２チャンバ１２と対
面するモニタセル９５，センサセル２を有する。詳細な
構成は本例と同様である。

【００５７】（性能評価１，ＮＯｘ濃度検出の酸素濃度
依存性）本例にかかるガスセンサ素子１，比較例１及び
２のガスセンサ素子９０１，９０２を用い，図３にかか
るガスセンサ７に取り付けて，酸素濃度の異なる被測定
ガスに曝してＮＯｘ濃度の測定を行なった。被測定ガス
としては，（酸素１％，窒素９９％），（酸素５％，窒
素９５％），（酸素２０％，窒素８０％）という組成の
ものを準備し，各被測定ガスについてＮＯｘ濃度を０か
ら１０００ｐｐｍまで変化させた際のセンサ回路２５の
電流計２５１の値を測定した。

【００５８】（性能評価２，応答性）また，上記ガスセ
ンサ７に取り付けられた各ガスセンサ素子１，９０１，
９０２をＮＯｘが１０００ｐｐｍ含有され，酸素を１％
含有した被測定ガス中に曝した。その後，酸素濃度を１
％から２０％へと切り替えた。この時のポンプセル３に
対する印加電圧がどのように変動したかをモニタした。

【００５９】（性能評価１）の結果を図５と図７に記載
した。同図に示すごとく，第１チャンバ１１内にモニタ
セル９５を設けた比較例１のガスセンサ素子９０１は酸
素濃度の変動に応じて大きくセンサセル２に流れる電流
値が変化した。また，第２チャンバ１２内にモニタセル
９５を設けた比較例２のガスセンサ素子９０２や本例の
ガスセンサ素子１は，酸素濃度が変動してもセンサセル
２の電流値は殆ど変化がなかった。

【００６０】（性能評価２）の結果は図６と図８に記載
した。同図に示すごとく，比較例１のガスセンサ素子９
０１と本例のガスセンサ素子１は共に酸素濃度が切り替
えられてから６０ｍ秒程度でポンプセル３に対する印加
電圧が変化し，モニタセル９５，５からの制御が迅速に
行われたことが分かった。しかし，比較例２のガスセン
サ素子９０２は１５０ｍ秒以上経過しないとポンプセル
３に対する印加電圧が変化しなかった。

【００６１】このように本例にかかるガスセンサ素子１
は，酸素濃度分布がある際も正確なＮＯｘ濃度の検出が
可能で，かつ応答性に優れていることが分かった。比較
例１は応答性は優れているが酸素濃度依存した出力しか
得ることができず，比較例２はＮＯｘ濃度は正確に検出
できるが応答性が悪いことが分かった。

【００６２】本例の作用効果について説明する。本例の
ガスセンサ素子は第１及び第２チャンバ１１，１２に第
１及び第２モニタセル５，６をそれぞれ設けておいて，
酸素濃度があまり変化しないときと大きく変化している
時とで使い分ける。このため，酸素濃度分布がある際も
正確なＮＯｘ濃度を検出できて，かつ応答性に優れたＮ
Ｏｘセンサ素子を得ることができる。

【００６３】このように，本例によれば，被測定ガス中
の特定ガス濃度を検出するに当り，酸素に濃度分布があ
る際も正確な特定ガス濃度の検出が可能で，かつ応答性
に優れたガスセンサ素子を提供することができる。な
お，本例はＮＯｘ濃度について測定するガスセンサ素子
について説明したが，センサセルの電極を例えばＣＯか
ら炭素と酸素イオンとに分解可能な材料とすればＣＯセ
ンサ素子を得ることができ，このものについても本例と
同様の効果を得ることができる。その他，ＣＯ₂，Ｈ
₂Ｏ，ＳＯｘ等のガスセンサ素子に対し本例の構成を適
用できる。

【００６４】実施形態例２本例は，図１１，図１２に示すごとく，実施形態例１と
同様の構成のガスセンサ素子で，第１モニタセルと第２
モニタセルとを並列に接続したものについて説明する。
図１１に示すガスセンサ素子１は，第１モニタセル５と
第２モニタセル６とがモニタ回路５９に対し並列に接続
されたものである。モニタ回路５９には電圧計５９１が
設けてあり，この電圧計５９１により両モニタセル５，
６の平均起電力が測定される。この電圧計５９１の値を
元に，フィードバック回路５８を通じて，ポンプセル３
に対する印加電圧を制御する。その他の構成は実施形態
例１と同様である。

