(57)【要約】【課題】ＮＯX検知精度に優れるＮＯXセンサを提供すること。【解決手段】ＮＯXセンサのセンサ素子１に、ケース側チャンバ２２と排ガスチャンバ１４とを連絡するガス流入口１８とガス流出口１７とを設け、ガス流出口１７はガス流入口１８に比べてＮＯX検知電極１６の近くに配置し、ガス流入口１８はガス流出口１７に比べて酸素ポンプ電極１５の近くに配置する。【選択図】図１
2009150719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層と、該固体電解質層の一方の面に積層され該固体電解質層とともに排ガスチャンバを区画している区画層と、該固体電解質層の対向する２面に積層され排ガス成分を平衡化し電圧が印加されると該排ガスチャンバ内部の余剰の酸素を該排ガスチャンバ外部に放出する一対の酸素ポンプ電極と、該固体電解質層の対向する２面に積層され電圧が印加されると該排ガスチャンバ内部のＮＯXを分解し生成した酸素イオンを該排ガスチャンバ外部に放出するとともに電流を生じる一対のＮＯX検知電極と、を持つセンサ素子と、
中空状をなし、該センサ素子の外側を覆い、排ガスを導入するケース側チャンバを該センサ素子とともに区画しているケース体と、を持ち、
該センサ素子は、該ケース側チャンバと該排ガスチャンバとを連絡するガス流入口とガス流出口とを持ち、
該排ガスは、該ガス流入口から該ガス流出口に向かって該排ガスチャンバ内を流れ、
該ガス流出口は、該ガス流入口に比べて該ＮＯX検知電極の近くに配置され、
該ガス流入口は、該ガス流出口に比べて該酸素ポンプ電極の近くに配置されていることを特徴とするＮＯXセンサ。
【請求項２】
前記排ガスチャンバの断面積は、前記ガス流入口側から前記ガス流出口側に向けて小さくなっている請求項１に記載のＮＯXセンサ。
【請求項３】
前記固体電解質層の対向する２面に積層され排ガス成分を平衡化し電圧が印加されると前記排ガスチャンバ内部の余剰の酸素を前記排ガスチャンバ外部に放出する第２の酸素ポンプ電極を持ち、
該第２の酸素ポンプ電極は、前記ＮＯX検知電極よりも前記ガス流出口側に配置されている請求項１または請求項２に記載のＮＯXセンサ。
【請求項４】
前記第２の酸素ポンプ電極は、電圧が印加されると、前記排ガスチャンバ内部の余剰の酸素を前記排ガスチャンバ外部に放出し、かつ、前記排ガスチャンバ内部のＮＯXを分解し生成した酸素イオンを前記排ガスチャンバ外部に放出する請求項３に記載のＮＯXセンサ。
【請求項５】
前記ケース体は、前記ケース側チャンバと外界とを連絡するケース側ガス流入口とケース側ガス流出口とを持ち、
該ケース側ガス流入口は該ケース側ガス流出口に比べて前記ガス流入口の近くに配置され、
該ケース側ガス流出口は該ケース側ガス流入口に比べて前記ガス流出口の近くに配置されている請求項１〜請求項４の何れか一つに記載のＮＯXセンサ。
【請求項６】
前記酸素ポンプ電極に電気的に接続され、前記酸素ポンプ電極が出力する電流値をモニタするモニタ手段と、
該モニタ手段に接続され、該電流値が０以下になったときに前記酸素ポンプ電極への電圧印加を一時的に休止する制御手段と、を持つ請求項１〜請求項５の何れか一つに記載のＮＯXセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の排気経路に配設され、排ガスに含まれるＮＯXを検知するＮＯXセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯXセンサは、排ガスに含まれるＮＯX（窒素酸化物）を検知する装置である。ＮＯXセンサによって排ガス中のＮＯXを検知することで、排ガス中のＮＯX濃度を測定できる。このため、内燃機関に供給する燃料や空気を最適な量に設定でき、燃費の向上や、排ガス中に含まれるＮＯXの低減を実現できる利点がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般的なＮＯXセンサは、図７に示すように、センサ素子２０１と、中空状をなしセンサ素子を覆うケース体２０２と、を持つ。ケース体２０２の内部には、ケース体２０２とセンサ素子２０１とで区画されたケース側チャンバ２２２が形成されている。センサ素子２０１は、固体電解質層２１１と、一対の酸素ポンプ電極２１５と、一対のＮＯX検知電極２１６とを持つ。一対の酸素ポンプ電極２１５は、固体電解質層１１の対向する２面に積層されている。一対のＮＯX検知電極２１６も同様である。また、センサ素子２０１は排ガスチャンバ２１４を持つ。排ガスチャンバ２１４は、固体電解質層２１１と区画層２１０とで区画され、ケース側チャンバ２２２に開口する。したがって、一方の酸素ポンプ電極２１５と一方のＮＯX検知電極２１６とは、排ガスチャンバ２１４に露出する。
