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Gebiet der Erfindung
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-014009 , eingereicht am 28. Januar 2016.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gassensoreinheit mit einem Gassensor und einer Steuereinheit, zum Erfassen der Konzentration eines spezifischen Gases, wie Sauerstoff oder NOx, das in einem Verbrennungsgas oder einem Abgas von einer Brennkammer, einer Brennkraftmaschine oder dergleichen, enthalten ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Herkömmlicherweise wurde als ein Gassensor, der beispielsweise an einem Abgassystem, wie einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors, angebracht ist und die Konzentration eines spezifischen Gases in einem Abgas erfasst, ein Gassensor bekannt, der mindestens eine Zelle aufweist, die ein Paar von Elektroden, die auf beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen eines Festelektrolytkörpers angeordnet sind, aufweist.
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Ein Beispiel eines solchen NOx-Sensors ist ein NOx-Sensor (Element)
100, der in
4 gezeigt ist (siehe offengelegte
Japanische Patentanmeldung Nr. 2013-88119 und
Japanische Patentschrift Nr. 3607453 ). Dieser NOx-Sensor (Element)
100 weist an seinem distalen Endabschnitt eine Messgaskammer
70, in welche ein NOx enthaltendes, zu messendes Zielgas eingeführt ist, sowie eine erste Sauerstoffpumpenzelle
40 und eine zweite Sauerstoffpumpenzelle
20 auf, die jeweils auf und unter der Messgaskammer
70 angeordnet sind, so dass sie der Messgaskammer
70 zugewandt sind. Eine von zwei Elektroden von jeder der ersten Sauerstoffpumpenzelle
40 und der zweiten Sauerstoffpumpenzelle
20 ist so angeordnet, dass sie der Messgaskammer
70 zugewandt ist. Ferner ist eine Sensorzelle
30 einer Oberseite der Messgaskammer
70 auf einer Rückseite, gegenüber der ersten Sauerstoffpumpenzelle
40 zugewandt. Zusätzlich ist ein Heizelement
60 unterhalb der zweiten Sauerstoffpumpenzelle
20 gestapelt angeordnet. Das Heizelement
60 erwärmt Festelektrolytkörper der ersten Sauerstoffpumpenzelle
40 und der zweiten Sauerstoffpumpenzelle
20 auf eine Aktivierungstemperatur.
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In diesem NOx-Sensor 100 wird das Verhältnis zwischen einer an die Sauerstoffpumpenzelle angelegten Spannung V und einem Sauerstoffpumpenstrom I, der in der Zelle fließt, im Voraus erhalten. Dann werden die zwei Sauerstoffpumpenzellen 20 und 40 elektrisch parallel geschaltet und es wird, entsprechend einer vorbestimmten Sauerstoffkonzentration, eine Spannung angelegt, so dass der Sauerstoffpumpenstrom I gleich einem Grenzstrom I0 wird, wodurch die Sauerstoffkonzentration in der Messgaskammer 70 auf eine vorbestimmte niedrige Konzentration gesteuert wird. Ferner wird eine vorbestimmte Spannung an die Sensorzelle 30 in der Messgaskammer 70, in der die Sauerstoffkonzentration, wie oben beschrieben, gesteuert wird, angelegt und eine NOx-Konzentration auf der Basis einer Menge an Sauerstoffionen, die aufgrund des Anlegens der Spannung wandern, d. h., auf der Basis der Größe eines Sauerstoffionenstroms in der Sensorzelle 30, erhalten wird.
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Da der NOx-Sensor 100 die beiden Sauerstoffpumpenzellen 20 und 40 enthält, wird die Sauerstoffentladbarkeit des Messgases aus der Messgaskammer 70 erhöht und die NOx-Konzentration kann genau gemessen werden.
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Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
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Der oben beschriebene NOx-Sensor 100 führt eine Rückkopplungssteuerung durch, um die an die zwei Sauerstoffpumpenzellen 20 und 40 angelegte Spannung V zu ändern, so dass der Sauerstoffpumpenstrom I gleich dem Grenzstrom I0 wird, wenn eine Spannung V0 angelegt wird.
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Insbesondere wird, wie in 5 gezeigt, der Grenzstrom, der den Sauerstoffpumpstrom I anzeigt, höher als I0, wenn die Sauerstoffgaskonzentration in der Messgaskammer 70 erhöht wird. Somit wird die an die zwei Sauerstoffpumpenzellen 20 und 40 angelegte Spannung V, ausgehend von einer Spannung V0 erhöht, um weiter Sauerstoff aus der Messgaskammer 70 abzupumpen. Wenn andererseits die Sauerstoffgaskonzentration in der Messgaskammer 70 verringert wird, wird der Grenzstrom, der den Sauerstoffpumpenstrom I anzeigt, kleiner als I0. Somit wird die an die zwei Sauerstoffpumpenzellen 20 und 40 angelegte Spannung V, ausgehend von einer Spannung V0, verringert, um das Auspumpen von Sauerstoff von der Messgaskammer 70 zu steuern.
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Da jedoch die Abstände von dem Heizelement 60 zu den zwei Sauerstoffpumpenzellen 20 und 40 verschieden voneinander sind, sind auch die Temperaturen der Sauerstoffpumpenzellen 20 und 40 voneinander verschieden. Wenn daher die zwei Sauerstoffpumpenzellen 20 und 40, die elektrisch parallel geschaltet sind, mit der gemeinsamen angelegten Spannung gesteuert werden, wird die oben beschriebene Rückkopplungssteuerung ungenau, was es schwierig macht, die Sauerstoffgaskonzentration in der Messgaskammer 70 genau zu steuern.
