DE102016202218A1

DE102016202218A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102016202218A1
Application number: DE102016202218.0A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Yamada; Yoshihiro Nakano; Shiro Kakimoto
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2016-08-18

Abstract

Aufgabe: Einen Gassensor bereitzustellen, der eine Zelle umfasst, die einen Schichtaufbau aufweist, und der es ermöglicht, dass die Reaktionsfähigkeit bei plötzlichen Veränderungen in einer Messgasatmosphäre erhöht wird. Lösung: Ein Gassensor (200A) umfasst ein Grundsubstrat (30A); und eine Zelle (42x, 42y), die eine Referenzelektrode (42ax, 42ay), einen Festelektrolytkörper (42dx, 42dy) und eine Erfassungselektrode (42bx, 42by) umfasst, die in dieser Reihenfolge auf einer Oberfläche des Grundsubstrats gestapelt sind, wobei die Referenzelektrode und die Erfassungselektrode jeweils einem Messgas ausgesetzt sind. In einer Stapelrichtung der Zelle her gesehen umfasst die Referenzelektrode einen Vorsprung (42ap1, 42ap2), der in einer Radialrichtung, die zu der Stapelrichtung rechtwinklig ist, von zumindest einem Abschnitt einer Kante des Festelektrolytkörpers hervorragt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der beim Messen der Gaskonzentration einer bestimmten Komponente verwendet wird, die in einem Messgas enthalten ist.
Stand der Technik
In den letzten Jahren erregte ein Harnstoff-SCR-System (selective catalytic reduction system, selektiv-katalytisches Reduktionssystem) als Technologie zur Reinigung von Stickstoffoxiden (NO_x) Aufmerksamkeit, die in einem aus einem Verbrennungsmotor, wie etwa einem Dieselmotor, ausgestoßenen Abgas enthalten sind. Das Harnstoff-SCR-System ist ein System, das Stickstoffoxide reinigt, die in Abgas enthalten sind, indem es die Stickstoffoxide zu Stickstoff (N₂) reduziert, indem es bewirkt, dass Ammoniak (NH₃) und die Stickstoffoxide (NO_x) chemisch miteinander reagieren.
Bei dem Harnstoff-SCR-System kann, wenn die den Stickstoffoxiden zugeführte Menge an Ammoniak zu groß wird, nicht umgesetztes Ammoniak nach außen ausgestoßen werden, während das nicht umgesetzte Ammoniak im Abgas enthalten ist. Um einen solchen Ausstoß von Ammoniak zu unterdrücken, wird bei dem Harnstoff-SCR-System ein ein Sensorelement umfassender Mehrgassensor verwendet, der die Konzentration des in dem Abgas enthaltenen Ammoniaks misst, und der in der Lage ist, verschiedene Gaskonzentrationen zu messen (siehe beispielsweise PTL 1). Bei dem Harnstoff-SCR-System wird die Menge an Ammoniak, die zur Reduktion der Stickstoffoxide verwendet wird, derart eingestellt, dass die durch den Mehrgassensor gemessene Konzentration an Ammoniak, d. h. die Konzentration des Ammoniaks, das im Abgas enthalten ist, in einen vorbestimmten Bereich fällt.
Liste der Literaturstellen
Patentschriften

PTL 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-221931

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wie in 10 gezeigt, ist der Mehrgassensor, der in der oben erwähnten PTL 1 beschrieben wird, mit einer NH₃-Detektionszelle 1200 versehen, die auf der Oberfläche eines NO_x-Sensors 1100 vorgesehen ist. Die NH₃-Detektionszelle 1200 weist einen Schichtaufbau auf, bei dem eine Referenzelektrode 1220, ein Festelektrolytkörper 1240 und eine Erfassungselektrode 1260 auf der Oberfläche des NO_x-Sensors 1100 in dieser Reihenfolge gestapelt sind, und detektiert die Konzentration von Ammoniak in einem Messgas auf der Basis von Veränderungen der elektromotorischen Kraft zwischen der Referenzelektrode 1220 und der Erfassungselektrode 1260.
Genauer erreicht das Messgas eine dreiphasige Grenzfläche zwischen der Elektrode, die eine Gaspermeabilität aufweist (die Referenzelektrode 1220 oder die Erfassungselektrode 1260), und dem Festelektrolytkörper 1240, und es findet eine Reaktion zwischen den Elektroden an der dreiphasigen Grenzfläche statt, so dass sich die elektromotorische Kraft zwischen den Elektroden ändert. In diesem Fall sind ein freiliegender Grenzabschnitt S1, wo eine Grenzfläche zwischen der Elektrode 1220 und dem Festelektrolytkörper 1240 nach außen freiliegt, und ein freiliegender Grenzabschnitt S1, wo eine Grenzfläche zwischen der Elektrode 1260 und dem Festelektrolytkörper 1240 nach außen freiliegt, über den gesamten Umfang der NH₃-Detektionszelle 1200 ausgebildet; und das Messgas erreicht direkt die freiliegenden Grenzabschnitte S1 durch einen Ankunftspfad 1220Re bzw. einen Ankunftspfad 1260Re. Ferner erreicht das Messgas ebenfalls einen internen Grenzabschnitt S2 an der Grenzfläche zwischen der Elektrode 1220 und dem Festelektrolytkörper 1240 der NH₃-Detektionszelle 1200, die nicht nach außen freiliegt, und einen internen Grenzabschnitt S2 an der Grenzfläche zwischen der Elektrode 1260 und dem Festelektrolytkörper 1240 der NH₃-Detektionszelle 1200, die nicht nach außen freiliegt, durch einen Ankunftspfad 1220Ri bzw. einen Ankunftspfad 1260Ri. Wenn eine Messgasatmosphäre konstant ist, wird das Messgas den Elektroden 1220 und 1260 über die Ankunftspfade 1220Re, 1260Re, 1220Ri und 1260Ri moderat zugeführt, so dass die Konzentration von Ammoniak im Messgas präzise detektiert werden kann.
Gewöhnlich werden die Referenzelektrode 1220 und die Erfassungselektrode 1260 durch Aufdrucken auf die Oberflächen des Festelektrolytkörpers, beispielsweise mittels Paste, gebildet. Daher werden unter Berücksichtigung von Druckverschiebungen die Elektroden mit ausreichend Raum an den inneren Seiten des Festelektrolytkörpers 1240 gebildet. Daher ist, wie in 10 gezeigt, der freiliegende Grenzabschnitt S1 auf der Seite der Referenzelektrode 1220, der an einer unteren Schicht positioniert ist, durch den Festelektrolytkörper 1240 bedeckt. Wenn plötzliche Veränderungen in der Messgasatmosphäre auftreten, wird demzufolge die Ersetzung des Messgases an der Referenzelektrode 1220 an der unteren Schicht nicht ausreichend durchgeführt, weswegen die Reaktionsfähigkeit reduziert ist. Das heißt, wenn plötzliche Veränderungen in der Messgasatmosphäre auftreten, wird, wie in 10 gezeigt, das Messgas den internen Grenzabschnitten S2 der jeweiligen Elektroden 1220 und 1260 nicht rechtzeitig zugeführt, und die freiliegenden Grenzabschnitte S1, die nach außen freiliegen, werden zu Elementen, die Hauptelektrodenreaktionen starten. Da jedoch, wie oben beschrieben, der freiliegende Grenzabschnitt S1 auf der Seite der Referenzelektrode 1220 von dem Festelektrolytkörper 1240 bedeckt ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Messgas den freiliegenden Grenzabschnitt S1 auf der Seite der Referenzelektrode 1220 erreicht, weswegen die Reaktionsfähigkeit reduziert ist.
Wenn eine Endfläche der Referenzelektrode 1220, eine Endfläche des Festelektrolytkörpers 1240 und eine Endfläche der Erfassungselektrode 1260 miteinander bündig gemacht werden können, erreicht hier das Messgas ebenfalls ohne weiteres den freiliegenden Grenzabschnitt S1 auf der Seite der Referenzelektrode 1220, so dass es möglich ist, eine Verringerung der Reaktionsfähigkeit zu verhindern. Da jedoch, wie oben beschrieben, Druckverschiebungen bei der Ausbildung der Referenzelektrode 1220 und der Erfassungselektrode 1260 auftreten, müssen die Elektroden mit ausreichend Raum an den inneren Seiten des Festelektrolytkörpers 1240 gebildet werden. Daher ist es tatsächlich schwierig, die Endflächen der Strukturelemente der Zelle 1200 so auszubilden, dass sie miteinander bündig sind.
Die vorliegende Erfindung wird ausgeführt, um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor bereitzustellen, der eine Zelle umfasst, die einen Schichtaufbau aufweist, und der es ermöglicht, dass die Reaktionsfähigkeit ansteigt, wenn plötzliche Veränderungen in einer Messgasatmosphäre stattgefunden haben.
Lösung des Problems
Zu diesem Zweck umfasst ein Gassensor nach der vorliegenden Erfindung ein Grundsubstrat; und eine Zelle, die eine Referenzelektrode, einen Festelektrolytkörper und eine Erfassungselektrode umfasst, die in dieser Reihenfolge auf einer Oberfläche des Grundsubstrats gestapelt sind, wobei die Referenzelektrode und die Erfassungselektrode jeweils einem Messgas ausgesetzt sind, wobei, von einer Seite der Erfassungselektrode in einer Stapelrichtung der Zelle her gesehen, die Referenzelektrode einen Vorsprung umfasst, der in einer Radialrichtung, die zu der Stapelrichtung rechtwinklig ist, von zumindest einem Abschnitt einer Kante des Festelektrolytkörpers hervorragt.
Gemäß dem Gassensor umfasst die Referenzelektrode den Vorsprung, der von zumindest einem Abschnitt der Kante des Festelektrolytkörpers hervorragt. Dies ermöglicht es, dass der freiliegende Grenzabschnitt, wo die Grenzfläche zwischen der Referenzelektrode und dem Festelektrolytkörper nach außen freiliegt, an der Kante des Festelektrolytkörper ausgebildet ist, ohne den Festelektrolytkörper zu bedecken. Wenn plötzliche Veränderungen in der Messgasatmosphäre auftreten, wird hier der freiliegende Grenzabschnitt zu einem Abschnitt, der Hauptelektrodenreaktionen startet.
Da der freiliegende Grenzabschnitt der Referenzelektrode direkt nach außen freiliegt und das Messgas den freiliegenden Grenzabschnitt der Referenzelektrode leicht erreicht, findet, wenn plötzliche Veränderungen in der Messgasatmosphäre stattfinden, eine Ersetzung des Messgases auch an dem freiliegenden Grenzabschnitt der Referenzelektrode an der unteren Schicht in ausreichendem Maß statt. Demzufolge ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit zu steigern.
Da der Vorsprung der Referenzelektrode von dem Festelektrolytkörper hervorragt, müssen eine Endfläche des Festelektrolytkörpers und eine Endfläche der Referenzelektrode nicht miteinander bündig sein. Demzufolge ist es möglich, die Auswirkungen von Druckverschiebungen bei der Ausbildung der Referenzelektrode mittels Drucken zu reduzieren.
Der Vorsprung der Referenzelektrode kann auch in einer radialen Richtung von einem Abschnitt der Kante des Festelektrolytkörpers hervorragen, oder kann in einer radialen Richtung von der gesamten Kante des Festelektrolytkörpers hervorragen.
Ferner muss die Erfassungselektrode derart angeordnet sein, dass die Kante des Festelektrolytkörpers, von der der Vorsprung der Referenzelektrode hervorragt, nicht von der Erfassungselektrode bedeckt wird. Dementsprechend darf die Erfassungselektrode nur an dem Festelektrolytkörper ausgebildet sein, oder kann von der Kante des Elektrolytkörpers, von der der Vorsprung der Referenzelektrode hervorragt, entfernt und so vorgesehen sein, dass sie in einer radialen Richtung von dem Festelektrolytkörper hervorragt.
