JPH10282053A

JPH10282053A - ガスセンサ

Info

Publication number: JPH10282053A
Application number: JP9098441A
Authority: JP
Inventors: Hisayoshi Ota; 久喜太田; Yoshimasa Hijikata; 啓暢土方; Keigo Mizutani; 圭吾水谷; Tasuke Makino; 太輔牧野; Kanehito Nakamura; 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: 1998-10-23
Anticipated expiration: 2017-03-31
Also published as: JP4010596B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の成分ガス濃度を簡単な構成で精度よく
測定することである。【解決手段】本発明のガスセンサは、被測定ガスが導
入され酸素濃度制御部２，３により酸素濃度が一定に制
御されるガス流路１ｂに成分ガス測定部４，５を測定し
ようとする成分ガス（ＨＣ，ＮＯx ）に対応して設け
る。成分ガス測定部４（５）はガス流路１ｂと大気が導
入されるダクト１ｃ間で酸素を移動せしめる酸素ポンプ
セル１４，４１，４２（１４，５１，５２）を有し、ポ
ンプ電流の変化からそれぞれの成分ガスの濃度を測定す
る。電極４１は安定度の小なるＨＣに対して活性で安定
度の大なるＮＯx に不活性に構成して上流側へ配置し、
電極５１はＮＯx に活性に構成して下流側へ配置するこ
とで、ＮＯx が還元する電極５１において測定誤差の原
因となるＨＣの酸化が生じないようにする。

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（Ｈ
Ｃ，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７−５０４０
３９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５−３
２２８４４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ＮＯ
x 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Ｈ
Ｃ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
導電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。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
ちで最も安定度の小なる成分ガスに対して活性で次なる
安定度の成分ガスに対して不活性な電極をガス流路の最
上流部位置とし、以下順次上記下流側へ次なる安定度の
成分ガスに対して活性で更に次なる安定度の成分ガスに
対して不活性な電極を配置する。

【００１０】最上流部位置に配置された成分ガス測定部
のガス流路側の電極表面では、測定しようとする成分ガ
スのうちで最も安定度の小なる成分ガスが酸化もしくは
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、これより最も安定度の小なる成分ガスの濃度が知ら
れる。最も安定度の小なる成分ガスは上記電極において
酸化もしくは還元することで、下流側へは拡散しない。
したがって上記電極の下流側の次なる電極表面では次な
る安定度の小なる成分ガスだけが酸化もしくは還元し、
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
より次なる安定度の小なる成分ガスの濃度が知られる。

【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Ｈ
１１，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，Ｈ１
４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１
７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１
ｂ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，Ｈ
２４（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ＮＯ
x 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、Ｐ
t 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Ｈ
Ｃ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、Ｈ
Ｃ，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、Ｎ
Ｏx 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２
１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、５０〜３
００μｍ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２
１，２２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、ＮＯ
x 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４
１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０．４５
Ｖが印加されているから、ＮＯx 濃度が０であれば、Ｈ
Ｃ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１
ｂ１，１ｂ２，１ｂ３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１
３１２と抜き穴１３１３をつなぐ細い切り欠き１３１
４，１３１５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１
３、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１３
１４，１３１５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９
１，９２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

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者中村兼仁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導電性の固体電解
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導電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、
成分ガス測定部のガス流路側の電極を、測定しようとす
る成分ガスのうちで最も安定度の小なる成分ガスに対し
て活性で次なる安定度の成分ガスに対して不活性な電極
をガス流路の最上流部位置とし、以下順次下流側へ上記
次なる安定度の成分ガスに対して活性で更に次なる安定
度の成分ガスに対して不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２】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。