JP2020056670A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】被毒による電極の劣化を抑制しつつ、検出対象ガス中の特定ガス成分の検出精度及び検出の応答性を高く維持することができるガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサ１は、検出対象ガスＧに晒される検知部２０が長尺方向Ｌの先端部に設けられたセンサ素子２を有する。センサ素子２は、固体電解質体２１、検出電極２２、基準電極２３及び絶縁体３Ａ，３Ｂを備える。絶縁体３Ａには、検出対象ガスＧが通過するトンネル状のガス通路４が、検出電極２２を内部に配置する状態で、固体電解質体２１に隣接して形成されている。ガス通路４は、先端側開口部４１１と、先端側開口部４１１よりも長尺方向Ｌの基端側Ｌ２に形成された基端側開口部４２１とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、センサ素子を有するガスセンサに関する。

ガスセンサは、例えば、内燃機関の排気管に配置され、排気管を流れる排ガスを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける酸素、ＮＯｘ、アンモニア等の特定ガス成分の濃度を検出するために用いられる。ガスセンサのセンサ素子は、酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の両表面における対向位置に設けられた検出電極及び基準電極とを有する。また、固体電解質体に積層された絶縁体には、通電によって発熱する発熱体が埋設されている。発熱体における発熱部は、電極に対向する位置に配置されている。そして、発熱部から発生する熱によって、検出電極、基準電極、及び各電極間に挟まれた固体電解質体の部分を活性温度に加熱している。

また、排ガスにおけるアンモニアの濃度を検出するアンモニアガスセンサとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１のアンモニアガスセンサのセンサ素子は、有底円筒形状の固体電解質体の外側面に排ガスに晒される検知電極を有するとともに、固体電解質体の内側面に大気に晒される基準電極を有する。そして、排ガスにアンモニアが含まれる場合には、排ガス中のアンモニア濃度に応じて生じる、検知電極と基準電極との間の起電力（電位差）によって、アンモニア濃度を検出している。

特開２００９−２２２７０３

特許文献１のアンモニアガスセンサにおいては、検知電極の表面を、検知電極を劣化させるおそれがある被毒物質から保護するための保護層が少なくとも覆っている。保護層は、排ガスを透過させる一方、被毒物質を透過させない多孔質材料から構成されている。

しかしながら、発明者の研究により、排ガスにおけるアンモニアを起電力（電位差）によって検出する場合には、アンモニアによる起電力は、排ガスの流速に依存することが分かった。そして、排ガスの流速が遅いときには、排ガス中にアンモニアが含まれていても、アンモニア濃度を示す起電力が生じにくいことが分かった。

一方、検知電極の表面を保護層等によって覆わずに、検知電極がセンサ素子の表面にそのまま露出される場合には、検知電極に、劣化の原因となる被毒物質が付着しやすくなる。この場合には、ガスセンサを使用する間に、検知電極が劣化し、検知電極と基準電極との間に生じる起電力が得られにくくなるおそれがある。従って、検知電極に必要とされる流速で排ガスが接触し、かつ検知電極を排ガス中の被毒物質から保護するためには更なる工夫が必要とされる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、被毒による電極の劣化を抑制しつつ、検出対象ガス中の特定ガス成分の検出精度及び検出の応答性を高く維持することができるガスセンサを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、検出対象ガス（Ｇ）に晒される検知部（２０）が長尺方向（Ｌ）の先端部に設けられたセンサ素子（２）を有するガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（２１）と、
前記固体電解質体における、前記検知部の形成部位に設けられた一対の電極（２２，２３）と、
前記固体電解質体に積層された絶縁体（３Ａ，３Ｂ）と、を備え、
前記絶縁体には、前記検出対象ガスが通過するトンネル状のガス通路（４）が、前記電極の少なくとも一つを内部に配置する状態で、前記固体電解質体の表面に隣接して形成されており、
前記ガス通路は、先端側開口部（４１１）と、前記先端側開口部よりも前記長尺方向の基端側（Ｌ２）に形成された基端側開口部（４２１）とを有する、ガスセンサにある。

前記一態様のガスセンサにおいては、固体電解質体に積層された絶縁体に、検出対象ガスに晒される少なくとも一つの電極が配置されたトンネル状のガス通路が形成されている。トンネル状のガス通路内においては、基端側開口部と先端側開口部との間に適度な流速で検出対象ガスが通過する。これにより、電極に接触する検出対象ガスは、適度な流速で電極の表面を通り過ぎることができる。そのため、一対の電極間に起電力又は電位差が生じやすい状態を形成して、検出対象ガス中の特定ガス成分の検出精度及び検出の応答性を高く維持することができる。

また、電極がトンネル状のガス通路によって覆われていることにより、検出対象ガスに含まれる、電極に対する被毒物質が、電極に直接衝突して電極に付着することを抑制することができる。これにより、被毒による電極の劣化を抑制することができる。

それ故、前記一態様のガスセンサによれば、被毒による電極の劣化を抑制しつつ、検出対象ガス中の特定ガス成分の検出精度及び検出の応答性を高く維持することができる。

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。

固体電解質体における一対の電極は、固体電解質体の第１表面に形成されたものと、固体電解質体の第２表面に形成されたものとによって構成することができる。また、一対の電極は、固体電解質体の第１表面におけるガス通路内に形成することもできる。また、固体電解質体には、一対の電極以外にも、種々の用途の電極が形成されていてもよい。

実施形態１にかかる、ガスセンサのセンサ素子の断面及び制御装置を示す説明図。 実施形態１にかかる、センサ素子の断面を示す図１のII−II線説明図。 実施形態１にかかる、センサ素子の断面を示す図１のIII−III線説明図。 実施形態１にかかる、ガスセンサが配置された、内燃機関の排気管の周辺を示す説明図。 実施形態１にかかる、先端側カバーによって覆われたセンサ素子の断面を示す説明図。 実施形態１にかかる、先端側カバーによって覆われたセンサ素子の断面を示す図５のVI−VI線説明図。 実施形態１にかかる、他の先端側カバーによって覆われたセンサ素子の断面を示す説明図。 実施形態１にかかる、検出電極において生じる混成電位を示す説明図。 実施形態１にかかる、アンモニア濃度が変化したときに検出電極において生じる混成電位を示す説明図。 実施形態１にかかる、酸素濃度が変化したときに検出電極において生じる混成電位を示す説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す図１のII−II線相当の説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す図１２のXIII−XIII線説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す図１のII−II線相当の説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す図１のII−II線相当の説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す図１５のXVI−XVI線説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す図１７のXVIII−XVIII線説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す説明図。 実施形態１にかかる、他のセンサ素子の断面を示す図１９のXX−XX線説明図。 実施形態２にかかる、ガスセンサのセンサ素子の断面及び制御装置を示す説明図。 実施形態２にかかる、センサ素子の断面を示す図１のXXII−XXII線説明図。 確認試験にかかる、検出対象ガスの流速とアンモニア感度比との関係を示すグラフ。

