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(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】P2024082357
(43)【公開日】2024-06-20
(54)【発明の名称】ガスセンサ及びガスセンサの制御方法
(51)【国際特許分類】
G01N 27/26 20060101AFI20240613BHJP
G01N 27/416 20060101ALI20240613BHJP
【ＦＩ】
G01N27/26 371A
G01N27/416 331
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022196151
(22)【出願日】2022-12-08
(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】100100561
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 正広
(74)【代理人】
【識別番号】100219690
【弁理士】
【氏名又は名称】堀坂 純美子
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 悠介
(72)【発明者】
【氏名】杉浦 諄哉
(57)【要約】
【課題】ガスセンサの長期間の使用にわたり、被測定ガス中の酸素濃度を精度よく測定する。
【解決手段】センサ素子１０１と制御装置９０とを含み、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するガスセンサであって、センサ素子１０１は、基体部１０２と、被測定ガス流通空所１５と、空所内酸素ポンプ電極２２と空所外酸素ポンプ電極２３とを含む酸素ポンプセル２１と、基準ガス室４８と、基準ガス室４８内に配設された基準電極４２と、を含み、制御装置９０は、酸素ポンプセル２１に流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部９３と、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、酸素ポンプセル２１に流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部９４とを含む、ガスセンサ１００及びその制御方法。
【選択図】図１
【解決手段】センサ素子１０１と制御装置９０とを含み、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するガスセンサであって、センサ素子１０１は、基体部１０２と、被測定ガス流通空所１５と、空所内酸素ポンプ電極２２と空所外酸素ポンプ電極２３とを含む酸素ポンプセル２１と、基準ガス室４８と、基準ガス室４８内に配設された基準電極４２と、を含み、制御装置９０は、酸素ポンプセル２１に流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部９３と、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、酸素ポンプセル２１に流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部９４とを含む、ガスセンサ１００及びその制御方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、被測定ガス中の測定対象ガス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含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含む、ガスセンサ。
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含む、ガスセンサ。
【請求項2】
前記判定補正部は、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れ、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流の電流値が、所定の電流閾値より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項3】
前記判定補正部は、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れ、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流の電流値の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項4】
前記判定補正部は、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電流を流して、前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れ、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に発生する判定電圧の電圧値の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項5】
前記判定補正部は、前記酸素ポンプ電流の電流値に対する補正値を予め記憶しており、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して、予め記憶された前記補正値を用いて補正を行う、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項6】
前記判定補正部は、被測定ガス中の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下である低酸素濃度の場合に、前記補正を行う、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項7】
前記センサ素子は、さらに、
前記被測定ガス流通空所内の、前記空所内酸素ポンプ電極よりも前記基体部の長手方向の前記一方の端部から遠い位置に配設された空所内測定電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内測定電極と対応している空所外測定電極とを含むＮＯｘ測定用ポンプセルを含み、
前記濃度検出部は、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する、請求項１に記載のガスセンサ。
前記被測定ガス流通空所内の、前記空所内酸素ポンプ電極よりも前記基体部の長手方向の前記一方の端部から遠い位置に配設された空所内測定電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内測定電極と対応している空所外測定電極とを含むＮＯｘ測定用ポンプセルを含み、
前記濃度検出部は、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項8】
前記濃度検出部は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を検出し、検出された前記酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する空燃比判断部を含む、請求項７に記載のガスセンサ。
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を検出し、検出された前記酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する空燃比判断部を含む、請求項７に記載のガスセンサ。
【請求項9】
前記濃度検出部は、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出する、請求項８に記載のガスセンサ。
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出する、請求項８に記載のガスセンサ。
【請求項10】
被測定ガス中の測定対象ガスを検出するためのガスセンサの制御方法であって、
前記ガスセンサは、
センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含み、
前記制御方法は、
前記判定補正部が、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正ステップを含む、ガスセンサの制御方法。
前記ガスセンサは、
センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含み、
前記制御方法は、
前記判定補正部が、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正ステップを含む、ガスセンサの制御方法。
【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制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスセンサは、自動車の排気ガス等の被測定ガス中の対象とするガス成分（酸素Ｏ２、窒素酸化物ＮＯｘ、アンモニアＮＨ３、炭化水素ＨＣ、二酸化炭素ＣＯ２等）の検出や濃度の測定に使用されている。例えば、自動車の排気ガス中の対象とするガス成分濃度を測定し、その測定値に基づいて自動車に搭載されている排気ガス浄化システムを最適に制御することが行われている。
【0003】
このようなガスセンサとしては、ジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン伝導性の固体電解質を用いたセンサ素子を備えたガスセンサが知られている（例えば、特開２００２－２７６４１９号公報、特開２０１４－２３５１０７号公報、特開２０２１－０８５６６５号公報）。
【0004】
例えば、特開２００２－２７６４１９号公報には、排気ガスを浄化するための触媒（三元触媒等）を機関排気通路内に具備する内燃機関における燃料噴射量制御装置が開示されている。燃料噴射量制御装置において、空燃比センサとＮＯｘアンモニアセンサとがその制御に用いられていることが開示されている。
【0005】
また、特開２００２－２７６４１９号公報には、空燃比センサがリーン空燃比を検出しているときにはＮＯｘアンモニアセンサはＮＯｘ濃度を検出しており、空燃比センサがリッチ空燃比を検出しているときにはＮＯｘアンモニアセンサはＮＨ３濃度を検出していることが開示されている（段落［０００９］）。
【0006】
特開２０１４－２３５１０７号公報及び特開２０２１－０８５６６５号公報には、センサ素子の内部構造に生じたクラックを検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００２－２７６４１９号公報
【特許文献2】特開２０１４－２３５１０７号公報
【特許文献3】特開２０２１－０８５６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
自動車の排気ガス規制等の強化に伴い、ディーゼル車のみではなく、ガソリン車においても、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘ、アンモニアＮＨ３をそれぞれ検出することが求められている。ガソリン車に搭載されている排気ガス浄化システムからは、通常、排気ガスがリーン雰囲気の場合にはＮＯｘが、リッチ雰囲気の場合にはＮＨ３が排出される。
【0009】
このようなガソリン車からの排気ガス中のＮＯｘ及びＮＨ３を精度よく測定するためには、排気ガス中の空燃比がリッチであるか、リーンであるかを正しく判断することが求められる。特に、理論空燃比付近、すなわち、低酸素濃度の領域において、空燃比を正確に判断できることが求められる。
【0010】
しかしながら、ガスセンサの使用により、何らかの要因でガスセンサにより検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度とは異なる値になることが起こり得る。この要因の一例としては、例えば、特開２０１４－２３５１０７号公報及び特開２０２１－０８５６６５号公報に開示されているようなセンサ素子の内部構造に生じるクラックが挙げられる。また、特開２０１４－２３５１０７号公報及び特開２０２１－０８５６６５号公報には、そのクラックを検出する方法が開示されている。
【0011】
そこで、本発明は、ガスセンサの長期間の使用にわたり、被測定ガス中の酸素濃度（空燃比）を精度よく測定することを目的とする。また、ガスセンサの長期間の使用にわたり、被測定ガス中の空燃比を正しく判断することにより、被測定ガス中のＮＯｘ及びＮＨ３を精度よく測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者らは、鋭意検討の結果、ガスセンサにより検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、酸素濃度に応じて酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流に対して補正を行う判定補正部をガスセンサに備えることにより、ガスセンサの長期間の使用にわたり、被測定ガス中の酸素濃度を精度よく測定できることを見出した。
【0013】
本発明には、以下の発明が含まれる。
（１） センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、被測定ガス中の測定対象ガス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含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含む、ガスセンサ。
（１） センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、被測定ガス中の測定対象ガス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含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含む、ガスセンサ。
【0014】
（２） 前記判定補正部は、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れ、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流の電流値が、所定の電流閾値より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、上記（１）に記載のガスセンサ。
【0015】
（３） 前記判定補正部は、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れ、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流の電流値の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、上記（１）に記載のガスセンサ。
【0016】
（４） 前記判定補正部は、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電流を流して、前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れ、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に発生する判定電圧の電圧値の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、上記（１）に記載のガスセンサ。
【0017】
（５） 前記判定補正部は、前記酸素ポンプ電流の電流値に対する補正値を予め記憶しており、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して、予め記憶された前記補正値を用いて補正を行う、上記（１）～（４）のいずれかに記載のガスセンサ。
【0018】
（６） 前記判定補正部は、被測定ガス中の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下である低酸素濃度の場合に、前記補正を行う、上記（１）～（５）のいずれかに記載のガスセンサ。
【0019】
（７） 前記センサ素子は、さらに、
前記被測定ガス流通空所内の、前記空所内酸素ポンプ電極よりも前記基体部の長手方向の前記一方の端部から遠い位置に配設された空所内測定電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内測定電極と対応している空所外測定電極とを含むＮＯｘ測定用ポンプセルを含み、
前記濃度検出部は、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する、上記（１）～（６）のいずれかに記載のガスセンサ。
前記被測定ガス流通空所内の、前記空所内酸素ポンプ電極よりも前記基体部の長手方向の前記一方の端部から遠い位置に配設された空所内測定電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内測定電極と対応している空所外測定電極とを含むＮＯｘ測定用ポンプセルを含み、
前記濃度検出部は、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する、上記（１）～（６）のいずれかに記載のガスセンサ。
【0020】
（８） 前記濃度検出部は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を検出し、検出された前記酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する空燃比判断部を含む、上記（７）に記載のガスセンサ。