【００６５】被測定ガス中の酸素濃度が安定している
時，第１モニタセル５と第２モニタセル６の起電力とは
略等しい。また，被測定ガス中の酸素濃度が変化してい
る時，安定時の起電力よりも電圧計５９１の値が上がっ
たり，下がったりする。従って，安定時の電圧計５９１
の値を予め測定しておき，これを基準値として，該基準
値から電圧計５９１の値が変化した際には，ポンプセル
に対する印加電圧の大きさを制御してやる。このよう
に，本例によれば，ポンプセル３制御の際に電圧計５９
１の値を元にして制御することができるため，制御機構
を簡単にすることができる。また，この制御を実現する
回路構成を簡素なものとすることができる。その他，実
施形態例１と同様の作用効果を有する。

【００６６】図１２に示すガスセンサ素子は，第１モニ
タセル５と第２モニタセル６とを第２拡散抵抗通路１２
０を挟んで，一体化形成してある。この場合，モニタセ
ルの電極の印刷形成が容易となり，また電極をモニタ回
路５９に接続するためのリードの取り出しが簡素化さ
れ，製造上有効である。このものについても，その他実
施形態例１と同様の構成を有し，上記と同様の作用効果
を有する。

【００６７】実施形態例３本例にかかるガスセンサ素子は，図１３〜図１５に示す
ごとく，第２チャンバ１２にモニタセルを設けたもので
ある。図１３，図１４に示すごとく，本例のガスセンサ
素子１は，上記第１チャンバ１１と対面し，印加電圧に
対応した酸素をポンピング可能なポンプセル３を有し，
上記第２チャンバ１２と対面するモニタセル５００を有
し，上記第２チャンバ１２と対面し，所定の電圧を印加
することで，被測定ガス中のＮＯｘガス濃度に対応した
値を得ることができるセンサセル２を有する。そして，
上記モニタセル５００に電圧を印加して得られる限界電
流の値から，上記ポンプセル３に対する印加電圧の大き
さを制御するよう構成されている。

【００６８】上記モニタセル５００は第２チャンバ１２
に面する第２固体電解質体１４３に設けた一対の電極５
０１，５０２よりなり，電流計５５５と電源５５６とが
接続されたモニタ回路５５０に接続されている。また，
モニタ回路５５０の電流計５５５からフィードバック回
路５６０がポンプ回路３５の電源３５１へ接続されてい
る。また，ポンプセル３，センサセル２やその他の構成
については，実施形態例１と同様である。

【００６９】モニタセル５００に電圧を印加した場合，
ある特定の電圧範囲では，電圧が増大しても電流の大き
さは変わらない。これが限界電流値である。上記限界電
流値より第２チャンバ１２内における酸素濃度が分か
り，これに基づいてポンプセルに対する印加電圧を制御
する。このように，センサセル２近傍の酸素濃度でポン
プセル３を制御できるため，酸素濃度分布がある際も正
確にＮＯｘ濃度を検出できる。

【００７０】また，モニタセル５００は電圧が印加され
ているため，第２チャンバ１２内の酸素をポンピングす
ることもできる。このため，被測定ガス中の酸素濃度が
大きく変化し，制御の遅れからポンプセル３が第１チャ
ンバ１１内の酸素濃度を一定にできなくとも，変動する
酸素濃度はモニタセル５００におけるポンピング作用が
均すため，応答性の遅れによる問題も生じ難い。

【００７１】このため，本例にかかるガスセンサ素子を
用いれば，酸素濃度が安定しているときも，そうでない
ときも共に正確な特定ガス濃度の検出が可能となる。

【００７２】また，本例にかかるガスセンサ素子１は，
モニタセル５００の限界電流を測定し，ポンピングセル
３の制御に利用しているため，オフセット電流から発生
する誤差が減るため，高い検出精度を得ることができ
る。

【００７３】本例のガスセンサ素子１の性能を実施形態
例１と同様に評価する。実施形態例１と同様の（性能評
価１，ＮＯｘ濃度検出の酸素濃度依存性）についての測
定結果を図１５に記載した。同図より知れるごとく，本
例にかかるガスセンサ素子１は酸素濃度分布がある際も
正確なＮＯｘ濃度の検出が可能であることが分かった。
更に，実施形態例１と同様の（性能評価２，応答性）に
ついて測定したところ，実施形態例１にかかる図５と同
様の結果が得られた。このように本例のガスセンサ素子
は応答性に優れることが分かった。

