(57)【要約】【課題】  電解質に設けられる両電極の電極材料に工夫を凝らし、耐熱性に優れるガスセンサ、ガス検出装置及び窒素酸化物浄化システムを提供する。【解決手段】  ガスセンサ１００は、固体電解質１１０と、この固体電解質１１０を介し対向するように当該固体電解質１１０に設けられる両電極１２０、１３０とを備える。ここで、電極１２０は、塩基性物質を含有する電極材料でもって形成されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質と、当該電解質に設けられる両電極とを有するセンサ素子を備えてなるインピーダンス式ガスセンサにおいて、
前記両電極のうち少なくとも一方は、塩基性物質を含有する電極材料でもって形成されていることを特徴とするインピーダンス式ガスセンサ。
【請求項２】
前記両電極のうち少なくとも一方を形成する前記電極材料は、前記塩基性物質を、１．５（モル％）〜１０（モル％）の範囲内の含有量でもって含有することを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス式ガスセンサ。
【請求項３】
前記塩基性物質は、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）であることを特徴とする請求項１或いは２に記載のインピーダンス式ガスセンサ。
【請求項４】
前記両電極は、前記電解質を介し対向するように設けられており、
前記センサ素子は、前記両電極の他方にて、一定濃度の酸素を含有する基準ガス空間内に晒されるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のインピーダンス式ガスセンサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のインピーダンス式ガスセンサと、
加熱電圧を印加されて前記センサ素子を加熱する加熱手段と、
前記電解質のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記電解質のインピーダンスが当該センサ素子の目標温度に対応する値になるように前記加熱電圧を制御する加熱電圧制御手段とを備えるガス検出装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のインピーダンス式ガスセンサと、
加熱電圧を印加されて前記ガスセンサのセンサ素子を加熱する加熱手段と、
互いに異なる周波数にて各交流電圧を発生して前記センサ素子の前記両電極間に印加する交流電圧発生手段と、
この交流電圧発生手段による前記各交流電圧の印加の際に前記センサ素子に流れる電流のうち高い方の周波数の電流成分に対応するインピーダンスに基づき、このインピーダンスに対応する電圧を前記加熱電圧として前記加熱手段に印加する電圧印加手段と、
前記センサ素子に流れる電流のうち低い方の周波数の電流成分に対応するインピーダンスに基づき前記センサ素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段とを備えるガス検出装置。
【請求項７】
燃料噴射制御手段を有するエンジンの作動に伴いそのエンジン本体から排気ガスを排出される排気管の中間部位に介装してなるＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記排気管の前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流部に配設される請求項４に記載のインピーダンス式ガスセンサと、
このガスセンサの前記センサ素子の前記両電極に接続されたとき前記センサ素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記センサ素子の前記両電極に接続されたとき前記基準ガス空間内と被測定ガス空間内との間の酸素濃度差に応じて当該両電極の間に生ずる起電力を電圧として検出する電圧検出手段と、
前記インピーダンス検出手段の検出インピーダンスに対応するＮＯｘ濃度が閾値を超過したとき前記電圧検出手段を前記両電極に接続する接続手段と、
前記ＮＯｘ濃度が前記閾値を超過するに伴いリッチスパイク打ち込み信号を前記燃料噴射制御手段に出力するリッチスパイク打ち込み信号出力手段と、
前記燃料噴射制御手段の前記リッチスパイク打ち込み信号に基づく燃料の増量でもって前記エンジンの作動を制御中に、前記電圧検出手段の検出電圧に対応する前記エンジンにおける空燃比がリッチになったとき前記リッチスパイク打ち込み信号出力手段からの前記リッチスパイク打ち込み信号の出力を停止させる停止手段とを備えて、
前記接続手段は、前記停止手段の前記リッチスパイク打ち込み信号の出力の停止に伴い、前記インピーダンス検出手段を前記両電極に接続するようにした窒素酸化物浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス式ガスセンサ、ガス検出装置及び窒素酸化物浄化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のインピーダンス式ガスセンサとしては、下記特許文献１に記載のガスセンサが提案されている。このガスセンサは、電解質と、この電解質を介し互いに対向するように当該電解質に設けた両電極でもって構成されている。
【特許文献１】特開平８−１２８９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記ガスセンサにおいては、両電極が、イットリアバリウム銅酸化物（ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7）を含有する電極材料でもって形成されている。
【０００４】
しかし、当該ガスセンサが８００（℃）以上のガス雰囲気、例えば、自動車用エンジンの排気ガス等の高温のガス雰囲気内に晒されると、両電極の形成材料中のイットリアバリウム銅酸化物が分解してしまう。その結果、当該ガスセンサは、高温のガス雰囲気内における利用にあたっては、耐熱性に欠けるという不具合を招く。
【０００５】
そこで、本発明は、このようなことに対処するため、電解質に設けられる両電極の少なくとも一方の電極材料に工夫を凝らし、耐熱性に優れるインピーダンス式ガスセンサ、ガス検出装置及び窒素酸化物浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の解決にあたり、本発明に係るインピーダンス式ガスセンサは、請求項１の記載によれば、
電解質（１１０）と、当該電解質に設けられる両電極（１２０、１３０）とを有するセンサ素子を備える。
【０００７】
当該ガスセンサにおいて、両電極のうち少なくとも一方（１２０）は、塩基性物質を含有する電極材料でもって形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このように構成することにより、両電極の少なくとも一方を形成する電極材料に含有されてなる塩基性物質は、８００（℃）以上のガス雰囲気内で分解してしまうイットリアバリウム銅酸化物とは異なり、８００（℃）以上のガス雰囲気内にて加熱されても、分解することはない。
【０００９】
このため、当該ガスセンサの両電極の少なくとも一方を、塩基性物質を含有する電極材料でもって形成することで、当該インピーダンス式ガスセンサとしての耐熱性が著しく向上し得る。その結果、当該ガスセンサは、８００（℃）以上の高温のガス雰囲気内でも、安定して良好に検出動作を維持し得る。
【００１０】
