JP4010596B2

JP4010596B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP4010596B2
Application number: JP09844197A
Authority: JP
Inventors: 久喜太田; 啓暢土方; 圭吾水谷; 太輔牧野; 兼仁中村
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2017-03-31
Also published as: JPH10282053A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被測定ガス中のＨＣやＮＯx 等の成分ガス濃度を検出するガスセンサに関し、特に複数の成分ガス濃度を測定するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関より排出される有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯx ）を低減する技術として、従来より三元触媒を用いたシステムが知られ、混合気の空気燃料比（以下、Ａ／Ｆ）を理論空燃比付近に制御することで、排気ガス中の上記有害成分を同時に浄化することができる。ところが、近年、有害成分の排出に関する規制が強化される傾向にあり、触媒の浄化機能を常に最良の状態にするため、Ａ／Ｆの制御をより精密にする必要や、三元触媒の劣化診断における確度を向上させる必要が生じている。このため従来行われているいわゆる２Ｏ₂センサシステムに代えて例えば三元触媒の下流に、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）と窒素酸化物（ＮＯx ）とを直接検知するセンサを配置し、この信号に基づいてＡ／Ｆの精密制御および触媒の劣化診断をすることが考えられている。
【０００３】
このような用途に用いられるガスセンサとしては、半導体ガスセンサ（例えば特表平７−５０４０３９号公報等）や固体電解質式のガスセンサ（例えば特開平５−３２２８４４号公報、特開平４−３５９１４５号公報）が知られている。固体電解質式のガスセンサは、製造が容易であることから広く用いられている。
【０００４】
固体電解質式のガスセンサは固体電解質材の両面に電極を形成し、これを電極間の起電力を検出する起電力検出セルとして、あるいは一方の電極から固体電解質材を介して他方の電極へと酸素イオンを移動せしめる酸素ポンプセルとして用いるもので、特開平５−３２２８４４号公報記載の炭化水素濃度測定装置では、２つの起電力検出セルを設け、その被測定ガスに曝露する電極に測定しようとする成分ガスに対する活性の異なる物質を担持して、これら電極上の酸素濃度を違え、各起電力検出セルの起電力の差から成分ガス濃度を測定している。
【０００５】
特開平４−３５９１４５号公報記載のＮＯx センサでは、固体電解質材内に、大気が導入される大気室と被測定ガスが導入される２つの被測定ガス室とを形成し、各被測定ガス室ごとに起電力検出セルとその出力が一定となるように印加電圧が制御される酸素ポンプとを設け、一方の被測定ガス室にＮＯx 分解触媒を配している。ＮＯx 分解触媒の作用によりＮＯx 濃度に応じて両酸素ポンプのポンプ電流に差が生じるようにし、これよりＮＯx 濃度を検出している。
【０００６】
