特開 2024-141833 ガスセンサの動作方法および濃度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024141833

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】ガスセンサの動作方法および濃度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20241003BHJP

   G01N 27/41 20060101ALI20241003BHJP

   G01N 27/419 20060101ALI20241003BHJP

   G01N 27/409 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

G01N27/416 331

G01N27/41 325Q

G01N27/419 327Q

G01N27/409 100

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023053680

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(74)【代理人】

【識別番号】100134991

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 和樹

(74)【代理人】

【識別番号】100148507

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 弘行

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 直哉

(72)【発明者】

【氏名】岳川 一輝

(72)【発明者】

【氏名】平田 翔大

(72)【発明者】

【氏名】藤井 雄介

【テーマコード（参考）】

2G004

【Ｆターム（参考）】

2G004BB04

2G004BC02

2G004BF19

2G004BF20

2G004BF27

2G004BJ03

2G004BL08

(57)【要約】

【課題】発熱反応を生じ得るガス種が共存する被測定ガスの導入環境下でも好適に使用可能なガスセンサの動作方法を提供する。
【解決手段】ヒータエレメントに対する通電が所定のＤｕｔｙ比にて行われることによりヒータ部にて加熱されるセンサ素子が通常駆動温度にある状態で、ヒータ部におけるＤｕｔｙ比をモニタし、Ｄｕｔｙ比の駆動温度に対応した通常値からの減少が検知された場合、Ｄｕｔｙ比をさらに低減させてセンサ素子の温度を所定の保護駆動温度にまで低減させ、所定の保護駆動時間が経過した時点でＤｕｔｙ比を増大させることにより、センサ素子を保護駆動温度から前記通常駆動温度に復帰させ、センサ素子が通常駆動温度に復帰したときのＤｕｔｙ比が通常値よりも小さい場合はＤｕｔｙ比を再び低減させて、センサ素子の温度を保護駆動温度にまで低減させる、ようにした。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸素イオン伝導性の固体電解質にて構成された基体部を有しかつ被測定ガスに含まれる所定ガス成分の濃度を特定可能に構成されたセンサ素子を備える、ガスセンサの動作方法であって、
前記センサ素子が、Ｄｕｔｙ比に従いヒータエレメントに対し通電が行われることにより前記センサ素子を加熱するヒータ部を備えるものであり、
前記ガスセンサにおいては、前記センサ素子の前記ヒータエレメントが備わる側の端部が、前記被測定ガスが導入される保護カバー内に突出しており、
前記ヒータ部に前記センサ素子を所定の通常駆動温度にまで加熱昇温させるとともに、前記ガスセンサを前記所定ガス成分の測定が可能な駆動状態とするセンサ始動工程と、
前記ヒータ部における前記Ｄｕｔｙ比をモニタするモニタ工程と、
前記センサ素子の温度と前記モニタ工程において得られる前記Ｄｕｔｙ比の値とに基づいて前記センサ素子の温度を制御する温度制御工程と、
を備え、
前記温度制御工程においては、
前記センサ素子が前記通常駆動温度にある状態で、前記モニタ工程において前記Ｄｕｔｙ比の前記通常駆動温度に対応した通常値からの減少が検知された場合、前記Ｄｕｔｙ比をさらに低減させて前記センサ素子の温度を所定の保護駆動温度にまで低減させ、
前記センサ素子の温度を前記保護駆動温度に低減させてから所定の保護駆動時間が経過した時点で、前記Ｄｕｔｙ比を増大させることにより、前記センサ素子を前記保護駆動温度から前記通常駆動温度に復帰させ、
前記センサ素子が前記通常駆動温度に復帰したときの前記Ｄｕｔｙ比が前記通常値よりも小さい場合は前記Ｄｕｔｙ比を再び低減させて、前記センサ素子の温度を前記保護駆動温度にまで低減させる、
ことを特徴とする、ガスセンサの動作方法。

【請求項2】

請求項１に記載のガスセンサの動作方法であって、
前記保護駆動温度が、あらかじめ特定された、前記被測定ガスに含まれる酸素と水素との反応により発生する熱応力により前記センサ素子にクラックが発生しない温度である、
ことを特徴とする、ガスセンサの動作方法。

【請求項3】

請求項２に記載のガスセンサの動作方法であって、
前記通常駆動温度が７５０℃超～９００℃であり、
前記保護駆動温度が７５０℃以下である、
ことを特徴とする、ガスセンサの動作方法。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のガスセンサの動作方法であって、
前記ガスセンサとして限界電流型のガスセンサを用い、
前記センサ素子が、
前記ヒータエレメントが備わる側の端部に設けられた、前記被測定ガスが導入されるガス導入口と、
拡散律速部を介して前記ガス導入口と連通してなる、測定用内部空所と、
前記測定用内部空所に設けられた測定電極と、前記測定用内部空所以外の箇所に設けられてなる空所外ポンプ電極と、前記測定電極と前記空所外ポンプ電極との間に存在する前記固体電解質とから構成された測定ポンプセルと、
備えることを特徴とする、ガスセンサの動作方法。

【請求項5】

被測定ガスに含まれる所定ガス成分の濃度を特定可能に構成されたガスセンサと、制御手段とを備える濃度測定装置であって、
前記ガスセンサが、
酸素イオン伝導性の固体電解質にて構成された基体部を有しかつ被測定ガスに含まれる所定ガス成分の濃度を特定可能に構成されたセンサ素子と、
前記被測定ガスが導入される保護カバーと、
前記センサ素子の動作を制御するセンサコントローラと、
を備え、
前記センサ素子が、前記制御手段の制御に基づき前記センサコントローラが設定するＤｕｔｙ比に従いヒータエレメントに対し通電されることによって前記センサ素子を加熱する、ヒータ部を備え、
前記センサ素子の前記ヒータエレメントが備わる側の端部が、前記保護カバー内に突出しており、
前記制御手段は、
前記センサコントローラに、前記ヒータ部によって前記センサ素子を所定の通常駆動温度にまで加熱昇温させるとともに、前記ガスセンサを前記所定ガス成分の測定が可能な状態とさせ、
前記センサコントローラが設定する前記ヒータ部における前記Ｄｕｔｙ比をモニタし、かつ、
前記センサ素子の温度とモニタしている前記Ｄｕｔｙ比の値とに基づいて前記センサコントローラに前記センサ素子の温度を制御させるように、
構成されており、
前記センサ素子が前記通常駆動温度にある状態で、前記Ｄｕｔｙ比の前記通常駆動温度に対応した通常値からの減少を検知した場合、前記センサコントローラに前記Ｄｕｔｙ比をさらに低減させることによって前記センサ素子の温度を所定の保護駆動温度にまで低減させ、
前記センサ素子の温度を前記保護駆動温度に低減させてから所定の保護駆動時間が経過した時点で、前記センサコントローラに前記Ｄｕｔｙ比を増大させることにより、前記センサ素子を前記保護駆動温度から前記通常駆動温度に復帰させ、
前記センサ素子が前記通常駆動温度に復帰したときの前記Ｄｕｔｙ比が前記通常値よりも小さい場合は前記センサコントローラに前記Ｄｕｔｙ比を再び低減させて、前記センサ素子の温度を前記保護駆動温度にまで低減させる、
ことを特徴とする、濃度測定装置。

【請求項6】

請求項５に記載の濃度測定装置であって、
前記保護駆動温度は、前記被測定ガスに含まれる酸素と水素との反応により発生する熱応力により前記センサ素子にクラックが発生しない温度である、
ことを特徴とする、濃度測定装置。

【請求項7】

請求項６に記載の濃度測定装置であって、
前記通常駆動温度が７５０℃超～９００℃であり、
前記保護駆動温度が７５０℃以下である、
ことを特徴とする、濃度測定装置。

【請求項8】

請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の濃度測定装置であって、
前記ガスセンサが、限界電流型のガスセンサであり、
前記センサ素子が、
前記ヒータエレメントが備わる側の端部に設けられた、前記被測定ガスが導入されるガス導入口と、
拡散律速部を介して前記ガス導入口と連通してなる、測定用内部空所と、
前記測定用内部空所に設けられた測定電極と、前記測定用内部空所以外の箇所に設けられてなる空所外ポンプ電極と、前記測定電極と前記空所外ポンプ電極との間に存在する前記固体電解質とから構成された測定ポンプセルと、
を備えることを特徴とする、濃度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気管に設けられてなるガスセンサの動作方法に関し、特に、酸素と水素の共存下で使用されるガスセンサの温度制御に関する。

