JP2022153764A - ガスセンサ、ガス濃度導出方法及びそのプログラム - Google Patents

ガスセンサ、ガス濃度導出方法及びそのプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】被測定ガスの組成が変動する際の第１特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制する。【解決手段】ガスセンサ１００は、センサ素子１０１と、制御部９１と、を備える。制御部９１は、センサ素子１０１から取得したポンプ電流Ｉｐ０に対してポンプ電流Ｉｐ０の変化を緩やかにする第１緩変化処理を行った緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを導出する。制御部９１は、センサ素子１０１から取得したポンプ電流Ｉｐ２に対してポンプ電流Ｉｐ２の変化を緩やかにする第２緩変化処理を行った緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを導出する。制御部９１は、緩変化処理済み電流Ｉｐ０と、センサ素子１０１から取得した混成電位セル５５の起電力ＥＭＦと、緩変化処理済み電流Ｉｐ２と、に基づいて、第１特定ガスの濃度を導出する。第１緩変化処理は、第２緩変化処理と比べて変化をより緩やかにする処理である、【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセンサ、ガス濃度導出方法及びそのプログラムに関する。
従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガス中のＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するガスセンサが知られている。例えば、特許文献１には、酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えるセンサ素子と混成電位セルと、主ポンプセルと、補助ポンプセルと、測定用ポンプセルと、を備えたガスセンサが記載されている。このガスセンサでは、主ポンプセルと補助ポンプセルとの動作によって酸素分圧が一定の低い値に保たれた被測定ガスが、測定用ポンプセルに与えられる。そして、被測定ガス中のＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセルにより汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、ＮＯｘ濃度を特定する。また、このガスセンサでは、ポンプ電流Ｉｐ２だけでなく、混成電位セルに生じる起電力ＥＭＦに基づいて特定される被測定ガス中のアンモニア濃度も用いて、ポンプ電流Ｉｐ２とアンモニア濃度とに基づくＮＯｘ濃度を特定する。これにより、特許文献１では、アンモニア濃度によるポンプ電流Ｉｐ２の変動を考慮してＮＯｘ濃度を優れた精度で求めることができるとしている。
特開２０１８－４０７４６号公報
ところで、特許文献１のように混成電位セルと測定用ポンプセルとを備えたガスセンサにおいて、被測定ガスの組成（例えば被測定ガス中の酸素濃度など）が変動する際に、特定ガスの濃度の検出精度が低下する場合があることが判明した。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、被測定ガスの組成が変動する際の第１特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制することを主目的とする。
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のガスセンサは、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記被測定ガス流通部のうちの酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する調整用ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部のうちの前記酸素濃度調整室の下流側に設けられた測定室において前記被測定ガス中の第１特定ガスに由来して発生する酸素の汲み出しを行う測定用ポンプセルと、
前記被測定ガス中の前記第１特定ガスとは異なる第２特定ガスの濃度に応じた起電力を生じる混成電位セルと、
を有するセンサ素子と、
前記調整用ポンプセルが前記酸素濃度調整室の酸素濃度を調整するときに流れる調整用ポンプ電流を取得する調整用ポンプ電流取得部と、
前記測定用ポンプセルが前記測定室の酸素を汲み出すときに流れる測定用ポンプ電流を取得する測定用ポンプ電流取得部と、
前記混成電位セルの前記起電力を取得する起電力取得部と、
前記取得された前記調整用ポンプ電流に対して該調整用ポンプ電流の変化を緩やかにする第１緩変化処理を行った緩変化処理済み調整用ポンプ電流を導出する第１緩変化処理部と、
前記取得された前記測定用ポンプ電流に対して該測定用ポンプ電流の変化を緩やかにする第２緩変化処理を行った緩変化処理済み測定用ポンプ電流を導出する第２緩変化処理部と、
前記緩変化処理済み調整用ポンプ電流と、前記取得された前記起電力と、前記緩変化処理済み測定用ポンプ電流と、に基づいて、前記第１特定ガスの濃度を導出する第１特定ガス濃度導出部と、
を備え、
前記第１緩変化処理は、前記第２緩変化処理と比べて変化をより緩やかにする処理である、
ものである。
このガスセンサでは、調整用ポンプ電流と、測定用ポンプ電流と、起電力と、がそれぞれ取得される。ここで、調整用ポンプ電流は、被測定ガス中の酸素濃度と相関がある。測定用ポンプ電流は、被測定ガス中の第１特定ガスの濃度と相関がある。起電力は、第２特定ガスの濃度と相関がある。そして、起電力は被測定ガス中の酸素濃度によっても変化し、測定用ポンプ電流は第２特定ガスの濃度によっても変化する。そのため、調整用ポンプ電流，起電力，及び測定用ポンプ電流を用いることで、被測定ガス中の第１特定ガスの濃度を導出できる。ただし、このガスセンサでは、調整用ポンプ電流に対して第１緩変化処理を行った緩変化処理済み調整用ポンプ電流を導出し、測定用ポンプ電流に対して第２緩変化処理を行った緩変化処理済み測定用ポンプ電流を導出する。第１緩変化処理は、第２緩変化処理と比べて変化をより緩やかにする処理である。そして、緩変化処理済み調整用ポンプ電流と緩変化処理済み測定用ポンプ電流と起電力とに基づいて、第１特定ガスの濃度を導出する。このように、調整用ポンプ電流及び測定用ポンプ電流の代わりに、緩変化処理済み調整用ポンプ電流と緩変化処理済み測定用ポンプ電流とを用いることで、被測定ガスの組成が変動する際の第１特定ガスの濃度の検出精度の低下を抑制できる。この理由は以下である。本発明者らは、混成電位セルの起電力，調整用ポンプセルの調整用ポンプ電流，及び測定用ポンプセルの測定用ポンプ電流が、被測定ガスの組成の変化に対する応答速度が互いに異なり、調整用ポンプ電流、測定用ポンプ電流、起電力の順に応答速度が遅くなる場合があることを見出した。そして、この応答速度のずれにより、調整用ポンプ電流，測定用ポンプ電流，及び起電力をそのまま用いて第１特定ガス濃度を導出すると、被測定ガスの組成が変動する際に第１特定ガスの濃度の検出精度が低下する場合があることを見出した。そこで、本発明者らは、調整用ポンプ電流及び測定用ポンプ電流の代わりに、測定用ポンプ電流の変化を緩やかにする第２緩変化処理を行った後の緩変化処理済み測定用ポンプ電流と、第２緩変化処理よりも変化をより緩やかにする第１緩変化処理を行った後の緩変化処理済み調整用ポンプ電流と、を用いることとした。これにより、調整用ポンプ電流、測定用ポンプ電流、起電力の応答速度の差の影響を小さくすることができるため、被測定ガスの組成が変動する際の第１特定ガスの濃度の検出精度の低下を抑制できる。
ここで、第１緩変化処理は、調整用ポンプ電流に換算可能な情報や調整用ポンプ電流と同視できる情報に対してその変化を緩やかにする処理を行う場合を含む。例えば、調整用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を導出し、導出した酸素濃度の変化を緩やかにするする処理を行って緩変化処理済み酸素濃度を導出してもよい。この場合の緩変化処理済み酸素濃度は、緩変化処理済み調整用ポンプ電流の一種である。同様に、第２緩変化処理は、測定用ポンプ電流に換算可能な情報や測定用ポンプ電流と同視できる情報に対してその変化を緩やかにする処理を行う場合を含む。
本発明のガスセンサは、前記緩変化処理済み調整用ポンプ電流と、前記取得された前記起電力とに基づいて、前記第２特定ガスの濃度を導出する第２特定ガス濃度導出部、を備えていてもよい。こうすれば、第１特定ガスの濃度に加えて第２特定ガスの濃度も導出できる。また、調整用ポンプ電流の代わりに緩変化処理済み調整用ポンプ電流を用いて、緩変化処理済み調整用ポンプ電流と起電力とに基づいて第２特定ガスの濃度を導出するから、調整用ポンプ電流と起電力との応答速度の差の影響を小さくすることができる。したがって、被測定ガスの組成が変動する際の第２特定ガスの濃度の検出精度の低下を抑制できる。この場合において、前記第１特定ガス濃度導出部は、前記第２特定ガス濃度導出部が導出した前記第２特定ガスの濃度と、前記緩変化処理済み測定用ポンプ電流と、に基づいて、前記第１特定ガスの濃度を導出してもよい。
本発明のガスセンサにおいて、前記第１緩変化処理部は、前記被測定ガス中の酸素濃度が減少中である場合には、該酸素濃度が上昇中である場合と比べて前記調整用ポンプ電流の変化をより緩やかにするように前記第１緩変化処理を行い、前記第２緩変化処理部は、前記被測定ガス中の酸素濃度が減少中である場合には、該酸素濃度が上昇中である場合と比べて前記測定用ポンプ電流の変化をより緩やかにするように前記第２緩変化処理を行ってもよい。ここで、被測定ガス中の酸素濃度の減少中には、酸素濃度の上昇中よりも混成電位セルの起電力の応答速度が低下する傾向にある。そのため、酸素濃度の減少中には酸素濃度の上昇中よりも調整用ポンプ電流及び測定用ポンプ電流の変化をより緩やかにするように第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行うことで、酸素濃度の減少中における調整用ポンプ電流、測定用ポンプ電流、及び起電力の応答速度の差の影響を小さくすることができる。したがって、被測定ガス中の酸素濃度の減少時における第１特定ガスの濃度の検出精度の低下をより抑制できる。ここで、「該酸素濃度が上昇中である場合と比べて前記調整用ポンプ電流の変化をより緩やかにするように前記第１緩変化処理を行い」とは、酸素濃度の上昇中には第１緩変化処理自体を行わない場合も含む。言い換えると、被測定ガス中の酸素濃度の上昇中には調整用ポンプ電流をそのまま緩変化処理済み調整用ポンプ電流として扱ってもよい。第２緩変化処理についても同様である。
本発明のガスセンサにおいて、前記第１緩変化処理部及び前記第２緩変化処理部は、前記調整用ポンプ電流の変化に基づいて前記被測定ガス中の酸素濃度が減少中であるか否かを判定してもよい。この場合において、前記第１緩変化処理部及び前記第２緩変化処理部は、被測定ガス中の酸素濃度が減少中であるか否かと上昇中であるか否かとを判定してもよい。
本発明のガス濃度導出方法は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記被測定ガス流通部のうちの酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する調整用ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部のうちの前記酸素濃度調整室の下流側に設けられた測定室において前記被測定ガス中の第１特定ガスに由来して発生する酸素の汲み出しを行う測定用ポンプセルと、
前記被測定ガス中の前記第１特定ガスとは異なる第２特定ガスの濃度に応じた起電力を生じる混成電位セルと、
を有するセンサ素子を用いたガス濃度導出方法であって、
前記調整用ポンプセルが前記酸素濃度調整室の酸素濃度を調整するときに流れる調整用ポンプ電流を取得する調整用ポンプ電流取得ステップと、
前記測定用ポンプセルが前記測定室の酸素を汲み出すときに流れる測定用ポンプ電流を取得する測定用ポンプ電流取得ステップと、
前記混成電位セルの前記起電力を取得する起電力取得ステップと、
前記取得された前記調整用ポンプ電流に対して該調整用ポンプ電流の変化を緩やかにする第１緩変化処理を行った緩変化処理済み調整用ポンプ電流を導出する第１緩変化処理ステップと、
前記取得された前記測定用ポンプ電流に対して該測定用ポンプ電流の変化を緩やかにする第２緩変化処理を行った緩変化処理済み測定用ポンプ電流を導出する第２緩変化処理ステップと、
