JPH11201940A

JPH11201940A - ＮＯｘガス濃度検出器

Info

Publication number: JPH11201940A
Application number: JP10018023A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Nadanami; 紀彦灘浪; Takayoshi Otsuka; 孝喜大塚; Satoshi Sugaya; 聡菅谷; Noboru Ishida; 昇石田; Takafumi Oshima; 崇文大島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 1999-07-30
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JP3643689B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡素な構造のＮＯｘガス濃度検出器の提供。【解決手段】ＮＯｘガス濃度を変化させるため流路３外
へ導出させた成分に応じた出力を生じる第１電極５ａ、
第１電極５ａの出力に基づき流路３内の全てのＮＯｘが
分解しない程度にセラミックス体を制御し前記成分を導
出する第２電極１ｂ、電圧が印加され流路３内のＮＯｘ
残留ガスを解離する第３電極６ａを有し、第３電極６ａ
により解離された酸素がセラミックス体を移動すること
による電流を測定する手段、測定電流に基づきＮＯｘガ
ス濃度を決定する手段が付設され、第１、第２、第３電
極５ａ，１ｂ，６ａが同一空間をなす流路３に面してセ
ラミックス体上に形成され、第１電極５ａと第３電極６
ａが一つの流路３内において実質的に同一の雰囲気に曝
されるよう互いに近接して配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、船舶、飛
行機等の移動用、産業用の内燃機関の排ガス中、あるい
はボイラ等の燃焼ガス中のＮＯｘガス濃度を測定するＮ
Ｏｘガス濃度検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排ガス規制の強化に伴い、エンジ
ン等の排ガス中のＮＯｘを直接測定し、エンジン制御や
触媒のコントロールを行う研究が行われている。例え
ば、特開平８−２７１４７６号公報には、第一の拡散律
速通路を通じて被測定ガスが導かれる第一の内部空所
と、その雰囲気が第二の拡散律速通路を通じて導かれる
第二の内部空所と、第一の内部空所内の酸素分圧を制御
せしめる第一の酸素ポンプ手段と、該第二の酸素ポンプ
手段の作動により流れるポンプ電流を検出する電流検出
手段とを設け、電流検出手段により検出されたポンプ電
流の値から被測定ガス成分が求められる測定装置が提案
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平８−２７１４７６号公報に提案された検出器は、被
測定ガスを第一の内部空所に導くための第一の拡散律速
通路と、被測定ガスを第一の内部空所から第二の内部空
所に導くための第二の拡散律速通路という、２つの拡散
律速通路を有するため、構造が複雑であるという問題点
を有する。また、、製造上、検出器（ロット）間の出力
値のバラツキが大きくなるという問題点を有する。加え
て、２つの拡散律速通路を有するために応答性が劣ると
いう問題点を有する。

【０００４】以上の事情に鑑み、本発明の課題は、簡素
な構造のＮＯｘガス濃度検出器を提供することである。
別の課題は応答性が良いＮＯｘガス濃度検出器を提供す
ることである。また別の課題は正確に被測定ガス中のＮ
Ｏｘ濃度が測定できるＮＯｘガス濃度検出器を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の各視点は下記の
要素を備える。第１の視点には下記の要素がある。ＮＯ
ｘ濃度を変化させるために流路外へ導出される所定成分
に応じた検出出力を生じる第１電極。第１電極の検出出
力に基づいて、流路内のＮＯｘ濃度を変化させるように
セラミックス体を電気的に制御して所定成分を該流路外
へ導出する第２電極。電圧が印加されて流路内に残留し
たＮＯｘを酸素と窒素に解離する第３電極。第３電極に
よって生成された酸素がセラミックス体を移動すること
によって流れる電流を測定する手段。電流に基づき被測
定ガス中のＮＯｘガス濃度を決定する手段。第１、第２
及び第３電極が、同一空間をなす一つの流路に面してセ
ラミックス体上に形成されていること。第１電極と第３
電極とが、一つの流路内に、実質的に同一の雰囲気に曝
されるよう、互いに近接して配置されてなること。第２
の視点には下記の要素がある。第１電極と第３電極との
間には、移動するＮＯｘ残留ガスに対する拡散抵抗が実
質的に存在しない。第１電極と第３電極とが互いに近接
して配置される。

