DE10159858A1

DE10159858A1 - Gasmessgliedelement und Gassensor

Info

Publication number: DE10159858A1
Application number: DE10159858A
Authority: DE
Inventors: Susumu Naito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2002-06-20
Also published as: US20020070110A1; FR2817965B1; US6699376B2; JP2002174620A; FR2817965A1

Abstract

Eine Messgaselektrode 111 ist auf einer Oberfläche eines festen elektrolytischen Substrats 12 derart bereitgestellt, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Eine Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 ist auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats 12 derart bereitgestellt, dass sie einem in einer Referenzgaskammer 100 gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist. Ein Wasserdampf-absorbierendes Element 11 ist in der Referenzgaskammer 100 vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gasmessgliedelement und einen Gassensor, der zur Steuerung der Verbrennung eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird.

Herkömmlicher Weise ist ein Abgassystem eines Automobils mit einem Gassensor zur Steuerung eines Luft-Kraftstoff- Verhältnisses der in einen Verbrennungsmotor eingeführten Gasmischung ausgestattet.

Ein in dem Gassensor angeordnetes Gasmessgliedelement umfasst gewöhnlicher Weise ein festes elektrolytisches Substrat mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit, eine Elektrode auf der Seite eines zu messenden Gases, die auf dem festen elektrolytischen Substrat derart bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist, und eine Elektrode auf der Seite eines Referenzgases, die auf dem festen elektrolytischen Substrat derart bereitgestellt ist, dass sie einem Referenzgas ausgesetzt ist.

Das Gasmessgliedelement erhält einen Messgliedwert (z. B. Grenzstromwert), der die in dem Abgas umfasste Sauerstoffkonzentration darstellt. Der Messgliedwert des Gasmessgliedelements spiegelt das Luft-Kraftstoff- Verhältnis in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors wider.

Der Verbrennungsmotor wird häufig für einen langen Zeitraum (z. B. mehrere Stunden und mehrere Tage) in einem Nicht- Betriebszustand belassen. Es ist herkömmlicher Weise bekannt, dass das Gasmessgliedelement eine außerordentliche Ausgabe zu einem Moment erzeugt, bei dem der Motor nach einer solchen langen Unterbrechung wieder in Betrieb gesetzt wird.

Diese Art der außerordentlichen Sensorausgabe setzt sich für mehrere Sekunden bis zu mehreren Zehnsekunden nach einem Kaltstart des Motors fort. Während dieser Zeitdauer verschiebt sich die Sensorausgabe weit zur fetten Seite hin (bezugnehmend auf eine später beschriebene charakteristische Kurve (c), die in Fig. 4 gezeigt ist).

Als Reaktion auf eine solche anormale Sensorausgabe (d. h. ein außerordentlich fettes Signal) stellt ein Motorsteuersystem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der in die Verbrennungskammer eingeführten Gasmischung auf eine magere Seite hin ein.

Das detektierte außerordentlich fette Signal spiegelt jedoch nicht einen aktuellen Luft-Kraftstoff-Zustand in der Verbrennungskammer wider. Die kontinuierliche Erzeugung eines mageren Signals während einer signifikanten Zeitdauer resultiert in einem übermäßigen Anstieg des Sauerstoffs in der Verbrennungskammer. Die Brennstoffmenge wird im Gegensatz dazu verringert und stoppt den Motor aufgrund der Brennstoffkürzung.

Das Auftreten einer solchen außergewöhnlichen Sensorausgabe ist im Allgemeinen auf einen ersten Startbetriebszustand beschränkt, wenn der Motor nach einer langanhaltenden Unterbrechung betrieben wird. Ein solches Problem tritt in der zweiten oder den nachfolgenden Startbedingungen nicht länger auf.

Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gasmessgliedelement und einen Gassensor bereitzustellen, der genau die Sauerstoffkonzentration sowie das Luft- Kraftstoff-Verhältnis detektieren kann, selbst nachdem der Motor für einen langen Zeitraum in einem Nicht- Betriebszustand belassen worden war.

Um die vorstehende und andere verwandte Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein erstes Gasmessgliedelement bereit, das ein festes elektrolytisches Substrat umfasst. Eine Elektrode auf der Seite eines zu messenden Gases ist auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats derart vorgesehen, dass sie dem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Eine Elektrode auf der Seite eines Referenzgases ist auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats derart vorgesehen, dass sie einem Referenzgas ausgesetzt ist, welches in einer Referenzgaskammer gelagert ist. Und es wird ein Wasserdampf-absorbierendes Element in der Referenzgaskammer bereitgestellt.

Das erste erfindungsgemäße Gasmessgliedelement ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserdampf-absorbierende Element in der Referenzgaskammer bereitgestellt ist.

Das Wasserdampf-absorbierende Element ist Eine zum Wasserkomponenteneinfang fähige Substanz und ist nicht auf ein spezielles Material beschränkt. Details des Wasserdampf-absorbierenden Elements werden nachstehend erklärt.

Das erste erfindungsgemäße Gasmessgliedelement arbeitet auf folgende Art und Weise.

Als erstes wird angenommen, dass die anormale Sensorausgabe gemäß dem folgenden Mechanismus erzeugt wird.

Das Gasmessgliedelement erzeugt, nachdem es über eine lange Zeitdauer (mehrere Stunden oder mehrere Tage) belassen worden war, eine anormale Sensorausgabe. Die Größe der anormalen Sensorausgabe ist von der Feuchtigkeit der Atmosphäre abhängig, in welcher das Gasmessgliedelement belassen worden war.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung erwärmte ein Gasmessgliedelement, das für eine lange Zeitdauer belassen worden war, um die Komponente des das Gasmessgliedelement verlassenden Gases zu überprüfen, und detektierte eine große Menge an H₂O, welches an das Gasmessgliedelement anhaftete.

Falls nämlich ein Gasmessgliedelement in einer feuchtigkeitshaltigen Atmosphäre belassen wird, haften Wassermoleküle an einer Elektrode auf der Referenzgasseite an oder setzen sich auf dieser ab. Die Größe einer anormalen Sensorausgabe zeigt die Gegenwart einer großen Menge an Wassermolekülen. Es wird angenommen, dass eine große Oberflächenrauheit der Referenzgaselektrode ein leichtes Anhaften oder Absetzen von Wassermolekülen auf der Elektrode auf der Seite des Referenzgases erlaubt. Falls die Wassermoleküle einmal anhaften oder sich einmal abgesetzt haben, können sich weitere Wassermoleküle leicht daran über Wasserstoffbrücken ansammeln.

Das Gasmessgliedelement in einem solchen Zustand wird beim Starten des Motorbetriebs erwärmt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, aktivieren die Zuführung von Hitze und die katalytische Funktion einer Elektrode auf der Seite des Referenzgases 112 gemeinsam die Wassermoleküle, die auf der Oberfläche eines festen elektrolytischen Substrats 12 anhaften und zersetzen diese in Sauerstoffatome und Wasserstoffatome. Sauerstoffatome wandern, falls sie ionisiert vorliegen, über das feste elektrolytische Substrat 12 als ein Sauerstoffionenstrom zu einer Elektrode auf der Seite des zu messenden Gases 111 hin. Es wird angenommen, dass der somit erzeugte Sauerstoffionenstrom eine anormale Sensorausgabe verursacht.

Falls einmal alle Wasserstoffmoleküle zersetzt worden sind, wird keine anormaler Sensorausgabe erzeugt. Daher kommt es bei einem zweiten und nachfolgenden Startvorgang des Motors zu keinem Problem, solange keine Wassermoleküle auf der Oberfläche der Elektrode auf der Seite des Referenzgases verbleiben.

Hinsichtlich des vorstehenden, stellt die vorliegende Erfindung das Wasserdampf-absorbierende Element in der Referenzgaskammer bereit, um eine Anhaftung der Wassermoleküle auf der Oberfläche der Elektrode auf der Seite des Referenzgases zu verhindern. Somit wird eine genaue Sensorausgabe erhalten, der die wirkliche Sauerstoffkonzentration in dem zu messenden Gas widerspiegelt.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung ein ausgezeichnetes Gasmessgliedelement bereit, das die Sauerstoffkonzentration sowie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau detektieren kann, selbst nachdem der Motor in einem Nicht- Betriebszustand für eine lange Zeitdauer belassen worden war.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Wasserdampf-absorbierende Element derart vorgesehen, dass es einen inneren Raum der Referenzgaskammer abschließt.