前述したガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のガスセンサ１は、図１〜図３に示すように、検出対象ガスＧに晒される検知部２０が長尺方向Ｌの先端部に設けられたセンサ素子２を有する。センサ素子２は、酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体２１と、固体電解質体２１における、検知部２０の形成部位に設けられた一対の電極としての検出電極２２及び基準電極２３と、固体電解質体２１に積層された絶縁体３Ａ，３Ｂとを備える。絶縁体３Ａには、検出対象ガスＧが通過するトンネル状のガス通路４が、検出電極２２を内部に配置する状態で、固体電解質体２１の第１表面２０１に隣接して形成されている。ガス通路４は、先端側開口部４１１と、先端側開口部４１１よりも長尺方向Ｌの基端側Ｌ２に形成された基端側開口部４２１とを有する。

以下に、本形態のガスセンサ１について詳説する。
図１に示すように、本形態のガスセンサ１は、アンモニアセンサを構成する。ガスセンサ１は、電位差式（起電力式）としての混成電位式のものであり、検出対象ガスＧに含まれるアンモニアの濃度を検出するために用いられる。このガスセンサ１においては、酸素及びアンモニアが含まれる状態の検出対象ガスＧにおけるアンモニアの濃度を検出する。

（内燃機関７）
図４に示すように、ガスセンサ１は、車両の内燃機関（エンジン）７の排気管７１に配置されて用いられ、排気管７１内を流れる排ガスを検出対象ガスＧとする。また、ガスセンサ１は、排気管７１内に配置された触媒７２から流出するアンモニアの濃度を検出するものである。

排ガスの組成は、内燃機関７における燃焼状態によって変化する。内燃機関７における、空気と燃料との質量比である空燃比が、理論空燃比に比べて燃料リッチな状態にあるときには、排ガスの組成においては、未燃ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ₂（水素）等の割合が多くなる一方、ＮＯｘの割合が少なくなる。内燃機関７における空燃比が、理論空燃比に比べて燃料リーンな状態にあるときには、排ガスの組成においては、ＨＣ、ＣＯ等の割合が少なくなる一方、ＮＯｘの割合が多くなる。また、燃料リッチな状態においては、検出対象ガスＧに酸素（空気）がほとんど含まれず、燃料リーンな状態においては、検出対象ガスＧに酸素（空気）がより多く含まれる。

（触媒７２）
図４に示すように、排気管７１には、ＮＯｘを還元する触媒７２と、触媒７２へアンモニアを含む還元剤Ｋを供給する還元剤供給装置７３とが配置されている。触媒７２は、触媒担体に、ＮＯｘの還元剤Ｋとしてのアンモニアが付着されるものである。触媒７２の触媒担体におけるアンモニアの付着量は、ＮＯｘの還元反応に伴って減少する。そして、触媒担体におけるアンモニアの付着量が少なくなったときには、還元剤供給装置７３から触媒担体へ新たにアンモニアが補充される。還元剤供給装置７３は、排気管７１における、触媒７２よりも排ガスの流れの上流側位置に配置されており、尿素水を噴射して発生するアンモニアガスを排気管７１へ供給するものである。アンモニアガスは、尿素水が加水分解されて生成される。還元剤供給装置７３には、尿素水のタンク７３１が接続されている。

本形態の内燃機関７は、軽油の自己着火を利用して燃焼運転を行うディーゼルエンジンである。また、触媒７２は、ＮＯｘ（窒素酸化物）をアンモニア（ＮＨ₃）と化学反応させて窒素（Ｎ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）に還元する選択式還元触媒（ＳＣＲ）である。

なお、図示は省略するが、排気管７１における、触媒７２の上流側位置には、ＮＯのＮＯ₂への変換（酸化）、ＣＯ、ＨＣ（炭化水素）等の低減を行う酸化触媒（ＤＯＣ）、微粒子を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）等が配置されていてもよい。

（ガスセンサ１）
図４に示すように、本形態のガスセンサ１は、排気管７１における、触媒７２よりも下流側位置に配置される。なお、排気管７１に配置されるのは、厳密には、ガスセンサ１の本体部１０であり、ガスセンサ１の制御装置としてのセンサ制御ユニット（ＳＣＵ）５は、排気管７１の外部に配置される。

本形態のガスセンサ１は、アンモニア濃度の検出だけでなく、酸素濃度及びＮＯｘ濃度の検出も可能なマルチガスセンサ（複合センサ）として形成されている。そして、酸素濃度は、酸素濃度の影響を受けるアンモニア濃度を補正するために使用される。また、ガスセンサ１によるアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度は、内燃機関７の制御装置としてのエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０によって、還元剤供給装置７３から排気管７１へ還元剤Ｋとしてのアンモニアを供給する時期を決定するために使用される。

なお、車両における制御装置には、エンジンの動作を制御するエンジン制御ユニット５０、ガスセンサ１の動作を制御するセンサ制御ユニット５の他、種々の電子制御ユニットがある。制御装置とは、種々のコンピュータ（処理装置）のことをいう。

エンジン制御ユニット５０は、ガスセンサ１によって、検出対象ガスＧ中にＮＯｘが存在することが検出されるときには、触媒７２においてアンモニアが不足していると検知し、還元剤供給装置７３から尿素水を噴射し、触媒７２へアンモニアを供給するよう構成されている。一方、エンジン制御ユニット５０は、ガスセンサ１によって、検出対象ガスＧ中にアンモニアが存在することが検出されるときには、触媒７２においてアンモニアが過剰に存在していると検知し、還元剤供給装置７３からの尿素水の噴射を停止し、触媒７２へのアンモニアの供給を停止するよう構成されている。触媒７２においては、ＮＯｘを還元するためのアンモニアが過不足なく供給されることが好ましい。

（センサ素子２）
図１〜図３に示すように、センサ素子２は、固体電解質体２１に絶縁体３Ａ，３Ｂ及び発熱体３１が積層された積層タイプのものである。固体電解質体２１は、板状に形成されており、所定の温度において酸素イオンを伝導させる性質を有するジルコニア材料を用いて構成されている。ジルコニア材料は、ジルコニアを主成分とする種々の材料によって構成することができる。ジルコニア材料には、イットリア（酸化イットリウム）等の希土類金属元素もしくはアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアを用いることができる。

センサ素子２は、長尺形状に形成されており、検出電極２２、基準電極２３、ガス通路４、及び発熱体３１の発熱部３１１は、センサ素子２における、長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位に配置されている。センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、検出電極２２及び基準電極２３と、これらの電極２２，２３の間に挟まれた固体電解質体２１の部分とによる検知部２０が形成されている。