【０００６】第３の視点には下記の要素がある。セラミ
ックス体は被測定ガスが導入され移動する一つの流路に
面するないし備える。セラミックス体上に形成された流
路内の被測定ガス中の酸素濃度を測定するための酸素濃
度検知電極を備える。セラミックス体上に形成されたも
のであって、酸素濃度検知電極の電位に基づき、流路内
のＮＯｘ濃度を変化させるために、全てのＮＯｘが実質
的に解離（例えば、２ＮＯ→Ｎ₂＋Ｏ₂）しないような電
圧が印加されて流路内の酸素をセラミックス体の外部へ
導出するための電極を備える。セラミックス体上に形成
されたものであって、電圧が印加されてＮＯｘを分解し
生成した酸素を導出するための電極を備える。これらの
電極が一つの流路内に配置されている。酸素濃度検知電
極とＮＯｘを分解するための電極の間には実質的に拡散
抵抗が存在しない。両電極が近接して配置されてなるこ
と。第４の視点には下記の要素がある。ＮＯｘを分解す
るための電極と一対の電極をなし該一対の電極間に解離
した酸素に基づく電流が流れる電極と、流路外に設けら
れ酸素濃度検知電極に対して基準となる電位を生じる酸
素濃度基準電極とがセラミックス体中に封止ないし被覆
された状態で設けられたこと。第５の視点には下記の要
素がある。セラミックス体は、酸素イオン伝導性のセラ
ミックス層が積層されてなる。酸素濃度検知電極とＮＯ
ｘを分解するための電極とが、同層のセラミックス層上
に形成されたこと。第６の視点には下記の要素がある。
流路外に設けられ酸素濃度検知電極に対して基準となる
電位を生じる酸素濃度基準電極とＮＯｘを分解するため
の電極と一対の電極をなし該一対の電極間に解離した酸
素に基づく電流が流れる電極とが共通であること。第７
の視点には下記の要素がある。酸素濃度検知電極とＮＯ
ｘを分解するための電極とが共通であること。第８の視
点には下記の要素がある。酸素濃度検知電極と前記ＮＯ
ｘを分解するための電極とが櫛状に形成される。これら
両電極の櫛部が互いに組み合わされてなる。第９の視点
には下記の要素がある。酸素濃度基準電極が自己生成基
準電極である。自己生成基準極を形成するために流す微
少電流として、ＮＯｘを分解するための電極と該電極と
一対をなす電極間に流れるＮＯｘガス濃度に応じた電流
を用いる。これらの各視点は、酸素イオン伝導性セラミ
ックス体を電気的に制御することによって、被測定ガス
が該セラミックス体に面するないし備えられた流路を通
じて移動する際に、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を変化さ
せるＮＯｘガス濃度検出器、ないし、ＮＯｘを解離し、
生成した酸素により酸素イオン伝導性のセラミックス体
に流れる電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘガス濃度
を測定するＮＯｘガス濃度検出器に適用される。

【０００７】上述の本発明の種々の視点においては、被
測定ガス中のＮＯｘは第１酸素イオンポンプセルによっ
ては分解されずに、第２酸素イオンポンプセルによって
分解されるように各酸素イオンポンプセルを作動させる
ことが望ましいが、必ずしもその必要はなく、第１酸素
イオンポンプセルによってＮＯｘの一部が分解しても構
わない。すなわち、第１酸素イオンポンプセルによって
分解されずに残った少なくとも一部のＮＯｘが第２酸素
イオンポンプセルに供給されればよい。この場合、第１
酸素イオンポンプセルによって分解されたＮＯｘ量によ
って第２酸素イオンポンプセルの一対の電極間に流れる
電流値に影響があるため、被測定ガス中の酸素濃度、第
１酸素イオンポンプセル及び第２酸素イオンポンプセル
の各々の一対の電極間に流れる各電流値から目的とする
ＮＯｘガス濃度を補正して算出することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施の形態
を説明する。好ましくは、それぞれ一対をなす酸素濃度
検知電極及び酸素濃度基準電極、電圧が印加されてＮＯ
ｘを分解し生成した酸素を導出するための電極及び該電
極と一対をなす電極の内、流路内ないし流路外に設けら
れる電極を共通化（酸素濃度検知電極と第２酸素イオン
ポンプセルの内側電極の共通化、又は酸素濃度基準電極
と第２酸素イオンポンプセルの外側電極の共通化）する
ことにより、センサの構造が簡素化され、製造工程及び
酸素濃度基準電極の形成も簡略化される。

