DE10129344A1 - Verfahren zur Einstellung der Ausgabecharakteristik eines Gassensorelements auf der Grundlage der Zufuhr elektrischer Energie an dieses Sensorelement - Google Patents

Abstract

Gassensorelemente 1, 3, 4, die auf gegenüberliegenden Oberflächen eines Festkörperelektrolytkörpers 11 eine Messgassensorelektrode 12 und eine Referenzgassensorelektrode 15 aufweisen, werden mit einem Grenzstromwert hergestellt, dessen Anfangswert gegenüber einem Zielwert verschoben ist. An jedes hergestellte Gassensorelement wird elektrische Energie zugeführt, damit der Grenzstromwert von dem Anfangswert auf den Zielwert eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gassensorelement, das in einem zur Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses der in eine Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors eingeführten Gasmischung verwendeten Luft/Brennstoffverhältnissensors eingebaut ist.

Bei einem Automobilfahrzeug wird allgemein ein Luft/Brennstoffverhältnissensor in dem Abgasrohr des Verbrennungsmotors zur Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses der in die Verbrennungskammer des Motors eingeführten Gasmischung bereitgestellt.

Gemäß der Spannungs-/Stromcharakteristik eines in diesem Luftbrennstoffverhältnissensor eingebauten Luft/Brennstoffverhältnissensorelementes steigt in einem Bereich unterhalb eines ersten Spannungswertes der Stromwert proportional zu einer angelegten Spannung. Nachdem die angelegte Spannung einen ersten Spannungswert erreicht und überschreitet variiert der Stromwert danach nicht. Dieser Bereich wird als flacher Bereich bezeichnet. Nachdem die Spannung einen zweiten Spannungswert erreicht und überschreitet steigt der Stromwert erneut proportional zu der angelegten Spannung.

Der Stromwert in dem flachen Bereich wird als Grenzstromwert bezeichnet. Unter Verwendung des Grenzstromwertes misst das Luft/Brennstoffverhältnissensorelement das Luft/Brennstoffverhältnis des Verbrennungsmotors.

Wenn eine Vielzahl von Gassensorelementen identischer Spezifikation hergestellt werden, gibt es eine Wahrscheinlichkeit, dass der Grenzstromwert jedes Sensorelementes aufgrund von Herstellungsfehlern streut.

Zur Sicherstellung einer genauen Messung des Luft/Brennstoffverhältnisses muss jedoch jedes der hergestellten Luft/Brennstoffverhältnissensorelemente einen identischen Grenzstromwert erzeugen, wenn es demselben Messgas ausgesetzt ist.

In Anbetracht des vorstehenden wird gewürdigt, dass die US-Patentschrift 5 685 964 (welche der Druckschrift JP-8-193 974 entspricht) ein Verfahren zur Einstellung eines Grenzstromwertes durch das teilweise Abschneiden oder Entfernen eines Diffusionswiderstandsabschnitts offenbart, der auf einer Messgassensorelektrode bereitgestellt ist.

Das vorstehend angeführte bekannte Verfahren ist jedoch dahingehend kompliziert und ineffizient, dass eine genaue Maschinenverarbeitung auf jedes hergestellte Sensorelement angewendet werden muss. Ein weiteres Problem ist, dass die präzise Durchführung der Maschinenverarbeitung sehr schwierig ist.

Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Ausgabecharakteristikeinstellungsverfahren für ein Gassensorelement anzugeben, welches zur leichten und präzisen Einstellung der Ausgabecharakteristik jedes hergestellten Gassensorelementes befähigt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines ersten Verfahrens zur Einstellung der Ausgabecharakteristik eines Gassensorelementes mit einer Messgassensorelektrode und einer Referenzgassensorelektrode gelöst, die auf Oberflächen eines Festkörperelektrolytkörpers bereitgestellt sind. Das erste erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei den Schritt des Zuführens von elektrischer Energie an das Gassensorelement, so dass ein Ausgabecharakteristikwert auf einen Zielwert eingestellt wird.

Die Ausgabecharakteristikeinstellung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Einstellungsverfahren ist dahingehend sehr einfach, dass die erforderliche Betriebsweise lediglich die Zufuhr elektrischer Leistung zu jedem hergestellten Gassensorelement ist. Mit anderen Worten, das erste erfindungsgemäße Einstellungsverfahren erfordert keine Veränderung (beispielsweise Schneiden oder Maschinenbearbeitung) an dem Gassensorelement selbst. Der elektrische Energiezufuhrbetrieb wird für alle hergestellten Gassensorelemente durchgeführt. Der elektrische Energiezufuhrbetrieb wird mit Leichtigkeit und ohne ansteigende Kosten ausgeführt. Folglich kann die Ausgabecharakteristikeinstellung für alle hergestellten Gassensorelemente einfach durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß wird ein zweites Verfahren zur Einstellung der Ausgabecharakteristik eines Gassensorelementes bereitgestellt, das Verfahren umfasst dabei die Schritte Herstellen eines Gassensorelementes mit einem Ausgabecharakteristikwert, dessen Anfangswert in einem Bereich gegenüber einem Zielwert verschoben ist; und Zuführen von elektrischer Energie an das Gassensorelement, bis der Ausgabecharakteristikwert von dem Anfangswert auf den Zielwert eingestellt ist.

Ein Grenzstromwert des Gassensorelementes kann beispielsweise als die Ausgabecharakteristik gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Einstellungsverfahren eingestellt werden. Der Grenzstrom variiert, wenn elektrische Energie dem Gassensorelement zugeführt wird, . wie es nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben ist.

In Anbetracht dieser Tendenz oder dieses Phänomens wird jedes Gassensorelement mit einem Grenzstromwert hergestellt, dessen Anfangswert gegenüber einem Zielwert leicht verschoben ist (d. h. niedriger oder höher als dieser). Sodann wird das hergestellte Gassensorelement der Ausgabecharakteristikeinstellung auf der Grundlage der Zufuhr elektrischer Energie zu dem Gassensorelement unterworfen.

Wenn elektrische Energie zugeführt wird, wie nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben ist, verändert sich der Grenzstromwert jedes hergestellten Gassensorelementes mit Verstreichen der Zeit von dem Anfangswert (d. h. in einem Bereich M) zu dem Zielwert (I0).

Die Zufuhr von elektrischer Energie wird gestoppt, wenn der Grenzstromwert den Zielwert (I0) erreicht. Demzufolge kann das zweite Einstellungsverfahren durchgeführt werden, nachdem jedes Gassensorelement hergestellt wurde, ohne dass irgendeine Abwandlung dem Gassensorelement hinzugefügt wurde, und es verwirklicht demzufolge eine effiziente Massenproduktion von brandneuen Gassensorelementen mit einem genauen Grenzstromwert ungeachtet der Streuung ihrer Anfangsgrenzstromwerte, die aufgrund von Herstellungsfehlern oder dergleichen verursacht wird.