前記緩変化処理済み調整用ポンプ電流と、前記取得された前記起電力と、前記緩変化処理済み測定用ポンプ電流と、に基づいて、前記第１特定ガスの濃度を導出する第１特定ガス濃度導出ステップと、
を含むものである。
このガス濃度導出方法では、上述したガスセンサと同様に、緩変化処理済み調整用ポンプ電流と緩変化処理済み測定用ポンプ電流と起電力とに基づいて第１特定ガスの濃度を導出するため、被測定ガスの組成が変動する際の第１特定ガスの濃度の検出精度の低下を抑制できる。なお、このガス濃度導出方法において、上述したガスセンサの種々の態様を採用してもよいし、また、上述したガスセンサの各機能を実現するようなステップを追加してもよい。
本発明のプログラムは、上述したガス濃度導出方法のステップを１以上のコンピューターに実行させるものである。このプログラムは、コンピューターが読み取り可能な記録媒体（例えばハードディスク、ＲＯＭ、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤなど）に記録されていてもよいし、伝送媒体（インターネットやＬＡＮなどの通信網）を介してあるコンピューターから別のコンピューターへ配信されてもよいし、その他どのような形で授受されてもよい。このプログラムを１つのコンピューターに実行させるか又は複数のコンピューターに各ステップを分担して実行させれば、上述したガス濃度導出方法の各ステップが実行されるため、この方法と同様の作用効果が得られる。
ガスセンサ１００の断面模式図。 制御装置９０と各セルとの電気的な接続関係を示すブロック図。 記憶部９４に記憶されたアンモニア濃度導出用対応関係の概念図。 記憶部９４に記憶されたＮＯｘ濃度導出用対応関係の概念図。 被測定ガス中の酸素濃度が変化した場合のポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦの時間変化を示すグラフ。 比較例，実施例１における基準値からのアンモニア濃度のずれ量の時間変化を示すグラフ。 第１実施形態の濃度導出処理ルーチンの一例を示すフローチャート。 第２実施形態の緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを示すグラフ。 比較例，実施例２における基準値からのアンモニア濃度のずれ量の時間変化を示すグラフ。 第２実施形態の濃度導出処理ルーチンの一例を示すフローチャート。
［第１実施形態］
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図２は、制御装置９０と各セルとの電気的な接続関係を示すブロック図である。このガスセンサ１００は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガス管などの配管に取り付けられる。ガスセンサ１００は、内燃機関の排ガスを被測定ガスとして、被測定ガス中の第１特定ガスの濃度と、被測定ガス中の第２特定ガスの濃度とを検出するようになっている。本実施形態では、第１特定ガスがＮＯｘであり、第２特定ガスがアンモニアである場合について説明する。
ガスセンサ１００は、センサ素子１０１と、ガスセンサ１００全体を制御する制御装置９０と、を備えている。センサ素子１０１は、長尺な直方体形状をした素子本体１０１ａと、素子本体１０１ａの一部を含んで構成される各セル２１，４１，５０，５５，８０～８３と、素子本体１０１ａを被覆する多孔質の保護層８５と、を備えている。図１に示すように、素子本体１０１ａの長手方向を前後方向、素子本体１０１ａの厚み方向を上下方向とする。また、素子本体１０１ａの幅方向（長手方向及び厚み方向に垂直な方向）を左右方向とする。
センサ素子１０１は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第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つの層が、図面視で下側からこの順に積層された積層体（素子本体１０１ａ）を有する素子である。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。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。
素子本体１０１ａの前端側（図１の左端部側）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、第４拡散律速部６０と、第３内部空所６１とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
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、第３内部空所６１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素子本体１０１ａ内部の空間である。
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。また、第４拡散律速部６０は、第２固体電解質層６の下面との隙間として形成された１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３内部空所６１に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。
また、被測定ガス流通部よりも前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。
大気導入層４８は、多孔質セラミックス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。
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，第２内部空所４０内，及び第３内部空所６１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。基準電極４２は、多孔質サーメット電極（例えば、ＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。
被測定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素子本体１０１ａ内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。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。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。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。被測定ガスが、素子本体１０１ａの外部から第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から素子本体１０１ａの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圧力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圧力変動はほとんど無視できる程度のものとなる。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。
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の上面の天井電極部２２ａと対応する領域に設けられた外側ポンプ電極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。外側ポンプ電極２３は、被測定ガスに接触するように素子本体１０１ａの外側の設けられている。本実施形態では、具体的には、外側ポンプ電極２３は素子本体１０１ａの上面に設けられている。
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）、および、側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。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、そして、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第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）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。
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（例えば、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。なお、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。
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。
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、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０が構成されている。
主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力（電圧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。さらに、電圧Ｖ０が目標値となるように可変電源２４のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所２０内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。
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。
第２内部空所４０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を行うための空間として設けられている。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。
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、素子本体１０１ａの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。
係る補助ポンプ電極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と同様なトンネル形態とされた構造において、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、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、そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。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。
補助ポンプセル５０においては、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。
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、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１が構成されている。
なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力（電圧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。
また、これとともに、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル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、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０に入力され、その電圧Ｖ０の上述した目標値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。
第４拡散律速部６０は、第２内部空所４０で補助ポンプセル５０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３内部空所６１に導く部位である。第４拡散律速部６０は、第３内部空所６１に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。
