DE102019112695A1

DE102019112695A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102019112695A1
Application number: DE102019112695.9A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Yamada; Hitoshi Furuta
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2019-11-28
Also published as: JP2019203848A; US20190360961A1; JP6989443B2; US10852269B2

Abstract

Ein Gassensor zum Detektieren der Konzentration eines Detektionszielgases in einer interessierenden Atmosphäre ist an einem elektrisch isolierenden Element angeordnet. Der Gassensor umfasst eine isolierende poröse Schicht, welche aus einem elektrisch isolierenden porösen Material gebildet ist, eine Referenzelektrode, einen Festelektrolytkörper und eine Detektionselektrode, welche in dieser Reihenfolge auf dem elektrisch isolierenden Element gestapelt sind, und einen Referenzelektrodenanschluss, welcher zwischen dem elektrisch isolierenden Element und der isolierenden porösen Schicht angeordnet ist.Die isolierende poröse Schicht begrenzt ein Durchgangsloch in einem Bereich, der zwischen dem Referenzelektrodenanschluss und der Referenzelektrode gestapelt angeordnet ist. Ein elektrisch leitfähiges Element, welches aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, ist in dem Durchgangsloch so angeordnet, dass es sich von einer Öffnung des Durchgangslochs an einem Ende desselben zu einer Öffnung des Durchgangslochs an dem anderen Ende desselben erstreckt.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-100595 , welche am 25. Mai 2018 eingereicht wurde, wobei die gesamte Offenbarung der Prioritätsanmeldung in die vorliegende Anmeldung durch Inbezugnahme aufgenommen wird.
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Gassensor, der die Konzentration eines Gases detektiert, welches in einer interessierenden Umgebung bzw. Atmosphäre vorhanden ist.
Patentdokument 1 beschreibt einen Gassensor, der an einem elektrisch isolierenden Element angebracht ist, eine Struktur aufweist, welche eine isolierende poröse Schicht, eine Referenzelektrode, einen Festelektrolytkörper und eine Detektionselektrode, die in dieser Reihenfolge auf dem elektrisch isolierenden Element gestapelt sind, umfasst und die Konzentration eines Detektionszielgases in einer interessierenden Umgebung bzw. Atmosphäre detektiert.
Das Patentdokument 1 ist die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2017-142243 .
Da bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Gassensor die isolierende poröse Schicht auf dem isolierenden Element gestapelt ist, ist zwischen der Oberfläche des isolierenden Elements und der Oberfläche der isolierenden porösen Schicht eine Stufe ausgebildet. Ein mit der Referenzelektrode elektrisch verbundener Referenzelektrodenanschluss ist auf der Oberfläche des isolierenden Elements ausgebildet. Insbesondere ist der Referenzelektrodenanschluss so ausgebildet, dass er sich über die Stufe hinweg erstreckt, und die auf die isolierende poröse Schicht gestapelte Referenzelektrode wird hierdurch mit dem Elektrodenanschluss verbunden, der auf der Oberfläche des isolierenden Elements ausgebildet ist. Wenn jedoch der Referenzelektrodenanschluss auf die vorangehend beschriebene Weise ausgebildet ist, wird auch an dem Referenzelektrodenanschluss eine Stufe gebildet, und es wird wahrscheinlicher, dass der Referenzelektrodenanschluss an der Stufe bricht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, das Auftreten eines Bruchs des Referenzelektrodenanschlusses selbst zu verhindern.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Gassensor, der die Konzentration eines Detektionsgases in einer interessierenden Umgebung bzw. Atmosphäre misst, wobei der Gassensor an einem elektrisch isolierenden Element angeordnet ist und eine isolierende poröse Schicht, welche aus einem elektrisch isolierenden porösen Material gebildet ist, eine Referenzelektrode, einen Festelektrolytkörper und eine Detektionselektrode aufweist, welche in dieser Reihenfolge auf den elektrisch isolierenden Element gestapelt sind.
Der Gassensor umfasst einen Referenzelektrodenanschluss, welcher zwischen dem isolierenden Element und der isolierenden porösen Schicht angeordnet ist. Die isolierende poröse Schicht weist ein Durchgangsloch auf, das in einem Bereich ausgebildet ist, der zwischen dem Referenzelektrodenanschluss und der Referenzelektrode schichtweise angeordnet ist und sich durch die isolierende poröse Schicht erstreckt. Die isolierende poröse Schicht begrenzt somit ein Durchgangsloch in einen Bereich, der zwischen dem Referenzelektrodenanschluss und der Referenzelektrode schichtweise angeordnet ist, wobei sich das Durchgangsloch durch die isolierende poröse Schicht erstreckt. Ein elektrisch leitfähiges Element, welches aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, ist in (innerhalb) dem Durchgangsloch angeordnet, sodass es sich von einer Öffnung des Durchgangslochs an einem Ende desselben zu einer Öffnung des Durchgangslochs an dem anderen des Endes desselben erstreckt, wodurch der Referenzelektrodenanschluss und die Referenzelektrode durch das elektrisch leitfähige Element elektrisch verbunden sind.
Bei dem Gassensor der vorliegenden Offenbarung, welcher die vorangehend beschriebene Struktur aufweist, ist der Referenzelektrodenanschluss mit der Referenzelektrode elektrisch verbunden, wobei der Referenzelektrodenanschluss zwischen dem isolierenden Element und der isolierenden porösen Schicht angeordnet ist. Deshalb erstreckt sich bei dem Gassensor der vorliegenden Offenbarung der Referenzelektrodenanschluss nicht über die Stufe hinweg, welche zwischen der Oberfläche des isolierenden Elements und der Oberfläche der isolierenden porösen Schicht ausgebildet ist. Bei dem Gassensor der vorliegenden Offenbarung kann hierdurch der Auftritt eines Bruchs des Referenzelektrodenanschlusses verhindert werden.
In der einen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Durchgangsloch so angeordnet sein, dass eine orthogonale Projektion des Durchgangslochs auf eine Referenzebene, welche senkrecht zu einer Stapelrichtung der isolierenden porösen Schicht, der Referenzelektrode, des Festelektrolytkörpers und der Detektionselektrode orientiert ist, nicht mit einer orthogonalen Projektion der Detektionselektrode auf die Referenzebene überlappt.
Deshalb ist bei dem Gassensor der vorliegenden Offenbarung ein Endbereich des Referenzelektrodenanschlusses nicht unterhalb eines Bereichs angeordnet, in welchem die Detektionselektrode ausgebildet ist (nachfolgend als Bereich mit Elektrodenausbildung bezeichnet). Insbesondere ist bei dem Gassensor der vorliegenden Offenbarung die zwischen der Oberfläche des isolierenden Elements und der Oberfläche des Referenzelektrodenanschlusses ausgebildete Stufe nicht unterhalb des Bereichs mit Elektrodenausbildung angeordnet. Deshalb kann bei dem Gassensor der vorliegenden Offenbarung das Auftreten einer Ungleichmäßigkeit der Dicke in einem Bereich, in welchem die isolierende poröse Schicht, die Referenzelektrode, der Festelektrolytkörper und die Detektionselektrode gestapelt sind, verhindert werden.