Die Ausgabecharakteristikeinstellung gemäß dem zweiten Einstellungsverfahren ist dahingehend sehr einfach, dass die erforderliche Betriebsweise lediglich die Zufuhr von elektrischer Energie zu jedem hergestellten Gassensorelement ist. Mit anderen Worten, das zweite erfindungsgemäße Einstellungsverfahren erfordert keine Abwandlung an dem Gassensorelement selbst. Der Vorgang der elektrischen Energiezufuhr wird für alle hergestellten Gassensorelemente durchgeführt. Der Vorgang der elektrischen Energiezufuhr wird mit Leichtigkeit ohne ansteigende Kosten ausgeführt. Folglich kann die Ausgabecharakteristikeinstellung für alle der hergestellten Gassensorelemente einfach durchgeführt werden.

Bei dem ersten und zweiten erfindungsgemäßen Einstellungsverfahren wird vorzugsweise der Schritt der Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement in einer mageren Atmosphäre durchgeführt, weil der Absolutwert der Ausgabecharakteristik, wie etwa der Grenzstromwert, in der mageren Atmosphäre groß wird. Somit wird die Ausgabecharakteristikeinstellung leicht und genau ausgeführt.

Dabei wird eine magere Atmosphäre als eine Atmosphäre bezeichnet, die im wesentlichen keinen gasförmigen Brennstoff und Abgas enthält. Diesbezüglich ist Luft die bevorzugteste magere Atmosphäre für den Vorgang der elektrischen Energiezufuhr. Inaktive Gase, wie etwa Stickstoffgas und Argongas, können ebenso bevorzugt als Atmosphäre für den erfindungsgemäßen Vorgang der elektrischen Energiezufuhr verwendet werden.

Gemäß dem ersten und dem zweiten Einstellungsverfahren ist es ebenso bevorzugt, dass der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie an das Gassensorelement bei einer Elementtemperatur durchgeführt wird, die gleich oder größer einer aktiven Temperatur ist. Der Ausgabecharakteristikwert, wie etwa der Grenzstromwert, variiert in Abhängigkeit von der Temperatur und wird stabilisiert, nachdem die Elementtemperatur die aktive Temperatur erreicht. Somit wird die Ausgabecharakteristikeinstellung durch die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement mit Genauigkeit durchgeführt, nachdem die Elementtemperatur die aktive Temperatur erreicht hat.

Wenn der Festkörperelektrolytkörper aus Zirkonium ausgebildet ist, dann wird vorzugsweise der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement bei einer Elementtemperatur durchgeführt, die gleich oder größer als 600°C ist.

Wenn das Gassensorelement zumindest eine Elektrode zusätzlich zu der Messgassensorelektrode und der Referenzgassensorelektrode aufweist, so dass eine Vielzahl von Zellen gebildet wird, dann wird vorzugsweise der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement unter Verwendung von zumindest einer aus der Vielzahl von Zellen durchgeführt.

Ferner wird vorzugsweise der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement in einem Grenzstrombereich durchgeführt.

Erfindungsgemäß wird ein drittes Verfahren zur Einstellung eines Grenzstromwertes eines Gassensorelementes mit einer Messgassensorelektrode und einer Referenzgassensorelektrode bereitgestellt, die auf Oberflächen eines Festkörperelektrolytkörpers bereitgestellt sind. Das dritte Einstellungsverfahren umfasst dabei die Schritte Herstellen des Gassensorelementes mit einem Grenzstromwert, dessen Anfangswert gegenüber einem Zielwert verschoben ist; und Zuführen von elektrischer Energie an das hergestellte Gassensorelement, bis der Grenzstromwert von dem Anfangswert auf den Zielwert eingestellt ist.

Gemäß dem dritten Einstellungsverfahren wird vorzugsweise der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie durch das Verbinden einer Energieversorgungsschaltung zwischen der Messgassensorelektrode und der Referenzgassensorelektrode bei einer Elementtemperatur durchgeführt, die gleich oder größer als eine aktive Temperatur ist.

Erfindungsgemäß wird ein viertes Verfahren zur Einstellung eines Grenzstromwertes eines Gassensorelementes mit einer Referenzgassensorelektrode und einer Messgassensorelektrode bereitgestellt, die auf inneren und äußeren Oberflächen eines tassenförmigen Festkörperelektrolytkörpers bereitgestellt sind. Das vierte Einstellungsverfahren umfasst dabei die Schritte Herstellen des Gassensorelementes mit einem Grenzstromwert, dessen Anfangswert gegenüber einem Zielwert verschoben ist; Einbauen des hergestellten Gassensorelementes in einen Sensorkörper mit Zuleitungen, die sich von der Referenzgassensorelektrode bzw. der Messgassensorelektrode aus dem Sensorkörper heraus erstrecken; Verbinden einer Energieversorgungsschaltung zwischen den Zuleitungen; Erhöhen der Temperatur des Gassensorelementes auf eine aktive Temperatur mit einem elektrischen Heizelement, das in dem tassenförmigen Festkörperelektrolytkörper angeordnet ist; und Anlegen einer Spannung der Energieversorgungsschaltung zwischen der Referenzgassensorelektrode und der Messgassensorelektrode über die Zuleitungen, bis der Grenzstromwert von dem Anfangswert auf den Zielwert eingestellt ist.

Erfindungsgemäß wird ein fünftes Verfahren zur Einstellung eines Grenzstromwertes eines vielschichtigen Gassensorelementes mit einer ersten Zelle mit einem auf Oberflächen einer Festkörperelektrolytschicht ausgebildeten Elektrodenpaar sowie einer zweiten Zelle mit einem auf Oberflächen einer Festkörperelektrolytschicht ausgebildeten Elektrodenpaar bereitgestellt. Das fünfte Einstellungsverfahren umfasst dabei die Schritte Herstellen des Gassensorelementes mit einem Grenzstromwert, dessen Anfangswert gegenüber einem Zielwert verschoben ist; Verbinden einer Energieversorgungsschaltung zwischen Zuleitungsanschlüssen von zumindest der ersten oder der zweiten Zelle; Erhöhen der Temperatur des Gassensorelementes auf eine aktive Temperatur mit einem Heizelement, das mit den Festkörperelektrolytschichten unter Ausbildung eines vielschichtigen Körpers integriert ausgebildet ist; und Anlegen einer vorbestimmten Spannung der Energieversorgungsschaltung zwischen den Elektroden von zumindest der ersten oder der zweiten Zelle, bis der Grenzstromwert von dem Anfangswert auf den Zielwert eingestellt ist.