Bei dem Gassensor nach der vorliegenden Erfindung darf die Erfassungselektrode nur an dem Festelektrolytkörper vorgesehen sein.
Gemäß dem Gassensor kann auch bei der Erfassungselektrode ein freiliegender Grenzabschnitt, wo die Grenzfläche zwischen der Erfassungselektrode und dem Festelektrolytkörper nach außen freiliegt, über den gesamten Umfang der Erfassungselektrode ausgebildet werden, so dass, wenn plötzliche Veränderungen in der Messgasatmosphäre auftreten, es möglich ist, die Reaktionsfähigkeit weiter zu steigern. Da ferner die Erfassungselektrode von der Kante des Festelektrolytkörpers, von der der Vorsprung der Referenzelektrode hervorragt, entfernt angeordnet sein kann, ist es möglich, den Vorsprung der Referenzelektrode an einer geeigneten Stelle anzuordnen.
Bei dem Gassensor nach der vorliegenden Erfindung kann das Grundsubstrat die Form einer Platte aufweisen, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, und eine Heizvorrichtung umfassen, die einen Wärmeerzeugungsabschnitt an einem Abschnitt des Grundsubstrats umfasst, und der Vorsprung kann in einem Bereich angeordnet sein, der in einer Breitenrichtung, die zu der Längsrichtung rechtwinklig ist, durch eine Kante, und in der Längsrichtung durch eine andere Kante der Erfassungselektrode definiert ist.
Gemäß dem Gassensor tritt, da das Grundsubstrat mit der Heizvorrichtung versehen ist, die den Wärmeerzeugungsabschnitt an einem Abschnitt des Grundsubstrats umfasst, ein Temperaturgradient in der Längsrichtung am Grundsubstrat auf, der durch die Erzeugung von Wärme durch die Heizvorrichtung bewirkt wird. Indem der Vorsprung der Referenzelektrode in dem Bereich angeordnet wird, ist es jedoch in einer Zelle, die auf einem solchen Grundsubstrat angeordnet ist, möglich, den freiliegenden Grenzabschnitt der Erfassungselektrode und den freiliegenden Grenzabschnitt der Referenzelektrode an im Wesentlichen entsprechenden Stellen in der Längsrichtung anzuordnen. Daher ist es möglich, eine Verringerung der Detektionsgenauigkeit der Zelle zu verringern, die durch den Temperaturgradienten bewirkt wird.
Der Vorsprung der Referenzelektrode kann in einem Abschnitt in dem Bereich angeordnet sein, oder im gesamten Bereich.
Bei dem Gassensor nach der vorliegenden Erfindung kann das Grundsubstrat die Form einer Platte aufweisen, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, und eine Mehrzahl der Vorsprünge kann von zwei Enden des Festelektrolytkörpers in einer Breitenrichtung, die zu der Längsrichtung rechtwinklig ist, hervorragen.
Gemäß dem Gassensor ist es möglich, die freiliegenden Grenzabschnitte an zumindest zwei verschiedenen Stellen zu bilden, und plötzliche Veränderungen in der Messgasatmosphäre an den freiliegenden Grenzabschnitte zu erfassen, die an zumindest zwei Stellen angeordnet sind. Somit ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit weiter zu steigern.
Bei dem Gassensor nach der vorliegenden Erfindung können die Vorsprünge von einem Ende an einer Kante und einem Ende an einer anderen Kante des Festelektrolytkörpers in der Längsrichtung hervorragen.
Gemäß dem Gassensor können die freiliegenden Grenzabschnitte, wo die Grenzfläche zwischen der Referenzelektrode und dem Festelektrolytkörper nach außen freiliegt, nicht nur an zwei Enden an den Kanten des Festelektrolytkörpers in der Breitenrichtung angeordnet werden, sondern auch an zwei Enden an den Kanten des Festelektrolytkörpers in der Längsrichtung. Wenn plötzliche Veränderungen in der Messgasatmosphäre auftreten, findet daher die Ersetzung des Messgases auch an den freiliegenden Grenzabschnitten der Referenzelektrode an der unteren Schicht ausreichend statt. Demzufolge ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit weiter zu steigern.
Bei dem Gassensor nach der vorliegenden Erfindung kann das Grundsubstrat die Form einer Platte aufweisen, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, und zwei der Zellen können nebeneinander auf dem Grundsubstrat in einer Breitenrichtung, die zu der Längsrichtung rechtwinklig ist, angeordnet sein; und der Vorsprung jeder der zwei Zellen kann von zumindest einem inneren Ende des Festelektrolytkörpers in der Breitenrichtung hervorragen.
Gemäß dem Gassensor treten Temperaturveränderungen aufgrund der Auswirkungen der Außenatmosphäre tendenziell an einem Endabschnitt in der Breitenrichtung des Grundsubstrats auf, der sich in der Längsrichtung erstreckt. Wenn zwei Zellen nebeneinander in der Breitenrichtung auf dem Grundsubstrat angeordnet sind, ist daher, falls bewirkt wird, dass jeder Vorsprung von einem äußeren Ende des Festelektrolytkörpers seiner entsprechenden Zelle in der Breitenrichtung hervorragt, jeder Vorsprung an dem Endabschnitt des Grundsubstrats angeordnet. Daher neigt jeder Vorsprung dazu, durch die Temperaturveränderungen am Grundsubstrat beeinflusst zu werden. Indem bewirkt wird, dass jeder Vorsprung von dem inneren Ende des Festelektrolytkörpers seiner entsprechenden Zelle in der Breitenrichtung hervorragt, ist es demzufolge weniger wahrscheinlich, dass jeder Vorsprung durch die Temperaturveränderungen am Grundsubstrat beeinflusst wird. Somit ist es möglich, Verringerungen und Schwankungen der Detektionsgenauigkeiten der zwei Zellen zu reduzieren.
Bei dem Gassensor nach der vorliegenden Erfindung kann das Grundsubstrat ein NO_x-Sensor sein, der eine NO_x-Konzentration im Messgas detektiert, und der Gassensor kann einen Mehrgassensor darstellen.
Der Gassensor kann ein Mehrgassensor sein, der in der Lage ist, eine NO_x-Konzentration zusätzlich zu bestimmten Komponenten in dem Messgas durch die Zelle oder Zellen zu detektieren.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es der Gassensor, der eine mehrschichtig aufgebaute Zelle umfasst, die Reaktionsfähigkeit zu steiger, wenn plötzliche Veränderungen in einer Messgasatmosphäre auftreten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittdarstellung entlang einer Axiallinienrichtung eines Mehrgassensors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm einer Struktur eines Mehrgassensors und einer Struktur einer Gassensorsteuervorrichtung.
3 ist eine Schnittdarstellung entlang einer Breitenrichtung einer ersten Ammoniaksensoreinheit und einer zweiten Ammoniaksensoreinheit.
4 ist eine Draufsicht entlang einer Stapelrichtung der ersten Ammoniaksensoreinheit und der zweiten Ammoniaksensoreinheit.
5 ist eine Schnittdarstellung entlang der Axiallinienrichtung eines Mehrgassensors nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Schnittdarstellung entlang der Breitenrichtung einer ersten Ammoniaksensoreinheit und einer zweiten Ammoniaksensoreinheit nach der zweiten Ausführungsform.
7 ist eine Draufsicht entlang der Stapelrichtung der ersten Ammoniaksensoreinheit und der zweiten Ammoniaksensoreinheit nach der zweiten Ausführungsform.
8 ist eine Draufsicht entlang der Stapelrichtung einer ersten Ammoniaksensoreinheit und einer zweiten Ammoniaksensoreinheit nach einer dritten Ausführungsform.
9 verdeutlicht tatsächliche zeitliche Veränderungen der Ausgaben von ersten Ammoniaksensoreinheiten und zweiten Ammoniaksensoreinheiten.
10 ist eine schematische Ansicht von Messgasankunftspfaden zu einer dreiphasigen Grenzfläche einer Zelle (NH₃-Detektionszelle) eines existierenden Gassensors.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Mehrgassensor nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hiernach unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. 1 ist eine Schnittdarstellung entlang einer Richtung der Axiallinie O des Mehrgassensors. 2 ist ein Blockdiagramm einer Struktur einer Mehrgassensorvorrichtung. 3 ist eine Schnittdarstellung entlang einer Breitenrichtung eines Aufbaus einer ersten Ammoniaksensoreinheit und eines Aufbaus einer zweiten Ammoniaksensoreinheit. 4 ist eine Draufsicht entlang einer Stapelrichtung der ersten Ammoniaksensoreinheit und der zweiten Ammoniaksensoreinheit.
Der Mehrgassensor 200a entspricht einem ”Gassensor” in den Ansprüchen, und die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y entsprechen jeweils einer ”Zelle” in den Ansprüchen. Ferner entspricht eine NO_x-Sensoreinheit 30A (unten beschrieben) einem ”Grundsubstrat” in den Ansprüchen.
Die Mehrgassensorvorrichtung 400 gemäß der Ausführungsform wird in einem Harnstoff-SCR-System verwendet, das Stickstoffoxide (NO_x) reinigt, die in einem von einem Dieselmotor ausgestoßenen Abgas (Messgas) enthalten sind. Genauer misst die Mehrgassensorvorrichtung 400 die Konzentrationen von Stickstoffoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂) und Ammoniak, die in dem Abgas enthalten sind, nachdem bewirkt wurde, dass die in dem Abgas enthaltenen Ammoniak (Harnstoff) und NO_x miteinander reagiert haben.
Der Motor, bei dem die Mehrgassensorvorrichtung 400 gemäß der Ausführungsform angewendet werden soll, kann der vorgenannte Dieselmotor oder ein Benzinmotor sein, und ist nicht besonders auf bestimmte Motortypen beschränkt.
Wie in 1 gezeigt, bildet der Mehrgassensor 200A eine Anordnung mit einer Mehrgassensorelementeinheit 100A, die die Ammoniakkonzentration und die NO_x-Konzentration detektiert. Der Mehrgassensor 200A umfasst: die plattenförmige Mehrgassensorelementeinheit 100A, der sich in der Axiallinienrichtung erstreckt, eine zylindrische Metallhülse 138, die einen Gewindeabschnitt 139 (zum Befestigen eines Abgasrohrs) aufweist, der um eine Außenfläche davon ausgebildet ist, eine zylindrische Keramikhülse 106, die um die Mehrgassensorelementeinheit 100A in einer Radialrichtung angeordnet ist, ein Isolierkontaktelement 166, das so angeordnet ist, dass eine Innenwandfläche, die ein Kontaktsteckloch 168 (das sich durch das Isolierkontaktelement 166 in der Axiallinienrichtung erstreckt) definiert, einen hinteren Endabschnitt der Mehrgassensorelementeinheit 100A umgibt, und eine Mehrzahl von Verbindungsanschlüssen 110 (in 1 sind nur zwei gezeigt), die zwischen der Mehrgassensorelementeinheit 100A und dem Isolierkontaktabschnitt 166 platziert sind.
Die Metallhülse 138 ist eine im Wesentlichen zylindrische Metallhülse, die ein Durchgangsloch 154 aufweist, das sich dort hindurch in der Richtung der Axiallinie O erstreckt, und einen Sims 152, der zu einer Innenseite des Durchgangslochs 154 in der Radialrichtung vorragt. Während eine vordere Endseite der Mehrgassensorelementeinheit 100A an einem äußeren Abschnitt einer vorderen Endseite des Durchgangslochs 154 angeordnet ist und Elektrodenanschlusseinheiten 80A und 82A an einem äußeren Abschnitt einer hinteren Endseite des Durchgangslochs 154 angeordnet sind, hält die Metallhülse 138 die Mehrgassensorelementeinheit 100A im Durchgangsloch 154. Ferner ist der Sims 152 als eine nach innen gewandte, sich verjüngende Oberfläche gebildet, die bezüglich eine vertikalen Ebene in der Axiallinienrichtung geneigt ist.