よって、上述のような高温のガスの雰囲気内であっても、当該ガスセンサの両電極間に生ずるインピーダンスをインピーダンス検出手段でもって検出し、この検出出力を、例えば、上記ガスの濃度に変換することで、良好にガスを検出し得る。
【００１１】
なお、上記塩基性物質は、良好な耐熱性及びガス感度を兼ね備えた物質、例えば、ＳｒＯ、Ｋ2ＣＯ3、ＢａＣＯ3のうち少なくとも１つであることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、請求項２の記載によれば、請求項１に記載のインピーダンス式ガスセンサにおいて、両電極のうち少なくとも一方を形成する上記電極材料は、上記塩基性物質を、１．５（モル％）〜１０（モル％）の範囲内の含有量でもって含有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、請求項１に記載の発明の作用効果においてインピーダンス式ガスセンサの耐熱性がより一層確実に達成され得るとともに良好なガス感度が確保され得る。
【００１４】
また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項１或いは２に記載のインピーダンス式ガスセンサにおいて、上記塩基性物質は、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）であることを特徴とする。
【００１５】
これにより、請求項１或いは２に記載の発明の作用効果においてインピーダンス式ガスセンサの耐熱性がより一層確実に達成され得るとともに良好なガス感度が確保され得る。
【００１６】
また、本発明は、請求項４の記載によれば、請求項１〜３のいずれか１つに記載のインピーダンス式ガスセンサにおいて、
両電極は、上記電解質を介し対向するように設けられており、
センサ素子は、両電極の他方（１３０）にて、一定濃度の酸素を含有する基準ガス空間内に晒されるように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することで、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明と同様の作用効果が達成されるのは勿論のこと、上記センサ素子の両電極間に上記基準ガス空間内と被測定ガス空間内との間の酸素濃度差に応じて生ずる起電力を電圧として検出すれば、この電圧に基づき酸素濃度を測定若しくは酸素を検知することが可能となる。また、エンジンの排気管で使用される場合には、エンジンの空燃比を得ることも可能となる。
【００１８】
また、本発明に係るガス検出装置は、請求項５の記載によれば、
請求項１〜４のいずれか１つに記載のインピーダンス式ガスセンサ（１００）と、
加熱電圧を印加されてセンサ素子を加熱する加熱手段（１４０）と、
上記電解質のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段（２３０）と、
上記電解質のインピーダンスが当該センサ素子の目標温度に対応する値になるように上記加熱電圧を制御する加熱電圧制御手段（２２０）とを備える。
【００１９】
このように構成することにより、請求項１〜４のいずれか１つに記載のインピーダンス式ガスセンサの電解質のインピーダンスが当該センサ素子の目標温度に対応する値になるように、上記加熱電圧が制御されてセンサ素子に印加される。このため、センサ素子の温度が上記目標温度に保持されて、センサ素子の個別の温度補正が不要となる。
【００２０】
従って、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明の作用効果を達成し得るのは勿論のこと、センサ素子の温度補正という余分な処理を行うことなく、良好なガス検出が可能となる。
【００２１】
また、本発明に係るガス検出装置は、請求項６の記載によれば、
請求項１〜４のいずれか１つに記載のインピーダンス式ガスセンサ（１００）と、
加熱電圧を印加されてガスセンサのセンサ素子を加熱する加熱手段（１４０）と、
互いに異なる周波数にて各交流電圧を発生してセンサ素子の両電極間に印加する交流電圧発生手段（３１０、３２０）と、
この交流電圧発生手段による上記各交流電圧の印加の際にセンサ素子に流れる電流のうち高い方の周波数の電流成分に対応するインピーダンスに基づき、このインピーダンスに対応する電圧を上記加熱電圧として加熱手段に印加する電圧印加手段（３７０、４０１、４０２、４０３）と、
センサ素子に流れる電流のうち低い方の周波数の電流成分に対応するインピーダンスに基づきセンサ素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段（４２１）とを備える。
【００２２】
このように構成することにより、互いに異なる周波数にて各交流電圧を発生してセンサ素子の両電極間に印加した際に、当該センサ素子に流れる電流のうち高い方の周波数の電流成分に対応するインピーダンスに基づき、このインピーダンスに対応する電圧を上記加熱電圧として加熱手段に印加することでセンサ素子を加熱し、これに合わせて、センサ素子に流れる電流のうち低い方の周波数の電流成分に対応するインピーダンスに基づきセンサ素子のインピーダンスを検出する。
【００２３】
従って、センサ素子の加熱に必要なインピーダンス及びセンサ素子のインピーダンスの検出に必要なインピーダンスが、上述のように各交流電圧のセンサ素子への印加の際にこのセンサ素子に流れる電流に基づき同時に得られる。その結果、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明の作用効果を達成し得るのは勿論のこと、センサ素子の加熱及びインピーダンスの検出が同時に行われることとなり、ガス検出装置としての検出時間が短縮され得る。
【００２４】
なお、請求項６に記載の発明において、
交流電圧発生手段からの各交流電圧を合成して合成電圧としてセンサ素子の両電極間に印加する合成手段（３３０）と、
この合成手段による上記合成電圧の印加後センサ素子に流れる電流を上記互いに異なる周波数の両電流成分に分離する分離手段（３４０）とを設けて、
上記電圧印加手段でもって、当該分離手段によって分離された両電流成分のうち高い方の周波数の電流成分に対応するインピーダンスに基づき、このインピーダンスに対応する電圧を上記加熱電圧として加熱手段に印加し、
上記インピーダンス検出手段でもって、分離手段によって分離された両電流成分のうち低い方の周波数の電流成分に対応するインピーダンスに基づきセンサ素子のインピーダンスを検出するようにしてもよい。
【００２５】
また、本発明に係る窒素酸化物浄化システムは、請求項７の記載によれば、
燃料噴射制御手段（５４０）を有するエンジン（５００）の作動に伴いそのエンジン本体（５２０）から排気ガスを排出される排気管（５３０）の中間部位に介装してなるＮＯｘ吸蔵触媒（５１０）と、
排気管のＮＯｘ吸蔵触媒の下流部に配設される請求項４に記載のインピーダンス式ガスセンサ（１００）と、
このガスセンサのセンサ素子の両電極に接続されたときセンサ素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段（２３０）と、
センサ素子の両電極に接続されたとき上記基準ガス空間内と被測定空間内との間の酸素濃度差に応じて当該両電極の間に生ずる起電力を電圧として検出する電圧検出手段（６２０）と、
インピーダンス検出手段の検出インピーダンスに対応するＮＯｘ濃度が閾値を超過したとき電圧検出手段を両電極に接続する接続手段（６１０、７３０）と、
上記ＮＯｘ濃度が上記閾値を超過するに伴いリッチスパイク打ち込み信号を燃料噴射制御手段に出力するリッチスパイク打ち込み信号出力手段（７７０）と、