Anschauliche Aspekte der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren im Detail beschrieben:

1 ist eine Querschnittsansicht, die die interne Struktur eines Multi-Gassensors zeigt.
2 ist eine schematische Darstellung der Struktur einer Sensorelementeinheit und der Konfiguration einer Steuerung.
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Ammoniak-D etektionsabschni tts.
4 ist ein schematisches Diagramm, welches Querschnitte von Stapeln in verschiedenen Produktionsschritten zeigt.
5 ist ein schematisches Diagramm, welches Oberflächen der Stapel in verschiedenen Produktionsschritten zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Ammoniak-Detektionsabschnitts gemäß der Erfindung.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Ein Multi-Gasdetektor der vorliegenden Ausführungsform wird in einem Harnstoff-SCR-System verwendet, das an einem Fahrzeug angebracht ist, um Abgas, das von einem Dieselmotor abgegeben wird und Stickoxid (NOx) enthält, zu reinigen. Nachdem das in dem Abgas enthaltene NOx mit Ammoniak reagiert hat, misst der Multi-Gasdetektor die Konzentrationen von Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂) und Ammoniak, welche in dem entstandenen Abgas enthalten sind. Das Fahrzeug, an dem der Multi-Gasdetektor angebracht ist, wird nachfolgend als das „vorliegende Fahrzeug“ bezeichnet.
Der Multi-Gastdetektor umfasst einen Multi-Gassensor 2, der in 1 gezeigt ist, und eine Steuerung 3, die in 2 gezeigt ist.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Multi-Gassensor 2 eine Sensorelementeinheit 5, eine metallische Schale 10, einen Separator 34 und Verbindungsanschlüsse 38. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Seite des Multi-Gassensors 2, an der die Sensorelementeinheit 5 angeordnet ist (d. h. die untere Seite in 1) als eine Vorderseite (FE bezeichnet, und die Seite, an der die Verbindungsanschlüsse 38 angeordnet sind (d. h. die obere Seite in 1) wird als eine Hinterseite BE bezeichnet.
Die Sensorelementeinheit 5 weist eine Plattengestalt auf und erstreckt sich in die Richtung einer Axiallinie O (welche nachfolgend als eine Axialrichtung DA bezeichnet wird). Elektrodenanschlüsse 5A und 5B sind an dem hinteren Ende der Sensorelementeinheit 5 angeordnet. In 1 sind nur die Elektrodenanschlüsse 5A und 5B als Elektrodenanschlüsse gezeigt, welche an der Sensorelementeinheit 5 ausgebildet sind, um die Zeichnung zu vereinfachen. Tatsächlich wird die Anzahl der Elektrodenanschlüsse jedoch in Übereinstimmung mit der Anzahl beispielsweise der Elektroden bestimmt, die an einem NOx-Detektionsabschnitt 101 und einem Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 vorgesehen sind, welche nachfolgend beschrieben werden.
Die metallische Schale 10 ist ein röhrenförmiges Element, und ein Gewindebereich 11, welcher dazu verwendet wird, den Multi-Gassensor 2 an einem Abgasrohr eines Dieselmotors zu befestigen, ist an einer Außenoberfläche der metallischen Schale 10 ausgebildet. Die metallische Schale 10 weist ein Durchgangsloch 12 auf, das sich in die Axialrichtung DA erstreckt. Die metallische Schale 10 weist ferner einen Vorsprung 13 auf, der in Radialrichtung des Durchgangslochs 12 nach innen vorsteht. Der Vorsprung 13 weist eine nach innen derart konisch geneigte Oberfläche auf, dass sich deren Position nach und nach zur Vorderseite FE verschiebt, während sie sich radial von außen hin zum Zentrum des Durchgangslochs 12 erstreckt.
Die metallische Schale 10 hält die Sensorelementeinheit 5 so, dass ein Teil der Sensorelementeinheit 5 an der Vorderseite FE aus dem Durchgangsloch 12 hin zur Vorderseite FE vorsteht, und ein Teil der Sensorelementeinheit 5 an der Hinterseite BE aus dem Durchgangsloch 12 zu der Hinterseite BE vorsteht.
Ein keramischer Halter 14, welcher einen röhrenförmiges Element ist, das den Umfang der Sensorelementeinheit 5 umgibt, Talkringe 15 und 16, welche Schichten von eingefülltem Talkpulver sind, und eine keramische Hülse 17 sind in dieser Reihenfolge innerhalb des Durchgangslochs 12 der metallischen Schale 10 von der Vorderseite FE hin zur Hinterseite BE gestapelt.
Eine Krimp-Packung 18 ist zwischen der keramischen Hülse 17 und einem hinteren Endbereich der metallischen Schale 10 angeordnet. Ein metallischer Halter 19 ist zwischen dem keramischen Halter 14 und dem Vorsprung 13 der metallischen Schale 10 angeordnet. Der metallische Halter 19 hält den Talkring 15 und den keramischen Halter 14. Der hintere Endbereich der metallischen Schale 10 ist so gekrimpt, dass er die keramische Hülse 17 durch die Krimp-Packung 18 hin zur Vorderseite FE drückt.
Eine äußere Schutzvorrichtung 21 und eine innere Schutzvorrichtung 22 sind am vorderen Endbereich der metallischen Schale 10 vorgesehen. Die äußere Schutzvorrichtung 21 und die innere Schutzvorrichtung 22 sind röhrenförmige Elemente, die aus einem metallischen Material, wie etwa rostfreiem Stahl, gebildet sind und jeweils ein geschlossenes Vorderende aufweisen. Die innere Schutzvorrichtung 22 deckt einen vorderen Endbereich der Sensorelementeinheit 5 ab und ist an der metallischen Schale 10 angeschweißt. Die äußere Schutzvorrichtung 21 deckt die innere Schutzvorrichtung 22 ab und ist an die metallische Schale 10 angeschweißt.
Ein vorderer Endbereich eines äußeren Rohrs 31, welches röhrenförmig ausgebildet ist, ist an dem hinteren Endbereich der metallischen Schale 10 befestigt. Eine Kabeldurchführung 22 ist in einer hinteren Öffnung des äußeren Rohrs 31 angeordnet, um die Öffnung zu verschließen.
Anschlussdraht-Einführungslöcher 33, in welche die Anschlussdrähte 41 eingeführt werden, sind in der Kabeldurchführung ausgebildet. Die Anschlussdrähte 41 sind mit den Elektrodenanschlüssen 5A und 5B der Sensorelementeinheit 5 elektrisch verbunden.
Der Separator 34 ist ein röhrenförmiges Element, welches an der Hinterseite BE der Sensorelementeinheit 5 angeordnet ist. Ein innerhalb des Separators 34 ausgebildeter Raum ist ein Einführungsloch 35, welches sich in der Axialrichtung DA durch den Separator 34 hindurch erstreckt. Ein Flanschbereich 36 steht von der Außenfläche des Separators 34 nach radial außen vor.