【０００４】
ケース側チャンバ２２２に流入した排ガスは、ガス流入口２１８を通って排ガスチャンバ２１４に流入する。排ガス中のＯ2、ＨＣ系ガス、ＣＯ等のガスは、排ガスチャンバ２１４に露出する酸素ポンプ電極２１５で平衡化されてＨ2Ｏ、Ｎ2、ＣＯ2等となる。排ガス中の余剰の酸素は、固体電解質２１１を通じて排ガスチャンバ２１４の外部に放出される。排ガス中に残存するＮＯXは、排ガスチャンバ２１４内を排ガス流路下流側に流れる。ところで、排ガスチャンバ２１４のなかで排ガス流路下流側の部分（以下、排ガスチャンバの下流側領域と呼ぶ）は、排ガスチャンバ２１４の外部に連絡していない。このため、排ガスチャンバ２１４の下流側領域には排ガスの吹き溜まり（図７中破線で示す）ができ易く、この領域はガス交換され難い。
【０００５】
ＮＯX検知電極２１６は、酸素ポンプ電極２１５に比べて排ガス流路下流側に配置される。このためＮＯX検知電極２１６は、排ガスチャンバ２１４の下流側領域（またはその近傍）に配置される。換言すると、ＮＯX検知電極２１６は、排ガスチャンバ２１４のなかでガス交換され難い領域に配置される。このため、ＮＯXセンサの使用状態などによっては、ＮＯX検知電極２１６に接触する排ガスの組成と、実際の排ガスの組成とが大きく異なる場合があった。この場合には、ＮＯXセンサによって排ガス中のＮＯX濃度を高精度に検出できなくなる問題があった。
【特許文献１】特開平７−６３７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ＮＯX検知精度に優れるＮＯXセンサ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】
【０００７】
上記課題を解決するＮＯXセンサは、固体電解質層と、固体電解質層の一方の面に積層され固体電解質層とともに排ガスチャンバを区画している区画層と、固体電解質層の対向する２面に積層され排ガス成分を平衡化し電圧が印加されると排ガスチャンバ内部の余剰の酸素を排ガスチャンバ外部に放出する一対の酸素ポンプ電極と、固体電解質層の対向する２面に積層され電圧が印加されると排ガスチャンバ内部のＮＯXを分解し生成した酸素イオンを排ガスチャンバ外部に放出するとともに電流を生じる一対のＮＯX検知電極と、を持つセンサ素子と、中空状をなし、センサ素子の外側を覆い、排ガスを導入するケース側チャンバをセンサ素子とともに区画しているケース体と、を持ち、センサ素子は、ケース側チャンバと排ガスチャンバとを連絡するガス流入口とガス流出口とを持ち、排ガスは、ガス流入口からガス流出口に向かって排ガスチャンバ内を流れ、ガス流出口は、ガス流入口に比べてＮＯX検知電極の近くに配置され、ガス流入口は、ガス流出口に比べて酸素ポンプ電極の近くに配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のＮＯXセンサは、下記の（１）〜（５）の何れかを備えるのが好ましい。（１）〜（５）の複数を備えるのがより好ましい。
【０００９】
（１）前記排ガスチャンバの断面積は、前記ガス流入口側から前記ガス流出口側に向けて小さくなっている。
【００１０】
（２）前記固体電解質層の対向する２面に積層され排ガス成分を平衡化し電圧が印加されると上記排ガスチャンバ内部の余剰の酸素を上記排ガスチャンバ外部に放出する第２の酸素ポンプ電極を持ち、第２の酸素ポンプ電極は、前記ＮＯX検知電極よりも前記ガス流出口側に配置されている。
【００１１】
（３）前記第２の酸素ポンプ電極は、電圧が印加されると、前記排ガスチャンバ内部の余剰の酸素を上記排ガスチャンバ外部に放出し、かつ、上記排ガスチャンバ内部のＮＯXを分解し生成した酸素イオンを上記排ガスチャンバ外部に放出する。
【００１２】
