JP3675997B2

JP3675997B2 - ガス検出装置

Info

Publication number: JP3675997B2
Application number: JP30738696A
Authority: JP
Inventors: 圭吾水谷; 久喜太田; 啓暢土方; 太輔牧野; 兼仁中村
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: JPH10132782A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス検出装置に関し、例えば内燃機関の排気管に配設されて内燃機関から排出される排気ガスに含まれる成分ガスの濃度検出に適用されるガス検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等の内燃機関では、排気エミッションを改善するため、例えば混合気の空気燃料比が理論空気燃料比になるように燃料の噴射量等をフィードバック制御した後、内燃機関から排出される排気ガス中の排気エミッションを三元触媒コンバータにより除去するようにした排気エミッション抑制技術が採用されている。近年、排気エミッションの規制が強化され、米国では既に自己診断規制（略称ＯＢＤ−II）が開始し、三元触媒コンバータ等の排気エミッション抑制関連部品の故障を検知してドライバーに認識させることが義務付けられ、ドライバーも故障した排気エミッション抑制関連部品の修理が義務付けられるようになった。
【０００３】
三元触媒コンバータの劣化診断技術としては、排気管の三元触媒コンバータの上流および下流にそれぞれ酸素濃度センサを設けたいわゆる２Ｏ₂センサシステムが知られている。しかしながら排気ガス規制の強化が上記ＯＢＤ−IIのＬＥＶ（Ｌow Ｅmission Ｖehicle）からＵＬＥＶ（Ｕltra Ｌow Ｅmission Ｖehicle）へと進むと、２つの酸素濃度センサの信号差から間接的に浄化率を検知する２Ｏ₂センサシステムでは検出精度が不十分である。そこで窒素酸化物（ＮＯx ）等の排気エミッション成分を直接検出するガス検出装置の必要性が高まっている。
【０００４】
上記排気エミッション等、検出対象である成分ガスを直接検出するガス検出装置としては、酸素イオン導電性の固体電解質材の両面に被測定ガスに曝露する電極と基準の酸素濃度の基準ガスに曝露する電極とを形成し電極間に発生する起電力等の変化を利用する固体電解質式ガス検出装置が種々、提案されている。これらはＮＯx を触媒等により分解して被測定ガスのＮＯx 濃度を酸素濃度として検出するもので、ＮＯx を酸素に分解して検出するため、被測定ガス中の酸素に対する選択性がなく、被測定ガスの酸素濃度を一定に保つ必要がある。
【０００５】
かかる固体電解質式ガス検出装置として、ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｓ（以下、ＳＡＥという）９６０３３４号記載の厚膜Ｚr Ｏ₂ＮＯx センサがある。この厚膜ＺｒＯ₂ＮＯx センサでは被測定ガスが導入される第１室に酸素センサが設けられ、これにより検出される酸素濃度が所定値となるように第１室内の酸素を排出する第１のポンプセルが設けられている。第１室と拡散抵抗路を介して連通する第２室には室内の酸素を排出する第２のポンプセルが設けられ、その室内側の電極はＮＯx に対して還元活性を有している。第１室内の酸度濃度は第１室に設けた酸素センサにより検出され、第１のポンプセルの駆動電圧にフィードバックされて一定に保たれるから、第２室へ拡散する被測定ガスの酸素濃度は一定である。第２室ではＮＯx の分解により新たに酸素が生成し、第２のポンプセルのポンプ電流がＮＯx 濃度に応じて増減する。