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Das heißt, dass, wie durch eine gestrichelte Linie in 6 gezeigt ist, der Innenwiderstand des Festelektrolytkörpers zunimmt, da die Zellentemperatur abnimmt, und der Gradient des Ansteigens des Sauerstoffpumpenstroms gegen die angelegte Spannungskurve klein wird. Infolgedessen wird der Sauerstoffpumpenstrom I nicht gleich dem Grenzstrom I0, selbst wenn die Anfangsspannung V0 angelegt wird, und die Menge an eingeführtem oder entladenem Sauerstoff wird, im Vergleich zu einer vorbestimmten Menge, unzureichend.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gassensoreinheit bereitzustellen, die in der Lage ist, die Sauerstoffkonzentration innerhalb eines Innenraums unter Verwendung von zwei Sauerstoffpumpenzellen schnell und genau zu steuern und die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente genau zu messen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Mittel zur Lösung der Probleme
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Um die obigen Probleme zu lösen, umfasst eine Gassensoreinheit nach der vorliegenden Erfindung einen Gassensor und eine Steuereinheit. Der Gassensor umfasst: einen Innenraum, in den ein Zielgas mittels eines vorbestimmten Diffusionswiderstandes eingebracht wird; eine erste Sauerstoffpumpenzelle mit einem Paar von Elektroden, die auf einen ersten Festelektrolytkörper, der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist, angeordnet sind, so dass eine der Elektroden dem Innenraum zugewandt ist, wobei die erste Sauerstoffpumpzelle Sauerstoff in den Innenraum durch Energiezufuhr zu dem Paar von Elektroden einführt oder aus dem Innenraum ableitet, um dadurch eine Sauerstoffkonzentration im Innenraum zu steuern; eine zweite Sauerstoffpumpenzelle mit einem Paar von Elektroden, die auf einem zweiten Festelektrolytkörper, der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist, angeordnet sind, so dass eine der Elektroden dem Innenraum zugewandt ist, wobei die zweite Sauerstoffpumpenzelle Sauerstoff durch Erregung des Paares von Elektroden in den Innenraum einführt oder aus dem Innenraum ableitet, um dadurch die Sauerstoffkonzentration im Innenraum zu steuern; und eine Sensorzelle mit einem Paar von Elektroden, die auf einem dritten Festelektrolytkörper, welcher eine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist, angeordnet sind, so dass eine der Elektroden dem Innenraum zugewandt ist, wobei die Sensorzelle eine Konzentration einer spezifischen Gaskomponente in dem Zielgas auf der Grundlage eines Wertes eines Stroms, der in dem Paar von Elektroden fließt, erfasst. Die Steuereinheit ist mit dem Gassensor elektrisch verbunden. Die Steuereinheit stellt eine Spannung zwischen dem Paar von Elektroden der ersten Sauerstoffpumpenzelle auf einen vorbestimmten Einstellwert ein und führt eine Versorgungssteuerung durch, um die Einleitung oder Entladung von Sauerstoff zu steuern, während eine zwischen dem Paar von Elektroden der zweiten Sauerstoffpumpenzelle angelegte Spannung geändert wird, so dass ein Sauerstoffpumpenstrom zwischen dem Paar von Elektroden der ersten Sauerstoffpumpenzelle innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird.
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Diese Gassensoreinheit führt eine Steuerung durch, um die an die zweite Sauerstoffpumpenzelle angelegte Spannung zu ändern, so dass der Sauerstoffpumpenstrom innerhalb des vorbestimmten Bereichs gehalten wird, wenn die Spannung des vorbestimmten Einstellwerts an die erste Sauerstoffpumpenzelle angelegt wird, und die Konzentration der spezifischen Gaskomponente, während die Sauerstoffkonzentration im Innenraum konstant gehalten wird, erfasst wird.
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Wenn daher die Temperatur der ersten Sauerstoffpumpenzelle gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur gehalten wird, kann der Sauerstoffpumpenstrom zuverlässig gleich einem Grenzstrom gesetzt werden, wenn die Spannung des oben beschriebenen Einstellwertes angelegt wird, wodurch ein Einführen oder eine Abgabe einer vorbestimmten Menge an Sauerstoff genau durchgeführt werden kann. Als Ergebnis kann die Sauerstoffkonzentration im Innenraum unverzüglich und genau durch die erste Sauerstoffpumpenzelle und die zweite Sauerstoffpumpenzelle gesteuert werden, und die Konzentration der spezifischen Gaskomponente kann genau gemessen werden.
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In der Gassensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung können der erste und der dritte Festelektrolytkörper ein gemeinsamer Festelektrolytkörper sein. Die erste Sauerstoffpumpenzelle und die Sensorzelle des Gassensors können in dem gemeinsamen Festelektrolytkörper vorgesehen sein, und der zweite Festelektrolytkörper kann ein anderer Festelektrolytkörper sein.
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Gemäß dieser Gassensoreinheit kann der Aufbau des Gassensors vereinfacht werden, indem die Anzahl der Festelektrolytkörper reduziert wird. Zusätzlich, da die erste Sauerstoffpumpenzelle in dem Festelektrolytkörper, der mit der Sensorzelle geteilt wird, vorgesehen ist, wird eine Störung, wie etwa eine Spannungsschwankung, unterdrückt, um an die Sensorzelle durch den Festelektrolytkörper angelegt zu werden, was zu einer genaueren Messung der spezifischen Gaskomponentenkonzentration führt.
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Bei der erfindungsgemäßen Gassensoreinheit kann der eingestellte Wert ein konstanter Wert sein.
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Gemäß dieser Gassensoreinheit kann, da der eingestellte Wert der Spannung für die erste Sauerstoffpumpenzelle ein konstanter Wert ist, eine zuverlässige und einfache Steuerung realisiert werden.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Sauerstoffkonzentration im Innenraum unverzüglich und genau durch die erste Sauerstoffpumpenzelle und die zweite Sauerstoffpumpenzelle gesteuert werden, und die Konzentration der spezifischen Gaskomponente kann genau gemessen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können leichter erklärt werden, wenn sie in Verbindung mit der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen bezeichnen.