（４）前記ケース体は、前記ケース側チャンバと外界とを連絡するケース側ガス流入口とケース側ガス流出口とを持ち、ケース側ガス流入口はケース側ガス流出口に比べて前記ガス流入口の近くに配置され、ケース側ガス流出口はケース側ガス流入口に比べて前記ガス流出口の近くに配置されている。
【００１３】
（５）前記酸素ポンプ電極に電気的に接続され、前記酸素ポンプ電極が出力する電流値をモニタするモニタ手段と、モニタ手段に接続され、電流値が０以下になったときに前記酸素ポンプ電極への電圧印加を一時的に休止する制御手段と、を持つ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＮＯXセンサは、排ガスチャンバとケース側チャンバとを連絡するガス流入口とガス流出口を持つ。ガス流出口はガス流入口に比べてＮＯX検知電極の近くに配置され、ガス流入口はガス流出口に比べて酸素ポンプ電極の近くに配置されている。このため、ガス流入口を経て排ガスチャンバに流入した排ガスは、酸素ポンプ電極によって酸素を奪われ、残存するＮＯXがＮＯX検知電極に到達する。そして、ＮＯX検知電極を通過した排ガスは、ガス流出口を経て排ガスチャンバの外部に流出する。このため、排ガスチャンバにおけるＮＯX検知電極付近の領域には排ガスの吹き溜まりが形成され難く、排ガスチャンバ内におけるガスの交換性は向上する。よって、本発明のＮＯXセンサは、ＮＯX検知精度に優れる。
【００１５】
上記（１）を備える本発明のＮＯXセンサは、排ガスチャンバに流通する排ガスの流速を小さくでき、ＮＯX検知電極に排ガスが接触する時間を長くできる。このため、排ガスがＮＯX検知電極を素通りし難くなり、ＮＯX検知精度がさらに向上する。
【００１６】
上記（２）を備える本発明のＮＯXセンサは、第２の酸素ポンプ電極によって、排ガスチャンバの下流側領域に流通する排ガスから酸素を除去する。このため、排ガスチャンバにおけるＮＯX検知電極近傍の酸素量をより少なくでき、ＮＯX検知電極への酸素の干渉を抑制できる。よって、上記（２）を備える本発明のＮＯXセンサは、さらに精度高くＮＯXを検知できる。
【００１７】
上記（３）を備える本発明のＮＯXセンサは、第２の酸素ポンプ電極によって排ガスチャンバの下流側領域に流通する排ガスから酸素を除去するとともに、ＮＯXを除去する。このため、一旦ＮＯX検知電極を通過した排ガスに含まれるＮＯXの、ＮＯX検知電極への干渉を抑制できる。よって、上記（２）を備える本発明のＮＯXセンサは、さらに精度高くＮＯXを検知できる。
【００１８】
上記（４）を備える本発明のＮＯXセンサは、ガス流出口から排ガスチャンバへの排ガスの逆流を抑制できる。よって、上記（４）を備える本発明のＮＯXセンサは、さらに精度高くＮＯXを検知できる。
【００１９】
上記（５）を備える本発明のＮＯXセンサは、酸素ポンプ電極が出力する電流値が０以下になったとき、すなわち、排ガスが非酸化雰囲気または還元雰囲気にあるときに、酸素ポンプ電極への電圧印加を一時的に休止する。このため、排ガスチャンバ内への酸素イオンの逆流を抑制するとともに、排ガス中の還元性成分によってＮＯX検知電極に吸着した酸素を還元し、ＮＯX検知電極を再生できる。このため、上記（５）を備える本発明のＮＯXセンサは、さらに精度高くＮＯXを検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のＮＯXセンサにおける固体電解質層としては、酸素イオン導電性を持つ材料からなるものを使用することができる。固体電解質層の材料としては、例えば、ジルコニア、酸化ビスマス、酸化セリウム等をが好ましく用いられる。また、これらの材料にイットリア、カルシア、セリア、マグネシア等を添加したものを用いても良い。
【００２１】
排ガスチャンバは、固体電解質層と区画層とで区画される。区画層の材料としては、固体電解質層と同様に、酸素イオン導電性を持つ材料からなるものを用いても良いし、その他の材料を用いても良い。排ガスチャンバの内部と外部とは、ガス流入口とガス流出口とによって連通される。ガス流入口は、単なる開口であっても良いが、拡散律速壁で構成するのが好ましい。拡散律速壁は、排ガスを所定の拡散律速抵抗をもって排ガスチャンバ内部に導入できる材料で形成できる。このような材料としては、アルミナ等の多孔体や、多孔体あるいは非多孔体に細孔が形成されたものが好ましく用いられる。