第３内部空所６１は、あらかじめ第２内部空所４０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第４拡散律速部６０を通じて導入された被測定ガスに対して、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、第３内部空所６１において、測定用ポンプセル４１の動作により行われる。
測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、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。測定電極４４は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を、内側ポンプ電極２２よりも高めた材料にて構成された多孔質サーメット電極である。測定電極４４は、第３内部空所６１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。
測定用ポンプセル４１においては、測定電極４４の周囲の雰囲気中における窒素酸化物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。
また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、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、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力（電圧Ｖ２）に基づいて可変電源４６が制御される。
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６０を通じて第３内部空所６１内の測定電極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窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ2＋Ｏ2）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された電圧Ｖ２が一定（目標値）となるように可変電源４６の電圧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、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。
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（電圧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。
このような構成を有するガスセンサ１００においては、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル４１に与えられる。したがって、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル４１より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。
また、素子本体１０１ａには、検知電極５６が配設されている。検知電極５６は、被測定ガスと接触するように素子本体１０１ａの外側に配設されている。より具体的には、検知電極５６は、素子本体１０１ａの上面に配設されている。また、検知電極５６は、素子本体１０１ａのうち外側ポンプ電極２３よりも後方に配設されている。この検知電極５６と、基準電極４２と、両電極間の固体電解質層である第２固体電解質層６，スペーサ層５，第１固体電解質層４，及び第３基板層３とによって、混成電位セル５５が構成されている。混成電位セル５５では、検知電極５６において被測定ガス中のアンモニア濃度に応じた混成電位（起電力ＥＭＦ）が生じる。そして、検知電極５６と基準電極４２との間の起電力ＥＭＦの値が被測定ガス中のアンモニア濃度の検出及びＮＯｘ濃度の検出に用いられる。検知電極５６は、アンモニア濃度に応じた混成電位を生じ、アンモニア濃度に対する検出感度を有する材料を主成分として構成されている。検知電極５６は、例えば金（Ａｕ）などの貴金属を主成分としてもよいし、導電性酸化物を主成分としてもよい。貴金属を主成分とする場合、検知電極５６は、Ａｕ－Ｐｔ合金を主成分とすることが好ましい。ここで、主成分とは、含まれる成分全体のうち存在量（ａｔｍ％，原子量比）が最も多い成分をいうものとする。本実施形態では、検知電極５６は、Ａｕ－Ｐｔ合金とジルコニアとの多孔質サーメット電極とした。
さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、素子本体１０１ａ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。ヒータ部７０は、ヒータコネクタ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、圧力放散孔７５とを備えている。
ヒータコネクタ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極７１を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。
ヒータ７２は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２は、スルーホール７３を介してヒータコネクタ電極７１と接続されており、該ヒータコネクタ電極７１を通して外部より給電されることにより発熱し、素子本体１０１ａを形成する固体電解質の加熱と保温を行う。
また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第３内部空所６１の全域に渡って埋設されており、素子本体１０１ａ全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。
ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２とヒータ７２との間の電気的絶縁性、および、第３基板層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
圧力放散孔７５は、第３基板層３及び大気導入層４８を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。
ここで、センサ素子１０１のうち主に第１特定ガス濃度（ここではＮＯｘ濃度）を検出するため用いられる部分（本実施形態では各セル２１，４１，５０，５５，８０～８３）を、検出部とも称する。検出部は、素子本体１０１ａのうちの前側、すなわち素子本体１０１ａの前後方向の中央よりも素子本体１０１ａの前端に近い領域に、配設されている。したがって、検出部に含まれる各電極２２，２３，４２，４４，５１，５６も、素子本体１０１ａのうちの前側に配設されている。
センサ素子１０１は、図１に示すように、緩衝層８４を備えている。緩衝層８４は、多孔質体であり、素子本体１０１ａの表面に配設されて保護層８５と素子本体１０１ａとを接着する役割を果たす。緩衝層８４は、第２固体電解質層６の上面の少なくとも一部を被覆する上側緩衝層８４ａと、第１基板層１の下面の少なくとも一部を被覆する下側緩衝層８４ｂと、を備えている。上側緩衝層８４ａは、検知電極５６及び外側ポンプ電極２３も被覆している。上側緩衝層８４ａ及び下側緩衝層８４ｂの各々は、素子本体１０１ａの前端から、検出部に含まれる各電極２２，２３，４２，４４，５１，５６よりも後方までの領域に存在している。また、上側緩衝層８４ａ及び下側緩衝層８４ｂの各々は、被測定ガス流通部の後端及び保護層８５の後端よりも後方まで存在している。緩衝層８４は、例えばアルミナ、ジルコニア、スピネル、コージェライト，マグネシアなどの多孔質セラミックスからなるものである。緩衝層８４の主成分は、保護層８５の主成分と同じであることが好ましい。本実施形態では、緩衝層８４はアルミナからなる多孔質セラミックスであるものとした。
保護層８５は、多孔質体であり、素子本体１０１ａの前端部の周辺、より具体的には検出部が存在する領域の周囲を被覆している。保護層８５は、素子本体１０１ａの前端面を全て被覆し、素子本体１０１ａの上下左右の面の一部を被覆している。保護層８５は緩衝層８４よりも外側に配置されており、上側緩衝層８４ａの上面及び下側緩衝層８４ｂの下面を被覆している。保護層８５は、被測定ガス流通部の後端よりも後方まで存在している。保護層８５は、例えば被測定ガス中の水分等が付着して素子本体１０１ａにクラックが生じるのを抑制する役割を果たす。保護層８５は、例えばアルミナ、ジルコニア、スピネル、コージェライト，マグネシアなどの多孔質セラミックスからなるものである。本実施形態では、保護層８５はアルミナからなる多孔質セラミックスであるものとした。保護層８５は多孔質体であるため、被測定ガスは保護層８５の内部を流通してガス導入口１０に到達可能である。また、保護層８５及び緩衝層８４は多孔質体であるため、被測定ガスは保護層８５及び緩衝層８４の内部を流通して外側ポンプ電極２３及び検知電極５６に到達可能である。なお、センサ素子１０１は緩衝層８４及び保護層８５を備えなくてもよい。
制御装置９０は、図２に示すように、上述した可変電源２４，４６，５２と、制御部９１と、を備えている。
制御部９１は、ＣＰＵ９２，図示しないＲＡＭ，及び記憶部９４などを備えたマイクロプロセッサである。記憶部９４は、例えばＥＥＰＲＯＭなどの情報の書き換えが可能な不揮発性メモリであり、処理プログラム及び各種データを記憶する装置である。制御部９１は、混成電位セル５５にて検出される起電力ＥＭＦ、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０にて検出される電圧Ｖ０、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される電圧Ｖ１、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出される電圧Ｖ２、センサセル８３にて検出される電圧Ｖｒｅｆ、主ポンプセル２１にて検出されるポンプ電流Ｉｐ０、補助ポンプセル５０にて検出されるポンプ電流Ｉｐ１及び測定用ポンプセル４１にて検出されるポンプ電流Ｉｐ２を入力する。また、制御部９１は、可変電源２４，４６，５２が出力する電圧Ｖｐ０，Ｖｐ１，Ｖｐ２を制御し、これにより、主ポンプセル２１，測定用ポンプセル４１及び補助ポンプセル５０を制御する。記憶部９４には、後述する目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２＊、後述する酸素濃度導出用対応関係，アンモニア濃度導出用対応関係及びＮＯｘ濃度導出用対応関係なども記憶されている。制御部９１のＣＰＵ９２は、これらの目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２＊を参照して、各セル２１，４１，５０の制御を行う。また、制御部９１は、ヒータ７２に通電する図示しないヒータ電源を制御して、ヒータ電源がヒータ７２に供給する電力を制御する。
制御部９１は、電圧Ｖ０が目標値（目標値Ｖ０＊と称する）となるように（つまり第１内部空所２０の酸素濃度が目標濃度となるように）可変電源２４のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御する。そのため、ポンプ電流Ｉｐ０は被測定ガスの酸素濃度に応じて変化する。これにより、制御部９１は、ポンプ電流Ｉｐ０に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出できる。例えば、ポンプ電流Ｉｐ０と被測定ガス中の酸素濃度との対応関係（酸素濃度導出用対応関係と称する）を表す関係式又はマップなどを予め実験により作成して記憶部９４に記憶しておく。そして、制御部９１は主ポンプセル２１から取得したポンプ電流Ｉｐ０とこの対応関係とを用いて、被測定ガス中の酸素濃度を検出する。酸素濃度導出用対応関係では、例えばポンプ電流Ｉｐ０の値が大きいほど被測定ガス中の酸素濃度が高くなるように、ポンプ電流Ｉｐ０と被測定ガス中の酸素濃度とが対応付けられている。
