JPH08285809A - 排ガス浄化用触媒の劣化検知方法及びそのためのシステム - Google Patents
排ガス浄化用触媒の劣化検知方法及びそのためのシステムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 触媒の熱容量を含めた排気系の熱容量に左右
されることなく、実走行条件下でも触媒の劣化を精度よ
く、一つのセンサにて検知し得る方法及びシステムの提
供。また、燃焼排ガス中の可燃ガス成分に影響を受ける
ことなく、酸素濃度を正確に測定することの出来る方法
及び装置を提供すること。 【構成】 排ガス浄化用触媒を通過した燃焼排ガスを、
所定の拡散抵抗の下に、周囲から区画された処理ゾーン
に導き、そこで、電気化学的酸素ポンプセルによる酸素
のポンピング作用によって、該燃焼排ガス中の酸素濃度
を、可燃ガス成分が実質的に燃焼され得ない所定の低い
値に制御する一方、該制御下における前記酸素ポンプセ
ルに流れるポンプ電流を検出し、その検出値に基づいて
酸素濃度を求める。また、この検出されたポンプ電流値
に対応する該燃焼排ガス中の酸素濃度値より、前記触媒
の劣化の状態を判断する。
されることなく、実走行条件下でも触媒の劣化を精度よ
く、一つのセンサにて検知し得る方法及びシステムの提
供。また、燃焼排ガス中の可燃ガス成分に影響を受ける
ことなく、酸素濃度を正確に測定することの出来る方法
及び装置を提供すること。 【構成】 排ガス浄化用触媒を通過した燃焼排ガスを、
所定の拡散抵抗の下に、周囲から区画された処理ゾーン
に導き、そこで、電気化学的酸素ポンプセルによる酸素
のポンピング作用によって、該燃焼排ガス中の酸素濃度
を、可燃ガス成分が実質的に燃焼され得ない所定の低い
値に制御する一方、該制御下における前記酸素ポンプセ
ルに流れるポンプ電流を検出し、その検出値に基づいて
酸素濃度を求める。また、この検出されたポンプ電流値
に対応する該燃焼排ガス中の酸素濃度値より、前記触媒
の劣化の状態を判断する。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、排ガス浄化用触媒の劣化検知方
法及びそのためのシステムに係り、特に、自動車等の内
燃機関等から排出される、可燃ガス成分を含有する燃焼
排ガスが流通せしめられる排ガス通路に設けた排ガス浄
化用触媒の劣化を検知する方法及びそのためのシステ
ム、更には、そのような燃焼排ガス中の残留酸素濃度を
測定する方法及びそのための装置に関するものである。
法及びそのためのシステムに係り、特に、自動車等の内
燃機関等から排出される、可燃ガス成分を含有する燃焼
排ガスが流通せしめられる排ガス通路に設けた排ガス浄
化用触媒の劣化を検知する方法及びそのためのシステ
ム、更には、そのような燃焼排ガス中の残留酸素濃度を
測定する方法及びそのための装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】従来から、内燃機関等の燃焼排ガス中に含
まれる未燃焼成分等の可燃ガス成分を酸化、除去するた
めに、そのような燃焼排ガスが流通せしめられる排ガス
通路に、三元触媒乃至は酸化触媒の如き触媒を設置する
ことが、広く採用されてきているが、そのような触媒
は、その長期間の使用や使用条件、更には燃焼排ガス中
の触媒毒成分の存在等によって劣化し、そして、それに
より、排ガスの浄化効率が低下する問題を内在してい
る。
まれる未燃焼成分等の可燃ガス成分を酸化、除去するた
めに、そのような燃焼排ガスが流通せしめられる排ガス
通路に、三元触媒乃至は酸化触媒の如き触媒を設置する
ことが、広く採用されてきているが、そのような触媒
は、その長期間の使用や使用条件、更には燃焼排ガス中
の触媒毒成分の存在等によって劣化し、そして、それに
より、排ガスの浄化効率が低下する問題を内在してい
る。
【０００３】このため、実開昭６２−６１９１９号にお
いては、排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置として、排
気通路に排気浄化用の触媒を設置した内燃機関におい
て、かかる触媒の入口及び出口の排気温度を検出する手
段と、機関の運転状態を検出する手段と、前記入口及び
出口の排気温度差が、その運転状態に応じて予め設定し
た所定値よりも少ないときに、触媒が劣化していると判
定する手段と、を備えてなるものが、提案されている。
いては、排気ガス浄化用触媒の劣化判定装置として、排
気通路に排気浄化用の触媒を設置した内燃機関におい
て、かかる触媒の入口及び出口の排気温度を検出する手
段と、機関の運転状態を検出する手段と、前記入口及び
出口の排気温度差が、その運転状態に応じて予め設定し
た所定値よりも少ないときに、触媒が劣化していると判
定する手段と、を備えてなるものが、提案されている。
【０００４】而して、このような触媒の前後の排気温度
により触媒の劣化検知を行なう方式を採用して、実際に
触媒の劣化の程度を検知するには、４０〜６０ｋｍ／時
間の定速走行を数分間行なった後、劣化の判定を行なう
必要がある。これは、触媒の熱容量が大きいところか
ら、排気系を熱的に安定させるために或る程度の時間が
必要とされるからであって、また、この劣化検知を精度
よく行なおうとすると、更に長時間が必要とされるので
ある。
により触媒の劣化検知を行なう方式を採用して、実際に
触媒の劣化の程度を検知するには、４０〜６０ｋｍ／時
間の定速走行を数分間行なった後、劣化の判定を行なう
必要がある。これは、触媒の熱容量が大きいところか
ら、排気系を熱的に安定させるために或る程度の時間が
必要とされるからであって、また、この劣化検知を精度
よく行なおうとすると、更に長時間が必要とされるので
ある。
【０００５】しかしながら、自動車の実走行のような加
減速が繰り返される条件下にあっては、そのような定速
走行の条件を満たすことは困難であり、そのため、上述
の如き、触媒の前後の排気温度により触媒の劣化を精度
よく検知することは、著しく難しいものであったのであ
る。また、そのような触媒劣化検知方式にあっては、排
気温度の検出のためのセンサが、触媒前後にそれぞれ一
つずつ、計二つのセンサが必要となる等の問題も存在し
ている。
減速が繰り返される条件下にあっては、そのような定速
走行の条件を満たすことは困難であり、そのため、上述
の如き、触媒の前後の排気温度により触媒の劣化を精度
よく検知することは、著しく難しいものであったのであ
る。また、そのような触媒劣化検知方式にあっては、排
気温度の検出のためのセンサが、触媒前後にそれぞれ一
つずつ、計二つのセンサが必要となる等の問題も存在し
ている。
【０００６】一方、燃焼排ガス中の酸素濃度を測定する
ために、電気化学的セルからなる酸素ポンプ手段と酸素
濃淡電池手段とを組み合わせ、被測定ガスたる燃焼排ガ
スを所定の拡散律速手段にて規定される拡散抵抗の下に
測定空間に導き、該酸素濃淡電池手段により検出される
起電力が一定となるように、該酸素ポンプ手段にて、酸
素を汲み出し或いは汲み入れし、かかる測定空間の酸素
濃度を一定値にするに必要なポンプ電流を測定するよう
にしたセンサが、広く知られている。
ために、電気化学的セルからなる酸素ポンプ手段と酸素
濃淡電池手段とを組み合わせ、被測定ガスたる燃焼排ガ
スを所定の拡散律速手段にて規定される拡散抵抗の下に
測定空間に導き、該酸素濃淡電池手段により検出される
起電力が一定となるように、該酸素ポンプ手段にて、酸
素を汲み出し或いは汲み入れし、かかる測定空間の酸素
濃度を一定値にするに必要なポンプ電流を測定するよう
にしたセンサが、広く知られている。
【０００７】しかしながら、このようなタイプのセンサ
にあっては、被測定ガスたる燃焼排ガス中に可燃ガス成
分、例えば、水素、一酸化炭素、炭化水素等が含まれて
いると、測定空間内において、燃焼排ガス中の可燃ガス
成分と酸素とが反応して、燃焼排ガス中の酸素が消費さ
れるようになるところから、燃焼排ガス中の酸素濃度を
正確に測定することが出来ないものであったのである。
にあっては、被測定ガスたる燃焼排ガス中に可燃ガス成
分、例えば、水素、一酸化炭素、炭化水素等が含まれて
いると、測定空間内において、燃焼排ガス中の可燃ガス
成分と酸素とが反応して、燃焼排ガス中の酸素が消費さ
れるようになるところから、燃焼排ガス中の酸素濃度を
正確に測定することが出来ないものであったのである。
【０００８】
【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる従来の問
題を悉く解消すべく為されたものであって、その解決す
べき課題とするところは、触媒の熱容量を含めた排気系
の熱容量に左右されることなく、実走行条件下でも、触
媒の劣化を精度よく検知し得る方法及びそのためのシス
テムを提供することにあり、また、一つのセンサにて触
媒の劣化を検知し得るようにすることにある。更に、本
発明は、燃焼排ガス中の可燃ガス成分に影響を受けるこ
となく、酸素濃度を正確に測定することの出来る方法及
びそのための装置をも提供することにある。
題を悉く解消すべく為されたものであって、その解決す
べき課題とするところは、触媒の熱容量を含めた排気系
の熱容量に左右されることなく、実走行条件下でも、触
媒の劣化を精度よく検知し得る方法及びそのためのシス
テムを提供することにあり、また、一つのセンサにて触
媒の劣化を検知し得るようにすることにある。更に、本
