(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物イオン導電性を有する第一固体電解質体と、該第一固体電解質体の一方の側面上に配置された第一電極と、前記第一固体電解質体の他方の側面上に配置された第二電極とを有する第一電気化学セルを備えた第一セル部と、
酸化物イオン導電性を有する第二固体電解質体と、該第二固体電解質体の一方の側面上に配置された第三電極と、前記第二固体電解質体の他方の側面上に配置された第四電極とを有する第二電気化学セルを備えた第二セル部と、
酸化物イオン導電性を有する第三固体電解質体と、該第三固体電解質体の一方の側面上に配置された第五電極と、前記第三固体電解質体の他方の側面上に配置された第六電極とを有する第三電気化学セルを備えた第三セル部と、
外部から被測ガスを導入するように配置されると共に通過する被測ガスの拡散律速を行う入口拡散律速体と、前記第一固体電解質体、前記第二固体電解質体、前記第三固体電解質体及び前記入口拡散律速体によって少なくとも部分的に区画形成された被測ガス室と、を備え、
前記被測ガス室は、第一被測ガス室、第二被測ガス室及び第三被測ガス室を有し、これら第一被測ガス室、第二被測ガス室及び第三被測ガス室は前記入口拡散律速体から前記第一被測ガス室、前記第二被測ガス室、前記第三被測ガス室の順に離れるように配置され、
前記第一電極が前記第一被測ガス室内に配置され、前記第三電極が前記第二被測ガス室内に配置され且つ前記第五電極が前記第三被測ガス室内に配置されると共に、前記第二電極、前記第四電極及び前記第六電極が基準ガスに曝されるように配置される、多ガス検出装置であって、
前記第一セル部は前記第一被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯｘ又はアンモニアの濃度を選択的に検出するように構成され、
前記第二セル部は前記第二被測ガス室内の被測ガス中に含まれる酸素を前記第三電極から前記第四電極へ移動させると共に前記第二被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯ2及びアンモニアをＮＯに変換するように構成され、
前記第三セル部は前記第三被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯの濃度を検出するように構成される、多ガス検出装置。
【請求項２】
前記第二セル部は、前記第三電極から前記第四電極へ移動した酸素の移動量に応じて、前記第二被測ガス室内の被測ガスの酸素濃度を検出するように構成される、請求項１に記載の多ガス検出装置。
【請求項３】
前記第一固体電解質体と、前記第二固体電解質体と、前記第三固体電解質体とは、同一の一つの固体電解質体として構成される、請求項１又は２に記載の多ガス検出装置。
【請求項４】
前記第二電極と、前記第四電極と、前記第六電極とは、同一の一つの電極として構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多ガス検出装置。
【請求項５】
前記第一セル部はＮＯｘの濃度を選択的に検出するように構成され、
前記第三セル部は、前記第三被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯの濃度から前記第一セル部によって検出されたＮＯｘの濃度を減算することによって前記被測ガス室内に導入された被測ガス中に含まれるアンモニアの濃度を検出するように構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多ガス検出装置。
【請求項６】
前記第一セル部はアンモニアの濃度を選択的に検出するように構成され、
前記第三セル部は、前記第三被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯの濃度から前記第一セル部によって検出されたアンモニアの濃度を減算することによって前記被測ガス室内に導入された被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を検出するように構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多ガス検出装置。
【請求項７】
前記第三電極は、その表面積が前記第一電極の表面積よりも大きくなるように構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の多ガス検出装置。
【請求項８】
前記第一被測ガス室と前記第二被測ガス室との間には、前記第一被測ガス室から前記第二被測ガス室へ移動する被測ガスの拡散律速を行う第一分割拡散律速体が配置され、
前記第二被測ガス室と前記第三被測ガス室との間には、前記第二被測ガス室から前記第三被測ガス室へ移動する被測ガスの拡散律速を行う第二分割拡散律速体が配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多ガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測ガス中の複数の成分を同時に検出することができる多ガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ選択還元触媒を、内燃機関の排気通路内に設けることが提案されている。ＮＯｘ選択還元触媒は、アンモニアを吸着すると共に、流入する排気ガス中のＮＯｘとアンモニアとを反応させることで、ＮＯｘを還元、浄化している。例えばこのような排気浄化システムにおいては、アンモニアとＮＯｘとが検出可能であることが望ましい。
【０００３】
このため、被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度及びアンモニアの濃度を検出することができる多ガス検出装置が提案されている（例えば、特許文献１）。特に、特許文献１に記載された多ガス検出装置は、被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ部と、被測ガス中に含まれるアンモニアの濃度を検出する二つのアンモニアセンサ部とを備える。これら二つのアンモニアセンサ部は、アンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比が互いに異なるように構成される。特許文献１によれば、このように構成された多ガス検出装置により、被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度とアンモニアの濃度とを検出することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−３４８１４号公報
【特許文献２】国際公開第２００９−１０８７０号
【特許文献３】特開平１０−０３８８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、二つのアンモニアセル部による検出が行われる被測ガスと、ＮＯｘセンサ部及び酸素濃度検出セルによる検出が行われる被測ガスとは異なっている。具体的には、二つのアンモニアセンサ部が多ガス検出装置の素子部の周りを流れている排気ガス（被測ガス）中におけるアンモニア等の濃度を検出しているのに対して、ＮＯｘセンサ部及び酸素濃度検出セルは拡散律速体を介して被測ガス室内に導入された排気ガス（被測ガス）中におけるＮＯｘ等及び酸素の濃度を検出している。このように、アンモニアセンサ部とＮＯｘセンサ部及び酸素濃度検出セルとによって異なる被測ガス中の成分の濃度が検出されると、例えば多ガス検出装置周りを流れる排気ガス中の特定の成分に濃度分布が生じている場合等に、これら成分の濃度を正確に検出することができない。