Gemäß den dritten bis fünften Einstellungsverfahren wird vorzugsweise das Gassensorelement während der Einstellung des Grenzstromwertes in einer mageren Atmosphäre und auf einer Temperatur gehalten, die gleich oder größer als eine aktive Temperatur ist.

Das erfindungsgemäße Einstellungsverfahren kann auf viele verschiedene Arten von Gassensorelementen angewendet werden, die zur Erfassung der Konzentration von spezifischen Gasen wie etwa NOx, HC sowie CO auf der Grundlage des Grenzstromwertes verwendet werden.

Der Vorgang der elektrischen Energiezufuhr kann unter Verwendung von Gleichstrom oder Wechselstrom durchgeführt werden.

Die vorstehend beschriebenen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung weiter ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines vielschichtigen Gassensorelementes und eine Energiezufuhrschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2A eine Schnittansicht einer Anordnung des Gassensorelementes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2B eine perspektivische Explosionsansicht des Gassensorelementes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Stromwert und der verstrichenen Zeit während eines Energiezufuhrtestes bei dem Gassensorelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Grenzstromwert und der verstrichenen Zeit während der Energiezufuhr an das Gassensorelement gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Spannungs-/Strom­ charakteristik eines bestimmten Gassensorelementes bei einem Luftbrennstoffverhältnis von 18 und von 13;

Fig. 6A eine Schnittansicht eines in einen Gassensor eingebauten tassenförmigen Gassensorelementes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6B eine vergrößerte Schnittansicht des tassenförmigen Gassensorelementes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Stromwert und der angelegten Spannung bei einer Elementtemperatur von 850°C und bei 600°C gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Variation oder Verschiebung der Spannungs-/Stromcharakteristik des Gassensorelementes in Reaktion auf eine Temperaturvariation von ± 10°C bei 850°C gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Variation oder Verschiebung der Spannungs-/Stromcharakteristik des Gassensorelementes in Reaktion auf eine Temperaturvariation von ± 10°C bei 600°C gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 10 eine perspektivische Explosionsansicht eines Gassensorelementes in Zweizellenbauart gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 11 eine Schnittansicht der Anordnung des Gassensorelementes gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Identische oder entsprechende Teile sind in der Zeichnung durchgehend mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Erfindungsgemäßes Einstellungsverfahren

Nachstehend wird das Prinzip des erfindungsgemäßen Ausgabecharakteristikeinstellungsverfahren beschrieben.

Die erfindungsgemäß einzustellende Ausgabecharakteristik ist beispielsweise der Grenzstrom eines Gassensorelementes. Der Grenzstrom variiert, wenn elektrische Energie dem Gassensorelement zugeführt wird.

Fig. 5 zeigt die Spannungs-/Stromcharakteristik eines bestimmten Gassensorelementes bei einem Luft/Brennstoffverhältnis von 18 und von 13. Wenn das Luft/Brennstoffverhältnis gleich 18 ist, steigt der Grenzstromwert (d. h. der flache Bereich) von einem Niveau 1 auf ein Niveau 2 vor und nach der Zufuhr von elektrischer Energie. Wenn das Luft/Brennstoffverhältnis gleich 13 ist, verringert sich der Grenzstromwert von einem Niveau 3 auf ein Niveau 4 vor und nach der Zufuhr von elektrischer Energie.

Erfindungsgemäß wird jedes Gassensorelement mit einem Grenzstromwert hergestellt, dessen Anfangswert gegenüber einem Zielwert leicht verschoben ist (d. h. höher oder niedriger). Sodann wird das hergestellte Gassensorelement der auf der Zufuhr von elektrischer Energie an das Gassensorelement basierenden Ausgabecharakteristikeinstellung unterzogen.

Genauer umfasst gemäß Fig. 4 jedes der hergestellten Gassensorelemente einen Anfangsgrenzstromwert innerhalb eines Bereiches M, der gegenüber einem Zielgrenzstromwert I0 leicht verschoben ist.

Sodann wird zur Durchführung der Ausgabecharakteristikeinstellung elektrische Energie jedem hergestellten Gassensorelement zugeführt. Während der Zufuhr von elektrischer Energie zu jedem hergestellten Gassensorelement steigt sein Grenzstromwert mit verstreichender Zeit, wie es durch die Linien A, B oder C angedeutet ist. Die Zufuhr von elektrischer Energie wird gestoppt, wenn der Grenzstromwert den Zielwert I0 erreicht, d. h. zu einem Zeitpunkt A1 bei Linie A, B1 bei Linie B und C1 bei Linie C. Demzufolge wird erfindungsgemäß die Ausgabecharakteristikeinstellung durchgeführt, nachdem jedes Gassensorelement hergestellt wurde, wodurch eine effiziente Massenproduktion von brandneuen Gassensorelementen mit demselben Grenzstromwert ungeachtet der Streuung ihrer Anfangsgrenzstromwerte aufgrund von Herstellungsfehlern oder dergleichen verwirklicht wird.

Die erfindungsgemäße Ausgabecharakteristikeinstellung, beispielsweise die Einstellung des Grenzstromwertes, ist dahingehend sehr einfach, dass die erforderliche Betriebsweise lediglich die Zufuhr von elektrischer Energie zu jedem hergestellten Gassensorelement ist. Mit anderen Worten, das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erfordert keine Abwandlung des Gassensorelementes selbst. Der Vorgang der elektrischen Energiezufuhr wird für alle hergestellten Gassensorelemente durchgeführt. Der Vorgang der elektrischen Energiezufuhr wird mit Leichtigkeit ohne ansteigende Kosten ausgeführt. Folglich kann die Ausgabecharakteristikeinstellung für alle hergestellten Gassensorelemente einfach durchgeführt werden.

Im allgemeinen ist das Gassensorelement mit Elektroden ausgerüstet, beispielsweise einer Messgaselektrode und einer Referenzgassensorelektrode, damit ein die Konzentration eines Objektgases repräsentierendes Sensorsignal abgegriffen werden kann. Der Vorgang der elektrischen Energiezufuhr wird durch Verwendung dieser Elektroden mit Leichtigkeit durchgeführt, welche für den wesentlichen Betrieb des Gassensorelementes bereits vorhanden sind.

In der Praxis ist es wünschenswert, dass eine vorbestimmte Spannung an diese Elektroden über ihre Zuleitungen und Anschlüsse angelegt wird.

