JPH1019843A

JPH1019843A - 可燃物質濃度検出器及び可燃物質濃度の検出方法

Info

Publication number: JPH1019843A
Application number: JP8188571A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kitanoya; 昇治北野谷; Takaharu Inoue; 隆治井上; Takafumi Oshima; 崇文大島; Yumi Kuroki; 由美黒木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】被測定ガス中に含まれる可燃物質の濃度を高
い精度で検出でき、小型で安価な可燃物質濃度検出器を
提供すること。【構成】本発明の可燃物質濃度検出器は、薄板状の固
体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第１酸素ポンピ
ングセル及び酸素濃度測定セルを有する第１空隙部と、
薄板状の固体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第２
酸素ポンピングセルを有する第２空隙部と、第１空隙部
を被測定ガス側に連通する第１拡散通路と、第１空隙部
を第２空隙部に連通する第２拡散通路とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば燃焼器や
内燃機関の排ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）等の可
燃物質の濃度を検出するために使用される可燃物質濃度
検出器及び可燃物質濃度の検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より排ガス中に含まれる炭化水素等
の可燃物質は三元触媒により燃焼除去されている。この
触媒の活性劣化は炭化水素等の濃度から推測することが
できるが、その検知方法として、例えば、ＳＡＥｐａ
ｐｅｒＮｏ．９４２０５７ｐａｇｅ．１〜４４（１９
９４）に示されているように、２本の酸素センサ（ＥＧ
Ｏセンサ）を用いる方法が提案されている。これは、排
ガス浄化用の触媒の上流側（触媒前）と下流側（触媒
後）にそれぞれ酸素センサを取り付け、上流側の酸素セ
ンサの起電力の最大値と最小値との差（△ｍＶ₁）と、
下流側の酸素センサの起電力の最大値と最小値との差
（△ｍＶ₂）とから、これらの比（△ｍＶ₂／△ｍＶ₁）
を求めるものである。この比（△ｍＶ₂／△ｍＶ₁）がゼ
ロに近いほど触媒活性が高く、触媒が劣化してくると比
（△ｍＶ₂／△ｍＶ₁）が急激に大きくなることから、触
媒の劣化度合いを検知するというものである。

【０００３】また、２本の全領域空燃比センサ（ＵＥＧ
Ｏセンサ）を用い、これを触媒の上流側及び下流側にそ
れぞれ取り付け、上流側（触媒前）の空気過剰率λの最
大値と最小値の差（△λ₁）と、下流側（触媒後）の空
気過剰率λの最大値と最小値の差（△λ₂）とをそれぞ
れ求め、これらの比（△λ₂／△λ₁）から触媒の劣化度
合いを検知する方法もある。この比（△λ₂／△λ₁）と
炭化水素の転換率とは、同転換率が４０〜１００％の範
囲において直線関係が得られており、この方法で触媒の
劣化度合いを検知することが開示されている。

【０００４】ここで用いられる全領域空燃比センサ（Ｕ
ＥＧＯセンサ）としては、例えば図１７に示されるよう
な構造のものが知られている。図１７は従来のＵＥＧＯ
センサの先端部の断面図であり、４１は拡散通路、４２
は空隙部、４３は酸素ポンピングセル、４４は酸素濃度
測定セル、４５は加熱ヒータである。酸素ポンピングセ
ル４３及び酸素濃度測定セル４４は、薄板状ジルコニア
からなる固体電解質層の両面に、多孔質白金又は多孔質
ロジウムからなる電極４３−ａ、４３−ｂ、４４−ａ及
び４４−ｂがそれぞれ設けられている。以下、本明細書
では、酸素ポンピングセルや酸素濃度測定セルを合わせ
て酸素セルと呼ぶこともある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法において、
２本の酸素センサ（ＥＧＯセンサ）を使用する方法で
は、酸素貯蔵能力を間接的にモニタリングしているた
め、炭化水素等の濃度を直接的に測定することができ
ず、精度がよくないという問題がある。また、２本の全
領域空燃比センサ（ＵＥＧＯセンサ）を使用する方法で
あっても、炭化水素等の濃度に対するセンサ出力が小さ
いため、高精度な炭化水素等の濃度の検出ができないと
いう問題がある。

【０００６】本発明は、被測定ガス中の炭化水素等の可
燃物質濃度を高精度で検出でき、小型で安価な可燃物質
濃度検出器の提供を目的とする。また、本発明は、被測
定ガス中の可燃物質を実用レベルにおいて高精度で検出
可能な可燃物質濃度の検出方法を提供することを目的と
する。さらに、本発明は、自動車排ガス用三元触媒のモ
ニタリングが精度よく可能な触媒装置のモニタリング方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
可燃物質濃度検出器は、薄板状の酸素イオン導電体より
なる固体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第１酸素
ポンピングセル及び酸素濃度測定セルを有する第１空隙
部と、薄板状の酸素イオン導電体よりなる固体電解質層
を多孔質の電極で挟んでなる第２酸素ポンピングセルを
有する第２空隙部と、第１空隙部を被測定ガス側に連通
する第１拡散通路と、第１空隙部を第２空隙部に連通す
る第２拡散通路とを備えてなることを特徴とする。

【０００８】本発明の請求項２に係る可燃物質濃度検出
器は、薄板状の酸素イオン導電体よりなる固体電解質層
を多孔質の電極で挟んでなる第１酸素ポンピングセル及
び酸素濃度測定セルを有する第１空隙部と、薄板状の酸
素イオン導電体よりなる固体電解質層を多孔質の電極で
挟んでなる第２酸素ポンピングセルを有する第２空隙部
と、第１空隙部を被測定ガス側に連通する第１拡散通路
と、第１空隙部を第２空隙部に連通する第２拡散通路と
を備える固体電解質層が積層されてなる可燃物質濃度検
出器であって、第１酸素ポンピングセル、酸素濃度測定
セル及び第２酸素ポンピングセルがいずれも互いに異な
る固体電解質層に設けられていることを特徴とする。

【０００９】

【発明実施の形態】前記酸素イオン導電体としてはジル
コニアセラミックスからなる固体電解質が好ましい。ジ
ルコニアセラミックスとしては、ジルコニアとイットリ
アの固溶体やジルコニアとカルシアの固溶体が代表的な
ものであるが、他にハフニアの固溶体、ペロブスカイト
型酸化物固溶体、３価金属酸化物固溶体等も使用でき
る。固体電解質の表面に設ける多孔質の電極としては、
触媒機能を有する白金やロジウムあるいはその合金を使
用するのが好ましい。その形成方法は、たとえば白金粉
末に固体電解質と同じ材料の粉末を混合したものをペー
スト状とし、固体電解質層上にスクリーン印刷し、次い
で焼結する厚膜形成方法や溶射による皮膜形成方法があ
る。また、拡散通路には、細い貫通孔を有するセラミッ
クスや通気性のある多孔質セラミックスを使用するのが
好ましい。

