(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板によって形成された基準ガス室及びサンプルガス室と，
該サンプルガス室にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路と，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び他の面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室内へ酸素ガスを導入するためのポンプセルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内のＮＯｘ濃度を検出する検出セルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素濃度を検出するセンサセルとよりなり，
該センサセルは複合ガスセンサの外部に露出形成された外部電極を有すると共に，
上記センサセルにおける基準ガス室内に面した電極と上記外部電極との間には第二電圧計を備えた第二センサ回路が接続されてなり，
上記検出セルには第一電流計と電源とを備えた検出回路が接続され，上記ポンプセルには第二電流計と可変電源とを備えたポンプ回路が接続され，
更に，上記センサセルには第一電圧計を備えたセンサ回路が接続されてなる複合ガスセンサを使用し，
上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御することにより，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると同時に，上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定し，更に，上記第二電圧計の検出値に基づいてサンプルガス中の酸素濃度を測定することを特徴とするガス濃度の測定方法。
【請求項２】
少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板によって形成された基準ガス室及びサンプルガス室と，
該サンプルガス室にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路と，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び他の面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室内へ酸素ガスを導入するためのポンプセルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内のＮＯｘ濃度を検出する検出セルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素濃度を検出するセンサセルとよりなると共に，
上記検出セルには第一電流計と電源とを備えた検出回路が接続され，上記ポンプセルには第二電流計と可変電源とを備えたポンプ回路が接続され，
更に，上記センサセルには第一電圧計を備えたセンサ回路が接続されてなる複合ガスセンサであって，
上記サンプルガス室は拡散通路にて連結された第一室と第二室とよりなり，
上記第一室には上記サンプルガス導入路及び上記ポンプセルが設けてなり，
上記第二室と上記基準ガス室との間に上記検出セル及び上記センサセルが設けてあり，
上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御する制御器と，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定器と，上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定する空燃比測定器とよりなることを特徴とする複合ガスセンサ。
【請求項３】
請求項２において，上記センサセルは複合ガスセンサの外部に露出形成された外部電極を有し，
上記センサセルにおける基準ガス室内に面した電極と上記外部電極との間には第二電圧計を備えた第二センサ回路が接続されてなり，
上記第二電圧計の検出値に基づいてサンプルガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定器を有することを特徴とする複合ガスセンサ。
【請求項４】
請求項２または３において，上記サンプルガス室及び基準ガス室は同一平面上に設けてあることを特徴とする複合ガスセンサ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項において，上記検出セル及び上記センサセルにかかる基準ガス室内に面した電極は一体的に構成されてなることを特徴とする複合ガスセンサ。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一項において，上記サンプルガス導入路はピンホールまたは多孔質層よりなることを特徴とする複合ガスセンサ。
【請求項７】
少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板によって形成された基準ガス室及びサンプルガス室と，
該サンプルガス室にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路と，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び他の面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室内へ酸素ガスを導入するためのポンプセルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内のＮＯｘ濃度を検出する検出セルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素濃度を検出するセンサセルとよりなると共に，
上記検出セルには第一電流計と電源とを備えた検出回路が接続され，上記ポンプセルには第二電流計と可変電源とを備えたポンプ回路が接続され，
更に，上記センサセルには第一電圧計を備えたセンサ回路が，
並びに上記ポンプ回路には上記ポンプセルのインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定器とが接続されてなる複合ガスセンサを使用し，
上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御することにより，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると同時に，上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定し，更にインピーダンス測定器の出力値からサンプルガスの温度を測定することを特徴とするガス濃度測定方法。
【請求項８】
少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板によって形成された基準ガス室及びサンプルガス室と，
該サンプルガス室にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路と，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び他の面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室内へ酸素ガスを導入するためのポンプセルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内のＮＯｘ濃度を検出する検出セルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素濃度を検出するセンサセルとよりなり，
また，上記ポンプセル上にはサンプルガスが通過する多孔質の基板と，該基板の外表面に設けた抵抗体及びリード線とよりなる温度検出セルが設けてあり，
上記検出セルには第一電流計と電源とを備えた検出回路が接続され，上記ポンプセルには第二電流計と可変電源とを備えたポンプ回路が接続され，
更に，上記センサセルには第一電圧計を備えたセンサ回路が接続されてなる複合ガスセンサを使用し，
上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御することにより，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると同時に，上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定し，
上記温度検出セルにおける抵抗体の抵抗値に基づいてサンプルガスの温度を測定することを特徴とするガス濃度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，車両用内燃機関の排ガス浄化システム等において利用するガス濃度の測定方法及び複合ガスセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】