【０００９】酸素濃度検知電極と電圧が印加されてＮＯ
ｘを分解し生成した酸素を導出するための電極とを拡散
抵抗を介さない近接した位置に配置することにより、Ｎ
Ｏｘが分解される電極近傍の雰囲気をより正確に検知す
ることができる。また、酸素濃度検知電極の電位に基づ
き流路内の全てのＮＯｘが分解しない程度に流路内の酸
素を導出する電極を制御することにより、被測定ガス中
の酸素濃度がセンサ出力に与える影響を低減できる。ま
た、ＮＯｘの解離は、ＮＯｘを解離するように電圧が印
加される電極上の酸素濃度に影響されるところ、該電極
上の酸素濃度を正確に把握することにより、酸素濃度が
検出器出力のゲインないしオフセットに与える影響を正
確に見積もることができるため、酸素濃度依存性の小さ
い正確なＮＯｘガス濃度測定が可能となる。ところで、
リーン領域ないしストイキ点近傍で運転される内燃機
関、すなわち、リーンとリッチの切り替えが行われる内
燃機関から排出されるガス中の酸素濃度は大きく変動す
る。従って、本発明に基づくＮＯｘガス濃度検出器は、
このような排気ガス中の酸素濃度が大きく変動するよう
な内燃機関の排出系に装着されるＮＯｘガスセンサとし
て、すぐれた利点を有することが明らかである。

【００１０】以下図面を参照して、本発明ＮＯｘガス濃
度検出器の種々の形態を説明する。図１及び図２（Ａ）
に示す本発明の第１の実施形態に係る検出器は、セラミ
ックス体を構成する３つの酸素イオン伝導性固体電解質
層から概略構成され、第１酸素イオンポンプセル１、第
２酸素イオンポンプセル６、酸素濃度検知セル５を備え
ている。そして、第１と第２の固体電解質層の間に、長
手方向に法線をもつ端面が絶縁層、短手方向に法線をも
つ側面が絶縁層と拡散抵抗部２で囲まれた流路３が形成
されている。前記第１の固体電解質層の外側には第１酸
素イオンポンプセル１の外側電極１ａ、その内側には流
路３に面しては流路３の長手方向全長とほぼ同じ長さに
（流路３のほぼ全平面に対向して）内側電極（第２電
極、ＮＯｘ濃度を変化させるための電極）１ｂがそれぞ
れ形成されている。第２の固体電解質層の上には、流路
３に面して、酸素濃度検知電極（第１電極）５ａ及び第
２酸素イオンポンプセル６の内側電極（第３電極、ＮＯ
ｘを分解し解離するための電極）６ａ、流路３に面さず
第２と第３の固体電解質層間に封止されて酸素基準電極
５ｂ及び第２酸素イオンポンプセル６の外側電極６ｂが
形成されている（電極５ｂ、電極６ｂは所定の拡散抵抗
を有するリードを介して大気に連通している）。ここ
で、酸素濃度検知電極５ａと第２酸素イオンポンプセル
６の内側電極６ａは、流路３内の入口（一端部側面）に
設けられた拡散抵抗部（例えば多孔質アルミナ層）２か
ら最も遠い位置に、両電極５ａ，６ａが実質的に同一雰
囲気にあり、ないし、両電極５ａ，６ａ間に実質的に拡
散抵抗が存在しないように、互いに近接して配置されて
いる（図２（Ａ）参照）。電極１ａ、１ｂ、５ａ、５
ｂ、６ａ、６ｂは図２に示すようなリード線と電気的に
接続され、これらの電極の出力を取り出すこと、ないし
制御することができる。固体電解質層間にはそれぞれ絶
縁層（不図示）が形成され、層間のリーク電流を防止し
ている。好ましくは、酸素濃度基準電極５ｂにはリード
線を介して微少電流を供給し、これを自己生成基準電極
とする。この場合、多孔質とされた酸素濃度基準電極５
ｂ近傍の酸素濃度が高くなるように、電極５ａ側から電
極５ｂ側に酸素が輸送される方向に電圧を印加すること
が好ましい。なお、酸素濃度基準電極５ｂ近傍の雰囲気
（参照用気体導入空間の雰囲気）を大気とし、酸素濃度
基準電極に電流を供給しないように構成することもでき
る。