【背景技術】

【0002】

ガソリン車両における環境性能を確保・維持する観点から、エンジンの排気経路においてＴＷＣ（三元触媒）とＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）とを備える触媒部から下流側へと排出されるＮＯｘおよびアンモニア（ＮＨ_３）の排出量を、正確にかつ経時的に把握することが、求められている。ＴＷＣの内部がリーン雰囲気である場合にはＮＯｘが排出され、リッチ雰囲気である場合にはＮＨ_３が排出される。ＮＯｘおよびＮＨ_３の排出量を把握することにより、触媒部の劣化の度合を診断することが可能となる。

【0003】

ＮＯｘセンサをガソリンエンジンの排気経路に取り付け、使用する態様は、すでに公知である（例えば特許文献１および特許文献２参照）。

【0004】

また、特許文献１および特許文献２に開示されているようなＮＯｘを検出可能なガスセンサにおいて、ＮＨ_３を検出可能であることも、すでに公知である（例えば特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－１１３７７０号公報

【特許文献2】特開２０２１－１４８６１２号公報

【特許文献3】特開２０２２－０９１６６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したＮＯｘおよびアンモニアを検出可能なガスセンサを用いたＮＯｘおよびアンモニアの排出量の把握は、水素エンジン車両の排気経路についても望まれている。

【0007】

水素エンジン車両の場合、排気経路において酸素と水素とが共存する状況が生じるところ、酸素と水素とが所定の濃度範囲にある場合、水素爆発が生じることや、水素が大気中で５００℃を超える高温になると自然発火することが、広く知られている。

【0008】

特許文献１ないし特許文献３に開示されているようなガスセンサを水素エンジン車両の排気経路に取り付けて使用する場合であれば、ガスセンサの動作条件次第では、ガスセンサの内部で共存する酸素と水素が急激に反応することに伴い生じる熱応力がセンサ素子に作用し、係るセンサ素子にクラックが発生してしまうことが、あり得る。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、例えば酸素と水素など、発熱反応を生じ得るガス種が共存する被測定ガスがガスセンサに導入される環境下であっても、当該ガスセンサを好適に使用可能なガスセンサの動作方法を提供することを、目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、酸素イオン伝導性の固体電解質にて構成された基体部を有しかつ被測定ガスに含まれる所定ガス成分の濃度を特定可能に構成されたセンサ素子を備える、ガスセンサの動作方法であって、前記センサ素子が、Ｄｕｔｙ比に従いヒータエレメントに対し通電が行われることにより前記センサ素子を加熱するヒータ部を備えるものであり、前記ガスセンサにおいては、前記センサ素子の前記ヒータエレメントが備わる側の端部が、前記被測定ガスが導入される保護カバー内に突出しており、前記ヒータ部に前記センサ素子を所定の通常駆動温度にまで加熱昇温させるとともに、前記ガスセンサを前記所定ガス成分の測定が可能な駆動状態とするセンサ始動工程と、前記ヒータ部における前記Ｄｕｔｙ比をモニタするモニタ工程と、前記センサ素子の温度と前記モニタ工程において得られる前記Ｄｕｔｙ比の値とに基づいて前記センサ素子の温度を制御する温度制御工程と、を備え、前記温度制御工程においては、前記センサ素子が前記通常駆動温度にある状態で、前記モニタ工程において前記Ｄｕｔｙ比の前記通常駆動温度に対応した通常値からの減少が検知された場合、前記Ｄｕｔｙ比をさらに低減させて前記センサ素子の温度を所定の保護駆動温度にまで低減させ、前記センサ素子の温度を前記保護駆動温度に低減させてから所定の保護駆動時間が経過した時点で、前記Ｄｕｔｙ比を増大させることにより、前記センサ素子を前記保護駆動温度から前記通常駆動温度に復帰させ、前記センサ素子が前記通常駆動温度に復帰したときの前記Ｄｕｔｙ比が前記通常値よりも小さい場合は前記Ｄｕｔｙ比を再び低減させて、前記センサ素子の温度を前記保護駆動温度にまで低減させる、ことを特徴とする。

【0011】

本発明の第２の態様は、第１の態様に係るガスセンサの動作方法であって、前記保護駆動温度が、あらかじめ特定された、前記被測定ガスに含まれる酸素と水素との反応により発生する熱応力により前記センサ素子にクラックが発生しない温度である、ことを特徴とする。

【0012】

本発明の第３の態様は、第２の態様に係るガスセンサの動作方法であって、前記通常駆動温度が７５０℃超～９００℃であり、前記保護駆動温度が７５０℃以下である、ことを特徴とする。

【0013】

本発明の第４の態様は、第１ないし第３の態様のいずれかに係るガスセンサの動作方法であって、前記ガスセンサとして限界電流型のガスセンサを用い、前記センサ素子が、前記ヒータエレメントが備わる側の端部に設けられた、前記被測定ガスが導入されるガス導入口と、拡散律速部を介して前記ガス導入口と連通してなる、測定用内部空所と、前記測定用内部空所に設けられた測定電極と、前記測定用内部空所以外の箇所に設けられてなる空所外ポンプ電極と、前記測定電極と前記空所外ポンプ電極との間に存在する前記固体電解質とから構成された測定ポンプセルと、備えることを特徴とする。

【0014】

本発明の第５の態様は、被測定ガスに含まれる所定ガス成分の濃度を特定可能に構成されたガスセンサと、制御手段とを備える濃度測定装置であって、前記ガスセンサが、酸素イオン伝導性の固体電解質にて構成された基体部を有しかつ被測定ガスに含まれる所定ガス成分の濃度を特定可能に構成されたセンサ素子と、前記被測定ガスが導入される保護カバーと、前記センサ素子の動作を制御するセンサコントローラと、を備え、前記センサ素子が、前記制御手段の制御に基づき前記センサコントローラが設定するＤｕｔｙ比に従いヒータエレメントに対し通電されることによって前記センサ素子を加熱する、ヒータ部を備え、前記センサ素子の前記ヒータエレメントが備わる側の端部が、前記保護カバー内に突出しており、前記制御手段は、前記センサコントローラに、前記ヒータ部によって前記センサ素子を所定の通常駆動温度にまで加熱昇温させるとともに、前記ガスセンサを前記所定ガス成分の測定が可能な状態とさせ、前記センサコントローラが設定する前記ヒータ部における前記Ｄｕｔｙ比をモニタし、かつ、前記センサ素子の温度とモニタしている前記Ｄｕｔｙ比の値とに基づいて前記センサコントローラに前記センサ素子の温度を制御させるように、構成されており、前記センサ素子が前記通常駆動温度にある状態で、前記Ｄｕｔｙ比の前記通常駆動温度に対応した通常値からの減少を検知した場合、前記センサコントローラに前記Ｄｕｔｙ比をさらに低減させることによって前記センサ素子の温度を所定の保護駆動温度にまで低減させ、前記センサ素子の温度を前記保護駆動温度に低減させてから所定の保護駆動時間が経過した時点で、前記センサコントローラに前記Ｄｕｔｙ比を増大させることにより、前記センサ素子を前記保護駆動温度から前記通常駆動温度に復帰させ、前記センサ素子が前記通常駆動温度に復帰したときの前記Ｄｕｔｙ比が前記通常値よりも小さい場合は前記センサコントローラに前記Ｄｕｔｙ比を再び低減させて、前記センサ素子の温度を前記保護駆動温度にまで低減させる、ことを特徴とする。

【0015】

本発明の第６の態様は、第５の態様に係る濃度測定装置であって、前記保護駆動温度は、前記被測定ガスに含まれる酸素と水素との反応により発生する熱応力により前記センサ素子にクラックが発生しない温度である、ことを特徴とする。

【0016】

本発明の第７の態様は、第６の態様に係る濃度測定装置であって、前記通常駆動温度が７５０℃超～９００℃であり、前記保護駆動温度が７５０℃以下である、ことを特徴とする。