Während sie die Mehrgassensorelementeinheit 100A in der Radialrichtung umgeben, sind eine Keramikhaltevorrichtung 151, Füllstoffpulverschichten 153 und 156 (können hiernach auch als ”Talkringe 153 und 156” bezeichnet werden) und die oben erwähnte Keramikhülse 106 in dieser Reihenfolge von der vorderen Endseite zu der hinteren Endseite in dem Durchgangsloch 154 der Metallhülse 138 gestapelt. Eine Fugendichtung 157 ist zwischen der Keramikhülse 106 und einem hinteren Endabschnitt 140 der Metallhülse 138 angeordnet. Eine metallische Haltevorrichtung 158 zum Halten des Talkrings 153 und der Keramikhaltevorrichtung 151 ist zwischen der Keramikhaltevorrichtung 151 und dem Sims 152 der Metallhülse 138 angeordnet. Der hintere Endabschnitt 140 der Metallhülse 138 ist derart abgedichtet, dass die Keramikhülse 106 durch die Fugendichtung 157 zur vorderen Endseite hin gedrückt wird.
Ein externes Schutzelement 142 und ein internes Schutzelement 143, die ein doppeltes Schutzelement bilden, sind an einem vorderendseitigen Außenumfang (unterer Außenumfang in 1) der Metallhülse 138 beispielsweise durch Schweißen montiert. Die Schutzelemente 142 und 143 decken einen Vorsprungsabschnitt der Mehrgassensorelementeinheit 100A ab, umfassen eine Mehrzahl von Löchern und bestehen aus einem Metall (wie etwa Edelstahl).
Ein Metallrohr 144 ist an einem hinterendseitigen Außenumfang der Metallhülse 138 befestigt. Eine Durchführungshülse 150 ist an einem hinterendseitigen Öffnungsabschnitt (oberer Öffnungsabschnitt) des Metallrohrs 144 angeordnet. Die Durchführungshülse 150 umfasst ein Leitungsdrahteinführloch 161 zum Einführen einer Mehrzahl von Leitungsdrähten 146 (in 1 werden nur drei Leitungsdrähte 146 gezeigt), die mit den Elektrodenanschlusseinheiten 80A und 82A der Mehrgassensorelementeinheit 100A elektrisch verbunden sind. Obwohl in 1 der Vereinfachung halber die Elektrodenanschlusseinheiten an der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche der Mehrgassensorelementeinheit 100A durch die Elektrodenanschlusseinheiten 80A und 82A verkörpert werden, wird tatsächlich die Anzahl der Elektrodenanschlusseinheiten in Abhängigkeit beispielsweise von der Anzahl der Elektroden der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x und der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y und der NO_x-Sensoreinheit 30A bestimmt.
Das Isolierkontaktelement 166 ist an der hinteren Endseite (in 1 die obere Seite) der Mehrgassensorelementeinheit 100A angeordnet, die von dem hinteren Endabschnitt 140 der Metallhülse 138 hervorragt. Das Isolierkontaktelement 166 ist um die Elektrodenanschlusseinheiten 80A und 82A an den hinterendseitigen vorderen und hinteren Oberflächen der Mehrgassensorelementeinheit 100A herum angeordnet. Das Isolierkontaktelement 166 weist eine zylindrische Form auf, die das Kontaktsteckloch 168 umfasst, das sich dort hindurch in der Axiallinienrichtung erstreckt, und umfasst einen Flansch 167, der sich zur Außenseite in der Radialrichtung von einer Außenfläche des Isolierkontaktelements 166 hervorragt. Das Isolierkontaktelement 166 ist in dem Metallrohr 144 angeordnet, während der Flansch 167 das Metallrohr 144 durch ein Halteelement 169 berührt. Die Verbindungsanschlüsse 110 an dem Isolierkontaktelement 166 sind mit den Elektrodenanschlusseinheiten 80A und 82A an der Mehrgassensorelementeinheit 100A elektrisch verbunden und sind mit der Außenseite über die Leitungsdrähte 146 elektrisch verbunden.
2 ist ein Blockdiagramm einer Struktur der Mehrgassensorvorrichtung 400 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zur Vereinfachung der Beschreibung zeigt 2 nur einen Querschnitt entlang der Richtung der Axiallinie O der Mehrgassensorelementeinheit 100A, die in dem Mehrgassensor 200A untergebracht ist.
Die Mehrgassensorvorrichtung 400 umfasst eine Steuervorrichtung 300 und den Mehrgassensor 200A (Mehrgassensorelementeinheit 100A), der mit der Steuervorrichtung 300 verbunden ist. Die Steuervorrichtung 300 ist an einem Fahrzeug installiert, das einen Verbrennungsmotor (Motor) umfasst (nicht gezeigt), und ist mit einer elektronischen Steuereinheit 220 (ECU, electronic control unit) elektrisch verbunden. Ein Ende jedes Leitungsdrahts, der sich von dem Mehrgassensor 200A erstreckt, ist mit einer Verbindungseinrichtung verbunden, und die Verbindungseinrichtung ist elektrisch mit einer Verbindungseinrichtung auf Seiten der Steuervorrichtung 300 verbunden.
Als Nächstes wird die Struktur der Mehrgassensorelementeinheit 100A beschrieben. Die Mehrgassensorelementeinheit 100A umfasst die NO_x-Sensoreinheit 30A, die einen Aufbau aufweist, der dem eines bekannten NO_x-Sensors ähnlich ist, und zwei Ammoniaksensoreinheiten, das heißt die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y. Wie detailliert unten beschrieben ist, sind genauer die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y auf einer Außenfläche der NO_x-Sensoreinheit 30A ausgebildet.
Die NO_x-Sensoreinheit 30A weist einen Aufbau auf, bei dem eine Isolierschicht 23e, ein erster Festelektrolytkörper 2a, eine Isolierschicht 23d, ein dritter Festelektrolytkörper 6a, eine Isolierschicht 23c, ein zweiter Festelektrolytkörper 4a und Isolierschichten 23b und 23a in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Eine erste Messkammer S1 ist zwischen dem ersten Festelektrolytkörper 2 und dem dritten Festelektrolytkörper 6a ausgebildet, und Abgas wird von außen in die erste Messkammer S1 durch einen ersten Diffusionswiderstand 8a eingeleitet, der an einem linken Ende (Einlass) der ersten Messkammer S1 angeordnet ist. Ein poröser Schutzüberzug 9 ist an einer Außenseite des ersten Diffusionswiderstands 8a angeordnet.
Von den Abschnitten der ersten Messkammer S1 ist ein zweiter Diffusionswiderstand 8b an einem dem Einlass gegenüberliegenden Ende angeordnet. Eine zweite Messkammer (entsprechend der ”NO_x-Messkammer” in der vorliegenden Erfindung) S2, die mit der ersten Messkammer S1 verbunden ist, wird auf der rechten Seite der ersten Messkammer S1 durch den zweiten Diffusionswiderstand 8b gebildet. Die zweite Messkammer S2 erstreckt sich durch den dritten Festelektrolytkörper 6a und ist zwischen dem ersten Festelektrolytkörper 2a und dem zweiten Festelektrolytkörper 4a ausgebildet.
Ein langer plattenförmiger Heizwiderstand 21, der sich in der Richtung der Axiallinie O der Mehrgassensorelementeinheit 100A erstreckt, ist zwischen den Isolierschichten 23b und 23a vergraben. Der Heizwiderstand 21 umfasst einen Wärmeerzeugungsabschnitt an seiner vorderen Endseite in der Richtung der Axiallinie O, und ist mit einem Paar Leitungen versehen, die sich von dem Wärmeerzeugungsabschnitt zur hinteren Endseite in der Axiallinienrichtung erstrecken. Der Heizwiderstand 21 und die Isolierschichten 23b und 23a entsprechen einer Heizvorrichtung in den Ansprüchen. Die Heizvorrichtung wird dazu verwendet, den Gassensor auf eine aktive Temperatur zu erwärmen, und die Leitfähigkeit von Sauerstoffionen jedes Festelektrolytkörpers zu erhöhen, um dessen Betrieb zu stabilisieren.
Jede der Isolierschichten 23a, 23b, 23c, 23d und 23e besteht hauptsächlich aus Aluminiumoxid. Die erste Diffusionswiderstand 8a und der zweite Diffusionswiderstand 8b sind jeweils aus einem porösen Material, wie etwa Aluminiumoxid, hergestellt. Der Heizwiderstand 21 ist beispielsweise aus Platin gefertigt. Der Wärmeerzeugungsabschnitt des Heizwiderstands 21 wird beispielsweise in einem gewundenen Muster geformt, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Eine erste Pumpzelle 2 umfasst den ersten Festelektrolytkörper 2a, der hauptsächlich aus Zirconiumdioxid besteht, das Sauerstoffionen leitet, und eine innere erste Pumpelektrode 2b und eine äußere erste Pumpelektrode 2c, die als eine Gegenelektrode dient, die den ersten Festelektrolytkörper 2a sandwichartig umfassen. Die innere erste Pumpelektrode 2b ist der ersten Messkammer S1 zugewandt. Die innere erste Pumpelektrode 2b und die äußere erste Pumpgegenelektrode 2c bestehen hauptsächlich aus Platin. Die Oberfläche der inneren ersten Pumpelektrode 2b ist mit einem aus einem porösen Material bestehenden Schutzüberzug 11 bedeckt.
Die Isolierschicht 23e, die einer oberen Oberfläche der äußeren ersten Pumpelektrode 2c entspricht, ist ausgehöhlt, und der ausgehöhlte Abschnitt ist mit einem porösen Material 13 gefüllt, und die äußere erste Pumpelektrode 2c und die Außenseite sind miteinander verbunden, so dass Gas (Sauerstoff) in die äußere erste Pumpelektrode 2c eintreten und sie verlassen kann.
Eine Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 6 umfasst den dritten Festelektrolytkörper 6a, der hauptsächlich aus Zirconiumdioxid besteht, und eine Erfassungselektrode 6b und eine Referenzelektrode 6c, die den dritten Festelektrolytkörper 6a sandwichartig umfassen. Die Erfassungselektrode 6b ist der ersten Messkammer S1 an einer Stelle zugewandt, die sich der inneren ersten Pumpelektrode 2b nachgeschaltet befindet. Die Erfassungselektrode 6b und die Referenzelektrode 6c bestehen hauptsächlich aus Platin.
Die Isolierschicht 23c ist derart ausgehöhlt, dass die Referenzelektrode 6c, die den dritten Elektrolytkörper 6a berührt, darin angeordnet ist. Der ausgehöhlte Abschnitt ist mit einem porösen Material gefüllt, so dass eine Referenzsauerstoffkammer 15 gebildet wird. Indem ein sehr schwacher elektrischer Strom im Vorhinein durch die Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 6 geleitet wird, indem eine Icp-Versorgungsschaltung 54 verwendet wird, wird Sauerstoff von der ersten Messkammer S1 zur Referenzsauerstoffkammer 15 geschickt und als Sauerstoffreferenz festgelegt.
Eine zweite Pumpzelle 4 umfasst den zweiten Festelektrolytkörper 4a, der hauptsächlich aus Zirconiumdioxid besteht, und eine innere zweite Pumpelektrode 4b und eine zweite Pumpgegenelektrode 4c, die eine Gegenelektrode ist, die auf einer Oberfläche des zweiten Festelektrolytkörpers 4a angeordnet sind, die der zweiten Messkammer S2 zugewandt ist. Die innere zweite Pumpelektrode 4b und die zweite Pumpgegenelektrode 4c bestehen hauptsächlich aus Platin.
Die zweite Pumpgegenelektrode 4c ist in dem ausgehölten Abschnitt der Isolierschicht 23c oberhalb des zweiten Festelektrolytkörpers 4a angeordnet und liegt der Referenzelektrode 6c gegenüber und ist der Referenzsauerstoffkammer 15 zugewandt.
