特開 2024-22007 ガスセンサ及びガスセンサの基準電位のずれの把握方法

(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】P2024022007

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】ガスセンサ及びガスセンサの基準電位のずれの把握方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20240208BHJP

【ＦＩ】

G01N27/416 331

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022125272

(22)【出願日】2022-08-05

(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】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 信伍

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 悠介

(72)【発明者】

【氏名】橋川 凌

(57)【要約】

【課題】基準電位のずれを把握する。
【解決手段】ガスセンサ１００は、センサ素子１０１と、制御装置９５と、を備え、被測定ガス中の特定ガスの濃度である特定ガス濃度を検出する。センサ素子１０１は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、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（層１～６）と、被測定ガス流通部のうちの第３内部空所６１に配設された測定電極４４と、素子本体の内部に、特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように配設された基準電極４２と、を備える。制御装置９５は、グランドと基準電極４２との間の電圧Ｖｒｇを測定し、電圧Ｖｒｇに基づいて、基準電極４２の電位である基準電位のずれを把握する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサ素子と、制御装置と、を備え、被測定ガス中の特定ガスの濃度である特定ガス濃度を検出するガスセンサであって、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記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測定室に配設された測定電極と、
前記素子本体の内部に、前記特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように配設された基準電極と、
を備え、
前記制御装置は、グランドと前記基準電極との間の電圧を測定し、前記測定した電圧に基づいて、前記基準電極の電位である基準電位のずれを把握する、
ガスセンサ。

【請求項2】

前記センサ素子は、
前記被測定ガスと接触するように前記素子本体に設けられた被測定ガス側電極と、前記基準電極と、を含んで構成される基準ガス調整ポンプセル、
を備え、
前記制御装置は、前記測定した電圧が許容範囲よりも大きかった場合には、前記基準電極の周囲から前記被測定ガス側電極の周囲に酸素を汲み出すよう前記基準ガス調整ポンプセルを制御し、前記測定した電圧が前記許容範囲よりも小さかった場合には、前記被測定ガス側電極の周囲から前記基準電極の周囲に酸素を汲み入れるよう前記基準ガス調整ポンプセルを制御する、
請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項3】

前記センサ素子は、
前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に設けられた外側測定電極と、前記測定電極と、を含んで構成される測定用ポンプセル、
を備え、
前記制御装置は、前記測定電極と前記基準電極との間の電圧である測定用電圧が測定用電圧目標値になるように前記測定用ポンプセルを制御する測定用ポンプ制御処理を行い、前記測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れるポンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の前記特定ガス濃度を検出し、
前記制御装置は、前記把握した基準電位のずれに基づいて、前記測定用ポンプ制御処理における前記測定用ポンプセルの制御を補正する、
請求項１又は２に記載のガスセンサ。

【請求項4】

前記センサ素子は、
前記被測定ガス流通部のうち前記測定室よりも上流に位置する酸素濃度調整室に配設された内側調整電極を含んで構成され、前記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、
を備え、
前記制御装置は、前記内側調整電極と前記基準電極との間の電圧である調整用電圧が調整用電圧目標値になるように前記調整用ポンプセルを制御して前記酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する調整用ポンプ制御処理を行い、
前記制御装置は、前記把握した基準電位のずれに基づいて、前記調整用ポンプ制御処理における前記調整用ポンプセルの制御を補正する、
請求項３に記載のガスセンサ。

【請求項5】

前記センサ素子は、前記グランドに接続されたグランド端子を備え、
前記制御装置は、前記グランドと前記基準電極との間の電圧として、前記グランド端子と前記基準電極との間の電圧を測定する、
請求項１又は２に記載のガスセンサ。

【請求項6】

前記センサ素子は、前記素子本体を加熱するヒータを備え、
前記グランド端子は、前記ヒータの端子である、
請求項５に記載のガスセンサ。

【請求項7】

被測定ガス中の特定ガスの濃度である特定ガス濃度を検出するガスセンサの基準電位のずれの把握方法であって、
前記ガスセンサは、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記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に配設された測定電極と、
前記素子本体の内部に、前記特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように配設された基準電極と、
を有するセンサ素子、を備え、
グランドと前記基準電極との間の電圧を測定し、前記測定した電圧に基づいて、前記基準電極の電位である前記基準電位のずれを把握するステップ、
を含む、
ガスセンサの基準電位のずれの把握方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスセンサ及びガスセンサの基準電位のずれの把握方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおける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に記載のガスセンサのセンサ素子は、酸素イオン伝導性の複数の固体電解質層を有し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積層体と、被測定ガス流通部に配設された測定電極と、積層体のうち被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極と、積層体の内部に配設された基準電極と、被測定ガスの特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガス（例えば大気）を導入して基準電極に流通させる多孔質の基準ガス導入層と、を備えている。このガスセンサでは、基準電極と測定電極との間に生じる起電力に基づいて被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する。また、このガスセンサは、基準電極と被測定ガス側電極との間に制御電流を流して、基準電極の周囲に酸素の汲み入れを行う基準ガス調整手段を備えている。特許文献１では、この基準ガス調整手段が基準電極の周囲に酸素の汲み入れを行うことで、基準電極の周囲の基準ガスの酸素濃度が一時的に低下した場合に酸素濃度の低下を補うことができ、特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１７３３２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載のガスセンサのように、基準ガス調整手段を用いて基準電極の周囲に酸素の汲み入れを行う場合でも、基準電極の周囲の酸素濃度を完全に一定に保ち続けることは難しかった。基準電極の周囲の酸素濃度が変化すると、基準電極の電位が変化して特定ガス濃度の検出精度が低下する。そのため、基準電極の電位のずれを把握したいという要望があった。

【0005】

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、基準電位のずれを把握することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【0007】

［１］本発明のガスセンサは、
センサ素子と、制御装置と、を備え、被測定ガス中の特定ガスの濃度である特定ガス濃度を検出するガスセンサであって、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記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測定室に配設された測定電極と、
前記素子本体の内部に、前記特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように配設された基準電極と、
を備え、
前記制御装置は、グランドと前記基準電極との間の電圧を測定し、前記測定した電圧に基づいて、前記基準電極の電位である基準電位のずれを把握する、
ものである。

【0008】

このガスセンサでは、制御装置がグランドと基準電極との間の電圧を測定する。この電圧は基準電極の周囲の酸素濃度の変化、すなわち基準電極の電位である基準電位の変化に伴って変化するから、この電圧に基づいて基準電位のずれを把握することができる。