燃料噴射制御手段の上記リッチスパイク打ち込み信号に基づく燃料の増量でもってエンジンの作動を制御中に、電圧検出手段の検出電圧に対応するエンジンにおける空燃比がリッチになったときリッチスパイク打ち込み信号出力手段からのリッチスパイク打ち込み信号の出力を停止させる停止手段（７８０、７９０）とを備えて、
接続手段は、停止手段のリッチスパイク打ち込み信号の出力の停止に伴い、インピーダンス検出手段を両電極に接続するようにした。
【００２６】
このように構成することで、ＮＯｘ濃度が上記閾値を超過するに伴い燃料噴射制御手段に出力されるリッチスパイク打ち込み信号は、空燃比がリッチになったときに出力停止となる。従って、窒素酸化物浄化システムにおいて、ガスセンサの耐熱性を良好に確保し得るのは勿論のこと、エンジン本体から排気管内に排出される排気ガス中のＮＯｘ成分の浄化が、リッチスパイク打ち込み信号に基づき消費される燃料の量を最小限に抑制しつつ、良好に達成され得る。
【００２７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形状に記載の具体的手段との対応関係を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の各実施形態を図面により説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係るガス検出装置の第１実施形態を示している。このガス検出装置は、被検出ガス中の窒素酸化物成分（ＮＯｘ成分）、例えば、自動車用エンジンの排気系統から排出される排気ガス中の窒素酸化物成分の濃度を検出するために用いられる。
【００２９】
当該ガス検出装置は、図１にて示すごとく、ガスセンサ１００及び電気回路２００でもって構成されている。
【００３０】
ガスセンサ１００は、固体電解質１１０、外側電極１２０及び内側電極１３０と、ヒータ１４０とを備えており、固体電解質１１０、外側電極１２０及び内側電極１３０は、当該ガスセンサ１００のセンサ素子を構成する。
【００３１】
固体電解質１１０は、酸素導電性材料でもって、断面Ｕ字形状に形成されている。本第１実施形態では、固体電解質１１０は、イットリアを４．４（モル％）だけ固溶させた安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる電解質を断面Ｕ字形状にて焼成して形成されている。なお、固体電解質１１０の形成材料は、上記酸素導電性材料であれば、ＹＳＺに限られない。
【００３２】
外側電極１２０は、固体電解質１１０の外表面に沿い断面Ｕ字状に形成されており、一方、内側電極１３０は、固体電解質１１０の内表面に沿い断面Ｕ字状に形成されている。
【００３３】
ここで、外側電極１２０は、外側電極用ペーストを固体電解質１１０の外面に沿い塗布して乾燥させた後、例えば、９５０（℃）にて１（時間）の間、焼成して形成されている。
【００３４】
本第１実施形態では、上述の外側電極用ペーストは、白金（Ｐｔ）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）及び上記安定化ジルコニアを、１００：６：１４の重量比でもって混合して、作成されている。なお、触媒作用を有する貴金属であれば、白金に代えて、採用してもよい。
【００３５】
また、内側電極１３０は、固体電解質１１０の内面に沿い貴金属を用いてメッキ処理により形成されている。なお、内側電極１３０の形成は、上述のメッキ処理に限らず、貴金属を固体電解質１１０の内面に沿い蒸着或いは溶着することで行ってもよい。
【００３６】
ヒータ１４０は、図１にて示すごとく、柱状のモールド部材１４１でもって被覆されて、内側電極１２０内に配設されており、このヒータ１４０は、その通電に伴い、発熱して上記センサ素子を加熱する。このようにヒータ１４０でもって上記センサ素子を加熱するのは、被検出ガスの温度に対する上記センサ素子のインピーダンスの依存性を低減するとともに、上記センサ素子毎の温度補正を不要にするためである。
【００３７】
ここで、上記センサ素子の温度が、５５０（℃）〜６５０（℃）の範囲以内の一定温度であれば、インピーダンス検出回路２３０（後述する）の検出特性が良好となる。
【００３８】
電気回路２００は、図１にて示すごとく、操作スイッチ２１０、電圧源２２０及びインピーダンス検出回路２３０を備えている。操作スイッチ２１０は、ヒータ１４０への通電のときに閉成され、当該通電の遮断のときに開成される。
【００３９】
電圧源２２０は、直流電源からなるもので、この電圧源２２０は、操作スイッチ２１０を介し、電圧源２２０からの直流電圧をヒータ１４０に印加して通電する。なお、上記センサ素子の温度は６００（℃）を維持するように公知の方法でもって制御されている。
【００４０】
インピーダンス検出回路２３０は、ガスセンサ１００の両電極１２０、１３０の間に接続されている。このインピーダンス検出回路２３０は、１（Ｈｚ）の周波数を有するインピーダンス検出用交流電圧を上記センサ素子及び基準インピーダンスにそれぞれ独立的に印加することで、上記センサ素子及び上記基準インピーダンスに流れる各電流を比較して、上記センサ素子のインピーダンスを検出する。本第１実施形態では、インピーダンス検出回路２３０としては、東洋テクニカ社製ＳＩ１２０８７或いはＳＩ１２０６０型のインピーダンス測定器が採用されている。
【００４１】
ここで、上記インピーダンス検出用交流電圧の周波数は、０．１（Ｈｚ）〜１（ｋＨｚ）の範囲以内の周波数であればよいが、上記インピーダンス検出用交流電圧の周波数が低い程、上記センサ素子のガス感度が高くなる反面、検出インピーダンスの採取時間は長くなり検出効率の低下を招く。
【００４２】
従って、本第１実施形態では、上記センサ素子としての感度及び検出インピーダンスの採取効率の双方を考慮して、上述のごとく、インピーダンス検出用交流電圧の周波数を１（Ｈｚ）とした。また、当該インピーダンス検出用交流電圧は、１０（ｍＶ）〜１００（ｍＶ）の範囲以内の電圧であればよく、本第１実施形態では、２５（ｍＶ）とした。
【００４３】
このように構成した本第１実施形態において、当該ガス検出装置が、そのガスセンサ１００にて、自動車に搭載したエンジンの排気管に配設されているものとする。
【００４４】
しかして、上記エンジンを作動させると、被検出ガスとしての排気ガスが上記排気管内に排出される。このような状態において、ヒータ１４０が、操作スイッチ２１０の閉成に伴い、電圧源２２０から給電されると、当該ヒータ１４０は、その発熱により、上記センサ素子を電極１３０側から加熱する。
【００４５】
ここで、当該センサ素子の温度は６００（℃）に維持されているので、上記センサ素子が異なる毎に個別に温度補正を加える必要がなくなる。
【００４６】
このようにセンサ素子の温度が安定した状態において、インピーダンス検出回路２３０からインピーダンス検出用交流電圧が両電極１２０、１３０間に印加されると、上記センサ素子には、交流電流が流れ、両電極１２０、１３０の間にインピーダンスが発生する。
【００４７】
すると、当該インピーダンス検出回路２３０は、上述のように、両電極１２０、１３０の間に発生したインピーダンスを検出する。従って、このように検出したインピーダンスを、これに対応する窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度に変換することで、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度が得られる。
【００４８】