発明は、燃焼排ガス中の可燃ガス成分に影響を受けるこ
となく、酸素濃度を正確に測定することの出来る方法及
びそのための装置をも提供することにある。
【０００９】
【解決手段】そして、本発明にあっては、上述の如き課
題を解決するために、可燃ガス成分を含有する燃焼排ガ
スが流通せしめられる排ガス通路に設けた排ガス浄化用
触媒の劣化を検知する方法にして、前記触媒を通過した
燃焼排ガスを、所定の拡散抵抗の下に、周囲から区画さ
れた処理ゾーンに導き、該処理ゾーン内において、電気
化学的酸素ポンプセルによる酸素のポンピング作用によ
って、かかる燃焼排ガス中の酸素濃度を、前記可燃ガス
成分が実質的に燃焼され得ない所定の低い値に制御する
一方、該制御下における前記酸素ポンプセルに流れるポ
ンプ電流を検出し、その検出値に基づく該燃焼排ガス中
の酸素濃度値より前記触媒の劣化の状態を判断すること
を特徴とする排ガス浄化用触媒の劣化検知方法を、その
要旨とするものである。
題を解決するために、可燃ガス成分を含有する燃焼排ガ
スが流通せしめられる排ガス通路に設けた排ガス浄化用
触媒の劣化を検知する方法にして、前記触媒を通過した
燃焼排ガスを、所定の拡散抵抗の下に、周囲から区画さ
れた処理ゾーンに導き、該処理ゾーン内において、電気
化学的酸素ポンプセルによる酸素のポンピング作用によ
って、かかる燃焼排ガス中の酸素濃度を、前記可燃ガス
成分が実質的に燃焼され得ない所定の低い値に制御する
一方、該制御下における前記酸素ポンプセルに流れるポ
ンプ電流を検出し、その検出値に基づく該燃焼排ガス中
の酸素濃度値より前記触媒の劣化の状態を判断すること
を特徴とする排ガス浄化用触媒の劣化検知方法を、その
要旨とするものである。
【００１０】また、本発明は、可燃ガス成分を含有する
燃焼排ガスが流通せしめられる排ガス通路に設けた排ガ
ス浄化用触媒の劣化を検知するシステムにして、（ａ）
前記触媒よりも下流側の排ガス通路に連通される、周囲
から区画された処理ゾーンと、（ｂ）前記触媒を通過し
た燃焼排ガスを所定の拡散抵抗の下に該処理ゾーンに導
く拡散律速手段と、（ｃ）前記処理ゾーンを区画する壁
の少なくとも一部を構成する酸素イオン伝導性固体電解
質と、これに接して設けられた、該処理ゾーンに位置す
るように配される一つの電極を含む一対の電極とを含ん
で構成され、それら一対の電極間への通電により、該処
理ゾーンに対する酸素のポンピングを行ない、該処理ゾ
ーン内の雰囲気中の酸素濃度を、前記可燃ガス成分が実
質的に燃焼され得ない所定の低い値に制御せしめる電気
化学的酸素ポンプセルと、（ｄ）該電気化学的酸素ポン
プセルのポンプ作動によって流れるポンプ電流を検出す
る検出手段と、（ｅ）該検出手段にて検出されたポンプ
電流値に基づく前記燃焼排ガス中の酸素濃度値より前記
触媒の劣化の状態を判断する判断手段とを、有すること
を特徴とする排ガス浄化用触媒の劣化検知システムを
も、その要旨とするものである。
燃焼排ガスが流通せしめられる排ガス通路に設けた排ガ
ス浄化用触媒の劣化を検知するシステムにして、（ａ）
前記触媒よりも下流側の排ガス通路に連通される、周囲
から区画された処理ゾーンと、（ｂ）前記触媒を通過し
た燃焼排ガスを所定の拡散抵抗の下に該処理ゾーンに導
く拡散律速手段と、（ｃ）前記処理ゾーンを区画する壁
の少なくとも一部を構成する酸素イオン伝導性固体電解
質と、これに接して設けられた、該処理ゾーンに位置す
るように配される一つの電極を含む一対の電極とを含ん
で構成され、それら一対の電極間への通電により、該処
理ゾーンに対する酸素のポンピングを行ない、該処理ゾ
ーン内の雰囲気中の酸素濃度を、前記可燃ガス成分が実
質的に燃焼され得ない所定の低い値に制御せしめる電気
化学的酸素ポンプセルと、（ｄ）該電気化学的酸素ポン
プセルのポンプ作動によって流れるポンプ電流を検出す
る検出手段と、（ｅ）該検出手段にて検出されたポンプ
電流値に基づく前記燃焼排ガス中の酸素濃度値より前記
触媒の劣化の状態を判断する判断手段とを、有すること
を特徴とする排ガス浄化用触媒の劣化検知システムを
も、その要旨とするものである。
【００１１】なお、本発明に従う上記システムの好まし
い態様においては、前記電気化学的酸素ポンプセルの前
記処理ゾーンに位置するように配される電極が、酸化触
媒性のない若しくは小さい電極材料にて構成されてい
る。
い態様においては、前記電気化学的酸素ポンプセルの前
記処理ゾーンに位置するように配される電極が、酸化触
媒性のない若しくは小さい電極材料にて構成されてい
る。
【００１２】さらに、本発明は、可燃ガス成分を含む燃
焼排ガスを、所定の拡散抵抗の下に、周囲から区画され
た処理ゾーンに導き、該処理ゾーン内において、電気化
学的酸素ポンプセルによる酸素のポンピング作用によっ
て、かかる燃焼排ガス中の酸素濃度を、前記可燃ガス成
分が実質的に燃焼され得ない所定の低い値に制御する一
方、該制御下における前記酸素ポンプセルに流れるポン
プ電流を検出し、得られたポンプ電流値から前記燃焼排
ガス中の酸素濃度を求めることを特徴とする燃焼排ガス
中の酸素濃度測定方法をも、その要旨とするものであ
る。
焼排ガスを、所定の拡散抵抗の下に、周囲から区画され
た処理ゾーンに導き、該処理ゾーン内において、電気化
学的酸素ポンプセルによる酸素のポンピング作用によっ
て、かかる燃焼排ガス中の酸素濃度を、前記可燃ガス成
分が実質的に燃焼され得ない所定の低い値に制御する一
方、該制御下における前記酸素ポンプセルに流れるポン
プ電流を検出し、得られたポンプ電流値から前記燃焼排
ガス中の酸素濃度を求めることを特徴とする燃焼排ガス
中の酸素濃度測定方法をも、その要旨とするものであ
る。
【００１３】また、そのような酸素濃度測定方法を実施
するために、本発明にあっては、（ａ）可燃ガス成分を
含有する燃焼排ガスが流通せしめられる排ガス通路に連
通される、周囲から区画された処理ゾーンと、（ｂ）該
排ガス通路より燃焼排ガスを所定の拡散抵抗の下に該処
理ゾーンに導く拡散律速手段と、（ｃ）前記処理ゾーン
を区画する壁の少なくとも一部を構成する酸素イオン伝
導性固体電解質と、これに接して設けられた、該処理ゾ
ーンに位置するように配される一つの電極を含む一対の
電極とを含んで構成され、それら一対の電極間への通電
により、該処理ゾーンに対する酸素のポンピングを行な
い、該処理ゾーン内の雰囲気中の酸素濃度を、前記可燃
ガス成分が実質的に燃焼され得ない所定の低い値に制御
せしめる電気化学的酸素ポンプセルと、（ｄ）該電気化
学的酸素ポンプセルのポンプ作動によって流れるポンプ
電流を検出する検出手段とを、有することを特徴とする
燃焼排ガス中の酸素濃度測定装置を、その要旨とするも
のである。
するために、本発明にあっては、（ａ）可燃ガス成分を
含有する燃焼排ガスが流通せしめられる排ガス通路に連
通される、周囲から区画された処理ゾーンと、（ｂ）該
排ガス通路より燃焼排ガスを所定の拡散抵抗の下に該処
理ゾーンに導く拡散律速手段と、（ｃ）前記処理ゾーン
を区画する壁の少なくとも一部を構成する酸素イオン伝
導性固体電解質と、これに接して設けられた、該処理ゾ
ーンに位置するように配される一つの電極を含む一対の
電極とを含んで構成され、それら一対の電極間への通電
により、該処理ゾーンに対する酸素のポンピングを行な
い、該処理ゾーン内の雰囲気中の酸素濃度を、前記可燃
ガス成分が実質的に燃焼され得ない所定の低い値に制御
せしめる電気化学的酸素ポンプセルと、（ｄ）該電気化
学的酸素ポンプセルのポンプ作動によって流れるポンプ
電流を検出する検出手段とを、有することを特徴とする
燃焼排ガス中の酸素濃度測定装置を、その要旨とするも
のである。
【００１４】そしてまた、本発明に従う、上述した測定
装置の好ましい態様としては、前記電気化学的酸素ポン
プセルの前記処理ゾーンに位置するように配される電極
が、酸化触媒性のない若しくは小さい電極材料にて構成
されることとなる。
装置の好ましい態様としては、前記電気化学的酸素ポン
プセルの前記処理ゾーンに位置するように配される電極
が、酸化触媒性のない若しくは小さい電極材料にて構成
されることとなる。
【００１５】
【作用・原理】要するに、かくの如き本発明は、酸素イ
オン伝導性固体電解質とそれに接して設けられた一対の
電極とを含む電気化学的酸素ポンプセルを用い、この酸
素ポンプセルの一対の電極間に通電して、それら一対の
電極のうちのカソードとなる電極に接する雰囲気を、酸
素ポンプ作動を行ない得る温度下において、所定の低い
酸素分圧に設定することにより、被測定ガス中の可燃ガ
ス成分が、そこに存在する酸素ガスと反応せず、従っ
て、その際の通電電流を測定することによって、被測定
ガス中の酸素量が正確に測定され得ることを見出したこ
とに基づいて、完成されたものである。
オン伝導性固体電解質とそれに接して設けられた一対の
電極とを含む電気化学的酸素ポンプセルを用い、この酸
素ポンプセルの一対の電極間に通電して、それら一対の
電極のうちのカソードとなる電極に接する雰囲気を、酸
素ポンプ作動を行ない得る温度下において、所定の低い
酸素分圧に設定することにより、被測定ガス中の可燃ガ
ス成分が、そこに存在する酸素ガスと反応せず、従っ
て、その際の通電電流を測定することによって、被測定
ガス中の酸素量が正確に測定され得ることを見出したこ
とに基づいて、完成されたものである。
【００１６】すなわち、本発明は、電気化学的酸素ポン
プセルのポンプ作動によって、被測定ガスたる燃焼排ガ