【００７４】実施形態例４本例は，第１及び第２チャンバ１１，１２にそれぞれ第
１及び第２ポンプセル３，４を設けたガスセンサ素子１
について図１６〜図２１を用いて説明する。図１６，図
１７に示すごとく，本例のガスセンサ素子１は，第１チ
ャンバ１１と対面する第１ポンプセル３，第２チャンバ
１２と対面する第２ポンプセル４を有する。また，第２
チャンバ１２と対面するセンサセル２，モニタセル６を
有する。第１ポンプセル３は酸素のポンピングに対応し
て自身に生じるポンプ電流を利用して，自身に対する印
加電圧の大きさを制御可能に構成されている。また，第
２ポンプセル４は第２チャンバ１２に設けたモニタセル
６の起電力から印加電圧の大きさが制御される。

【００７５】上記第１ポンプセル３は第１チャンバ１１
に面する第１固体電解質体１４１に設けた一対の電極３
１，３２からなり，電流計３５２と電源３５１とが接続
されたポンプ回路３５に接続されている。また，電流計
３５２から電源３５１へと向かうフィードバック回路３
５３が設けてある。第２ポンプセル４は第２チャンバ１
２に面する第１固体電解質体１４１に設けた一対の電極
４１，４２からなり，電源４５１とが接続されたポンプ
回路４５に接続されている。

【００７６】モニタセル６は第２チャンバ１２に面する
固体電解質体１４３に設けた一対の電極６１，６２から
なり，電圧計６５１が接続されたモニタ回路６５に接続
されている。また，モニタ回路６５からフィードバック
回路６６が上記ポンプ回路４５に接続されている。ま
た，その他の構成については，実施形態例１と同様であ
る。

【００７７】図１８に示すごとく，印加電圧を上げても
第１ポンプセル３に流れる電流の大きさが変化しないあ
る特定の電圧範囲が存在し，この一定の電流の値，限界
電流値の大きさは酸素濃度に依存する。このため，ポン
プ電流に対応して第１ポンプセル３に対する印加電圧を
変更することで，第１チャンバ１１内の酸素濃度を一定
に保つことができる。また，本例では二つの第１及び第
２ポンプセル３，４が第１及び第２チャンバ１１，１２
で個別にポンピングするので，第１及び第２チャンバ１
１，１２の酸素濃度を容易に低濃度に保つことができ
る。また，酸素濃度が大きく変動するような場合であっ
ても，同様に第１及び第２チャンバで個別にポンピング
が行われるため，応答性の遅れも生じ難い。

【００７８】以上，本例によれば，被測定ガス中のＮＯ
ｘ濃度を検出するに当り，酸素に濃度分布がある際も正
確なＮＯｘ濃度の検出が可能で，かつ応答性に優れたガ
スセンサ素子を提供することができる。

【００７９】本例のガスセンサ素子の性能を実施形態例
１と同様に評価する。実施形態例１と同様の（性能評価
１，ＮＯｘ濃度検出の酸素濃度依存性）について測定し
た結果，実施形態例１の図５と同様の結果が得られた。
更に，実施形態例１と同様の（性能評価２，応答性）に
ついて測定したところ，実施形態例１にかかる図６と同
様の結果が得られた。このように本例のガスセンサ素子
は酸素濃度依存のない正確なＮＯｘ濃度を得ることがで
き，更に応答性に優れることが分かった。

【００８０】また，本例にかかるガスセンサ素子１の異
なる例として，図１９に示すごときものが挙げられる。
これは第１ポンプセル３と同様に第２ポンプセル４につ
いてもポンプ電流の大きさに応じて印加電圧の大きさを
制御するよう構成したもので，第２ポンプセル４が電流
計４５２と電源４５１とを持つポンプ回路４５に接続さ
れ，電流計４５２から電源４５１へと接続されたフィー
ドバック回路を有する。このものについても上記と同様
の効果を得ることができる。

【００８１】また，本例にかかるガスセンサ素子の異な
る例として，第２ポンプセルの制御をモニタセルに電圧
を印加した時の限界電流の大きさに応じて，第２ポンプ
セル電圧の大きさを制御するようにしても，上記と同様
の効果を得ることができる。