また、制御部９１は、電圧Ｖ１が一定値（目標値Ｖ１＊と称する）となるように（つまり第２内部空所４０の酸素濃度がＮＯｘの測定に実質的に影響がない所定の低酸素濃度となるように）可変電源５２の電圧Ｖｐ１をフィードバック制御する。これとともに、制御部９１は、電圧Ｖｐ１によって流れるポンプ電流Ｉｐ１が一定値（目標値Ｉｐ１＊と称する）となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖ０の目標値Ｖ０＊を設定（フィードバック制御）する。これにより、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。また、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧が、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。目標値Ｖ０＊は、第１内部空所２０の酸素濃度が０％よりは高く且つ低酸素濃度となるような値に設定される。
また、制御部９１は、混成電位セル５５の起電力ＥＭＦを取得し、起電力ＥＭＦに基づいて被測定ガス中のアンモニア濃度を検出する。起電力ＥＭＦは被測定ガス中の酸素の影響も受けるため、制御部９１は、起電力ＥＭＦと、ポンプ電流Ｉｐ０に基づいて導出した被測定ガス中の酸素濃度と、を用いて被測定ガス中のアンモニア濃度を検出する。本実施形態では、記憶部９４に、被測定ガス中の酸素濃度と起電力ＥＭＦと被測定ガス中のアンモニア濃度との対応関係を表すアンモニア濃度導出用対応関係が記憶されている。図３は、記憶部９４に記憶されたアンモニア濃度導出用対応関係の一例を示す概念図である。本実施形態のアンモニア濃度導出用対応関係では、図３に示すように、アンモニア濃度が高いほど起電力ＥＭＦが大きくなり、酸素濃度が低いほど起電力ＥＭＦが大きくなる傾向となるように、アンモニア濃度，酸素濃度，及び起電力ＥＭＦが対応付けられている。なお、図３では、横軸を対数軸として示しており、酸素濃度が一定の場合のアンモニア濃度の対数と起電力ＥＭＦとの関係は直線になっている（直線Ｌ１～Ｌ４）。アンモニア濃度導出用対応関係は、マップ（値を対応付けた表）であってもよいし、関係式（例えば直線Ｌ１～Ｌ４を表す各々の関係式）であってもよい。このようなアンモニア濃度導出用対応関係は、予め実験により作成されて記憶部９４に記憶しておくことができる。制御部９１は被測定ガス中の酸素濃度と起電力ＥＭＦとこのアンモニア濃度導出用対応関係とを用いて、被測定ガス中のアンモニア濃度を検出する。これにより、制御部９１は、酸素濃度による起電力ＥＭＦへの影響を加味したアンモニア濃度を導出できる。言い換えると、制御部９１は、酸素濃度による起電力ＥＭＦの誤差を補正したアンモニア濃度を導出できる。
さらに、制御部９１は、電圧Ｖ２が一定値（目標値Ｖ２＊と称する）となるように（つまり第３内部空所６１内の酸素濃度が所定の低濃度になるように）可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御する。これにより、被測定ガス中のＮＯｘが第３内部空所６１で還元されることにより発生した酸素が実質的にゼロとなるように、第３内部空所６１内から酸素が汲み出される。そして、制御部９１は、第１特定ガス（ここではＮＯｘ）に由来して第３内部空所６１で発生する酸素に応じた検出値としてのポンプ電流Ｉｐ２を取得し、このポンプ電流Ｉｐ２に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を導出する。
ポンプ電流Ｉｐ２は、被測定ガス中のアンモニアの影響も受ける。これは、以下の理由による。被測定ガス中にアンモニアが含まれると、アンモニアが被測定ガス流通部内で酸素と反応してＮＯが生じ、そのＮＯに由来して第３内部空所６１内で酸素が発生する。そのため、測定用ポンプセル４１が汲み出す酸素には、このようなアンモニア由来の酸素が含まれてしまう。したがって、ポンプ電流Ｉｐ２の値は被測定ガス中のアンモニア濃度によっても変化する。そのため、制御部９１は、ポンプ電流Ｉｐ２と、上述した起電力ＥＭＦに基づいて導出した被測定ガス中のアンモニア濃度と、を用いて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。本実施形態では、記憶部９４に、ポンプ電流Ｉｐ２と、被測定ガス中のアンモニア濃度と、被測定ガス中のＮＯｘ濃度との対応関係を表すＮＯｘ濃度導出用対応関係が記憶されている。図４は、記憶部９４に記憶されたＮＯｘ濃度導出用対応関係の一例を示す概念図である。本実施形態のＮＯｘ濃度導出用対応関係では、図４に示すように、ＮＯｘ濃度（図４の例ではＮＯ濃度）が高いほどポンプ電流Ｉｐ２が大きくなり、ポンプ電流Ｉｐ２が同じ値のときにアンモニア濃度が高いほどＮＯ濃度が低くなる傾向となるように、ポンプ電流Ｉｐ２，アンモニア濃度，及びＮＯ濃度が対応付けられている。また、ＮＯ濃度が一定の場合のアンモニア濃度とポンプ電流Ｉｐ２との関係は直線になっている（直線Ｍ１～Ｍ５）。ＮＯｘ濃度導出用対応関係は、マップ（値を対応付けた表）であってもよいし、関係式（例えば直線Ｍ１～Ｍ５を表す各々の関係式）であってもよい。このようなＮＯｘ濃度導出用対応関係は、予め実験により作成されて記憶部９４に記憶しておくことができる。制御部９１は、被測定ガス中のアンモニア濃度とポンプ電流Ｉｐ２とこのＮＯｘ濃度導出用対応関係とを用いて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。これにより、制御部９１は、アンモニア濃度によるポンプ電流Ｉｐ２への影響を加味したＮＯｘ濃度を導出できる。言い換えると、制御部９１は、アンモニア濃度によるポンプ電流Ｉｐ２の誤差を補正したＮＯｘ濃度を導出できる。
本発明者らは、混成電位セル５５の起電力ＥＭＦ，主ポンプセル２１のポンプ電流Ｉｐ０，及び測定用ポンプセル４１のポンプ電流Ｉｐ２が、被測定ガスの組成の変化に対する応答速度が互いに異なり、ポンプ電流Ｉｐ０、ポンプ電流Ｉｐ２、起電力ＥＭＦの順に応答速度が遅くなる場合があることを見出した。そして、この応答速度のずれにより、ポンプ電流Ｉｐ０、ポンプ電流Ｉｐ２、起電力ＥＭＦをそのまま用いてＮＯｘ濃度を導出すると、被測定ガスの組成（例えば被測定ガス中の酸素濃度やアンモニア濃度など）が変動する際にＮＯｘ濃度の検出精度が低下する場合があることを見出した。図５は、被測定ガス中の酸素濃度が変化した場合のポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦの時間変化を示すグラフである。図５は、被測定ガス中のアンモニア濃度を一定とした状態で、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間に被測定ガス中の酸素濃度が上昇し、時刻ｔ８から時刻ｔ１０までの間に被測定ガス中の酸素濃度が減少した場合のポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦの時間変化を示している。なお、上述したように、被測定ガス中の酸素濃度が高くなるとポンプ電流Ｉｐ０は大きくなる。また、図３を用いて説明したように、被測定ガス中の酸素濃度が高くなると起電力ＥＭＦは小さくなる。図５の破線で示すように、ポンプ電流Ｉｐ０は酸素濃度の上昇期間と同じ時刻ｔ１から時刻ｔ３の期間に上昇して、時刻ｔ３から時刻ｔ８まではほぼ一定の値となった。同様に、ポンプ電流Ｉｐ０は酸素濃度の減少期間と同じ時刻ｔ８から時刻ｔ１０の期間に減少して、時刻ｔ１０からはほぼ一定の値となった。これに対し、図５に二点鎖線で示す起電力ＥＭＦは、時刻ｔ１から時刻ｔ５の期間に減少しており、酸素濃度の上昇が終了した時刻ｔ３以降も減少が続いた。また、起電力ＥＭＦは、時刻ｔ８から時刻ｔ１６の期間に上昇しており、酸素濃度の減少が終了した時刻ｔ１０以降も上昇が続いた。このように、ポンプ電流Ｉｐ０は被測定ガス中の酸素濃度の変化に対する応答速度が早く、起電力ＥＭＦは被測定ガス中の酸素濃度の変化に対する応答速度が遅かった。また、図示は省略するが、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を変化させてポンプ電流Ｉｐ２の時間変化を調べたところ、ポンプ電流Ｉｐ２は、ポンプ電流Ｉｐ０よりは応答速度が遅く、起電力ＥＭＦよりは応答速度が速かった。
このようにポンプ電流Ｉｐ０、ポンプ電流Ｉｐ２，及び起電力ＥＭＦの応答速度が異なる理由は、以下のように考えられる。センサ素子１０１は、検出部が設けられた前側部分が図示しない保護カバーに覆われた状態で使用される。センサ素子１０１の前端付近は保護カバー内に流入した被測定ガスが到達しやすい位置に配置される場合が多く、一方で検知電極５６は外側ポンプ電極２３よりも後方に配置されているため、被測定ガスは検知電極５６よりもガス導入口１０に比較的早く到達する。また、主ポンプセル２１，補助ポンプセル５０及び測定用ポンプセル４１が被測定ガス流通部内の酸素を汲み出すため、ガス導入口１０に到達した被測定ガスは被測定ガス流通部内に吸い込まれやすい。そのため、被測定ガス流通部内の内側ポンプ電極２２及び測定電極４４の周辺の被測定ガスは比較的早く置換されるから、センサ素子１０１の周辺の被測定ガスの組成が変化すると内側ポンプ電極２２及び測定電極４４の周辺の被測定ガスの組成も比較的短時間で変化する。これに対して、検知電極５６の周辺では酸素の汲み出しなどは行われないため、検知電極５６の周辺の被測定ガスの置換には比較的時間がかかる。以上のように、被測定ガス流通部内は検知電極５６と比べて被測定ガスの到達時間が早かったり電極周辺の被測定ガスの置換時間が短かったりすることで、ポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２の応答速度は起電力ＥＭＦよりも早くなっていると考えられる。また、第３内部空所６１は被測定ガス流通部のうちの第１内部空所２０の下流側に位置するから、ポンプ電流Ｉｐ２の応答速度はポンプ電流Ｉｐ０よりも遅くなる。これらにより、センサ素子１０１ではポンプ電流Ｉｐ０、ポンプ電流Ｉｐ２、起電力ＥＭＦの順に応答速度が遅くなっていると考えられる。
このようにポンプ電流Ｉｐ０、ポンプ電流Ｉｐ２、及び起電力ＥＭＦの応答速度が異なっている場合、これらの値をそのまま用いてＮＯｘ濃度を導出すると、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下する場合がある。これについて説明する。図６は、被測定ガス中の酸素濃度が変化した場合の基準値からのアンモニア濃度のずれ量の時間変化を示すグラフである。図６に破線で示した比較例のグラフは、時刻ｔ０～ｔ１７の各々について、図５のポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦをそのまま用いて上述したアンモニア濃度導出用対応関係から導出したアンモニア濃度の時間変化を示している。また、図６の縦軸は、被測定ガス中のアンモニア濃度の基準値（正しいアンモニア濃度の値）からの、導出したアンモニア濃度のずれ量を示している。ずれ量が０に近いほど、アンモニア濃度の検出精度が高いことを意味する。図６に示すように、比較例のグラフでは、時刻ｔ２～ｔ４において、ポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦから導出されたアンモニア濃度が基準値よりも高い値になっており、アンモニア濃度の検出精度が低下していた。これは、上述したようにポンプ電流Ｉｐ０よりも起電力ＥＭＦの方が応答速度が遅いことが理由である。例えば時刻ｔ２では、図５に示したように時刻ｔ１よりも被測定ガス中の酸素濃度が上昇しており、ポンプ電流Ｉｐ０はこの酸素濃度の上昇に応じて比較的早く値が変化している。これに対し、検知電極５６の周辺では酸素濃度の上昇が遅いことから、時刻ｔ２における起電力ＥＭＦの値の変化（ここでは減少）は遅くなっている。そのため、時刻ｔ２におけるポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦをそのまま用いてアンモニア濃度導出用対応関係からアンモニア濃度を導出すると、検知電極５６の周辺の実際の酸素濃度よりもポンプ電流Ｉｐ０に基づいて導出される酸素濃度の方が高いことから、アンモニア濃度が実際よりも高い値として導出されてしまう。時刻ｔ３，ｔ４においても、時刻ｔ２と同様に起電力ＥＭＦが遅れて変化していることで、図６に示すようにアンモニア濃度の検出精度が低下してしまう。比較例のグラフの時刻ｔ９～ｔ１５では、時刻ｔ２～ｔ４とは逆に起電力ＥＭＦの上昇が遅れることで、ポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦをそのまま用いて導出されるアンモニア濃度が実際よりも低い値になってしまい、やはりアンモニア濃度の検出精度が低下してしまう。このように、ポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦをそのまま用いると、被測定ガスの組成が変動する際に、アンモニア濃度の検出精度が低下する。アンモニア濃度の検出精度が低下すると、そのアンモニア濃度とポンプ電流Ｉｐ２とを用いて上述したＮＯｘ濃度導出用対応関係から導出したＮＯｘ濃度についても、被測定ガス中の実際のＮＯｘ濃度からのずれが生じてしまう。したがって、アンモニア濃度の検出精度が低下するとＮＯｘ濃度の検出精度も低下する。また、ポンプ電流Ｉｐ２とポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦとの間にも応答速度のずれがあるから、このずれによってもＮＯｘ濃度の検出精度が低下する。