【００２２】
酸素ポンプ電極の材料としては、プラチナと金との合金などに代表される、酸素感受性に優れＮＯXの選択還元性が小さい材料を選択するのが好ましい。
【００２３】
一対の酸素ポンプ電極のなかの一方（以下、内側ポンプ電極と呼ぶ）は排ガスチャンバ内部に配置され、他方（以下、外側ポンプ電極と呼ぶ）は排ガスチャンバ外部に配置される。したがって、酸素ポンプ電極に電圧を印加すると、排ガスチャンバ内部の酸素は内側ポンプ電極に接し、固体電解質層を介して外側ポンプ電極に輸送されて、排ガスチャンバ外部に放出される。この酸素ポンプ電極の作用で排ガスチャンバ内部の酸素分圧は低下する。
【００２４】
酸素分圧が低下することで、排ガスチャンバ内部のＮＯXからＮＯが生成する。このＮＯはＮＯX検知電極によって検知される。また、酸素分圧が低下することで、排ガスに含まれる酸素のＮＯX検知電極への接触頻度が低下し、酸素の干渉により生じるＮＯX検知電極の測定誤差が低減する。
【００２５】
酸素ポンプ電極は、一対のみ配置しても良いし、複数対配置しても良い。複数対の酸素ポンプ電極を配置する場合、拡散律速壁によって排ガスチャンバを排ガス流れ方向に複数に区画し、区画された各排ガスチャンバ毎に１または複数の酸素ポンプ電極（内側ポンプ電極）を配置することもできる。この場合、各々の酸素ポンプ電極の作用によって、排ガス流れの下流側に位置する排ガスチャンバの酸素分圧をより低下させることができ、ＮＯXをより確実にＮＯにできる。このため、排ガス流れの下流側に位置する排ガスチャンバにＮＯX検知電極を配置すれば、酸素の干渉をより信頼性高く抑制できる。
【００２６】
ＮＯX検知電極は、プラチナとロジウムとの合金などに代表される、ＮＯXの選択還元性に優れる材料からなるものを用いることができる。
【００２７】
一対のＮＯX検知電極の一方（以下、内側検知電極と呼ぶ）は排ガスチャンバの内部に配置され、他方（以下、外側検知電極と呼ぶ）は排ガスチャンバの外部に配置される。ＮＯX検知電極に電圧が印加されると、排ガスチャンバ内部のＮＯが内側検知電極により分解され、酸素イオンが生じる。この酸素イオンは固体電解質を経て外側検知電極に輸送され、排ガスチャンバ外部に放出される。このとき生じる電流値によってＮＯX濃度が測定される。
【００２８】
本発明のＮＯXセンサには、ＮＯX検知電極よりもガス流出口側に、第２の酸素ポンプ電極を設けても良い。第２の酸素ポンプ電極の材料としては、第１の酸素ポンプ電極と同様に、酸素感受性に優れＮＯXの選択還元性が小さい材料を用いても良いし、あるいは、プラチナ、パラジウム、ロジウムなどの酸素感受性に優れかつＮＯXを還元できる材料を用いても良い。
【００２９】
本発明のＮＯXセンサでは、ＮＯX以外の排ガス成分を検知するための電極を、酸素ポンプ電極およびＮＯX検知電極に加えて、排ガスチャンバ内に配置しても良い。
【実施例】
【００３０】
以下、具体例を挙げて本発明のＮＯXセンサを説明する。
【００３１】
（実施例１）
実施例１のＮＯXセンサは、上記（４）を備える。実施例１のＮＯXセンサを模式的に表す断面図を図１に示す。
【００３２】
図１に示すように、実施例１のＮＯXセンサは、センサ素子１と、ケース体２とを持つ。
【００３３】
ケース体２は、ステンレス、インコネル等からなり、略コップ状をなす。ケース体２の側壁には、貫通孔状のケース側ガス流入口２０が形成されている。ケース体２の底壁には、貫通孔状のケース側ガス流出口２１が形成されている。
【００３４】
センサ素子１は、区画層１０と、固体電解質層１１と、ヒータ側スペーサ層１２と、ヒータ層１３と、排ガスチャンバ１４と、一対の酸素ポンプ電極１５と、一対のＮＯX検知電極１６と、ガス流入口１８と、ガス流出口１７とを持つ。
【００３５】
固体電解質層１１はジルコニアとイットリアとの混合物からなり、略板状をなす。一対の酸素ポンプ電極１５はプラチナと金との合金からなり、固体電解質層１１の対向する２面にそれぞれ印刷形成されている。酸素ポンプ電極１５の一方である内側ポンプ電極１５１と、ＮＯX検知電極１６の一方である内側検知電極１６１とは、固体電解質層１１の同じ面（内側面１１１）に積層されている。酸素ポンプ電極１５の他方である外側ポンプ電極１５２と、ＮＯX検知電極１６の他方である外側検知電極１６２とは、固体電解質層１１の同じ面（外側面１１２）に積層されている。酸素ポンプ電極１５には、図示しない外部電源が接続されている。ＮＯX検知電極１６には、図示しない外部電源およびＮＯX検知手段が接続されている。