【0009】

この場合において、制御装置は、グランドと基準電極との間の電圧の測定値と正常値又は許容範囲との比較によって、基準電位のずれを把握してもよい。基準電位の把握の具体例としては、測定値と正常値又は許容範囲との比較、測定値に基づく基準電位のずれを表す値の算出、などが挙げられる。より具体的には、測定値と正常値との大小関係の比較、測定値と正常値との差又は比の算出、測定値が許容範囲か否かの判定、などが挙げられる。制御装置はこれらの態様のうち１以上を行うことで基準電位のずれを把握してもよい。

【0010】

［２］上述したガスセンサ（前記［１］に記載のガスセンサ）において、前記センサ素子は、前記被測定ガスと接触するように前記素子本体に設けられた被測定ガス側電極と、前記基準電極と、を含んで構成される基準ガス調整ポンプセル、を備え、前記制御装置は、前記測定した電圧が許容範囲よりも大きかった場合には、前記基準電極の周囲から前記被測定ガス側電極の周囲に酸素を汲み出すよう前記基準ガス調整ポンプセルを制御し、前記測定した電圧が前記許容範囲よりも小さかった場合には、前記被測定ガス側電極の周囲から前記基準電極の周囲に酸素を汲み入れるよう前記基準ガス調整ポンプセルを制御してもよい。こうすれば、基準電位のずれに応じて基準電極の周囲の酸素濃度を調整できるため、基準電位のずれを小さくして特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。なお、制御装置は、測定した電圧が許容範囲よりも大きいか小さいかの判定を、例えば測定した電圧と許容範囲とを比較して行ってもよいし、測定した電圧に基づく基準電位のずれ量と許容範囲とを比較して行ってもよい。

【0011】

［３］上述したガスセンサ（前記［１］又は［２］に記載のガスセンサ）において、前記センサ素子は、前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に設けられた外側測定電極と、前記測定電極と、を含んで構成される測定用ポンプセル、を備え、前記制御装置は、前記測定電極と前記基準電極との間の電圧である測定用電圧が測定用電圧目標値になるように前記測定用ポンプセルを制御する測定用ポンプ制御処理を行い、前記測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れるポンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の前記特定ガス濃度を検出し、前記制御装置は、前記把握した基準電位のずれに基づいて、前記測定用ポンプ制御処理における前記測定用ポンプセルの制御を補正してもよい。こうすれば、基準電位にずれが生じていても、測定用ポンプセルの制御を補正することによって特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0012】

［４］上述したガスセンサ（前記［３］に記載のガスセンサ）において、前記センサ素子は、前記被測定ガス流通部のうち前記測定室よりも上流に位置する酸素濃度調整室に配設された内側調整電極を含んで構成され、前記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、を備え、前記制御装置は、前記内側調整電極と前記基準電極との間の電圧である調整用電圧が調整用電圧目標値になるように前記調整用ポンプセルを制御して前記酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する調整用ポンプ制御処理を行い、前記制御装置は、前記把握した基準電位のずれに基づいて、前記調整用ポンプ制御処理における前記調整用ポンプセルの制御を補正してもよい。こうすれば、基準電位にずれが生じている場合に、測定用ポンプセルの制御を補正するだけでなく調整用ポンプセルの制御も補正するから、特定ガス濃度の検出精度の低下をより抑制できる。

【0013】

［５］上述したガスセンサ（前記［１］～［４］のいずれかに記載のガスセンサ）において、前記センサ素子は、前記グランドに接続されたグランド端子を備え、前記制御装置は、前記グランドと前記基準電極との間の電圧として、前記グランド端子と前記基準電極との間の電圧を測定してもよい。

【0014】

［６］上述したガスセンサ（前記［５］に記載のガスセンサ）において、前記センサ素子は、前記素子本体を加熱するヒータを備え、前記グランド端子は、前記ヒータの端子であってもよい。

【0015】

［７］本発明のガスセンサの基準電位のずれの把握方法は、
被測定ガス中の特定ガスの濃度である特定ガス濃度を検出するガスセンサの基準電位のずれの把握方法であって、
前記ガスセンサは、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記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に配設された測定電極と、
前記素子本体の内部に、前記特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように配設された基準電極と、
を有するセンサ素子、を備え、
グランドと前記基準電極との間の電圧を測定し、前記測定した電圧に基づいて、前記基準電極の電位である前記基準電位のずれを把握するステップ、
を含む、
ものである。

【0016】

この把握方法では、上述したガスセンサと同様に、基準電位のずれを把握できる。なお、この把握方法において、上述したいずれかのガスセンサ（前記［１］～［６］のいずれかのガスセンサ）の種々の態様を採用してもよいし、上述したいずれかのガスセンサ（前記［１］～［６］のいずれかのガスセンサ）の各機能を実現するようなステップを追加してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ガスセンサ１００の断面模式図。

【図2】センサ素子１０１の内部，制御装置９５の内部，及びセンサ素子１０１と制御装置９５との間の配線を示す模式図。

【図3】制御装置９５と各セル及びヒータ部７０との電気的な接続関係を示すブロック図。

【図4】基準電位調整処理の一例を示すフローチャート。

【図5】制御補正処理の一例を示すフローチャート。

【図6】変形例のセンサ素子２０１の断面模式図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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、センサ素子１０１の内部，制御装置９５の内部，及びセンサ素子１０１と制御装置９５との間の配線を示す模式図である。図３は、制御装置９５と各セル及びヒータ７２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ている。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ＮＯｘやアンモニアなどの特定ガスの濃度を検出する。本実施形態では、ガスセンサ１００は特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を測定するものとした。ガスセンサ１００は、長尺な直方体形状をしたセンサ素子１０１と、センサ素子１０１の一部を含んで構成される各セル１５，２１，４１，５０，８０～８３と、センサ素子１０１の内部に設けられたヒータ部７０と、ガスセンサ１００全体を制御する制御装置９５と、を備えている。

【0019】

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。

【0020】

センサ素子１０１の先端部側（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。

【0021】

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センサ素子１０１内部の空間である。

【0022】

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。

【0023】

センサ素子１０１は、センサ素子１０１の外部から基準電極４２にＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスを流通させる基準ガス導入部４９を備えている。基準ガス導入部４９は、基準ガス導入空間４３と、基準ガス導入層４８とを有する。基準ガス導入空間４３は、センサ素子１０１の後端面から内方向に設けられた空間である。基準ガス導入空間４３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設けられている。基準ガス導入空間４３は、センサ素子１０１の後端面に開口しており、この開口が基準ガス導入部４９の入口部４９ａとして機能する。この入口部４９ａから基準ガス導入空間４３内に基準ガスが導入される。基準ガス導入部４９は、入口部４９ａから導入された基準ガスに対して所定の拡散抵抗を付与しつつこれを基準電極４２に導入する。基準ガスは、本実施形態では大気とした。

【0024】

基準ガス導入層４８は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４の下面との間に設けられている。基準ガス導入層４８は、例えばアルミナなどのセラミックスからなる多孔質体である。基準ガス導入層４８の上面の一部は、基準ガス導入空間４３内に露出している。基準ガス導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。基準ガス導入層４８は、基準ガスを基準ガス導入空間４３から基準電極４２まで流通させる。