これらの２つの検出系から得られる出力信号を比較するものでは、成分ガス濃度の変化に対して検出信号の変化が小さく、得られる検出信号のＳ／Ｎが十分ではなく、また被測定ガス中の酸素濃度が大きく変化する時の応答性が各検出系で異なり、正確な測定が困難である。そこで特開平８−２４７９９５号公報記載のＨＣセンサや特開平８−２７１４７６号公報記載のＮＯx センサでは、固体電解質材に２つの連通する内部空所を設け、第１の内部空所には拡散律速通路を介して被測定ガスを導入し、これを第１の酸素ポンプにより予め酸素濃度を低いレベルで一定に保ち、第２の内部空所に供給し、かつ第２の内部空所には定電圧が印加される第２の酸素ポンプを設けている。第２の酸素ポンプの内部空所側の電極をＨＣ（ＮＯx ）に対して活性を有するように構成することで、ポンプ電流がＨＣ（ＮＯx ）濃度に応じて大きく変化するのを検出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらいずれの技術も、検出できる成分ガスは１種類であり、検出しようとする成分ガスが複数ある場合には、測定しようとする成分ガスの数だけセンサが必要となる。ところがセンサの設置場所により出力や応答性が異なるためセンサを検出しようとする成分ガスの数、設置すると、構成の複雑化、精度の悪化は避けられない。その上、固体電解質材を用いたガスセンサでは検出感度を高めるためセンサ自身を内蔵のヒータで加熱しているからセンサ数が増えるとこれに比例してその消費電力が増加するという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、設置場所における複数の成分ガスの濃度を測定でき、しかも簡単な構成のガス検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入されるガス流路と、酸素ポンプによりガス流路内の酸素濃度を一定に制御する酸素濃度制御部と、成分ガスの濃度を測定する成分ガス測定部とを設ける。成分ガス測定部は、ガス流路壁の他の一部を構成する酸素イオン伝導性の固体電解質材の両面に形成した一対の電極間に定電圧を印加してガス流路と基準酸素濃度の雰囲気間で酸素を移動せしめるようになした酸素ポンプセルを有し、酸素ポンプセルにおけるポンプ電流値に基づいて成分ガスの濃度を測定するようになし、これを測定しようとする成分ガスに対応して複数設ける。上記酸素濃度制御部のガス流路側の電極を測定しようとする炭化水素および窒素酸化物の酸化還元に対して不活性な電極としてガス流路の最上流部に配置し、その下流に複数の成分ガス測定部のガス流路側の電極を、測定しようとする成分ガスのうち炭化水素に対して酸化活性かつ窒素酸化物に対して還元不活性な電極をガス流路の上流側位置に、最下流位置には窒素酸化物に対して還元活性な電極を配置する。
【００１０】
最上流部位置に配置された酸素濃度制御部の電極の下流において、より上流側に位置する成分ガス測定部のガス流路側の電極表面では、測定しようとする成分ガスのうち炭化水素が酸化し、電極表面における酸素濃度が変化する。成分ガス測定部のポンプ電流が酸素濃度の変化に対応して変化し、測定しようとする成分ガスのうちの炭化水素濃度が知られる。炭化水素は上記電極において酸化することで、下流側へは拡散しない。したがって上記電極の下流側の電極表面では窒素酸化物だけが還元し、電極表面における酸素濃度が変化する。成分ガス測定部のポンプ電流が酸素濃度の変化に対応して変化し、これより窒素酸化物の濃度が知られる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、上記ガス流路を小室に分割し、小室間を拡散抵抗を有する通路で連通せしめ、かつ小室ごとにガス流路側の電極を配置する。成分ガス測定部は、ガス流路側の電極において測定しようとする成分ガスが、上記成分ガスの次なる安定度の成分ガスを測定する成分ガス測定部の電極が配置される隣れる小室に、酸化還元することなく拡散することを防止でき、より測定精度を向上せしめることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１のガスセンサを適用したガス検出装置を示す。ガスセンサ１は筒状ハウジングＨ内に絶縁材に外周を保持せしめてガスセンサ１が収容されている。ガスセンサ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内に収容されている。排気カバーＨ１は、ステンレススティール製の内部カバー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Ｈ１１，Ｈ１２の側壁には、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。