【００３６】
区画層１０は、アルミナからなり、略板状をなす。区画層１０は、区画本体層１０１と、スペーサ層１０２とからなる。区画本体層１０１は略板状をなす。スペーサ層１０２は略コ字の板状をなす。スペーサ層１０２は固体電解質の内側面１１１に積層され、区画本体層１０１はスペーサ層１０２に積層されている。スペーサ層１０２は略コ字の板状をなすため、固体電解質層１１と区画本体層１０１との間には、空間が形成される。実施例１のＮＯXセンサにおいては、この空間が排ガスチャンバ１４となる。換言すると、排ガスチャンバ１４は、固体電解質層１１と、区画本体層１０１と、スペーサ層１０２とで区画されている。排ガスチャンバ１４は、図１中右側に開口する。実施例１のＮＯXセンサにおいては、この開口がガス流出口１７となる。内側ポンプ電極１５１と内側検知電極１６１とは、排ガスチャンバ１４に露出する。また、区画本体層１０１には貫通孔状のガス流入口１８が形成されている。ガス流出口１７は、ガス流入口１８に比べて、ＮＯX検知電極１６の近くに配置されている。また、ガス流入口１８は、ガス流出口１７に比べて、酸素ポンプ電極１５の近くに配置されている。したがって、酸素ポンプ電極１５は排ガス流路の上流側に配置され、ＮＯX検知電極１６は排ガス流路の下流側に配置されている。
【００３７】
ヒータ側スペーサ層１２は、アルミナからなり、略コ字の板状をなす。ヒータ側スペーサ層１２は、固体電解質層１１の外側面１１２に積層されている。ヒータ層１３は、アルミナからなり、ヒータ側スペーサ層１２に積層されている。ヒータ層１３の内部にはヒータ１３０が埋設されている。ヒータ１３０は図示しない外部電源に接続されている。ヒータ１３０は、センサ素子１を加熱する。
【００３８】
センサ素子１は、ガス流出口１７をケース側ガス流出口２１側に向け、ガス流入口１８をケース側ガス流入口２０に向けて、ケース体２に挿入されている。ケース体２の内部には、ケース体２とセンサ素子１とで区画されたケース側チャンバ２２が形成されている。
【００３９】
実施例１のＮＯXセンサの動作を以下に説明する。
【００４０】
排ガスは、ケース側ガス流入口２０を通じて、ケース側チャンバ２２に流入する。ケース側チャンバ２２に流入した排ガスは、ガス流入口１８を通じて排ガスチャンバ１４に流入する。排ガスチャンバ１４に流入した排ガスは、先ず、酸素ポンプ電極１５（内側ポンプ電極１５１）に接触する。排ガス成分（Ｏ2、ＨＣ系ガス、ＣＯ等）は、酸素ポンプ電極１５で平衡化されてＨ2Ｏ、Ｎ2、ＣＯ2等になる。排ガス中の余剰の酸素は、固体電解質層１１を通過し、外側ポンプ電極１５２を介して排ガスチャンバ１４の外部に放出される。
【００４１】
酸素ポンプ電極１５を通過したＮＯは、排ガス流路の下流側に向かい、ＮＯX検知電極１６（内側検知電極１６１）に接触する。排ガスに含まれるＮＯは、内側検知電極１６１に接触して窒素イオンと酸素イオンとに分解される。このうち酸素イオンは固体電解質層１１を通過し、外側検知電極１６２を介して排ガスチャンバ１４の外部に放出される。ＮＯX検知電極１６に接続されているＮＯX検知手段は、ＮＯX検知電極１６が出力した電流値を読み取り、排ガス中のＮＯX濃度を測定する。ＮＯX検知電極１６を通過した排ガスは、ガス流出口１７を通じてケース側チャンバ２２に流出し、ケース側ガス流出口２１を通じて外界に流出する。
【００４２】
実施例１のＮＯXセンサによると、ＮＯX検知電極１６を通過した排ガスが、ガス流出口１７を通じて排ガスチャンバ１４の外部に流出するため、排ガスチャンバ１４におけるＮＯX検知電極１６付近の領域に、排ガスの吹き溜まりができ難い。したがって排ガスチャンバ１４内におけるガスの交換性が向上する。よって、ＮＯX検知電極１６に接触する排ガスのＮＯX濃度と実際の排ガスのＮＯX濃度とが一致または近似し、ＮＯXセンサは排ガス中のＮＯX濃度を高精度に検知できる。
【００４３】