【0025】

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につながる基準ガス導入層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。

【0026】

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。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、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。

【0027】

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と対応する領域に外部空間に露出する態様にて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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

さらに、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、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的な基準ガス調整ポンプセル９０が構成されている。この基準ガス調整ポンプセル９０は、外側ポンプ電極２３と基準電極４２との間に接続された電源回路９２が印加する制御電圧（電圧Ｖｐ３）により制御電流（ポンプ電流Ｉｐ３）が流れることで、酸素のポンピングを行う。これにより、基準ガス調整ポンプセル９０は、外側ポンプ電極２３の周囲から基準電極４２の周囲に酸素の汲み入れを行うことや、基準電極４２の周囲から外側ポンプ電極２３の周囲に酸素を汲み出すことが可能になっている。

【0049】

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。

【0050】

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、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。ヒータ部７０は、ヒータ７２と、ヒータ絶縁層７４と、圧力放散孔７５とを備えている。

【0051】

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、ヒータ電源７６（図２，３参照）により給電されることにより発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。

【0052】

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、センサ素子１０１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。

【0053】

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。

【0054】

圧力放散孔７５は、第３基板層３及び基準ガス導入層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。

【0055】

センサ素子１０１の後端側には、コネクタ電極７１が配設されている。コネクタ電極７１は、センサ素子１０１の上面の後端に配設されたコネクタ電極７１ａ～７１ｄと、センサ素子１０１の下面の後端に配設されたコネクタ電極７１ｅ～７１ｈと、を備えている。コネクタ電極７１は、センサ素子１０１と外部とを電気的に導通するための端子として機能する。コネクタ電極７１ａ～７１ｅは、センサ素子１０１の内部に配設されたリードを介して、外側ポンプ電極２３，内側ポンプ電極２２，補助ポンプ電極５１，測定電極４４，及び基準電極４２と一対一に導通している（図２参照）。ヒータ７２の一端は、センサ素子１０１の内部に配設された通電用リード７７ｆを介してコネクタ電極７１ｆと接続されている。ヒータ７２の他端は、センサ素子１０１の内部に配設された通電用リード７７ｇを介してコネクタ電極７１ｇと接続されている。図２では通電用リード７７ｆを模式的に図示しているため図示を省略しているが、通電用リード７７ｆには図１のスルーホール７３内の導体も含まれる。また、ヒータ７２の一端には、通電用リード７７ｆとは並列に電圧測定用リード７７ｈも接続されており、この電圧測定用リード７７ｈを介してヒータ７２の一端とコネクタ電極７１ｈとが接続されている。また、図２に示すように、コネクタ電極７１ｆは、グランド（ＧＮＤ）に接続されている。コネクタ電極７１ｆは、グランド端子の一例である。グランド（ＧＮＤ）の電位は制御装置９５の回路の電位の基準として用いられる。グランド（ＧＮＤ）は、接地（アース）されていることが好ましい。

【0056】

制御装置９５は、図３に示すように、上述した可変電源２４，４６，５２と、電源回路９２と、ヒータ電源７６と、主ポンプ用電圧取得部８５と、補助ポンプ用電圧取得部８６と、測定用電圧取得部８７と、電圧取得部８８と、基準電極用電圧取得部８９と、制御部９６と、を備えている。

【0057】

主ポンプ用電圧取得部８５は、図２に示すように、コネクタ電極７１ｂとコネクタ電極７１ｅとの各々とリードにより接続されている。これにより、主ポンプ用電圧取得部８５は、内側ポンプ電極２２と基準電極４２との間の電圧、すなわち上述した主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０の電圧Ｖ０を取得する。同様に、補助ポンプ用電圧取得部８６は、コネクタ電極７１ｃとコネクタ電極７１ｅとの各々に接続されて、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１の補助ポンプ電極５１と基準電極４２との間の電圧Ｖ１を取得する。測定用電圧取得部８７は、コネクタ電極７１ｄとコネクタ電極７１ｅとの各々に接続されて、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２の測定電極４４と基準電極４２との間の電圧Ｖ２を取得する。電圧取得部８８は、コネクタ電極７１ａとコネクタ電極７１ｅとの各々に接続されて、センサセル８３の外側ポンプ電極２３と基準電極４２との間の電圧Ｖｒｅｆを取得する。

【0058】

基準電極用電圧取得部８９は、コネクタ電極７１ｆとコネクタ電極７１ｅとの各々とリードにより接続されている。これにより、基準電極用電圧取得部８９は、コネクタ電極７１ｆと基準電極４２との間の電圧Ｖｒｇを取得する。コネクタ電極７１ｆは上述したようにグランドに接続されているから、基準電極用電圧取得部８９が取得する電圧Ｖｒｇは、グランドと基準電極４２との間の電圧である。

【0059】

ヒータ電源７６は、図２に示すように、コネクタ電極７１ｆ及びコネクタ電極７１ｇとそれぞれリードを介して接続されており、コネクタ電極７１ｆ，７１ｇ間に電圧を印加してヒータ７２に電力を供給する。コネクタ電極７１ｆはグランドに接続されているから、コネクタ電極７１ｆが低電位側の電極であり、コネクタ電極７１ｇは高電位側の電極である。なお、基準電極用電圧取得部８９及びヒータ電源７６はいずれもコネクタ電極７１ｆと接続されているが、図２に示すように基準電極用電圧取得部８９とコネクタ電極７１ｆとの接続位置はヒータ電源７６とコネクタ電極７１ｆとの接続位置よりもグランドに近い。そのため、基準電極用電圧取得部８９が電圧Ｖｒｇを取得するための回路、すなわちコネクタ電極７１ｅからグランドまでの電路には、ヒータ電源７６とヒータ７２との間に流れるヒータ電流は流れない。

【0060】

なお、図２には配線を示していないが、図１，３に示した可変電源２４，５２，４６及び電源回路９２なども、実際にはコネクタ電極７１を介して、センサ素子１０１内部の各電極と接続されている。上述したポンプ電流Ｉｐ０，Ｉｐ１，Ｉｐ２，Ｉｐ３も、各電圧取得部８５～８９と同様に、実際にはコネクタ電極７１を介してセンサ素子１０１内部の各電極と接続された図示しない各電流取得部により取得（測定）される。