ポンプ電流の増減を測定することでＮＯx 濃度を検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記ＳＡＥ９６０３３４号記載の厚膜Ｚr Ｏ₂ＮＯx センサでは、第２室に拡散する被測定ガスの酸素濃度を一定にするため第１室と第２室とを分離する拡散抵抗路が設けられているから、構造が複雑な上に応答性や検出利得も十分ではない。単純に拡散抵抗路を取り除けば流出入する酸素により第２のポンプセルの電極近傍における酸素濃度が変動し、検出誤差が生じるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明では簡単な構成で、高い応答性と高い検出利得とが得られ、しかも検出精度のよいガス検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入される中空部内の酸素濃度を制御すべく以下の構成を具備せしめる。酸素イオン導電性の固体電解質材の相対向する両面に一対の電極を形成した酸素センサ部と酸素ポンプ部とを設ける。酸素センサ部は一方の電極が中空部内に面し、他方の電極が中空部外の基準ガスに曝露するように形成する。酸素ポンプ部は、一方の電極が中空部外の被測定ガスに曝露し、他方の電極が中空部内に面するように形成して固体電解質材にポンプ電流を流すようにする。酸素センサ部により検出される酸素濃度に基づいて酸素ポンプ部のポンプ電流をフィードバック制御する酸素ポンプ制御手段とを設ける。中空部内における被測定ガス中の検出対象である窒素酸化物を分解して酸素を生成せしめＮＯx 濃度を酸素濃度として検出すべく、酸素イオン導電性の固体電解質材の相対向する両面に一対の電極を形成した成分ガス検出部を設ける。その一対の電極は中空部内側の電極をＮＯx に対して還元活性を有する電極とする。他方の電極は基準酸素濃度の基準ガスに曝露するように形成する。成分ガス検出部の電極間の出力信号を検出する信号検出手段を設ける。加えて酸素センサ部の中空部内側の電極を、被測定ガス導入路の中空部内側の開口位置の近傍に形成し、成分ガス検出部の中空部内側の電極を、酸素センサ部の中空部内側の電極よりもガス導入路の開口から離れた位置に、酸素ポンプ部の中空部内側の電極と畳重するように形成する。
【０００９】
成分ガス検出部は、その中空部内側の電極表面においてＮＯx が還元反応により分解して酸素が生成し、信号検出手段によりこの酸素生成量に応じた検出信号が得られる。
【００１０】
酸素センサ部の中空部内側の電極が被測定ガス導入路の開口の近傍位置にあるから、中空部内に導入される被測定ガス中の酸素濃度の変化に即応して酸素ポンプ部が作動する。成分ガス検出部の電極は被測定ガス導入路の開口位置から酸素センサ部の中空部内側の電極よりも離れた位置に、酸素ポンプ部の電極と畳重するように形成されているから、成分ガス検出部の中空部内側の電極の近傍における被測定ガス中の酸素は、中空部内に導入される被測定ガスの酸素濃度の変化に即応して酸素ポンプ部により供給または排出される。しかして成分ガス検出部の中空部内側の電極近傍の被測定ガスは、これを拡散抵抗路等で分離することなく酸素濃度が一定に保たれ、ＮＯx 濃度の検出精度がよい。しかも成分ガス検出部の中空部内側の電極近傍の被測定ガスを分離しないから構造が簡単で応答性もよい。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、上記酸素ポンプ部および酸素センサ部の上記中空部に面した電極を、検出対象であるＮＯx に対して不活性な金属で構成することにより、上記電極表面で上記中空部内の被測定ガス中のＮＯx が還元反応により分解することが防止され、ＮＯx の検出誤差が生じるのを防ぐことができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、ガス検出体を被測定ガス側と大気とを隔てる隔離壁に貫通し、先端部が上記被測定ガス側に突出するように設けるとともに、ガス検出体の内部には、先端部にガス検出体の外部と被測定ガス導入路を介して連通する中空部と、基準ガスが導入される基準ガス導入路とを設ける。