また、実施例１のＮＯXセンサにおいては、センサ素子１のガス流出口１７はケース体２のケース側ガス流入口２０の近傍に配置され、センサ素子１のガス流出口１７はケース体２のケース側ガス流出口２１の近傍に配置されている。したがって、ガス流入口１８はケース側チャンバ２２における排ガス流路の上流側に配置され、ガス流出口１７はケース側チャンバ２２における排ガス流路の下流側に配置される。したがって、ケース側チャンバ２２を流通する排ガスは、ガス流出口１７から排ガスチャンバ１４内には流入し難い、。このため実施例１のＮＯXセンサは、排ガスの逆流を抑制でき、排ガスチャンバ１４内におけるガスの交換性をさらに向上させ得る。このため、実施例１のＮＯXセンサは、ＮＯXを高精度に検知できる。
【００４４】
（実施例２）
実施例２のＮＯXセンサは、上記（１）および（４）を備える。実施例２のＮＯXセンサは、区画層の形状および排ガスチャンバの形状以外は実施例１のＮＯXセンサと同じである。実施例２のＮＯXセンサを模式的に表す断面図を図２に示す。
【００４５】
実施例２のＮＯXセンサにおける区画本体層１０１の肉厚は、ガス流入口１８側からガス流出口１７側に向けて大きくなっている。このため、排ガスチャンバ１４の断面積は、ガス流入口１８側からガス流出口１７側に向けて小さくなっている。詳しくは、ガス流入出口に隣接する排ガスチャンバ１４の断面積は、ガス流入口１８に隣接する排ガスチャンバ１４の断面積の１０％程度である。排ガスチャンバ１４のなかで、ガス流出口１７とガス流入口１８との間の領域の断面積は、ガス流入口１８側からガス流入口１８側に向けて、徐変している。
【００４６】
このため、実施例２のＮＯXセンサの排ガスチャンバ１４に流通する排ガスの流速は、実施例１のＮＯXセンサの排ガスチャンバ１４に流通する排ガスの流速よりも遅い。したがって、実施例２のＮＯXセンサによると、ＮＯX検知電極１６に排ガスが接触する時間を長くできる。このため、ＮＯX検知電極１６によって排ガス中のＮＯXを信頼性高く還元でき、ＮＯXを高精度に検知できる。
【００４７】
なお、ガス流入出口に隣接する排ガスチャンバ１４の断面積が、ガス流入口１８に隣接する排ガスチャンバ１４の断面積の２０％以下であれば、排ガスの流速を効率的に遅くできる。
【００４８】
本発明のＮＯXセンサでは、排ガスチャンバ１４におけるガス流出口１７側の一部の領域の断面積のみを、排ガスチャンバ１４における他の領域の断面積よりも小さくしても良い。この場合にも、排ガスチャンバ１４に流通する排ガスの流速を遅くできる。
【００４９】
（実施例３）
実施例３のＮＯXセンサは、上記（１）〜（４）を備える。実施例３のＮＯXセンサは、第２の酸素ポンプ電極を持つこと以外は、実施例２のＮＯXセンサと同じである。実施例３のＮＯXセンサを模式的に表す断面図を図３に示す。
【００５０】
実施例３のＮＯXセンサは、一対の第２の酸素ポンプ電極１９を持つ。第２の酸素ポンプ電極１９は、プラチナからなり、固体電解質層１１の対向する２面に積層されている。第２の酸素ポンプ電極１９は、ＮＯX検知電極１６よりもガス流出口１７側に配置されている。したがって、排ガスチャンバ１４に流入した排ガスは、酸素ポンプ電極１５→ＮＯX検知電極１６→第２の酸素ポンプ電極１９の順に各電極に接触する。
【００５１】
第２の酸素ポンプ電極１９は、ＮＯX検知電極１６を通過した排ガス中の酸素を排ガスチャンバ１４の外部に放出する。また、第２の酸素ポンプ電極１９は、ＮＯX検知電極１６を通過した排ガス中のＮＯXを還元して、生成した酸素イオンを排ガスチャンバ１４の外部に放出する。このためＮＯX検知電極１６は、ＮＯX検知電極１６を通過した排ガスがＮＯX検知電極１６側に逆流した場合にも、この排ガス中のＮＯXや酸素による影響を受け難い。したがって、実施例３のＮＯXセンサは、排ガス中のＮＯXをさらに高精度に検知できる。
【００５２】
（実施例４）
実施例４のＮＯXセンサは、上記（１）〜（５）を備える。実施例４のＮＯXセンサは、モニタ手段と、制御手段とを持つこと以外は、実施例３のＮＯXセンサと同じである。
【００５３】