センサ素子２の長尺方向Ｌとは、センサ素子２が長尺形状に形成された方向のことをいう。また、長尺方向Ｌに直交し、固体電解質体２１、絶縁体３Ａ，３Ｂ及び発熱体３１が積層された方向を、積層方向Ｄという。また、長尺方向Ｌと積層方向Ｄとに直交する方向を、幅方向Ｗという。また、センサ素子２の長尺方向Ｌにおいて、検知部２０が形成された側を先端側Ｌ１といい、先端側Ｌ１の反対側を基端側Ｌ２という。

図１及び図３に示すように、絶縁体３Ａ，３Ｂは、固体電解質体２１の第１表面２０１に隣接して配置された第１絶縁体３Ａと、固体電解質体２１の、第１表面２０１の反対側に位置する第２表面２０２に隣接して配置された第２絶縁体３Ｂとからなる。第１絶縁体３Ａには、ガス通路４が形成されており、第２絶縁体３Ｂには、大気等の基準ガスＡが導入される基準ガスダクト３３が形成されている。同図において、第１絶縁体３Ａ及び第２絶縁体３Ｂを、積層方向Ｄに分断するように引かれた破線は、各絶縁体３Ａ，３Ｂが複数の絶縁板を積層して形成されることを示す。

本形態の一対の電極は、固体電解質体２１の第１表面２０１における、ガス室３２内に配置された検出電極２２と、固体電解質体２１の第２表面２０２における、基準ガスダクト３３内に配置された基準電極２３とからなる。各絶縁体３Ａ，３Ｂは、酸化アルミニウム（アルミナ）等の絶縁材料としてのセラミック材料から構成されている。

基準ガスダクト３３は、第２絶縁体３Ｂにおける、基準電極２３を収容する位置からセンサ素子２の基端位置まで形成されている。センサ素子２の基端位置には、基準ガスダクト３３の開口部３３１が形成されている。

検出電極２２は、アンモニア及び酸素に対する触媒活性を有する金（Ａｕ）、白金−金合金、白金−パラジウム合金、パラジウム−金合金等の貴金属材料を用いて構成されている。基準電極２３は、酸素に対する触媒活性を有する白金（Ｐｔ）等の貴金属材料を用いて構成されている。また、検出電極２２及び基準電極２３は、固体電解質体２１と焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有していてもよい。共材は、固体電解質体２１にペースト状の電極材料を印刷（塗布）して両者を焼結する際に、電極材料によって形成される検出電極２２及び基準電極２３と固体電解質体２１との結合強度を維持するためのものである。

図２に示すように、検出電極２２及び基準電極２３には、これらの電極２２，２３をガスセンサ１の外部と電気接続するための電極リード部２２１，２３１が接続されている。電極リード部２２１，２３１は、ガス通路４の後述する副ガス通路部４２を迂回して、センサ素子２における長尺方向Ｌの基端側Ｌ２の部位まで引き出されている。

（先端側カバー６３Ａ，６３Ｂ等）
図５及び図６に示すように、ガスセンサ１は、センサ素子２の他に、ハウジング６１、インシュレータ６２、先端側カバー６３Ａ，６３Ｂ、基端側カバー等を備える。ハウジング６１は、センサ素子２の検知部２０を長尺方向Ｌの先端側Ｌ１に突出させる状態で、インシュレータ６２を介してセンサ素子２を保持する。ハウジング６１は、排気管７１に取り付けられる。インシュレータ６２は、センサ素子２をハウジング６１に保持する際の緩衝部材である。

先端側カバー６３Ａ，６３Ｂは、有底円筒形状に形成され、円筒形状部６３１及び底部６３２を有する。先端側カバー６３Ａ，６３Ｂは、ハウジング６１に取り付けられており、センサ素子２の検知部２０を覆っている。図示は省略するが、基端側カバーは、ハウジング６１に取り付けられており、センサ素子２に繋がる電気配線部分を覆っている。

本形態の先端側カバー６３Ａ，６３Ｂは、センサ素子２の検知部２０を覆う内側カバー６３Ａと、内側カバー６３Ａの外周側に配置された外側カバー６３Ｂとの二重カバーによって構成されている。内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１及び底部６３２、並びに外側カバー６３Ｂの円筒形状部６３１及び底部６３２には、検出対象ガスＧが流通するための流通孔６３３がそれぞれ形成されている。円筒形状部６３１は、センサ素子２の側面２０６の全周を囲む部位として形成され、底部６３２は、センサ素子２の先端面２０５に対向して、円筒形状部６３１の先端部を閉塞する部位として形成されている。

図５及び図６に示すように、内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１における流通孔６３３は、円筒形状部６３１の周方向Ｃの複数箇所に形成されている。内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１における流通孔６３３は、ガス通路４の基端側開口部４２１よりも長尺方向Ｌの基端側Ｌ２に配置されている。

外側カバー６３Ｂの円筒形状部６３１における流通孔６３３は、円筒形状部６３１の周方向Ｃの複数箇所に形成されている。外側カバー６３Ｂの円筒形状部６３１における流通孔６３３は、内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１における流通孔６３３よりも長尺方向Ｌの先端側Ｌ１に配置されている。外側カバー６３Ｂの円筒形状部６３１における流通孔６３３は、長尺方向Ｌにおける、ガス通路４の先端側開口部４１１の形成部位の付近に配置されている。

内側カバー６３Ａの底部６３２における流通孔６３３及び外側カバー６３Ｂの底部６３２における流通孔６３３は、各底部６３２の中心部に形成されている。そして、内側カバー６３Ａの底部６３２における流通孔６３３及び外側カバー６３Ｂの底部６３２における流通孔６３３は、センサ素子２の先端面２０５に対向する位置に配置されている。なお、底部６３２における流通孔６３３は、底部６３２の外周付近における周方向Ｃの複数箇所に形成してもよい。

内側カバー６３Ａの底部６３２と外側カバー６３Ｂの底部６３２とは、互いに重なっており、内側カバー６３Ａの底部６３２の流通孔６３３と外側カバー６３Ｂの底部６３２の流通孔６３３とは、互いに連通されている。

本形態においては、内側カバー６３Ａの底部６３２と、外側カバー６３Ｂの底部６３２とは、互いに対面している。また、内側カバー６３Ａの底部６３２の流通孔６３３の直径と、外側カバー６３Ｂの底部６３２の流通孔６３３の直径とは、同じである。これ以外にも、内側カバー６３Ａの底部６３２と、外側カバー６３Ｂの底部６３２とは、所定の間隔で離れていてもよい。また、内側カバー６３Ａの底部６３２の流通孔６３３の直径と、外側カバー６３Ｂの底部６３２の流通孔６３３の直径とは、互いに異なっていてもよい。