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1 ist eine Gesamtquerschnittsansicht einer Gassensoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen distalen Endabschnitt eines in einem Gassensor enthaltenen Gassensorelements, und eine Steuereinheit für den Gassensor in der Gassensoreinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist eine Explosionsdarstellung und Ausgestaltungsdarstellung des Gassensorelements.
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4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines distalen Endabschnitts eines Gassensorelements, das in einem herkömmlichen NOx-Sensor enthalten ist.
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5 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einer an eine Sauerstoffpumpenzelle angelegten Spannung und einem Sauerstoffpumpenstrom zeigt.
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6 ist ein weiteres Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einer an eine Sauerstoffpumpenzelle angelegten Spannung und einem Sauerstoffpumpenstrom zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt den Gesamtaufbau einer Gassensoreinheit für eine Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein Gassensor (NOx-Sensor) S beispielsweise in einem Auslasskanal eines Kraftfahrzeugmotors als ein Verbrennungsmotor vorgesehen und erfasst eine spezifische Gaskomponente, z. B. eines in ein Abgas als ein Zielgas enthaltenes NOx (Stickstoffoxid). 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines distalen Endabschnitts eines Gassensorelements 1, das in dem NOx-Sensor S enthalten ist, und 3 ist eine Explosions- und Ausgestaltungsdarstellung davon.
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Bezugnehmend auf 1, hat der NOx-Sensor S ein rohrförmiges Gehäuse H1, das an einer Abgasrohrwand (nicht gezeigt) befestigt ist, und ein Gassensorelement 1, das in einer isolierten Weise in dem Gehäuse H1 gehalten ist. Das Gassensorelement 1 weist eine längliche Plattenform auf. Ein Mittelabschnitt des Gassensorelements 1 ist in einem rohrförmigen Isolator H2, welcher im Gehäuse H1 angeordnet ist, gehalten, und ein distaler Endabschnitt (ein unterer Endabschnitt in 1) davon ist in einer Elementabdeckung H3, welche an einem unteren Ende des Gehäuses H1 befestigt ist, untergebracht. Ein proximaler Endabschnitt (ein oberer Endabschnitt in 1) des Gassensorelements 1 ist in einem rohrförmigen Element H4, welches an einem oberen Ende des Gehäuses H1 befestigt ist, angeordnet, und Anschlüsse P sind mit nach außen verlängerten Zuleitungsdrähten H8 verbunden. Ein Raum zwischen dem rohrförmigen Element H4 und dem proximalen Endabschnitt des Gassensorelements 1 ist mit einem rohrförmigen Isolator H5 gefüllt.
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Die Elementabdeckung H3, die in das Abgasrohr hineinragt, weist eine innere und eine äußere Doppelstruktur auf, wobei Auslassöffnungen H6 in deren Seitenwänden und Bodenwänden vorgesehen sind.
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Dadurch kann das Abgas, das durch den Auslassdurchgang strömt, als das die bestimmte Gaskomponente enthaltende zu messende Zielgas in die Elementabdeckung H3, in der sich der distale Endabschnitt des Gassensorelements 1 befindet, aufgenommen werden. Andererseits ist ein Atmosphärenanschluss H7 in einer Seitenwand eines oberen Endabschnitts des rohrförmigen Elements H4, das der Außenseite des Abgasrohrs ausgesetzt ist, ausgebildet, wobei atmosphärische Luft als Bezugssauerstoffkonzentrationsgas in das Innere des rohrförmigen Isolators H5, in dem sich der proximale Endabschnitt des Gassensorelements 1 befindet, eingebracht ist. Somit kann atmosphärische Luft von dem Raum innerhalb des rohrförmigen Isolators H5, in welchem das gemeinsame Referenz-Sauerstoffkonzentrationsgas vorhanden ist, in das Innere des Gassensorelements 1 eingeführt werden.
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Unterdessen ist ein Regler (Steuereinheit) C elektrisch mit der rückwertigen Endseite der Zuleitungsdrähte H8 über Verbinder oder dergleichen verbunden. Somit bilden der NOx-Sensor S und der Regler C eine ”Gassensoreinheit”.
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Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 wird das Gassensorelement 1 durch Stapeln in der folgenden Reihe gebildet: ein folienartiger Festelektrolytkörper 6, zur Bildung der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4; ein flächiger Festelektrolytkörper 5, zur Bildung der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 und der Sensorzelle 3; ein folienartiger Abstandshalter 8, zur Bildung des Innenraums 7; folienartige Abstandshalter 9 und 91, zum Erzeugen eines ersten Referenzgasraumes 17 und eines zweiten Referenzgasraumes 16; und ein Heizelement 12, zum Erhitzen dieser Komponenten.
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Der Innenraum 7 ist eine Kammer, in die das zu messende Zielgas aus einem Raum eingeführt wird, in dem das Zielgas vorhanden ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist der Innenraum 7 aus einem geschnittenen Loch 8a gebildet, das in dem Abstandsstück 8 ausgebildet ist, das zwischen den Festelektrolytkörpern 5 und 6 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist der vorhandene Raum des Zielgases ein Innenraum der Elementabdeckung H3, wie in 1 gezeigt, in die das durch den Austrittskanal der Brennkraftmaschine strömende Abgas als ein zu messendes Zielgas eingebracht wird. Der Innenraum 7 steht über einen porösen Diffusionswiderstand 11 in Verbindung mit dem Raum, in dem das zu messende Zielgas vorhanden ist. Die Form, die Porösität und die Porengröße des porösen Diffusionswiderstandes 11 sind entsprechend ausgebildet, so dass die Diffusionsgeschwindigkeit des Zielgases, das durch den porösen Diffusionswiderstand 11 in den Innenraum 7 eingeführt wird, gleich einer vorbestimmten Rate ist.
