JP2002286693A

JP2002286693A - ガス検出装置

Info

Publication number: JP2002286693A
Application number: JP2001082852A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Imamura; 弘男今村; Keigo Mizutani; 圭吾水谷; Akio Tanaka; 章夫田中
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力で、電気的ノイズの影響が小さく、高
い検出精度を実現できるガス検出装置を得る。【解決手段】酸素ポンプセル２の一対の電極２１、２
２に電圧を印加して第１内部空間５１内の酸素を排気
し、所定の低酸素濃度に制御された排気ガスを第２内部
空間５２に導入する。第２内部空間５２に第１電極３
１、４１が、第３内部空間７に第２電極３２、４２が面
する２組のＮＯｘセンサセル３、４を設けて、逆向きに
電圧を印加すると、第１ＮＯｘセンサセル３が第２内部
空間５２のＮＯｘを分解して、生成する酸素を第３内部
空間７へ排出する。排出された酸素は第２ＮＯｘセンサ
セル４により第２内部空間５２へ循環される。このよう
にして電流計８１、８２で測定される第１、第２ＮＯｘ
センサセル３、４のセンサセル電流値Ｉｓ１、Ｉｓ２を
増幅することができ、これを加算することで高出力が得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定ガス中の特
定ガス成分濃度を測定するガス検出装置に関し、、特
に、自動車用内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物を検出
するのに適したガス検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車等のエンジンの排気ガスを原因と
する大気汚染は、現代社会において深刻な問題となって
いる。これを受けて、排気ガス中の有害物質に対する排
気規制が年々厳しくなっており、ガソリン、ディーゼル
エンジンの燃焼制御や触媒装置の設置によって、排気ガ
ス中の有害物質を低減することが進められている。この
ような背景から、排気ガス中の有害物質、例えば窒素酸
化物（ＮＯｘ）濃度を直接検出することが検討されてい
る。ＮＯｘ濃度を直接しかも精度よく検出可能なガス検
出装置が実用化できれば、その検出結果を燃焼制御や触
媒装置の作動にフィードバックさせることによって、よ
り正確で効果的な浄化を行うことができる。

【０００３】ＮＯｘ検出装置の従来技術として、図８に
示すような限界電流式２セル型の装置が知られている。
図中、ＮＯｘ検出装置は、酸素イオン導電性固体電解質
体Ａと一対の電極２１、２２からなる酸素ポンプセル２
と、酸素イオン導電性固体電解質体Ｂと一対の電極３
１、３２からなるセンサセル３を有し、ＮＯｘを含むエ
ンジンの排気ガスは、ピンホール１１を通過して第内部
空間５１へ導入される。酸素ポンプセル２の一対の電極
２１、２２に電圧を印加すると、第１内部空間５１内の
酸素がポンピングされて外部へ排出される。ピンホール
１１および電極２１表面は、多孔質拡散層１３で覆われ
ている。

【０００４】ＮＯｘ検出に影響がない程度の低酸素濃度
に制御されたガスは、連通孔５３を通過して第２内部空
間５２に導入される。第２内部空間５２に面するセンサ
セル３の電極３１はＮＯｘに活性な電極で形成されてお
り、センサセル３の一対の電極３１、３２に電圧を印加
すると、電極３１上でＮＯｘの分解反応が起きる。この
反応により生成される酸素イオンが、電極３２側の大気
通路９へ排出されることにより、ＮＯｘ濃度に対応した
酸素イオン電流が流れる。従って、センサセル電流値Ｉ
ｓを測定することにより、ＮＯｘ濃度の検出が可能とな
る。なお、図中、６はヒータ、１２、１４は、それぞれ
内部空間５または大気通路９を形成するためのスペーサ
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構造のガス検出装置は、センサセル電流値ＩｓがμＡ
オーダーであるため、電気的ノイズの影響を受けやす
く、検出精度が悪化するという問題が生じている。