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を検出し、検出された前記酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する空燃比判断部を含む、上記（７）に記載のガスセンサ。
【0021】
（９） 前記濃度検出部は、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出する、上記（８）に記載のガスセンサ。
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出する、上記（８）に記載のガスセンサ。
【0022】
（１０） 被測定ガス中の測定対象ガスを検出するためのガスセンサの制御方法であって、
前記ガスセンサは、
センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含み、
前記制御方法は、
前記判定補正部が、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正ステップを含む、ガスセンサの制御方法。
前記ガスセンサは、
センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含み、
前記制御方法は、
前記判定補正部が、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正ステップを含む、ガスセンサの制御方法。
【0023】
（１１） 前記判定補正ステップにおいて、前記判定補正部は、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れ、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流の電流値が、所定の電流閾値より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、上記（１０）に記載のガスセンサの制御方法。
【0024】
（１２） 前記判定補正ステップにおいて、前記判定補正部は、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れ、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流の電流値の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、上記（１０）に記載のガスセンサ。
【0025】
（１３） 前記判定補正ステップにおいて、前記判定補正部は、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電流を流して、前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れ、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に発生する判定電圧の電圧値の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、上記（１０）に記載のガスセンサ。
【0026】
（１４） 前記判定補正ステップにおいて、前記判定補正部は、前記酸素ポンプ電流の電流値に対する補正値を予め記憶しており、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して、予め記憶された前記補正値を用いて補正を行う、上記（１０）～（１３）のいずれかに記載のガスセンサ。
【0027】
（１５） 前記判定補正部は、被測定ガス中の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下である低酸素濃度の場合に、前記補正を行う、上記（１０）～（１４）のいずれかに記載のガスセンサ。
【0028】
（１６） 前記センサ素子は、さらに、
前記被測定ガス流通空所内の、前記空所内酸素ポンプ電極よりも前記基体部の長手方向の前記一方の端部から遠い位置に配設された空所内測定電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内測定電極と対応している空所外測定電極とを含むＮＯｘ測定用ポンプセルを含み、
前記濃度検出部は、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する、上記（１０）～（１５）のいずれかに記載のガスセンサ。
前記被測定ガス流通空所内の、前記空所内酸素ポンプ電極よりも前記基体部の長手方向の前記一方の端部から遠い位置に配設された空所内測定電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内測定電極と対応している空所外測定電極とを含むＮＯｘ測定用ポンプセルを含み、
前記濃度検出部は、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する、上記（１０）～（１５）のいずれかに記載のガスセンサ。
【0029】
（１７） 前記濃度検出部は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を検出し、検出された前記酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する空燃比判断部を含む、上記（１６）に記載のガスセンサ。
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を検出し、検出された前記酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する空燃比判断部を含む、上記（１６）に記載のガスセンサ。
【0030】
（１８） 前記濃度検出部は、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出する、上記（１７）に記載のガスセンサ。
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出する、上記（１７）に記載のガスセンサ。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、ガスセンサの長期間の使用にわたり、被測定ガス中の酸素濃度（空燃比）を精度よく測定することができる。また、ガスセンサの長期間の使用にわたり、被測定ガス中の空燃比を正しく判断することにより、被測定ガス中のＮＯｘ及びＮＨ３を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】ガスセンサ１００の概略構成の一例を示す長手方向の垂直断面模式図である。
【図2】ガスセンサ１００における、制御装置９０と、センサ素子１０１の各ポンプセル２１、５０、４１、８４、及び各センサセル８０、８１、８２、８３との電気的な接続関係を示すブロック図である。
【図3】ガスセンサ１００における、被測定ガス中の酸素濃度とポンプ電流Ｉｐ０との関係の一例を示す模式図である。横軸は酸素濃度［％］を、縦軸はポンプ電流Ｉｐ０の値［Ａ］を示す。
【図4】判定用ポンプセル８４における判定用ポンプ電圧Ｖｐ３と判定電流Ｉｐ３との関係を示す電圧電流曲線の一例を示す模式図である。図４において、横軸は判定用ポンプ電圧Ｖｐ３［Ｖ］、縦軸は判定電流Ｉｐ３［Ａ］を示す。
【図6】判定電流Ｉｐ３の電流値に基づいて判定を行う場合の判定補正処理の一例を示す、フローチャートである。
【図7】判定用ポンプセル８４に判定用ポンプ電圧Ｖｐ３を設定値Ｖｐ３ＳＥＴに設定して印加した場合における、判定電流Ｉｐ３の時間変化の一例を示す模式図である。図７において、横軸は時間［秒］、縦軸は判定電流Ｉｐ３［Ａ］を示す。
【図8】判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐに基づいて判定を行う場合の判定補正処理の例を示す、フローチャートである。
【図9】基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に、判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴを流した場合における、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間の起電力（判定電圧Ｖ０）の時間変化の一例を示す模式図である。図９において、横軸は時間［秒］、縦軸は判定電圧Ｖ０［Ｖ］を示す。
【図10】判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶに基づいて判定を行う場合の判定補正処理の例を示す、フローチャートである。
【図11】変形例のセンサ素子２０１の長手方向の垂直断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
本発明のガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置と、を含んでいる。
【0034】
本発明のガスセンサに含まれるセンサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含む。
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含む。
【0035】
本発明のガスセンサに含まれる制御装置は、
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含む。
前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含む。
【0036】
以下に、本発明のガスセンサの実施形態の一例を詳しく説明する。
【0037】
[ガスセンサの概略構成]
本発明のガスセンサについて、図面を参照して以下に説明する。図１は、センサ素子１０１を含むガスセンサ１００の概略構成の一例を示す長手方向の垂直断面模式図である。以下においては、図１を基準として、上下とは、図１の上側を上、下側を下とし、図１の左側を先端側、右側を後端側とする。
本発明のガスセンサについて、図面を参照して以下に説明する。図１は、センサ素子１０１を含むガスセンサ１００の概略構成の一例を示す長手方向の垂直断面模式図である。以下においては、図１を基準として、上下とは、図１の上側を上、下側を下とし、図１の左側を先端側、右側を後端側とする。
【0038】
図１において、ガスセンサ１００は、センサ素子１０１によって被測定ガス中の酸素及びＮＯｘを検知し、それらの濃度を測定するＮＯｘセンサの一例を示している。
【0039】
また、ガスセンサ１００は、センサ素子１０１を制御する制御装置９０を含む。図２は、制御装置９０と、センサ素子１０１との電気的な接続関係を示すブロック図である。
【0040】
（センサ素子）
センサ素子１０１は、複数の酸素イオン伝導性の固体電解質層が積層された構造を有する基体部１０２を含む、長尺板状の素子である。長尺板状とは、長板状、あるいは、帯状ともいう。基体部１０２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構造を有する。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。前記６つの層は全て同じ厚みであってもよいし、各層毎に異なる厚みであってもよい。各層の間は、固体電解質からなる接着層を介して接着されており、基体部１０２には前記接着層を含む。図１においては、前記６つの層からなる層構成を例示したが、本発明における層構成はこれに限られるものではなく、任意の層の数及び層構成としてよい。
センサ素子１０１は、複数の酸素イオン伝導性の固体電解質層が積層された構造を有する基体部１０２を含む、長尺板状の素子である。長尺板状とは、長板状、あるいは、帯状ともいう。基体部１０２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構造を有する。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。前記６つの層は全て同じ厚みであってもよいし、各層毎に異なる厚みであってもよい。各層の間は、固体電解質からなる接着層を介して接着されており、基体部１０２には前記接着層を含む。図１においては、前記６つの層からなる層構成を例示したが、本発明における層構成はこれに限られるものではなく、任意の層の数及び層構成としてよい。
【0041】
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。
【0042】
センサ素子１０１の長手方向の一方の端部（以下、先端部という）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が形成されている。被測定ガス流通空所１５、すなわち被測定ガス流通部は、ガス導入口１０から長手方向に、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いる。
【0043】
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。
【0044】
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１において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。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、所望の拡散抵抗を付与する形態であればよく、その形態は前記スリットに限定されるものではない。
【0045】
第４拡散律速部６０は、１本の横長の（図１において図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとしてスペーサ層５と、第２固体電解質層６との間に設けられる。第４拡散律速部６０は、所望の拡散抵抗を付与する形態であればよく、その形態は前記スリットに限定されるものではない。
【0046】
また、基体部１０２の内部であって、被測定ガス流通空所１５よりも先端側から遠い位置には、被測定ガス流通空所１５とは離隔して、基準ガス室が設けられている。基準ガス室は、センサ素子１０１（基体部１０２）の他方の端部（以下、後端部という）に開口を有する。あるいは、基準ガス室は、例えば、センサ素子１０１（基体部１０２）の長手方向の側面のうちの基準ガスに接する部分に対して開口していてもよい。本実施形態においては、基準ガス室は、多孔体で満たされた基準ガス導入層４８として設けられている。
【0047】
基準ガス導入層４８は、第３基板層３と第１固体電解質層４との間に配設された、例えばアルミナなどのセラミックスからなる多孔質体の層である。基準ガス導入層４８の後端面は、センサ素子１０１（基体部１０２）の後端面に露出している。また、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には、酸素濃度及び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。基準ガスは、基準ガス導入層４８の後端面を通じて、外部空間からセンサ素子１０１内に導入されるようになっている。また、基準ガス導入層４８は、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。
【0048】
基準電極４２は、基準ガス室内に配設された電極である。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、基準ガス導入層４８が設けられている。すなわち、基準電極４２は、多孔質である基準ガス導入層４８を介して、基準ガスと接するように配設されている。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。
【0049】
被測定ガス流通空所１５において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口しており、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。
【0050】
本実施形態においては、被測定ガス流通空所１５は、センサ素子１０１の先端面に開口したガス導入口１０から被測定ガスが導入される形態であるが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、被測定ガス流通空所１５には、ガス導入口１０の凹所が存在しなくてもよい。この場合は、第１拡散律速部１１が実質的にガス導入口となる。
【0051】
また、例えば、被測定ガス流通空所１５は、基体部１０２の長手方向に沿う側面に、緩衝空間１２あるいは第１内部空所２０の緩衝空間１２に近い位置と連通する開口を有している形態であってもよい。この場合は、前記開口を通じて、基体部１０２の長手方向に沿う側面から被測定ガスが導入される。
【0052】
また、例えば、被測定ガス流通空所１５は、多孔体を通じて被測定ガスが導入される構成になっていてもよい。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
結果として、第１内部空所２０に導入される被測定ガスの量が所定の範囲になっていればよい。すなわち、センサ素子１０１の先端部から第２拡散律速部１３の全体として、所定の拡散抵抗を付与されていればよい。例えば、第１拡散律速部１１が直接第１内部空所２０と連通する、すなわち、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３とが存在しない態様としてもよい。
【0057】
緩衝空間１２は、被測定ガスの圧力が変動する場合に、その圧力変動が検出値に与える影響を緩和するために設けられた空間である。
【0058】