Der hintere Endbereich der Sensorelementeinheit 5 ist in das Einführungsloch 35 des Separators 34 eingeführt, und die Elektrodenanschlüsse 5A und 5B sind innerhalb des Separators 34 angeordnet.
Ein röhrenförmiges Halteelement 37 ist zwischen dem Separator 34 und dem äußeren Rohr 31 angeordnet. Das Halteelement 37 steht mit dem Flanschbereich 36 des Separators 34 und auch mit der inneren Oberfläche des äußeren Rohrs 31 in Kontakt und hält hierdurch den Separator 34 so, dass der Separator 34 in dem äußeren Rohr 31 befestigt ist.
Die Verbindungsanschlüsse 38 sind Elemente, welche innerhalb des Einführungslochs 35 des Separator 34 angeordnet sind und welche elektrisch leitfähige Elemente sind, die die Elektrodenanschlüsse 5A und 5B der Sensorelementeinheit 5 mit ihren jeweiligen Zuleitungsdrähten 41 elektrisch verbinden. In 1 sind nur zwei Verbindungsanschlüsse 38 gezeigt, um die Zeichnung zu vereinfachen.
Wie in 2 zeigt, ist die Steuerung 3 des Multi-Gastdetektors mit einer elektrischen Steuereinheit 200 elektrisch verbunden, welche an dem vorliegenden Fahrzeug angebracht ist. Die elektronische Steuereinheit 200 erhält Daten, welche die Konzentrationen von NO, NO₂ und Ammoniak in dem Abgas repräsentieren und welche durch die Steuerung 3 berechnet werden. Dann führt die elektronische Steuereinheit 200 eine Verarbeitung zum Steuern der Betriebsbedingungen des Dieselmotors in Übereinstimmung mit den erhaltenen Daten durch, und sie führt auch die Verarbeitung zum Reinigen von NOx durch, welches sich an einem Katalysator gesammelt hat.
Die Sensorelementeinheit 5 umfasst einen NOx-Detektionsabschnitt 101 und einen Ammoniak-Detektionsabschnitt 102.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 ist gebildet, indem eine isolierende Schicht 113, eine keramische Schicht 114, eine isolierende Schicht 115, eine keramische Schicht 116, eine isolierende Schicht 117, eine keramische Schicht 118, eine isolierende Schicht 119 und eine isolierende Schicht 120 nacheinander übereinander gestapelt werden. Die isolierenden Schichten 113, 115, 117, 119 und 120 sind hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 umfasst eine erste Messkammer 121, welche zwischen der keramischen Schicht 114 und der keramischen Schicht 116 ausgebildet ist. Bei dem NOx-Detektionsabschnitt 101 wird Abgas von außen in das Innere der ersten Messkammer 121 über eine Diffusionswiderstand 122 eingeführt, welcher zwischen der keramischen Schicht 114 und der keramischen Schicht 116 angeordnet ist, sodass er benachbart zu der ersten Messkammer 121 angeordnet ist. Der Diffusionswiderstand 122 ist aus einem porösen Material, wie etwa Aluminiumoxid gebildet.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 umfasst ferner eine erste Pumpzelle 130. Die erste Pumpzelle 130 umfasst eine Festelektrolytschicht 131 und Pumpelektroden 132 und 133.
Die Festelektrolytschicht 131 ist hauptsächlich aus Zirkonoxid gebildet und weist eine Leitfähigkeit für Sauerstoffionen auf. Ein Teil der keramischen Schicht 114 ist von einem Bereich entfernt, der zu der ersten Messkammer 121 hin exponiert ist, und der verbleibende Raum ist mit der Festelektrolytschicht 131 gefüllt und nicht mit der Keramikschicht 140.
Die Pumpelektroden 132 und 133 sind im Wesentlichen aus Platin gebildet. Die Pumpelektrode 132 ist auf der Festelektrolytschicht 131 so angeordnet, dass sie hin zu der ersten Messkammer 121 exponiert ist. Die Pumpelektrode 133 ist auf der Festelektrolytschicht 131 auf der Seite angeordnet, die der Pumpelektrode 132 gegenüberliegt, wobei die Festelektrolytschicht 131 schichtweise zwischen den Pumpelektroden 132 und 133 angeordnet ist. Die isolierende Schicht 113 ist an einem Bereich entfernt, in dem die Pumpelektrode 133 angeordnet ist. Ferner ist sie von einem Bereich um die Pumpelektrode 133 herum entfernt, und der verbleibende Raum ist mit einem porösen Material 134 gefüllt und nicht mit der isolierende Schicht 113. Das poröse Material 134 ermöglicht Sauerstoffwanderung zwischen den Pumpelektroden 132 und 133 und dem Außenraum.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 umfasst ferner eine Sauerstoff-Konzentrationsdetektionszelle 140. Die Sauerstoff-Konzentrationsdetektionszelle 140 umfasst eine Festelektrolytschicht 141, eine Detektionselektrode 142 und eine Referenzelektrode 143.
Die Festelektrolytschicht 141 ist im Wesentlichen aus zur Zirkonoxid gebildet und weist Leitfähigkeit für Sauerstoffionen auf. Ein Teil der keramischen Schicht 116 ist von einem Bereich hinter der Festelektrolytschicht 131 entfernt, und der verbleibende Raum ist mit der Festelektrolytschicht 141 gefüllt und nicht mit der keramischen Schicht 116.
Die Detektionselektrode 142 und die Referenzelektrode 143 sind im Wesentlichen aus Platin gebildet. Die Detektionselektrode 142 ist auf der Festelektrolytschicht 141 so angeordnet, dass sie hin zu der ersten Messkammer 121 exponiert ist. Die Referenzelektrode 143 ist auf der Festelektrolytschicht 141 auf der Seite angeordnet, die der Detektionselektrode 142 gegenüberliegt, wobei die Festelektrolytschicht 141 zwischen der Detektionselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 schichtweise angeordnet ist.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 umfasst ferner eine Referenz-Sauerstoff-Kammer 146. Die Referenz-Sauerstoff-Kammer 146 ist ein Durchgangsloch, welches ausgebildet ist, indem die isolierende Schicht 117 von einem Bereich, in dem die Referenzelektrode 143 angeordnet ist, und von einem Bereich um die Referenzelektrode 143 herum entfernt wird.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 umfasst ferner eine zweite Messkammer 148. Die zweite Messkammer 148 ist hinter der Detektionselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 so ausgebildet, dass sie sich durch die Festelektrolytschicht 141 und die isolierende Schicht 117 hindurch erstreckt. Bei dem NOx-Detektionsabschnitt 101 wird das von der ersten Messkammer 121 ausgegebene Abgas in die zweite Messkammer 148 eingeführt.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 umfasst ferner eine zweite Pumpzelle 150. Die zweite Pumpzelle 150 umfasst eine Festelektrolytschicht 151 und Pumpelektroden 152 und 153.
Die Festelektrolytschicht 151 ist im Wesentlichen aus Zirkonoxid gebildet, welches eine Leitfähigkeit für Sauerstoffionen aufweist. Die Keramikschicht 118 ist von einem Bereich entfernt, der hin zu der Referenz-Sauerstoff-Kammer 146 und der zweiten Messkammer 148 exponiert ist, und einen Bereich um diesen exponierten Bereich herum entfernt, und der entstehende Raum ist mit der Festelektrolytschicht 151 gefüllt und nicht mit der Keramikschicht 118.