【００１０】本発明の請求項２に係る可燃物質濃度検出
器においては、特に、第１酸素ポンピングセル、酸素濃
度測定セル及び第２酸素ポンピングセルがいずれも互い
に異なる固体電解質層に設けられていることを特徴とす
る。この特徴によって本発明の可燃物質濃度検出器で
は、酸素濃度測定セルと第２酸素ポンピングセルの電極
間に生じる電流リークが顕著に減少し、第１空隙部内の
酸素濃度の測定精度が向上して第１空隙部内の酸素濃度
を精度よく制御することができる。これによって第１空
隙部内の酸素濃度を可燃物質の燃焼分解に必要な酸素濃
度レベルに安定して制御できるので、微量である排ガス
中の可燃物質濃度の検出精度が顕著に向上する。本発明
による上述の構造を有する可燃物質濃度検出器は、セラ
ミックス多層基板の製造技術をセラミック固体電解質材
料に適用することによって、小型の可燃物質濃度検出器
を生産性よく安価に製造でき、かつ提供できる。

【００１１】また、本発明の好ましい可燃物質濃度検出
器（単に検出器という場合もある。）では、固体電解質
層の間に設けられた絶縁膜又は絶縁層によって、酸素濃
度測定セルの電極が第１酸素ポンピングセル及び第２酸
素ポンピングセルの電極と電気的に絶縁されている。同
じ層の固体電解質に２つ以上の酸素濃度セルが設けられ
ている可燃物質濃度検出器の場合に比べて電極間の完全
な絶縁が可能であり、固体電解質層の間に設けた絶縁膜
又は絶縁層によって電極相互間の電流リークを完全に防
止することができる。上記絶縁膜又は絶縁層としてはセ
ラミックスであることが好ましく、高純度アルミナから
なることは特に好ましい。高純度アルミナは高温下での
絶縁性が良好であり、またジルコニアの固体電解質層と
の同時焼成も可能であり、さらに原料の入手も容易であ
る。

【００１２】このような構成とした可燃物質濃度検出器
では、酸素濃度測定セルの測定精度が向上し、第１空隙
部の酸素濃度を精度よく制御できるので、可燃物質濃度
の検出精度がさらに向上し、低濃度の可燃物質濃度も精
度よく検出できる。絶縁膜はすべての固体電解質層の間
に設けてもよいが、絶縁を必要とする固体電解質層の間
にだけ設けてもよい。また、絶縁膜を設ける代わりに、
酸素セルを設けない固体電解質層をアルミナなどからな
る絶縁層で置き換えてもよい。

【００１３】本発明の他の好ましい可燃物質濃度検出器
では、第２空隙部が多孔質材料で充填されている。たと
えば、第２拡散通路と第２空隙部に同じ多孔質材料が充
填されており、これによって第２空隙部の有効容積が顕
著に小さくなる。第２空隙部の有効容積が小さくなれ
ば、可燃物質検出器が可燃物質を検知する応答性が顕著
に向上する。この第２空隙部の容積は、０．１ｍｍ³以
下、あるいは第１空隙部の容積の５０％以下とするのが
好ましい。

【００１４】本発明の他の好ましい可燃物質濃度検出器
では、第１酸素ポンピングセルの第１空隙部側に設けた
多孔質の電極が白金、ロジウム、パラジウム、イリジウ
ム、レニウムから選ばれるいずれかの金属又はその合金
からなり、他の電極が白金又は白金合金からなるものが
好ましい。特にロジウムを含む多孔質の電極には可燃物
質を燃焼分解する触媒機能があるので、検出器のセンサ
部の温度をそれほど高くしなくても第１空隙部中の可燃
物質を完全に燃焼分解でき、低濃度の可燃物質を第１酸
素ポンピングセルの電流値として検出できる。

【００１５】また、上記の多孔質の電極は、Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ａ
ｌ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎから選ばれる少なくとも１
種を含有するものであってもよい。なお、第２空隙部に
設けた多孔質の電極は特に限定されないが、好ましく
は、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、レニウ
ムから選ばれるいずれかの金属又はその合金、さらには
これらとＡｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，
Ｃｕ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎから選ばれ
る少なくとも１種とを含有するものの中から選択して用
いることができる。

【００１６】本発明の他の好ましい可燃物質濃度検出器
では、可燃物質濃度検出器を固体電解質層に垂直な方向
に投影したとき、第１空隙部と第２空隙部とが互いに概
ね重なり合う位置にあり、第１空隙部と第２空隙部の間
の固体電解質層を貫通して固体電解質層に垂直な方向に
伸びる第２拡散通路によって第１空隙部と第２空隙部と
が連通されている。

【００１７】この構成の可燃物質濃度検出器では、例え
ば被測定ガスである排ガスが流れる管の管壁に設けた穴
から棒状に形成されたセンサ部を管内に挿入するとき、
センサ部の各酸素セルの管壁からの距離がほぼ等しくな
るので、熱伝導などによって検出器の長手方向に温度勾
配があっても、各酸素セル間に温度差が生じないので検
出値に誤差がもたらされないという利点がある。また、
検出器の第１空隙部内の可燃物質を燃焼分解できるよう
に、検出器をある程度の高温に保持する必要がある。こ
のとき、空隙部が互いに重なり合っているセンサ部構成
を採用することによって、温度保持のために付設する面
状の発熱部を有する加熱ヒータの発熱部を小さくでき、
各酸素セルの管壁からの距離が等しくなるので、管内の
温度分布や検出器を通しての熱伝導による温度差に影響
されにくく、検出器の各酸素セルの温度を一定温度に制
御しやすい。

【００１８】本発明の他の好ましい可燃物質濃度検出器
では、積層された固体電解質層に面状の発熱部を有する
加熱ヒータを設けた層が積層され、可燃物質濃度検出器
を固体電解質層に垂直な方向に投影したとき、第１空隙
部、第２空隙部及び面状の発熱部が互いに概ね重なり合
う位置にある。加熱ヒータは、酸素濃度測定セルの温度
を一定値に保持し、第１空隙部の温度を高くしやすいよ
うに、互いに概ね重なり合う位置に積層するのが好まし
い。ここで面状の発熱部というのは、ヒータ線が一平面
上に屈曲して設けられているものを含む。なお、加熱ヒ
ータは１枚でも十分であるが、たとえば２枚用いてセン
サ部をその間に配置するサンドイッチ構造にすることも
できる。なお、加熱ヒータと固体電解質層との間に外気
に通じる外気連絡通路を設ければ、各酸素ポンピングセ
ルにより各空隙部から抜き取った酸素ガスを排出した
り、各空隙部に汲み入れる酸素を供給したりすることが
容易にできる。