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Atmosphärische Luft als das gemeinsame Bezugs-Sauerstoffkonzentrationsgas mit einer konstanten Sauerstoffkonzentration wird in den ersten Referenzgasraum 17 und den zweiten Referenzgasraum 16 eingeleitet. Der erste Referenzgasraum 17 und der zweite Referenzgasraum 16 sind aus einem geschnittenen Loch 91a, das in dem Abstandshalter 91 ausgebildet ist, geformt der über dem Festelektrolytkörper 5 gestapelt ist, und ein Schnittloch 9a, das in dem Abstandshalter 9 ausgebildet ist, der jeweils unter dem Festelektrolytkörper 6 gestapelt ist. Die geschnittenen Löcher 9a und 91a haben jewieils Durchgangsabschnitte 9b und 91b als Nuten, die sich in Längsrichtung des Gassensorelements 1 erstrecken. Die Durchgangsabschnitte 9b und 91b der jeweiligen Abstandshalter 9 und 91 sind an der proximalen Endseite (rechte Endseite in 3) offen, und stehen mit dem Raum innerhalb des rohrförmigen Isolators H5, der ein Raum ist, in dem das gemeinsame Bezugs-Sauerstoffkonzentrationsgas vorhanden ist, in Verbindung.
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Das Heizelement 12 ist unter dem Abstandshalter 9 gestapelt und ein Blatt 92 aus isolierendem Material ist auf dem Abstandshalter 91 gestapelt, wodurch die oberen und unteren Öffnungen der geschnittenen Löcher 9a und 91a und die Durchgangsabschnitte 9b und 91b geschlossen werden. Somit wird die atmosphärische Luft in die ersten und zweiten Referenzgasräume 17 und 16 durch die Kanalabschnitte 91b und 9b eingeführt. Die jeweiligen Abstandshalter 8, 9 und 91 bestehen aus einem isolierenden Material wie Aluminiumoxid.
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Die Festelektrolytkörper 5 und 6, zum Bilden der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2, der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 und der Sensorzelle 3, bestehen aus einem Elektrolyt mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit, wie Zirkonoxid und Ceroxyd. Die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 umfasst den Festelektrolytkörper 5 und ein Paar von Elektroden 2a und 2b, die so angeordnet sind, dass sie mit dem Festelektrolytkörper 5 dazwischen einander gegenüberliegen. Die Elektrode 2a, die eine der Paar von Elektroden 2a und 2b ist, ist in Kontakt mit einer unteren Oberfläche des Festelektrolytkörpers 5 angeordnet, so dass sie dem Innenraum 7 zugewandt ist, während die andere Elektrode 2b in Kontakt mit einer oberen Oberfläche des Festelektrolytkörpers 5 angeordnet ist, so dass sie dem ersten Referenzgasraum 17 zugewandt ist.
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Die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 umfasst den Festelektrolytkörper 6 und ein Paar von Elektroden 4a und 4b, die so angeordnet sind, dass sie mit dem Festelektrolytkörper 6 dazwischen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Elektrode 4a, die eine der beiden Elektroden 4a und 4b ist, ist in Kontakt mit einer Oberseite des Festelektrolytkörpers 6 angeordnet, so dass sie dem Innenraum 7 zugewandt ist, während die andere Elektrode 4b in Kontakt mit einer unteren Oberfläche des Festelektrolytkörpers 6 angeordnet ist, so dass sie dem zweiten Referenzgasraum 16 zugewandt ist. Die Elektrode 4a der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 und die Elektrode 2a der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 sind dem Innenraum 7 zugewandt und liegen einander gegenüber. Bei dieser Ausführungsform sind die Elektroden 4a und 2a in der vertikalen Richtung in 3 an entgegengesetzten Positionen angeordnet.
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Die Sensorzelle 3 umfasst den Festelektrolytkörper 5 und ein Paar Elektroden 3a und 3b, die so angeordnet sind, dass sie mit dem Festelektrolytkörper 5 dazwischen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Elektrode 3a, die eine der beiden Elektroden 3a und 3b ist, ist in Kontakt mit der unteren Oberfläche des Festelektrolytkörpers 5 angeordnet, so dass sie dem Innenraum 7 zugewandt ist, während die andere Elektrode 3b in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Festelektrolytkörpers 5 angeordnet ist, so dass sie dem ersten Referenzgasraum 17 zugewandt ist. Die Elektroden 3a und 3b der Sensorzelle 3 sind in dem Innenraum 7 stromabwärts der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 in Bezug auf den Fluss des Zielgases angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die Elektrode 3b der Sensorzelle 3 integral mit der Elektrode 2b der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 ausgebildet.
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In dieser Ausführungsform wird zur Unterdrückung der Zersetzung von NOx in dem Zielgas vorzugsweise eine Elektrode mit geringer NOx-Zersetzungsaktivität für die Elektrode 2a der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 und die Elektrode 4a der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 verwendet. Speziell wird eine poröse Cermet-Elektrode, die Pt (Platin) und Au (Gold) als Hauptkomponenten enthält, in geeigneter Weise verwendet. In diesem Fall beträgt der Gehalt an Au in der Metallkomponente vorzugsweise etwa 0,5 bis 5 Gew.-%. Zusätzlich wird zur Zersetzung von NOx in dem Zielgas vorzugsweise eine Elektrode mit hoher NOx-Zersetzungsaktivität für die Elektrode 3a der Sensorzelle 3 verwendet. Insbesondere wird in geeigneter Weise eine poröse Cermet-Elektrode, die Pt und Rh (Rhodium) als Hauptkomponenten enthält, verwendet. In diesem Fall beträgt der Gehalt an Rh in der Metallkomponente vorzugsweise etwa 10 bis 50 Gew.-%. Beispielsweise wird in geeigneter Weise eine poröse Pt-Cermet-Elektrode für die Elektroden 2b, 4b und 3b jeweils der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2, der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4, und der Sensorzelle 3, verwendet.