Zudem ist es wünschenswert, dass der Vorgang der elektrischen Energiezufuhr in einer mageren Atmosphäre durchgeführt wird, weil der Absolutwert der Ausgabecharakteristik, wie etwa ein Grenzstromwert, in der mageren Atmosphäre groß wird. Die Ausgabecharakteristikeinstellung wird leichter und genau ausgeführt.

Dabei wird als magere Atmosphäre eine Atmosphäre bezeichnet, die im wesentlichen keinen gasförmigen Brennstoff und Abgas enthält. Diesbezüglich ist Luft die bevorzugteste magere Atmosphäre für den erfindungsgemäßen Vorgang der elektrischen Energiezufuhr. Inaktive Gase, wie etwa Stickstoffgas und Argongas, können ebenfalls vorzugsweise als Atmosphäre für den erfindungsgemäßen Vorgang der elektrischen Energiezufuhr verwendet werden.

Ferner wird vorzugsweise der Vorgang der Energiezufuhr bei einer Elementtemperatur gleich oder größer als eine aktive Temperatur des Gassensorelementes durchgeführt. Der Ausgabecharakteristikwert, wie etwa der Grenzstromwert, variiert in Abhängigkeit von der Temperatur und wird stabilisiert, nachdem die Temperatur die aktive Temperatur erreicht. Somit wird die Ausgabecharakteristikeinstellung durch die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement genau durchgeführt, nachdem die Elementtemperatur die aktive Temperatur erreicht hat.

Weiterhin wird vorzugsweise der Vorgang der elektrischen Energiezufuhr bei einer Elementtemperatur gleich oder größer als 600°C durchgeführt. Bis das Gassensorelement bis zu dieser aktiven Temperatur erhitzt ist, tritt im allgemeinen der flache Bereich des Grenzstromes nicht in der Ausgabecharakteristik auf. Wenn das Gassensorelement aus einem Yttrium enthaltenden Festkörperelektrolytkörper der Zirkoniumserie ausgebildet ist, ist die Ausgabe dieses Gassensorelementes stabilisiert, wenn die Elementtemperatur annähernd 600°C erreicht hat, wie es nachstehend beschrieben ist.

Erstes Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird ein Ausgabecharakteristikeinstellungsverfahren für ein Gassensorelement gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Das Ausgabecharakteristikeinstellungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird auf ein Gassensorelement 1 angewendet, das eine Messgassensorelektrode 12 und eine Referenzgassensorelektrode 15 aufweist, die auf gegenüberliegenden Oberflächen eines Festkörperelektrolytkörpers 11 bereitgestellt sind. Das Ausgabecharakteristikeinstellungsverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch die Zufuhr von elektrischer Energie (d. h. Strom) zu dem Gassensorelement 1 durchgeführt, so dass ein Grenzstromwert von einem verschobenen Anfangswert zu einen Zielwert eingestellt wird.

Nachstehend wird das erste Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben.

Das Gassensorelement 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in einem in einer Abgaspassage (oder -rohr) eines Automobilmotors installierten Gassensor eingebaut. Die Ausgabe des Gassensorelements 1 wird zur Steuerung des Luft/Brennstoffverhältnisses des Motors verwendet.

Das Gassensorelement 1 ist ein vielschichtiges Element in der Bauart mit einer Zelle.

Gemäß den Fig. 1, 2A und 2B umfasst das Gassensorelement 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von isolierenden Schichten 13, 16 und 22 zusätzlich zu dem Festkörperelektrolytkörper 11, welche geschichtet oder gestapelt sind. Der Festkörperelektrolytkörper 11 ist aus Yttrium enthaltenden Zirkonium ausgebildet. Die isolierende Schicht 13 umfasst einen eine Referenzgaskammer 17 definierenden rechteckigen Ausschnitt, in den Luft eingeführt wird. Ein Wärmeerzeugungselement 25 ist zwischen zwei isolierende Schichten 16 und 22 unter Ausbildung eines Heizelementes 2 eingebettet.

Die Platin enthaltende Messgassensorelektrode 12 ist auf einer oberen (oder äußeren) Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 ausgebildet. Die Platin enthaltende Referenzgassensorelektrode 15 ist auf einer unteren (oder inneren) Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 ausgebildet. Wenn das Gassensorelement 1 in der Abgaspassage installiert wird, ist die obere Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 so angeordnet, dass sie einem Messgas ausgesetzt ist. Die Referenzgassensorelektrode 15 ist einem Referenzgas (d. h. Luft) ausgesetzt. Eine Elektrodenschutzschicht 50, welche die gesamte Oberfläche der Messgassensorelektrode 12 bewegt, ist auf der oberen Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 angeordnet.

Eine Zuleitung 18 erstreckt sich auf der oberen Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 von der Messgassensorelektrode 12 zu einem Anschluss 181. Die Ausgabe des Gassensorelementes 1 wird an dem Anschluss 181 ausgegeben. In ähnlicher Weise erstreckt sich eine Zuleitung 19 auf der unteren Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 von der Referenzgassensorelektrode 15 über eine (nicht gezeigte) Durchverbindung zu einem Anschluss 191, der auf der unteren Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 bereitgestellt ist.

Die isolierende Schicht 13 definiert die Referenzgaskammer 17 in ihr und ist auf einer unteren (oder hinteren) Seite des Festkörperelektrolytkörpers 11 angeordnet. Die isolierende Schicht 16 ist auf einer unteren (oder hinteren) Seite der isolierenden Schicht 13 angeordnet. Die isolierende Schicht 22 ist auf einer unteren (oder hinteren) Seite der isolierenden Schicht 22 angeordnet. Das Wärmeerzeugungselement 25 und die elektrische Energie an das Wärmeerzeugungselement 25 zuführenden Zuleitungen 26 und 27 sind zwischen den isolierenden Schichten 16 und 22 eingebettet.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Grenzstromcharakteristik eines Gassensorelementes, gemessen bei einem A/F (d. h. Luft/Brennstoffverhältnis) = 18 und bei einem A/F = 13. Der durch einen Stromwert im flachen Bereich repräsentierte Grenzstromwert beträgt annähernd 0,5 A (d. h. Ampere), wenn A/F 18 ist, und annähernd -0,43 A, wenn A/F 13 ist.

Das Gassensorelement 1 ist mit einer Energieversorgungsschaltung 30 verbunden, die aus einer Energieversorgungsquelle 31 und einem Amperemeter 32 besteht. Die Versorgungsspannung der Energieversorgungsquelle 31 wird nämlich zwischen der Messgassensorelektrode 12 und der Referenzgassensorelektrode 15 über die Anschlüsse 181 und 191 angelegt.