モニタ手段は、酸素ポンプ電極に電気的に接続されている。また、制御手段は、モニタ手段に電気的に接続されている。モニタ手段は、酸素ポンプ電極が出力する電流値の推移をモニタする。そして、酸素ポンプ電極が出力する電流値が０以下になったときに、信号を制御手段に伝送する。排ガスが非酸化雰囲気または還元雰囲気にあるときには、酸素ポンプ電極には酸素が接触しない。したがって、このとき酸素ポンプ電極が出力する電流値は０以下になる。なお、車両の空燃比がストイキまたはリッチであるときに、排ガスが非酸化雰囲気または還元雰囲気になり易く、酸素ポンプ電極が出力する電流値が０以下になり易い。
【００５４】
モニタ手段からの信号を受けた制御手段は、酸素ポンプ電極と外部電源との電気的接続を一時的に遮断して、酸素ポンプ電極への電圧印加を一時的に休止する。このため、排ガスチャンバ内が非酸化雰囲気または還元雰囲気にあるときにも、排ガスチャンバ外から排ガスチャンバ内への酸素イオンの逆流を抑制できる。また、排ガス中の還元性成分（例えばＮＯなど）がＮＯX検知電極の触媒作用によってＮＯX検知電極に吸着していた不活性酸素を還元する。還元された不活性酸素はＮＯX検知電極１６から脱離する。制御手段は、モニタする酸素ポンプ電極の電流値が０を超えたときに、酸素ポンプ電極と外部電源とを再度電気的に接続する。すると、ＮＯX検知電極には再度電圧が印加され、ＮＯX検知電極は排ガス中のＮＯXを還元し、検知する。
【００５５】
実施例４のＮＯXセンサは、酸素ポンプ電極が出力する電流値が０以下になったときに酸素ポンプ電極への電圧印加を一時的に休止することで、ＮＯX検知電極を再生する。このため実施例４のＮＯXセンサは、ＮＯX検知電極の検知精度低下を抑制でき、ＮＯXをさらに精度高く検知できる。また、ＮＯX検知電極を再生することでＮＯX検知電極の耐久性を向上させ、ＮＯXセンサの耐久性を向上させ得る。
【００５６】
（比較例）
比較例のＮＯXセンサは、図７に示す従来のＮＯXセンサである。比較例のＮＯXセンサにおけるケース体２０２は、実施例１のＮＯXセンサにおけるケース側ガス流出口２１と同位置に、ケース側ガス流入口２２０を持つ。また、比較例のＮＯXセンサにおけるセンサ素子２０１は、ガス流出口を持たない。すなわち、比較例のＮＯXセンサにおける排ガスチャンバ２１４は、ガス流入口２１８のみを介してケース側チャンバ２２２に連絡されている。
【００５７】
（評価試験）
実施例のＮＯXセンサおよび比較例のＮＯXセンサの性能を評価した。
【００５８】
（１．活性時間評価試験）
実施例３のＮＯXセンサと比較例のＮＯXセンサとを用い、モデルガスをＮＯXセンサに供給し始めてから、ＮＯX検知電極の出力値（実測値）がモデルガスのＮＯX濃度に対応する出力値（理論値）と一致するまでの時間（以下、活性時間と呼ぶ）を測定した。
【００５９】
モデルガスとしては、５００ｐｐｍのＮＯを含む窒素ガスを用いた。モデルガスの流速は５Ｌ／分であった。このときの各ＮＯXセンサの排ガスチャンバの温度は５００℃であった。活性時間評価試験の結果を表すグラフを図４に示す。図４中縦軸は、活性時間（秒）を表す。
【００６０】
図４に示すように、比較例のＮＯXセンサ（すなわち従来のＮＯXセンサ）の活性時間は約２００秒であり、実施例３のＮＯXセンサの活性時間は約２５秒であった。この結果から、実施例３のＮＯXセンサは比較例のＮＯXセンサに比べて活性時間が短いことがわかる。これは、実施例３のＮＯXセンサは排ガスチャンバ内のガス交換性に優れるため、ＮＯX検知電極に接触する排ガスのＮＯX濃度が、排ガスの実際のＮＯX濃度とほぼ一致することによると考えられる。
【００６１】
（２．応答性評価試験）
実施例３のＮＯXセンサと比較例のＮＯXセンサとを用い、モデルガスのＮＯX濃度の変化に対するＮＯXセンサの応答性を評価した。詳しくは、第１のモデルガス（３００ｐｐｍのＮＯを含む窒素ガス）をＮＯXセンサに供給し始めてから２５秒後に、第１のモデルガスに代えて第２のモデルガス（ＮＯを含まない窒素ガス）をＮＯXセンサに供給した。そして、モデルガス供給開始後のＮＯX検知電極の出力値の経時変化をモニタした。そして、ＮＯX検知電極の出力値を基に、モデルガス中のＮＯX濃度を算出した。このときの各モデルガスの流速は５Ｌ／分であった。このときの各ＮＯXセンサの排ガスチャンバの温度は５００℃であった。応答性評価試験の結果を表すグラフを図５に示す。図５中縦軸は、ＮＯX検知電極１６の出力値を基に算出したモデルガスのＮＯX濃度を表す。図５中横軸は、モデルガス供給開始後の経過時間（秒）を表す。