【００１３】
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の大気口Ｈ２３，Ｈ２４をそれぞれ有して、これら大気口Ｈ２３，Ｈ２４より大気を大気カバーＨ２内に取り込むようになしてある。また、メインカバーＨ２１とサブカバーＨ２２の間には、大気口Ｈ２３，Ｈ２４の形成位置に防水のために撥水性のフィルタＨ２５が設置してある。
【００１４】
大気カバーＨ２は上端が開口しており、ガスセンサ１の後端部に接続するリード線Ｈ３がこの上端開口より外部に延びている。
【００１５】
図２にガスセンサ１の断面を示し、図３にガスセンサ１を分解したものを示す。
【００１６】
ガスセンサ１は、排気カバーＨ１（図１）内に流入した排気ガスが流入するガス流路１ｂ、大気口Ｈ２３，Ｈ２４から取り入れられた大気が流入するダクト１ｃ、酸素濃度制御部たる酸素濃度調整セル２および酸素検出セル３、成分ガス測定部たるＨＣ濃度測定用のＨＣ検知セル４、ＮＯx 濃度測定用のＮＯx 検知セル５、これらを加熱するヒータ６を有し、これらの構成要素が積層構造を有している。この積層構造は、ジルコニア等の固体電解質材１２，１４、アルミナ等製のスペーサ１３，１５、ヒータ絶縁シート１６、ヒータシート１７等のシート状の構成要素からなる。
【００１７】
固体電解質材１２と固体電解質材１４とではさまれたスペーサ１３には長方形の抜き穴１３１が形成してあり、これによりガス流路１ｂがスペーサ１３、固体電解質材１２，１４をガス流路壁として形成される。固体電解質材１２および後述する電極２１，２２には、これらを貫通してガス流路１ｂのほぼ先端位置に所定の径の被測定ガス導入路たるピンホール１ａが形成してあり、排気ガスがガス流路１ｂに導入されガス流路１ｂの図中右側へと拡散するようになっている。ピンホール１ａにおけるガスの流通はその拡散抵抗により制限される。
【００１８】
固体電解質材１４とヒータ絶縁シート１６を隔てるスペーサ１５には抜き穴１５１が形成してある。抜き穴１５１は、四角形の抜き穴１５１ａとこれよりセンサ１長手方向に基端まで延びるスリット状の抜き穴１５１ｂとからなる。抜き穴１５１ａはスペーサ１３の抜き穴１３１のほぼ半分の大きさで、形成位置がスペーサ１３の基部側に寄っている。抜き穴１５１ｂは基端位置においてヒータ絶縁シート１６、ヒータシート１７に形成した抜き穴１６１，１７１に重なっている。ダクト１ｃがこれら抜き穴１５１，１６１，１７１により固体電解質材１４、ヒータ絶縁シート１６等をダクト壁として形成され、ダクト１ｃは、これに大気口Ｈ２３，Ｈ２４（図１）より取り入れられた大気が流入することにより基準酸素濃度の雰囲気となっている。
【００１９】
固体電解質材１２の両面にはガス流路１ｂ位置に一対の上記電極２１，２２が形成してある。酸素濃度調整セル２は固体電解質材１２と、電極２１，２２とがガスセンサ１外部とガス流路１ｂ間で酸素を移動せしめる酸素ポンプセルを構成しガス流路１ｂにおける酸素濃度を調整する。電極２１，２２はスペーサ１３の抜き穴１３１のほぼ半分の大きさの平板で、形成位置がガス流路１ｂの先端側としてある。
【００２０】
酸素濃度調整セル２のガス流路１ｂ側の電極２２は、測定しようとする成分ガスであるＨＣとＮＯx に対しては不活性であるが、これよりも安定度が小である一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ₂）には活性に調製してある。この電極２２には、白金（Ｐt ）に金（Ａu ）を１０％添加した多孔質電極が好適に用いられる。添加の方法としては、Ｐt 粉とＡu とを混合したり、Ｐt とＡu とを合金化するといった手法が用いられ得る。また電極２２には、Ｐt の粒径を大きくして表面積を下げた電極を用いることもできる。