【0061】

制御部９６は、ＣＰＵ９７及び記憶部９８などを備えたマイクロプロセッサである。記憶部９８は、情報の書き換えが可能な不揮発性メモリであり、例えば各種プログラムや各種データを記憶可能である。制御部９６は、上述した各電圧取得部８５～８９が取得した電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖｒｅｆ，Ｖｒｇを入力する。制御部９６は、図示しない電流取得部が取得したポンプ電流Ｉｐ０，Ｉｐ１，Ｉｐ２，Ｉｐ３を入力する。また、制御部９６は、可変電源２４，４６，５２及び電源回路９２へ制御信号を出力することで可変電源２４，４６，５２及び電源回路９２が出力する電圧Ｖｐ０，Ｖｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３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，補助ポンプセル５０及び基準ガス調整ポンプセル９０を制御する。制御部９６は、ヒータ電源７６に制御信号を出力することでヒータ電源７６がヒータ７２供給する電力を制御し、これにより、センサ素子１０１の温度を調整する。記憶部９８には、後述する目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２＊なども記憶されている。制御部９６のＣＰＵ９７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。

【0062】

制御部９６は、第２内部空所４０の酸素濃度が目標濃度となるように補助ポンプセル５０を制御する補助ポンプ制御処理を行う。具体的には、制御部９６は、電圧Ｖ１が一定値（目標値Ｖ１＊と称する）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とで、補助ポンプセル５０を制御する。目標値Ｖ１＊は、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濃度となるような値として定められている。

【0063】

制御部９６は、補助ポンプ制御処理によって補助ポンプセル５０が第２内部空所４０の酸素濃度を調整するときに流れるポンプ電流Ｉｐ１が目標電流（目標電流Ｉｐ１＊と称する）になるように主ポンプセル２１を制御する主ポンプ制御処理を行う。具体的には、制御部９６は、電圧Ｖｐ１によって流れるポンプ電流Ｉｐ１が一定の目標電流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（目標値Ｖ０＊と称する）を設定（フィードバック制御）する。そして、制御部９６は、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊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の電圧Ｖｐ０をフィードバック制御する。この主ポンプ制御処理により、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。目標値Ｖ０＊は、第１内部空所２０の酸素濃度が０％よりは高く且つ低濃度となるような値に設定される。また、この主ポンプ制御処理中に流れるポンプ電流Ｉｐ０は、ガス導入口１０から被測定ガス流通部内に流入する被測定ガス（すなわちセンサ素子１０１の周囲の被測定ガス）の酸素濃度に応じて変化する。そのため、制御部９６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することもできる。

【0064】

上述した主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理をまとめて調整用ポンプ制御処理とも称する。また、第１内部空所２０及び第２内部空所４０をまとめて酸素濃度調整室とも称する。主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０をまとめて調整用ポンプセルとも称する。制御部９６が調整用ポンプ制御処理を行うことで、調整用ポンプセルが酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する。

【0065】

さらに、制御部９６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）測定用ポンプセル４１を制御する測定用ポンプ制御処理を行う。具体的には、制御部９６は、電圧Ｖ２が目標値Ｖ２＊と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とで、測定用ポンプセル４１を制御する。この測定用ポンプ制御処理により、第３内部空所６１内から酸素が汲み出される。

【0066】

測定用ポンプ制御処理が行われることで、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９６は、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濃度を算出する。

【0067】

記憶部９８には、ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度との対応関係として、関係式（例えば一次関数又は二次関数の式）やマップなどが記憶されている。このような関係式又はマップは、予め実験により求めておくことができる。

【0068】

制御部９６は、外側ポンプ電極２３の周囲から基準電極４２の周囲への酸素の汲み入れ、又は基準電極４２の周囲から外側ポンプ電極２３の周囲への酸素の汲み出しを行うように基準ガス調整ポンプセル９０を制御する基準ガス調整処理を行う。この基準ガス調整処理によって、基準電極４２の周囲の酸素濃度が調整される。基準ガス調整処理では、制御部９６は、電圧Ｖｐ３が基準ガス調整ポンプセル９０に印加されるように電源回路９２を制御することで、基準ガス調整ポンプセル９０にポンプ電流Ｉｐ３を流す。電圧Ｖｐ３は、ポンプ電流Ｉｐ３が所定の値（一定値の直流電流）となるような直流電圧としてもよいし、繰り返しオンオフされる電圧（例えばパルス電圧）としてもよい。制御部９６は、電圧Ｖｐ３の大きさや正負を変更することで、ポンプ電流Ｉｐ３の大きさ（すなわち酸素の移動量）やポンプ電流Ｉｐ３の流れる向き（すなわち外側ポンプ電極２３と基準電極４２との間の酸素の移動方向）を制御する。電圧Ｖｐ３が繰り返しオンオフされる電圧である場合は、繰り返しの周期Ｔとオン時間Ｔｏｎとの比であるデューティ比（Ｔｏｎ／Ｔ）によって酸素の移動量を調整することもできる。本実施形態では、電圧Ｖｐ３はパルス電圧であり、制御部９６は電圧Ｖｐ３のデューティ比及び正負を変更することで酸素の移動量及び移動方向を制御する。制御部９６は、基準ガス調整処理を行うことで、基準電極４２の周囲の酸素濃度を調整する。

【0069】

制御部９６は、ヒータ７２の温度が目標温度になるようにヒータ電源７６を制御するヒータ制御処理を行う。ヒータ７２の温度はヒータ７２の抵抗値の一次関数の式で表すことができるから、ヒータ制御処理では、制御部９６はヒータ７２の抵抗値が目標抵抗値になるようにヒータ電源７６を制御する。ヒータ制御処理を開始すると、まず、制御部９６のＣＰＵ９７は、ヒータ電源７６を制御してヒータ７２への通電を開始し、ヒータ７２を発熱させる。そして、ＣＰＵ９７は、３端子法によりヒータ７２の抵抗値を導出する。具体的には、ＣＰＵ９７は、まず、制御装置９５が有する図示しない電圧取得部及び電流取得部を介して、コネクタ電極７１ｈとコネクタ電極７１ｇとの間の第１ヒータ電圧Ｖｈ１と、コネクタ電極７１ｈとコネクタ電極７１ｆとの間の第２ヒータ電圧Ｖｈ２と、ヒータ電源７６から供給される電力によってヒータ７２に流れるヒータ電流Ｉｈと、を取得する。続いて、ＣＰＵ９７は、通電用リード７７ｆ及び通電用リード７７ｇの電圧降下分を含まないヒータ７２の両端の電圧であるヒータ電圧Ｖｈを、Ｖｈ＝Ｖｈ１－Ｖｈ２の関係式を用いて導出する。そして、ＣＰＵ９７は、このヒータ電圧Ｖｈをヒータ電流Ｉｈで除すことでヒータ７２の抵抗値を導出する。そして、制御部９６は、導出したヒータ７２の抵抗値が目標抵抗値になるようにヒータ電源７６に制御信号を出力して、ヒータ電源７６が供給する電力をフィードバック制御する。ヒータ電源７６は、例えばヒータ７２に印加する電圧の値を変化させることで、ヒータ７２に供給する電力を調整する。