【０００６】そこで、本発明は、センサセル電流値を増
幅することにより、電気的ノイズの影響を小さくし、高
い検出精度を実現できるガス検出装置構造を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の発明
は、被測定ガス中の特定ガス成分を還元分解して、その
際に発生する酸素量を測定することにより、上記特定ガ
ス成分濃度を求めるガス検出装置であって、外部の被測
定ガス存在空間に連通する第１内部空間と、上記被測定
ガス存在空間から、上記特定ガス成分を含む被測定ガス
を、所定の拡散抵抗の下に上記第１内部空間に導く第１
の拡散抵抗手段と、酸素イオン導電性の固体電解質体と
これに接する一対の電極を有し、該一対の電極のうち一
方の電極が上記第１内部空間に露出するように形成し
て、上記一対の電極への通電により上記第１内部空間の
酸素濃度を所定の低濃度に制御する酸素ポンプ手段と、
上記第１内部空間に連通する第２内部空間と、上記第１
内部空間内の制御された雰囲気を、所定の拡散抵抗の下
に上記第２内部空間に導く第２の拡散抵抗手段と、酸素
イオン導電性の固体電解質体とこれに接する一対の電極
を有し、該一対の電極のうち一方の電極が上記第２内部
空間に露出するように形成した、同一構成の２組のセン
サ手段とを有している。また、上記２組のセンサ手段の
上記一対の電極間に、流れる電流が互いに逆の向きにな
るように所定の電圧を印加した時に、上記２組のセンサ
手段の上記一対の電極間に流れる電流を検出する電流検
出手段を有しており、上記電流検出手段で検出される電
流値から、被測定ガス中の上記特定ガス成分濃度を測定
するものである。

【０００８】上記構成において、上記２組のセンサ手段
に、その一対の電極間を流れる酸素イオン電流の向きが
逆になるように電圧を印加すると、２組のうちの一方の
センサ手段では、上記一方の電極上で上記第２内部空間
内に存在する特定ガス成分が分解し、生成した酸素イオ
ンが他方の電極側へ排出される。この時に流れる酸素イ
オン電流は、上記特定ガス成分濃度に対応する。さら
に、２組のうちの他方のセンサ手段を、上記他方の電極
が、上記一方のセンサ手段によって排気された酸素に晒
されるように配置すると、排気された酸素イオンが再び
上記第２内部空間側へ移動し、同様に、上記特定ガス成
分濃度に応じた酸素イオン電流が流れる。

【０００９】このように、上記２組のセンサ手段によっ
て、特定ガス成分の分解により生成する酸素を循環させ
て、センサセル電流値を増幅することができる。また、
上記２組のセンサ手段には、それぞれ上記特定ガス成分
濃度に対応する電流が流れるので、この電流値を上記電
流検出手段でそれぞれ検出すれば、２倍の出力が得られ
る。よって、電気的ノイズの影響を小さくして、高い検
出精度を実現することができる。

【００１０】具体的には、請求項２のように、上記２組
のセンサ手段を構成する共通の酸素イオン導電性の固体
電解質体を設け、該固体電解質体を挟んで上記第２内部
空間と反対側に位置する第３内部空間を有する構成とす
ることができる。この時、上記２組のセンサ手段の上記
一対の電極のうち他方の電極を、それぞれ上記第３内部
空間に露出するように形成すると、上記２組のセンサ手
段により、特定ガス成分の分解により生成する酸素を、
上記第２内部空間と上記第３内部空間の間で循環させる
ことができる。

【００１１】請求項３のように、上記第３内部空間を、
上記共通の酸素イオン導電性の固体電解質体に接して配
設された多孔質セラミック体にて形成することもでき
る。この時、上記２組のセンサ手段の一方によって上記
第３内部空間に到達した酸素は、多孔質セラミック体内
を拡散して他方のセンサ手段に達する。このようにする
と、上記第３内部空間内の酸素濃度の変動を小さくする
ことができる。

【００１２】あるいは、請求項４のように、上記２組の
センサ手段を構成する共通の酸素イオン導電性の固体電
解質体を設け、該固体電解質体の上記第２内部空間側の
表面に、上記２組のセンサ手段の上記一方の電極をそれ
ぞれ別体で形成するとともに、上記固体電解質体の上記
第２内部空間と反対側の表面に、上記２組のセンサ手段
の他方の電極を一体に形成した構成とすることもでき
る。このように、上記２組のセンサ手段の他方の電極を
共通に設けることで、構成を簡略化でき、上記他方の電
極として多孔質電極を用いれば、請求項２、３の第３内
部空間を省略することができ、構成をより簡略化でき
る。