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Weiterhin, wie in 3 gezeigt, sind diese Elektroden 2a, 2b, 4a, 4b, 3a und 3b jeweils einstückig mit den Leitungen 2c, 2d (3d), 4c, 4d, 3c und 3d ausgebildet, um elektrische Signale von diesen Elektroden aufzunehmen. Diese sind, wie die jeweiligen Elektroden, aus einem Cermet-Material, das als Hauptbestandteile ein Edelmetall, wie Pt, und eine Keramik, wie Zirkonoxid, enthält. Es ist bevorzugt, dass eine Isolierschicht (nicht gezeigt), wie Aluminiumoxid, zwischen den Festelektrolytkörpern 5, 6 und den Zuleitungen 2c usw., auf den Teilen der Festelektrolytkörper 5 und 6, die von den Abschnitten der Elektroden 2a usw. verschieden sind, gebildet wird, und insbesondere an den Abschnitten, an denen die Leitungen 2c usw. ausgebildet sind, geformt sind.
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Das Heizelement 12 wird durch Strukturieren einer Wärmeelektrode 14, die Wärme bei einer Erregung auf einer oberen Oberfläche eines Aluminiumoxidheizbleches 13 erzeugt, und durch Bilden einer Aluminiumoxidschicht 15 zur Isolierung auf einer oberen Oberfläche (Oberfläche auf der Seite des Abstandshalters 9) der Wärmeelektrode 14 gebildet. Ein Cermet, das aus Pt und Keramiken wie Aluminiumoxid besteht, wird typischerweise für die Wärmeelektrode 14 verwendet. Das Heizelement 12 erzeugt Wärme, wenn die Wärmeelektrode 14 mit einem Strom von außen versorgt wird, um die jeweiligen Zellen 2, 3 und 4 bis zu ihren Aktivierungstemperaturen zu erwärmen.
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Weiterhin, wie in 3 gezeigt, sind die jeweiligen Zellen 2, 3 und 4 und die Wärmeelektrode 14 mit den Anschlüssen P des Sensorbasisabschnitts über Durchgangsöffnungen SH, die in den proximalen Endabschnitten der Festelektrolytkörper 5 und 6, den Abstandshalter 8, 9 und 91, dem Heizblech 13 und dergleichen ausgebildet sind, verbunden.
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Wie in 1 gezeigt ist, sind die Zuleitungsdrähte H8 über Verbinder durch Crimpen, Hartlöten oder eine ähnliche Technik mit den Anschlüssen P verbunden, wodurch ein Austausch von Signalen zwischen einer externen Schaltung und jeder der jeweiligen Zellen 2, 3 und 4, und des Heizelements 12 ermöglicht wird.
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Die Festelektrolytkörper 5 und 6, die Abstandshalter 8, 9 und 91, die Aluminiumoxidschicht 15 und das Heizblech 13 können jeweils durch ein Rakelverfahren, ein Extrusionsformverfahren oder einer vergleichbaren Methode zu einer flächigen Form geformt werden.
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Die Elektroden 2a usw., die Zuleitungen 2c usw. und die Anschlüsse P können jeweils durch Siebdruck oder eine ähnliche Technik gebildet werden. Die jeweiligen Blätter werden gestapelt und gebrannt, um integriert zu werden.
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Als Nächstes wird die Struktur der Steuervorrichtung (Steuereinheit) C beschrieben. Wie in 2 gezeigt, ist der Regler C mit dem im NOx-Sensor S enthaltenen Gassensorelement 1 elektrisch verbunden und führt eine Erregungsregelung für den NOx-Sensor S (Gassensorelement 1) durch. Der Begriff „Erregungssteuerung für den Gassensor” bedeutet eine Steuerung, die ausgeführt werden soll, wenn die dem NOx-Sensor S entsprechende Steuervorrichtung C mit dem NOx-Sensor S verbunden ist.
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Die Steuervorrichtung C umfasst: eine Schaltung C7, die mit der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 elektrisch verbunden ist; eine Schaltung C11, die mit der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 elektrisch kommuniziert, eine Schaltung C13, die mit der Sensorzelle 3 elektrisch verbunden ist; und einen Mikrocomputer C1, der die gesamte Schaltung steuert.
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Ein Amperemeter A1 und eine Stromversorgung C5 sind mit der Schaltung C7 verbunden, und die Stromversorgung C5 legt eine vorbestimmte Spannung zwischen dem Paar von Elektroden 2a und 2b der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 an. Der Mikrocomputer C1 erfasst einen Stromwert des Amperemeters A1. Wie in 5 gezeigt, wenn die Stromversorgung C5 eine Spannung V0 anlegt, gibt der Stromwert des Amperemeters A1 einen Grenzstrom I0 an.
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Ein Amperemeter A2 und eine spannungsvariable Stromversorgung C9 sind mit der Schaltung C11 verbunden, und die Stromversorgung C9 legt eine vorgegebene Spannung zwischen dem Paar von Elektroden 4a und 4b der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 unter der Steuerung des Mikrocomputers C1 an.
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Ein Amperemeter A3 und eine Stromversorgung C17 sind mit der Schaltung C13 verbunden, und die Stromversorgung C17 legt eine konstante Spannung zwischen dem Paar von Elektroden 3a und 3b der Sensorzelle 3 an. Der Mikrocomputer C1 erfasst einen Stromwert des Amperemeters A3.
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Als Nächstes wird das Betriebsprinzip des Gassensorelements 1 mit dem obigen Aufbau beschrieben. Gemäß 2 wird das Abgas als ein zu messendes Zielgas durch den porösen Diffusionswiderstand 11 in den Innenraum 7 eingeführt. Die Menge des eingeführten Gases wird in Abhängigkeit von dem Diffusionswiderstand des porösen Diffusionswiderstandes 11 bestimmt.