【００２１】
酸素濃度調整セル２の外部側の電極２１は、通常のＰt 電極が用いられる。
【００２２】
固体電解質材１４の上下面には、ガス流路１ｂとダクト１ｃとが重なる位置に、先端側より順に固体電解質材１４をはさんで対向する一対の電極３１および３２、電極４１および４２、電極５１および５２が形成してある。
【００２３】
酸素検出セル３は固体電解質材１４と電極３１，３２とで電極３１，３２間に発生する起電力を検出するセルを構成し、この起電力が一定となるように酸素濃度調整セル２の印加電圧が制御される。酸素検出セル３のガス流路１ｂ側の電極３１は酸素濃度調整セル２の電極２２と同じ電極材料が用いられ、測定しようとする成分ガスであるＨＣおよびＮＯx には不活性で、これよりも安定度が小であるＣＯ，Ｈ₂に活性であり、これら雑ガスが酸化されるようになっている。
【００２４】
ＨＣ検知セル４は固体電解質材１４と電極４１，４２とでガス流路１ｂとダクト１ｃ間で酸素を移動せしめる酸素ポンプセルを構成し、ポンプ電流よりＨＣ濃度を測定するようになっている。ＮＯx 検知セル５は固体電解質材１４と電極５１，５２とでガス流路１ｂとダクト１ｃ間で酸素を移動せしめる酸素ポンプセルを構成し、ＮＯx 濃度を測定するようになっている。
【００２５】
ガス流路１ｂ側の電極４１，５１は、ＨＣ，ＮＯx のうち安定度が小であるＨＣを測定するＨＣ検知セル４のガス流路１ｂ側の電極４１がＮＯx 検知セル５のガス流路１ｂ側の電極５１よりも上流側に配置される。電極４１は、酸素濃度調整セル２、酸素検出セル３の電極２２，３１よりも活性が高く調製され、ＨＣにも活性であるが、ＨＣよりも安定度が大であるＮＯx には不活性としてある。これにより電極４１表面においてＨＣが酸化されＮＯx が下流へ拡散するようになっている。電極４１にはＰt にＡu を１〜５％添加した多孔質電極が好適に用いられる。
【００２６】
ＮＯx 検知セル４のガス流路１ｂ側の電極５１はさらに活性が高くＮＯx にも活性としてあり、ＮＯx が還元するようになっている。電極５１には通常のＰt 多孔質電極が用いられる。
【００２７】
酸素検出セル３、ＨＣ検知セル４、ＮＯx 検知セル５のダクト１ｃ側の電極３２，４２，５２は通常のＰt 多孔質電極が用いられる。
【００２８】
ヒータ６は、ヒータシート１７の上面にヒータ線６１が形成されたものである。ヒータ線６１には通常のＰt ヒータ線が用いられる。
【００２９】
電極２１，２２，３１，４１，５１よりリード２１ａ，２２ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａがガスセンサ１基部に向けて延び、ガスセンサ１の上面すなわち固体電解質材１２の上面に形成した端子部７１の各端子と直接またはスルーホール１２２、１３２を介して接続されている。電極３２，４２，５２、ヒータ線６１よりリード３２ａ，４２ａ，５２ａ，６１ａがガスセンサ１基部に向けて延び、ガスセンサ１の下面すなわちヒータシート１７の下面に形成した端子部７２の各端子と直接またはスルーホール１５２，１６２，１７２を介して接続されている。上記リード２１ａ，２２ａ等には、これらと固体電解質材１２，１４とで形成される寄生セルが形成されないように固体電解質材１２，１４と上記リード２１ａ，２２ａ等の間にアルミナ等の絶縁層を形成しておくのがよい。
【００３０】
また酸素濃度調整セル２の外部側の電極２１およびピンホール１ａを被覆するアルミナ等からなる多孔質保護層１１が形成してあり、電極２１の被毒やピンホール１ａが排気ガスに含まれるスス等で目詰まりすることを防止している。
【００３１】