【００１３】請求項５のように、具体的には、上記２組
のセンサ手段のうち、一方は上記第２内部空間内の上記
特定ガス成分を還元分解して、その際に発生する酸素
を、上記第２内部空間に露出する上記一方の電極から他
方の電極側へ排出する。他方は上記他方の電極側へ排出
された酸素を上記一方の電極側へ再び排出するものであ
る。このようにして、上記２組のセンサ手段内を酸素が
循環し、増幅された出力を得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図１〜図５を用いて説明する。図３は本発明の
ガス検出装置の全体断面図で、被測定ガス中の特定ガス
成分、例えば、エンジンの排気ガス中のＮＯｘを検出す
るために用いられる。図１において、筒状ハウジングＨ
内には、絶縁材に外周を保持せしめてガスセンサ素子１
が収容されている。該ガスセンサ素子１は細長い平板状
で、その先端部（図の下端部）は、ハウジングＨより突
出して図の下方に延び、ハウジングＨの下端に固定され
る容器状の排気カバーＨ１内に位置している。排気カバ
ーＨ１は、ステンレス製の内部カバーＨ１１と外部カバ
ーＨ１２の二重構造となっており、これらカバーＨ１
１、Ｈ１２の側壁と底壁には、被測定ガスである排気ガ
スを排気カバーＨ１内に取り込むための排気口Ｈ１３、
Ｈ１４がそれぞれ形成してある。

【００１５】ハウジングＨの上端には、筒状のメインカ
バーＨ２１とその後端部を被うサブカバーＨ２２とから
なる大気カバーＨ２が固定されている。これらメインカ
バーＨ２１およびサブカバーＨ２２は、その側壁の対向
位置に大気口Ｈ２３、Ｈ２４をそれぞれ有している。ま
た、大気口Ｈ２３、Ｈ２４の形成部位において、メイン
カバーＨ２１とサブカバーＨ２２の間に、防水のために
撥水性のフィルタＨ２５が設置してある。大気カバーＨ
２は上端が開口しており、ガスセンサ素子１の後端部に
接続するリード線Ｈ３の他端が、この上端開口より外部
に延びている。

【００１６】図１、２は、ガスセンサ素子１の先端部の
模式的断面図および展開図である。ガスセンサ素子１
は、この先端部が、被測定ガス存在空間（図３の排気カ
バーＨ１内空間）に位置するように取付けられている。
図１において、ガスセンサ素子１は、酸素ポンプ手段で
ある酸素ポンプセル２と、２組のセンサ手段であるＮＯ
ｘセンサセル３、４とを有し、酸素ポンプセル２を構成
するためのシート状の固体電解質体Ａと、内部空間５を
形成するためのシート状のスペーサ１２と、２組のＮＯ
ｘセンサセル３、４を構成するためのシート状の固体電
解質体Ｂと、第３内部空間７を形成するためのシート状
のスペーサ１４と、これらを加熱するためのヒータ６と
を積層して構成される。

【００１７】内部空間５には、ガスセンサ素子１の先端
部が位置する被測定ガス存在空間から被測定ガスである
排気ガスが導入される。内部空間５は、ガスセンサ素子
１の先端側（図の左側）から順に、第１内部空間５１と
第２内部空間５２に区画されており、これら第１、第２
内部空間５１、５２は、第２の拡散抵抗手段となる連通
孔５３によって連通している。第１、第２内部空間５
１、５２と、連通孔５３は、図２に示すように、固体電
解質体Ａ、Ｂ間に位置するスペーサ１２に設けた抜き穴
にて形成されており、ここでは連通孔５３に多孔性材料
を充填して所定の拡散抵抗に調整している。