【０００６】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、被測ガス中の成分の濃度を正確に検出することができる多ガス検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
【０００８】
（１）酸化物イオン導電性を有する第一固体電解質体と、該第一固体電解質体の一方の側面上に配置された第一電極と、前記第一固体電解質体の他方の側面上に配置された第二電極とを有する第一電気化学セルを備えた第一セル部と、酸化物イオン導電性を有する第二固体電解質体と、該第二固体電解質体の一方の側面上に配置された第三電極と、前記第二固体電解質体の他方の側面上に配置された第四電極とを有する第二電気化学セルを備えた第二セル部と、酸化物イオン導電性を有する第三固体電解質体と、該第三固体電解質体の一方の側面上に配置された第五電極と、前記第三固体電解質体の他方の側面上に配置された第六電極とを有する第三電気化学セルを備えた第三セル部と、外部から被測ガスを導入するように配置されると共に通過する被測ガスの拡散律速を行う入口拡散律速体と、前記第一固体電解質体、前記第二固体電解質体、前記第三固体電解質体及び前記入口拡散律速体によって少なくとも部分的に区画形成された被測ガス室と、を備え、前記被測ガス室は、第一被測ガス室、第二被測ガス室及び第三被測ガス室を有し、これら第一被測ガス室、第二被測ガス室及び第三被測ガス室は前記入口拡散律速体から前記第一被測ガス室、前記第二被測ガス室、前記第三被測ガス室の順に離れるように配置され、前記第一電極が前記第一被測ガス室内に配置され、前記第三電極が前記第二被測ガス室内に配置され且つ前記第五電極が前記第三被測ガス室内に配置されると共に、前記第二電極、前記第四電極及び前記第六電極が基準ガスに曝されるように配置される、多ガス検出装置であって、前記第一セル部は前記第一被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯｘ又はアンモニアの濃度を選択的に検出するように構成され、前記第二セル部は前記第二被測ガス室内の被測ガス中に含まれる酸素を前記第三電極から前記第四電極へ移動させると共に前記第二被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯ2及びアンモニアをＮＯに変換するように構成され、前記第三セル部は前記第三被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯの濃度を検出するように構成される、多ガス検出装置。
【０００９】
（２）前記第二セル部は、前記第三電極から前記第四電極へ移動した酸素の流量に応じて、前記第二被測ガス室内の被測ガスの酸素濃度を検出するように構成される、上記（１）に記載の多ガス検出装置。
【００１０】
（３）前記第一固体電解質体と、前記第二固体電解質体と、前記第三固体電解質体とは、同一の一つの固体電解質体として構成される、上記（１）又は（２）に記載の多ガス検出装置。
【００１１】
（４）前記第二電極と、前記第四電極と、前記第六電極とは、同一の一つの電極として構成される、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の多ガス検出装置。
【００１２】
（５）前記第一セル部はＮＯｘの濃度を選択的に検出するように構成され、前記第三セル部は、前記第三被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯの濃度から前記第一セル部によって検出されたＮＯｘの濃度を減算することによって前記被測ガス室内に導入された被測ガス中に含まれるアンモニアの濃度を検出するように構成される、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の多ガス検出装置。
【００１３】
（６）前記第一セル部はアンモニアの濃度を選択的に検出するように構成され、前記第三セル部は、前記第三被測ガス室内の被測ガス中に含まれるＮＯの濃度から前記第一セル部によって検出されたアンモニアの濃度を減算することによって前記被測ガス室内に導入された被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を検出するように構成される、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の多ガス検出装置。
【００１４】
（７）前記第三電極は、その表面積が前記第一電極の表面積よりも大きくなるように構成される、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の多ガス検出装置。
【００１５】
（８）前記第一被測ガス室と前記第二被測ガス室との間には、前記第一被測ガス室から前記第二被測ガス室へ移動する被測ガスの拡散律速を行う第一分割拡散律速体が配置され、前記第二被測ガス室と前記第三被測ガス室との間には、前記第二被測ガス室から前記第三被測ガス室へ移動する被測ガスの拡散律速を行う第二分割拡散律速体が配置される、上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載の多ガス検出装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被測ガス中の成分の濃度を正確に検出することができる多ガス検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態に係る多ガス検出装置の素子部の構成の示す概略的な断面図である。
【図２】図２は、本発明の一つの実施形態に係る多ガス検出装置の構成の示す概略的な断面図である。
【図３】図３は、第一セル部の印加電圧と電極間電流との関係を示す図である。
【図４】図４は、第二セル部の印加電圧と電極間電流との関係を示す図である。
【図５】図５は、第三セル部の印加電圧と電極間電流との関係を示す図である。
【図６】図６は、被測ガスの流れを概略的に示した、図１及び図２と同様な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１９】
まず、図１及び図２を参照して、本発明の一つの実施形態に係る多ガス検出装置１について説明する。図１は、本発明の一つの実施形態に係る多ガス検出装置の素子部の構成を示す概略的な断面図である。また、図２は、本発明の一つの実施形態に係る多ガス検出装置の構成を示す概略的な断面図である。多ガス検出装置１は、内燃機関の排気管（図示せず）に配置されて、排気管内を流れる排気ガス（被測ガス）中に含まれるアンモニア、ＮＯｘ及び酸素の濃度を検出する。特に、本実施形態では、排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出することにより、排気ガスの空燃比を検出することができる。
【００２０】
＜多ガス検出装置の構成＞
本実施形態に係る多ガス検出装置１は、図１に示したように、三つの電気化学セルを有する素子部５と、図２に示したように、三つの電気化学セルにそれぞれ接続された三つの回路６１〜６３と電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０とを備える。
【００２１】