Diese Anordnung ermöglicht es, dass Wasserdampf in die Referenzgaskammer eintritt.

Das Wasserdampf-absorbierende Element kann an einer Öffnungsseite der Referenzgaskammer derart vorgesehen sein, dass es die Öffnungsseite, wie in Fig. 1 gezeigt ist, vollständig abschließt. Im Allgemeinen ist die Öffnungsseite der Referenzgaskammer eine Stelle, an der die Temperatur nicht so sehr erhöht ist. Somit kann ein Element als das Wasserdampf-absorbierende Element eingesetzt werden, das nicht so sehr wärmebeständig ist.

Weiterhin ist es, wie in Fig. 3 gezeigt ist, möglich, das Wasserdampf-absorbierende Element an einer zwischenliegenden Position derart vorzusehen, dass ein mittlerer Teil der Referenzgaskammer abgeschlossen ist. Diese Anordnung ist darin vorteilhaft, dass das Wasserdampf-absorbierende Element nicht beschädigt wird, falls das Gasmessgliedelement in einen Gassensor eingebaut wird.

In jedem Fall ist es für das Wasserdampf-absorbierende Element bevorzugt, dass es in seiner Gesamtheit entlang der inneren Wand der Referenzgaskammer angeordnet ist, um so den Wasserdampf am Erreichen der Elektrode der Seite des Referenzgases zu hindern.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Wasserdampf-absorbierende Element derart bereitgestellt, dass es die Elektrode auf der Seite des Referenzgases, die in der Referenzgaskammer bereitgestellt ist, abdeckt (siehe Fig. 5).

Diese Anordnung verhindert sicher, dass die Wassermoleküle die Elektrode auf der Seite des Referenzgases erreichen.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Wasserdampf-absorbierende Element porös ausgebildet.

Falls der Wasserdampf durch das poröse Element hindurch gelangt, kollidiert der Wasserdampf mit einer Wandoberfläche eines in diesem porösen Element ausgebildeten Labyrinths. Die Wandoberfläche absorbiert (d. h. fängt ein) den Wasserdampf und verhindert demgemäss, dass Wassermoleküle die Elektrode auf der Seite des Referenzgases erreichen.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Wasserdampf-absorbierende Element aus einem porösen Aluminiumoxid ausgebildet.

Aufgrund der ausgezeichneten Wärmebeständigkeit von Aluminiumoxid wird es möglich eine Zerstörung des Gasmessgliedelements zu verhindern, falls es einem Hochtemperaturabgas ausgesetzt wird.

Das aus einem porösen Aluminiumoxid ausgebildete Wasserdampf-absorbierende Element zeigt vor allem eine ausgezeichnete Beständigkeit, falls das Wasserdampf absorbierende Element in der Nähe eines Hochtemperaturbereichs angeordnet ist (z. B. die Elektrode auf der Seite des Referenzgases).

Neben porösem Aluminiumoxid sind aktivierte Holzkohle (Aktivkohle) und Silicagel bevorzugte Substanzen für das Wasserdampf-absorbierende Element. Obwohl die Wärmebeständigkeit von Aktivkohle nicht so ausgezeichnet ist, ist diese billig, und kann deshalb als ein Wasserdampf-absorbierendes Element eingesetzt werden, welches in der Nähe der Öffnungsseite der Referenzgaskammer vorgesehen ist. Obwohl die Absorptionsfähigkeit von Silicagel verglichen mit Aktivkohle nicht so gut ist, ist dieses in einer Hochtemperaturatmosphäre stabil und kann als ein Wasserdampf-absorbierendes Element eingesetzt werden, welches in der Nähe eines Hochtemperaturbereichs vorgesehen ist.

Es ist ebenso bevorzugt, ein Wasserdampf-absorbierendes Element einzusetzen, das aus einer porösen Keramik ausgebildet ist.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Gassensor mit einem Gasmessgliedelement bereit, das ein festes elektrolytisches Substrat, eine Elektrode auf der Seite eines zu messenden Gases, die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats in der Art und Weise bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist, und eine Elektrode auf der Seite eines Referenzgases umfasst, die auf der gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats derart bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer gelagertem Referenzgas ausgesetzt ist. Der erfindungsgemäße Gassensor ist dadurch gekennzeichnet, dass er ein zylindrisches Gehäuse für das sichere Halten des Gasmessgliedelements, eine Abdeckung auf Seiten des Referenzgases, die am Poximalende des Gehäuses vorgesehen ist und mit einem Lufteinfüllloch versehen ist, eine Abdeckung auf der Seite des zu messenden Gases, die an einem entfernten Ende beziehungsweise am Distalende des Gehäuses vorgesehen ist, und einen Wasserdampfabschirmungsbereich oder ein Wasserdampf absorbierendes Element, vorgesehen in einer Lufteinlasspassage, die sich von dem Lufteinlassloch in die Referenzgaskammer erstreckt, umfasst (siehe Fig. 6). Gemäß dem erfindungsgemäßen Gassensor wird die Luft, welche aus dem Lufteinlassloch eindringt, in die Referenzgaskammer in dem Gasmessgliedelement eingeführt. Der Wasserdampfabschirmbereich oder das Wasserdampf absorbierende Element, die in der Lufteinlasspassage vorgesehen sind, verhindern, dass Wasserdampf in die Referenzgaskammer eintritt.

Demgemäss wird es möglich, den Eintritt von Wassermolekülen in die Referenzgaskammer sicher zu verhindern, selbst falls das Gasmessgliedelement über einen langen Zeitraum in dem Nicht-Betriebszustand belassen wird.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung einen ausgezeichneten Gassensor bereit, der die Sauerstoffkonzentration sowie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau detektieren kann, selbst nachdem der Motor für einen langen Zeitraum in einem Nicht- Betriebszustand belassen worden war.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Wasserdampfabschirmbereich ein Abdeckelement, welches selektiv die Lufteinlasspassage öffnen oder abschließen kann.

Die Anordnung ist darin vorteilhaft, dass keine Verarbeitung in Bezug auf die Referenzgaskammer erforderlich ist. In anderen Worten ausgedrückt, stellt die vorliegende Erfindung einen Gassensor bereit, welcher leicht herzustellen ist.

Es ist bevorzugt, dass das Abdeckelement die Lufteinlasspassage beim Starten des Motors öffnet und die Lufteinlasspassage beim Stoppen des Motorlaufs schließt. Bezüglich eines Öffnungs-/Schließmechanismus für das Abdeckelement ist es möglich, einen Motor, einen Servomechanismus, einen anderen Aktor sowie ein Bimetall und eine Gestalt-Memorylegierung zu verwenden.

Falls der Wasserdampf durch das poröse Element hindurch gelangt, kollidiert der Wasserdampf mit der Wandoberfläche eines in diesem porösen Element ausgebildeten Labyrinths. Die Wandoberfläche absorbiert (d. h. fängt ein) den Wasserdampf und verhindert demgemäss, dass Wassermoleküle die Elektrode auf der Seite des Referenzgases erreichen.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Referenzgaskammer des Gasmessgliedelements ein Öffnungsende auf, welches mit einem inneren Raum der Abdeckung auf Seite des Referenzgases verbunden ist und der Wasserdampfabschirmbereich oder das Wasserdampf absorbierende Element wird an der Öffnungsseite der Referenzgaskammer vorgesehen.

Mit dieser Anordnung wird es möglich, effektiv den eintritt von Wasserdampf in die Referenzgaskammer zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung stellt ein zweites Gasmessgliedelement bereit, welches ein festes elektrolytisches Substrat, eine Elektrode auf Seite eines zu messenden Gases, die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats derart bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist, und eine Elektrode auf Seite eines Referenzgases, die auf der gegenüberliegenden Seite des festen elektrolytischen Substrats derart bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Isolationsdünnfilm auf einer Oberfläche der Elektrode auf Seiten des Referenzgases bereitgestellt ist.

Gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Gasmessgliedelement werden die Wassermoleküle, die auf der Elektrodenoberfläche anhaften oder sich absetzen, durch den Isolierdünnfilm abgeblockt und können nicht die Elektrode auf Seite des Referenzgases erreichen. Aufgrund seiner kinetischen Energie kann der in der Referenzgaskammer liegende Sauerstoff durch den Isolierdünnfilm hindurch wandern. Demgemäss gibt der Isolierdünnfilm keinen nachteiligen Einfluss auf die Leistung des Gasmessgliedelements. Das zweite erfindungsgemäße Gasmessgliedelement kann effektiv eine anormale Sensorausgabe, verursacht durch einen von Wassermolekülen herrührenden Sauerstoffionenstrom, eliminieren.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung ein ausgezeichnetes Gasmessgliedelement bereit, welches die Sauerstoffkonzentration sowie das Luft-Kraftstoff- Verhältnis genau detektieren kann, selbst nachdem der Motor über einen langen Zeitraum in einem Nicht-Betriebszustand belassen worden war.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Breite des Isolierdünnfilms in einem Bereich von 1 nm bis 10 nm.

Diese Anordnung verhindert sicher, dass sich die Wassermoleküle auf der Elektrode auf Seiten des Referenzgases zersetzen.

Wenn die Stärke des Isolierdünnfilms geringer als 1 nm ist, wird es schwierig, die Effekte der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Wenn die Stärke des Isolierdünnfilms 10 nm übersteigt, wird die Elektrode ungeeignete Isolierfähigkeiten erhalten, und deshalb wird die Sensorleistung schlechter werden.

Die vorliegende Erfindung stellt ein drittes Gasmessgliedelement bereit, welches ein festes elektrolytisches Substrat, eine Elektrode auf Seiten eines zu messenden Gases, die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie dem zu messenden Gas ausgesetzt ist, und eine Elektrode auf Seiten eines Referenzgases, die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist, umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Oberflächenrauheit der Elektrode auf Seiten des Referenzgases maximal 3 µm beträgt.

Diese Anordnung glättet im Wesentlichen die Elektrodenoberfläche, und dadurch wird ein Anhaften oder ein Absetzen der Wassermoleküle auf der Elektrodenoberfläche reduziert. Somit kann das dritte erfindungsgemäße Gasmessgliedelement effektiv eine anormale Sensorausgabe, verursacht durch einen von Wassermolekülen herrührenden Sauerstoffionenstrom, eliminieren.

Wenn die Oberflächenrauheit der Elektrode auf Seiten des Referenzgases größer als 3 µm ist, wird die Größe einer anormalen Sensorausgabe so groß, dass er nicht als ein erlaubbarer Fehler gehandhabt werden kann. Die maximale Oberflächenrauheit, welche mit einem Oberflächenrauheitsmeter messbar ist, ist ein Wert, der als eine Differenz zwischen einer höchsten Position und einer niedrigsten Position auf einer zu messenden Oberfläche definiert ist.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung ein ausgezeichnetes Gasmessgliedelement bereit, welches die Sauerstoffkonzentration, sowie das Luft-Kraftstoff- Verhältnis genau detektieren kann, selbst nachdem der Motor für einen langen Zeitraum in einem Nicht-Betriebszustand belassen worden war.

Die vorliegende Erfindung stellt ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Gasmessgliedelements bereit, welches ein festes elektrolytisches Substrat, eine Elektrode auf Seiten eines zu messenden Gases, die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist, und eine Elektrode auf Seiten eines Referenzgases, die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist, umfasst. Das erste erfindungsgemäße Herstellungsverfahren umfasst die Schritte der Herstellung eines ersten Grünblatts zur Ausbildung des festen elektrolytischen Substrats und eines zweiten Grünblatts zur Ausbildung der Referenzgaskammer, wobei ein erster Druckbereich auf dem ersten Grünblatt vorgesehen ist, um die Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases auszubilden, und ein zweiter Druckbereich vorgesehen ist, um die Elektrode auf Seiten des Referenzgases auszubilden, Ausüben einer Druckkraft auf das erste Grünblatt, Laminieren des ersten und des zweiten Grünblatts in einer integrierten Art und Weise, Zusammenpressen des ersten und zweiten Grünblatts, um einen gepressten Laminatkörper zu erhalten, und Sintern des gepressten Laminatkörpers. Das erste erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die auf das erste Grünblatt ausgeübte Druckkraft in einem Bereich von 10 MPa bis 70 MPa liegt.

Durch das Ausüben der Druckkraft von 10 MPa bis 70 MPa auf das feste elektrolytische Grünblatt wird es möglich, eine Elektrode auf Seiten des Referenzgases mit einer glatten Oberfläche zu erhalten. Demgemäß können Wassermoleküle leicht auf der Elektrode auf Seiten des Referenzgases anhaften oder sich absetzen. Somit wird es möglich, ein Gasmessgliedelement zu erhalten, welches effektiv eine anormale Sensorausgabe, verursacht durch einen von Wassermolekülen herrührenden Sauerstoffionenstrom, eliminieren kann.

Wenn die Druckkraft geringer als 10 MPa ist, wird es schwierig, die erfindungsgemäßen Effekte zu erhalten. Wenn die Druckkraft 70 MPa überschreitet, wird das Grünblatt signifikant beschädigt werden und es wird während des Sinterverfahrens zu einem Brechen kommen.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung ein ausgezeichnetes Herstellungsverfahren für ein Gasmessgliedelement bereit, welches die Sauerstoffkonzentration sowie das Luft- Kraftstoff-Verhältnis genau detektieren kann, selbst nachdem der Motor für einen langen Zeitraum in einem Nicht- Betriebszustand belassen worden war.

Die vorliegende Erfindung stellt ein zweites Herstellungsverfahren für ein Gasmessgliedelement bereit, welches ein festes elektrolytisches Substrat, eine Elektrode auf Seiten eines zu messenden Gases, die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist, und eine Elektrode auf Seiten eines Referenzgases, die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist, umfasst. Das zweite erfindungsgemäße Herstellungsverfahren umfasst die Schritte der Herstellung eines ersten Grünblatts zur Erzeugung des festen elektrolytischen Substrats und eines zweiten Grünblatts zur Erzeugung der Referenzgaskammer, das Bereitstellen eines ersten Druckbereichs auf dem ersten Grünblatt, um die Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases zu erzeugen, und eines zweiten Druckbereichs, um die Elektrode auf Seiten des Referenzgases zu erzeugen, das Laminieren des ersten und des zweiten Grünblatts in einer integrierten Weise und das Zusammenpressen des ersten und des zweiten Grünblatts, um einen gepressten Laminatkörper zu erhalten, und das Sintern des gepressten Laminatkörpers. Das zweite erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckbereich zur Erzeugung der Elektrode auf Seiten des Referenzgases 5 bis 10 Gew.-% ZrO₂-Körner beinhaltet, die in 100 Gew.-% Elektrodenpaste enthalten sind.

Das Vermischen von ZrO₂-Körnern in eine Paste der Elektrode auf Seiten des Referenzgases ermöglicht es, die Haftung zwischen dem festen elektrolytischen Substrat und der Elektrode auf Seiten des Referenzgases zu verbessern, da ZrO₂-Körner während des Verfahrensschrittes des Sinterns in das feste elektrolytische Substrat integriert werden können. Jedoch vergrößern möglicherweise ZrO₂-Körner die Oberflächenrauheit des festen elektrolytischen Substrats. Demgemäß wird die Elektrode auf Seiten des Referenzgases eine Oberfläche aufweisen, welche die erhöhte Oberflächenrauheit des festen elektrolytischen Substrats widerspiegelt.

Daher kann bei der Ausbildung des Druckbereichs der Elektrode auf Seite des Referenzgases unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Elektrodenpaste die Oberflächenrauheit der Elektrode auf Seiten des Referenzgases effektiv reduziert werden, ohne durch den Einschluss von ZrO₂-Körnern nachteilig beeinflusst zu werden. Demgemäß wird die Oberfläche der Elektrode auf Seiten des Referenzgases so glatt, dass Moleküle nicht leicht an die Elektrode auf Seiten des Referenzgases anhaften oder auf ihr sich absetzen können. Es kann ein Gasmessgliedelement erhalten werden, welches die anormale Sensorausgabe, verursacht durch einen von Wassermolekülen herrührenden Sauerstoffionenstrom, effektiv eliminieren kann.