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Wenn eine Spannung zwischen dem Paar von Elektroden 2a und 2b der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 und zwischen dem Paar von Elektroden 4a und 4b der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegt wird, so dass die Elektroden 2b und 4b auf der Seite der ersten und der zweiten Referenzgasräume 17 und 16 eine positive Polarität aufweisen, wird Sauerstoff in dem Zielgas zu Sauerstoffionen auf den Elektroden 2a und 4a auf der Seite des Innenraums 7 reduziert und die Sauerstoffionen werden durch ein Pumpen auf der Seite der Elektroden 2b und 4b entladen. In 2 ist die Spannung so angelegt, dass die Elektroden 2b und 4b eine positive Polarität aufweisen.
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Auf der anderen Seite, wenn eine Spannung angelegt wird, so dass die Elektroden 2a und 4a auf der Seite des Innenraums 7 eine positive Polarität aufweisen, wird Sauerstoff zu Sauerstoffionen auf den Elektroden 2b und 4b auf der Seite des ersten und zweiten Referenzgasraums 17 und 16 reduziert, und die Sauerstoffionen werden durch die Pumpwirkung auf der Seite der Elektroden 2a und 4a entladen. Im Hinblick auf ein Verhältnis zwischen einer Sauerstoffpumpenzellen-Anlegungsspanung V und einem vorab erhaltenen Sauerstoffpumpenstrom I wird eine Spannung an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 und die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 unter der Erregungssteuerung, die später beschrieben wird, angelegt, so dass der in 5 gezeigte Sauerstoffpumpenstrom I auf dem Grenzstrom I0 gehalten wird, wodurch die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 7 mit einer vorbestimmten niedrigen Konzentration gesteuert werden kann.
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Eine vorbestimmte Spannung (z. B. 0,40 V) wird zwischen dem Paar von Elektroden 3a und 3b der Sensorzelle 3 angelegt, so dass die Elektrode 3b auf der Seite des zweiten Referenzgasraums 16 eine positive Polarität aufweist. Da die Elektrode 3a eine Pt-Rh-Cermet-Elektrode ist, die bei der Zersetzung von NOx als spezifische Gaskomponente aktiv ist, werden Sauerstoff und NOx in dem Zielgas zu Sauerstoffionen auf der Elektrode 3a auf der Seite des Innenraums 7 reduziert, und die Sauerstoffionen werden durch eine Pumpwirkung auf der Seite der Elektrode 3b entladen. Wenn NOx in dem Zielgas vorhanden ist, nimmt der Stromwert des Amperemeters A3 mit einem Anstieg der NOx-Konzentration zu, wodurch die NOx-Konzentration in dem Zielgas erfasst werden kann.
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Als Nächstes wird die Erregungssteuerung durch die Steuerung C beschrieben.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt, um die an die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegte Spannung V zu ändern, während der Sauerstoffpumpenstrom I der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 überwacht wird, so dass der Sauerstoffpumpenstrom I, wenn die Konstantspannung V0 an der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 angelegt wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des Grenzstroms gehalten wird (siehe 5).
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Der Bereich, in dem der Sauerstoffpumpenstrom I den Grenzstrom bei einer konstanten Spannung V0 angibt (in welcher der Strom in Bezug auf die Spannung konstant ist), ist auf einen Grenzstrombereich von IL ≤ I ≤ IH, wie in 5 gezeigt, begrenzt. Wenn der Sauerstoffpumpenstrom I außerhalb des Grenzstrombereichs liegt, wird es schwierig, die Sauerstoffkonzentration präzise zu messen und eine Einführung oder Entladung einer vorbestimmten Menge von Sauerstoff durchzuführen. Wenn die Spannung erhöht wird, neigt der Grenzstrombereich dazu, sich in Richtung der höheren Stromseite zu verlegen.
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Die konstante Spannung V0 und der Grenzstrombereich (IL ≤ I ≤ IH) entsprechen jeweils einer ”Spannung, die auf einen vorbestimmten eingestellten Wert eingestellt ist” und ”einem vorbestimmten Bereich (eines Sauerstoffpumpenstroms)”.
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Genauer gesagt, wird zu Beginn der Rückkopplungssteuerung die konstante Spannung V0 an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 und die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegt. Wenn die Sauerstoffgaskonzentration im Innenraum 7 hoch ist, hat der Grenzstrom, der den Sauerstoffpumpenstrom I der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 angibt, den Wert IH, der höher als I0 ist, wie in 5 gezeigt. Wenn der Sauerstoffpumpenstrom der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 IH übersteigt, kann die Sauerstoffkonzentration, wie oben beschrieben, nicht genau gemessen werden. Daher wird die an die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegte Spannung von V0 erhöht, um weiter Sauerstoff aus dem Innenraum 7 nach außen abzupumpen.
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Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Innenraum 7 aufgrund des Auspumpens von Sauerstoff verringert wird und dadurch der Grenzstrom, der den Sauerstoffpumpenstrom I der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 anzeigt, gleich oder kleiner als IH wird, wird die Spannung, die an der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegt ist, an der momentanen Spannung fixiert. Da zu diesem Zeitpunkt die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 7 die vorbestimmte niedrige Konzentration zum Messen der NOx-Konzentration ist, wird die NOx-Konzentration durch die Sensorzelle 3 gemessen. Die Sauerstoffkonzentration im Zielgas kann auch auf der Basis der an die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegten Spannung, der zweite Sauerstoffpumpenstrom, der durch die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 fließt, der an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 angelegte Spannung und der Sauerstoffpumpenstrom der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2, erhalten werden. Letzteres ist es, die Sauerstoffkonzentration auf der Grundlage der Pumpströme und der angelegten Spannungen der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 und der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 zu erhalten, weil der Strom (Grenzstrom) gemessen wird, wenn Sauerstoff vollständig durch die erste Sauerstoffpumpzelle 2 gepumpt worden ist, und die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 7 anzeigt.