ス中に存在する可燃ガス成分が酸素と反応しない条件を
設定し、その酸素濃度に制御するために必要な酸素ポン
プ電流を測定することを、その中心的な構成とするもの
であって、その測定値を用いることにより、燃焼排ガス
中の残存酸素濃度を正確に検出し、また、それに基づい
て、排ガス浄化用触媒の劣化の状態を効果的に判断し得
るようにしたものである。
プセルのポンプ作動によって、被測定ガスたる燃焼排ガ
ス中に存在する可燃ガス成分が酸素と反応しない条件を
設定し、その酸素濃度に制御するために必要な酸素ポン
プ電流を測定することを、その中心的な構成とするもの
であって、その測定値を用いることにより、燃焼排ガス
中の残存酸素濃度を正確に検出し、また、それに基づい
て、排ガス浄化用触媒の劣化の状態を効果的に判断し得
るようにしたものである。
【００１７】ところで、図１及び図２には、それぞれ、
従来の酸素センサの構造とその特性図が示されている
が、そのような従来の酸素センサとの比較において、本
発明に従う酸素濃度測定の原理を、以下に説明すること
とする。
従来の酸素センサの構造とその特性図が示されている
が、そのような従来の酸素センサとの比較において、本
発明に従う酸素濃度測定の原理を、以下に説明すること
とする。
【００１８】先ず、図１において、センサ素子本体２
は、複数の酸素イオン伝導性固体電解質層の積層一体化
焼成体にて構成され、その内部に、測定空間たる平坦空
間４が形成されていると共に、該平坦空間４は、所定の
拡散抵抗を有する拡散律速部たるオリフィス６を通じ
て、外部の被測定ガス存在空間に連通せしめられてい
る。そして、このオリフィス６の設けられた固体電解質
層の両側の面に接して、外側ポンプ電極８及び内側ポン
プ電極１０が設けられて、電気化学的酸素ポンプセルが
構成されている。また、センサ素子本体２内には、基準
ガス通路１２が形成され、この基準ガス通路１２と平坦
空間４との間に位置する固体電解質層の両側の面に接す
るように、基準電極１４及び測定電極１６がそれぞれ設
けられて、電気化学的酸素濃度検出セルを構成してい
る。
は、複数の酸素イオン伝導性固体電解質層の積層一体化
焼成体にて構成され、その内部に、測定空間たる平坦空
間４が形成されていると共に、該平坦空間４は、所定の
拡散抵抗を有する拡散律速部たるオリフィス６を通じ
て、外部の被測定ガス存在空間に連通せしめられてい
る。そして、このオリフィス６の設けられた固体電解質
層の両側の面に接して、外側ポンプ電極８及び内側ポン
プ電極１０が設けられて、電気化学的酸素ポンプセルが
構成されている。また、センサ素子本体２内には、基準
ガス通路１２が形成され、この基準ガス通路１２と平坦
空間４との間に位置する固体電解質層の両側の面に接す
るように、基準電極１４及び測定電極１６がそれぞれ設
けられて、電気化学的酸素濃度検出セルを構成してい
る。
【００１９】このように、電気化学的酸素ポンプセルと
電気化学的酸素濃度検出セルとを組み合わせ、所定の拡
散抵抗の下に、オリフィス６を通じて平坦空間４内に導
き入れられた被測定ガスに対して、酸素濃度検出セルの
電圧（モニタ電圧）が一定となるように、酸素ポンプセ
ルの可変電源１８の電圧を制御して、酸素のポンピング
を行なうと、よく知られているように、図２に示される
如きポンプ電流（ｍＡ）／モニタ電圧（Ｖ）特性を示す
曲線が得られるのである。
電気化学的酸素濃度検出セルとを組み合わせ、所定の拡
散抵抗の下に、オリフィス６を通じて平坦空間４内に導
き入れられた被測定ガスに対して、酸素濃度検出セルの
電圧（モニタ電圧）が一定となるように、酸素ポンプセ
ルの可変電源１８の電圧を制御して、酸素のポンピング
を行なうと、よく知られているように、図２に示される
如きポンプ電流（ｍＡ）／モニタ電圧（Ｖ）特性を示す
曲線が得られるのである。
【００２０】すなわち、図１に示される酸素センサにお
いて、平坦空間４内の酸素濃度と基準ガス通路１２内の
酸素濃度との差に基づいて発生する起電力である、酸素
濃度検出セルでのモニタ電圧を高めていくと、その電圧
の上昇に従い、ポンプ電流が比例的に増加する領域Ｉが
現れる。なお、この領域Ｉは、拡散律速部たるオリフィ
ス６を通じて入り込む酸素量よりも、酸素ポンプセルに
て汲み出す酸素量の方が少ない領域である。
いて、平坦空間４内の酸素濃度と基準ガス通路１２内の
酸素濃度との差に基づいて発生する起電力である、酸素
濃度検出セルでのモニタ電圧を高めていくと、その電圧
の上昇に従い、ポンプ電流が比例的に増加する領域Ｉが
現れる。なお、この領域Ｉは、拡散律速部たるオリフィ
ス６を通じて入り込む酸素量よりも、酸素ポンプセルに
て汲み出す酸素量の方が少ない領域である。
【００２１】そして、かかるモニタ電圧を高めていく
と、電圧が上昇してもポンプ電流が増加しない、所謂限
流領域IIが現れる。この領域IIは、拡散律速部たるオリ
フィス６より入り込む酸素量と酸素ポンプセルにて汲み
出す酸素量とが略バランスする領域であり、従来は、こ
の領域IIにおいてセンサを作動せしめ、被測定ガス中の
酸素濃度を測定しているのである。この領域IIにおける
ポンプ電流（限界電流）が、被測定ガス中の酸素濃度に
比例することとなるからである。
と、電圧が上昇してもポンプ電流が増加しない、所謂限
流領域IIが現れる。この領域IIは、拡散律速部たるオリ
フィス６より入り込む酸素量と酸素ポンプセルにて汲み
出す酸素量とが略バランスする領域であり、従来は、こ
の領域IIにおいてセンサを作動せしめ、被測定ガス中の
酸素濃度を測定しているのである。この領域IIにおける
ポンプ電流（限界電流）が、被測定ガス中の酸素濃度に
比例することとなるからである。
【００２２】さらに、このモニタ電圧を高めていくと、
電圧の上昇に対応して、再び、ポンプ電流が比例的に増
加する領域III が現れる。この領域III は、拡散律速部
であるオリフィス６より入り込む酸素量よりも、酸素ポ
ンプセルにて汲み出す酸素量が多い領域であり、被測定
ガス中に存在する二酸化炭素や水の一部が分解され、そ
の酸素が汲み出される領域でもある。そして、更に電圧
を上げると、センサ素子本体２を構成する固体電解質が
分解され、該固体電解質を構成している酸素が汲み出さ
れるようになるのである。
電圧の上昇に対応して、再び、ポンプ電流が比例的に増
加する領域III が現れる。この領域III は、拡散律速部
であるオリフィス６より入り込む酸素量よりも、酸素ポ
ンプセルにて汲み出す酸素量が多い領域であり、被測定
ガス中に存在する二酸化炭素や水の一部が分解され、そ
の酸素が汲み出される領域でもある。そして、更に電圧
を上げると、センサ素子本体２を構成する固体電解質が
分解され、該固体電解質を構成している酸素が汲み出さ
れるようになるのである。
【００２３】かかる状況下、本発明者らの検討により、
このポンプ電流とモニタ電圧の特性曲線は、被測定ガス
中の可燃ガス成分の有無、更には酸素濃度の高低によっ
て変化し、図３に示される如くなることが見出されたの
である。
このポンプ電流とモニタ電圧の特性曲線は、被測定ガス
中の可燃ガス成分の有無、更には酸素濃度の高低によっ
て変化し、図３に示される如くなることが見出されたの
である。
【００２４】すなわち、図３において、曲線ａは、被測
定ガス中に可燃ガス成分が含まれていないときのモニタ
電圧とポンプ電流との関係を示し、また曲線ｂは、被測
定ガス中に可燃ガス成分が含まれている場合のモニタ電
圧とポンプ電流との関係を示しているが、それらの曲線
ａ及びｂを対比すれば自ずから明らかな如く、領域IIで
は、可燃ガス成分の存在によって、ポンプ電流は大きく
減少し、その影響を著しく受けているのに対して、領域
III では、その影響を全く受けていないことが、理解さ
れる。このことは、可燃ガス成分の有無に関係なく、領
域III では、被測定ガス中の酸素濃度に対応したポンプ
電流が得られることを意味しているのである。
定ガス中に可燃ガス成分が含まれていないときのモニタ
電圧とポンプ電流との関係を示し、また曲線ｂは、被測
定ガス中に可燃ガス成分が含まれている場合のモニタ電
圧とポンプ電流との関係を示しているが、それらの曲線
ａ及びｂを対比すれば自ずから明らかな如く、領域IIで
は、可燃ガス成分の存在によって、ポンプ電流は大きく
減少し、その影響を著しく受けているのに対して、領域
III では、その影響を全く受けていないことが、理解さ
れる。このことは、可燃ガス成分の有無に関係なく、領
域III では、被測定ガス中の酸素濃度に対応したポンプ
電流が得られることを意味しているのである。
【００２５】また、曲線ｃは、曲線ａと対比すべく、被
測定ガス中の酸素濃度を高めた（可燃ガス成分は含まれ
ていない）場合におけるモニタ電圧とポンプ電流の関係
を示すものであって、曲線ａとの対比から明らかな如
く、被測定ガス中の酸素濃度の増加に対応して、領域II
I においては、ポンプ電流が増加していることが理解さ
れる。そして、このことは、被測定ガス中の酸素濃度の
高低に対応して、領域III でも、ポンプ電流が増減し、
その増減したポンプ電流を検出することにより、予め求
められているポンプ電流値と被測定ガス中の酸素濃度と
の関係から、検出されたポンプ電流値に対応する酸素濃
度を求めることが出来ることを示しているのである。
測定ガス中の酸素濃度を高めた（可燃ガス成分は含まれ
ていない）場合におけるモニタ電圧とポンプ電流の関係