Wenn der Prozentsatz der ZrO₂-Körner geringer als 5 Gew.-% ist, wird die Anhaftung zwischen dem festen elektrolytischen Substrat und der Elektrode auf Seiten des Referenzgases verschlechtert und verursacht, dass sich diese leicht ablöst. Wenn der Prozentsatz der ZrO₂-Körner größer als 10 Gew.-% ist, wird es schwierig, eine erfindungsgemäße Wirkung zu erhalten.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung ein ausgezeichnetes Herstellungsverfahren für ein Gasmessgliedelement bereit, welches die Sauerstoffkonzentration sowie das Luft- Kraftstoff-Verhältnis genau detektieren kann, selbst nachdem der Motor für einen langen Zeitraum unter nicht Betriebsbedingungen belassen worden war.

Die Elektrodenpaste kann verschiedene Bindemittel zusätzlich zu den Elektrodenmaterialien beinhalten.

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf ein Gasmessgliedelement vom Einzellentyp beschränkt (d. h., umfassend ein auf gegenüberliegenden Oberflächen eines festen elektrolytischen Substrats ausgebildetes Elektrodenpaar, wie in Fig. 1 gezeigt ist). Deshalb kann die vorliegende Erfindung bevorzugt auf ein Gasmessgliedelement vom Zweizellentyp angewendet werden, wie in dem nachstehend beschriebenen siebten Ausführungsform gezeigt ist.

Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, welche im Zusammenhang mit den angehängten Zeichnungen zu verstehen ist.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Gasmessgliedelement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche die Erzeugung eines Sauerstoffionenstroms, der von Wassermolekülen herrührt, die auf einer Elektrode auf Seiten des Referenzgases anhaften oder sich darauf festgesetzt haben, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die ein modifiziertes Gasmessgliedelement gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist ein Graph, der die Sensorausgabecharakteristik zeigt;

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Gasmessgliedelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Gassensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Gasmessgliedelement gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 ist eine perspektivisch aufgeweitete Ansicht, die ein Gasmessgliedelement gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Gasmessgliedelement gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 10 ist eine perspektivisch aufgeweitete Ansicht, die ein Gasmessgliedelement gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier nachstehend unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. Identische Teile sind durch die gleichen Bezugszeichen über die gesamten Zeichnungen dargestellt.

Erste Ausführungsform

Ein Gasmessgliedelement gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst ein Gasmessgliedelement 1 der ersten Ausführungsform ein festes elektrolytisches Substrat 12. Eine Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases 111 ist auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats 12 derart vorgesehen, dass sie dem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Eine Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 ist auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats 12 derart vorgesehen, dass sie einen in einer Referenzgaskammer 100 gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist. Ein Wasserdampf-absorbierendes Element 11 ist in der Nähe einer Öffnungsseite 19 der Referenzgaskammer 100 derart vorgesehen, dass es im Wesentlichen die Öffnung der Referenzgaskammer 100 abschließt.

Genauer gesagt ist das Gasmessgliedelement 1 dieser Ausführungsform in einen Gassensor eingebaut, der in einem Abgassystem eines Automobilmotors zur Steuerung der Motorverbrennung installiert ist.

Das feste elektrolytische Substrat 12 ist ein Element aus Zirkonium mit Sauerstoffionenleitfähigkeit. Die Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases 111 und die Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 sind jeweils aus Platin.

Eine Diffusionswiderstandsschicht 14 ist auf einer Oberfläche auf Seiten zum messenden Gases des festen elektrolytischen Substrats 12 über einen Abstandshalter 13 derart angebracht, dass sie eine Messgaskammer 120, welche die Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases 111 umschließt, definiert. Eine Abschirmschicht 15 ist auf die Diffusionswiderstandschicht 14 aufgeschichtet, um die äußere Oberfläche der Diffusionswiderstandschicht 14 insgesamt abzudecken.

Der Abstandshalter 13, die Diffusionswiderstandschicht 14 und die Abschirmschicht 15 sind alle aus Aluminiumoxid. Die Diffusionswiderstandschicht 14 ist ein poröses Element mit einer geeigneten Gaspermeabilität.

Ein weiterer Abstandshalter 10 ist auf einer Oberfläche auf Seiten des Referenzgases des festen elektrolytischen Substrats 12 derart vorgesehen, dass es eine Referenzgaskammer 100 definiert. Ein Heizvorrichtungssubstrat 16 ist auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Abstandshalters 10 aufgeschichtet. Ein Heizelement 160 ist zwischen dem Abstandshalter 10 und dem Heizvorrichtungssubstrats 16 in Sandwichweise angeordnet.

Das Referenzgas, d. h., Luft, wird in der Referenzgaskammer 100 von der Öffnungsseite 19 eingeführt. Eine äußere Oberfläche des Wasserdampf-absorbierenden Elements 11 und eine Längsseite der Oberfläche des Gasmessgliedelements 1 sind entlang der gleichen Linie angeordnet.

Das Wasserdampf-absorbierende Element 11 ist aus porösem Aluminiumoxid und besitzt die Porosität von annähernd 60%. Das Wasserdampf-absorbierende Element 11 ist im Innenraum der Referenzgaskammer 100 mittels eines Aluminiumoxid- Eintauchverfahrens ausgebildet.

Obwohl nicht in den Zeichnungen gezeigt, ist die Diffusionswiderstandschicht 14 auf den Abstandshalter 13 über eine Haftschicht aus Aluminiumoxid gebunden. In ähnlicher Weise ist der Abstandshalter 10 auf der Oberfläche auf Seiten des Referenzgases des festen elektrolytischen Substrats 12 über eine Haftschicht aus Aluminiumoxid gebunden.

Nachstehend wird hier die Leistung des Gasmessgliedelements 1 gemäß dieser Ausführungsform im Vergleich zu einem herkömmlichen Gasmessgliedelement beschrieben.

Eine hergestellte Probe 1 ist das vorstehend beschriebene Gasmessgliedelement 1. Eine hergestellte Probe 2 ist ein Gasmessgliedelement mit der gleichen Anordnung wie das Gasmessgliedelement 1, aber ist darin modifiziert, dass das Wasserdampf-absorbierende Element 11 aus Silicagel besteht. Sowohl die Probe 1 als auch die Probe 2 sind Proben dieser Ausführungsform.

Eine hergestellte Probe 3 ist ein herkömmliches Messgliedelement mit der gleichen Anordnung wie das Gasmessgliedelement 1, außer dass das Wasserdampf absorbierende Element 11 nicht vorgesehen ist.

Diese Proben 1 bis 3 wurden in einer feuchten Umgebung (Feuchtigkeit = annähernd 60%) bei Raumtemperatur für 12 Tags belassen. Dann wurde jede Probe in einen Gassensor (nicht gezeigt) eingebaut und in einen praktischen Motor zur Messung der Sensorausgabe installiert, welche unmittelbar nach dem Starten des Motors erhalten wird. Fig. 4 zeigt die Messergebnisse, wobei die Linie A eine Sensorausgabe der Probe 1, die Linie B eine Sensorausgabe der Probe 2 und die Linie C eine Sensorausgabe der Probe 3 darstellt.

In Fig. 4 stellt die Abszisse die verstrichene Zeit dar, seit dem der Motor gestartet worden war, und die Ordinate stellt einen Ausgabewert (d. h. Luft-Kraftstoff-Verhältnis), dar, welcher durch das Gasmessgliedelement 1 detektiert wird. Die Sensorausgabe wird gleich 0, falls das detektierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) einen theoretischen Wert (= 14,6) annimmt. Der Bereich größer als 0 bezieht sich auf eine Magerseite, wohingegen der Bereich kleiner als 0 sich auf eine fette Seite bezieht.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weicht die Sensorausgabe der Probe 3 stark von der fetten Seite (-0,14 am Maximum) von dem theoretischen Wert als Reaktion auf: das Starten der Motorbetriebsbedingung abweicht, da kein Wasserdampf absorbierendes Element 11 gegenwärtig ist. Beide anderen Proben (d. h. Proben 1 und 2), zeigten eine kleine Abweichung (-0,02 am Maximum) von der fetten Seite.