Das Amperemeter 32 überwacht den in den Energieversorgungsschalter 30 fließenden Stromwert. Wenn der Stromwert (d. h. der Grenzstromwert) einen Zielwert erreicht, stoppt eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung die Zufuhr der Versorgungsspannung.

Zur Bewertung des Ausgabecharakteristikeinstellungsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wurde das in den Fig. 2A und 2B gezeigte Gassensorelement 1 hergestellt. Das hergestellte Gassensorelement 1 wurde mit der Energieversorgungsschaltung 30 gemäß Fig. 1 verbunden. Elektrische Energie (d. h. eine Versorgungsspannung der Energieversorgungsquelle 31) wurde dem Gassensorelement 1 zugeführt, während das Gassensorelement 1 auf einer Temperatur von 900°C ± 1°C gehalten wurde. Während der Zufuhr von elektrischer Energie befand sich das Gassensorelement 1 in Luft. Die elektrische Energiezufuhr an das Gassensorelement 1 wurde nämlich in magerer Atmosphäre durchgeführt. Die an das Gassensorelement 1 angelegte Versorgungsspannung betrug 0,8 V. Die Versorgungsspannung dieses Pegels wurde in dem flachen Bereich in der Spannungs-/Stromcharakteristik des Gassensorelementes 1 einbezogen (dabei war A/F = Luft). Während der elektrischen Energiezufuhr wurde dem Gassensorelement 1 Gleichstrom zugeführt.

Fig. 3 zeigt den während des Bewertungstests gemessenen Stromwert.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, stieg der Stromwert monoton mit verstreichender Zeit. Dabei lag eine Tendenz vor, dass der Stromwert nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit (annähernd 4 Stunden) nicht so stark anstieg.

Das Ergebnis dieses Bewertungstests bestätigt, dass die Einstellung eines Grenzstromes durchgeführt werden kann, indem jedes Gaselement in einem Grenzstromwert als Anfangswert hergestellt wird, der gegenüber einem Zielwert leicht versetzt ist, und in dem elektrische Energie diesem Gassensorelement zugeführt wird, bis der Grenzstromwert gemäß dem Einstellungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispieles auf den Zielwert eingestellt ist. Somit ist bestätigt, dass das Einstellungsverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die sichere Herstellung von jedem Gassensorelement mit einem genauen Grenzstromwert ermöglicht.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Einstellung des Grenzstromes alleine durch die Zufuhr von elektrischem Strom zu jedem der hergestellten Gassensorelemente durchgeführt werden.

Ferner ist es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht nötig, das Gassensorelement selbst abzuwandeln, um die Einstellung des Grenzstromes durchzuführen. Der Vorgang der Zufuhr von elektrischer Energie (d. h. Strom) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann für alle hergestellten Gassensorelemente ohne ansteigende Kosten leicht durchgeführt werden.

Die Ausgabecharakteristikeinstellung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann selbst nachdem das Gassensorelement in einen Luft/Brennstoffverhältnissensor montiert oder eingebaut wurde durchgeführt werden, weil der Luft/Brennstoffverhältnissensor im allgemeinen mit Zuleitungen zur Ausgabe eines Gassensorsignals von dem Gassensorelement ausgerüstet ist. Die Ausgabecharakteristikeinstellung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, d. h. die Zufuhr von elektrischer Energie (Strom) zu dem Gassensorelement, kann unter Verwendung dieser bereits existierenden Zuleitung durchgeführt werden.

Der Luft/Brennstoffverhältnissensor wird schließlich in dem nachstehend angeführten Sensorsystem eingebaut.

Genauer werden die Zuleitungen des Luft/Brennstoffverhältnissensors mit einer externen Energieversorgungsquelle zur Aktivierung des Gassensorelementes verbunden. Der Luft/Brennstoffverhältnissensor ist mit einem Überwachungssystem verbunden, das ein von dem Gassensorelement erzeugtes Ausgabesignal überprüft. Das Ausgabesignal des Gassensorelementes ist mit dem bei dem vorstehend beschriebenen Test gemessenen Stromwert identisch.

Das Sensorsystem umfasst die Energieversorgungsquelle und das Überwachungssystem, welche für die Durchführung der Grenzstromeinstellung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet werden können.

Demzufolge wird nach dem Einbau des Gassensorelements in einen Luft/Brennstoffverhältnissensor der Sensor mit dem Sensorsystem verbunden, um die Grenzstromeinstellung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchzuführen. Es ist kein spezielles Einstellungssystem erforderlich.

Da das vorliegende Ausführungsbeispiel auf Gleichstrom basiert, kann zudem eine kostengünstige einfache Gleichstromquelle für die Grenzstromeinstellung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet werden.

Das Einstellungsverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann auf viele Bauarten von Gassensorelementen angewendet werden, die jeweils die Konzentration eines Objektgases wie etwa NOx, CO und HC auf der Grundlage eines Grenzstromwertes messen.

Die Durchführung der Grenzstromeinstellung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Grundlage von Wechselstrom ist jedoch ebenfalls möglich. Dabei ist die Ausführbarkeit bei der Einstellung verbessert, da die Verbindung der Zuleitungen ohne Überprüfung der Polarität (d. h. positiv oder negativ) der Elektroden einfach ausgeführt wird.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Ausgabe eines tassenförmigen Gassensorelementes.

Die Fig. 6A und 6B zeigen ein Gassensorelement 3 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Gassensorelement 3 ist in einem Gassensor 39 eingebaut. Die Ausgabecharakteristikeinstellung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird durchgeführt, nachdem das Gassensorelement 3 in den Gassensor 39 eingebaut ist.

Gemäß Fig. 6A umfasst der Gassensor 39 ein zylindrisches Gehäuse 31, ein innerhalb des Gehäuses 31 angeordnetes Gassensorelement 3, eine an dem entfernten Ende des zylindrischen Gehäuses 31 angebrachte Messgasseitenbedeckung 311, sowie eine an dem zentralen Ende des zylindrischen Gehäuses 31 angebrachte Luftseitenbedeckung 312.

Gemäß Fig. 6B umfasst das Gassensorelement 3 einen tassenförmigen Festkörperelektrolytkörper 11 mit einem geschlossenen Ende und einem anderen geöffneten Ende, so dass eine Referenzgaskammer 17 darin definiert ist. Eine platinenthaltende Referenzgassensorelektrode 15 ist auf einer inneren Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 bereitgestellt, so dass sie dem in die Referenzgaskammer 17 eingeführten Referenzgas (d. h. Luft) ausgesetzt ist. Eine platinenthaltende Messgassensorelektrode 12 ist auf einer äußeren Elektrode des Festkörperelektrolytkörpers 11 bereitgestellt, so dass sie dem Messgas ausgesetzt ist. Die Messgassensorelektrode 12 ist durch eine darauf geschichtete Elektrodenschutzschicht 50 bedeckt.

