JPH1183796A

JPH1183796A - 排気ガスセンサ及びそれを用いた排気ガスセンサシステム

Info

Publication number: JPH1183796A
Application number: JP9267866A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Inoue; 隆治井上; Shoji Kitanoya; 昇治北野谷; Masashi Kida; 真史喜田; Takafumi Oshima; 崇文大島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-09-11
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】特定の炭化水素成分を選択的に検出したり、
互いに異なる成分ないし成分群の濃度に関する情報を個
別に得ることが可能な排気ガスセンサを提供する。【解決手段】一方が酸素濃淡電池素子、他方が酸素ポ
ンプ素子として機能する２つの素子３，４を隙間１５を
挟んで対向させ、酸化触媒活性差の異なる電極１０〜１
３を各素子３，４の両面に配するとともに、酸素濃淡電
池素子となる素子の両側に排気ガスを導入する。酸素濃
淡電池素子の両側では、排気ガス中の被検出成分の酸化
（燃焼）に伴う酸素消費量に差が生じ、濃淡電池起電力
が発生する。そして、この濃淡電池起電力が一定となる
ように、酸素ポンプ素子となる素子により上記隙間に対
する酸素の汲み込みあるいは汲み出しを行い、その酸素
ポンプ電流値により排気ガス中の被検出成分の濃度を知
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス中に含ま
れる被検出成分の検出を行うための排気ガスセンサ及び
それを用いた排気ガスセンサシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の排気ガスに含有される炭化水
素（以下、ＨＣともいう）やＣＯ、あるいは窒素酸化物
（以下、ＮＯXともいう）等の被検出成分を検出するた
めのセンサとして、例えば抵抗型センサが知られてい
る。これは、検出素子としてＳｎＯ₂等の酸化物半導体
が使用され、被検出成分の吸着に伴う酸化物半導体の抵
抗変化に基づき、該被検出成分の排気ガス中の含有量を
検出するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記抵抗型の排気ガス
センサにおいては、酸化物半導体による検出素子の出力
が、排気ガス中に含有される酸素濃度により変化する特
性を有している。そのため、同じ汚染物質濃度に対して
も、排気ガス中の酸素濃度により検出出力値が変動して
しまう問題がある。そこで、例えば特開平５−１８０７
９４等に開示されているように、固体電解質を用いたポ
ンプ素子により排気ガス中に酸素を送り込んでその濃度
を高め、ガス中の酸素濃度の相対的な変動を小さくする
ことにより検出精度を高める提案がなされている。しか
しながら、排気ガス中の酸素の濃度が大きく変化した場
合には、ポンプ素子からの酸素導入による相対濃度変動
の抑制効果が不十分となり、満足な検出精度が得られな
い欠点がある。

【０００４】また、これとは別に上記従来の排気ガスセ
ンサにおいては、ＨＣ濃度を検出する場合、各種炭化水
素の合計濃度に関する情報は得られても、特定の炭化水
素成分（例えばメタン）を選択的に検出したり、あるい
は複数種類の成分の濃度を個別に検出したりすることが
できない問題があった。

【０００５】本発明は、排気ガス中の酸素濃度が変化し
ても被検出成分の濃度を高精度で検出でき、さらには複
数種類の被検出成分が存在する場合において、特定の炭
化水素成分を選択的に検出したり、あるいは互いに異な
る成分ないし成分群の濃度に関する情報を個別に得るこ
とが可能な排気ガスセンサ及びそれを用いた排気ガスセ
ンサシステムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の課
題を解決するために、本発明の排気ガスセンサは下記の
ように構成されたことを特徴とする。すなわち、該排気
ガスセンサは、酸素イオン伝導性固体電解質により構成
されて両面に電極が形成され、排気ガス中の被検出成分
に対するそれら電極の酸化触媒活性が互いに異なる第一
素子と、酸素イオン伝導性固体電解質により構成されて
両面に電極が形成され、被測定雰囲気からの排気ガスの
流通が許容された所定量の隙間が形成されるように第一
素子と対向配置されるとともに、排気ガス中の被検出成
分に対するそれら電極の酸化触媒活性が互いに異なるも
のとされ、かつ両面の電極間の酸化触媒活性差が、第一
素子の両面の電極間の酸化触媒活性差より大きくなるよ
うに調整された第二素子とを備える。そして、それら第
一素子と第二素子は、一方が酸素濃淡電池素子として機
能し、他方が、該酸素濃淡電池素子に生ずる濃淡電池起
電力の絶対値が減少する方向に上記隙間に酸素を汲み込
み又は該隙間から酸素を汲み出す酸素ポンプ素子として
機能するとともに、第一素子が酸素濃淡電池素子となり
第二素子が前記酸素ポンプ素子となる第一モードと、そ
の逆となる第二モードとの間で切替え可能とされる。

【０００７】また、上記排気ガスセンサを用いた本発明
の排気ガスセンサシステムは、下記の要件を備えて構成
されることを特徴とする。排気ガスセンサ：下記の２つの素子を備える。 (a)第一素子：酸素イオン伝導性固体電解質により構成
されて両面に電極が形成され、排気ガス中の被検出成分
に対するそれら電極の酸化触媒活性が互いに異なるもの
とされる。 (b)第二素子：酸素イオン伝導性固体電解質により構成
されて両面に電極が形成され、被測定雰囲気からの排気
ガスの流通が許容された所定量の隙間が形成されるよう
に第一素子と対向配置されるとともに、排気ガス中の被
検出成分に対するそれら電極の酸化触媒活性が互いに異
なるものとされ、かつ両面の電極間の酸化触媒活性差
が、第一素子の両面の電極間の酸化触媒活性差より大き
くなるように設定される。素子制御手段：第一素子と第二素子との一方を酸素濃
淡電池素子として、他方を、該濃淡電池起電力の絶対値
が減少する方向に上記隙間に酸素を汲み込み又は該隙間
から酸素を汲み出す酸素ポンプ素子として機能させる。制御モード切替え手段：素子による制御モードが、第
一素子が記酸素濃淡電池素子となり第二素子が酸素ポン
プ素子となる第一モードと、その逆となる第二モードと
の間で切り替える。

【０００８】上記排気ガスセンサ及び排気ガスセンサシ
ステムでは、一方が酸素濃淡電池素子、他方が酸素ポン
プ素子として機能する２つの素子を隙間を挟んで対向さ
せ、酸化触媒活性差の異なる電極を各素子の両面に配す
るとともに、酸素濃淡電池素子の両側に排気ガスを導入
する。酸素濃淡電池素子の両側では、排気ガス中の被検
出成分の酸化（燃焼）に伴う酸素消費量に差が生じ、濃
淡電池起電力が発生する。例えばこの濃淡電池起電力が
一定となるように、酸素ポンプ素子により上記隙間に対
する酸素の汲み込みあるいは汲み出しを行えば、例えば
そのときの酸素ポンプ電流値（あるいは電圧値）により
排気ガス中の被検出成分の濃度を知ることができる。こ
の場合、酸素濃度が変化しても、排気ガス中の被検出成
分の濃度を精度よく検出することができる。

【０００９】さらに、上記本発明の排気ガスセンサない
し排気ガスセンサシステムでは、両面の電極間の酸化触
媒活性差が小さい第一素子を酸素濃淡電池素子とする第
一モードと、同じく酸化触媒活性差が大きい第二素子側
を酸素濃淡電池素子とする第二モードとの間で、適宜切
り替えて使用できるようにした。これにより、上記２つ
のモードで互い異なる被検出成分の濃度情報を得ること
ができるようになる。例えば、被検出成分に、酸化反応
に対する活性が異なる２以上の被検出成分が含まれてい
る場合、酸素濃淡電池素子の両面では、第一モードにお
いては酸化反応に対する活性が比較的小さい（すなわち
燃焼しにくい）成分について酸化量（燃焼量）に差が生
じる。一方、第二モードでは、酸化反応に対する活性が
比較的大きい成分の酸化量についても差が生じる。従っ
て、両モードのセンサ出力に基づいて、特定の炭化水素
成分を選択的に検出したり、あるいは互いに異なる成分
ないし成分群の濃度に関する情報を個別に得ることが可
能となる。

【００１０】上記排気ガスセンサにおいては、前述の通
り、隙間と、第一素子及び第二素子のうち酸素濃淡電池
素子となるもの（以下、単に酸素濃淡電池素子という）
を挟んで該隙間と反対側の空間（以下、反対空間とい
う）とに、それぞれ被検出成分と酸素とを含有する排気
ガスが導入されるように構成できる。この場合、第一素
子及び第二素子のうち酸素ポンプ素子となるもの（以
下、単に酸素ポンプ素子という）の隙間側の電極を第一
電極、酸素濃淡電池素子の隙間側の電極を第二電極、酸
素濃淡電池素子の反対空間側の電極を第三電極として、
隙間と反対空間とに導入された排気ガス中の被検出成分
が、少なくともそれら隙間と反対空間との一方におい
て、第一〜第三電極の少なくともいずれかを酸化触媒と
して排気ガス中の酸素と反応することにより消費される
とともに、隙間と反対空間との間で酸素との反応による
被検出成分の消費量に差が生じるように、それら第一〜
第三電極の酸化触媒活性を調整することができる。そし
て、酸素濃淡電池素子の濃淡電池起電力が予め定められ
た起電力目標値ＥCに到達したときの酸素ポンプ素子に
流れる電流値を反映した情報を、排気ガス中の被検出成
分の濃度検出情報として出力するようにし、かつ第一素
子の両面の電極間の酸化触媒活性差と、第二素子の両面
の電極間の酸化触媒活性差とが互いに異なることに基づ
いて、第一モードと第二モードとで、互いに異なる内容
の濃度検出情報を出力するようにする。また、これに対
応する排気ガスセンサシステムでは、上記第一モードと
第二モードとで、互いに異なる内容の濃度検出情報を出
力する機能が、濃度検出情報出力手段によって実現され
る。

【００１１】上述のように構成された排気ガスセンサで
は、酸素濃淡電池素子を挟んで上記隙間と反対空間側と
に被検出成分と酸素とを含有した排気ガスが導入され、
隙間に面する側に配置された第一及び第二電極と、反対
空間側に配置された第三電極の酸化触媒としての活性
が、上記隙間側と反対空間側とで被検出成分の酸化によ
る消費量に差が生ずるように調整されており、被検出成
分が多く消費される側では酸素も多く消費されることと
なる。これにより、酸素濃淡電池素子の両側には酸素濃
度差が生じ、それに基づく濃淡電池起電力が発生するこ
ととなる。酸素ポンプ素子は、例えば隙間側が低酸素濃
度側となる場合には該隙間に酸素を汲み込み、逆に高酸
素濃度側となる場合には該隙間から酸素を汲み出して、
上記濃淡電池起電力を起電力目標値ＥCになるように制
御する。

【００１２】そして、濃淡電池起電力が起電力目標値Ｅ
Cに到達したときの酸素ポンプ素子に流れる電流（以
下、ポンプ電流という）は、排気ガス中の被検出成分の
濃度値をほぼ反映した値となることから、これに基づい
て上記被検出成分の濃度を検出することができる。ま
た、上記ポンプ電流の値は、排気ガス中の被検出成分の
濃度が変化しない限り、排気ガス中の酸素濃度の影響を
ほとんど受けず、また、被検出成分の濃度変化に対する
ポンプ電流の値の変化もほぼ直線的となる。これによ
り、酸素濃度が所定の範囲で変化しても、排気ガス中の
被検出成分の濃度を精度よく検出することができる。

【００１３】上記排気ガスセンサ及び排気ガスセンサシ
ステムにおいて第一素子は、２つの電極のうち酸化触媒
活性の高いものを隙間に面するように配置し、第二素子
は２つの電極のうち酸化触媒活性の高いものが隙間に面
するように配置することができる。これにより、いずれ
のモードにおいても、酸素濃淡電池素子の隙間側と反対
空間側とで、被検出成分の酸化による消費量に確実に差
を生じさせることができ、ひいては被検出成分の検出感
度を高めることができる。

【００１４】第一及び第二素子の隙間に面する電極の酸
化触媒活性は、同一としてもよいし、互いに異ならせて
もよい。両電極の酸化触媒活性をほぼ同一とした場合
は、いずれのモードにおいても、酸素濃淡電池素子の隙
間側電極（すなわち第二電極となるもの）近傍の被検出
成分の酸化消費量がほぼ同一となるので、両モードで得
られたセンサ出力すなわち濃度検出情報の基準レベルを
合わせることができ、後述のように両濃度検出情報の比
較によって、ある特定の被検出成分の濃度情報を比較的
簡単に得ることができるようになる。この場合、第一素
子の隙間に面する電極と、第二素子の隙間に面する電極
との酸化触媒活性をほぼ同程度のものとするためには、
両電極を互いに同一の材質で構成することが望ましいと
いえる。

【００１５】具体的な電極材質の組み合わせの一例とし
ては、第一素子の前記隙間に面さない電極をＰｔ−Ｐｄ
電極とし、同じく該隙間に面する電極をＰｔ電極とし、
第二素子の隙間に面する電極をＰｔ電極とし、同じく該
隙間に面さない電極をＡｕ電極とする構成を例示でき
る。この構成によれば、例えば被検出成分がＨＣの場
合、第一モードにおいて特定成分としてのメタンを、ま
た第二モードにおいて全ＨＣ量を感度よく検出できる利
点がある。

【００１６】上記排気ガスセンサは、排気ガス中に、酸
化反応に対する活性が異なる２以上の被検出成分が含ま
れている場合に、第一モードにおいて得られる濃度検出
情報と、第二モードにおいて得られる濃度検出情報とに
基づいて、２以上の被検出成分のうちの特定のものの濃
度に関する情報を得るように構成することが可能であ
る。また、排気ガスセンサシステムにおいては、第一モ
ードにおいて得られる濃度検出情報と、第二モードにお
いて得られる濃度検出情報とに基づいて、２以上の被検
出成分のうちの特定のものの濃度に関する情報を生成
し、これを出力する特定成分検出情報生成・出力手段を
設けることができる。該構成では、各モードでの濃度検
出情報のみでは得ることができない特定の被検出成分の
濃度情報を、両モードでの濃度検出情報の組み合わせに
基づいて得ることができ、ひいては検出可能な被検出成
分の種類を増やすことができる。

【００１７】具体的には、第一モードにおいて、２以上
の被検出成分のうちの特定の１成分の濃度に関する濃度
検出情報を出力させ、第二モードにおいて上記２以上の
被検出成分の全てについての合計濃度に関する濃度検出
情報を出力させることができる。また、第二モードにお
いて得られる濃度検出情報の出力と、第一モードにおい
て得られる濃度検出情報の出力との差に基づいて、上記
２以上の被検出成分から、特定の１成分を除いた残余の
成分の合計濃度に関する情報を得ることができる。例え
ば、被検出成分のうちの特定の１成分をメタンとするこ
とができ、それ以外の被検出成分は非メタン炭化水素と
することができる。この場合、電極材質の組み合わせは
前述の、第一素子の隙間に面さない電極をＰｔ−Ｐｄ電
極とし、同じく該隙間に面する電極をＰｔ電極とし、第
二素子の隙間に面する電極をＰｔ電極とし、同じく該隙
間に面さない電極をＡｕ電極とする構成が好適である。

【００１８】以下、上記本発明の排気ガスセンサ及び排
気ガスセンサシステムに、さらに付加することができる
各種内容について説明する。まず上記排気ガスセンサ
は、第一素子と第二素子とを、隙間を生じさせた状態で
互いに積層された一体の焼成体として構成することがで
きる。これによれば、第一素子と第二素子とが互いに積
層された一体の焼成体として構成されるので、次のよう
な効果が達成される。第一素子と第二素子とが焼成と同時に一体化されるの
で、焼成後の組立工程を省略又は簡略化でき、センサの
製造効率が高められる。例えば第一素子と第二素子とをそれぞれ別々に焼成
し、該焼成後に貼合わせ等により一体化する構成の場
合、素子の焼成時の変形等により隙間の形成量を一定に
することが困難となり、センサ個体間で出力レベルのば
らつきを生ずる場合がある。しかしながら、上記焼成に
より一体化する構成では、隙間の形成量を制御しやすい
ので、そのような問題を生じにくい。第一素子と第二素子とは、センサのコンパクト化のた
め、薄板状（例えば、厚さ１mm以下、具体的には０．２
〜０．４mm）に形成した場合、焼成後の貼合わせ等で一
体化する構成では、機械的強度、例えば耐衝撃性が不足
して、素子に割れやクラックが生じやすくなる場合があ
る。しかしながら、それらを焼成により一体化すること
で素子が相互に補強し合い、機械的強度を向上させるこ
とができる。

【００１９】上述のような一体化構造は、例えば次のよ
うな製法により能率的に得ることができる。まず、第一
素子となるべき第一のセラミック粉末成形体の両面に、
電極となるべき電極パターンを電極材料粉末ペーストを
用いて印刷形成し、また第二素子となるべき第二のセラ
ミック粉末成形体の両面にも同様に電極パターンを印刷
形成する。次に、それら第一及び第二のセラミック粉末
成形体を、第一電極及び第二電極となるべき電極パター
ン同士が互い対向し、かつその対向する電極パターンの
間に隙間が形成されるように互いに積層する。そして、
その積層体を焼成することにより、互いに一体化された
第一素子と第二素子とを得る。

【００２０】第一素子と第二素子とを構成する固体電解
質としては、Ｙ₂Ｏ₃ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂
が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属
元素ないし希土類金属元素の酸化物とＺｒＯ₂との固溶
体を使用してもよい。また、ベースとなるＺｒＯ₂には
ＨｆＯ₂が含有されていてもよい。

【００２１】第一素子と第二素子との間に形成される隙
間の大きさは、例えば１mm以下に設定するのがよい。隙
間の大きさが１mmを超えると、隙間による新たな排気ガ
スの流入規制効果が小さくなり、センサの検出精度が低
下する場合がある。

【００２２】さて、上記構成の排気ガスセンサにおいて
は、酸素濃淡電池素子の濃淡電池起電力の絶対値が１０
ｍＶ以下に設定された起電力目標値ＥCに到達したとき
の、上記酸素ポンプ素子に流れる電流値を、排気ガス中
の被検出成分の濃度を反映した情報として取り出すこと
ができる。

【００２３】一方、酸素を１体積％以上含有し、かつセ
ンサ作動温度において酸素と反応する成分を実質的に含
有しない試験ガスを上記隙間及び反対空間に導入したと
きの、酸素濃淡電池素子に生ずるオフセット起電力の絶
対値をＥOS（単位：ｍＶ）とし、これに対応して起電力
目標値ＥCが（ＥOS−５）ｍＶ以上（ＥOS＋５）ｍＶ以
下の範囲内で設定されるとともに、酸素濃淡電池素子の
濃淡電池起電力の絶対値が上記起電力目標値ＥCに到達
したときの酸素ポンプ素子に流れる電流値を、排気ガス
中の被検出成分の濃度を反映した情報として取り出すこ
ともできる。