基準ガス導入路は一端側が中空部の付近まで延び、ガス検出体の基部側の他端側から基準ガスが導入されるように構成する。上記酸素ポンプ部は、その固体電解質材を中空部とガス検出体の外部とを隔てる隔壁の一部に形成し、固体電解質材の中空部内側と中空部外側との両面に対向して第１の一対の電極を形成する。上記酸素センサ部はその固体電解質材を中空部と基準ガス導入路とを隔てる隔壁の一部に形成し、固体電解質材の中空部内側と基準ガス導入路側とに第２の一対の電極を形成する。その中空部内側の電極は、酸素ポンプ部の中空部内側の電極よりも小面積とするとともに該電極の中央部と対向する位置に形成する。上記成分ガス検出部はその固体電解質材を中空部と基準ガス導入路とを隔てる隔壁の一部に形成し、固体電解質材の中空部内側と基準ガス導入路側とに第３の一対の電極を形成する。その中空部内側の電極は中央部に肉抜き部を形成して酸素センサ部の中空部内側の電極を囲むように、かつ酸素ポンプ部の中空部内側の電極と畳重するように形成する。
【００１３】
かかる構成とすることによりガス検出装置の主要部を一体にコンパクトに構成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は内燃機関から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度の検出に適用した本発明のガス検出装置を示すもので、検出場所に設置されるセンサ部Ｓと、回路部Ｃとから構成してある。センサ部Ｓは内燃機関の隔離壁たる排気管壁Ｗを貫通して筒状のハウジング９１が螺着してあり、ハウジング９１内に内挿される絶縁部材９２１，９２２，９２３がハウジング９１の上端開口を塞ぐ蓋部材９３によりハウジング９１に固定されている。そして絶縁部材９２１，９２２，９２３に設けた貫通穴９２ａに、細長い平板状のガス検出体１が挿通保持され、先端部１ａはハウジング９１より排気管壁Ｗの内側に突出し、基部１ｂは蓋部材９３より突出している。
【００１５】
ガス検出体の排気管Ｗ内に突出する先端部はハウジング９１の下端に固定される有底筒状の排気カバー９５内に収容されている。排気カバー９５は、ステンレススチール製で、内部側のカバー９５１と外部側のカバー９５２の二重構造となっており、これらカバー９５１，９５２の周壁には、被測定ガスたる排気ガスを排気カバー９５内に取り込むためのガス流通孔９５３，９５４がそれぞれ形成してある。
【００１６】
蓋部材９３の上端には、筒状の大気カバー９４が固定される。大気カバー９４は、ハウジング９１に取りつけられるメインカバー９４１とその後端部を被うサブカバー９４２からなり、その周壁の対向位置に大気導入口９４３，９４４をそれぞれ有し、これら大気導入口９４３，９４４より基準の酸素濃度の基準ガスたる大気を大気カバー９４内に取り込むようになしてある。取り込まれた大気はガス検出体１の基部１ｂに導かれ、基部１ｂ内に導入される。また大気導入口９４３，９４４の形成位置において、メインカバー９４１とサブカバー９４２の間に防水のために溌水性のフィルタ９４５が配設してあり、センサ部Ｓ内部には大気のみが導入され、水分が侵入することが防止される。
【００１７】
また大気カバー９４は上端が開口しており、ガス検出体１の後端部に接続するリード線９６がこの上端開口より外部に延びている。
【００１８】
図１（Ｂ）はガス検出体１の拡大断面図、図２はその分解図であり、ガス検出体１は、排気管Ｗ内に突出する先端部１ａ（図の左側）に中空部３、酸素センサ部たるセンサセル５１、酸素ポンプ部たるポンプセル５２、成分ガス検出部たる検出セル６等より構成され、これらを構成する部材が積層構造を有している。
【００１９】