【００１８】酸素ポンプセル２は、被測定ガス存在空間
と第１内部空間５１の間に設置されて、内部空間５内に
酸素を導入し、あるいは内部空間５から酸素を排出して
内部空間５内の酸素濃度を調整する。酸素ポンプセル２
は、固体電解質体Ａと、固体電解質体Ａを挟むように対
向配置された一対の電極２１、２２とからなり、一対の
電極２１、２２のうち、第１電極２１は、被測定ガス存
在空間に面するように固体電解質体Ａの上面に接して設
けられ、第２電極２２は、第１内部空間５１に面するよ
うに固体電解質体Ａの下面に接して設けられる。

【００１９】第１内部空間５１は、固体電解質体Ａを貫
通して設けたピンホール１１を介して、被測定ガス存在
空間である排気カバーＨ１内空間と連通している。固体
電解質体Ａの被測定ガス存在空間側の表面には、ピンホ
ール１１および酸素ポンプセル２の電極２１を被覆する
ように多孔質拡散層１３が形成してある。ピンホール１
１と多孔質拡散層１３は、第１の拡散抵抗手段として機
能し、内部空間５２に導入される被測定ガスの拡散速度
が所定の速度となるように、ピンホール１１の大きさや
多孔質拡散層１３の気孔率等が設定されている。また、
多孔質拡散層１３で被覆することによって電極の被毒や
ピンホール１１の目詰まりが防止される。

【００２０】第３内部空間７は、固体電解質体Ｂを挟ん
で第２内部空間５２と対向する位置に形成される。第３
内部空間７は、閉空間で、固体電解質体Ｂの下方に積層
したスペーサ１４に設けた抜き穴（図２）にて形成され
る。なお、内部空間５、内部空間７を構成するスペーサ
１２、１４はアルミナ等の絶縁材料よりなり、酸素ポン
プセル２、酸素モニタセル３、センサセル４を構成する
ための固体電解質体Ａ、Ｂは、ジルコニアやセリア等の
酸素イオン導電性を有する固体電解質からなる。

【００２１】本発明の特徴は、被測定ガス中の特定ガス
であるＮＯｘ濃度を検出する２組のＮＯｘセンサセル
３、４を設けたことにある。２組のＮＯｘセンサセル
３、４は、いずれも第２内部空間５２と第３内部空間７
の間に設置される。第１ＮＯｘセンサセル３は、固体電
解質体Ｂと、固体電解質体Ｂを挟むように対向配置され
た一対の電極３１、３２とからなり、第２ＮＯｘセンサ
セル４は、固体電解質体Ｂと、固体電解質体Ｂを挟むよ
うに対向配置された一対の電極４１、４２とからなる。
第１、第２ＮＯｘセンサセル３、４の一対の電極のう
ち、第１電極３１、４１は、内部空間５のガス流れの下
流側に位置する第２内部空間５２に面するように、固体
電解質体Ｂの上面に接して設けられ、第２電極３２、４
２は、第３内部空間７に面するように固体電解質体Ｂの
下面に接して設けられている。ＮＯｘセンサセル３、４
を流れる電流値は、電流検出手段である電流計８１、８
２にて、検出される。

【００２２】ここで、第１ＮＯｘセンサセル３の第１電
極３１は、ＮＯｘの分解活性の高い電極であり、例え
ば、Ｒｈ、Ｐｔ−Ｒｈ等の貴金属電極からなる。第１Ｎ
Ｏｘセンサセル３の第２電極３２と、第２ＮＯｘセンサ
セル３の第１、第２電極３１、３２、および酸素ポンプ
セル２の第１電極２１には、例えば、Ｐｔ等の貴金属か
らなる電極が好適に使用される。また、酸素ポンプセル
２の第２電極２２には、第１内部空間５１内におけるＮ
Ｏｘの分解を抑制するために、ＮＯｘに不活性なＰｔ−
Ａｕ等の貴金属からなる電極が好適に使用される。各電
極は、アルミナ、ジルコニア等のサーメットとしてもよ
い。

【００２３】図２に示すように、これらセル２、３、４
の各電極２１、２２、３１、３２、４１、４２には、各
電極から電気信号を取り出すためのリード２１ａ、２２
ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａが一体に形成され
ている。また、固体電解質体Ａ、Ｂの上下表面には、電
極２１、２２、３１、３２、４１、４２の形成部位以
外、特にリード形成部位において、固体電解質体Ａ、Ｂ
とリードの間に介在するようにアルミナ等の絶縁層（図
略）を形成しておくことが好ましい。