【００２４】例えば、酸素濃淡電池素子を挟んで隙間側
と反対空間側とで、酸素濃度が互いに等しくなるよう
に、酸素ポンプ素子による隙間への酸素の汲み込みない
しは汲み出しを行うようにすれば、それら両空間での被
検出成分の消費量の差に対し、ポンプ電流が直接的に対
応することになるから、被検出成分の濃度をさらに精度
よく検出することができ、また検出結果の解析も容易と
なる。この場合、酸素濃淡電池素子の両側の酸素濃度が
等しくなれば、濃淡電池起電力は理論上は０となるか
ら、酸素ポンプ素子は、該濃淡電池起電力が０となるよ
うに隙間に対する酸素の汲み込みないしは汲み出しを行
うこととなる。しかしながら、酸素濃淡電池素子の両側
の酸素濃度が等しくなっても、通常は、酸素濃淡電池素
子の起電力は０にはならず、一定のオフセット起電力が
残ることが多い。

【００２５】本発明者らは、一般に使用されているほと
んどの酸素イオン伝導性固体電解質について、該固体電
解質により酸素濃淡電池素子を構成した場合のオフセッ
ト起電力の絶対値が１０ｍＶ以下の範囲に収まっている
ことに着眼するとともに、本発明の排気ガスセンサにお
いて、起電力目標値ＥCを１０ｍＶ以下に設定し、濃淡
電池起電力の絶対値が該起電力目標値ＥCに到達したと
きの酸素ポンプ素子に流れる電流値を検出信号として採
用することで、排気ガス中の被検出成分の濃度を正確に
検出できることを見い出したのである。なお、測定雰囲
気の酸素濃度範囲が判っている場合は、その範囲の最大
酸素濃度におけるオフセット起電力を起電力目標値とす
るのが望ましい。

【００２６】一方、本発明者らは鋭意検討の結果、次の
ことを見い出したのである。すなわち、酸素濃淡電池素
子のオフセット起電力が、検出に係る排気ガス中の酸素
濃度が低くなるほど変動しやすくなり、一定以下の酸素
濃度におけるオフセット起電力を基準として起電力目標
値ＥCを設定すると、センサ出力が排気ガス中の酸素濃
度の影響を受けやすくなる。そしてこれを解決するため
には、酸素を１体積％以上含有し、かつセンサ作動温度
において酸素と反応する成分を実質的に含有しない試験
ガスを隙間及び反対空間に導入したときの、酸素濃淡電
池素子に生ずるオフセット起電力の絶対値をＥOS（単
位：ｍＶ）とし、これを基準として起電力目標値ＥCを
（ＥOS−５．０）ｍＶ以上（ＥOS＋５．０）ｍＶ以下の
範囲内で設定することが有効となる。そして、起電力目
標値ＥCを上記範囲で設定することで、排気ガス中の酸
素濃度の影響を受けない、より安定したセンサ出力を得
ることができる。この場合、起電力目標値ＥCは、なる
べくＥOSに近い値として設定することが、センサの検出
精度を高める上で望ましい。なお、ＥOSを決定するため
の試験ガス中の酸素濃度は、望ましくは１０％以上のも
のを使用するか、あるいは大気を使用するのがよい。ま
た、起電力目標値ＥCを、前述の構成と同様に１０ｍＶ
以下に設定することにより、より安定で精度の高いセン
サ出力を得ることができる。

【００２７】本発明の排気ガスセンサは、例えばガソリ
ンエンジンの酸化触媒コンバータ、あるいは三元触媒コ
ンバータの下流側に配置され、該コンバータ中の三元触
媒の劣化を検知するものとして構成することができる。
この場合、排気ガス中の酸素は、上流側の触媒において
ＣＯあるいはＨＣの酸化のためにかなりの部分が消費さ
れた状態で、排気ガスセンサに導入されることとなる。
この場合、検出に係る排気ガス中の酸素濃度は、おおむ
ね５０００ｐｐｍ以下のレベルとなっていることから、
排気ガスセンサとしては、酸素濃度が上述のように低い
領域で被検出成分を精度よく検出できるように構成する
ことが望ましい。そのためには、例えば酸素濃度が１０
０ｐｐｍに対応するセンサ出力をＱ100とし、１０００
ｐｐｍに対応するセンサ出力をＱ1000として、出力変化
率Δ（％）＝｛｜Ｑ100−Ｑ1000｜／Ｑ100｝×１００が
±３０％以下、より望ましくは±１０％以下となるよう
に、前述の起電力目標値ＥCを設定するのがよい。

【００２８】次に、上記排気ガスセンサは、第一素子と
第二素子との少なくともいずれかに対し、隙間とは反対
側に加熱素子が積層され、それら第一素子と第二素子と
加熱素子とが、互いに積層された一体の焼成体として構
成することができる。これにより、加熱素子も含めてセ
ンサの組立工程を簡略化でき、また、センサ全体をより
コンパクトに構成できるほか、一体化された加熱素子に
よる補強効果により、センサ全体の機械的強度をさらに
向上させることができる。

【００２９】上記構成のセンサは、前述の方法におい
て、第一及び第二のセラミック粉末成形体の少なくとも
いずれかに対し、隙間とは反対側に加熱素子となるべき
第三のセラミック粉末成形体を積層し、その積層体を焼
成することにより、互いに一体化された第一素子、第二
素子及び加熱素子を得るようにすることで、能率的に製
造することができる。

【００３０】本発明の排気ガスセンサにおいて、前述の
隙間は、例えば第一素子と第二素子との積層体側縁に形
成された連通部において外側空間と連通するように構成
することができる。これにより、連通部から上記隙間に
対し、排気ガスをスムーズに導入することができる。こ
の場合、その連通部は、上記隙間と外側空間との間で気
体の流通を許容する多孔質セラミック体により構成する
ことができる。こうすれば、排気ガス中に含まれる煤や
油滴等の汚れ粒子が隙間に侵入しにくくなり、ひいては
隙間に面している電極の、上記汚れ粒子の付着に伴う劣
化を防止ないし抑制することができる。この場合、多孔
質セラミック体による連通部を形成する方法としては、
前述の方法において第一及び第二のセラミック粉末成形
体の間に、該連通部となるべき連通部パターンを、多孔
質セラミック粉末（例えば多孔質Ａｌ₂Ｏ₃粉末）又は焼
成後に多孔質セラミック体となる粉末混合物等からなる
ペーストを用いて印刷等により形成する形で挟み込み、
これを一体焼成する方法を例示することができる。

【００３１】次に、上記隙間において第一素子と第二素
子との間には、該隙間に対する気体の出入りを妨げない
状態で、該隙間の間隔を規定する支柱部を形成すること
ができる。例えば、第一素子と第二素子とを板状に形成
する場合、前述の第一及び第二のセラミック粉末成形体
として、セラミック粉末と有機バインダとを混練してシ
ート状に成形した、いわゆるセラミックグリーンシート
が使用されることが多い。この場合、隙間を形成した状
態で積層されたセラミックグリーンシートが焼成時に変
形して隙間側に垂れ下がり、最終的に形成される隙間の
量がばらついたり、甚だしい場合には隙間が潰れて上下
の電極が接触してしまったりするトラブルが生ずる場合
がある。そこで、上述のように、隙間の間隔を規定する
支柱部を第一素子と第二素子との間に形成しておけば、
所期の大きさの隙間を安定して形成することができ、ひ
いては隙間量のばらつきに伴うセンサ個体間の出力ばら
つきといった問題を生じにくくすることができる。

【００３２】上記支柱部は、次のような方法により効率
的に形成することができる。すなわち、第一及び第二の
セラミック粉末成形体の少なくともいずれかに対し、上
記隙間に対応する領域内に、セラミック粉末を用いて支
柱部となるべき支柱部パターンを形成する。次いで、そ
れら第一及び第二のセラミック粉末成形体を、支柱部パ
ターンが形成された側において隙間が形成されるように
互いに積層する。そして、その積層体を焼成することに
より、第一素子と第二素子との間に、上記支柱部パター
ンに基づく支柱部を形成する。支柱部パターンは、セラ
ミック粉末成形体（例えばセラミックグリーンシート）
の配置、あるいはセラミック粉末ペーストを用いたパタ
ーン印刷等により形成することができる。

【００３３】支柱部は、具体的には、隙間の形成領域内
に散点状あるいは千鳥状に分散して形成したり、あるい
は第一素子と第二素子との積層方向と交差する向きにお
いて、上記隙間を２以上の空間に仕切る仕切り壁状に形
成することができる。なお、支柱部の材質としては、第
一素子及び第二素子と同一材質のセラミック材料（すな
わち、酸素イオン導電性固体電解質セラミック）で構成
しても、異なる材質のセラミック材料（例えば、Ａｌ₂
Ｏ₃（多孔質体を含む））で構成してもいずれでもよい
が、焼成により第一素子及び第二素子と一体化し得る材
質のもので構成することが特に好ましい。

【００３４】次に、第一素子及び第二素子は、それぞれ
横長の板状に構成してこれを互いに対向配置することが
できる。この場合、各電極はそれら第一素子及び第二素
子の板面長手方向における一方の端部側に形成すること
ができる。また、同じくその板面長手方向における他方
の端部側においてそれら第一素子及び第二素子の間に
は、隙間の間隔とほぼ同厚さのスペーサ部を介挿し、該
スペーサ部と第一素子及び第二素子とを焼成により互い
に一体化する構成とすることができる。第一素子及び第
二素子との間にスペーサ部を配置することにより、必要
な隙間を容易に形成できる他、スペーサ部を一体化する
ことで板状の第一素子及び第二素子を補強でき、ひいて
はセンサの機械的強度を向上させることができる。

【００３５】このような構成の排気ガスセンサは、下記
のような方法により効率的に製造することができる。す
なわち、前述の方法において、第一及び第二のセラミッ
ク粉末成形体を、それぞれ横長の板状に形成して互いに
対向配置し、電極パターンをそれら第一及び第二のセラ
ミック粉末成形体の板面長手方向における一方の端部側
に形成する。また、板面長手方向における他方の端部側
においてそれら第一及び第二のセラミック粉末成形体の
間に、スペーサ部となるべきスペーサ成形体を介挿す
る。そして、それらスペーサ成形体と第一及び第二のセ
ラミック粉末成形体との積層体を焼成することにより、
第一素子及び第二素子を、該スペーサ成形体に基づくス
ペーサ部を介して互いに接合・一体化する。

【００３６】この場合、該隙間には前述の支柱部を形成
すると、隙間寸法精度を向上させることができる。ま
た、第一素子及び第二素子の間には、その長手方向にお
いて隙間に関してスペーサ部と反対位置に補助スペーサ
部を介挿する構成とすることもできる。こうすれば、第
一素子と第二素子との隙間形成部分が、その長手方向に
おいてスペーサ部と補助スペーサ部とにより両側で支持
されるので、隙間部分におけるセンサの機械的強度を大
幅に向上させることができる。一方、隙間の周縁の一
部、例えば第一素子と第二素子との板幅方向両側の側縁
部に沿うように、補強スペーサ部をそれら第一素子と第
二素子との間に介挿し一体化する構成とすることによっ
ても、同様に隙間部分におけるセンサの機械的強度を向
上させることができる。なお、該構成においてスペーサ
部、支柱部、補助スペーサ部あるいは補強スペーサ部
は、第一素子及び第二素子と同一材質のセラミックによ
り構成することができる。この場合、それらと、酸素濃
淡電池素子あるいは酸素ポンプ素子の少なくとも一方と
の間には、第一素子と第二素子との間の電流漏洩を阻止
する絶縁層を介挿することが望ましい。

【００３７】一方、より簡便なセンサ構成としては、下
記のようなものを例示することができる。すなわち、第
一素子及び第二素子を、それぞれ同様に横長の板状に構
成し互いに対向配置し、各電極をそれら第一素子及び第
二素子の板面長手方向における一方の端部側に形成する
一方、上記隙間において第一素子と第二素子との間に
は、該隙間に対する気体の出入りを妨げない状態で、該
隙間の間隔を規定する支柱部を形成する。さらに、上記
隙間を除く他の領域においてそれら第一素子と第二素子
とを絶縁層を介して互いに接合・一体化する。該構成に
よれば、スペーサ部を用いることなく隙間を形成するこ
とができるのでセンサをよりコンパクトに構成でき、さ
らに、スペーサ部の作製とその積層配置の工程とを省略
できるので、センサの製造をより能率的に行うことがで
きる。

【００３８】その具体的な製造方法として、下記のよう
なものを例示できる。該方法においては、第一及び第二
のセラミック粉末成形体は、それぞれ横長の板状に形成
されて互いに積層され、電極パターンはそれら第一及び
第二のセラミック粉末成形体の板面長手方向における一
方の端部側に形成される。そして、第一及び第二のセラ
ミック粉末成形体との間の上記隙間に予定された領域
に、セラミック粉末ペーストを用いて支柱部となるべき
支柱部パターンを形成し、その支柱部パターンと重なり
を生じない位置において同じく該隙間に予定された領域
に、焼成時に燃焼ないし分解する（あるいは燃焼ないし
分解して消失する）材質の粉末ペーストにより補助支持
パターンを形成する。さらに、上記隙間に予定された領
域を除く他の領域において第一及び第二のセラミック粉
末成形体との間には絶縁層パターンを形成する。そし
て、その積層体を焼成することにより、第一素子と第二
素子との間に、隙間と上記支柱部パターンに基づく支柱
部とを形成する一方、隙間を除く他の領域においてそれ
ら第一素子と第二素子とを、絶縁層パターンに基づく絶
縁層を介して互いに接合する。なお、支柱部パターンあ
るいは補助支持パターンは印刷により形成することがで
きる。

【００３９】支柱部パターンと補助支持パターンとを、
上述のように印刷等で相補的に形成することで、第一及
び第二のセラミック粉末成形体を積層した際に、補助支
持パターンによる補強効果に基づき、支柱部パターンが
両者の間で潰れることが防止ないし抑制される。そし
て、焼成により、補助支持パターンは燃焼ないし分解し
て消失するから、第一素子と第二素子との間には一定量
の隙間を精度よく、しかも極めて簡単に形成することが
できる。また、第一及び第二のセラミック粉末成形体を
例えばセラミックグリーンシートで形成することで、絶
縁層パターンが支柱部パターンよりもかなり薄く形成さ
れていたとしても、第一及び第二のセラミック粉末成形
体が少し橈むことで、両者は絶縁層パターンを介して密
着でき、焼成により支障なく一体化することができる。

【００４０】なお、絶縁層パターンは、絶縁性セラミッ
ク粉末、例えばＡｌ₂Ｏ₃粉末のペーストを用いて形成す
ることができる。この場合、支柱部パターンは、絶縁層
パターンよりも粒径の大きい絶縁性セラミック粉末、例
えばＡｌ₂Ｏ₃多孔質粉末等のペーストを用いて形成する
ことで、積層時のパターンの潰れをより起こりにくくす
ることができる。一方、補助支持パターンは、例えば主
にカーボン粉末で構成されたペーストを用いて形成する
ことができる。

【００４１】次に、上記排気ガスセンサにおいては、第
一素子と第二素子との間の隙間は、これをなるべく小さ
くして（望ましくは１ｍｍ以下）当該隙間による新たな
排気ガスの流入規制効果をなるべく高めることが、セン
サの検出精度を向上させる上で有利である。逆に言え
ば、該隙間の寸法が大きすぎると、触媒活性を有した電
極上でのＨＣと酸素との反応が不安定化し、酸素濃淡電
池起電力が小さくなってセンサ出力が十分に得られなく
なることもありうる。この傾向は、測定対象となる排気
ガス中の酸素濃度の変動が大きかったり、あるいはガス
中の水蒸気濃度が高い場合に特に著しくなる。また、両
素子の少なくとも一方について、隙間と反対側の面との
間に所定の隙間（別の隙間）を形成する隙間形成部材を
配置する場合は、その隙間の大きさも同様の理由により
なるべく小さくすることが望ましい（望ましくは１ｍｍ
以下）。

【００４２】しかしながら、上記素子間の隙間量を小さ
くし過ぎると、今度は焼成により第一素子、第二素子、
あるいは隙間形成部材を製造した際に、焼成時の僅かな
変形が隙間形成量に大きな影響を及ぼし、センサ個体間
で出力のばらつきやすくなる問題が生ずることもある。
そこで、これを解決するためには次のようなセンサ構造
とすることが有効である。すなわち、第一素子及び第二
素子の各電極の少なくともいずれかに対しこれと接する
ように測定室を形成し、また、測定室の壁部を被測定雰
囲気側から測定室側へ貫くようにガス連通部を形成す
る。そして、このガス連通部を、小孔、スリット、及び
多孔質セラミック又は多孔質金属により構成された多孔
質連通部の少なくともいずれかを含む拡散規制流通部と
して構成するようにする。

【００４３】このようにすれば、隙間の大きさをある程
度以上に大きくした場合でも、排気ガスは拡散規制流通
部から拡散を規制されつつ測定室に流入し、また測定室
に導入された後は同じく拡散規制流通部により拡散を規
制されつつ被測定雰囲気中へ排出される。従って、一旦
導入された排気ガスの測定室内での滞留時間が長くな
り、その間に被検出雰囲気中の排気ガス組成（特に酸素
あるいは水蒸気量）が変化しても、測定室内のガスへの
影響が小さくなるので、安定で高いセンサ出力を得るこ
とができ、ひいてはセンサの検出精度を高めることがで
きる。

【００４４】次に、測定室及び拡散規制流通部の形成形
態であるが、第一素子と第二素子との間の隙間側に形成
する場合は、該隙間に面する電極の周囲を取り囲むよう
に壁部を形成し、その壁部内面と第一素子及び第二素子
の各対向面とによって囲まれた空間を測定室とすること
ができる。また、拡散規制流通部は、壁部と第一素子と
第二素子との少なくともいずれかに対しこれを被測定雰
囲気側から測定室側へ貫通する形態で形成され、それら
被測定雰囲気と測定室とを互いに連通させるスリット又
は小孔とすることができる。なお、上記隙間と被測定雰
囲気との間で気体の流通を許容する前述の多孔質セラミ
ック（あるいは多孔質金属でもよい）も、拡散規制流通
部として機能しうる。

【００４５】拡散規制流通部として上記スリットを形成
する場合、例えば第一素子と第二素子との間に、上記壁
部の少なくとも一部を構成する壁部形成体を配置し、そ
の壁部形成体と第一素子及び第二素子の少なくともいず
れかとの間に上記スリットを、それら第一素子ないし第
二素子の板面に沿う形態で形成することができる。これ
により、スリットを介して測定室内に排気ガスをスムー
ズにかつ空間的な偏りを生ずることなく導入することが
できる。

【００４６】次に、上記スリットの幅（間隔）をｄ、第
一素子及び第二素子の対向方向における測定室の寸法
（以下、測定室の高さという）をｈとした場合、ｄ／ｈ
は１／１００〜１／４の範囲で調整するのがよい。ｄ／
ｈが１／４を超えるとスリットにおける排気ガスの拡散
規制効果が不十分となり、センサ出力が十分に得られな
くなる場合がある。ｄ／ｈが１／１００未満になると測
定室へのガスの流入速度、あるいは測定室からのガスの
流出速度が小さくなり過ぎ、センサの検出精度が却って
低下してしまう場合がある。ｄ／ｈは、より望ましくは
１／２０〜１／８の範囲で設定するのがよい。なお、ス
リット内の空間体積Ｖに対するスリット内周面の面積の
比Ｓ／Ｖは、同様の理由により４〜１００、望ましくは
２０〜５０の範囲で調整するのがよい。