Falls die Abweichung der Sensorausgabe von der fetten Seite -0,02 übersteigt, stellt das Motorsteuersystem das Luft- Kraftstoff-Verhältnis der in die Motorverbrennungskammer eingeführten Gasmischung ein.

Gemäß den Proben 1 und 2 dieser Ausführungsform verbleit die Abweichung der Sensorausgabe innerhalb eines erlaubten Bereichs. Somit arbeitet das Motorsteuersystem nicht fehlerbehaftet.

Das Gasmessgliedelement 1 dieser Ausführungsform besitzt die folgenden Funktionen und Effekte.

Aufgrund der Vorsehung eines Wasserdampf-absorbierenden Elements 11 in der Referenzgaskammer 100 kann das Gasmessgliedelement 1 verhindern, dass die Wassermoleküle auf der Oberfläche der Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 anhaften oder sich auf ihr festsetzten. Demgemäß wird es möglich, eine anormale Sensorausgabe, verursacht durch einen von Wassermolekülen herrührenden Sauerstoffionenstrom, effektiv zu eliminieren.

Wie ferner in Fig. 2 gezeigt ist, aktivieren die Wärmezuführung und die katalytische Funktion der Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 beide zusammen die Wassermoleküle, die auf der Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats 12 anhaften, und zerstören diese in Sauerstoffatome und Wasserstoffatome. Sauerstoffatome wandern bei ihrer Ionisierung zu der Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases 111 durch das feste elektrolytische Substrat 12 als ein Sauerstoffionenstrom hin. Der somit erzeugte Sauerstoffionenstrom verursacht eine anormale Sensorausgabe, welche von dem theoretischen Wert von der fetten Seite stark abweicht, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Wie vorstehend beschrieben erzeugt das Gasmessgliedelement 1 dieser Ausführungsform keine solche anormale Sensorausgabe. Somit bleibt der Motor bei Verwendung des Gasmessgliedelements 1 dieser Ausführungsform zur Steuerung der Motorverbrennung nicht plötzlich auf Grund einer anormalen Sensorausgabe zu dem Zeitpunkt stehen, an dem der Motorbetrieb nach einer langen Unterbrechung gestartet worden ist.

Hinsichtlich des Vorstehenden sieht diese Ausführungsform ein ausgezeichnetes Gasmessgliedelement vor, welches die Sauerstoffkonzentration sowie das Luft-Kraftstoff- Verhältnis genau detektieren kann, selbst nachdem der Motor in einem Nicht-Betriebszustand über einen langen Zeitraum belassen worden war.

Fig. 3 zeigt ein modifiziertes Gasmessgliedelement 1' gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches sich darin unterscheidet, dass das Wasserdampf absorbierenden Element 11 in einer Zwischenposition (d. h. mittleren Position) in der Referenzgaskammer 100 angeordnet ist.

Gemäß dieser Anordnung ist das Wasserdampf-absorbierende Element 11 im Inneren von der Öffnungsseite 19 abgesetzt. Es wird ermöglicht, dass das Wasserdampf-absorbierende Element 11 auf Grund einer Installation eines Gassensors (nicht gezeigt) beschädigt wird.

Zweite Ausführungsform

Fig. 5 zeigt ein Gasmessgliedelement 1a gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Wasserdampf-absorbierende Element 11 derart vorgesehen ist, dass es die Referenzgaselektrode 112, die in der Referenzgaskammer 100 bereitgestellt ist, insgesamt abdeckt.

Das Wasserdampf-absorbierende Element 11 ist ein mittels Eintauchen hergestelltes poröses Element aus Aluminiumoxid.

Der Rest des Gasmessgliedelements 1a ist im Wesentlichen analog zu dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Gasmessgliedelement 1. Die Vorsehung dieser Art des Wasserdampf-absorbierenden Elements 11 ermöglicht es ebenso, ein ausgezeichnetes Gasmessgliedelement bereitzustellen, welches die Wassermoleküle daran hindert, die Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 zu erreichen.

Diesbezüglich kann das Gasmessgliedelement 1a der zweiten Ausführungsform auf die gleiche Weise wie das Gasmessgliedelement 1 der ersten Ausführungsform arbeiten.

Dritte Ausführungsform

Fig. 6 zeigt einen Gassensor 4 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist weist der Gassensor 4 der dritten Ausführungsform ein zylindrisches Gehäuse 41 auf, in welchem ein Gasmessgliedelement 40 angeordnet ist und sicher festgehalten wird. Eine Abdeckung auf Seiten des Referenzgases 42, die auf einem äußersten Ende des Gehäuses 41 vorgesehen ist, weist ein Lufteinlassloch 420 auf. Eine Abdeckung auf Seiten des zu messenden Gases 43 ist an einer von der Mitte des Gehäuses 41 entfernten Seite vorgesehen.

Ein Wasserdampf-absorbierendes Element ist in einer Lufteinlasspassage vorgesehen, welche sich von dem Lufteinlassloch 420 bis zur Referenzgaskammer (nicht gezeigt) erstreckt. Das Gasmessgliedelement 40 weist die gleiche Anordnung wie die des Gasmessgliedelements 1 der ersten Ausführungsform auf, außer dass das Wasserdampf absorbierende Element 11 außerhalb der Referenzgaskammer 100 vorgesehen ist.

Genauer gesagt weist die Abdeckung auf Seiten des zu messenden Gases 43, wie in Fig. 6 gezeigt ist, eine Doppelschichtenstruktur auf, die aus einer inneren Abdeckung 431 und einer äußeren Abdeckung 432 besteht. Sowohl die innere als auch die äußere Abdeckungen 431 und 432 sind mit einer großen Anzahl an Löchern 430 versehen, durch welche das zu messende Gas in die Abdeckung auf Seiten des zu messenden Gases 43 eingeführt wird. In anderen Worten ausgedrückt schließt die innere Abdeckung 431 eine Atmosphäre des zu messenden Gases 435 ein, welche das Gasmessgliedelement 40 umgibt.

Die Abdeckung auf Seiten des Referenzgases 42 besitzt ein freies Ende (d. h., entsprechend dem äußersten Ende des Gassensors 4), welche an ihrer äußeren Oberfläche mit einer äußeren Abdeckung 421 überlappt. Ein wasserabweisender Filter 22 wird in Sandwichweise zwischen die überlappten Bereiche der Abdeckung auf Seiten des Referenzgases 42 und der äußeren Abdeckung 421 angeordnet. Sowohl die Abdeckung auf Seiten des Referenzgases 42 als auch die äußere Abdeckung 421 sind mit einer großen Anzahl von Lufteinlasslöchern 420 bei einer vorbestimmten axialen Position, entsprechend dem wasserabweisenden Filter 422 versehen. Deshalb wird das Referenzgas (d. h., Luft) durch die Lufteinlasslöcher 420 und den wasserabweisenden Filter 422 in die Abdeckung auf Seiten des Referenzgases 42 eingeführt. In anderen Worten ausgedrückt schließt die Abdeckung auf Seiten des Referenzgases 42 eine Referenzgasatmosphäre 425 ein.

Das Gehäuse 41 besitzt eine zylindrische innere Oberfläche, auf welcher ein Überstand 411 derart vorgesehen ist, dass er rund herum in das Innere vorragt.

Der Überstand 411 des Gehäuses 41 trägt einen abgedeckten Bereich 431, der an einer äußeren Oberfläche eines Isolators 43 vorgesehen ist. Ein metallischer Dichtungsring 445 ist zwischen dem Vorstand 411 des Gehäuses 41 und dem abgedeckten Bereich 431 des Isolators 43 derart dazwischenliegend angeordnet, dass sie die Referenzgasatmosphäre 425 von der Atmosphäre des zu messenden Gases luftdicht abschließt.

Das Gasmessgliedelement 40 ist in einer axial sich ausdehnende Bohrung des Isolators 43 eingefügt. Ein Versiegelungselement 405 versiegelt die Aussparung zwischen einer inneren Oberfläche des Isolators 43 und dem Gasmessgliedelement 40.

Ein Isolator auf Seiten des Referenzgases 432 ist axial neben dem Isolator 43 angeordnet. Insgesamt vier Zuleitungen 46 sind in einem inneren Raum des Isolators auf Seiten des Referenzgases 432 angeordnet.