センサ素子２の長尺方向Ｌは、ハウジング６１及び先端側カバー６３Ａ，６３Ｂの中心軸線Ｏの方向と平行である。センサ素子２は、ハウジング６１及び先端側カバー６３Ａ，６３Ｂにおける、中心軸線Ｏが通る中心部に配置されている。

また、先端側カバー６３Ａ，６３Ｂは、二重カバーによって構成する以外にも、図７に示すように、一重カバー６３Ｃによって構成することもできる。この場合には、一重カバー６３Ｃとしての先端側カバーの円筒形状部６３１における流通孔６３３は、ガス通路４の基端側開口部４２１よりも長尺方向Ｌの基端側Ｌ２に形成することができる。

（アンモニア検出部５１）
図１に示すように、ガスセンサ１は、検出電極２２と基準電極２３との間に生じる電位差に基づいて検出対象ガスＧにおけるアンモニア濃度を検出するアンモニア検出部５１を備える。図８に示すように、アンモニア検出部５１は、検出電極２２における、酸素の電気化学的還元反応（以下、単に還元反応という。）による還元電流とアンモニアの電気化学的酸化反応（以下、単に酸化反応という。）による酸化電流とが等しくなるときに生じる、検出電極２２と基準電極２３との間の電位差ΔＶを検出するよう構成されている。検出電極２２と基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶは、アンモニア及び酸素が含まれる検出対象ガスＧによって検出電極２２に生じる混成電位として示される。アンモニア検出部５１は、センサ制御ユニット５内に形成されている。

検出電極２２においては、検出電極２２に接触する検出対象ガスＧにアンモニアと酸素とが存在する場合に、アンモニアの酸化反応と、酸素の還元反応とが同時に進行する。アンモニアの酸化反応は、代表的には、２ＮＨ₃＋３Ｏ^2-→Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ＋６ｅ^-によって表される。酸素の還元反応は、代表的には、Ｏ₂＋４ｅ^-→２Ｏ^2-によって表される。そして、検出電極２２における、アンモニアと酸素とによる混成電位は、検出電極２２における、アンモニアの酸化反応（速度）と酸素の還元反応（速度）とが等しくなるときの電位として生じる。

図８は、検出電極２２において生じる混成電位を説明するための図である。同図においては、横軸に、基準電極２３に対する検出電極２２の電位（電位差ΔＶ）をとり、縦軸に、検出電極２２と基準電極２３との間に流れる電流をとって、混成電位の変化の仕方を示す。また、同図においては、検出電極２２においてアンモニアの酸化反応が行われる際の電位と電流の関係を示す第１ラインＬ１と、検出電極２２において酸素の還元反応が行われる際の電位と電流の関係を示す第２ラインＬ２とを示す。第１ラインＬ１及び第２ラインＬ２は、いずれも右肩上がりのラインによって示す。

電位（電位差ΔＶ）が０（ゼロ）の場合は、検出電極２２の電位が基準電極２３の電位と同じであることを示す。混成電位は、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合ったときの電位となる。そして、検出電極２２における混成電位は、基準電極２３に対してマイナス側の電位として検出される。

また、図９に示すように、検出対象ガスＧにおけるアンモニア濃度が高くなるときには、アンモニアの酸化反応を示す第１ラインＬ１の傾きθａが急になる。このとき、第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合う電位が、よりマイナス側へシフトする。これにより、アンモニア濃度が高くなるほど、基準電極２３に対する検出電極２２の電位がマイナス側に大きくなる。言い換えれば、アンモニア濃度が高くなるほど、検出電極２２と基準電極２３との電位差（混成電位）ΔＶが大きくなる。そのため、アンモニア濃度が高くなるほど電位差ΔＶが大きくなり、電位差ΔＶを検出することにより、検出対象ガスＧにおけるアンモニア濃度を検出することが可能になる。

また、図１０に示すように、検出対象ガスＧにおける酸素濃度が高くなるときには、酸素の還元反応を示す第２ラインＬ２の傾きθｓが急になる。このとき、第１ラインＬ１上のプラス側の電流と、第２ラインＬ２上のマイナス側の電流とが釣り合う電位が、よりマイナス側におけるゼロに近い位置へシフトする。これにより、酸素濃度が高くなるほど、基準電極２３に対する検出電極２２のマイナス側の電位が小さくなる。言い換えれば、酸素濃度が高くなるほど、検出電極２２と基準電極２３との電位差（混成電位）ΔＶが小さくなる。そのため、酸素濃度が高くなるほど、電位差ΔＶ又はアンモニア濃度を高くする補正を行うことにより、アンモニア濃度の検出精度を高めることができる。

（発熱体３１）
図１及び図３に示すように、第２絶縁体３Ｂにおける、一対の電極２２，２３に対向する位置には、通電によって発熱する発熱体３１が埋設されている。発熱体３１は、発熱部３１１と、発熱部３１１に繋がる発熱体リード部３１２とによって形成されており、発熱部３１１が検出電極２２及び基準電極２３に対向する位置に形成されている。発熱体３１には、発熱体３１に通電を行うための通電制御部５２が接続されている。通電制御部５２は、発熱体３１に、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御等を行った電圧を印加するドライブ回路等を用いて形成されている。通電制御部５２は、センサ制御ユニット５内に形成されている。

発熱部３１１は、直線部分及び曲線部分によって蛇行する線状の導体部によって形成されている。本形態の発熱部３１１の直線部分は、長尺方向Ｌに平行に形成されている。発熱体リード部３１２は、直線状の導体部によって形成されている。発熱部３１１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部３１２の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きい。発熱体リード部３１２は、長尺方向Ｌの基端側Ｌ２の部位まで引き出されている。発熱体３１は、導電性を有する金属材料を含有している。

発熱部３１１の断面積は、発熱体リード部３１２の断面積よりも小さく、発熱部３１１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部３１２の単位長さ当たりの抵抗値よりも高い。この断面積とは、発熱部３１１及び発熱体リード部３１２が延びる方向に直交する面内の断面積のことをいう。そして、一対の発熱体リード部３１２に電圧が印加されると、発熱部３１１がジュール熱によって発熱し、この発熱によって、センサ素子２の検知部２０の周辺が加熱される。

（ガス通路４）
図１及び図２に示すように、本形態のセンサ素子２においては、固体電解質体２１の検出電極２２の配置位置に、検出対象ガスＧが通り抜けることができるトンネル状のガス通路４を形成している。ガス通路４は、検出電極２２に接触する検出対象ガスＧの流速を適度に保ち、検出対象ガスＧに含まれる被毒物質が検出電極２２に付着しにくくすることを目的として形成されたものである。そして、ガス通路４の形成によって、検出対象ガスＧに含まれるアンモニアを、混成電位によって検出することを容易にしている。