Eine (nicht gezeigte) Signalzuführung erstreckt sich auf der äußeren Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 von der Messgassensorelektrode 12 zu deren Anschluss 321. In ähnlicher Weise erstreckt sich eine (nicht gezeigte) Signalzuführung auf der inneren Oberfläche des Festkörperelektrolytkörpers 11 von der Referenzgassensorelektrode 15 zu deren Anschluss 322. Diese Zuleitungen und Anschlüsse sind aus Platin ausgebildet.

In der Luftseitenbedeckung 312 sind die Anschlüsse 321 und 322 über Verbindungen 323 und 324 zu den sich auf der Außenseite des Gassensorelementes 3 erstreckenden Zuleitungen 325 und 326 verbunden.

Ein stabartiges keramisches Heizelement 300 ist in der innerhalb des Festkörperelektrolytkörpers definierten Referenzgaskammer angeordnet. Zwei Heizelementzuleitungen 335 sind für die Zufuhr von elektrischer Energie (d. h. Spannung) von einer Heizelementenergieversorgungsquelle 353 zu dem keramischen Heizelement 300 bereitgestellt, wenngleich lediglich eine Zuleitung in Fig. 6A gezeigt ist.

Die Ausgabecharakteristikeinstellung des Gassensorelementes 3 wird durch Verwendung der Zuleitungen 325 und 326 durchgeführt, welche aus dem Sensor 39 herausgeführt werden.

Nachdem das Gassensorelement 3 mit einem Grenzstromwert hergestellt wurde, dessen Anfangswert gegenüber einem Zielwert leicht verschoben ist, werden gemäß Fig. 6A die Zuleitungen 325 und 326 mit einer Energieversorgungsschaltung 35 verbunden, die aus einem Amperemeter 352 und einer Energieversorgungsquelle 351 besteht. Ein positiver Anschluss der Ausgabeeinstellungsschaltung ist mit der mit dem Anschluss 322 der Referenzgassensorelektrode verbundenen Zuleitung 326 verbunden. Ein negativer Anschluss der Ausgabeeinstellungsschaltung ist mit der mit dem Anschluss 321 der Messgassensorelektrode verbundenen Zuleitung 325 verbunden.

Unter dieser Bedingung wird elektrische Energie von der Heizelementenergieversorgungsquelle 353 an das keramische Heizelement 300 zugeführt, bis die Temperatur des Gassensorelementes 3 850°C erreicht (d. h. eine die aktive Temperatur des Gassensorelementes 3 überschreitender Temperaturpegel). Danach wird eine Spannung von 1,3 V an das Gassensorelement 3 angelegt, während das Gassensorelement 3 unter Luft gehalten wird (d. h. in magerer Atmosphäre).

Die Spannung 1,3 V wird im flachen Bereich bei der Temperatur 850°C einbezogen (vgl. Fig. 8). Der flache Bereich wird im allgemeinen als ein Bereich in der Spannungs-/Stromcharakteristik des Gassensorelementes bezeichnet, bei dem ein Stromwert ungeachtet einer Veränderung bei einer angelegten Spannung keine Veränderung verursacht, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.

Nachdem 1,3 V angelegt wurden, überwacht das Amperemeter 352 einen in die Energieversorgungsschaltung 35 fließenden Stromwert. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 3) steigt der Stromwert monoton mit verstreichender Zeit. Zu dem Zeitpunkt, wenn der Grenzstromwert den Zielwert erreicht, wird das Anlegen der Spannung gestoppt. Die Einstellung des Ausgabecharakteristikwertes ist somit vollendet.

Die Ausgabecharakteristikeinstellung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird unter Verwendung einer angelegten Spannung bei 850°C durchgeführt. Die Zweckmäßigkeit der Temperatureinstellung auf 850°C wird nachstehend beschrieben.

Fig. 7 zeigt die Spannungs-/Stromcharakteristik des tassenförmigen Gassensorelementes 3 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die bei einer Temperatur von 600°C und bei einer Temperatur von 850°C gemessen wurde.

Der Stromwert steigt proportional zu einer angelegten Spannung in einem Bereich unterhalb eines ersten Spannungswertes. Dieser Bereich wird als Proportionalbereich bezeichnet. Sodann verändert sich der Stromwert nicht, nachdem die angelegte Spannung einen ersten Spannungswert erreicht und überschreitet. Dieser Bereich wird als flacher Bereich bezeichnet. Nachdem dann der Spannungswert einen zweiten Spannungswert erreicht und überschreitet, steigt der Stromwert erneut proportional zu der angelegten Spannung.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, tritt der flache Bereich bei einer niedrigeren Spannung auf, wenn die Temperatur hoch ist. Zudem ist die Anstiegsrate des Stromwertes relativ zu der angelegten Spannung steil, wenn die Temperatur hoch ist.

Fig. 8 zeigt eine Variation oder Verschiebung bei der Spannungs-/Stromcharakteristik des Gassensorelementes, die bei einer Temperaturveränderung in einem Bereich von ± 10°C bezüglich 850°C auftritt.

In ähnlicher Weise zeigt Fig. 9 eine Variation oder Verschiebung der Spannungs-/Stromcharakteristik des Gassensorelementes, die bei einer Temperaturveränderung in einem Bereich von ± 10°C bezüglich 600°C auftritt.

Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, verschiebt sich der flache Bereich bei der Temperatur 600°C in breitem Ausmaß (d. h. in einem breiten Spannungsbereich) in Reaktion auf die Temperaturveränderung aufgrund einer trägen Neigung des Proportionalbereiches bei der Spannungs-/Strom­ charakteristik. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die angelegte Spannung von dem flachen Bereich abweicht.

Aus Fig. 9 ist ersichtlich, dass die angelegte Spannung L (mit einer gestrichelten Linie angezeigt) von 1,3 V von dem flachen Bereich abweichen kann, wenn die Temperatur unterhalb 600°C liegt.

Auf diese Weise stellt die Einstellung der Temperatur auf 850°C sicher, dass die angelegte Spannung in dem flachen Bereich bleibt. Falls die Temperatur auf einem geringeren Pegel als 600°C eingestellt wird, wird die Zufuhr von elektrischer Energie für die Ausgabecharakteristikeinstellung nicht mehr sauber ausgeführt.

Drittes Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Ausgabeeinstellungsverfahren kann auf ein vielschichtiges Gassensorelement 4 in der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Zweizellenbauart angewendet werden.