Die Pumpelektroden 152 und 153 sind im Wesentlichen aus Platin gebildet. Die Pumpelektrode 152 ist auf der Festelektrolytschicht 141 so angeordnet, dass sie hin zu der zweiten Messkammer 148 exponiert ist. Die Pumpelektrode 153 ist auf der Festelektrolytschicht 151 so angeordnet, dass sie der Referenzelektrode 143 im Bezug auf die dazwischen liegende Referenz-Sauerstoff-Kammer 146 gegenüberliegt. Ein poröses Material 147 ist innerhalb der Referenz-Sauerstoff-Kammer 146 angeordnet, um die Pumpelektrode 153 abzudecken.
Der NOx-Detektionsabschnitt 101 umfasst ferner eine Heizung 160. Die Heizung 160 ist ein wärmeerzeugender Widerstand, der im Wesentlichen aus Platin gebildet ist und Wärme erzeugt, wenn ihm Energie zugeführt wird. Ferner ist er zwischen den isolierenden Schichten 119 und 120 angeordnet.
Der Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 ist an der Außenfläche des NOx-Detektionsabschnitts 101 und, genauer gesagt, auf der isolierenden Schicht 120 ausgebildet. Der Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 ist in Bezug auf die Axialrichtung DA (d. h. der horizontalen Richtung in 2) im Wesentlichen an der gleichen Position angeordnet, wie die Referenzelektrode 143 des NOx-Detektionsabschnitts 101.
Der Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 weist eine Struktur auf, die durch Stapeln einer porösen Schicht 211, einer Referenzelektrode 221, eines Festelektrolytkörpers 231 für Ammoniak und Detektionselektroden 214 in dieser Reihenfolge gebildet ist.
Die poröse Schicht 211 ist aus dem gleichen Material gebildet, wie das poröse Material 134, und sie ist in Kontakt mit der Oberfläche der isolierenden Schicht 120 angeordnet.
Die Referenzelektrode 212 ist im Wesentlichen aus Platin (Pt) ausgebildet, welches als ein Elektrodenmaterial dient, wobei sie insbesondere aus einem Material gebildet sein kann, welches Pt und Zirkonoxid (ZrO₂) enthält. Der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak ist aus einem für Sauerstoffionen leitfähigen Material, wie etwa Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid (YSZ), gebildet. Die Referenzelektrode 212 ist eine dichte Schicht, welche eine kleinere Porosität aufweist als die poröse Schicht 211. Die Detektionselektroden 214 sind im Wesentlichen aus Gold (Au) gebildet, welches als ein Elektrodenmaterial dient, und insbesondere sind sie aus einem Material gebildet, welches Au und Zirkonoxid (ZrO₂) enthält.
Somit wird eine Drei-Phasen-Grenze, an der Ammoniak mit der Referenzelektrode 212 und der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak in Kontakt kommt, an der Grenze zwischen der Referenzelektrode 212 und dem Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak ausgebildet. Auf ähnliche Weise ist eine weitere Drei-Phasen-Grenze, an der Ammoniak mit den Detektionselektroden 214 und dem Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak in Kontakt kommt, an der Grenze zwischen dem Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak und den Detektionselektroden 214 ausgebildet.
Die Steuerung 3 umfasst eine Steuerschaltung 180 und einen Mikrocomputer 190.
Die Steuerungsschaltung 180 ist eine Analogschaltung, welche auf einer Leiterplatte angeordnet ist. Die Steuerschaltung 180 umfasst eine Ip1-Treiberschaltung 181, eine Vs-Detektionsschaltung 182, eine Referenzspannungsvergleichsschaltung 183, eine Icp-Versorgungsschaltung 184, eine Vp2-Anlegeschaltung 185, eine Ip2-Detektionsschaltung 186, eine Heizungstreiberschaltung 187 und eine Elektromotorischekraft-Detektionsschaltung 188.
Die Pumpelektrode 132, die Detektionselektrode 142 und die Pumpelektrode 152 sind mit einem Referenzpotenzial verbunden. Die Pumpelektrode 133 ist mit der Ip1-Treiberschaltung 181 verbunden. Die Referenzelektrode 143 ist mit der Vs-Detektionsschaltung 182 und der Icp-Versorgungschaltung 184 verbunden. Die Pumpelektrode 153 ist mit der Vp2-Anlegeschaltung 185 und der Ip2-Detektionsschaltung 186 verbunden. Die Heizung 160 ist mit der Heizungstreiberschaltung 187 verbunden.
Die die Ip1-Treiberschaltung 181 legt eine Spannung Vp1 zwischen der Pumpelektrode 132 und der Pumpelektrode 133 an, um einen ersten Pumpstrom Ip1 zuzuführen, und sie detektiert den zugeführten ersten Pumpstrom Ip1.
Die Vs-Detektionsschaltung 182 detektiert die Spannung Vs zwischen der Detektionselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 und gibt das Detektionsergebnis an die Referenzspannungsvergleichsschaltung 183 aus.
Die Referenzspannungsvergleichsschaltung 183 vergleicht eine Referenzspannung (z. B. 425 mV) mit der Ausgabe der Vs-Detektionsschaltung 182 (d. h. der Spannung Vs) und gibt das Vergleichsergebnis an die Ip1 -Treiberschaltung 181 aus. Die Ip1-Treiberschaltung 181 steuert die Fließrichtung und Größe des ersten Pumpstroms Ip1 so, dass die Spannung Vs gleich der Referenzspannung wird, um hierdurch die Konzentration von Sauerstoff in der ersten Messkammer 121 auf einen voreingestellten Pegel einzustellen, bei welchem die Zersetzung von NOx nicht auftritt.
Die Icp-Versorgungschaltung 184 verursacht einen schwachen Strom Icp, der zwischen der Detektionselektrode 142 und der Referenzelektrode 143 fließt. Sauerstoff wird hierdurch von der ersten Messkammer 121 zur Referenz-Sauerstoff-Kammer 146 über die Festelektrolytschicht 141 geführt, und die Konzentration von Sauerstoff in der Referenz-Sauerstoff-Kammer 146 wird auf eine voreingestellte Sauerstoffkonzentration eingestellt, welche als eine Referenz dient.
Die Vp2-Anlegeschaltung 185 legt eine konstante Spannung Vp2 (z. B. 450 mV) zwischen die Pumpelektrode 152 und die Pumpelektrode 153 an. Hierdurch wird in der zweiten Messekammer 148 NOx durch die katalytische Wirkung der Pumpelektroden 152 und 153, die in der zweiten Pumpzelle 150 enthalten sind, zersetzt (reduziert). Die aufgrund der Zersetzung erhaltenen Sauerstoffionen wandern in der Festelektrolytschicht 151 zwischen der Pumpelektrode 152 und der Pumpelektrode 153, so dass ein zweiter Pumpstrom Ip2 fließt. Die Ip2 Detektionsschaltung 186 detektiert den zweiten Pumpstrom Ip2.