【００１１】このＮＯｘガス濃度検出器によるＮＯｘガ
ス濃度測定方法を説明する。まず、第１酸素イオンポン
プセル１の外側電極１ａ、内側電極１ｂ間と、第２酸素
イオンポンプセル６の内側電極６ａ、外側電極６ｂ間と
に電源をそれぞれ接続し、酸素濃度検知セル５の酸素濃
度検知電極５ａ、酸素濃度基準電極５ｂ間の電位差が所
定の一定値となるように電極１ａ、１ｂ間に接続された
電源の電圧を制御し（全てのＮＯが実質的に解離しない
ように制御される）、電極６ａ、６ｂ間に定電圧（全て
のＮＯｘが選択的に解離されるような電圧）を印加し
て、電極６ａ，６ｂ間に接続された電流計（電流を測定
する手段）により流れる電流を測定する。斯くして、
（１）被測定ガス中のＮＯｘは第１酸素イオンポンプ
セル１の内側電極１ａ近傍ではその全てが実質的に分解
されずに、酸素が電極１ａ及び第１の固体電解質層を介
して流路３外へ導出され、流路３内のＮＯｘガス濃度が
変化する。（２）流路内のＮＯｘ残留ガスが、第２酸
素イオンポンプセル６の内側電極６ａ、外側電極６ｂ間
に印加された電圧により、多孔質な貴金属電極とされた
内側電極６ａ上で酸素と窒素に分解される。（３）分
解の結果発生した酸素は、第２酸素イオンポンプセル６
の内側電極６ａで酸素イオンとなり、酸素イオン伝導性
を有する第２の固体電解質層を通り、外側電極６ｂで再
び酸素となる。（４）よって、第２酸素イオンポンプ
セル６の一対の電極６ａ、６ｂ間に流れる電流は、被測
定ガス中のＮＯｘガス濃度に比例したものとなり、この
電流に基づいてＮＯｘガス濃度を測定できる。なお、予
め、ＮＯｘガス濃度が既知のモデルガスを用いて、ＮＯ
ｘガス濃度と電流との関係を定めておくことにより（Ｎ
Ｏｘガス濃度決定手段）、被測定ガス中のＮＯｘガス濃
度が決定される。例えば、ＮＯｘガス濃度決定手段とし
て、ＮＯｘガス濃度と電流との関係を記憶した記憶部を
備えたマイクロコンピュータを用いてもよい。

【００１２】なお、前記実施形態においては、第１酸素
イオンポンプセル１の電極１ａ，１ｂ間に流れる電流よ
り、被測定ガス中の酸素濃度を測定することができる。
また、流路３内を空所としたが、拡散抵抗物質で一部又
は全部を充填してもよい。流路３は２層の固体電解質層
の間に延在しているが、絶縁層と固体電解質層に挟まれ
て延在してもよい。電極１ａ，１ｂの長さと流路３の全
長がほぼ等しいが、等しくなくてもよく、電極１ａ，１
ｂと流路３の互いの長さを所定比率にしてもよい。

【００１３】図２（Ｂ）に示す本発明の第２の実施形態
に係るＮＯｘガス濃度検出器は、前記第１の実施形態の
変形例であって、酸素濃度検知電極５ａと第２酸素イオ
ンポンプセル６の内側電極６ａを同一セルの同一面に設
けると共に、両電極形状が櫛形であり、両電極の櫛部が
互いに組み合わされてなることを特徴とする。これによ
って、第２酸素イオンポンプセル６の内側電極６ａ上の
酸素分圧をより正確に測定し、制御することができる。
なお、本実施形態においては電極が櫛状に組合わさって
いるが、他の組み合わせ形状、例えば曲線的に組み合わ
されていてもよい。

【００１４】図３に示す本発明の第３の実施形態に係る
ＮＯｘガス濃度検出器は、酸素濃度基準電極と第２酸素
イオンポンプセルの外側電極を共通化（外側共通電極５
−６ｂ）したことを特徴とする。これによって、電極に
接続されるリード線の数を削減することができ、更に、
酸素濃度基準電極５ｂを自己生成基準電極とする場合、
基準電極を形成するために流す微少電流として、第２酸
素イオンポンプセルの内側電極と外側電極間に流れるＮ
Ｏｘガス濃度に基本的に比例する電流を用いることがで
きるため、センサ構成及び外部回路構成を簡略化するこ
とができる。また、酸素濃度基準電極５ｂを自己生成基
準電極とすることにより、基準電位近傍の酸素濃度が安
定するので、正確な酸素濃度検知が行われることとな
り、ひいては高精度のＮＯｘガス濃度検出が可能とな
る。