Die innere erste Pumpelektrode 2b, die Erfassungselektrode 6b und die innere zweite Pumpelektrode 4b sind jeweils bezüglich eines Referenzpotentials verbunden.
Als Nächstes werden die zwei Ammoniaksensoreinheiten (Zellen), das heißt die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y, beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, weist die Mehrgassensorelementeinheit 100A die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y auf, die von einander in der Breitenrichtung getrennt sind.
Die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y sind auf der Isolierschicht 23a ausgebildet, die die Außenfläche (untere Oberfläche) der NO_x-Sensoreinheit 30A ist. Bei der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x ist genauer eine erste Referenzelektrode 42ax auf der Isolierschicht 23a ausgebildet, und ein erster Festelektrolytkörper 42dx ist auf einer Oberfläche der ersten Referenzelektrode 42ax ausgebildet. Ferner ist eine erste Erfassungselektrode 42bx auf einer Oberfläche des ersten Festelektrolytkörpers 42dx ausgebildet. Veränderungen der elektromotorischen Kraft zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax und der ersten Erfassungselektrode 42bx erlauben die Detektion der Konzentration von Ammoniak im Messgas.
Bei der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y ist auf ähnliche Weise eine zweite Referenzelektrode 42ay auf der Isolierschicht 23a ausgebildet, und ein zweiter Festelektrolytkörper 42dy ist auf einer Oberfläche der zweiten Referenzelektrode 42ay ausgebildet. Ferner ist eine zweite Erfassungselektrode 42by auf einer Oberfläche des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy ausgebildet.
Hierbei entsprechen die erste Referenzelektrode 42ax und die zweite Referenzelektrode 42ay jeweils einer ”Referenzelektrode” in den Ansprüchen. Der erste Festelektrolytkörper 42dx und der zweite Festelektrolytkörper 42dy entsprechen jeweils einem ”Festelektrolytkörper” in den Ansprüchen. Die erste Erfassungselektrode 42bx und die zweite Erfassungselektrode 42by entsprechen jeweils einer ”Erfassungselektrode” in den Ansprüchen.
Die erste Erfassungselektrode 42bx und die zweite Erfassungselektrode 42by können aus einem Material bestehen, dessen Hauptkomponente Au ist (beispielsweise 70 Masse-% oder mehr), und das Pt oder Pd enthält. Die erste Referenzelektrode 42ax und die zweite Referenzelektrode 42ay können aus nur Pt bestehen, oder aus einem Material, dessen Hauptkomponente Pt ist (beispielsweise 70 Masse-% oder mehr). Die erste Erfassungselektrode 42bx und die zweite Erfassungselektrode 42by sind jeweils eine Elektrode, bei der Ammoniakgas nicht ohne weiteres an deren Oberfläche brennt. Ammoniak reagiert mit Sauerstoffionen (das heißt, es findet eine Elektrodenreaktion statt) an einer dreiphasigen Oberfläche (unten beschrieben), und die Konzentration von Ammoniak wird detektiert.
Der erste Festelektrolytkörper 42dx und der zweite Festelektrolytkörper 42dy bestehen beispielsweise aus teilweise stabilisierten Zirconiumdioxid (YSZ).
Wie in 4 gezeigt, weisen die erste Referenzelektrode 42ax und die zweite Referenzelektrode 42ay Rechtecksformen auf, die in der Breitenrichtung lang sind (das heißt in einer Richtung, die rechtwinklig zu der Längsrichtung (der Richtung der Axiallinie O) der Mehrgassensorelementeinheit 100A). Andererseits weisen der erste Festelektrolytkörper 42dx und der zweite Festelektrolytkörper 42dy im Wesentlichen quadratische Formen auf, die kürzer sind als die erste Referenzelektrode 42ax bzw. die zweite Referenzelektrode 42ay in der Breitenrichtung. Die erste Referenzelektrode 42ax ragt von zwei Enden des ersten Festelektrolytkörpers 42dx in der Breitenrichtung hervor, so dass zwei Vorsprünge 42ap1 gebildet werden. Die zweite Referenzelektrode 42ay ragt von zwei Enden des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy in der Breitenrichtung hervor, so dass zwei Vorsprünge 42ap2 gebildet werden. In der Richtung der Axiallinie O ragen der erste Festelektrolytkörper 42dx und der zweite Festelektrolytkörper 42dy von der ersten Referenzelektrode 42ax bzw. der zweiten Referenzelektrode 42ay vor.
Der Begriff ”Radialrichtung”, die rechtwinklig zu der Stapelrichtung ist, braucht nur irgendeine Richtung sein, die rechtwinklig zu der Stapelrichtung ist. Bei der Ausführungsform entspricht der Begriff ”Radialrichtung” der Breitenrichtung.
Die erste Erfassungselektrode 42bx und die zweite Erfassungselektrode 42by weisen Rechtecksformen auf, die kleiner sind als der erste Festelektrolytkörper 42dx bzw. der zweite Festelektrolytkörper 42dy. Die erste Erfassungselektrode 42bx und die zweite Erfassungselektrode 42by sind von den Kanten des ersten Festelektrolytkörpers 42dx bzw. den Kanten des zweiten Festelektrolytkörpern 42dy nach innen hin angeordnet.
Eine Referenzelektrodenleitung 42aL1 erstreckt sich entlang der Isolierschicht 23a zur hinteren Endseite von dem Vorsprung 42ap1 an der Außenseite der ersten Referenzelektrode 42ax in der Breitenrichtung. Eine Referenzelektrodenleitung 42aL2 erstreckt sich entlang der Isolierschicht 23a zur hinteren Endseite von dem Vorsprung 42ap2 an der Außenseite der zweiten Referenzelektrode 42ay in der Breitenrichtung. Auf ähnliche Weise erstreckt sich eine Erfassungselektrodenleitung 42bL1 entlang der Isolierschicht 23a (von der sich ein Abschnitt entlang des ersten Festelektrolytkörpers 42dx erstreckt) zur hinteren Endseite vom Mittelpunkt der ersten Erfassungselektrode 42bx in der Breitenrichtung; und eine Erfassungselektrodenleitung 42bL2 erstreckt sich entlang der Isolierschicht 23a (von der sich ein Abschnitt entlang des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy erstreckt) zur hinteren Endseite vom Mittelpunkt der zweiten Erfassungselektrode 42by in der Breitenrichtung.
Dementsprechend kann, indem die erste Referenzelektrode 42ax (oder die zweite Referenzelektrode 42ay) mit den Vorsprüngen 42ap1 (oder den Vorsprüngen 42ap2) versehen werden, jeder freiliegende Grenzabschnitt S10, wo eine Grenzfläche zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax (oder der zweiten Referenzelektrode 42ay) und dem ersten Festelektrolytkörper 42dx (oder dem zweiten Festelektrolytkörper 42dy) nach außen freiliegt, an seiner entsprechenden Kante des ersten Festelektrolytkörpers 42dx (oder des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy) ausgebildet werden, ohne durch den ersten Festelektrolytkörper 42dx (oder den zweiten Festelektrolytkörper 42dy) bedeckt zu werden.
Da der jeder freiliegende Grenzabschnitt S10 direkt nach außen freiliegt und das Messgas jeden freiliegenden Grenzabschnitt S10 leicht erreicht, findet, wenn plötzliche Veränderungen in einer Messgasatmosphäre stattfinden, eine Ersetzung des Messgases auch an der ersten Referenzelektrode 42ax (oder der zweiten Referenzelektrode 42ay) an der unteren Schicht in ausreichendem Maß statt. Demzufolge ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit zu steigern.
Ferner ist die erste Erfassungselektrode 42bx (oder die zweite Erfassungselektrode 42by) von den Kanten des ersten Festelektrolytkörpers 42dx (oder des zweiten Festelektrolytkörpern 42dy) nach innen hin angeordnet. Das heißt, die erste Erfassungselektrode 42bx (oder die zweite Erfassungselektrode 42by) ist nur an dem ersten Festelektrolytkörper 42dx (oder dem zweiten Festelektrolytkörpern 42dy) angeordnet. Daher kann auch an der ersten Erfassungselektrode 42bx (oder der zweiten Erfassungselektrode 42by) jeder freiliegende Grenzabschnitt S1, wo eine Grenzfläche zwischen der ersten Erfassungselektrode 42bx (oder der zweiten Erfassungselektrode 42by) und dem ersten Festelektrolytkörper 42dx (oder dem zweiten Festelektrolytkörper 42dy) nach außen freiliegt, über den gesamten Umfang der ersten Erfassungselektrode 42bx (oder der zweiten Erfassungselektrode 42by) ausgebildet werden.
Auch in einer Referenzelektrode einer allgemeinen Zelle ragt eine Leitung, die aus der Referenzelektrode herausgeführt wird und mit einer externen Schaltung elektrisch verbunden wird, aus dem Festelektrolytkörper hervor. Um jedoch zu bewirken, dass es tatsächlich stattfindet, dass die dreiphasige Grenzfläche (die oben beschriebenen freiliegenden Grenzabschnitte S10), die Elektrodenreaktionen verursachen, an dem Festelektrolytkörper freiliegen, werden in der vorliegenden Erfindung die Vorsprünge an jeder Referenzelektrode selbst ausgebildet, und nicht an jeder Leitung.
Daher werden die erste Referenzelektrode 42ax oder die zweite Referenzelektrode 42ay (die jeweils hier als ”Elektrode” bezeichnet werden) und die Referenzelektrodenleitung 42aL1 oder die Referenzelektrodenleitung 42aL2 (die jeweils hier als ”Leitung” bezeichnet werden), voneinander bezüglich der Form, des Materials oder der Dichte unterschieden. Beispielsweise kann ein Abschnitt jeder Elektrode, der schmaler ist als ein schmalster Abschnitt jeder Elektrode an einem Abschnitt, der den Festelektrolytkörper überlappt, die Leitung sein. Durch Hinzufügen des Materials jedes Festelektrolytkörpers (Beimischmaterial) zum entsprechenden Elektrodenmaterial, um beispielsweise die Klebefähigkeit mit dem entsprechenden Festelektrolytkörper zu erhöhen, kann alternativ ein Abschnitt, der einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, die entsprechende Elektrode sein, und ein Abschnitt, der einen elektrischen Widerstand aufweist, der kleiner ist als der hohe elektrischen Widerstand, kann die entsprechende Leitung sein. Um das Messgas zu übertragen, kann ebenfalls alternativ ein Abschnitt, der eine geringe Dichte (hohe Porosität) aufweist, die entsprechende Elektrode sein, und ein Abschnitt, der eine Dichte aufweist, die höher ist als die geringe Dichte, kann die entsprechende Leitung sein. Die Breite jeder Leitung bezieht sich auf eine Breite in einer Richtung, die zu einem Pfad des Flusses von elektrischem Strom durch jede Leitung rechtwinklig ist.
Da beispielsweise in 4 die Breite des schmalsten Abschnitts der ersten Referenzelektrode 42ax (oder der zweiten Referenzelektrode 42ay) an einem Abschnitt, an dem er den ersten Festelektrolytkörper 42dx (oder den zweiten Festelektrolytkörper 42dy) überlappt, W1 ist (Breite in der Richtung der Axiallinie O), ist ein Abschnitt, der schmaler als W1 ist (der Abschnitt, dessen Breite in der Breitenrichtung W2 ist), die Referenzelektrodenleitung 42aL1 (oder die Referenzelektrodenleitung 42aL2).
Bei der Ausführungsform weist der NO_x-Gassensor 30A, der das Grundsubstrat bildet, die Form einer Platte auf, die sich in der Längsrichtung (Richtung der Axiallinie O) erstreckt, und umfasst die Heizvorrichtung. Da die Heizvorrichtung (genauer, der Heizwiderstand 21) den Wärmeerzeugungsabschnitt an einem Abschnitt davon in der Richtung der Axiallinie O umfasst, tritt an der NO_x-Sensoreinheit 30A ein Temperaturgradient (Verteilung) in der Längsrichtung (der Richtung der Axiallinie O) auf, der durch die Erzeugung von Wärme durch die Heizvorrichtung bewirkt wird.