Die Heizungstreiberschaltung 187 legt eine positive Spannung zum Versorgen der Heizung 160 mit Energie an ein Ende der Heizung 160 an, welche ein wärmeerzeugender Widerstand ist, und sie liegt eine negative Spannung zum Versorgen der Heizung 160 mit Energie an das andere Ende der Heizung 160 an, um die Heizung 160 hierdurch zu betreiben.
Die Elektromotorischekraft-Detektionsschaltung 188 detektiert die elektromotorische Kraft zwischen der Referenzelektrode 212 und den Detektionselektroden 214 (nachfolgend als eine Ammoniak-Elektromotorischekraft EMF bezeichnet) und gibt ein Signal, welches das Detektionsergebnis repräsentiert, an den Mikrocomputer 190 aus.
Der Mikrocomputer 190 umfasst eine CPU 191, ein ROM 192, ein RAM 193 und eine Signal-Ein-/Ausgabeeinheit 194.
Die CPU 191 führt einen Prozess zum Steuern der Sensorelementeinheit 5 gemäß einem Programm aus, welches in dem ROM 192 gespeichert ist. Die Signal-Ein-/Ausgabeeinheit 194 ist mit der Ip1-Treiberschaltung 181, der Vs-Detektionsschaltung 182, der Ip2-Detektionsschaltung 186, der Heizungstreiberschaltung 187 und der Elektromotorischekraft-Detektionsschaltung 188 verbunden. Die CPU 191 gibt ein Treibersignal an die Heizungstreiberschaltung 187 über die Signal-Ein-/Ausgabeeinheit 194 aus, um die Heizung 160 zu steuern.
Die CPU 191 führt einen Prozess aus, um den Einfluss der Sauerstoffkonzentration auf den Wert des zweiten Pumpstroms Ip2 und die Ammoniak-Elektromotorischekraft EMF auf der Basis verschiedener in dem ROM 192 gespeicherter Daten zu entfernen. Ferner führt sie einen Prozess zum Berechnen der NOx Konzentrationen, wie etwa der Konzentration von NO und der Konzentration von NO₂, und der Konzentration von Ammoniak aus. Diese Prozesse unterliegen keinen Beschränkungen, und es können Prozesse verwendet werden, wie sie beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-075546 beschrieben sind.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen des Ammoniak-Detektionsabschnitts 102 beschrieben.
Zuerst werden, wie in einem Querschnitt des Stapels SB1 in 4 und einer Oberfläche des Stapels SB1 in 5 gezeigt, ein Referenzelektrodenanschlussmuster, das später ein Referenzelektrodenanschluss 215 wird, und erstes Detektionselektrodenanschlussmuster, das später erste Detektionselektrodenanschlüsse 218 wird, an der Oberfläche einer isolierenden Grünschicht ausgebildet, welche später die isolierende Schicht 120 des NOx-Detektionsabschnitts 101 wird. Das Referenzelektrodenanschlussmuster und das erste Detektionselektrodenanschlussmuster werden durch Drucken (beispielsweise Siebdrucken) mit einer Platinpaste gebildet, welche Platin (Pt), Zirkonoxid (ZrO2) ein Bindemittel und ein organisches Lösemittel enthält.
Wie in 3 gezeigt, umfasst der Referenzelektrodenanschluss 215 einen geraden Bereich 215a und Zweigbereiche 215b und 215c. Der gerade Bereich 215a ist so ausgebildet, dass er sich von einem hinteren Endbereich der Sensorelementeinheit 5 geradlinig hin zu der Vorderseite FE erstreckt. Die Zweigbereiche 215b und 215c sind so ausgebildet, dass sie sich von dem Vorderende des geraden Bereichs 215a geradlinig hin zu der Vorderseite FE erstrecken. Die Zweigbereiche 215b und 215c sind beidseits einer Zentrallinie CL angeordnet, die sich durch das Vorderende des geraden Bereichs 215a erstreckt und parallel zu der Achsrichtung DA ist.
Die beiden ersten Detektionselektrodenanschlüsse 218 sind so ausgebildet, dass sie sich von einem hinteren Bereich der Sensorelementeinheit 5 geradlinig hin zu der Vorderseite FE erstrecken. Die vorderen Enden der ersten Detektionselektrodenanschlüsse 218 sind hinter dem Vorderende des geraden Bereichs 215a angeordnet. Die zwei ersten Detektionselektrodenanschlüsse 218 sind beidseits der Zentrallinie CL angeordnet.
Wie in einen Querschnitt des Stapels SB2 in 4 und einer Oberfläche des Stapels SB2 in 5 gezeigt, wird das Muster einer porösen Schicht, welches später die poröse Schicht 211 wird, auf einen Teil der Oberfläche der isolierenden Grünschicht, welche später die isolierende Schicht 120 wird, und auf einem Teil der Oberfläche des Referenzelektrodenanschlussmusters ausgebildet. Das Muster der porösen Schicht wird durch Drucken mit einer Paste gebildet, welche Aluminiumoxid, Kohlenstoff, ein Bindemittel und ein organisches Lösemittel enthält.
Wie in 3 gezeigt, wird die poröse Schicht 211 in einer rechteckigen Gestalt ausgebildet. Das Vorderende der porösen Schicht 211 ist vor dem Vorderende des Referenzelektrodenanschlusses 215 angeordnet. Das Hinterende der porösen Schicht 211 ist vor den Vorderenden der ersten Detektionselektrodenanschlüsse 218 angeordnet.
Durchgangslöcher 211a, 211b und 211c werden in der porösen Schicht 211 ausgebildet. Das Durchgangsloch 211a ist an einer Position angeordnet, die einem Bereich entspricht, der zwischen den Zweigbereichen 215b und 215c der Referenzelektrodenanschlüsse 215 schichtweise angeordnet ist. Das Durchgangsloch 211b ist an einer Position angeordnet, die dem Vorderende des Zweigbereichs 215b entspricht. Das Durchgangsloch 211c ist an einer Position angeordnet, die dem Vorderende des Zweigbereichs 215c entspricht.
Dann wird, wie in einem Querschnitt eines Stapels SB in 4 und einer Oberfläche des Stapels SB3 in 5 gezeigt, ein Referenzelektrodenmuster, welches später die Referenzelektrode 212 wird, auf einen Teil der Oberfläche des Musters der porösen Schicht ausgebildet. Das Referenzelektrodenmuster wird durch Drucken mit einer Referenzelektroden-Platin-Paste, die Platin (Pt), Zirkonoxid (ZrO₂), ein Bindemittel und ein organisches Lösemittel enthält. Die Referenzelektroden-Platin-Paste unterscheidet sich von der oben erläuterten Anschlussmusterpaste beispielsweise hinsichtlich des Durchmessers der Platin-Partikel und des Verhältnisses von Platin zu Zirkonoxid. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Referenzelektrode 212 einen Verbindungsbereich 212a und Abdeckungsbereiche 212b und 212c. Der Verbindungsbereich 212 verbindet den Abdeckungsbereich 212b und den Abdeckungsbereich 212c miteinander. Die Abdeckungsbereiche 212b und 212c decken die Durchgangslöcher 211b bzw. 211c ab.