【００１５】図４に示す発明の第４の実施形態に係るＮ
Ｏｘガス濃度検出器は、酸素濃度検知電極と第２酸素イ
オンポンプセルの内側電極を共通化（内側共通電極５−
６ａ）したことを特徴とする。これによって、電極に接
続されるリード線の数を削減することができるため、セ
ンサ構成及び外部回路構成を簡略化することができる。

【００１６】以下本発明の実施形態に係るＮＯｘガス濃
度検出器の好ましい製造例を説明する。検出器はＺｒＯ
₂グリーンシート及び電極用のペーストなどが積層され
焼成されることにより作製される。絶縁コート、電極用
のペースト材料は、所定のＺｒＯ₂グリーンシート（第
１、第２酸素イオンポンプセルの固体電解質層となる）
にスクリーン印刷されることにより、絶縁層、電極が所
定位置に積層形成される。次に、ＺｒＯ₂グリーンシー
トなどの製造例を説明する。

【００１７】［ＺｒＯ₂グリーンシート成形］ＺｒＯ₂粉
末を大気炉にて仮焼する。仮焼したＺｒＯ₂粉末、分散
剤、有機溶剤を球石とともにトロンメルに入れ、混合
し、分散させ、これに有機バインダーを有機溶剤に溶解
させたものを添加し、混合してスラリーを得た。このス
ラリーからドクターブレード法により、厚さ0.4ｍｍ程
度のＺｒＯ₂グリーンシートを作製し、乾燥する。

【００１８】［印刷用ペースト］ (１)第１酸素イオンポンプセルの外側電極、酸素濃度基
準電極、第２酸素イオンポンプ内側及び外側電極用：
白金粉末、ＺｒＯ₂粉末、適量の有機溶剤を混合し、分
散させ、これに有機バインダーを有機溶剤に溶解させた
ものを添加し、さらに粘度調整剤を添加し、混合してペ
ーストを作製する。

【００１９】(２)第１酸素イオンポンプセルの内側電
極、酸素濃度検知電極（測定電極）用：白金粉末、Ｚ
ｒＯ₂粉末、金粉末、適量の有機溶剤を混合し、分散さ
せ、これに有機バインダーを有機溶剤に溶解させたもの
を添加し、さらに粘度調整剤を添加し、混合してペース
トを作製する。

【００２０】(３)絶縁コート、保護コート用：アルミ
ナ粉末と適量の有機溶剤を混合し、溶解させ、さらに粘
度調整剤を添加し、混合してペーストを作製する。

【００２１】(４)Pt入り多孔質用（リード線用）：ア
ルミナ粉末、白金粉末、有機バインダ、有機溶剤を、混
合し、さらに粘度調整剤を添加し、混合してペーストを
作製する。

【００２２】(５)拡散抵抗部用：アルミナ粉末、有機
バインダー、有機溶剤を混合し、分散させ、さらに粘度
調整剤を添加し、混合してペーストを作製する。

【００２３】(６)カーボンコート用：カーボン粉末、
有機バインダ、有機溶剤を混合し、分散させ、さらに粘
度調整剤を添加し、混合してペーストを作製する。な
お、カーボンコートを印刷形成することにより、一例を
挙げれば、電極間の電気的接触が防止される。また、カ
ーボンコートは流路を形成するために用いられる。カー
ボンは焼成途中で焼失するので、カーボンコート層は焼
成体には存在しない。

【００２４】［ＺｒＯ₂グリーンシート積層、脱バイン
ダー及び焼成］所定のペーストが印刷されたＺｒＯ₂
グリーンシートらを圧着する。圧着した成形体を、脱バ
インダーし、焼成する。