【0017】

本発明の第８の態様は、第５ないし第７の態様のいずれかに係る濃度測定装置であって、前記ガスセンサが、限界電流型のガスセンサであり、前記センサ素子が、前記ヒータエレメントが備わる側の端部に設けられた、前記被測定ガスが導入されるガス導入口と、拡散律速部を介して前記ガス導入口と連通してなる、測定用内部空所と、前記測定用内部空所に設けられた測定電極と、前記測定用内部空所以外の箇所に設けられてなる空所外ポンプ電極と、前記測定電極と前記空所外ポンプ電極との間に存在する前記固体電解質とから構成された測定ポンプセルと、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明の第１ないし第８の態様によれば、例えば酸素と水素など、発熱反応を生じ得るガス種が共存する被測定ガスがガスセンサに導入される場合であっても、ガスセンサのセンサ素子における、当該発熱反応に伴い生じる熱応力に起因したクラックの発生を、回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】車両システム１０００の要部の構成を模式的に示す図である。

【図2】ガスセンサ１００に備わるセンサ素子１０１の構成の一例を概略的に示す、素子長手方向に沿った垂直断面図である。

【図3】ガスセンサ１００の長手方向に沿った要部断面図である。

【図4】ガスセンサ１００の内部に酸素と水素が共存するガスが流入したときの様子を模式的に示す図である。

【図5】酸素と水素の濃度の組み合わせが相異なる複数種類のガス雰囲気下のそれぞれでガスセンサ１００を使用したときに、センサ素子１０１にクラックが生じる頻度を示す図である。

【図6】大気雰囲気下および酸素と水素の混合雰囲気下でのヒータエレメント７２に対する通電の際のＤｕｔｙ比の時間変化を示す図である。

【図7】センサ素子１０１における酸素と水素の反応に起因したクラックの発生を回避するための、ガスセンサ１００の動作フローを示す図である。

【図8】ガスセンサ１００の内部で酸素と水素の反応が生じる場合の、ヒータ部７０による通電加熱の際のＤｕｔｙ比と、センサ素子１０１の温度との時間変化とを、模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は、本実施の形態に係る動作方法の実施対象であるガスセンサ１００を含む、車両システム１０００の要部の構成を、模式的に示す図である。

【0021】

車両システム１０００は、ガスセンサ１００に加え、図示しない車両（自動車）本体に搭載された、当該車両の動力源たるエンジン２００と、エンジン２００から排出される排ガスの排気管３００と、排気管３００の途中に設けられてなる触媒部４００と、車両システム１０００の動作を制御するＥＣＵ（電子制御装置）５００とを、主として備える。

【0022】

なお、本実施の形態において、エンジン２００は、排気管３００内において酸素と水素とが共存し得る環境下で使用されるものであるとする。このようなエンジン２００としては、ガソリンエンジンおよび水素エンジンが例示される。

【0023】

ガスセンサ１００は、排気管３００において触媒部４００よりも下流側に設けられてなり、エンジン２００から排出された後、触媒部４００を通過した排ガスにおけるＮＯｘおよびＮＨ_３を検知し、その濃度を特定するためのものである。ガスセンサ１００は、後述するセンサ素子１０１（図２参照）を備える。ガスセンサ１００は、センサコントローラ１５０を介してＥＣＵ５００に接続されており、時々刻々と測定されるＮＯｘおよびＮＨ_３の濃度の時間積分値をＥＣＵ５００にて演算することにより、ＮＯｘおよびＮＨ_３の排出量が求められるようになっている。

【0024】

本実施の形態においては、ガスセンサ１００と、センサコントローラ１５０と、ＥＣＵ５００とが、被測定ガスに含まれる所定ガス成分の濃度を特定する濃度測定装置を構成している。

【0025】

触媒部４００は、ＴＷＣ（三元触媒）４００ａと、ＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４００ｂとを備える。図１においては、ＴＷＣ４００ａと、ＧＰＦ４００ｂとが一体となった構成を示しているが、これは一例であり、両者は別体に設けられる場合もある。ＴＷＣ４００ａは、エンジン２００の排ガスがλ＜１のリッチ雰囲気である場合には主に排ガス中のＮＯｘを浄化し、排ガスがλ＞１のリーン雰囲気にあるときは主に排ガス中のＨＣ（炭化水素）およびＣＯ（一酸化炭素）を浄化し、λ＝１近傍のストイキ雰囲気では排ガス中のＮＯｘ、ＨＣ、およびＣＯを全て浄化する。ＧＰＦ４００ｂは、エンジン２００の排ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタである。ＰＭ（粒子状物質）の一種として、炭素の微粒子である煤がある。

【0026】

ＥＣＵ５００は、車両の運転全般に係る制御を担う。ＥＣＵ５００は少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）およびメモリ（図示せず）を含んでおり、ＥＣＵ５００が有する各機能は、プロセッサがメモリに格納されているソフトウェアを実行することによって実現される。メモリは、例えば、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。

【0027】

センサコントローラ１５０は、ガスセンサ１００に電気的に接続されてなるものであり、ＥＣＵ５００の制御のもと、ガスセンサ１００における濃度測定のための種々の駆動動作を制御する。センサコントローラ１５０も、少なくとも１つのプロセッサ（図示せず）およびメモリ（図示せず）を含んでおり、センサコントローラ１５０が有する各機能は、プロセッサがメモリに格納されているソフトウェアを実行することによって実現される。メモリは、例えば、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。

【0028】

センサコントローラ１５０は、ガスセンサ１００の製造時に、個々のガスセンサ１００に固有のものが用意され、接続される。そして、後述するように、個々のガスセンサ１００に固有の特性情報が、接続されたセンサコントローラ１５０のメモリに格納されるようになっている。

【0029】

＜センサ素子の概略構成＞
図２は、ガスセンサ１００に備わるセンサ素子１０１の構成の一例を概略的に示す、素子長手方向に沿った垂直断面図である。

【0030】

概略的にいえば、センサ素子１０１においては、内部空所に導入された被検ガスが内部空所内で還元ないしは分解されて酸素イオンが発生する。ガスセンサ１００においては、素子内部を流れる酸素イオンの量が被検ガス中における当該ガス成分の濃度に比例することに基づいて、係るガス成分の濃度が求められる。すなわち、ガスセンサ１００は、限界電流式のガスセンサである。

【0031】

センサ素子１０１は、それぞれが酸素イオン伝導性固体電解質であるジルコニア（ＺｒＯ_２）からなる（例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などからなる）、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つの固体電解質層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する、平板状の（長尺板状の）セラミックス製の素子体である。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。なお、以降においては、図２におけるこれら６つの層のそれぞれの上側の面を単に上面、下側の面を単に下面と称することがある。また、センサ素子１０１のうち固体電解質からなる部分全体を基体部と総称する。

【0032】

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（例えば、電極、電極リード、リード絶縁層など）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。

【0033】

センサ素子１０１の第１先端部１０１ａ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を兼ねる第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。

【0034】

緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０、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センサ素子１０１内部の空間（領域）である。なお、ガス導入口１０についても同様に、第１拡散律速部１１とは別に、第１先端部１０１ａにおいてスペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられてなる態様であってもよい。係る場合、第１拡散律速部１１がガス導入口１０よりも内部に隣接形成されることになる。

【0035】

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、第４拡散律速部６０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。なお、ガス導入口１０から最奥の内部空所である第３内部空所６１に至る部位をガス流通部とも称する。

【0036】

また、センサ素子１０１の第２先端部１０１ｂ側には、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所４３が設けられている。

【0037】

大気導入層４８は、多孔質アルミナからなる層であって、大気導入層４８には基準ガス導入空所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。

【0038】

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、基準ガス導入空所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内や第２内部空所４０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。

【0039】

ガス流通部において、ガス導入口１０（第１拡散律速部１１）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センサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。

【0040】

第１拡散律速部１１は、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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

被測定ガスが、センサ素子１０１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からセンサ素子１０１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濃度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濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。

【0044】

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濃度（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。

【0045】

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（主ポンプ電極とも称する）２２と、第２固体電解質層６の上面（センサ素子１０１の一方主面）の天井電極部２２ａと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側（空所外）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。