【0070】

こうして構成されたガスセンサ１００の制御部９６が行う、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出処理の一例について以下に説明する。制御部９６のＣＰＵ９７は、ＮＯｘ濃度検出処理を開始する前に、まず、上述したヒータ制御処理を開始して、ヒータ７２の温度が目標温度（例えば８００℃など）になるように制御する。ヒータ７２の温度は被測定ガスの温度によっても影響を受けるため、ＣＰＵ９７はＮＯｘ濃度検出処理の開始後もヒータ制御処理を継続して行う。ヒータ７２の温度が目標温度付近に到達すると、ＣＰＵ９７はＮＯｘ濃度検出処理を開始する。ＮＯｘ濃度検出処理では、まず、ＣＰＵ９７は、上述した各センサセル８０～８３からの各電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖｒｅｆの取得と、上述した各ポンプセル２１，４１，５０の制御すなわち調整用ポンプ制御処理及び測定用ポンプ制御処理と、を開始する。この状態で、被測定ガスがガス導入口１０から導入されると、被測定ガスは、第１拡散律速部１１，緩衝空間１２，及び第２拡散律速部１３をこの順に通過して第１内部空所２０に到達する。次に、第１内部空所２０及び第２内部空所４０において被測定ガスの酸素濃度が主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０によって調整され、調整後の被測定ガスが第３内部空所６１に到達する。そして、ＣＰＵ９７は、取得したポンプ電流Ｉｐ２と記憶部９８に記憶された対応関係とに基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。ＣＰＵ９７は、検出したＮＯｘ濃度の値を図示しないエンジンＥＣＵに送信して、ＮＯｘ濃度検出処理を終了する。ＣＰＵ９７は、ＮＯｘ濃度検出処理を、例えば所定の時間間隔毎のタイミングで行ってもよいし、エンジンＥＣＵからＮＯｘ濃度の検出を指示されたタイミングで行ってもよい。

【0071】

ここで、図２からもわかるように、制御装置９５の各電圧取得部８５～８８が検出する各電圧Ｖ０～Ｖ２，Ｖｒｅｆは、基準電極４２と各電極２２，５１，４４，２３との間の電圧である。この基準電極４２の電位すなわち基準電位は、基準電極４２の周囲の酸素濃度に応じた値となる。基準電極４２には基準ガス導入部４９を介して基準ガスが導入されるため、基準ガスの酸素濃度が一定であれば、基本的には基準電極４２の周囲の酸素濃度は一定となる。しかし、実際にはセンサ素子１０１の使用中に基準電極４２の周囲の酸素濃度が変化してしまう場合がある。例えば、ガスセンサ１００では、センサ素子１０１の前端側の周囲に存在する被測定ガスとセンサ素子１０１の後端側の周囲に存在する基準ガスとが互いに流通しないように、センサ素子１０１の前端側の周囲と後端側の周囲とは図示しないセンサ組立体などによって封止されている。しかし、被測定ガスの圧力が高い場合などにおいて、被測定ガスがわずかに基準ガス内に侵入してしまい、基準電極４２の周囲の酸素濃度が低下する場合がある。また、センサ素子１０１を駆動していない期間に基準ガス導入部４９が外部の水を吸着してしまう場合があり、駆動開始するとセンサ素子１０１が加熱されて基準ガス導入部４９内の水は気体となってセンサ素子１０１の外部に抜けていくが、水が抜けるまでの間は気体の水が存在することで基準電極４２の周囲の酸素濃度が低下する場合がある。このように基準電極４２の周囲の酸素濃度が変化すると、基準電極４２の基準電位がずれて各電圧Ｖ０～Ｖ２，Ｖｒｅｆの値も変化してしまうから、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下してしまう。

【0072】

そこで、本実施形態のガスセンサ１００では、制御部９６は、基準電極４２の基準電位のずれを把握して基準電位を調整する基準電位調整処理を行う。図４は、制御部９６が実行する基準電位調整処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。制御部９６は、このルーチンを例えば記憶部９８に記憶している。制御部９６は、例えば所定時間の経過毎に、このルーチンを繰り返し実行する。

【0073】

基準電位調整処理ルーチンが開始されると、制御部９６のＣＰＵ９７は、まず、基準電極用電圧取得部８９が取得した電圧Ｖｒｇを入力する（ステップＳ１００）。すなわち、ＣＰＵ９７は、グランドと基準電極４２との間の電圧Ｖｒｇを測定する。グランドの電位は基本的に一定であるから、電圧Ｖｒｇは基準電極４２の周囲の酸素濃度に対応した値となる。続いて、ＣＰＵ９７は、入力した電圧Ｖｒｇの値と電圧Ｖｒｇの所定の許容範囲とを比較して、電圧Ｖｒｇが許容範囲内か否かを判定する（ステップＳ１１０）。所定の許容範囲は、電圧Ｖｒｇの正常値及び正常値に近い値を含む範囲として予め定められて記憶部９８に記憶されている。電圧Ｖｒｇの正常値とは、例えば基準電極４２の周囲の酸素濃度が基準ガスの正常な酸素濃度（ここでは大気の酸素濃度）に一致する場合の電圧Ｖｒｇの値である。許容範囲の上下限は、例えばＮＯｘ濃度の測定精度に与える影響が小さいため基準電位のずれが許容できるような電圧Ｖｒｇの範囲の上下限、言い換えると基準電極４２の周囲の酸素濃度の許容範囲の上下限、に基づいて予め定めておくことができる。電圧Ｖｒｇが許容範囲内か否かを判定する処理は、基準電位のずれを把握する処理に相当する。正常値と電圧Ｖｒｇの許容範囲の上下限との差は、基準電位のずれの許容範囲の上下限に相当する。測定した電圧Ｖｒｇと正常値との差又は比は基準電位のずれを表す値であるから、ＣＰＵ９７はこの差又は比と、差又は比の許容範囲と、を比較してステップＳ１１０の判定を行ってもよい。なお、本実施形態では電圧Ｖｒｇはグランドを基準とした基準電極４２の電位として定義しており、電圧Ｖｒｇは基準電極４２の周囲の酸素濃度の大小に関わらず正の値となる。ただし、例えば電圧Ｖｒｇが負の値になるように定義してもよく、この場合は電圧Ｖｒｇの絶対値と電圧Ｖｒｇの許容範囲とを比較してもよい。