Dann wird, wie in einem Querschnitt eines Stapels SB4 in 4 und einer Oberfläche des Stapels SB4 in 5 gezeigt, ein erstes Isolationsschichtmuster, welches später eine erste isolierende Schicht 216 wird, auf dem Muster der porösen Schicht und dem Referenzelektrodenmuster gebildet. Das erste Isolationsschichtmuster wird durch Drucken mit einer Paste gebildet, welche Aluminiumoxid ein Bindemittel und ein organisches Lösungsmittel enthält.
Wie in 3 gezeigt, wird die erste isolierende Schicht 216 in einer rechteckigen Gestalt ausgebildet. Das Vorderende der ersten isolierenden Schicht 216 ist vor dem Vorderende des Referenzelektrodenanschlusses 215 angeordnet. Das Hinterende der ersten isolierenden Schicht 216 ist vor den Vorderenden der ersten Detektionselektrodenanschlüsse 218 angeordnet.
Durchgangslöcher 216a, 216b und 216c werden in der ersten Isolationsschicht 216 ausgebildet. Das Durchgangsloch 216a ist an einer Position angeordnet, die dem Bereich entspricht, der zwischen den Zweigbereichen 215b und 215c des Referenzelektrodenanschlusses 215 angeordnet ist. Die Durchgangslöcher 216b und 216c sind an Positionen angeordnet, die dem Verbindungsbereich 212a der Referenzelektrode 212 entsprechen. Die Durchgangslöcher 216b und 216c sind beidseits einer Ebene angeordnet, die die Zentrallinie CL enthält und parallel zu einer Stapelrichtung SD ist. Die Stapelrichtung SD ist eine Richtung des Stapelns der porösen Schicht 211, der Referenzelektrode 212, des Festelektrolytkörpers 213 für Ammoniak und der Detektionselektroden 214.
Dann wird, wie in einem Querschnitt eines Stapels SB5 in 4 und einer Oberfläche des Stapels SB5 in 6 gezeigt, ein Festelektrolytkörpermuster, welches später der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak wir, auf einen Teil der Oberfläche des ersten Isolationsschichtmusters gebildet. Das Festelektrolytkörpermuster wird durch Drucken mit einer Paste gebildet, welche ein Bindemittel, ein organisches Lösungsmittel und ein Oxidpulver enthält, welches eine Komponente des Festelektrolytkörpers ist. Wie in 3 gezeigt, wird der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak in einer rechteckigen Gestalt ausgebildet. Der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak ist so angeordnet, dass er die Durchgangslöcher 216b und 216c bedeckt.
Dann wird, wie in einem Querschnitt eines Stapels SB6 in 4 und einer Oberfläche des Stapels SB6 in 5 gezeigt, ein zweites Isolationsschichtmuster, welches später eine zweite isolierende Schicht 217 wird, auf der Oberfläche des ersten Isolationsschichtmusters und auf der Oberfläche des Festelektrolytkörpermusters ausgebildet. Das zweite Isolationsschichtmuster wird durch Drucken mit einer Paste, die Aluminiumoxid, ein Bindemittel und ein organisches Lösungsmittel enthält, gebildet.
Wie in 3 gezeigt, wird die zweite isolierende Schicht 217 in einer rechteckigen Gestalt ausgebildet. Das vordere Ende der zweiten isolierenden Schicht 217 ist vor dem Vorderende des Referenzelektrodenanschusses 215 angeordnet. Das Hinterende der zweiten isolierenden Schicht 217 ist vor den Vorderenden der ersten Detektionselektrodenanschlüsse 218 angeordnet.
Durchgangslöcher 217a, 217b und 217c sind in der zweiten isolierenden Schicht 217 ausgebildet. Das Durchgangsloch 217a ist an einer Position angeordnet, die dem Bereich entspricht, der zwischen den Zweigbereichen 215b und 215c des Referenzelektrodenanschlusses 215 angeordnet ist. Die Durchganglöcher 217b und 217c sind an Positionen angeordnet, die den Durchgangslöchern 216b und 216c der ersten isolierenden Schicht 216 entsprechen, wobei der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak dazwischen angeordnet ist. Die Durchgangslöcher 217b und 217c sind beidseits der Ebene angeordnet, die die Zentrallinie CL enthält und die parallel zu der Stapelrichtung SD ist.
Dann wird, wie in einem Querschnitt eines Stapels SB7 in 4 und einer Oberfläche des Stapels SB7 in 5 gezeigt, ein zweites Detektionselektrodenanschlussmuster, welches später die Detektionselektrodenanschlüsse 219 werden, auf einem Teil der Oberfläche des zweiten Isolationsschichtmusters und einem Teil der Oberfläche des ersten Detektionselektrodenanschlussmusters ausgebildet. Das zweite Detektionselektrodenanschlussmuster wird durch Drucken mit der vorangehend beschriebenen Anschlussmuster- Platinpaste gebildet.
Wie in 3 gezeigt, werden die zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 so gebildet, dass sie sich geradlinig hin zu der Hinterseite BE erstrecken, wobei ihre Vorderenden an Positionen angeordnet sind, die nicht hinter den Durchgangslöcher 217b und 217c liegen. Die Hinterenden der zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 sind hinter den Vorderenden der ersten Detektionselektrodenanschlüsse 218 angeordnet, wie dies durch Pfeile AL1 und AL2 dargestellt ist. Die zwei zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 sind beidseits der Ebene angeordnet, die die Zentrallinie CL enthält und parallel zur Stapelrichtung SD ist.
Dann wird, wie in einem Querschnitt eines Stapels SB8 in 4 und einer Oberfläche des Stapels SB8 in 5 gezeigt, ein drittes Isolationsschichtmuster, das später eine dritte isolierende Schicht 220 wird, auf der Oberfläche des zweiten Detektionselektrodenanschlussmusters, aber nicht auf dessen vorderen Endbereichen, und auf den Oberflächen des Referenzelektrodenanschlussmusters und dem ersten Detektionselektrodenanschlussmuster, aber nicht auf deren hinteren Bereichen, ausgebildet. Das dritte Isolationsschichtmuster wird durch Drucken mit einer Paste gebildet, die Aluminiumoxid, ein Bindemittel und ein organisches Lösungsmittel enthält.
Wie in 3 gezeigt, wird die dritte isolierende Schicht 220 in einer rechteckigen Gestalt ausgebildet, wobei ein Teil ihres Vorderendes abgeschnitten ist. Das vordere Ende der dritten isolierenden Schicht 220 ist hinter den Vorderenden der zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 angeordnet, wie dies durch Pfeile AL3 und AL4 dargestellt ist. Das Hinterende der dritten isolierenden Schicht 220 ist vor den Hinterenden des Referenzelektrodenanschlusses 215 und der ersten Detektionselektrodenanschlüsse 218 angeordnet, wie dies durch Pfeile AL5 und AL6 dargestellt ist. Der abgeschnittene Bereich 220a, der in der dritten isolierenden Schicht 220 ausgebildet ist, ist an einer Position ausgebildet, die dem Durchgangsloch 217a der zweiten isolierenden Schicht 217 entspricht.