【0046】

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）に形成されている。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が形成されてなる。これら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとは、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）に設けられた導通部にて接続されてなる（図示省略）。

【0047】

天井電極部２２ａおよび底部電極部２２ｂは、平面視矩形状に設けられてなる。ただし、天井電極部２２ａのみ、あるいは、底部電極部２２ｂのみが設けられる態様であってもよい。

【0048】

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として形成される。特に、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が弱められてなる一方で、ＮＨ_３に対する酸化能力を有する材料を用いて形成される。被測定ガスにＮＨ_３が含まれている場合、係るＮＨ_３は内側ポンプ電極２２の触媒能により酸化されてＮＯに変換される。

【0049】

内側ポンプ電極２２は、例えば、５％～４０％の気孔率を有し、Ａｕを０．６ｗｔ～１．４ｗｔ％程度含むＡｕ－Ｐｔ合金とＺｒＯ_２とのサーメット電極として、５μｍ～２０μｍの厚みに形成される。Ａｕ－Ｐｔ合金とＺｒＯ_２との重量比率は、Ｐｔ：ＺｒＯ_２＝７．０：３．０～５．０：５．０程度であればよい。

【0050】

一方、外側ポンプ電極２３は、例えばＰｔあるいはその合金とＺｒＯ_２とのサーメット電極として、平面視矩形状に形成される。

【0051】

なお、図２においては図示を省略しているが、センサ素子１０１の一方主面側に、外側ポンプ電極２３を保護する目的で、外側ポンプ電極２３を被覆する電極保護層が備わっていてもよい。

【0052】

主ポンプセル２１においては、ＥＣＵ５００による制御のもと、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に可変電源２４によって所望のポンプ電圧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主ポンプ電流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。なお、主ポンプセル２１において内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ０を、主ポンプ電圧Ｖｐ０とも称する。

【0053】

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である主センサセル８０が構成されている。

【0054】

主センサセル８０における内側ポンプ電極２２と基準電極４２との電位差である起電力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。

【0055】

さらに、センサコントローラ１５０が、起電力Ｖ０が一定となるように主ポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することで、主ポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これにより、第１内部空所２０内の酸素濃度は所定の一定値に保たれるようになっている。

【0056】

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。

【0057】

第２内部空所４０は、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧をさらに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、補助ポンプセル５０が作動することによって調整される。第２内部空所４０においては、被測定ガスの酸素濃度がさらに高精度に調整される。

【0058】

第２内部空所４０では、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による酸素濃度（酸素分圧）の調整が行われるようになっている。

【0059】

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、センサ素子１０１と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。

【0060】

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と同様の形態にて、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が形成されてなり、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が形成されてなる。これら天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂは、平面視矩形状をなしているとともに、第２内部空所４０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に設けられた導通部にて接続されてなる（図示省略）。

【0061】

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。あるいはさらに、ＮＨ_３に対する酸化能力をも有する材料を用いて形成される態様であってもよい。係る場合、仮に第２内部空所４０に到達した被測定ガスに第１内部空所２０において内側ポンプ電極２２の触媒能により酸化されなかったＮＨ_３が残存している場合であっても、係るＮＨ_３をより確実に酸化させてＮＯに変換させることが可能となる。

【0062】

補助ポンプセル５０においては、センサコントローラ１５０による制御のもと、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（補助ポンプ電圧）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。

【0063】

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である補助センサセル８１が構成されている。補助センサセル８１においては、第２内部空所４０内の酸素分圧に応じて補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間に生じる電位差である起電力Ｖ１が、検出される。

【0064】

補助ポンプセル５０は、この補助センサセル８１にて検出される起電力Ｖ１に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、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フィードバック制御されるようになっている。

【0065】

また、これとともに、その補助ポンプ電流Ｉｐ１が、主センサセル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、補助ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主センサセル８０に入力され、その起電力Ｖ０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。

【0066】

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。

【0067】

第３内部空所６１は、第４拡散律速部６０を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物の濃度の測定に係る処理を行うための空間（測定用内部空所）として設けられている。ここで、窒素酸化物には、もとより被測定ガスに含まれていたＮＯｘと、被測定ガスに含まれていたＮＨ_３が酸化されることにより生じたＮＯとが含まれる。窒素酸化物濃度の測定は、第３内部空所６１において、測定ポンプセル４１が動作することによりなされる。第３内部空所６１には、第２内部空所４０において酸素濃度が高精度に調整された被測定ガスが導入されるため、ガスセンサ１００においては精度の高い窒素酸化物濃度測定が可能となる。

【0068】

測定ポンプセル４１は、第３内部空所６１内に導入された被測定ガスの窒素酸化物濃度を測定するためのものである。測定ポンプセル４１は、第３内部空所６１に面する第１固体電解質層４の上面であって第３拡散律速部３０から離間した位置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。

【0069】

測定電極４４は、貴金属と固体電解質との多孔質サーメット電極である。例えばＰｔあるいはＰｔとＲｈなどの他の貴金属との合金と、センサ素子１０１の構成材料たるＺｒＯ_２とのサーメット電極として形成される。測定電極４４は、第３内部空所６１内の雰囲気中に存在する窒素酸化物を還元する窒素酸化物還元触媒としても機能する。

【0070】

測定ポンプセル４１においては、センサコントローラ１５０による制御のもと、第３内部空所６１内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（測定ポンプ電流）Ｉｐ２として検出することができる。

【0071】

また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、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、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である測定センサセル８２が構成されている。測定センサセル８２にて検出される、第３内部空所６１内の酸素分圧に応じて測定電極４４と基準電極４２との間に生じる電位差である起電力Ｖ２に基づいて、可変電源４６がフィードバック制御される。なお、測定ポンプセル４１は、起電力Ｖ２の設定によっては外部より酸素を汲み入れることも可能とされてなる。

【0072】

第３内部空所６１内に導かれた被測定ガス中の窒素酸化物は測定電極４４により還元され、酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定センサセル８２にて検出された起電力Ｖ２が一定となるように可変電源４６の電圧（測定ポンプ電圧）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、測定ポンプセル４１におけるポンプ電流（測定ポンプ電流）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。

【0073】

ただし、係る態様にて窒素酸化物濃度を算出するだけでは、その値がリーン雰囲気の被測定ガスに含まれていたＮＯｘの濃度に該当するのか、あるいはリッチ雰囲気の被測定ガスに含まれていたＮＨ_３が酸化されることにより生じたＮＯの濃度に該当するのか、不明である。ＮＯｘとＮＨ_３の排出量をそれぞれに把握するためには、濃度値の算出対象となっているガス成分が、ＮＯｘとＮＨ_３のいずれであるかを判別する必要がある。

【0074】

本実施の形態に係る車両システム１０００においては、係る判別を、ＮＯｘおよびＮＨ_３を直接に検出することによって行うのではなく、センサ素子１０１に備わる雰囲気判定セル８３を用いて行うようになっている。

【0075】

雰囲気判定セル８３は、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とから構成される電気化学的なセンサセルである。この雰囲気判定セル８３によって得られる起電力Ｖｒｅｆは、センサ素子１０１の周囲の雰囲気中の酸素分圧、つまりは酸素の多少に応じた値となる。

【0076】

そこで、車両システム１０００においては、被測定ガスがリーン雰囲気であるときの起電力Ｖｒｅｆの値（範囲）とリッチ雰囲気であるときの起電力Ｖｒｅｆの値（範囲）とをあらかじめ特定しておき、センサコントローラ１５０の図示しないメモリに記憶させておくようにする。ガスセンサ１００による測定の実行時、センサコントローラ１５０は、測定ポンプ電流Ｉｐ２の値を示す信号と起電力Ｖｒｅｆの値を示す信号とをセットで取得する。そして、起電力Ｖｒｅｆの値に基づいて、測定ポンプ電流Ｉｐ２に基づいて演算される窒素酸化物の濃度値を、ＮＯｘによるものかＮＨ_３によるものかを判別し、該当するガス種の濃度値として記録または出力する。

【0077】

センサ素子１０１は、さらに、基体部を構成する固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１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。