【0074】

一方、ステップＳ１１０で電圧Ｖｒｇが許容範囲よりも大きかった場合、すなわち基準電極４２の周囲の酸素濃度が許容範囲の上限よりも高くなるような基準電位のずれが生じていた場合には、ＣＰＵ９７は、基準電極４２の周囲から外側ポンプ電極２３の周囲に酸素を汲み出すように基準ガス調整ポンプセル９０を制御する（ステップＳ１２０）。これにより、基準電極４２の周囲の酸素濃度が低下するから、電圧Ｖｒｇを許容範囲内にすることができる。すなわち、ＣＰＵ９７は、基準電極４２の基準電位が許容範囲の上限より高い値にまでずれている場合には、基準電位を下げて許容範囲内になるように基準ガス調整ポンプセル９０を制御する。

【0075】

また、ステップＳ１１０で電圧Ｖｒｇが許容範囲よりも小さかった場合、すなわち基準電極４２の周囲の酸素濃度が許容範囲の下限よりも低くなるような基準電位のずれが生じていた場合には、ＣＰＵ９７は、外側ポンプ電極２３の周囲から基準電極４２の周囲に酸素を汲み入れるように基準ガス調整ポンプセル９０を制御する（ステップＳ１３０）。これにより、基準電極４２の周囲の酸素濃度が上昇するから、電圧Ｖｒｇを許容範囲内にすることができる。すなわち、ＣＰＵ９７は、基準電極４２の基準電位が許容範囲の下限より低い値にまでずれている場合には、基準電位を上げて許容範囲内になるように基準ガス調整ポンプセル９０を制御する。

【0076】

ＣＰＵ９７は、ステップＳ１１０で電圧Ｖｒｇが許容範囲内だった場合、すなわち基準電位のずれが許容範囲内だった場合には、本ルーチンを終了する。また、ＣＰＵ９７は、ステップＳ１２０の実行後、又はステップＳ１３０の実行後も、本ルーチンを終了する。

【0077】

この基準電位調整処理ルーチンが実行されることで、ステップＳ１１０の判定結果（すなわち基準電位のずれの把握結果）に基づいて基準電極４２の周囲の酸素濃度が調整され、基準電位の正常値からのずれが小さくなるから、基準電位のずれに起因するＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。ステップＳ１２０における酸素の汲み出し量，及びステップＳ１３０における酸素の汲み入れ量は、本実施形態では上述した通りＣＰＵ９７がパルス電圧である電圧Ｖｐ３のデューティ比を変更することで調整する。この汲み出し量及び汲み入れ量は、例えばステップＳ１００で入力した電圧Ｖｒｇの値と電圧Ｖｒｇの正常値との差又は比（すなわち基準電位のずれ量）が大きくなるほど大きくなるような値として、ＣＰＵ９７が決定してもよい。言い換えると、ＣＰＵ９７は、ステップＳ１００で入力した電圧Ｖｒｇの値を正常値又は正常値に近い値に変更するために必要な酸素の移動量に対応する値として、ステップＳ１２０及びステップＳ１３０における基準ガス調整ポンプセル９０の制御量（ここでは電圧Ｖｐ３のデューティ比）を決定してもよい。ステップＳ１００で入力した電圧Ｖｒｇの値と基準ガス調整ポンプセル９０の制御量との対応関係、又は、電圧Ｖｒｇと正常値との差又は比と基準ガス調整ポンプセル９０の制御量との対応関係が予め定められて記憶部９８に記憶されており、ＣＰＵ９７はこの対応関係に基づいて基準ガス調整ポンプセル９０の制御量を決定してもよい。また、基準ガス調整ポンプセル９０の制御量として、電圧Ｖｐ３のデューティ比を用いる代わりに、又は加えて、電圧Ｖｐ３の大きさを用いてもよいし、基準ガス調整ポンプセル９０の動作時間を用いてもよい。すなわち、ＣＰＵ９７は、電圧Ｖｐ３の大小によって酸素の移動量を調整してもよいし、基準ガス調整ポンプセル９０の動作時間の長短によって酸素の移動量を調整してもよい。

【0078】

ステップＳ１２０における酸素の汲み出し量，及びステップＳ１３０における酸素の汲み入れ量は、一定の値であってもよい。この場合も、基準電位調整処理ルーチンが繰り返し実行されることで電圧Ｖｒｇを許容範囲内にすることができるから、基準電位のずれを小さくできる。この場合、ＣＰＵ９７は、基準電位調整処理ルーチンを繰り返し実行することで、電圧Ｖｒｇが許容範囲内になるまで電圧Ｖｒｇの測定と基準ガス調整ポンプセル９０の制御とを繰り返し実行することになる。

【0079】

ステップＳ１００における電圧Ｖｒｇの測定は、基準電極４２にポンプ電流Ｉｐ３が流れていないタイミングで行うことが好ましい。こうすることで、ポンプ電流Ｉｐ３による電圧降下分が電圧Ｖｒｇに含まれることを抑制でき、電圧Ｖｒｇが基準電極４２の周囲の酸素濃度に応じたより正確な値になる。例えば、電圧Ｖｐ３がパルス電圧である場合には、ＣＰＵ９７は電圧Ｖｐ３がオフである期間に電圧Ｖｒｇを測定することが好ましい。あるいは、ＣＰＵ９７は、電圧Ｖｒｇの測定時には電圧Ｖｐ３を印加しないように電源回路９２を制御してもよい。電圧Ｖ０～Ｖ２，Ｖｒｅｆの測定時についても同様である。

【0080】

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。本実施形態のセンサ素子１０１が本発明のセンサ素子に相当し、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つの層がこの順に積層された積層体が素子本体に相当し、第３内部空所６１が測定室に相当し、測定電極４４が測定電極に相当し、基準電極４２が基準電極に相当し、制御装置９５が制御装置に相当する。また、外側ポンプ電極２３が被測定ガス側電極及び外側測定電極に相当し、電圧Ｖ２が測定用電圧に相当し、目標値Ｖ２＊が測定用電圧目標値に相当する。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、補助ポンプ電極５１が内側調整電極に相当し、主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０が調整用ポンプセルに相当し、電圧Ｖ１が調整用電圧に相当し、目標値Ｖ１＊が調整用電圧目標値に相当し、コネクタ電極７１ｆがグランド端子に相当し、ヒータ７２がヒータに相当する。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、本発明のガスセンサの基準電位のずれの把握方法の一例も明らかにしている。

【0081】

以上説明した本実施形態のガスセンサ１００によれば、制御装置９５は、グランドと基準電極４２との間の電圧Ｖｒｇを測定し、電圧Ｖｒｇに基づいて基準電極４２の電位である基準電位のずれを把握する。電圧Ｖｒｇは基準電極４２の周囲の酸素濃度の変化、すなわち基準電位の変化に伴って変化するから、電圧Ｖｒｇに基づいて基準電位のずれを把握することができる。