そこで、本発明者らは、ポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２の代わりに、ポンプ電流Ｉｐ０の変化を緩やかにする第１緩変化処理を行った後の緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎと、ポンプ電流Ｉｐ２の変化を緩やかにする第２緩変化処理を行った後の緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎと、を用いることとした。また、第１緩変化処理は、第２緩変化処理と比べて電流の変化をより緩やかにする処理とした。図５では、破線のポンプ電流Ｉｐ０に対して第１緩変化処理を行った緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎの一例を、実線で示している。図５に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間で変化が生じているポンプ電流Ｉｐ０と比べて、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎは変化が緩やかになっており、その分だけ時刻ｔ１から時刻ｔ５までという長い期間で変化が生じている。同様に、時刻ｔ８から時刻ｔ１０までの期間で変化が生じているポンプ電流Ｉｐ０と比べて、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎは時刻ｔ８から時刻ｔ１２までという長い期間で緩やかな変化が生じている。このように、第１緩変化処理が行われることで、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎはポンプ電流Ｉｐ０と比べて応答速度を遅らせた値になっている。そのため、ポンプ電流Ｉｐ０の代わりに緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを用いることで、ポンプ電流Ｉｐ０と起電力ＥＭＦとの応答速度の差の影響を小さくすることができる。例えば、図６では、この緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎと起電力ＥＭＦとを用いてアンモニア濃度導出用対応関係から導出したアンモニア濃度の時間変化を、実施例１のグラフとして実線で示している。実施例１のグラフは、時刻ｔ２～ｔ４及び時刻ｔ９～ｔ１１において基準値からのアンモニア濃度のずれ量が比較例１と比べてゼロに近くなっており、実施例１ではアンモニア濃度の測定精度の低下が抑制されていることがわかる。そして、このように緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを用いて導出されたアンモニア濃度を用いることで、上述したＮＯｘ濃度の検出精度の低下も抑制できる。また、ポンプ電流Ｉｐ２について第２緩変化処理を行って得られる緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを用いることで、ポンプ電流Ｉｐ２と起電力ＥＭＦとの間の応答速度の差の影響も小さくすることができる。そのため、これによってもＮＯｘ濃度の検出精度の低下が抑制される。以上のように、ポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２の代わりに、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎ及び緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを用いることで、ポンプ電流Ｉｐ０，ポンプ電流Ｉｐ２及び起電力ＥＭＦの応答速度の差の影響を小さくすることができるため、被測定ガスの組成が変動する際のＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。
次に、制御部９１のＣＰＵ９２が緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎ及び緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを用いてＮＯｘ濃度を導出する一例について図７を用いて説明する。図７は濃度導出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。この濃度導出処理ルーチンを制御部９１が実行するためのプログラムは、例えば記憶部９４に予め記憶されている。ＣＰＵ９２は、例えば制御装置９０の電源がオンされると、まず、ヒータ７２に通電してセンサ素子１０１を固体電解質が活性化する温度（例えば８００℃）に維持する。続いて、ＣＰＵ９２は、上述した各ポンプセル２１，４１，５０の制御や、上述した各センサセル８０～８３からの各電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖｒｅｆの取得、及び混成電位セル５５からの起電力ＥＭＦの取得を開始する。また、ＣＰＵ９２は、例えば所定時間毎に濃度導出処理ルーチンを繰り返し実行する。
ＣＰＵ９２は、濃度導出処理ルーチンを開始すると、まず、主ポンプセル２１のポンプ電流Ｉｐ０，測定用ポンプセル４１のポンプ電流Ｉｐ２，及び混成電位セル５５の起電力ＥＭＦを取得する（ステップＳ１００）。次に、ＣＰＵ９２は、取得したポンプ電流Ｉｐ０に基づいて第１緩変化処理を行って、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを導出する（ステップＳ１５０）。本実施形態では、取得したポンプ電流Ｉｐ０に対して下記式（１）で表される第１緩変化処理を行うことで、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを導出する。式（１）中の“前回Ｉｐ０ｎ”は、本ルーチンが前回実行されたときにステップＳ１５０で導出された緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎの値である。“今回Ｉｐ０”は、今回のステップＳ１００で取得されたポンプ電流Ｉｐ０の値である。“Ｔ１ａ”は、第１緩変化処理における時定数であり、１より大きい値である。この時定数Ｔ１ａが大きいほど、ポンプ電流Ｉｐ０の変化をより緩やかにするように第１緩変化処理が行われる。式（１）からわかるように、第１緩変化処理では、時定数Ｔ１ａが大きいほど、前回Ｉｐ０ｎと今回Ｉｐ０との差に比べて前回Ｉｐ０ｎからの差が小さくなるような値として、今回の緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを導出する。例えば、濃度導出処理ルーチンが図６の時刻ｔ２に行われる場合には、時刻ｔ２における点ｂの値が今回Ｉｐ０であり、前回（時刻ｔ１）における点ａの値が前回Ｉｐ０ｎである。そして、この点ａ，ｂの値と式（１）とに基づいて導出される緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎが、図６の時刻ｔ２における点ｃである。時定数Ｔ１ａの値は、ポンプ電流Ｉｐ０と起電力ＥＭＦとの応答速度の差に応じて予め定められており、記憶部９４に記憶されている。なお、図６の時刻ｔ０で濃度導出処理ルーチンが行われる場合のように、前回Ｉｐ０ｎが存在しない場合は、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１００で取得した今回Ｉｐ０をそのまま緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎとすればよい。また、図６の時刻ｔ１のように、前回Ｉｐ０ｎ（時刻ｔ０のＩｐ０ｎ）と今回Ｉｐ０（時刻ｔ１のＩｐ０）とが同じ値である場合は、今回Ｉｐ０（＝前回Ｉｐ０ｎ）と緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎとが同じ値になる。
Ip0n=前回Ip0n+(今回Ip0-前回Ip0n)/T1a （１）
（ただし、T1a＞１）
次に、ＣＰＵ９２は、取得したポンプ電流Ｉｐ２に基づいて第２緩変化処理を行って、緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを導出する（ステップＳ１６０）。本実施形態では、取得したポンプ電流Ｉｐ２に対して下記式（２）で表される第２緩変化処理を行うことで、緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを導出する。式（２）は、式（１）と同様の式であり、式（２）中の“前回Ｉｐ２ｎ”は、本ルーチンが前回実行されたときにステップＳ１６０で導出された緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎの値である。“今回Ｉｐ２”は、今回のステップＳ１００で取得されたポンプ電流Ｉｐ２の値である。“Ｔ２ａ”は、第２緩変化処理における時定数であり、１より大きい値である。この時定数Ｔ２ａが大きいほど、ポンプ電流Ｉｐ２の変化をより緩やかにするように第２緩変化処理が行われる。上述したように、ポンプ電流Ｉｐ２の応答速度はポンプ電流Ｉｐ０の応答速度よりも遅い（起電力ＥＭＦの応答速度に近い）ことから、第２緩変化処理と比べて第１緩変化処理の方が電流の変化をより緩やかにする処理としている。そのため、時定数Ｔ２ａは時定数Ｔ１ａよりも小さい値とする。時定数Ｔ２ａの値は、ポンプ電流Ｉｐ２と起電力ＥＭＦとの応答速度の差に応じて予め定められており、記憶部９４に記憶されている。なお、ステップＳ１５０と同様に、ステップＳ１６０において前回Ｉｐ２ｎが存在しない場合は、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１００で取得した今回Ｉｐ２をそのまま緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎとすればよい。
Ip2n=前回Ip2n+(今回Ip2-前回Ip2n)/T2a （２）
（ただし、T1a＞T2a＞１）
続いて、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１５０で導出した緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎ、及びステップＳ１００で取得した起電力ＥＭＦに基づいて、被測定ガス中のアンモニア濃度を導出する（ステップＳ１７０）。これにより、例えば図６の時刻ｔ２では、ステップＳ１００で取得したポンプ電流Ｉｐ０（点ｂ）の値ではなく、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎ（点ｃ）を用いてアンモニア濃度が導出される。また、本実施形態では、ＣＰＵ９２は、上述した酸素濃度導出用対応関係を用いて緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎに対応する被測定ガス中の酸素濃度を導出し、導出した酸素濃度と、起電力ＥＭＦと、図３に示したアンモニア濃度導出用対応関係と、を用いて、アンモニア濃度を導出する。例えば、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎに対応する酸素濃度が１０％であり、起電力ＥＭＦが値Ｖａ［ｍＶ］であった場合には、ＣＰＵ９２が図３のアンモニア濃度導出用対応関係に基づいて導出する被測定ガス中のアンモニア濃度は１０ｐｐｍとなる。
そして、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１７０で導出したアンモニア濃度、及びステップＳ１６０で導出した緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎに基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を導出する（ステップＳ１８０）。これにより、ステップＳ１００で取得したポンプ電流Ｉｐ２の値ではなく、緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを用いてＮＯｘ濃度が導出される。本実施形態では、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１７０で導出したアンモニア濃度と、ステップＳ１６０で導出した緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎと、図４に示したＮＯｘ濃度導出用対応関係と、を用いて、ＮＯｘ濃度を導出する。例えば、緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎが値Ｉａ［μｍ］であり、アンモニア濃度が２００ｐｐｍであった場合には、ＣＰＵ９２が図４のＮＯｘ濃度導出用対応関係に基づいて導出する被測定ガス中のＮＯ濃度は２００ｐｐｍとなる。なお、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１７０及びステップＳ１８０において、図３のアンモニア濃度導出用対応関係及び図４のＮＯｘ濃度導出用対応関係を用いる際に、線形補間などの補間を適宜行ってもよい。