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内部空間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。
【0059】
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。
【0060】
センサ素子１０１は、前記被測定ガス流通空所１５内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部１０２の前記被測定ガス流通空所１５とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルを含む。空所内酸素ポンプ電極は、内側主ポンプ電極２２と、補助ポンプ電極５１と、測定電極４４とを含む。
【0061】
本実施形態においては、主ポンプセル２１が酸素ポンプセルとして機能する。また、内側主ポンプ電極２２が空所内酸素ポンプ電極として機能し、外側ポンプ電極２３が、空所外酸素ポンプ電極として機能する。
【0062】
主ポンプセル２１は、前記被測定ガス流通空所１５の内表面に配設された内側主ポンプ電極２２と、前記基体部１０２の前記被測定ガス流通空所１５とは異なる位置（図１においては、前記基体部１０２の外面）に配設された、前記内側主ポンプ電極２２と対応している外側ポンプ電極２３とを含む電気化学的ポンプセルである。「前記内側主ポンプ電極２２と対応している」とは、前記外側ポンプ電極２３が、前記内側主ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６を介して設けられていることを意味する。
【0063】
すなわち、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を有する内側主ポンプ電極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。
【0064】
内側主ポンプ電極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。
【0065】
内側主ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、多孔質サーメット電極（金属成分とセラミックス成分が混在した態様の電極）である。セラミックス成分としては、特に限定されないが、基体部１０２と同様に、酸素イオン伝導性の固体電解質を用いることが好ましい。例えば、セラミックス成分として、ＺｒＯ２を用いることができる。
【0066】
被測定ガスに接触する内側主ポンプ電極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。内側主ポンプ電極２２は、触媒活性を有する貴金属（例えばＰｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄの少なくとも１つ）と、触媒活性を有する貴金属の測定対象ガス（本実施形態においてはＮＯｘ）に対する触媒活性を低下させる貴金属（例えばＡｕ，Ａｇ等）とを含んでいるとよい。本実施形態においては、内側主ポンプ電極２２は、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ２との多孔質サーメット電極とした。
【0067】
外側ポンプ電極２３は、上述の触媒活性を有する貴金属を含んでいればよい。上述した基準電極４２についても同様に、上述の触媒活性を有する貴金属を含んでいればよい。本実施形態においては、外側ポンプ電極２３は、ＰｔとＺｒＯ２との多孔質サーメット電極とした。
【0068】
主ポンプセル２１においては、内側主ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を可変電源２４により印加して、内側主ポンプ電極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。
【0069】
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、内側主ポンプ電極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。
【0070】
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が一定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。この時に流れるポンプ電流Ｉｐ０の電流値は、被測定ガス中の酸素濃度に応じた電流値となる。
【0071】
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。
【0072】
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より高精度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及び補助ポンプセル５０がない構成とすることもできる。酸素分圧の調整の精度の観点からは、第２内部空所４０及び補助ポンプセル５０があることがより好ましい。
【0073】
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による酸素分圧の調整が行われるようになっている。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。
【0074】
補助ポンプセル５０は、前記被測定ガス流通空所１５の内表面の、前記内側主ポンプ電極２２よりも前記基体部１０２の長手方向の先端部から遠い位置に配設された補助ポンプ電極５１と、前記基体部１０２の前記被測定ガス流通空所１５とは異なる位置（図１においては、前記基体部１０２の外面）に配設された、前記補助ポンプ電極５１と対応している外側ポンプ電極２３とを含む電気化学的ポンプセルである。「前記補助ポンプ電極５１と対応している」とは、前記外側ポンプ電極２３が、前記補助ポンプ電極５１と、第２固体電解質層６を介して設けられていることを意味する。
【0075】
すなわち、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、被測定ガス流通空所１５とは異なる位置、例えばセンサ素子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。
【0076】
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主ポンプ電極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。
【0077】
なお、補助ポンプ電極５１についても、内側主ポンプ電極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。補助ポンプ電極５１は、内側主ポンプ電極２２と同様に、触媒活性を有する貴金属（例えばＰｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄの少なくとも１つ）と、触媒活性を有する貴金属の測定対象ガス（本実施形態においてはＮＯｘ）に対する触媒活性を低下させる貴金属（例えばＡｕ，Ａｇ等）とを含んでいるとよい。本実施形態においては、補助ポンプ電極５１は、内側主ポンプ電極２２と同様に、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ２との多孔質サーメット電極とした。
【0078】
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との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ１を可変電源５２により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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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の電圧Ｖ０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。
【0082】
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）がさらに低く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。
【0083】
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（ＮＯｘ）濃度を測定するための空間として設けられている。ＮＯｘ濃度の測定は、ＮＯｘ測定用ポンプセル（本実施形態において測定用ポンプセル４１）の動作により行われる。また、後述のようにＮＯｘ測定用ポンプセルの動作により、ＮＨ３濃度の測定も行ってよい。
【0084】
測定用ポンプセル４１は、前記被測定ガス流通空所１５内の、空所内酸素ポンプ電極（本実施形態においては、内側主ポンプ電極２２）よりも前記基体部１０２の長手方向の先端部から遠い位置に配設された空所内測定電極（本実施形態においては、測定電極４４）と、前記基体部１０２の前記被測定ガス流通空所１５とは異なる位置に配設された、前記空所内測定電極と対応している空所外測定電極を含む電気化学的ポンプセルである。本実施形態においては、前記基体部１０２の外面に配設された外側ポンプ電極２３が、外側測定電極としても機能する。「前記空所内測定電極と対応している」とは、前記外側ポンプ電極２３が、前記測定電極４４と、第２固体電解質層６、スペーサ層５、及び第１固体電解質層４を介して設けられていることを意味する。なお、本実施形態においては、測定電極４４は、補助ポンプ電極５１よりも前記基体部１０２の長手方向の先端部から遠い位置に配設されている。
【0085】
すなわち、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（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、被測定ガス流通空所１５とは異なる位置、例えばセンサ素子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、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。
【0086】
測定電極４４は、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。測定電極４４は、触媒活性を有する貴金属（例えばＰｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄの少なくとも１つ）を含む電極である。触媒活性を有する貴金属の測定対象ガス（本実施形態においてはＮＯｘ）に対する触媒活性を低下させる貴金属（例えばＡｕ，Ａｇ等）を含まないことが好ましい。本実施形態においては、測定電極４４は、Ｐｔ及びＲｈとＺｒＯ２との多孔質サーメット電極とした。
【0087】
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、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。
【0088】
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が一定となるように可変電源４６のポンプ電圧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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
また、上述のポンプ電流Ｉｐ０に基づいて算出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なるか否かの判定を行うために、判定用ポンプセル８４が設けられている。判定用ポンプセル８４は、内側主ポンプ電極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とから構成される電気化学的なポンプセルである。
【0092】
判定用ポンプセル８４においては、内側主ポンプ電極２２と基準電極４２との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ３を可変電源８５により印加することにより、基準電極４２が配設されている基準ガス室内（基準ガス導入層４８内）から、内側主ポンプ電極２２が配設されている被測定ガス流通空所１５内（第１内部空所２０内）に酸素を汲み入れることが可能となっている。
【0093】
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、ヒータ電極７１と、ヒータ７２と、ヒータリード７６と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４、圧力放散孔７５とを備えている。
【0094】
ヒータ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータ電極７１を外部電源であるヒータ電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。
【0095】
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７２に接続していて且つセンサ素子１０１の長手方向後端側に延びているヒータリード７６と、スルーホール７３とを介してヒータ電極７１と接続されており、該ヒータ電極７１を通して外部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。
【0096】
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。主ポンプセル２１、補助ポンプセル５０、及び測定用ポンプセル４１が作動できるように温度が調整されていればよい。これらの全域が同じ温度に調整される必要はなく、センサ素子１０１に温度分布があってもよい。
【0097】
本実施形態のセンサ素子１０１においては、ヒータ７２が基体部１０２に埋設された態様であるが、この態様に限定されるものでない。ヒータ７２は、基体部１０２を加熱するように配設されていればよい。すなわち、ヒータ７２は、上述の主ポンプセル２１、補助ポンプセル５０、及び測定用ポンプセル４１が作動できる酸素イオン伝導性を発現させる程度に、センサ素子１０１を加熱できるものであればよい。例えば、本実施形態のように基体部１０２に埋設されていてもよい。あるいは、例えば、ヒータ部７０が基体部１０２とは別のヒータ基板として形成され、基体部１０２の隣接位置に配設されていてもよい。
【0098】
ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２及びヒータリード７６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及びヒータリード７６との間の電気的絶縁性、および、第３基板層３とヒータ７２及びヒータリード７６との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
【0099】
圧力放散孔７５は、第３基板層３を貫通し、ヒータ絶縁層７４と基準ガス導入層４８とが連通するように形成されている。圧力放散孔７５によって、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇が緩和されうる。なお、圧力放散孔７５のない構成としてもよい。
【0100】
上述のセンサ素子１０１は、センサ素子１０１の先端部が被測定ガスに接し、センサ素子１０１の後端部が基準ガスに接するような態様で、ガスセンサ１００に組み込まれる。
【0101】
（制御装置）
本実施形態のガスセンサ１００は、上述のセンサ素子１０１と、センサ素子１０１を制御する制御装置９０とを含む。ガスセンサ１００において、センサ素子１０１の各電極２２，２３，５１，４４，４２は図示しないリード線を介して、制御装置９０と電気的に接続されている。図２は、制御装置９０と、センサ素子１０１の各ポンプセル２１、５０、４１、８４、及び各センサセル８０、８１、８２、８３との電気的接続関係を示すブロック図である。制御装置９０は、上述した可変電源２４、５２、４６、８５と、制御部９１とを含む。制御部９１は、駆動制御部９２、濃度検出部９３、及び判定補正部９４を含む。
本実施形態のガスセンサ１００は、上述のセンサ素子１０１と、センサ素子１０１を制御する制御装置９０とを含む。ガスセンサ１００において、センサ素子１０１の各電極２２，２３，５１，４４，４２は図示しないリード線を介して、制御装置９０と電気的に接続されている。図２は、制御装置９０と、センサ素子１０１の各ポンプセル２１、５０、４１、８４、及び各センサセル８０、８１、８２、８３との電気的接続関係を示すブロック図である。制御装置９０は、上述した可変電源２４、５２、４６、８５と、制御部９１とを含む。制御部９１は、駆動制御部９２、濃度検出部９３、及び判定補正部９４を含む。
【0102】
制御部９１は、汎用又は専用のコンピュータにより実現されるものであり、コンピュータに搭載されたＣＰＵやメモリ等により駆動制御部９２、濃度検出部９３、及び判定補正部９４としての機能が実現される。なお、ガスセンサ１００が自動車のエンジンからの排気ガス中に含まれる酸素、ＮＯｘ及びＮＨ３の少なくとも一つを測定対象ガスとし、センサ素子１０１が排気経路に取り付けられるものである場合、制御装置９０（特に制御部９１）の一部あるいは全部の機能が、該自動車に搭載されているＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御装置）により実現されてもよい。
【0103】