Der Sensor 4 ist mit einer gesamten Zahl von vier Elektrodenanschlüssen (nicht gezeigt) , die sich aus dem Sensorkörper heraus erstrecken, für zwei Sensorausgabeelektroden und zwei Elektroden für die Heizvorrichtungsenergie ausgestattet. Diese Elektrodenanschlüsse sind mit den Zuleitungen 46 in dem Sensorkörper verbunden.

Die Referenzgaskammer des Gasmessgliedelements 40 ist zu einer Referenzgasatmosphäre 425 geöffnet. Das Wasserdampf- absorbierende Element 11 ist derart vorgesehen, dass es die Öffnungsseite des Gasmessgliedelements 40 abschließt. Das Wasserdampf-absorbierende Element 11 ist zwischen den Zuleitungen 16 im Innenraum des Isolators auf Seiten des Referenzgases 432 angeordnet. Das Wasserdampf-absorbierende Element ist ein massiver Körper beziehungsweise Bulkkörper aus Silicagel, durch welches die gesamte Luft in die Referenzgaskammer eingeführt wird.

Der Gassensor 4 dieser Ausführungsform besitzt die folgenden Funktionen und Wirkungen.

Gemäß des Gassensors 4 wird die Luft in die Referenzgaskammer des Gasmessgliedelements 40 durch das Lufteinlassloch 420 eingeführt. Das Wasserdampf- absorbierende Element 11 ist an der Öffnungsseite des Gasmessgliedelements 40, d. h., in der Lufteinlasspassage, vorgesehen. Folglich wird es ermöglicht, zu verhindern, dass Wasserdampf in die Referenzgaskammer eintritt.

Demgemäß verhindert diese Ausführungsform, dass Wasserkomponenten auf der Referenzgaselektrode anhaften oder sich darauf festsetzen, selbst wenn das Gasmessgliedelement 40 über einen Zeitraum in einem Nichtbetriebszustand belassen wird. Es wird möglich, die anormale Sensorausgabe effektiv zu verhindern.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, sieht die dritte Ausführungsform einen ausgezeichneten Gassensor vor, der die Sauerstoffkonzentration sowie das Luft-Kraftstoff- Verhältnis genau detektieren kann, selbst nachdem der Motor über einen langen Zeitraum in einem Nichtbetriebszustand belassen worden war.

Gemäß dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, ein Abdeckelement bereitzustellen, das als ein Wasserdampf- Abschirmbereich dient, welcher zur selektiven Öffnung oder Schließung der Lufteinlasspassage fähig ist.

Das Abdeckelement öffnet die Lufteinlasspassage beim Starten des Motorbetriebs und schließt die Lufteinlasspassage beim Stoppen des Motorbetriebs.

Bezüglich eines Öffnungs-/Schließmechanismus für das Abdeckelement ist es möglich, einen Motor, einen Servomechanismus, einen anderen Aktor sowie ein Bimetall und eine Gestalt-Memorylegierung einzusetzen.

Diese Anordnung ist darin vorteilhaft, dass keine Bearbeitung der Referenzgaskammer erforderlich ist. In anderen Worten ausgedrückt stellt die Erfindung einen Gassensor bereit, welcher einfach herzustellen ist.

Vierte Ausführungsform

Obwohl nicht gezeigt, bezieht sich die vierte Ausführungsform auf ein Gasmessgliedelement, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Isolierdünnfilm derart vorgesehen ist, dass er eine Oberfläche der Elektrode auf Seiten des Referenzgases bedeckt.

Der Isolierdünnfilm ist ein Aluminiumoxiddünnfilm mit einer Stärke von 1 nm bis 10 nm. Weiterhin wird dar Isolierdünnfilm dieser Ausführungsform durch das ALE- Verfahren (Atomic Layer Epitaxial-Verfahren) hergestellt.

Es werden nämlich Aluminiumchlorid und Wasser in die Gasphase überführt und auf einer erwärmten Oberfläche der Elektrode auf Seiten des Referenzgases aufgebracht. Beide Gase reagieren auf der erwärmten Oberfläche unter Ausbildung eines Dünnfilms mit einer Stärke, die wenigstens äquivalent zu einer einatomigen Schicht ist. Gemäß diesem Verfahren können die Materialien aufgrund ihres gasförmigen Zustands sicher die Elektrode auf Seiten des Referenzgases erreichen, welche am inneren Ende der Referenzgaskammer angeordnet ist. Dies ermöglicht die genaue Ausbildung eines Isolierdünnfilms.

Der Rest des Gasmessgliedelements dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen der gleiche wie der des in der ersten Ausführungsform erklärten Gasmessgliedelements 1, obwohl das Wasserdampf-absorbierende Element nicht vorgesehen ist.

Wie vorstehend beschrieben ist das Gasmessgliedelement diese Ausführungsform mit einem Aluminiumoxiddünnfilm bereitgestellt, welcher die Elektrode auf Seiten des Referenzgases abdeckt.

Demgemäß werden die Wassermoleküle durch die Aluminiumoxidisolierschicht blockiert, selbst wenn die Wassermoleküle auf der Elektrodenoberfläche anhaften oder sich darauf abgesetzt haben, und können nicht das feste elektrolytische Substrat erreichen. Unterdessen kann der in der Luft enthaltenen Sauerstoff aufgrund seiner kinetischen Energie die Aluminiumoxidschicht durchdringen. Somit arbeitet der Sensor in geeigneter Weise, während er effektiv eine anormale Sensorausgabe, verursacht durch einen von Wassermolekülen herrührenden Sauerstoffionenstrom, eliminieren kann.

Fünfte Ausführungsform

Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessgliedelements mit einer sehr glatten Oberfläche einer Elektrode auf Seiten des Referenzgases vor.

Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, umfasst ein Gasmessgliedelement 1b dieser Ausführungsfarm ein festes elektrolytisches Substrat 12, welches ein Element aus Zirkonium mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit ist, eine Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases 111, die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats 12 bereitgestellt ist, und eine Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112, die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats 12 bereitgestellt ist. Die Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases 111 und die Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 bestehen jeweils aus Platin. Die Zuleitungen 113 und 114 sind mit den Elektroden 111 bzw. 112 verbunden. Die Anschlüsse 115 und 116 amd mit den Zuleitungen 113 bzw. 114 verbunden.

Eine Diffusionswiderstandsschicht 14 ist auf einer Oberfläche auf Seiten des zu messenden Gases des festen elektrolytischen Substrats 12 über einen Abstandshalter 13 derart angebracht, dass sie eine Messgaskammer 120 definiert, welche die Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases 111 umgibt. Eine Abschirmschicht 15 ist auf der Diffusionswiderstandsschicht 14 aufgeschichtet, um die äußere Oberfläche der Diffusionswiderstandsschicht 14 vollständig zu bedecken.

Der Abstandshalter 13, die Diffusionswiderstandsschicht 14 und die Abschirmschicht 15 bestehen alle aus Aluminiumoxid. Die Diffusionswiderstandsschicht 14 ist ein poröses Element mit einer geeigneten Gaspermeabilität.

Ein weiterer Abstandshalter 10 ist auf einer Oberfläche auf Seiten des Referenzgases des festen elektrolytischen Substrats 12 derart vorgesehen, dass er eine Referenzgaskammer 100 definiert. Ein Heizvorrichtungssubstrat 16 ist auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Abstandshalters 10 aufgeschichtet. Ein Heizelement 160 ist in Sandwichweise zwischen dem Abstandshalter 10 und dem Heizvorrichtungssubstrat 16 angeordnet. Ein Zuleitungspaar 161 ist mit dem Heizelement 160 verbunden, um dem Heizelement 160 elektrischen Strom zu liefern. Die Anschlüsse 162 sind mit den Enden der Zuleitungen 161 verbunden.

Das vorstehend beschriebene Gasmessgliedelement 1b wird auf die folgende Art und Weise hergestellt.

Die zur Ausbildung eines Grünblatts des festen elektrolytischen Substrats 12 eingesetzten Materialien sind folgendermaßen.

Als erstes werden 94,0 mol% Zirkoniumoxid und 6,0 mol% Yttriumoxid dispergiert, um ein gemischtes Pulver zu erhalten. Dann werden 0,15 Gewichtsteile SiO₂ und 2,0 Gewichtsteile Al₂O₃ zu 100 Gewichtsteilen des gemischten Pulvers hinzugegeben, vermahlen und in einer Topfmühle für eine vorbestimmte Zeitdauer vermischt.