【００６２】
図５に示すように、実施例３のＮＯXセンサは比較例のＮＯXセンサに比べて、第１のモデルガスに対する活性時間が短く、かつ、第２のモデルガスに対する活性時間が短かった。換言すると、実施例３のＮＯXセンサにおけるＮＯX検知電極は、比較例のＮＯXセンサにおけるＮＯX検知電極よりも早く、モデルガス中のＮＯX濃度の変化に対応した電流を出力した。
【００６３】
この結果から、実施例３のＮＯXセンサは比較例のＮＯXセンサに比べてガス濃度の変化に対する応答性に優れることがわかる。これは、実施例３のＮＯXセンサは排ガスチャンバ内のガス交換性に優れ、ＮＯX検知電極に接触する排ガスのＮＯX濃度が、排ガスの実際のＮＯX濃度とほぼ一致するためと考えられる。
【００６４】
（３．耐久性評価試験）
実施例４のＮＯXセンサと比較例のＮＯXセンサとを用い、エンジンの燃焼ガスを所定時間流通させた後のＮＯX検知電極の耐久性を評価した。詳しくは、エンジンベンチに各ＮＯXセンサを並列に取付け、各ＮＯXセンサにエンジンの燃焼ガスを流通させた。次いで、一般的な車両が所定距離（２ｋｍ、４ｋｍ、６ｋｍ、８ｋｍ）走行した場合と同量の燃焼ガスをエンジンからＮＯXセンサに供給した後に、各ＮＯXセンサをエンジンベンチから取り外した。そして、取り外した各ＮＯXセンサにモデルガスを流通させて、ＮＯX検知電極が出力する電流値を測定した。そして、測定したＮＯX検知電極の出力値を基に、モデルガスのＮＯX濃度を算出した。なお、このときのモデルガスとしては、５００ｐｐｍのＮＯを含む窒素ガスを用いた。モデルガスの流速は５Ｌ／分であった。このときの各ＮＯXセンサの排ガスチャンバの温度は５００℃であった。耐久性評価試験の結果を表すグラフを図６に示す。図６中縦軸は、ＮＯX検知電極の出力値を基に算出したモデルガスのＮＯX濃度（実測値）と、モデルガスに実際に含まれるＮＯX濃度（理論値）と、の差を表す。図６中横軸は、燃焼ガスの流通量を基に算出した一般的な車両の走行距離（仮想走行距離）を表す。
【００６５】
図６に示すように、比較例のＮＯXセンサでは、長時間使用すると実測値と理論値との差が大きくなる。すなわち比較例のＮＯXセンサは、長時間使用するとＮＯX検知電極が劣化する。これに対して、実施例４のＮＯXセンサは、長時間使用しても実測値と理論値との差が小さい。すなわち実施例４のＮＯXセンサは、長時間使用してもＮＯX検知電極が劣化し難い。これは、実施例４のＮＯXセンサではモニタ手段と制御手段とによってＮＯX検知電極を再生することで、ＮＯX検知電極の劣化が抑制されているためだと考えられる。
【００６６】
以上の結果から、本発明のＮＯXセンサは排ガス中のＮＯXを精度高く検知できることがわかる。また、上記（５）を備える本発明のＮＯXセンサは、耐久性に優れることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施例１のＮＯXセンサを模式的に表す断面図である。
【図２】実施例２のＮＯXセンサを模式的に表す断面図である。
【図３】実施例３のＮＯXセンサを模式的に表す断面図である。
【図４】活性時間評価試験の結果を表すグラフである。
【図５】応答性評価試験の結果を表すグラフである。
【図６】耐久性評価試験の結果を表すグラフである。
【図７】従来のＮＯXセンサを模式的に表す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１：センサ素子                    ２：ケース体
１０：区画層                      １１：固体電解質層
１４：排ガスチャンバ              １５：酸素ポンプ電極
１６：ＮＯX検知電極              １７：ガス流出口
１８：ガス流入口                  １９：第２の酸素ポンプ電極
２０：ケース側ガス流入口          ２１：ケース側ガス流出口
【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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