【００２５】第１、第２酸素イオンポンプセル及び酸素
濃度測定セルをそれぞれ構成する酸素イオン伝導性を有
する固体電解質層としては、Ｙ₂Ｏ₃ないしＣａＯを固溶
させたＺｒＯ₂が代表的なものであるが、それ以外のア
ルカリ土類金属元素ないし希土類金属元素の酸化物とＺ
ｒＯ₂との固溶体を使用してもよい。また、ベースとな
るＺｒＯ₂にはＨｆＯ₂が含有されていてもよい。また、
ＺｒＯ₂は部分安定化または安定化ジルコニアのどちら
でもよく、さらにＺｒＯ₂に代えて、ＣｅＯ₂、Ｈｆ
Ｏ₂、ＴｈＯ₂を用いることができる。安定化剤として、
例えばＣａＯ，ＭｇＯ，又はＹ₂Ｏ₃等の希土類酸化物
（例えばＬａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃）の一種以上を用いる。好
ましくは、イットリア部分安定化ジルコニア粉末（ＹＳ
Ｚ）を用いる。他の安定化剤或いは他の固体電解質も用
いることができる。

【００２６】

【実施例】［試験例］図１に示す構造を有し、図２
（Ｂ）に示したように流路３内の酸素濃度検知電極５ａ
と第２酸素イオンポンプセル６の内側電極６ａの形状を
櫛形形状とし、且つ、図３に示すように流路３外側の酸
素濃度基準電極と第２酸素イオンポンプセルの外側電極
を共通外側電極５−６ｂとした本発明の実施例に係るＮ
Ｏｘガス濃度検出器を用いて種々の試験を行った。ま
た、比較例として、本発明者らが先に提案した構造のＮ
Ｏｘガス濃度検出器を用いて同様の試験を行った。図５
に示す比較例の検出器は、４層の固体電解質層が積層さ
れてなり、２つの拡散抵抗部２、７と２つの流路３、８
（第２流路８は絶縁層９で側面の一部が囲まれる）を有
し、且つ、酸素濃度検知電極５ａとＮＯｘガス濃度に応
じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセル６の内側電
極６ａが異なる空間（離れた位置）に設けられ、第２の
流路８内の酸素濃度を検知する代わりに第１の流路３内
の酸素濃度を酸素濃度検知電極５ａが検知する。比較例
の検出器においては、第１拡散抵抗部２を通じて第１流
路３に拡散した被測定ガス中の酸素が酸素濃度検知電極
５ａの電位に基づき第１酸素イオンポンプセル１の外側
電極１ａ及び内側電極１ｂによって導出され、酸素濃度
が所定以下に制御されたガスが第２拡散抵抗部７を介し
て第２流路８内に拡散する。第２酸素イオンポンプセル
６の内側電極６ａ、外側電極６ｂには一定の電圧が印加
されて、両電極６ａ、６ｂ間にはＮＯｘ濃度に比例する
電流が流れる。

【００２７】［試験例１］実施例に係るＮＯｘガス濃度
検出器に実施の形態の欄で説明したような外部回路を取
り付け、所定濃度のＮＯガスを含む被測定ガスを投入し
た。試験条件は下記の通りである。被測定ガス組成「Ｎ
Ｏ：０〜１５００ｐｐｍ、Ｏ₂：１％、ＣＯ₂：１０％、
Ｎ₂：ｂａｌ．」、被測定ガス温度３００℃、検知部温
度８００℃（検出器外層に取り付けたヒータ層により加
温）。図６に、投入したＮＯ濃度と第２酸素イオンポン
プセルの内側電極と外側電極間に流れるＮＯガス濃度に
比例した電流Ｉｐ２（検出器出力）の関係を示す。図６
において、ＮＯ濃度の変化に対してＩｐ２は直線的に変
化している。従って、Ｉｐ２を測定することにより、Ｎ
Ｏガス濃度を求めることができることが分かる。

【００２８】［試験例２］実施例に係るＮＯｘガス濃度
検出器に実施の形態の欄で説明したような外部回路を取
り付け、ＮＯガスを含まない被測定ガスを酸素濃度を変
えて投入した。試験条件は下記の通りである。被測定ガ
ス組成「ＮＯ：０ｐｐｍ、Ｏ₂：０〜１５％、ＣＯ₂：１
０％、Ｎ₂：ｂａｌ．」、被測定ガス温度３００℃、検
知部温度８００℃。また、比較のため、図５に示した比
較例の検出器を用いて同様に試験を行った。図７に、実
施例と比較例の検出器における被測定ガス中の酸素濃度
とＩｐ２の関係をそれぞれ示す。実線が実施例の試験デ
ータを示し、破線が比較例の試験データを示す。図７よ
り、酸素濃度０〜１５％の変化に対して実施例のＩｐ２
の変化量が３μＡ程度であり、比較例のそれに比べて小
さくなっている。従って、実施例の検出器では、第２酸
素イオンポンプセルの内側電極上の酸素分圧がより正確
に検知され、制御されていることが分かる。