制御部９１は、センサ素子１０１の各センサセル８０、８１、８２、８３における起電力（電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｒｅｆ）、及び各ポンプセル２１、５０、４１、８４におけるポンプ電流（Ｉｐ０、Ｉｐ１、Iｐ２、Ｉｐ３）を取得するように構成されている。また、制御部９１は、可変電源２４、５２、４６、８５に制御信号を出力するように構成されている。
【0104】
駆動制御部９２は、被測定ガス中の測定対象ガス（本実施形態においては酸素、及び、ＮＯｘ又はＮＨ３）の濃度を測定できるように、主ポンプセル２１、補助ポンプセル５０、及び測定用ポンプセル４１の動作を制御するように構成されている。
【0105】
駆動制御部９２は、主ポンプセル２１、補助ポンプセル５０、及び測定用ポンプセル４１を動作させて被測定ガス中の測定対象ガスを検出する通常制御を行う。通常制御が行われている状態を通常測定モードと称する。具体的には、本実施形態において、前記通常制御は以下のように行う。
【0106】
駆動制御部９２は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における電圧Ｖ０が一定値（設定値Ｖ０ＳＥＴと称する）となるように、主ポンプセル２１における可変電源２４のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御する。電圧Ｖ０は内側主ポンプ電極２２近傍の酸素分圧を示しているので、電圧Ｖ０を一定にすることは、内側主ポンプ電極２２近傍の酸素分圧を一定にすることを意味する。結果として、主ポンプセル２１におけるポンプ電流Ｉｐ０は、被測定ガス中の酸素濃度に応じて変化する。
【0107】
被測定ガス中の酸素分圧が、設定値Ｖ０ＳＥＴに相当する酸素分圧より高い場合には、主ポンプセル２１において、第１内部空所２０から酸素を排出する。一方、被測定ガス中の酸素分圧が、設定値Ｖ０ＳＥＴに相当する酸素分圧より低い場合（例えば、炭化水素ＨＣ等が含まれている場合）には、主ポンプセル２１において、センサ素子１０１の外の空間から、第１内部空所２０に酸素を汲み入れる。従って、ポンプ電流Ｉｐ０は、正負のどちらの値も取り得る。
【0108】
駆動制御部９２は、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１における電圧Ｖ１が一定値（設定値Ｖ１ＳＥＴと称する）となるように、補助ポンプセル５０における可変電源５２のポンプ電圧Ｖｐ１をフィードバック制御する。電圧Ｖ１は補助ポンプ電極５１近傍の酸素分圧を示しているので、電圧Ｖ１を一定にすることは、補助ポンプ電極５１近傍の酸素分圧を一定にすることを意味する。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。
【0109】
また、これとともに、補助ポンプセル５０におけるポンプ電流Ｉｐ１が一定値（設定値Ｉｐ１ＳＥＴと称する）となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖ０の設定値Ｖ０ＳＥＴを設定するフィードバック制御を行う。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がポンプ電流Ｉｐ１に基づいて設定された設定値Ｖ０ＳＥＴに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。すなわち、第４拡散律速部６０から第３内部空所６１に導入される被測定ガス中の酸素濃度が約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれると考えられる。
【0110】
駆動制御部９２は、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出される電圧Ｖ２が一定値（設定値Ｖ２ＳＥＴと称する）となるように、測定用ポンプセル４１における可変電源４６のポンプ電圧Ｖｐ２をフィードバック制御する。測定電極４４において、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。発生した酸素は、電圧Ｖ２が設定値Ｖ２ＳＥＴとなるように、測定用ポンプセル４１によりポンプアウトされる。設定値Ｖ２ＳＥＴは、測定電極４４においてＮＯｘを実質的に全て分解する値として設定することができる。このように設定値Ｖ２ＳＥＴを設定することにより、測定電極４４において被測定ガス中のＮＯｘが実質的に全てポンプ電流Ｉｐ２として検出される。従って、ポンプ電流Ｉｐ２の電流値は、被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じた電流値となる。
【0111】
後述のように、判定補正部９４が判定補正処理を行う場合には、駆動制御部９２は、各ポンプセル２１，５０，４１の上述の通常制御を停止するとよい。
【0112】
ここで、被測定ガス中の酸素濃度に応じて流れるポンプ電流Ｉｐ０について、詳しく説明する。図３は、ガスセンサ１００における、被測定ガス中の酸素濃度とポンプ電流Ｉｐ０との関係の一例を示す模式図である。横軸は酸素濃度［％］を、縦軸はポンプ電流Ｉｐ０の値［Ａ］を示す。ポンプ電流Ｉｐ０は、第１内部空所２０から酸素を汲み出す向きを正の向き、第１内部空所２０に酸素を汲み入れる向きを負の向きとしている。図３において、実線は正常ガスセンサを示しており、破線は補正されるべきガスセンサを示している。補正については、後述する。
【0113】
酸素濃度は、空燃比（Ａ／Ｆ）あるいはラムダ（λ）として表すこともできる。０％の酸素濃度は、理論空燃比、すなわちλ＝１に相当する。酸素濃度が正の領域は、被測定ガス中に酸素が存在する（被測定ガス中の酸素量が可燃性ガス量よりも多い）ことを示しており、リーン、すなわちλ＞１の領域に相当する。酸素濃度が負の領域は、被測定ガス中に可燃性ガスが存在する（被測定ガス中の酸素量が可燃性ガス量よりも少ない）ことを示しており、リッチ、すなわちλ＜１の領域に相当する。物理量としての酸素濃度は負の値をとらないが、被測定ガス中の空燃比がリッチ（λ＜１）の状態を便宜的に酸素濃度が負の領域として表している。
【0114】
酸素濃度が正（リーン、λ＞１）の領域においては、第１内部空所２０内の被測定ガス中の酸素濃度とポンプ電流Ｉｐ０との間には、図３に例示されるような直線的な関係が存在する。また、酸素濃度が負（リッチ、λ＜１）の領域においては、第１内部空所２０内の被測定ガス中の可燃性ガスを燃焼させるために第１内部空所２０に汲み入れられる酸素量（酸素濃度）とポンプ電流Ｉｐ０との間には、図３に例示されるような直線的な関係が存在する。被測定ガス中の酸素濃度とポンプ電流Ｉｐ０との直線的な関係においては、通常、図３に例示されるように、酸素濃度が正の領域と負の領域とで直線の傾きが異なる。また、図３においては、酸素濃度０％におけるポンプ電流Ｉｐ０が負の電流値である例を示しているが、駆動制御部９２による通常制御によっては、０Ａ又は正の電流値であり得る。
【0115】
被測定ガスが自動車のエンジンなどの内燃機関からの排気ガスである場合、被測定ガス中の酸素濃度の値［あるいは空燃比（Ａ／Ｆ）又はラムダ（λ）の値］は、内燃機関の燃焼制御に用いられることが多い。また、自動車に搭載されている排気ガス浄化システムの制御にも用いられる。従って、ガスセンサ１００は、被測定ガス中の酸素濃度を精度よく測定することが求められる。特に、ガソリン車からの排気ガスの場合には、理論空燃比（λ＝１）付近の領域において、被測定ガス中の酸素濃度を精度よく測定することが求められる。理論空燃比（λ＝１）付近の領域とは、例えば、酸素濃度５００ｐｐｍ以下程度の低酸素濃度領域であってよい。酸素濃度が負であるリッチの領域を含んでいてよい。
【0116】
また、ガソリン車に搭載されている排気ガス浄化システムからは、通常、排気ガスがリーン雰囲気の場合にはＮＯｘが、リッチ雰囲気の場合にはＮＨ３が排出される。これは、三元触媒の浄化特性によるものである。この場合、被測定ガスの空燃比から、被測定ガス中にＮＯｘが存在するのか、あるいはＮＨ３が存在するのかを判断することができる。
【0117】
被測定ガスの空燃比がリーンである場合には、被測定ガス中にＮＯｘが存在するため、上述のように、ＮＯｘ濃度に応じたポンプ電流Ｉｐ２が流れる。一方、被測定ガスの空燃比がリッチである場合には、被測定ガス中にはＮＨ３が存在する。被測定ガス中にＮＨ３が存在する場合は、内側主ポンプ電極２２及び補助ポンプ電極５１の少なくともいずれか一方において、ＮＨ３が酸化されてＮＯに変換される。ＮＨ３から変換されたＮＯは、駆動制御部９２によって測定用ポンプセル４１を動作させることによって、上述のＮＯｘの場合と同様に、ポンプ電流Ｉｐ２として検出される。ポンプ電流Ｉｐ２の電流値は、ＮＨ３から変換されたＮＯの量（濃度）に応じた電流値となる。ＮＨ３から変換されたＮＯの量（濃度）は、被測定ガス中のＮＨ３の量（濃度）に対応する。従って、ポンプ電流Ｉｐ２の電流値は、被測定ガス中のＮＨ３濃度に応じた電流値となる。
【0118】
このように、ガスセンサ１００が、酸素濃度、ＮＯｘ濃度、及びＮＨ３濃度を測定できるように構成されれば、被測定ガスの空燃比に基づいて、被測定ガス中にＮＯｘが存在する場合にはＮＯｘ濃度を、また被測定ガス中にＮＨ３が存在する場合にはＮＨ３濃度をそれぞれ精度よく測定し得る。この場合には、特に、理論空燃比（λ＝１）付近の領域において、被測定ガス中の酸素濃度を精度よく測定することにより、後述するように、被測定ガス中にＮＯｘが存在するのか、あるいはＮＨ３が存在するのかをより正しく判断し得る。
【0119】
濃度検出部９３は、酸素ポンプセル（本実施形態においては主ポンプセル２１）に流れる酸素ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ０）の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出するように構成されている。また、本実施形態においては、濃度検出部９３は、ＮＯｘ測定用ポンプセル（本実施形態においては測定用ポンプセル４１）に流れる測定用ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ２）に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するように構成されている。また、濃度検出部９３は、ＮＯｘ測定用ポンプセル（本実施形態においては測定用ポンプセル４１）に流れる測定用ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ２）に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出するように構成されている。濃度検出部９３は、これらの濃度の検出を、被測定ガス中の測定対象ガスを検出する通常測定モードにおいて行う。すなわち、駆動制御部９２が上述の通常制御を行っている状態で行う。
【0120】
濃度検出部９３は、駆動制御部９２が上述の通常制御を行っている通常測定モードにおいて、主ポンプセル２１におけるポンプ電流Ｉｐ０を取得し、予め記憶されているポンプ電流Ｉｐ０と被測定ガス中の酸素濃度との換算パラメータ（電流－酸素濃度換算パラメータ）に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を算出し、ガスセンサ１００の検出値として出力する。電流－酸素濃度換算パラメータは、図３に例示されるような直線的な関係を表すデータとして、濃度検出部９３として機能する制御部９１のメモリに予め記憶されている。電流－酸素濃度換算パラメータは、ガスセンサ１００について、予め実験等により当業者が適宜定めることができる。電流－酸素濃度換算パラメータは、例えば、実験により得られた近似式（一次関数等）の係数であってもよいし、ポンプ電流Ｉｐ０と被測定ガス中の酸素濃度との対応を示すマップであってもよい。電流－酸素濃度換算パラメータは、ガスセンサ１００の１本１本に固有のパラメータであってもよいし、複数のガスセンサに共通して用いられるパラメータであってもよい。
【0121】
濃度検出部９３は、駆動制御部９２が上述の通常制御を行っている通常測定モードにおいて、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を取得し、予め記憶されているポンプ電流Ｉｐ２と被測定ガス中のＮＯｘ濃度との換算パラメータ（電流－ＮＯｘ濃度換算パラメータ）に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を算出し、ガスセンサ１００の検出値として出力する。電流－ＮＯｘ濃度換算パラメータは、ポンプ電流Ｉｐ２と被測定ガス中のＮＯｘ濃度との間の関係（直線的な関係）を表すデータとして、濃度検出部９３として機能する制御部９１のメモリに予め記憶されている。電流－ＮＯｘ濃度換算パラメータは、ガスセンサ１００について、予め実験等により当業者が適宜定めることができる。電流－ＮＯｘ濃度換算パラメータは、例えば、実験により得られた近似式（一次関数等）の係数であってもよいし、ポンプ電流Ｉｐ２と被測定ガス中のＮＯｘ濃度との対応を示すマップであってもよい。電流－ＮＯｘ濃度換算パラメータは、ガスセンサ１００の１本１本に固有のパラメータであってもよいし、複数のガスセンサに共通して用いられるパラメータであってもよい。
【0122】
濃度検出部９３は、駆動制御部９２が上述の通常制御を行っている通常測定モードにおいて、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を取得し、予め記憶されているポンプ電流Ｉｐ２と被測定ガス中のＮＨ３濃度との換算パラメータ（電流－ＮＨ３濃度換算パラメータ）に基づいて、被測定ガス中のＮＨ３濃度を算出し、ガスセンサ１００の検出値として出力する。電流－ＮＨ３濃度換算パラメータは、ポンプ電流Ｉｐ２と被測定ガス中のＮＨ３濃度との間の関係（直線的な関係）を表すデータとして、濃度検出部９３として機能する制御部９１のメモリに予め記憶されている。電流－ＮＨ３濃度換算パラメータは、ガスセンサ１００について、予め実験等により当業者が適宜定めることができる。電流－ＮＨ３濃度換算パラメータは、例えば、実験により得られた近似式（一次関数等）の係数であってもよいし、ポンプ電流Ｉｐ２と被測定ガス中のＮＨ３濃度との対応を示すマップであってもよい。電流－ＮＨ３濃度換算パラメータは、ガスセンサ１００の１本１本に固有のパラメータであってもよいし、複数のガスセンサに共通して用いられるパラメータであってもよい。
【0123】
濃度検出部９３は、被測定ガス中の酸素濃度、ＮＯｘ濃度、及びＮＨ３濃度の全てを検出する必要はないが、少なくとも被測定ガス中の酸素濃度を検出する。また、濃度検出部９３は、被測定ガス中の酸素濃度、ＮＯｘ濃度、及びＮＨ３濃度の２つ以上を同時に（並行して）検出してもよいし、１つずつ順次検出してもよい。濃度検出部９３は、被測定ガス中の酸素濃度、ＮＯｘ濃度、及びＮＨ３濃度の全てを検出値として出力する必要はなく、少なくとも１つ出力するように構成されていればよい。
【0124】
濃度検出部９３は、通常測定モードにおいて主ポンプセル２１に流れるポンプ電流Ｉｐ０に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を検出し、検出された前記酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する空燃比判断部９５を含んでいてもよい。
【0125】
本実施形態においては、濃度検出部９３は、空燃比判断部９５の判断に従って、ポンプ電流Ｉｐ２に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するか、あるいは、ポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＨ３濃度を検出するかのいずれかを行うように構成されている。
【0126】
空燃比判断部９５は、主ポンプセル２１におけるポンプ電流Ｉｐ０を取得し、予め記憶されているポンプ電流Ｉｐ０と被測定ガス中の酸素濃度との換算パラメータ（電流－酸素濃度換算パラメータ）に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を算出し、算出された酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する。あるいは、濃度検出部９３により算出された酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断してもよい。
【0127】
濃度検出部９３は、
空燃比判断部９５が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、ＮＯｘ測定用ポンプセル（測定用ポンプセル４１）に流れる測定用ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ２）に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
空燃比判断部９５が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、ＮＯｘ測定用ポンプセル（測定用ポンプセル４１）に流れる測定用ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ２）に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出するように構成されていてもよい。なお、空燃比判断部９５が被測定ガス中の空燃比について理論空燃比であると判断した場合には、ＮＯｘ濃度を検出するようにしてもよいし、ＮＨ３濃度を検出するようにしてもよい。
空燃比判断部９５が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、ＮＯｘ測定用ポンプセル（測定用ポンプセル４１）に流れる測定用ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ２）に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