を示すものであって、曲線ａとの対比から明らかな如
く、被測定ガス中の酸素濃度の増加に対応して、領域II
I においては、ポンプ電流が増加していることが理解さ
れる。そして、このことは、被測定ガス中の酸素濃度の
高低に対応して、領域III でも、ポンプ電流が増減し、
その増減したポンプ電流を検出することにより、予め求
められているポンプ電流値と被測定ガス中の酸素濃度と
の関係から、検出されたポンプ電流値に対応する酸素濃
度を求めることが出来ることを示しているのである。
【００２６】従って、本発明にあっては、かかる図３の
領域III では、被測定ガス中に存在する可燃ガス成分の
酸化が発生せず、また、この領域III でも、酸素濃度と
ポンプ電流に比例関係が得られることを見出したことに
基づいて、この領域III において、モニタ電圧を設定
し、そのときに流れるポンプ電流を測定することによ
り、被測定ガス中の酸素濃度を正確に測定し得る技術を
確立し、これを可燃ガス成分を含有する燃焼排ガスの酸
素濃度の測定や、そのような燃焼排ガスを浄化せしめる
触媒の劣化検知に適用して、完成されたものである。
領域III では、被測定ガス中に存在する可燃ガス成分の
酸化が発生せず、また、この領域III でも、酸素濃度と
ポンプ電流に比例関係が得られることを見出したことに
基づいて、この領域III において、モニタ電圧を設定
し、そのときに流れるポンプ電流を測定することによ
り、被測定ガス中の酸素濃度を正確に測定し得る技術を
確立し、これを可燃ガス成分を含有する燃焼排ガスの酸
素濃度の測定や、そのような燃焼排ガスを浄化せしめる
触媒の劣化検知に適用して、完成されたものである。
【００２７】
【具体的構成・実施例】以下、本発明を更に具体的に明
らかにするために、図面に示される具体例を参照しつ
つ、本発明の構成について、詳細に説明することとす
る。
らかにするために、図面に示される具体例を参照しつ
つ、本発明の構成について、詳細に説明することとす
る。
【００２８】先ず、図４の（ａ）及び（ｂ）は、本発明
に従う可燃ガス成分を含有する燃焼排ガス中の酸素濃度
測定装置の代表的な一例を明らかにしており、その中
で、（ａ）は、そのような測定装置を構成するセンサ素
子の平面図であり、また（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−
Ａ断面での要部拡大説明図である。
に従う可燃ガス成分を含有する燃焼排ガス中の酸素濃度
測定装置の代表的な一例を明らかにしており、その中
で、（ａ）は、そのような測定装置を構成するセンサ素
子の平面図であり、また（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−
Ａ断面での要部拡大説明図である。
【００２９】それらの図において、２０は、細長な長尺
の板状体形状を呈するセンサ素子であって、該センサ素
子２０は、（ｂ）より明らかな如く、緻密な気密の複数
の酸素イオン伝導性の固体電解質層２２ａ、２２ｂ、２
２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを含んで積層せしめられ
てなる一体構造の板状体とされている。なお、各固体電
解質層２２ａ〜２２ｆは、何れも、ジルコニア磁器等の
公知の酸素イオン伝導性の固体電解質材料を用いて形成
されることとなる。そして、この一体構造のセンサ素子
２０は、従来と同様にして、未焼成の固体電解質層の積
層物を一体焼成することにより、製造されるのである。
の板状体形状を呈するセンサ素子であって、該センサ素
子２０は、（ｂ）より明らかな如く、緻密な気密の複数
の酸素イオン伝導性の固体電解質層２２ａ、２２ｂ、２
２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを含んで積層せしめられ
てなる一体構造の板状体とされている。なお、各固体電
解質層２２ａ〜２２ｆは、何れも、ジルコニア磁器等の
公知の酸素イオン伝導性の固体電解質材料を用いて形成
されることとなる。そして、この一体構造のセンサ素子
２０は、従来と同様にして、未焼成の固体電解質層の積
層物を一体焼成することにより、製造されるのである。
【００３０】そして、かかる一体構造のセンサ素子２０
内には、矩形形状の平面形態を呈する、平坦な内部空所
２４が、周囲から区画された形態にて形成され、処理ゾ
ーンを構成していると共に、かかる内部空所２４とは独
立した形態において、且つ上下に重なり合う形態におい
て、基準ガス存在空所としての基準空気導入通路２６
が、センサ素子２０の長手方向に延びるように設けら
れ、また該基準空路導入通路２６は、センサ素子２０の
基部側の端部において開口し、大気に連通せしめられる
ようになっている。なお、ここでは、内部空所２４は、
固体電解質層２２ｂに形成された対応する空所が上下の
固体電解質層２２ａ、２２ｃにて覆蓋されることによっ
て形成されており、また基準空気導入通路２６は、固体
電解質層２２ｄに形成された対応する空所が、固体電解
質層２２ｃ、２２ｅにて、上下から覆蓋されることによ
って、形成されている。
内には、矩形形状の平面形態を呈する、平坦な内部空所
２４が、周囲から区画された形態にて形成され、処理ゾ
ーンを構成していると共に、かかる内部空所２４とは独
立した形態において、且つ上下に重なり合う形態におい
て、基準ガス存在空所としての基準空気導入通路２６
が、センサ素子２０の長手方向に延びるように設けら
れ、また該基準空路導入通路２６は、センサ素子２０の
基部側の端部において開口し、大気に連通せしめられる
ようになっている。なお、ここでは、内部空所２４は、
固体電解質層２２ｂに形成された対応する空所が上下の
固体電解質層２２ａ、２２ｃにて覆蓋されることによっ
て形成されており、また基準空気導入通路２６は、固体
電解質層２２ｄに形成された対応する空所が、固体電解
質層２２ｃ、２２ｅにて、上下から覆蓋されることによ
って、形成されている。
【００３１】また、内部空所２４を被測定ガスたる燃焼
排ガスが存在する外部空間に連通せしめる拡散律速手段
たる拡散律速通路２８が、固体電解質層２２ｂを切欠い
て、センサ素子２０の先端部に開口するように設けられ
ており、この拡散律速通路２８を通じて、所定の拡散抵
抗の下に、可燃ガス成分を含む燃焼排ガスが、内部空所
２４内に導かれるようになっている。なお、拡散律速通
路２８は、後述する電気化学的酸素ポンプセルに電圧を
印加した際、燃焼排ガス中の酸素が内部空所２４内に拡
散、流入する量を絞り込み、かかる電気化学的酸素ポン
プセルに流れる電流を抑制する働きをしている。
排ガスが存在する外部空間に連通せしめる拡散律速手段
たる拡散律速通路２８が、固体電解質層２２ｂを切欠い
て、センサ素子２０の先端部に開口するように設けられ
ており、この拡散律速通路２８を通じて、所定の拡散抵
抗の下に、可燃ガス成分を含む燃焼排ガスが、内部空所
２４内に導かれるようになっている。なお、拡散律速通
路２８は、後述する電気化学的酸素ポンプセルに電圧を
印加した際、燃焼排ガス中の酸素が内部空所２４内に拡
散、流入する量を絞り込み、かかる電気化学的酸素ポン
プセルに流れる電流を抑制する働きをしている。
【００３２】そして、固体電解質層２２ａの内部空所２
４内に露呈する部分には、それに接して、矩形形状の多
孔質Ｐｔ電極からなる内側ポンプ電極３０が設けられ、
更に該内側ポンプ電極３０に対応する固体電解質層２２
ａの外面部位には、それに接するように、同様な矩形形
状の多孔質Ｐｔ電極からなる外側ポンプ電極３２が設け
られており、それら電極３０、３２と固体電解質層２２
ａとによって、電気化学的酸素ポンプセルが構成されて
いる。また、この電気化学的酸素ポンプセルの二つの電
極３０、３２間に外部の可変電源３４より所望の電圧を
印加せしめて、外側ポンプ電極３２から内側ポンプ電極
３０の方向に電流を流すことによって、内部空所２４内
の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し得るようになっ
ている。なお、ここでは、多孔質Ｐｔ電極は、電極金属
としてのＰｔとセラミックスとしてのＺｒＯ2 とからな
るサーメット電極にて構成されている。
４内に露呈する部分には、それに接して、矩形形状の多
孔質Ｐｔ電極からなる内側ポンプ電極３０が設けられ、
更に該内側ポンプ電極３０に対応する固体電解質層２２
ａの外面部位には、それに接するように、同様な矩形形
状の多孔質Ｐｔ電極からなる外側ポンプ電極３２が設け
られており、それら電極３０、３２と固体電解質層２２
ａとによって、電気化学的酸素ポンプセルが構成されて
いる。また、この電気化学的酸素ポンプセルの二つの電
極３０、３２間に外部の可変電源３４より所望の電圧を
印加せしめて、外側ポンプ電極３２から内側ポンプ電極
３０の方向に電流を流すことによって、内部空所２４内
の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し得るようになっ
ている。なお、ここでは、多孔質Ｐｔ電極は、電極金属
としてのＰｔとセラミックスとしてのＺｒＯ2 とからな
るサーメット電極にて構成されている。
【００３３】一方、固体電解質層２２ｃの内部空所２４
内に露呈する部分には、それに接して、矩形形状の多孔
質Ｐｔ電極からなる測定電極３６が設けられ、また該固
体電解質層２２ｃの基準空気導入通路２６内に露呈する