【００２４】ヒータ６は、アルミナ等からなる絶縁層６
１、６３の間に、通電により発熱するヒータ電極６２を
埋設してなる。ヒータ電極６２は、例えば、Ｐｔとアル
ミナ等のセラミックスとのサーメットにて形成される。
ヒータ６は、第１、第２ＮＯｘセンサセル３、４を活性
状態にするためのもので、外部からの給電により熱エネ
ルギーを発生する。

【００２５】なお、固体電解質体Ａ、Ｂ、スペーサ１
２、１４、絶縁層６１、６３は、ドクターブレード法や
押出成形法等により、シート形状に成形される。ヒータ
電極６２と各電極２１、２２、３１、３２、４１、４
２、リード２１ａ、２２ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ、
４２ａは、スクリーン印刷等により各シートに形成さ
れ、これら電極およびリードを形成した各シートを順に
積層、焼成して一体化することにより、ガスセンサ素子
１が形成される。

【００２６】次に、上記構成のガスセンサ素子１の動作
原理を説明する。図１において、被測定ガスである排気
ガスは、多孔質拡散層１３、ピンホール１１を通過して
第１内部空間５１に導入される。導入されるガス量は、
多孔質拡散層１３、ピンホール１１の拡散抵抗により決
定される。なお、被測定ガス中には、酸素（Ｏ₂）、窒
素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、水（Ｈ₂
Ｏ）等のガス成分が含まれる。

【００２７】ここで、酸素ポンプセル２の一対の電極２
１、２２に、被測定ガス存在空間側の第１電極２１が＋
極となるように電圧を印加すると、第１内部空間５１側
の第２電極２２上で被測定ガス中の酸素が酸素イオンと
なり、ポンピング作用により第１電極２１側へ排出され
る。上述したように、第１内部空間５１側の第２電極２
２は、ＮＯｘ不活性電極（Ｐｔ−Ａｕ）で形成されてい
るので、被測定ガス中の酸素のみが酸素ポンプセル２に
よって分解されて被測定ガス存在空間へ排出される。

【００２８】酸素ポンプセル２の制御方法を、図４の電
圧−電流特性を用いて説明する。図中、横軸のＶｐは酸
素ポンプセル印加電圧を示し、縦軸のＩｐは酸素ポンプ
セル電流Ｉｐを示す。図４のように、酸素ポンプセル２
は、酸素濃度に応じた限界電流特性を有する。限界電流
検出域は、Ｖｐ軸に対し平行な直線部分からなり、その
領域は酸素濃度が高いほど正電圧側にシフトする。この
ため、酸素ポンプセル２の印加電圧が一定であると、上
記限界電流域を利用した正確な酸素ポンプができない。
そこで、図４の酸素ポンプセル印加電圧と酸素ポンプセ
ル電流の関係から、酸素濃度に応じた電圧（Ｖｏ）を印
加することにより第１内部空間５１内の酸素濃度を所定
の低濃度に制御できる。

【００２９】このようにして所定の低濃度に制御された
被測定ガスは、さらに、拡散抵抗手段である連通孔５３
を介して、第１内部空間５１から第２内部空間５２に導
入される。

【００３０】第１ＮＯｘセンサセル３は、第２内部空間
５２に導入された被測定ガス中のＮＯｘを分解して、Ｎ
Ｏｘ濃度に応じた酸素イオン電流を生じる。すなわち、
第２内部空間５２の第１電極３１が−極、第３内部空間
７の第２電極３２が＋極となるように一定電圧を印加す
ると、第１電極３１はＮＯｘの分解に活性なＰｔ−Ｒｈ
電極であるため、第１電極３１上でＮＯｘが分解して酸
素イオンとなり、ポンピング作用により第２電極３２側
へ排出される。この時に流れる酸素イオン電流値Ｉｓ１
は、被測定ガス中のＮＯｘ濃度に対応する。