【0078】

ヒータ部７０は、ヒータ電極７１と、ヒータエレメント７２と、ヒータリード７２ａと、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、圧力放散孔７５と、図２においては図示を省略するヒータ抵抗検出リードとを、主として備えている。また、ヒータ部７０は、ヒータ電極７１を除いて、センサ素子１０１の基体部に埋設されてなる。

【0079】

ヒータ電極７１は、第１基板層１の下面（センサ素子１０１の他方主面）に接する態様にて形成されてなる電極である。

【0080】

ヒータエレメント７２は、第２基板層２と第３基板層３との間に設けられた抵抗発熱体である。ヒータエレメント７２は、図２においては図示を省略する、センサ素子１０１の外部に備わる図示しないヒータ電源から、通電経路であるヒータ電極７１、スルーホール７３、およびヒータリード７２ａを通じて給電されることより、発熱する。ヒータエレメント７２は、Ｐｔにて、あるいはＰｔを主成分として、形成されてなる。ヒータエレメント７２は、センサ素子１０１のガス流通部が備わる側の所定範囲に、素子厚み方向においてガス流通部と対向するように埋設されている。ヒータエレメント７２は、１０μｍ～３０μｍ程度の厚みを有するように設けられる。

【0081】

センサ素子１０１においては、センサコントローラ１５０による制御のもと、ヒータ電極７１を通じてヒータエレメント７２に電流を流すことにより、ヒータエレメント７２を発熱させることで、センサ素子１０１の各部を所定の温度に加熱、保温することができるようになっている。

【0082】

なお、本実施の形態において、ヒータエレメント７２に対する通電は、周期的にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことによって行う。このときのＯＮ／ＯＦＦの１周期に対するＯＮの割合（実際に通電されている時間の割合）をＤｕｔｙ比と称し、係るＤｕｔｙ比を調整することにより、ヒータ部７０による加熱状態を調整する。基本的には、Ｄｕｔｙ比を大きくするほどヒータエレメント７２に対する通電量が増大し、センサ素子１０１がより加熱される。

【0083】

具体的には、センサ素子１０１は、ガス流通部付近の固体電解質および電極の温度が７５０℃超～９００℃程度になるように加熱される。係る加熱によって、センサ素子１０１において基体部を構成する固体電解質の酸素イオン伝導性が高められる。なお、ガスセンサ１００が使用される際の（センサ素子１０１が駆動される際の）ヒータエレメント７２による加熱温度を、素子駆動温度と称する。

【0084】

ヒータエレメント７２による発熱の程度（ヒータ温度）は、ヒータエレメント７２の抵抗値の大きさ（ヒータ抵抗）によって把握される。ヒータ抵抗の値は、センサコントローラ１５０さらにはＥＣＵ５００へと与えられる。ＥＣＵ５００は、係るヒータ抵抗の値に基づき、センサコントローラ１５０にＤｕｔｙ比を調整させることにより、センサ素子１０１の温度を制御する。

【0085】

なお、センサ素子１０１の表面の、第１先端部１０１ａから長手方向における所定の範囲は、図示しない保護膜で被覆されてよい。保護膜は、内部空所や電極等が設けられてなるセンサ素子１０１の第１先端部１０１ａ近傍を被水などによる熱的な衝撃から保護するために設けられ、耐熱衝撃保護層とも称される。保護膜は、例えばＡｌ_２Ｏ₃などからなる、厚みが１０μｍ～２０００μｍ程度の多孔質膜として設けられるのが好ましく、その目的に照らして、５０Ｎ程度までの力に耐え得るように形成されるのが好ましい。

【0086】

以上のような構成を有するガスセンサ１００においてＮＯｘあるいはＮＨ_３の濃度が測定される際には、センサコントローラ１５０が主ポンプセル２１さらには補助ポンプセル５０を作動させることによって、第１内部空所２０さらには第２内部空所４０において酸素濃度が一定とされるフィードバック制御が実行され、酸素濃度一定とされた被測定ガスが、第３内部空所６１へと導入され、測定電極４４に到達する。被測定ガスがＮＨ_３を含んでいる場合には、ＮＨ_３は第１内部空所２０あるいは第２内部空所４０において酸化され、ＮＯに変換される。

【0087】

そして、測定電極４４においては、到達した被測定ガス中の窒素酸化物が還元されることによって、酸素が発生する。係る酸素は、測定ポンプセル４１より汲み出されるが、係る汲み出しの際に流れる測定ポンプ電流Ｉｐ２は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度と一定の関数関係（以下、感度特性と称する）を有する。

【0088】

係る感度特性は、ガスセンサ１００を実使用するに先立ってあらかじめ、窒素酸化物濃度が既知の複数種類のモデルガスを用いて特定され、そのデータがセンサコントローラ１５０のメモリに記憶される。また、上述のように、メモリには、センサ素子１０１の周囲の被測定ガスがリーン雰囲気である場合とリッチ雰囲気である場合のそれぞれに対応する、雰囲気判定セル８３に生じる起電力Ｖｒｅｆの値（範囲）も、あらかじめ記憶されている。

【0089】

そして、ガスセンサ１００の実使用時、つまりは車両システム１０００を備える車両の運転時には、被測定ガスにおける窒素酸化物濃度に応じて流れる測定ポンプ電流Ｉｐ２の値を表す信号と、被測定ガスの雰囲気に応じた値となる起電力Ｖｒｅｆを示す信号とが、センサコントローラ１５０に時々刻々と与えられる。これらの信号は、センサコントローラ１５０からＥＣＵ５００へと与えられ、ＥＣＵ５００においては、測定ポンプ電流Ｉｐ２の値と特定した感度特性とに基づいて、窒素酸化物濃度が次々と演算される。また、起電力Ｖｒｅｆの値に基づいて、被測定ガスがどのような雰囲気にあるかが判定される。被測定ガスがリーン雰囲気であると判定された場合には、演算された窒素酸化物濃度はＮＯｘの濃度を示すものとして取り扱われ、被測定ガスがリッチ雰囲気であると判定された場合には、演算された窒素酸化物濃度はＮＨ_３の濃度を示すものとして取り扱われる。

【0090】

これにより、ガスセンサ１００を備える車両システム１０００においては、被測定ガス中のＮＯｘおよびＮＨ_３の濃度をほぼリアルタイムで把握することができるようになっている。

【0091】

＜ガスセンサの要部の構成＞
図３は、ガスセンサ１００の長手方向に沿った要部断面図である。具体的には、センサ素子１０１の第１先端部１０１ａの近傍におけるガスセンサ１００の断面図である。図３においては、鉛直方向をｚ軸方向として示しており、ガスセンサ１００の長手方向はｚ軸方向と一致している。また、センサ素子１０１は、素子厚み方向において平面視した状態にて図示されている。

【0092】

ガスセンサ１００は、センサ素子１０１と、その第１先端部１０１ａの近傍を保護する保護カバー１０２と、センサ素子１０１の周囲に環装されてなる環装部品１２０と、環装部品１２０の周囲にさらに環装され、該環装部品１２０を収容してなる筒状体１３０とを、主として備える。

【0093】

換言すれば、ガスセンサ１００においては、概略、センサ素子１０１が筒状体１３０の内部の軸中心位置において軸方向に貫通し、環装部品１２０が、筒状体１３０の内部においてセンサ素子１０１に環装された構成を有する。

【0094】

センサ素子１０１は、筒状体１３０の長手方向に沿った中心軸上に配置されてなる。以降、筒状体１３０の長手方向と一致する中心軸の延在方向を軸線方向とも称する。図３において、軸線方向はｚ軸方向と一致している。

【0095】

保護カバー１０２は、センサ素子１０１のうち、使用時に被検ガスに直接に接触する部分である第１先端部１０１ａを保護する、略円筒状の外装部材である。保護カバー１０２は、筒状体１３０の図面視下側（ｚ軸方向負側）の外周端部に、溶接固定されてなる。

【0096】

図３に示す場合においては、保護カバー１０２は、外側カバー１０２ａと内側カバー１０２ｂとの２層構造となっている。外側カバー１０２ａと内側カバー１０２ｂには、それぞれ、気体が通過可能な複数の貫通孔Ｈ１、Ｈ２、およびＨ３と、Ｈ４、Ｈ５、およびＨ６とが設けられてなる。なお、図３に示す貫通孔の種類、配置個数、配置位置、形状などあくまで例示であって、保護カバー１０２の内部への被測定ガスの流入態様を考慮して適宜に定められてよい。