【００４７】一方、スリット幅ｄの絶対値は、０．０１
〜１．０ｍｍの範囲で調整するのがよい。ｄが１．０ｍ
ｍを超えると、スリットにおける排気ガスの拡散規制効
果が不十分となり、センサ出力が十分に得られなくなる
場合がある。一方、ｄが０．０１ｍｍ未満になると測定
室へのガスの流入速度、あるいは測定室からのガスの流
出速度が小さくなり過ぎ、センサの検出精度が却って低
下してしまう場合がある。なお、ｄは、より望ましくは
０．０２〜０．０５ｍｍの範囲で設定するのがよい。

【００４８】スリットは、壁部形成体の厚さ方向（酸素
濃淡電池素子と酸素ポンプ素子との積層方向）中間部に
形成する態様も可能であるが、壁部形成体と第一素子及
び第二素子の少なくともいずれかとの間に形成する構成
がセンサの製造上より有利である。すなわち、前者の場
合は、壁部形成体となるべきセラミック成形体（以下、
壁部形成用成形体という）に予めスリットとなるべき隙
間を穿設しておくか、あるいは該セラミック成形体を厚
さ方向に隣接する２部分に形成し、それら部分の間に隙
間を生じさせた状態で焼成するなど、若干の工数増加が
不可避となる。一方、後者の場合は、壁部形成用成形体
と第一素子ないし第二素子となるべきセラミック成形体
（以下、素子形成用成形体という）との間に所定量の隙
間を形成して焼成するのみで、上記構造の排気ガスセン
サを簡単に製造することができる。

【００４９】上記スリットは、例えばスリット形成が予
定された領域において壁部形成用成形体と素子形成用成
形体との間に、焼成により焼失する材料（例えばカーボ
ンペーストなど）で形成された層を挟み込み、その積層
体を焼成して該層を焼失させることにより形成すること
ができる。この場合、形成されるスリットの幅は、形成
する層の厚さに応じて自由に調整することができる。

【００５０】次に、壁部形成体は、第一素子及び第二素
子の少なくともいずれかと焼成により一体化することが
できる。焼成によりこれらを一体化することで、センサ
の機械的強度を向上させることができる。なお、壁部形
成体と第一素子及び第二素子のいずれか一方との間にの
みスリットを形成する場合には、スリットを形成しない
側では壁部形成用成形体と素子形成用成形体とをそれら
の積層面のほぼ全面において一体化する一方、スリット
の形成側においては、上記シートを積層面に対し部分的
に挟み込むことでスリットを形成し、該シートを介在さ
せない積層面領域で壁部形成用成形体と素子形成用成形
体とを一体化する構成が可能である。この場合、酸素ポ
ンプ素子ないし酸素濃淡電池素子とは、スリットの形成
側においてもスリット形成領域以外の部分で互いに一体
化するので、センサの強度を一層高めることができる。

【００５１】一方、スリットに代えて小孔により拡散規
制流通部を形成する場合には、該小孔を、例えば壁部形
成体に形成できる。この場合、排気ガスを測定室に対し
偏りなく流入させるには、複数の小孔を、例えば板状の
第一素子ないし第二素子の板面方向に所定の間隔で形成
するのがよい。また、小孔は、第一素子ないし第二素子
を厚さ方向に貫く形で形成することもできる。この場
合、該小孔は複数のものを、それら素子に形成された電
極の周縁に沿って所定の間隔で形成することが、偏りの
ない排気ガスの流入状態を形成する上で望ましい。

【００５２】次に、第一素子及び第二素子は横長板状に
形成でき、拡散規制流通部は、それら第一素子及び第二
素子の板面幅方向両側に形成されたスリットないし所定
間隔で配列する複数の小孔群とすることができる。こう
すれば、上記スリットないし小孔群の一方のものから測
定室内に流入した排気ガスは、他方のものから排出され
るので、測定室内にスムーズな排気ガスの流れが形成さ
れ、ひいてはセンサ出力の応答性を向上させることがで
きる。

【００５３】次に、上記排気ガスセンサにおいては、第
一素子ないし第二素子の隙間に面しているのとは反対側
に測定室を形成するようにしてもよい。すなわち、第一
素子ないし第二素子に対し上記隙間とは反対側からこれ
に対向して、それら第一素子ないし第二素子との間に別
の隙間を形成する前述の隙間形成部材を配置し、その隙
間形成部材と第一素子ないし第二素子との間に対応する
電極の周囲を取り囲むように壁部を形成し、その壁部内
面、隙間形成部材及び第一素子ないし第二素子の各対向
面とによって囲まれた空間を測定室とする。

【００５４】この場合も拡散規制流通部は、前述の第一
素子と第二素子との間に測定室を形成する場合とほぼ同
様の態様で形成できる。すなわち、該拡散規制流通部
は、壁部及び隙間形成部材の少なくともいずれかに対し
これを被測定雰囲気側から測定室側へ貫通する形態で形
成され、それら被測定雰囲気と測定室とを互いに連通さ
せるスリット又は小孔として構成できる。また、隙間形
成部材と第一素子ないし第二素子との間に、壁部の少な
くとも一部を構成する壁部形成体を配置でき、該壁部形
成体と第一素子及び第二素子の少なくともいずれかとの
間に上記スリットを、それら隙間形成部材、第一素子あ
るいは第二素子の板面に沿う形態で形成することができ
る。

【００５５】また、壁部形成体は、隙間形成部材、第一
素子及び第二素子の少なくともいずれかと焼成により一
体化することができる。さらに、隙間形成部材、第一素
子及び／又は第二素子は横長板状に形成することがで
き、拡散規制流通部は、それら隙間形成部材、第一素子
あるいは第二素子の板面幅方向両側に形成されたスリッ
トとすることができる。

【００５６】上記第一及び第二素子の各電極の材質は、
酸素との反応に対する触媒活性が比較的高いものとして
は、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのいずれかを主体とする金属
（単体又は合金）又は、Ｐｔ−Ｒｈ系合金、Ｒｈ−Ｐｄ
系合金、Ｐｄ−Ａｇ系合金等（以下、本明細書において
は、これらを高活性金属グループという）を使用でき
る。また、逆に触媒活性が比較的低いものとしては、Ａ
ｕ、Ｎｉ及びＡｇのいずれかを主体とする金属（単体又
は合金）又は、Ｐｔ−Ａｕ系合金、Ｐｔ−Ｎｉ系合金、
Ｐｔ−Ａｇ系合金、Ａｇ−Ｐｄ系合金、Ａｕ−Ｐｄ系合
金等（以下、本明細書において、これらを低活性金属グ
ループという）を使用できる。なお、Ｐｔ−Ｐｄ系合金
も使用でき、これはＰｔに比べれば触媒活性はやや低い
が、Ａｕ等に比べれば相当に高い。

【００５７】なお、被検出成分に対する酸化触媒活性の
小さい電極を構成する場合、その少なくとも排気ガスと
の接触表面を含んだ部分を、被検出成分と酸素との反応
に対して触媒不活性な材料で構成することができる。こ
の場合、電極の全体を上記触媒不活性な材料で構成でき
ることはもちろんであるが、排気ガスとの接触部におい
て、その表層部のみを触媒不活性な材料で構成するよう
にしてもよく、例えば触媒活性な材料で本体部を形成
し、その表面に触媒不活性な材料によりコーティングを
施して電極を得るようにしてもよい。触媒不活性な材料
としては、例えば、前述のＡｕ、Ｎｉ及びＡｇのいずれ
かを主体とする金属等の低活性金属グループに属するも
の、あるいはＳｎＯ₂、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＷＯ₃、Ｂｉ
₂Ｏ₃等の酸化物を例示することができる。

【００５８】次に、第一素子と第二素子との間に形成さ
れる隙間には、金属メッシュ又は多孔質金属で構成され
たガス保持部材を介挿してもよい。このようにすると、
該ガス保持部材が上記隙間形成のためのスペーサとして
機能し、隙間の寸法精度を高めることができる。なお、
上記ガス保持部材をメッシュで構成する場合、その網目
の形成密度が１００〜５００メッシュのものを使用する
ことが望ましい。

【００５９】次に、本発明の排気ガスセンサシステムに
おいては、酸素濃淡電池素子の温度が予め定められた温
度目標値に近づくように、加熱素子の発熱を制御する発
熱制御手段を設けることができる。すなわち、上記セン
サシステムにおいては、酸素濃淡電池素子に生ずる濃淡
電池起電力を参照し酸素ポンプ素子の作動が制御される
のであるが、該濃淡電池起電力は素子の温度によって変
化するため、同一の被検出成分の濃度が同一であっても
酸素濃淡電池素子の温度が変化すると、濃淡電池起電
力、ひいては濃度検出情報となるポンプ電流の値が変動
して測定誤差の増加につながる。しかしながら、上述の
ような発熱制御手段を設けることにより、酸素濃淡電池
素子の温度が予め定められた温度目標値に近づくように
加熱素子の発熱が制御されるので、上記素子の温度変化
に基づく被検出成分の測定誤差を小さくすることがで
き、測定精度を高めることができる。

【００６０】発熱制御手段は、酸素濃淡電池素子の温度
を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の温度検出
結果に基づいて、酸素濃淡電池素子の温度が温度目標値
に近づくように、発熱素子の通電を制御する通電制御手
段とを備えたものとして構成できる。これにより、仮に
酸素濃淡電池素子の温度が、排気ガス温度の急変等によ
り一時的に変化することがあっても、検出された温度の
情報に基づいてポンプ電流情報が補正されるので、被検
出成分の検出精度を良好に維持することができる。この
場合、酸素濃淡電池素子の温度は、サーミスタや熱電対
など、別途設けられた温度センサを用いて測定してもよ
いが、該濃淡電池素子の内部抵抗の値が温度によって変
化するので、これを利用して温度を測定するようにすれ
ば温度センサを設ける必要がなくなり、ひいては測定系
の構成を単純化できる利点がある。

【００６１】この場合、上記センサシステムには、温度
検出手段が検出する温度の情報とポンプ電流情報とに基
づいて、温度補償された被検出成分濃度情報を生成する
被検出成分濃度情報補正手段と、その生成された被検出
成分濃度情報を補正測定結果として出力する補正測定結
果出力手段とを設けることができる。

【００６２】具体的には、被検出成分濃度情報補正手段
は、温度目標値からの温度偏差と、ポンプ電流情報に対
する補正量（ポンプ電流補正量）との関係を与える温度
偏差−ポンプ電流補正量関係情報を補正参照情報として
記憶する補正参照情報記憶手段と、温度検出手段が検出
する温度と温度目標値との差に対応するポンプ電流補正
量を、補正参照情報を参照して決定するポンプ電流補正
量決定手段と、その決定されたポンプ電流補正量に基づ
いて、測定されたポンプ電流情報を補正する演算を行う
補正演算手段とを備えるものとして構成できる。これに
よれば、目標温度からの温度偏差をポンプ電流補正量に
換算する形で上記ポンプ電流情報を補正できるから、補
正処理のアルゴリズムを簡略化でき、ひいては被検出成
分濃度測定結果の補正出力の応答性を高めることができ
る。

【００６３】この場合、被検出成分濃度情報補正手段に
は、上記ポンプ電流情報を被検出成分濃度情報へ変換す
るポンプ電流情報−被検出成分濃度情報変換手段を設け
ることができ、補正測定結果出力手段はその変換された
被検出成分濃度情報を、温度補償された被検出成分濃度
情報として出力するものとすることができる。また、ポ
ンプ電流情報−被検出成分濃度情報変換手段は、具体的
にはポンプ電流値と被検出成分濃度との関係を示すポン
プ電流値−被検出成分濃度関係情報を記憶する記憶手段
と、その記憶されたポンプ電流値−被検出成分濃度関係
情報を参照して、補正後のポンプ電流情報が示す被検出
成分濃度を算出する被検出成分濃度算出手段とを含むも
のとして構成することができ、補正測定結果出力手段は
その算出結果を出力するものとして構成することができ
る。一方、その補正されたポンプ電流情報をそのまま外
部に出力するようにしてもよい。

【００６４】一方、被検出成分濃度情報補正手段は、ポ
ンプ電流値と被検出成分濃度値との関係を、各種温度毎
に示すポンプ電流情報−被検出成分濃度関係情報を補正
参照情報として記憶する補正参照情報記憶手段と、温度
検出手段が検出する温度の情報と測定されたポンプ電流
情報とに基づいて、上記補正参照情報を参照することに
より、当該温度とポンプ電流値に対応する被検出成分濃
度値を、温度補償された被検出成分濃度情報として生成
する補正濃度情報生成手段とを備えたものとして構成す
ることもできる。この構成によれば、各温度毎のポンプ
電流情報−被検出成分濃度関係情報を用意する必要はあ
るが、検出温度からポンプ電流補正量を算出することな
く、測定された温度とポンプ電流とに対応する被検出成
分濃度を直接的に決定することができ、被検出成分濃度
出力における応答性をさらに高めることができる。

【００６５】次に、温度検出手段は、酸素濃淡電池素子
の内部抵抗を測定する内部抵抗測定手段と、その測定さ
れた内部抵抗値に基づいて酸素濃淡電池素子の温度の情
報を生成する温度情報生成手段と、その生成された温度
の情報を出力する温度情報出力手段とを備えるものとし
て構成できる。前述の通り、該構成によれば温度センサ
等を別途設ける必要がなくなり、装置構成を単純化でき
る利点がある。

【００６６】内部抵抗測定手段は、具体的には、酸素濃
淡電池素子に対し一定の内部抵抗検出電流を通電する内
部抵抗検出電流通電手段と、該内部抵抗検出電流を通電
したときに酸素濃淡電池素子に印加される電圧を反映し
た情報（電圧情報）を検出する電圧情報検出手段とを備
え、その検出された電圧情報に基づいて酸素濃淡電池素
子の内部抵抗値を測定するものとすることができる。こ
れによれば、定電流通電時の印加電圧から酸素濃淡電池
素子の内部抵抗を簡単に測定することができる。

【００６７】ここで、酸素濃淡電池素子の両側において
酸素濃度に差が生じている場合は、酸素濃淡電池素子に
は濃淡電池起電力が生じ、検出された電圧情報にその濃
淡電池起電力の情報が含まれないし重畳されて誤差の原
因となる場合がある。この場合、酸素濃淡電池素子の内
部抵抗の測定に当たっては、内部抵抗検出電流を一定以
上に大きく設定することで酸素濃淡電池素子に印加され
る電圧を高め、濃淡電池起電力の影響を相対的に小さく
することが内部抵抗測定の精度を高める上で有効であ
る。一方、重畳されるか、ないしは含まれる濃淡電池起
電力の影響を除去ないし低減するためには、次のような
方式も有効である。すなわち、内部抵抗測定手段に、酸
素濃淡電池素子に内部抵抗検出電流を通じない状態で、
該酸素濃淡電池素子の濃淡電池起電力を測定する濃淡電
池起電力測定手段と、該測定された濃淡電池起電力の情
報に基づいて、検出された電圧情報の内容を補正する電
圧情報補正手段とを設ける。具体的には、濃淡電池起電
力測定手段による濃淡電池起電力の測定結果を、電圧情
報の検出結果から減ずることにより、濃淡電池起電力成
分の影響を効果的に除去することができる。

【００６８】次に、酸素濃淡電池素子に内部抵抗測定用
電流を通電すると、酸素濃淡電池素子内においてその通
電と逆方向に酸素が輸送され（すなわち、酸素ポンプと
なる）、酸素濃淡電池素子両側の酸素濃度に変化を生ず
る。その結果、排気ガスセンサによる被検出成分濃度の
測定に復帰した際に、その酸素濃度の変化が被検出成分
濃度の測定精度に対する誤差の要因ともなりうる。ま
た、酸素濃淡電池素子の内部抵抗値が高い場合には、酸
素濃淡電池素子内の酸素イオンが移動しにくくなって、
電流通電に伴い分極を生ずることもある。そこで、修正
電流通電手段により、酸素濃淡電池素子に対し内部抵抗
検出電流を通電してその内部抵抗を測定した後、該酸素
濃淡電池素子に対し、内部抵抗検出電流と逆方向に修正
電流を通電するようにすれば、その通電により上記とは
逆向きに酸素が輸送されるので、変化した酸素濃度が内
部抵抗測定前の状態に近づいて、復帰後の被検出成分濃
度の測定精度が高められるとともに、酸素濃淡電池素子
の分極状態も解消することができる。この場合、修正電
流の大きさ及び通電時間は、内部抵抗検出電流通電時に
輸送されると考えられる酸素量とほぼ同量の酸素が、該
修正電流の通電により逆輸送されるように設定するのが
よく、例えば内部抵抗検出電流とほぼ大きさが同じ電流
を、該内部抵抗検出電流とほぼ同時間通電するのがよ
い。

【００６９】次に、酸素濃淡電池素子の濃淡電池起電力
を所定の制御基準値と比較し、該濃淡電池起電力と起電
力目標値ＥCとの差に応じたポンプ電流を酸素ポンプ素
子に向けて出力するポンプ電流制御手段を設けることが
できる。これにより、濃淡電池起電力が起電力目標値Ｅ
Cに近づくようにポンプ電流値が制御されることとな
る。ここで、内部抵抗測定手段は、ポンプ電流制御手段
による酸素ポンプ素子へのポンプ電流の出力を、予め定
められたタイミングで遮断するポンプ電流遮断手段を備
えるとともに、内部抵抗検出電流通電手段は、ポンプ電
流の出力が遮断された状態で酸素濃淡電池素子に対し内
部抵抗検出電流を通電するものとして構成することがで
きる。これにより、内部抵抗検出電流とポンプ電流との
干渉が防止され、酸素濃淡電池素子の内部抵抗を精度よ
く検出することができる。

【００７０】この場合、ポンプ電流の出力を長時間に亙
って遮断すると、濃淡電池起電力が起電力目標値ＥCか
ら外れて不安定化し、排気ガス中の被検出成分の検出と
いう本発明の装置の本来の目的に支障をきたすこともあ
りうる。そこで、内部抵抗測定手段においてポンプ電流
遮断手段は、ポンプ電流制御手段によるポンプ電流の出
力を所定の時間間隔で周期的に遮断するものとし、それ
によって該内部抵抗測定手段は、その周期的なポンプ電
流出力の遮断に対応して酸素濃淡電池素子の内部抵抗を
周期的に測定するものとして構成することができる。こ
れにより、ポンプ電流の出力を長時間連続的に中断する
ことなく、内部抵抗測定の頻度を高めることができ、ひ
いては被検出成分の濃度測定結果に対する温度補償をよ
り高精度で行うことが可能になるとともに、該内部抵抗
値を温度情報として用いる発熱制御手段の、発熱素子に
対する温度制御の精度を高めることができる。