車両用内燃機関の排ガスによる大気汚染は現代社会に深刻な問題を引き起こしており，排ガス中の公害物質に対する浄化基準法規は年々厳しくなっている。
そのため，ガソリンもしくはディーゼルエンジン等の車両用内燃機関に対する燃焼制御，車両用内燃機関の排ガス系に設置する触媒コンバータを利用した公害物質の低減方法について種々の検討が行われている。
【０００３】
このような検討から，従来，２つの酸素センサを用いたモニターシステムが導入されていた。しかしながら，上記システムは排ガス中の空燃比を検出し，内燃機関における燃料噴射量及びＥＧＲ率をより精密にフィードバック制御することにより，排ガス中の公害物質を低減しようとするシステムであって，排ガス中の公害物質の多寡を直接検出するシステムではない。
【０００４】
そして，米国のＯＢＤ−ＩＩ規制においては，排ガスの浄化に使用する触媒が適切かどうかを判定する機能を排ガスの浄化システムに要求している。
このことから近年は，内燃機関の精密な燃焼制御と共に排ガス中の公害物質，即ちＮＯｘ濃度を直接検出するシステムが提案されている。
【０００５】
即ち，内燃機関の排気系における排ガス通路には，公害物質であるＮＯｘを除去するための触媒コンバータが配置されている。この触媒コンバータの下流にＮＯｘセンサを設け，ここにおいてＮＯｘ濃度を測定することにより，触媒コンバータの劣化を検知することができる。
以上のように触媒コンバータの劣化検出システムと内燃機関の燃焼制御のシステムとを組み合わせたシステムへの要求が，近年高まっていた。
【０００６】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記システムの実現のためには，ＮＯｘセンサ，空燃比センサ，また場合によっては酸素センサ，排ガス温度を測定する温度センサを排気系に設置する必要がある。
一般に内燃機関の排気系は制限された非常に狭い空間である。このため，多数のセンサを設置する上述のようなシステムは車両への塔載性について問題がある。特に設計上の困難や組付け上の困難があった。
また，複数センサを利用するシステムであるため，故障の確率が高くなるおそれもある。更に，センサの数が増える分，コスト高となるおそれもある。
【０００７】
本発明は，かかる問題点に鑑み，サンプルガス中のＮＯｘ濃度と空燃比とを同時に測定するガス濃度の測定方法及びこの測定に用いることができる複合ガスセンサを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板によって形成された基準ガス室及びサンプルガス室と，
該サンプルガス室にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路と，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び他の面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室内へ酸素ガスを導入するためのポンプセルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内のＮＯｘ濃度を検出する検出セルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素濃度を検出するセンサセルとよりなり，
該センサセルは複合ガスセンサの外部に露出形成された外部電極を有すると共に，
上記センサセルにおける基準ガス室内に面した電極と上記外部電極との間には第二電圧計を備えた第二センサ回路が接続されてなり，
上記検出セルには第一電流計と電源とを備えた検出回路が接続され，上記ポンプセルには第二電流計と可変電源とを備えたポンプ回路が接続され，
更に，上記センサセルには第一電圧計を備えたセンサ回路が接続されてなる複合ガスセンサを使用し，
上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御することにより，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると同時に，上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定し，更に，上記第二電圧計の検出値に基づいてサンプルガス中の酸素濃度を測定することを特徴とするガス濃度の測定方法にある。
【０００９】
上記ポンプセルは限界電流式の酸素センサとして機能する素子より構成することが好ましい。
上記ポンプセルは電圧を印加することにより複合ガスセンサの外部とサンプルガス室との間において，酸素イオンのポンピング作用を発揮することができる。印加電圧が高い場合にはポンピング作用が活発となり，より多量の酸素イオンを運ぶことができる。一方，印加電圧が低い場合には少量の酸素イオンしか運ぶことができない。また，酸素イオンのポンピングがサンプルガス室に対する排出となるか，導入となるかについても印加する電圧の寡多に依存する。
【００１０】
そして，上記ポンプセルに対する電圧の印加はポンプ回路の可変電源が行い，また該ポンプ回路には第二電流計が設けてあるため，上記酸素イオンのポンピングに伴うイオン電流の大きさを測定することができる。
【００１１】
上記検出セルのサンプルガス室に面した電極は，ＮＯｘが接触することにより，該ＮＯｘを窒素イオンと酸素イオンとに分解する作用を有する物質にて構成することが好ましい。
そして，検出セルにかかる他方の電極は基準ガス室に面しており，両電極の間は酸素イオン導電性の固体電解質基板よりなり，更に，検出回路に備えられた電源により，両電極間には電位差が与えられている。
このため，上記検出セルは限界電流式酸素センサとして機能し，サンプルガス中のＮＯｘ濃度に応じたイオン電流を検出回路に設けた第一電流計において測定することができる。
【００１２】
上記センサセルは酸素濃淡起電力式として機能するように構成することが好ましい。
上記センサセルにかかる電極はそれぞれサンプルガス室と基準ガス室とに面しており，よって両電極の間に両室の酸素濃度差に対応した起電力が発生する。
上記起電力はセンサ回路の第一電圧計において測定することができる。
【００１３】
なお，上記ポンプセル及びセンサセルのサンプルガス室に面する電極はＮＯｘ不活性（ＮＯｘを還元しない）な電極を使用することが好ましい。これにより，ポンプセル及びセンサセルにおけるＮＯｘの消費を防止することができ，正確なＮＯｘ濃度を測定することができる。
【００１４】
本発明にかかる作用効果につき説明する。
本発明にかかる測定方法においては，上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御することにより，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると同時に，上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定する。
【００１５】
ここに，第一電圧計の検出値が一定値であるということは，サンプルガス室の酸素濃度が一定であるということを意味する。従って，可変電源，即ちポンプセルに対する印加電圧をサンプルガス室の酸素濃度を基にして制御することにより，導入されるサンプルガス中の酸素濃度の多寡に関わらず，サンプルガス室の酸素濃度を一定に保持することができる。
【００１６】
ところで，上記検出セルのサンプルガス室に面した電極の上では，ＮＯｘの還元と同時に酸素のイオン化も生じるが，酸素量が一定であれば，第一電流計において測定した値は（変動するＮＯｘ濃度）＋（一定の酸素濃度）に比例することとなる。即ち，検出セルにおいてＮＯｘ濃度を測定することができる。
【００１７】
そして，上記ポンプセル回路には第二電流計が設けてあるが，該第二電流計の検出する値は，サンプルガス中に存在する酸素量，即ち，サンプルガス中の空燃比と比例する。よって，ポンプセルにおいて空燃比を測定することができる。
【００１８】
そして，ＮＯｘ濃度の測定も空燃比の測定も共に第一電圧計の検出値を一定値に保持するという一つの操作によって行うことができる。このため，両測定は同時に行うことができ，また，この測定は一本の複合ガスセンサを利用して行うことができる。
【００１９】
このため，従来技術に示すような，車両用内燃機関におけるＮＯｘ濃度測定を利用した触媒コンバータの劣化検出システムと空燃比を利用した燃焼制御のシステムとを組み合わせたシステムにかかるセンサを一本の複合ガスセンサでまかなうことができる。
【００２０】
以上のように，本発明によれば，サンプルガス中のＮＯｘ濃度と空燃比とを同時に測定するガス濃度の測定方法を提供しようとするものである。
【００２１】
次に，上記複合ガスセンサは，上記センサセルは複合ガスセンサの外部に露出形成された外部電極を有すると共に，