【００３１】一方、閉空間である第３内部空間７の酸素
は、第１ＮＯｘセンサセル３によりＮＯｘを分解して生
じた酸素であり、第３内部空間７の酸素濃度は、被測定
ガス中のＮＯｘ濃度に対応する。そこで、第２ＮＯｘセ
ンサセル４に、第１ＮＯｘセンサセル３と逆向きの電流
を流して、第３内部空間７の酸素を第２内部空間５２に
循環させる。すなわち、第２内部空間５２の第１電極３
１が＋極、第３内部空間７の第２電極３３が−極となる
ように一定電圧を印加すると、第３内部空間７の酸素が
第２内部空間５２へ排出される。この時に流れる酸素イ
オン電流値Ｉｓ２も、被測定ガス中のＮＯｘ濃度に対応
する。

【００３２】第３内部空間７から第２内部空間５２へ排
出された酸素は、再び第１ＮＯｘセンサセル３により第
３内部空間７へ排出される。このように、ＮＯｘの分解
により生じた酸素イオンを２組のＮＯｘセンサセル３、
４を用いて、２つの内部空間５２、７間を循環させるこ
とにより、センサセル電流を増幅することができる。さ
らに、第１ＮＯｘセンサセル３と第２ＮＯｘセンサセル
４で、それぞれＮＯｘ濃度に応じたセンサセル電流を測
定することができるので、電流計８１、８２で測定され
る第１ＮＯｘセンサセル３の酸素イオン電流値Ｉｓ１と
第２ＮＯｘセンサセル４の酸素イオン電流値Ｉｓ２を加
算することで、２倍の出力を得ることができる。

【００３３】図５（ａ）は、上記構成のガスセンサ素子
１を用いてＮＯｘを測定した結果である。また、図５
（ｂ）に、上記図８の従来構成のガスセンサ素子を用い
た場合の結果を示す。図を比較して明らかなように、図
５（ｂ）の従来構成では、０〜１０００ｐｐｍのＮＯｘ
に対応する出力が約０．５〜３．５μＡであるのに対
し、図５（ａ）の本発明の構成では、約１０倍の約５〜
３５μＡの出力が得られることが分かる。

【００３４】なお、上記第１の実施の形態では、内部空
間５内の酸素濃度の制御方法として、上記図４の関係か
らポンプセル電圧を制御するマップ方式を採用したが、
その他、例えば、第１内部空間５１内の酸素濃度を測定
する酸素モニタセルを設けて、起電力が一定となるよう
にポンプセル電圧を制御する起電力フィードバック方式
や、酸素モニタセルに一定電圧を印加し、酸素モニタセ
ルの電流値が一定となるようにポンプセル電圧を制御す
る電流フィードバック方式を採用することもできる。

【００３５】図６に本発明の第２の実施の形態を示す。
本実施の形態の基本構成は、上記第１の実施の形態と同
様であり、第３の内部空間７１を、スペーサの抜き穴で
形成する代わりに、同位置に配設される多孔質セラミッ
ク体にて形成した点で異なっている。このようにする
と、第１ＮＯｘセンサセル３により第３の内部空間７１
側へ排出された酸素が、多孔質セラミック体内を拡散し
て第２ＮＯｘセンサセル３に達するので、第２電極３
２、４２近傍の酸素濃度７の変動を小さくして、安定し
た出力を得ることができる。

【００３６】図７に本発明の第３の実施の形態を示す。
本実施の形態では、第１ＮＯｘセンサセル３の第２電極
と、第２ＮＯｘセンサセル４の第２電極を一体化して、
共通の第２電極８として構成を簡略化している。さら
に、この共通の第２電極８を多孔質電極とすると、図の
ように、第３の内部空間７を省略することができ、構成
をより簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態におけるガスセンサ素子の先
端部の模式的断面図である。