Als nächstes wird die erhaltene vermahlene Mischung mit einem organischen Lösungsmittel (Mischlösung aus Ethanol und Toluol), einem Bindemittel (Polyvinylbutyral) und einem Weichmacher (Dibutylphthalat) vermischt, um eine Aufschlämmung zu erhalten.

Als nächstes wird die erhaltene Aufschlämmung mit einem Rakel-Streichverfahren zur Ausgestaltung eines Blattes weiterverarbeitet. Das erhaltene Blatt wird in eine rechtwinklige Form geschnitten. Ein Durchgangsloch wird an einem vorbestimmten Bereich auf dem Blatt geöffnet. Das Durchgangsloch ist zur Durchführung der Leitung 114 der Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 zu dem Anschluss 116, der nahe dem Anschluss 115 der Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases 111 angeordnet ist, notwendig.

Dann wird eine Zirkoniumoxidhaltige Pt-Paste auf der Oberfläche des Blattes mittels eines Siebdruckverfahrens zur Ausbildung der Druckbereiche auf der Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases 111, der Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112, der Zuleitungen 113 und 114 und der Anschlüsse 115 und 116 aufgetragen. Durch die vorstehenden Verarbeitungsschritte wird das Grünblatt aus Zirkoniumoxid für das feste elektrolytische Substrat 12 erhalten.

Nachfolgend wird das Grünblatt für das feste elektrolytische Substrat 12 mittels Ausüben eines vorbestimmten Drucks darauf gepresst. Während dieses Pressvorgangs werden die Druckbereiche dem ausgeübten Druck ausgesetzt.

Ein Grünblatt für das Heizvorrichtungssubstrat 16 wird auf die folgende Weise hergestellt.

Durch Einsatz einer Warmmühle wird ein Aluminiumoxidpulver mit einer vorbestimmten Korngröße mit einem organischen Lösungsmittel (Mischlösung aus Ethanol und Toluol), einem Bindemittel (Polyvinylbutyral) und einem Weichmacher (Dibutylphthalat) vermischt, um eine Aufschlämmung zu erhalten.

Als nächstes wird die erhaltene Aufschlämmung mit einem Rakelstreichverfahren zur Ausgestaltung eines Blattes verarbeitet. Das erhaltene Blatt wird in eine rechtwinklige Form geschnitten.

Zwei Durchgangslöcher werden an Endbereichen auf dem Blatt geöffnet. Diese Durchgangslöcher sind zur Durchführung der Zuleitungen 161 des Heizelements 160 notwendig.

Dann wird eine aluminiumoxidhaltige Pt-Paste auf die Oberfläche des Blattes mittels eines Siebdruckverfahrens zur Ausbildung der Druckbereiche des Heizelements 160, der Zuleitungen 161 und der Anschlüsse 162 aufgetragen. Durch die vorstehenden Herstellungsschritte wird das Grünblatt aus Aluminiumoxid für das Heizvorrichtungssubstrat 16 erhalten.

Unterdessen wird ein weiteres Blatt hergestellt und mit den vorbestimmten Ausschnittsbereichen versehen, um die Abstandshalter 10 und 13 zu erhalten.

Ein Grünblatt für die Diffusionswiderstandsschicht 14 wird auf die folgende Weise hergestellt.

Durch Verwendung einer Warmmühle wird ein Aluminiumoxidpulver mit einer vorbestimmten Korngröße (größer als die des Isolierblattes aus Aluminiumoxid) mit einem organischen Lösungsmittel (Mischlösung aus Ethanol und Toluol), einem Bindemittel (Polyvinylbutyral) und einem Weichmacher (Dibutylphthalat) vermischt, um eine Aufschlämmung zu erhalten.

Ein Grünblatt für die Abschirmschicht 15 wird auf die folgende Art und Weise hergestellt.

Eine Aufschlämmung wird auf die gleiche Art und Weise wie bei dem Heizvorrichtungssubstrat 16 hergestellt.

Als nächste wird die erhaltene Aufschlämmung mit einem Rakelstreichverfahren zur Ausgestaltung eines Blattes verarbeitet. Das erhaltenen Blatt wird in eine rechtwinklige Form geschnitten, um das Grünblatt für die Abschirmschicht 15 zu erhalten.

Das so hergestellte Grünblatt aus Zirkoniumoxid und das Grünblatt aus Aluminiumoxid werden in einer vorbestimmten Reihenfolge (wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt) aufeinander geschichtet und zusammen gepresst, um einen Laminatkörper zu erhalten. Der gepresste Laminatkörper wird dann bei 1500°C über eine Stunde gesintert, um dadurch das Gasmessgliedelement 1b zu erhalten.

Gemäß der Beobachtung mittels eines Oberflächenrauheitsmessgeräts wurde bestätigt, dass die Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 des erhaltenen Gasmessgliedelements 1b eine Oberflächenrauheit von maximal 3 µm aufwies. Dies ist kleiner als ein Wert (5 µm und darüber) eines herkömmlichen Gasmessgliedelements.

Bei der Herstellung des Gasmessgliedelements, das gemäß dieser Ausführungsform hergestellt worden ist, wird eine Presskraft im Bereich von 10 MPa bis 70 MPa auf das feste elektrolytische Grünblatt ausgeübt. Dies ermöglicht es, die Oberfläche der Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 zu glätten. Demgemäß können Wassermoleküle nicht leicht auf der Elektrode auf Seiten des Referenzgases anhaften oder sich darauf festsetzen. Somit wird es möglich, ein Gasmessgliedelement zu erhalten, welches eine anormale Sensorausgabe, verursacht durch einen von Wassermolekülen herrührenden Sauerstoffionenstrom, effektive eliminieren kann.

Sechste Ausführungsform

Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht eine weiteres Verfahren zur Herstellung eines Gasmessgliedelements mit einer sehr glatten Oberfläche der Elektrode auf Seiten des Referenzgases vor.

Das Gasmessgliedelement dieser Ausführungsform wird auf die gleiche Art und Weise wie das der fünften Ausführungsform hergestellt. Jedoch ist das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich zur Ausbildung der Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 5 bis 10 Gew.-% ZrO₂-Körner mit einschließt, die in 100 Gew.-% der Elektrodenpaste enthalten sind.

Eine Druckkraft von 5 MPa wird auf das Grünblatt ausgeübt, nachdem die Elektrodendruckbereiche ausgebildet wurden. Obwohl der ausgeübte Druck etwas geringer als der der fünften Ausführungsform ist, ist es möglich, ein Gasmessgliedelement mit einer glattem Elektrodenoberfläche zu erhalten, die zu der der fünften Ausführungsform äquivalent ist.

Demgemäß ermöglicht die Verwendung der vorstehend beschriebenen Elektrodenpaste bei der Ausbildung des Druckbereichs der Elektrode auf Seiten des Referenzgases, dass die Oberflächenrauheit der Elektrode auf Seiten des Referenzgases effektiv reduziert wird, ohne dass der Einbau von ZrO₂-Körnern einen nachteiligen Einfluss hat. Die Oberfläche der Elektrode auf Seiten des Referenzgases wird so glatt, dass die Moleküle nicht leicht auf der Elektrode auf Seiten des Referenzgases anhaften oder sich darauf absetzen können. Es wird ermöglicht, ein Gasmessgliedelement zu erhalten, welches eine anormale Sensorausgabe, verursacht durch einen von Wassermolekülen herrührenden Sauerstoffionenstrom, effektiv eliminieren kann.

Siebte Ausführungsform

Die Fig. 9 und 10 zeigen ein Gasmessgliedelement 3 vom Zweizellentyp gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Das Gasmessgliedelement 3 umfasst zwei feste elektrolytische Blätter 12 und 31 aus Zirkoniumoxid, zwei Abstandshalter 10 und 32 und ein Heizvorrichtungssubstrat 16. Ein Pumpelektrodenpaar 311 und 312 ist auf gegenüberliegenden Oberflächen des festen elektrolytischen Blattes 31 vorgesehen. Ein feines Loch 310 zur Einführung eines zu messenden Gases in eine Messgaskammer 320 ist derart vorgesehen, dass es sich von der einen Pumpelektrode 311 zu der anderen Pumpelektrode 312 durch das feste elektrolytische Blatt 31 erstreckt. Ein Heizelement 160 ist auf der Oberfläche des Heizvorrichtungssubstrats 16 vorgesehen. Die Messgaskammer 320 ist durch den Abstandshalter 32 definiert. Die Messgaskammer 320 bildet eine Messgas-Atmosphäre rund um die Elektrode auf Seiten des Messgases 111 aus.