【００７１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照して説明する。図１は、本発明の一
実施例としての排気ガスセンサ１を示している。すなわ
ち、排気ガスセンサ１は、それぞれ横長板状に形成され
た第一のヒータ２（加熱素子）、第一素子３、第二素子
４及び第二のヒータ５（加熱素子）がこの順序で積層さ
れたものとして構成されている。第一素子３及び第二素
子４は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質により構
成されている。そのような固体電解質としては、Ｙ₂Ｏ₃
ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂が代表的なものであ
るが、それ以外のアルカリ土類金属ないし希土類金属の
酸化物とＺｒＯ₂との固溶体を使用してもよい。また、
ベースとなるＺｒＯ₂にはＨｆＯ₂が含有されていてもよ
い。本実施例では、Ｙ₂Ｏ₃ないしＣａＯを固溶させたＺ
ｒＯ₂固体電解質セラミックが使用されているものとす
る。一方、第一及び第二のヒータ２，５は、公知のセラ
ミックヒータで構成されている。

【００７２】第一素子３は横長板状に形成され、その長
手方向における一方の端部寄りにおいてその両面に、酸
素分子解離能を有した多孔質電極１０，１１が形成され
ている。また、第二素子４（温度検出手段としても機能
する）には、上記第一素子３の電極１０，１１に対応す
る位置においてその両面に、同様の多孔質電極１２，１
３が形成されている。また、電極１０〜１３の形成部分
を除いて、第一素子３と第二素子４との間には、それら
素子と同一材質の固体電解質セラミックにより構成され
た板状のスペーサ部２００が介挿されており、Ａｌ₂Ｏ₃
等で構成された絶縁層２０１，２０２を介してその両面
が、第一素子３及び第二素子４と焼成により一体化され
ている。これにより、第一素子３の電極１１と第二素子
４の電極１２との間には隙間１５が形成されることとな
る。また、その隙間１５において、第二素子４と第一素
子３との間には、その板幅方向両側の側縁部に沿うよう
に、スペーサ部２００と一体の細長い補強スペーサ部２
０３が介挿・一体化されている。そして、該隙間１５
は、第二素子４及び第一素子３の端面において、両補強
スペーサ部２０３の間に開口する開口部２０４を連通部
として外側空間と連通することにより、排気ガスが出入
り可能になっている。

【００７３】一方、第一のヒータ２と第一素子３との
間、及び第二素子４と第二のヒータ５との間には、それ
ぞれガラスあるいはセメント等で構成されたスペーサ６
及び８（図２）が介挿されており、各素子間には所定量
の隙間１４及び１６がそれぞれ形成されている。なお、
隙間１５は、請求項でいう第一素子と第二素子との間の
隙間に、また隙間１４，１６は同じく反対空間に相当す
る。また、第二のヒータ５は、隙間形成部材の役割を果
たしている。

【００７４】第一素子３の電極１０，１１は、被検出成
分としての炭化水素に対する酸化触媒活性が互いに異な
る材質で構成されており、具体的には酸化触媒活性の高
いもの（１１）が隙間１５に面するように配置されてい
る。また、第二素子４の電極１２，１３も、被検出成分
としての炭化水素に対する酸化触媒活性が互いに異なる
材質で構成されているが、両面の電極１２，１３間の酸
化触媒活性差が、第一素子３の両面の電極１０，１１間
の酸化触媒活性差より大きくなる材質が使用されてお
り、かつ酸化触媒活性の高いもの（１２）が隙間１５に
面するように配置される。また、第一素子３と第二電極
４との、それぞれ隙間１５に面する電極１１，１２は、
互いに同一の材質で構成されている。

【００７５】本実施例では、第一素子３の隙間１５に面
さない電極１０がＰｔ−Ｐｄ電極とされ、同じく該隙間
１５に面する電極１１がＰｔ電極とされる一方、第二素
子４の隙間１５に面する電極１２がＰｔ電極とされ、同
じく該隙間１５に面さない電極１３がＡｕ電極とされて
いる。なお、Ｐｔ−Ｐｄ電極中のＰｄ含有量は、例えば
１〜５０重量％の範囲で調整される。Ｐｄ含有量が１重
量％未満になると、電極１０との間の酸化触媒活性差が
小さくなり過ぎ、後述する第一モードにおいてメタンの
濃度検出感度が不十分となる場合がある。また、Ｐｄ含
有量が５０重量％を超えるとＰｔ−Ｐｄ合金と固体電解
質セラミックとの密着性が不十分となり、電極の剥離等
が生じる場合がある。Ｐｄ含有量は、望ましくは２〜１
４重量％の範囲で調整するのがよい。

【００７６】そして、これら第一素子３及び第二素子４
は、一方が酸素濃淡電池素子として機能し、他方が、該
酸素濃淡電池素子に生ずる濃淡電池起電力の絶対値が減
少する方向に隙間１５に酸素を汲み込み又は該隙間１５
から酸素を汲み出す酸素ポンプ素子として機能すること
となる。そして、後述する制御モード切替え機構（制御
モード切替え手段）により、第一素子３が酸素濃淡電池
素子となり第二素子４が酸素ポンプ素子となる第一モー
ドと、その逆となる第二モードとの間で適宜切替えて使
用される。

【００７７】図２は、排気ガスセンサ１の内部構造を示
すために、スペーサ部２００と補助スペーサ部２０３と
を省略して描いた図である。第一素子３の各多孔質電極
１０，１１からは、該素子３の長手方向に沿って排気ガ
スセンサ１の取付基端側に向けて延びる電極リード部１
０ａ，１１ａがそれぞれ一体に形成されており、該基端
側において第一素子３には接続端子１０ｂ，１１ｂの一
端が埋設されている。そして、例えば、接続端子１０
ｂ，１１ｂは、図２（ｂ）に示すように、金属ペースト
を焼結することにより形成された導通部１０ｆにより、
電極リード部１０ａ，１１ａの末端に対して電気的に接
続されている。また、第二素子４の各多孔質電極１２，
１３にも同様に電極リード部１２ａ及び１３ａが一体に
形成されており、それぞれ接続端子１２ｂ，１３ｂが取
り付けられている。

【００７８】図３（ａ）は、排気ガスセンサ１の全体の
構成例を、また（ｂ）はその内部構造を示している。す
なわち、排気ガスセンサ１の要部は、図１及び図２に示
した第一のヒータ２、第一素子３、第二素子４及び第二
のヒータ５からなる積層体３１であり、角型の貫通孔３
０ａを有するセラミックストッパ３０が、積層体３１に
対し外側から嵌着されている。上記積層体３１は、一端
側が開放し、貫通孔３２ａが形成された底部３２ｂを他
端側に有するセラミック碍管３２の内側に、各電極１０
〜１３の形成された端部（以下、検出端部という）３１
ａが貫通孔３２ａから突出するように配置されるととも
に、該碍管３２と積層体３１との間にはガラスＧが充填
されいる。なお、セラミックストッパ３０は、その端面
が碍管３２の底部３２ｂの内面と当接することにより、
積層体３１の碍管３２からの突出量を規定する役割も果
たしている。

【００７９】また、碍管３２の外側は、金属製の外筒３
３と、かしめ結合部３４ａにより該外筒３３と一体化さ
れた主体金具３４とにより覆われている。主体金具３４
の外周面には、センサ１を排気管等の図示しない取付部
に取り付けるための雄ねじ部３４ｂが形成されるととも
に、その先端側に形成された開口部３４ｃおいて、前述
の積層体３１の検出端部３１ａを突出させている。ま
た、主体金具３４の開口部３４ｃの周縁には円環状のプ
ロテクタ取付スリーブ３４ｄが一体的に形成されてい
る。そして、検出端部３１ａを覆うとともに、該検出端
部３１ａへの排気ガスの流通を許容する多数の貫通孔３
５ａを有した円筒状のプロテクタ３５が、上記プロテク
タ取付スリーブ３４ｄに対し外側から嵌着され、さらに
スポット溶接等により接合され一体化されている。一
方、碍管３２の中間部において主体金具３４との間に形
成される空間には、そのかしめ結合部３４ａに近い側
に、かしめ時の加工力を受けとめるためのかしめ金具３
６が配置され、さらに残余の空間には充填材８０が充填
されている。

【００８０】一方、積層体３１を構成する各素子２〜５
の接続端子（図１等）には、リード線３７が溶接等によ
り接合されており、その末端側が碍管３２及び外筒３３
の端部から外側に延出している。なお、リード線３７の
中間部はゴム等の弾性材料で構成されたシール部材３８
により覆われており、そのさらに外側には金属製の保護
外筒３９がはめ込まれている。そして、該保護外筒３９
の端縁側が外筒３３に対してかしめにより一体化されて
いる。

【００８１】上記排気ガスセンサ１は、例えば排気管に
設けられた取付部に対し、プロテクタ３５側が該排気管
内に位置するように取り付けられる。例えば、第一素子
３が酸素ポンプ素子となり、第二素子４が酸素濃淡電池
素子となる第二モードでは次のようになる。すなわち、
図４に示すように、酸素ポンプ素子となる第一素子３に
は、多孔質電極１０，１１の一方が正、他方が負となる
ように前述のリード線３７（図３）を介して電圧が印加
される。そして、極性が正となる多孔質電極において
は、これと接する排気ガス中の酸素分子が該電極上で解
離され、上記印加された電圧が駆動力となって解離され
た酸素がイオンの形で素子３内に送り込まれる。また、
上記電圧印加により素子３内を輸送される酸素イオン
は、極性が負となる多孔質電極上で電子を受け取り、さ
らに酸素分子に再結合して雰囲気中に放出される。

【００８２】また、酸素濃淡電池素子となる第二素子４
においては、多孔質電極１２，１３には電圧が印加され
ず、それら電極１２，１３とそれぞれ接する排気ガス中
の酸素分子が該電極１２，１３上で解離され、それぞれ
酸素イオンの形で素子４内に拡散する。そして、電極１
２側と１３側とで酸素濃度に差がある場合には、素子４
内に酸素イオンの濃度勾配が生じ、その濃度勾配に応じ
た濃淡電池起電力が両電極１２，１３間に生ずることと
なる。なお、以下においては、酸素ポンプ素子と酸素濃
淡電池素子との間に形成されている隙間１５に関し、第
一素子３の隙間１５に面する多孔質電極１１を第一電
極、隙間１５に面する第二素子４の多孔質電極１２を第
二電極、同じく隙間１５に面さない多孔質電極１３を第
三電極と呼ぶことにする。

【００８３】一方、上記多孔質電極１０〜１３のうち、
少なくとも一部のものは、上述の酸素分子の解離ないし
再結合を行う役割のほかに、これと接する排気ガス中の
炭化水素系の被検出成分と酸素との結合反応、すなわち
被検出成分の燃焼反応を促進する酸化触媒としても機能
する。そして、本実施例の排気ガスセンサ１では、第一
電極１１と第二電極１２とがＰｔにより、第三電極１３
がＡｕで構成される。これにより被検出成分に対する酸
化触媒活性は、第二素子４の両側（すなわち隙間１５側
と隙間１６側）において酸素との反応による被検出成分
の消費量に差が生じるように調整されることとなる（こ
の場合、隙間１５側で消費量が大きくなる）。なお、隙
間１５及び隙間１６の大きさはそれぞれ１mm以下の範囲
で調整される。一方、第一電極１１の面積Ｓpは第二電
極１２の面積ＳSと等しいか、それよりも大きく設定さ
れる。

【００８４】一方、第一モードでは第一素子３が酸素濃
淡電池素子となり、第二素子４が酸素ポンプ素子とな
る。この場合、Ｐｔ製の電極１２が第一電極、同じく電
極１１が第二電極、Ｐｔ−Ｐｄ合金製の電極１０が第三
電極となる。この場合も、被検出成分に対する酸化触媒
活性は、酸素濃淡電池素子（第一素子３）の両側（すな
わち隙間１４側と隙間１５側）において酸素との反応に
よる被検出成分の消費量に差が生じるように調整される
こととなる（この場合、隙間１４側で消費量が大きくな
る）。

【００８５】以下、第一素子３と第二素子４とを一体焼
成する方法について、図５を参照して説明する。すなわ
ち、一体焼成体を形成するための未焼成組立体３１０
は、第一素子３を形成するための第一部分２１１（第一
のセラミック粉末成形体に相当する）、第二素子４を形
成するための第二部分２１２（第二のセラミック粉末成
形体に相当する）、及び隙間１５を形成するための第三
部分２１３から成り立っている。まず、第一部分２１１
は、ＺｒＯ₂粉末を有機バインダとともに混練した生素
地を用いて形成された、第一素子３の本体となるべきＺ
ｒＯ₂グリーンシート２２０を含んでいる。そのＺｒＯ₂
グリーンシート２２０の両面の、電極１０，１１（図２
等）の形成が予定された部分を除く領域に、リード部１
０ａ，１１ａと第一素子３との間を絶縁するための絶縁
コート（絶縁層パターン）２２１及び２２２がＡｌ₂Ｏ₃
ペースト等を用いて形成される。それら絶縁コート２２
１及び２２２を形成した後、電極１０，１１及びリード
部１０ａ，１１ａを形成するための電極パターン２２３
及び２２４がＰｔペースト等により印刷形成される。ま
た外側電極１０となる側の電極パターン２２３の上には
保護用のオーバーコート２２５がＡｌ₂Ｏ₃ペースト等に
より形成される。

【００８６】一方、第二部分２１２も同様に、第二素子
４の本体となるべきＺｒＯ₂グリーンシート２３０の両
面に、絶縁コート（絶縁層パターン）２３１及び２３２
が形成される。ここで、絶縁コート２３１側には、電極
１２とそのリード部１２ａを形成するための電極パター
ン２３３が形成されるが、Ａｕで構成される電極１３
（第三電極）は融点が低くＺｒＯ₂との一体焼成が不可
能なため、絶縁コート２３２側には、リード部１３ａを
形成するための電極リード部パターン２３４のみが形成
され、その上にＡｌ₂Ｏ₃ペーストにより保護用のオーバ
ーコート２３５が施される。

【００８７】次に、第三部分２１３は、スペーサ部２０
０となるべき部分２００ａ（スペーサ成形体）と、補強
スペーサ部２０３となるべき部分２０３ａとが一体に形
成されたＺｒＯ₂グリーンシート２４０を主体に構成さ
れ、その両面には貼合わせコート２４１と２４２とがそ
れぞれＡｌ₂Ｏ₃ペースト等を用いて形成されている。こ
れら貼合わせコート２４１及び２４２は、前述の絶縁コ
ート２２２及び２３１とともに、焼成によりそれぞれ絶
縁層２０１及び２０２となり、スペーサ部２００及び補
強スペーサ部２０３と、第一素子３及び第二素子４とを
互いに接合する役割を果たす。

【００８８】第一部分２１１と第三部分２１３とは互い
に積層され、両者の間にはリード部１０ａ及び１１ａの
末端部に対応して、端子１０ｂ及び１１ｂ（図２）を形
成するためのＰｔ−Ｒｈ合金線２４３ａ，２４３ｂの一
方の端部側がそれぞれ挟み込まれる。なお、ＺｒＯ₂グ
リーンシート２２０のリード部１０ａの末端に対応する
位置には貫通孔２２０ａが孔設されており、リード部１
０ａのパターンを形成する際にペーストがここに充填さ
れ、図２（ｂ）に示すように、焼成によりその充填され
たペーストが焼結されて導通部１０ｆとなり、端子１０
ｂ（Ｐｔ−Ｒｈ合金線２４３ｂ）とリード部１０ｂとが
導通するようになっている。一方、リード部１１ａのパ
ターンと、Ｐｔ−Ｒｈ合金線２４３ａとは、ＺｒＯ₂グ
リーンシート２２０及び２４０の間で挟み付けられて直
接接触する。

【００８９】また、第二部分２１２も第三部分２１３に
対し第一部分２１１とは反対側から積層され、リード部
１２ａ及び１３ａの末端部に対応して、端子１２ｂ及び
１３ｂ（図２）を形成するためのＰｔ−Ｒｈ合金線２４
４ａ，２４４ｂの一方の端部側がそれぞれ挟み込まれ、
未焼成組立体３１０が完成する。なお、ＺｒＯ₂グリー
ンシート２３０のリード部１３ａの末端に対応する位置
には、第一部分２１１の貫通孔２２０ａと同様に貫通孔
２３０ａが孔設されており、ここに充填されたペースト
に基づく導通部により、端子１３ｂとリード部１３ａと
が導通するようになっている。また、リード部１２ａの
パターンと、端子１２ｂとなるＰｔ−Ｒｈ合金線２４４
ａとは、ＺｒＯ₂グリーンシート２４０及び２３０の間
で挟み付けられて直接接触する。

【００９０】そして、上記未焼成組立体３１０を焼成す
ることにより、図１及び図２に示す第一素子３と、第三
電極１３が未形成の状態の第二素子４との一体焼成物が
得られる。そして、図５に示すように、Ａｕ粉末ペース
トを用いてパターン２４５を第二素子４の対応する位置
にペースト印刷し、さらにセラミックスの焼成温度より
低い温度（例えば８５０〜１０００℃）で焼き付けて二
次メタライズ処理することにより、第三電極１３が形成
されて排気ガスセンサの要部が完成する。

【００９１】排気ガスセンサ１の作動原理の概要は以下
の通りである。図４に示すように、排気ガスセンサ１を
排気管に取り付け、第一素子３と第二素子４との間の隙
間１５と、第二素子４とヒータ５との間の隙間１６（反
対空間）とに、それぞれ炭化水素系の被検出成分と酸素
とを含有する排気ガスが導入される。まず、第一モード
では、隙間１５側に位置する電極１１，１２がいずれも
Ｐｔで形成されており、隙間１４側に位置する電極１０
がＰｔ−Ｐｄ合金で構成されていることから、該排気ガ
ス中の被検出成分の酸化による消費量は、隙間１５側に
おいて隙間１４側よりも大きくなる。そして、被検出成
分の消費量の大きい側においては、排気ガスＥＧ中の酸
素の消費量も大きくなることから、隙間１４内の酸素濃
度は隙間１５内のそれよりも高くなり、酸素濃淡電池素
子となる第一素子３には隙間１４側を正とする濃淡電池
起電力が生ずる。

【００９２】そして、上記濃淡電池起電力の絶対値が例
えば１０ｍＶ以下の一定値となるように、酸素ポンプ素
子となる第二素子４により隙間１６側から隙間１５側へ
酸素を汲み込むと、該第二素子４を流れる電流（以下、
酸素ポンプ電流あるいはポンプ電流という）は、被検出
成分の酸化に消費された酸素量を反映した値となる。ま
た、排気ガスＥＧ中の被検出成分の濃度が高くなると、
その酸化により消費される酸素量は増大し、結果として
ポンプ電流も大きくなる。従って、ポンプ電流を測定す
ることにより、排気ガスＥＧ中の被検出成分の濃度を知
ることができる。

【００９３】一方、第二モードでは、隙間１５側に位置
する電極１１，１２がいずれもＰｔで形成されており、
隙間１６側に位置する電極１３がＡｕで構成されている
ことから、該排気ガス中の被検出成分の酸化による消費
量は、隙間１５側において隙間１６側よりも大きくな
る。これにより、隙間１６内の酸素濃度は隙間１５内の
それよりも高くなり、酸素濃淡電池素子となる第二素子
４には隙間１６側を正とする濃淡電池起電力が生ずる。