【００８２】なお，従来品で，図２０，図２１にかかる
ガスセンサ素子９０３，９０４が知られており，これら
はいずれもポンプセル３，４を第１及び第２チャンバ１
１，１２に設け，各ポンプセル３，４に対しモニタセル
５，６を設け，各チャンバ１１，１２内の酸素濃度に応
じて各ポンプセル３，４に対する印加電圧を制御するよ
う構成してある。この場合も本例と同程度の性能を得る
ことは可能であるが，セル数が多く，電極構成が複雑な
ので，製造困難である。また，ポンプセル４，５の制御
に関する回路構成も複雑となり易く，その分耐久性に劣
るような面もあった。

【００８３】実施形態例５本例は，実施形態例４の図１６と同様の構成のガスセン
サ素子である。図２２に示すごとく，第１ポンプセル３
の酸素のポンピングは実施形態例４と同様に酸素のポン
ピングに対応して自身に生じるポンプ電流を利用して，
自身に対する印加電圧の大きさを制御可能に構成されて
いる。なお，第１ポンプセル３の酸素のポンピングは第
１チャンバ１１内に第１チャンバ１１と基準ガス室１３
との間に別途モニタセルを設け，該モニタセルに発生す
る起電力が一定となるように（あるいはモニタセルに電
圧を印加して，得られる電流値が一定となるように），
第１ポンプセル３に対する印加電圧の大きさを制御する
方法でもよい。

【００８４】第２ポンプセル４の酸素ポンピングは実施
形態例３の第１ポンプセル３の制御と同様に第２チャン
バ１２内に設けたモニタセル６に電圧を印加して得られ
る電流値が一定値となるように，上記第２ポンプセル４
に対する印加電圧の大きさを制御するよう構成されてい
る。この制御は，同図に示すごとく，モニタセル６に電
流計６５２と電源６５３を備えたモニタ回路６５を接続
し，上記電流計６５２からポンプ回路４５の電源４５１
に接続されたフィードバック回路６６により実現され
る。

【００８５】本例のガスセンサ素子１を用いれば，実施
形態例３と同じ理由で被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出
するに当り，センサセル電流のオフセットの酸素濃度依
存を少なくすることができる。実施形態例４と同じ理由
で応答性の遅れも生じがたい。

【００８６】本例のガスセンサ素子１の性能を実施形態
例１と同様に評価する。実施形態例１の図６の（性能評
価１，ＮＯｘ濃度検出の酸素濃度依存性）について測定
した結果，実施形態例１の図５の同様の結果を得られ
た。さらに実施形態例１と同様の（性能評価２，応答
性）について測定した結果，実施形態例１の図６と同様
の結果が得られた。このように本例のガスセンサ素子は
酸素依存が少ない正確なＮＯｘ濃度を得ることができ，
さらに応答性も優れることが分かった。

【００８７】実施形態例６本例は図２３に示すごとく，第１チャンバ１１と対面す
る第１ポンプセル３及びモニタセル５，第２チャンバ１
２と対面する第２ポンプセル４，センサセル２を有し，
第１ポンプセル３に対する印加電圧はモニタセル５に流
れる限界電流値により制御され，第２ポンプセル４に対
する印加電圧は第２ポンプセル４自身に流れるポンプ電
流に基づいて制御されるガスセンサ素子１である。

【００８８】本例のガスセンサ素子１を用いれば，実施
形態例５と同じ理由で被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出
するに当り，センサセル電流のオフセットの酸素濃度依
存を少なくすることができ，応答性の遅れも生じがた
い。

【００８９】なお，図２３に示すガスセンサ素子１にお
いて，第２チャンバ１２内の酸素濃度は低濃度で略一定
であるため，第２ポンプセル４電圧は一定としてもよ
い。また，第２ポンプセル４に対する印加電圧は第２チ
ャンバ１２内に第２チャンバ１２と基準ガス室１３との
間にモニタセルを設け，該モニタセルに発生する起電力
で制御してもよい。また，第１ポンプセル３に対する印
加電圧をモニタセル５の起電力で制御してもよい。

【００９０】また，図２４にかかる構造のガスセンサ素
子がある。図２４に示すごとく，本例のガスセンサ素子
１は，第１チャンバ１１と対面する第１ポンプセル３及
び第１モニタセル５，第２チャンバ１２と対面する第２
ポンプセル４，第２モニタセル６及びセンサセル２を有
する。符号５５０，６５０は各モニタセル５，６に接続
されるモニタ回路，符号５５５，６５５は電流計，符号
５５６，６５６は電源である。