【００１９】可燃物質濃度検出器に付設する加熱ヒータ
は、通常酸素濃度測定セルの部分の温度を７００℃〜８
５０℃に保持できるものが好ましい。この条件を充たす
加熱ヒータとしては、加熱ヒータの発熱部をセラミック
スと白金又は白金合金の複合材料とし、加熱ヒータのリ
ード部を白金又は白金合金としたものを使用するのが好
ましい。また、加熱ヒータのリード部の常温抵抗値を加
熱ヒータ全体の常温抵抗値の３０％以下とするのが好ま
しい。リード部の抵抗値を小さくすれば、検出器を加熱
するための電気エネルギのロスを少なくできる。

【００２０】なお、第１空隙部と第２空隙部とは、必ず
しも薄板状の固体電解質層の厚さ方向に連結して配置さ
れていなくてもよく、固体電解質層の面方向に並置する
形で配置して、その間を拡散通路で連結する構造のもの
であってもよい。

【００２１】本発明の可燃物質濃度の検出方法は、薄板
状の酸素イオン導電体からなる固体電解質層が多孔質の
電極で挟まれた第１酸素ポンピングセル及び酸素濃度測
定セルを有する第１空隙部と、薄板状の酸素イオン導電
体からなる固体電解質層が多孔質の電極で挟まれた第２
酸素ポンピングセルを有する第２空隙部と、第１空隙部
を被測定ガス側と連通する第１拡散通路と、第１空隙部
を第２空隙部に連通する第２拡散通路とを備えてなる可
燃物質濃度検出器を用い、第１拡散通路を通して第１空
隙部に導入した被測定ガス中の可燃物質を前記多孔質の
電極上で燃焼させ、酸素濃度測定セルで酸素濃度を監視
しつつ第１酸素ポンピングセルにより酸素を導入して第
１空隙部の酸素濃度を制御し、所定の酸素濃度とした被
測定ガスを第２拡散通路を通して第２空隙部に導入し、
第２酸素ポンピングセルに一定電圧を印加して第２空隙
部内の酸素を抜き取り、このとき第１酸素ポンピングセ
ルに流れるポンプ電流Ｉｐ₁または第２酸素ポンピング
セルに流れるポンプ電流Ｉｐ₂に基いて被測定ガス中の
可燃物質濃度を検出することを特徴とする。

【００２２】すなわち、前述の可燃物質濃度検出器を使
用した可燃物質濃度の検出方法である。まず、一定の酸
素分圧に制御された第１空隙部中に第１拡散通路を通し
て被測定ガスが導入される。ここで被測定ガス中の可燃
物質（一酸化炭素や炭化水素等）が触媒機能を有する多
孔質の電極と接して燃焼分解されると、電極近傍の酸素
濃度が低下するため、その低下分を補うよう第１酸素ポ
ンピングセルにより外部から酸素を第１空隙部に汲み込
む。汲み込まれた酸素を含む被測定ガスを第２拡散通路
を通して第２空隙部に導入し、第２空隙部に設けた第２
酸素ポンピングセルに一定電圧、例えば４５０ｍＶを印
加して第２空隙部内に導入した被測定ガス中の酸素を汲
み出す。

【００２３】このときの第１酸素ポンピングセルに流れ
る電流値または第２酸素ポンピングセルに流れる電流値
のいずれかを演算処理することにより、被測定ガス中の
可燃物質濃度が求められる。２つの酸素ポンピングセル
に流れる電流（ポンプ電流ともいう）の大きさは、いず
れも可燃物質の濃度に対応したものとなるので、どちら
の電流値を用いてもよい。ただし、第２酸素ポンピング
セルのポンプ電流の方が、ポンピング効果により増幅さ
れて出力されるため、ノイズの影響を受け難く、より高
い精度で可燃物質濃度を検出することができる点で好ま
しい。

【００２４】なお、第１空隙部中の酸素分圧は、窒素酸
化物（ＮＯｘ）の影響を低減するため、ＮＯｘが分解さ
れる程度の低酸素濃度に一定に制御する必要がある。そ
のためには、酸素濃度測定セルの起電力が一定値（例え
ば２００ｍＶ〜４５０ｍＶ）となるように第１酸素ポン
ピングセルを制御すればよい。このとき、酸素濃度測定
セルの起電力が２００ｍＶの場合の酸素分圧は１０^-4ａ
ｔｍ、４５０ｍＶの場合の酸素分圧は１０^-9ａｔｍとな
る。

【００２５】第２酸素ポンピングセルに印加する電圧
は、第２空隙部の温度や第２空隙部内に触媒機能物質が
存在する場合にはその種類、第２酸素ポンピングセルの
電極の種類などによって変化するが、ＣＯ₂やＨ₂Ｏが分
解しない電圧、たとえば温度が７００℃で電極が多孔質
ロジウム（Ｒｈ）であるとき、安定して酸素のみを汲み
出すことができるように３００〜８００ｍＶとするのが
好ましい。

【００２６】本発明の可燃物質濃度の検出方法は、従来
の検出方法と比べて酸素濃度測定セルの電極と他の酸素
セルの電極と間の電流リークが僅かであることによっ
て、好ましくは絶縁膜又は絶縁層で電極間が絶縁されて
いて電極間で電流リークがないことによって、酸素濃度
測定セルの測定精度が高い。酸素濃度測定セルの測定精
度が高いことによって、第１空隙部内の当初の酸素濃度
を可燃物質が燃焼分解しない一定の低濃度に精度よく制
御でき、第１酸素ポンピングセルにより外部から汲み込
まれた酸素を含む被測定ガスを第２拡散通路から第２空
隙部に送って被測定ガス中の酸素を第２酸素ポンピング
セルで汲み出すことにより、第１酸素ポンピングセルま
たは第２酸素ポンピングセルに流れる電流値から可燃物
質の燃焼分解に使われた酸素量を介して可燃物質濃度を
精度よく検出できる。この検出方法で得られる検出値
は、被測定ガス中の酸素を除く介在ガスの濃度によって
変動しない。また、被測定ガス中の酸素濃度による変動
はあまり大きくない。

【００２７】本発明の他の好ましい可燃物質濃度の検出
方法は、被測定ガス中の酸素濃度が可燃物質濃度の検出
値に及ぼす影響を、あらかじめ酸素濃度と可燃物質濃度
が異なり、かつ既知である標準ガスを用いて測定したデ
ータに基いて補正する。これによって被測定ガス中に含
まれる酸素濃度による検出値の変動を補正することがで
き、可燃物質濃度の検出精度を一層向上させることがで
きる。