この積層構造は、図２において上側から平板状の酸素イオン導電性の固体電解質材１１、アルミナからなる平板状のスペーサ１２、平板状の酸素イオン導電性の固体電解質材１３となっている。中間のスペーサ１２は先端部側に四角形の肉抜き部１２ａが形成してあり、固体電解質材１１，１３で閉鎖された空間が中空部３を形成している。
【００２０】
また図の下側は上記固体電解質材１３の下側に、アルミナからなる平板状のスペーサ１４、平板状の加熱ヒータ部１５となっている。中間のスペーサ１４には細長い肉抜き部１４ａが形成してあり、その一端側は、上記スペーサ１２の肉抜き部１２ａと同じ形状で肉抜き部１２ａと対向しており、他端側はスリット状をなしてスペーサ１４の基端に達している。固体電解質材１３と加熱ヒータ部１５とで閉鎖された肉抜き部１４ａの空間が、大気導入孔９４３，９４４（図１（Ａ））より大気をガス検出体１内へ導入する基準ガス導入路たるダクト４となっている。
【００２１】
固体電解質材１１の下面の中空部３の内表面をなす位置にスクリーン印刷等によりスペーサ１２の肉抜き部１２ａと略同一形状でＰt −Ａu 製の第１の一対の電極の一方である電極５２２が形成されるとともに、固体電解質材１１の上面には電極５２２と対向してＰt 製の第１の一対の電極の他方の電極５２１が形成されている。固体電解質材１１、電極５２１，５２２でポンプセル５２を構成している。
【００２２】
また固体電解質材１１、電極５２１，５２２を貫通する被測定ガス導入路たるピンホール２が電極５２１，５２２の中心位置に形成してあり、ガス検出体１外部から中空部３に被測定ガスとして排気ガスを導入するようになっている。ピンホール２の拡散抵抗のため中空部３内から酸素が選択的に供給または排出されると、中空部３内と中空部３外とで被測定ガスの酸素濃度差ができる。
【００２３】
固体電解質材１３の上面には中空部３の内表面をなす位置にスクリーン印刷等によりＰt −Ａu 製の第２の一対の電極の一方の電極５１１、Ｐt −Ｒh 製の第３の一対の電極の一方の電極６１が形成してある。電極５１１は、ポンプセル５２の電極５２２よりも小面積のもので、ピンホール２の開口と対向する位置に形成される。電極６１は略コ字状で、電極５１１を囲むように配置され、ピンホール２の開口２ａからの被測定ガスが電極６１の各部に均等に到るようになっている。電極６１はポンプセル５２の電極５２２と畳重するように、その直下に形成される。
【００２４】
固体電解質材１３の下面には上記電極５１１，６１のそれぞれに対向してＰt 製の第２、第３の一対の電極の他方の電極５１２，６２が形成してある。これらは固体電解質材１３、電極５１１，５１２がセンサセル５１を構成し、固体電解質材１３、電極６１，６２が検出セル６を構成している。
【００２５】
また加熱ヒータ部１５はアルミナよりなる平板状の基板１８の表面にＰt 線１７を形成し、これをアルミナよりなる平板状の被覆層１６で被覆したもので、上記各セルを加熱し、検出感度を高めるようになっている。
【００２６】
ガス検出体１の基部には、上記各電極５１１，５１２，５２１，５２２，６１，６２およびＰt 線１７の両端と導通する端子５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，６ａ，６ｂ，１７ａ，１７ｂが形成され、上記リード線９６（図１（Ａ））に通じている。
【００２７】
またガス検出体１の表面には、ポンプセル５２の電極５２１を被覆してアルミナ等からなる多孔質ペーストを塗布、焼き付けしてなるセラミック保護層１８が形成してあり、ピンホール２が排気ガスに含まれるスス等の粒径の大きなパティキュレートで目詰まりすることを防止している。
【００２８】
なお上記各固体電解質材１１，１３は、イットリア添加ジルコニアで、ドクターブレード法等のシート形成法により形成されたシートであり、その厚さは通常、５０〜３００μｍの範囲とするのがよい。ただし電気抵抗とシート強度との兼ね合いを考慮すると、１００〜２００μｍの範囲とすることが望ましい。また電極の厚さは通常、１〜２０μｍの範囲とするが、耐熱性とガス拡散性とを考慮すると５〜１０μｍ程度とすることが望ましい。