部分には、それに接して、同様な多孔質Ｐｔ電極からな
る基準電極３８が設けられており、それら測定電極３６
と基準電極３８と固体電解質層２２ｃとによって、酸素
分圧検出手段としての電気化学的セル、即ち電気化学的
酸素せンサセルが構成され、よく知られているように、
内部空所２４内の雰囲気と基準空気導入通路２６内の基
準空気（大気）との間の酸素濃度差に基づいて測定電極
３６と基準電極３８との間に発生する起電力を、電位差
計４０にて測定することにより、かかる内部空所２４内
の雰囲気中の酸素分圧が検出されるようになっている。
そして、この電位差計４０にて検出された、内部空所２
４内の雰囲気中の酸素分圧に対応する電圧値（モニタ電
圧）に基づいて、可変電源３４の電圧が制御され、以て
内部空所２４内の雰囲気中の酸素分圧が一定の値に保持
され得るようになっており、そしてその際に流れるポン
プ電流が、電流計４２によって検出されるようになって
いる。
内に露呈する部分には、それに接して、矩形形状の多孔
質Ｐｔ電極からなる測定電極３６が設けられ、また該固
体電解質層２２ｃの基準空気導入通路２６内に露呈する
部分には、それに接して、同様な多孔質Ｐｔ電極からな
る基準電極３８が設けられており、それら測定電極３６
と基準電極３８と固体電解質層２２ｃとによって、酸素
分圧検出手段としての電気化学的セル、即ち電気化学的
酸素せンサセルが構成され、よく知られているように、
内部空所２４内の雰囲気と基準空気導入通路２６内の基
準空気（大気）との間の酸素濃度差に基づいて測定電極
３６と基準電極３８との間に発生する起電力を、電位差
計４０にて測定することにより、かかる内部空所２４内
の雰囲気中の酸素分圧が検出されるようになっている。
そして、この電位差計４０にて検出された、内部空所２
４内の雰囲気中の酸素分圧に対応する電圧値（モニタ電
圧）に基づいて、可変電源３４の電圧が制御され、以て
内部空所２４内の雰囲気中の酸素分圧が一定の値に保持
され得るようになっており、そしてその際に流れるポン
プ電流が、電流計４２によって検出されるようになって
いる。
【００３４】なお、センサ素子２０内には、固体電解質
層２２ｅ、２２ｆにて上下から挟まれた形態において、
外部からの給電によって発熱せしめられるヒータ４４が
埋設されている。このヒータ４４には、例えば１２Ｖの
定格電圧が印加されたときに、内部空所２４の温度が６
００℃になるような抵抗値（９Ω）が選ばれている。ま
た、このヒータ４４の上下面には、固体電解質層２２
ｅ、２２ｆとの電気的絶縁を得るために、アルミナ等の
セラミックス層が薄層において形成されている。そし
て、ここでは、かかるヒータ４４は、図４の（ｂ）に示
される如く、内部空所２４の全体に亘って配設されてお
り、これによって内部空所２４が均一な温度に加熱せし
められ、以て電気化学的酸素ポンプセル及び電気化学的
酸素センサセルが、電気化学的セルとして機能し得る、
同様な温度に加熱、保持され得るようになっているので
ある。
層２２ｅ、２２ｆにて上下から挟まれた形態において、
外部からの給電によって発熱せしめられるヒータ４４が
埋設されている。このヒータ４４には、例えば１２Ｖの
定格電圧が印加されたときに、内部空所２４の温度が６
００℃になるような抵抗値（９Ω）が選ばれている。ま
た、このヒータ４４の上下面には、固体電解質層２２
ｅ、２２ｆとの電気的絶縁を得るために、アルミナ等の
セラミックス層が薄層において形成されている。そし
て、ここでは、かかるヒータ４４は、図４の（ｂ）に示
される如く、内部空所２４の全体に亘って配設されてお
り、これによって内部空所２４が均一な温度に加熱せし
められ、以て電気化学的酸素ポンプセル及び電気化学的
酸素センサセルが、電気化学的セルとして機能し得る、
同様な温度に加熱、保持され得るようになっているので
ある。
【００３５】従って、このような構成のセンサ素子２０
にあっては、その先端部側が燃焼排ガス存在空間内に配
置されるのであり、これによって、可燃ガス成分を含む
燃焼排ガスは、センサ素子２０に設けられた拡散律速通
路２８を通って、所定の拡散抵抗の下に内部空所２４内
に導き入れられる。なお、被測定ガスたる燃焼排ガスに
は、Ｎ2 、Ｏ2 、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ等のガス成分の他に、
ＣＯ、Ｈ2 、ＨＣ（炭化水素）等の可燃ガス成分が含ま
れている。そして、かかる内部空所２４内に導かれた燃
焼排ガスは、電気化学的酸素ポンプセルを構成する二つ
の電極３０、３２間に所定の電圧が印加せしめられるこ
とによって惹起される酸素のポンピング作用を受け、内
部空所２４から酸素を汲み出すことによって、かかる内
部空所２４内の雰囲気中の酸素濃度を、可燃ガス成分が
実質的に酸化、燃焼せしめられ得ない所定の低い濃度値
に制御せしめるのである。
にあっては、その先端部側が燃焼排ガス存在空間内に配
置されるのであり、これによって、可燃ガス成分を含む
燃焼排ガスは、センサ素子２０に設けられた拡散律速通
路２８を通って、所定の拡散抵抗の下に内部空所２４内
に導き入れられる。なお、被測定ガスたる燃焼排ガスに
は、Ｎ2 、Ｏ2 、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ等のガス成分の他に、
ＣＯ、Ｈ2 、ＨＣ（炭化水素）等の可燃ガス成分が含ま
れている。そして、かかる内部空所２４内に導かれた燃
焼排ガスは、電気化学的酸素ポンプセルを構成する二つ
の電極３０、３２間に所定の電圧が印加せしめられるこ
とによって惹起される酸素のポンピング作用を受け、内
部空所２４から酸素を汲み出すことによって、かかる内
部空所２４内の雰囲気中の酸素濃度を、可燃ガス成分が
実質的に酸化、燃焼せしめられ得ない所定の低い濃度値
に制御せしめるのである。
【００３６】ところで、内部空所２４内の雰囲気中の酸
素分圧を所定の低い一定値に保つには、よく知られてい
るように、電気化学的酸素センサセルにおける測定電極
３６と基準電極３８との間の起電力を電位差計４０にて
測定し、それが、例えば、８００ｍＶ（６００℃）にな
るように、電気化学的酸素ポンプセルの二つの電極３
０、３２間に印加する電圧（可変電源３４）をフィード
バック制御する手法が採用され、これによって、内部空
所２４内における雰囲気中の酸素分圧は約１０-2 0 ａｔ
ｍと為され得るが、そのような酸素分圧下では、ＨＣ、
ＣＯ、Ｈ2 等の可燃ガス成分は、実質的に酸化、燃焼せ
しめられることはないのである。要するに、内部空所２
４における酸素濃度と基準空気の酸素濃度との差に相当
する起電力が、目的とするモニタ電圧となるように、電
気化学的酸素ポンプセルの電圧が制御されればよいので
ある。
素分圧を所定の低い一定値に保つには、よく知られてい
るように、電気化学的酸素センサセルにおける測定電極
３６と基準電極３８との間の起電力を電位差計４０にて
測定し、それが、例えば、８００ｍＶ（６００℃）にな
るように、電気化学的酸素ポンプセルの二つの電極３
０、３２間に印加する電圧（可変電源３４）をフィード
バック制御する手法が採用され、これによって、内部空
所２４内における雰囲気中の酸素分圧は約１０-2 0 ａｔ
ｍと為され得るが、そのような酸素分圧下では、ＨＣ、
ＣＯ、Ｈ2 等の可燃ガス成分は、実質的に酸化、燃焼せ
しめられることはないのである。要するに、内部空所２
４における酸素濃度と基準空気の酸素濃度との差に相当
する起電力が、目的とするモニタ電圧となるように、電
気化学的酸素ポンプセルの電圧が制御されればよいので
ある。
【００３７】このように、内部空所２４内においては、
外部空間に存在する燃焼排ガスによる加熱、更にはヒー
タ４４による加熱に基づくところの所定温度、例えば６
００℃への加熱環境下においても、内側ポンプ電極３０
や測定電極３６の存在によって、雰囲気中の可燃ガス成
分が酸化、燃焼されない酸素分圧（濃度）下の状態、一
般に、酸素分圧が１０-14 ａｔｍ以下、好ましくは１０
-16 ａｔｍ以下の状態が形成されているのであり、そし
て、その状態は、前記した図３における領域III に相当
しているのである。また、そのような状態を与えるモニ
タ電圧に相当するポンプ電流が、電流計４２によって検
出されることとなるが、この電流は燃焼排ガス中の酸素
濃度に比例し、可燃ガス成分の影響を受けない値となる
ところから、その得られたポンプ電流値から、予め求め
られているポンプ電流値に対する酸素濃度との関係よ
り、燃焼排ガス中の酸素濃度が求められることとなるの
である。
外部空間に存在する燃焼排ガスによる加熱、更にはヒー
タ４４による加熱に基づくところの所定温度、例えば６
００℃への加熱環境下においても、内側ポンプ電極３０
や測定電極３６の存在によって、雰囲気中の可燃ガス成
分が酸化、燃焼されない酸素分圧（濃度）下の状態、一
般に、酸素分圧が１０-14 ａｔｍ以下、好ましくは１０
-16 ａｔｍ以下の状態が形成されているのであり、そし
て、その状態は、前記した図３における領域III に相当
しているのである。また、そのような状態を与えるモニ
タ電圧に相当するポンプ電流が、電流計４２によって検
出されることとなるが、この電流は燃焼排ガス中の酸素
濃度に比例し、可燃ガス成分の影響を受けない値となる
ところから、その得られたポンプ電流値から、予め求め
られているポンプ電流値に対する酸素濃度との関係よ
り、燃焼排ガス中の酸素濃度が求められることとなるの