【００２８】本発明の他の好ましい可燃物質濃度の検出
方法は、前記データが、前記標準ガスを用いて酸素濃度
測定セルで第１空隙部内の酸素濃度を監視しつつ第１酸
素ポンピングセルで第１空隙部内の酸素濃度を可燃物質
が燃焼分解されない程度の低濃度に一定に保つときの被
測定ガス中の酸素濃度（％）と第１酸素ポンピングセル
のポンプ電流Ｉｐ₁（μＡ）との関係、可燃物質濃度が
ゼロのときの酸素濃度（％）と第２空隙部から酸素を汲
み出す第２酸素ポンピングセルのポンプ電流Ｉｐ₂ ^O（μ
Ａ）との関係、及び測定対象とする被測定ガスと同レベ
ルの酸素濃度を有し、異なる可燃物質濃度を有する標準
ガスについて求めた可燃物質濃度（ｐｐｍ）と第２酸素
ポンピングセルのポンプ電流Ｉｐ₂（μＡ）との関係で
ある。このデータは、検出器の仕様やその製造上のばら
つき、たとえば検出器の設定温度、第１拡散通路や第２
拡散通路の通気性とその比、第１空隙部と第２空隙部の
容積とその比などによって変わるので、各検出器につい
てあらかじめ測定データを求めておくことが好ましい。

【００２９】本発明の他の好ましい可燃物質濃度の検出
方法は、被測定ガス中の酸素濃度が変化しても、可燃物
質濃度（ｐｐｍ）とポンプ電流Ｉｐ₂（μＡ）との間に
所定の函数関係（例えば直線関係）があると過程し、あ
らかじめマイクロコンピュータのメモリーに蓄積した前
記データに基きマイクロコンピュータで演算して補正し
た可燃物質濃度を求め、ディスプレイに表示又は記録計
に出力する。検出値の補正演算を検出器に付設したマイ
クロコンピュータによって行なえば、補正された精度の
よい検出値をオンタイムで得ることができ、得られた検
出値を表示あるいは記録できる他、内燃機関などの燃焼
装置の制御部にこの検出値をフィードバックして燃焼装
置の運転状態の制御に使用できる。

【００３０】本発明の自動車排ガス触媒装置のモニタリ
ング方法は、触媒装置の下流側に取り付けられた前記請
求項１〜１５のいずれかに記載の可燃物質濃度検出器
と、前記触媒装置の上流側に取り付けた酸素濃度検出器
とを備え、前記可燃物質濃度検出器により検出される可
燃物質濃度と前記酸素濃度検出器により検出される酸素
濃度とから前記触媒装置の酸素貯蔵能力をモニタリング
することを特徴とする。このモニタリング方法では、従
来の２本のＥＧＯセンサまたはＵＥＧＯセンサを使用す
る方法と異なり、被測定ガス中の可燃物質に対する感度
の高い検出器を使用しており、触媒装置のモニタリング
の精度も高い。

【００３１】なお、本発明の可燃物質濃度検出器は、第
２酸素ポンピングセルの動作を停止させれば、通常の全
領域空燃比センサ（ＵＥＧＯセンサ）としても使用する
ことができる。従って、測定するタイミングをずらすこ
とにより、空燃比（Ａ／Ｆ）または酸素濃度と可燃物質
濃度の両者を一つの検出器で測定することも可能であ
る。この場合、そのようにして測定した酸素濃度に基づ
いて演算処理により酸素濃度補正を行ない、より正確な
可燃物質濃度を測定することもできる。

【００３２】さらに、第１酸素ポンピングセルの動作を
一時的に変更して、第１空隙部内の酸素を外部へ汲み出
すように作動させることにより、上記の空燃比、可燃物
質濃度とともに、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度も併せて
測定することが可能である。さらに、各酸素ポンピング
セルの動作設定条件を変えることにより、排ガス中に含
まれるＣＯ₂やＨ₂Ｏの濃度も測定することができる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明を実施例の図面に基いて具体的
に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。［実施例１］図１は、本発明の一実施例である可燃物質
濃度検出器の先端部分の縦断面図である。同図におい
て、１は第１拡散通路、２は第１空隙部、３は第２拡散
通路、４は第２空隙部、５−１、５−２、５−３、５−
４、５−５及び５−６は薄板状ジルコニアの固体電解質
層、６は第１酸素ポンピングセル、６−ａ及び６−ｂは
第１酸素ポンピングセルの多孔質電極、７は酸素濃度測
定セル、７−ａ及び７−ｂは酸素濃度測定セルの多孔質
電極、８は第２酸素ポンピングセル、８−ａ及び８−ｂ
は第２酸素ポンピングセルの多孔質電極、９−ａ及び９
−ｂは加熱ヒータである。

【００３４】上下に設けられた加熱ヒータ９−ａ、９−
ｂと第１、第２酸素ポンピングセルとの間には、それぞ
れ外気に連通する通路３１が設けられ、各酸素ポンピン
グセルから抜き取った、もしくは外気から汲み入れる酸
素ガスを供給または排出できるようになっている。加熱
ヒータ９−ａ、９−ｂの基部はセメント等の接着層（図
示省略）で各酸素ポンピングセルの基部に装着される。
なお、酸素濃度測定セル７の第１空隙部に対向する側の
電極は内部基準電極をなし、その多孔質電極と多孔質リ
ード部を介して外気に連通される。

【００３５】図１に示された可燃物質濃度検出器では、
酸素濃度測定セル７と第２酸素ポンピングセル８が異な
る固体電解質層５−３及び５−６にそれぞれ設けられて
いる。本実施例の可燃物質濃度検出器では、酸素セルが
いずれも異なる固体電解質層に設けられているので、各
酸素セルの電極間の電流リークが僅かとなり、酸素濃度
測定セル７によって測定される酸素濃度の精度が高い。
この酸素濃度測定セル７で第１空隙部２中の酸素濃度を
監視しつつ第１空隙部２から第１酸素ポンピングセル６
で酸素を抜き取り、第１空隙部２内の酸素濃度を可燃物
質が燃焼分解しない程度の低い酸素濃度、たとえば１０
^-4〜１０^-9ａｔｍに制御する。本実施例では多孔質電極
７−ａ及び７−ｂ間に発生する起電力を２００ｍＶ〜４
５０ｍＶの範囲内の一定の値となるように制御してい
る。

【００３６】次いで酸素濃度の低いこの被測定ガス中に
含まれる可燃物質が触媒機能を有する電極上で燃焼され
るが、その際に第１空隙部２内に僅かに存在する酸素が
消費される。この第１空隙部２内の酸素濃度の変化が酸
素濃度測定セル７で検知され、これを所定の酸素濃度に
維持すべく第１酸素ポンピングセル６により外部より酸
素が汲み入れられる。また、第１空隙部２内の被測定ガ
スは、第２拡散通路３を介して第２空隙部４に送られ、
ここで第２酸素ポンピングセル８により酸素のほとんど
を外部に汲み出す。本実施例では、第２酸素ポンプセル
の多孔質電極８−ａ及び８−ｂ間に４５０ｍＶの定電圧
が印加されている。この印加電圧を微妙に調節すること
によって、可燃物質濃度検出器個体間の出力のばらつき
を調節することができる。