なおアルミナ製のスペーサ１３，１５、ヒータシート１７、ヒータ絶縁シート１６は、固体電解質材シートとともにドクターブレード法等で作られる。勿論製法はこれに限定されるものではなく押し出し成型法、射出成型法等が用いられ得る。またスペーサ１３，１５、ヒータ絶縁シート１６はスクリーン印刷で形成してもよい。固体電解質材１２，１４の厚さは、５０〜３００μｍの範囲とするのがよい。ただし電気抵抗とシート強度との兼ね合いを考慮すると、１００〜３００μｍの範囲とするのが望ましい。固体電解質材１２，１４には、固体電解質材式のガスセンサにおいて広く用いられるＹ₂Ｏ₃−Ｚr Ｏ₂系の部分安定化ジルコニアが好適であるがこれに限定されるものではない。また電極２１，２２等、ヒータ線６１はスクリーン印刷により形成される。
【００３２】
なお排気ガスをガス流路１ｂへピンホール１ａにより導入するのではなく、多孔質体により導入してもよい。スペーサ１３に、ガス流路１ｂを形成する抜き穴１３１から先端にかけてスリット状の細い切り欠き部を形成しこれにより導入してもよい。
【００３３】
図１〜図３により上記ガス検出装置とともにガスセンサ１の作動を説明する。排気ガスが排気カバーＨ１内に流入しガスセンサ１のピンホール１ａを通ってガス流路１ｂに導入されガス流路１ｂの上流（図の左側）から下流（図の右側）へ向かおうとする。このとき酸素検出セル３は、ガス流路１ｂの酸素濃度と、ダクト１ｃに導入される基準酸素濃度である大気濃度の差に対応した起電力を発生する。この起電力を所定の値（例えば理論Ａ／Ｆ（ストイキ）を示す０．４５Ｖ）に保つように酸素濃度調整セル２の印加電圧を制御し、固体電解質材１２を介してガス流路１ｂと外部間で酸素を出し入れし、ガス流路１ｂはストイキ状態に保たれる。なおピンホール１ａの大きさは、排気ガスが最大酸素濃度のときにも、ピンホール１ａの拡散抵抗で酸素の流通が制限される限界電流が測定できるように設定されており、酸素濃度調整セル２のポンプ電流は限界電流となる。
【００３４】
ＨＣ検知セル４の電極４１，４２間、ＮＯx 検知セル５の電極５１，５２間には、それぞれ酸素検出セル３の起電力の設定値（０．４５Ｖ）と等しい電圧を、電極４２，５２側が正となるように印加する。
【００３５】
酸素濃度調整セル２、酸素検出セル３のガス流路１ｂ側の電極２２，３１ではＣＯ，Ｈ₂が燃焼し下流へはＨＣ，ＮＯx が流入する。
【００３６】
ＨＣ検知セル４のガス流路１ｂ側の電極４１がＨＣ，ＮＯx のうちＨＣに活性でＮＯx には不活性であるので、電極４１表面においてＨＣが燃焼しＨＣ濃度に応じた酸素量が不足したリッチ（酸素不足）状態となる。電極４１におけるＨＣ濃度に応じた酸素の不足量がダクト１ｃよりガス流路１ｂにポンピングされる。このポンピング電流より図４に示すようにＨＣ濃度が知られる（図はＣＨ₄のデータである）。なおＨＣ検知セル４の電極４１，４２間には酸素検出セル３に発生する起電力と同じ０．４５Ｖが印加されているから、ＨＣ濃度が０であればポンピング電流は流れずオフセットは０である。
【００３７】
次いでＮＯx 検知セル５はガス流路１ｂ側の電極５１がＮＯx に活性であるので、電極５１表面においてＮＯx が分解しＮＯx 濃度に応じた過剰な酸素が発生する。電極５１におけるＮＯx 濃度に応じた過剰な酸素がガス流路１ｂよりダクト１ｃにポンピングされる。このポンピング電流より図５に示すようにＮＯx 濃度が知られる。なおＮＯx 検知セル５の電極５１，５２間には酸素検出セル３に発生する起電力と同じ０．４５Ｖが印加されているから、ＮＯx 濃度が０であれば、ＨＣ検知セル４と同様にポンピング電流は流れずオフセットは０である。
【００３８】
またガス流路１ｂはストイキ状態とすることで、比較的酸素が存在し酸素濃度調整セル２はＨ₂Ｏは分解せず、Ｈ₂が生成することはない。このためＨＣ検知セル４やＮＯx 検知セル５は、そのガス流路１ｂ側の電極４１，５１がＨＣ，ＮＯx よりも安定度が小であるＨ₂に対して活性であっても成分ガスの測定誤差は生じない。
【００３９】