【0082】

また、センサ素子１０１は、被測定ガスと接触するように素子本体に設けられた外側ポンプ電極２３と、基準電極４２と、を含んで構成される基準ガス調整ポンプセル９０を備えている。そして、制御装置９５は、測定した電圧Ｖｒｇが許容範囲よりも大きかった場合には、基準電極４２の周囲から外側ポンプ電極２３の周囲に酸素を汲み出すよう基準ガス調整ポンプセル９０を制御する。また、測定した電圧Ｖｒｇが許容範囲よりも小さかった場合には、外側ポンプ電極２３の周囲から基準電極４２の周囲に酸素を汲み入れるよう基準ガス調整ポンプセル９０を制御する。これにより、基準電位のずれに応じて基準電極４２の周囲の酸素濃度を調整できるため、基準電位のずれを小さくして基準電位のずれに起因するＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。ここで、従来も基準ガス調整ポンプセル９０によって基準電極４２の周囲の酸素濃度を調整することは行われていたが、グランドと基準電極４２との間の電圧Ｖｒｇを用いた基準電位のずれの把握は行われていなかった。そのため、従来は基準ガス調整ポンプセル９０による酸素の移動量に過不足が生じて基準電極４２の周囲の酸素濃度を適切な状態（基準ガスの正常な酸素濃度）に保てない場合があった。本実施形態のガスセンサ１００では、電圧Ｖｒｇを用いて把握した基準電位のずれに基づいてＣＰＵ９７が基準ガス調整ポンプセル９０を制御するから、基準ガス調整ポンプセル９０をより適切に制御することができ、基準電極４２の周囲の酸素濃度を適切な状態に保ちやすい。

【0083】

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。

【0084】

上述した実施形態では、制御装置９５は、測定した電圧Ｖｒｇと許容範囲との比較に基づいて、すなわち基準電位のずれの把握結果に基づいて基準電極４２の周囲の酸素濃度を調整したが、これに限られない。例えば、制御装置９５は、把握した基準電位のずれに基づいて各ポンプセル２１，５０，４１の制御を補正してもよい。図５は、制御補正処理の一例を示すフローチャートである。制御部９６は、このルーチンを例えば記憶部９８に記憶している。制御部９６は、例えば所定時間の経過毎に、このルーチンを繰り返し実行する。制御補正処理ルーチンが開始されると、制御部９６のＣＰＵ９７は、上述した基準電位調整処理のステップＳ１００と同じ処理を行って、電圧Ｖｒｇを測定する。続いて、ＣＰＵ９７は、電圧Ｖｒｇの測定値と正常値との差分値ΔＶｒｇ（＝測定値－正常値）を算出する（ステップＳ２１０）。そして、ＣＰＵ９７は、この差分値ΔＶｒｇに基づいて各ポンプセル２１，５０，４１の制御を補正して（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了する。各ポンプセル２１，５０，４１の制御の補正は、例えば制御に関わる電圧の測定値の補正としてもよいし、制御に関わる電圧の目標値の補正としてもよい。差分値ΔＶｒｇは基準電位のずれ量に相当するから、各ポンプセル２１，５０，４１の制御に関わる電圧の測定値又は目標値を差分値ΔＶｒｇに基づいて補正することで、基準電位のずれの影響を相殺することができ、実質的に基準電位のずれがない場合と同じ制御を行うことができる。例えば、上述した実施形態では、各電極２２，５１，４４の周囲の酸素濃度は基準電極４２の周囲の酸素濃度よりも低いから、基準電極４２の基準電位が正常値よりも高くなる方向にずれている（差分値ΔＶｒｇが正である）場合には、各電圧取得部８５～８７が測定した電圧Ｖ０～Ｖ２は、絶対値が大きくなる方向にずれた値として測定される。基準電極４２の基準電位が正常値よりも低くなる方向にずれている（差分値ΔＶｒｇが負である）場合には、各電圧取得部８５～８７が測定した電圧Ｖ０～Ｖ２は、絶対値が小さくなる方向にずれた値として測定される。そのため、ＣＰＵ９７は、各電圧取得部８５～８７が取得した電圧Ｖ０～Ｖ２の測定値のそれぞれの絶対値から差分値ΔＶｒｇを減じた値を、補正後の電圧Ｖ０～Ｖ２として算出する。そして、ＣＰＵ９７は、補正後の電圧Ｖ０～Ｖ２と、上述した目標値Ｖ０＊～Ｖ２＊とを比較して、調整用ポンプ制御処理及び測定用ポンプ制御処理を行う。あるいは、ＣＰＵ９７は、目標値Ｖ０＊～Ｖ２＊の絶対値に差分値ΔＶｒｇを加えた値を、補正後の目標値Ｖ０＊～Ｖ２＊として算出してもよい。この場合、ＣＰＵ９７は、電圧Ｖ０～Ｖ２の測定値と、補正後の目標値Ｖ０＊～Ｖ２＊とを比較して、調整用ポンプ制御処理及び測定用ポンプ制御処理を行う。ＣＰＵ９７は、制御補正処理のステップＳ２２０を実行する度に、調整用ポンプ制御処理及び測定用ポンプ制御処理の補正量（すなわち差分値ΔＶｒｇ）を更新する。上述した基準電位のずれに基づく補正は、調整用ポンプ制御処理及び測定用ポンプ制御処理のうち少なくともいずれかについて行ってもよいし、主ポンプ制御処理，補助ポンプ制御処理，及び測定用ポンプ制御処理のうち少なくともいずれかについて行ってもよい。ただし、ＮＯｘ濃度の測定精度に最も影響するのは測定用ポンプ制御処理であるため、図５の制御補正処理を行う場合は、ＣＰＵ９７は少なくとも測定用ポンプ制御処理については上述した基準電位のずれに基づく補正を行うことが好ましい。また、電圧取得部８８が取得した電圧Ｖｒｅｆに基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する場合、ＣＰＵ９７はステップＳ２２０において電圧Ｖｒｅｆに対しても上述した電圧Ｖ０～Ｖ２の補正と同様の補正を行ってもよい。

【0085】

上述した実施形態において、ガスセンサ１００が基準ガス調整ポンプセル９０及び電源回路９２を備えなくてもよい。この場合も制御部９６が図５の制御補正処理を行うことはできる。

【0086】

上述した実施形態では、電圧Ｖｒｇはヒータ７２の端子であるコネクタ電極７１ｆと基準電極４２との間の電圧としたが、これに限られない。例えば、電圧Ｖｒｇは、ヒータ７２の端子に限らずセンサ素子１０１が備え且つグランドに接続された端子と、基準電極４２と、の間の電圧としてもよい。また、センサ素子１０１が備える端子に限らず、グランドと基準電極４２との間の電圧を測定してもよい。例えば、センサ素子１０１のいずれのコネクタ電極７１とも接続されていない別のグランドと基準電極４２との間の電圧を測定して、その電圧に基づいて基準電位のずれを把握してもよい。本発明者らは、上述した実施形態の電圧Ｖｒｇに限らず、センサ素子１０１のいずれのコネクタ電極７１とも接続されていない別のグランドと基準電極４２との間の電圧についても、基準電極４２の周囲の酸素濃度の変化に応じてその電圧が変化し、その電圧に基づいて基準電位のずれを把握できることを実験により確認した。