ガス通路４は、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端面２０５から、検出電極２２、基準電極２３及び発熱部３１１の長尺方向Ｌの基端位置よりも基端側に位置する、センサ素子２の側面２０６まで形成されている。センサ素子２の側面２０６とは、センサ素子２の長尺方向Ｌに直交する表面のことをいう。ガス通路４の先端側開口部４１１は、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端面２０５において開口している。ガス通路４の基端側開口部４２１は、センサ素子２の側面２０６における、一対の電極２２，２３よりも長尺方向Ｌの基端側Ｌ２の位置に開口している。また、基端側開口部４２１は、発熱体３１における発熱部３１１の基端位置よりも長尺方向Ｌの基端側Ｌ２に配置されている

図１に示すように、ガス通路４は、第１絶縁体３Ａに設けられた切欠き溝、貫通孔等によって形成されている。ガス通路４は、固体電解質体２１の第１表面２０１に隣接して長尺方向Ｌに沿って形成された主ガス通路部４１と、主ガス通路部４１の長尺方向Ｌの基端側端部において、主ガス通路部４１から屈曲して形成された副ガス通路部４２とを有する。主ガス通路部４１は、第１絶縁体３Ａにおける、固体電解質体２１の第１表面２０１に対向する切欠き溝によって形成されている。先端側開口部４１１は、主ガス通路部４１の端部に形成されている。副ガス通路部４２は、第１絶縁体３Ａにおける、主ガス通路部４１の端部からセンサ素子２の側面２０６に貫通する貫通孔によって形成されている。基端側開口部４２１は、副ガス通路部４２の端部に形成されている。

副ガス通路部４２の基端側開口部４２１は、第１絶縁体３Ａにおける積層方向Ｄの表面に開口している。本形態の副ガス通路部４２は、主ガス通路部４１から垂直に屈曲して積層方向Ｄに沿って形成されている。

図１に示すように、副ガス通路部４２の形成により、基端側開口部４２１からガス通路４内へ流入する検出対象ガスＧを、主ガス通路部４１と副ガス通路部４２との間の屈曲角部４３に衝突させることができる。そして、検出対象ガスＧに含まれる被毒物質は、検出対象ガスＧの流れの変化に追従することができず、屈曲角部４３の周辺に付着しやすくすることができる。

また、副ガス通路部４２は、発熱体３１の発熱部３１１よりも長尺方向Ｌの基端側Ｌ２に配置されており、第１絶縁体３Ａの基端側開口部４２１の周辺の温度は、検出電極２２及び基準電極２３の温度に比べて低い。検出対象ガスＧに含まれる被毒物質は、温度が低い部位に付着しやすい性質を有する。そのため、基端側開口部４２１から副ガス通路部４２内に流入した検出対象ガスＧ中の被毒物質が屈曲角部４３の周辺に付着しやすくすることができる。

なお、検出対象ガスＧに含まれる被毒物質とは、検出電極２２に付着することによって検出電極２２の触媒機能を低下させるものをいう。被毒物質には、検出対象ガスＧとしての排ガスに含まれる微粒子、潤滑油等のオイル成分、ゴム等から揮発した成分、セラミック、金属等の酸化物などがある。

図１１に示すように、副ガス通路部４２は、積層方向Ｄに対して傾斜する状態で形成することもできる。この場合に、副ガス通路部４２は、長尺方向Ｌに対して傾斜していてもよく、幅方向Ｗに対して傾斜していてもよい。

また、図１２及び図１３に示すように、副ガス通路部４２は、主ガス通路部４１から複数に分岐して形成することもできる。この場合に、副ガス通路部４２は、幅方向Ｗの両側に分岐して形成し、基端側開口部４２１は、幅方向Ｗに並ぶ状態で形成することができる。

また、図１４に示すように、副ガス通路部４２は、主ガス通路部４１から幅方向Ｗの一方又は両方に屈曲して形成することもできる。この場合に、基端側開口部４２１は、第１絶縁体３Ａの幅方向Ｗの一方又は両方の側面２０６に開口する状態で形成することもできる。

図１に示すように、副ガス通路部４２における、基端側開口部４２１と反対側に位置する端部には、主ガス通路部４１と副ガス通路部４２との間の屈曲角部４３よりも積層方向Ｄの奥側へ陥没した側方捕集部４４が形成されている。側方捕集部４４は、検出対象ガスＧの流れを一旦滞留させるための陥没凹部として形成されている。固体電解質体２１は、センサ素子２の長尺方向Ｌ及び幅方向Ｗの全体に形成されている。そして、側方捕集部４４は、固体電解質体２１の一部に陥没する状態で形成することができる。

基端側開口部４２１から副ガス通路部４２内へ流入する検出対象ガスＧを側方捕集部４４内に一旦滞留させることにより、検出対象ガスＧ中の被毒物質を側方捕集部４４に捕集することができる。これにより、ガス通路４内に被毒物質を捕集して、検出電極２２に被毒物質が到達しにくくすることができる。また、ガス通路４における検出対象ガスＧの流速は、検出対象ガスＧが側方捕集部４４に衝突することにより弱められる。

図１５及び図１６に示すように、側方捕集部４４は、屈曲角部４３から幅方向Ｗの一方又は両方へ陥没して形成することもできる。この場合にも、検出対象ガスＧ中の被毒物質を効果的に捕集することができる。

また、図１７及び図１８に示すように、主ガス通路部４１における、先端側開口部４１１と反対側に位置する長尺方向Ｌの基端部には、主ガス通路部４１と副ガス通路部４２との間の屈曲角部４３よりも基端側Ｌ２へ陥没する基端側捕集部４５を形成することもできる。この場合には、特に、側方捕集部４４と基端側捕集部４５との組み合わせによって、検出対象ガスＧ中の被毒物質を、各捕集部４４，４５の周辺にさらに捕集しやすくすることができる。

また、同図に示すように、側方捕集部４４には、検出対象ガスＧに含まれる被毒物質を捕集するための多孔質体４６を配置することもできる。多孔質体４６は、検出対象ガスＧに含まれる被毒物質を捕集可能な複数の気孔が形成されたセラミック材料とすることができる。側方捕集部４４に多孔質体４６が配置されることにより、被毒物質の捕集をより効果的に行うことができる。また、被毒物質を捕集するための多孔質体４６は、基端側捕集部４５に配置することもできる。この場合にも、被毒物質の捕集を効果的に行うことができる。

また、図示は省略するが、固体電解質体２１は、検出電極２２及び基準電極２３が配置されるセンサ素子２の長尺方向Ｌの先端側部分にのみ配置し、固体電解質体２１が配置されていない第１絶縁体３Ａと第２絶縁体３Ｂとの間の隙間には、第１絶縁体３Ａと第２絶縁体３Ｂとを連結する連結絶縁体を配置することができる。この場合には、側方捕集部４４は、第１絶縁体３Ａから連結絶縁体に陥没する状態で形成することができる。