Indem die Vorsprünge 42ap1 (oder die Vorsprünge 42ap2) in einem Bereich R angeordnet werden, der in der Breitenrichtung durch ein vorderes Ende 42bf und ein hinteres Ende 42be der ersten Erfassungselektrode 42bx (oder der zweiten Erfassungselektrode 42by) definiert wird, können daher die erste Erfassungselektrode 42bx (oder die zweite Erfassungselektrode 42by) und die erste Referenzelektrode 42ax (oder die zweite Referenzelektrode 42ay) an im Wesentlichen entsprechenden Stellen in der Längsrichtung (der Richtung der Axiallinie O) angeordnet werden. Daher ist es möglich, eine Verringerung der Detektionsgenauigkeit der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x und der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y zu verringern, die durch den Temperaturgradienten an der NO_x-Sensoreinheit 30A bewirkt wird.
Bei der Ausführungsform ragen die Vorsprünge 42ap1 (oder die Vorsprünge 42ap2) von den zwei Enden des ersten Festelektrolytkörpers 42dx (oder des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy) in der Breitenrichtung hervor. Daher ist es möglich, die freiliegenden Grenzabschnitte S10 an zumindest zwei verschiedenen Stellen zu bilden, und plötzliche Veränderungen in der Messgasatmosphäre an den freiliegenden Grenzabschnitte S10 zu erfassen, die an zumindest zwei Stellen angeordnet sind. Somit ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit weiter zu steigern.
Des Weiteren sind die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y zusammen mit einem porösen Schutzüberzug 23g bedeckt.
Der Schutzüberzug 23g verhindert, dass vergiftende Substanzen an der ersten Erfassungselektrode 42bx und der zweiten Erfassungselektrode 42y anhaften, und stellt die Diffusionsrate des Messgases ein, das von außen in die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y strömt. Der Schutzüberzug 23g besteht beispielsweise aus zumindest einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Aluminiumoxid, Spinel (MgAl₂O₄), Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und Mullit besteht. Die Diffusionsrate des Messgases, die auf dem Schutzüberzug 23g basiert, wird eingestellt, indem beispielsweise das Kombinationsverhältnis, die Porosität, die Partikelgrößenverteilung, die Partikelgröße und die Dicke des Schutzüberzugs 23g eingestellt werden.
Der Schutzüberzug 23g kann wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen sein, oder beispielsweise können die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y freiliegen, ohne den Schutzüberzug 23g bereitzustellen, so dass der Aufbau nicht besonders darauf beschränkt ist. Wenn das Empfindlichkeitsverhältnis zwischen der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x und der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y durch den Schutzüberzug 23g eingestellt werden soll, können die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y in einer anderen Ausführungsform jeweils mit einem Schutzüberzug versehen werden.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 ein beispielhafter Aufbau der Steuervorrichtung 300 beschrieben. Die Steuervorrichtung 300 umfasst eine analoge Steuerschaltung 59 und einen Mikrocomputer 60, die auf einer Schaltplatine montiert sind. Der Mikrocomputer 60 steuert die gesamte Steuervorrichtung 300 und umfasst eine CPU (Central Processing Unit, Zentralprozessor) 61, ein RAM 62, ein ROM 63, eine Signaleingabe-/-ausgabeeinheit 64, einen A/D-Wandler 65 und einen Taktgeber (nicht gezeigt). Ein Programm, das zuvor beispielsweise in einem ROM gespeichert wurde, wird durch die CPU ausgeführt.
Die Steuerschaltung 59 umfasst eine Referenzspannungsvergleichsschaltung 51, eine Ip1-Treiberschaltung 52, eine Vs-Detektionsschaltung 53, die Icp-Versorgungsschaltung 54, eine Ip2-Detektionsschaltung 55, eine Vp2-Anlegeschaltung 56, eine Heizvorrichtungstreiberschaltung 57, und eine erste Detektionsschaltung 58a für elektromotorische Kraft und eine zweite Detektionsschaltung 58b für elektromotorische Kraft, die die elektromotorische Kraft der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x und die elektromotorische Kraft der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y detektieren.
Die Steuerschaltung 59 steuert die NO_x-Sensoreinheit 30A und detektiert einen ersten Pumpstrom Ip1 und einen zweiten Pumpstrom Ip2, die durch die NO_x-Sensoreinheit 30A fließen, und gibt die detektierten Ströme Ip1 und Ip2 an den Mikrocomputer 60 aus.
Die erste Detektionsschaltung 58a für elektromotorische Kraft detektiert die Ammoniakkonzentrationsausgabe (elektromotorische Kraft) zwischen den Elektroden der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x, und die zweite Detektionsschaltung 58b für elektromotorische Kraft detektiert die Ammoniakkonzentrationsausgabe (elektromotorische Kraft) zwischen den Elektroden der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y, um die detektierten Ammoniakkonzentrationsausgaben an den Mikrocomputer 60 auszugeben.
Genauer ist die äußere erste Pumpelektrode 2c der NO_x-Sensoreinheit 30A mit der Ip1-Treiberschaltung 52 verbunden, und die Referenzelektrode 6c ist parallel mit der Vs-Detektionsschaltung 53 und der Icp-Versorgungsschaltung 54 verbunden. Die zweite Pumpgegenelektrode 4c ist parallel mit der Ip2-Detektionsschaltung 55 und der Vp2-Anlegeschaltung 56 verbunden. Die Heizvorrichtungsschaltung 57 ist mit der Heizvorrichtung (genauer mit dem Heizwiderstand 21) verbunden.
Das Paar Elektroden 42ax und 42bx der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x ist mit der ersten Detektionsschaltung 58a für elektromotorische Kraft verbunden. Das Paar Elektroden 42ay und 42by der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y ist auf ähnliche Weise mit der zweiten Detektionsschaltung 58b für elektromotorische Kraft verbunden.
Jeder der Schaltungen 51 bis 57 hat die folgenden Funktionen.
Während der erste Pumpstrom Ip1 durch die Ip1-Treiberschaltung 52 einer Stelle zwischen der inneren ersten Pumpelektrode 2b und der äußeren ersten Pumpelektrode 2c zugeführt wird, detektiert die Ip1-Treiberschaltung 52 den ersten Pumpstrom Ip1, wenn er zugeführt wird.
Die Vs-Detektionsschaltung 53 detektiert eine Spannung Vs zwischen der Erfassungselektrode 6b und der Referenzelektrode 6c, und gibt das Detektionsergebnis an die Referenzspannungsvergleichsschaltung 51 aus.
Die Referenzspannungsvergleichsschaltung 51 vergleicht eine Referenzspannung (wie etwa 425 mV) und den Ausgang (Spannung Vs) der Vs-Detektionsschaltung 53 und gibt das Vergleichsergebnis an die Ip1-Treiberschaltung 52 aus. Die Ip1-Treiberschaltung 52 steuert die Richtung und Größenordnung des Flusses des Ip1-Stroms derart, dass die Spannung Vs zu der Referenzspannung gleich wird, und stellt die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer S1 so ein, dass sie NO_x nicht zersetzt.
Die Icp-Versorgungsschaltung 54 erlaubt es, dass ein sehr schwache Strom Icp zwischen der Erfassungselektrode 6b und der Referenzelektrode 6c fließt, dass Sauerstoff in die Referenzsauerstoffkammer 15 von der ersten Messkammer S1 fließt, und setzt die Referenzelektrode 6c einer vorbestimmten Sauerstoffkonzentration aus, die als Referenz dient.
Die Vp2-Anlegeschaltung 56 legt eine bestimmte Spannung Vp2 (wie etwa 450 mV), die es ermöglicht, dass NO_x-Gas im Messgas zu Sauerstoff und N₂-Gas zersetzt wird, an einer Stelle zwischen der inneren zweiten Pumpelektrode 4b und der zweiten Pumpgegenelektrode 4c an, und zersetzt NO_x zu Stickstoff und Sauerstoff.
Wenn der durch die Zersetzung von NO_x erzeugte Sauerstoff aus der zweiten Messkammer S2 durch den zweiten Festelektrolytkörper 4a zur zweiten Pumpgegenelektrode 4c hin gepumpt wird, detektiert die Ip2-Detektionsschaltung 55 den zweiten Pumpstrom Ip2, der durch die zweite Pumpzelle 4 fließt.
Die Ip1-Treiberschaltung 52 gibt den Wert des detektierten ersten Pumpstroms Ip1 an den A/D-Wandler 65 aus. Die Ip2-Detektionsschaltung 55 gibt den Wert des detektierten zweiten Pumpstroms Ip2 an den A/D-Wandler 65 aus.
Der A/D-Wandler 65 digitalisiert diese Werte, und gibt die digitalisierten Werte durch die Signaleingabe-/-ausgabeeinheit 64 an die CPU 61 aus.
Als Nächstes wird ein Beispiel für die Steuerung beschrieben, die mittels der Steuerschaltung 59 durchgeführt wird. Wenn ein Motor den Betrieb startet und elektrische Energie von einer externen Energieversorgung erhält, arbeitet die Heizvorrichtung zunächst durch die Heizvorrichtungsschaltung 57, und die erste Pumpzelle 2, die Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 6 und die zweite Pumpzelle 4 werden auf eine Aktivierungstemperatur erwärmt. Die Icp-Versorgungsschaltung 54 erlaubt es, dass der sehr schwache Strom Icp zwischen der Erfassungselektrode 6b und der Referenzelektrode 6c fließt, dass Sauerstoff in die Referenzsauerstoffkammer 15 von der ersten Messkammer S1 fließt, und dass eine Sauerstoffreferenz festgelegt wird.
Wenn die Heizvorrichtung die NO_x-Sensoreinheit 30A auf eine geeignete Temperatur erwärmt, werden die Temperaturen der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x und der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y an der NO_x-Sensoreinheit 30A auch auf gewünschte Temperaturen angehoben.
Wenn jede Zelle auf die Aktivierungstemperatur erwärmt ist, pumpt die erste Pumpzelle 2 den Sauerstoff in dem Messgas (Abgas), der in die erste Messkammer S1 geströmt ist, von der inneren ersten Pumpelektrode 2b zur äußeren ersten Pumpelektrode 2c hin.
Zu diesem Zeitpunkt entspricht die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer S1 der Elektrode-Elektrode-Spannung (Anschluss-Anschluss-Spannung) Vs der Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 6. Damit die Elektrode-Elektrode-Spannung Vs zu der vorgenannten Referenzspannung wird, steuert daher die Ip1-Treiberschaltung 52 den ersten Pumpstrom Ip1, der durch die erste Pumpzelle 2 fließt, und stellt die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer S1 so ein, dass sie NO_x nicht zersetzt.
Das Messgas, dessen Sauerstoffkonzentration eingestellt wurde, strömt weiter zu der zweiten Messkammer S2. Dann legt die Vp2-Anlegeschaltung 56 als die Elektrode-Elektrode-Spannung (Anschluss-Anschluss-Spannung) der zweiten Pumpzelle 4 die bestimmte Spannung Vp2 an (das heißt eine Spannung, die höher ist als der Wert einer Steuerspannung der Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 6), was es ermöglicht, dass NO_x-Gas in dem Messgas zu Sauerstoff und N₂-Gas zersetzt wird, und zersetzt NO_x zu Stickstoff und Sauerstoff. Um den durch die Zersetzung des NO_x erzeugten Sauerstoff aus der zweiten Messkammer S2 zu pumpen, fließt der zweite Pumpstrom Ip2 durch die zweite Pumpzelle 4. Da eine lineare Beziehung zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und der NO_x-Konzentration besteht, kann hierbei die NO_x-Konzentration im Messgas dadurch detektiert werden, dass bewirkt wird, dass die Ip2-Detektionsschaltung 55 den zweiten Pumpstrom Ip2 detektiert.