上記センサセルにおける基準ガス室内に面した電極と上記外部電極との間には第二電圧計を備えた第二センサ回路が接続されてなり，
上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御することにより，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると同時に上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定し，更に，上記第二電圧計の検出値に基づいてサンプルガス中の酸素濃度を測定する。
【００２２】
上記センサセルにかかる外部電極はサンプルガス室に導入される前のサンプルガスと接しており，外部電極と基準電極との間には複合ガスセンサの外部の酸素濃度，基準ガス室の酸素濃度との差に対応した起電力が発生する。
上記起電力は第二センサ回路の第二電圧計において測定することができる。
上記起電力はセンサセルの電極が外部のサンプルガス，基準ガス室の基準ガスに接しつづける限り生じることから，本請求項の測定方法によれば，ＮＯｘ濃度，空燃比と共に，サンプルガス中の酸素濃度を検出することができる。
【００２３】
次に，請求項２の発明は，少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板によって形成された基準ガス室及びサンプルガス室と，
該サンプルガス室にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路と，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び他の面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室内へ酸素ガスを導入するためのポンプセルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内のＮＯｘ濃度を検出する検出セルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素濃度を検出するセンサセルとよりなると共に，
上記検出セルには第一電流計と電源とを備えた検出回路が接続され，上記ポンプセルには第二電流計と可変電源とを備えたポンプ回路が接続され，
更に，上記センサセルには第一電圧計を備えたセンサ回路が接続されてなる複合ガスセンサであって，
上記サンプルガス室は拡散通路にて連結された第一室と第二室とよりなり，
上記第一室には上記サンプルガス導入路及び上記ポンプセルが設けてなり，
上記第二室と上記基準ガス室との間に上記検出セル及び上記センサセルが設けてあり，
上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御する制御器と，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定器と，上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定する空燃比測定器とよりなることを特徴とする複合ガスセンサにある。
【００２４】
本発明の複合ガスセンサにおいては，上記制御器を操作し，第一電圧計の検出値を一定値に保持することにより，請求項１に記載したように，ＮＯｘ濃度の測定，空燃比の測定を行うことができる。
即ち，本発明を用いることにより，ＮＯｘ濃度と空燃比とを同時に測定することができる。
【００２５】
また，本発明にかかる複合ガスセンサにおいて，例えば上記検出セルの近傍にセンサセルを設けることが好ましい。これにより，残存する酸素量を抑え，オフセット電流を小さくすることができる。
また，センサセルにかかる電極としてＮＯｘに対して不活性な電極を採用することが好ましい。これにより，センサセルにおけるＮＯｘ消費をなくすことができる。
また，両セルの干渉をなくすため，ポンプセルとセンサセルの各電極を離した位置に配置することが好ましい。
【００２６】
次に，上記複合ガスセンサは，上記サンプルガス室は拡散通路にて連結された第一室と第二室とよりなり，上記第一室にはサンプルガス導入路及びポンプセルが設けてなり，上記第二室と上記基準ガス室との間に検出セル及びセンサセルが設けてある。
【００２７】
これにより，第一室においてポンプセルによりサンプルガス中の酸素濃度を一定とすることができ，第二室は酸素濃度が一定のサンプルガスを送り込むことができる。このため，精度の高いＮＯｘ濃度の検出が可能な複合ガスセンサを得ることができる。
【００２８】
次に，請求項３の発明のように，上記センサセルは複合ガスセンサの外部に露出形成された外部電極を有し，上記センサセルにおける基準ガス室内に面した電極と上記外部電極との間には第二電圧計を備えた第二センサ回路が接続されてなり，上記第二電圧計の検出値に基づいてサンプルガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定器を有することが好ましい。
これにより，ＮＯｘ濃度，空燃比と共に，請求項２に記載したごとくサンプルガス中の酸素濃度を検出可能な複合ガスセンサを得ることができる。
【００２９】
次に，請求項４の発明のように，上記サンプルガス室及び基準ガス室は同一平面上に設けてあることが好ましい。
これにより，複合ガスセンサを薄化することができ，速熱性を高めることができる。上記複合ガスセンサを構成するポンプセル，検出セル，センサセルはいずれも活性温度に達しなければ機能しない。
従って，特に車両用内燃機関に設置した際には，エンジン始動直後からのガス濃度の測定を可能とすることができる。
また，よりコンパクトなセンサを得ることができる。
【００３０】
なお，同一平面上とは，後述の図６〜図８に示されるごとく，例えば２枚の固体電解質基板の間にサンプルガス室と基準ガス室とが形成されるような状態を示している。
【００３１】
次に，請求項５の発明のように，上記検出セル及び上記センサセルにかかる基準ガス室内に面した電極は一体的に構成されてなることが好ましい。
これにより，電極の数と共に該電極を検出回路，センサ回路に接続する端子部の数を減らすことができる。このため，複合ガスセンサの製造を容易とすることができる。
また，検出回路とセンサ回路とにおいて，部分的な共有回路を設けることができるため，この点でもコンパクトな構造とすることができる。また，配線の手間を省くこともできる。
【００３２】
次に，請求項６の発明のように，上記サンプルガス導入路はピンホールまたは多孔質層よりなることが好ましい。
ピンホールよりなるサンプルガス導入路を設けることにより，より多くのサンプルガスをサンプルガス室に導入することができ，よって，より多くのＮＯｘ等を利用してガス濃度測定を行うことができ，複合ガスセンサの感度を高めることができる。
また，多孔質層よりなるサンプルガス導入路を設けることにより，センサの温度依存性を小さくすることができる。
【００３３】
次に，請求項７の発明は，少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板によって形成された基準ガス室及びサンプルガス室と，
該サンプルガス室にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路と，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び他の面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室内へ酸素ガスを導入するためのポンプセルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内のＮＯｘ濃度を検出する検出セルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素濃度を検出するセンサセルとよりなると共に，
上記検出セルには第一電流計と電源とを備えた検出回路が接続され，上記ポンプセルには第二電流計と可変電源とを備えたポンプ回路が接続され，
更に，上記センサセルには第一電圧計を備えたセンサ回路が，
並びに上記ポンプ回路には上記ポンプセルのインピーダンスを測定するためのインピーダンス測定器とが接続されてなる複合ガスセンサを使用し，
上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御することにより，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると同時に，上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定し，更にインピーダンス測定器の出力値からサンプルガスの温度を測定することを特徴とするガス濃度測定方法にある。
【００３４】
請求項７の発明において使用する複合ガスセンサは，請求項１にかかる複合ガスセンサと同様の構造のセンサのポンプ回路に対しインピーダンス測定器を設けたものである。