また、第１絶縁体３Ａにおいてガス通路４の基端側開口部４２１を形成する位置は、検出電極２２よりも長尺方向Ｌの基端側Ｌ２へ、できるだけ離れた位置とすることができる。センサ素子２の長尺方向Ｌの基端側Ｌ２に位置するほど、センサ素子２の温度が低くなり、被毒物質が付着しやすい状況が形成されるためである。

また、図２に示すように、検出電極２２の長尺方向Ｌの基端位置２２２から基端側開口部４２１の先端位置４２２までの長さＬａ［ｍｍ］は、１〜２０［ｍｍ］の範囲内に設定することができる。長さＬａが１［ｍｍ］未満の場合には、基端側開口部４２１が検出電極２２に近くなり、屈曲角部４３等の基端側開口部４２１の周辺に被毒物質が付着しにくくなる。一方、長さＬａが２０［ｍｍ］超過の場合には、ガス通路４が長くなり、センサ素子２を長尺方向Ｌに長く形成する必要が生じる。

（ガス通路４内の流れ）
図５に示すように、内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１における複数の流通孔６３３の総断面積は、内側カバー６３Ａの底部６３２における流通孔６３３の断面積に比べて大きい。なお、内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１における複数の流通孔６３３の総断面積は、内側カバー６３Ａの底部６３２における流通孔６３３の断面積及び外側カバー６３Ｂの底部６３２における流通孔６３３の断面積のうちの小さい方に比べて大きい。この構成により、内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１における複数の流通孔６３３から内側カバー６３Ａ内に流入する検出対象ガスＧの流速に比べて、内側カバー６３Ａの底部６３２における流通孔６３３から外側カバー６３Ｂの外部に流出する検出対象ガスＧの流速が速くなる。

この先端側カバー６３Ａ，６３Ｂ内の検出対象ガスＧの流れにより、センサ素子２のガス通路４においては、基端側開口部４２１から先端側開口部４１１への排ガスの一方向の流れが形成される。換言すれば、内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１における流通孔６３３から内側カバー６３Ａの底部６３２における流通孔６３３への排ガスの流れを受けて、ガス通路４においては、基端側開口部４２１から先端側開口部４１１への排ガスの一方向の流れが形成される。

また、ガスセンサ１の内側カバー６３Ａ及び外側カバー６３Ｂの底部６３２は、排気管７１内の中心部付近に配置される。排気管７１の中心部付近における排ガスの流れは、排気管７１の外周部付近における排ガスの流れよりも速い。また、ガスセンサ１の内側カバー６３Ａ及び外側カバー６３Ｂの各底部６３２は、排気管７１の中心部付近に配置される。そして、外側カバー６３Ｂの底部６３２の外側を排ガスが通過する際に、外側カバー６３Ｂの底部６３２の外側の圧力が低下し、内側カバー６３Ａ及び外側カバー６３Ｂの各底部６３２の流通孔６３３を介して、内側カバー６３Ａ内の排ガスが流出される流れが生じると考えられる。

また、排気管７１内を流れる排ガスは、外側カバー６３Ｂの円筒形状部６３１の流通孔６３３から外側カバー６３Ｂ内へ流入し、内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１の流通孔６３３を介して内側カバー６３Ａ内へ流入する。そして、内側カバー６３Ａ内においては、長尺方向Ｌの基端側Ｌ２から先端側Ｌ１への排ガスの流れが形成される。これにより、センサ素子２においては、基端側開口部４２１からガス通路４内へ排ガスが流入するとともに、基端側開口部４２１から流入した排ガスがガス通路４の先端側Ｌ１へ通過し、この排ガスが先端側開口部４１１から流出する。

ガス通路４における基端側開口部４２１から先端側開口部４１１への排ガスの一方向の流れを形成することにより、ガス通路４内の検出電極２２に対して適度な流速で排ガスを接触させることができる。この効果は、一重カバー６３Ｃによる先端側カバーを用いる場合にも同様に得られる。また、この効果は、内側カバー６３Ａの底部６３２と外側カバー６３Ｂの底部６３２とが、所定の間隔で離れている場合にも同様に得られる。

なお、内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１における周方向Ｃに並ぶ複数の流通孔６３３のうちの、排気管７１内の排ガスの流れの上流側に位置する流通孔６３３から、内側カバー６３Ａ内に流入した排ガスは、内側カバー６３Ａの円筒形状部６３１の、排気管７１内の排ガスの流れの下流側に位置する流通孔６３３へ流出される場合もある。

（製造方法）
センサ素子２の製造においては、固体電解質体２１、各絶縁体３Ａ，３Ｂ、発熱体３１等を積層して積層体とし、この積層体を加熱して焼結する。検出電極２２及び基準電極２３は、貴金属、固体電解質、溶媒等を含有するペースト材料を固体電解質体２１に印刷（塗布）し、センサ素子２の積層体を焼結する際に、貴金属及び固体電解質が焼結されて形成される。

（作用効果）
本形態のガスセンサ１においては、固体電解質体２１に積層された第１絶縁体３Ａに、検出電極２２が配置されたトンネル状のガス通路４が形成されている。トンネル状のガス通路４内においては、基端側開口部４２１から先端側開口部４１１へ適度な流速で検出対象ガスＧが通過する。これにより、検出電極２２に接触する検出対象ガスＧは、適度な流速で検出電極２２の表面を通り過ぎることができる。そのため、検出電極２２と基準電極２３との間に電位差ΔＶが生じやすい状態を形成して、電位差ΔＶに基づいて検出対象ガスＧ中のアンモニアの濃度が検出される。

特に、本形態のガスセンサ１は、検出電極２２に生じる混成電位の出力を利用してアンモニア濃度を検出する。そして、混成電位の出力は、検出電極２２に検出対象ガスＧが適度な流速で接触することにより、必要とする大きさで得られる。これにより、検出対象ガスＧに含まれるアンモニアの検出精度を高く維持し、この検出の応答性を高く維持することができる。

また、検出電極２２がトンネル状のガス通路４によって覆われていることにより、検出対象ガスＧに含まれる、検出電極２２に対する被毒物質が、検出電極２２に直接衝突して検出電極２２に付着することを抑制することができる。これにより、被毒による検出電極２２の劣化を抑制することができる。

それ故、本形態のガスセンサ１によれば、被毒による検出電極２２の劣化を抑制しつつ、検出対象ガスＧ中のアンモニアの検出精度及び検出の応答性を高く維持することができる。

本形態のガスセンサ１においては、検出電極２２に適度な流速で検出対象ガスＧが接触するとともに、検出電極２２に被毒物質が付着しにくくするために、検出電極２２をトンネル状のガス通路４内に配置している。このような課題を解決するために、トンネル状のガス通路４を形成することは、本形態のガスセンサ１において初めて見出されたことである。例えば、ガスセンサ１以外のセンサの素子においてトンネル状の通路が形成されている場合があっても、このセンサにおいて、本形態のガスセンサ１の課題が想定されない以上、トンネル状の通路をガスセンサ１のセンサ素子２に採用することは容易に考えられることではない。