図１に示したように、素子部５は、複数の層を積層して構成されており、具体的には、固体電解質体１０、入口拡散律速体１５、第一分割拡散律速体１６、第二分割拡散律速体１７、第一不透過層２１、第二不透過層２２、第三不透過層２３、第四不透過層２４及び第五不透過層２５を備える。
【００２２】
固体電解質体１０は、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。固体電解質体１１は、例えば、ＺｒＯ2（ジルコニア）、ＨｆＯ2、ＴｈＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3等を安定剤として配当した焼結体により形成されている。本実施形態では、固体電解質体１０は三つの部分から構成されており、以下ではこれら三つの部分を第一固体電解質体１１、第二固体電解質体１２及び第三固体電解質体１３と称する。
【００２３】
また、入口拡散律速体１５、第一分割拡散律速体１６及び第二分割拡散律速体１７（以下、これらをまとめて「拡散律速体」と称する）は、ガス透過性を有する薄板体である。拡散律速体は、例えば、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。不透過層２１〜２６は、ガス不透過性の薄板体であり、例えばアルミナを含む層として形成される。
【００２４】
本実施形態の素子部５は、積層された六つの層から形成されている。図１において上方から一番目の層は、第一不透過層２１である。二番目の層は、入口拡散律速体１５、第一分割拡散律速体１６、第二分割拡散律速体１７、第二不透過層２２を有する。三番目の層は、固体電解質体１０であり、第一固体電解質体１１、第二固体電解質体１２、第三固体電解質体１３を備える。四番目の層は、第三不透過層２３である。五番目の層及び六番目の層はそれぞれ第四不透過層２４及び第五不透過層２５である。
【００２５】
固体電解質体１０、第一不透過層２１、入口拡散律速体１５及び第二不透過層２２によって、被測ガス室３０が区画形成されている。被測ガス室３０は、多ガス検出装置１が排気管に配置されたときに、被測ガス室３０内に入口拡散律速体１５を介して内燃機関の排気ガス（被測ガス）が流入するように構成されている。すなわち、多ガス検出装置１は入口拡散律速体１５が排気ガスに曝されるように排気管に配置されており、この結果、被測ガス室３０は入口拡散律速体１５を介して排気通路内と連通している。なお、被測ガス室３０は、固体電解質体１０及び入口拡散律速体１５によって少なくとも部分的に区画形成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。
【００２６】
また、被測ガス室３０は、第一分割拡散律速体１６及び第二分割拡散律速体１７によって、第一被測ガス室３１、第二被測ガス室３２及び第三被測ガス室３３の三つに分割される。特に、図示した例では、これら第一被測ガス室３１、第二被測ガス室３２及び第三被測ガス室３３は、入口拡散律速体１５から離れる方向に第一被測ガス室３１、第二被測ガス室３２及び第三被測ガス室３３の順に並ぶように配置される。
【００２７】
なお、第一被測ガス室３１と第二被測ガス室３２との間には、第一被測ガス室３１から第二被測ガス室３２へ移動する被測ガスの拡散律速を行う第一分割拡散律速体１６が配置される。加えて、第二被測ガス室３２と第三被測ガス室３３との間には、第二被測ガス室３２から第三被測ガス室３３へ移動する被測ガスの拡散律速を行う第二分割拡散律速体１７が設けられている。しかしながら、第一被測ガス室３１と第二被測ガス室３２との間、及び第二被測ガス室３２と第三被測ガス室３３との間には、これらの間で被測ガスが移動することができれば、必ずしも拡散律速体が設けられる必要はない。例えば、これらの間には貫通する小孔を備える不透過層が設けられてもよいし、何も設けられなくてもよい。
【００２８】
また、固体電解質体１０、第三不透過層２３及び第四不透過層２４によって、大気室３５が区画形成されている。図１からわかるように、大気室３５は、固体電解質体１０を挟んで、被測ガス室３０の反対側に配置されている。したがって、大気室３５は、第一固体電解質体１１を挟んで第一被測ガス室３１の反対側に配置され、第二固体電解質体１２を挟んで第二被測ガス室３２の反対側に配置され、第三固体電解質体１３を挟んで第三被測ガス室３３の反対側に配置されている。本実施形態では、大気室３５は、排気管の外部の大気に開放されている。したがって、大気室３５には、大気ガスが流入する。なお、大気室３５は、固体電解質体１０によって少なくとも部分的に区画形成されていれば、如何なる態様で構成されてもよい。また、大気室３５には、必ずしも大気ガスが流入するように構成されていなくてもよく、例えば排気ガスが流入するように構成されてもよい。また、大気室３５は、必ずしも設けられていなくてもよく、固体電解質体１０の一方の側面が大気又は排気ガスに曝されていればよい。したがって、大気室３５は基準ガスが流入するように構成されており且つ固体電解質体１０の一方の側面は基準ガスに曝されているといえる。
【００２９】
なお、本実施形態では、第一固体電解質体１１、第二固体電解質体１２及び第三固体電解質体１３は一つの固体電解質体１０から形成されている。しかしながら、これら第一固体電解質体１１、第二固体電解質体１２及び第三固体電解質体１３は別個の固体電解質体として形成されてもよい。この場合、例えば、第一不透過層２１の代わりに固体電解質体を設け、この固体電解質体が第一固体電解質体１１、第二固体電解質体１２及び第三固体電解質体１３のうちのいずれか一つとして用いられる。
【００３０】
加えて、素子部５は、第一電極４１、第二電極４２、第三電極４３、第四電極４４、第五電極４５及び第六電極４６を備える。第一電極４１は、第一被測ガス室３１内に配置され、第一固体電解質体１１の第一被測ガス室３１側の表面上に配置されている。したがって、第一電極４１は、第一被測ガス室３１内のガスに曝されている。第二電極４２は、大気室３５内に配置され、第一固体電解質体１１の大気室３５側の表面上に配置されている。したがって、第二電極４２は、大気室３５内のガス（大気）に曝されている。なお、大気室３５内に排気ガスが流入するように構成されている場合、第二電極４２は排気ガスに曝されることになる。第一電極４１と第二電極４２とは、第一固体電解質体１１を挟んで互いに対向するように配置されている。第一電極４１、第一固体電解質体１１及び第二電極４２は、第一電気化学セル５１を構成する。
【００３１】
第三電極４３は、第二固体電解質体１２の第二被測ガス室３２側の表面上に配置され、第二固体電解質体１２の第二被測ガス室３２側の表面上に配置されている。したがって、第三電極４３は、第二被測ガス室３２内のガスに曝されている。一方、第四電極４４は、大気室３５内に配置され、第二固体電解質体１２の大気室３５側の表面上に配置されている。したがって、第四電極４４は、大気室３５内のガス（大気）に曝されている。なお、大気室３５内に排気ガスが流入するように構成されている場合、第四電極４４は排気ガスに曝されることになる。第三電極４３と第四電極４４とは、第二固体電解質体１２を挟んで互いに対向するように配置されている。第三電極４３、第二固体電解質体１２及び第四電極４４は、第二電気化学セル５２を構成する。
【００３２】