【0097】

なお、以降においては、センサ素子１０１の第１先端部１０１ａと内側カバー１０２ｂとの間の空間を第１空間ＳＰ１と称し、センサ素子１０１の軸線方向に延在する４つの側面の周りの、内側カバー１０２ｂに囲繞された空間を、第２空間ＳＰ２と称する。

【0098】

環装部品１２０は、セラミックス製の碍子である複数のセラミックサポータと、タルクなどのセラミックス粉末を成型したうえでセラミックサポータの間に介在させられてなる、少なくとも１つの圧粉体とからなる。図３においては図示の都合上、環装部品１２０として一のセラミックサポータ１２１のみを示しているが、圧粉体をなすセラミックス粒子は、セラミックサポータと筒状体１３０とに囲繞され、かつ、センサ素子１０１が貫通する空間に、密に圧縮充填されてなる。ガスセンサ１００においては、係る圧粉体の圧縮充填により、センサ素子１０１の第１先端部１０１ａ側と、第２先端部１０１ｂ側との間の気密封止が、実現されてなる。

【0099】

筒状体１３０は、主体金具とも称される金属製の筒状部材である。筒状体１３０の内部には、センサ素子１０１と環装部品１２０とが収容され、固定されてなる。換言すれば、筒状体１３０は、センサ素子１０１の周りに環装された環装部品１２０の周囲に、さらに環装されてなる。ただし、図３においては図示の都合上、筒状体１３０を部分的にのみ示している。

【0100】

また、図３においては図示を省略するが、筒状体１３０の一部の外周部分は、ねじ切りされたボルト部となっている。係るボルト部は、ガスセンサ１００を排気管３００などの測定位置に固定する際に用いられる。

【0101】

さらに、筒状体１３０の上側（ｚ軸方向正側）の外周端部には図示を省略する外筒が溶接固定されてなる。外筒の内部にはセンサ素子１０１と外部とを電気的に接続するためのコネクタが配されている。また、外筒上端には、シール（封止）部材が嵌め込まれている。これにより、ガスセンサ１００においては、筒状体１３０とシール部材との間において、外筒に囲繞されてなる空間が、センサ素子１０１の第２先端部１０１ｂが突出してなる基準ガス空間となっている。係る基準ガス空間には、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。そして、係る基準ガス空間からセンサ素子１０１の基準ガス導入空所４３に、基準ガスが導入される。

【0102】

＜酸素と水素の共存下での使用＞
次に、上述のような構成を有するガスセンサ１００が、酸素と水素の共存下で使用される場合の動作について説明する。より詳細には、ヒータエレメント７２が備わる側のセンサ素子１０１の端部（第１先端部１０１ａ）が、被測定ガスが導入される保護カバー１０２内に突出した構成を有するガスセンサ１００が、酸素と水素の共存し得る被測定ガスを測定対象とする場合の、センサ素子１０１の温度制御態様について、説明する。

【0103】

ガスセンサ１００が使用される場合、センサ素子１０１がヒータ部７０にて加熱されることにより、センサ素子１０１の近傍に到達する被測定ガスも高温に熱せられる。そのため、被測定ガスにおいて酸素と水素が共存する場合、条件次第では両者の反応が起こり得る。

【0104】

図４は、図３に示した構成を有するガスセンサ１００の内部に酸素と水素が共存するガスが流入したときの様子を模式的に示す図である。図４においては、酸素と水素が共存するガスが外側カバー１０２ａの貫通孔Ｈ１およびＨ２から流入し、さらには貫通孔Ｈ５を通じて内側カバー１０２ｂの内部（特に第１空間ＳＰ１）へと流入し、貫通孔Ｈ６さらには外側カバー１０２ａの貫通孔Ｈ３あるいはＨ４から流出する場合を示している。なお、センサ素子１０１内部から汲み出される酸素も、内側カバー１０２ｂ内の第２空間ＳＰ２に向けて排出される。

【0105】

ヒータ部７０のヒータエレメント７２は、第１内部空所２０、第２内部空所４０、第３内部空所６１などからなるガス流通部が存在する、第１先端部１０１ａ側の所定範囲に設けられているため、ガスセンサ１００が動作する際、内側カバー１０２ｂ内においては第１先端部１０１ａの近傍がもっとも高温となっている。よって、内側カバー１０２ｂの内部に流入した酸素と水素との反応は、第１空間ＳＰの第１先端部１０１ａの近傍において最も生じやすいと考えられる。

【0106】

しかも、係る反応は、発生する水蒸気１モルあたり２８４ｋＪの発熱を伴う発熱反応であるため、酸素と水素とが急激に反応すると、これに伴い生じる熱応力にて、センサ素子１０１にクラックが発生してしまう場合が起こり得る。なお、本実施の形態において、センサ素子１０１におけるクラックの発生とは、第１先端部１０１ａの周囲に設けられる図示しない保護膜におけるクラックの発生も含むものとする。

【0107】

図５は、酸素と水素の濃度の組み合わせが相異なる複数種類のガスを用意し、それぞれのガス雰囲気下でガスセンサ１００を使用したときに、センサ素子１０１にクラックが生じる頻度を示す図である。具体的には、図５においては、各ガス種に対し８個あるいは１２個のガスセンサ１００を用意し、それぞれを駆動させたときの、各ガス種の雰囲気下でのセンサ素子１０１におけるクラックの発生比率を、横軸を酸素（Ｏ_２）濃度とし、縦軸を水素（Ｈ_２）濃度としてプロットしている。なお、それぞれのガスの残余はＮ_２とし、素子駆動温度は８４０℃とした。

【0108】

図５からは、曲線Ｃ１より上の濃度範囲ではクラックが発生したセンサ素子１０１が存在する一方で、曲線Ｃ２よりも下の濃度範囲ではクラックが発生したセンサ素子１０１が存在しなかったことがわかる。これはすなわち、酸素と水素との共存する状況下でのガスセンサ１００の使用であっても、酸素と水素の濃度が曲線Ｃ２よりも下側の濃度範囲内にある限りにおいては、酸素と水素の反応に起因したクラックの発生を防ぐことが可能であることを示唆している。

【0109】

また、表１は、雰囲気温度とセンサ素子１０１のクラックの発生のしやすさとの関係を示している。雰囲気温度は、５００℃、６００℃、７００℃、７５０℃、８００℃、および８４０℃の６水準に違えた。表１には、それぞれの雰囲気温度において、酸素を５％含み水素を１．８％含み、残余がＮ_２であるガス雰囲気に８個のガスセンサ１００を１００ｓｅｃ曝したときの、センサ素子１０１にクラックが発生しなかったガスセンサ１００の個数と、センサ素子１０１にクラックが発生したガスセンサ１００の個数とを、一覧にして示している。なお、使用したガス雰囲気は、図５に示したクラックの発生比率のプロット結果において、曲線Ｃ１よりも上方に位置する雰囲気である。

【0110】

【表1】

【0111】

表１に示すように、雰囲気温度を８００℃以上とした場合にはセンサ素子１０１においてクラックが発生したのに対し、雰囲気温度を７５０℃以下とした場合には、センサ素子１０１においてクラックは発生しなかった。

【0112】

このことは、センサ素子１０１が所定の素子駆動温度に保たれている状態では係るセンサ素子１０１に酸素と水素の反応に起因したクラックが発生し得るガスセンサであっても、ヒータ部７０によるセンサ素子１０１の加熱温度を低下させて雰囲気温度の上昇を抑制した場合には、クラックの発生を防ぐことができることを意味している。

【0113】

しかしながら、ガスセンサ１００が実際に使用される状況では、被測定ガスにおける酸素と水素の濃度は時々刻々と変化し得る。すなわち、第１空間ＳＰに流入する被測定ガスにおいて酸素と水素が共存している場合の両者の反応の起こりやすさは、ガスセンサ１００が動作している間、常に変化する。一方で、ガスセンサ１００の動作途中でセンサ素子１０１の温度を必要以上に低下させることは、測定不能時間の発生あるいは測定精度の低下に繋がる。