【００９４】そして、上記濃淡電池起電力の絶対値が例
えば１０ｍＶ以下の一定値となるように、酸素ポンプ素
子となる第一素子３により隙間１４側から隙間１５側へ
酸素を汲み込むと、該第一素子３を流れる電流（以下、
酸素ポンプ電流あるいはポンプ電流という）は、被検出
成分の酸化に消費された酸素量を反映した値となる。ま
た、排気ガスＥＧ中の被検出成分の濃度が高くなると、
その酸化により消費される酸素量は増大し、結果として
ポンプ電流も大きくなる。従って、ポンプ電流を測定す
ることにより、排気ガスＥＧ中の被検出成分の濃度を知
ることができる。

【００９５】ここで、上記２つのモードでは、検出され
る被検出成分が例えばＨＣである場合、検出される濃度
情報は互いに異なったものとなる。すなわち、図３６に
示すように、排気ガス中には、メタン（ＣＨ₄）を始
め、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）等のメタン
以外の各種ＨＣ成分（以下、非メタンＨＣ成分という）
が多数混在した形となっている。このうちメタンは酸化
（すなわち燃焼）に対する活性が比較的低いのに対し、
各種非メタンＨＣ成分は一般にはメタンよりも酸化に対
する活性が高い、すなわち燃焼しやすい性質を有してい
る。ここで、第一モードでは第一素子３が酸素濃淡電池
素子となるが、電極１０を構成するＰｔ−Ｐｄ合金はＨ
Ｃに対する酸化触媒活性がＰｔに比べれば若干低いもの
の、かなり高く、該電極１０側ではメタンを含めたＨＣ
成分の燃焼は概してよく進行することとなる。一方、電
極１１を構成するＰｔは酸化触媒活性がＰｔ−Ｐｄ合金
よりもさらに高い。従って、電極１１では、例えば非メ
タンＨＣ成分の燃焼については電極１０側とほぼ同等に
進むが、メタンの燃焼量は電極１０側よりも若干大きく
なる。従って、第一素子３の両側には、主にメタン燃焼
量の差に基づく濃淡電池起電力が生じ、このときの第二
素子４側のポンプ電流値からメタン濃度ＣHCAを知るこ
とができる。

【００９６】一方、第二モードでは第二素子４が酸素濃
淡電池素子となるが、電極１３を構成するＡｕはＨＣの
酸化に対してはほぼ不活性であり、該電極１３側ではＨ
Ｃ成分の燃焼はほとんど進行しない。一方、電極１２は
電極１１と同様にＰｔで構成されており、ＨＣの燃焼が
活発に進む。従って、該モードで第二素子４に生ずる濃
淡電池起電力は、メタンを含めた全ＨＣの濃度を反映し
たものとなり、このときの第一素子３側のポンプ電流値
から全ＨＣ濃度ＣHCBを知ることができる。さらに、第
一モード及び第二モードでそれぞれ得られたＣHCA及び
ＣHCBの差ＣHCC＝ＣHCB−ＣHCAを求めれば、該ＣHCCに
より非メタンＨＣ成分の合計濃度を知ることができる。
なお、各電極１０〜１３の材質変更等により、酸化触媒
活性を上記とは異なる条件に調整すれば、上記以外の被
検出成分の濃度情報を得ることも可能である。

【００９７】次に、上記排気ガスセンサ１においては、
図６に示すように、隙間１５において第二素子４と第一
素子３との間に、該隙間１５に対する気体の出入りを妨
げない状態で該隙間１５の間隔を規定する支柱部２１０
を形成することができる。図６に示す例においては、支
柱部２１０は、第一素子３及び第二素子４と同材質の固
体電解質セラミックにより、隙間１５をその長手方向中
間位置で２部分に仕切る仕切壁状に形成されている。ま
た、隙間１５に関してスペーサ部２００と反対側には補
助スペーサ部２１５が介挿・一体化されている。そし
て、隙間１５は、第一素子３と第二素子４との積層体の
幅方向両側面において、支柱部２１０の両側に形成され
た開口部２０４を連通部として外側空間と連通すること
により、排気ガスが出入り可能となる。

【００９８】この支柱部２１０は、図７に示す未焼成組
立体３１０の焼成により、第一素子３及び第二素子４と
一体形成することができる。図７の未焼成組立体３１０
は、第三部分２１３を除いて図５に示すものと全く同一
に構成されている。そして、その第三部分２１３におい
ては、スペーサ部２００を形成するためのスペーサ成形
体２００ａと、隙間１５に予定された空間を挟んでこれ
と反対側に配置された補助スペーサ部２１５を形成する
ための補助スペーサ成形体２１５ａと、さらに両者の間
に配置された支柱部パターンとしての支柱部成形体２１
０ａとがＺｒＯ₂グリーンシート２４０を用いて形成さ
れ、それらの両側に前述の第一部分２１１と第二部分２
１２とが積層される。

【００９９】そして、これを焼成することにより、第二
素子４と第一素子３との間に、上記支柱部成形体２１０
ａに基づく支柱部２１０が形成される。焼成時に上記支
柱部成形体２１０ａを介挿することにより、隙間を形成
した状態で積層されたＺｒＯ₂グリーンシートが焼成時
に変形して隙間側に垂れ下がることが防止され、所期の
大きさの隙間１５を安定して形成することができる。な
お、図６に示す例では、支柱部２１０は、電極１１及び
１２を幅方向に横切るように形成されていたが、これを
図８に示すように電極１１及び１２と干渉しない位置に
形成するようにしてもよい。同図においては、支柱部２
１０は、第二素子４及び第一素子３の幅方向両側おい
て、それらの長手方向に沿うように、それぞれ複数のも
のが所定の間隔で配置されている。一方、隙間１５の、
第二素子４と第一素子３との長手方向おける長さがそれ
ほど大きくない場合には、図９に示すように支柱部２１
０を省略する構成とすることも可能である。

【０１００】また、第二素子４及び第一素子３に対し、
第一及び第二のヒータ２及び５の少なくともいずれか
を、焼成により一体化する構成としてもよい。図１０は
その一例を示しており、第一素子３に対し、隙間１５と
は反対側に第一のヒータ２が積層され、第一素子３と第
二素子４と第一のヒータ２とが、互いに積層された一体
の焼成体として構成されている。なお、第二のヒータ５
は省略されている。ここで、第一のヒータ２と外側電極
１０との間には隙間１４が形成されており、その隙間１
４以外の領域において第一のヒータ２と第一素子３とは
Ａｌ₂Ｏ₃等で構成された絶縁層２ｃを介して接合されて
いる。

【０１０１】上記センサ構造は、図１１に示すように、
基本的には図７に示す未焼成組立体において、その第一
部分２１１に対し、第三部分２１３とは反対側から第一
のヒータ２となるべき第四部分（第三のセラミック粉末
成形体）２１４を積層し、その積層体として得られる未
焼成組立体３１０を焼成することにより得られる。以
下、図７との相違点について説明すれば、第一部分２１
１から図７のオーバーコート２２５を省略し、その電極
パターン２２３に対しこれに近い側から、ヒータ通電用
の端子２ａ，２ｂ（図１０）となるＰｔ−Ｒｈ合金線２
５７ａ，２５７ｂ、貼合わせコート２５６（Ａｌ₂Ｏ₃ペ
ースト等による）、隙間形成用補助支持パターン２５５
（カーボンペースト等による）、オーバーコート２５４
（Ａｌ₂Ｏ₃ペースト等による）、ヒータパターン２５３
（Ｐｔペースト等による）、絶縁コート２５２（Ａｌ₂
Ｏ₃ペースト等による）、ＺｒＯ₂グリーンシート２５１
（ヒータ本体となる）、及びオーバーコート２５０（Ａ
ｌ₂Ｏ₃ペースト等による）がこの順序で積層されて第四
部分２１４が形成される。なお、支柱部２１０は、図９
の構成と同様に省略されている。ここで、隙間形成用補
助支持パターン２５５は、電極パターン２２３に対し外
側電極１０に対応する領域に選択的に形成され、焼成時
に消失して、図１０に示すように、ＺｒＯ₂グリーンシ
ート２５１に基づくヒータ本体２と第一素子３との間に
隙間１４を形成することとなる。

【０１０２】次に、図１２は、より簡便な構成として
の、スペーサ部を使用しない排気ガスセンサの構成例を
示している。すなわち、該排気ガスセンサ１において
は、第一素子３及び第二素子４は、それぞれ横長の板状
に構成されて互いに対向配置され、各電極１０〜１３は
それら第一素子３及び第二素子４の板面長手方向におけ
る一方の端部側に形成されている。そして、隙間１５に
おいて第一素子３及び第二素子４との間には支柱部２１
０が形成される一方、隙間１５を除く領域において第一
素子３と第二素子４とは、支柱部２１０の高さよりも厚
さが小さい絶縁層２６０を介して互いに接合・一体化さ
れている。なお、第一及び第二のヒータ２及び５は少な
くともいずれかが設けられるが、図１２はこれを省略し
て描いている。

【０１０３】隙間１５は、第一素子３及び第二素子４の
積層体の幅方向両側面部に開放して、排気ガスが出入り
可能な連通部２６１が形成されている。なお、各電極１
０〜１３の端子１０ｂ，１１ｂ，１３ｂは、第一素子３
及び第二素子４の長手方向における端面側において、基
端側が両者の間に挟み込まれる形で突出している。な
お、電極１０及び１３に対する端子１０ｂ及び１３ｂの
接続形態は、図２（ｂ）に示すものと同様である。ま
た、電極１１及び１２は後述する通り共通接地されるた
め、端子１１ｂが両電極１１，１２の間で共有され、図
２の構成における端子１２ｂが省略されている。また、
支柱部２１０は、図１２（ｃ）に示すように、方形断面
のものが散点状あるいは千鳥状に形成されているが、こ
れを同図（ｄ）に示すように円形断面に形成したり、あ
るいは同図（ｅ）に示すように、長さの異なる方形断面
のものを混在させた形で構成してもよい。

【０１０４】上記センサ構造の製造方法について図１３
を用いて説明する。この場合も基本的には、前述の第一
部分２１１と第二部分２１２とを含む未焼成組立体３１
０の焼成により製造される。しかしながら、図１等に示
すセンサ構造とは、下記のような製法上の違いを有す
る。まず、スペーサ部を形成するためのＺｒＯ₂グリー
ンシートを含む第三部分が省略され、代わって第一部分
２１１と第二部分２１２との各々の対向面において隙間
１５に予定された領域に、セラミック粉末ペースト（例
えば多孔質Ａｌ₂Ｏ₃粉末ペースト）を用いて、支柱部２
１０となるべき支柱部パターン２６６ａ及び２６６ｂが
形成される。また、その支柱部パターン２６６ａ及び２
６６ｂと重なりを生じない位置において同じく該隙間１
５に予定された領域に、焼成時に燃焼ないし分解する材
質の粉末ペースト（例えばカーボンペースト）により補
助支持パターン２６７ａ及び２６７ｂが形成される。さ
らに、上記隙間１５に予定された領域を除く他の領域に
は、絶縁層パターンとしての貼合わせコート２６９がＡ
ｌ₂Ｏ₃粉末ペースト等により支柱部パターン２６６ａ及
び２６６ｂの合計の高さよりも小さい厚さで形成され
る。

【０１０５】上記未焼成組立体３１０を焼成することに
より、図１５に示すように、第二素子４と第一素子３と
の間においては、補助支持パターン２６７ａ及び２６７
ｂが消失するとともに、上記支柱部パターン２６６ａ，
２６６ｂが焼成により一体化して支柱部２１０が形成さ
れ、該支柱部２１０により大きさが規定された形で隙間
１５が形成される。一方、隙間１５を除く他の領域にお
いてそれら第二素子４と第一素子３とは、貼合わせコー
ト２６９に基づく絶縁層２６０を介して互いに接合され
る。

【０１０６】ここで、図１４に示すように、支柱部パタ
ーン２６６ａ，２６６ｂと、補助支持パターン２６７
ａ，２６７ｂとは平面をほぼ埋め尽くすように相補的に
形成され、第一部分２１１と第二部分２１２とを積層し
た際に、補助支持パターン２６７ａ，２６７ｂによる補
強効果に基づき、支柱部パターン２６６ａ，２６６ｂが
両者の間で潰れることが防止ないし抑制される。また、
第一部分２１１と第二部分２１２とは、その要部がＺｒ
Ｏ₂グリーンシート２２０及び２３０で形成されている
ため、図１５（ａ）に誇張して示すように、貼合わせコ
ート２６９が２６６ａ，２６６ｂの合計厚さよりもかな
り薄く形成されていたとしても、ＺｒＯ₂グリーンシー
ト２２０及び２３０が少し橈むことで、両者は貼合わせ
コート２６９を介して密着でき、焼成により支障なく一
体化することができる。

【０１０７】図１６は、図１３に示したものと類似の製
法により得られるセンサ構造の変形例を示している。該
構成においては、隙間１５の連通部が開放部ではなく、
多孔質Ａｌ₂Ｏ₃焼成体により多孔質セラミック体２７０
として構成されている。また、支柱部２１０は形成され
ていない。

【０１０８】上記構造の製造方法について、図１３との
相違点を中心に図１７を用いて説明する。まず、図１３
の支柱部パターン２６６ａ，２６６ｂに代えて、多孔質
セラミック体２７０を形成するための連通部パターン２
７１ａと２７１ｂとが多孔質Ａｌ₂Ｏ₃粉末ペーストによ
り形成され、隙間形成部には図１３と同様にカーボンペ
ーストによる隙間形成用補助支持パターン２７２ａ及び
２７２ｂが形成される。これを焼成することにより、連
通部パターン２７１ａと２７１ｂとは一体化して多孔質
セラミック体２７０となり、隙間形成用補助支持パター
ン２７２ａ及び２７２ｂは消失して隙間１５を形成す
る。

【０１０９】以下、上記排気ガスセンサを使用したセン
サシステムについて説明する。図１８は、排気ガスセン
サ１を用いたセンサシステムの一例の電気的構成を示す
ブロック図である。すなわち、該センサシステム５０
は、上記排気ガスセンサ１と、マイクロプロセッサ５１
と、それら排気ガスセンサ１とマイクロプロセッサ５１
とを接続する周辺回路５０ａとから構成されている。な
お、マイクロプロセッサ５１のＣＰＵ５３は、ＲＯＭ５
５に格納された制御プログラム５５ａにより、素子制御
手段、濃度検出情報出力手段、特定成分検出情報生成・
出力手段、被検出成分濃度情報補正手段、通電制御手
段、ポンプ電流補正量決定手段、補正演算手段、補正濃
度情報生成手段、内部抵抗測定手段、温度情報生成手
段、濃淡電池起電力測定手段及び電圧情報補正手段等の
主体をなす。

【０１１０】排気ガスセンサ１の第二素子４は、電極１
２が接地される一方、電極１３は、制御モード切替え手
段としてのアナログスイッチ回路５００のスイッチＳｗ
5がオンの場合にはオペアンプ６１の出力側に接続さ
れ、同じくスイッチＳｗ4がオンの場合にはアナログス
イッチ回路６０のスイッチＳｗ1を経てオペアンプ６１
（ポンプ電流制御手段）の負端子側に接続されるように
なっている（ここで、Ｓｗ4及びＳw5は、一方がオンに
なれば他方が必ずオフとなる）。また、第一素子３の電
極１１側は、第二素子４の電極１２と共通接地される
が、電極１０は、スイッチ回路５００のスイッチＳｗ6
がオンの場合にはオペアンプ６１の出力側に接続され、
同じくスイッチＳｗ7がオンの場合にはスイッチ回路６
０のスイッチＳｗ1を経てオペアンプ６１（ポンプ電流
制御手段）の負端子側に接続されるようになっている
（ここで、Ｓｗ4及びＳw5は、一方がオンになれば他方
が必ずオフとなる）。

【０１１１】なお、スイッチ回路５００の作動はマイク
ロプロセッサ５１からの制御信号により制御される。そ
して、マイクロプロセッサ５１は、それぞれ第一モード
及び第二モードに対応するＨ及びＬのいずれかの信号に
より、切替え制御部５０１を経てスイッチ回路５００に
切替え信号を送信する。この信号は、例えば切替え制御
部５０１のバッファ５０２（省略してもよい）を経てＳ
ｗ4及びＳｗ6に非反転入力され、またインバータ５０３
を経てＳｗ5及びＳｗ7に反転入力される。これにより、
Ｓｗ4及びＳｗ6の組とＳｗ5及びＳｗ7の組は、組内のも
のは互いに同時にオン又はオフとなり、組間では一方の
組がオンとなる場合には他方の組が必ずオフとなる。そ
して、Ｓｗ5及びＳｗ7がオンの場合には、第一素子３が
酸素濃淡電池素子となり第二素子４が酸素ポンプ素子と
なる第一モードとなり、Ｓｗ4及びＳｗ6がオンの場合に
は、これとは逆の第二モードとなる。

【０１１２】オペアンプ６１の正端子側には起電力目標
値ＥCを与えるための電源回路６５が接続されている。
該電源回路６５は、起電力目標値ＥCの設定値を一定の
範囲で変更可能に構成されている。例えば図に示す例に
おいては、３つの固定抵抗６６ａ〜６６ｃと１つの可変
抵抗６６ｄを各辺に備えるブリッジ回路６６と、これに
接続された電源６７とを含んで構成されている。可変抵
抗６６ｄの抵抗レンジをＲmin〜Ｒmaxとして、Ｒmin＜
Ｒe＜Ｒmaxとなるある抵抗値Ｒeにおいてブリッジが平
衡し、オペアンプ６１の端子への出力電圧が０となるよ
うに、固定抵抗６６ａ〜６６ｃの各抵抗値が調整されて
いる。そして、可変抵抗６６ｄの抵抗値をＲeからそれ
ぞれＲmin又はＲmax側にずらせることにより、起電力目
標値ＥCは０Ｖを挟んでそれぞれ正負両側に一定の範囲
で変更可能となる。

【０１１３】オペアンプ６１は、周辺の抵抗器６１ａ〜
６１ｄとともに差動増幅器を構成し、その出力側は電流
検出用の抵抗器６２を介して、第一及び第二素子３及び
４のうち、酸素ポンプ素子となるべきものの隙間１５に
面さない側の電極に接続される（すなわち第一モードで
は電極１３、第二モードでは電極１０）。一方、入力の
負端子側には、第一及び第二素子３及び４のうち、酸素
濃淡電池素子となるべきものの隙間１５に面さない側の
電極（すなわち第一モードでは電極１０、第二モードで
は電極１３）に接続される。これにより、オペアンプ６
１は、酸素濃淡電池素子の濃淡電池起電力入力Ｅmと、
起電力目標値ＥCとの差電圧Ｅm−ＥCを反転増幅して、
その出力電圧を酸素ポンプ素子の隙間１５に面さない側
の電極に印加することとなる。

【０１１４】例えば第二モードでは、図１９に示すよう
に、Ｅm＞ＥCであればＥm−ＥC＞０であるから、オペア
ンプ６１の出力電圧−Ａ1（Ｅm−ＥC）は負となり、第
一素子３には第一電極１１側が負となるように電圧が印
加され、第一素子３には隙間１５に酸素を汲み込む方向
にポンプ電流Ｉpが流れる。このポンプ電流Ｉpは、電流
検出用抵抗器６２（抵抗値Ｒ3）の両端電圧差の形で、
周辺の抵抗器６４ａ〜６４ｄとともに差動増幅器を構成
するオペアンプ６４により電圧信号として取り出され、
さらに図１８に示すように、ダイポーラ型のＡ／Ｄ変換
器７０でデジタル化されてマイクロプロセッサ５１に入
力される。