第五電極４５は、第三固体電解質体１３の第三被測ガス室３３側の表面上に配置され、第三固体電解質体１３の第三被測ガス室３３側の表面上に配置されている。したがって、第五電極４５は、第三被測ガス室３３内のガスに曝されている。一方、第六電極４６は、大気室３５内に配置され、第三固体電解質体１３の大気室３５側の表面上に配置されている。したがって、第六電極４６は、大気室３５内のガス（大気）に曝されている。なお、大気室３５内に排気ガスが流入するように構成されている場合、第六電極４６は排気ガスに曝されることになる。第五電極４５と第六電極４６とは、第三固体電解質体１３を挟んで互いに対向するように配置されている。第五電極４５、第三固体電解質体１３及び第六電極４６は、第三電気化学セル５３を構成する。
【００３３】
なお、本実施形態では、図１に示したように、第二電極４２、第四電極４４及び第六電極４６は同一の一つの電極として一体的に形成される。これにより、部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。しかしながら、第二電極４２、第四電極４４及び第六電極４６は互いから分離された別体の電極として構成されてもよい。
【００３４】
上述したように、第一被測ガス室３１、第二被測ガス室３２及び第三被測ガス室３３は、入口拡散律速体１５から離れる方向に第一被測ガス室３１、第二被測ガス室３２及び第三被測ガス室３３の順に並ぶように配置される。したがって、第一被測ガス室３１内に配置された第一電極４１、第二被測ガス室３２内に配置された第三電極４３、第三被測ガス室３３内に配置された第五電極４５も、入口拡散律速体１５から離れる方向に第一電極４１、第三電極４３、第五電極４５の順に並ぶように配置される。したがって、入口拡散律速体１５を介して被測ガス室３０内に流入した被測ガスは、最初に第一電極４１周りを流通し、次に、第三電極４３周りを流通し、その後、第五電極４５周りを流通することになる。
【００３５】
本実施形態では、第一電極４１を構成する材料は、ランタン（Ｌａ）系ペロブスカイト型酸化物を主成分として含む。しかしながら、第一電極４１を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第一電極４１と第二電極４２との間に所定の電圧を印加したときに、第一電極４１において第一被測ガス室３１内の被測ガス中に含まれるＮＯｘを選択的に分解することができれば、いかなる材料であってもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、第二電極４２は、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。しかしながら、第二電極４２を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第一電極４１と第二電極４２との間に所定の電圧を印加したときに、第一電極４１と第二電極４２との間で酸化物イオンを移動させることができれば、いかなる材料であってもよい。
【００３７】
加えて、本実施形態では、第三電極４３は、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）等又はこれらの合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。しかしながら、第三電極４３を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第三電極４３と第四電極４４との間に所定の電圧を印加したときに、第二被測ガス室３２内の被測ガス中に含まれる酸素を還元分解することができ、且つこの被測ガス中に含まれるＮＯｘ及びアンモニアを一酸化窒素（ＮＯ）に還元することができれば、いかなる材料であってもよい。また、本実施形態では、第四電極４４は、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。加えて、第四電極４４を構成する材料も、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第三電極４３と第四電極４４との間に所定の電圧を印加したときに、第三電極４３と第四電極４４との間で酸化物イオンを移動させることができれば、いかなる材料であってもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、第五電極４５を構成する材料は、白金（Ｐｔ）及びロジウム（Ｒｈ）等の白金族元素又はこれらの合金を主成分として含む。好ましくは、第五電極４５は、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）の少なくとも一つを主成分として含む多孔質サーメット電極である。しかしながら、第一電極４１を構成する材料は、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第一電極４１と第二電極４２との間に所定の電圧を印加したときに、第三被測ガス室３３内の被測ガス中に含まれるＮＯを還元分解することができれば、いかなる材料であってもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、第六電極４６は、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。加えて、第六電極４６を構成する材料も、必ずしも上記材料に限定されるものではなく、第五電極４５と第六電極４６との間に所定の電圧を印加したときに、第五電極４５と第六電極４６との間で酸化物イオンを移動させることができれば、いかなる材料であってもよい。なお、本実施形態では第二電極４２、第四電極４４及び第六電極４６は同一の一つの電極として一体的に形成されている。したがって、これら第二電極４２、第四電極４４及び第六電極４６は同一の材料で形成されている。
【００４０】
なお、第二電極４２、第四電極４４及び第六電極４６は必ずしも一つの電極として一体的に形成されていなくてもよく、別体の電極として形成されてもよい。ただし、これら電極を一体的に形成すると製造工程を簡略化することができ、よって製造コストを低減することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、第一電極４１及び第三電極４３は、第一被測ガス室３１内に曝された第一電極４１の表面積が第二被測ガス室３２内に曝された第三電極４３の表面積よりも小さくなるように構成される。また、第三電極４３及び第五電極４５は、第二被測ガス室３２内に曝された第三電極４３の表面積が第三被測ガス室３３内に曝された第五電極４５の表面積よりも大きくなるように構成される。
【００４２】
さらに、素子部５は、ヒータ（電気ヒータ）５５を備える。本実施形態では、ヒータ５５は、図１に示したように、第四不透過層２４と第五不透過層２５とｊｊｊｊｊの間に配置される。ヒータ５５は、例えば、白金（Ｐｔ）とセラミックス（例えば、アルミナ等）とを含むサーメットの薄板体であり、通電によって発熱する発熱体である。ヒータ５５は、第一電気化学セル５１、第二電気化学セル５２及び第三電気化学セル５３を活性温度以上に加熱することができる。
【００４３】
図２に示したように、第一回路６１は、第一電気化学セル５１の第一電極４１及び第二電極４２に接続されると共に、第一電源６１ａと第一電流計６１ｂとを備える。第一電源６１ａ及び第一電流計６１ｂは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０に接続されている。第一電源６１ａは、第一電極４１と第二電極４２との間に、第二電極４２の電位が第一電極４１の電位よりも高くなるように、電圧を印加する。第一電源６１ａによって印加される電圧の大きさは、ＥＣＵ７０によって制御される。