である。
【００３８】ところで、図５には、窒素（Ｎ2 ）ガスを
キャリアガスとした標準ガス（Ｈ2Ｏ含有量：７％一
定）中のＯ2 濃度を０〜５０００ｐｐｍに変化させたと
きの、Ｏ2 濃度と電気化学的酸素ポンプセルのポンプ電
極３０、３２間に流れるポンプ電流：Ｉｐとの関係が示
されているが、この図から明らかなように、Ｏ2 濃度の
変化に対してポンプ電流は直線的に変化するところか
ら、領域III における所定のモニタ電圧によって、可変
電源３４の電圧がフィードバック制御されることによ
り、得られる電気化学的酸素ポンプセルのポンプ電流か
ら、燃焼排ガス中の酸素濃度を求めることが出来るので
ある。
キャリアガスとした標準ガス（Ｈ2Ｏ含有量：７％一
定）中のＯ2 濃度を０〜５０００ｐｐｍに変化させたと
きの、Ｏ2 濃度と電気化学的酸素ポンプセルのポンプ電
極３０、３２間に流れるポンプ電流：Ｉｐとの関係が示
されているが、この図から明らかなように、Ｏ2 濃度の
変化に対してポンプ電流は直線的に変化するところか
ら、領域III における所定のモニタ電圧によって、可変
電源３４の電圧がフィードバック制御されることによ
り、得られる電気化学的酸素ポンプセルのポンプ電流か
ら、燃焼排ガス中の酸素濃度を求めることが出来るので
ある。
【００３９】また、図６は、ポンプ電流：Ｉｐに対する
可燃ガス成分：プロパン（Ｃ3 Ｈ8）の干渉特性を示す
ものであって、Ｏ2 ＝２０００ｐｐｍの一定の酸素濃度
条件下の上記標準ガスを用い、これにプロパン（Ｃ3 Ｈ
8 ）を添加して、その濃度を各種変化させ、本発明に従
うセンサと従来の酸素センサ（従来品）とにおけるポン
プ電流の測定結果を示している。本発明に従って、可燃
ガス成分たるＣ3 Ｈ8が酸化されない条件下（６００℃
／８００ｍＶ）において、電気化学的酸素ポンプセルの
ポンピング作動を行なった場合にあっては、ポンプ電
流：Ｉｐは、可燃ガス成分の影響を全く受けず、一定値
を示しているのに対して、従来の酸素センサにあって
は、モニタ電圧が４５０ｍＶで一定となるように制御さ
れており、そのような条件下（６００℃／４５０ｍＶ）
では、図３における領域IIに存在するところから、可燃
ガス成分たるＣ3 Ｈ8 の濃度に大きな影響を受けてお
り、このことからしても、従来の酸素センサの測定操作
では、燃焼排ガス中の酸素濃度は、可燃ガス成分の濃度
によって大きな影響を受け、その正確な測定が出来ない
ことを明らかにしている。
可燃ガス成分：プロパン（Ｃ3 Ｈ8）の干渉特性を示す
ものであって、Ｏ2 ＝２０００ｐｐｍの一定の酸素濃度
条件下の上記標準ガスを用い、これにプロパン（Ｃ3 Ｈ
8 ）を添加して、その濃度を各種変化させ、本発明に従
うセンサと従来の酸素センサ（従来品）とにおけるポン
プ電流の測定結果を示している。本発明に従って、可燃
ガス成分たるＣ3 Ｈ8が酸化されない条件下（６００℃
／８００ｍＶ）において、電気化学的酸素ポンプセルの
ポンピング作動を行なった場合にあっては、ポンプ電
流：Ｉｐは、可燃ガス成分の影響を全く受けず、一定値
を示しているのに対して、従来の酸素センサにあって
は、モニタ電圧が４５０ｍＶで一定となるように制御さ
れており、そのような条件下（６００℃／４５０ｍＶ）
では、図３における領域IIに存在するところから、可燃
ガス成分たるＣ3 Ｈ8 の濃度に大きな影響を受けてお
り、このことからしても、従来の酸素センサの測定操作
では、燃焼排ガス中の酸素濃度は、可燃ガス成分の濃度
によって大きな影響を受け、その正確な測定が出来ない
ことを明らかにしている。
【００４０】なお、このような本発明に従うセンサ素子
２０において、酸素イオン伝導性固体電解質層として
は、例示のジルコニア磁器のみならず、公知の他の材料
も適宜に選択、使用され得るものであり、また各セラミ
ックス材料や電極は、必ずしも同時焼成して、一体化せ
しめられる必要はなく、それぞれの焼結セラミックス
（固体電解質層）上に電極を焼き付けたものを、ガラス
接着等にて結合せしめたものであっても、何等差し支え
ない。
２０において、酸素イオン伝導性固体電解質層として
は、例示のジルコニア磁器のみならず、公知の他の材料
も適宜に選択、使用され得るものであり、また各セラミ
ックス材料や電極は、必ずしも同時焼成して、一体化せ
しめられる必要はなく、それぞれの焼結セラミックス
（固体電解質層）上に電極を焼き付けたものを、ガラス
接着等にて結合せしめたものであっても、何等差し支え
ない。
【００４１】また、各電極３０、３２；３６、３８にあ
っても、電極金属（導体）とセラミックスとの混合体か
らなる多孔質のサーメット電極とすることが、セラミッ
クス層（基体）と一体化して密着性が高いところから、
好ましいものであるが、金属のみから構成される電極で
あっても、何等差し支えない。なお、それら電極の中で
も、電気化学的酸素ポンプセルを構成する内側ポンプ電
極３０や電気化学的酸素センサセルを構成する測定電極
３６は、酸化触媒性がないか、又は小さい電極材料にて
形成されていることが好ましく、そのためには、Ａｕ、
Ｎｉ等の金属を用いて形成することが望ましいが、固体
電解質材料（ジルコニア）の焼成温度が、１４００℃程
度となるところから、同時焼成するには、例えばＰｔ、
Ｐｄ、Ｒｈ等の高融点の貴金属との合金として用いるの
がよい。なお、これら貴金属の酸化触媒は高いが、上記
したＡｕやＮｉ等の金属の合金比率を１％以上とすれ
ば、充分に、その酸化触媒性を低下せしめることが可能
である。例えば、Ｐｔに対して、１重量％のＡｕを添加
し、更にＺｒＯ2 を（Ｐｔ／Ａｕ）：ＺｒＯ2 ＝６０：
４０の体積比で添加することにより、酸化触媒性を大き
く低下せしめることが可能である。
っても、電極金属（導体）とセラミックスとの混合体か
らなる多孔質のサーメット電極とすることが、セラミッ
クス層（基体）と一体化して密着性が高いところから、
好ましいものであるが、金属のみから構成される電極で
あっても、何等差し支えない。なお、それら電極の中で
も、電気化学的酸素ポンプセルを構成する内側ポンプ電
極３０や電気化学的酸素センサセルを構成する測定電極
３６は、酸化触媒性がないか、又は小さい電極材料にて
形成されていることが好ましく、そのためには、Ａｕ、
Ｎｉ等の金属を用いて形成することが望ましいが、固体
電解質材料（ジルコニア）の焼成温度が、１４００℃程
度となるところから、同時焼成するには、例えばＰｔ、
Ｐｄ、Ｒｈ等の高融点の貴金属との合金として用いるの
がよい。なお、これら貴金属の酸化触媒は高いが、上記
したＡｕやＮｉ等の金属の合金比率を１％以上とすれ
ば、充分に、その酸化触媒性を低下せしめることが可能
である。例えば、Ｐｔに対して、１重量％のＡｕを添加
し、更にＺｒＯ2 を（Ｐｔ／Ａｕ）：ＺｒＯ2 ＝６０：
４０の体積比で添加することにより、酸化触媒性を大き
く低下せしめることが可能である。
【００４２】さらに、内部空所２４内の雰囲気中の酸素
濃度を、可燃ガス成分が実質的に燃焼され得ない低い値
に制御すべく、電気化学的酸素センサセルにて検出され
る起電力、換言すればモニタ電圧は、前述の如く、図３
における領域III に位置するように、温度や電極材料等
に応じて、適宜に決定されることとなるが、一般に、モ
ニタ電圧は、６００ｍＶ〜２０００ｍＶに設定するのが
望ましく、更に好ましくは、７００ｍＶ〜１５００ｍＶ
に設定されるのがよい。このモニタ電圧が低くなり過ぎ
ると、燃焼排ガス中の可燃ガス成分が酸化されるように
なって、それにより、酸素濃度の正確な測定が出来なく
なるからであり、また、モニタ電圧が余りにも高くなり
過ぎると、燃焼排ガスに存在するＣＯ2 やＨ2 Ｏの分解
による影響が許容出来なくなるからである。尤も、何れ
にしても、かかるモニタ電圧は、図３に示される領域II
I 内に位置するものであるが、この領域III では、モニ
タ電圧の変化幅に対するポンプ電流の変化幅が大きく、
またＨ2 ＯやＣＯ2 の分圧の影響も受け易くなるところ
から、これらの影響が比較的小さく且つ可燃ガス成分と
酸素との反応が起きない領域III の領域IIに近い領域で
作動させることが好ましい。
濃度を、可燃ガス成分が実質的に燃焼され得ない低い値
に制御すべく、電気化学的酸素センサセルにて検出され
る起電力、換言すればモニタ電圧は、前述の如く、図３
における領域III に位置するように、温度や電極材料等
に応じて、適宜に決定されることとなるが、一般に、モ
ニタ電圧は、６００ｍＶ〜２０００ｍＶに設定するのが
望ましく、更に好ましくは、７００ｍＶ〜１５００ｍＶ
に設定されるのがよい。このモニタ電圧が低くなり過ぎ
ると、燃焼排ガス中の可燃ガス成分が酸化されるように
なって、それにより、酸素濃度の正確な測定が出来なく
なるからであり、また、モニタ電圧が余りにも高くなり
過ぎると、燃焼排ガスに存在するＣＯ2 やＨ2 Ｏの分解
による影響が許容出来なくなるからである。尤も、何れ
にしても、かかるモニタ電圧は、図３に示される領域II
I 内に位置するものであるが、この領域III では、モニ
タ電圧の変化幅に対するポンプ電流の変化幅が大きく、
またＨ2 ＯやＣＯ2 の分圧の影響も受け易くなるところ
から、これらの影響が比較的小さく且つ可燃ガス成分と
酸素との反応が起きない領域III の領域IIに近い領域で
作動させることが好ましい。
【００４３】ところで、本発明は、上述の如き構成の酸
素濃度測定装置を利用して、排ガス浄化用触媒の劣化検