【００２９】［試験例３］実施例に係るＮＯｘ濃度ガス
検出器に実施の形態の欄で説明したような外部回路を取
り付け、被測定ガス中のＮＯガス濃度を０から１５００
ｐｐｍに変えて検出器出力の立ち上がり特性を調べた。
また、図５に示した比較例の検出器を用いて同様の試験
を行った。試験条件は下記の通りである。被測定ガス組
成「ＮＯ:０→１５００ｐｐｍ、Ｏ₂：１０％、ＣＯ₂：１
０％、Ｎ₂：ｂａｌ．」、被測定ガス温度３００℃、検
知部温度８００℃。図８に、実施例と比較例の検出器に
おけるＮＯガス濃度を０ｐｐｍから１５００ｐｐｍに変
えて投入した際の検出器出力の応答性を示す。実線が実
施例の試験データを示し、破線が比較例の試験データを
示す。図８によれば、実施例の応答時間は比較例と比べ
て約半分であり、実施例のセンサによれば応答性良くＮ
Ｏ濃度を測定できることが分かる。

【００３０】

【発明の効果】本発明に基づけば、簡素な構造のＮＯｘ
ガス濃度検出器が提供される。また、本発明に基づけ
ば、被測定ガスが流れるにつれてＮＯｘガス濃度が変化
する流路内において、流路内の全てのＮＯｘが分解しな
いように流路外へ導出される成分に応じた検出出力を生
じる検出電極と、ＮＯｘを解離するための解離電極との
間に実質的に拡散抵抗が存在しないこと、ないし、両電
極を実質的同一の雰囲気に曝すことによって、応答性良
く、且つ、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を正確に測定でき
ることとなる（ＮＯｘ解離電極上の雰囲気を的確に把握
できるため）。さらに、本発明に基づけば、上記両電極
間に拡散抵抗部を設ける必要がないため、製造が容易と
なって、ロット間の検出器出力のバラツキも低減され
る。また、工数も削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るＮＯｘガス濃度
検出器を説明するための図であって、検出器を長手方向
に切断した面を示す図である。

【図２】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１中の矢視Ａ、
Ｂ線で示す方向に沿った平面図であって、（Ａ）は本発
明の第１の実施形態に係るＮＯｘガス濃度検出器を説明
するための図であり、（Ｂ）本発明の第２の実施形態
（第１の実施形態の変形例）に係るＮＯｘガス濃度検出
器を説明するための図である。