【００４４】
一方、第一電流計６１ｂは、第一電極４１と第二電極４２との間に流れる電流（すなわち、第一固体電解質体１１内を流れる電流）である電極間電流の大きさを検出する。第一電流計６１ｂによる電極間電流の検出値は、ＥＣＵ７０に入力される。
【００４５】
また、図２に示したように、第二回路６２は、第二電気化学セル５２の第三電極４３及び第四電極４４に接続されると共に、第二電源６２ａと第二電流計６２ｂとを備える。第二電源６２ａ及び第二電流計６２ｂは、ＥＣＵ７０に接続されている。第二電源６２ａは、第三電極４３と第四電極４４との間に、第四電極４４の電位が第三電極４３の電位よりも高くなるように、電圧を印加する。第二電源６２ａよって印加される電圧の大きさは、ＥＣＵ７０によって制御される。
【００４６】
一方、第二電流計６２ｂは、第三電極４３と第四電極４４との間に流れる電流（すなわち、第二固体電解質体１２内を流れる電流）である電極間電流の大きさを検出する。第二電流計６２ｂによる電極間電流の検出値は、ＥＣＵ７０に入力される。
【００４７】
さらに、図２に示したように、第三回路６３は、第三電気化学セル５３の第五電極４５及び第六電極４６に接続されると共に、第三電源６３ａと第三電流計６３ｂとを備える。第三電源６３ａ及び第三電流計６３ｂは、ＥＣＵ７０に接続されている。第三電源６３ａは、第五電極４５と第六電極４６との間に、第六電極４６の電位が第五電極４５の電位よりも高くなるように、電圧を印加する。第三電源６３ａよって印加される電圧の大きさは、ＥＣＵ７０によって制御される。
【００４８】
一方、第三電流計６３ｂは、第五電極４５と第六電極４６との間に流れる電流（すなわち、第三固体電解質体１３内を流れる電流）である電極間電流の大きさを検出する。第三電流計６３ｂによる電極間電流の検出値は、ＥＣＵ７０に入力される。
【００４９】
ＥＣＵ７０は、演算処理を行うＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するＲＯＭ、及びデータを一時的に記憶するＲＡＭ等を備えるデジタルコンピュータである。ＥＣＵは、内燃機関の各種アクチュエータ（燃料噴射弁、スロットル弁等）に接続されて、これらアクチュエータの作動を制御する。
【００５０】
ＥＣＵ７０は、第一電源６１ａを制御することによって、第一電源６１ａにより第一電極４１と第二電極４２との間に印加される第一印加電圧を制御することができる。また、ＥＣＵ７０には、第一電流計６１ｂによって検出された第一電極４１と第二電極４２との間に流れる電極間電流の大きさに対応する信号が入力される。第一電気化学セル５１と、第一回路６１と、ＥＣＵ７０とは、第一セル部を構成する。
【００５１】
また、ＥＣＵ７０は、第二電源６２ａを制御することによって、第二電源６２ａにより第三電極４３と第四電極４４との間に印加される第二印加電圧を制御することができる。また、ＥＣＵ７０には、第二電流計６２ｂによって検出された第三電極４３と第四電極４４との間に流れる電極間電流の大きさに対応する信号が入力される。第二電気化学セル５２と、第二回路６２と、ＥＣＵ７０とは、第二セル部を構成する。
【００５２】
また、ＥＣＵ７０は、第三電源６３ａを制御することによって、第三電源６３ａにより第五電極４５と第六電極４６との間に印加される第三印加電圧を制御することができる。また、ＥＣＵ７０には、第三電流計６３ｂによって検出された第五電極４５と第六電極４６との間に流れる電極間電流の大きさに対応する信号が入力される。第三電気化学セル５３と、第三回路６３と、ＥＣＵ７０とは、第三セル部を構成する。
【００５３】
＜各セル部の説明＞
次に、上述したように構成された多ガス検出装置１の第一セル部、第二セル部及び第三セル部について具体的に説明する。
＜第一セル部＞
まず、第一セル部について説明する。第一電気化学セル５１の第一電極４１を構成する材料は、ランタン（Ｌａ）系ペロブスカイト型酸化物を主成分として含む。ランタン系ペロブスカイト型酸化物はＮＯｘを選択的に吸着することができる。したがって、ランタン系ペロブスカイト型酸化物を主成分として含む第一電極４１では、第一被測ガス室３１内の被測ガス中にＮＯｘが含まれていると、この第一電極４１の表面にＮＯｘが吸着せしめられる。
【００５４】
この状態で、第一セル部の第一電源６１ａによって第一電極４１と第二電極４２との間に電圧が印加されていると、電極に吸着しているＮＯｘが窒素と酸化物イオンとに分離せしめられる。このようにして生成された酸化物イオンは、第一電極４１を陰極とし第二電極４２を陽極として電圧が印加されているため、第一固体電解質体１１を第一電極４１側から第二電極４２側へと移動する。
【００５５】
このとき、第一電極４１側から第二電極４２側へと移動する酸化物イオンの流量は、被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度に応じて変化する。すなわち、被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度が高くなると電極間を移動する酸化物イオンの流量が多くなり、逆に、被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度が低くなると電極間を移動する酸化物イオンの流量が少なくなる。第一セル部の第一電流計６１ｂによって検出される電極間電流は、このときに電極間を移動する酸化物イオンの流量に比例する。
【００５６】
図３は、第一セル部の第一電源６１ａによって第一電極４１と第二電極４２との間に印加された印加電圧と、第一電流計６１ｂによって検出されたこれら電極４１、４２間に流れる電極間電流との関係を示す図である。特に、図３は、第一被測ガス室３１内の被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度が異なる四つの濃度（１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ）であるときの関係を示している。
【００５７】
図３からわかるように、第一セル部では、印加電圧と電極間電流は実質的に比例する。加えて、図３からわかるように被測ガス中に含まれているＮＯｘの濃度が高くなるほど、傾きが大きくなる。したがって、第一電気化学セル５１の第一電極４１と第二電極４２との間に所定の第一印加電圧Ｖ1を印加すると、このときに検出される電極間電流は被測ガス中に含まれているＮＯｘの濃度に応じて変化する。
【００５８】
したがって、第一電気化学セル５１を有する第一セル部では、第一電極４１と第二電極４２との間に電圧を印加すると共に、これら電極４１、４２間に流れる電極間電流を検出することにより、被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度を検出することができる。特に、ランタン系ペロブスカイト型酸化物を主成分として含む第一電極４１では、酸素欠損にはＮＯｘの酸素原子は侵入するが、酸素分子や水分子に含まれる酸素原子は侵入しない。したがって、被測ガス中にＮＯｘ以外にも酸素分子や水分子等の酸素原子を含む分子が存在しても、実質的に被測ガス中のＮＯｘのみの濃度を選択的に検出することができる。
【００５９】