ステップＳ１８０の処理を実行すると、ＣＰＵ９２は、本ルーチンを終了して、次の濃度導出処理ルーチンを実行する。これにより、ＣＰＵ９２は、濃度導出処理ルーチンを繰り返し実行する。ＣＰＵ９２は、ステップＳ１８０を実行する毎に、導出したＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度をエンジンＥＣＵに送信してもよい。
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の素子本体１０１ａが本発明の素子本体に相当し、第１内部空所２０及び第２内部空所４０が酸素濃度調整室に相当し、主ポンプセル２１が調整用ポンプセルに相当し、第３内部空所６１が測定室に相当し、測定用ポンプセル４１が測定用ポンプセルに相当し、混成電位セル５５が混成電位セルに相当し、センサ素子１０１がセンサ素子に相当し、ポンプ電流Ｉｐ０が調整用ポンプ電流に相当し、ポンプ電流Ｉｐ２が測定用ポンプ電流に相当し、起電力ＥＭＦが起電力に相当し、制御部９１が調整用ポンプ電流取得部，測定用ポンプ電流取得部，起電力取得部，第１緩変化処理部，第２緩変化処理部，及び第１特定ガス濃度導出部に相当する。また、制御部９１が第２特定ガス濃度導出部に相当する。なお、本実施形態では、ガスセンサ１００の動作を説明することにより本発明のガス濃度導出方法の一例も明らかにしている。
以上詳述した本実施形態のガスセンサ１００によれば、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ０に基づいて緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを導出し、ポンプ電流Ｉｐ２に基づいて緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを導出する。そして、ＣＰＵ９２は、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎ及び緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎと、起電力ＥＭＦとに基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を導出する。これにより、ポンプ電流Ｉｐ０とポンプ電流Ｉｐ２と起電力ＥＭＦとの応答速度の差の影響を小さくすることができる。したがって、被測定ガスの組成が変動する際のＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。
また、ＣＰＵ９２は、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎと起電力ＥＭＦとに基づいて、被測定ガス中のアンモニア濃度を導出するから、ＮＯｘ濃度に加えてアンモニア濃度も導出できる。このとき、ポンプ電流Ｉｐ０の代わりに緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを用いてアンモニア濃度を導出するから、ポンプ電流Ｉｐ０と起電力ＥＭＦとの応答速度の差の影響を小さくすることができる。したがって、被測定ガスの組成が変動する際のアンモニア濃度の検出精度の低下を抑制できる。
［第２実施形態］
本実施形態では、被測定ガス中の酸素濃度が減少中である場合には、酸素濃度が上昇中である場合と比べて、ポンプ電流の変化をより緩やかにするように第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行う場合について説明する。ここでは、第１実施形態と同様のガスセンサ１００を用いる。
上述した第１実施形態では、混成電位セル５５の起電力ＥＭＦの応答速度がポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２の応答速度よりも遅いことを説明した。これに関して、被測定ガス中の酸素濃度の減少時には、酸素濃度の上昇時よりも起電力ＥＭＦの応答速度がより低下する傾向にある。例えば、図５に二点鎖線で示した起電力ＥＭＦのグラフでは、酸素濃度が時刻ｔ１から上昇する場合に、起電力ＥＭＦは時刻ｔ１から時刻ｔ５の期間で変動が生じている。これに対し、酸素濃度が時刻ｔ８から減少した場合には、起電力ＥＭＦは時刻ｔ８から時刻ｔ１６までの期間で変動（ここでは上昇）が生じており、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの期間よりも長い期間に亘って起電力ＥＭＦの変動が生じている。すなわち、図５の起電力ＥＭＦは酸素濃度の上昇時よりも酸素濃度の減少時の方が応答速度が低下している。この理由は、以下のように考えられる。まず、検知電極５６の内部あるいは表面には被測定ガス中の酸素が吸着している。そのため、被測定ガス中の酸素濃度が減少しても検知電極５６に吸着している酸素が残留することから、起電力ＥＭＦが酸素濃度の減少後の値となって安定するまでには時間がかかると考えられる。これに対し、被測定ガス中の酸素濃度が増加する際には、検知電極５６の内部あるいは表面に吸着する酸素も速やかに増加するため、酸素濃度の減少時と比べて起電力ＥＭＦが速やかに酸素濃度の上昇後の値となる。これにより、起電力ＥＭＦは酸素濃度の上昇時よりも酸素濃度の減少時の方が応答速度が低下すると考えられる。
このことから、第１実施形態のように、酸素濃度の上昇時と酸素濃度の減少時とで同じように第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行うと、酸素濃度の減少時にはポンプ電流Ｉｐ０とポンプ電流Ｉｐ２と起電力ＥＭＦとの応答速度の差の影響を十分小さくすることができず、アンモニア濃度やＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制する効果が小さくなる場合がある。例えば図６の実施例１のグラフにおいても、酸素濃度の上昇時の時刻ｔ２～ｔ４では基準値からのアンモニア濃度のずれ量がほぼゼロであるのに対し、酸素濃度の減少時の時刻ｔ９～ｔ１１では比較例よりは基準値からのアンモニア濃度のずれ量が小さくなっているが、ずれ量はゼロにはなっていない。また、時刻ｔ１２～ｔ１５では、図５に示すように緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎの変化が終了しており緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎとポンプ電流Ｉｐ０ｎとが同じ値になっているが、起電力ＥＭＦは変動中である。そのため、図６に示すように時刻ｔ１２～ｔ１５では実施例１と比較例１とで基準値からのアンモニア濃度のずれ量が同じになっている。
そこで、本実施形態では、被測定ガス中の酸素濃度が減少中である場合には、酸素濃度が上昇中である場合と比べて、ポンプ電流の変化をより緩やかにするように第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行う。図８は、第２実施形態の緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを示すグラフである。図８中のポンプ電流Ｉｐ０及び起電力ＥＭＦは、図５と同じである。図８の緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎは、酸素濃度が減少中である時刻ｔ８から時刻ｔ１０の期間，及びその後の時刻ｔ１０から時刻ｔ１６までの期間において、図５の緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎと比較してポンプ電流Ｉｐ０の変化をより緩やかにした値になっている。この図８のような緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを用いることで、酸素濃度の減少に伴って起電力ＥＭＦの応答速度がより低下した場合の、ポンプ電流Ｉｐ０と起電力ＥＭＦとの応答速度の差の影響を小さくすることができる。例えば、図９では、図８の緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎと起電力ＥＭＦとを用いてアンモニア濃度導出用対応関係から導出したアンモニア濃度の時間変化を、実施例２のグラフとして実線で示している。図９に示すように、実施例２のグラフは、比較例１と比べてアンモニア濃度の測定精度の低下が抑制されている。さらに、実施例２のグラフは、時刻ｔ９～ｔ１５の期間において、図７に示した実施例１よりもアンモニア濃度の測定精度の低下が抑制されている。そして、このように図８の緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを用いて導出されたアンモニア濃度を用いることで、比較例及び実施例１と比べて酸素濃度の減少時のＮＯｘ濃度の検出精度の低下も抑制できる。第２緩変化処理についても同様に、被測定ガス中の酸素濃度が減少中である場合にポンプ電流Ｉｐ２の変化をより緩やかにするように行って得られる緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを用いることで、酸素濃度の減少に伴って起電力ＥＭＦの応答速度がより低下した場合の、ポンプ電流Ｉｐ２と起電力ＥＭＦとの応答速度の差の影響を小さくすることができる。そのため、これによっても酸素濃度の減少時のＮＯｘ濃度の検出精度の低下が抑制される。以上のように、被測定ガス中の酸素濃度の減少中には、酸素濃度の上昇中よりもポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２の変化をより緩やかにするように第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行うことで、被測定ガス中の酸素濃度の減少時におけるＮＯｘ濃度の検出精度の低下をより抑制できる。
次に、第２実施形態において制御部９１のＣＰＵ９２がＮＯｘ濃度を導出する一例について図１０を用いて説明する。図１０は第２実施形態の濃度導出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。図１０では、図７と同じ処理については同じステップ番号を付した。
ＣＰＵ９２は、濃度導出処理ルーチンを開始すると、まず、ステップＳ１００を実行してポンプ電流Ｉｐ０，ポンプ電流Ｉｐ２，及び起電力ＥＭＦを取得する。続いて、ＣＰＵ９２は、被測定ガス中の酸素濃度が減少中であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。本実施形態では、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ０の変化に基づいて被測定ガス中の酸素濃度が減少中であるか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵ９２は、下記式（３）を満たすときには酸素濃度が減少中であると判定する。式（３）中の“今回Ｉｐ０”は、今回のステップＳ１００で取得されたポンプ電流Ｉｐ０の値である。式（３）中の“前回Ｉｐ０”は、本ルーチンが前回実行されたときにステップＳ１００で取得されたポンプ電流Ｉｐ０の値である。式（３）中の“閾値Ｉｒｅｆ１”は負の値であり、例えば被測定ガス中の酸素濃度のわずかな変動を酸素濃度の減少とみなさないようにするための閾値として、実験により予め定められて記憶部９４に記憶されている。上述したようにポンプ電流Ｉｐ０は被測定ガス中の酸素濃度に対応するから、ＣＰＵ９２は式（３）を用いて今回Ｉｐ０が前回Ｉｐ０よりも大きく減少したか否かを判定することによって、被測定ガス中の酸素濃度が減少中であるか否かを判定することができる。
今回Ip0-前回Ip0≦閾値Iref1 （３）
（ただし、Iref1＜０）