【００３７】第２酸素ポンピングセルによって汲み出さ
れる酸素量は、可燃物質の燃焼反応で消費された酸素
量、すなわち、第１酸素ポンピングセル６により汲み入
れられた酸素量に相当するものとなっている。従って、
第２酸素ポンピングセル８により汲み出される酸素量
は、同セルを流れる電流値から測定することができ、求
めた酸素量から被測定ガス中に含まれていた可燃物質の
濃度を算出することができる。

【００３８】この可燃物質濃度の測定方法では、被測定
ガスと第１酸素ポンピングセル６と第２酸素ポンピング
セル８の温度、第１拡散通路１及び第２拡散通路３のガ
ス拡散抵抗、第１空隙部２の設定酸素濃度、第２酸素ポ
ンピングセル３の設定電圧などによって第２酸素ポンピ
ングセル８に流れる電流値が変化するので、あらかじめ
ガス濃度が既知の標準ガスを用いて較正しておく。この
可燃物質濃度検出器の寸法は、たとえば高さ（固定電解
質層に垂直な方向）が１．７ｍｍ、幅３．５ｍｍ、長さ
７ｍｍである。

【００３９】［実施例２］図２は、実施例２に係る可燃
物質濃度検出器の平面図である。この検出器の寸法は、
高さ（固体電解質層に垂直な方向）１．５ｍｍ、幅３．
５ｍｍ、長さ５ｍｍである。また、図３は図２における
Ｂ−Ｂ’縦断面図である。第１拡散通路１は、検出器の
先端側でなく検出器の両側にあり、第１空隙部２と第２
空隙部４が上下方向に互いに概ね重なり合って配置され
ている。実施例１と異なる点は、固体電解質層５−１、
５−２、５−３、５−４、５−５及び５−６の各相互間
にそれぞれ絶縁膜１１−１、１１−２、１１−３、１１
−４及び１１−５が配置されており、各酸素セルの電極
は互いに絶縁されている点である。なお、図２では、実
施例１と同じ機能を有する部分には同じ符号を付して説
明を省略した（以下同じ）。

【００４０】この実施例２では、厚さ２０〜３０μｍの
高純度アルミナの絶縁膜１１−１、１１−２、１１−
３、１１−４及び１１−５が固体電解質層の間に配置さ
れていることによって酸素濃度測定セル７の電極７−
ａ、７−ｂと、第１酸素ポンピングセル６及び第２酸素
ポンピングセル８の電極６−ａ、６−ｂ及び８−ａ、８
−ｂとの間のリーク電流を完全に防止している。そのた
め、酸素濃度測定セル７の測定精度が高く、第１空隙部
２内の酸素を一定の低濃度に安定して保持でき、可燃物
質濃度が低い場合であっても高い検出精度で可燃物質の
濃度を得ることができる。なお、第２空隙部４には多孔
質材料を充填してもよい。

【００４１】図３にはさらに、第１酸素ポンピングセル
６の電源部１５と電流計１６、酸素濃度測定セル７のポ
テンショメータ１７、第２酸素ポンピングセル８の電源
部１９と電流計１８及び記録計２１を備えたマイクロコ
ンピュータ２０が付設されている。この検出器の酸素濃
度測定セル７の基準酸素濃度は、電極７−ｂとそのリー
ド線が多孔質であることによって外部の空気に所定の拡
散抵抗を介して連通されている。また、酸素濃度測定セ
ル７に一定の微小電流を流す構成にすれば、電極７−ｂ
を自己生成基準極として使用できる。この自己生成基準
極の利点は基準とする酸素濃度が空気中の酸素濃度の変
化に影響されにくいことである。

【００４２】［実施例３］図４は、本発明の可燃物質濃
度検出器を製造するときのレイアウトの一例を示す斜視
図である。この場合、酸素濃度測定セル７も微少な一定
電流を流せば電極７−ｂを自己生成基準極として使用可
能である。

【００４３】図５は図２や図４の可燃物質濃度検出器に
積層して使用する加熱ヒータであり、この加熱ヒータ２
４は固体電解質層５−７上にスクリーン印刷されたアル
ミナと白金の複合材料からなる発熱部２２と、白金のリ
ード線２３からなる。この加熱ヒータは、たとえば図２
に示された検出器の下方に積層され、一体化される。こ
の発熱部２２は第１空隙部２及び第２空隙部４と固体電
解質層に垂直方向に投影したとき互いに概ね重なり合っ
ている。この例では、加熱ヒータ２４は高純度アルミナ
の絶縁膜１１−６に挟まれており、第２酸素ポンピング
セルの電極とは絶縁されている。

【００４４】［試験例１］実施例１の可燃物質濃度検出
器（図１の構成のもの）を使用し、モデルガス中での各
種可燃物質に対する応答性を調べた結果について以下に
説明する。ＣＯ₂を１０％、Ｏ₂を５０ｐｐｍ含むＮ₂ガ
スを基準ガスとして用い、これにＣＨ₄、Ｃ₃Ｈ₆、Ｃ
Ｏ、ＮＯの各濃度を０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの間で変化
させたものをモデルガスとして用意した。加熱ヒータを
作動させて検出器の温度を７００℃とし、酸素濃度測定
セルの起電力Ｖｓを４５０ｍＶ、第２酸素ポンピングセ
ルの印加電圧を４５０ｍＶにそれぞれ設定した状態で、
上記モデルガスを毎分１２リットルの流量で流しながら
第２ポンピングセルに流れるポンプ電流を測定した。図
６は、第２酸素ポンピングセルに流れるポンプ電流Ｉｐ
₂（μＡ）と被測定ガス中の上記各可燃物質の濃度（ｐ
ｐｍ）との関係を示すグラフである。なお、比較例とし
て、従来のＵＥＧＯセンサによる出力結果を図７に示し
た。

【００４５】炭化水素であるＣＨ₄、Ｃ₃Ｈ₆に対して
は、濃度の増加に対して第２酸素ポンピングセルのポン
プ電流が増加する傾向を示した。ＣＨ₄とＣ₃Ｈ₆とを比
較すると、分子量の小さいＣＨ₄に対する出力の方が大
きい。被測定ガス中のＣＯ、ＮＯに対してはほとんどポ
ンプ電流値に変化は見られず、これらのガスが混在して
いても可燃物質の濃度測定には影響しないことが確認さ
れた。特にＮＯガスの影響はほとんど受けていないもの
であった。一方、ＵＥＧＯセンサの場合は、ＣＨ₄やＣ₃
Ｈ₆の濃度に対するポンプ電流の変化が極めて少なく、
本実施例の検出器に比べて感度の低いことが確かめられ
た。