【００９１】そして，本例のガスセンサ素子１は，第１
ポンプセル３に対する印加電圧は第１モニタセル５に流
れる限界電流により制御され，第２ポンプセル４に対す
る印加電圧は第２モニタセル６に流れる限界電流により
制御される。このような構成のガスセンサ素子１につい
ても，上記と同様，実施形態例５と同じ理由で被測定ガ
ス中のＮＯｘ濃度を検出するに当り，センサセル電流の
オフセットの酸素濃度依存を少なくすることができ，応
答性の遅れも生じがたい。

【００９２】実施形態例７本例は，実施形態例４の図１６と同様の構成のガスセン
サ素子であるが，図２５に示すごとく，ポンプセル３が
第１チャンバ１１と基準ガス室１３との間に設けてある
ものである。この場合，第１チャンバ１１の酸素ポンピ
ングは基準ガス室１３との間で行われる。基準ガスとし
ては大気が利用されるため，自動車エンジンの排ガス測
定の際，該排ガスがリッチ側に傾いた際でも精度よくＮ
Ｏｘ濃度を測定できる。その他，実施形態例４と同様の
効果を得る。また，実施形態例５，６及び７は，いずれ
も，酸素ポンピングを基準ガス室との間で行うと排ガス
がリッチ側に傾いた際でも精度よくＮＯｘ濃度を測定で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，ガスセンサ素子の断面
説明図。

【図２】実施形態例１における，図１にかかるガスセン
サ素子の斜視展開図。

【図３】実施形態例１における，ガスセンサ素子を組付
けたガスセンサの縦断面説明図。

【図４】実施形態例１における，ＮＯｘ濃度とＮＯｘに
由来する酸素イオン電流との関係を示す線図。

【図５】実施形態例１における，本例及び比較例２のＮ
Ｏｘ濃度，酸素濃度，センサセルに流れる電流値の関係
を示す線図。

【図６】実施形態例１における，本例及び比較例１の酸
素濃度切り替え後のポンプセル印加電圧の時間変化を示
す線図。

【図７】実施形態例１における，比較例１のＮＯｘ濃
度，酸素濃度，センサセルに流れる電流値の関係を示す
線図。

【図８】実施形態例１における，比較例２の酸素濃度切
り替え後のポンプセル印加電圧の時間変化を示す線図。

【図９】実施形態例１における，比較例１の断面説明
図。

【図１０】実施形態例１における，比較例２の断面説明
図。

【図１１】実施形態例２における，第１及び第２センサ
セルが並列に接続されたガスセンサ素子の断面説明図。

【図１２】実施形態例２における，第１及び第２センサ
セルが一体化されたガスセンサ素子の断面説明図。

【図１３】実施形態例３における，第２チャンバのみセ
ンサセルを設けたガスセンサ素子の断面説明図。

【図１４】実施形態例３における，図１３にかかるガス
センサ素子の斜視展開図。

【図１５】実施形態例３における，ＮＯｘ濃度とＮＯｘ
に由来する酸素イオン電流との関係を示す線図。

【図１６】実施形態例４における，二つのポンプセルを
有するガスセンサ素子の断面説明図。

【図１７】実施形態例４における，図１６にかかるガス
センサ素子の斜視展開図。

【図１８】実施形態例４における，ポンプセルに対する
印加電圧とポンプ電流との特性を示す線図。

【図１９】実施形態例４における，二つのポンプセルを
持ち，モニタセルを持たないガスセンサ素子の断面説明
図。

【図２０】従来にかかる２つのポンプセルを持つガスセ
ンサ素子の断面説明図。

【図２１】従来にかかる２つのポンプセルを持つガスセ
ンサ素子の断面説明図。

【図２２】実施形態例５における，第１チャンバと基準
ガスとの間にポンプセルを設けたガスセンサ素子の断面
説明図。

【図２３】実施形態例６における，第１及び第２チャン
バにそれぞれ対面する２つのポンプセルと第１チャンバ
に対面するモニタセルを設けたガスセンサ素子の断面説
明図。