ステップＳ１１０で酸素濃度が減少中であると判定すると、ＣＰＵ９２は、タイマーのカウントを開始し（ステップＳ１１５）、酸素濃度の減少時用の第１緩変化処理を行って、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎを導出する（ステップＳ１５０ｂ）。このステップＳ１５０ｂの第１緩変化処理は、下記式（１ｂ）により行う。式（１ｂ）は、時定数Ｔ１ｂがステップＳ１５０の時定数Ｔ１ａよりも大きい点以外は、上述した式（１）と同じである。これにより、ステップＳ１５０ｂでは、ステップＳ１５０と比べてポンプ電流Ｉｐ０の変化をより緩やかにするように第１緩変化処理が行われて、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎが導出される。
Ip0n=前回Ip0n+(今回Ip0-前回Ip0n)/T1b （１ｂ）
（ただし、T1b＞T1a）
続いて、ＣＰＵ９２は、酸素濃度の減少時用の第２緩変化処理を行って、緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを導出する（ステップＳ１６０ｂ）。このステップＳ１６０ｂの第２緩変化処理は、下記式（２ｂ）により行う。式（２ｂ）は、時定数Ｔ２ｂがステップＳ１６０の時定数Ｔ２ａよりも大きい点以外は、上述した式（２）と同じである。これにより、ステップＳ１６０ｂでは、ステップＳ１６０と比べてポンプ電流Ｉｐ２の変化をより緩やかにするように第２緩変化処理が行われて、緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎが導出される。なお、ステップＳ１５０ｂ及びステップＳ１６０ｂを行う場合でも、ステップＳ１５０及びステップＳ１６０を行う場合と同様に、第１緩変化処理の方が第２緩変化処理よりも電流の変化をより緩やかにする処理とする。すなわち、ステップＳ１５０ｂで用いる時定数Ｔ１ｂは、ステップＳ１６０ｂで用いる時定数Ｔ２ｂよりも大きい値とする。
Ip2n=前回Ip2n+(今回Ip2-前回Ip2n)/T2b （２ｂ）
（ただし、T1b＞T2b＞T2a）
一方、ステップＳ１１０で酸素濃度が減少中でないと判定した場合、ＣＰＵ９２は、被測定ガス中の酸素濃度が上昇中であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。本実施形態では、ＣＰＵ９２は、ポンプ電流Ｉｐ０の変化に基づいて被測定ガス中の酸素濃度が上昇中であるか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵ９２は、下記式（４）を満たすときには酸素濃度が上昇中であると判定する。式（４）の左辺は式（３）と同じであるため説明を省略する。式（４）中の“閾値Ｉｒｅｆ２”は正の値であり、例えば被測定ガス中の酸素濃度のわずかな変動を酸素濃度の上昇とみなさないようにするための閾値として、実験により予め定められて記憶部９４に記憶されている。上述したようにポンプ電流Ｉｐ０は被測定ガス中の酸素濃度に対応するから、ＣＰＵ９２は式（４）を用いて今回Ｉｐ０が前回Ｉｐ０よりも大きく上昇したか否かを判定することによって、被測定ガス中の酸素濃度が上昇中であるか否かを判定することができる。
今回Ip0-前回Ip0≧閾値Iref2 （４）
（ただし、Iref2＞０）
ステップＳ１２０で酸素濃度が上昇中でないと判定した場合は、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１１５でのタイマーのカウントの開始から所定期間内であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。そして、所定期間内である場合には、ＣＰＵ９２は、上述したステップＳ１５０ｂ及びステップＳ１６０ｂを実行する。すなわち、ＣＰＵ９２は、酸素濃度の減少中だけでなく、酸素濃度の減少後に酸素濃度が上昇しておらず且つ酸素濃度の減少中から所定期間内である場合にも、ステップＳ１５０ｂ及びステップＳ１６０ｂを実行する。この所定期間は、酸素濃度の減少時の起電力ＥＭＦの応答速度の低下の程度に応じて、予め定められて記憶部９４に記憶されている。本実施形態では、図８における酸素濃度の減少が終了した時刻ｔ１０から起電力ＥＭＦが安定するまで（起電力ＥＭＦが減少後の酸素濃度に対応した値になるまで）の期間である時刻ｔ１０～ｔ１６の期間よりもわずかに短い期間として、所定期間が定められているものとした。
ステップＳ１２０で酸素濃度が上昇中であると判定した場合、又はステップＳ１３０で否定判定された場合には、ステップＳ１１５で開始したタイマーをリセットし（ステップＳ１４０）、ステップＳ１５０及びステップＳ１６０を実行して、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎ及び緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを導出する。ステップＳ１３０で否定判定された場合とは、ステップＳ１１５のタイマーのカウントが開始されていない場合、又は、酸素濃度が減少も上昇もしておらず且つタイマーのカウントの開始から所定期間が経過した場合である。
以上のように、ＣＰＵ９２がステップＳ１５０及びステップＳ１６０を行うか、又はステップＳ１５０ｂ及びステップＳ１６０ｂを行って、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎ及び緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎを導出すると、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１７０及びステップＳ１８０を行って本ルーチンを終了する。これにより、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎと緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎと起電力ＥＭＦとに基づいて、被測定ガス中のアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度が導出される。
例えば図８の時刻ｔ０～ｔ１７において図１０の濃度導出処理ルーチンを行う場合について説明する。図８の時刻ｔ０，ｔ１ではポンプ電流Ｉｐ０が減少も上昇もしておらずタイマーもカウント開始していないから、ステップＳ１３０で否定判定がなされる。時刻ｔ２，ｔ３ではポンプ電流Ｉｐ０が上昇中であるから、ステップＳ１２０で酸素濃度が上昇中であると判定される。時刻ｔ４～ｔ８ではポンプ電流Ｉｐ０が減少も上昇もしておらずタイマーもカウント開始していないから、ステップＳ１３０で否定判定がなされる。時刻ｔ９，ｔ１０ではポンプ電流Ｉｐ０が減少中であるから、ステップＳ１１０で酸素濃度が減少中と判定され、ステップＳ１１５でタイマーのカウントが開始される。時刻ｔ１１～ｔ１５では、ポンプ電流Ｉｐ０が減少も上昇もしておらず、最後にタイマーがカウント開始された時刻ｔ１０から所定期間内であるため、ステップＳ１３０で肯定判定がなされる。時刻ｔ１６，ｔ１７では、ポンプ電流Ｉｐ０が減少も上昇もしておらず、最後にタイマーがカウント開始された時刻ｔ１０から所定期間が経過しているため、ステップＳ１３０で否定判定がなされる。これらの結果、図８の時刻ｔ０～ｔ８，及び時刻ｔ１６，ｔ１７では、ステップＳ１５０及びステップＳ１６０が実行される。時刻ｔ９～ｔ１５では、ステップＳ１５０ｂ及びステップＳ１６０ｂが実行される。これにより、被測定ガス中の酸素濃度が減少したことによって起電力ＥＭＦの応答速度が酸素濃度の上昇中よりも低下している時刻ｔ９～ｔ１５においては、ステップＳ１５０，Ｓ１６０と比べてポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２の変化をより緩やかにするように第１緩変化処理及び第２緩変化処理が行われる。したがって、図９に示したように被測定ガス中の酸素濃度の減少中（時刻ｔ９，ｔ１０）を含む時刻ｔ９～ｔ１５の期間において、アンモニア濃度の検出精度の低下がより抑制され、ＮＯｘ濃度の検出精度の低下もより抑制される。
以上詳述した本実施形態のガスセンサ１００によれば、ＣＰＵ９２は、被測定ガス中の酸素濃度の減少中には酸素濃度の上昇中よりもポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２の変化をより緩やかにするように第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行う。これにより、酸素濃度の減少中におけるポンプ電流Ｉｐ０，ポンプ電流Ｉｐ２，起電力ＥＭＦの応答速度の差の影響を小さくすることができる。したがって、被測定ガス中の酸素濃度の減少時におけるＮＯｘ濃度の検出精度の低下をより抑制できる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した第１実施形態では、ＣＰＵ９２は濃度導出ルーチンのステップＳ１７０を行って被測定ガス中のアンモニア濃度を導出したが、これを省略してもよい。この場合、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１８０において、ステップＳ１５０で導出した緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎと、ステップＳ１００で取得した起電力ＥＭＦと、ステップＳ１６０で導出した緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎと、に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を導出すればよい。この場合、図３のアンモニア濃度導出用対応関係及び図４のＮＯｘ濃度導出用対応関係の代わりに、ポンプ電流Ｉｐ０とポンプ電流Ｉｐ２と起電力ＥＭＦとＮＯｘ濃度との対応関係を、ＮＯｘ濃度導出用対応関係として記憶部９４に記憶しておけばよい。第２実施形態においても同様である。
上述した第１実施形態では、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１７０において酸素濃度導出用対応関係を用いて緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎに対応する被測定ガス中の酸素濃度を導出したが、これを省略してもよい。この場合、図３のアンモニア濃度導出用対応関係の代わりに、ポンプ電流Ｉｐ０と起電力ＥＭＦとアンモニア濃度との対応関係を、アンモニア濃度導出用対応関係として記憶部９４に記憶しておけばよい。あるいは、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１６０において、ステップＳ１００で取得したポンプ電流Ｉｐ０に基づいて導出される酸素濃度に対して第１緩変化処理を行って、緩変化処理済み酸素濃度を導出してもよい。ポンプ電流Ｉｐ０と被測定ガス中の酸素濃度とは１対１に対応して互いに換算可能であるから、緩変化処理済み酸素濃度は、緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎの一種とみなせる。第２実施形態においても同様である。
上述した第２実施形態では、ＣＰＵ９２は、酸素濃度の上昇中と減少中とのいずれにおいても第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行ったが、酸素濃度が減少中である場合に酸素濃度が上昇中である場合と比べてポンプ電流の変化をより緩やかにするように第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行えばよい。例えば、ＣＰＵ９２は、酸素濃度の上昇中には第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行わずにステップＳ１００で取得したポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２をそのまま用いてアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を導出してもよい。言い換えると、酸素濃度の上昇中には、ポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２をそのまま緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎ及び緩変化処理済み電流Ｉｐ２ｎとして扱ってもよい。例えば、図１０の濃度導出処理ルーチンにおいて、ステップＳ１５０及びステップＳ１６０を省略して、ステップＳ１７０，Ｓ１８０ではステップＳ１００で取得したポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２を用いてもよい。例えば、酸素濃度の上昇時の起電力ＥＭＦの応答速度の遅れの程度が小さい場合には、ポンプ電流Ｉｐ０及びポンプ電流Ｉｐ２をそのまま用いてアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を導出しても測定精度がそれほど低下しない場合もある。このような場合には、酸素濃度の減少時（及びその後の所定期間内）に第１緩変化処理及び第２緩変化処理を行えばよく、それ以外の期間では第１緩変化処理及び第２緩変化処理を省略してもよい。