【０１１５】図１８に戻って、次に、各電極１０〜１３
のうち、酸素濃淡電池素子の第三電極側（第二モードで
は電極１３、第一モードでは電極１０）には、アナログ
スイッチ回路６０のＳｗ2及びＳｗ3を介して、電流値Ｉ
Cで極性が互いに異なる定電流電源回路７３と７４とが
それぞれ接続されている。また、上記第三電極側の電圧
信号ＶSは、ダイポーラ型のＡ／Ｄ変換器７１でデジタ
ル変換されてマイクロプロセッサ５１に入力されるよう
になっている。なお、アナログスイッチ回路６０の各ス
イッチＳｗ1〜Ｓｗ3は、マイクロプロセッサ５１からの
制御信号を受けてオン・オフする。

【０１１６】また、排気ガスセンサ１の第一及び第二の
ヒータ２及び５は、例えば共通のヒータ通電回路７２を
介してマイクロプロセッサ５１に接続されている。図２
０（ａ）にヒータ通電回路７２の一例を示している。該
ヒータ通電回路７２は、マイクロプロセッサ５１から与
えられるヒータ制御値をアナログ変換するＤ／Ａ変換器
８０と、これに接続された電流増幅用のトランジスタ８
２とを備え、このトランジスタ８２にヒータ２及び５が
接続されている。トランジスタ８２は能動領域で作動
し、与えられるヒータ制御値に応じてヒータ２，５の通
電電流を増加させる。

【０１１７】一方、図２０（ｂ）は、ＰＷＭ（pulse wi
dth modulation）制御方式を採用したヒータ通電回路７
２の例を示すものである。この回路７２の主体をなすの
はＰＷＭ制御回路８５であり、マイクロプロセッサ５１
から与えられるヒータ制御値をアナログ変換するＤ／Ａ
変換器８６と、三角波（あるいはのこぎり波）発生回路
８７と、それらＤ／Ａ変換器８６及び三角波発生回路８
７からの出力がそれぞれ入力される単電源オペアンプ８
８とを含んで構成されている。単電源オペアンプ８８
は、ヒータ制御値と三角波入力値との大小関係に応じて
ゼロ及びゼロでない所定電圧Ｖのいずれかを出力するコ
ンパレータとして作動する（本実施例では、三角波入力
値が大きい場合に＋Ｖ、ヒータ制御値が大きい場合にゼ
ロが出力されるものとする）。以下、オペアンプ８８を
コンパレータ８８とよぶ。

【０１１８】また、図２０（ｃ）は、三角波発生回路８
７の一例を示すものであり、その要部はコンパレータと
して機能するオペアンプ８９と、オペアンプ９８と抵抗
器９７及びコンデンサ９９とからなる積分回路１００と
からなる。オペアンプ８９は、図中Ａ点とＢ点の電圧加
算値が正であるか負であるかに応じて、それぞれ正負の
最大電圧を出力する。そして、このオペアンプ８９の出
力電圧は、ダイオード群９２〜９５とツェナーダイオー
ド９６により、０Ｖに対する正負の電圧が一定値ＶZDの
方形波となり、これが積分回路１００によって０Ｖに対
する正負の最大振幅がＶZDの三角波に変換される。な
お、三角波の周期λ（図２１）は、積分回路１００の抵
抗器９７の抵抗値とコンデンサ９９の容量に応じて調整
できる。発生した三角波は、オペアンプ１０１により所
定の振幅に増幅されて図２０（ｂ）のコンパレータ８８
に出力される。

【０１１９】図２１は、ＰＷＭ制御回路８５の作動説明
図であり、コンパレータ８８の入力において、ヒータ制
御電圧値Ｖiが三角波入力Ｖtよりも小さくなっている期
間においてはコンパレータ８８の出力は＋Ｖとなり、そ
うでない場合は０となる。これにより、コンパレータ８
８はデューティ比が｛（Ｖi＋Ｖmax）／２Ｖmax｝×λ
（ただし、−Ｖmax≦Ｖi≦＋Ｖmax、Ｖmaxは三角波入力
の最大振幅）のＰＷＭ波を出力することとなる。このＰ
ＷＭ波出力により図２０（ｂ）のトランジスタ８２が高
速でスイッチングされ、ヒータ２，５は上記デューティ
比により断続的に通電される。そして、このデューティ
比がヒータ制御電圧値Ｖiに応じて変化することによ
り、ヒータ２，５の発熱が調整される。

【０１２０】次に、図１８に示すマイクロプロセッサ５
１は、周辺回路５０ａとの間の出入力インターフェース
となるＩ／Ｏポート５２と、これに接続されたＣＰＵ５
３、ＲＡＭ５４、ＲＯＭ５５及びクロック回路５６等に
より構成されている。そのＲＡＭ５４には、ＣＰＵ５３
のワークエリア５４ａと、後述する処理において取り込
まれる各種測定値のデータ、あるいは後述する制御処理
の過程で生ずる各種カウンタ値を格納するための測定値
メモリエリア５４ｂが形成されている。また、ＲＯＭ５
５には、センサシステム５０の被検出成分の出力値決定
の演算とその出力制御を司る制御プログラム５５ａと、
該制御プログラム５５ａが使用する補正参照情報５５ｂ
（内容については後述する）が格納されている。また、
ＣＰＵ５３は、クロック回路５６が発する一定周期のク
ロックパルスのカウントにより、後述の処理において使
用される時間計測のためのタイマー機能を実現する。

【０１２１】以下、センサシステム５０の作動につい
て、マイクロプロセッサ５１のＣＰＵ５３からみた処理
の流れにより説明する。図３０〜図３２はそのフローチ
ャートを示している。まず、図３０のＳ０において、排
気ガスセンサ１の活性化処理を行う。活性化処理の目的
は、ヒータ２，５の通電を開始し、第一素子３と第二素
子４とを所定の作動温度に安定化させることにある。そ
して、素子温度の検出は、第一素子３又は第二素子４の
内部抵抗を測定し、その内部抵抗値ＲVSが図２４（ａ）
に示すように一定の温度依存性を示すことを利用して行
う（以下、本実施例では内部抵抗測定を第二素子４を用
いて行うものとする）。

【０１２２】その処理の詳細を図３１に示している。す
なわちＳ１０１において、ヒータ通電回路７２に制御値
Ｖiとして所期設定値Ｖh0を設定する。このとき、アナ
ログスッチ回路６０のＳｗ1〜Ｓｗ3は全てオフとし、オ
ペアンプ６１も非作動状態とする。この状態で、Ｓ１０
２でヒータ通電回路７２に対し、ヒータ制御電圧値Ｖi
の初期設定値Ｖh0を出力することでヒータの通電が開始
される。そして、Ｓ１０３において通電開始から一定時
間ｔ0が経過したら、温度制御処理に入る。まずＳ１０
４で、図１８のアナログスイッチ回路６０のＳｗ2をオ
ンとし、図３１のＳ１０５で活性化判断カウンタ値Ｎを
クリアする。

【０１２３】次いで、Ｓ１０６に進み、第二素子４の電
極１３側の電圧ＶSの値をＡ／Ｄ変換器７１（図１８）
を介して取り込み、Ｓ１０７でそのＶSの値から第二素
子４の内部抵抗ＲVSを算出する。すなわち、Ｓｗ1がオ
フであり、オペアンプ６１も非作動であるから、定電流
電源７３（電流Ｉc：内部抵抗検出用電流）の作動によ
り第二素子４に対し図２２に示す通電経路が形成され
る。ここで、第二素子４の電極１２側が接地されている
ことから、電極１３側の電圧ＶSは、第二素子４の内部
抵抗をＲVSとして、ＶS＝ＩC・ＲVS‥‥‥(1) で表される。また、ＶSは第二素子４に印加される電圧
情報としての意味を持ち、内部抵抗値ＲVSは、ＲVS＝（ＶS／ＩC）‥‥‥(2) で求めることができる。なお、厳密には電圧ＶSには第
二素子４の濃淡電池起電力Ｅmが重畳されているのであ
るが、本活性化処理においては電流Ｉcが十分大きく、
濃淡電池起電力Ｅmは第二素子４にかかる分圧に比べて
無視できるものとして、その補正は行っていない。ただ
し、後述する方法により補正を行ってもよい。

【０１２４】前述の通り、図２４（ａ）に示すように、
ＲVSの値は第二素子４の素子温度Ｔと一定の関係を有し
ており、該関係を補正参照情報５５ｂとしてＲＯＭ５５
（図１８）に記憶しておけば、ＲVSの値から素子温度Ｔ
を決定することができる。また、ＲVSの値そのものを温
度情報として使用することもできる。本実施例では、説
明をわかりやすくするために、図２４（ｂ）に示すよう
に、各種内部抵抗ＲVSの値と素子温度Ｔの値とを互いに
対応付けて示すマップ３０１がＲＯＭ５５に記憶されて
おり、このマップ３０１を参照して補間法によりＲVSに
対応する温度Ｔを求めるようにしている（Ｓ１０７）。
なお、算出された内部抵抗ＲVSの値は、図１８の測定値
メモリエリア５４ｂに格納され、新たな内部抵抗ＲVSの
検出・算出が行われた場合は上書き更新される。

【０１２５】この決定された素子温度Ｔが、上限値Ｔma
x、下限値Ｔminの設定温度範囲内に入っているか否かが
Ｓ１０８、Ｓ１１０で判断される。素子温度Ｔが上限値
Ｔmaxよりも大きくなっている場合は、ヒータ制御電圧
値Ｖiが一定の値ΔＶiだけ減少してヒータ２，５の発熱
が抑制され、逆に下限値Ｔminを下回っている場合には
ヒータ制御電圧値ＶiがΔＶiだけ増加してヒータ２，５
の発熱が促進される（Ｓ１０９，Ｓ１１１）。また、Ｔ
min≦Ｔ≦ＴmaxであればＶi現状の値が維持され、活性
化判断カウンタ値Ｎをインクリメントする（Ｓ１１２，
Ｓ１１３）。

【０１２６】そして、活性化判断カウンタ値Ｎの値が、
例えば設定値ＮSに到達するまで、上記Ｓ１０６〜Ｓ１
１３の処理を一定の時間間隔ｔaで繰返し（Ｓ１１４，
Ｓ１１５）、ＮがＮSに到達すれば、素子温度Ｔはほぼ
上記設定温度範囲内に維持されたものとみなし、図１８
においてアナログスイッチ回路６０のＳｗ2をオフ、Ｓ
ｗ1をオンとし、さらにオペアンプ６１を作動状態とし
て所定時間ｔｗだけウォームアップした後、活性化処理
が終了する（Ｓ１１６，Ｓ１１７）。

【０１２７】図３０に戻り、活性化処理Ｓ０が終了する
とＳ１に進み、スイッチ回路５００のＳｗ4 ，Ｓｗ6を
オンにしてモードを第二モードに設定する。そしてＳ２
に進み、第一素子３のポンプ電流Ｉpの検出を開始す
る。この状態では、アナログスイッチ回路６０は、Ｓｗ
1のみがオンとなっているから、通電経路は図１９に示
す通りとなる。この状態におけるセンサ１の作動につい
て以下に説明する。

【０１２８】すなわち、センサ１が排気ガスと接触する
に伴い、隙間１５内では被検出成分としてのメタン等の
炭化水素（以下、ＨＣと記す）と酸素とが反応すること
で、酸素濃度が減少し、第二素子４には第三電極１３側
を正とする濃淡電池起電力Ｅmが発生する。ここで、オ
ペアンプ６１に入力される起電力目標値ＥCが例えば０
であるとすれば、Ｅm−ＥC＞０であるから、オペアンプ
６１の出力電圧−Ａ1（Ｅm−ＥC）は負となり、第一素
子３には第一電極１１側が負となるように電圧が印加さ
れ、第一素子３には隙間１５に酸素を汲み込む方向にポ
ンプ電流Ｉpが流れる。すると、第一素子３による隙間
１５への酸素の汲み込みが進み、濃淡電池起電力Ｅmは
次第に小さくなるから、酸素ポンプ電流Ｉpは小さくな
る方向に制御される。その結果、最終的には濃淡電池起
電力Ｅmはほぼ０に近づくように酸素ポンプ電流が制御
され、そのときの酸素ポンプ電流Ｉpの平衡値から被検
出成分の濃度を知ることができる。ポンプ電流Ｉpの信
号は、前述の通りオペアンプ６４により電流検出用抵抗
器６２の両端電圧の差を取ることで電圧信号に変換さ
れ、Ａ／Ｄ変換器７０でデジタル化されてマイクロプロ
セッサ５１に入力される。しかしながら、起電力目標値
ＥCは実際には必ずしも０に設定されるとは限らない。
その理由について以下に説明する。

【０１２９】まず、濃淡電池起電力が０であるというこ
とは、理論上は第二素子４の両側（すなわち、隙間１５
及び１６）の酸素濃度が等しくなっていることを意味す
る。このことは、ポンプ電流が隙間１５と１６とにおけ
る被検出成分の消費量の差に直接的に対応していること
も意味するから、被検出成分の濃度を精度よく検出で
き、また検出結果の解析も容易になる。しかしながら通
常は、隙間１５及び１６の酸素濃度が等しくなっても、
第二素子４の起電力は実際には０にはならず、一定のオ
フセット起電力が残ることが多い。この場合は、上記オ
フセット起電力に対応する起電力目標値ＥCを１０ｍＶ
以下の範囲で設定し、濃淡電池起電力の絶対値が該起電
力目標値ＥCに到達したときの第一素子３に流れる電流
値を検出信号として採用することで、排気ガス中の被検
出成分の濃度をより正確に検出できる。

【０１３０】また、第二素子４のオフセット起電力は、
検出に係る排気ガス中の酸素濃度が低くなるほど変動し
やすくなり、一定以下の酸素濃度におけるオフセット起
電力を基準として起電力目標値ＥCを設定すると、セン
サ出力が排気ガス中の酸素濃度の影響を受けやすくな
る。そこで、酸素を例えば１体積％以上（望ましくは１
０体積％以上）含有し、かつセンサ作動温度において酸
素と反応する成分を実質的に含有しない試験ガスを、隙
間１５及び１６にそれぞれ導入したときのオフセット起
電力の絶対値をＥOS（単位：ｍＶ）とし、これを基準と
して起電力目標値ＥCを（ＥOS−５）ｍＶ以上（ＥOS＋
５）ｍＶ以下の範囲内で設定することが有効である。

【０１３１】この起電力目標値ＥCの変更・調整は、前
述の通り電源回路６５の可変抵抗６６ｄの調整により行
うことができる。なお、第二素子４のオフセット起電力
は、第二素子４毎に互いに異なる値とはなっても、同一
の第二素子４においては比較的長期に亙って安定した値
を示し続けることが多い。そこで、可変抵抗６６ｄは、
例えば装置５０の出荷時等において、使用されている第
二素子４の固有のオフセット起電力に対応して一旦抵抗
値を調整してしまえば、後は変更の必要性がなくなるこ
とも十分に考えられる。この場合は、可変抵抗６６ｄを
半固定抵抗器により構成しておけば便利である。

【０１３２】さて、図３０に戻り、ポンプ電流Ｉpの値
が検出されたら、このポンプ電流Ｉpに対応する被検出
成分の濃度を決定する。しかしながら、ポンプ電流Ｉp
の値は素子温度Ｔによって変動するから、以下のように
して補正を行う。まず、ＲＡＭ５４（図１８）に記憶さ
れている第二素子４の内部抵抗値ＲVSの値を読み込ん
で、対応する温度Ｔを前述のマップ３０１（図２４）を
参照して決定する（図３０：Ｓ３）。そして、ポンプ電
流Ｉpの値に対する各温度毎のポンプ電流補正量ΔＩp
は、例えば図２５（ｂ）に示すような形で実験的に決定
することが可能であるから、各ΔＩpの値と素子温度Ｔ
の値とを互いに対応付けて示すマップ３０２（図２６）
をこれに基づいて作成し、これをＲＯＭ５５（補正参照
情報記憶手段）に記憶しておけば、各ポンプ電流補正量
ΔＩpはこのマップ３０２（温度偏差−ポンプ電流補正
量関係情報）を参照して補間法によりに決定することが
できる（図３０：Ｓ４）。なお、図２９（ａ）に示すよ
うに、内部抵抗値ＲVSとポンプ電流補正量ΔＩpとを直
接対応させたマップ３０２ａを記憶しておき、内部抵抗
値ＲVSの値から直接補正量ΔＩpを決定するようにして
もよい。

【０１３３】次いでＳ５に進み、ポンプ電流補正量ΔＩ
pを実測されたポンプ電流Ｉpに加算してこれを補正する
とともに、その補正後のポンプ電流Ｉp’に対応する被
検出成分濃度としてのＨＣ濃度ＣHCBを決定する。この
場合、第二モードであるから、ＣHCBは全ＨＣ濃度に対
応する（なお、マップでは、第一モード作動の説明に援
用するため、ＨＣ濃度を単にＣHCと記している）。各種
ポンプ電流Ｉp’の値に対するＨＣ濃度ＣHCBの値は、例
えば図２７に示すような、ポンプ電流Ｉp’とＨＣ濃度
ＣHCBとの関係を与えるマップ３０４（ＲＯＭ５５に記
憶されている）を参照して、補間法により決定すること
ができる。こうして、ＨＣ濃度ＣHCBが決定されればＳ
６において、これを温度補償された濃度検出値として出
力する。

【０１３４】なお、図２９（ｂ）に示すように、素子温
度Ｔの各種値毎に、ポンプ電流ＩpとＨＣ濃度ＣHCとを
互いに対応付けて示した二次元的なマップ３０２ｂ（ポ
ンプ電流情報−被検出成分濃度関係情報）により、検出
されたポンプ電流Ｉpの値と素子温度Ｔの値との組に対
応するＨＣ濃度ＣHCBの値を、二次元補間により直接的
に決定するようにしてもよい。また、あるいは上述の方
法により温度補償を行ったポンプ電流Ｉpの値をそのま
ま出力するようにしてもよい。一方、ポンプ電流Ｉpに
対する温度変動の影響がそれほど問題とならない場合に
は、マイクロプロセッサ５１による上記温度補償処理を
特に行なわない構成とすることも可能である。この場
合、マイクロプロセッサ５１を省略し、オペアンプ５１
を濃度検出情報出力手段として機能させることができ
る。

【０１３５】次いで図３０のＳ７に進み、スイッチ回路
５００のＳｗ5 ，Ｓｗ7をオンにしてモードを第一モー
ドに設定する。そしてＳ８に進み、以降Ｓ１２までは、
酸素ポンプ素子が第二素子４となり、酸素濃淡電池素子
が第一素子３となり、また酸素ポンプ素子による酸素の
ポンピング方向が隙間１６側から隙間１５側への汲み込
みとなる。そして、Ｓ８で第二素子４のポンプ電流Ｉ
p”の検出を開始し、Ｓ９で第一素子３の内部抵抗値ＲV
S’を読み取り、さらにＳ１０でＩp”の補正量を算出す
る。そして、Ｓ１１で補正されたＩp”から、ＣＨ濃度
出力値ＣHCA（メタン濃度に対応する）を算出し、Ｓ１
２でこれを出力する。また、Ｓ１３では、非メタンＨＣ
濃度値ＣHCCをＣHCB−ＣHCAにより算出し、Ｓ１４でこ
れを出力する。なお、図２７〜図２９と同様の各マップ
は、第一モード用にも別途記憶しておく（この場合、マ
ップの内容は第二モードのそれとは一般には異なるもの
となる）。以降はＳ１に戻って以下の処理が繰り返され
る。