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Wenn die Konstantspannung V0 an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 und die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 zu Beginn der Rückkopplungssteuerung angelegt wird, wenn der Grenzstrom, der den Sauerstoffpumpenstrom I der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 anzeigt, innerhalb des Begrenzungsbereichs IL ≤ I ≤ IH liegt, wie in 5 gezeigt, ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration genau zu messen und die vorbestimmte Sauerstoffmenge auszupumpen. Daher wird die an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 angelegte Spannung gesteuert und Sauerstoff wird in einer ähnlichen Weise, wie die oben beschriebene, abgepumpt, so dass die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 7 die vorbestimmte niedrige Konzentration zum Messen der NOx-Konzentration erlangt. Dann werden, ähnlich wie oben beschrieben, die Sauerstoffkonzentration und die NOx-Konzentration in dem Zielgas erhalten.
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Wenn andererseits die Sauerstoffgaskonzentration im Innenraum 7 niedrig ist, selbst wenn die Konstantspannung V0 an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 und die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 am Anfang der Rückkopplungssteuerung angelegt wird, wird der Grenzstrom, der den Sauerstoffpumpenstrom I der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 angibt, niedriger als IL, wie in 5 gezeigt. Wenn der Sauerstoffpumpenstrom der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 niedriger als IL ist, kann die Sauerstoffkonzentration, wie oben beschrieben, nicht genau gemessen werden. Daher wird die an die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegte Spannung von V0 abgesenkt, um das Auspumpen von Sauerstoff aus dem Innenraum 7 zu unterdrücken. Wenn die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 7 erhöht wird, weil das Auspumpen von Sauerstoff verdrängt wird, und dadurch der Grenzstrom, der den Sauerstoffpumpenstrom I der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 anzeigt, gleich oder größer als IL wird, wird die Spannung, die an die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegt ist, an der momentanen Spannung fixiert. Dann wird die NOx-Konzentration auf ähnliche Weise, wie oben beschrieben, erhalten. Wenn die Sauerstoffmenge in dem Innenraum 7 nicht ausreicht, um die Sauerstoffkonzentration zu erhöhen, selbst wenn das Pumpen gestoppt wird, können die positiven und negativen Polaritäten der Elektroden der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 umgekehrt werden, um Sauerstoff in den Innenraum 7 unter Verwendung der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 zu pumpen. Wenn der Strom der ersten Sauerstoffpumpenzelle niedriger als der Schwellenwert ist, selbst wenn die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 gestoppt wird, können die positiven und negativen Polaritäten der Elektroden der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 umgekehrt werden.
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Der Gassensor S gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt eine Steuerung durch, um die an die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegte Spannung V zu ändern, so dass der Sauerstoffpumpenstrom I, wenn die Spannung V0 an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 angelegt wird, innerhalb des vorbestimmten Wertes (des oben beschriebenen Grenzstrombereichs) gehalten wird, und die NOx-Konzentration erfasst, während die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 7 durch Anlegen der vorbestimmten Spannung an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 konstant gehalten wird.
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Wenn daher die Temperatur der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur gehalten wird, die das Verhältnis (Strom-Spannungs-Kurve) zwischen der an die Sauerstoffpumpenzellen angelegten Spannung V und dem Sauerstoffpumpenstrom I darstellt, wie in 5 gezeigt, ist es möglich, die Einleitung oder Abgabe der vorbestimmten Sauerstoffmenge genau durchzuführen. Als Ergebnis, kann die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 7 sofort und genau durch die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 und die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 gesteuert werden, und die NOx-Konzentration kann genau gemessen werden.
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Andererseits wird, da die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 für die Rückkopplungssteuerung verwendet wird, um den Sauerstoffpumpenstrom der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 innerhalb des vorbestimmten Bereichs zu halten, wobei die angelegte Spannung geändert wird, selbst wenn die Temperaturen der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2 und der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 voneinander verschieden sind, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Temperaturdifferenz die NOx-Konzentrationsmessgenauigkeit beeinflusst.
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Da der oben beschriebene Grenzstrombereich (IL ≤ I ≤ IH) in Abhängigkeit von der angelegten Spannung V0 variiert, kann die angelegte Spannung V0 (Grenzstrombereich) im Voraus gemäß einem Sauerstoffkonzentrationsbereich in einer. Messumgebung, in der der Gassensor S verwendet wird, oder ein Sauerstoffkonzentrationsbereich, für den eine genaue Steuerung erforderlich ist, bestimmt werden.
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In dem Fall, in dem die Sensorzelle 3 und die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 in einem gemeinsamen Festelektrolytkörper vorgesehen sind, ist es bevorzugt, dass eine Spannung V1, die an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 angelegt wird, und eine Spannung V2, die an die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegt wird, ein Verhältnis von |V2| > |V1| erfüllt ist. Wenn dieses Verhältnis erfüllt ist, wird der zweite Sauerstoffpumpenstrom, der durch die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 fließt, höher als der Sauerstoffpumpenstrom, der durch die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 fließt. Daher kann der Strom der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2, der in demselben Festelektrolytkörper wie die Sensorzelle 3 vorgesehen ist, niedriger sein als der der zweiten Sauerstoffpumpenzelle 4 und der Strom, der zwischen den Elektroden der Sensorzelle fließt 3, die zum Nachweis der NOx-Konzentration verwendet wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass sie beeinflusst wird, wodurch eine genauere Erfassung der NOx-Konzentration realisiert wird. Die Anfangswerte der an die Sauerstoffpumpenzellen 2 und 4 angelegten Spannungen können entsprechend eingestellt werden, um die Beziehung von |V2| > |V1| zu erfüllen In Übereinstimmung mit dem Sauerstoffkonzentrationsbereich in der Messumgebung, in der der Gassensor S verwendet wird.
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Der Mikrocomputer C1 erfasst den Sauerstoffpumpenstrom I der ersten Sauerstoffpumpenzelle 2, der mit dem Amperemeter A1 gemessen wird, und führt eine Rückkopplungssteuerung durch, um die von der Stromversorgung C9 an die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegte Spannung, wie oben beschrieben, in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen dem gemessenen Sauerstoffpumpenstrom I und dem vorgegebenen Grenzstrombereich (IL ≤ I ≤ IH) zu ändern, so dass der Sauerstoffpumpenstrom I innerhalb des Grenzstrombereichs gehalten wird. Daher wird ein Pfeil, der sich von dem Amperemeter A1 durch den Mikrocomputer C1 zu der Stromversorgung C9 erstreckt, wie in 2 gezeigt, der Rückkopplungssteuerung entspricht.