空燃比判断部９５が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、ＮＯｘ測定用ポンプセル（測定用ポンプセル４１）に流れる測定用ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ２）に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出するように構成されていてもよい。なお、空燃比判断部９５が被測定ガス中の空燃比について理論空燃比であると判断した場合には、ＮＯｘ濃度を検出するようにしてもよいし、ＮＨ３濃度を検出するようにしてもよい。
【0128】
濃度検出部９３がこのように構成されていれば、上述のガソリン車に搭載されている排気ガス浄化システムからの排気ガスをより正確に測定することができる。つまり、被測定ガス中にＮＯｘが存在するのか、あるいはＮＨ３が存在するのかを判断することができるため、被測定ガス中にＮＯｘが存在する場合とＮＨ３が存在する場合のいずれにおいても、被測定ガス中のＮＯｘ濃度あるいはＮＨ３濃度をそれぞれ正確に測定することができる。その結果、排気ガス浄化システムの制御を最適に行うことができる。
【0129】
判定補正部９４は、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、酸素ポンプセル（本実施形態においては主ポンプセル２１）に流れる酸素ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ０）の電流値に対して補正を行うように構成されている。
【0130】
上述のように、濃度検出部９３は、予め記憶された電流－酸素濃度換算パラメータに基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を算出する。電流－酸素濃度換算パラメータは、例えば、図３において実線で示されている正常ガスセンサにおける、ポンプ電流Ｉｐ０と被測定ガス中の酸素濃度との関係に基づいて設定されている。ガスセンサ１００が長期間にわたり使用されると、何らかの要因で、ポンプ電流Ｉｐ０と被測定ガス中の酸素濃度との関係が変化してしまう場合がある。例えば、図３において破線で示されている補正されるべきガスセンサのように、被測定ガス中の酸素濃度に応じて流れるポンプ電流Ｉｐ０が、正常時に比べて大きい値にシフトする場合がある。図３において、このシフト量をΔＩｐ０で示している。このようなポンプ電流Ｉｐ０のシフトが起こっている場合であっても、濃度検出部９３は、予め記憶された電流－酸素濃度換算パラメータ（正常ガスセンサのパラメータ）に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を算出する。従って、濃度検出部９３により、補正されるべきガスセンサにおけるポンプ電流Ｉｐ０と、正常ガスセンサにおける電流－酸素濃度換算パラメータとから算出された酸素濃度は、被測定ガス中の実際の酸素濃度よりも大きい値、すなわち、リーン側にずれた値になる。つまり、実際の被測定ガスがリッチであるにもかかわらず、ガスセンサ１００の検出値は被測定ガスが理論空燃比あるいはリーンであることを示すようなことが起こり得る。
【0131】
図３に示されるようなポンプ電流Ｉｐ０のシフトは、例えば、被測定ガス流通空所１５内に、ガス導入口１０以外から酸素が侵入するような場合に起こり得る。例えば、被測定ガス流通空所１５と基準ガス室としての基準ガス導入層４８との間の固体電解質層にクラックが発生したような場合が挙げられる。例えば、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間の第１固体電解質層４にクラックが発生することにより、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間にガス拡散通路できて、被測定ガス流通空所１５内に基準ガスが侵入することが考えられる。あるいは、例えば、被測定ガス流通空所１５とヒータ絶縁層７４との間の第１固体電解質層４及び第３基板層３にクラックが発生することにより、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間にヒータ絶縁層７４と圧力放散孔７５とを介するガス拡散通路できて、被測定ガス流通空所１５内に基準ガスが侵入することが考えられる。このような場合、被測定ガス流通空所１５内には、ガス導入口１０から被測定ガスが導入され、さらに、クラックを通じて基準ガスが侵入することになる。
【0132】
図３においては、ポンプ電流Ｉｐ０が大きい値にシフトする場合を例示したが、ポンプ電流Ｉｐ０が小さい値にシフトする場合も起こり得る。また、図３においては、被測定ガス中の酸素濃度に係わらず、ポンプ電流Ｉｐ０が一定値シフトする場合を例示したが、例えば、酸素濃度によってポンプ電流Ｉｐ０の変化量が異なる場合も起こり得る。例えば、酸素濃度に対するポンプ電流Ｉｐ０の傾きが変化する場合も起こり得る。例えば、被測定ガスの流通経路上のいずれかにおいて被測定ガス中のオイル成分などが付着して目詰まりが発生した場合には、酸素濃度に対するポンプ電流Ｉｐ０の傾きが小さくなり得る。目詰まりは、例えば、センサ素子１０１において、ガス導入口１０、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、及び第２拡散律速部１３の少なくともいずれかで発生し得る。ガスセンサ１００は通常、センサ素子１０１の先端部を保護しつつ被測定ガスを流通させる保護カバーを備えているが、保護カバーの通気孔が目詰まりする場合も起こり得る。
【0133】
上述のような種々の要因により、濃度検出部９３により検出された酸素濃度と被測定ガス中の実際の酸素濃度との間のずれが生じた場合には、判定補正部９４は、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する。実際には、被測定ガス中の酸素濃度は未知であるので、ポンプ電流Ｉｐ０の電流値それ自体（あるいは、濃度検出部９３によりポンプ電流Ｉｐ０の電流値から算出された酸素濃度）から、直接的に、被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なるか否かを判定することは困難である。そこで、判定補正部９４は、主ポンプセル２１に流れるポンプ電流Ｉｐ０以外の電流又は起電力を用いて、判定を行うとよい。例えば、酸素濃度が既知の基準ガスに接する基準電極４２とそれ以外の電極との間に流れる電流あるいは発生する起電力を用いて、判定を行うとよい。この判定時には、駆動制御部９２は、各ポンプセル２１，５０，４１の上述の通常制御を停止するとよい。すなわち、判定補正部９４は、通常測定モードを停止し、判定及び必要な場合には補正を行う判定モードを実行してよい。
【0134】
判定補正部９４は、例えば、判定用ポンプセル８４に流れる判定電流Ｉｐ３を用いて、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定してよい。具体的な判定の方法は後述する。
【0135】
判定補正部９４は、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、酸素ポンプセル（本実施形態においては主ポンプセル２１）に流れる酸素ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ０）の電流値に対して補正を行う。図３を参照すれば、補正されるべきガスセンサにおけるポンプ電流Ｉｐ０の正常ガスセンサにおけるポンプ電流Ｉｐ０からのずれ分（シフト量ΔＩｐ０）を、濃度検出部９３が取得したポンプ電流Ｉｐ０に対して補正する。例えば、判定補正部９４は、濃度検出部９３が取得したポンプ電流Ｉｐ０からシフト量ΔＩｐ０を差し引いて補正後のポンプ電流Ｉｐ０を算出し、その後、濃度検出部９３は、補正後のポンプ電流Ｉｐ０と、正常ガスセンサにおける電流－酸素濃度換算パラメータとから酸素濃度を算出してもよい。
【0136】
あるいは、正常ガスセンサにおける電流－酸素濃度換算パラメータにシフト量ΔＩｐ０を上乗せした新たな電流－酸素濃度換算パラメータを算出し、濃度検出部９３が取得したポンプ電流Ｉｐ０と、新たな電流－酸素濃度換算パラメータとから酸素濃度を算出してもよい。このようにして、ポンプ電流Ｉｐ０の電流値に対して補正を行ってもよい。
【0137】
判定補正部９４は、例えば、酸素ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ０）の電流値に対する補正値を予め記憶しており、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、酸素ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ０）の電流値に対して、予め記憶された前記補正値を用いて補正を行ってよい。補正値は、判定補正部９４として機能する制御部９１のメモリに予め記憶されている。補正値は、ガスセンサ１００について、予め実験等により当業者が適宜定めることができる。補正値は、例えば、図３における正常ガスセンサと補正されるべきガスセンサとの間のポンプ電流Ｉｐ０のシフト量ΔＩｐ０であってよい。
【0138】
図３に示されるようなポンプ電流Ｉｐ０のシフトが、被測定ガス流通空所１５と基準ガス室としての基準ガス導入層４８との間の固体電解質層にクラックに起因する場合、ポンプ電流Ｉｐ０のシフト量ΔＩｐ０は、クラックの大きさや位置によらず、センサ素子１０１の構成に応じた値になると考えられる。従って、例えば、正常ガスセンサと、クラックを有するガスセンサとについて、被測定ガス中の酸素濃度とポンプ電流Ｉｐ０との関係をそれぞれ予め取得し、それらから導出したポンプ電流Ｉｐ０のシフト量ΔＩｐ０を補正値として用いてもよい。
【0139】
また、補正値は、例えば、電流－酸素濃度換算パラメータの変化量（図３におけるシフト量ΔＩｐ０、あるいは、酸素濃度に対するポンプ電流Ｉｐ０の傾きの変化量など）であってもよい。あるいは、補正されるべきガスセンサの電流－酸素濃度換算パラメータであってもよい。この場合、判定補正部９４は、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、濃度検出部９３に予め記憶された電流－酸素濃度換算パラメータを変更（補正）する又は補正されるべきガスセンサの電流－酸素濃度換算パラメータに置き換えることにより、ポンプ電流Ｉｐ０の電流値に対して補正を行ってもよい。
【0140】
（判定補正処理）
次に、上述のような構成を有するガスセンサ１００が行う判定補正処理について、以下に詳しく説明する。
次に、上述のような構成を有するガスセンサ１００が行う判定補正処理について、以下に詳しく説明する。
【0141】
本発明のガスセンサの制御方法は、前記判定補正部が、前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正ステップを含む。
【0142】
判定補正部９４は、例えば、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極（本実施形態において内側主ポンプ電極２２）との間（判定用ポンプセル８４）に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室（本実施形態において基準ガス導入層４８）内から前記被測定ガス流通空所１５内に酸素を汲み入れ、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流Ｉｐ３の電流値が、所定の電流閾値（判定閾値）より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定してよい。
【0143】
図４は、判定用ポンプセル８４における判定用ポンプ電圧Ｖｐ３と判定電流Ｉｐ３との関係を示す電圧電流曲線の一例を示す模式図である。図４において、横軸は判定用ポンプ電圧Ｖｐ３［Ｖ］、縦軸は判定電流Ｉｐ３［Ａ］を示す。判定電流Ｉｐ３は、基準ガス導入層４８から被測定ガス流通空所１５（より詳細には第１内部空所２０）に酸素を汲み入れる向きを正としている。図４における正常ガスセンサ（実線）及び補正されるべきガスセンサ（破線）は、図３における正常ガスセンサ（実線）及び補正されるべきガスセンサ（破線）とそれぞれ対応している。
【0144】
基準ガス導入層４８から被測定ガス流通空所１５に酸素を汲み入れるように基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に判定用ポンプ電圧Ｖｐ３を印加すると、判定用ポンプ電圧Ｖｐ３が低いうちは判定用ポンプ電圧Ｖｐ３の増加に伴いポンプ電流Ｉｐ３が増加する。その後、判定用ポンプ電圧Ｖｐ３が高くなると判定用ポンプ電圧Ｖｐ３が増加しても判定電流Ｉｐ３が増加せずに飽和するようになる。この時の飽和した電流値を限界電流値と称する。判定用ポンプ電圧Ｖｐ３に対して判定電流Ｉｐ３が限界電流値になるような領域を、限界電流領域と称する。正常ガスセンサにおいて、判定電流Ｉｐ３の限界電流値は、基準ガス導入層４８を介して、センサ素子１０１の外部から基準電極４２に供給される酸素の量に応じた値である。すなわち、基準ガス導入層４８の拡散抵抗に応じた電流値である。
【0145】
図３においてポンプ電流Ｉｐ０のシフトが発生している補正されるべきガスセンサについて、判定用ポンプセル８４における判定用ポンプ電圧Ｖｐ３と判定電流Ｉｐ３との関係を示す電圧電流曲線を取得した場合、図４に破線で示されるように、正常ガスセンサと比較して限界電流値が大きくなると考えられる。
【0146】
補正されるべきガスセンサにおいて、例えば、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間の第１固体電解質層４にクラックが発生することにより、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間にガス拡散通路ができて、ポンプ電流Ｉｐ０のシフトが発生している場合を例に説明する。正常ガスセンサにおいては、基準電極４２には、基準ガス導入層４８を介してセンサ素子１０１の外部から供給された基準ガス（酸素濃度は一定）が到達するため、限界電流値は、上述のように基準ガス導入層４８の拡散抵抗に応じた電流値である。一方、補正されるべきガスセンサにおいては、基準電極４２には、基準ガス導入層４８を介して供給された基準ガス（酸素濃度は一定）に加えて、クラック（ガス拡散通路）を介して被測定ガス流通空所１５から侵入した被測定ガス（酸素濃度未知）が到達する。従って、補正されるべきガスセンサにおける限界電流値は、正常ガスセンサにおける限界電流値よりも大きな値となる。クラックによる限界電流値のシフト量は、クラックの大きさや位置によらず、センサ素子１０１の構成に応じた値になると考えられる。
【0147】
例えば、判定用ポンプセル８４における基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に、可変電源８５の判定用ポンプ電圧Ｖｐ３として、所定の電圧（設定値Ｖｐ３ＳＥＴと称する）を印加して、その時に流れる判定電流Ｉｐ３を取得し、取得した判定電流Ｉｐ３が所定の電流閾値ＴＩｐ３より大きい場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なる（この場合においては実際の酸素濃度より大きい）と判定してよい。設定値Ｖｐ３ＳＥＴは、判定電流Ｉｐ３が限界電流値になるような電圧範囲、例えば、図４の限界電流領域の範囲の値に設定してよい。電流閾値ＴＩｐ３は、正常ガスセンサの判定電流Ｉｐ３と補正されるべきガスセンサの判定電流Ｉｐ３とを区別できるように、適宜設定してよい。電流閾値ＴＩｐ３は、例えば、正常ガスセンサにおける限界電流値よりも大きく、補正されるべきガスセンサにおける限界電流値よりも小さい範囲の値に設定してよい。電流閾値ＴＩｐ３は、正常ガスセンサにおける限界電流値の上限値よりも大きく、補正されるべきガスセンサにおける限界電流値の下限値よりも小さい範囲の値に設定してよい。電流閾値ＴＩｐ３は、判定補正部９４として機能する制御部９１のメモリに予め記憶されている。
【0148】
図５は、被測定ガス中の酸素濃度と判定電流Ｉｐ３の限界電流値との関係の一例を示す模式図である。図５において、横軸は酸素濃度［％］、縦軸は判定電流Ｉｐ３の限界電流値［Ａ］を示す。図５における正常ガスセンサ（実線）及び補正されるべきガスセンサ（破線）は、図３における正常ガスセンサ（実線）及び補正されるべきガスセンサ（破線）とそれぞれ対応している。正常ガスセンサにおいては、判定電流Ｉｐ３の限界電流値は、上述のように基準ガス導入層４８の拡散抵抗に応じた電流値である。従って、判定電流Ｉｐ３の限界電流値は、被測定ガス中の酸素濃度によらず、概ね一定の値である。一方、補正されるべきガスセンサにおいては、上述のように、基準電極４２には、基準ガス導入層４８を介して供給された酸素に加えて、クラック（ガス拡散通路）を介して被測定ガス流通空所１５から侵入した酸素が到達する。従って、補正されるべきガスセンサにおける限界電流値は、図５に破線で示されるように被測定ガス中の酸素濃度が高いほど大きくなる傾向がある。
【0149】
従って、電流閾値ＴＩｐ３は、被測定ガス中の酸素濃度によらず一定であってもよいし、被測定ガス中の酸素濃度によって異なる値としてもよい。例えば、電流閾値ＴＩｐ３は、図５に一点鎖線で示すように被測定ガス中の酸素濃度との関係が一次関数となるように直線的に変化させてもよいし、段階的に変化させてもよい。例えば、電流閾値ＴＩｐ３は、図５に一点鎖線で示すよう各酸素濃度において補正されるべきガスセンサの限界電流値から電流閾値ＴＩｐ３を引いた差と電流閾値ＴＩｐ３から正常ガスセンサの限界電流値を引いた差との比率が略一定となるように変化させてもよい。この場合、電流閾値ＴＩｐ３は、被測定ガス中の酸素濃度と電流閾値ＴＩｐ３との関係を示す式又はマップとして、判定補正部９４として機能する制御部９１のメモリに予め記憶されていてよい。そして、判定補正部９４は、判定補正処理の開始時に、被測定ガス中の酸素濃度を取得し、取得した酸素濃度と予め記憶された式又はマップとに基づいて、判定補正処理にて用いる電流閾値ＴＩｐ３を算出してよい。