知を行なうことも、その要旨とするものであって、その
一例が、図７に示されている。
素濃度測定装置を利用して、排ガス浄化用触媒の劣化検
知を行なうことも、その要旨とするものであって、その
一例が、図７に示されている。
【００４４】すなわち、かかる図７において、自動車等
のエンジン５０で発生する可燃ガス成分を含む燃焼排ガ
スは、排ガス通路５２を通じて、外部に排出されるよう
になっているが、この排ガス通路５２上には、そのよう
な燃焼排ガス中に存在する可燃ガス成分を酸化、燃焼せ
しめて除去すべく、公知の酸化触媒や三元触媒の如き触
媒５４が設けられているのである。そして、かかる触媒
５４の劣化を検知するために、排ガス通路５２における
触媒５４よりも下流側の部分に対して、前記した図４に
示される如き構成の酸素濃度測定装置５６が設けられ
て、触媒５４を通過した燃焼排ガスが検査され、該燃焼
排ガス中に存在する酸素量に応じて、その劣化の程度が
判断されるようになっている。けだし、排ガス浄化用触
媒５４が新しく、充分な排ガス浄化効率を有しておれ
ば、かかる触媒５４を通過した排ガス中の酸素濃度は、
可燃ガス成分の酸化、燃焼によって消費された分だけ少
なくなっているのであり、また触媒が劣化して、排ガス
浄化効率が低下した場合にあっては、触媒５４での酸素
の消費量が少なく、それ故に排ガス中の酸素量を調べる
ことにより、触媒５４の劣化の程度を知ることが出来る
からである。
のエンジン５０で発生する可燃ガス成分を含む燃焼排ガ
スは、排ガス通路５２を通じて、外部に排出されるよう
になっているが、この排ガス通路５２上には、そのよう
な燃焼排ガス中に存在する可燃ガス成分を酸化、燃焼せ
しめて除去すべく、公知の酸化触媒や三元触媒の如き触
媒５４が設けられているのである。そして、かかる触媒
５４の劣化を検知するために、排ガス通路５２における
触媒５４よりも下流側の部分に対して、前記した図４に
示される如き構成の酸素濃度測定装置５６が設けられ
て、触媒５４を通過した燃焼排ガスが検査され、該燃焼
排ガス中に存在する酸素量に応じて、その劣化の程度が
判断されるようになっている。けだし、排ガス浄化用触
媒５４が新しく、充分な排ガス浄化効率を有しておれ
ば、かかる触媒５４を通過した排ガス中の酸素濃度は、
可燃ガス成分の酸化、燃焼によって消費された分だけ少
なくなっているのであり、また触媒が劣化して、排ガス
浄化効率が低下した場合にあっては、触媒５４での酸素
の消費量が少なく、それ故に排ガス中の酸素量を調べる
ことにより、触媒５４の劣化の程度を知ることが出来る
からである。
【００４５】このため、排ガス通路５２の触媒５４より
も下流側の部分から、該触媒５４を通過した燃焼排ガス
が、酸素濃度測定装置５６に導かれ、そして該酸素濃度
測定装置５６を構成する図４に示される如き構造のセン
サ素子２０内に導き入れられて、前記と同様にして、触
媒５４を通過した燃焼排ガス中の酸素濃度に対応するポ
ンプ電流値が検出されるのである。そして、このポンプ
電流値（酸素濃度値）に基づいて、判断装置５８におい
ては、触媒５４の劣化の状態が判断され、更に表示・警
報装置６０によって、触媒５４の劣化の状態、更には触
媒５４がその劣化の限度を越えたことが表示乃至は知ら
されるのである。
も下流側の部分から、該触媒５４を通過した燃焼排ガス
が、酸素濃度測定装置５６に導かれ、そして該酸素濃度
測定装置５６を構成する図４に示される如き構造のセン
サ素子２０内に導き入れられて、前記と同様にして、触
媒５４を通過した燃焼排ガス中の酸素濃度に対応するポ
ンプ電流値が検出されるのである。そして、このポンプ
電流値（酸素濃度値）に基づいて、判断装置５８におい
ては、触媒５４の劣化の状態が判断され、更に表示・警
報装置６０によって、触媒５４の劣化の状態、更には触
媒５４がその劣化の限度を越えたことが表示乃至は知ら
されるのである。
【００４６】因みに、図７に示される如き配置構成にお
いて、自動車のエンジン（５０）からの排ガス通路（５
２）において、排ガス浄化用触媒（５４）よりも下流側
の流路（５２）に対して、酸素濃度測定装置（５６）を
配置せしめ、かかるエンジン（５０）が理論空燃比点で
フィードバック制御されているときの、排ガス浄化用触
媒（５４）の劣化の程度に応じた該酸素濃度測定装置
（５６）におけるポンプ電流：Ｉｐを測定した。
いて、自動車のエンジン（５０）からの排ガス通路（５
２）において、排ガス浄化用触媒（５４）よりも下流側
の流路（５２）に対して、酸素濃度測定装置（５６）を
配置せしめ、かかるエンジン（５０）が理論空燃比点で
フィードバック制御されているときの、排ガス浄化用触
媒（５４）の劣化の程度に応じた該酸素濃度測定装置
（５６）におけるポンプ電流：Ｉｐを測定した。
【００４７】なお、この測定に使用されたエンジン（５
０）は、２．０Ｌ／直列４気筒エンジンであって、また
触媒（５４）としてはＡ〜Ｅまでエージング処理を施し
たものを準備した。なお、触媒Ａは新品で、触媒Ｂ〜触
媒Ｅに向かってエージング時間が長くなっている。そし
て、この５種類の触媒Ａ〜Ｅを、それぞれエンジンの排
気通路に装着し、ポンプ電流：Ｉｐを測定したのであ
る。また、触媒（５４）の前後の炭化水素（ＨＣ）濃度
を、従来より分析計において利用されているＦＩＤ方式
の分析値より測定し、それぞれの触媒のＨＣ浄化率を求
めた。その結果が、下記の表１に示されている。
０）は、２．０Ｌ／直列４気筒エンジンであって、また
触媒（５４）としてはＡ〜Ｅまでエージング処理を施し
たものを準備した。なお、触媒Ａは新品で、触媒Ｂ〜触
媒Ｅに向かってエージング時間が長くなっている。そし
て、この５種類の触媒Ａ〜Ｅを、それぞれエンジンの排
気通路に装着し、ポンプ電流：Ｉｐを測定したのであ
る。また、触媒（５４）の前後の炭化水素（ＨＣ）濃度
を、従来より分析計において利用されているＦＩＤ方式
の分析値より測定し、それぞれの触媒のＨＣ浄化率を求
めた。その結果が、下記の表１に示されている。
【００４８】
【表１】
【００４９】この表１の結果より明らかな如く、可燃ガ
ス成分であるＨＣの浄化率の減少と共に、ポンプ電流：
Ｉｐは増大し、触媒の劣化判断が可能となるのであり、
例えば、所定のＩｐ値以上になったときに、触媒は所定
の浄化率以下であると判断することが出来るのである。
ス成分であるＨＣの浄化率の減少と共に、ポンプ電流：
Ｉｐは増大し、触媒の劣化判断が可能となるのであり、
例えば、所定のＩｐ値以上になったときに、触媒は所定
の浄化率以下であると判断することが出来るのである。
【００５０】以上、本発明の代表的な実施例に基づい
て、本発明を詳細に説明してきたが、本発明が、当業者
の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え
た形態において実施され得るものであることは、言うま
でもないところであり、また、そのような実施態様が、
本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発
明の範囲内に属するものであることが理解されるべきで
ある。
て、本発明を詳細に説明してきたが、本発明が、当業者
の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え
た形態において実施され得るものであることは、言うま
でもないところであり、また、そのような実施態様が、
本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発
明の範囲内に属するものであることが理解されるべきで
ある。
【００５１】例えば、図４に示される具体例において、
内部空所２４を、そのままの幅において、センサ素子２
０の先端部において開口するように構成して、拡散律速
通路２８を内部空所２４と同一幅とすることも可能であ
るが、内部空所２４内の雰囲気の安定性やその調整の容
易性等の点から、例示の如く、内部空所２４の断面積よ
りも小さな断面積の拡散律速通路２８とするのが、望ま
しい。
内部空所２４を、そのままの幅において、センサ素子２
０の先端部において開口するように構成して、拡散律速
通路２８を内部空所２４と同一幅とすることも可能であ
るが、内部空所２４内の雰囲気の安定性やその調整の容
易性等の点から、例示の如く、内部空所２４の断面積よ
りも小さな断面積の拡散律速通路２８とするのが、望ま
しい。
【００５２】また、例示の具体例においては、拡散律速
手段が拡散律速通路２８にて構成されていたが、これに
代えて、図８に示されるように、燃焼排ガスを所定の拡
散抵抗の下に導き得る多孔質体層６２にて構成すること
も可能であり、更に上記具体例の如く、電気化学的酸素
センサセルによるモニタ電圧の検出をなくし、定電圧電
源６４にて一定のポンプ電圧を電気化学的酸素ポンプセ
ルのポンプ電極６６、６８間に印加して、ポンプ作動せ
しめ、ポンプ電極６６周りの燃焼排ガス中の酸素を大気
連通路７０内に導き、その際のポンプ電流値を電流計４
２にて測定するようにすることも可能である。なお、図
８において、７２は固体電解質体である。更に、図９に
示される如く、酸素を放出する他方のポンプ電極６８を
多孔質体層６４にて覆い、ポンプ電流により汲み出され
た酸素を該ポンプ電極６８の周りに保持して基準酸素と
して利用するようにして、ポンプ電極６６、６８間に発
生する大きな起電力が重畳されるようにすれば、定電圧
電源６４による印加電圧を低くすることも可能である。