上記インピーダンス回路によりポンプセルのインピーダンスを測定することができ，またインピーダンスの値は温度に依存することが知られている。更に，上記ポンプセルはサンプルガスをサンプルガス室に導入または排出するよう構成されているため，ポンプセルの温度は略サンプルガスの温度に一致する。
よって，上記ポンプセルのインピーダンスを測定することによりサンプルガス温度を測定することができる。
以上により，本発明にかかるガス濃度測定方法によれば，ＮＯｘ濃度，空燃比の他にサンプルガスの温度の測定も行うことができる。
【００３５】
このため，本発明をエンジン等の排ガスにおけるガス濃度測定に応用した場合には，例えばエンジンの失火に伴う排ガス温度の低下をモニタすることができる。これにより，排ガス温度が低下したという信号をエンジン制御回路にフィードバックさせることができ，エンジンの燃焼制御を行うことができる。
また，上記排ガスのガス濃度測定において排ガス浄化用の触媒の異常発熱をモニタすることもできる。これにより，触媒劣化検知を行うことができる。
【００３６】
なお，上記インピーダンス測定器としては，例えばアナログ回路にて周波数５ｋＨｚの正弦波を印加できる測定器等を用いることができる。
【００３７】
次に，請求項８の発明は，少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板によって形成された基準ガス室及びサンプルガス室と，
該サンプルガス室にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路と，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び他の面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室内へ酸素ガスを導入するためのポンプセルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内のＮＯｘ濃度を検出する検出セルと，
上記サンプルガス室内に面した固体電解質基板の一つの面及び上記基準ガス室内に面した固体電解質基板の一つの面に設けた一対の電極からなり，上記サンプルガス室内の酸素濃度を検出するセンサセルとよりなり，
また，上記ポンプセル上にはサンプルガスが通過する多孔質の基板と，該基板の外表面に設けた抵抗体及びリード線とよりなる温度検出セルが設けてあり，
上記検出セルには第一電流計と電源とを備えた検出回路が接続され，上記ポンプセルには第二電流計と可変電源とを備えたポンプ回路が接続され，
更に，上記センサセルには第一電圧計を備えたセンサ回路が接続されてなる複合ガスセンサを使用し，
上記第一電圧計の検出値が一定値に保持されるよう可変電源を制御することにより，上記第一電流計の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると同時に，上記第二電流計の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定し，
上記温度検出セルにおける抵抗体の抵抗値に基づいてサンプルガスの温度を測定することを特徴とするガス濃度の測定方法にある。
【００３８】
請求項８の発明において使用する複合ガスセンサは，請求項１にかかる複合ガスセンサと同様の構造のセンサのポンプセルに対し多孔質の基板等よりなる温度検出セルを設けたものである。
この温度検出セルは熱伝導の悪い多孔質の基板よりなるため，複合ガスセンサの他の部分が保有する熱（例えば後述の各実施形態例にて記載されたヒータ等が発する熱）の影響を受け難い。また，ポンプセルはサンプルガスに接するよう構成されており，このようなポンプセルに設けた基板の外表面に抵抗体は設けてあるため，上記抵抗体はサンプルガスに曝されるように構成されている。
従って，この温度検出セルの出力はサンプルガスの温度に比例することができる。
以上により，本発明にかかるガス濃度測定方法によれば，ＮＯｘ濃度，空燃比の他にサンプルガスの温度の測定も行うことができる。
【００３９】
このため，上記と同様に例えばエンジンの失火に伴う排ガス温度の低下をモニタし，排ガス温度が低下したという信号をエンジン制御回路にフィードバックして，エンジンの燃焼制御を行うことができる。
更に，ＥＧＲ制御の温度センサとしての利用，ＮＯｘ触媒のウィンドウ検知，ストイキ及びリッチ検知等幅広く利用することができる。
【００４０】
なお，上記温度検出セルにおいては，正の抵抗温度係数を有する材料にて帯状のパターンが形成されており，このパターンの抵抗は外気温に比例するためサンプルガスの温度に比例する出力を得ることができる。
【００４１】
また，上記ポンプセル上に設けられる多孔質の基板としてはアルミナ等の絶縁性材料からなり，その気孔率はガス透過性の観点より５〜１０％とすることが好ましい。
また，上記抵抗体はリード線よりも抵抗温度係数が大きく，抵抗体内部の抵抗値がリード線よりも大きく構成することが好ましい。
【００４２】
なお，複合ガスセンサにおいては一般に検出セルの活性化を目的としてポンプセルとは反対側の面にヒータを設けることが多く（後述の各実施形態例参照），その点からもポンプセルに温度センサセルを設けることによりヒータからの影響を最小とすることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるガスの測定方法及び複合ガスセンサにつき，図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すごとく，本例の複合ガスセンサ１は，少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板１１，１２によって形成された基準ガス室１０３及びサンプルガス室１００と，該サンプルガス室１００にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路１１０とを有する。
【００４４】
そして，上記サンプルガス室１００内に面した固体電解質基板１１の一つの面１１８及び他の面１１９に設けた一対の電極２１８，２１９からなり，上記サンプルガス室１００内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室１００内へ酸素ガスを導入するためのポンプセル２１を有する。
また，上記サンプルガス室１００内に面した固体電解質基板１２の一つの面１２８及び上記基準ガス室１０３内に面した固体電解質基板１２の一つの面１２９に設けた一対の電極３１８，３１９からなり，上記サンプルガス室１００内のＮＯｘ濃度を検出する検出セル３１を有する。
【００４５】
また，上記サンプルガス室１００内に面した固体電解質基板１２の一つの面１２８及び上記基準ガス室１０３内に面した固体電解質基板１２の一つの面１２９に設けた一対の電極４１８，４１９からなり，上記サンプルガス室１００内の酸素濃度を検出するセンサセル４１を有する。
【００４６】
また，上記検出セル３１には第一電流計３２１と電源３２９とを備えた検出回路３２が接続され，上記ポンプセル２１には第二電流計２２１と可変電源２２９とを備えたポンプ回路２２が接続され，更に，上記センサセル４１には第一電圧計４２１を備えたセンサ回路４２が接続されてなる。
【００４７】
そして，上記第一電圧計４２１の検出値が一定値に保持されるよう可変電源２２９を制御する制御器２５１と，上記第一電流計３２１の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定器３と，上記第二電流計２２１の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定する空燃比測定器２とよりなる。
【００４８】
また，上記サンプルガス室１００は拡散通路１０４にて連結された第一室１０１と第二室１０２とより構成されており，上記第一室１０１にはサンプルガス導入路１１０及びポンプセル２１が設けてなり，上記第二室１０２と上記基準ガス室１０３との間には検出セル３１及びセンサセル４１が設けてある。
また，上記第一室１０１は第一固体電解質基板１１，基板１３３，１３２により構成され，上記第二室１０２は第二固体電解質基板１２，基板１３２，１３１より構成されている。
更に，上記基準ガス室１０３は第二固体電解質基板１２と基板１４１，ヒータ１９の被覆板１９２により構成されている。
【００４９】
このような複合ガスセンサ１において，上記第一電圧計４２１の検出値が一定値に保持されるよう制御器２５１を操作し，可変電源２２９を制御する。
これにより，上記第一電流計３２１の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると共に，上記第二電流計２２１の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定する。
【００５０】
更に，本例にかる複合ガスセンサ１について，詳細に説明する。