【０１３６】次に、素子温度Ｔは、活性化処理の際に設
定された後も、上記炭化水素濃度の検出処理と並行して
その制御が継続される。その処理の流れを図３２に示し
ている。すなわち、該処理ルーチンは、図３０のルーチ
ンに対する割り込み処理ルーチンとして、クロックパル
ス（クロック回路５６（図１８）による）に基づく時間
計測によりＣＰＵ５３が周期的に実行するものである。
該実行の周期であるが、例えば０．３〜１mｓの範囲で
設定することができる。実行周期が１mｓを超えると、
温度測定ひいてはセンサによる濃度検出精度が十分確保
できなくなる場合がある。一方、０．３mｓ未満になる
と、ＣＰＵ５３の処理時間に占める温度測定処理の比率
が大きくなり過ぎ、酸素ポンプ素子の作動停止時間が長
くなって濃度検出精度が十分確保できなくなる場合があ
る。ただし、ＣＰＵ５３としてクロック周波数の高いも
のなど、高速処理の可能なものを採用することで、実行
周期を上記値以下とできる可能性もある。なお、図２３
に、その処理におけるアナログスイッチ回路６０のＳｗ
1〜Ｓｗ3の作動タイミング図を、検出される第二素子４
の第三電極１３側の電圧信号ＶSと対応付けて示してい
る。

【０１３７】まず、Ｓ２０１において、図１８のアナロ
グスイッチ回路６０のＳｗ1をオンしたままの状態で、
第二素子４の第三電極１３側の電圧信号ＶSを読み込
み、これを検出値ＶS1としてＲＡＭ５４の測定値メモリ
エリア５４ｂに格納する。この電圧信号ＶSは、オペア
ンプ６１に入力される濃淡電池起電力Ｅmに対応する値
となる。次いで、Ｓ２０２で、Ｓｗ1をオフとし、代わ
ってＳｗ2をオンとする。すると、通電経路は図２２に
示す状態となり、第二素子４に内部抵抗検出用の定電流
ＩCが通電される。そして、定電流ＩCの通電開始から一
定時間ｔ1だけ経過後に電圧信号ＶSを読み込み、これを
検出値ＶS2としてＲＡＭ５４の測定値メモリエリア５４
ｂに格納する（Ｓ２０３，Ｓ２０４）。前述の通りこの
ときの電圧信号ＶSは、第二素子４の内部抵抗を反映し
たものとなるが、ここには該第二素子４の濃淡電池起電
力Ｅmが重畳ないし含まれた形になっている。そこで、
ＶS2とＶS1との差をとることにより、濃淡電池起電力Ｅ
m成分の影響を取り除くことができる（Ｓ２０９）。

【０１３８】ここで、定電流ＩCの通電開始から一定時
間ｔ1だけ経過後にＶSを測定しているのは次の理由によ
る。すなわち、第二素子４に定電流ＩCを通電すると、
第二素子４内においてその通電と逆方向（すなわち隙間
１６側から１５側へ向かう方向）に酸素が輸送され、第
二素子４両側の酸素濃度に変化を生ずる。その結果、図
２３に示すように、濃淡電池起電力ＥmひいてはＶSの値
も電流ＩCの通電継続に伴い変化する。ここで、内部抵
抗測定の精度を確保するためには、通電により不可避的
に生ずるＶSの変化を常にほぼ一定のものとすることが
大切である。そして、内部抵抗測定用電流として一定の
電流ＩCが使用されるわけであるから、ＶS測定までの通
電時間が常にｔ1となるように制御すれば、それによる
酸素輸送量すなわち第二素子４両側の酸素濃度変化もほ
ぼ一定となり、濃淡電池起電力ＥmひいてはＶSの変化を
ほぼ一定とすることができる。なお、アナログスイッチ
回路６０のスイッチング速度が十分速く、通電経路切替
え後の電流レベルの安定化も十分速い場合には、定電流
ＩCの通電開始直後にＶSを測定するようにしてもよい。

【０１３９】次に、定電流ＩCの通電により、第二素子
４両側の酸素濃度変化が生ずることにより、別の問題と
して、排気ガスセンサ１が炭化水素濃度の測定に復帰し
た際に、その酸素濃度の変化が被検出成分濃度の測定精
度に影響を及ぼす場合がある。また、第二素子４の内部
抵抗値が高い場合には、第二素子４内の酸素イオンが移
動しにくくなって、電流通電に伴い分極を生ずることも
ある。この問題を解決するために、本実施例では次のよ
うな方式を採用している。すなわち、図３２のＳ２０５
〜Ｓ２０８において、ＶSの検出後さらに一定時間ｔ2が
経過後にＳｗ2をオフとして定電流ＩCの通電が終了する
一方、代わってＳｗ3をオンとすることにより、極性が
逆の定電流電源７４（修正電流通電手段）によりＩCと
は逆方向で大きさが同じ修正電流ＩAを、ＩCの合計通電
時間ｔ1＋ｔ2にほぼ等しい時間ｔ3だけ通電し、その後
Ｓｗ3をオフとする。これにより、第二素子４において
上記とは逆向きにほぼ同量の酸素が輸送され、ＩC通電
により隙間１６側から隙間１５側汲み込んだ酸素がいわ
ば汲み戻される形となり、変化した酸素濃度が内部抵抗
測定前の状態に近づけることができる。なお、第二素子
４の内部抵抗測定用の電流ＩCの通電時間を十分短くで
きる場合など、第二素子４両側の酸素濃度変化に及ぼす
影響が小さいと判断できる場合には、図３４に示すよう
に、修正電流ＩAを発生するための定電流電源７４を省
略することも可能である（なお、これに対応してアナロ
グスイッチ回路６０も、スイッチチャンネル数の少ない
ものを用いればよい）。

【０１４０】図３２に戻り、修正電流ＩAの通電が終了
すれば、前述の通りＳ２０９でＶS2とＶS1との差ΔＶS
を算出し、そのΔＶSをＶSとみなすことで前述の(2)式
によりＲVSを算出する。以下、ＲVSから素子温度Ｔを決
定し、それに基づいてヒータ制御電圧値Ｖiを決定する
Ｓ２１０〜Ｓ２１５に至る処理は、図３１のセンサ活性
化処理のＳ１０７〜Ｓ１１２に至る処理とほぼ同一であ
るので、説明を省略する。その後、Ｓ２１６で時間ｔ4
だけ待機した後、Ｓ２１７でＳｗ1をオンとし、内部抵
抗測定処理は終了する。以降は、再び図３０の炭化水素
濃度の測定処理ルーチンの実行となる。素子温度Ｔの測
定値は該内部抵抗測定処理が行われる毎に更新され、常
にその更新された素子温度Ｔの情報が、図３０の炭化水
素濃度の測定処理ルーチンにおいても使用される。ま
た、ヒータ温度も、素子温度Ｔの測定値に基づいて定期
的に補正されることとなる。

【０１４１】これにより、ヒータ２，５により第二素子
４の温度が設定値に精度よく保持され、排気ガス中の炭
化物濃度の測定精度が向上する。また、図２５に示すよ
うに、自動車エンジン等において急加減速を行った場合
に排気ガス温度が急激に変化し、これに対応して第二素
子４の温度Ｔが急激に変化した場合でも、酸素ポンプ電
流Ｉpの温度変化分を補正することにより、素子温度Ｔ
の復帰を待たなくても、比較的精度の高い炭化物濃度の
測定を続行することが可能となる。

【０１４２】なお、内部抵抗測定処理は、炭化水素濃度
の測定処理ルーチンに対する割り込みルーチンとするの
ではなく、該測定処理ルーチンのサブルーチンとして実
行させることもできる。この場合のフローチャートの例
を図３３に示す。Ｓ０〜Ｓ１４の炭化水素濃度の決定・
出力処理は図３０と全く同じであるが、異なる点はＳ３
０１〜Ｓ３０３のステップを追加することにより、１回
終了する毎に測定カウンタＮmをカウントアップするよ
うになっている点である。そして、Ｓ３０２でＮmが一
定のカウント数Ｎqに到達した場合に、Ｓ３０４として
図３２に示したものと全く同一の内部抵抗測定処理が実
行される。なお、内部抵抗測定処理実行後は、Ｓ３０１
へ戻って測定カウンタＮmが１に戻り、以下同様の処理
が繰り返される。この方法においては、内部抵抗測定処
理が定期的に行われる点では変わりはないが、必ずしも
一定の時間間隔ではなく、炭化水素濃度の測定処理が一
定回数終了する毎に実行される点に特徴がある。こうす
れば、炭化水素濃度の測定処理が内部抵抗測定処理のた
めに中断されることがなくなり、エラー等の発生頻度も
少なくなる。

【０１４３】また、図２８に示すように、内部抵抗ＲVS
の各種値と対応付けて、ヒータ通電回路７２に与えるべ
き制御電圧値Ｖiの値を記憶したマップ３０５を記憶し
てき、これを参照することにより、内部抵抗ＲVS（すな
わち素子温度Ｔ）の値に応じて、現在の電圧値とは無関
係に該制御電圧値Ｖiの値を決定するようにしてもよ
い。

【０１４４】さらに、定電流発生回路を図１８に示す７
３と７４との２台を用いる代わりに、図示しない極性切
替え回路を用いて１台のものを随時極性を切り替えて使
用するようにしてもよい。また、マイクロプロセッサ５
１側から指令された電流値及び極性により、その内容に
応じた電流を発生できる回路を用いてもよい。その一例
を図３５に示している。すなわち、該構成では、定電流
発生回路７３，７４に代えて電圧・電流変換回路１８９
が用いられている。

【０１４５】この回路１８９においては、マイクロプロ
セッサ５１からの電流指示電圧ＶiがＤ／Ａ変換器（ダ
イポーラ型のもの）１９０を介してオペアンプ１９１に
入力されるとともに、オペアンプ１９１の出力側には電
流検出用の抵抗器１９５が接続され、さらに該オペアン
プ１９１の出力による抵抗器１９５での電圧降下がボル
テージホロワ１９２を介してフィードバックされるよう
になっている。これにより、抵抗器１９５での電圧降下
すなわち電流値ＩOは、接続される負荷に関係なく、入
力電圧Ｖiに応じた一定値に保持される。なお、図にお
いて抵抗器１９３及び１９４の抵抗値をそれぞれＲf、
Ｒkとし、抵抗器１９５の抵抗値をＲSとすれば、ＩO＝（Ｖi×Ｒf）／（Ｒk×ＲS）‥‥‥(3) となる。この場合、所定の電流指示電圧Ｖiにより内部
抵抗測定用の電流ＩCを発生させるとともに、修正電流
は、電圧Ｖiとは逆極性の電流指示電圧Ｖi’を与えるこ
とにより、電流ＩCとは逆方向の電流として発生させる
こともできる。また、発生させるべき電流レベル及び通
電時間も、マイクロプロセッサ５１側からの電流指示電
圧値及びその出力時間を変更することにより、自由に設
定することができる。

【０１４６】以下、本発明の排気ガスセンサの各種変形
例について説明する。まず、図１等の電極１３など、酸
化触媒活性の低い電極は、図３７（ａ）に示すように、
Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ等、高活性金属グループに属す
るもので多孔質電極の本体部１０１を形成しておき、そ
の排気ガスとの接触表面側に、触媒不活性な材料（例え
ば、Ａｕ又はＡｇを主体とする金属などの低活性金属グ
ループに属するもの、あるいはＳｎＯ₂、ＺｎＯ、Ｉｎ₂
Ｏ₃、ＷＯ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃等の酸化物）によるコーティング
１０２を施して最終的な電極としてもよい。

【０１４７】この場合、上記コーティング１０２は、例
えば図３７（ｂ）に示すように、上記触媒不活性な材料
粒子を含んだペーストを本体部１０１上に塗付して再焼
成する方法により形成したり、あるいは同図（ｃ）に示
すように、真空蒸着やスパッタリング等の気相製膜法に
より形成することができる。なお、上記図３７（ｂ）な
いし（ｃ）に示すように、多孔質に形成された本体部１
０１には、多数の空隙Ｐが入り組んで形成されているた
め、コーティング１０２がそのような空隙Ｐの内面奥深
くにまで必ずしも形成されない場合もありうるが、被検
出成分と酸素との反応に対する触媒活性を十分に小さく
できるのであれば、そのような未コーティング部が形成
されていても差し支えない。

【０１４８】また、図３８に示すように、第一素子３と
第二素子４との間に形成される隙間１５には、金属メッ
シュ又は多孔質金属（例えばＰｔ製のもの）で構成され
たガス保持部材１６０を介挿することができる。なお、
上記ガス保持部材１６０を金属メッシュで構成する場
合、その網目の形成密度が１００〜５００メッシュのも
のを使用することが望ましい。

【０１４９】次に、図１等に示した排気ガスセンサ１に
おいては、第一素子３と第二素子４との間の隙間１５
は、これをなるべく小さくして（望ましくは１ｍｍ以
下）当該隙間１５による新たな排気ガスの流入規制効果
をなるべく高めることが、センサ１の検出精度を向上さ
せる上で有利である。逆に言えば、該隙間１５の寸法が
大きすぎると、触媒活性を有した電極（本実施例では第
二電極１１及び第三電極１２）上でのＨＣと酸素との反
応が不安定化し、酸素濃淡電池起電力が小さくなってセ
ンサ出力が十分に得られなくなることもありうる。しか
しながら、上記素子３，４間の隙間１５の量を小さくし
過ぎると、今度は焼成により第一素子３及び第二素子４
を製造した際に、焼成時の僅かな変形が隙間１５の形成
量に大きな影響を及ぼし、センサ個体間での出力のばら
つきが生じやすくなる場合がある。以下、これを解決す
るために有効なセンサ構造について説明する（なお、既
に説明したセンサ構造と共通の部分については同一の符
号を付してその詳細な説明は省略する）。

【０１５０】すなわち、図３９に示す排気ガスセンサ４
００においては、第二素子４と第一素子３との間に、壁
部形成体としてのスペーサ部４０１が介挿され、そのス
ペーサ部４０１の電極１１及び１２に対応する位置に
は、厚さ方向にこれを貫通する窓部４０１ａが形成され
ている。スペーサ部４０１は該窓部４０１ａにより、電
極１１，１２の周囲を取り囲む壁部４０１ｂを形成す
る。そして、その壁部４０１ｂの内面と第二素子４及び
第一素子３の各対向面とによって囲まれた空間が測定室
４０３（隙間１５）とされている。そして、上記測定室
４０３に対応する位置において壁部４０１ｂと第一素子
３との間には、該第一素子３の幅方向両側においてそれ
ぞれ測定室４０３と外側の被検出雰囲気とを連通させる
拡散流通規制部としてのスリット４０２が形成されてい
る。

【０１５１】図３９（ｃ）に示すように、該スリット４
０２は、第二電極１２の幅方向両側において壁部４０１
ｂの第一素子３との積層面側部分を一定厚さ切り欠いた
形態で形成されており、同図（ａ）に示すように、電極
１２の対応する縁に沿って第一素子３の長手方向に延び
ている。また、その幅ｄは測定室４０３の高さｈよりも
小さく設定されており、具体的にはｄ／ｈが１／１００
〜１／４、より望ましくは１／２０〜１／８の範囲で設
定されている。また、スリット幅ｄの絶対値は、０．０
１〜１．０ｍｍ、より望ましくは０．０２〜０．０５ｍ
ｍの範囲で設定されている。さらに、スリット４０２内
の空間体積Ｖに対するスリット内周面の面積の比Ｓ／Ｖ
は４〜１００、望ましくは２０〜５０の範囲で調整され
ている。なお、該スリット４０２は、同様の形態で壁部
４０１ｂと第二素子４との間に形成してもよい。

【０１５２】なお、スペーサ部４０１（壁部４０１ｂ）
は、第二素子４に対してはその積層面のほぼ全面におい
て、また、第一素子３に対しては、上記スリット４０２
の形成領域を除いて同様にその積層面のほぼ全面におい
て、それぞれ焼成により一体化されている。また、第一
のヒータ２及び第二のヒータ５は、スペーサ６及び８を
介して第一素子３及び第二素子４に対しそれぞれ積層さ
れている。

【０１５３】上記排気ガスセンサ４００の要部をなす第
一素子３、スペーサ部４０１及び第二素子４の一体積層
体は、例えば図５等に示すのと同様の方法により、それ
ぞれ上記各部３，４０１，４となるべきセラミックグリ
ーンシート（成形体）を積層して焼成することにより製
造することができる。このとき、第一素子３となるべき
グリーンシート（セラミック成形体）と、スペーサ部と
なるべきグリーンシートとの間においてスリット４０２
の形成が予定された領域に、焼成温度で焼失する材料
（例えばカーボンペーストなど）で形成された所定厚さ
の層を挟みこんでおけば、焼成時にこの層が焼失して上
記スリット４０２を簡単に形成することができる。

【０１５４】このようにすれば、測定室４０３の高さｈ
（すなわち隙間１５の大きさ）をある程度以上に大きく
した場合でも、排気ガスはスリット４０２において拡散
を規制されつつ測定室４０３に流入し、また測定室４０
３に導入された後は同じくスリット４０２を通って拡散
を規制されつつ被測定雰囲気中へ排出される。従って、
一旦導入された排気ガスの測定室４０３内での滞留時間
が長くなり、その間に被検出雰囲気中の排気ガス組成
（特に酸素あるいは水蒸気量）が変化しても、測定室内
のガスへの影響が小さくなるので、センサ４００の出力
が向上し、ひいてはセンサ４００の検出精度を高めるこ
とができる。また、第一素子３及び第二素子４とは、ス
ペーサ部４０１を介して一体化されているから、センサ
４００の機械的強度が高められている。

【０１５５】なお、同様の構成の測定室は、第二素子４
の電極１３側及び／又は第一素子３の電極１０側にも形
成することができる。図４０は、その一例を示してい
る。すなわち、同図のセンサ４００においては、窓部４
０４ａを有したスペーサ部４０４を介して隙間形成部材
としての隙間形成用セラミック板４０６が一体化されて
おり、そのスペーサ部４０４による壁部４０４ｂの内面
と、第一素子３ないし第二素子４と隙間形成用セラミッ
ク板４０６との各対向面とによって測定室４０７が形成
されている。また、この測定室４０７に対応する位置に
おいて壁部４０４ｂと第一素子３ないし第二素子４との
間には、第二電極１２側と同様のスリット４０５が形成
されている。また、第一ヒータ２ないし第二ヒータ５は
隙間形成用セラミック板４０６に積層されている。該構
成により、さらに安定で高出力のセンサを実現できる。

【０１５６】なお、スリットに代えて小孔により拡散規
制流通部を構成することもできる。例えば、図４５に示
す例おいては、第一素子３及び第二素子４の板面方向に
おいて壁部４０１ｂを貫く小孔４１０が、第一及び第二
電極１１，１２の周方向に沿って所定の間隔で複数形成
されている。一方、図４６に示す例においては、第二素
子４を厚さ方向に貫く小孔４１０が、第三電極１３の周
縁に沿って所定の間隔で複数形成されている。