【0114】

それゆえ、酸素と水素の反応に起因した、センサ素子１０１におけるクラックの発生を回避するには、係る反応の発生を早期に検知し、これに適切に対応することが求められる。

【0115】

図６は、素子駆動温度（ヒータエレメント７２による設定加熱温度）を８４０℃に保ちつつガスセンサ１００を大気雰囲気で駆動させたとき、および、酸素を０．１％含み、水素を３．２％含み、残余がＮ_２である第１のガス雰囲気下での駆動の途中で一時的に、係る第１のガス雰囲気から、酸素を５％含み、水素を１．８％含み、残余がＮ_２である第２のガス雰囲気に変更したときの、ヒータ部７０におけるヒータエレメント７２に対する通電の際のＤｕｔｙ比の時間変化を、対比させて示す図である。なお、第１のガス雰囲気は、図５において曲線Ｃ１よりも下方に位置する雰囲気であり、第２のガス雰囲気は、曲線Ｃ１よりも上方に位置する雰囲気である。

【0116】

図６に示すように、大気中での駆動の場合、Ｄｕｔｙ比はほぼ一定であるのに対し、第１のガス雰囲気から一時的に第２のガス雰囲気へと変更された場合には、係る変更に呼応するタイミングでＤｕｔｙ比が一時的に１．５％低下している。

【0117】

素子駆動温度が一定に保たれている場合は通常、Ｄｕｔｙ比はある一定の値に維持されるはずである。にもかかわらず、ガス雰囲気の変更に伴いＤｕｔｙ比が一時的に低下したということは、係る変更に伴い、素子駆動温度の維持に寄与する発熱がヒータ部７０における加熱以外に生じたことにより、ヒータ部７０による通電加熱の際のＤｕｔｙ比をガス雰囲気の変更前より低下させても素子駆動温度を一定に保つことができたということを意味する。そして、係る発熱は、酸素と水素との反応に起因しているものと推察される。

【0118】

そこで、本実施の形態においては、このような、酸素と水素の発熱反応とセンサ素子１０１をヒータ部７０にて通電加熱する際のＤｕｔｙ比との対応関係を、係る反応に起因してセンサ素子１０１に生じるクラックの回避に利用する。

【0119】

概略的にいえば、素子駆動温度に加熱されたセンサ素子１０１のＤｕｔｙ比をＥＣＵ５００においてモニタし、Ｄｕｔｙ比の減少が検知された場合には、酸素と水素との反応に起因したクラックの発生を回避するべく、センサ素子１０１の温度を一時的に、通常の素子駆動温度（通常駆動温度）から、被測定ガスにおいて共存する酸素と水素が反応してもセンサ素子１０１にクラックが生じない温度（保護駆動温度）へと低下させるようにする。保護駆動温度は、ガスセンサ１００の使用に先立って実験的に特定すればよい。例えば、７５０℃以下とすることが例示される。工業的に量産されるガスセンサ１００の場合であれば、例えば表１を得たときと同様に、酸素と水素とが共存する所定のガス雰囲気に、雰囲気温度を違えつつガスセンサを曝したときのクラックの発生頻度と雰囲気温度との関係に基づいて、保護駆動温度を特定するなどの手法にて、特定すればよい。

【0120】

図７は、センサ素子１０１における酸素と水素の反応に起因したクラックの発生を回避するための、ガスセンサ１００の動作フローを示す図である。図８は、係る動作フローに従い動作するガスセンサ１００の内部で酸素と水素の反応が生じる場合の、ヒータ部７０による通電加熱の際のＤｕｔｙ比と、センサ素子１０１の温度との時間変化とを、模式的に示す図である。図８においては、通常駆動温度をＴ０とし、保護駆動温度をＴ１としている。

【0121】

まず、ガスセンサ１００が始動され、通常駆動温度での動作が開始される（ステップＳ１）。具体的には、ＥＣＵ５００がセンサコントローラ１５０に、センサ素子１０１の駆動とヒータ部７０による加熱昇温とを開始させ、センサ素子１０１が通常駆動温度に到達した時点で、ガスセンサ１００に測定を開始させる。その際、ＥＣＵ５００は上述のように、ヒータ抵抗の値に基づいてセンサ素子１０１の温度を把握する。ガスセンサ１００は、ＥＣＵ５００およびセンサコントローラ１５０の制御のもと、排気管３００においてガスセンサ１００に到達した被測定ガスに含まれるＮＯｘおよびＮＨ_３の濃度を特定するための動作を開始する。なお、通常は、車両システム１０００の始動時に、ガスセンサ１００も併せて駆動される。

【0122】

ガスセンサ１００が通常駆動温度にて動作を開始すると、ＥＣＵ５００は、センサコントローラ１５０がセンサ素子１０１を通常駆動温度に維持するべく調整している、ヒータ部７０のヒータエレメント７２に対する通電のＤｕｔｙ比のモニタを開始（ステップＳ２）する。そして、係るＤｕｔｙ比が、酸素と水素とが反応していない状況のもとで通常駆動温度を維持するための値（以下、通常値）から減少した場合に、それを検知する（ステップＳ３）。

【0123】

ＥＣＵ５００が、モニタしているＤｕｔｙ比の通常値からの減少を検知しない（ステップＳ３でＮＯ）限りは、センサ素子１０１は通常駆動温度に維持され、通常の測定動作が継続される。Ｄｕｔｙ比の減少が検知されない状況が継続されるということは、ガスセンサ１００において酸素と水素との反応が生じていないことを意味する。

【0124】

図８に示す場合においては、センサコントローラ１５０がＤｕｔｙ比を通常値Ｄ０に保つことで、センサ素子１０１の温度が通常駆動温度Ｔ０に保たれている。

【0125】

一方、水素を含む被測定ガスがガスセンサ１００に導入されることにより、酸素と水素の反応が生じると、センサコントローラ１５０は、係る反応による発熱が生じている状況のもとでセンサ素子１０１を通常駆動温度Ｔ０を保つべく、Ｄｕｔｙ比を減少させる。図８に示す場合であれば、センサコントローラ１５０が、時刻ｔａにおいて矢印ＡＲ１にて示すようにＤｕｔｙ比を値Ｄ１へと減少させつつも、センサ素子１０１は依然として通常駆動温度Ｔ０は保たれている。

【0126】

モニタしているＤｕｔｙ比の減少を検知した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、ＥＣＵ５００は、センサコントローラ１５０に対し、センサ素子１０１の温度を保護駆動温度にまで低減させる制御指示を与える。センサコントローラ１５０は、係る制御指示に応答して、酸素と水素との発熱反応の発生に伴い減少させていたＤｕｔｙ比をさらに減少させる。これにより、センサ素子１０１の温度が保護駆動温度にまで低減される（ステップＳ４）。

【0127】

図８に示す場合であれば、センサコントローラ１５０が時刻ｔｂにおいてＤｕｔｙ比を値Ｄ１から値Ｄ２に減少させることにより、矢印ＡＲ２にて示すようにセンサ素子１０１の温度が通常駆動温度Ｔ０から保護駆動温度Ｔ１まで低減される。

【0128】

センサ素子１０１の温度が保護駆動温度に保たれることにより、被測定ガスに含まれる酸素と水素とがガスセンサ１００の内部で反応する状況でありながら、センサ素子１０１にクラックは発生しない。

【0129】

なお、測定不能時間を発生させないという観点からは、保護駆動温度は、センサ素子１０１におけるＮＯｘおよびＮＨ_３の濃度を特定するための動作が依然として可能な程度に、センサ素子１０１の基体部を構成する固体電解質の酸素イオン伝導性が維持される温度として、設定されることが好ましい。ただし、クラックを確実に発生させないことを優先する観点からは、そのような温度よりもさらに低い温度に、保護駆動温度が設定される態様であってもよい。前者の場合、ガスセンサ１００における測定は継続されるが、後者の場合は、センサ素子１０１の温度が通常駆動温度に復帰するまで、ガスセンサ１００におけるＮＯｘおよびＮＨ_３の濃度の測定は一時的に中断される。