図１に示すごとく，上記複合ガスセンサ１は，第一及び第二固体電解質基板１１，１２，基板１３１，１３２，１３３，１４１及びヒータ１９を積層することにより構成されたセンサである。
なお，上記基板１３１，１３２，１３３は第一及び第二固体電解質基板１１，１２と同材質である。また，基板１４１はヒータ１９を構成するヒータ基板１９１，被覆板１９２と同材質である。
【００５１】
上記ポンプセル２１は，第一固体電解質１１と，該第一固体電解質基板１１における複合ガスセンサ１の外部に露出する面１１８に設けた電極２１８と第一室１０１に対面する反対面１１９に設けた電極２１９とよりなる。そして，図示を略したリード部及び端子部等を経由して，上記電極２１８，２１９に対しポンプ回路２２が接続されている。そして，上記電極２１８，２１９の中央にはサンプルガス導入路１１０となるピンホールが設けてある。
なお，上記電極２１９はＮＯｘに対して不活性なＡｕ添加Ｐｔ電極である。上記電極２１８はＰｔ電極である。
【００５２】
上記基板１３３には第一室１０１となる窓部が設けてなり，上記基板１３２には拡散通路１０４となるピンホールが設けてなり，上記基板１３１には第二室１０２となる窓部が設けてある。
【００５３】
上記検出セル３１は，第二固体電解質基板１２と，該第二固体電解質基板１２における第二室１０２に対面する面１２８に設けた電極３１８と基準ガス室１０３に対面する反対面１２９に設けた電極３１９とよりなる。そして，図示を略したリード部及び端子部を経由して，上記電極３１８，３１９に対し検出回路３２が接続されている。
なお，上記電極３１８はＮＯｘを窒素イオンと酸素イオンとに分解する活性電極で，ＰｔまたはＰｔ／Ｒｈ電極である。上記電極３１９はＰｔ電極である。
【００５４】
上記センサセル４１は，第二固体電解質基板１２と，該第二固体電解質基板１２における第二室１０２に対面する面１２８に設けた電極４１８と基準ガス室１０３に対面する反対面１２９に設けた電極４１９とよりなる。そして，図示を略したリード部及び端子部等を経由して，上記電極４１８，４１９に対しセンサ回路４２が接続されている。
なお，上記電極４１８はＮＯｘに対して不活性なＡｕ添加Ｐｔ電極で，４１９はＰｔ電極である。
【００５５】
上記絶縁性基板１４１には基準ガス室１０３となる窓部が設けてある。
また，上記絶縁性基板１４１の下方に隣接して，ヒータ部１９が設けてある。上記ヒータ部１９はヒータ基板１９１と発熱部１９０，そして両者を被覆する被覆板１９２とよりなる。
上記発熱部１９０は，複合ガスセンサ１を投影的にみて，ポンプセル２１，検出セル３１，センサセル４１の全体を覆うような位置に形成する。また，上記発熱部に通電するためのリード部，端子部も形成されている（図示略）。
なお，上記ヒータ基板１９１，被覆板１９２は共にアルミナ基板よりなる。
【００５６】
次に，本例にかかる複合ガスセンサ１の製造方法について説明する。
まず，上記第一及び第二固体電解質基板１１，１２，基板１３１〜１３３用のジルコニアグリーンシートの作製につき説明する。
６モル％のイットリアと９４モル％ジルコニアよりなる平均粒径０．５μｍのイットリア部分安定化ジルコニアを１００部（重量部，以下同じ），α−アルミナを１部，ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を５部，ＤＢＰ（ディブチルブチラール）を１０部，エタノールを１０部，トルエン１０部を秤量した。
上記原料をボールミル中にて混合し，得られたスラリーをドクターブレード法にて乾燥厚みが０．３ｍｍとなるように成形，５×７０ｍｍの長方形に切断し，５枚のシート成形体を作製した。
【００５７】
上記第一固体電解質基板１１用のシート成形体に対し，電極２１８用の印刷部，またリード部，端子部用の印刷部をそれぞれＰｔペーストを用いスクリーン印刷法にて作製した。また，電極２１９用の印刷部を１〜１０ｗｔ％のＡｕを添加したＰｔペーストにて作製した。
上記基板１３３，１３１用のシート成形体に対し，上記第一室１０１及び第二室１０２用の２×１５ｍｍの角穴よりなる窓部を設けた。また，上記基板１３２用のシート成形体に対し，拡散通路１０４用のピンホールを設けた。
【００５８】
上記第二固体電解質基板１２用のシート成形体に対し，電極３１８用の印刷部を０〜１０ｗｔ％のＲｈを添加したＰｔペーストにて作製した。また，Ｐｔペーストにて，他の電極３１８，４１９，リード部，端子部等を作製し，電極４１８は１〜１０ｗｔ％のＡｕ添加Ｐｔペーストにて作製した。
【００５９】
次に，基板１４１，ヒータ基板１９１，被覆板１９２用のアルミナグリーンシートについて説明する。
平均粒径０．３μｍのα−アルミナを９８部，６モル％のイットリアと９４モル％ジルコニアよりなるイットリア部分安定化ジルコニアを３部，ＰＶＢを１０部，ＤＢＰを１０部，エタノールを３０部，トルエンを３０部秤量した。
上記原料をボールミル中にて混合し，得られたスラリーをドクターブレード法にて乾燥厚みが０．３ｍｍとなるように成形，５×７０ｍｍの長方形に切断し，３枚のシート成形体を作製した。
【００６０】
上記基板１４１用のシート成形体に対し，２×６５ｍｍのスリットを形成した。これにより，上記シート成形体は先端がコの字となった。このスリットが基準ガス室１０３となる。
また，上記ヒータ基板１９１用のシート成形体に対し，発熱部１９０及びリード部用の印刷部，リード部，端子部を１０ｗｔ％のアルミナ添加のＰｔペーストを用いて作製した。また，被覆板１９２用のシート成形体はグリーンシートをそのまま使用する。
【００６１】
以上のように得られた各シート成形体を図１に示すごとき順序に積層し，８０℃にてプレスすることにより積層体とした。
上記積層体を大気中１５００℃にて１時間焼成し，焼成体を得た。上記焼成体に対し，ポンプ回路２２，検出回路３２，センサ回路４２を接続することにより，本発明にかかる複合ガスセンサ１を得た。
【００６２】
次に，本例の複合ガスセンサ１を用いたガス濃度の測定について説明する。
まず，上記サンプルガス導入路１１０を通過し，サンプルガスが上記第一室１０１，第二室１０２内に拡散する。
【００６３】
この時，上記第二室１０２内の酸素濃度は上記センサセル４１によって監視されている。上記センサセル４１の電極４１８は第二室１０２に，電極４１９は基準ガス室１０３に面していることから，このセンサセル４１は酸素濃淡起電力式の電池として作用する。従って，両電極４１８，４１９間に第二室の酸素濃度に対応した起電力が生じ，第一電圧計４２１により上記起電力が検出される。
【００６４】
この起電力が常に一定となるように，即ち，第二室１０２の酸素濃度が基準濃度となるようにフィードバック回路２５を通じて，上記ポンプ回路２２の可変電源２２９を，制御器２５１でもってオペアンプを組合わせたコンパレータにて制御する。
【００６５】
即ち，第二室１０２において基準濃度より酸素濃度が高い場合には，第一電圧計４２１の値が基準濃度を示す起電力，０．４Ｖより低い値となる。
この場合には，フィードバック回路２５を通じて上記第一電圧計４２１の値が制御回路２５１にに対し入力され，可変電源２２９を制御し，ポンプ回路２２の電圧を高め，ポンプセル２１における酸素の排出を促進する。
【００６６】
一方，第二室１０２の酸素濃度が基準濃度より低い場合には，第一電圧計４２１の値が目標値（０．４Ｖ）より高い値となる。この場合には，上記制御回路２５１が可変電源２２９を制御し，ポンプ回路２２の電圧を下げて，ポンプセル２１における酸素の排出を抑制する。場合によっては，酸素の排出を停止させ，酸素の導入を行わせる。
【００６７】
以上の制御により，第一室１０１の酸素濃度は，若干の変動はあるもののだいたい基準濃度の値となる。この状態にあるサンプルガスが第二室１０２に流れ込むため，第二室１０２の酸素濃度もほぼ基準濃度となる。
なお，上記基準濃度とはセンサセルにおける第一電圧計の値が０．４Ｖとなる値で，この値にはネルンストの式が示すところによるとＯ2 濃度１ｐｐｍ以下を意味する。
【００６８】
次に，上記検出セル３１において，上記第二室１０２のＮＯｘは電極３１８と接触し，還元され，酸素イオンとなる。また，第二室１０２に残留していた酸素も同様に還元されて酸素イオンとなる。上記検出セル３１と導通した検出回路３２においては，電源３２９により常に一定の電圧（０．４５Ｖ）が電極３１８，３１９の間に印加されており，上記酸素イオンの濃度に対応した限界電流値を第一電流計３２１において検出することができる。
【００６９】
ここに，上記第二室１０２における酸素濃度はほぼ一定であることから，上記酸素ガス由来の酸素イオンの量もほぼ一定である。従って，電流計３２１に与える影響もほぼ一定となる。以上により，上記限界電流値の値より，ＮＯｘ濃度の変動量を測定することができる。
上記電流計３２１の値がＮＯｘ濃度測定器３に入力され，ここにおいてＮＯｘ濃度を知ることができる。
【００７０】
また，上記ポンプ回路２２には第二電流計２２１が設けてある。
上記第二室１０２の酸素濃度を一定にする様にポンプセル電圧をコントロールしているため，排ガスの空燃比，即ち酸素量に応じてポンプ電流が流れることになるが，この電流値は酸素量即ち空燃比に比例する。