また酸素濃度調整セル２のポンプ電流は限界電流であるから排気ガスの酸素濃度に比例する。したがってこのポンプ電流より排気ガスの酸素濃度が知られる。またガス流路１ｂをストイキ状態とすることで、酸素濃度調整セル２におけるポンプ電流の正負からガスセンサ１外部の排気ガスの酸素濃度と、ガス流路１ｂの酸素濃度との高低が判定でき、排気ガスがリッチかリーンかが知られる。
【００４０】
したがって酸素濃度調整セル２のポンプ電流より知られる酸素濃度に基づいて、図６に示すようにリッチ側からリーン側までの全域にわたってＡ／Ｆを知ることができる。しかも測定されるＨＣ濃度やＮＯx 濃度から排気ガスの未燃成分ガスが消費するはずである酸素の量に相当する量を補正することにより正確なＡ／Ｆが知られ、その精密な制御をするのに好適である。
【００４１】
（第２実施形態）
図７に、本発明の第２のガスセンサの断面を示し、図８にそれを分解したものを示す。ガスセンサ１Ａは、ガス流路１ｂを３つの小室１ｂ１，１ｂ２，１ｂ３に分割したもので、図中、図２、図３と同一番号を付したものは実質的に同じ作動をするので、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４２】
スペーサ１３には、抜き穴１３１（図３）に代えて抜き穴１３１１，１３１２，１３１３が形成してある。抜き穴１３１１，１３１２，１３１３を隔てる肉部には、抜き穴１３１１と抜き穴１３１２、抜き穴１３１２と抜き穴１３１３をつなぐ細い切り欠き１３１４，１３１５が形成されている。ガス流路１ｂは、抜き穴１３１１，１３１２，１３１３により、スペーサ１３、固体電解質材１２，１４をガス流路壁として形成され、小室１ｂ１，１ｂ２，１ｂ３に分割してある。小室１ｂ１，１ｂ２，１ｂ３はスペーサ１３の切り欠き１３１４，１３１５により形成される通路９１，９２により連通するようになっている。通路９１，９２において、小室１ｂ１，１ｂ２，１ｂ３間において制限されたガスの拡散が行われる。
【００４３】
酸素濃度調整セル２の電極２２および酸素検出セル３の電極３１は小室１ｂ１位置に形成される。ＨＣ検知セル４の電極４１は小室１ｂ２位置に形成される。ＮＯx 検知セル５の電極５１は小室１ｂ３位置に形成される。
【００４４】
本実施形態では、ガス流路１ｂに拡散壁９１，９２を設けることで、小室１ｂ１，１ｂ２，１ｂ３間の被測定ガスの流通が制限され、第１の小室１ｂ１では、ＣＯ，Ｈ₂が下流側の小室１ｂ２に漏れることなく酸素濃度調整セル２、酸素検出セル３の小室１ｂ１側の電極２２，３１において酸化される。第２の小室１ｂ２では、ＨＣが下流側の小室１ｂ３に漏れることなくＨＣ検知セル４の小室１ｂ２側の電極４１において酸化される。
【００４５】
したがってＨＣ検知セル４の小室１ｂ２側の電極４１においてＨＣと一緒にＣＯ，Ｈ₂が酸化するのを防止でき、ＨＣ濃度の測定精度を向上せしめることができる。またＮＯx 検知セル５の小室１ｂ３側の電極５１においてＮＯx が他のガスで還元されるのを防止でき、ＮＯx 濃度の測定精度を向上せしめることができる。
【００４６】
（第３実施形態）
図９に、本発明の第３のガスセンサの断面を示し、図１０にそれを分解したものを示す。図中、図１〜３と同一番号を付したものは実質的に同じ作動をするので、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４７】
ガスセンサ１Ｂはリーン（酸素過剰）側での使用を前提としたもので、第１実施形態のものから酸素検出セル３を省略している。酸素濃度調整セル２の電極２１，２２間には電圧を電極２１を正として印加し、ガス流路１ｂの酸素を外部へ汲みだすようにしてある。その印加電圧は、電極２１，２２間にピンホール１ａで酸素の流入が制限される限界電流が流れるように設定してある。これによりガス流路１ｂを酸素濃度が低い一定のレベルに保たれるようにしている。なお上記印加電圧は、ガス流路１ｂの酸素濃度が、Ｈ₂Ｏが分解しないレベルとなるように設定する。
【００４８】
またダクト１ｃを形成するためのスペーサ１５のスリット状の抜き穴１５１ｂは基端位置において開いており、ダクト１ｃは、大気口Ｈ２３，Ｈ２４（図１）より取り入れられた大気がガスセンサ１Ｂの基端面より流入するようになっている。