また、上述のように外側電極１２０の電極材料に含まれている炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）は、イットリアバリウム銅酸化物（ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7）に比べて耐熱性が高い。このため、ガスセンサ１００は、イットリアバリウム銅酸化物（ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7）を含有する電極を用いた従来のガスセンサに比べて、耐熱性に優れ、高温の排気ガス内にても、適正に窒素酸化物の濃度を検出し得る。
【００４９】
ちなみに、本第１実施形態にて述べたガス検出装置を用いて、下記のインピーダンス検出条件のもとに、被検出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を、０（ｐ．ｐ．ｍ）〜１００（ｐ．ｐ．ｍ）の範囲内で変化させて、上記センサ素子のインピーダンスを検出してみた。
【００５０】
但し、本実施形態において、上記インピーダンス検出条件は、次の通りである。
【００５１】
即ち、被検出ガスの流量は、１８（リットル／ｍｉｎ）とする。被検出ガスの組成は、１０（％）のＯ2成分、５（％）のＨ2Ｏ成分、５（％）のＣＯ2成分、０〜１１０（ｐ．ｐ．ｍ）のＮＯｘ成分及び残部であるＮ2成分とする。また、被検出ガスの温度は３００（℃）とし、ヒータ１４０による加熱温度は６００（℃）とする。また、インピーダンス検出回路２３０から上記センサ素子に印加されるインピーダンス検出用交流電圧及びその周波数は、それぞれ、２５（ｍＶ）及び１（Ｈｚ）とする。
【００５２】
このようなインピーダンス検出条件のもとにインピーダンスを検出した結果、図２にて示すようなグラフが得られた。これによれば、上記センサ素子のインピーダンスは、窒素酸化物の濃度の変化に伴い変化することから、当該ガス検出装置によれば、窒素酸化物の濃度０（ｐ．ｐ．ｍ）〜１００（ｐ．ｐ．ｍ）の範囲において良好に検出し得ることが分かる。
【００５３】
また、本第１実施形態におけるガスセンサ１００の外側電極１２０の特性を従来のガスセンサの電極の特性と対比してみた。この対比にあたり、白金（Ｐｔ）及び炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）を重量比２：１で混合した電極ペーストでもって形成してなる電極を第１試料として準備し、一方、白金（Ｐｔ）及びイットリアバリウム銅酸化物（ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7）を重量比２：１で混合した電極ペーストでもって形成してなる電極を第２試料として準備した。
【００５４】
そして、このように準備した第１及び第２の試料を、加熱する前と、８００（℃）にて加熱した後とにおいて、Ｘ線回折装置にかけた。
【００５５】
その結果、上記第１試料に対しては、図３及び図４にて示す各グラフ１及び２が得られ、上記第２試料に対しては、図５及び図６にて示す各グラフ３、４が得られた。
【００５６】
ここで、グラフ１は、上記第１試料を加熱する前の回折強度と回折角との関係を示し、グラフ２は、上記第１試料を８００（℃）にて加熱した後の回折強度と回折角との関係を示す。また、グラフ３は、上記第２試料を加熱する前の回折強度と回折角との関係を示し、グラフ４は、上記第２試料を８００（℃）にて加熱した後の回折強度と回折角との関係を示す。
【００５７】
これら各グラフのうち両グラフ３、４の各対応部位を対比すれば、上記第２試料では、
加熱前においてみられる各ピーク（図５にて各円３−１、３−２で囲われている各ピーク）は、上記加熱後においては、グラフ４における通り、無くなっていることが分かる。
【００５８】
これに対し、両グラフ１、２の各対応部位を対比すれば、上記第１試料では、加熱前においてみられる各ピーク（図３にて各円１−１〜１−４で囲われる各ピーク）は、上記加熱後においても、グラフ２における通り、存在していることが分かる。
【００５９】
従って、上記第１試料は、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）を含有するため、イットリアバリウム銅酸化物（ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7）を含有する上記第２試料に比べて耐熱性に優れていることが分かる。このことは、ガスセンサ１００は、従来のガスセンサに比べて、耐熱性に優れ、高温の排気ガス内にても、適正に窒素酸化物の濃度を検出し得ることを意味する。
【００６０】
また、本第１実施形態にて述べたガス検出装置において、上記センサ素子の外側電極１２０における炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）の濃度を、下記のＳ／Ｎ比測定条件のもと、０（モル％）〜１５（モル％）の範囲内で変化させて、Ｓ／Ｎ比を測定してみたところ、図７にて示すようなグラフが得られた。
【００６１】
但し、本実施形態において、上記Ｓ／Ｎ比測定条件は、次の通りである。
【００６２】
即ち、被検出ガスの流量は、１８（リットル／ｍｉｎ）とする。被検出ガスの組成は、１０（％）のＯ2成分、５（％）のＨ2Ｏ成分、５（％）のＣＯ2成分及びＮ2成分とする。また、被検出ガス中のＮＯｘの濃度は、０（ｐ．ｐ．ｍ）或いは５００（ｐ．ｐ．ｍ）とする。また、被検出ガスの温度は３００（℃）とし、ヒータ１４０による加熱温度は６００（℃）とする。また、インピーダンス検出回路２３０から上記センサ素子に印加されるインピーダンス検出用交流電圧及びその周波数は、それぞれ、２５（ｍＶ）及び１（Ｈｚ）とする。
【００６３】
ここで、Ｓ／Ｎ比は、ＮＯｘ感度に起因する値で、次の式（１）で与えられる。
【００６４】
Ｓ／Ｎ比＝（Ｚ0−Ｚ500）／Ｚ0    ・・・（１）
但し、式（１）において、Ｚ0は、ＮＯｘ＝０（ｐ．ｐ．ｍ）のときの上記センサ素子のインピーダンスであり、Ｚ500は、ＮＯｘ＝５００（ｐ．ｐ．ｍ）のときの上記センサ素子のインピーダンスである。
【００６５】
しかして、図７のグラフによれば、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）の濃度を増大させていくと、Ｓ／Ｎ比は急激に増加していく。そして、当該Ｓ／Ｎ比は、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）の濃度２（モル％）程度からほぼ一定になる。然る後、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）の濃度が１０（モル％）まで上昇すると、当該Ｓ／Ｎ比は急激に減少する。これは、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）が固体電解質１１０において占める割合が増大するにつれて、両電極１２０、１３０自体の導通が減少し、その結果、電極としてのインピーダンス検出に寄与する面積が少なくなるためである。これによって、ＮＯｘ＝０（ｐ．ｐ．ｍ）のときのインピーダンスが上昇してＳ／Ｎ比が減少する。
【００６６】
以上より、Ｓ／Ｎ比０．２以上の良好なセンサ素子を得るためには、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）の濃度の適正な範囲、即ち１．５（モル％）〜１０（モル％）という濃度範囲が存在することが分かる。
（第２実施形態）
図８は、本発明に係るガス検出装置の第２実施形態を示している。この第２実施形態では、電気回路３００が、図８にて示すごとく、上記第１実施形態にて述べた電気回路２００に代えて、採用されている。