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Der Grenzstrom entspricht einem Teil, in dem der Gradient 0 ist, der in 5 gezeigten Strom-Spannungs-Kurve.
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Ferner weist der NOx-Sensor S (Gassensorelement 1) gemäß der vorliegenden Erfindung die beiden Sauerstoffpumpenzellen (die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 und die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4) gegenüber dem Innenraum 7, auf und steuert die Sauerstoffpumpenzellen, um die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 7 konstant zu halten. Daher ist der NOx-Sensor S der Sauerstoffpumpleistung gegenüber einem Gassensor mit nur einer Sauerstoffpumpenzelle überlegen. Da außerdem die erste und zweite Referenzgasräume 17 und 16 mit der atmosphärischen Luft in Verbindung stehen, können die Sauerstoffionen sofort durch eine Pumpwirkung von dem Innenraum 7 zu den ersten und zweiten Referenzgasräumen 17 und 16, oder in einer entgegengesetzten Richtung, unabhängig von reicher/magerer Atmosphäre entladen werden.
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Somit kann die Sauerstoffkonzentration im Innenraum 7 gleichmäßig gemacht und auf eine vorbestimmte niedrige Konzentration gesteuert werden. Daher kann die NOx-Konzentration mit der einfachen Struktur, in welcher die Sensorzelle 3 dem Innenraum 7 zugewandt angeordnet ist, genau erfasst werden. Dabei ist es nicht notwendig, die Sensorzelle 3 in einem anderen Innenraum 7 als dem Innenraum anzuordnen und um eine Verbindung zwischen diesen Innenräumen durch einen anderen Diffusionswiderstand herzustellen, können Variationen in den Formen der Innenräume und der Diffusionswiderstände, die durch individuelle Unterschiede der Sensoren verursacht werden, reduziert werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, und es versteht sich, dass die Erfindung verschiedene Modifikationen und Äquivalente umfasst, die in dem Geist und Umfang der Erfindung enthalten sind.
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Beispielsweise kann der Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur als ein NOx-Sensor, der an einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine angebracht ist, verwendet werden, um eine Einspritzmenge an Harnstoff in einem Harnstoff-SCR-System zu steuern, sondern auch als NOx-Sensor für verschiedene Arten von NOx-Reinigungssystemen, um die NOx-Konzentration stromabwärts von einem NOx-Speicher und Reduktionskatalysator zu überwachen, oder um die Rückgewinnung des NOx-Speichers und Reduktionskatalysators zu steuern.
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Ferner kann der Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um als spezifische Gaskomponente nicht nur NOx, sondern auch SOx, Sauerstoff, Kohlendioxid usw. zu erfassen.
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Zusätzlich ist das zu messende Zielgas nicht auf das Abgas von der Brennkraftmaschine beschränkt. Der Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Erfassen spezifischer Gaskomponenten in verschiedenen Arten von Gasen verwendet werden, wodurch die Erfassungsgenauigkeit signifikant verbessert wird und zum Beispiel zur Verbesserung der Steuerbarkeit verschiedener Systeme beiträgt.
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In der obigen Ausführungsform sind die Anfangswerte der an die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 und die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 angelegten Spannungen ein und dieselbe Spannung (V0). Es können jedoch unterschiedliche Spannungen an die erste Sauerstoffpumpenzelle und die zweite Sauerstoffpumpenzelle angelegt werden.
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Bei der obigen Ausführungsform sind die erste Sauerstoffpumpenzelle 2 und die Sensorzelle 3 in dem gemeinsamen Festelektrolytkörper 5 vorgesehen, und die zweite Sauerstoffpumpenzelle 4 ist in dem anderen Festelektrolytkörper 6 vorgesehen. Somit wird die Anzahl der Elektrolytkörper reduziert, um die Struktur des Gassensors S zu vereinfachen. Da außerdem die erste Sauerstoffpumpenzelle 2, an die eine konstante Spannung angelegt wird, in dem Festelektrolytkörper 5, der mit der Sensorzelle 3 geteilt wird, vorgesehen ist, kann eine Störung, wie eine Spannungsschwankung, unterdrückt werden, um an die Sensorzelle 3 durch den Festelektrolytkörper 5 angelegt zu werden, was zu einer genauen Messung der NOx-Konzentration führt.
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Bezugszeichenliste
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- C
- Steuerung (Steuergerät)
- S
- NOx-Sensor (Gassensor)
- 1
- Gassensorelement
- 2
- erste Sauerstoffpumpenzelle
- 2a
- eine Elektrode (des Paares von Elektroden)
- 2b
- die andere Elektrode (des Paares von Elektroden)
- 3
- Sensorzelle
- 3a
- eine Elektrode (des Paares von Elektroden)
- 3b
- die andere Elektrode (des Paares von Elektroden)
- 4
- zweite Sauerstoffpumpenzelle
- 4a
- eine Elektrode (des Paares von Elektroden)
- 4b
- die andere Elektrode (des Paares von Elektroden)
- 5, 6
- Festelektrolytkörper
- 7
- Innenraum
- 11
- poröser Diffusionswiderstand (Diffusionswiderstand)
- 17
- erster Referenzgasraum
- 16
- zweiter Referenzgasraum
- V0
- konstante Spannung (Spannung mit vorgegebenem Sollwert)
- I
- Sauerstoffpumpenstrom der ersten Sauerstoffpumpenzelle
- IL ≤ I ≤ IH
- vorbestimmter Bereich des Sauerstoffpumpenstroms
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016-014009 [0001]
- JP 2013-88119 [0004]
- JP 3607453 [0004]