【００４９】
かかる構成でもＨＣ検知セル４、ＮＯx 検知セル５においてそのポンプ電流よりＨＣ濃度、ＮＯx 濃度が知られる。また酸素ポンプセル２における限界電流より排気ガスの酸素濃度が知られる。しかして第１、第２実施形態と同様にＡ／Ｆが正確に知られる。酸素検知セル３が省略されて構成が簡単であり、酸素ポンプセル２の電圧制御も不要であるから、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンに好適である。
【００５０】
なお上記各実施形態ではＨＣ検知セル４、ＮＯx 検知セル５のふたつを設けたが、測定しようとする成分ガスの数に応じて検知セルを増やせばよい。例えばＨＣ，ＮＯx に加えてＣＯをも測定する場合、ＣＯはこれらの成分ガスの中で最も安定度が小であるので、その検知セルのガス流路側の電極をＣＯに活性でかつＨＣに不活性に構成して最も上流部位置に配置し、これより下流側に順次ＨＣ検知セルの電極、ＮＯx 検知セルの電極を配置すればよい。
【００５１】
また上記各実施形態では電極はＰt −Ａu 電極やＰt 電極を用いているが、材質はＲh ，Ｐd 等が用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスセンサを適用したガス検出装置の全体縦断面図である。
【図２】本発明のガスセンサの縦断面図である。
【図３】本発明のガスセンサの分解図である。
【図４】本発明のガスセンサの作動を説明する第１のグラフである。
【図５】本発明のガスセンサの作動を説明する第２のグラフである。
【図６】本発明のガスセンサの作動を説明する第３のグラフである。
【図７】本発明の別のガスセンサの縦断面図である。
【図８】本発明の別のガスセンサの分解図である。
【図９】本発明のさらに別のガスセンサの縦断面図である。
【図１０】本発明のさらに別のガスセンサの分解図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂガスセンサ
１ａピンホール（被測定ガス導入路）
１ｂガス流路
１ｂ１，１ｂ２，１ｂ３小室
２酸素濃度調整セル（酸素濃度制御部）
３酸素検出セル（酸素濃度制御部）
４ＨＣ検知セル（成分ガス測定部）
５ＮＯx 検知セル（成分ガス測定部）
９１，９２通路

Claims

被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入されるガス流路を設けるとともに、ガス流路壁の一部を構成する酸素イオン伝導性の固体電解質材の両面に形成した一対の電極間に電圧を印加してガス流路とその外部間で酸素を移動せしめるようになした酸素ポンプセルを有し、ガス流路内の酸素濃度を一定に制御する酸素濃度制御部を設け、かつガス流路壁の他の一部を構成する酸素イオン伝導性の固体電解質材の両面に形成した一対の電極間に定電圧を印加してガス流路と基準酸素濃度の雰囲気間で酸素を移動せしめるようになした酸素ポンプセルを有し、酸素ポンプセルにおけるポンプ電流値に基づいて成分ガスの濃度を測定する成分ガス測定部を、測定しようとする成分ガスに対応して複数設け、上記酸素濃度制御部のガス流路側の電極を測定しようとする炭化水素および窒素酸化物の酸化還元に対して不活性な電極としてガス流路の最上流部に配置し、その下流に複数の成分ガス測定部のガス流路側の電極を、測定しようとする成分ガスのうち炭化水素に対して酸化活性かつ窒素酸化物に対して還元不活性な電極をガス流路の上流側位置に、最下流位置には窒素酸化物に対して還元活性な電極を配置したことを特徴とするガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサにおいて、上記ガス流路を、拡散抵抗を有する通路で連通する複数の小室に分割し、上記成分ガス測定部のガス流路側の電極を各小室にひとつづつ配置したガスセンサ。