手段が拡散律速通路２８にて構成されていたが、これに
代えて、図８に示されるように、燃焼排ガスを所定の拡
散抵抗の下に導き得る多孔質体層６２にて構成すること
も可能であり、更に上記具体例の如く、電気化学的酸素
センサセルによるモニタ電圧の検出をなくし、定電圧電
源６４にて一定のポンプ電圧を電気化学的酸素ポンプセ
ルのポンプ電極６６、６８間に印加して、ポンプ作動せ
しめ、ポンプ電極６６周りの燃焼排ガス中の酸素を大気
連通路７０内に導き、その際のポンプ電流値を電流計４
２にて測定するようにすることも可能である。なお、図
８において、７２は固体電解質体である。更に、図９に
示される如く、酸素を放出する他方のポンプ電極６８を
多孔質体層６４にて覆い、ポンプ電流により汲み出され
た酸素を該ポンプ電極６８の周りに保持して基準酸素と
して利用するようにして、ポンプ電極６６、６８間に発
生する大きな起電力が重畳されるようにすれば、定電圧
電源６４による印加電圧を低くすることも可能である。
【００５３】その他、センサ素子２０の構造自体に関し
ては、当業者の知識に基づいて各種の変更が加えられ得
るものであって、例えば、センサの形状としては、例示
の板状体に限られることなく、筒状であっても何等差し
支えなく、また基準空気導入通路２６内に配設される基
準電極３８と外側ポンプ電極３２とを共通極とする等の
構成も、適宜に採用され得るものである。
ては、当業者の知識に基づいて各種の変更が加えられ得
るものであって、例えば、センサの形状としては、例示
の板状体に限られることなく、筒状であっても何等差し
支えなく、また基準空気導入通路２６内に配設される基
準電極３８と外側ポンプ電極３２とを共通極とする等の
構成も、適宜に採用され得るものである。
【００５４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従う排ガス浄化用触媒の劣化検知方法及びそのための
システムによれば、燃焼排ガス中の可燃ガス成分に何等
の影響をも受けることなく、かかる燃焼排ガス中に存在
する残存酸素の濃度を正確に測定し、そしてそれに基づ
いて触媒の劣化の状態を有効に判断することが出来るの
であり、また可燃ガス成分を含む燃焼排ガス中の酸素濃
度の正確な測定装置として、更には測定手法として有利
に利用し得ることとなったのである。
に従う排ガス浄化用触媒の劣化検知方法及びそのための
システムによれば、燃焼排ガス中の可燃ガス成分に何等
の影響をも受けることなく、かかる燃焼排ガス中に存在
する残存酸素の濃度を正確に測定し、そしてそれに基づ
いて触媒の劣化の状態を有効に判断することが出来るの
であり、また可燃ガス成分を含む燃焼排ガス中の酸素濃
度の正確な測定装置として、更には測定手法として有利
に利用し得ることとなったのである。
【図１】従来の酸素センサの構造の一例を示す断面説明
図である。
図である。
【図２】従来の酸素センサにおけるポンプ電流とモニタ
電圧との関係を示すグラフである。
電圧との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の原理を説明するためのポンプ電流とモ
ニタ電圧との関係を示すグラフである。
ニタ電圧との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に従う酸素濃度測定装置の一例を示す図
であって、（ａ）は、その平面説明図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ断面における要部拡大説明図である。
であって、（ａ）は、その平面説明図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ断面における要部拡大説明図である。
【図５】ポンプ電流と酸素濃度との関係の一例を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図６】ポンプ電流とＣ3 Ｈ8 濃度との関係の一例を示
すグラフである。
すグラフである。
【図７】本発明に従う排ガス浄化用触媒の劣化検知シス
テムの一例を示す配置構成図である。
テムの一例を示す配置構成図である。
【図８】本発明に従う酸素濃度測定装置の他の一例を示
す断面説明図である。
す断面説明図である。
【図９】本発明に従う酸素濃度測定装置の更に異なる例
を示す断面説明図である。
を示す断面説明図である。
２、２０ センサ素子本体 ４ 平坦空間 ６ オリフィス ８、３２ 外側ポンプ電極 １０、３０ 内側ポンプ電極 １２ 基準ガス通路 １４ 基準ガス電極 １６ 測定電極 １８ 可変電源 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｆ 固体電解
質層 ２４ 内部空所 ２６ 基準空気導入
通路 ２８ 拡散律速通路 ３４ 可変電源 ３６ 測定電極 ３８ 基準電極 ４０ 電位差計 ４２ 電流計 ４４ ヒータ ５０ 内燃機関 ５２ 排ガス通路 ５４ 触媒 ５６ 酸素濃度測定装置 ５８ 判断装置 ６０ 表示・警報装置 ６２ 多孔質層 ６４ 定電圧電源 ６６、６８ ポンプ
電極 ７０ 大気連通路 ７２ 固体電解質体
質層 ２４ 内部空所 ２６ 基準空気導入
通路 ２８ 拡散律速通路 ３４ 可変電源 ３６ 測定電極 ３８ 基準電極 ４０ 電位差計 ４２ 電流計 ４４ ヒータ ５０ 内燃機関 ５２ 排ガス通路 ５４ 触媒 ５６ 酸素濃度測定装置 ５８ 判断装置 ６０ 表示・警報装置 ６２ 多孔質層 ６４ 定電圧電源 ６６、６８ ポンプ
電極 ７０ 大気連通路 ７２ 固体電解質体
Claims (6)
- 【請求項１】 可燃ガス成分を含有する燃焼排ガスが流
通せしめられる排ガス通路に設けた排ガス浄化用触媒の
劣化を検知する方法にして、 前記触媒を通過した燃焼排ガスを、所定の拡散抵抗の下
に、周囲から区画された処理ゾーンに導き、該処理ゾー
ン内において、電気化学的酸素ポンプセルによる酸素の
ポンピング作用によって、かかる燃焼排ガス中の酸素濃
度を、前記可燃ガス成分が実質的に燃焼され得ない所定
の低い値に制御する一方、該制御下における前記酸素ポ
ンプセルに流れるポンプ電流を検出し、その検出値に基
づく該燃焼排ガス中の酸素濃度値より前記触媒の劣化の
状態を判断することを特徴とする排ガス浄化用触媒の劣
化検知方法。 - 【請求項２】 可燃ガス成分を含有する燃焼排ガスが流
通せしめられる排ガス通路に設けた排ガス浄化用触媒の
劣化を検知するシステムにして、 前記触媒よりも下流側の排ガス通路に連通される、周囲
から区画された処理ゾーンと、 前記触媒を通過した燃焼排ガスを所定の拡散抵抗の下に
該処理ゾーンに導く拡散律速手段と、 前記処理ゾーンを区画する壁の少なくとも一部を構成す
る酸素イオン伝導性固体電解質と、これに接して設けら
れた、該処理ゾーンに位置するように配される一つの電
極を含む一対の電極とを含んで構成され、それら一対の
電極間への通電により、該処理ゾーンに対する酸素のポ
ンピングを行ない、該処理ゾーン内の雰囲気中の酸素濃
度を、前記可燃ガス成分が実質的に燃焼され得ない所定
の低い値に制御せしめる電気化学的酸素ポンプセルと、 該電気化学的酸素ポンプセルのポンプ作動によって流れ
るポンプ電流を検出する検出手段と、 該検出手段にて検出されたポンプ電流値に基づく前記燃
焼排ガス中の酸素濃度値より前記触媒の劣化の状態を判
断する判断手段とを、有することを特徴とする排ガス浄
化用触媒の劣化検知システム。 - 【請求項３】 前記電気化学的酸素ポンプセルの前記処
理ゾーンに位置するように配される電極が、酸化触媒性
のない若しくは小さい電極材料にて構成されている請求
項２記載のシステム。 - 【請求項４】 可燃ガス成分を含む燃焼排ガスを、所定
の拡散抵抗の下に、周囲から区画された処理ゾーンに導
き、該処理ゾーン内において、電気化学的酸素ポンプセ
ルによる酸素のポンピング作用によって、かかる燃焼排
ガス中の酸素濃度を、前記可燃ガス成分が実質的に燃焼
され得ない所定の低い値に制御する一方、該制御下にお
ける前記酸素ポンプセルに流れるポンプ電流を検出し、
得られたポンプ電流値から前記燃焼排ガス中の酸素濃度
を求めることを特徴とする燃焼排ガス中の酸素濃度測定
方法。 - 【請求項５】 可燃ガス成分を含有する燃焼排ガスが流
通せしめられる排ガス通路に連通される、周囲から区画
された処理ゾーンと、 該排ガス通路より燃焼排ガスを所定の拡散抵抗の下に該
処理ゾーンに導く拡散律速手段と、 前記処理ゾーンを区画する壁の少なくとも一部を構成す
る酸素イオン伝導性固体電解質と、これに接して設けら
れた、該処理ゾーンに位置するように配される一つの電
極を含む一対の電極とを含んで構成され、それら一対の
電極間への通電により、該処理ゾーンに対する酸素のポ
ンピングを行ない、該処理ゾーン内の雰囲気中の酸素濃
度を、前記可燃ガス成分が実質的に燃焼され得ない所定
の低い値に制御せしめる電気化学的酸素ポンプセルと、 該電気化学的酸素ポンプセルのポンプ作動によって流れ
るポンプ電流を検出する検出手段とを、有することを特
徴とする燃焼排ガス中の酸素濃度測定装置。 - 【請求項６】 前記電気化学的酸素ポンプセルの前記処
理ゾーンに位置するように配される電極が、酸化触媒性
のない若しくは小さい電極材料にて構成されている請求
項５記載の装置。
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