【００６７】
電気回路３００は、両交流電圧源３１０、３２０及び加算回路３３０を備えている。交流電圧源３１０は、所定の高周波数の交流電圧（以下、高周波電圧ともいう）を発生する。交流電圧源３２０は、所定の低周波数の交流電圧（以下、低周波電圧ともいう）を発生する。本第２実施形態において、上記所定の高周波数は１（ｋＨｚ）に設定され、上記所定の低周波数は１（Ｈｚ）に設定されている。
【００６８】
ここで、本実施形態において、上述のように両交流電圧源３１０、３２０を導入する根拠並びに上述のように所定の高周波数及び所定の低周波数を設定する根拠について説明する。
【００６９】
上記第１実施形態にて述べたように、ヒータ１４０による加熱制御を行うことで、上記センサ素子の被検出ガスの温度に対するインピーダンスの依存性が低減され得るだけなく、上記センサ素子毎の温度補正の必要性がなくなる。
【００７０】
また、固体電解質１１０のインピーダンスは、特定の周波数において、当該固体電解質１１０の温度との間に相関性を有する。このため、固体電解質１１０のインピーダンスを検出することで、当該固体電解質１１０の温度を知ることができる。このことは、固体電解質１１０のインピーダンスを利用して当該固体電解質１１０の温度を制御し得ることを意味する。
【００７１】
従って、固体電解質１１０のインピーダンスを、上記特定の周波数に対応する値に維持するように、ヒータ１４０に対する印加電圧を制御すれば、上記センサ素子の温度が一定の目標温度に維持され得る。また、このようにセンサ素子の温度を一定の目標温度に維持するに要する固体電解質１１０のインピーダンスは、１（ｋＨｚ）〜１（ＭＨｚ）の範囲以内の周波数を有する交流電圧を上記センサ素子に印加することで得られる。このため、本実施形態では、当該交流電圧の周波数を１（ｋＨｚ）に設定した。
【００７２】
また、上述のようにセンサ素子の温度制御を行う場合、センサ素子の温度制御に要する固体電解質１１０のインピーダンスの検出に加えて、被検出ガス中の窒素酸化物成分（ＮＯｘ成分）の濃度を検出するに要するセンサ素子のインピーダンスの検出が必要とされる。
【００７３】
これら両インピーダンスを交互に検出すると、検出インピーダンスのデータとしての採取に時間がかかることから、当該両インピーダンスの検出を同時に行うことが望ましい。そこで、本実施形態では、両交流電圧源３１０、３２０を導入して加算回路３３０により加算により合成することとした。
【００７４】
また、上記所定の高周波数は、上記所定の低周波数の１０００倍以上の周波数に設定されることが望ましい。例えば、上記所定の高周波数を１（ｋＨｚ）〜１（ＭＨｚ）の範囲以内の周波数とすれば、上記所定の低周波数を０．１（Ｈｚ）〜１（ｋＨｚ）の範囲以内の周波数とすることが望ましい。そこで、本実施形態では、上記所定の高周波数を１（ｋＨｚ）と設定し、上記所定の低周波数を１（Ｈｚ）と設定することとした。
【００７５】
加算回路３３０は、各電源スイッチ３１１、３１２を介し、それぞれ、各交流電圧源３１０、３２０から交流電圧を印加されて、これら各交流電圧を加算し加算電圧（図９参照）として発生し、上記第１実施形態にて述べたガスセンサ１００の両電極１２０、１３０間に印加する。このことは、ガスセンサ１００のセンサ素子には上記加算電圧に基づき交流電流が流れることを意味する。
【００７６】
ここで、当該加算電圧は、図９にて示すごとく、所定周期（図９にて符号５参照）を有する高周波の周期成分及び所定周期（図９にて符号６参照）を有する低周波の周期成分でもって構成される。このことは、上記加算電圧を利用すれば、異なる周波数の交流電圧を上記センサ素子に対し同時に印加し得ることを意味する。なお、両電源スイッチ３１１、３１２は、後述する電源スイッチ３６０と共に連動するように構成されている。従って、各電源スイッチ３１１、３１２、３６０のいずれかが開成（或いは閉成）されると、残りの各電源スイッチも、開成（或いは閉成）される。
【００７７】
また、当該電気回路３００は、分離回路３４０、マイクロコンピュータ３５０及び可変直流電源３７０を備えている。
【００７８】
分離回路３４０は、ハイパスフィルタ３４１及び減算器３４２を備えており、ハイパスフィルタ３４１は、両電極１２０、１３０間に流れる交流電流のうち高周波数の電流成分（以下、高周波成分ともいう）を抽出して、減算器３４２及びマイクロコンピュータ３５０に出力する。
【００７９】
減算器３４２は、両電極１２０、１３０間に流れる交流電流から、上記高周波成分を減算し、残りの低周波数の電流成分（以下、低周波成分ともいう）をマイクロコンピュータ３５０に出力する。
【００８０】
マイクロコンピュータ３５０は、図１０にて示すフローチャートに従い、コンピュータプログラムを実行し、分離回路３４０からの出力に基づき当該フローチャートの各ステップにおける処理を行う。なお、上記コンピュータプログラムはマイクロコンピュータ３５０のＲＯＭに当該マイクロコンピュータにより読み出し可能に予め記憶されている。
【００８１】
可変直流電源３７０は、マイクロコンピュータ３５０による制御のもと、電源スイッチ３６０を介し、ヒータ電圧をヒータ１４０に印加する。このことは、ヒータ１４０が、当該ヒータ電圧に応じて発熱し上記第１実施形態にて述べたセンサ素子を加熱することを意味する。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。
【００８２】
このように構成した本第２実施形態において、各電源スイッチ３１１、３１２、３６０が閉成されると、加算回路３３０が、交流電圧源３１０からの高周波電圧及び交流電圧源３２０からの低周波電圧を加算し、加算電圧（図９参照）を発生しガスセンサ１００の外側電極１２０と内側電極１３０との間に印加する。
【００８３】
これに伴い、ガスセンサ１００においては、交流電流（以下、センサ電流ともいう）が、加算回路３３０からの加算電圧に基づき、両電極１２０、１３０の間に固体電解質１１０を介し流れる。
【００８４】
すると、分離回路３４０においては、ハイパスフィルタ３４１が、上記センサ素子のセンサ電流から高周波成分を抽出し、減算器３４２及びマイクロコンピュータ３５０に出力する。
【００８５】
上述のように高周波成分が減算器３４２に出力されると、この高周波成分が、減算器３４２によって、上記センサ素子からのセンサ電流から減算されて、低周波成分としてマイクロコンピュータ３５０に出力される。
【００８６】
また、上述した各電源スイッチ３１１、３１２、３６０の閉成に合わせて、マイクロコンピュータ３５０が作動状態となり図１０のフローチャートに従い上記コンピュータプログラムの実行を開始する。
【００８７】
しかして、ステップ４００において、高周波成分の入力の有無が判定される。現段階では、上述のごとく、分離回路３４０からの高周波成分はマイクロコンピュータ３５０に出力されているから、当該ステップ４００においてＹＥＳと判定される。
【００８８】
ついで、ステップ４０１において、高周波インピーダンスへの変換処理がなされる。これに伴い、上述した分離回路３４０からの高周波成分は、これに対応する高周波インピーダンスに変換される。すると、ステップ４０２において、ヒータ電圧への変換処理がなされる。このため、上記高周波成分が、これに対応するヒータ電圧に変換されて、ステップ４０３にて可変直流電源３７０に出力される。
【００８９】
これにより、当該可変直流電源３７０は、マイクロコンピュータ３５０からのヒータ電圧に相当する直流電圧をヒータ１４０に印加する。
【００９０】
すると、ヒータ１４０は、可変直流電源３７０からの直流電圧に応じて発熱し上記センサ素子を加熱する。これにより、当該センサ素子は、一定の目標温度を維持するように制御される。