センサ素子２の固体電解質体２１に設ける一対の電極２２Ａ，２２Ｂの構成は、次のようにすることもできる。すなわち、図１９及び図２０に示すように、固体電解質体２１における、ガス通路４が隣接する表面のガス通路４内には、アンモニア及び酸素に対する触媒活性を示す検出電極２２Ａと、アンモニアに対する触媒活性を示さないとともに酸素に対する触媒活性を示す参照電極２２Ｂとを設けることができる。そして、検出電極２２Ａと参照電極２２Ｂとを比較して、検出対象ガスＧに含まれるアンモニアの濃度を検出することができる。

＜実施形態２＞
本形態は、図２１及び図２２に示すように、センサ素子２の構成が実施形態１の場合と異なり、ガスセンサ１が、検出対象ガスＧに含まれるアンモニアの濃度の他に、検出対象ガスＧに含まれる酸素及びＮＯｘの各濃度も検出する場合について示す。本形態のガスセンサ１は、排気管７１内における、触媒（選択式還元触媒）７２が配置された位置の排ガスの流れの下流側に配置して、アンモニア濃度、酸素濃度及びＮＯｘ濃度の検出が可能なマルチガスセンサとして用いる。また、本形態のガスセンサ１は、触媒７２が、ＮＯｘ濃度が高い状態にあるのかアンモニア濃度が高い状態にあるのかを判別するために用いることができる。

本形態のセンサ素子２は、アンモニアを検出するための検出電極２２及び基準電極２３が設けられた第１固体電解質体２１Ａの他に、酸素を検出するためのポンプ電極２４及び基準電極２６、並びにＮＯｘを検出するためのＮＯｘ電極２５及び基準電極２６が設けられた第２固体電解質体２１Ｂを有する。本形態の絶縁体３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、第１固体電解質体２１Ａと第２固体電解質体２１Ｂとの間に積層された中間絶縁体３Ｃと、第１固体電解質体２１Ａの、中間絶縁体３Ｃが積層された側と反対側に積層された第１絶縁体３Ａと、及び第２固体電解質体２１Ｂの、中間絶縁体３Ｃが積層された側と反対側に積層された第２絶縁体３Ｂとによって構成されている。

ポンプ電極２４及びＮＯｘ電極２５は、第２固体電解質体２１Ｂの検出対象ガスＧに晒される第３表面２０３に設けられている。基準電極２６は、第２固体電解質体２１Ｂの基準ガスＡに晒される第４表面２０４に設けられている。

図２１に示すように、第１絶縁体３Ａには、実施形態１の場合と同様に、ガス通路４が形成されている。第２絶縁体３Ｂには、検出対象ガスＧが導入されるガス室３２が形成されるとともに発熱体３１が埋設されており、中間絶縁体３Ｃには、基準ガスダクト３３が形成されている。ガス室３２には、検出対象ガスＧを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部３２１が形成されている。拡散抵抗部３２１は、セラミック材料の多孔質体によって構成することができ、貫通孔によって構成することもできる。

第１固体電解質体２１Ａにおける検出電極２２は、第１絶縁体３Ａのガス通路４内に配置されており、第１固体電解質体２１Ａにおける基準電極２３は、中間絶縁体３Ｃの基準ガスダクト３３内に配置されている。第２固体電解質体２１Ｂにおけるポンプ電極２４は、ガス室３２内に配置されており、第２固体電解質体２１Ｂにおける基準電極２６は、基準ガスダクト３３内に配置されている。第２固体電解質体２１ＢにおけるＮＯｘ電極２５は、ガス室３２内における、ポンプ電極２４に対する検出対象ガスＧの流れの下流側に配置されており、第２固体電解質体２１Ｂにおける基準電極２６は、基準ガスダクト３３内に配置されている。ＮＯｘ電極２５には、ポンプ電極２４によって酸素濃度が調整された後の検出対象ガスＧが供給される。

本形態のガスセンサ１は、ポンプ電極２４と基準電極２６との間に電圧を印加して、ガス室３２内の検出対象ガスＧにおける酸素を汲み出すためのポンプ制御部５３と、ポンプ電極２４と基準電極２６との間に流れる電流を検出して検出対象ガスＧにおける酸素の濃度を検出するための酸素検出部５４と、ＮＯｘ電極２５と基準電極２６との間に、限界電流特性を生じるための電圧を印加する電圧印加部５５と、ＮＯｘ電極２５と基準電極２６との間に流れる電流を検出して、検出対象ガスＧにおけるＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘ検出部５６とを備える。なお、ポンプ制御部５３、酸素検出部５４、電圧印加部５５及びＮＯｘ検出部５６は、センサ制御ユニット５内に形成されている。

酸素検出部５４によって検出された酸素の濃度は、アンモニア検出部５１によって検出されたアンモニアの濃度を補正するために利用することができる。この補正は、酸素濃度をパラメータとして、補正前のアンモニア濃度と補正後のアンモニア濃度との関係を示す関係マップを用いて行うことができる。

ポンプ電極２４は、酸素に対する触媒活性を有する白金−金合金等の貴金属材料を用いて構成されている。ＮＯｘ電極２５は、ＮＯｘ及び酸素に対する触媒活性を有する白金−ロジウム合金等の貴金属材料を用いて構成されている。基準電極２６は、酸素に対する触媒活性を有する白金等の貴金属材料を用いて構成されている。また、ポンプ電極２４、ＮＯｘ電極２５、基準電極２６は、第２固体電解質体２１Ｂと焼結する際の共材となるジルコニア材料を含有していてもよい。

基準電極２６は、第２固体電解質体２１Ｂを介してポンプ電極２４及びＮＯｘ電極２５と対向する位置に１つ設けられていてもよく、第２固体電解質体２１Ｂを介して、ポンプ電極２４と対向する位置及びＮＯｘ電極２５と対向する位置に別々に設けられていてもよい。

本形態のガスセンサ１においては、アンモニア濃度だけでなく、酸素濃度及びＮＯｘ濃度を検出することができる。そのため、１つのガスセンサ１によって複数種類のガスの濃度を検出することができ、内燃機関７の排気管７１におけるセンサの使用数を減らすことができる。

本形態のガスセンサ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１における構成要素と同様である。

＜確認試験＞
本確認試験においては、図２３に示すように、実施形態１に示したガスセンサ１の検出電極２２の表面を通過する検出対象ガスＧの流速を変化させたときに、ガスセンサ１によってアンモニア濃度を検出する感度がどれだけ変化したかを確認した。本確認試験においては、検出対象ガスＧの流速を適宜変化させ、所定濃度のアンモニアが含まれる検出対象ガスＧを検出電極２２へ供給する際に、検出電極２２と基準電極２３との間に生じる電位差ΔＶを測定した。