【００４６】［試験例２］実施例１の可燃物質濃度検出
器（図１の構成のもの）を使用し、第２酸素ポンピング
セルへの印加電圧の影響を調べた結果について以下に説
明する。基準ガスは前述の試験例１と同じものを用い、
これにＣＨ₄の濃度を０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの間で変
化させたものをモデルガスとして用意した。加熱ヒータ
を作動させて検出器の温度を７００℃とし、酸素濃度測
定セルの起電力Ｖｓを４５０ｍＶに設定した状態で上記
モデルガスを毎分１２リットルの流量で流し、第２酸素
ポンピングセルの印加電圧を２５０ｍＶ、４５０ｍＶ、
６５０ｍＶにそれぞれ変化させた場合における第２酸素
ポンピングセルに流れるポンプ電流を測定した。

【００４７】図８は、第２酸素ポンピングセルに流れる
ポンプ電流Ｉｐ₂（μＡ）と被測定ガス中のＣＨ₄の濃度
（ｐｐｍ）との関係を示すグラフである。印加電圧を増
加させるとＣＨ₄に対する感度が上昇する。この現象を
利用すると、検出器個体間の感度のばらつきを第２酸素
ポンピングセルへの印加電圧によって調整することがで
きる。

【００４８】［試験例３］実施例１の可燃物質濃度検出
器（図１の構成のもの）を使用し、第１酸素ポンピング
セル及び第２酸素ポンピングセルのそれぞれのポンプ電
流値を比較した結果について以下に説明する。図９は、
前述の試験例１と同じ条件のもとで可燃物質濃度を測定
した場合の、各ポンプ電流値Ｉｐ₁とＩｐ₂との相関関係
を示したものである。両者は非常によい相関性を示して
おり、いずれのポンプ電流値を用いても可燃物質濃度が
検出可能であることがわかる。

【００４９】［試験例４］実施例１の可燃物質濃度検出
器（図１の構成のもの）を使用し、第２酸素ポンピング
セルのポンプ電流値に及ぼす酸素濃度の影響を調べた結
果について以下に説明する。図１０は、基準ガスの酸素
濃度以外は前述の試験例１と同じ条件で種々の濃度の可
燃物質（ＣＨ₄）に対するポンプ電流値Ｉｐ₂を測定し、
基準ガス中の酸素濃度による変化をプロットしたもので
ある。本試験条件のもとでは、酸素濃度が高くなるほど
低濃度のＣＨ₄に対する応答性が低下し、酸素濃度が５
００ｐｐｍより高くなると、３００ｐｐｍ以下のＣＨ₄
に対する感度が得られなくなることが確認された。すな
わち、可燃物質濃度の検出においては、第１空隙部内の
酸素濃度の制御が重要であるが、本発明の検出器を用い
て検出することにより、高精度に可燃物質の濃度が測定
できることがわかった。

【００５０】［試験例５］本発明の可燃物質濃度検出器
を使用し、実際のガソリン内燃機関の排気系に取り付け
て評価を行なった結果について説明する。図１１は実機
での評価システムの構成を示す模式図である。実施例１
の可燃物質濃度検出器を、ガソリン内燃機関（エンジ
ン）の排ガス管の触媒下流側に設けた穴から挿入し、固
定した。エンジンの運転条件は、排気量：１．５リット
ル、車速：６０ｋｍ／ｈ（２速ギヤ）、エンジン回転
数：３５００ｒｐｍ、空燃比（Ａ／Ｆ）：１４．６、排
ガス温度：５００℃で行なった。この運転条件を一定に
保ったまま、マスフローコントローラよりＣＨ₄または
Ｃ₃Ｈ₆を所定の濃度となるように添加した。また、第２
酸素ポンピングセルのポンプ電流を電圧に変換して出力
するために、図１２に示すような回路を使用した。

【００５１】図１３は、上記の評価システムを用いて、
ＣＨ₄を添加した場合の検出器の出力を示したものであ
る。ＣＨ₄の濃度を４４．４ｐｐｍ、２２９ｐｐｍ、４
１１ｐｐｍ、５９２ｐｐｍと変化させると、検出器の出
力（ポンプ電流Ｉｐ₂）も、平均値で、１５．７μＡ、
２３．７μＡ、７１．５μＡ、１７０．０μＡと変化
し、実機においても十分に応答性を有することが確かめ
られた。また、この検出器のポンプ電流の出力の平均値
と可燃物質の濃度との関係をプロットしたものを図１４
に示す。ＣＨ₄及びＣ₃Ｈ₆のいずれも濃度の増加に対し
て出力の平均値が増加しており、ＣＨ₄に対する出力の
方がＣ₃Ｈ₆に対する出力よりも大きい。

【００５２】また、この検出器では、検出器を固体電解
質層に垂直な方向に投影したとき、第１空隙部、第２空
隙部及び発熱部が互いに概ね重なり合う位置にあるの
で、排ガス管の壁に設けた穴から検出器の測定部を排ガ
ス管内に挿入して排ガス管内を流れる被測定ガス中の可
燃物質濃度を検出するとき、第１空隙部、第２空隙部及
び酸素濃度測定セルが排ガス管の壁からほぼ等距離にあ
り、排ガス管内の温度分布に起因する温度差がほとんど
発生しないことが分かった。

【００５３】さらに、第１空隙部が細長くない形状とさ
れているので、第１空隙部内における温度差が小さく、
第１空隙部内の酸素濃度を高精度に制御できた。これに
よって所定の低酸素濃度になった状態の被測定ガス中の
可燃物質を、第１酸素ポンピングセルにより酸素を汲み
入れながら燃焼させ、その汲み入れられた酸素量に相当
する量の酸素が第２空隙部より第２酸素ポンピングセル
で汲み出されることとなり、可燃物質濃度を高精度に検
出することができた。また、加熱ヒータの面状の発熱部
が第１空隙部、第２空隙部及び酸素濃度測定セルと投影
図上で重なり合う位置にあるので、検出器のセンサー部
の加熱が容易であり、センサー部の温度を所定値に保持
するのに要する加熱ヒータの消費電力量を節減できるこ
とが分かった。

【００５４】また、実施例２の図３に示したように、記
録計等を備えるマイクロコンピュータに検出器を接続
し、センサー部の酸素濃度や温度等の測定や制御を行な
うと同時に、出力された第１酸素ポンピングセルのポン
プ電流Ｉｐ₁と第２酸素ポンピングセルのポンプ電流Ｉ
ｐ₂の値から、あらかじめ標準ガスについて求めたデー
タに基き補正計算をマイクロコンピュータに実行させれ
ば、補正された精度の高い可燃物質濃度の検出値がオン
タイムで得られ、マイクロコンピュータを内燃機関の制
御計と接続すれば内燃機関の運転制御に即使用できるこ
とが分かった。