Die erste Detektionsschaltung 58a für elektromotorische Kraft detektiert die Ammoniakkonzentrationsausgabe (elektromotorische Kraft) zwischen dem Paar Elektroden 42ax und 42bx, und die zweite Detektionsschaltung 58b für elektromotorische Kraft detektiert die Ammoniakkonzentrationsausgabe (elektromotorische Kraft) zwischen dem Paar Elektroden 42ay und 42by, so dass die Ammoniakkonzentration in dem Messgas wie unten beschrieben detektiert werden kann.
Als Nächstes wird der Prozess zur Berechnung verschiedener Gaskonzentrationen durch den Mikrocomputer 60 der Steuervorrichtung 300 beschrieben.
Zunächst ist der Grund, warum zwei Ammoniaksensoreinheiten, das heißt die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y, vorgesehen sind, wie folgt. Das heißt, die Ammoniaksensoreinheiten detektieren nicht nur Ammoniak, sondern auch NO₂. Wenn ein NO₂-Gas in dem Messgas zusätzlich zu dem Ammoniak enthalten ist, werden daher die Detektionsgenauigkeiten des Ammoniaks verringert. Wenn zwei Ammoniaksensoreinheiten mit verschiedenen Verhältnissen zwischen der Empfindlichkeit bezüglich Ammoniak und der Empfindlichkeit bezüglich NO_x vorgesehen sind, werden separate Empfindlichkeitswerte von den zwei Ammoniaksensoreinheiten bezüglich zweiter unbekannter Konzentrationen detektiert, das heißt, die Konzentration von Ammoniakgas und die Konzentration von NO₂-Gas. Demzufolge ist es möglich, die Konzentration von Ammoniakgas und die Konzentration von NO₂-Gas zu berechnen. Hierbei bezieht sich das Verhältnis zwischen der Empfindlichkeit bezüglich Ammoniak und der Empfindlichkeit bezüglich NO_x jeder Ammoniaksensoreinheit auf das Verhältnis der Detektionsempfindlichkeit von Ammoniak bezüglich der Gesamtempfindlichkeit (die Empfindlichkeit bezüglich Ammoniak und die Empfindlichkeit bezüglich NO_x), die durch jede Ammoniaksensoreinheit detektiert wird. Da in der Ausführungsform die Ammoniaksensoreinheiten kein NO-Gas detektieren, wird bestimmt, dass ”das Verhältnis zwischen der Empfindlichkeit bezüglich Ammoniak und der Empfindlichkeit bezüglich NO_x einer Ammoniaksensoreinheit” = ”das Verhältnis zwischen der Empfindlichkeit bezüglich Ammoniak und der Empfindlichkeit bezüglich NO₂ eines Ammoniaksensors”. Wenn die Ammoniaksensoreinheiten kein NO₂-Gas detektieren, kann bestimmt werden, dass ”das Verhältnis zwischen der Empfindlichkeit bezüglich Ammoniak und der Empfindlichkeit bezüglich NO_x einer Ammoniaksensoreinheit” = ”das Verhältnis zwischen der Empfindlichkeit bezüglich Ammoniak und der Empfindlichkeit bezüglich NO eines Ammoniaksensors”.
Das heißt, die Sensorausgabe jeder Ammoniaksensoreinheit wird durch F(x, y, D) ausgedrückt, wobei x: Ammoniakkonzentration, y: NO₂-Gaskonzentration, und D: O₂-Konzentration. Wenn zwei NO₂-Sensoreinheiten verwendet werden, die die vorgenannten Empfindlichkeitsverhältnissen aufweisen, die sich voneinander unterscheiden, erhält man zwei Formeln, das heißt F1(mx, ny, D) und F2(sx, ty, D) (wobei m, n, s, und t Koeffizienten sind). Da F1, F2 und D aus den Sensorausgaben erhalten werden, müssen die beiden Unbekannten (x, y) nur aus den zwei Formeln bestimmt werden. Genauer können die beiden Unbekannten berechnet werden, indem y aus den beiden Formeln eliminiert wird und Formeln für x erhalten werden, wie in den Formeln (1) bis (3), die unten beschrieben werden.
Als Nächstes werden die Detektion von Ammoniak und NO₂ durch die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y und die Berechnung der NO₂-Konzentration und der Ammoniakkonzentration detailliert beschrieben.
Eine elektromotorische Kraft wird zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax und der ersten Erfassungselektrode 42bx der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x in Abhängigkeit von der Konzentration von Ammoniak, die in dem Messgas enthalten ist, erzeugt. Die erste Detektionsschaltung 58a für elektromotorische Kraft detektiert als eine erste elektromotorische Kraft des Ammoniaks die elektromotorische Kraft, die zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax und der ersten Erfassungselektrode 42bx erzeugt wird. In ähnlicher Weise wird eine elektromotorische Kraft zwischen der zweiten Referenzelektrode 42ay und der zweiten Erfassungselektrode 42by der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42x in Abhängigkeit von der Konzentration von Ammoniak erzeugt. Die zweite Detektionsschaltung 58a für elektromotorische Kraft detektiert als eine zweite elektromotorische Kraft des Ammoniaks die elektromotorische Kraft, die zwischen der zweiten Referenzelektrode 42ay und der zweiten Erfassungselektrode 42by erzeugt wird.
Hierbei werden verschiedene einzelne Daten (Beziehungsausdrücke) im ROM 63 des Mikrocomputers 60 gespeichert. Die CPU 61 liest die verschiedenen einzelnen Daten aus dem ROM 63 aus und führt verschiedene Berechnungen basierend auf dem Wert des ersten Pumpstroms Ip1, dem Wert des zweiten Pumpstroms Ip2, der ersten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der zweiten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks aus.
Hierbei speichert das ROM 63 ”den Beziehungsausdruck zwischen der ersten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der ersten Ammoniakkonzentrationsausgabe”, ”den Beziehungsausdruck zwischen der zweiten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe”, ”den Beziehungsausdruck zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1 und der O₂-Konzentrationsausgabe”, ”den Beziehungsausdruck zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und der NO_x-Konzentrationsausgabe”, ”den Beziehungsausdruck der ersten Ammoniakkonzentrationsausgabe, der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe und der O₂-Konzentrationsausgabe in Bezug zu der korrigierten Ammoniakkonzentrationsausgabe” (siehe unten stehender Korrekturausdruck (1)), ”den Beziehungsausdruck der ersten Ammoniakkonzentrationsausgabe, der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe und der O₂-Konzentrationsausgabe in Bezug zu der korrigierten NO₂-Konzentrationsausgabe” (Korrekturausdruck (2)) und ”den Beziehungsausdruck der NO_x-Konzentrationsausgabe, der korrigierten Ammoniakkonzentrationsausgabe und der korrigierten NO₂-Konzentrationsausgabe in Bezug zu der korrigierten NO_x-Konzentrationsausgabe” (Korrekturausdruck (3)).
Die verschiedenen einzelnen Daten können als vorbestimmte Beziehungsausdrücke festgelegt sein, wie die oben beschriebenen, und müssen es nur erlauben, dass Berechnungen von verschiedenen Gaskonzentrationen auf der Basis der Ausgaben der Sensoren beispielweise als eine Tabelle festgelegt werden. Alternativ können verschiedene einzelne Daten Werte sein, die erhalten werden, indem bekannte Gasmodelle mit Gaskonzentrationen verwendet werden, die im Vorhinein bekannt sind (wie etwa Beziehungsausdrücke oder Tabellen).
”Der Beziehungsausdruck zwischen der ersten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der ersten Ammoniakkonzentrationsausgabe” und ”der Beziehungsausdruck der zweiten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe” drücken die Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft des Ammoniaks, die von der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x ausgegeben wird, und der Ammoniakkonzentrationsausgabe, die die Konzentration von Ammoniak im Messgas betrifft, und die Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft des Ammoniaks, die von der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y ausgegeben wird, und der Ammoniakkonzentrationsausgabe, die die Konzentration von Ammoniak im Messgas betrifft, aus.
”Der Beziehungsausdruck zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1 und der O₂-Konzentrationsausgabe” drückt die Beziehung zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1 und der Konzentration von O₂ im Messgas aus.
”Der Beziehungsausdruck zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und der NO_x-Konzentrationsausgabe” drückt die Beziehung zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und der Konzentration von NO_x im Messgas aus.
”Der Beziehungsausdruck der ersten Ammoniakkonzentrationsausgabe, der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe und der O₂-Konzentrationsausgabe in Bezug zu der korrigierten Ammoniakkonzentrationsausgabe” drückt die Beziehung zwischen den ersten und zweiten Ammoniakkonzentrationsausgaben, die durch die NO₂-Konzentration und die Sauerstoffkonzentration beeinflusst werden, in Bezug zu der korrigierten Ammoniakkonzentrationsausgabe aus, aus der die Wirkungen der NO₂-Konzentration und der Sauerstoffkonzentration entfernt wurden.
”Der Beziehungsausdruck der ersten Ammoniakkonzentrationsausgabe, der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe und der O₂-Konzentrationsausgabe in Bezug zu der korrigierten NO₂-Konzentrationsausgabe” drückt die Beziehung der NO₂-Konzentrationsausgabe, die durch die Ammoniakkonzentration und die Sauerstoffkonzentration beeinflusst werden, in Bezug zu der korrigierten NO₂-Konzentrationsausgabe aus, aus der die Wirkungen der Ammoniakkonzentration und der Sauerstoffkonzentration entfernt wurden.
”Der Beziehungsausdruck der NO_x-Konzentrationsausgabe, der korrigierten Ammoniakkonzentrationsausgabe und der korrigierten NO₂-Konzentrationsausgabe in Bezug zu der korrigierten NO_x-Konzentrationsausgabe” drückt die Beziehung zwischen der NO_x-Konzentrationsausgabe, die durch die NO₂-Konzentration und die Ammoniakkonzentration beeinflusst werden, in Bezug zu der genauen, korrigierten NO_x-Konzentrationsausgabe aus, aus der die Wirkungen der NO₂-Konzentration und der Ammoniakkonzentration entfernt wurden.
Als Nächstes werden Berechnungen beschrieben, die durch die CPU 61 des Mikrocomputers 60 durchgeführt werden, um die NO_x-Konzentration und die Ammoniakkonzentration basierend auf dem ersten Pumpstrom Ip1, dem zweiten Pumpstrom Ip2, der ersten elektromotorischen Kraft EMF des Ammoniaks und der zweiten elektromotorischen Kraft EMF des Ammoniaks zu bestimmen.
Wenn der erste Pumpstrom Ip1, der zweite Pumpstrom Ip2, die erste elektromotorische Kraft des Ammoniaks und die zweite elektromotorische Kraft des Ammoniaks eingegeben werden, führt die CPU 61 Berechnungen aus, um die O₂-Konzentrationsausgabe, die NO_x-Konzentrationsausgabe die erste Ammoniakkonzentrationsausgabe und die zweite Ammoniakkonzentrationsausgabe zu bestimmen. Genau liest die CPU 61 aus dem ROM 63 ”den Beziehungsausdruck zwischen der ersten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der ersten Ammoniakkonzentrationsausgabe”, ”den Beziehungsausdruck zwischen der zweiten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe”, ”den Beziehungsausdruck zwischen dem ersten Pumpstrom Ip1 und der O₂-Konzentrationsausgabe” und ”den Beziehungsausdruck zwischen dem zweiten Pumpstrom Ip2 und der NO_x-Konzentrationsausgabe” aus, und führt Berechnungen an den verschiedenen Konzentrationsausgaben durch, indem sie die Beziehungsausdrücke verwendet.