Dann wird der Stapel SB8 bei einer vorbestimmten Temperatur (z.B. 1500°C) gebrannt.
Dann wird, wie in einem Querschnitt eines Stapels SB9 4 und einer Oberfläche des Stapels SB9 5 gezeigt, ein Detektionselektrodenmuster, welches später die Detektionselektroden 214 werden, auf einem Teil der Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht 217 und auf vorderen Endbereichen der Oberflächen der zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 ausgebildet. Das Detektionselektrodenmuster wird durch Drucken mit einer Goldpaste gebildet, welche Gold (Au), Zirkonoxid (ZrO2), ein Bindemittel und ein organisches Lösungsmittel enthält.
Wie in 3 gezeigt, werden die zwei Detektionselektroden 214 jeweils in einer rechteckigen Gestalt ausgebildet. Eine der zwei Detektionselektroden 214 ist angeordnet, um das Durchgangsloch 217b und das Vorderende einer der zwei zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 abzudecken. Die andere der zwei Detektionselektroden 214 ist angeordnet, um das Durchgangsloch 217c und das Vorderende der anderen der zwei zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 abzudecken.
Dann wird der Stapel SB9 bei einer vorbestimmten Temperatur (z.B. 1000°C) gebrannt. Hierdurch wird der Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 erhalten.
Nachfolgend wird die Struktur des Ammoniak-Detektionsabschnitts 102 im Detail beschrieben.
Wie in 6 gezeigt, umfasst der Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 die poröse Schicht 211, die Referenzelektrode 212, den Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak und die Detektionselektroden 214, welche vorangehend beschrieben wurden, sowie den Referenzelektrodenanschluss 215, die erste isolierende Schicht 216, die zweite isolierende Schicht 217, die ersten Detektionselektrodenanschlüsse 218, die zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 und die dritte isolierende Schicht 220.
Der Referenzelektrodenanschluss 215 ist auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 120 angeordnet. Die poröse Schicht 211 ist auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 120 und auf der Oberfläche des Referenzelektrodenanschlusses 215 angeordnet. Die poröse Schicht 211 weist das Durchgangsloch 211c auf, welches an einer Position ausgebildet ist, die dem Vorderende des Referenzelektrodenanschlusses 215 entspricht.
Die Referenzelektrode 212 ist auf der Oberfläche der porösen Schicht 211 angeordnet, so dass sie das Durchgangsloch 211c abdeckt. Das Durchgangsloch 211c wird hierdurch mit der Referenzelektrode 212 gefüllt, und die Referenzelektrode 212 ist mit dem Referenzelektrodenanschluss 215 elektrisch verbunden.
Die erste isolierende Schicht 216 ist auf der Oberfläche der porösen Schicht 211 und auf der Oberfläche der Referenzelektrode 212 angeordnet. Die erste isolierende Schicht 216 weist das Durchgangsloch 216c auf, welches an einer Position ausgebildet ist, die der Referenzelektrode 212 entspricht.
Der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak ist auf der Oberfläche der ersten isolierenden Schicht 216 angeordnet, so dass er das Durchgangsloch 216c bedeckt. Das Durchgangsloch 216c ist hierdurch mit dem Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak gefüllt, und der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak ist mit der Referenzelektrode 212 in Kontakt gebracht.
Die zweite isolierende Schicht 217 ist auf der Oberfläche der ersten isolierenden Schicht 216 und auf der Oberfläche des Festelektrolytkörpers 213 für Ammoniak angeordnet. Die zweite isolierende Schicht 217 weist das Durchgangsloch 217c auf, welches an einer Position ausgebildet ist, die dem Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak entspricht.
Die zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 sind an der Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht 217 angeordnet. Eine der Detektionselektroden 214 ist auf der Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht 217 angeordnet, um das Durchgangsloch 217c abzudecken und in Kontakt mit einem der zweiten Detektionselektrodenanschlüsse 219 zu stehen. Das Durchgangsloch 217c ist hierdurch mit dieser Detektionselektrode 214 gefüllt, und die Detektionselektrode 214 ist mit dem Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak in Kontakt gebracht. Das Durchgangsloch 211c ist so angeordnet, dass es nicht auf einer geraden Linie liegt, die parallel zu der Stapelrichtung SD ist und durch die Detektionselektrode 214 verläuft, wie dies beispielsweise durch die gerade Linie SL dargestellt ist.
Der so konfigurierte Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 ist auf der elektrisch isolierenden Schicht 120 angeordnet und weist eine Struktur auf, die die aus einem elektrisch isolierenden porösen Material gebildete poröse Schicht 211, die Referenzelektrode 212, den Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak und die Detektionselektroden 214 umfasst, welche in dieser Reihenfolge auf der isolierenden Schicht 120 gestapelt sind. Der Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 detektiert die Konzentration von Ammoniak in dem Abgas.
Der Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 umfasst den Referenzelektrodenanschluss 215, welcher zwischen der isolierenden Schicht 120 und der porösen Schicht 211 angeordnet ist. Die Durchgangslöcher 211b und 211c erstrecken sich durch die poröse Schicht 211 und sind in der porösen Schicht 211 an Positionen angeordnet, die zwischen dem Referenzelektrodenanschluss 215 und der Referenzelektrode 212 liegen. Die Referenzelektrode 212 ist innerhalb der Durchgangslöcher 211b und 211c so angeordnet, dass sie sich von deren Öffnungen auf einer Seite hin zu Öffnungen auf der anderen Seite erstrecken, und der Referenzelektrodenanschluss 215 ist hierdurch mit der Referenzelektrode 212 elektrisch verbunden.
Wie vorangehend beschrieben, ist bei dem Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 der Referenzelektrodenanschluss 215 mit der Referenzelektrode 212 elektrisch verbunden, wobei der Referenzelektrodenanschluss 212 zwischen der isolierenden Schicht 120 und der porösen Schicht 211 angeordnet ist. Deshalb erstreckt sich bei dem Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 der Referenzelektrodenabschnitt 215 nicht über eine Stufe, die zwischen der Oberfläche der isolierenden Schicht 120 und der Oberfläche der porösen Schicht 211 gebildet ist. Deshalb kann bei dem Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 das Auftreten eines Bruchs des Referenzelektrodenanschlusses 215 verhindert werden.
Die Durchgangslöcher 211b und 211c sind so angeordnet, dass ihre orthogonale Projektion auf eine Referenzebene, welche senkrecht zu der Stapelrichtung SD (der Richtung des Stapelns der porösen Schicht 211, der Referenzelektrode 212, des Festelektrolytkörpers 213 für Ammoniak und der Detektionselektroden 214) nicht mit der orthogonalen Projektion der Detektionselektroden 214 auf die Referenzebene überlappt.