【００９１】
ステップ４０３における処理後、ステップ４２０において低周波成分の入力の有無が判定される。現段階では、上述のごとく、分離回路３４０からの低周波成分はマイクロコンピュータ３５０に出力されているから、当該ステップ４２０においてＹＥＳと判定される。
【００９２】
これに伴い、ステップ４２１において、低周波インピーダンスへの変換処理がなされる。このため、上記低周波成分が、これに対応する低周波インピーダンスに変換される。
【００９３】
ついで、ステップ４２２において、当該低周波インピーダンスが、これに対応するＮＯｘの濃度に変換されて、ステップ４２３において出力される。
【００９４】
以上説明したように、本第２実施形態では、互いに異なる周波数の両交流電圧を加算して加算電圧としてセンサ素子の両電極１２０、１３０間に印加した後、当該センサ素子に流れる電流を、上記互いに異なる周波数の両電流成分、即ち高周波成分及び低周波成分に分離する。そして、これら両電流成分のうち、高周波成分に対応するインピーダンスに基づき、このインピーダンスに対応する電圧を上記加熱電圧としてヒータ１４０に印加することでセンサ素子を加熱し、これに合わせて、低周波成分に対応するインピーダンスに基づきセンサ素子のインピーダンスを検出する。
【００９５】
従って、センサ素子の加熱に必要なインピーダンス（温度制御用インピーダンス）及びセンサ素子のインピーダンスの検出に必要なインピーダンス（濃度検出用インピーダンス）が、上述のように両交流電圧の加算電圧としてのセンサ素子への印加後このセンサ素子に流れる電流を上記高周波成分及び低周波成分に分離することで、同時に得られる。その結果、ガスセンサ１００の耐熱性を上記第１実施形態と同様に確保し得るのに併せて、センサ素子の加熱及びインピーダンスの検出が同時に行われることとなり、濃度検出用インピーダンス及び温度制御用インピーダンスを別々に検出する場合に比べて、インピーダンスのデータとしての採取時間の短縮が可能となる。その他の作用効果は、上記第１実施形態と同様である。
（第３実施形態）
図１１は、本発明が適用される自動車用エンジンの窒素酸化物浄化システムの一例を第３実施形態として示す。なお、エンジン（以下、エンジン５００という）は、ガソリンを燃料とする。
【００９６】
当該窒素酸化物浄化システムは、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０と、図１２にて示すガス検出装置とを備えている。ＮＯｘ吸蔵触媒５１０は、エンジン５００のエンジン本体５２０から延出する排気管５３０の中間部位に介装されており、このＮＯｘ吸蔵触媒５１０は、エンジン５００の作動に伴いエンジン本体５２０から排気管５３０内に排出される排気ガス中のＮＯｘ成分（図１１にて符号５３１参照）を、エンジン５００の希薄燃焼時に吸蔵し、ＮＯｘ成分の吸蔵量の増大に伴い当該ＮＯｘ成分を還元浄化する機能を有する。
【００９７】
本第３実施形態において、ガス検出装置は、上記第１実施形態にて述べたガスセンサ１００と、電気回路６００とによって構成されている。
【００９８】
当該ガスセンサ１００は、図１１にて示すごとく、エンジン５００の排気管５３０のうちＮＯｘ吸蔵触媒５１０の下流部に配設されている。なお、当該ガスセンサ１００は、その内側電極１３０にて、一定の濃度の酸素を含有する基準ガス空間内に晒されるように形成されている。
【００９９】
電気回路６００は、上記第１実施形態にて述べた電気回路２００と同様に、操作スイッチ２１０、及びこの操作スイッチ２１０を介しガスセンサ１００のヒータ１４０に接続した電圧源２２０を備えている。
【０１００】
また、当該電気回路６００は、上記第１実施形態にて述べたインピーダンス検出回路２３０と、アナログ切り換えスイッチ６１０と、電圧センサ６２０と、マイクロコンピュータ６３０とを備えている。
【０１０１】
アナログ切り換えスイッチ６１０は、切り換え接点６１１と、この切り換え接点６１１に切り換え投入される両固定接点６１２、６１３とを備えている。しかして、当該アナログ切り換えスイッチ６１０は、マイクロコンピュータ６３０により制御のもと、切り換え駆動されて、切り換え接点６１１を両固定接点６１２、６１３のいずれかに切り換え投入する。なお、当該アナログ切り換えスイッチ６１０において、切り換え接点６１１の固定接点６１２への投入状態を第１投入状態といい、また、切り換え接点６１１の固定接点６１３への投入状態を第２投入状態という。
【０１０２】
インピーダンス検出回路２３０は、アナログ切り換えスイッチ６１０の第１投入状態への切り換えのもと、上記第１実施形態と同様に、１（Ｈｚ）の周波数を有するインピーダンス検出用交流電圧を上記センサ素子及び基準インピーダンスにそれぞれ独立的に印加することで、上記センサ素子及び上記基準インピーダンスに流れる各電流を比較して、上記センサ素子のインピーダンスを検出しマイクロコンピュータ６３０に出力する。
【０１０３】
電圧センサ６２０は、アナログ切り換えスイッチ６１０の第２投入状態への切り換えのもと、ガスセンサ１００の両電極１２０、１３０の間に発生する電圧を検出してマイクロコンピュータ６３０に出力する。ここで、両電極１２０、１３０の間に発生する電圧は、上記基準ガス空間内と被測定ガス空間内との間の酸素濃度差に応じて両電極１２０、１３０間に発生する起電力に相当する。
【０１０４】
マイクロコンピュータ６３０は、図１３にて示すフローチャートに従いコンピュータプログラムを実行し、この実行中において、アナログ切り換えスイッチ６１０の切り換え制御、インピーダンス検出回路２３０の検出出力及び電圧センサ６２０の検出出力に基づく燃料噴射制御装置５４０（図１１参照）の制御処理を行う。なお、当該コンピュータプログラムはマイクロコンピュータ６３０のＲＯＭに当該マイクロヒータにより読み出し可能に予め記憶されている。
【０１０５】
燃料噴射制御装置５４０は、当該ガス検出装置の電気回路６００のマイクロコンピュータ６３０からの出力に基づき、エンジン５００のエンジン本体５２０の燃焼室内に燃料を噴射する。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。
【０１０６】
以上のように構成した本第３実施形態において、エンジン５００がその点火回路（図示しない）の作動及び燃料噴射制御装置５４０の燃料噴射制御のもとに作動状態におかれると、空気がエンジン本体５２０に吸入されてその燃焼室内にて燃料噴射制御装置５４０からの燃料と混合されて混合気になり燃焼されて排気ガスとして排気管５３０内に流れ込む。
【０１０７】
すると、この排気ガスは、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０及びガスセンサ１００を介し排気管５３０から排出される。このような過程においては、上記排気ガスに含まれるＮＯｘ成分（図１１にて符号５３１参照）が、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０により吸蔵されていく。
【０１０８】
また、上述のようなエンジン５００の作動に合わせて、操作スイッチ２１０を閉成すると、ヒータ１４０が、電圧源２２０からの直流電圧に基づき上記第１実施形態にて述べたと同様にガスセンサ１００のセンサ素子を加熱する。このため、当該センサ素子の温度が上記第１実施形態と同様に安定状態になる。
【０１０９】
また、上述のようなエンジン５００の作動に伴い、マイクロコンピュータ６３０が作動して上記コンピュータプログラムの実行を図１３のフローチャートに従い開始すると、ステップ７００において、アナログ切り換えスイッチ６１０の第１投入状態への切り換え処理がなされる。