Das vielschichtige Gassensorelement 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst eine eine Gaskonzentration in dem Messgas erfassende Sensorzelle 401 und eine Sauerstoffgas in die Messgaskammer pumpende Pumpzelle 402.

Eine Festkörperelektrolytschicht 41, eine isolierende Schicht 43 mit einer darin definierten kleinen Kammer 430 für die Einfuhr eines Messgases, eine Festkörperelektrolytschicht 11, eine isolierende Schicht 13 mit einem für die Zufuhr von Luft definierten Graben 170 sowie eine isolierende Schicht 22 sind in dieser Reihenfolge zur Ausbildung eines vielschichtigen Körpers des Gassensorelementes 4 gestapelt.

Pumpelektroden 42 und 45 als die Pumpzelle 402 bildendes Elektrodenpaar werden auf oberen und unteren Oberflächen der Festkörperelektrolytschicht 41 bereitgestellt. Ein Nadelloch 410 erstreckt sich vertikal von dem Zentrum der auf der oberen Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 41 ausgebildeten Pumpelektrode 42 zu dem Zentrum der auf der unteren Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 41 ausgebildeten Pumpelektrode 45. Das Messgas wird von außen in die Messgaskammer 430 über das Nadelloch 410 eingeführt. Eine Messgassensorelektrode 12 ist auf der oberen Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 11 ausgebildet, so dass sie dem in die Messgaskammer 430 eingeführten Messgas ausgesetzt ist.

Eine Zuleitung 421 der Pumpelektrode 42 erstreckt sich auf der oberen Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 41 bis zu einem Anschluss 422. Eine Zuleitung 451 der Pumpelektrode 45 erstreckt sich auf der oberen Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 41 bis zu einem Anschluss 493 über eine leitende Durchverbindung 492.

Sensorelektroden 12 und 15 sind als die Sensorzelle 401 bildendes Elektrodenpaar auf oberen und unteren Oberflächen der Festkörperelektrolytschicht 11 bereitgestellt. Eine Zuleitung 18 erstreckt sich auf der oberen Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 11 von der Messgassensorelektrode 12 zu einem Anschluss 181. Der Anschluss 181 ist mit dem Anschluss 493 über eine sich durch die isolierende Schicht 43 erstreckende leitende Durchverbindung 491 sowie eine sich durch die Festkörperelektrolytschicht 41 erstreckende leitende Durchverbindung 492 verbunden. In ähnlicher Weise erstreckt sich eine Zuleitung 19 auf der oberen Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 11 von der Referenzgassensorelektrode 15 zu einem auf der oberen Oberfläche der Festkörperelektrolytschicht 41 bereitgestellten Anschluss 484 über einen sich durch die Festkörperelektrolytschicht 11 erstreckende leitende Durchverbindung 481, eine sich durch die isolierende Schicht erstreckende leitende Durchverbindung 482 und eine sich durch die Festkörperelektrolytschicht 41 erstreckende leitende Durchverbindung 483.

Ein Wärmeerzeugungselement 25 und seine Zuleitungen 26 und 27 sind auf der oberen Oberfläche der isolierenden Schicht 22 unter Ausbildung eines Heizelementes 2 bereitgestellt. Die Zuleitungen 26 und 27 sind mit Anschlüssen 261 und 271 über Durchverbindung 260 und 270 verbunden, die sich jeweils durch die isolierende Schicht 22 erstrecken. Die Anschlüsse 261 und 271 sind mit einer Heizelementenergieversorgungsqelle 290 einer Energieversorgungsschaltung 29 verbunden.

Die Ausgabecharakteristikeinstellung für das Gassensorelement 4 wird durchgeführt, indem elektrische Energie zu der Pumpzelle 402 und der Sensorzelle 401 unter Verwendung einer zwischen den Anschlüssen 484 und 493 verbundenen und aus einem Amperemeter 485 und einer Energieversorgungsquelle 486 bestehenden Energieversorgungsschaltung 48 sowie einer zwischen den Anschlüssen 422 und 493 verbundenen und aus einem Amperemeter 495 und einer Energieversorgungsquelle 496 bestehenden Energieversorgungsschaltung 49 zugeführt wird.

Elektrische Energie wird von der Heizelementenergieversorgungsquelle 290 zu dem Wärmeerzeugungselement 25 zugeführt, bis die Temperatur des Gassensorelementes 4 einen vorbestimmten Temperaturpegel (beispielsweise 900°C) erreicht, der eine aktive Temperatur des Gassensorelementes 4 überschreitet. Danach wird eine vorbestimmte Spannung der Energieversorgungsschaltung 48 an die Sensorzelle 401 und von der Energieversorgungsschaltung 49 an die Pumpzelle 402 angelegt. Die angelegte Spannung wird bei dieser Temperatur in dem flachen Bereich einbezogen. Während der Zufuhr von elektrischer Energie wurde das Gassensorelement 4 unter Luft gehalten (d. h. in der mageren Atmosphäre).

Nach Beginn der Spannungsanlegung überwachten die Amperemeter 485 bzw. 495 einen in den Energieversorgungsschaltungen 48 und 49 fließenden Stromwert. Das Anlegen der Spannung wurde zu dem Zeitpunkt gestoppt, als der Grenzstromwert den Zielwert erreichte. Somit war die Einstellung des Ausgabecharakteristikwertes vollendet.

Die bei dem vielschichtigen Gassensorelement 4 durchgeführte Ausgabecharakteristikeinstellung zeigte dieselben Wirkungen wie jene gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Gemäß vorstehender Beschreibung kann die Ausgabecharakteristikeinstellung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auf ein Gassensorelement mit einer Vielzahl von Zellen angewendet werden, die jeweils die Konzentration eines spezifischen Gases umfassen. Die Durchführung des Vorgangs der elektrischen Energiezufuhr unter Verwendung von zumindest einer der Vielzahl von Zellen des Gassensorelementes ist wünschenswert.

Genauer wird jede Zelle (d. h. elektrochemische Zelle) durch eine Festkörperelektrolytschicht und ein auf gegenüberliegenden Oberflächen dieser Festkörperelektrolytschicht bereitgestelltes Elektrodenpaar gebildet.

Die Erfindung kann in verschiedenen Formen ausgestaltet werden, ohne von dessen wesentlichen Eigenschaften abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind daher als lediglich darstellend und nicht beschränkend gedacht, da der Erfindungsbereich durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist und nicht durch die ihnen vorangehende Beschreibung. Alle innerhalb der Grenzen der Patentansprüche fallenden Veränderungen oder Äquivalente derartiger Grenzen sind daher als durch die Patentansprüche erfasst gedacht.