【００５５】［実施例４］本発明の自動車排ガス触媒装
置のモニタリング方法について説明する。図１５は新し
い三元触媒の場合の、図１６はある期間使用して劣化し
た三元触媒の場合のモニタリングのメカニズムを示した
ものである。酸素センサの出力が大きい場合（すなわ
ち、リッチ域の場合）の可燃物質濃度検出器のポンプ電
流も大きくなり、排ガス中の可燃物質濃度に対応してい
る。触媒が劣化してくると、新品の場合に比べて可燃物
質濃度検出器の出力が大きくなり、触媒装置の劣化の度
合いに対応する。

【００５６】一方、酸素センサの出力が小さい場合（す
なわち、リーン域の場合）の可燃物質濃度検出器のポン
プ電流は、触媒が新しい時はほとんどゼロである。しか
し、劣化してくると、酸素貯蔵能力の低下による酸素の
増加並びに増加した窒素酸化物（ＮＯ）が第１空隙部内
で分解されて生じる酸素の増加のために、第１空隙部内
の酸素濃度が高まる。そして、第１酸素ポンピングセル
がこの酸素を汲み出すために作動するのにともない、第
２拡散通路を介して通じている第２空隙部の第２酸素ポ
ンピングセルでは酸素を汲み入れる方向にポンプ電流が
流れる。すなわち、ポンプ電流Ｉｐ₂はマイナス電流と
して出力される。従って、以上のように酸素センサの出
力と可燃物質濃度検出器の出力とを対応させることによ
り、触媒装置の劣化度合いをモニタリングすることがで
きる。

【００５７】

【発明の効果】本発明の可燃物質濃度検出器を使用すれ
ば、可燃物質を燃焼分解させる第１空隙部内の酸素濃度
を高精度に制御できるため、被測定ガス中の可燃物質の
濃度が低いときにも、可燃物質濃度を精度よく実用的レ
ベルにおいて安定して検出できる。特に、酸素濃度測定
セルと酸素ポンピングセルが異なる固体電解質層に設け
られている構造とした場合には、酸素濃度測定セルの電
極と酸素ポンピングセルの電極との間に流れるリーク電
流が僅か又は電極間が絶縁されていることによってリー
ク電流が全く流れないので酸素濃度の測定精度が高ま
り、第１空隙部中の酸素濃度を一層精度よく制御でき
る。これによって、被測定ガス中の可燃物質の濃度が低
い場合であっても、可燃物質濃度を精度よく実用的レベ
ルにおいて安定して検出できる。

【００５８】特に、実施例２の可燃物質濃度検出器で
は、酸素濃度測定セルの電極と第２酸素ポンピングセル
の電極との間に電流リークがないので、第１空隙部内の
酸素濃度を精度よく制御でき、これによって第１空隙部
内の酸素濃度を狭い範囲の一定値に制御できる。第１空
隙部内の酸素濃度がばらつくと、ばらつきがそのまま可
燃物質濃度の検出値に影響し、第１空隙部内の酸素濃度
の変動量が即誤差となる。たとえば、第１空隙部内の酸
素濃度が１ｐｐｍ変動したとすると、数ｐｐｍ程度の可
燃物質濃度を検出するときの誤差としては影響が大き
い。実施例２の可燃物質濃度検出器では、第１空隙部内
の酸素濃度のばらつきを±０．０１ｐｐｍ程度以内に制
御できる。また、第２空隙部が多孔質材料で充填されて
いれば、第２空隙部の有効容積が小さく、第２酸素ポン
ピングセルのポンプ電流Ｉｐ₂が短時間で平衡値に到達
する。したがって、可燃物質濃度を検出するときの応答
時間が短縮される。

【００５９】また、本発明の可燃物質濃度の検出方法に
よれば、被測定ガス中に含まれる酸素濃度による可燃物
質濃度の検出値に対する影響を補正して除くことがで
き、さらに精度の高い検出値を安定して得ることができ
る。また、マイクロコンピュータを可燃物質濃度検出器
に付設しておくことによって、補正された可燃物質濃度
の検出値をオンタイムで得ることができ、内燃機関など
の燃焼機の制御系への接続が容易となる。また、本発明
の自動車排ガス触媒装置のモニタリング方法によれば、
従来の２本のＥＧＯセンサまたはＵＥＧＯセンサを使用
する方法に比べて精度の高いモニタリングが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可燃物質濃度検出器の一例を示す先
端部の断面図。

【図２】本発明の可燃物質濃度検出器の他の一例を示
す平面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ’拡大縦断面図に制御系の系統
図を付記した図。