【００２９】
図３は上記ガス検出装置のブロック図で、ここでは上記回路部Ｃ（図１（Ａ））について説明する。酸素ポンプ制御手段７はセンサセル５１の一対の電極５１１，５１２間の電圧を入力とする起電力検出回路７１と、これより出力される起電力信号を入力とする後段の酸素ポンプ制御回路７２からなる。酸素ポンプ制御回路７２の前段の比較回路７２１は起電力検出回路７１から出力される起電力信号を起電力信号の基準信号値と比較し、その差を酸素ポンプ制御回路７２のポンプ駆動部７２２に出力する。ポンプ駆動部７２２はポンプセル５２の電極５２１，５２２間に電圧を印加するとともに、上記起電力信号と上記基準信号値の差を必要な修正量としてポンプセル５２の一対の電極５２１，５２２間に印加する電圧を増減するようになっている。
【００３０】
信号検出手段８は、検出セル６の一対の電極６１，６２間に電圧を印加する検出セル駆動回路８１と、電極６１，６２を出入する電流を測定して検出セル６の固体電解質材１３に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路８２とから構成してある。
【００３１】
上記ガス検出装置の作動を図１〜図３により説明する。排気管Ｗ内を流れる排気ガスがカバーユニット９５の各ガス流通孔９５３，９５４からカバーユニット９５内に導入される。導入された排気ガスはガス検出体１のセラミック保護層１８からピンホール２を通って中空部３に導かれる。一方、センサ部Ｓの大気導入孔９４４，９４５からセンサ部Ｓ内のダクト４に大気が導入され、これにセンサセル５１、検出セル６Ａの電極５１２，６２が曝露する。
【００３２】
ポンプセル５２はガス検出体１外側の電極５２１側が正の電圧となっている場合には、中空部３内の酸素が電極５２２で電子を受け取って固体電解質材１１内を移動し、電極５２１で電子を放出してセラミック保護層１８から排気ガス中へ排出される。そしてピンホール２はガス検出体１の外側から中空部３へ向かう酸素の拡散を規制するから中空部３の酸素濃度が低下する。一方、センサセル５１では中空部３とダクト４の酸素分圧比に応じて電極５１１，５１２間に起電力が発生する。この起電力を起電力検出回路７１が検出し、検出された起電力信号と基準信号値とを比較回路７２１が比較し、その差分に基づいてポンプ駆動回路７２２が、検出された起電力が上記基準信号値に対応する基準の起電力を維持するように、すなわち検出された起電力が基準の起電力を外れると、ポンプセル５２に印加する電圧を変更することでポンプセル５２が中空部３へ供給する、または中空部３から排出する酸素量が調整される。
【００３３】
センサセル５１の中空部３内側の電極５１１がピンホール２の開口２ａ位置の近傍にあるから、ポンプセル５２は、中空部３内に導入される被測定ガス中の酸素濃度変化に即応して作動する。検出セル６の電極６１はピンホール２の開口２ａ位置から離れており、かつポンプセル５２の電極５２２と畳重する位置としてあるから、リーン側ではポンプセル５２のポンピング作動により、ピンホール２から中空部３に流入する被測定ガス中の酸素の影響を受けることなく、検出セル６の電極６１近傍における被測定ガス中の酸素が速やかに排出される。検出セル６の電極６１近傍における被測定ガスの酸素濃度は、ピンホール２の開口２ａに対向する位置に形成されたセンサセル５１の電極５１表面における被測定ガスの酸素濃度よりも低い。しかして検出セル６の電極６１の近傍における被測定ガスの酸素濃度は常に略０となる。
【００３４】
かかる状態において、検出セル６の電極６１，６２間には、検出セル駆動回路８１から電極６２側が正となるように一定の電圧が印加される。
【００３５】