”Der Beziehungsausdruck zwischen der ersten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der ersten Ammoniakkonzentrationsausgabe” und ”der Beziehungsausdruck zwischen der zweiten elektromotorischen Kraft des Ammoniaks und der zweiten Ammoniakkonzentrationsausgabe”, sind so festgelegt, dass die Konzentrationen von Ammoniak im Messgas und die Ammoniakkonzentrationsumwandlungsausgaben der Sensoren sich allgemein in einer linearen Beziehung innerhalb der gesamten EMF befinden, die durch die erste Ammoniaksensoreinheit 42x und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y in einer Betriebsumgebung ausgegeben werden können. Durch die Durchführung einer Umwandlung unter Verwendung derartiger Umwandlungsformeln ist es möglich, Berechnungen unter der Verwendung der Neigung durchzuführen und Veränderungen in späteren Korrekturformeln zu kompensieren.
Wenn die O₂-Konzentrationsausgabe, die NO_x-Konzentrationsausgabe, die erste Ammoniakkonzentrationsausgabe und die zweite Ammoniakkonzentrationsausgabe bestimmt werden, bestimmt die CPU die Konzentration von NO_x und die Konzentration von Ammoniak in dem Messgas, indem sie Berechnungen unter Verwendung der unten beschriebenen Korrekturformeln durchführt. Korrekturformel (1): x = F(A, B, D) = (eA – c)·(jB – h – fA + d)/(eA – c – iB + g) + fA – d Korrekturformel (2): y = F'(A, B, D) = (jB – h – fA + d)/(eA – c – iB + g) Korrekturformel (3): z = C – ax + by
Hier bezeichnet x die Ammoniakkonzentration, y bezeichnet die NO₂-Konzentration und z bezeichnet die NO_x-Konzentration an. Ferner bezeichnet A die erste Ammoniakkonzentrationsausgabe, B bezeichnet die zweite Ammoniakkonzentrationsausgabe, C bezeichnet die NO_x-Konzentrationsausgabe und D bezeichnet die O₂-Konzentrationsausgabe. Ferner drücken F und F' in den Formeln (1) und (2) aus, dass x eine Funktion von (A, B, D) ist. Ferner bezeichnen a und b Korrekturkoeffizienten, und c, d, e, f, g, h, i, und j bezeichnen Koeffizienten, die unter Verwendung der O₂-Konzentrationsausgabe D berechnet wurden (durch D bestimmte Koeffizienten).
Wenn eine Berechnung ausgeführt wird, indem die erste Ammoniakkonzentrationsausgabe (A), die zweite Ammoniakkonzentrationsausgabe (B), die NO_x-Konzentrationsausgabe (C) und die O₂-Konzentrationsausgabe in die vorgenannten Korrekturformeln (1) bis (3) eingesetzt werden, werden die Konzentration von NO_x und die Konzentration von Ammoniak bestimmt.
Die Korrekturformeln (1) und (2) sind Formeln, die auf der Basis der Charakteristiken der ersten Ammoniaksensoreinheit 42ax und der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y bestimmt werden, und die Korrekturformel (3) ist eine Formel, die auf der Basis der NO_x-Sensoreinheit bestimmt wird. Die Formeln (1) bis (3) sind nur Beispiele. Dementsprechend können abhängig von Gasdetektionscharakteristiken beispielsweise andere Korrekturformeln oder andere Koeffizienten gegebenenfalls verwendet werden.
Durch das oben Stehende ist es durch die Verwendung des Mehrgassensors 200A nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch in einer Umgebung, in der Ammoniak und NO_x koexistieren und sich die Sauerstoffkonzentration verändert, möglich, den Ammoniak und das NO_x zu trennen und präzise Detektionen durchzuführen.
Als Nächstes wird ein Mehrgassensor (Gassensor) nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 beschrieben. Der Mehrgassensor nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist derselbe wie der nach der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Strukturen und die Anordnung von zwei Ammoniaksensoreinheiten (Zellen), das heißt einer ersten Ammoniaksensoreinheit 42x1 und einer zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y1, sich unterscheiden. Daher werden die strukturellen Merkmale entsprechender Abschnitte nicht beschrieben.
Wie in 5 gezeigt, sind die erste Ammoniaksensoreinheiten 42x1 und 42y1 auf einer Oberfläche einer Isolierschicht 23e ausgebildet, die eine Außenfläche (obere Oberfläche) einer NO_x-Sensoreinheit 30A ist.
Wie in 6 gezeigt ist, ist bei der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x1 genauer eine erste Referenzelektrode 42ax1 auf der Isolierschicht 23e ausgebildet, und ein erster Festelektrolytkörper 42dx1 ist auf einer Oberfläche der ersten Referenzelektrode 42ax1 ausgebildet. Ferner ist eine erste Erfassungselektrode 42bx1 auf einer Oberfläche des ersten Festelektrolytkörpers 42dx1 ausgebildet. Veränderungen der elektromotorischen Kraft zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax1 und der ersten Erfassungselektrode 42bx1 erlauben die Detektion der Konzentration von Ammoniak in einem Messgas.
Bei der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y1 ist auf ähnliche Weise eine zweite Referenzelektrode 42ay1 auf der Isolierschicht 23e ausgebildet, und ein zweiter Festelektrolytkörper 42dy1 ist auf einer Oberfläche der zweiten Referenzelektrode 42ay1 ausgebildet. Ferner ist eine zweite Erfassungselektrode 42by1 auf einer Oberfläche des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy1 ausgebildet.
Wie in 7 gezeigt, weisen die erste Referenzelektrode 42ax1 und die zweite Referenzelektrode 42ay1 im Wesentlichen quadratische Formen auf. Andererseits weisen der erste Festelektrolytkörper 42dx1 und der zweite Festelektrolytkörper 42dy1 im Wesentlichen quadratische Formen auf, die kleiner sind als die erste Referenzelektrode 42ax1 und die zweite Referenzelektrode 42ay1, und sind von der ersten Referenzelektrode 42ax1 bzw. der zweiten Referenzelektrode 42ay1 nach innen hin angeordnet. Daher ragen die erste Referenzelektrode 42ax1 und die zweite Referenzelektrode 42ay1 von den gesamten Kanten des ersten Festelektrolytkörpers 42dx1 und den gesamten Kanten des zweiten Festelektrolytkörper 42dy1 hervor, so dass Vorsprünge 42ap5, die im Wesentlichen den gesamten Umfang der ersten Festelektrolytkörpers 42dx1 umgeben, und Vorsprünge 42ap6, die im Wesentlichen den gesamten Umfang der zweiten Festelektrolytkörpers 42dy1 umgeben, ausgebildet werden. Ein weggeschnittener Abschnitt 42ar zur Verhinderung von Kurzschlüssen ist in einem Abschnitt des Vorsprungs 42ap5 ausgebildet, der eine später beschriebene Erfassungselektrodenleitung 42bL3 überlappt, und ein weggeschnittener Abschnitt 42ar zur Verhinderung von Kurzschlüssen ist in einem Abschnitt des Vorsprungs 42ap6 ausgebildet, der eine später beschriebene Erfassungselektrodenleitung 42bL4 überlappt, so dass die Vorsprünge 42ap5 und 42ap6 im Wesentlichen C-Formen bilden, deren hintere Endseiten offen sind.
Die erste Erfassungselektrode 42bx1 und die zweite Erfassungselektrode 42by1 weisen rechteckige Formen auf, die kleiner sind als der erste Festelektrolytkörper 42dx1 bzw. der zweite Festelektrolytkörper 42dy1, und sind von den Kanten des ersten Festelektrolytkörpers 42dx1 und den Kanten des zweiten Festelektrolytkörpern 42dy1 nach innen hin angeordnet.
Eine Referenzelektrodenleitung 42aL3 erstreckt sich entlang der Isolierschicht 23e so, dass sie sich zurück zur hinteren Endseite hin erstreckt, nachdem sie sich weiter nach außen in der Breitenrichtung von dem Vorsprung 42ap5 an der Außenseite der ersten Referenzelektrode 42ax1 in der Breitenrichtung erstreckt. Die Referenzelektrodenleitung 42aL3 erstreckt sich entlang der Isolierschicht 23e so, dass sie sich zurück zur hinteren Endseite hin erstreckt, nachdem sie sich weiter nach außen in der Breitenrichtung von dem Vorsprung 42ap6 an der Außenseite der zweiten Referenzelektrode 42ay1 in der Breitenrichtung erstreckt. Auf ähnliche Weise erstreckt sich die Erfassungselektrodenleitung 42bL3 entlang der Isolierschicht 23e (von der sich ein Abschnitt entlang der ersten Festelektrolytkörpers 42dx1 erstreckt) zur hinteren Endseite vom Mittelpunkt der ersten Erfassungselektrode 42bx1 in der Breitenrichtung; und die Erfassungselektrodenleitung 42bL4 erstreckt sich entlang der Isolierschicht 23e (von der sich ein Abschnitt entlang der zweiten Festelektrolytkörpers 42dy1 erstreckt) zur hinteren Endseite vom Mittelpunkt der zweiten Erfassungselektrode 42by1 in der Breitenrichtung.
Dementsprechend kann, indem die erste Referenzelektrode 42ax1 (oder die zweite Referenzelektrode 42ay1) mit den Vorsprüngen 42ap5 (oder den Vorsprüngen 42ap6) versehen werden, jeder freiliegende Grenzabschnitt S10, wo eine Grenzfläche zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax1 (oder der zweiten Referenzelektrode 42ay1) und dem ersten Festelektrolytkörper 42dx1 (oder dem zweiten Festelektrolytkörper 42dy1) nach außen freiliegt, an einer Kante des ersten Festelektrolytkörpers 42dx1 (oder des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy1) ausgebildet werden, ohne durch den ersten Festelektrolytkörper 42dx1 (oder den zweiten Festelektrolytkörper 42dy1) bedeckt zu werden. (7 zeigt nur einen der freiliegenden Grenzabschnitte S10 entlang des Umfangs.)
Andererseits liegt jeder freiliegende Grenzabschnitt S1 an einer Kante der ersten Erfassungselektrode 42bx1 (oder der zweiten Erfassungselektrode 42by1) frei.
Da die erste Referenzelektrode 42ax1 (oder die zweite Referenzelektrode 42ay1) mit den freiliegenden Grenzabschnitten S10 versehen ist, die direkt nach außen freiliegen und es dem Messgas ermöglichen, die freiliegenden Grenzabschnitte S10 ohne weiteres zu erreichen, findet daher, wie in der ersten Ausführungsform, eine Ersetzung des Messgases in ausreichendem Maße auch dann auf, wenn plötzliche Veränderungen in einer Messgasatmosphäre stattfinden. Demzufolge ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit zu steigern.
In 7 beträgt die Breite eines schmalsten Abschnitts der ersten Referenzelektrode 42ax1 (oder der zweiten Referenzelektrode 42ay1) an einem Abschnitt, an dem er den ersten Festelektrolytkörper 42dx1 (oder den zweiten Festelektrolytkörper 42dy1) überlappt, W1 (Breite in der Richtung der Axiallinie O), und Abschnitte, die schmaler als W1 sind (die Abschnitte, deren Breite W2 und W3 betragen) entsprechen der Referenzelektrodenleitung 42aL3 (oder einer Referenzelektrodenleitung 42aL4). Das heißt, es wird bewirkt, dass die Referenzelektrodenleitung 42aL3 (oder die Referenzelektrodenleitung 42aL4) dem Abschnitt entspricht, der die Breite W3 aufweist, der sich weiter nach außen in der Breitenrichtung von einer äußeren Kante in der Breitenrichtung des Vorsprungs 42ap5 (42ap6) an der Außenseite der ersten Referenzelektrode 42ax1 (oder der zweiten Referenzelektrode 42ay1) in der Breitenrichtung erstreckt, und zu dem Abschnitt, der die Breite W2 aufweist, der sich so erstreckt, dass er sich zurück zu der hinteren Endseite von dem Abschnitt erstreckt, der die Breite W3 aufweist.