これにより，上記第二電流計２２１においてサンプルガス中の空燃比を測定することができる。
以上により，上記複合ガスセンサ１においてはＮＯｘ濃度と共に空燃比を測定することができる。
【００７１】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例においては，上述したごとく上記第一電圧計４２１の検出値が一定値に保持されるよう制御器２５１で可変電源２２９を制御することにより，上記第一電流計３２１の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると共に，上記第二電流計２２１の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定することができる。
以上のように，本例によれば，サンプルガス中のＮＯｘ濃度と空燃比とを同時に測定するガス濃度の測定方法を提供することができる。
【００７２】
また，この測定は一本の複合ガスセンサ１を利用して行うことができるため，車両用内燃機関におけるＮＯｘ濃度測定を利用した触媒コンバータの劣化検出システムと空燃比を利用した燃焼制御のシステムとを組み合わせたシステムにかかるセンサを一本の複合ガスセンサでまかなうことができる。
【００７３】
なお，本例にかかる複合ガスセンサ１において上記電極２１８は複合ガスセンサ１の外部に露出している。このため，上記電極２１８がサンプルガス中に含まれる被毒物により被毒され，電極２１８としての活性が失われるおそれがあった。図２を示すごとく，上記電極２１８の表面全体を被覆するように被毒物トラップ層１８１，電極保護層１８２を設けることにより，電極２１８の保護を図ることができる。
【００７４】
また，サンプルガスの導入についてであるが，図１に示すごとき，ピンホールではなく，図３に示すごとく，複合ガスセンサ１の側面に設けた多孔質層１５を介して導入することもできる。
これにより，複合ガスセンサの温度依存性を小さくすることができる。
【００７５】
実施形態例２
本例は，図４，図５に示すごとく，センサセルに対し，第一センサ回路と第二センサ回路とを設けたものである。
図４に示すごとく，本例にかかる複合ガスセンサ１は，一部が酸素イオン導電性の第一及び第二固体電解質基板１１，１２によって形成された基準ガス室１０３及びサンプルガス室１００を有し，またポンプセル２１，検出セル３１，センサセル４１を有する。そして，上記サンプルガス室１００は拡散通路１０４により接続された第一室１０１，第二室１０２により構成されている。
なお，符号１８は電極２１８，後述する外部電極４１０を保護するための電極保護層である。
【００７６】
そして，上記センサセル４１は，上記第二室１０２内に面した電極４１８と上記基準ガス室１０３内に面した電極４１９，また第一固体電解質基板１１に設け，複合ガスセンサ１の外部に形成した外部電極４１０よりなる。
【００７７】
また，上記センサセル４１における電極４１８と電極４１９との間には第一電圧計４２１を備えた第一センサ回路４２が接続されてなる。また，電極４１９と外部電極４１０との間には第二電圧計４３１を備えた第二センサ回路４３が接続されてなる。そして，上記第二電圧計４３１の検出値に基づいてサンプルガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定器４を有する。
その他は実施形態例１と同様の構造である。
【００７８】
本例にかかる複合ガスセンサ１におけるＮＯｘ濃度及び空燃比の測定は実施形態例１と同様に行うことができる。
ところで，上記センサセル４１の外部電極４１０は複合ガスセンサ１の外部に面し，電極４１９は基準ガス室１０３に面していることから，この両電極４１０，４１９は酸素濃淡起電力式の電池として作用する。従って，両電極４１０，４１９間には複合ガスセンサ１の外部に流通するサンプルガス中の酸素濃度に対応した起電力が生じる。そして，この起電力が第二電圧計４３１により検出され，酸素濃度測定器４にて酸素濃度として測定できる。
【００７９】
よって，本例にかかる複合ガスセンサ１においては，上記第二電圧計４３１によりサンプルガス中の酸素濃度を測定し，第一電流計３２１によりＮＯｘ濃度を測定し，第二電流計２２１により空燃比を同時に検出することができる。
従って，特に本例にかかる複合ガスセンサ１を使用することにより，ＮＯｘセンサシステム，Ａ／Ｆセンサシステム，２Ｏ2 センサシステムとを組合わせたハイブリッドシステムにかかるセンサを一本でまかなうことができる。
その他は実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００８０】
なお，サンプルガスの導入についてであるが，図４に示すごとき，ピンホールではなく，図５に示すごとく，複合ガスセンサ１の側面に設けた多孔質層１５を介して導入することもできる。
【００８１】
実施形態例３
本例は，図６〜図８に示すごとく，同一平面上にサンプルガス室と基準ガス室とを設けた複合ガスセンサである。
図６に示すごとく，本例にかかる複合ガスセンサ５は，第一固体電解質基板５１，第二固体電解質基板５２と両者の間に形成されたサンプルガス室１００，基準ガス室１０３を有し，またポンプセル２１，検出セル３１，センサセル４１を有する。そして，上記サンプルガス室１００は拡散通路１０４により接続された第一室１０１，第二室１０２により構成されている。
【００８２】
そして，上記第一室１０１にはサンプルガス導入路１１０，ポンプセル２１が設けてなり，上記第二室１０２には検出セル４１とセンサセル３１とが設けてある。
そして，上記検出セル４１，センサセル３１における第二室１０２に面した電極４１８，３１８は第二固体電解質基板５２の同じ面に設けてある。また，上記検出セル４１，センサセル３２における基準ガス室１０３に面した電極は一枚の共有電極５１９よりなる。
【００８３】
また，上記検出セル３１には検出回路３２が接続され，上記ポンプセル２１にはポンプ回路２２が接続され，更に，上記センサセル４１にはセンサ回路４２が接続されてなる。
そして，検出回路３２及びセンサ回路４２は共有回路５５に対し接続され，ここを介して共有電極５１９に対し接続されている。
なお，符号５３１はサンプルガス室，基準ガス室を形成する窓部を設けた絶縁性基板，符号５３２はヒータ１９の保持部となる絶縁性基板である。
その他の構造は，実施形態例１と同様である。また，ＮＯｘ濃度の測定，空燃比の検出についても実施形態例１と同様である。
【００８４】
本例の複合ガスセンサ５は，サンプルガス室１００と基準ガス室１０３とが同一平面上に形成されることから，厚みの薄いセンサである。従って，ヒータ１９によって素早く加熱することができる。そして，上記複合ガスセンサ５を構成するポンプセル２１，検出セル３１，センサセル４１はいずれも活性温度に達しなければ機能しない。従って，特に車両用内燃機関に本例にかかる複合ガスセンサ５を設置した際には，エンジン始動直後からのガス濃度の測定を可能とすることができる。
【００８５】
更に，本例の複合ガスセンサ５においては，基準ガス室１０３側に設けた電極が共有されており，また，検出回路３１，センサ回路４１についても共有回路５５において接続されている。
このため，複合ガスセンサ５からの出力の取出しに際して，接続に要するリード線を減らすことができ，製造容易なガスセンサとすることができる。
また，よりコンパクトなセンサを得ることができる。
その他は実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００８６】
なお，図７に示すごとく，複合ガスセンサ５の側面に設けた多孔質層１５を介してサンプルガスを導入することもできる。
【００８７】
更に，図８に示すごとく，サンプルガス導入路１１０をポンプセル２１とは別の位置に配置することもできる。
【００８８】
実施形態例４
本例は，図９に示すごとく，実施形態例１の図１に示した複合ガスセンサと同一の構造を有するセンサにおいてポンプ回路２２にインピーダンス測定器６を設けて構成した複合ガスセンサである。
構造的にその他は実施形態例１と同様である。
【００８９】
本例にかかる作用効果について説明する。
本例にかかる複合ガスセンサ１は，上記インピーダンス測定器６によりポンプセル２１のインピーダンスを測定することができ，またインピーダンスの値は温度に依存することが知られている。更に，上記ポンプセル２１はサンプルガスをサンプルガス室１０１に導入または排出するよう構成されているため，ポンプセル２１の温度は略サンプルガスの温度に一致する。
【００９０】
よって，上記ポンプセル１２のインピーダンスを測定することによりサンプルガス温度を測定することができる。
以上により，本例にかかる複合ガスセンサ１を使用することにより，ＮＯｘ濃度，空燃比の他にサンプルガスの温度の測定も行うことができる。
【００９１】
このため，本例の複合ガスセンサ１をエンジン等の排ガスにおけるガス濃度測定に応用した場合には，例えばエンジンの失火に伴う排ガス温度の低下をモニタすることができる。これにより，排ガス温度が低下したという信号をエンジン制御回路にフィードバックさせることができ，エンジンの燃焼制御を行うことができる。