【0087】

ＣＰＵ９７は、上述した図５の基準電位調整処理では電圧Ｖｒｇに基づく基準電位のずれの把握（ステップＳ１１０）に基づいて基準ガス調整ポンプセル９０を制御し（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）、上述した図６の制御補正処理では電圧Ｖｒｇに基づく基準電位のずれの把握（ステップＳ２１０）に基づいて各ポンプセル２１，５０，４１の制御を補正した（ステップＳ２２０）が、これに限られない。例えば、ＣＰＵ９７は、ステップＳ１１０で否定判定をした場合、又はステップＳ２１０で算出した差分値ΔＶｒｇが許容範囲内にない場合など、把握した基準電位のずれが許容範囲を超えている場合には、基準電位の異常を報知してもよい。例えばＣＰＵ９７はエンジンＥＣＵに基準電位の異常を報知する信号を出力してもよい。このように、ＣＰＵ９７は基準電位のずれの診断のみを行ってもよい。

【0088】

上述した実施形態において、基準ガス導入部４９は基準ガス導入空間４３と基準ガス導入層４８とを備えていたが、基準ガス導入部４９はセンサ素子１０１の外部から基準ガスを基準電極４２まで導入できればよい。例えば、基準ガス導入部４９は、基準ガス導入空間４３と基準ガス導入層４８との少なくとも一方を備えていてもよい。

【0089】

上述した実施形態では、ガスセンサ１００は特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を検出したが、これに限らず他の酸化物濃度を特定ガス濃度としてもよい。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、ＣＰＵ９７はこの酸素に応じた検出値を取得して特定ガス濃度を検出できる。また、特定ガスがアンモニアなどの非酸化物であってもよい。特定ガスが非酸化物の場合には、特定ガスを酸化物に変換（例えばアンモニアであればＮＯに変換）することで、変換後のガスが第３内部空所６１で還元したときに酸素が発生するから、ＣＰＵ９７はこの酸素に応じた検出値を取得して特定ガス濃度を検出できる。このように、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、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特定ガス濃度を検出できる。

【0090】

上述した実施形態では、ガスセンサ１００のセンサ素子１０１は第１内部空所２０，第２内部空所４０，第３内部空所６１を備えるものとしたが、これに限られない。例えば、図６のセンサ素子２０１のように、第３内部空所６１を備えないものとしてもよい。図６に示した変形例のセンサ素子２０１では、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とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。また、測定電極４４は、第２内部空所４０内の第１固体電解質層４の上面に配設されている。測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。第４拡散律速部４５は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などのセラミックス多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、上述した実施形態の第４拡散律速部６０と同様に、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。また、第４拡散律速部４５は、測定電極４４の保護膜としても機能する。補助ポンプ電極５１の天井電極部５１ａは、測定電極４４の直上まで形成されている。このような構成のセンサ素子２０１であっても、上述した実施形態と同様に例えばポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ濃度を検出できる。この場合、測定電極４４の周囲が測定室として機能することになる。

【0091】

上述した実施形態では、センサ素子１０１の素子本体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。センサ素子１０１の素子本体は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を少なくとも１つ有し、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、基準ガス導入層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。

【0092】

上述した実施形態では、制御部９６は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流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＊となるようにポンプ電圧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９６は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいてポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御してもよい。すなわち、制御部９６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の取得や目標値Ｖ０＊の設定を省略して、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて直接的にポンプ電圧Ｖｐ０を制御（ひいてはポンプ電流Ｉｐ０を制御）してもよい。

【0093】

上述した実施形態では、酸素濃度調整室は第１内部空所２０と第２内部空所４０とを有していたが、これに限らず例えば酸素濃度調整室がさらに別の内部空所を備えていてもよいし、第１内部空所２０と第２内部空所４０との一方を省略してもよい。同様に、上述した実施形態では調整用ポンプセルは主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを有していたが、これに限らず例えば調整用ポンプセルがさらに別のポンプセルを備えていてもよいし、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との一方を省略してもよい。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９６は、調整用ポンプ制御処理として主ポンプ制御処理のみを行えばよい。また、主ポンプ制御処理では、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９８に記憶しておき、制御部９６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。補助ポンプセル５０を省略する場合は、内側ポンプ電極２２が内側調整電極に相当し、電圧Ｖ０が調整用電圧に相当し、目標値Ｖ０＊が調整用電圧目標値に相当する。

【0094】

上述した実施形態では、外側ポンプ電極２３は、主ポンプセル２１の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側主ポンプ電極と、補助ポンプセル５０の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側補助ポンプ電極と、測定用ポンプセル４１の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側測定電極と、基準ガス調整ポンプセル９０の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極と、を兼ねていたが、これに限られない。外側主ポンプ電極，外側補助ポンプ電極，外側測定電極，及び被測定ガス側電極のうちのいずれか１以上を、外側ポンプ電極２３とは別にセンサ素子１０１の外側に設けてもよい。また、基準ガス調整ポンプセル９０の被測定ガス側電極は、被測定ガスと接触するようにセンサ素子１０１に設けられていればよく、例えばセンサ素子１０１の外側に限らず内側に配設されていてもよく、より具体的にはセンサ素子１０１の被測定ガス流通部に配設されていてもよい。例えば、内側ポンプ電極２２が主ポンプセル２１の電極（内側主ポンプ電極）と基準ガス調整ポンプセル９０の被測定ガス側電極とを兼ねており、基準ガス調整ポンプセル９０は内側ポンプ電極２２の周囲と基準電極４２の周囲との間で酸素の汲み入れ又は汲み出しを行ってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0095】

本発明は、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するガスセンサに利用可能である。

【符号の説明】

【0096】

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、４５ 第４拡散律速部、４６ 可変電源、４８ 基準ガス導入層、４９ 基準ガス導入部、４９ａ 入口部、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、６０ 第４拡散律速部、６１ 第３内部空所、７０ ヒータ部、７１，７１ａ～７１ｆ 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、７６ ヒータ電源、７７ｆ，７７ｇ 通電用リード、７７ｈ 電圧測定用リード、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、８５ 主ポンプ用電圧取得部、８６ 補助ポンプ用電圧取得部、８７ 測定用電圧取得部、８８ 電圧取得部、８９ 基準電極用電圧取得部、９０ 基準ガス調整ポンプセル、９２ 電源回路、９５ 制御装置、９６ 制御部、９７ ＣＰＵ、９８ 記憶部、１００ ガスセンサ、１０１，２０１ センサ素子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】