【図２】図１の分解展開図である。

【図３】第１の実施の形態におけるガス検出装置の全体
断面図である。

【図４】第１の実施の形態における酸素ポンプセルの電
圧−電流特性を示す図である。

【図５】（ａ）は、第１の実施の形態のガスセンサ素子
のＮＯｘ検出特性を示す図、（ｂ）は従来のガスセンサ
素子のＮＯｘ検出特性を示す図である。

【図６】第２の実施の形態におけるガスセンサ素子の先
端部の模式的断面図である。

【図７】第３の実施の形態におけるガスセンサ素子の先
端部の模式的断面図である。

【図８】従来のガス検出装置の主要部の模式的断面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ固体電解質体１ガスセンサ素子１１ピンホール（第１の拡散抵抗手段）１３多孔質拡散層（第１の拡散抵抗手段）２酸素ポンプセル（酸素ポンプ手段）２１第１電極（一対の電極）２２第２電極（一対の電極）３第１ＮＯｘセンサセル（センサ手段）３１第１電極（一対の電極）３２第２電極（一対の電極）４第２ＮＯｘセンサセル（センサ手段）４１第１電極（一対の電極）４２第２電極（一対の電極）５、６固体電解質体５内部空間５１第１内部空間５２第２内部空間５３連通孔（第２の拡散抵抗手段）６ヒータ６１、６３絶縁層６２ヒータ電極７第３内部空間８１、８２電流計（電流検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者田中章夫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】被測定ガス中の特定ガス成分を還元分解
して、その際に発生する酸素量を測定することにより、
上記特定ガス成分濃度を求めるガス検出装置であって、外部の被測定ガス存在空間に連通する第１内部空間と、上記被測定ガス存在空間から、上記特定ガス成分を含む
被測定ガスを、所定の拡散抵抗の下に上記第１内部空間
に導く第１の拡散抵抗手段と、酸素イオン導電性の固体電解質体とこれに接する一対の
電極を有し、該一対の電極のうち一方の電極が上記第１
内部空間に露出するように形成して、上記一対の電極へ
の通電により上記第１内部空間の酸素濃度を所定の低濃
度に制御する酸素ポンプ手段と、上記第１内部空間に連通する第２内部空間と、上記第１内部空間内の制御された雰囲気を、所定の拡散
抵抗の下に上記第２内部空間に導く第２の拡散抵抗手段
と、酸素イオン導電性の固体電解質体とこれに接する一対の
電極を有し、該一対の電極のうち一方の電極が上記第２
内部空間に露出するように形成した、同一構成の２組の
センサ手段と、上記２組のセンサ手段の上記一対の電極間に、流れる電
流が互いに逆の向きになるように所定の電圧を印加した
時に、上記２組のセンサ手段の上記一対の電極間に流れ
る電流を検出する電流検出手段を設けて、上記電流検出手段で検出される電流値から、被測定ガス
中の上記特定ガス成分濃度を測定することを特徴とする
ガス検出装置。
【請求項２】上記２組のセンサ手段を構成する共通の
酸素イオン導電性の固体電解質体を設け、該固体電解質
体を挟んで上記第２内部空間と反対側に位置する第３内
部空間を設けるとともに、上記２組のセンサ手段の上記
一対の電極のうち他方の電極を、それぞれ上記第３内部
空間に露出するように形成した請求項１記載のガス検出
装置。
【請求項３】上記第３内部空間が、上記共通の酸素イ
オン導電性の固体電解質体に接して配設された多孔質セ
ラミック体にて形成される請求項２記載のガス検出装
置。
【請求項４】上記２組のセンサ手段を構成する共通の
酸素イオン導電性の固体電解質体を設け、該固体電解質
体の上記第２内部空間側の表面に、上記２組のセンサ手
段の上記一方の電極をそれぞれ別体で形成するととも
に、上記固体電解質体の上記第２内部空間と反対側の表
面に、上記２組のセンサ手段の他方の電極を一体に形成
した請求項１記載のガス検出装置。
【請求項５】上記２組のセンサ手段のうち、一方が上
記第２内部空間内の上記特定ガス成分を還元分解して、
その際に発生する酸素を、上記第２内部空間に露出する
上記一方の電極から他方の電極側へ排出するものであ
り、他方が上記他方の電極側へ排出された酸素を上記一
方の電極側へ再び排出するものである請求項１ないし４
のいずれかに記載のガス検出装置。