また，上記排ガス浄化用の触媒の異常発熱をモニタすることもできる。これにより，触媒劣化検知を行うことができる。
【００９２】
実施形態例５
本例は図１０に示すごとく，実施形態例１の図１に示した複合ガスセンサと同一の構造を有するセンサにおいて更にポンプセル上に多孔質の基板等よりなる温度検出セルを設けて構成した複合ガスセンサである。
【００９３】
図１０に示すごとく，本例の複合ガスセンサ１は，少なくとも一部が酸素イオン導電性の固体電解質基板１１，１２によって形成された基準ガス室１０３及びサンプルガス室１００と，該サンプルガス室１００にサンプルガスを導入するためのサンプルガス導入路１１０とを有する。
【００９４】
そして，上記サンプルガス室１００内に面した固体電解質基板１１の一つの面１１８及び他の面１１９に設けた一対の電極２１８，２１９からなり，上記サンプルガス室１００内の酸素ガスを排出するか，あるいはサンプルガス室１００内へ酸素ガスを導入するためのポンプセル２１を有する。
【００９５】
このポンプセル２１の上には抵抗測定器５０４が接続された温度検出セル５０が設けてある。
上記温度検出セル５０は，サンプルガスの通過が可能でポンプセル電極２１８が直接ポンプセルに曝されることを防止する多孔質基板５０１からなり，該多孔質基板５０１のサンプルガスに曝される側に抵抗体５０３とリード線５０２とが設けてある。
【００９６】
また，上記サンプルガス室１００内に面した固体電解質基板１２の一つの面１２８及び上記基準ガス室１０３内に面した固体電解質基板１２の一つの面１２９に設けた一対の電極３１８，３１９からなり，上記サンプルガス室１００内のＮＯｘ濃度を検出する検出セル３１を有する。
【００９７】
また，上記サンプルガス室１００内に面した固体電解質基板１２の一つの面１２８及び上記基準ガス室１０３内に面した固体電解質基板１２の一つの面１２９に設けた一対の電極４１８，４１９からなり，上記サンプルガス室１００内の酸素濃度を検出するセンサセル４１を有する。
【００９８】
また，上記検出セル３１には第一電流計３２１と電源３２９とを備えた検出回路３２が接続され，上記ポンプセル２１には第二電流計２２１と可変電源２２９とを備えたポンプ回路２２が接続され，更に，上記センサセル４１には第一電圧計４２１を備えたセンサ回路４２が接続されてなる。
【００９９】
そして，上記第一電圧計４２１の検出値が一定値に保持されるよう可変電源２２９を制御する制御器２５１と，上記第一電流計３２１の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定器３と，上記第二電流計２２１の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定する空燃比測定器２とよりなる。
【０１００】
また，上記サンプルガス室１００は拡散通路１０４にて連結された第一室１０１と第二室１０２とより構成されており，上記第一室１０１にはサンプルガス導入路１１０及びポンプセル２１が設けてなり，上記第二室１０２と上記基準ガス室１０３との間には検出セル３１及びセンサセル４１が設けてある
また，上記第一室１０１は第一固体電解質基板１１，基板１３３，１３２により構成され，上記第二室１０２は第二固体電解質基板１２，基板１３２，１３１より構成されている。
更に，上記基準ガス室１０３は第二固体電解質基板１２と基板１４１，ヒータ１９の被覆板１９２により構成されている。
【０１０１】
このような複合ガスセンサ１において，上記第一電圧計４２１の検出値が一定値に保持されるよう制御器２５１を操作し，可変電源２２９を制御する。
これにより，上記第一電流計３２１の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると共に，上記第二電流計２２１の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定する。
更に，上記温度検出セル５０に設けられた抵抗体５０３の抵抗値を抵抗測定器５０４にて検知し，サンプルガスの温度を測定する。
【０１０２】
更に，本例にかる複合ガスセンサ１について，詳細に説明する。
図１０に示すごとく，上記複合ガスセンサ１は，多孔質基板５０１，第一及び第二固体電解質基板１１，１２，基板１３１，１３２，１３３，１４１及びヒータ１９を積層することにより構成されたセンサである。
なお，上記基板１３１，１３２，１３３は第一及び第二固体電解質基板１１，１２と同材質である。また，基板１４１はヒータ１９を構成するヒータ基板１９１，被覆板１９２と同材質である。また，多孔質基板５０１は気孔率が異なるだけで材質は１９１，１９２と同材質である。
【０１０３】
上記ポンプセル２１は，第一固体電解質１１と，該第一固体電解質基板１１における複合ガスセンサ１のサンプルガスに曝される面１１８に設けた電極２１８と第一室１０１に対面する反対面１１９に設けた電極２１９とよりなる。そして，図示を略したリード部及び端子部等を経由して，上記電極２１８，２１９に対しポンプ回路２２が接続されている。そして，上記電極２１８，２１９の中央にはサンプルガス導入路１１０となるピンホールが設けてある。
なお，上記電極２１９はＮＯｘに対して不活性なＡｕ添加Ｐｔ電極である。上記電極２１８はＰｔ電極である。
【０１０４】
上記基板１３３には第一室１０１となる窓部が設けてなり，上記基板１３２には拡散通路１０４となるピンホールが設けてなり，上記基板１３１には第二室１０２となる窓部が設けてある。
【０１０５】
上記検出セル３１は，第二固体電解質基板１２と，該第二固体電解質基板１２における第二室１０２に対面する面１２８に設けた電極３１８と基準ガス室１０３に対面する反対面１２９に設けた電極３１９とよりなる。そして，図示を略したリード部及び端子部を経由して，上記電極３１８，３１９に対し検出回路３２が接続されている。
なお，上記電極３１８はＮＯｘを窒素イオンと酸素イオンとに分解する活性電極で，ＰｔまたはＰｔ／Ｒｈ電極である。上記電極３１９はＰｔ電極である。
【０１０６】
上記センサセル４１は，第二固体電解質基板１２と，該第二固体電解質基板１２における第二室１０２に対面する面１２８に設けた電極４１８と基準ガス室１０３に対面する反対面１２９に設けた電極４１９とよりなる。そして，図示を略したリード部及び端子部等を経由して，上記電極４１８，４１９に対しセンサ回路４２が接続されている。
なお，上記電極４１８はＮＯｘに対して不活性なＡｕ添加Ｐｔ電極で，４１９はＰｔ電極である。
【０１０７】
上記絶縁性基板１４１には基準ガス室１０３となる窓部が設けてある。
また，上記絶縁性基板１４１の下方に隣接して，ヒータ部１９が設けてある。上記ヒータ部１９はヒータ基板１９１と発熱部１９０，そして両者を被覆する被覆板１９２とよりなる。
上記発熱部１９０は，複合ガスセンサ１を投影的にみて，ポンプセル２１，検出セル３１，センサセル４１の全体を覆うような位置に形成する。また，上記発熱部に通電するためのリード部，端子部も形成されている（図示略）。
なお，上記ヒータ基板１９１，被覆板１９２は共にアルミナ基板よりなる。
【０１０８】
また，上記温度検出セル５０は，アルミナ等の絶縁体からなる気孔率が５〜１５％の多孔質基板５０１と，抵抗温度係数の大きな抵抗体５０３及び抵抗温度係数が上記抵抗体５０３よりも小さなリード線５０２，このリード線５０２に対し接続された抵抗測定器５０４とよりなる。ここに上記抵抗体５０３の抵抗値はリード線５０２の抵抗値の１０倍以上とした。
【０１０９】
次に，本例にかかる複合ガスセンサ１の製造方法について説明する。
まず，上記第一及び第二固体電解質基板１１，１２，基板１３１〜１３３用のジルコニアグリーンシートの作製につき説明する。
６モル％のイットリアと９４モル％ジルコニアよりなる平均粒径０．５μｍのイットリア部分安定化ジルコニアを１００部（重量部，以下同じ），α−アルミナを１部，ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を５部，ＤＢＰ（ディブチルブチラール）を１０部，エタノールを１０部，トルエン１０部を秤量した。
上記原料をボールミル中にて混合し，得られたスラリーをドクターブレード法にて乾燥厚みが０．３ｍｍとなるように成形，５×７０ｍｍの長方形に切断し，５枚のシート成形体を作製した。
【０１１０】
上記第一固体電解質基板１１用のシート成形体に対し，電極２１８用の印刷部，またリード部，端子部用の印刷部をそれぞれＰｔペーストを用いスクリーン印刷法にて作製した。また，電極２１９用の印刷部を１〜１０ｗｔ％のＡｕを添加したＰｔペーストにて作製した。
上記基板１３３，１３１用のシート成形体に対し，上記第一室１０１及び第二室１０２用の２×１５ｍｍの角穴よりなる窓部を設けた。また，上記基板１３２用のシート成形体に対し，拡散通路１０４用のピンホールを設けた。
【０１１１】