【０１５７】次に、図４１に示す構成においては、第二
素子４に上記スペーサ部４０１が焼成により一体化され
る一方、第一素子３は一体化せずに分離して構成した例
を示す。この場合、スリット４０２は、第一素子３の板
面と壁部４０１ｂの対向面との間に形成されることとな
る。また、第一のヒータ２、第一素子３、第二素子４及
び第二のヒータ５がスペーサ６〜８を介して積層されて
積層体３１が形成されるとともに、角型の貫通孔３０ａ
を有するセラミックストッパ３０が、積層体３１に対し
外側から嵌着されている。なお、図４１に示すように、
スペーサ７はスペーサ部４０１と第一素子３との間に介
挿され、両者の間に所定の大きさのスリット４０２を形
成する役割を果たす。

【０１５８】上記排気ガスセンサ４００の組み立ては、
例えば以下のようにして行うことができる。すなわち、
図４２（ａ）に示すように、素子２〜５をスペーサ６〜
８を介して積層して積層体３１を作り、（ｂ）に示すよ
うにこれにセラミックストッパ３０を嵌着する。続い
て、（ｃ）に示すように、素子２〜５の各接続端子に例
えばステンレス鋼製のリード線３７を溶接により接合
し、さらに（ｄ）に示すように、該積層体３１を碍管３
２内に挿入し、その内側にガラス粉末を充填した後、こ
れを所定の炉で９００〜１０００℃に加熱してガラス粉
末を溶融させ、碍管３２と積層体３１との間をガラスシ
ールする。

【０１５９】そして、図４３（ａ）に示すように、積層
体３１が一体化された碍管３２を主体金具３４内に配置
し、また、碍管３２と主体金具３４との間にかしめ金具
３６を挿入し、さらに碍管３２の主体金具３４からの露
出部分に外筒３３を被せ、次いで主体金具３４を外筒３
３に向けて加熱しながらかしめることにより、かしめ結
合部３４ａが形成され、主体金具３４と外筒３３とが一
体化される。続いて、同図（ｂ）に示すように、シール
部材３８と保護外筒３９とが一体化された別のリード線
群３７ａを、それぞれ対応するリード線３７に溶接する
（以下、一体化された両リード線に改めて符号３７を付
与する）。そして、シール部材３８と保護外筒３９とを
リード線３７上を滑らせてその末端部を外筒３３内に挿
入し、両者の間をかしめることにより図４３（ｃ）に示
す状態となり、さらにプロテクタ３５を主体金具３４に
対して溶接により取付ければ、図４３（ｄ）に示すよう
に、排気センサ４００の組み立てが完了する。

【０１６０】なお、この場合も図４４に示すように、電
極１０ないし電極１３側にも測定室４０７を形成する構
成が可能である。すなわち、同図のセンサ４００におい
ては、電極１０ないし電極１３側に測定室４０７を形成
するためのスペーサ部４０４が一体化され、そのスペー
サ部４０４による壁部４０４ｂの内面と、第一素子３な
いし第二素子４と第一ヒータ２ないし第二ヒータ５との
各対向面とによって測定室４０７が形成されている。ま
た、スペーサ部４０４と第一ヒータ２ないし第二ヒータ
５との間には、スリット４０５が形成されている。該構
成では、第一ヒータ２ないし第二ヒータ５が隙間形成部
材の役割を果たしている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガスセンサの一例の要部を示す平
面図、側面図及びそのＡ−Ａ断面図。

【図２】その詳細な構造を示す説明図。

【図３】その組立構造の一例を示す説明図。

【図４】上記センサの作動説明図。

【図５】図１の排気ガスセンサの製造方法を示す分解斜
視図。

【図６】図１の排気ガスセンサの第一の変形例を示す平
面図、側面図及びそのＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図。

【図７】図６の排気ガスセンサの製造方法を示す分解斜
視図。

【図８】図１の排気ガスセンサの第二の変形例を示す平
面図、側面図及びそのＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図。

【図９】同じく第三の変形例を示す平面図、側面図及び
そのＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図。

【図１０】同じく第四の変形例を示す平面図、側面図及
びそのＡ−Ａ断面図。

【図１１】図１０の排気ガスセンサの製造方法を示す分
解斜視図。

【図１２】図１の排気ガスセンサの第五の変形例を示す
平面図、側面図、Ｂ−Ｂ断面図、及びその支柱部のいく
つかの変形例をしめす断面図。

【図１３】図１２の排気ガスセンサの製造方法を示す分
解斜視図。

【図１４】その支柱部パターンと補助支持パターンの配
置関係を模式的に示す説明図。

【図１５】補助支持パターンの作用説明図。

【図１６】図１の排気ガスセンサの第六の変形例を示す
平面図、側面図及びＡ−Ａ断面図。

【図１７】図１６の排気ガスセンサの製造方法を示す分
解斜視図。

【図１８】上記センサを用いた本発明の排気ガスセンサ
システムの一例の電気的構成を示すブロック図。

【図１９】その炭化水素濃度測定モード（第二モード）
における回路作動系統を示すブロック図。

【図２０】ヒータ通電回路のいくつかの例を示すブロッ
ク図。

【図２１】ヒータのＰＷＭ制御の説明図。

【図２２】酸素濃淡電池素子の内部抵抗測定時の回路作
動系統を示すブロック図。

【図２３】酸素濃淡電池素子の内部抵抗測定時の各スイ
ッチの作動タイミング図。

【図２４】素子温度と酸素濃淡電池素子の内部抵抗との
関係の一例を示すグラフ、及び酸素濃淡電池素子の内部
抵抗と素子温度の関係を示すマップの概念図。

【図２５】エンジン急加速あるいは急減速に伴うポンプ
電流変化の測定例を示すプロファイル、素子温度と補正
ポンプ電流値との関係の一例を示すグラフ。

【図２６】素子温度と補正ポンプ電流値との関係を示す
マップの概念図。

【図２７】ポンプ電流値とＨＣ濃度との関係を示すマッ
プの概念図。

【図２８】酸素濃淡電池素子の内部抵抗値とヒータ制御
電圧との関係を示すマップの概念図。

【図２９】酸素濃淡電池素子の内部抵抗値と補正ポンプ
電流値との関係を示すマップの概念図、及び素子温度と
ポンプ電流値とＨＣ濃度との関係を示す二次元マップの
概念図。

【図３０】図１８の排気ガスセンサシステムにおけるマ
イクロプロセッサ側の制御の流れを示すフローチャー
ト。

【図３１】そのセンサ活性化処理の詳細を示すフローチ
ャート。

【図３２】同じく内部抵抗測定処理の詳細を示すフロー
チャート。

【図３３】図１８の排気ガスセンサシステムにおけるマ
イクロプロセッサ側の別の制御態様の流れを示すフロー
チャート。

【図３４】図１８の排気ガスセンサシステムにおいて、
修正電流通電用の電源を省略した場合のブロック図。

【図３５】図１８の排気ガスセンサシステムにおいて、
内部抵抗測定用及び修正電流通電用の定電流電源を、電
圧−電流変換回路に置き換えた例を示すブロック図。

【図３６】本発明の排気ガスセンサの第一モードと第二
モードの作用説明図。

【図３７】コーティングにより触媒不活性な電極を作成
する方法の説明図。

【図３８】酸素ポンプ素子と酸素濃淡電池素子との間に
ガス保持部材を介挿した例を示す模式図。

【図３９】測定室にスリットを介して排気ガスを導入す
るようにした構造のセンサの一例を示す平面図、側面図
及びそのＡ−Ａ断面図。

【図４０】その第一の変形例を示す平面図、側面図及び
そのＡ−Ａ断面図。

【図４１】同じく第二の変形例を示す平面図、側面図及
びそのＡ−Ａ断面図。

【図４２】図４１のセンサの組立方法の一例を示す工程
説明図。

【図４３】図４２に続く工程説明図。

【図４４】図３９のセンサの第三の変形例を示す平面
図、側面図及びそのＡ−Ａ断面図。

【図４５】測定室に小孔を介して排気ガスを導入するよ
うにした構造のセンサの一例を示す部分平面図、及びそ
のＢ−Ｂ断面図。

【図４６】その変形例を示す部分平面図及び底面図。

【符号の説明】

１，４００排気ガスセンサ３第一素子４第二素子１０〜１３電極１５隙間１４，１６隙間（反対空間）５０センサシステム５１マイクロプロセッサ５３ＣＰＵ（素子制御手段、濃度検出情報出力手段、
特定成分検出情報生成・出力手段、被検出成分濃度情報
補正手段、通電制御手段、ポンプ電流補正量決定手段、
補正演算手段、補正濃度情報生成手段、内部抵抗測定手
段、温度情報生成手段、濃淡電池起電力測定手段及び電
圧情報補正手段）５５ＲＯＭ（補正参照情報記憶手段）５５ａ補正参照情報６１オペアンプ（ポンプ電流制御手段）７４定電流電源（修正電流通電手段）２００スペーサ部２０１，２０２絶縁層２０４開口部２１０支柱部２１１第一部分（第一の粉末成形体）２１２第二部分（第二の粉末成形体）２１３第三部分２４０ＺｒＯ₂グリーンシート（スペーサ成形体）２４１，２４２貼合わせコート（絶縁パターン）２６６ａ，２６６ｂ支柱部パターン３０２マップ（温度偏差−ポンプ電流補正量関係情
報）３０２ｂマップ（ポンプ電流情報−被検出成分濃度関
係情報）４０１，４０４スペーサ部（壁部形成体）４０１ｂ，４０４ｂ壁部４０２，４０５スリット（拡散規制流通部）４０３，４０７測定室４１０小孔（拡散規制流通部）５００スイッチ回路（制御モード切替え手段）

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガス中に含まれる被検出成分の検出
を行うための排気ガスセンサであって、酸素イオン伝導性固体電解質により構成されて両面に電
極が形成され、排気ガス中の被検出成分に対するそれら
電極の酸化触媒活性が互いに異なる第一素子と、酸素
イオン伝導性固体電解質により構成されて両面に電極が
形成され、被測定雰囲気からの排気ガスの流通が許容さ
れた所定量の隙間が形成されるように前記第一素子と対
向配置されるとともに、排気ガス中の被検出成分に対す
るそれら電極の酸化触媒活性が互いに異なるものとさ
れ、かつ両面の前記電極間の酸化触媒活性差が、前記第
一素子の両面の前記電極間の酸化触媒活性差より大きく
なるように調整された第二素子とを備え、それら第一素子と第二素子の一方が酸素濃淡電池素子と
して機能し、他方が、該酸素濃淡電池素子に生ずる濃淡
電池起電力の絶対値が減少する方向に前記隙間に酸素を
汲み込み又は該隙間から酸素を汲み出す酸素ポンプ素子
として機能するようになっており、かつ前記第一素子が前記酸素濃淡電池素子となり前記第
二素子が前記酸素ポンプ素子となる第一モードと、その
逆となる第二モードとの間で切替え可能とされたことを
特徴とする排気ガスセンサ。
【請求項２】前記隙間と、前記第一素子及び第二素子
のうち前記酸素濃淡電池素子となるもの（以下、単に酸
素濃淡電池素子という）を挟んで該隙間と反対側の空間
（以下、反対空間という）とに、それぞれ被検出成分と
酸素とを含有する排気ガスが導入され、また、前記第一素子及び第二素子のうち前記酸素ポンプ
素子となるもの（以下、単に酸素ポンプ素子という）の
前記隙間側の電極を第一電極、前記酸素濃淡電池素子の
前記隙間側の電極を第二電極、前記酸素濃淡電池素子の
前記反対空間側の電極を第三電極として、前記隙間と前
記反対空間とに導入された前記排気ガス中の前記被検出
成分が、少なくともそれら隙間と前記反対空間との一方
において、前記第一〜第三電極の少なくともいずれかを
酸化触媒として前記排気ガス中の酸素と反応することに
より消費されるとともに、前記隙間と前記反対空間との
間で酸素との反応による前記被検出成分の消費量に差が
生じるように、それら第一〜第三電極の酸化触媒活性が
調整されており、前記酸素濃淡電池素子の濃淡電池起電力が予め定められ
た起電力目標値ＥCに到達したときの前記酸素ポンプ素
子に流れる電流値を反映した情報を、前記排気ガス中の
前記被検出成分の濃度検出情報として出力するように
し、かつ前記第一素子の両面の前記電極間の酸化触媒活性差
と、前記第二素子の両面の前記電極間の酸化触媒活性差
とが互いに異なることに基づいて、前記第一モードと第
二モードとで、互いに異なる内容の濃度検出情報を出力
するようにした請求項１記載の排気ガスセンサ。
【請求項３】前記第一素子は、前記２つの電極のうち
酸化触媒活性の高いものが前記隙間に面するように配置
され、前記第二素子は前記２つの電極のうち酸化触媒活
性の高いものが前記隙間に面するように配置される請求
項１又は２に記載の排気ガスセンサ。
【請求項４】前記第一素子の前記隙間に面する電極
と、前記第二素子の前記隙間に面する電極とは、互いに
同一の材質で構成されている請求項３記載の排気ガスセ
ンサ。
【請求項５】前記第一素子の前記隙間に面さない電極
がＰｔ−Ｐｄ電極とされ、同じく該隙間に面する電極が
Ｐｔ電極とされる一方、前記第二素子の前記隙間に面する電極がＰｔ電極とさ
れ、同じく該隙間に面さない電極がＡｕ電極とされた請
求項４記載の排気ガスセンサ。
【請求項６】前記排気ガス中に、酸化反応に対する活
性が異なる２以上の被検出成分が含まれている場合に、
前記第一モードにおいて得られる濃度検出情報と、前記
第二モードにおいて得られる濃度検出情報とに基づい
て、前記２以上の被検出成分のうちの特定のものの濃度
に関する情報を得るようにした請求項２ないし５のいず
れかに記載の排気ガスセンサ。
【請求項７】前記第一モードにおいて、前記２以上の
被検出成分のうちの特定の１成分の濃度に関する濃度検
出情報を出力するものとされ、前記第二モードにおいて前記２以上の被検出成分の全て
についての合計濃度に関する濃度検出情報を出力するも
のとされ、前記第二モードにおいて得られる濃度検出情報の出力
と、前記第一モードにおいて得られる濃度検出情報の出
力との差に基づいて、前記２以上の被検出成分から、前
記特定の１成分を除いた残余の成分の合計濃度に関する
情報が得られるようにした請求項５記載の排気ガスセン
サ。
【請求項８】前記被検出成分のうちの前記特定の１成
分はメタンであり、それ以外の被検出成分は非メタン炭
化水素である請求項７記載の排気ガスセンサ。
【請求項９】排気ガス中に含まれる被検出成分の検出
を行うための排気ガスセンサシステムであって、酸素イオン伝導性固体電解質により構成されて両面に電
極が形成され、排気ガス中の被検出成分に対するそれら
電極の酸化触媒活性が互いに異なる第一素子と、酸素
イオン伝導性固体電解質により構成されて両面に電極が
形成され、被測定雰囲気からの排気ガスの流通が許容さ
れた所定量の隙間が形成されるように前記第一素子と対
向配置されるとともに、排気ガス中の被検出成分に対す
るそれら電極の酸化触媒活性が互いに異なるものとさ
れ、かつ両面の前記電極の酸化触媒活性差が、前記第一
素子の両面の前記電極間の酸化触媒活性差より大きくな
るように設定された第二素子とを備えた排気ガスセンサ
と、前記第一素子と第二素子との一方を酸素濃淡電池素子と
して、他方を、該濃淡電池起電力の絶対値が減少する方
向に前記隙間に酸素を汲み込み又は該隙間から酸素を汲
み出す酸素ポンプ素子として機能させる素子制御手段
と、前記素子による制御モードが、前記第一素子が前記酸素
濃淡電池素子となり前記第二素子が前記酸素ポンプ素子
となる第一モードと、その逆となる第二モードとの間で
切り替える制御モード切替え手段と、を備えたことを特徴とする排気ガスセンサシステム。
【請求項１０】前記隙間と、前記第一素子及び第二素
子のうち前記酸素濃淡電池素子となるもの（以下、単に
酸素濃淡電池素子という）を挟んで該隙間と反対側の空
間（以下、反対空間という）とに、それぞれ被検出成分
と酸素とを含有する排気ガスが導入され、また、前記第一素子及び第二素子のうち前記酸素ポンプ
素子となるもの（以下、単に酸素ポンプ素子という）の
前記隙間側の電極を第一電極、前記酸素濃淡電池素子の
前記隙間側の電極を第二電極、前記酸素濃淡電池素子の
前記反対空間側の電極を第三電極として、前記隙間と前
記反対空間とに導入された前記排気ガス中の前記被検出
成分が、少なくともそれら隙間と前記反対空間との一方
において、前記第一〜第三電極の少なくともいずれかを
酸化触媒として前記排気ガス中の酸素と反応することに
より消費されるとともに、前記隙間と前記反対空間との
間で酸素との反応による前記被検出成分の消費量に差が
生じるように、それら第一〜第三電極の酸化触媒活性が
調整されており、前記素子制御手段は、前記酸素濃淡電池素子の濃淡電池
起電力が予め定められた起電力目標値ＥCに近づくよう
に、前記酸素ポンプ素子の作動を制御するものとされ、
さらに、前記濃淡電池起電力が前記起電力目標値ＥCに到達した
ときの前記酸素ポンプ素子に流れる電流値を反映した情
報を、前記排気ガス中の前記被検出成分の濃度検出情報
として出力するとともに、前記第一素子の両面の前記電
極間の酸化触媒活性差と、前記第二素子の両面の前記電
極間の酸化触媒活性差とが互いに異なることに基づい
て、前記第一モードと第二モードとで、互いに異なる内
容の濃度検出情報を出力する濃度検出情報出力手段が設
けられている請求項９記載の排気ガスセンサシステム。
【請求項１１】前記排気ガス中に、酸化反応に対する
活性が異なる２以上の被検出成分が含まれている場合
に、前記第一モードにおいて得られる濃度検出情報と、
前記第二モードにおいて得られる濃度検出情報とに基づ
いて、前記２以上の被検出成分のうちの特定のものの濃
度に関する情報を生成し、これを出力する特定成分検出
情報生成・出力手段が設けられている請求項９又は１０
に記載の排気ガスセンサシステム。
【請求項１２】前記濃度検出情報出力手段は、前記第
一モードにおいて前記酸素濃淡電池素子の濃淡電池起電
力に基づいて、前記２以上の被検出成分のうちの特定の
１成分の濃度に関する濃度検出情報を出力するものとさ
れ、また、前記第二モードにおいては、同じく前記２以
上の被検出成分の全てについての合計濃度に関する濃度
検出情報を出力するものとされ、前記特定成分検出情報生成・出力手段は、前記第二モー
ドにおいて得られる濃度検出情報の出力と、前記第一モ
ードにおいて得られる濃度検出情報の出力との差に基づ
いて、前記２以上の被検出成分から、前記特定の１成分
を除いた残余の成分の合計濃度に関する情報を生成・出
力するものである請求項１１記載の排気ガスセンサシス
テム。