Bei der Ausführungsform ragen die Vorsprünge 42ap5 (oder die Vorsprünge 42ap6) von den zwei Enden des ersten Festelektrolytkörpers 42dx1 (oder des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy1) in der Längsrichtung (der Richtung der Axiallinie O) hervor. Daher können die freiliegenden Grenzabschnitte S10 nicht nur an zwei Enden des ersten Festelektrolytkörpers 42dx1 (oder des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy1) in der Breitenrichtung ausgebildet werden, sondern auch an zwei Enden davon in der Längsrichtung. Wenn plötzliche Veränderungen in der Messgasatmosphäre auftreten, findet daher die Ersetzung des Messgases auch an den freiliegenden Grenzabschnitten der Referenzelektrode an der unteren Schicht ausreichend statt. Demzufolge ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit zu steigern.
Als Nächstes wird ein Mehrgassensor (Gassensor) nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Der Mehrgassensor nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist derselbe wie der nach der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Struktur von zwei Ammoniaksensoreinheiten (Zellen), das heißt einer ersten Ammoniaksensoreinheit 42x2 und einer zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y2, sich voneinander unterscheiden. Daher werden die strukturellen Merkmale entsprechender Abschnitte nicht beschrieben.
Wie in 8 gezeigt ist, ist bei der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x2 genauer eine erste Referenzelektrode 42ax2 auf einer Isolierschicht 23a ausgebildet, und ein erster Festelektrolytkörper 42dx2 ist auf einer Oberfläche der ersten Referenzelektrode 42ax2 ausgebildet. Ferner ist eine erste Erfassungselektrode 42bx2 auf einer Oberfläche des ersten Festelektrolytkörpers 42dx2 ausgebildet. Veränderungen der elektromotorischen Kraft zwischen der ersten Referenzelektrode 42ax2 und der ersten Erfassungselektrode 42bx2 erlauben die Detektion der Konzentration von Ammoniak im Messgas.
Bei der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y2 ist auf ähnliche Weise eine zweite Referenzelektrode 42ay2 auf der Isolierschicht 23a ausgebildet, und ein zweiter Festelektrolytkörper 42dy2 ist auf einer Oberfläche der zweiten Referenzelektrode 42ay2 ausgebildet. Ferner ist eine zweite Erfassungselektrode 42by2 auf einer Oberfläche des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy2 ausgebildet.
Wie in 8 gezeigt, weisen ferner die erste Referenzelektrode 42ax2 und die zweite Referenzelektrode 42ay2 rechteckige Formen auf, die in der Breitenrichtung lang sind. Andererseits weisen der erste Festelektrolytkörper 42dx2 und der zweite Festelektrolytkörper 42dy2 im Wesentlichen quadratische Formen auf, die kürzer sind als die erste Referenzelektrode 42ax2 bzw. die zweite Referenzelektrode 42ay2 in der Breitenrichtung. Die erste Referenzelektrode 42ax2 ragt von einem inneren Ende des ersten Festelektrolytkörpers 42dx2 in der Breitenrichtung hervor, so dass ein Vorsprung 42ap7 gebildet wird. Die zweite Referenzelektrode 42ay2 ragt von einem inneren Ende des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy2 hervor, so dass ein Vorsprung 42ap8 gebildet wird. In der Richtung der Axiallinie O ragen der erste Festelektrolytkörper 42dx2 und der zweite Festelektrolytkörper 42dy2 von der ersten Referenzelektrode 42ax2 bzw. der zweiten Referenzelektrode 42ay2 vor.
Die erste Erfassungselektrode 42bx2 und die zweite Erfassungselektrode 42by2 weisen rechteckige Formen auf, die kleiner sind als der erste Festelektrolytkörper 42dx2 bzw. der zweite Festelektrolytkörper 42dy2, und sind von den Kanten des ersten Festelektrolytkörpers 42dx2 und den Kanten des zweiten Festelektrolytkörpern 42dy2 nach innen hin angeordnet.
Eine Referenzelektrodenleitung 42aL5 erstreckt sich entlang der Isolierschicht 23a zur hinteren Endseite von der ersten Referenzelektrode 42ax2. Eine Referenzelektrodenleitung 42aL6 erstreckt sich entlang der Isolierschicht 23a zur hinteren Endseite von der zweiten Referenzelektrode 42ay2. Auf ähnliche Weise erstreckt sich eine Erfassungselektrodenleitung 42bL5 entlang der Isolierschicht 23a zur hinteren Endseite vom Mittelpunkt der ersten Erfassungselektrode 42bx2 in der Breitenrichtung; und eine Erfassungselektrodenleitung 42bL6 erstreckt sich entlang der Isolierschicht 23a zur hinteren Endseite vom Mittelpunkt der zweiten Erfassungselektrode 42by2 in der Breitenrichtung. Die Referenzelektrodenleitungen 42aL5 und 42aL6 und die Erfassungselektrodenleitungen 42bL5 und 42bL6 erstrecken sich parallel nebeneinander.
Dementsprechend treten Temperaturveränderungen aufgrund der Auswirkungen der Außenatmosphäre tendenziell an Endabschnitten in der Breitenrichtung des Grundsubstrats 30A auf, der sich in der Längsrichtung erstreckt. Wenn die erste Ammoniaksensoreinheit 42x2 und die zweite Ammoniaksensoreinheit 42y2 nebeneinander in der Breitenrichtung auf der Isolierschicht 23a angeordnet sind, ist daher, falls bewirkt wird, dass der Vorsprung von einem äußeren Ende des ersten Festelektrolytkörpers 42dx2 (oder des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy2) der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x2 (oder der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y2) in der Breitenrichtung hervorragt, der Vorsprung an einem Endabschnitt des Grundsubstrats angeordnet. Daher neigt er dazu, durch die Temperaturveränderungen am Grundsubstrat beeinflusst zu werden. Indem bewirkt wird, dass der Vorsprung (wie der Vorsprung 42ap7 oder der Vorsprung 42ap8) von dem inneren Ende des ersten Festelektrolytkörpers 42dx2 (oder des zweiten Festelektrolytkörpers 42dy2) der ersten Ammoniaksensoreinheit 42x2 (oder der zweiten Ammoniaksensoreinheit 42y2) zur inneren Seite in der Breitenrichtung hervorragt, ist es demzufolge weniger wahrscheinlich, dass er durch Temperaturveränderungen am Grundsubstrat 30A beeinflusst wird. Somit ist es möglich, Verringerungen und Schwankungen der Detektionsgenauigkeiten der zwei Zellen zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Dementsprechend versteht es sich, dass verschiedene Abwandlungen und Äquivalente davon innerhalb der Ideen und des Umfangs der vorliegenden Erfindung möglich sind.
Beispielsweise sind die Formen der Referenzelektroden, der Erfassungselektroden und der Festelektrolytkörper nicht auf die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen Vorsprünge an zwei oder mehr Stellen an jeder Referenzelektrode ausgebildet sein können, kann ein Vorsprung an einer Referenzelektrode ausgebildet sein. Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen zwei Ammoniaksensoreinheiten (Zellen) vorgesehen sind, kann ferner eine Ammoniaksensoreinheit (Zelle) vorgesehen sein.
Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Mehrgassensor einer ist, bei dem jede Ammoniaksensoreinheit an der NO_x-Sensoreinheit angeordnet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Ein Gassensor, bei dem jeder Ammoniaksensor auf dem Grundsubstrat angeordnet ist, kann verwendet werden.
Beispiele
Als Nächstes werden zeitliche Veränderungen der Ausgaben der ersten und zweiten Ammoniaksensoreinheiten, wenn Referenzelektroden mit den Vorsprüngen versehen werden, unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Als Beispiel wurde der Mehrgassensor 200A nach der ersten Ausführungsform, die in den 1 bis 4 gezeigt ist, hergestellt. Als Vergleichsbeispiel wurde ein Mehrgassensor hergestellt, der denselben Aufbau wie der Mehrgassensor 200A nach der ersten Ausführungsform aufweist, mit der Ausnahme, dass die Querschnittsstrukturen der ersten Ammoniaksensoreinheit und der zweiten Ammoniaksensoreinheit ausgebildet wurden, wie es in 10 gezeigt wird (ohne die Vorsprünge).
Dann wurde jeder Mehrgassensor in einem Modellgasstrom angeordnet, die Atmosphäre des Modellgases wurde plötzlich an einem Punkt P in 9 verändert (es wurde am Punkt P plötzlich Ammoniak hinzugefügt, um die Sauerstoffkonzentration am Punkt P zu reduzieren), und die zeitlichen Veränderungen der Ausgabe der ersten Ammoniaksensoreinheit und der Ausgabe der zweiten Ammoniaksensoreinheit jedes Mehrgassensors wurden gemessen.
Die Ergebnisse zeigen, dass, wie in 9, in dem Beispiel die Zeit von dem Punkt P bis dann, wenn jede Ammoniaksensorausgabe zu einem stationären Wert (100%) wird, kurz ist, und die Reaktionsfähigkeit, wenn die Messgasatmosphäre sich verändert hat, gut ist.
Im Gegensatz dazu ist in dem Vergleichsbeispiel die Zeit von dem Punkt P bis dann, wenn jede Ammoniaksensorausgabe zu dem stationären Wert wird, länger als die in dem Beispiel, und die Reaktionsfähigkeit ist reduziert.
Bezugszeichenliste

21, 23b, 23a: Heizvorrichtung
30A: Grundsubstrat (NO_x-Sensoreinheit)
42ax, 42ay, 42ax1, 42ay1, 42ax2, 42ay2: Referenzelektrode
42bx, 42by, 42bx1, 42by1, 42bx2, 42by2: Erfassungselektrode
42dx, 42dy, 42dx1, 42dy1, 42dx2, 42dy2: Festelektrolytkörper
42x, 42y, 42x1, 42y1, 42x2, 42y2: Zelle
42ap1 bis 42ap8: Vorsprung
200A: Gassensor (Mehrgassensor)
O: Axiallinie
R: Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-221931 [0004]

Claims

Gassensor, umfassend: ein Grundsubstrat; und eine Zelle, die eine Referenzelektrode, einen Festelektrolytkörper und eine Erfassungselektrode umfasst, die in dieser Reihenfolge auf einer Oberfläche des Grundsubstrats gestapelt sind, wobei die Referenzelektrode und die Erfassungselektrode jeweils einem Messgas ausgesetzt sind, wobei, von einer Seite der Erfassungselektrode in einer Stapelrichtung der Zelle her gesehen, die Referenzelektrode einen Vorsprung umfasst, der in einer Radialrichtung, die zu der Stapelrichtung rechtwinklig ist, von zumindest einem Abschnitt einer Kante des Festelektrolytkörpers hervorragt.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei die Erfassungselektrode nur auf dem Festelektrolytkörper vorgesehen ist.
Gassensor nach entweder Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Grundsubstrat die Form einer Platte aufweist, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, und eine Heizvorrichtung umfasst, die einen Wärmeerzeugungsabschnitt an einem Abschnitt des Grundsubstrats umfasst, und wobei der Vorsprung in einem Bereich angeordnet ist, der in einer Breitenrichtung, die zu der Längsrichtung rechtwinklig ist, durch eine Kante, und in der Längsrichtung durch eine andere Kante der Erfassungselektrode definiert ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Grundsubstrat die Form einer Platte aufweist, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, und wobei eine Mehrzahl der Vorsprünge von zwei Enden des Festelektrolytkörpers in einer Breitenrichtung, die zu der Längsrichtung rechtwinklig ist, hervorragt.
Gassensor nach Anspruch 4, wobei die Vorsprünge von einem Ende an einer Kante und einem Ende an einer anderen Kante des Festelektrolytkörpers in der Längsrichtung hervorragen.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Grundsubstrat die Form einer Platte aufweist, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, und zwei der Zellen nebeneinander auf dem Grundsubstrat in einer Breitenrichtung angeordnet sind, die zu der Längsrichtung rechtwinklig ist, und wobei der Vorsprung jeder der zwei Zellen von zumindest einem inneren Ende des Festelektrolytkörpers in der Breitenrichtung hervorragt.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Grundsubstrat ein NO_x-Sensor ist, der eine NO_x-Konzentration im Messgas detektiert, und der Gassensor einen Mehrgassensor darstellt.