【0130】

ＥＣＵ５００は、センサ素子１０１の温度が保護駆動温度に低減されたタイミングから、あらかじめ設定された所定の時間（保護駆動時間）が経過したかどうかを監視する（ステップＳ５）。保護駆動時間は、その終了までに酸素と水素の反応が終結することが期待される長さに設定される。例えば、保護駆動時間は、５分以上３０分以下の範囲で設定される。保護駆動時間が経過するまでの間（ステップＳ５でＮＯ）は、センサ素子１０１は保護駆動温度に維持される。

【0131】

保護駆動時間が経過すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、ＥＣＵ５００は、センサコントローラ１５０に対し、センサ素子１０１の温度を通常駆動温度に復帰させる制御指示を与える。センサコントローラ１５０は、係る制御指示に応答して、センサ素子１０１を保護駆動温度に維持するべく減少させていたＤｕｔｙ比を増大させる。これにより、センサ素子１０１の温度は通常駆動温度に復帰する（ステップＳ６）。その後は、ステップＳ３以降の動作が繰り返される。

【0132】

図８に示す場合であれば、Ｄｕｔｙ比が値Ｄ２となった時刻ｔｂから保護駆動時間Δｔが経過した時刻ｔｃにおいて、矢印ＡＲ３にて示すようにセンサ素子１０１の温度が保護駆動温度Ｔ１から通常駆動温度Ｔ０に復帰している。

【0133】

保護駆動時間が経過した時点で酸素と水素の反応が生じていない場合、通常駆動温度への復帰は、センサコントローラ１５０がＤｕｔｙ比を増大させ、通常値に戻すことによって実現される。図８に示す場合であれば、矢印ＡＲ４ａがこれを示している。

【0134】

しかしながら、保護駆動時間が経過した時点において酸素と水素の反応が生じている場合、当該反応の反応熱が生じているために、センサコントローラ１５０がＤｕｔｙ比を通常値に戻さずとも、センサ素子１０１の温度は通常駆動温度Ｔ０へと復帰する。換言すれば、通常駆動温度Ｔ０への復帰に際し、センサコントローラ１５０がＤｕｔｙ比を通常値にまで戻す必要がない。図８に示す場合であれば、矢印ＡＲ４ｂがこれを示している。

【0135】

このような場合は、Ｄｕｔｙ比が本来の値よりも減少したままである（ステップＳ３でＹＥＳ）ことを検知したＥＣＵ５００が、センサコントローラ１５０に対し再び、センサ素子１０１の温度を保護駆動温度にまで低減させる制御指示を与えることになる。

【0136】

図８に示す場合であれば、センサ素子１０１の温度を通常駆動温度へと復帰させる時刻ｔｃのタイミングで、センサコントローラ１５０は矢印ＡＲ４ｂにて示すように、Ｄｕｔｙ比を通常値よりも小さい値Ｄ１までしか戻していない。そして、これを検知したＥＣＵ５００が時刻ｔｄにおいて、センサコントローラ１５０に対し、矢印ＡＲ５にて示すようにセンサ素子１０１の温度を通常駆動温度Ｔ０から保護駆動温度Ｔ１に低減させる制御指示を与えている。センサコントローラ１５０は係る制御指示に応答し、Ｄｕｔｙ比を値Ｄ１から値Ｄ２に減少させている。その結果、センサ素子１０１の温度は保護駆動温度Ｔ１に低減される。

【0137】

以降は、保護駆動時間Δｔが経過したタイミングで改めて、通常駆動温度Ｔ０への復帰と、その際のＤｕｔｙ比が通常値から減少したままであるかの判断とが、繰り返される。

【0138】

このように、酸素と水素の反応に起因したＤｕｔｙ比の減少が検知される都度、センサ素子１０１の温度を保護駆動温度Ｔ１に低減させることで、ガスセンサ１００においては、酸素と水素とが共存する被測定ガスが導入されたとしても、両者の反応に伴い生じる熱応力に起因して、センサ素子１０１にクラックが発生することが、好適に回避される。

【0139】

以上、説明したように、本実施の形態に係るガスセンサにおいては、酸素と水素とが共存する被測定ガスが導入された場合において、センサ素子を通電加熱し素子駆動温度に維持するためのヒータ部における通電のＯＮ／ＯＦＦの比率を示すＤｕｔｙ比の値が、酸素と水素の発熱反応の発生に伴い低下することを、当該発熱反応に伴い生じる熱応力に起因したセンサ素子におけるクラック発生の回避に、利用している。

【0140】

すなわち、センサ素子の駆動温度が変化しない状況でＤｕｔｙ比の減少が生じた場合に、センサ素子の温度を、通常の駆動温度よりも低く、クラックの発生が生じないことが確認されている保護駆動温度へと低減させるようにしている。これにより、酸素と水素が共存する被測定ガスが測定対象である場合であっても、センサ素子にクラックを生じさせることなく、ガスセンサを使用することができる。

【0141】

＜変形例＞
上述の実施の形態においては、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体部を有するセンサ素子１０１の内部に被測定ガスを導入し、測定電極において分解された窒素酸化物に由来する酸素を当該センサ素子１０１に備わる電気化学的ポンプセルにて外部へと汲み出す際の酸素ポンプ電流の大きさに基づいて、窒素酸化物の濃度を特定する、限界電流型のガスセンサが、酸素と水素の共存下で使用される場合を対象としている。

【0142】

しかしながら、ヒータエレメントが備わる側のセンサ素子の端部が、被測定ガスが導入される保護カバー内に突出した構成を有し、かつ、被測定ガスにおいて酸素と水素が共存し得るガスセンサであれば、センサ素子の内部構成が上述の実施の形態とは異なっていても、上述の実施の形態に係るガスセンサの動作態様を適用することが可能である。

【0143】

例えば、同様の構成を有するものであれば、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体部を有するセンサ素子の当該基体部の表面に設けた検知電極と内部に設けた基準電極との電位差に基づいて被測定ガスに含まれる検知対象ガス成分の濃度を特定するという、混成電位型のガスセンサについても、適用が可能である。

【0144】

また、上述の実施の形態においては、発熱反応である酸素と水素の反応に起因した熱応力によりセンサ素子にクラックが発生することを回避するようになっているが、被測定ガスに含まれる他のガス種の反応により同様の発熱反応が生じ得る場合にも、上述の実施の形態に係る動作方法を適用可能である。

【符号の説明】

【0145】

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
２３ 外側ポンプ電極
３０ 第３拡散律速部
４０ 第２内部空所
４１ 測定ポンプセル
４２ 基準電極
４３ 基準ガス導入空所
４４ 測定電極
５０ 補助ポンプセル
５１ 補助ポンプ電極
６１ 第３内部空所
７０ ヒータ部
７２ ヒータエレメント
８０ 主センサセル
８１ 補助センサセル
８２ 測定センサセル
８３ 雰囲気判定セル
１００ ガスセンサ
１０１ センサ素子
１０２ 保護カバー
１２０ 環装部品
１２１ セラミックサポータ
１３０ 筒状体
１０００ 車両システム
Ｈ１～Ｈ６ 貫通孔
ＳＰ１ 第１空間
ＳＰ２ 第２空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-01-23

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0096】

図３に示す場合においては、保護カバー１０２は、外側カバー１０２ａと内側カバー１０２ｂとの２層構造となっている。外側カバー１０２ａと内側カバー１０２ｂには、それぞれ、気体が通過可能な複数の貫通孔Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、およびＨ４と、Ｈ５およびＨ６とが設けられてなる。なお、図３に示す貫通孔の種類、配置個数、配置位置、形状などあくまで例示であって、保護カバー１０２の内部への被測定ガスの流入態様を考慮して適宜に定められてよい。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0105】

ヒータ部７０のヒータエレメント７２は、第１内部空所２０、第２内部空所４０、第３内部空所６１などからなるガス流通部が存在する、第１先端部１０１ａ側の所定範囲に設けられているため、ガスセンサ１００が動作する際、内側カバー１０２ｂ内においては第１先端部１０１ａの近傍がもっとも高温となっている。よって、内側カバー１０２ｂの内部に流入した酸素と水素との反応は、第１空間ＳＰ１の第１先端部１０１ａの近傍において最も生じやすいと考えられる。