上記第二固体電解質基板１２用のシート成形体に対し，電極３１８用の印刷部を０〜１０ｗｔ％のＲｈを添加したＰｔペーストにて作製した。また，Ｐｔペーストにて，他の電極３１８，４１９，リード部，端子部等を作製し，電極４１８は１〜１０ｗｔ％のＡｕ添加Ｐｔペーストにて作製した。
【０１１２】
次に，基板１４１，ヒータ基板１９１，被覆板１９２用のアルミナグリーンシートについて説明する。
平均粒径０．３μｍのα−アルミナを９８部，６モル％のイットリアと９４モル％ジルコニアよりなるイットリア部分安定化ジルコニアを３部，ＰＶＢを１０部，ＤＢＰを１０部，エタノールを３０部，トルエンを３０部秤量した。
上記原料をボールミル中にて混合し，得られたスラリーをドクターブレード法にて乾燥厚みが０．３ｍｍとなるように成形，５×７０ｍｍの長方形に切断し，３枚のシート成形体を作製した。
【０１１３】
上記基板１４１用のシート成形体に対し，２×６５ｍｍのスリットを形成した。これにより，上記シート成形体は先端がコの字となった。このスリットが基準ガス室１０３となる。
また，上記ヒータ基板１９１用のシート成形体に対し，発熱部１９０及びリード部用の印刷部，リード部，端子部を１０ｗｔ％のアルミナ添加のＰｔペーストを用いて作製した。また，被覆板１９２用のシート成形体はグリーンシートをそのまま使用する。
【０１１４】
次に，多孔質基板５０１用のアルミナグリーンシートについて説明する。
平均粒径０．４μｍのα−アルミナ１００部，ＰＶＢ１０部，ＤＢＰを１０部エタノール３０部，トルエン３０部を秤量した。
上記原料をボールミル中にて混合し，得られたスラリーをドクターブレード法にて乾燥厚みが０．３ｍｍとなるように成形，５×７０ｍｍの長方形に切断し，このシート上に１０ｗｔ％のアルミナを添加したＰｔペーストを用いて抵抗体５０３用の印刷部を形成した。また，１０ｗｔ％のアルミナ添加Ｐｔ／Ｒｈペーストを用いてリード線５０２用の印刷部を形成した。
これにより温度検出セル５０用の生シートを得た。
【０１１５】
以上のように得られた各シート成形体を図１０に示すごとき順序に積層し，８０℃にてプレスすることにより積層体とした。
上記積層体を大気中１５００℃にて１時間焼成し，焼成体を得た。上記焼成体に対し，ポンプ回路２２，検出回路３２，センサ回路４２を接続することにより，本発明にかかる複合ガスセンサ１を得た。
【０１１６】
次に，本例の複合ガスセンサ１を用いたガス濃度の測定について説明する。
まず，上記サンプルガス導入路１１０を通過し，サンプルガスが上記第一室１０１，第二室１０２内に拡散する。
【０１１７】
この時，上記第二室１０２内の酸素濃度は上記センサセル４１によって監視されている。上記センサセル４１の電極４１８は第二室１０２に，電極４１９は基準ガス室１０３に面していることから，このセンサセル４１は酸素濃淡起電力式の電池として作用する。従って，両電極４１８，４１９間に第二室の酸素濃度に対応した起電力が生じ，第一電圧計４２１により上記起電力が検出される。
【０１１８】
この起電力が常に一定となるように，即ち，第二室１０２の酸素濃度が基準濃度となるようにフィードバック回路２５を通じて，上記ポンプ回路２２の可変電源２２９を，制御器２５１でもってオペアンプを組合わせたコンパレータにて制御する。
【０１１９】
即ち，第二室１０２において基準濃度より酸素濃度が高い場合には，第一電圧計４２１の値が基準濃度を示す起電力，０．４Ｖより低い値となる。
この場合には，フィードバック回路２５を通じて上記第一電圧計４２１の値が制御回路２５１にに対し入力され，可変電源２２９を制御し，ポンプ回路２２の電圧を高め，ポンプセル２１における酸素の排出を促進する。
【０１２０】
一方，第二室１０２の酸素濃度が基準濃度より低い場合には，第一電圧計４２１の値が目標値（０．４Ｖ）より高い値となる。この場合には，上記制御回路２５１が可変電源２２９を制御し，ポンプ回路２２の電圧を下げて，ポンプセル２１における酸素の排出を抑制する。場合によっては，酸素の排出を停止させ，酸素の導入を行わせる。
【０１２１】
以上の制御により，第一室１０１の酸素濃度は，若干の変動はあるもののだいたい基準濃度の値となる。この状態にあるサンプルガスが第二室１０２に流れ込むため，第二室１０２の酸素濃度もほぼ基準濃度となる。
なお，上記基準濃度とはセンサセルにおける第一電圧計の値が０．４Ｖとなる値で，この値にはネルンストの式が示すところによるとＯ2 濃度１ｐｐｍ以下を意味する。
【０１２２】
次に，上記検出セル３１において，上記第二室１０２のＮＯｘは電極３１８と接触し，還元され，酸素イオンとなる。また，第二室１０２に残留していた酸素も同様に還元されて酸素イオンとなる。上記検出セル３１と導通した検出回路３２においては，電源３２９により常に一定の電圧（０．４５Ｖ）が電極３１８，３１９の間に印加されており，上記酸素イオンの濃度に対応した限界電流値を第一電流計３２１において検出することができる。
【０１２３】
ここに，上記第二室１０２における酸素濃度はほぼ一定であることから，上記酸素ガス由来の酸素イオンの量もほぼ一定である。従って，電流計３２１に与える影響もほぼ一定となる。以上により，上記限界電流値の値より，ＮＯｘ濃度の変動量を測定することができる。
上記電流計３２１の値がＮＯｘ濃度測定器３に入力され，ここにおいてＮＯｘ濃度を知ることができる。
【０１２４】
また，上記ポンプ回路２２には第二電流計２２１が設けてある。
上記第二室１０２の酸素濃度を一定にする様にポンプセル電圧をコントロールしているため，排ガスの空燃比，即ち酸素量に応じてポンプ電流が流れることになるが，この電流値は酸素量即ち空燃比に比例する。
これにより，上記第二電流計２２１においてサンプルガス中の空燃比を測定することができる。
以上により，上記複合ガスセンサ１においてはＮＯｘ濃度と共に空燃比を測定することができる。
【０１２５】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例においては，上述したごとく上記第一電圧計４２１の検出値が一定値に保持されるよう制御器２５１で可変電源２２９を制御することにより，上記第一電流計３２１の検出値に基づいてサンプルガス中のＮＯｘ濃度を測定すると共に，上記第二電流計２２１の検出値に基づいてサンプルガス中の空燃比を測定することができる。
【０１２６】
また，温度検出セル５０に設けられた抵抗体５０３の抵抗値はサンプルガス温度に応じて変化するため，この抵抗値を抵抗測定器５０４にて検出することによりサンプルガス温度を測定することができる。
以上のように，本例によれば，サンプルガス中のＮＯｘ濃度と空燃比，サンプルガス温度とを同時に測定するガス濃度の測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，複合ガスセンサの要部断面説明図。
【図２】実施形態例１における，電極保護層を設けた複合ガスセンサの要部断面説明図。
【図３】実施形態例１における，サンプルガス導入路が多孔質層よりなる複合ガスセンサの要部断面説明図。
【図４】実施形態例２における，ＮＯｘ濃度，空燃比及び酸素濃度を測定可能な複合ガスセンサの要部断面説明図。
【図５】実施形態例２における，サンプルガス導入路が多孔質層よりなる複合ガスセンサの要部断面説明図。
【図６】実施形態例３における，サンプルガス室と基準ガス室とが同一平面上に設けてある複合ガスセンサの要部断面説明図。
【図７】実施形態例３における，サンプルガス導入路が多孔質層よりなる複合ガスセンサの要部断面説明図。
【図８】実施形態例３における，サンプルガス室と基準ガス室とが同一平面上に設けてある他の複合ガスセンサの要部断面説明図。
【図９】実施形態例４における，インピーダンス測定器を設けてある複合ガスセンサの要部断面説明図。
【図１０】実施形態例５における，温度検出セルを設けてある複合ガスセンサの要部断面説明図。
【符号の説明】
１，５．．．複合ガスセンサ，
１００．．．サンプルガス室，
１０３．．．基準ガス室，
１０４．．．拡散通路，
１１０．．．サンプルガス導入路，
１１，５１．．．第一固体電解質基板，
１２，５２．．．第二固体電解質基板，
２１．．．ポンプセル，
２２．．．ポンプ回路，
２２１．．．第二電流計，
２２９．．．可変電源，
３１．．．検出セル，
３２．．．検出回路，
３２１．．．第一電流計，
３２９．．．電源，
４１．．．センサセル，
４２．．．センサ回路，
４２１．．．第一電圧計，
６．．．インピーダンス測定器，
５０．．．温度検出セル，
【図１】
0003876506.tif 000002
【図２】
0003876506.tif 000003
【図３】
0003876506.tif 000004
【図４】
0003876506.tif 000005
【図５】
0003876506.tif 000006
【図６】
0003876506.tif 000007
【図７】
0003876506.tif 000008
【図８】
0003876506.tif 000009
【図９】
0003876506.tif 000010
【図１０】
0003876506.tif 000011