【図２４】実施形態例６における，第１及び第２チャン
バにそれぞれ対面する２つのポンプセルと２つのモニタ
セルを設けたガスセンサ素子の断面説明図。

【図２５】実施形態例７における，ポンプセルを第１チ
ャンバと基準ガス室との間に設けたガスセンサ素子の断
面説明図。

【符号の説明】

１．．．ガスセンサ素子，１１．．．第１チャンバ，１１０．．．第１拡散抵抗通路，１２．．．第２チャンバ，１２０．．．第２拡散抵抗通路，２．．．センサセル，３，４．．．ポンプセル，５，６．．．モニタセル，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水谷圭吾愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者牧野太輔愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者斎藤利孝愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定ガスが導入される第１チャンバ及
び第２チャンバを有し，かつ上記第１チャンバはガスセ
ンサ素子外部と第１拡散抵抗通路によって連通され，上
記第２チャンバは上記第１チャンバと第２拡散抵抗通路
によって連通されており，上記第１チャンバと対面し，
印加電圧に対応した酸素をポンピング可能なポンプセル
を有し，上記第１及び第２チャンバとそれぞれ対面し，
各チャンバ内における酸素濃度にそれぞれ対応した起電
力が得られる第１及び第２モニタセルを有し，上記第２
チャンバと対面し，所定の電圧を印加することで，被測
定ガス中の特定ガス濃度に対応した電流が得られるセン
サセルを有するガスセンサ素子であって，上記第１モニ
タセルと第２モニタセルにおける起電力の値に基づい
て，上記ポンプセルに対する印加電圧の大きさを制御す
るよう構成されていることを特徴とするガスセンサ素
子。
【請求項２】請求項１において，上記第１モニタセル
及び上記第２モニタセルは並列に接続されていることを
特徴とするガスセンサ素子。
【請求項３】被測定ガスが導入される第１チャンバ及
び第２チャンバを有し，かつ上記第１チャンバはガスセ
ンサ素子外部と第１拡散抵抗通路によって連通され，上
記第２チャンバは上記第１チャンバと第２拡散抵抗通路
によって連通されており，上記第１チャンバと対面し，
印加電圧に対応した酸素をポンピング可能なポンプセル
を有し，上記第１または第２チャンバのいずれか一方と
対面するモニタセルを有し，上記第２チャンバと対面
し，所定の電圧を印加することで，被測定ガス中の特定
ガス濃度に対応した値を得ることができるセンサセルが
設けてあるガスセンサ素子であって，上記モニタセルに
電圧を印加して得られる限界電流の値から，上記ポンプ
セルに対する印加電圧の大きさを制御するよう構成され
ていることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項４】被測定ガスが導入される第１チャンバ及
び第２チャンバを有し，かつ上記第１チャンバはガスセ
ンサ素子外部と第１拡散抵抗通路によって連通され，上
記第２チャンバは上記第１チャンバと第２拡散抵抗通路
によって連通されており，上記第１チャンバと対面し，
印加電圧に対応した酸素をポンピング可能な第１ポンプ
セルを有し，上記第２チャンバと対面し，印加電圧に対
応した酸素をポンピング可能な第２ポンプセルを有し，
上記第２チャンバと対面し，所定の電圧を印加すること
で，被測定ガス中の特定ガス濃度に対応した電流が得ら
れるセンサセルを有するガスセンサ素子であって，上記
第１または第２ポンプセルの少なくとも一方は酸素のポ
ンピングに対応して自身に生じるポンプ電流を利用し
て，自身に対する印加電圧の大きさを制御可能に構成さ
れていることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項５】被測定ガスが導入される第１チャンバ及
び第２チャンバを有し，かつ上記第１チャンバはガスセ
ンサ素子外部と第１拡散抵抗通路によって連通され，上
記第２チャンバは上記第１チャンバと第２拡散抵抗通路
によって連通されており，上記第１または第２チャンバ
の少なくとも１つのチャンバと対面するモニタセルを有
し，上記第１チャンバと対面し，印加電圧に対応した酸
素をポンピング可能な第１ポンプセルを有し，上記第２
チャンバと対面し，印加電圧に対応した酸素をポンピン
グ可能な第２ポンプセルを有し，上記第２チャンバと対
面し，所定の電圧を印加することで，被測定ガス中の特
定ガス濃度に対応した電流が得られるセンサセルを有す
るガスセンサ素子であって，少なくとも１つのポンプセ
ルは，上記モニタセルに電圧を印加して得られる限界電
流の値から，ポンプセルに対する印加電圧の大きさを制
御可能に構成されていることを特徴とするガスセンサ素
子。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項において，
各ポンプセルは基準ガス室に対面するよう配置されるこ
とを特徴とするガスセンサ素子。