Deshalb sind bei dem Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 die Endbereiche des Referenzelektrodenanschlusses 215 nicht unterhalb von Bereichen angeordnet, in denen die Detektionselektroden 214 ausgebildet sind (nachfolgend als Bereiche mit Detektionselektrodenausbildung bezeichnet). Insbesondere sind bei dem Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 Stufen, die zwischen der Oberfläche der isolierenden Schicht 120 und der Oberfläche des Referenzelektrodenanschlusses 215 ausgebildet sind, nicht unter den Bereichen mit Detektionselektrodenausbildung angeordnet. Deshalb kann bei dem Ammoniak-Detektionsquerschnitt 102 das Auftreten von Ungleichmäßigkeiten in der Dicke in einem Bereich, in dem die poröse Schicht 211, die Referenzelektrode 212 und der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak und die Detektionselektroden 214 gestapelt sind, verhindert werden.
In der vorangehend beschriebenen Ausführungsform entspricht der Ammoniakdetektionsabschnitt 102 dem Gassensor der Ansprüche, und die isolierende Schicht 120 entspricht dem elektrisch isolierenden Element der Ansprüche. Die poröse Schicht 211 entspricht der isolierenden porösen Schicht der Ansprüche, und der Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak entspricht dem Festelektrolytkörper der Ansprüche.
Das Abgas entspricht der interessierenden Atmosphäre bzw. Umgebung der Ansprüche und das Ammoniak entspricht dem Detektionszielgas der Ansprüche. Die Durchgangslöcher 211b und 211c entsprechen dem Durchgangsloch der Ansprüche, und die Referenzelektrode 212 entspricht dem elektrisch leitfähigen Element der Ansprüche.
Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsform beschränkt, und die vorliegende Offenbarung kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden.
Beispielsweise detektiert in der obigen Ausführungsform der Ammoniak-Detektionsabschnitt 102 mit einer gestapelten Struktur, welche die Referenzelektrode 212, den Festelektrolytkörper 213 für Ammoniak und die Detektionselektroden 214 aufweist, die Konzentration von Ammoniak. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf den Gassensor beschränkt, der die Konzentration von Ammoniak detektiert. Die vorliegende Offenbarung ist nämlich auf jeglichen Gassensor zum Detektieren der Konzentration eines von Ammoniak verschiedenen Gases anwendbar, solange der Gassensor eine gestapelte Struktur aufweist, die eine Referenzelektrode, einen Festelektrolytkörper und eine Detektionselektrode umfasst.
In der obigen Ausführungsform ist der Ammoniakdetektionsabschnitt 102 an der Außenfläche des NOx-Detektionsabschnitts 101 ausgebildet. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf den Ammoniakdetektionsabschnitt beschränkt, der auf dem Gassensor ausgebildet ist. Der Ammoniakdetektionsabschnitt 102 kann auf jeglichem elektrisch isolierenden Element ausgebildet sein.
In der obigen Ausführungsform ist die Referenzelektrode 212 innerhalb der Durchgangslöcher 211b und 211c angeordnet. Es ist jedoch nur notwendig, dass ein elektrisch leitfähiges Element, das aus einem Material mit elektrischer Leitfähigkeit gebildet ist, innerhalb der Durchgangslöcher 211b und 211c angeordnet ist.
Die Funktion eines konstituierenden Elementes der obigen Ausführungsform kann auf mehrere konstituierende Elemente verteilt sein, oder die Funktionen einer Mehrzahl von konstituierenden Elementen kann durch ein einziges konstituierendes Element realisiert sein. Ein Teil der Konfiguration der obigen Ausführungsform kann weggelassen werden. Ferner kann wenigstens ein Teil der Konfiguration der obigen Ausführungsform Konfigurationen anderer Ausführungsformen hinzugefügt werden oder diese teilweise ersetzen. Selbstverständlich sind alle Ausführungsformen, die in der technischen Idee enthalten sind, die durch den Wortlaut der Ansprüche definiert ist, Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Zusammengefasst umfasst die vorliegende Anmeldung einen Gassensor zum Detektieren der Konzentration eines Detektionsziegelgases in einer interessierenden Umgebung, wobei dieser auf einem elektrisch isolierenden Element angeordnet ist. Der Gassensor kann eine isolierende poröse Schicht umfassen, die auf einem elektrisch isolierenden porösen Material angeordnet ist, sowie ferner eine Referenzelektrode, einen Festelektrolytkörper, eine Detektionselektrode, welche in dieser Reihenfolge auf dem elektrisch isolierenden Körper gestapelt sind, sowie weiter einen Referenzelektrodenanschluss, der zwischen dem isolierenden Element und der isolierenden porösen Schicht angeordnet ist. Die isolierende poröse Schicht kann ein Durchgangsloch in einem Bereich begrenzen, welcher zwischen dem Referenzelektrodenanschluss und der Referenzelektrode angeordnet ist. Ein elektrisch leitfähiges Element, das aus einem Material mit elektrischer Leitfähigkeit gebildet ist, kann in dem Durchgangsloch angeordnet sein, so dass es sich von einer Öffnung des Durchgangslochs an einem Ende des selben zu einer Öffnung des Durchgangslochs an dem anderen Ende des selben erstreckt.
Bezugszeichenliste

102:: Ammoniak-Detektionsabschnitt
120:: Isolierende Schicht
211:: poröse Schicht
211b, 211c:: Durchgangsloch
212:: Referenzelektrode
213:: Festelektrolytkörper für Ammoniak
214:: Detektionselektrode
215:: Referenzelektrodenanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018100595 [0001]
JP 2017142243 [0004]
JP 2011075546 [0062]

Claims

Gassensor, welcher die Konzentration eines Detektionszielgases in einer interessierenden Atmosphäre detektiert, wobei der Gassensor an einem elektrisch isolierenden Element angeordnet ist und umfasst: eine isolierende poröse Schicht, welche aus einem elektrisch isolierenden porösen Material gebildet ist, eine Referenzelektrode, einen Festelektrolytkörper und eine Detektionselektrode, welche in dieser Reihenfolge auf dem elektrisch isolierenden Element gestapelt sind, einen Referenzelektrodenanschluss, welcher zwischen dem elektrisch isolierenden Element und der isolierenden porösen Schicht angeordnet ist, wobei die isolierende poröse Schicht ein Durchgangsloch begrenzt, und zwar in einem Bereich, der zwischen dem Referenzelektrodenanschluss und der Referenzelektrode gestapelt angeordnet ist, wobei sich das Durchgangsloch durch die isolierende poröse Schicht hindurch erstreckt, und ein elektrisch leitfähiges Element, welches aus einem Material gebildet ist, das elektrisch leitend ist und in dem Durchgangsloch so angeordnet ist, dass es sich von einer Öffnung des Durchgangslochs an einem Ende desselben zu einer Öffnung des Durchgangslochs an dem anderen Ende desselben erstreckt, wodurch es den Referenzelektrodenanschluss und die Referenzelektrode elektrisch miteinander verbindet.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei eine orthogonale Projektion des Durchgangslochs auf eine Referenzebene, die senkrecht zu einer Stapelrichtung der isolierenden porösen Schicht, der Referenzelektrode, des Festelektrolytkörpers und der Detektionselektrode ist, nicht mit einer orthogonalen Projektion der Detektionselektrode auf die Referenzebene überlappt.