なお、第一電気化学セル５１の第一電極４１と第二電極４２との間に或る程度の電圧（例えば、０．６０Ｖ）以上の電圧を印加すると、第一電極４１上で被測ガス中に含まれている水分子の分解が生じる。この結果、第一電極４１と第二電極４２との間には、被測ガス中に含まれている水の濃度に応じた電極間電流が流れる。このため、被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度の検出精度が低下する。一方、図３からわかるように、第一電気化学セル５１の第一電極４１と第二電極４２との間に印加する電圧が高くなるほど、ＮＯｘの濃度に応じて電極間電圧が変化する程度が大きくなる。したがって、第一電源６１ａによって第一電気化学セル５１の第一電極４１と第二電極４２との間に印加される電圧の大きさは、水の分解開始電圧未満であってできるだけ高い電圧であることが好ましい。具体的には、第一電気化学セル５１への第一印加電圧は、０．２０Ｖ〜０．３０Ｖとされる。
【００６０】
また、上述したように、ランタン系ペロブスカイト型酸化物で形成された第一電極４１では、上述したように第一印加電圧Ｖ1をそれほど大きな電圧とすることができないこともあって、ＮＯｘの分解速度はそれほど速くない。加えて、上述したように、第一電極４１の表面積は比較的小さい。このため、第一被測ガス室３１内の被測ガス中に含まれているＮＯｘの全てが第一電極４１上で分解されるわけではなく、被測ガス中に含まれているＮＯｘのごく一部のみが分解される。したがって、第一被測ガス室３１から第二被測ガス室３２へ流入する被測ガス中に含まれているＮＯｘの濃度は、入口拡散律速体１５を介して第一被測ガス室３１に流入した被測ガス中に含まれているＮＯｘの濃度とほとんど変わらない。
【００６１】
＜第二セル部＞
次に、第二セル部について説明する。上述したように第二電気化学セル５２の第三電極４３を構成する材料は、上述したように、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）等又はこれらの合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。したがって、第二被測ガス室３２側の第三電極４３を陰極、第四電極４４を陽極としてこれら電極間に電圧を印加すると、第二被測ガス室３２内の被測ガス中に含まれる酸素が還元分解されて酸化物イオンになる。
【００６２】
第三電極４３と第四電極４４との間に電圧が印加されていることにより、酸化物イオンは第二電気化学セル５２の第二固体電解質体１２を介して第三電極４３から第四電極４４へと移動し、第四電極４４で酸素となって大気室３５内へ排出される。以下では、このような陰極側から陽極側への固体電解質体を介する酸化物イオンの伝導による酸素の移動を「酸素ポンピング作用」と称する。
【００６３】
このような酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの移動により、第二電気化学セル５２を構成する第三電極４３と第四電極４４との間には電極間電流が流れる。この電極間電流は、第二電気化学セル５２を構成する電極４３、４４間に印加させる印加電圧が高くなるほど大きくなる。これは、印加電圧が高くなるほど、酸化物イオンの移動量が多くなるためである。
【００６４】
しかしながら、印加電圧を徐々に高くして或る一定値以上になると、電極間電流はそれ以上大きくならずに一定の値に維持される。このような特性は酸素の限界電流特性と称され、酸素の限界電流特性が生じる電圧領域は酸素の限界電流領域と称される。このような酸素の限界電流特性は、電圧印加に伴って第二固体電解質体１２内を移動可能な酸化物イオンの移動速度が、入口拡散律速体１５及び第一分割拡散律速体１６（第一分割拡散律速体１６が設けられていないときには入口拡散律速体１５のみ）を介して第二被測ガス室３２内に導入される酸素の導入速度を超えることによって生じる。すなわち、陰極における酸素の還元分解反応が拡散律速状態になることによって生じる。
【００６５】
このように、第二電気化学セル５２への印加電圧が限界電流領域内の電圧とされると、第二被測ガス室３２への酸素の流入速度よりも第二被測ガス室３２からの酸素の排出速度の方が速くなる。この結果、第二被測ガス室３２内の被測ガスからはほぼ全ての酸素が除去されることになる。
【００６６】
また、第二電気化学セル５２では、第三電極４３を陰極、第四電極４４を陽極としてこれら電極間に電圧を印加すると、第二被測ガス室３２内の被測ガス中に含まれるＮＯ2及びアンモニアが還元分解されてＮＯになる。上述したように、第三電極４３の表面積は大きいことから、第二被測ガス室３２内の被測ガス中に含まれるＮＯ2及びアンモニアはほぼ全てＮＯに変換される。
【００６７】
したがって、第二電気化学セル５２を有する第二セル部では、第三電極４３と第四電極４４との間に酸素の限界電流領域内の電圧を印加することにより、第二被測ガス室３２内の被測ガスからほぼ全ての酸素を排出・除去することができる。加えて、第二被測ガス室３２内の被測ガス中に含まれるＮＯ2及びアンモニアをほぼ全てＮＯに変換することができる。
【００６８】
なお、上述したように、第三電極４３を構成する材料は、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）等又はこれらの合金を主成分として含む多孔質サーメット電極である。したがって、第三電極４３は、第三電極４３上又は第三電極４３周りのＮＯに対して不活性である。このため、第三電極４３上又は第三電極４３周りにＮＯが存在しても、このＮＯが窒素に還元されることは実質的にない。したがって、第二被測ガス室３２内の被測ガス中のＮＯ2及びアンモニアはＮＯに変換されるが、変換されたＮＯはそのままそれ以上還元されずに残る。したがって、第二被測ガス室３２から第三被測ガス室３３へと移動する被測ガス中には、実質的に酸素は含まれていないがＮＯが含まれている。
【００６９】
また、第二電気化学セル５２において酸素の限界電流領域内の電圧を印加したときの電極間電流（限界電流）は、第二被測ガス室３２内の被測ガス中に含まれる酸素の濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用することにより、第二被測ガス室３２内の被測ガス中に含まれる酸素の濃度を検出し、それに基づいて排気ガスの空燃比を検知することができる。
【００７０】
図４は、第二セル部の第二電源６２ａによって第三電極４３と第四電極４４との間に印加された印加電圧と、第二電流計６２ｂによって検出されたこれら電極４３、４４間に流れる電極間電流との関係を示す図である。特に、図４は、第二被測ガス室３２内の被測ガスの空燃比（排気ガスの空燃比に相当）が、異なる複数の空燃比（空燃比が１３．０、１４．６（理論空燃比）、１８．０及び２０．０に相当する被測ガス及び大気ガス）であるときの関係を示している。
【００７１】
図４に示したように、電極間電流は、被測ガスの空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、大きくなる。また、被測ガスの各空燃比における電圧―電流曲線は、ｘ軸に平行な領域、すなわち印加電圧が変化しても電極間電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域が限界電流領域であり、このときの電流は限界電流と称される。図４に示した例では、被測ガスの空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ18、Ｉ18で示している。
【００７２】
したがって、例えば、図４に示した例では、第三電極４３と第四電極４４との間に酸素の限界電流領域内の第二印加電圧Ｖ2を印加すると、被測ガスの空燃比に応じて、電極間電流が変化することになる。このため、本実施形態では、第二電気化学セル５２に酸素の限界電流領域内の第二印加電圧Ｖ2を印加することによって、被測ガスの空燃比を検出することができる。