【0150】
図６は、判定電流Ｉｐ３の電流値に基づいて判定を行う場合の判定補正処理の一例を示す、フローチャートである。判定補正処理においては、通常測定モードを停止（ステップＳ１０）し、判定モードを実行し（ステップＳ１１～Ｓ１４）、その後、通常測定モードを再開する（ステップＳ１５）。このように、判定モードの後には通常測定モードが行われるとよい。判定補正処理は、任意のタイミングで行ってよい。通常測定モードと判定モードとが繰り返されてもよい。例えば、所定時間毎（５０時間毎、１００時間毎など）に行ってもよい。また、例えば、オペレーターが判定補正処理の開始指令を入力した時に行ってもよい。また、例えば、ガスセンサ１００の起動時等の所定のイベント時に行うようにしてもよい。また、例えば、被測定ガス中の酸素濃度に基づいて、被測定ガスの空燃比が理論空燃比付近である時、すなわち、被測定ガス中の酸素濃度が低濃度である時に行うようにしてもよい。低濃度とは、例えば、酸素濃度が５００ｐｐｍ以下であることを意味する。また、酸素濃度が負のリッチの領域を含む。
【0151】
判定補正処理が開始されると、駆動制御部９２は、通常制御を停止する（ステップＳ１０）。具体的には、電圧Ｖ０が設定値Ｖ０ＳＥＴとなるように主ポンプセル２１のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバックする制御、電圧Ｖ１が設定値Ｖ１ＳＥＴとなるように補助ポンプセル５０のポンプ電圧Ｖｐ１をフィードバックする制御、及び電圧Ｖ２が設定値Ｖ２ＳＥＴとなるように測定用ポンプセル４１のポンプ電圧Ｖｐ２をフィードバックする制御などの全てのポンプ制御を停止する。すなわち、ヒータ７２によりセンサ素子１０１の温度が所定の温度に保持されており、それ以外の制御は行われていない状態にする。従って、判定補正処理の実行中は、被測定ガス中の酸素濃度、及び、ＮＯｘ濃度又はＮＨ３濃度の測定は中断される。
【0152】
次に、判定補正部９４は、判定用ポンプセル８４における基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に可変電源８５の判定用ポンプ電圧Ｖｐ３を設定値Ｖｐ３ＳＥＴに設定して印加する（ステップＳ１１）。判定補正部９４は、判定用ポンプセル８４に流れる判定電流Ｉｐ３を取得する（ステップＳ１２）。判定補正部９４は、ステップＳ１１の後、所定の待機時間経過後にステップＳ１２を行ってもよい。
【0153】
判定補正部９４は、取得した判定電流Ｉｐ３が電流閾値ＴＩｐ３より大きいか否かを判定する（ステップＳ１３）。判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３が電流閾値ＴＩｐ３より大きいと判定した場合には、ポンプ電流Ｉｐ０に対して補正を行う（ステップＳ１４）。すなわち、判定電流Ｉｐ３が電流閾値ＴＩｐ３より大きい場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定し、ポンプ電流Ｉｐ０に対して補正を行う。具体的には、判定補正部９４は、予め記憶されている補正値（例えば図３におけるシフト量ΔＩｐ０）を濃度検出部９３に出力し、通常制御において濃度検出部９３が取得したポンプ電流Ｉｐ０から補正値を差し引いて補正後のポンプ電流Ｉｐ０を得るように設定する。
【0154】
その後、判定補正部９４は、駆動制御部９２に、通常制御を再開させる（ステップＳ１５）。そして、判定補正処理は終了する。
【0155】
ステップＳ１３において、判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３が電流閾値ＴＩｐ３以下であると判定した場合には、ステップＳ１４をスキップして、ステップＳ１５を行う。つまり、ポンプ電流Ｉｐ０に対して補正を行うことなく、駆動制御部９２に、通常制御を再開させる。
【0156】
上述のように、ステップＳ１３において、判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３が電流閾値ＴＩｐ３より大きい場合には、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定してよい。ここで、判定時には駆動制御部９２は通常制御を停止しているので、濃度検出部９３はその時点の酸素濃度を検出していない。従って、より正確には、判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３が電流閾値ＴＩｐ３より大きいと判定した場合には、判定時において濃度検出部９３が酸素濃度を検出したと仮定した場合に、その検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きくなるであろうことを判定していることになる。あるいは、判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３が電流閾値ＴＩｐ３より大きいと判定した場合には、その直前の通常測定モード（の判定モードが実行される直前）において濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きかったことを判定しているということもできるであろう。
【0157】
また、判定補正部９４は、例えば、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極（本実施形態において内側主ポンプ電極２２）との間に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室（本実施形態において基準ガス導入層４８）内から前記被測定ガス流通空所１５内に酸素を汲み入れ、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流Ｉｐ３の電流値の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値（判定閾値）より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定してよい。
【0158】
変化速度パラメータは、変化速度の程度を表すパラメータである。変化速度パラメータは、例えば、変化速度の値である。あるいは、変化速度パラメータは、変化速度に対応する、又は、変化速度を導出し得る電流値や時間であってよい。例えば、変化速度パラメータは、所定の電圧を印加してから所定時間経過後の判定電流Ｉｐ３の値であってもよいし、所定の電圧を印加してから判定電流Ｉｐ３が所定の電流値になるまでの時間であってもよい。
【0159】
図７は、判定用ポンプセル８４に判定用ポンプ電圧Ｖｐ３を設定値Ｖｐ３ＳＥＴに設定して印加した場合における、判定電流Ｉｐ３の時間変化の一例を示す模式図である。図７において、横軸は時間［秒］、縦軸は判定電流Ｉｐ３［Ａ］を示す。判定電流Ｉｐ３は、基準ガス導入層４８から被測定ガス流通空所１５（より詳細には第１内部空所２０）に酸素を汲み入れる向きを正としている。図７における正常ガスセンサ（実線）及び補正されるべきガスセンサ（破線）は、図３における正常ガスセンサ（実線）及び補正されるべきガスセンサ（破線）とそれぞれ対応している。
【0160】
基準ガス導入層４８から被測定ガス流通空所１５に酸素を汲み入れるように、判定用ポンプセル８４における基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に、可変電源８５の判定用ポンプ電圧Ｖｐ３として、所定の電圧（設定値Ｖｐ３ＳＥＴ）を印加すると、判定電流Ｉｐ３が瞬間的に大きな電流値（ピーク電流値）で流れ、その後、徐々に電流値が小さくなって収束する。設定値Ｖｐ３ＳＥＴは、判定電流Ｉｐ３が限界電流値になるような電圧範囲、例えば、図４の限界電流領域の範囲の値に設定してよい。この場合には、判定電流Ｉｐ３は限界電流値に収束する。
【0161】
補正されるべきガスセンサにおいて、例えば、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間の第１固体電解質層４にクラックが発生することにより、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間にガス拡散通路ができて、ポンプ電流Ｉｐ０のシフトが発生している場合を例に説明する。正常ガスセンサにおいては、基準電極４２には、基準ガス導入層４８を介して供給された基準ガスが到達する。一方、補正されるべきガスセンサにおいては、基準電極４２には、基準ガス導入層４８を介して供給された基準ガスに加えて、クラック（ガス拡散通路）を介して被測定ガス流通空所１５から侵入した被測定ガスが到達する。そのため、補正されるべきガスセンサにおいては、正常ガスセンサの場合よりも基準電極４２に到達するガスの総量が多くなると考えられる。つまり、補正されるべきガスセンサにおいては、正常ガスセンサの場合よりも基準電極４２近傍に供給される酸素量が多くなると考えられる。判定用ポンプ電圧Ｖｐ３を印加した直後において、判定電流Ｉｐ３は瞬間的に大きな電流値で流れるが、補正されるべきガスセンサにおいては、正常ガスセンサの場合よりもより大きな判定電流Ｉｐ３に収束するため、判定電流Ｉｐ３の変化速度が小さくなると考えられる。なお、補正されるべきガスセンサと正常ガスセンサとにおいて、それぞれのピーク電流値は概ね同じ値である。
【0162】
例えば、判定補正部９４は、判定用ポンプセル８４における基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に、可変電源８５の判定用ポンプ電圧Ｖｐ３として、所定の電圧（設定値Ｖｐ３ＳＥＴ）を印加して、その時に流れる判定電流Ｉｐ３を取得し、取得した判定電流Ｉｐ３から算出された判定電流Ｉｐ３の変化速度パラメータ（例えば、変化速度ＲＩｐ）が所定の変化速度閾値ＴＲＩｐより小さい場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なる（この場合においては実際の酸素濃度より大きい）と判定してよい。
【0163】
判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐは、例えば、図７の正常ガスセンサを参照して、時間ｔａにおける判定電流Ｉｐ３の値（Ｉｐ３ａＮ）と時間ｔｂにおける判定電流Ｉｐ３の値（Ｉｐ３ｂＮ）とから求めてもよい。変化速度ＲＩｐ＝｜（Ｉｐ３ｂＮ－Ｉｐ３ａＮ）／（ｔｂ－ｔａ）｜。時間ｔａ及び時間ｔｂは、適宜設定してよい。判定電流Ｉｐ３の変化速度閾値ＴＲＩｐは、正常ガスセンサの判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐと補正されるべきガスセンサの判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐ（＝｜（Ｉｐ３ｂＣ－Ｉｐ３ａＣ）／（ｔｂ－ｔａ）｜）とを区別できるように、適宜設定してよい。変化速度閾値ＴＲＩｐは、例えば、正常ガスセンサにおける変化速度よりも小さく、補正されるべきガスセンサにおける変化速度よりも大きい範囲の値に設定してよい。変化速度閾値ＴＲＩｐは、例えば、正常ガスセンサにおける変化速度の下限値よりも小さく、補正されるべきガスセンサにおける変化速度の上限値よりも大きい範囲の値に設定してよい。
【0164】
また、判定電流Ｉｐ３の変化速度パラメータは、判定用ポンプセル８４に判定用ポンプ電圧Ｖｐ３を設定値Ｖｐ３ＳＥＴに設定して印加してから所定時間経過後の判定電流Ｉｐ３の値であってもよい。例えば、図７において、時間ｔａにおける判定電流Ｉｐ３の値であってもよい。上述のように、補正されるべきガスセンサと正常ガスセンサとにおいて、それぞれのピーク電流値は概ね同じ値であるであるので、所定時間経過後の判定電流Ｉｐ３の値が小さいほど判定電流Ｉｐ３の変化速度が大きく、所定時間経過後の判定電流Ｉｐ３の値が大きいほど判定電流Ｉｐ３の変化速度が小さいと判定し得る。この場合、例えば、所定時間経過後の判定電流Ｉｐ３の値が所定の判定閾値より大きい場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定してよい。
【0165】
また、あるいは、判定電流Ｉｐ３の変化速度パラメータは、判定用ポンプセル８４に判定用ポンプ電圧Ｖｐ３を設定値Ｖｐ３ＳＥＴに設定して印加してから判定電流Ｉｐ３が所定の電流値になるまでの時間であってもよい。上述のように、補正されるべきガスセンサと正常ガスセンサとにおいて、それぞれのピーク電流値は概ね同じ値であるであるので、判定電流Ｉｐ３が所定の電流値になるまでの時間が短いほど判定電流Ｉｐ３の変化速度が大きく、判定電流Ｉｐ３が所定の電流値になるまでの時間が長いほど判定電流Ｉｐ３の変化速度が小さいと判定し得る。この場合、例えば、判定電流Ｉｐ３が所定の電流値になるまでの時間が所定の判定閾値より長い場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定してよい。
【0166】
また、例えば、制御装置９０の構成上、判定電流Ｉｐ３の上限値が設定されており、流れるべきピーク電流値がその上限値よりも大きい場合がある。この場合、判定用ポンプセル８４に判定用ポンプ電圧Ｖｐ３を印加した後、判定電流Ｉｐ３がその上限値を下回るまでの間、判定電流Ｉｐ３が上限値に貼り付く。従って、判定電流Ｉｐ３が上限値に貼り付いている貼り付き時間を、判定電流Ｉｐ３の変化速度パラメータとして用いてもよい。貼り付き時間が短いほど判定電流Ｉｐ３の変化速度が大きく、貼り付き時間が長いほど判定電流Ｉｐ３の変化速度が小さいと判定し得る。この場合、例えば、貼り付き時間が所定の判定閾値より長い場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定してよい。
【0167】
【0168】
判定補正部９４は、ステップＳ１２にて取得した判定電流Ｉｐ３を用いて判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐを算出する（ステップＳ２２ａ）。例えば、時間ｔａにおける判定電流Ｉｐ３及び時間ｔｂにおける判定電流Ｉｐ３から判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐを算出する。判定補正部９４は、算出した変化速度ＲＩｐが変化速度閾値ＴＲＩｐより小さいか否かを判定する（ステップＳ２３）。判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐが変化速度閾値ＴＲＩｐより小さいと判定した場合には、ポンプ電流Ｉｐ０に対して補正を行う（ステップＳ１４）。すなわち、判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐが変化速度閾値ＴＲＩｐより小さい場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定し、ポンプ電流Ｉｐ０に対して補正を行う。
【0169】
ステップＳ２３において、判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐが変化速度閾値ＴＲＩｐ以上であると判定した場合には、ステップＳ１４をスキップして、ステップＳ１５を行う。つまり、ポンプ電流Ｉｐ０に対して補正を行うことなく、駆動制御部９２に、通常制御を再開させる。
【0170】
ステップＳ２３において、判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐが変化速度閾値ＴＲＩｐより小さいと判定した場合には、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定してよい。ここで、判定時には駆動制御部９２は通常制御を停止しているので、濃度検出部９３はその時点の酸素濃度を検出していない。従って、より正確には、判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＩｐが変化速度閾値ＴＲＩｐより小さいと判定した場合には、判定時において濃度検出部９３が酸素濃度を検出したと仮定した場合に、その検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きくなるであろうことを判定していることになる。
【0171】
また、判定補正部９４は、例えば、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極（本実施形態において内側主ポンプ電極２２）との間に所定の電流を流して、前記基準ガス室（本実施形態において基準ガス導入層４８）内から前記被測定ガス流通空所１５内に酸素を汲み入れ、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極との間に発生する判定電圧の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値（判定閾値）より大きいか又は小さい場合に、前記濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定してよい。判定を行う際には、ガスセンサ１００の前述の通常制御を停止する。基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間の電圧Ｖ０は、通常制御においては主ポンプセル２１のポンプ電圧Ｖｐ０のフィードバック制御に用いられるが、通常制御を停止して判定を行う際には、判定電圧として用いてよい。以下において、判定を行う際に基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に発生する電圧Ｖ０を判定電圧Ｖ０として説明する。
【0172】