また、アンモニア濃度を検出する感度は、アンモニア感度比とし、検出電極２２に接触する検出対象ガスＧの流速が１００［ｍｍ／ｓ］であるときの電位差ΔＶを基準値として、検出対象ガスＧの流速が小さくなるときの電位差ΔＶが基準値に対してどれだけ低下したかによって示す。

この確認試験の結果、検出対象ガスＧの流速が４０〜１００［ｍｍ／ｓ］であるときのアンモニア感度比の低下はなかった。一方、検出対象ガスＧの流速が４０［ｍｍ／ｓ］未満になると、検出対象ガスＧの流速が小さくなるほど、アンモニア感度比が低下していくことが分かった。なお、車両の内燃機関７においてアイドリング運転を行っているときには、排気管７１には、５０［ｍｍ／ｓ］程度の排ガスが流れる。

検出電極２２が多孔質層によって覆われている場合には、検出電極２２の表面を通過する検出対象ガスＧの流速は２［ｍｍ／ｓ］程度である。この場合のアンモニア感度比は基準値に対して０．１程度となり、アンモニア感度比の低下が著しいことが分かる。実施形態１，２に示したガスセンサ１においては、検出電極２２がガス通路４内に配置されていることによって、検出電極２２の表面を通過する検出対象ガスＧの流速を４０［ｍｍ／ｓ］以上にすることができる。そのため、実施形態１，２に示したガスセンサ１を用いることにより、アンモニア濃度を検出する感度としてのアンモニアの検出精度及び検出の応答性を高く維持できることが分かった。

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。

１ ガスセンサ
２ センサ素子
２０ 検知部
２１ 固体電解質体
２２ 検出電極
２３ 基準電極
３Ａ，３Ｂ 絶縁体
４ ガス通路

Claims (13)

1. 検出対象ガス（Ｇ）に晒される検知部（２０）が長尺方向（Ｌ）の先端部に設けられたセンサ素子（２）を有するガスセンサ（１）において、
   前記センサ素子は、
   酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（２１）と、
   前記固体電解質体における、前記検知部の形成部位に設けられた一対の電極（２２，２３）と、
   前記固体電解質体に積層された絶縁体（３Ａ，３Ｂ）と、を備え、
   前記絶縁体には、前記検出対象ガスが通過するトンネル状のガス通路（４）が、前記電極の少なくとも一つを内部に配置する状態で、前記固体電解質体の表面に隣接して形成されており、
   前記ガス通路は、先端側開口部（４１１）と、前記先端側開口部よりも前記長尺方向の基端側（Ｌ２）に形成された基端側開口部（４２１）とを有する、ガスセンサ。
2. 一対の前記電極は、前記検出対象ガスに含まれるアンモニアを検出するためのものである、請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記先端側開口部は、前記センサ素子の前記長尺方向の先端面（２０５）において開口しており、
   前記基端側開口部は、複数の前記電極よりも前記長尺方向の基端側の位置であって、前記センサ素子の側面（２０６）において開口している、請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記ガス通路は、
   前記固体電解質体の表面に隣接して前記長尺方向に沿って形成されるとともに、前記先端側開口部が形成された主ガス通路部（４１）と、
   前記主ガス通路部の前記長尺方向の基端側端部において、前記主ガス通路部から屈曲して形成されるとともに、前記基端側開口部が形成された副ガス通路部（４２）と、を有し、
   前記副ガス通路部における、前記基端側開口部と反対側に位置する端部には、前記主ガス通路部と前記副ガス通路部との間の屈曲角部（４３）よりも奥側へ陥没する側方捕集部（４４）が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
5. 前記主ガス通路部における、前記先端側開口部と反対側に位置する前記長尺方向の基端部には、前記屈曲角部よりも前記長尺方向の基端側へ陥没する基端側捕集部（４５）が形成されている、請求項４に記載のガスセンサ。
6. 前記副ガス通路部は、前記主ガス通路部の前記長尺方向の基端部から複数に分岐して形成されている、請求項４又は５に記載のガスセンサ。
7. 前記側方捕集部には、前記検出対象ガスに含まれる被毒物質を捕集するための多孔質体（４６）が配置されている、請求項４〜６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
8. 前記基端側捕集部には、前記検出対象ガスに含まれる被毒物質を捕集するための多孔質体（４６）が配置されている、請求項５に記載のガスセンサ。
9. 前記絶縁体は、
   前記固体電解質体の第１表面（２０１）に隣接するとともに、前記ガス通路が形成された第１絶縁体（３Ａ）と、
   前記固体電解質体の、前記第１表面の反対側に位置する第２表面（２０２）に隣接するとともに、基準ガス（Ａ）が導入される基準ガスダクト（３３）が形成された第２絶縁体（３Ｂ）と、を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
10. 一対の前記電極は、前記固体電解質体の前記第１表面における、前記ガス通路内に配置された検出電極（２２）と、前記固体電解質体の前記第２表面における、前記基準ガスダクト内に配置された基準電極（２３）とからなり、
    前記ガスセンサは、前記検出電極と前記基準電極との間に生じる電位差（ΔＶ）に基づいて前記検出対象ガスにおけるアンモニア濃度を検出するアンモニア検出部（５１）を備える、請求項９に記載のガスセンサ。
11. 前記検出電極の前記長尺方向の基端位置（２２２）から前記基端側開口部の先端位置（４２２）までの長さは、１〜２０［ｍｍ］の範囲内にある、請求項１０に記載のガスセンサ。
12. 前記第２絶縁体における、一対の前記電極に対向する位置には、通電によって発熱する発熱体（３１）が埋設されており、
    前記基端側開口部は、前記発熱体における発熱部（３１１）の基端位置よりも前記長尺方向の基端側に配置されている、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のガスセンサ。
13. 前記ガスセンサは、
    前記センサ素子の前記検知部を突出させる状態で、前記センサ素子を保持するハウジング（６１）と、
    前記ハウジングに取り付けられて前記センサ素子の前記検知部を覆い、円筒形状部（６３１）及び底部（６３２）を有する有底円筒形状の先端側カバー（６３Ａ，６３Ｂ）と、を備え、
    前記円筒形状部及び前記底部には、前記検出対象ガスが流通するための流通孔（６３３）がそれぞれ形成されており、
    前記円筒形状部における前記流通孔は、前記基端側開口部よりも前記長尺方向の基端側に配置されており、
    前記ガス通路においては、前記円筒形状部における前記流通孔から前記底部における前記流通孔への前記検出対象ガスの流れを受けて、前記基端側開口部から前記先端側開口部への前記検出対象ガスの流れが形成されるよう構成されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガスセンサ。

Images