【００７３】
ところで、上述したような酸素ポンピング作用は、被測ガス中に含まれている酸素のみに発現する作用ではない。分子中に酸素原子を含むガスの中には酸素ポンピング作用を発現しうるガスが存在する。このようなガスとしては、水（Ｈ2Ｏ）が挙げられる。したがって、第二電気化学セル５２の第三電極４３と第四電極４４との間に、水の分解開始電圧以上の電圧を印加すると、被測ガス中に含まれる水が分解される。水の分解によって生じた酸化物イオンは、酸素ポンピング作用により、第三電極４３から第四電極４４へと移動し、これに伴ってこれら電極間には電極間電流が流れる。しかしながら、このように水の分解によって電極間電流が流れると、電極間電流に基づいて被測ガスの空燃比を正確に検出することができない。このため、第二電源６２ａによる第二電気化学セル５２への印加電圧は水の分解開始電圧（約０．６０Ｖ）未満であるのが好ましく、例えば、０．４５Ｖとされる。
【００７４】
＜第三セル部＞
次に、第三セル部について説明する。上述したように第三電気化学セル５３の第五電極４５を構成する材料は、上述したように、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）の少なくとも一つを主成分として含む多孔質サーメット電極である。このように構成された第五電極４５を用いた場合、第三被測ガス室３３側の第五電極４５を陰極、第六電極４６を陽極としてこれら電極間に電圧を印加すると、第三被測ガス室３３内の被測ガス中に含まれるＮＯが還元分解される。加えて、これら電極間に電圧を印加すると、ＮＯの分解によって生じた酸化物イオンが第三電気化学セル５３の第三固体電解質体１３を介して第五電極４５から第六電極４６へと移動し、第六電極４６で酸素となって大気室３５内へ排出される。
【００７５】
このような酸化物イオンの移動により、第三電気化学セル５３を構成する第五電極４５と第六電極４６との間には電極間電流が流れる。この電極間電流は、酸化物イオンの移動量に比例し、また酸化物イオンの移動量は第五電極４５上でのＮＯの分解量に比例する。したがって、第五電極４５と第六電極４６との間に流れる電極間電流は、第三被測ガス室３３内の被測ガス中のＮＯの濃度に比例する。したがって、第三電流計６３ｂによって検出された第三電気化学セル５３における電極間電流に基づいて被測ガス中のＮＯの濃度を検出することができる。
【００７６】
また、第三被測ガス室３３内の被測ガスは、第二分割拡散律速体１７を介して第二被測ガス室３２から流入したものである。ここで、第二被測ガス室３２においては、第二セル部により、被測ガス中のＮＯ2及びアンモニアがＮＯに変換されている。したがって、第三被測ガス室３３内の被測ガス中に含まれるＮＯの濃度は、第二被測ガス室３２内の被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度とアンモニアの濃度とを合計したものに等しいと考えることができる。
【００７７】
ここで、上述したように、第一セル部では、第一被測ガス室３１内の被測ガス中のＮＯｘのごく一部のみが分解される。したがって、第一被測ガス室３１から第二被測ガス室３２へ流入する被測ガス中に含まれているＮＯｘの濃度は、入口拡散律速体１５を介して第一被測ガス室３１に流入した被測ガス中に含まれているＮＯｘの濃度とほとんど変わらない。したがって、第三被測ガス室３３内の被測ガス中に含まれるＮＯの濃度は、入口拡散律速体１５を介して被測ガス室３０に流入した被測ガス中に含まれているＮＯｘの濃度とアンモニアの濃度とを合計したものであると考えることができる。したがって、第三セル部では、第三被測ガス室３３内の被測ガス中に含まれるＮＯの濃度を算出することにより、入口拡散律速体１５を介して被測ガス室３０に流入した被測ガス中に含まれているＮＯｘの濃度とアンモニアの濃度とを合計したものを算出することができる。
【００７８】
図５は、第三セル部の第三電源６３ａによって第五電極４５と第六電極４６との間に印加された印加電圧と、第三電流計６３ｂによって検出されたこれら電極４５、４６間に流れる電極間電流との関係を示す図である。特に、図５は、第三被測ガス室３３内の被測ガスのＮＯｘの濃度とアンモニアの濃度との合計（以下、「合計濃度」という）が、異なる複数の濃度（０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ）であるときの関係を示している。
【００７９】
図５に示したように、電極間電流は、合計濃度が高くなるほど大きくなる。また、被測ガス中のＮＯｘ及びアンモニアの各合計濃度における電圧―電流曲線は、ｘ軸に平行な領域、すなわち印加電圧が変化しても電極間電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域がＮＯの限界電流領域であり、このときの電流は限界電流である。したがって、例えば、図５に示した例では、第五電極４５と第六電極４６との間に酸素の限界電流領域内の第三印加電圧Ｖ3を印加すると、被測ガスのＮＯｘ及びアンモニアの合計濃度に応じて、電極間電流が変化することになる。このため、本実施形態では、第三電気化学セル５３にＮＯの限界電流領域内の第三印加電圧Ｖ3を印加することによって、ＮＯｘ及びアンモニアの合計濃度を検出することができる。
【００８０】
＜多ガス検出装置の動作＞
次に、図６を参照して、上述したように構成された多ガス検出装置１による検出動作について詳細に説明する。図６は、被測ガスの流れを概略的に示した、図１及び図２と同様な断面図である。
【００８１】
図６に示したように、多ガス検出装置１の入口拡散律速体１５は測定対象である排気ガス（被測ガス）に曝されている。したがって、まず、被測ガスが第一被測ガス室３１に流入することになる。第一被測ガス室３１に流入した被測ガスは、酸素、ＮＯｘ、アンモニアを含んでいる。
【００８２】
第一被測ガス室３１には、第一セル部の第一電気化学セル５１の第一電極４１が配置されている。このため、第一電源６１ａにより第一電気化学セル５１に第一印加電圧Ｖ1が印加されると、上述したように第一被測ガス室３１内の被測ガス中に含まれているＮＯｘが選択的に分解される。このＮＯｘの選択的な分解に伴って第一電極４１と第二電極４２との間に第一被測ガス室３１内の被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度に比例した電極間電流が流れる。したがって、第一電流計６１ｂによって検出された第一電極４１と第二電極４２との間を流れる電極間電流に基づいて、ＮＯｘの濃度が検出される。
【００８３】
その後、第一被測ガス室３１内の被測ガスは、第一分割拡散律速体１６を介して第二被測ガス室３２に流入する。第一セル部によるＮＯｘの分解がごく僅かしか行われないため、第一被測ガス室３１から第二被測ガス室３２に流入する被測ガスの成分は、基本的に入口拡散律速体１５を介して第一被測ガス室３１に流入した被測ガスの成分とほぼ同一である。したがって、第二被測ガス室３２に流入した被測ガス中には、酸素、ＮＯｘ、アンモニアが含まれている。
【００８４】
第二被測ガス室３２には、第二セル部の第二電気化学セル５２の第三電極４３が配置されている。このため、第二電源６２ａにより第二電気化学セル５２に第二印加電圧Ｖ2が印加されると、上述したように第二被測ガス室３２内の被測ガス中に含まれている酸素が大気室３５へと排出される。特に、本実施形態では、この酸素の排出に伴って、第二電流計６２ｂにより第二被測ガス室３２内の被測ガスの酸素濃度又は空燃比（排気ガスの空燃比に相当）が検出される。また、第二被測ガス室３２では、第二電源６２ａにより第二電気化学セル５２に第二印加電圧Ｖ2が印加されると、第三電極４３上で被測ガス中に含まれるＮＯ2及びアンモニアがＮＯに変換される。ただし、このとき、第三電極４３上ではＮＯの分解は生じない。