変化速度パラメータは、変化速度の程度を表すパラメータである。変化速度パラメータは、例えば、変化速度の値である。あるいは、変化速度パラメータは、変化速度に対応する、又は、変化速度を導出し得る電圧値や時間であってよい。例えば、変化速度パラメータは、所定の電流を流してから所定時間経過後の判定電圧Ｖ０の値であってもよいし、所定の電流を流してから判定電圧Ｖ０が所定の電圧値になるまでの時間であってもよい。
【0173】
図９は、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に、所定の電流（判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴと称する）を流した場合における、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間の起電力（判定電圧Ｖ０）の時間変化の一例を示す模式図である。図９において、横軸は時間［秒］、縦軸は判定電圧Ｖ０［Ｖ］を示す。判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴは、基準ガス導入層４８から被測定ガス流通空所１５（より詳細には第１内部空所２０）に酸素を汲み入れる向きに流される。図９における正常ガスセンサ（実線）及び補正されるべきガスセンサ（破線）は、図３における正常ガスセンサ（実線）及び補正されるべきガスセンサ（破線）とそれぞれ対応している。
【0174】
通常測定モードにおいては、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間の起電力は、上述のように、通常制御の主ポンプセル２１のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバックする制御に用いられており、その電圧Ｖ０が設定値Ｖ０ＳＥＴとなるように制御されている。通常制御を停止し、基準ガス導入層４８から被測定ガス流通空所１５に酸素を汲み入れるように、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に、所定の電流（判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴ）を流すと、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間の電圧Ｖ０（判定電圧Ｖ０）は瞬間的に低下し、その後、徐々に電圧値が小さくなって収束する。判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴは、例えば、基準ガス導入層４８の拡散抵抗によって、適宜設定してよい。例えば、正常ガスセンサにおける限界電流値及びその付近の値であってもよい。
【0175】
補正されるべきガスセンサにおいて、例えば、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間の第１固体電解質層４にクラックが発生することにより、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間にガス拡散通路ができて、ポンプ電流Ｉｐ０のシフトが発生している場合を例に説明する。正常ガスセンサにおいては、基準電極４２には、基準ガス導入層４８を介して供給された基準ガスが到達する。一方、補正されるべきガスセンサにおいては、基準電極４２には、基準ガス導入層４８を介して供給された基準ガスに加えて、クラック（ガス拡散通路）を介して被測定ガス流通空所１５から侵入した被測定ガスが到達する。被測定ガス中の酸素濃度は通常、基準ガス中の酸素濃度よりも低い。ため、補正されるべきガスセンサにおける基準電極４２の周囲の雰囲気中の酸素濃度は、正常ガスセンサにおける酸素濃度よりも低いと考えられる。そのため、判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴを流した時の、補正されるべきガスセンサにおける基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間の酸素濃度差は、正常ガスセンサにおける酸素濃度差よりも小さいと考えられる。すなわち、補正されるべきガスセンサにおける基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間の起電力は、正常ガスセンサにおける起電力よりも小さいと考えられる。補正されるべきガスセンサにおいては、正常ガスセンサの場合よりもより小さな判定電圧Ｖ０に収束するため、判定電圧Ｖ０の変化速度が大きくなると考えられる。
【0176】
例えば、判定補正部９４は、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に、所定の電流（判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴ）を流して、その時に発生する判定電圧Ｖ０を取得し、取得した判定電圧Ｖ０から算出された判定電圧Ｖ０の変化速度パラメータ（例えば、変化速度ＲＶ）が所定の変化速度閾値ＴＲＶより大きい場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なる（この場合においては実際の酸素濃度より大きい）と判定してよい。
【0177】
判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶは、例えば、図９の正常ガスセンサを参照して、時間ｔａにおける判定電圧Ｖ０の値（Ｖ０ａＮ）と時間ｔｂにおける判定電圧Ｖ０の値（Ｖ０ｂＮ）とから求めてもよい。時間ｔａ及び時間ｔｂは、適宜設定してよい。変化速度ＲＶ＝｜（Ｖ０ｂＮ－Ｖ０ａＮ）／（ｔｂ－ｔａ）｜。判定電圧Ｖ０の変化速度閾値ＴＲＶは、正常ガスセンサの判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶと補正されるべきガスセンサの判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶ（＝｜（Ｖ０ｂＣ－Ｖ０ａＣ）／（ｔｂ－ｔａ）｜）とを区別できるように、適宜設定してよい。変化速度閾値ＴＲＶは、例えば、正常ガスセンサにおける変化速度よりも大きく、補正されるべきガスセンサにおける変化速度よりも小さい範囲の値に設定してよい。変化速度閾値ＴＲＶは、例えば、正常ガスセンサにおける変化速度の上限値よりも大きく、補正されるべきガスセンサにおける変化速度の下限値よりも小さい範囲の値に設定してよい。
【0178】
また、判定電圧Ｖ０の変化速度パラメータは、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に、判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴを流してから所定時間経過後の判定電圧Ｖ０の値であってもよい。例えば、図９において、時間ｔａにおける判定電圧Ｖ０の値であってもよい。所定時間経過後の判定電圧Ｖ０の値が小さいほど判定電圧Ｖ０の変化速度が大きく、所定時間経過後の判定電圧Ｖ０の値が大きいほど判定電圧Ｖ０の変化速度が小さいと判定し得る。この場合、例えば、所定時間経過後の判定電圧Ｖ０の値が所定の判定閾値より小さい場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定してよい。
【0179】
また、あるいは、判定電圧Ｖ０の変化速度パラメータは、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に、判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴを流してから判定電圧Ｖ０が所定の電圧値になるまでの時間であってもよい。判定電圧Ｖ０が所定の電圧値になるまでの時間が短いほど判定電圧Ｖ０の変化速度が大きく、判定電圧Ｖ０が所定の電流値になるまでの時間が長いほど判定電圧Ｖ０の変化速度が小さいと判定し得る。この場合、例えば、判定電流Ｉｐ３が所定の電流値になるまでの時間が所定の判定閾値より短い場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定してよい。
【0180】
【0181】
ステップＳ１０で通常制御を停止した後、判定補正部９４は、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に可変電源８５の判定用ポンプ電流Ｉｐ３ＳＥＴを流す（ステップＳ３１）。判定補正部９４は、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間に発生する起電力（判定電圧Ｖ０）を取得する（ステップＳ３２）。例えば、図９を参照して、時間ｔａにおける判定電圧Ｖ０及び時間ｔｂにおける判定電圧Ｖ０を取得する。
【0182】
判定補正部９４は、ステップＳ３２にて取得した判定電圧Ｖ０を用いて判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶを算出する（ステップＳ３２ａ）。例えば、時間ｔａにおける判定電圧Ｖ０及び時間ｔｂにおける判定電圧Ｖ０から判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶを算出する。判定補正部９４は、算出した変化速度ＲＶが変化速度閾値ＴＲＶより大きいか否かを判定する（ステップＳ３３）。判定補正部９４は、判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶが変化速度閾値ＴＲＶより大きいと判定した場合には、ポンプ電流Ｉｐ０に対して補正を行う（ステップＳ１４）。すなわち、判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶが変化速度閾値ＴＲＶより大きい場合に、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定し、ポンプ電流Ｉｐ０に対して補正を行う。
【0183】
ステップＳ３３において、判定補正部９４は、判定電流Ｉｐ３の変化速度ＲＶが変化速度閾値ＴＲＶ以下であると判定した場合には、ステップＳ１４をスキップして、ステップＳ１５を行う。つまり、ポンプ電流Ｉｐ０に対して補正を行うことなく、駆動制御部９２に、通常制御を再開させる。
【0184】
ステップＳ３３において、判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶが変化速度閾値ＴＲＶより大きいと判定した場合には、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きいと判定してよい。ここで、判定時には駆動制御部９２は通常制御を停止しているので、濃度検出部９３はその時点の酸素濃度を検出していない。従って、より正確には、判定補正部９４は、判定電圧Ｖ０の変化速度ＲＶが変化速度閾値ＴＲＶより大きいと判定した場合には、判定時において濃度検出部９３が酸素濃度を検出したと仮定した場合に、その検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度より大きくなるであろうことを判定していることになる。
【0185】
上記に、本発明の実施形態の例として、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するガスセンサ１００を示したが、本発明はこの形態に限られない。本発明には、ガスセンサの長期間の使用にわたり、被測定ガス中の酸素濃度を精度よく測定するという本発明の目的を達成する範囲であれば、種々の形態のセンサ素子や制御装置の構成を含むガスセンサ含まれ得る。
【0186】
本発明において、判定補正処理は任意のタイミングで行われてよく、例えば、被測定ガス中の酸素濃度に基づいて、被測定ガスの空燃比が理論空燃比付近である時、すなわち、被測定ガス中の酸素濃度が低濃度である時に行うようにしてもよい。この場合には、判定補正処理のステップＳ１０を実行する前に、判定補正部９４は、被測定ガス中の酸素濃度を取得する。そして、判定補正部９４が被測定ガス中の酸素濃度が所定の濃度以下であるか否かを判断する。所定の濃度としては、被測定ガス中の酸素濃度が、例えば、５００ｐｐｍ以下であってよい。また、１０００ｐｐｍ以下、３００ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下等であってよい。また、酸素濃度が負（空燃比がリッチ）の領域を含む。
【0187】
また、あるいは判定補正部９４が被測定ガス中の酸素濃度が所定の濃度範囲内であるか否かを判断してもよい。この場合の所定の濃度範囲には、理論空燃比である酸素濃度０％を含む。すなわち、被測定ガスの空燃比がリッチである下限値とリーンである上限値の範囲内であるか否かを判断してもよい。所定の濃度範囲としては、例えば、－５００ｐｐｍ～５００ｐｐｍであってもよい。あるいは、所定の濃度範囲の上限値は、例えば、１０００ｐｐｍ以下、５００ｐｐｍ以下、３００ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下等であってよい。また、所定の濃度範囲の下限値は、例えば、－１０００ｐｐｍ以上、－５００ｐｐｍ以上、－３００ｐｐｍ以上、－１００ｐｐｍ以上、－５０ｐｐｍ以上等であってよい。
【0188】
判定補正部９４が被測定ガス中の酸素濃度が所定の濃度以下である（あるいは所定の濃度範囲内である）と判断した場合には、ステップＳ１０以降のステップが実行される。一方、判定補正部９４が被測定ガス中の酸素濃度が所定の濃度より高い（あるいは所定の濃度範囲から外れている）と判断した場合には、ステップＳ１０以降のステップを行わない。つまり、判定補正処理を開始せず、通常制御が継続される。
【0189】
判定補正部９４は、被測定ガス中の酸素濃度として、濃度検出部９３により検出された酸素濃度を取得してよい。あるいは、ポンプ電流Ｉｐ０の電流値を取得し、ポンプ電流Ｉｐ０の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度が所定の濃度以下であるか否かを判断してもよい。また、あるいは、判定補正部９４は、被測定ガス中の酸素濃度として、他のガスセンサにより測定された酸素濃度を取得してもよい。この場合、他のガスセンサは、自らと同種のガスセンサ（ここではＮＯｘセンサ）でもよいし、異種のガスセンサでもよい。他のガスセンサは、例えば、限界電流検出型の酸素センサとしてもよいし、電位検出型の酸素センサ（ラムダセンサ）としてもよい。
【0190】
上述の実施形態においては、ガスセンサ１００は被測定ガス中の酸素濃度、ＮＯｘ濃度、及びＮＨ３濃度を検出したが、本発明はこれに限られない。例えば、酸素濃度、ＮＯｘ濃度、及びＮＨ３濃度のうちのいずれか１つを検出してもよいし、酸素濃度とＮＯｘ濃度、あるいは、酸素濃度とＮＨ３濃度を検出してもよい。
【0191】
上述の実施形態においては、判定用ポンプセル８４は、基準電極４２と内側主ポンプ電極２２との間のポンプセルとして構成したが、これに限られない。判定用ポンプセル８４は、基準電極４２と、基準電極４２とは固体電解質を介して配設された電極との間のポンプセルであるとよい。基準電極４２は酸素濃度既知の基準ガスに接しているため、被測定ガス中の酸素濃度によらず、判定を行い得ると考えられる。例えば、判定用ポンプセルは、基準電極４２と被測定ガス流通空所１５内の補助ポンプ電極５１又は測定電極４４との間のポンプセルであってよい。また、例えば、基準電極４２と外側ポンプ電極２３との間のポンプセルであってよい。
【0192】
上述の実施形態においては、判定補正部９４は、濃度検出部９３により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、酸素ポンプセル（本実施形態においては主ポンプセル２１）に流れる酸素ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ０）の電流値に対して補正を行ったが、これに限られない。判定補正部９４は、濃度検出部９３により検出された酸素濃度と被測定ガス中の実際の酸素濃度との間のずれの要因となり得る事象（例えば上述のクラック、目詰まりなど）を検出した場合に、酸素ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ０）の電流値に対して補正を行ってもよい。例えば、判定補正部９４は、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間の固体電解質層にクラックが存在することを検出した場合に、酸素ポンプセル（本実施形態においては主ポンプセル２１）に流れる酸素ポンプ電流（ポンプ電流Ｉｐ０）の電流値に対して補正を行ってもよい。
【0193】
判定補正部９４は、例えば、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極（本実施形態において内側主ポンプ電極２２）との間（判定用ポンプセル８４）に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室（本実施形態において基準ガス導入層４８）内から前記被測定ガス流通空所１５内に酸素を汲み入れ、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流Ｉｐ３の電流値が、所定の電流閾値（判定閾値）より大きい場合に、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間の固体電解質層にクラックが存在すると判定してよい。また、判定補正部９４は、例えば、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極（本実施形態において内側主ポンプ電極２２）との間に所定の電圧を印加して、前記基準ガス室（本実施形態において基準ガス導入層４８）内から前記被測定ガス流通空所１５内に酸素を汲み入れ、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流Ｉｐ３の電流値の変化速度が、所定の変化速度閾値（判定閾値）より小さい場合に、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間の固体電解質層にクラックが存在すると判定してよい。また、判定補正部９４は、例えば、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極（本実施形態において内側主ポンプ電極２２）との間に所定の電流を流して、前記基準ガス室（本実施形態において基準ガス導入層４８）内から前記被測定ガス流通空所１５内に酸素を汲み入れ、前記基準電極４２と前記空所内酸素ポンプ電極との間に発生する判定電圧Ｖ０の変化速度が、所定の変化速度閾値（判定閾値）より大きい場合に、被測定ガス流通空所１５と基準ガス導入層４８との間の固体電解質層にクラックが存在すると判定してよい。