Gemäß vorstehender Beschreibung werden Gassensorelemente 1, 3, 4, die auf gegenüberliegenden Oberflächen eines Festkörperelektrolytkörpers 11 eine Messgassensorelektrode 12 und eine Referenzgassensorelektrode 15 aufweisen, mit einem Grenzstromwert hergestellt, dessen Anfangswert gegenüber einem Zielwert verschoben ist. An jedes hergestellte Gassensorelement wird elektrische Energie zugeführt, damit der Grenzstromwert von dem Anfangswert auf den Zielwert eingestellt wird.

Claims (15)

1. Verfahren zur Einstellung der Ausgabecharakteristik eines Gassensorelementes (1, 3, 4) mit einer Messgassensorelektrode (12) und einer Referenzgassensorelektrode (15), die auf Oberflächen eines Festkörperelektrolytkörpers (11) bereitgestellt sind, das Verfahren umfasst dabei den Schritt des Zuführens von elektrischer Energie an das Gassensorelement, so dass ein Ausgabecharakteristikwert auf einen Zielwert eingestellt wird.

2. Verfahren zur Einstellung der Ausgabecharakteristik eines Gassensorelementes (1, 3, 4) mit den Schritten
Herstellen eines Gassensorelementes mit einem Ausgabecharakteristikwert, dessen Anfangswert in einem Bereich (M) gegenüber einem Zielwert (I0) verschoben ist; und
Zuführen von elektrischer Energie an das Gassensorelement, bis der Ausgabecharakteristikwert von dem Anfangswert auf den Zielwert eingestellt ist.

3. Einstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement in einer mageren Atmosphäre durchgeführt wird.

4. Einstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie an das Gassensorelement bei einer Elementtemperatur durchgeführt wird, die gleich oder größer einer aktiven Temperatur ist.

5. Einstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, wobei
der Festkörperelektrolytkörper aus Zirkonium ausgebildet ist, und
der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement bei einer Elementtemperatur durchgeführt wird, die gleich oder größer als 600°C ist.

6. Einstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, wobei
das Gassensorelement zumindest eine Elektrode (42, 45) zusätzlich zu der Messgassensorelektrode (12) und der Referenzgassensorelektrode (15) aufweist, so dass eine Vielzahl von Zellen (401, 402) gebildet wird, und
der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement unter Verwendung von zumindest einer aus der Vielzahl von Zellen (401, 402) durchgeführt wird.

7. Einstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Gassensorelement in einem Grenzstrombereich durchgeführt wird.

8. Verfahren zur Einstellung eines Grenzstromwertes eines Gassensorelementes (1, 3, 4) mit einer Messgassensorelektrode (12) und einer Referenzgassensorelektrode (15), die auf Oberflächen eines Festkörperelektrolytkörpers (11) bereitgestellt sind, das Verfahren umfasst dabei die Schritte:
Herstellen des Gassensorelementes mit einem Grenzstromwert, dessen Anfangswert (M) gegenüber einem Zielwert (I0) verschoben ist; und
Zuführen von elektrischer Energie an das hergestellte Gassensorelement, bis der Grenzstromwert von dem Anfangswert (M) auf den Zielwert (I0) eingestellt ist.

9. Einstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie durch das Verbinden einer Energieversorgungsschaltung (30, 35, 48, 49) zwischen der Messgassensorelektrode (12) und der Referenzgassensorelektrode (15) durchgeführt wird.

10. Einstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Zuführens von elektrischer Energie an das Gassensorelement bei einer Elementtemperatur durchgeführt wird, die gleich oder größer als eine aktive Temperatur ist.

11. Verfahren zur Einstellung eines Grenzstromwertes eines Gassensorelementes (3) mit einer Referenzgassensorelektrode und einer Messgassensorelektrode, die auf inneren und äußeren Oberflächen eines tassenförmigen Festkörperelektrolytkörpers bereitgestellt sind, das Verfahren umfasst dabei die Schritte:
Herstellen des Gassensorelementes mit einem Grenzstromwert, dessen Anfangswert (M) gegenüber einem Zielwert (I0) verschoben ist;
Einbauen des hergestellten Gassensorelementes (3) in einen Sensorkörper (31) mit Zuleitungen (325, 326), die sich von der Referenzgassensorelektrode bzw. der Messgassensorelektrode aus dem Sensorkörper heraus erstrecken;
Verbinden einer Energieversorgungsschaltung (35) zwischen den Zuleitungen (325, 326);
Erhöhen der Temperatur des Gassensorelementes (3) auf eine aktive Temperatur mit einem elektrischen Heizelement (300), das in dem tassenförmigen Festkörperelektrolytkörper angeordnet ist; und
Anlegen einer Spannung der Energieversorgungsschaltung (35) zwischen der Referenzgassensorelektrode und der Messgassensorelektrode über die Zuleitungen (325, 326), bis der Grenzstromwert von dem Anfangswert (M) auf den Zielwert (I0) eingestellt ist.

12. Verfahren zur Einstellung eines Grenzstromwertes eines vielschichtigen Gassensorelementes (4) mit einer ersten Zelle (402) mit einem auf Oberflächen einer Festkörperelektrolytschicht (41) ausgebildeten Elektrodenpaar (42, 45) sowie einer zweiten Zelle (401) mit einem auf Oberflächen einer Festkörperelektrolytschicht (11) ausgebildeten Elektrodenpaar (12, 15), dabei umfasst das Verfahren die Schritte
Herstellen das Gassensorelementes (4) mit einem Grenzstromwert, dessen Anfangswert (M) gegenüber einem Zielwert (I0) verschoben ist;
Verbinden einer Energieversorgungsschaltung (48, 49) zwischen Zuleitungsanschlüssen (484, 493; 422, 493) von zumindest der ersten oder der zweiten Zelle;
Erhöhen der Temperatur des Gassensorelementes (4) auf eine aktive Temperatur mit einem Heizelement (2), das mit den Festkörperelektrolytschichten unter Ausbildung eines vielschichtigen Körpers integriert ausgebildet ist; und
Anlegen einer vorbestimmten Spannung der Energieversorgungsschaltung (48, 49) zwischen den Elektroden von zumindest der ersten oder der zweiten Zelle, bis der Grenzstromwert von dem Anfangswert (M) auf den Zielwert (I0) eingestellt ist.

13. Einstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Gassensorelement während der Einstellung des Grenzstromwertes in einer mageren Atmosphäre gehalten wird.

14. Einstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Gassensorelement während der Einstellung des Grenzstromwertes auf einer Temperatur gehalten wird, die gleich oder größer als eine aktive Temperatur ist.

15. Einstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Gassensorelement während der Einstellung des Grenzstromwertes auf einer Temperatur gehalten wird, die gleich oder größer als 600°C ist.