Die restliche Anordnung dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen die gleiche wie die der ersten Ausführungsform.

Das Gasmessgliedelement 3 dieser Ausführungsform besitzt die Fähigkeit zur Messung eines breiten Bereichs eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, und ermöglicht es deshalb, eine genaue Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung eines Automobilmotors zu realisieren.

Die Erfindung kann in mehreren Formen ausgeführt werden, ohne vom Umfang der erfindungswesentlichen Merkmale abzuweichen. Die beschriebenen vorliegendem Ausführungsformen sollen deshalb nur veranschaulichend und nicht beschränkend sein, da der Umfang der Erfindung eher durch die angehängten Ansprüche als durch die vorstehende Beschreibung definiert ist.

Alle Änderungen, die innerhalb der Grenzen der Patentansprüche fallen, oder Äquivalente solcher Grenzen sollen deshalb durch die Patentansprüche umfasst sein.

Eine Messgaselektrode 111 ist auf einer Oberfläche eines festen elektrolytischen Substrats 12 derart bereitgestellt, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Eine Elektrode auf Seiten des Referenzgases 112 ist auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats 12 derart bereitgestellt, dass sie einem in eine r Referenzgaskammer 100 gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist. Ein Wasserdampf-absorbierendes Element 11 ist in der Referenzgaskammer 100 vorgesehen.

Claims

1. Gasmessgliedelement, umfassend:
ein festes elektrolytisches Substrat (12);
eine Elektrode auf Seiten eines zu messenden Gases (111), die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist; und
eine Elektrode auf Seiten eines Referenzgases (112), die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer (100) gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Wasserdampf-absorbierendes Element (11) in der Referenzgaskammer (100) vorgesehen ist.

2. Das Gasmessgliedelement gemäß Anspruch 1, wobei das Wasserdampf-absorbierende Element (11) derart vorgesehen ist, dass es einen Innenrum der Referenzgaskammer (100) abschließt.

3. Das Gasmessgliedelement gemäß Anspruch 1, wobei das Wasserdampf-absorbierende Element (11) derart angeordnet ist, dass es die in der Referenzgaskammer (100) vorgesehene Elektrode auf Seiten des Referenzgases (112) abdeckt.

4. Das Gasmessgliedelement gemäß Anspruch 1, wobei das Wasserdampf-absorbierende Element (11) porös ausgebildet ist.

5. Das Gasmessgliedelement gemäß Anspruch 1, wobei das Wasserdampf-absorbierende Element (11) aus porösem Aluminiumoxid ausgebildet ist.

6. Gassensor mit einem Gasmessgliedelement, umfassend:
ein festes elektrolytisches Substrat (12),
eine Elektrode auf Seiten eines zu messenden Gases (111), die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist, und
eine Elektrode auf Seiten eines Referenzgases (112), die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer (100) gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist, gekennzeichnet durch,
ein zylindrisches Gehäuse (41) für den sicheren Halt des Gasmessgliedelements (40);
eine Abdeckung auf Seiten des Referenzgases (42), die am Proximalende des Gehäuses (41) vorgesehen ist und die mit einem Lufteinlassloch (420) versehen ist;
eine Abdeckung auf Seiten des zu messenden Gases (43), die an einem Distalende des Gehäuses (41) vorgesehen ist; und
ein Wasserdampfschirmbereich oder ein Wasserdampfabschirm element (11), der/das in einer sich von dem Lufteinlassloch (420) bis zu der Referenzgaskammer (100) erstreckenden Lufteinlasspassage vorgesehen ist.

7. Der Gassensor gemäß Anspruch 6, wobei der Wasserdampf abschirmbereich ein Abdeckelement darstellt, das die Lufteinlasspassage selektiv öffnen oder schließen kann.

8. Der Gassensor gemäß Anspruch 6, wobei das Wasserdampf absorbierende Element (11) porös ausgebildet ist.

9. Der Gassensor gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Referenzgaskammer (100) des Gasmessgliedelements ein mit einem Innenraum der Abdeckung auf Seiten des Referenzgases (42) in Verbindung stehendes Öffnungsende aufweist und der Wasserdampfabschirmbereich oder das Wasserdampf-absorbierende Element (11) an dem Öffnungsende der Referenzgaskammer (100) vorgesehen ist.

10. Gasmessgliedelement, umfassend:
ein festes elektrolytisches Substrat (12);
eine Elektrode auf Seiten eines zu messenden Gases (111), die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist; und
eine Elektrode auf Seiten eines Referenzgases (112), die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer (100) gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Isolierfilm auf einer Oberfläche der Elektrode auf Seiten des Referenzgases (112) vorgesehen ist.

11. Das Gasmessgliedelement gemäß Anspruch 10, wobei die Stärke des Isolierdünnfilms in einem Bereich von 1 nm bis 10 nm liegt.

12. Gasmessgliedelement, umfassend:
ein festes elektrolytisches Substrat (12);
eine Elektrode auf Seiten eines zum messenden Gases (111), die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist; und
eine Elektrode auf Seiten eines Referenzgases (112), die auf einer gegenüberliegend Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer (100) gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberflächenrauheit der Elektrode auf Seiten des Referenzgases (112) maximal 3 µm beträgt.

13. Verfahren zur Herstellung eines Gasmessgliedelements, umfassend:
ein festes elektrolytisches Substrat (12),
eine Elektrode auf Seiten eines zu messenden Gases (111), die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist, und
eine Elektrode auf Seiten eines Referenzgases (112), die auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer (100) gelagertem Referenzgas ausgesetzt ist,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Herstellen eines ersten Grünplatts zur Ausbildung des festen elektrolytischen Substrats (12) und eines zweiten Grünplatts zur Ausbildung der Referenzgaskammer (100);
Bereitstellen eines ersten Druckbereichs auf dem ersten Grünblatt zur Ausbildung der Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases (111) und eines zweiten Druckbereichs zur Ausbildung der Elektrode auf Seiten des Referenzgases (112);
Ausüben einer Druckkraft auf das erste Grünblatt;
Laminieren des ersten und des zweiten Grünblatts in einer integrierten Weise;
Zusammenpressen des ersten und des zweiten Grünblatts, um einen gepressten Laminatkörper zu erhalten; und
Sintern des gepressten Laminatkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass
die auf das erste Grünblatt ausgeübte Druckkraft in einem Bereich von 10 MPa bis 70 MPa liegt.

14. Verfahren zur Herstellung eines Gasmessgliedelements, umfassend:
ein festes elektrolytisches Substrat (12),
eine Elektrode auf Seiten eines zu messenden Gases (111), die auf einer Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem zu messenden Gas ausgesetzt ist, und
eine Elektrode auf Seiten eines Referenzgases (112), die auf der gegenüberliegenden Oberfläche des festen elektrolytischen Substrats (12) in einer Weise bereitgestellt ist, dass sie einem in einer Referenzgaskammer (100) gelagerten Referenzgas ausgesetzt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Herstellen eines ersten Grünplatts zur Ausbildung des festen elektrolytischen Substrat (12) und eines zweiten Grünplatts zur Ausbildung der Referenzgaskammer (100);
Bereitstellen eines ersten Druckbereichs auf dem ersten Grünblatt zur Ausbildung der Elektrode auf Seiten des zu messenden Gases (111) und eines zweiten Druckbereichs zur Ausbildung der Elektrode auf Seiten des Referenzgases (112);
Laminieren des ersten und des zweiten Grünplatts in einer integrierten Weise;
Zusammenpressen des ersten und des zweiten Grünplatts, um einen gepressten Laminatkörper zu erhalten;
Sintern des gepressten Laminatkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Druckbereich zur Ausbildung der Elektrode auf Seiten des Referenzgases (112) 5-10 Gew.-% ZrO₂-Körner mit einschließt, die in 100 Gew.-% der Elektrodenpaste