【０１１０】
この切り換え処理に伴い、アナログ切り換えスイッチ６１０は第１投入状態に切り換えれる。このため、インピーダンス検出回路２３０は、上記センサ素子のインピーダンスを検出し得る状態におかれる。
【０１１１】
しかして、上述のようにセンサ素子の温度が安定した状態において、インピーダンス検出回路２３０からインピーダンス検出用交流電圧がアナログ切り換えスイッチ６１０を介し上記センサ素子の両電極１２０、１３０間に印加されると、第１実施形態と同様に、上記センサ素子には、交流電流が流れ、両電極１２０、１３０の間にインピーダンスが発生する。このインピーダンスは、排気管５３０の下流部内にＮＯｘ吸蔵触媒５１０から流入する排気ガス中のＮＯｘ成分の濃度に対応する。
【０１１２】
すると、当該インピーダンス検出回路２３０は、上述のように両電極１２０、１３０の間に発生したインピーダンスを検出し、ステップ７１０において、マイクロコンピュータ６３０に入力する。
【０１１３】
これに伴い、次のステップ７２０において、ＮＯｘの濃度（以下、ＮＯｘ濃度ともいう）への変換処理がなされる。この変換処理では、ステップ７１０で入力済みのインピーダンスが、これに対応するＮＯｘ濃度に変換される。
【０１１４】
ついで、ステップ７３０において、ステップ７２０での変換ＮＯｘ濃度が閾値を超過したか否かが判定される。現段階では、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０に吸蔵されるＮＯｘの量は、当該ＮＯｘ吸蔵触媒５１０のＮＯｘに対する吸蔵限界に達していないため、上述のように排気管５３０の下流部内に流れるＮＯｘの濃度は低く、上記閾値には達していない。従って、ステップ７３０における判定はＮＯとなる。
【０１１５】
以後、ステップ７１０〜ステップ７３０を循環する処理が繰り返されている状態において、ステップ７２０における最新の変換ＮＯｘ濃度が上記閾値を超過すると、ステップ７３０においてＹＥＳと判定される。
【０１１６】
また、上述のようにＮＯｘ濃度が上記閾値を超過すると、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０のＮＯｘ吸蔵量が、当該ＮＯｘ吸蔵触媒５１０の吸蔵限界を超えたと判断し、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０はその吸蔵ＮＯｘを還元により浄化し始める。なお、このとき、エンジン５００の排気ガスは希薄燃焼状態にあるのが通常である。
【０１１７】
ステップ７３０におけるＹＥＳとの判定に伴い、次のステップ７４０において、アナログ切り換えスイッチ６１０の第２投入状態への切り換え処理がなされる。このため、アナログ切り換えスイッチ６１０は、第２投入状態に切り換えられる。従って、上述したインピーダンス検出回路２３０がインピーダンスの検出を禁止され、電圧センサ６２０が、上記センサ素子の両電極１２０、１３０間の電圧を検出し得る状態におかれる。
【０１１８】
このため、上記基準ガス空間内と被測定ガス空間内との酸素濃度差に起因して発生する起電力が、アナログ切り換えスイッチ６１０を介し、電圧センサ６２０により電圧として検出されて、ステップ７５０においてマイクロコンピュータ６３０に入力される。
【０１１９】
すると、次のステップ７６０において、エンジン５００の空燃比（以下、Ａ／Ｆともいう）への変換処理がなされる。この変換処理では、ステップ７５０で入力済みの電圧が、これに対応するＡ／Ｆに変換される。
【０１２０】
ついで、ステップ７７０において、リッチスパイク打ち込み信号の出力処理がなされる。これに伴い、リッチスパイク打ち込み信号（図１４にて符号７参照）がマイクロコンピュータ６３０から燃料噴射制御装置５４０に出力される。すると、この燃料噴射制御装置５４０は、上記リッチスパイク打ち込み信号に基づき、エンジン本体５２０の燃焼室に対する燃料の噴射量を増量する。これに伴い、エンジン本体５２０の燃焼室内で形成される混合気のＡ／Ｆがリッチになる方向（濃くなる方向）に変化していく。なお、現段階では、Ａ／Ｆはいまだリッチではないため、ステップ７８０においてＮＯと判定される。
【０１２１】
以後、ステップ７５０〜ステップ７８０の循環処理が繰り返されている状態において、ステップ７６０における最新の変換Ａ／Ｆがリッチになれば、ステップ７８０においてＹＥＳと判定される。これに伴い、ステップ７９０において、リッチスパイク打ち込み信号の出力停止処理がなされる。このため、リッチスパイク打ち込み停止信号（図１５にて符号８参照）がマイクロコンピュータ６３０から燃料噴射制御装置５４０に出力される。
【０１２２】
このようにリッチスパイク打ち込み停止信号が出力されると、燃料噴射制御装置５４０が燃料の増量噴射制御を停止して通常の燃料噴射制御を行う。このとき、エンジン本体５２０から排気管５３０内に排出される排気ガスは、燃料成分（図１５にて符号５３２参照）及び窒素（図１５に符号５３３参照）を含む。なお、ステップ７９０の処理後、上記コンピュータプログラムはステップ７００に戻る。
【０１２３】
以上説明したように、自動車のエンジンの窒素酸化物浄化システムにおいて、インピーダンス検出回路２３０の検出インピーダンスに対応するＮＯｘ濃度（ステップ７２０参照）が上記閾値を超過（ステップ７３０参照）して、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０がＮＯｘの吸蔵限界に達し、燃料噴射制御装置５４０がマイクロコンピュータ６３０からのリッチスパイク打ち込み信号に基づきエンジン本体５２０に対する燃料の噴射量を増量する。これに伴いエンジン本体５２０から排気管５３０内に排出される排気ガスに基づき、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０が吸蔵ＮＯｘの還元浄化を行う。
【０１２４】
然る後、電圧センサ６２０の検出電圧に対応するＡ／Ｆがリッチ（ステップ７８０参照）になると、燃料噴射制御装置５４０がマイクロコンピュータ６３０からのリッチスパイク打ち込み停止信号に基づきエンジン本体５２０に対する燃料の噴射量の増量を停止して通常の燃料噴射制御を行う。
【０１２５】
このように、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０がＮＯｘの吸蔵限界に達した後における燃料噴射制御装置５４０からエンジン本体５２０への燃料噴射量の増量制御が、マイクロコンピュータ６３０からのリッチスパイク打ち込み信号の出力後リッチスパイク打ち込み停止信号の出力までの間に限られる。
【０１２６】
換言すれば、当該ガス検出装置を採用した窒素酸化物浄化システムにおいて、ＮＯｘ吸蔵触媒５１０による排気ガスの浄化のためのリッチスパイク打ち込み信号に基づく燃料の増量制御を、Ａ／Ｆがリッチ（ステップ７８０参照）になったときにリッチスパイク打ち込み停止信号でもって停止するので、リッチスパイク打ち込み信号に基づき必要とされる燃料の増量が最小限に抑制され得る。その結果、ガスセンサ１００の耐熱性を上記第１実施形態と同様に確保されるのに併せて、燃料の消費量が、周期的にリッチスパイク打ち込み信号でもって燃料噴射制御を行う場合に比べて、低減され得る。
【０１２７】
ちなみに、本実施形態にいうガス検出装置を用いて、被検出ガスに含まれる水成分（Ｈ2Ｏ成分）、アンモニア成分（ＮＨ3成分）、二酸化炭素成分（ＣＯ2）及び二酸化硫黄成分（ＳＯ2成分）の各濃度をそれぞれ検出したところ、図１６〜図１９にて示す各グラフが得られた。
【０１２８】