【図４】本発明の可燃物質濃度検出器を製造するとき
のレイアウトの斜視図。

【図５】本発明の可燃物質濃度検出器に用いられる加
熱ヒータの平面図。

【図６】第２酸素ポンピングセルに流れるポンプ電流
Ｉｐ₂と可燃物質濃度との関係を示すグラフ。

【図７】比較例であるＵＥＧＯセンサのポンプ電流と
可燃物質濃度との関係を示すグラフ。

【図８】第２酸素ポンピングセルのポンプ電流Ｉｐ₂
に対する印加電圧の影響を示すグラフ。

【図９】ポンプ電流Ｉｐ₁とＩｐ₂との相関関係を示す
グラフ。

【図１０】酸素濃度とポンプ電流Ｉｐ₂との関係を示
すグラフ。

【図１１】実機での評価システムの構成を示す模式
図。

【図１２】ポンプ電流を電圧に変換して出力するため
の回路図。

【図１３】実機評価における検出器の出力例を説明す
るための図。

【図１４】実機評価における検出器のポンプ電流と可
燃物質濃度との関係を示すグラフ。

【図１５】新しい触媒をモニタリングする場合の検出
器の作動状態を説明するための図。

【図１６】劣化した触媒をモニタリングする場合の検
出器の作動状態を説明するための図。

【図１７】従来のＵＥＧＯセンサの先端部の断面図。

【符号の説明】

１：第１拡散通路２：第１空隙部３：第２拡散通路４：第２空隙部５−１，５−２，‥‥，５−７：固体電解質層６：第１酸素ポンピングセル７：酸素濃度測定セル８：第２酸素ポンピングセル９−ａ，９−ｂ：加熱ヒータ１１−１，１１−２，‥‥，１１−５：絶縁膜１５：第１酸素ポンピングセルの電源部１６：第１酸素ポンピングセルの電流計１７：ポテンショメータ１８：第２酸素ポンピングセルの電流計１９：第２酸素ポンピングセルの電源部２０：マイクロコンピュータ２１：記録計２２：発熱部２３：白金のリード線２４：加熱ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒木由美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】薄板状の酸素イオン導電体よりなる固体電
解質層を多孔質の電極で挟んでなる第１酸素ポンピング
セル及び酸素濃度測定セルを有する第１空隙部と、薄板
状の酸素イオン導電体よりなる固体電解質層を多孔質の
電極で挟んでなる第２酸素ポンピングセルを有する第２
空隙部と、第１空隙部を被測定ガス側に連通する第１拡
散通路と、第１空隙部を第２空隙部に連通する第２拡散
通路とを備えてなる可燃物質濃度検出器。
【請求項２】薄板状の酸素イオン導電体よりなる固体電
解質層を多孔質の電極で挟んでなる第１酸素ポンピング
セル及び酸素濃度測定セルを有する第１空隙部と、薄板
状の酸素イオン導電体よりなる固体電解質層を多孔質の
電極で挟んでなる第２酸素ポンピングセルを有する第２
空隙部と、第１空隙部を被測定ガス側に連通する第１拡
散通路と、第１空隙部を第２空隙部に連通する第２拡散
通路とを備える固体電解質層が積層されてなる可燃物質
濃度検出器であって、第１酸素ポンピングセル、酸素濃
度測定セル及び第２酸素ポンピングセルがいずれも互い
に異なる固体電解質層に設けられていることを特徴とす
る可燃物質濃度検出器。
【請求項３】前記酸素イオン導電体がジルコニアセラミ
ックスである請求項１または請求項２に記載の可燃物質
濃度検出器。
【請求項４】固体電解質層の間に設けられた絶縁膜又は
絶縁層によって、酸素濃度測定セルの電極が第１酸素ポ
ンピングセル及び第２酸素ポンピングセルの電極と電気
的に絶縁されている請求項１〜３に記載の可燃物質濃度
検出器。
【請求項５】絶縁膜又は絶縁層がセラミックである請求
項４に記載の可燃物質濃度検出器。
【請求項６】絶縁膜又は絶縁層が高純度アルミナである
請求項４または請求項５に記載の可燃物質濃度検出器。
【請求項７】第２空隙部の有効容積が第１空隙部の有効
容積の５０％以下である請求項１〜６のいずれかに記載
の可燃物質濃度検出器。
【請求項８】可燃物質濃度検出器を固体電解質層に垂直
な方向に投影したとき、第１空隙部と第２空隙部とが互
いに概ね重なり合う位置にあり、第１空隙部と第２空隙
部の間の固体電解質層を貫通して固体電解質層に垂直な
方向に伸びる第２拡散通路によって第１空隙部と第２空
隙部とが連通されている請求項１〜７のいずれかに記載
の可燃物質濃度検出器。
【請求項９】第２空隙部が多孔質材料で充填されている
請求項１〜８のいずれかに記載の可燃物質濃度検出器。
【請求項１０】多孔質の電極が白金、ロジウム、パラジ
ウム、イリジウム、レニウムから選ばれるいずれかの金
属又はその合金からなる請求項１〜９のいずれかに記載
の可燃物質濃度検出器。
【請求項１１】第１空隙部に設けた多孔質の電極が、白
金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、レニウムから
選ばれるいずれかの金属又はその合金と、Ａｇ，Ａｕ，
Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｐ
ｂ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎから選ばれる少なくとも１種とを
含有する請求項１〜１０のいずれかに記載の可燃物質濃
度検出器。
【請求項１２】積層された固体電解質層に面状の発熱部
を有する加熱ヒータを設けた層が積層され、可燃物質濃
度検出器を固体電解質層に垂直な方向に投影したとき第
１空隙部、第２空隙部及び面状の発熱部が互いに概ね重
なり合う位置にある請求項８に記載の可燃物質濃度検出
器。
【請求項１３】加熱ヒータを設けた層を複数設け、積層
された固体電解質層を挟むように配設されている請求項
１２に記載の可燃物質濃度検出器。
【請求項１４】加熱ヒータを設けた層と積層された固体
電解質層との間に、第１酸素ポンピングセルの第１空隙
部に対向する側の面または第２酸素ポンピングセルの第
２空隙部に対向する側の面と外気とを連通するための外
気連絡通路が設けられている請求項１２に記載の可燃物
質濃度検出器。
【請求項１５】加熱ヒータの発熱部がセラミックスと白
金又は白金合金の複合材料からなり、加熱ヒータのリー
ド部が白金又は白金合金からなり、加熱ヒータのリード
部の常温抵抗値が加熱ヒータ全体の常温抵抗値の３０％
以下である請求項１２〜１４のいずれかに記載の可燃物
質濃度検出器。
【請求項１６】薄板状の酸素イオン導電体からなる固体
電解質層が多孔質の電極で挟まれた第１酸素ポンピング
セル及び酸素濃度測定セルを有する第１空隙部と、薄板
状の酸素イオン導電体からなる固体電解質層が多孔質の
電極で挟まれた第２酸素ポンピングセルを有する第２空
隙部と、第１空隙部を被測定ガス側と連通する第１拡散
通路と、第１空隙部を第２空隙部に連通する第２拡散通
路とを備えてなる可燃物質濃度検出器を用い、第１拡散
通路を通して第１空隙部に導入した被測定ガス中の可燃
物質を前記多孔質の電極上で燃焼させ、酸素濃度測定セ
ルで酸素濃度を監視しつつ第１酸素ポンピングセルによ
り酸素を導入して第１空隙部の酸素濃度を制御し、所定
の酸素濃度とした被測定ガスを第２拡散通路を通して第
２空隙部に導入し、第２酸素ポンピングセルに一定電圧
を印加して第２空隙部内の酸素を抜き取り、このとき第
１酸素ポンピングセルに流れるポンプ電流Ｉｐ₁または
第２酸素ポンピングセルに流れるポンプ電流Ｉｐ₂に基
いて被測定ガス中の可燃物質濃度を検出することを特徴
とする可燃物質濃度の検出方法。
【請求項１７】被測定ガス中の酸素濃度が可燃物質濃度
の検出値に及ぼす影響を、あらかじめ酸素の濃度と可燃
物質の濃度が異なり、かつ既知である標準ガスを用いて
測定したデータに基いて補正する請求項１６に記載の可
燃物質濃度の検出方法。
【請求項１８】被測定ガス中の酸素濃度が変化しても、
可燃物質濃度とポンプ電流Ｉｐ₁またはＩｐ₂との間に所
定の函数関係があると仮定し、あらかじめマイクロコン
ピュータのメモリーに蓄積したデータに基きマイクロコ
ンピュータで演算して補正した可燃物質濃度を求める請
求項１７に記載の可燃物質濃度の検出方法。
【請求項１９】触媒装置の下流側に取り付けられた前記
請求項１〜１５のいずれかに記載の可燃物質濃度検出器
と、前記触媒装置の上流側に取り付けた酸素濃度検出器
とを備え、前記可燃物質濃度検出器により検出される可
燃物質濃度と前記酸素濃度検出器により検出される酸素
濃度とから前記触媒装置の酸素貯蔵能力をモニタリング
することを特徴とする自動車排ガス触媒装置のモニタリ
ング方法。