【図３】本発明の第３の実施形態に係るＮＯｘガス濃度
検出器を説明するための図であって、検出器を長手方向
に切断した面を示す図である。

【図４】本発明の第４の実施形態に係るＮＯｘガス濃度
検出器を説明するための図であって、検出器を長手方向
に切断した面を示す図である。

【図５】比較例に係るＮＯｘガス濃度検出器を説明する
ための図であって、検出器を長手方向に切断した面を示
す図である。

【図６】本発明の実施例に係るＮＯｘガス濃度検出器の
出力と投入したＮＯ濃度の関係を説明するための図であ
る。

【図７】本発明の実施例に係るＮＯｘガス濃度検出器出
力と比較例に係る検出器出力の酸素濃度依存性を説明す
るための図である。

【図８】本発明の実施例に係るＮＯｘガス濃度検出器出
力と比較例に係る検出器出力の応答性を説明するための
図である。

【符号の説明】

１ａ外側電極（第２電極と一対をなす電極）１ｂ内側電極（第２電極、ＮＯｘ濃度を変化させる電
極）２拡散抵抗部３流路４絶縁層５ａ酸素濃度検知電極（第１電極）５ｂ酸素濃度基準電極６ａ外側電極６ｂ内側電極（第３電極、ＮＯｘを分解し解離するた
めの電極）５−６ａ内側共通電極５−６ｂ外側共通電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石田昇名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者大島崇文名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素イオン伝導性セラミックス体を電気的
に制御することによって、被測定ガスが該セラミックス
体に備えられた流路を通じて移動する際に被測定ガス中
のＮＯｘ濃度を変化させるＮＯｘガス濃度検出器であっ
て、ＮＯｘ濃度を変化させるために前記流路外へ導出さ
れる成分に応じた検出出力を生じる第１電極と、前記第
１電極の検出出力に基づいて、前記流路内のＮＯｘ濃度
を変化させるように前記セラミックス体を電気的に制御
して前記成分を該流路外へ導出する第２電極と、電圧が
印加されて前記流路内に残留したＮＯｘ残留ガス中のＮ
Ｏｘを酸素と窒素に解離する第３電極と、を有し、前記
第３電極によって生成された酸素が前記セラミックス体
を移動することによって流れる電流を測定する手段と、
前記電流に基づき被測定ガス中のＮＯｘガス濃度を決定
する手段と、が付設され、前記第１、第２及び第３電極
が、同一空間をなす一つの前記流路に面して前記セラミ
ックス体上に形成され、さらに、前記第１電極と前記第
３電極とが、前記一つの流路内に、実質的に同一の雰囲
気に曝されるよう、互いに近接して配置されてなること
を特徴とするＮＯｘガス濃度検出器。
【請求項２】前記第１電極と前記第３電極との間には、
移動するＮＯｘ残留ガスに対する拡散抵抗が実質的に存
在しないように、該第１電極と該第３電極とが互いに近
接して配置されてなることを特徴とする請求項１記載の
ＮＯｘガス濃度検出器。
【請求項３】ＮＯｘを解離し、生成した酸素により酸素
イオン伝導性のセラミックス体に流れる電流に基づいて
被測定ガス中のＮＯｘガス濃度を測定するＮＯｘガス濃
度検出器であって、前記セラミックス体は被測定ガスが
導入され移動する一つの流路に面し、いずれも前記セラ
ミックス体上に形成された、前記流路内の被測定ガス中
の酸素濃度を測定するための酸素濃度検知電極と、前記
酸素濃度検知電極の電位に基づき、前記流路内のＮＯｘ
濃度を変化させるために、全てのＮＯが実質的に解離し
ない程度に該流路内の酸素を前記セラミックス体の外部
へ導出するための電極と、電圧が印加されてＮＯｘを分
解し生成した酸素を導出するための電極と、が共に前記
一つの流路内に配置され、さらに、前記酸素濃度検知電
極と前記ＮＯｘを分解するための電極の間には実質的に
拡散抵抗が存在しないように、該両電極が近接して配置
されたことを特徴とするＮＯｘガス濃度検出器。
【請求項４】前記ＮＯｘを分解するための電極と一対の
電極をなし該一対の電極間に解離した酸素に基づく電流
が流れる電極と、前記流路外に設けられ前記酸素濃度検
知電極に対して基準となる電位を生じる酸素濃度基準電
極と、が前記セラミックス体中に封止された状態で設け
られたことを特徴とする請求項３記載のＮＯｘガス濃度
検出器。
【請求項５】前記セラミックス体は、酸素イオン伝導性
のセラミックス層が積層されてなり、前記酸素濃度検知
電極と前記ＮＯｘを分解するための電極とが、同層の前
記セラミックス層上に形成されたことを特徴とする請求
項３又は４記載のＮＯｘガス濃度検出器。
【請求項６】前記流路外に設けられ前記酸素濃度検知電
極に対して基準となる電位を生じる酸素濃度基準電極
と、前記ＮＯｘを分解するための電極と一対の電極をな
し該一対の電極間に解離した酸素に基づく電流が流れる
電極とが共通であることを特徴とする請求項３〜５のい
ずれか一に記載のＮＯｘガス濃度検出器。
【請求項７】前記酸素濃度検知電極と前記ＮＯｘを分解
するための電極とが共通であることを特徴とする請求項
３〜６のいずれか一に記載のＮＯｘガス濃度検出器。
【請求項８】前記酸素濃度検知電極と前記ＮＯｘを分解
するための電極とが櫛状に形成され、該両電極の櫛部が
互いに組み合わされてなることを特徴とする請求項３〜
７のいずれか一に記載のＮＯｘガス濃度検出器。
【請求項９】前記酸素濃度基準電極が自己生成基準電極
であって、自己生成基準極を形成するために流す微少電
流として、前記ＮＯｘを分解するための電極と該電極と
一対をなす電極間に流れるＮＯｘガス濃度に応じた電流
を用いることを特徴とする請求項３〜８記載のＮＯｘガ
ス濃度検出器。