電極６１はＰt −Ｒh 製であるからＮＯｘに対して還元活性を示し、その表面において被測定ガス中のＮＯｘが還元反応により分解して酸素が生成される。検出セル６の電極６１の表面における被測定ガスの酸素濃度は略０であるから、電極６１の表面に存在する酸素は被測定ガス中のＮＯｘが分解した酸素であり、被測定ガスのＮＯｘ濃度に対応している。
【００３６】
検出セル６の電極６１，６２間には検出セル駆動回路８１により電圧が印加されているから、電極６１表面において生成した酸素は電極６１、固体電解質材１３を通って電極６２からダクト４へ排出される。このとき固体電解質材１３を移動する酸素イオンをキャリアとする電流がイオン電流検出回路８２により検出される。このイオン電流は、検出セル６の電極６１表面において分解した酸素量すなわち被測定ガスのＮＯx 濃度に対応する。しかしてイオン電流検出回路８２は、被測定ガスのＮＯx 濃度に対してオフセット電流のない線形な電流を出力する。
【００３７】
またリッチ状態ではピンホール２の開口２ａから流入する被測定ガスの酸素濃度に基づいてポンプセル５２による中空部３への酸素供給量が決定される。検出セル６の中空部３側の電極６１はポンプセル５２の電極５２２と畳重する位置としてあるから検出セル６の電極６１近傍の酸素濃度は速やかに一定値に収束する。
【００３８】
図４は本発明のガス検出装置における、被測定ガスのＮＯx （ここではＮＯ）濃度に対する、イオン電流検出回路８２が検出したイオン電流の測定結果の一例である。拡散抵抗路を設ける必要がないので上記ＳＡＥ９６０３３４号記載の厚膜ＺｒＯ₂ＮＯx センサに比して約２０倍の検出利得で、しかもオフセット電流のない線形な出力信号が得られた。
【００３９】
またポンプセル５２の中空部３内側の電極５２２およびセンサセル５１の中空部３内側の電極５１１をＮＯx に不活性なＰt −Ａu 製で構成したから、ポンプセル５２の電極５２２表面およびセンサセル５１の電極５１１表面におけるＮＯx の還元反応が防止され、中空部３内に導入される被測定ガスのＮＯx の濃度が変化することがない。
【００４０】
なお検出セルの中空部側の電極は、検出対象であるＮＯx に対して還元活性を有する金属（Ｐt −Ｒh ）で構成したが、電極の本体となる電気伝導性の薄膜の表面に、１種以上の貴金属元素を含み金属酸化物を有する触媒層を形成することで、電極がＮＯx に対して還元活性を有するようにしてもよい。
【００４１】
酸素ポンプ制御手段は、センサセルで検出される酸素量に基づいてポンプセルの作動をフィードバック制御するものであれば実施形態記載のものに限定されるものではない。また酸素の供給量、排出量の制御はポンプセルの印加電圧の大きさの制御ではなく、デューティ制御で行ってもよい。
【００４２】
センサセルと検出セルとは、固体電解質材を共用しているが、それぞれ別の固体電解質材で構成してもよい。この場合、センサセルの固体電解質材と検出セルの固体電解質材とを絶縁材で分離することによりセンサセルと検出セル間の信号の干渉が防止され、検出精度をさらに高めることができる。また上記実施形態では中空部や検出セル等の各セルを一体に構成したが必ずしもこれに限定されるものではなく、それぞれが別体の構成としてもよい。
【００４３】
センサセルの電極と検出セルの電極とを、検出セルの電極がセンサセルの電極を囲むように配置したが、両者をポンプセルの電極の略半分の大きさの長方形としてポンプセルの電極の直下に並設してもよい。この場合、ピンホールはセンサセルの電極に対向する位置に寄せるか、もしくはガス検出体の先端から中空部のセンサセル側の側壁へ貫通するように形成してセンサセルの中空部内側の電極がピンホールの開口近傍となるようにする。
【００４４】