【００８５】
その後、第二被測ガス室３２内の被測ガスは、第二分割拡散律速体１７を介して第三被測ガス室３３に流入する。第二被測ガス室３２内において被測ガスから酸素は排出され且つ被測ガス中のＮＯ2及びアンモニアがＮＯに変換されていることから、第三被測ガス室３３に流入する被測ガス中にはＮＯは含まれているが、酸素、ＮＯ2及びアンモニアは含まれていない。
【００８６】
第三被測ガス室３３には、第三セル部の第三電気化学セル５３の第五電極４５が配置されている。このため、第三電源６３ａにより第三電気化学セル５３に第三印加電圧Ｖ3が印加されると、上述したように第三被測ガス室３３内の被測ガス中に含まれているＮＯが第五電極４５上で分解されると共に、ＮＯの分解に伴って第五電極４５と第六電極４６との間に第三被測ガス室３３内の被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度に比例した電極間電流が流れる。したがって、第三電流計６３ｂによって検出された第五電極４５と第六電極４６との間を流れる電極間電流に基づいて、ＮＯの濃度を検出することができる。
【００８７】
加えて、検出されたＮＯの濃度は、上述したように、外部から被測ガス室３０に流入した被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度とアンモニアの濃度との合計濃度を表している。これに対して、外部から被測ガス室３０に流入した被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度は、既に第一電流計６１ｂの出力に基づいて検出されている。したがって、第三セル部は、ＮＯｘの濃度とアンモニアの濃度との合計濃度（第三セル部によって検出されたＮＯの濃度）から、外部から被測ガス室３０に流入した被測ガス中に含まれるＮＯｘの濃度（第一セル部によって検出されたＮＯｘの濃度）を減算することによってアンモニアの濃度を算出するようにしている。
【００８８】
具体的には、アンモニアの濃度は例えば以下のように算出される。まず、第一セル部を構成するＥＣＵ７０が、第一電気化学セル５１の電極間電流に基づいて、予め求められた電極間電流とＮＯｘの濃度との関係を表すマップ等を用いて、ＮＯｘの濃度を算出する。加えて、第三セル部を構成するＥＣＵ７０が、第三セル部の第三電気化学セル５３の電極間電流に基づいて、予め定められた電極間電流とＮＯｘ及びアンモニアの合計濃度との関係を表すマップ等を用いて、ＮＯｘ及びアンモニアの合計濃度を算出する。その後、第三セル部を構成するＥＣＵ７０は、第三セル部において算出された合計濃度から第一セル部を構成するＥＣＵ７０において算出されたＮＯｘ濃度を減算することによって、アンモニアの濃度を算出している。
【００８９】
なお、実際にアンモニアの濃度の算出は、必ずしも上述したような具体的な手法で行う必要はない。例えば、第三電気化学セル５３の電極間電流の値から第一電気化学セル５１の電極間電流に所定の係数を乗算した値を減算すると共に、減算によって求められた値に基づいてマップ等を用いてアンモニアの濃度を算出するようにしてもよい。
【００９０】
＜効果＞
次に、上述したような構成を有し且つ上述したように作動する多ガス検出装置の効果について説明する。
【００９１】
本実施形態の多ガス検出装置では、各種成分の濃度の検出を行う第一セル部、第二セル部及び第三セル部は、いずれも入口拡散律速体１５を介して被測ガス室３０内に流入した被測ガスに対して各種成分の濃度の検出を行っている。したがって、第一セル部、第二セル部及び第三セル部が同一の被測ガスに対して検出を行っている。
【００９２】
ところで、これらセル部が異なる被測ガスに対して検出を行っていたり、これらセル部の間で異なるタイミングで検出を行っていたりすると、各セル部毎に検出対象となる被測ガス中の成分が異なってしまう場合がある。これに対して、本実施携帯の多ガス検出装置によれば、第一セル部、第二セル部及び第三セル部が同一の被測ガスに対して検出を行うことができるため、被測ガス中の各種成分の濃度を正確に検出することができるようになる。
【００９３】
また、上述したように、被測ガス中の特定の成分の濃度を検出するに当たって、上述したような電気化学セルの電極間に生じる起電力に基づいて特定の成分の濃度を検出ことも考えられる。しかしながら、このような起電力に基づく特定の成分の濃度の検出は、比較的精度が低く且つ応答速度が遅い。これに対して、本実施形態では、第一電気化学セル５１、第二電気化学セル５２及び第三電気化学セル５３のいずれも、電極間に電流を流すことによって特定の成分の濃度の検出が行われている。したがって、本実施形態では、特定の成分の濃度の検出を高い精度で且つ高い応答性で行うことができる。
【００９４】
加えて、上記実施形態では、第一被測ガス室３１と第二被測ガス室３２との間に第一分割拡散律速体が設けられ、第二被測ガス室３２と第三被測ガス室３３との間に第二分割拡散律速体が設けられる。したがって、これら第一被測ガス室３１と第二被測ガス室３２との間及び第二被測ガス室３２と第三被測ガス室３３との間で被測ガスが自由に流動するのが抑制される。この結果、各電気化学セル５１、５２、５３での検出精度を高めることができる。
【００９５】
＜その他の態様＞
なお、上記実施形態では、第一セル部は、第一被測ガス室３１内の被測ガス中に含まれるＮＯｘを選択的に分解すると共に、これに伴って被測ガス中のＮＯｘの濃度を選択的に検出することができるように構成されている。しかしながら、第一セル部は、第一被測ガス室３１内の被測ガス中に含まれるアンモニアを選択的に分解すると共に、これに伴って被測ガス中のアンモニアの濃度を選択的に検出することができるように構成されてもよい。具体的には、この場合、第一電気化学セル５１として、アンペロメトリックセラミック化学電池が用いられる。また、この場合、第三セル部は、第三セル部によって検出されたＮＯｘの濃度とアンモニアの濃度との合計濃度（第三セル部によって検出されたＮＯの濃度）から、外部から被測ガス室３０に流入した被測ガス中に含まれるアンモニアの濃度（第一セル部によって検出されたアンモニアの濃度）を減算することによってＮＯｘの濃度を算出するようにしている。
【符号の説明】
【００９６】
１    多ガス検出装置
５    素子部
１１    第一固体電解質体
１２    第二固体電解質体
１３    第三固体電解質体
３０    被測ガス室
３１    第一被測ガス室
３２    第二被測ガス室
３３    第三被測ガス室
４１    第一電極
４２    第二電極
４３    第三電極
４４    第四電極
４５    第五電極
４６    第六電極
５１    第一電気化学セル
５２    第二電気化学セル
５３    第三電気化学セル
６１    第一回路
６２    第二回路
６３    第三回路
７０    ＥＣＵ
【図１】
0006311686.tif 000002
【図２】
0006311686.tif 000003
【図３】
0006311686.tif 000004
【図４】
0006311686.tif 000005
【図５】
0006311686.tif 000006
【図６】
0006311686.tif 000007