【0194】
上述の実施形態のガスセンサ１００においては、センサ素子１０１は、図１に示すように、基準ガス室が、多孔体で満たされた基準ガス導入層４８として設けられているが、基準ガス室はこれに限られない。基準ガス室は、空間として形成されていてもよい。
【0195】
例えば、基準ガス室が、図１１に示すセンサ素子２０１のように、基体部１０２の後端に開口した空間として形成されていてもよい。センサ素子２０１において、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、基準電極４２を被覆するように、多孔質体の基準ガス導入層２４８が設けられている。そして、基準電極４２よりも後方には、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間２４３が設けられている。基準ガス導入空間２４３は、センサ素子２０１の後端部に開口部を有している。基準ガス導入層２４８には基準ガス導入空間２４３を通じて基準ガスが導入されるようになっている。すなわち、基準ガスは、基準ガス導入空間２４３の開口部から導入され、基準ガス導入空間２４３及び基準ガス導入層２４８を通じて基準電極４２に到達する。図１１のセンサ素子２０１においては、また、図１１のセンサ素子２０１においては、基準ガス導入空間２４３と基準ガス導入層２４８とが、基準ガス室に相当する。圧力放散孔７５は、第３基板層３を貫通し、ヒータ絶縁層７４と基準ガス導入空間２４３とが連通するように形成されている。図１１のセンサ素子２０１のその他の構成は、図１において説明したものと概略同じである。
【0196】
上述の実施形態のセンサ素子１０１、及び上述のセンサ素子２０１は、図１に示すように、第１内部空所２０、第２内部空所４０、及び第３内部空所６１の３つの内部空所を備え、各内部空所には、内側主ポンプ電極２２、補助ポンプ電極５１、及び測定電極４４がそれぞれ配置されている構造であったが、これに限られない。例えば、第１内部空所２０及び第２内部空所４０の２つの内部空所を備え、第１内部空所２０には内側主ポンプ電極２２が、第２内部空所４０には補助ポンプ電極５１及び測定電極４４がそれぞれ配置されている構造としてもよい。この場合、例えば、補助ポンプ電極５１と測定電極４４との間の拡散律速部として、測定電極４４を覆う多孔体保護層を形成してもよい。
【0197】
上述の実施形態のセンサ素子１０１、及び上述のセンサ素子２０１においては、外側ポンプ電極２３は、酸素ポンプセル（主ポンプセル２１）における空所外酸素ポンプ電極と、補助ポンプセル５０における空所外補助ポンプ電極と、ＮＯｘ測定用ポンプセル（測定用ポンプセル４１）における空所外測定電極との３つの電極の機能を兼ねていたが、これに限られない。例えば、空所外酸素ポンプ電極、空所外補助ポンプ電極、及び空所外測定電極はそれぞれ別の電極として形成されていてもよい。例えば、空所外酸素ポンプ電極、空所外補助ポンプ電極、及び空所外測定電極のいずれか１つ以上を外側ポンプ電極２３とは別に基体部１０２の外表面に被測定ガスと接するように設けてもよい。あるいは、空所外酸素ポンプ電極、空所外補助ポンプ電極、及び空所外測定電極のいずれか１つ以上を基準電極４２が兼ねてもよい。
【0198】
上述のように、本発明によれば、ガスセンサにより検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なる場合には、酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に対して補正を行うことができるため、ガスセンサの長期間の使用にわたり、被測定ガス中の酸素濃度を精度よく測定することができる。また、その結果として、ガスセンサの長期間の使用にわたり、被測定ガス中の空燃比を正しく判断することにより、被測定ガス中のＮＯｘ及びＮＨ３を精度よく測定することができる。
【0199】
また、本発明には以下の実施形態を含む。
【0200】
（１０１） センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、被測定ガス中の測定対象ガス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含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
被測定ガス中の測定対象ガスを検出する通常測定モードにおいて、前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記通常測定モードにおいて前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含む、ガスセンサ。
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
被測定ガス中の測定対象ガスを検出する通常測定モードにおいて、前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記通常測定モードにおいて前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含む、ガスセンサ。
【0201】
（１０２） 前記判定補正部は、前記通常測定モードを停止し、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電圧を印加して前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れる判定モードを行い、前記判定モードにおいて前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流の電流値が、所定の電流閾値より大きいか又は小さい場合に、前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出される酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、上記（１０１）に記載のガスセンサ。
【0202】
（１０３） 前記判定補正部は、前記通常測定モードを停止し、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電圧を印加して前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れる判定モードを行い、前記判定モードにおいて前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に流れる判定電流の電流値の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値より大きいか又は小さい場合に、前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、上記（１０１）に記載のガスセンサ。
【0203】
（１０４） 前記判定補正部は、前記通常測定モードを停止し、前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に所定の電流を流して前記基準ガス室内から前記被測定ガス流通空所内に酸素を汲み入れる判定モードを行い、前記判定モードにおいて前記基準電極と前記空所内酸素ポンプ電極との間に発生する判定電圧の電圧値の変化速度パラメータが、所定の変化速度閾値より大きいか又は小さい場合に、前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定する、上記（１０１）に記載のガスセンサ。
【0204】
（１０５） 前記判定補正部は、前記通常測定モードにおける前記酸素ポンプ電流の電流値に対する補正値を予め記憶しており、前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出される酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記通常測定モードにおける前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して、予め記憶された前記補正値を用いて補正を行う、上記（１０１）～（１０４）のいずれかに記載のガスセンサ。
【0205】
（１０６） 前記判定補正部は、被測定ガス中の酸素濃度が５００ｐｐｍ以下である低酸素濃度の場合に、前記補正を行う、上記（１０１）～（１０５）のいずれかに記載のガスセンサ。
【0206】
（１０７） 前記センサ素子は、さらに、
前記被測定ガス流通空所内の、前記空所内酸素ポンプ電極よりも前記基体部の長手方向の前記一方の端部から遠い位置に配設された空所内測定電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内測定電極と対応している空所外測定電極とを含むＮＯｘ測定用ポンプセルを含み、
前記濃度検出部は、前記通常測定モードにおいて前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する、上記（１０１）～（１０６）のいずれかに記載のガスセンサ。
前記被測定ガス流通空所内の、前記空所内酸素ポンプ電極よりも前記基体部の長手方向の前記一方の端部から遠い位置に配設された空所内測定電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内測定電極と対応している空所外測定電極とを含むＮＯｘ測定用ポンプセルを含み、
前記濃度検出部は、前記通常測定モードにおいて前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する、上記（１０１）～（１０６）のいずれかに記載のガスセンサ。
【0207】
（１０８） 前記濃度検出部は、
前記通常測定モードにおいて前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を検出し、検出された前記酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する空燃比判断部を含む、上記（１０７）に記載のガスセンサ。
前記通常測定モードにおいて前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度を検出し、検出された前記酸素濃度に基づいて、被測定ガス中の空燃比が、理論空燃比、リッチ、又はリーンのいずれであるかを判断する空燃比判断部を含む、上記（１０７）に記載のガスセンサ。
【0208】
（１０９） 前記濃度検出部は、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、前記通常測定モードにおいて前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、前記通常測定モードにおいて前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出する、上記（１０８）に記載のガスセンサ。
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリーンであると判断した場合には、前記通常測定モードにおいて前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、
前記空燃比判断部が被測定ガス中の空燃比についてリッチであると判断した場合には、前記通常測定モードにおいて前記ＮＯｘ測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて被測定ガス中のＮＨ３濃度を検出する、上記（１０８）に記載のガスセンサ。
【0209】
（１１０） 被測定ガス中の測定対象ガスを検出するためのガスセンサの制御方法であって、
前記ガスセンサは、
センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
被測定ガス中の測定対象ガスを検出する通常測定モードにおいて、前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記通常測定モードにおいて前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含み、
前記制御方法は、
前記判定補正部が、前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出される酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記通常測定モードにおいて前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正ステップを含む、ガスセンサの制御方法。
前記ガスセンサは、
センサ素子と、前記センサ素子を制御する制御装置とを含み、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の長手方向の一方の端部から形成された被測定ガス流通空所と、
前記被測定ガス流通空所内に配設された空所内酸素ポンプ電極と、前記基体部の前記被測定ガス流通空所とは異なる位置に配設された、前記空所内酸素ポンプ電極と対応している空所外酸素ポンプ電極とを含む酸素ポンプセルと、
前記基体部の内部に、前記被測定ガス流通空所とは離隔して形成された基準ガス室と、
前記基準ガス室内に配設された基準電極と、
を含み、
前記制御装置は、
被測定ガス中の測定対象ガスを検出する通常測定モードにおいて、前記酸素ポンプセルに流れる酸素ポンプ電流の電流値に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出部と、
前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出された酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記通常測定モードにおいて前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正部とを含み、
前記制御方法は、
前記判定補正部が、前記通常測定モードにおいて前記濃度検出部により検出される酸素濃度が被測定ガス中の実際の酸素濃度と異なると判定した場合に、前記通常測定モードにおいて前記酸素ポンプセルに流れる前記酸素ポンプ電流の前記電流値に対して補正を行う判定補正ステップを含む、ガスセンサの制御方法。
【符号の説明】
【0210】
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
１５ 被測定ガス流通空所
２０ 第１内部空所
２１ 主ポンプセル
２２ 内側主ポンプ電極
２２ａ （内側主ポンプ電極の）天井電極部
２２ｂ （内側主ポンプ電極の）底部電極部
２３ 外側ポンプ電極
２４ （主ポンプセルの）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
４４ 測定電極
４６ （測定用ポンプセルの）可変電源
４８、２４８ 基準ガス導入層
２４３ 基準ガス導入空間
５０ 補助ポンプセル
５１ 補助ポンプ電極
５１ａ （補助ポンプ電極の）天井電極部
５１ｂ （補助ポンプ電極の）底部電極部
５２ （補助ポンプセルの）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 ヒータ電極
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
８４ 判定用ポンプセル
８５ （判定用ポンプセルの）可変電源
９０ 制御装置
９１ 制御部
９２ 駆動制御部
９３ 濃度検出部
９４ 判定補正部
９５ 空燃比判断部
１００ ガスセンサ
１０１、２０１ センサ素子
１０２ 基体部
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
１５ 被測定ガス流通空所
２０ 第１内部空所
２１ 主ポンプセル
２２ 内側主ポンプ電極
２２ａ （内側主ポンプ電極の）天井電極部
２２ｂ （内側主ポンプ電極の）底部電極部
２３ 外側ポンプ電極
２４ （主ポンプセルの）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
４４ 測定電極
４６ （測定用ポンプセルの）可変電源
４８、２４８ 基準ガス導入層
２４３ 基準ガス導入空間
５０ 補助ポンプセル
５１ 補助ポンプ電極
５１ａ （補助ポンプ電極の）天井電極部
５１ｂ （補助ポンプ電極の）底部電極部
５２ （補助ポンプセルの）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 ヒータ電極
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
８４ 判定用ポンプセル
８５ （判定用ポンプセルの）可変電源
９０ 制御装置
９１ 制御部
９２ 駆動制御部
９３ 濃度検出部
９４ 判定補正部
９５ 空燃比判断部
１００ ガスセンサ
１０１、２０１ センサ素子
１０２ 基体部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