ここで、図１６のグラフは、ガスセンサ１００のセンサ素子のインピーダンスとＨ2Ｏ成分の濃度（以下、Ｈ2Ｏ濃度ともいう）との間の関係を示す。これによれば、上記センサ素子のインピーダンスは、Ｈ2Ｏ濃度０（％）〜１５（％）の範囲内にて図１６にて示すごとく変化する。これにより、本実施形態にいうガス検出装置でもってＨ2Ｏ濃度を検出し得ることが分かる。
【０１２９】
但し、Ｈ2Ｏ濃度の検出条件は次の通りである。
即ち、被検出ガスの流量は１８（リットル／ｍｉｎ）とする。当該被検出ガスの組成は、１０（％）のＯ2成分、１（％）、５（％）及び１０（％）のＨ2Ｏ成分、５（％）のＣＯ2成分及び残部であるＮ2成分とする。また、被検出ガスの温度は３００（℃）とし、ヒータ１４０による加熱温度は６００（℃）とする。また、インピーダンス検出回路２３０から上記センサ素子に印加されるインピーダンス検出用交流電圧及びその周波数は、それぞれ、２５（ｍＶ）及び１（Ｈｚ）とする。
【０１３０】
また、図１７のグラフは、ガスセンサ１００のセンサ素子のインピーダンスと、０（ｐ．ｐ．ｍ）、５０（ｐ．ｐ．ｍ）、１００（ｐ．ｐ．ｍ）及び１５０（ｐ．ｐ．ｍ）の各濃度（以下、ＮＨ3濃度ともいう）を有するＮＨ3との間の関係を示す。上記センサ素子のインピーダンスは、ＮＨ3成分濃度０（ｐ．ｐ．ｍ）〜１５０（ｐ．ｐ．ｍ）の範囲内にて図１７にて示すごとく変化する。これにより、本実施形態にいうガス検出装置でもってＮＨ3濃度を検出し得ることが分かる。
【０１３１】
但し、ＮＨ3濃度の検出条件は次の通りである。
即ち、被検出ガスの流量は１８（リットル／ｍｉｎ）とする。当該被検出ガスの組成は、１０（％）のＯ2成分、５（％）のＨ2Ｏ成分、５（％）のＣＯ2成分、０、５０、１００、１５０（ｐ．ｐ．ｍ）のＮＨ3成分及び残部であるＮ2成分とする。また、被検出ガスの温度は３００（℃）とし、ヒータ１４０による加熱温度は６００（℃）とする。また、インピーダンス検出回路２３０から上記センサ素子に印加されるインピーダンス検出用交流電圧及びその周波数は、それぞれ、２５（ｍＶ）及び１（Ｈｚ）とする。
【０１３２】
また、図１８のグラフは、ガスセンサ１００のセンサ素子のインピーダンスと、０（％）、５（％）、１０（％）及び１５（％）の各濃度（以下、ＣＯ2濃度ともいう）を有するＣＯ2との間の関係を示す。上記センサ素子のインピーダンスは、ＣＯ2成分濃度０（％）〜１５（％）の範囲内にて図１８にて示すごとく変化する。これにより、本実施形態にいうガス検出装置でもってＣＯ2濃度を検出し得ることが分かる。
【０１３３】
但し、ＣＯ2濃度の検出条件は次の通りである。
即ち、被検出ガスの流量は１８（リットル／ｍｉｎ）とする。当該被検出ガスの組成は、１０（％）のＯ2成分、５（％）のＨ2Ｏ成分、０（％）、１（％）、５（％）及び１０（％）のＣＯ2成分及び残部であるＮ2成分とする。また、被検出ガスの温度は３００（℃）とし、ヒータ１４０による加熱温度は６００（℃）とする。また、インピーダンス検出回路２３０から上記センサ素子に印加されるインピーダンス検出用交流電圧及びその周波数は、それぞれ、２５（ｍＶ）及び１（Ｈｚ）とする。
【０１３４】
また、図１９のグラフは、ガスセンサ１００のセンサ素子のインピーダンスと、０（ｐ．ｐ．ｍ）、１００（ｐ．ｐ．ｍ）及び２００（ｐ．ｐ．ｍ）の各濃度（以下、ＳＯ2濃度ともいう）を有するＳＯ2との間の関係を示す。上記センサ素子のインピーダンスは、ＳＯ2成分濃度０（ｐ．ｐ．ｍ）〜２００（ｐ．ｐ．ｍ）の範囲内にて図１９にて示すごとく変化する。これにより、本実施形態にいうガス検出装置でもってＳＯ2濃度を検出し得ることが分かる。
【０１３５】
但し、ＳＯ2濃度の検出条件は次の通りである。
即ち、被検出ガスの流量は１８（リットル／ｍｉｎ）とする。当該被検出ガスの組成は、１０（％）のＯ2成分、５（％）のＨ2Ｏ成分、５（％）のＣＯ2成分、０、１００、２００（ｐ．ｐ．ｍ）のＳＯ2成分及び残部であるＮ2成分とする。また、被検出ガスの温度は３００（℃）とし、ヒータ１４０による加熱温度は６００（℃）とする。また、インピーダンス検出回路２３０から上記センサ素子に印加されるインピーダンス検出用交流電圧及びその周波数は、それぞれ、２５（ｍＶ）及び１（Ｈｚ）とする。
【０１３６】
なお、本発明の実施にあたり、上記各実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）上記第１実施形態においては、ヒータ１４０を廃止してもよい。
（２）上記第１或いは第２の実施形態では、ガスセンサ１００のセンサ素子において、内側電極１３０の電極材料を、外側電極材料でもって構成してもよい。
（３）上記各実施形態にて述べた両電極１２０、１３０は、上記各実施形態とは異なり、固体電解質１１０の同一面側に設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明に係るガス検出装置の第１実施形態を示す回路構成図である。
【図２】上記第１実施形態におけるセンサ素子のインピーダンスと窒素酸化物の濃度との関係を示すグラフである。
【図３】上記第１実施形態において第１試料の加熱前の回折強度と回折角との関係を示すグラフである。
【図４】上記第１実施形態において第１試料の加熱後の回折強度と回折角との関係を示すグラフである。
【図５】上記第１実施形態において第２試料の加熱前の回折強度と回折角との関係を示すグラフである。
【図６】上記第１実施形態において第２試料の加熱後の回折強度と回折角との関係を示すグラフである。
【図７】上記第１実施形態においてＳ／Ｎ比と外側電極の電極材料中の炭酸バリウムとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
【図９】図８の加算回路の出力波形を示す図である。
【図１０】図８のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１１のガス検出装置の回路構成図である。
【図１３】図１２のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートである。
【図１４】上記第３実施形態においてリッチスパイク打ち込み信号の出力後にエンジン本体から排気管内に排出される排気ガスの状態を説明するブロック図である。
【図１５】上記第３実施形態においてリッチスパイク打ち込み停止信号の出力に伴いエンジン本体から排気管内に排出される排気ガスの状態を説明するブロック図である。
【図１６】上記第３実施形態においてセンサ素子のインピーダンスとＨ2Ｏ濃度との関係を示すグラフである。
【図１７】上記第３実施形態においてセンサ素子のインピーダンスとＮＨ3濃度との関係を示すグラフである。
【図１８】上記第３実施形態においてセンサ素子のインピーダンスとＣＯ2濃度との関係を示すグラフである。
【図１９】上記第３実施形態においてセンサ素子のインピーダンスとＳＯ2濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３８】
１００…ガスセンサ、１１０…固体電解質、１２０…外側電極、１３０…内側電極、
１４０…ヒータ、２２０…電圧源、２３０…インピーダンス検出装置、
３１０、３２０…交流電圧源、３３０…加算回路、３４０…分離回路、
３７０…可変直流電源、５００…エンジン、５１０…ＮＯｘ吸蔵触媒、
５２０…エンジン本体、５４０…燃料噴射制御装置、
６１０…アナログ切り換えスイッチ、６２０…電圧センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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