上述した第１，第２実施形態では、式（１），式（２），式（１ｂ），式（２ｂ）を用いて第１，第２緩変化処理を行ったが、第１，第２緩変化処理はポンプ電流の変化を緩やかにするような処理であればよく、これらの式を用いる場合に限られない。例えば、式（１）の時定数Ｔ１ａの代わりに、“（１－ｅ＾（－Δｔ／τ１ａ））”を用いた下記式（５）で表される第１緩変化処理を行ってもよい。下記式（５）中の“Δｔ”は、処理間隔すなわち緩変化処理済み電流Ｉｐ０ｎの導出の時間間隔である。“τ1a”は、第１緩変化処理における時定数である。あるいは、第１，第２緩変化処理として、ポンプ電流の時間変化（傾き）を所定値以下に制限するレート処理を行ってもよい。レート処理では、例えば、今回Ｉｐ０と前回Ｉｐ０ｎとの差と、所定のレート値と、のうち絶対値が小さい方の値を前回Ｉｐ０ｎに加えることで、今回Ｉｐ０ｎを導出する。レート値が小さいほど、ポンプ電流の時間変化をより緩やかにするように緩変化処理が行われる。あるいは、第１，第２緩変化処理として、ポンプ電流の移動平均化処理を行ってもよい。例えば、今回Ｉｐ０，前回Ｉｐ０，及び前々回Ｉｐ０の移動平均を、今回Ｉｐ０ｎとしてもよい。
Ip0n=前回Ip0n+(今回Ip0-前回Ip0n)/(1-e^(-Δt/τ1a)) （５）
上述した実施形態では、検知電極５６は、素子本体１０１ａのうち外側ポンプ電極２３よりも後方に配設されていたが、検知電極５６は、被測定ガスと接触するように素子本体１０１ａの外側に配設されていればよい。例えば、検知電極５６は外側ポンプ電極２３よりも前方に配設されていてもよい。
上述した実施形態では、第１特定ガスをＮＯｘとしたが、ＮＯｘ以外の酸化物ガスとしてもよい。また、第２特定ガスをアンモニアとしたが、混成電位セルの起電力ＥＭＦに基づいて濃度を検出可能であり且つ第１特定ガスとは異なるガスであればよい。例えば、第２特定ガスは、炭化水素ガス又は水素などの可燃性ガスとしてもよいし、二酸化炭素としてもよい。第１特定ガスは、酸化物ガスに限らずアンモニアなどの非酸化物であってもよい。第１特定ガスがアンモニアである場合には、第２特定ガスはアンモニア以外のガスとすればよい。第１特定ガスが酸化物の場合には、上述した実施形態と同様に第１特定ガスそのものを第３内部空所６１で還元したときに酸素が発生するから、ＣＰＵ９２はこの酸素に応じた検出値（ポンプ電流Ｉｐ２）に基づいて第１特定ガス濃度を検出できる。また、第１特定ガスが非酸化物の場合には、第１特定ガスが例えば第１内部空所２０で酸化物に変換（例えばアンモニアであれば酸化されてＮＯに変換）されることで、変換後の酸化物が第３内部空所６１で還元したときに酸素が発生するから、ＣＰＵ９２はこの酸素に応じた検出値（ポンプ電流Ｉｐ２）を取得して第１特定ガス濃度を検出できる。このように、第１特定ガスが酸化物と非酸化物とのいずれであっても、ガスセンサ１００は、第１特定ガスに由来して第３内部空所６１で発生する酸素に基づいて第１特定ガス濃度を検出できる。
上述した第１，第２実施形態では、素子本体１０１ａは複数の固体電解質層（層１～６）を有する積層体としたが、これに限られない。素子本体１０１ａは、酸素イオン伝導性の固体電解質層を少なくとも１つ含み、且つ被測定ガス流通部が内部に設けられていればよい。例えば、図１において第２固体電解質層６以外の層１～５は固体電解質以外の材質からなる構造層（例えばアルミナからなる層）としてもよい。この場合、センサ素子１０１が有する各電極は第２固体電解質層６に配設されるようにすればよい。例えば、図１の測定電極４４は第２固体電解質層６の下面に配設すればよい。また、基準ガス導入空間４３を第１固体電解質層４の代わりにスペーサ層５に設け、大気導入層４８を第１固体電解質層４と第３基板層３との間に設ける代わりに第２固体電解質層６とスペーサ層５との間に設け、基準電極４２を第３内部空所６１よりも後方且つ第２固体電解質層６の下面に設ければよい。
上述した第１，第２実施形態では、制御部９１は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標値Ｉｐ１＊となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖ０の目標値Ｖ０＊を設定（フィードバック制御）し、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊となるように電圧Ｖｐ０をフィードバック制御したが、他の制御を行ってもよい。例えば、制御部９１は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標値Ｉｐ１＊となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖｐ０をフィードバック制御してもよい。すなわち、制御部９１は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０からの電圧Ｖ０の取得及び目標値Ｖ０＊の設定を省略して、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて直接的に電圧Ｖｐ０を制御（ひいてはポンプ電流Ｉｐ０を制御）してもよい。
上述した第１，第２実施形態では、素子本体１０１ａは第１内部空所２０と第２内部空所４０とを有していたが、第２内部空所４０及び補助ポンプセル５０を省略してもよい。例えば、主ポンプセル２１のみで被測定ガスの酸素濃度を十分低くすることができる場合は、補助ポンプセル５０を省略してもよい。補助ポンプセル５０を省略する場合、制御部９１は、上述したポンプ電流Ｉｐ１に基づく目標値Ｖ０＊の設定を省略すればよい。具体的には、所定の目標値Ｖ０＊を予め記憶部９４に記憶しておき、制御部９１は電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊となるように可変電源２４の電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することで、主ポンプセル２１を制御すればよい。
１ 第１基板層、２ 第２基板層、３ 第３基板層、４ 第１固体電解質層、５ スペーサ層、６ 第２固体電解質層、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、２２ａ 天井電極部、２２ｂ 底部電極部、２３ 外側ポンプ電極、２４ 可変電源、３０ 第３拡散律速部、４０ 第２内部空所、４１ 測定用ポンプセル、４２ 基準電極、４３ 基準ガス導入空間、４４ 測定電極、４６ 可変電源、４８ 大気導入層、５０ 補助ポンプセル、５１ 補助ポンプ電極、５１ａ 天井電極部、５１ｂ 底部電極部、５２ 可変電源、５５ 混成電位セル、５６ 検知電極、６０ 第４拡散律速部、６１ 第３内部空所、７０ ヒータ部、７１ ヒータコネクタ電極、７２ ヒータ、７３ スルーホール、７４ ヒータ絶縁層、７５ 圧力放散孔、８０ 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８１ 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８２ 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８３ センサセル、８４ 緩衝層、８４ａ 上側緩衝層、８４ｂ 下側緩衝層、８５ 保護層、９０ 制御装置、９１ 制御部、９２ ＣＰＵ、９４ 記憶部、１００ ガスセンサ、１０１ センサ素子、１０１ａ 素子本体。

Claims (6)

  1. 酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
    前記被測定ガス流通部のうちの酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する調整用ポンプセルと、
    前記被測定ガス流通部のうちの前記酸素濃度調整室の下流側に設けられた測定室において前記被測定ガス中の第１特定ガスに由来して発生する酸素の汲み出しを行う測定用ポンプセルと、
    前記被測定ガス中の前記第１特定ガスとは異なる第２特定ガスの濃度に応じた起電力を生じる混成電位セルと、
    を有するセンサ素子と、
    前記調整用ポンプセルが前記酸素濃度調整室の酸素濃度を調整するときに流れる調整用ポンプ電流を取得する調整用ポンプ電流取得部と、
    前記測定用ポンプセルが前記測定室の酸素を汲み出すときに流れる測定用ポンプ電流を取得する測定用ポンプ電流取得部と、
    前記混成電位セルの前記起電力を取得する起電力取得部と、
    前記取得された前記調整用ポンプ電流に対して該調整用ポンプ電流の変化を緩やかにする第１緩変化処理を行った緩変化処理済み調整用ポンプ電流を導出する第１緩変化処理部と、
    前記取得された前記測定用ポンプ電流に対して該測定用ポンプ電流の変化を緩やかにする第２緩変化処理を行った緩変化処理済み測定用ポンプ電流を導出する第２緩変化処理部と、
    前記緩変化処理済み調整用ポンプ電流と、前記取得された前記起電力と、前記緩変化処理済み測定用ポンプ電流と、に基づいて、前記第１特定ガスの濃度を導出する第１特定ガス濃度導出部と、
    を備え、
    前記第１緩変化処理は、前記第２緩変化処理と比べて変化をより緩やかにする処理である、
    ガスセンサ。
  2. 請求項１に記載のガスセンサであって、
    前記緩変化処理済み調整用ポンプ電流と、前記取得された前記起電力とに基づいて、前記第２特定ガスの濃度を導出する第２特定ガス濃度導出部、
    を備えたガスセンサ。
  3. 前記第１緩変化処理部は、前記被測定ガス中の酸素濃度が減少中である場合には、該酸素濃度が上昇中である場合と比べて前記調整用ポンプ電流の変化をより緩やかにするように前記第１緩変化処理を行い、
    前記第２緩変化処理部は、前記被測定ガス中の酸素濃度が減少中である場合には、該酸素濃度が上昇中である場合と比べて前記測定用ポンプ電流の変化をより緩やかにするように前記第２緩変化処理を行う、
    請求項１又は２に記載のガスセンサ。
  4. 前記第１緩変化処理部及び前記第２緩変化処理部は、前記調整用ポンプ電流の変化に基づいて前記被測定ガス中の酸素濃度が減少中であるか否かを判定する、
    請求項３に記載のガスセンサ。
  5. 酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
    前記被測定ガス流通部のうちの酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する調整用ポンプセルと、
    前記被測定ガス流通部のうちの前記酸素濃度調整室の下流側に設けられた測定室において前記被測定ガス中の第１特定ガスに由来して発生する酸素の汲み出しを行う測定用ポンプセルと、
    前記被測定ガス中の前記第１特定ガスとは異なる第２特定ガスの濃度に応じた起電力を生じる混成電位セルと、
    を有するセンサ素子を用いたガス濃度導出方法であって、
    前記調整用ポンプセルが前記酸素濃度調整室の酸素濃度を調整するときに流れる調整用ポンプ電流を取得する調整用ポンプ電流取得ステップと、
    前記測定用ポンプセルが前記測定室の酸素を汲み出すときに流れる測定用ポンプ電流を取得する測定用ポンプ電流取得ステップと、
    前記混成電位セルの前記起電力を取得する起電力取得ステップと、
    前記取得された前記調整用ポンプ電流に対して該調整用ポンプ電流の変化を緩やかにする第１緩変化処理を行った緩変化処理済み調整用ポンプ電流を導出する第１緩変化処理ステップと、
    前記取得された前記測定用ポンプ電流に対して該測定用ポンプ電流の変化を緩やかにする第２緩変化処理を行った緩変化処理済み測定用ポンプ電流を導出する第２緩変化処理ステップと、
    前記緩変化処理済み調整用ポンプ電流と、前記取得された前記起電力と、前記緩変化処理済み測定用ポンプ電流と、に基づいて、前記第１特定ガスの濃度を導出する第１特定ガス濃度導出ステップと、
    を含む、ガス濃度導出方法。
  6. 請求項５に記載のガス濃度導出方法のステップを１以上のコンピュータに実行させるプログラム。
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