ポンプセルからの酸素は排気ガス中に排出されるように構成したが必ずしもこれに限定されるものではなく、大気中に排出するようにしてもよい。この場合、酸素をセンサ部から排出する排出孔は大気カバーの大気導入孔から離して設け、大気導入孔から導入される大気の酸素濃度に影響しないようにするのがよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明のガス検出装置の全体断面図であり、（Ｂ）は本発明のガス検出装置の要部拡大断面図である。
【図２】本発明のガス検出装置の要部の分解図である。
【図３】本発明のガス検出装置のブロック図である。
【図４】本発明のガス検出装置の作動を説明するグラフである。
【符号の説明】
１ガス検出体
１１，１３固体電解質材
１ａ先端部
１ｂ基部
２ピンホール（被測定ガス導入路）
３中空部
４ダクト（基準ガス導入路）
５１センサセル（酸素センサ部）
５１１，５１２センサセルの電極
５２ポンプセル（酸素ポンプ部）
５２１，５２２ポンプセルの電極
６検出セル（成分ガス検出部）
６１，６２検出セルの電極
７酸素ポンプ制御手段
８信号検出手段
Ｗ排気管壁（隔離壁）

Claims

被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入される中空部と、酸素イオン導電性の固体電解質材の相対向する両面に一対の電極を一方の電極が中空部内に面し、他方の電極が中空部外の基準の酸素濃度の基準ガスに曝露するように形成し、一方の電極の表面の酸素濃度を検出する酸素センサ部と、酸素イオン導電性の固体電解質材の相対向する両面に一対の電極を、一方の電極が中空部外の被測定ガスに曝露するように、他方の電極が中空部内に面して形成し、この一対の電極から上記固体電解質材にポンプ電流を流し、中空部内と外の間で酸素を移動せしめる酸素ポンプ部と、酸素センサ部で検出される酸素濃度に基づいて酸素ポンプ部のポンプ電流をフィードバック制御する酸素ポンプ制御手段と、酸素イオン導電性の固体電解質材の相対向する両面に一対の電極を、一方の電極が上記中空部に面し、他方の電極が基準ガスに曝露するように形成した成分ガス検出部と、成分ガス検出部の電極間の出力信号を検出する信号検出手段とを具備し、かつ酸素センサ部の中空部内側の電極を、被測定ガス導入路の中空部内側の開口位置の近傍に形成し、成分ガス検出部の中空部内側の電極を、酸素センサ部の中空部内側の電極よりもガス導入路の開口から離れた位置に酸素ポンプ部の中空部内側の電極と畳重するように形成し、かつ成分ガス検出部の中空部内側の電極を窒素酸化物に還元活性を有する電極としたことを特徴とするガス検出装置。
請求項１に記載のガス検出装置において、上記酸素ポンプ部および酸素センサ部の上記中空部内側の電極を、窒素酸化物に対して不活性な金属で構成したガス検出装置。
請求項１または２いずれか記載のガス検出装置において、被測定ガス側と大気とを隔てる隔離壁に貫通し、先端部が上記被測定ガス側に突出するガス検出体を備え、ガス検出体の内部には、先端部にガス検出体の外部と上記被測定ガス導入路を介して連通する上記中空部を設けるとともに、一端側が中空部の付近まで延び、他端側から基準ガスが導入される基準ガス導入路を設け、上記酸素ポンプ部は、これを中空部内と上記ガス検出体の外部とを隔てる隔壁の一部をなす固体電解質材と、その中空部内側と中空部外側との両面に対向して形成した第１の一対の電極とで構成し、上記酸素センサ部は、これを中空部内と基準ガス導入路とを隔てる隔壁の一部をなす固体電解質材と、その中空部内側と基準ガス導入路側との両面に形成した第２の一対の電極とで構成し、その中空部内側の電極を、酸素ポンプ部の中空部内側の電極よりも小面積とするとともに該電極の中央部と対向する位置に形成し、上記成分ガス検出部は、これを中空部と基準ガス導入路とを隔てる隔壁の一部をなす固体電解質材と、その中空部内側と基準ガス導入路側との両面に形成した第３の一対の電極とで構成し、その中空部内側の電極は中央部に肉抜き部を形成して酸素センサ部の中空部内側の電極を囲むようにかつ酸素ポンプ部の中空部内側の電極と畳重する位置に形成したガス検出装置。